大规模天线阵列系统中Doherty功放模块的应用

电路分析及设计指标要求

2.2、QPA2705 设计指标

QPA2705 主要是为4.5G 或Pre-5G 大规模天线阵列系统设计的功率放大器模块，具有高集成度， 高带宽，高效率，高线性，小型化等优点，并可以根据 不同数字预失真系统调节漏级电压以同时满足效率与线性的要求。根据3GPP 的指标要求^[9]，设计指标如表1所示。

表1、设计指标

3、电路测试及分析

3.1、基本射频性能测试

功率放大器的基本射频性能取决于输入输出匹配以及供电电压和静态偏置的状况，为了使器件在一定的功率范围内效率更高，可以选取不同的供电电压和静态偏置来折中漏级效率和整体线性的要求。

测试指标要求以及本测试条件：在2496MHz 到2690MHz 频段范围内，测试指标要求驻波小于-10dB，增益大于34.5dB，3dB 压缩点大于45dBm。

本测试条件是在24V 漏级供电电压和-4.33V 辅放大器偏置电压，驱动级静态工作电流50mA，主放大器静态工作电流50mA，饱和功率测试信号是采用8uS/80uS 的脉冲信号，测试频率范围2500MHz 到2700MHz，测试环境温度是25 度，以及外加风扇以保持温度恒定。

表2 是采用Agilent E5071C 矢量网络分析仪对S 参数测量和采用E4438CESG 信号发生器以及E4417A 功率计进行测量的结果。

表2、S 参数和3dB 压缩点测试结果

由测试结果可以看出，在2500MHz 到2700MHz 频段范围内，输入端口的反射系数都在-10dB 以下，小信号增益在35dB 左右，平坦度在0.3dB 以内，3dB压缩点功率在45dBm以上。此数据可以满足设计指标要求。

电路测试及分析

3.2、线性校准测试

应用在大规模天线阵列系统中的功率放大器对 线性度的要求极其严格，目前大部分厂商采用数字预失真的方法来提高线性度。本文使用ADI 公司带有数字预失真功能的收发模块对QPA2705 进行线性化处理，配合使用方法：由于收发模块的驱动能力不足，需配有驱动放大器作为预驱动，然后对QPA2705 进行数字预失真线性校准。

测试指标要求以及本测试条件：根据3GPP 在2496MHz 到2690MHz 频段范围内的指标要求，在数字预失真校准后，邻道功率比要小于-45dBc。

本测试条件是根据不同功率量级调整漏级供电电压，辅放大器的偏置电压为-4.33V，驱动级静态工作电流50mA，主放大器静态工作电流50mA，测试信号是7.5dB 峰均比以及3*20MHz 的LTE 信号，测试环境温度是25 度，以及外加风扇以保持温度恒定，在34dBm 到37dBm 采用24V 供电，37dBm 到38dBm 采用26V 和28V 供电，以此来提高效率并保证线性度的指标要求。

表3 是在2605MHz 频点，7.5dB 峰均比以及3*20MHz LTE 信号测试的数据，图6 和图7 是在38dBm 输出功率时测试的初始邻道功率比和数字预失真处理后的邻道功率比数据，由测试结果可以看出，针对34dBm~38dBm 区间的功率，漏级效率在37.9%~44.41%，数字预失真技术处理后的邻道功率比可以达到-50dBc 左右。此数据可以满足设计指标要求。

表3、2605MHz 频点，7.5dB 峰均比以及3*20MHz LTE 信号测试的数据

图6、初始邻道功率比

图7、数字预失真后的邻道功率比

4、结论

本文是基于Qorvo 公司QPA2705 器件，配合ADI 公司自带数字预失真功能的收发模块，研究并测试了可应用在大规模阵列天线基站中的高集成度的功率放大器模块，在2496MHz 到2690MHz 频段范围内，针对34dBm 到38dBm 不同功率量级，通过调整功率放大器漏级供电电压来折中漏级效率和线性度的整体指标要求。

在24V 漏级供电电压的情况下，34dBm 到37dBm 功率范围内，漏级效率在37.9%~44.16%，数字预失真技术处理后的邻道功率比可以达到-50dBc 左右。

在26V 漏级供电电压的情况下，38dBm 功率的漏级效率可以达到44.41%，此时数字预失真技术处理后的邻道功率比可以达到-48. 69dBc。

在28V 漏级供电电压的情况下，37dBm 到38dBm 功率范围内，漏级效率在40.55% -42.33%，此时数字预失真技术处理后的邻道功率比都在-50dBc 以下。

由此看出，QPA2705 功率放大器模块可以应用在大规模阵列天线基站中。

作者：周鹏飞，保石，杨嘉，来自Qorvo公司

参考文献

[1] Waitingfor5Gtechnology, MarkLapedus, June 23, 2016.
[2] 5G the Precarious Promise, June 13, 2016.
[3] Howwill5Gwork, MarkLapedus, June23, 2016.
[4] A K Panda, R K Paridd, N C Agrawala and G N Dash, "A comparative study on the high band gap material (GaN and SiC)-based IMPATTs", in Asia-Pacific Microwave conference, 2007.
[5]SteveC.Cripps."RFpowreamplifiersforwire-
lesscommunications. 2ndedition". Theartechhouse microwave library,2006: 290-310.
[6]KorneVennema", RFPowerworkshop",June2010.
[7] S. Jee, J. Lee, B. Park, C. Kim, and B. Kim,"GaN MMICboradbanddohertypoweramplifier", inAsia- Pacific Microwave conference, 2013, pp 603-605.
[8] D.Y.-T.WuandS.Boumaiza,"Amodifieddoherty configuration for broadband amplification using sym- metricaldevices",IEEE,pp.3201-3213,Oct.2012.
[9] 3GPP TS 36.101 V14.1.0(2016-09).