基于功率放大器技術(shù)的無線本地環(huán)路的構(gòu)建

提供廣域無線電信需要良好的功率放大器。無線本地環(huán)路涵蓋了一系列應(yīng)用，功率放大器的RF要求差異很大。無論是寬帶無線接入（BWA），環(huán)路無線電（RITL），固定無線接入（FRA）還是固定無線接入（FWA）功率，外形和成本都是覆蓋最后一英里的關(guān)鍵設(shè)計(jì)元素。隨著對寬帶服務(wù)需求的增長，將靈活的語音服務(wù)捆綁到布線不能或不會到達(dá)的地方仍然是一個(gè)增長的市場。所有這些都必須考慮功率放大器，特別是便攜式手機(jī)。

WiMAX和DECT等技術(shù)為跨越這一最后一英里提供了新的機(jī)會，為更廣泛的領(lǐng)域提供電信服務(wù)。現(xiàn)在模擬電視服務(wù)的關(guān)閉開啟了利用600 MHz和900 MHz左右的“白色空間”頻率提供本地低成本寬帶服務(wù)的機(jī)會，這些服務(wù)還帶有語音（作為IP語音）并提供其他服務(wù)。電信服務(wù)。美國卡爾森無線技術(shù)公司等公司正在通過美國監(jiān)管機(jī)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)許可證提供使用這些空白頻率的非視距系統(tǒng)。最新一代產(chǎn)品性能提升了四倍，速度高達(dá)16 Mb/s。除了使用UHF頻譜的所有優(yōu)點(diǎn)外，該技術(shù)還具有更高的調(diào)制性能和更高的可靠性，這歸功于其專有的均衡系統(tǒng)。

使用這些空置的電視頻道，系統(tǒng)將無線寬帶帶到太崎嶇或遠(yuǎn)程微波的位置。能夠穿透樹葉并在山上旅行，UHF信號帶來前所未有的寬帶，為最后一英里的位置提供遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)和住宅連接。

有多種器件可用于支持這些較低頻率，但這些器件都是分立式射頻器件，例如飛思卡爾半導(dǎo)體MBC13917，通過SiGe BiCMOS設(shè)計(jì)提供100 MHz至2.5 GHz頻率。

Maxim的MAX2235低壓硅射頻功率放大器（PA）設(shè)計(jì)用于900 MHz頻段，適用于白色空間和其他無線本地環(huán)路應(yīng)用。它采用+2.7 V至+5.5 V單電源供電，非常適合與3節(jié)NiCd或1節(jié)鋰離子電池配合使用。該器件采用+3.6 V電源提供+30 dBm（1 W）典型輸出功率，+ + 2.7 V電源提供+28 dBm輸出功率。

MAX2235的增益可在37 dB范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。功率控制引腳控制增益和偏置，即使在較低的輸出功率水平下也能保持最佳效率，從而延長電池的使用壽命。輸出功率為+30 dBm時(shí)，效率通常為47％。額外的省電功能是關(guān)斷模式，通?？蓪㈦娫措娏鹘抵?μA以下。

該P(yáng)A的一個(gè)關(guān)鍵特性是其自動(dòng)調(diào)節(jié)功能。在導(dǎo)通和關(guān)斷期間，RF包絡(luò)被控制為在上升沿和下降沿接近升余弦，從而最小化瞬態(tài)噪聲和頻譜飛濺。通過選擇外部電容的值來設(shè)置斜坡時(shí)間。

Skyworks的SE2435L是一款高性能，高度集成的RF前端模塊，專為工作在860至930 MHz頻段的高功率ISM頻段應(yīng)用而設(shè)計(jì)。

SE2435L的設(shè)計(jì)易于使用，靈活性最大，完全匹配50？輸入和輸出，以及兼容1.6 - 3.6 V CMOS電平的數(shù)字控制。 RF模塊可在2.0至4.8 V的寬電源電壓范圍內(nèi)工作，使SE2435L可在電池放電曲線的廣泛范圍內(nèi)用于電池供電應(yīng)用。

集成PA提供30 dBm輸出功率，而帶有可編程旁路的集成LNA和具有Tx和Rx分集的集成天線開關(guān)，使單端50的系統(tǒng)設(shè)計(jì)顯著簡化？ Tx/Rx RF接口。

圖1：Skyworks的SE2435L工作在860 - 930 MHz頻段。

WiMAX也是一種重要的無線本地環(huán)路技術(shù)，可提供更高的寬帶數(shù)據(jù)速率和WLL應(yīng)用范圍。然而，世界各地有許多不同的技術(shù)可用于限制大量開發(fā)的機(jī)會。

