带自适应操纵的直放站线性功率放大器

1、带自适应操纵的直放站线性功率放大器摘要:线性功率放大器是CDMA直放站的核心模块。本文设计的带自适应操纵的线 性功放,其功率增益G为48±, ldb紧缩点输出功率237dBm，带内波动W,互调失 真IMD3W-15dBm, IMD5-25dBm,输入输出端口驻波比VSWRW,增益步进衰减ATT范围为31dB,自动电平操纵ALC范围为20dB,符合直放站的应用要求.关键词:功率放大器；线性；自动电平控制；自动增益控制；1引言CDMA直放站作为一种实现无线覆盖的辅助手腕，用来解决盲区或将基站信号进 行延伸，调配小区业务，平稳各小区的话务量，在“导频污染”地域强化主导频 等等，以达到低本钱

2、扩大无线网络覆盖范围、优化网络的目的。功放是直放站的 核心部件，CDMA系统的调制方式和频谱的利用率，对功放的线性度提出了很高 的要求。放大器的非线性将造成交调严峻，CDMA导频信号混乱，通信质量恶化 等现象。本文研制一种功能完备的，适用于生产要求的870-880M5W带自适应操纵的直放 站线性功率放大器。其射频电路部份分为三级放大,G1为增益级,G2为推动级,G3 为输出级。射频信号通过-3db的电阻衰减网络进入自动电平操纵(ALC),再由G1 放大至自动增益操纵(AGC)及数控衰减部份(ATT), 乂由G2, G3放大接环行器到输 出。数字操纵部份要紧由单片机ATMEGA8与数/模转换器T

3、LC5620组成。2电路设计与分析2. 1数字操纵电路及数控衰减器ATMEGA8是一款采纳低功耗CMOS工艺生产的基于AVR RISC结构的单片机 121o在线可编程，具有壮大的外部接口性能，最多有23个可编程I/O 口，可任 意概念端口的输入/输出方向。TLC5620是8位的数/模转换器，利用串口通信。 在本功放中的电路连接如图1所示。数控部份实现对功率、增益、电平、驻波、 温度、燃极电压等的自动监控及调剂。为符合联通CDMA的通信标准，在功放 电路中采纳Hittite公司的HMC274QS16硅化线IC数控衰减器。HMC274QS16 是由5位正电平操纵的数控衰减器，能工作在-2.7G带宽

4、内，典型的插入损耗仅,高输入IP3=54dBm, 5V的单电源供电，使增益达到31db的调剂范围，Idb的调 剂步长，由ATMEGA8的5个I/O 口自动操纵，以提供所需衰减量。图1功放数字操纵部份原理图三级级联射频放大电路增益级G1采纳Sirenza公司的SGA-6289单片微波集成芯片，可工作在带宽内， 单电源供电，已匹配至50欧姆，功率增益G=,输出功率Idb紧缩点Pldb二,三 阶截止点OIP3=°G2采纳Motorola公司的MW41c915,其内部采纳两级级联结构, 具有较宽的带宽与线性度。G3采纳Motorola公司的MRF9060作为功率输出级。 其电路结构如图2所示

5、，含温度检测电路。在该电路中，微带线Z2-Z6与两个高 Q电容一路组成G2与G3之间匹配网络巴在电源线与三个漏级之间散布铁氧体 磁珠(Ferrite Bead) F、F2,它比一般的电感有更好tempTTiP36图2 G2与G3电路匹配及温度检测原理图的高频滤波特性，在高频时呈现阻性，用于高频隔离，抑制差模噪声等。在电源 与地之间， 栅极与地之间应连接多个不同数量级的去耦电容，它有三个方面的作用：一是作 为本电路的蓄能电容；二是滤除器件产生的高频噪声，切断其通过供电回路进行 传播的通路：三是避免电源携带的噪声对电路组成干扰。此处采纳低电压温度传 感器TMP36对功放电路进行温度监控，将其随温度

6、线形上升的检测电压提供给 数字操纵芯片ATMEGA8,通过内部编程，人丁乂£6人8将乂¥4(915的两个栅 极设置在该温度下达到最优线性度的电压VgsLVgs2 ±0假设温度上升到必然高 度，将给监控系统提供温度报警，以爱惜功放不被损坏。2. 3环行器应用及功率检测电路环行器用在功率放大器以后，要紧作用是避免输出失配，高功率信号反射回来损 坏功放，同时还能改善输出驻波。通过末级功放后的输出功率由用微带线设计的 30dbm耦合器将部份的功率耦合到正向二极管检波电路取得直流电压，如图3 所示，再由运算放大器通过必然量的电压放大取得正向检波电压Vf,送至单片 机ATME

