用於穩定功率放大器互調性能的高精度溫度補償裝置的製作方法
2023-06-05 18:37:46 1
專利名稱：用於穩定功率放大器互調性能的高精度溫度補償裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種在移動通信系統(GSM、DCS、CDMA、PCS以及IMT-2000)基站和直放站的功率放大器中用於穩定高低溫互調性能的溫度補償裝置，特別涉及一種高精度的溫度補償裝置。
背景技術：
在移動通信基站和直放站功放設計中，都有一個非常關鍵的指標互調衰減。互調衰減是指發射設備對由載頻和經其天線輸入的幹擾信號在其非線性部件產生互調信號的抑制能力。其中，如何穩定高低溫互調性能則始終是業界的技術難題。為了滿足功率放大器在高、低溫環境下的互調性能要求，常常通過溫度補償法來減少溫度變化對互調衰減指標的影響。當溫度改變時，會引起靜態工作點的偏移，而通過溫度補償調整靜態工作點，使互調性能恢復穩定。但傳統的溫度補償方式普遍未能解決高精度地穩定高低溫互調性能的問題，其高低溫下的互調性能變化均在3.5dB以上。傳統的溫度補償方式包括1、改變電源電壓的溫度補償方式(其中包括採用緩變型PTC熱敏電阻、NTC熱敏電阻或溫敏Z-元件來改變電源電壓等)。該方式基於當溫度變化時，產生輸出漂移，為抑制漂移，可使電源電壓相應增大或減小，以抵消或削弱溫度變化對功放特性的影響，從而達到補償之目的。經採用該補償方式補償後，其互調性能變化仍然在3.5dB以上；且對元件的一致性篩選需極為嚴格；其初始值及其溫度係數難於匹配；在電路上尚需採用輔助調整措施；2、並聯式溫度補償方式。並聯式溫度補償方式基於人為地附加一個溫度補償環節，該補償環節與被補償系統(或組成環節)並聯，以抵消或削弱溫度變化對功放特性的影響，從而達到補償之目的。經採用該補償方式補償後，其互調性能變化仍然在3.5dB以上；且只能做到近似補償，即實現兩點或三點全補償，其它點只能為「過補償」或「欠補償」；3、串聯式差動溫度補償方式。該方式基於其補償電路為「上下對稱」結構，在標準溫度時，工作電流流過上下分壓支路，使輸出電壓等於電源電壓之1/2，當溫度發生變化時，工作電流雖然也隨之變化，但輸出電壓在理論上仍等於電源電壓之1/2，從而抑制互調性能隨溫度的漂移。經採用該補償方式補償後，其互調性能變化仍然在3.5dB以上；且其補償電路的靜態輸出電壓不為零，為使靜態輸出電壓為零，還需要另外附加電平位移電路；4、反饋式溫度補償方式(其中包括反饋式對稱溫度補償方式)。該方式基於利用反饋原理，通過一個自動的調整過程，即，使靜態工作點隨溫度的變化而自動調整，從而保持其功放的零點和靈敏度在理論上不隨溫度的變化而變化。經採用該補償方式補償後，其互調性能變化仍然在3.5dB以上；且只能解決小溫差時抑制其互調性能隨溫度的變化而變化的問題。
發明內容
本實用新型的目的是提供一種結構簡單、經濟實惠、能有效穩定移動通信基站和直放站功率放大器的高低溫互調性能的溫度補償裝置，以克服上述傳統的各類溫度補償方式的諸多缺點，使功率放大器的靜態工作點在高低溫情況下仍能充分保持穩定而不致漂移，使其多載波信號不至於落入有源器件的非線性區，從而保證在高低溫情況下其互調性能始終保持穩定。
為實現上述目的，本實用新型構造了一種簡單經濟的、能高精度地穩定功放互調性能的溫度補償裝置。該裝置由穩壓及低壓差電壓調整電路1、雙極型三極體電壓控制電路2、場效應功放管柵壓分壓電路3、溫補補償量調節電路4、柵壓調節電路5五部分構成；其中，穩壓及低壓差電壓調整電路1的輸入端與供電電源相連接，輸出端與場效應功放管柵壓分壓電路3相連接，控制端與雙極型三極體電壓控制電路2相連接；其溫補補償量調節電路4被接入到雙極型三極體電壓控制電路2，柵壓調節電路5被接入到場效應功放管柵壓分壓電路3，場效應功放管柵壓分壓電路3被接入到功率放大器功放管的柵極。其各部分的作用是穩壓及低壓差電壓調整電路1，用於穩定電源供電電壓，並在溫度變化時跟隨下述的電壓控制電路自動進行電壓調整；雙極型三極體電壓控制電路2，用於在溫度變化時自動控制其上述的穩壓及低壓差電壓調整電路進行相應的電壓調整；場效應功放管柵壓分壓電路3，用於提供LDMOS功場效應功放管柵極電壓並在溫度變化時對功放管工作點進行自動微調；柵壓調節電路5，用於在常溫下通過人工方式對功放管的靜態柵極電壓進行相應調節；溫補補償量調節電路4，用於在常溫下通過人工方式對溫度補償量進行相應調節。
