50W宽带线性射频功放设计

2、用ADS进行仿真
A、大信号与小信号的区别 描述阻抗特性的各参数受到工作频率、输入电 平、输出端的负载阻抗、电源电压、偏置以及 温度等的影响。
B、传输线变压器的使用


通常功放管的功率越大，输入输出阻抗越小，在宽频 带功率放大器的设计当中，一般端口的阻抗都为50Ω ， 而功放管的输入输出阻抗都是很小的，所以在用同轴 电缆进行宽带匹配的时候对传输线进行不同的绕法可 以得到不同比值的阻抗变换。 在实际的使用当中，经常用到的同轴电缆变压器有： 4:1阻抗变换、9:1阻抗变换和平衡不平衡变换。改变 同轴电缆的绕法和连接方式还可以得到其他特殊比值 的阻抗变化器。
推动级放大 MRFE6VS25LR5 G=18dB 最大输出25W
微带线结合电容 T 匹配网络 匹配网络 1:9同轴电缆阻抗变换 特性阻抗Zo=17
前向检波 反向检波 ADL5519 T 9:1同轴电缆阻抗变换 特性阻抗Zo=17 微带线结合电容 匹配网络 主放大 微带线结合电容 T 匹配网络 1:9同轴电缆阻抗变换 特性阻抗Zo=17 到天线 RFout 微带线 耦合器 47dBm
C、静态工作点的确定

首先确定功放管的工作状态 然后按照数据手册上给出的Ids值，仿真出栅 极电压
D、稳定性仿真

放大器的稳定系数K，稳定性判据如下：


带宽大子载波数目多的信号其PAPR大， 受到非线性功放的影响也大
10
0
以符号为单位的 CCDF曲线
带宽500kHz 带宽1.2MHz 带宽6MHz
10
-1
互补累积分布函数(CCDF)
10
-2
10
-3
10
-4
10
-5
10
-6
0
2
4
6
8
10
12
14
PAPR0(dB)
图1.1给出不同带宽条件下，发射信号峰均比的CCDF曲线
B、1dB压缩点功率
输出50W 滤波器插损 OFDM信号线性度（峰均比PAR＝10dB） 设计冗余 500W
C、增益
电路的调试和复杂度 采用三级放大，增益较高更易做到
采购射频功率管器件考虑因数：
A、性能 B、价格 C、采购周期 D、禁运 E、技术支持
2、初步选择推动级、主放大级功放管
推动级 Freescale：MW6S004NT1、MRFE6VS25LR5
CLOSED-LOOP DIGITAL PREDISTORTION USING THE ISL5239
PREDISTORTION PERchron公司的预失真器OP6180能自适应任何制式 的信号组合、支持任何PA技术（AB, Doherty, Envelope Tracking等）以及晶体管架构(LDMOS, GaS, GaN等)，ACPR改善达30～40dB。Optichron 公司是一个专门做功放线性化的小公司， Optichron 公司的预失真芯片只有两个系列OP4400和OP6180， 但是性能非常出色，敢称业界最好。因在数字预失真 技术领域的领导者地位，这家公司于2011年3月被 NetLogic Microsystems公司收购，随后9月份 Broadcom公司又收购了NetLogic Microsystems公司， 便推出了最新版本的预失真芯片BCM51030，比传统 DPD技术提供高10倍的带宽，使单个PA的功耗降低 20-50%。
50W宽带线性射频功放设计
225MHz～512MHz
一、OFDM系统对射频功放的要求

随着现代无线通信的迅猛发展，各种非恒包络调制方 式与多载波技术获得了广泛应用，这些信号具有宽频 带和高峰均比(PAR)等特点，要求功率放大器具有很 好的线性度，同时功率放大器是整个通信系统中能耗 最大的部件，这就又要求其具有尽可能高的效率。在 饱和状态下工作时，功率放大器的效率最高，但线性 度不佳，非线性会使频谱扩展到信号带宽以外，从而 干扰相邻通道，降低邻道泄漏比(ACLR)性能。在信号 带宽内，功率放大器非线性也会导致失真增加，从而 降低接收机的误差矢量幅度(EVM)性能，使误码率 (BER)增大。
NXP BLF6G27-150P测试效果
我们设计的功放在SC1887平台测试情况

中心频率700MHz 信号带宽3.84MHz 输出37dBm，ACLR改 善10dB 输出40dBm， ACLR 无改善 双音间隔1MHz、 4MHz输出37dBm改善 20dB，间隔1MHz以下 或输出40dBm均无改 善
二、功放线性化技术

