认知无线网络中功率放大器导通特性的影响

频道。据推测，在传输链中，功放消耗了大量的电源功率，尤其假如高的峰值平均功率比就像现在使用的3G和LTE通信。为了能够节省电力，功放在传输时是关闭的而不是简单的处于待机的状态。然而通常，功放都被设计成了能够连续进行传输工作。通过被周期性的导通和关闭，功放常常不工作在它正常的工作模式，因此，制造商提供的静态规范将不再适用。

测量设置

图2 放大器导通测试实验原理图

图2阐述了我们使用数字采样示波器的测量方法。这种方法使得功放的射频输出电压和电流损耗能够同时被采样。一个信号发生器（a）产生一个 触发信号控制晶体管开关（d），从而输送功率到射频功放（k）。这个触发信号能够直接通过数字示波器馈入，或者通过引可变时延（f）的一个10µs到 100ms的555定时延时发生器（b）来实现。对于大于1s的时延，可以使用秒表结合示波器的手动触发来实现。这种时延使得功放的输出电压能够在一个时 间偏移量内被采样。

图3 功放导通特性测试电路板

进行这项工作的功放是美国模拟器件公司的ADL5536，它的1dB压缩点为20dBm。选择的工作频率是600MHz，考虑到这个频段的传输特性和使用情况，这个电视空白频段常常被认为很适用于认知无线网络。放大器的电流损耗的测试是通过采样带有差分放大器的电流传感电阻的电压来实现的。一个射频信号发生器产生一个双音测试信号。图3给出了我们测试板的照片。其射频输入端连接的SMA接头在底端左侧，输出在底端右侧。上端左侧的SMA接头是触发信号的输入端，上端右侧是电流取样的输出。功放ADL5536在板子的底端，在它上面是一个晶体管，当触发信号出现时，它就接通电源。

双音测试产生的三阶互调失真（IMD3）通常假定与宽带信号，如LTE，产生的邻道功率（ACP）相等。为了精确的测试 ACP，必须在多帧结果中平均。LTE信号的帧长度是10ms。稍后会看到，功放的线性特性在10ms的时间间隔内变化很大。在这项工作中，数据会在2微 秒的时间间隔内被收集，而后对其进行快速傅立叶变化得到三阶互调失真。这种情况是假设三阶互调失真不会在2µs的时间发生显著变化。频率为600和 610MHz的双频音测试产生的三阶互调失真频率通过快速傅里叶变换精确地得到是590MHz（2*600-610MHz）和 620MHz（2*610-600MHz）。

导通时延和电源损耗

图4 双音测试下放大器的导通特性

双音测试显示的放大器的导通特性如图4所示，其显示了触发后9µs的运行情况。触发信号（绿色线）出现在1µs的时刻。射频输入电平已经 调整在静态工作条件下，放大器的三阶互调失真达到了WCDMA-33dBc的辐射掩蔽。在这些条件下，输出功率是17.7dBm。尽管功放开始产生一个输 出电压（蓝色线），但是是在触发信号发生2µs后（也就是在3µs时），而输出电压经过了4µs（也就是在5µs时）才达到它的最大幅度。功放的导通延时 （Td），即到最大的输出电压所需时间，所以被定义为4µs。大电流峰值（红色线）是由于功放偏置网络需要时间来稳定和给电源去耦电容充电以达到稳定的工作条件。

在静态工作条件下，功放ADL5536在5V的电压下消耗106mA的电流和静态功率消耗530mW。输出功率为 17.7dBm，效率为11%，这对于工作在这种条件下的这类功放来说是正常的。通过对1~5µs时间段内的电流消耗进行积分并减去静态功率消耗，剩下的 用于导通功放的功率经过计算为590mW。功放在导通到数据传输之间的总的功率消耗可以由以下公式得到：

导通时的互调失真

图5 功放的三阶互调失真

图5显示了随着时间推移的三阶互调失真上下波动和-33dBc的WCDMA辐射掩蔽的比较情况。注意到3µs的结果是通过2和4µs的数据得来的，然而功放的输出功率仍然在加大。

图5显示的三阶互调失真的大幅波动很可能是因为功放的记忆效应，同时，也能解释其不对称性。记忆效应是不仅仅由当前信号幅度影响的失真，同时也受到过去值的影响。这其中包含了热效应，即由于功率损耗导致温度上升从而引起了放大器偏置条件的改变。

在达到静态工作条件前，低的三阶互调失真波动了12dB，高的三阶互调失真波动了9dB。在10微秒时，辐射掩蔽被冲破大约0.25dB而在100ms时 候，它又差点被冲破。由于记录的数据间隔比较大，因此可能在这些数据间隔之间，辐射掩蔽也存在被冲破的情况。基于这种情况，认知无线网络要开始传输前至少 等待10µs以避免发生冲破辐射掩蔽的情况。然