蜂窝电话功率放大器-天线接口的自适应调谐

RF性能

尽管实现了回波损耗的改善，但设计者最关心的是整体RF的性能。调谐电路必须提高天线和功率放大器系统的整体效率，同时保持或改善线性性能。通过在调谐元件上设定相同的电压并且使用导线连接功率放大器和可调谐匹配电路，测量调谐电路后面的天线阻抗。测试结果表示，在所有功率电平下，回波损耗和整体效率都有明显改善，且具有相同或更好的线性。相同的技术可用于如3G数据蜂窝应用的其他线性调制技术。本文的思路是使调谐电路简单化和小型化。这对于3G应用也有相同作用，且能扩展到包括用于线性控制的谐波调谐，使这些应用具有更高的效率。

最后，在有调谐和无调谐情况下在天线测量室中使用仿真的头和手检验性能。该测量室需要连续信号，而功率放大器不能承受高功率电平下的连续操作。这需要降低辐射功率电平，而在该条件下，调谐性能改善并不明显。然而，在三种测试情况中仍然得到1dB的整体效率提高，如表1所示。

表1 有调谐和无调谐的结果对比


调谐元件特性

最后的考虑是匹配电路中使用的调谐元件。如果对该元件的要求过于苛刻以致难以实现，则使该解决方案的成本太高而受到限制。表2给出调谐元件的性能。

表2 调谐元件特性


调谐电路拓扑需要略低于10:1的调谐范围，这限制了供货商的范围，但仍然有供货商能满足表中所示的范围要求。所有其他的参数均满足或优于调谐电路元件以及蜂窝电话语音应用和3G数据应用的要求。此外，调谐元件的频率范围和功率容量性能优于表中所示的范围。表中的限制是由测试设备的限制产生的。

结语

本文给出的简化可调谐匹配电路能在蜂窝应用的多种严酷的环境条件下改善由天线带给PA的回波损耗。相对于能够将几乎任何阻抗匹配到理想的50Ω阻抗的较昂贵的、较大的可调谐系统，该简化的可调谐电路仅使用一个可调谐元件即可实现该可调谐系统的大部分性能，同时可降低成本和尺寸。此外，该电路具有适用于 GSM以及宽带调制系统的足够的带宽容量。RF性能测试表明该电路可以在多种严酷的测试条件下显著提高效率，同时保持良好的线性性能。在头和手阻挡的条件下执行测试时，该调谐技术还可用于满足连接到单个天线的多个无线应用的宽带工业需求。能够匹配多个频带的特性，即使在自由空间条件下，也能降低天线的回波损耗。最后，即使在无调谐情况下，同时设计天线和功率放大器仍有利于控制接口阻抗。这对于谐波而言特别重要。

作者： Antenova公司RF技术总监 Mike Gaynor    来源:电子设计应用2009年第11期