7、GA8以判定功放输出功率，作为自动电平操纵的依据。在环行器的端 口 3接5。欧姆的吸收负载，在输出端失配时吸收发射回来的信号，幸免负载反射 回来的信号进入功放输出端，起到爱惜功放的作用。同时，还把端口 3的信号送 入到反向检波电路进行检波，再由运算放大器放大取得反向检波电压Vr。其中 正反向检波电路均采纳二极管HMSM2800,运算放大器采纳ST公司的LM2902。 正向电压Vf,反向电压Vr经ATMEGA8处置,能够取得电压驻波比，假设失配严峻, 将向监控系统发出驻波告警，从而采取相应的爱惜方法，例如中止对功放电路的 馈电、增加电调衰减器的衰减量等，起到爱惜功放电路的作用。末皴功放输入南db

8、耦合器|运成T正向检痴无忧耳子开发叫 WWW.运放反向检波电睐图3功放正反向检波原理图自动电平操纵该部份采纳Agilent公司的HSMP-3814低失真PIN二极管，偏置和操纵电压别 离确信为 Vcc=5v,0gValcS5v。Rl=R2=510C, R3=R4=C, R5=51。，Ll=L2=L3=33nh, Cl=C2=47Po RI、R2 作为 D2、D3 的偏压回路，为了减 少插入损耗，就必需使RI、R2的值足够大，但如此一来就要求操纵电压比较 高。因为频带要求不是专门宽，可在RI、R2和主传输线之间加一电感LI, L2 来减小插入损耗。R3, R4, R5作为二极管的匹配电阻，适被选

9、择其参数,可在大的动态衰减范围内为串联和旁路二极管提供正确的偏置与分流，使整个网络取得 较好的阻抗匹配，如图4所示。图4自动电平操纵原理图ATMEGA8以输出功率的正向检波电压Vf为判定依据，当输入功率小时，ALC 将不起控；当输出功率大于额定值时，ATMEGA8将使Vale随之增大，从而增 大衰减量，保证恒定的输出功率。本电路测得，输入功率再增加20dB,输出功 率应维持在2dB转变范围之内。自动增益操纵为了保证必然的增益平坦度，和在温度转变时增益不至于大幅波动,本设计采纳了 自动增益操纵(AGC),补偿由温度等转变带来的增益波动。ATMEGA8依照检测到 的输入输出功率自动调整其操纵电平V

10、agc, Vagc是由数模转换器TLC5620输出再经运算放大 器LM2902调整所得，电路原理图如图5所示。二极管D1采纳Hsmp3814的单 管来实现，c、C二、L、R1作为D1的匹配与偏置电路。测得操纵电压 Vagc与衰减量（Loss）关系如表1所示。表1操纵电压与衰减量关系对照Vagc(v)0Loss(db)Vagc(v)25Loss(db)23.电路制板与测试本文PCB板采纳FR4板材，介电常数为，板厚，双层布线。在高频板布线时，为 了保证信号的完整性，应尽可能注意幸免阻抗不持续的发生，对专门重要的信号 线或局部单元实施地线包围的方法，各类信号走线不能形成环路，地线也不能形 成电流环

11、路。每一个环路都相当于一个天线，因此需要尽可能减小环路的数量，环 路的面积和环的天线效应。在电源线和信号线上采纳滤波来减小电磁干扰，每一 个集成电路块的周围设置一个高频退耦电容。为了幸免电磁辐射的干扰和做到良 好的传热，整个系统用金属腔体屏蔽起来。利用HP8752C网络分析仪测试带内波 动与驻波比，信号发生器E4433与频谱仪HP8594测试功率与互调失真等参数， 测得要紧参数如表2所示。据前文所叙，功率增益如表3所示为49db,由于存 在传输线损耗，测得的增益为48±。三阶互调失真IMD3在满功率时为-15dbm,五 阶互调失真IMD5W25dBm,完全知足CDMA的应用要求。表2功率放大器各项指标功率增益48+Pldb>37dBm带内波动<互调失真IMD3<-15dBm IMD5<-25dBm输入输出端口驻波<ATT范围31dBALC范围20dB （输入增加20db,输出功率仅变化2db）表3功率增益级联电阻衰 减网络ALCG1AGCATTG2G3环行器totalG(db)-3p3()15494终止语此功率放大器功能完备，操纵灵活，带自适应操纵系统，有较好的线性度， 实现了自动增益操纵及自动电平可控，驻波系数小，各项指标均符合直放站系统 的利用要求，已应用于直放站通信，性能靠得住，以直放站的市场容量及销售情 形评