Region

頻段（GHZ）評論加拿大2.3

2.5

3.5

5.8美國2.3

2.5

5.8中南美洲2.5

3.5

5.8分配因國家/地區(qū)而異每個(gè)分配中的碎片帶。歐洲2.5

3.5

5.8 5.8 GHz在大多數(shù)歐洲國家/地區(qū)不可用。各國之間的分配非常分散。中東和非洲2.5

5.8頻譜非常分散。俄羅斯2.5

3.5

5.8 2.5 GHz目前分配給IMT 2000.亞太地區(qū)（包括中國，印度，澳大利亞等）2.3

2.5

3.3

3.5

5.8 》表1：全球WiMAX的頻段。

Avago Technologies的ALM-32320是高線性度，2 W WiMAX功率放大器，具有良好的性能，在1 dB增益壓縮點(diǎn)具有出色的功率附加效率（PAE），通過使用Avago專有的0.25μmGaAs增強(qiáng)模式實(shí)現(xiàn)pHEMT過程。

所有匹配的組件都完全集成在模塊中，使ALM-32320非常易于用于開發(fā)WLL應(yīng)用的WiMAX基站。它工作在3.5 GHz頻段，增益為12.6 dB，輸出功率為34.5 dBm，增益壓縮為1 dB，噪聲系數(shù)為2.5 dB。

對于其他WiMAX頻段，恩智浦BLF6G27是一款針對WiMAX基站的10 W LDMOS功率晶體管，此次工作頻率范圍為2300 MHz至2400 MHz和2500 MHz至2700 MHz。

圖2：恩智浦10 W WiMAX基站功率晶體管。

Skyworks還提供雙級低噪聲放大器，可在1.5 GHz至3 GHz范圍內(nèi)工作，以覆蓋許多WiMAX范圍以及DECT頻率（下圖）。 SKY67106-306LF是一款GaAs pHEMT和HBT兩級LNA，具有有源偏置和高線性度性能。該器件的pHEMT前端提供超低噪聲系數(shù)（NF），而HBT輸出級提供高增益，線性和效率。同時(shí)，DECT已經(jīng)從提供家庭中的低成本無線手機(jī)擴(kuò)展到通過無線本地環(huán)路提供數(shù)據(jù)和語音。在更廣泛的區(qū)域提供覆蓋需要放大器中更多的功率，這可能影響基站和提供到終端（例如PC）的鏈路的終端或加密狗的設(shè)計(jì)。

歐洲原始DECT的1800 MHz至1900 MHz頻段很好地映射了GSM的蜂窩頻譜，并允許使用相同的RF技術(shù)。在美國，1920至1930 MHz頻段用于避免來自其他無線設(shè)備的干擾。

根據(jù)最新消息，DECT和最新的面向IP的CAT-iq標(biāo)準(zhǔn)版本將在未來四年內(nèi)迅速發(fā)展，從2011年的300萬臺增加到2015年的2560萬臺。 IMS Research的市場數(shù)據(jù)。消費(fèi)者家庭中通信技術(shù)的使用不斷變化以及VoIP服務(wù)的使用推動(dòng)了這一市場的發(fā)展。

歐洲，傳統(tǒng)上DECT在住宅網(wǎng)關(guān)中表現(xiàn)良好的地區(qū)可能是該技術(shù)的主要區(qū)域，但亞洲是最具增長潛力的地區(qū);該地區(qū)的出貨量預(yù)計(jì)將在2015年激增至670萬臺，幾乎相當(dāng)于北美預(yù)計(jì)的680萬臺，但仍落后于歐洲850萬臺出貨量的預(yù)計(jì)市場。

“DECT已經(jīng)接管了固定電話市場，隨著許多連接技術(shù)融入住宅網(wǎng)關(guān)，它有可能成為家庭VoIP解決方案的重要組成部分，”市場上的Heath Lockett說道。 IMS Research分析師。 “事實(shí)上，許多互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商已經(jīng)將這項(xiàng)技術(shù)整合了好幾年了，預(yù)計(jì)在短期到中期內(nèi)也會有更多的技術(shù)跟進(jìn)?！?/p>

消費(fèi)者對VoIP的認(rèn)識有望繼續(xù)增長，因?yàn)楫a(chǎn)品和服務(wù)激增，并且利用HD Voice等功能，通過CAT-iq（DECT標(biāo)準(zhǔn)的IP聚合擴(kuò)展）顯著提高通話質(zhì)量，該技術(shù)可以成為未來網(wǎng)關(guān)的一個(gè)特色。

Linx Technologies的BBA系列是一系列低成本高性能寬帶RF放大器。這些模塊非常適合各種放大和緩沖應(yīng)用，包括擴(kuò)展Linx自己的RF模塊的范圍。

他們使用先進(jìn)的砷化鎵異質(zhì)結(jié)雙極晶體管（HBT）增益級，可獲得高增益和IP3，出色的平坦度和低噪聲。它們是獨(dú)立的，具有50Ω輸入和輸出阻抗，只需要一個(gè)外部直流偏置電阻即可按規(guī)定運(yùn)行。

