改造低频ISM发送器使其支持高频应用

MHz通道连接至发射 天线，434MHz通道连接至电路板的阻性负载。这种配置与简单的868MHz滤波器相比有两个优势：434MHz分量能够很好地匹配（从而保持较低的电 流损耗），并且434MHz信号发送给负载，没有辐射。如果868MHz端口的天线能够正确匹配并调谐，则会对434MHz发射信号产生显着的抑制。为进 一步降低434MHz下的电源电流，可以对双工器方案进行修改，使434MHz频点的阻抗高于868MHz频率阻抗。

但是该方案有一个潜在缺陷：它假设信号源是一个带有50Ω负载的线性信号源。而功率放大器的开关放大器输出不是线性的。

重新审视开关放大器模型

图1所示的频谱是基于没有滤波的功率放大器输出结果，434MHz处的波形是占空比为25%的脉冲 波。功率放大器输出在434MHz周期的25%时间内呈短路状态，当匹配网络适当调谐后，短路状态出现在434MHz正弦波的波谷。这样设计使得电流在最 低电压（接近于0V或地电位）时"灌入"谐振电路。该开关波形的电路模型（通过阻性负载连接至谐振电路）直接决定了功率放大器的性能。但是，需要对该模型 加以修改，以构建868MHz谐振电路。以便在不显着增大电源电流的前提下，通过868MHz电路抑制434MHz分量，这同时也解释了匹配网络与 434MHz失谐时电流损耗增大的原因（与采用868MHz匹配网络的实验相比，电流损耗会增大10%至20%）。在434MHz的二次谐波可能存在本地 电流最低点吗？

降低相位噪声

ETSI要求所有杂散发射信号的绝对功率须低于-36dBm,这不仅限制了谐波辐射，也对发送器的 相位噪声提出了要求。在欧洲，434MHz免授权频段介于433.05MHz和43479MHz之间（该频段的中心频点为433.92MHz,这也解释了 该频率得到广泛应用的原因）。带外频率的辐射功率不能高于-36dBm.靠近边带频率处，MAX7044的主要噪声分量是载频的相位噪声。MAX7044 的相位噪声密度为-92dBc/Hz,其中"dBc"表示"低于载波的dB数".

根据ETSI的要求，杂散功率需使用准峰值检波器在100kHz带宽内进行测量，作为一个平均功率 检测器，准峰值检波器对相位噪声也会进行相同的检波。在100kHz测量带宽与密度指标中的1Hz带宽之间增加一个50dB对数比，可以将100kHz带 宽内的测量功率提升至-42dBc.如果被测功率限制在-36dBm,MAX7044在434MHz欧洲频段的发送功率可达+6dBm （最大值）。

在868MHz至870MHz频率范围，可用的最宽频带为868.0MHz至868.6MHz.发 送器在该频带以外的平均辐射功率不能大于-36dBm.在100kHz带宽内测量带外功率，同在434MHz频率相同，只是带宽由1.74MH变为现在的 600kHz,即868MHz时的带宽比434MHz时窄了几乎3倍。此外，434MHz的二次谐波（即868MHz）相位噪声密度随频率呈平方关系增 长。这意味着868MHz时的相位噪声密度比434MHz时高6dB.MAX7044发射434MHz载波信号时，相位噪声密度在300kHz带宽下约为 -89dBc/Hz,在868MHz时约为-83dBc/Hz.在100kHz带宽内，300kHz的平均功率成为[-83 + （10log10（100kHz））] = -33dBc,这将MAX7044在868MHz时的发射功率限制-3dBm以内。

MAX7044中的振荡器具有相对较高的相位噪声密度，这是由于设计需要将器件中的VCO频率调谐 至300MHz至450MHz范围。这一相位噪声密度对于美国260MHz至470MHz免授权频率是可以接受的，因为对载频附近这些频率的杂散辐射要求 没有欧洲那么严格。为了在868MHz欧洲频段的发射功率接近+10dBm,MAX7044中的VCO需要更改到更窄的频带，并采用具有更低相位噪声的设 计，类似于L-C振荡器。

结论

对匹配网络进行简单的修改，可使434MHz开关放大器的886MHz发射功率高于434MHz发 射功率。本文讨论了在MAX7044EVKIT配置868MHz谐振电路和高通L型阻抗变换网络，从而产生+11dBm的868MHz载波发射功率的方 法。这种情况下，868MHz载波功率比434MHz基频功率高出近9dB.功率放大器在868MHz时的效率为30%.

为满足美国和欧洲标准对杂散辐射的限制要求，需要进一步对434MHz分量进行抑制。可以通过不同电路结构和模型改善对434MHz分量的抑制性能。对经典的双工器进行改造，将868MHz分量连接至天线，将434MHz分量连接至假负载。

对开关放大器模型中的调谐电路进行修改，得到一个优化的868MHz的匹配网络。修改VCO能够降低相位噪声密度，从而满足ETSI对868MHz频段杂散辐射的限制要求。