基于ADS的基站功率放大器仿真實現

如果因不穩定在輸入或輸出端口出現負阻時，就可能發生振蕩，則需要采用在輸入或輸出端串聯或并聯負反饋的方法使晶體管穩定。仿真實例中采用ADS 自帶mu- load 和mu- source 公式滿足的條件來判定功率放大器穩定性，通過仿真可以得到器件的穩定性曲線如圖3 所示。由下圖仿真結果可見在工作頻率范圍內mu- load 和mu- source 都大于1 滿足絕對穩定的條件。

圖3 穩定性分析結果

基站功率放大器的增益應能滿足不同基站功率等級需要，根據上行鏈路中塔頂放大器的增益進行調整，以達到上下行鏈路的平衡。在高增益方案中，信號增益可用S 參數仿真dB（S （2, 1） ） 來衡量。圖4為放大器的增益仿真結果，能夠看到在整個工作頻率范圍內都符合增益大于16dB 的要求。

圖4 S21（增益） 仿真結果

4. 3 單音信號仿真電路與仿真曲線

單音信號仿真是掃描功率的諧波平衡仿真，主要是得到ldB 壓縮點和放大器的功率附加效率曲線。圖5 是單音信號仿真電路圖，這里頻率設定為中心頻率1960MHz.

圖5 單音信號仿真電路圖

圖6 和圖7 為由以上電路原理圖仿真得到的輸入輸出功率關系和功率附加效率仿真結果，能夠看到當輸入功率為31dBm 時，P1dB即圖6 中的m2 輸出為45. 686dBm. 圖7 給出了功率附加效率在10%~ 50%范圍內隨著輸入功率的變化曲線。由此可知輸出功率及效率達到了基站功放的要求。

圖6 理想輸出功率和增益壓縮輸出功率曲線

圖7 功率附加效率仿真結果

4. 4 雙音信號仿真結果

雙音信號仿真是測試放大器線性度的重要手段，它是將頻率相近的射頻信號輸入到放大器，利用諧波平衡法，得出放大器輸出信號中的三階互調失真分量與基波信號的相對關系。將輸入的雙音信號頻率分別設置為1958. 75MHz. 和1961. 25MHz的正弦信號，則三階互調失真的頻率分別為1953.75MHz 和1966. 25MHz. 圖8 為雙音信號的仿真結果。由仿真結果可以計算出IMD3 為- 32. 68dBc.

圖8 雙音互調仿真結果

通過對比有關晶體管MRF19060N 的特性曲線和仿真結果可知，仿真結果和測量結果是一致的，但也存在一些微小差別。這主要是由于實際的器件和仿真模型不完全相同造成的。

5 結束語

文中針對基站功率放大器的輸出功率大以及良好的線性度、較高的性價比和高可靠性等要求，通過采用ADS 軟件的仿真和設計實現了基站功率放大器的性能要求。這不但能夠擴大基站覆蓋范圍，提高通信質量，同時也節省了開發的成本。文中給出了仿真特性的電路圖和仿真后的特性曲線，同時對仿真曲線和實際測試的特性曲線進行了比較，比較結果表明得到的仿真曲線和實際測試曲線是一致的，表明這種設計方法和步驟是可行的。可以有效地應用于基站系統來提高基站的發射功率，使原有盲區范圍變小甚至實現無盲區覆蓋，達到改善通話質量、提高經濟效益的目的。