BBA-519-A是高功率型號，適用于變送器的最終增益級。該放大器可以將發(fā)射機(jī)的輸出功率提高到更高的水平，并提供范圍的顯著增加（在法律上合適）。它具有4.8 dB噪聲系數(shù)和10 MHz至3 GHz寬帶工作，在900 MHz時(shí)具有+18 dB的小信號增益和高達(dá)+17 dB（50 mW）的線性輸出功率，可提供更長的范圍或允許功率為按比例縮小給定范圍以延長終端的電池壽命。

能夠?qū)⒐β史糯笃髋c控制系統(tǒng)相匹配有助于減少RF級的損耗，并使設(shè)計(jì)人員能夠最大化無線本地環(huán)路系統(tǒng)的范圍和電池壽命。

ADI公司的AD8311是一款完整的低成本子系統(tǒng)，用于精確控制工作頻率范圍為100 MHz至2.5 GHz且典型動(dòng)態(tài)范圍為50 dB的RF功率放大器。

對數(shù)放大器技術(shù)比使用二極管探測器的控制器提供更寬的測量范圍和更高的精度，因此針對無線本地環(huán)路應(yīng)用的手機(jī)以及蜂窩手機(jī)。特別是，它的溫度穩(wěn)定性在-40°C至+ 85°C的特定范圍內(nèi)非常出色。

圖3：ADI公司的AD8311 PA控制器。

高靈敏度允許在低信號電平下進(jìn)行控制，從而減少需要耦合到檢測器的功率。為方便起見，信號在內(nèi)部交流耦合。這種高通耦合，角大約為0.016 GHz，決定了最低工作頻率，允許直流電源接地，以實(shí)現(xiàn)更簡單的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

AD8311提供電壓輸出VAPC，其電壓范圍和電流驅(qū)動(dòng)直接連接到大多數(shù)手機(jī)功率放大器的增益控制引腳。 VAPC可以從地面以上300 mV擺動(dòng)到電源電壓以下200 mV以內(nèi)?？芍С指哌_(dá)6 mA的負(fù)載電流。

進(jìn)一步簡化AD8311的應(yīng)用，設(shè)定點(diǎn)接口的輸入電阻超過35MΩ，偏置電流通常為0.26μA。

它可以與AD9861集成轉(zhuǎn)換器配合使用，以連接到系統(tǒng)的其余部分并提供必要的連接。它結(jié)合了雙10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）和雙10位數(shù)模轉(zhuǎn)換器（TxDAC）。 -50版本針對50 MSPS及更低的ADC采樣進(jìn)行了優(yōu)化，而-80針對50 MSPS和80 MSPS之間的ADC采樣速率進(jìn)行了優(yōu)化。

圖4：使用AD9861將PA連接到WLL系統(tǒng)的其余部分。

雙TxDAC的工作速度高達(dá)200 MHz，包括一個(gè)可旁路的2×或4×插值濾波器。還有三個(gè)輔助轉(zhuǎn)換器可用于提供所需的系統(tǒng)級控制電壓或監(jiān)控系統(tǒng)信號。 AD9861針對高性能，低功耗，小尺寸進(jìn)行了優(yōu)化，可為寬帶通信市場提供經(jīng)濟(jì)高效的解決方案。

靈活的雙向20位I/O總線，適用于各種定制數(shù)字后端或開放市場的DSP。在半雙工系統(tǒng)中，接口支持20位并行傳輸或10位交錯(cuò)傳輸。在全雙工系統(tǒng)中，該接口支持交錯(cuò)式10位ADC總線和交錯(cuò)式10位TxDAC總線。靈活的I/O總線減少了引腳數(shù)量，因此減少了AD9861及其連接設(shè)備所需的封裝尺寸。

無線本地環(huán)路仍在許多領(lǐng)域用于提供經(jīng)濟(jì)高效的語音和數(shù)據(jù)服務(wù)，而功率放大器技術(shù)是提供更長距離的關(guān)鍵。不同的技術(shù)，從新推出的白色空間頻率到現(xiàn)有的，經(jīng)過充分驗(yàn)證的DECT和CAT-iq無繩電話標(biāo)準(zhǔn)，為這類系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者提供了一系列機(jī)會。 WiMAX還有用于本地環(huán)路設(shè)計(jì)的功率放大器和功率晶體管解決方案，但分散的頻譜分配使得開發(fā)具有足夠容量的產(chǎn)品變得困難。為手機(jī)開發(fā)的PA技術(shù)可用于提供WLL系統(tǒng)所需的更長距離，并提供前沿路徑以提供最后一英里的語音和寬帶數(shù)據(jù)。