引言

    隨著蜂窩系統(tǒng)用戶數(shù)量的暴漲,大都市地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)擁塞也就成為一個(gè)問題。為了增加網(wǎng)絡(luò)的容量,營運(yùn)商已經(jīng)開始在不同的頻率鋪開新的網(wǎng)絡(luò)。這個(gè)擴(kuò)展的頻率范圍對(duì)用戶來說必須是透明的,并且移動(dòng)電話必須能夠在多個(gè)頻段內(nèi)工作。本文專門討論在此類GSM手機(jī)上的功率放大器及其周邊電路。而GSM系統(tǒng)在歐洲、亞洲和美國是使用最廣泛的系統(tǒng),在對(duì)發(fā)射電路及其涉及的設(shè)計(jì)問題作一般性討論之后,RFMD公司將介紹一種能使用在雙頻和三頻GSM手機(jī)的功放解決方案。


最初分配給GSM移動(dòng)電話（又稱移動(dòng)站）的發(fā)射頻段是890MHz到915MHz。前幾年,當(dāng)容量成為問題時(shí),該頻段被往下擴(kuò)展到880MHZ,此時(shí)的系統(tǒng)被稱作擴(kuò)展GSM(E-GSM)�，F(xiàn)在由于這個(gè)頻段也被塞滿了,人們又分配從1710MHz到1785MHz的頻段,這個(gè)頻段通常被稱作PCN(個(gè)人通訊網(wǎng)絡(luò)),或稱DCS1800（數(shù)字通信服務(wù)1800MHz）。在美國,1850MHz到1900 MHz也被分配了,并且這個(gè)頻段被命名為PCS（個(gè)人通信服務(wù)）或 DCS1900。新的移動(dòng)電話通常工作在GSM和PCN頻段,以便在歐洲、亞洲獲得最優(yōu)的服務(wù)覆蓋率。目前,單頻PCS手機(jī)已在美國銷售,但更新的機(jī)型將也包括其他頻段。以The Bosch World Phone為例,它在歐洲工作于900MHz,而在美國工作于1900MHz。更新的設(shè)計(jì)將工作在所有這三個(gè)頻段。這將允許商務(wù)旅行者在大西洋兩側(cè)使用同一部電話。

    這種增加移動(dòng)電話的可使用性不能導(dǎo)致手機(jī)的體積變得更大或更昂貴。因此,為實(shí)現(xiàn)多頻段工作而使用的元件必須與這一準(zhǔn)則相匹配。雙頻解決方案必須不應(yīng)比以前的單頻解決方案體積更大或更貴。RFMD公司推出兩款新的符合這些準(zhǔn)則的功率放大器,這兩款功放是設(shè)計(jì)用于雙頻和三頻GSM手機(jī)上的。

GSM手機(jī)發(fā)射器的結(jié)構(gòu)

    這些器件是專用于單頻、雙頻和三頻手機(jī)上的,因此對(duì)這些應(yīng)用中所使用的系統(tǒng)架構(gòu)的理解是很重要的。

調(diào)制環(huán)路

    大多數(shù)較新的手機(jī)使用一種通常稱之為‘偏移調(diào)制環(huán)路’的調(diào)制方案。在這種架構(gòu)中,調(diào)制不是施加在中頻載波上,然后再上變頻;而是直接施加在VCO上,圖2所示的正是這種架構(gòu)的框圖,而圖1 是一種傳統(tǒng)架構(gòu)的方框圖。

    最初由愛立信倡導(dǎo)的偏移調(diào)制環(huán)架構(gòu),在實(shí)用上有兩大優(yōu)點(diǎn)：VCO輸出信號(hào)是一種真正的恒定包絡(luò)信號(hào),該信號(hào)消除了對(duì)功放的線性要求。這就允許人們使用不同的功放架構(gòu),因而能帶來更高的效率。

    從混頻過程中產(chǎn)生的偽信號(hào)和噪聲也被消除了,因此對(duì)上變頻器和功放后面的濾波的要求便大大地減輕了,只需要很少的幾個(gè)濾波器。這當(dāng)然大大減少了系統(tǒng)的成本和體積尺寸。

    在接收頻段,GSM系統(tǒng)對(duì)發(fā)射噪聲有嚴(yán)格的要求。任何從發(fā)射器產(chǎn)生出的,并落在接收頻段（對(duì)于GSM為 925-960MHz）的噪聲必須受到限制,以避免發(fā)射器降低其它鄰近接收器的接收靈敏度。如采用上變頻處理所產(chǎn)生的噪聲將會(huì)太高,不能達(dá)到系統(tǒng)的要求。因此在天線端必須使用一個(gè)雙工器。雙工器由兩個(gè)帶通濾波器和一個(gè)共用端口組成。其中的一個(gè)濾波器把發(fā)射頻段信號(hào)從功放引向天線,而另一個(gè)濾波器把接收頻段信號(hào)從天線引向低噪聲放大器的輸入端。用這種方法,那些從功放產(chǎn)生的、并落在接收頻段的噪聲被濾除了天線端口處的輸出信號(hào)達(dá)到了系統(tǒng)指標(biāo)要求。

    當(dāng)功放輸出的噪聲電平低到不需要濾波就能滿足系統(tǒng)的指標(biāo)要求時(shí),雙工器就可用一只收／發(fā)開關(guān)（RF/TX開關(guān)）來取代,而收／發(fā)開關(guān)要比雙工濾波器小得多也便宜得多。

    為了達(dá)到在偏離載波20MHz情況下的－79dBm/100KHz的系統(tǒng)要求,功放和VCO都必須具有低的噪聲指標(biāo)。

    在這樣一種系統(tǒng)中使用的VCO常稱作“功率VCO”,它具有高于＋8dBm的功率輸出。這樣的功率水平允許在VCO與功放之間有2dB或3dB的衰減,以便使VCO的牽頻效應(yīng)減至最小。

接收頻段的噪聲功率

    正如前面提到的,在接收頻段的噪聲功率對(duì)于下一代GSM功放是一個(gè)極為關(guān)鍵的指標(biāo)。在最大輸出功率點(diǎn)上,總的輸出噪聲功率貢獻(xiàn)來自三個(gè)方面：

    * 由功放產(chǎn)生的噪聲功率。

    * 由VCO在接收頻段產(chǎn)生的、后又被功放放大的相位噪聲。

    * 由VCO產(chǎn)生的發(fā)射相位噪聲,被功率放大器的交調(diào)而變頻進(jìn)入接收頻段。

    讓我們對(duì)這三種貢獻(xiàn)的每一種都進(jìn)行進(jìn)一步的考察。功率放大器都有一定的噪聲系數(shù)（NF）和一定的增益（G）,于是輸出噪聲功率（在100KHz帶寬內(nèi),這根據(jù)GSM規(guī)范）可以寫為：

    KT*B+NF＋G

    或 -174＋50＋NF＋G（dBm/100KHz）