数字预失真技术因其成本低、线性度改善效果好等优 势而备受关注。利用数字预失真技术，可以通过使发 射信号预失真来满足频谱要求，同时让工作在高效率 饱和区的功率放大器有效线性化。采用数字预失真技 术需要一个反馈接收机，通过其对功率放大器输出的 耦合信号进行下变频处理，然后与发射波形的数字信 号相比较，由自适应算法计算或更新一系列参数，以 便预加到下一个发射波形上。当自适应算法收敛时， 功率放大器即使工作于非线性部分，发射机输出也实 现了线性化。数字预失真技术可将发射机效率从10% 以下提高到35%以上，具体取决于所用的算法和功率 放大器类型。
三、功放线性化技术应用情况

PMC-Sierra公司的预失真器PM7800 PALADIN 10、PM7815 PALADIN 15与前馈 方案相比频谱功率的效率可提高50%以上
PALADIN 15 MCPA-EQUIPPED WCDMA BTS
三、功放线性化技术应用情况

Intersil公司的预失真器ISL5239基于双查找表， 其输入信号带宽可达20MHz
转换效率
开关频率 隔离电压 工作温度
≥80%
200kHz~300kHz 500V -45℃～+70℃
贮存温度
封装
-50℃～+85℃
300*150*80mm
功放单元
温度检测
RS485
CPU
RFin
0dBm
微带线结合电容 匹配网络 9:1同轴电缆阻抗变换 DAT-31R5-PP+ MW6S004NT1 L=1.3dB 特性阻抗Zo=17 G=18dB 31.5dB,0.5dB Step 最大输出4W 数控衰减器 放大 T

主放大 Freescale：MRFE6VP5600HR6

七、功放管的仿真
1、仿真的目的 A、采用不同的电路结构验证所选用的功放管是否合适？ 能否在225～512MHz内正常工作，包括稳定性、增益 平坦度、输入输出驻波比、三阶互调等指标都在允许 的范围内否或者能达到什么样的理论水平？ B、为调试提供趋势性参考，比如栅极、漏级电压对电 路性能的影响，改变匹配器件的值对各种指标的影响 等。 C、在选型确定的情况下完成匹配设计

滤波器单元
一路 截止频率 通带频率 340MHZ 221MHz-340MHz 二路 516MHZ 340MHz-516MHz
带内插损
性 能 参 数 阻带抑制 带内驻波 隔离
≤1.0dB（221MHz-340MHz）
442MHz≥50dBc， 480MHz≥60dBc ≤1.3（221MHz-340MHz） ≥60dB
Simplified block diagram of the OP6180-DEVS
OP6180-DEV development platform
1.88 GHz DPD correction
三、功放线性化技术应用情况

赛灵思与Analog Devices 公司合作，开发了 高性能的多模无线演示平台，来演示带有第三 方功率放大器、可在各种频率和任意无线接口 上运行的DPD 解决方案。Xilinx ML605 电路 板和Analog Devices 的混合信号数字预失真 （MSDPD）电路板通过两块电路板上的FMC 接头连接起来。Xilinx ML605 上实施了具有 DUC、DDC、CFR 和DPD 功能的高级信号处 理应用，充分利用了Analog Devices 公司 MSDPD 板上的高性能数据转换器和RF 信号 链路。
数字预失真
三、功放线性化技术应用情况

TI公司的预失真器GC5325、GC5322分别把 ACLR改善20～30dB、20dB以上，输入信号 带宽可达20MHz
GC5322/5 Digital Pre-Distortion System
GC5325EVM Block Diagram
WCDMA '1111' Spectral Performance at 2.14GHz and 48.9dBm
大功率 低通滤波器组
增益

G＝47－0＝47dB 三级放大 按照目前该频段的器件水平，一个功放管难于 做到，所以采用三级放大，为保证线性度与效 率的兼顾，推动级工作于A类，主放大工作于 AB类

六、主要器件的选型
1、50W功率管的选择： A、工作频率
B、1dB压缩点功率
C、增益
A、工作频率
1、工作频段 225～512MHz 2、宽带功放 射频功放管如何判断是否适合应用于宽带场合？ 输入特性参数Q： Q＝Rp/Xp Q值越小，功放管的带宽应用越宽
宁波大学射频实验室测试平台
宁波大学实地测试频率470MHz功率 20WDoherty功放的结果：
Scintera公司模拟预失真方案
SC1894 System Block Diagram
Scintera是一家致力于射频预失真解决方案的公司，其研发设计的系列芯片可有 效提升射频功率放大器的线性。Scintera提供可编程的模拟信号处理平台，与传 统的数字信号处理解决方案DPD相比，该平台的能耗更低、成本更低、简单易用。
带宽越大的信号其PAPR越大，对功放线 性要求越高