摘要：現(xiàn)階段無線通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展迅速，手機(jī)、無線局域網(wǎng)等無線通訊系統(tǒng)已經(jīng)覆蓋了現(xiàn)代社會(huì)的各個(gè)角落，在這一背景下，基站的效率越來越得到人們的重視。文章針對(duì)基站公路放大器可能會(huì)受到周圍環(huán)境的影響，從而影響基站運(yùn)作實(shí)效出發(fā)，提出一種高效率的基站放功率大器的設(shè)計(jì)辦法，力求使各工作參數(shù)得到優(yōu)化，擴(kuò)大基站覆蓋區(qū)域。

關(guān)鍵詞：高效率基站；功率放大器；抗阻匹配；無線通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；基站動(dòng)作 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TN722 文章編號(hào)：1009-2374（2015）17-0030-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.17.015

隨著當(dāng)前無線通信事業(yè)的繁榮發(fā)展，無線通信用戶數(shù)量在我國(guó)呈幾何倍增長(zhǎng)，與此同時(shí)人們對(duì)通信質(zhì)量也有了更高的要求標(biāo)準(zhǔn)?；竟β史糯笃鳎ㄒ韵潞?jiǎn)稱為功放器）是基站中對(duì)基站耗能與通信質(zhì)量影響較大的重要部分，其輸出功率還直接對(duì)覆蓋區(qū)域的面積、距離長(zhǎng)短等有著直接關(guān)聯(lián)，因此探討高效率基站功放器的設(shè)計(jì)對(duì)于提升通信質(zhì)量，減少基站耗能的意義重大。

1 高效率基站功放器設(shè)計(jì)的整體構(gòu)架

在基站功放器的設(shè)計(jì)中，如果沒有選擇合適的抗阻網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行匹配的話，將會(huì)使電路的輸出功率降低，進(jìn)而影響工作效率，增加非線性失真情況。在小信號(hào)功放器的設(shè)計(jì)中，可通過輸入與輸出的共軛匹配的方式解決此種問題，但當(dāng)處在大信號(hào)工作狀態(tài)時(shí)，因進(jìn)入到了非線性區(qū)后，功率管的負(fù)載阻抗的最佳值會(huì)根據(jù)輸入信號(hào)的不同而發(fā)生改變，所以我們?cè)谛⌒盘?hào)狀態(tài)下所設(shè)計(jì)的輸出與輸入共軛匹配也就會(huì)因此發(fā)生變化，從而不再相匹配，我們也就不能采用小信號(hào)功放器的設(shè)計(jì)理念進(jìn)行大信號(hào)狀態(tài)下的功放器設(shè)計(jì)。針對(duì)此種情況，本次研究利用負(fù)載牽引的方式對(duì)輸入與輸出的匹配電力進(jìn)行設(shè)計(jì)，此種方式的設(shè)計(jì)依據(jù)是要使功放器能夠在大信號(hào)激勵(lì)下，根據(jù)負(fù)載的改變情況繪制出輸出的功率曲線，以此找出在最大輸出功率狀態(tài)下的負(fù)載最佳值。

本次設(shè)計(jì)采用的由Aglient公司所研發(fā)的ADS仿真軟件，通過負(fù)載前引發(fā)進(jìn)行仿真，所設(shè)計(jì)的基站功放器主體結(jié)構(gòu)為Freescale半導(dǎo)體的LDMOS晶體管MRF282S。頻率的設(shè)計(jì)參數(shù)2GHz，輸出效率大于35%，輸出功率設(shè)定為6.5W，三階交調(diào)系數(shù)設(shè)定為IMD3<-26dBc。

2 功放器設(shè)計(jì)的基本理論與主要指標(biāo)

功放器的作用主要是使高頻信號(hào)放大至接收機(jī)所需要的功率標(biāo)準(zhǔn)，它對(duì)所輸出的效率及功率都具有一定的要求標(biāo)準(zhǔn)：輸出功率與效率都要盡量高，此外功放器必須能夠在頻段內(nèi)保持穩(wěn)定工作，而以上內(nèi)容的實(shí)現(xiàn)都和源阻抗、負(fù)載阻抗等有著直接關(guān)系。負(fù)載處輸出功率與放大器間的功率比，也就是基站功放器的功率增益，通常應(yīng)超過6dB。互調(diào)失真指的是幾個(gè)信號(hào)同時(shí)通過放大器時(shí)所生成的混合分量，這也是功放器設(shè)計(jì)中需要考慮的重要指標(biāo)。其是因功放器的非線性而得，大小通過交調(diào)系數(shù)表達(dá)。這其中的三階交調(diào)分類和基波信號(hào)在頻率方面十分接近，因此也要著重對(duì)IMD3，也就是三階交調(diào)系數(shù)進(jìn)行考慮。

3 高效率基站功率放大器的設(shè)計(jì)過程

此次的基站高效率功放器的設(shè)計(jì)采用的是LDMOS晶體管MRF282S，這一晶體管是N溝道的加強(qiáng)版橫向MOSFET，并主要是在A類與AB類的PCS以及PCN基站中工作，其工作頻率最高可達(dá)搭配2600MHz，此種半導(dǎo)體晶體管尤其適用在FM.CDMA以及多載波的功放器設(shè)計(jì)中。此外本次設(shè)計(jì)懸案用此種晶體管還可有效提升功放器的增益，并且成本低，具備良好的線性度，具有一定可行性。

