如何改造低频ISM RF发送器以支持高频应用

功率放大器总效率(全部四个频点的功率/(VDD × IPA)) = 46.6%
868MHz频点处功率放大器的效率 = 18.4%。

图5. MAX7044EVKIT谐振电路调谐至868MHz时的频谱

由于868MHz谐振电路的带宽比434MHz谐振电路的带宽窄(寄生电容相同，因而电感为原来的四分之一)，这样能够充分抑制434MHz处的基频，使得基频和二次谐波的功率大小几乎相等。谐振电路的这种简单修改将868MHz与434MHz处的功率比改善了将近3dB。

868MHz频点下的高通匹配

接下来，将低通π型网络改为高通网络，进一步衰减434MHz分量。16nH功率放大器偏置电感和串联电容(47pF)保持不变，π型网络(通常用作低通滤波器，抑制高次谐波)更改为简单的高通L型网络，从而将天线连接器处的50Ω阻抗转换为功率放大器输出端的200Ω。在此选用更为简单的L型网络替代完整的π型网络，可以最大程度地减少对元件的改动，保证可行性。由于采用L型网络后功率放大器输出端的等效阻抗为200Ω (而不是50Ω)，其发射功率的电流损耗低于50Ω负载时的电流。

图6. 高通L型阻抗转换网络

下面列出了434MHz处基频及前4次谐波的功率测量值。图7给出了434MHz和868MHz处频谱分量，频率值四舍五入至最接近的1MHz内。

VDD = 2.7V，IDC = 18.1mA，IPLL = 2.06mA，IPA = IDC – IPLL = 16.04mA
P(434MHz) = +2.5dBm
P(868MHz) = +11.2dBm
P(1302MHz) = +4.0dBm
P(1736MHz) = -3.2dBm

总效率(全部四个频点) = 41.5%
868MHz频点处的效率 = 30.4%。

图7. MAX7044EVKIT采用868MHz谐振电路和高通L型网络时的频谱

高通L型匹配网络进一步衰减了434MHz分量，将868MHz分量的效率大幅提升至30.5%。这意味着对现有匹配网络做少许改动，即可使868MHz信号在50Ω天线处产生大于10dBm的发射功率。

匹配网络简单改动的总结

减小MAX7044EVKIT的偏置电感值，与IC和电路板电容共同构成868MHz谐振电路。这样使得434MHz和868MHz频点处的功率大小相同。采用简单的高通L型匹配网络替换谐波滤波器，将868MHz与434MHz的功率比提升9dB，使得868MHz成为主发射频率。虽然在功效上有少许损耗，但是电路仍然能够发射功率大于10dBm的868MHz信号。此外，还可对电路做更多的修改，以进一步提高868MHz与434MHz基频和高次谐波的功率比。

下一步工作的建议

上述简单的修改验证了通过更改外部元件可以显著提高发送器IC的二次谐波功率(相对于基频功率)，同时还保持了较高的发射信号功率。这是一个很好的开端，但要发射符合868MHz欧洲免授权频段和美国915MHz频段要求的信号，还需要克服很多困难。

进一步提升868MHz分量

提高谐振电路的Q值(由偏置电感和功率放大器的对地电容组成)，可以提高868MHz分量，具体可通过在功率放大器输出引脚增加一个对地电容、并且减小偏置电感来实现。在该实验中，偏置电感降至16nH，与电路板和IC上的寄生电容组成谐振电路。在保证每个元件的空载Q值不会显著影响整体效率的前提下，可以将电感进一步降至5nH至10nH范围，并将总旁路电容增大至约6pF。

在图6的C6位置增加一个并联电感构建高通π型网络，并调整电感值，可以改善高通L型匹配网络对434MHz的抑制性能。精心选择π型网络中的三个元件，可以使其对434MHz分量的抑制能力提高25dB或30dB，但是对于满足ETSI要求(如果868MHz发射信号功率为+10dBm，则所有杂散辐射均低于-36dBm)还差46dB。本文接下来将继续探讨改善抑制性能的建议方案。

保证发送器效率

上述改动的重点是提高868MHz分量并抑制434MHz分量，但这些改动将功率放大器效率由50% (434MHz发射信号)降为30% (868MHz发射信号)，后续的434MHz信号抑制方案可能还会进一步影响效率。在针对434MHz发射信号设计匹配网络的早期测试中可以发现，当434MHz匹配网络失谐时，直流电流损耗会随之增大。如果典型滤波器是通过降低频点处的匹配性能来抑制这些频率的话，很显然，这些测试中的电流损耗将进一步增大。那么，如何在不显著增大直流电流、降低效率的前提下改善434MHz的抑制性能呢？

双工器方案

双工器常用于双通道接收系统，用于连接公共接收天线和两个接收器，每个接收器调谐在不同频率。双工器在两个频率下均能够为天线提供很好的匹配。如果用功率放大器替换接收天线，则会提供独立的434MHz和868MHz通道。868MHz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