本實用新型的工作過程為當溫度升高(降低)時，LDMOS場效應功放管的特性決定其漏極電流Id將升高(降低)，而雙極型三極體的特性決定其基極電壓Vb略降低(略提高)，從而使低壓差電壓調整電路的輸出電壓相應降低(提高)，以控制其功放管柵極電壓Vg降低(升高)，使Id相應減小(增大)，即恢復正常，從而達到溫度補償的目的。其中，改變溫補補償量調節電路的上下兩個電阻的阻值可以對溫度補償量進行調節；而改變柵壓調節電路的上下兩個電阻及電位器則可以改變靜態柵極電壓的調節範圍。
本實用新型的關鍵技術在於恰當地運用了LDMOS管的負溫度熱敏特性和雙級型三極體的正溫度熱敏特性，達到二者之間的高低溫互補，從而在高低溫下自動微調LDMOS功率放大管的工作點，使之始終工作於線性區域，以實現穩定高低溫互調性能的功能。
實驗證明，本實用新型所提供的簡單經濟的溫度補償裝置是一種高精度的溫度補償裝置，能夠在移動通信基站和直放站功放中達到顯著的穩定其互調性能的效果在-40-+55℃的溫度變化範圍內，其互調變化小於3dB。
本實用新型構造了一種簡單經濟的、能高精度地穩定功放互調性能的溫度補償裝置。能夠在功率放大器中達到顯著的穩定其互調性能的效果，實驗證明在-40-+55℃的溫度變化範圍內，其互調變化小於3dB。
本實用新型始終以敘述性的方式進行描述，其中所使用的術語意在描述而非限制。根據以上的描述，可以對本實用新型做許多進一步的修改，也可以根據實際需要做許多變化。因此，在附加的權利要求範圍內，本實用新型可以對所具體描述的實施例採用各種不同的實現方式。
附圖簡要說明 以下是本發明專利的附圖簡要說明
圖1為本實用新型的結構框圖；圖2a為本實用新型的原理圖；圖2b為本實用新型的實驗PCB圖。
在上述附圖內，其附圖標記說明如下1穩壓及低壓差電壓調整電路；2雙極型三極體電壓控制電路；3場效應功放管柵壓分壓電路；4溫補補償量調節電路；5柵極電壓調節電路。
本實用新型優選實施例下面將結合附圖、附表具體描述對應本於本實用新型的優選實施例參照圖1。該圖為本實用新型所提供的簡單經濟、能高精度地穩定功放互調性能的溫度補償裝置的示意框圖。其中，穩壓及低壓差電壓調整電路1，用於穩定電源供電電壓，並在溫度變化時跟隨下述的電壓控制電路自動進行電壓調整；雙極型三極體電壓控制電路2，用於在溫度變化時自動控制其穩壓及低壓差電壓調整電路，以進行相應的電壓調整；場效應功放管柵壓分壓電路3，用於提供LDMOS功場效應功放管柵極電壓並在溫度變化時對功放管工作點進行自動微調；溫補補償量調節電路4，用於在常溫下通過人工方式對溫度補償量進行相應調節柵壓調節電路，柵極電壓調節電路5，用於在常溫下通過人工方式對功放管的靜態柵極電壓進行相應調節。
圖2a和圖2b分別表示用於穩定基站和直放站功放高低溫互調性能的溫度補償裝置原理圖及其該裝置的PCB圖。其中，電壓控制電路的NPN三極體MMBT3904的集電極與供電電壓穩壓及其低壓差電壓調整電路相連接，其基級電壓Vb在常溫下恆為0.7V，穩壓及低壓差電壓調整電路的穩壓器件LP2951的輸入端Vin通過由電容C1、電阻R8、電容C2組成的阻容濾波器連接於26V供電電源，在LP2951的4腳GND接地時，恆輸出5V，若4腳電壓抬高ΔV，則其1腳輸出Vout也相應抬高ΔV，常溫時MMBT3904控制LP2951的4腳電壓V1為1.02V，則LP2951的輸出Vout為6.02V。該輸出Vout通過由電阻R7、電容C3組成的阻容濾波器同功放管柵極分壓電路相連接。當溫度升高時，場效應管的特性決定其漏極電流Id將升高，而NPN管的特性決定其基極電壓Vb略降低，從而控制LP2951的輸出Vout略降低，進而控制柵壓Vg降低，使Id減小，達到溫度補償的目的。