3.1 靜態(tài)工作點(diǎn)的確定

靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)功放器的工作狀態(tài)會(huì)產(chǎn)生一定影響，此次設(shè)計(jì)中的靜態(tài)工作點(diǎn)的確定首先采用FET_curve_tracer的模板，之后將飛思卡爾模型放入其中，再選取MRF282S，于ADS中構(gòu)建支流掃描模型，并模擬電路仿真運(yùn)行，由此取得支流特性曲線。通過仿真結(jié)果得到靜態(tài)工作點(diǎn)、柵極電壓等。

3.2 穩(wěn)定性分析與偏置電路

要想使功放器能夠在工作頻段中維持長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定工作，就必須使其工作頻率保持穩(wěn)定。而想要明確是否滿足穩(wěn)定條件需要依照功放器的穩(wěn)定因子進(jìn)行判斷，其公式為：

本次研究首先通過仿真確定靜態(tài)工作點(diǎn)，通過對(duì)確定靜態(tài)工作點(diǎn)的過程中得到的電路圖能夠看出其穩(wěn)定因子不足1，那么功放器在此種狀態(tài)下就無法保證工作的穩(wěn)定性。為了保證功放器的工作穩(wěn)定，本次研究采用在輸入端將電阻與電容同時(shí)并聯(lián)的方式作為操作穩(wěn)定的辦法，經(jīng)過仿真試驗(yàn)，此種方式能夠提升功放器的穩(wěn)定性，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)便，易于實(shí)現(xiàn)。

3.3 基于負(fù)載牽引法的設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)采用了負(fù)載牽引法作為設(shè)計(jì)原理，該原理是先使功放器在大信號(hào)狀態(tài)下得到激勵(lì)，在一定合理的范圍內(nèi)對(duì)不斷發(fā)生變化的負(fù)載阻抗進(jìn)行激勵(lì)，并繪制公路曲線，以此找出處在最大功率下的負(fù)載最佳值。在取得負(fù)載的最佳值后，利用SMITH元圖開展阻抗匹配的仿真。本次設(shè)計(jì)采用的方式是利用幾段串聯(lián)傳輸線和間隔配置并聯(lián)電容組共同構(gòu)成匹配網(wǎng)，進(jìn)行抗阻匹配。此種方式在實(shí)際中也較為常見，因通過電容改變的值和電容處在傳輸線中的具體位置能夠得出很寬的電流參數(shù)范圍，由此一來在電容圖完成之后，也可適當(dāng)調(diào)整相關(guān)參數(shù)。本次設(shè)計(jì)采用的數(shù)據(jù)線均是統(tǒng)一寬度，這種方式也可有效減少工作難度。

輸入匹配電路與輸出匹配電路的構(gòu)成流程大致相同，首先把輸出匹配電力加入至主電路中，再根據(jù)同樣的負(fù)載前沿原理得出源抗阻，最后通過smith元圖得出輸入匹配的電路。

當(dāng)?shù)贸鲚敵雠c輸入匹配電力之后，就可對(duì)整個(gè)電路圖進(jìn)行構(gòu)建了，通過對(duì)元件值以及電路結(jié)構(gòu)的整體優(yōu)化，最終完成功放器的設(shè)計(jì)，其仿真結(jié)果見圖1所示：

通過仿真結(jié)果可以看出，當(dāng)此方案設(shè)計(jì)的功放器工作頻率達(dá)2GHz時(shí)，且輸入的功率達(dá)32dBm，輸入的附加效率可高達(dá)39%左右，如果輸出功率達(dá)38.295dBm時(shí)，輸出功率就能實(shí)現(xiàn)6.5W。如果輸入功率達(dá)32dBm后，IMD3是能夠滿足設(shè)計(jì)要求的。

通過本次仿真結(jié)果和同類功率管的特征曲線進(jìn)行比較，能夠得出兩者一致的結(jié)果，但也稍有差異，造成此種情況的原因可能和在實(shí)際操作中器件存在一定的不穩(wěn)定性有關(guān)。

4 結(jié)語(yǔ)

本次研究通過負(fù)載牽引法對(duì)高效率的基站功放器進(jìn)行設(shè)計(jì)，并采用ADS仿真系統(tǒng)進(jìn)行仿真，從仿真結(jié)果可以看出本次設(shè)計(jì)是可行的，通過此次設(shè)計(jì)，能夠使基站功放器的各工作參數(shù)得到優(yōu)化，縮短研發(fā)周期，節(jié)約投資成本，擴(kuò)大基站覆蓋區(qū)域，并將其預(yù)期效果最大化發(fā)揮出來，值得進(jìn)一步推廣。

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作者簡(jiǎn)介：楊鑫（1978-），男，河北昌黎人，中國(guó)民航飛行學(xué)院洛陽(yáng)分院工程師，研究方向：民用航空機(jī)務(wù)維修。

（責(zé)任編輯：周 瓊）