RF功率校准技术助力无线发射机.docx
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1、RF功率校准技术助力无线发射机无线发射机可从RF功率测量和控制中获益。正因为这些因素,与其他无线通讯网络共存的监管要求及需要,必须监测和控制无线发射机中高功率放大器(HPA)的RF功率水平。这些测量的精度和准确性可以提高发射机的频谱特性,并极大节约HPA的运营成本。某种形式PA输出功率的工厂校准,通常作为任何控制PA输出功率计划的一部分来执行。校准算法在其复杂性和有效性方面有着很大不同。本文将集中讨论典型的RF功率控制计划如何得以实现,并将会对各种工厂校准算法之间的效益和效率进行比较。图1表示了具有RF功率测量和控制功能的典型无线发射机的框图。其中来自HPA的一小部分信号耦合并输入到用于测量的
2、RF检测器。该耦合器位于天线附近,并在双工器和隔离器之后;其相关损耗应包括在部分校准之内。取决于耦合系数,来自定向耦合器的信号将比输入天线的信号成比例降低(如低于20或30dB)。这种方式中的耦合功率导致一些发送路径中的功率损耗,一般会有几十dB,这取决于定向耦合器的品质。在无线基础架构应用中最高的发射功率一般在+30至+50dBm(1至100W),这一来自定向耦合器的信号对RF检测器而言将仍然过大。因此,在耦合器和RF检测器之间一般要求额外的衰减。现代对数响应RF检测器(logamp)具有30至100dB的功率监测范围,并提供温度和频率稳定的输出。在大多数应用中,检测器输出被输入到模拟数字转
3、换器(ADC),以便被数字化。采用储存在非挥发性存储器(EEPROM)中的校准系数,来自ADC的代码被转换成发射功率读数。该功率读数与设定点的功率水平进行比较。如果发现设定值与实测功率之间的任何差异,可以在信号链中许多点之间的任何一点进行功率调节。可以调整驱动射频的基带数据的幅度,可以调整射频或中频(IF)可变增益放大器(VGA),或者改变HPA的增益的。这样一来,增益控制回路调节自身并在理想限度内保持发射功率。但必须注意的是,电压可变衰减器(VVA)和HPA的增益控制传递函数通常相当的非线性。因此,自某一增益调整的实际增益变化是不确定的。这加剧了对控制回路的需求,该回路在改变设置和随后迭代的
4、进一步引导上提供了反馈。在图1的系统中,几乎没有器件提供很好的绝对增益精度规范。通过确定1dB的发射功率误差来表示其影响。器件的绝对增益,例如HPA、VVA、RF增益模块,以及信号链中的其它器件,一般从器件到器件变化很大,从而达到造成输出功率不确定性将明显大于1dB的程度。此外,信号链增益会随温度和频率变化而有所不同。因此,必须不断测量发射功率。620)this.style.width=620;border=0RF功率校准技术助力无线发射机输出功率校准可以定义为对传输到系统的高精度外部参考进行校准。校准过程通常涉及到切断与天线的连接,并连接外部测量参考,例如RF功率计,为了向发射机的集成功率检
5、测器传递或克隆功率计的高精度。校准过程包括设定一个或更多的功率水平,采用来自功率计的读书和来自RF检测器的电压,并将全部这些信息储存在非易失性EEPROM中。采用这些存储的信息,发射机可以精确调节器自身功率,而不必与功率计进行连接。例如放大器增益与温度关系、发射频率,以及理想输出功率水平变化等参数,(已校准)板上RF检测器的作用就像一台具有绝对准确性的内置功率计,这将保证该发射机永远在规定的容差内发射理想功率。在该系统RF检测器温度和频率内,该传输函数的线性度和稳定性强烈影响着校准过程的复杂性和7个可获得的后校准精度。图2表示了RF指数放大器的传输函数的行为与温度的关系,该图为了进行解释说明而
6、进行了放大。三条3曲线显示出:在+25C、+85C和-40C下输出电压与输入功率的关系。在+25C下,检测器的输出电压范围从输入功率为-60dBm的大约1.8伏到输入功率为0dBm的0.4V。传输函数紧随一条直线,这条线覆盖了这一痕迹。传输函数在末端偏离了这一直线,在-10和-5dBm功率水平也有一些非线性行为的例子。快速计算表明,这种检测器有大约-25mV/dB的斜率:输入功率1dB变化将导致25mV的输出电压变化。这个斜率在动态范围的线性部分为常数。因此,尽管有大约为-10dBm的轻微非线性,但还可以得出结论,在+25C下该传输函数的行为,可以采用一个公式1形式的简单方程来建模:其中,IN
7、TERCEPT=外推的直线与图中x轴交叉相吻合的点。从校准方面来看,这一简单的公式是有用的,这是因为它将通过采用和测量与校准过程中两个不同功率水平一样低的功率,来建立检测器的传输函数。考虑温度上图2中这一假设的检测器的行为。在输入功率为-10dBm时,从约为室温到-40或+85,输出电压随温度的变化大约为100mV。根据早先对检测器坡度计算为-25mV/dB,这相当于在4dB测量功率下的偏差,这一偏差对大部分使用系统而言实在太大(现实的RF检测器通常也有介于0和+/-0.5dB之间的温度漂移)。实践中,所需要的是传递函数具有最小漂移随温度的检测器。这将保证在工作温度范围以上的常温下实现校准过程
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