基站功率放大器ADS仿真设计

MRF6S19060N 晶体管的静态工作点特性曲线。在特性曲线中，可以发现静态工作点即图2 中m1 点，V DD= 28V, I DQ = 0.606A, 从而得到栅极电压VGS = 2. 7V, 这样静态工作点就确定了。

图2 晶体管直流特性曲线和静态工作点

4. 2 器件的稳定性分析及增益仿真结果

放大器电路必须满足的首要条件之一是其在工作频段内的稳定性。因为射频电路在某些工作频率和终端条件下有产生振荡的趋势。它一般取决于晶体管的S 参数和置端条件。功率放大器的稳定性可以根据稳定因子来判定，计算公式如下：

如果因不稳定在输入或输出端口出现负阻时，就可能发生振荡，则需要采用在输入或输出端串联或并联负反馈的方法使晶体管稳定。仿真实例中采用ADS 自带mu- load 和mu- source 公式满足的条件来判定功率放大器稳定性，通过仿真可以得到器件的稳定性曲线如图3 所示。由下图仿真结果可见在工作频率范围内mu- load 和mu- source 都大于1 满足绝对稳定的条件。

图3 稳定性分析结果

基站功率放大器的增益应能满足不同基站功率等级需要，根据上行链路中塔顶放大器的增益进行调整，以达到上下行链路的平衡。在高增益方案中，信号增益可用S 参数仿真dB（S （2, 1） ） 来衡量。图4为放大器的增益仿真结果，能够看到在整个工作频率范围内都符合增益大于16dB 的要求。

图4 S21（增益） 仿真结果

4. 3 单音信号仿真电路与仿真曲线

单音信号仿真是扫描功率的谐波平衡仿真，主要是得到ldB 压缩点和放大器的功率附加效率曲线。图5 是单音信号仿真电路图，这里频率设定为中心频率1960MHz.

图5 单音信号仿真电路图

图6 和图7 为由以上电路原理图仿真得到的输入输出功率关系和功率附加效率仿真结果，能够看到当输入功率为31dBm 时，P1dB即图6 中的m2 输出为45. 686dBm. 图7 给出了功率附加效率在10%~ 50%范围内随着输入功率的变化曲线。由此可知输出功率及效率达到了基站功放的要求。

图6 理想输出功率和增益压缩输出功率曲线

图7 功率附加效率仿真结果

4. 4 双音信号仿真结果

双音信号仿真是测试放大器线性度的重要手段，它是将频率相近的射频信号输入到放大器，利用谐波平衡法，得出放大器输出信号中的三阶互调失真分量与基波信号的相对关系。将输入的双音信号频率分别设置为1958. 75MHz. 和1961. 25MHz的正弦信号，则三阶互调失真的频率分别为1953.75MHz 和1966. 25MHz. 图8 为双音信号的仿真结果。由仿真结果可以计算出IMD3 为- 32. 68dBc.

图8 双音互调仿真结果

通过对比有关晶体管MRF19060N 的特性曲线和仿真结果可知，仿真结果和测量结果是一致的，但也存在一些微小差别。这主要是由于实际的器件和仿真模型不完全相同造成的。

5 结束语

文中针对基站功率放大器的输出功率大以及良好的线性度、较高的性价比和高可靠性等要求，通过采用ADS 软件的仿真和设计实现了基站功率放大器的性能要求。这不但能够扩大基站覆盖范围，提高通信质量，同时也节省了开发的成本。文中给出了仿真特性的电路图和仿真后的特性曲线，同时对仿真曲线和实际测试的特性曲线进行了比较，比较结果表明得到的仿真曲线和实际测试曲线是一致的，表明这种设计方法和步骤是可行的。可以有效地应用于基站系统来提高基站的发射功率，使原有盲区范围变小甚至实现无盲区覆盖，达到改善通话质量、提高经济效益的目的。