隨著功放技術(shù)、基帶處理技術(shù)與射頻拉遠(yuǎn)等技術(shù)的重大突破，基站性能大幅度提高，現(xiàn)已經(jīng)進(jìn)入了新一代3G 基站時(shí)代。移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)在實(shí)際使用過(guò)程中，由于地形環(huán)境的影響很多基站并未達(dá)到預(yù)期的效果。為了改善網(wǎng)絡(luò)覆蓋，通常有三種方法：①添加基站，覆蓋盲區(qū)；②增設(shè)直放站，延伸并擴(kuò)大原基站信號(hào)，以增強(qiáng)信號(hào)覆蓋；③在原有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備基礎(chǔ)上，通過(guò)提高基站的發(fā)射功率擴(kuò)大覆蓋范圍?；竟Ψ啪褪且环N通過(guò)提升基站發(fā)射功率來(lái)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)覆蓋的解決方案。加裝基站功放后，基站輸出功率、有效覆蓋面積增加，因此覆蓋一定區(qū)域的基站數(shù)量可以減少。

文中就是在這種背景要求下，以飛思卡爾半導(dǎo)體的LDMOS 晶體管- MRF6S19060N 為例，在ADS 環(huán)境下仿真設(shè)計(jì)了一個(gè)應(yīng)用在1930 ~ 1990MHz 基站的功率放大器?；竟Ψ艑儆诖笮盘?hào)放大器，輸入功率和可控衰減范圍大、三階交調(diào)抑制比要求高等都是基站功放設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。文中針對(duì)以上問(wèn)題提出了單雙音信號(hào)分別輸入的仿真方法并給出了設(shè)計(jì)步驟，最后和測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了比較。仿真結(jié)果與測(cè)試結(jié)果的一致性說(shuō)明了仿真的有效性。

2 基站功率放大器的技術(shù)要求

作為優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)信號(hào)覆蓋的一種解決方案，基站功率放大器（加塔頂放大器） 具有較高的實(shí)用價(jià)值。

基站功放作為基站射頻信號(hào)的輸出必須保證其輸出信號(hào)滿足移動(dòng)通信系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)范對(duì)空中射頻信號(hào)的所有技術(shù)要求。主要有以下幾個(gè)方面的要求：

（1） 輸出功率。

輸出功率應(yīng)符合通信系統(tǒng)基站發(fā)射功率等級(jí)要求。鑒于目前國(guó)內(nèi)大部分GSM 系統(tǒng)基站輸出功率等級(jí)為5 級(jí)，且塔頂放大器能將噪聲系數(shù)改善6dB,因此基站功放一般也按6dB 增益提高，把以前5 級(jí)提高到3 級(jí)，這樣輸出功率也有一定的改善。

（2） 增益。

基站功率放大器的增益應(yīng)能滿足不同基站功率等級(jí)需要，根據(jù)上行鏈路中塔頂放大器的增益進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到上下行鏈路的平衡。一般要求大于6dB.

（3） 互調(diào)失真。

根據(jù)TS GSM05. 05 要求，GSM 系統(tǒng)單載波信號(hào)滿功率輸出時(shí)，IMD 小于- 26dBc, 用雙音測(cè)試法測(cè)試，當(dāng)峰值包絡(luò)功率等于最大輸出功率時(shí)，IMD<- 26dBc.

（4） 雜散發(fā)射。

GSM 系統(tǒng)基站功率放大器的雜散發(fā)射按GSM05. 05 技術(shù)規(guī)范要求，應(yīng)滿足：0. 9kHz ~1GHz 范圍內(nèi)≤- 36dBm; 1GHz~ 12. 75GHz 范圍內(nèi)≤- 30dBm. 因此，基站功率放大器必須具備一定的濾波功能，一方面濾除上行頻帶內(nèi)的噪聲，另一方面抑制因功率放大器非線性而產(chǎn)生的諧波失真分量。

（5） 端口駐波。

基站功率放大器插入BTS 后，必須不影響原系統(tǒng)的匹配，一般要求功率放大器輸入、輸出端口駐波系數(shù)小于1. 2。

3 設(shè)計(jì)功放主要特性及仿真步驟

下面是主要仿真基站功放性能參數(shù)：

（1） 轉(zhuǎn)換功率增益G T : 當(dāng)放大器的輸入阻抗和信號(hào)源的內(nèi)阻共扼匹配時(shí)，信號(hào)源到放大器之間有最大的功率傳輸，此時(shí)有下式成立：

其中，PL 為負(fù)載吸收的功率，PA 為信號(hào)源的資用功率。用放大器的S 參數(shù)和反射系數(shù)可表示為：

其中，POU T 為射頻輸出功率，PIN 為射頻輸入功率，P INQ 為直流輸入功率。它既反應(yīng)了直流功率轉(zhuǎn)化為射頻功率的能力，又反應(yīng)了放大射頻功率的能力。

（3） 三階互調(diào)失真（IMD3） : 輸出功率的三階互調(diào)分量與基波分量之比，單位為dBc 時(shí)表示為：

同時(shí)還仿真了理想輸出功率和增益壓縮輸出功率與輸入功率的關(guān)系曲線。

在對(duì)功率放大器進(jìn)行仿真之前，需要做的準(zhǔn)備工作主要包括：確定仿真工具軟件、用于仿真的功放晶體管模型、采用的電路結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)方法等。主要仿真步驟為：①將晶體管模型庫(kù)導(dǎo)入到ADS 模型庫(kù)中； ②根據(jù)放大器的要求和晶體管特性確定靜態(tài)工作點(diǎn)；③ 進(jìn)行功率放大器的電路設(shè)計(jì)，包括阻抗匹配、偏置電路和直流厄流等；④確定仿真類型和仿真參數(shù)以及ADS 環(huán)境下的所需的一些變量；⑤對(duì)所設(shè)計(jì)電路進(jìn)行仿真，然后分析這些曲線并得出結(jié)論。

4 仿真實(shí)例

本次設(shè)計(jì)實(shí)例中采用了飛思卡爾公司的MRF6S19060N 晶體管測(cè)試板作為功率放大器，對(duì)本放大器的一些特性進(jìn)行仿真，其頻率范圍為1930MHz~ 1990MHz, 工作電壓為DC28V, 輸出平均功率為12W（31. 08dBm） , 增益為16dB. 該晶體管是LDMOS 功率管，具有增益高、輸出功率大以及良好的線性度、較高的性價(jià)比和高可靠性等特點(diǎn)，非常適合用于設(shè)計(jì)基站功率放大器。

4. 1 靜態(tài)工作點(diǎn)的確定

靜態(tài)工作點(diǎn)仿真主要是選擇放大器的工作狀態(tài)，確定靜態(tài)工作點(diǎn)。根據(jù)仿真步驟首先在ADS 中導(dǎo)入飛思卡爾的LDMOS 模型庫(kù)，并調(diào)出MRF6S19060N 模型。建立如圖1 所示的直流仿真電路圖。

圖1 確定靜態(tài)工作點(diǎn)電路圖