電阻R3、R4、R5和電位器RP1組成功放管柵極電壓分壓及柵壓調節電路，其電阻R3、電位器RP1、電阻R4串聯後與電阻R5並聯，其電位器RP1的滑動端2通過由電容C4、C5、C6及電阻R6所組成的阻容濾波器接入到功放管柵極，調節電位器RP1的上下兩個電阻R3、R4的取值，即可控制柵壓的變化範圍。根據一般LDMOS管柵壓要求，其典型變化範圍在0.6V，理論計算得V2＝3.99V，V3＝3.38V。按圖中電路，其典型實測值為Vin＝14V，Vb＝0.7V，V1＝1.0V，V2＝3.95V，V3＝3.38V，調節1K電位器RP1，可使柵壓在3.38V-3.95V之間可調。電阻R1、R2組成溫補量控制電路，其中，R1分別與三極體MMBT3904的基極和集電極相連接，R2分別與三極體MMBT3904的基極和接地發射極相連接，調節電阻R1、R2，可以控制溫度補償的多少，由Vb隨溫度的變化量預知，調節R1、R2可改變V1，從而控制Vg隨溫度的變化量。在實際設計中，其本行業工程師可根據需要改變以上阻值，從而控制溫度補償程度及柵壓的變化範圍。
可以視情使用LP2951的功放柵壓關斷功能，當LP2951的3腳Shutdown比4腳高出1V時，其輸出為0，即關閉其輸出，從而關斷本功放電路中的柵壓。當其與4腳GND電壓相同時，則恢復正常輸出；在本電路中，4腳為1V，所以當3腳為2V時即可關斷柵壓。
在本實用新型溫度補償電路中，其LP2951的作用是提供一個穩定的輸出電壓並進行低壓差電壓調整，若考慮到成本，則可使用在其功能上與之相似的78L05穩壓器件替代LP2951，方法是將78L05的參考地接LP2951的4腳位置，78L05的輸入輸出對應接LP2951的輸入輸出，常溫下得到78L05的輸出也相應抬高到6V，因此可根據實際功能需要，當不要求柵壓關斷功能時可使用78L05替代LP2951。
在常溫下，本實用新型溫度補償電路的溫補量控制電路和功放柵壓分壓及調節電路的典型取值可分別為R1＝1K、R2＝2.2K、R3＝3.3K、R4＝3.9K、R5＝1K。
以下對本實用新型的實驗驗證結果進行具體描述(參見附表1-4)。
表1、表2是通過組建電路進行實驗所得出的實驗結果。其中，表1為未進行溫度補償情況下的高低溫互調性能變化情況表，表2為採用本實用新型的高低溫互調性能變化情況表。為了使其實驗結果具有可對比性，在上述兩種實驗中使用了同一個MRF18090功率放大管，其中，Vg為柵極電壓，I為漏極電流。
表3為上述表1和表2兩種情況下，對溫度在-40℃-+55℃範圍內變化所得出的互調性能的變化的比較結果。從表3可以得出如下結論在移動通信直放站(或基站)的功率放大器中採用本實用新型所提供的溫度補償裝置，其功放電流相當穩定，其互調性能無論是在小信號下還是在大信號下都很穩定。
表4表示採用本實用新型溫度補償裝置後，通過實驗驗證其對功放增益的性能不會產生任何負面影響。從表4可以得出如下結論在移動通信直放站(或基站)的功率放大器中採用本實用新型所提供的溫度補償裝置後，同未採用該裝置相比，其增益的變化會稍微加大，但僅僅屬於很小的變化，尤其是不會出現臺階式的跳變問題，從而不會構成對功放整體性能的影響。
表1未進行溫度補償的高低溫互調性能變化情況表
表2採用本實用新型的高低溫互調性能變化情況表
表3表1和表2兩種情況下從-40℃至+55℃測試的結果比較表 表4驗證採用本實用新型後不影響功放增益性能的測試結果表 通過組建電路進行實驗，並從其實驗結果中可以得出如下結論在移動通信直放站(或基站)的功率放大器中採用本實用新型所提供的溫度補償裝置具有實際的應用價值，並能夠取得積極的應用效果。
權利要求1.一種用於穩定功率放大器互調性能的高精度溫度補償裝置，其特徵在於該裝置由穩壓及低壓差電壓調整電路(1)，雙極型三極體電壓控制電路(2)，場效應功放管柵壓分壓電路(3)，溫補補償量調節電路(4)，柵壓調節電路(5)五部分構成；其中，穩壓及低壓差電壓調整電路(1)的輸入端與供電電源相連接，輸出端與場效應功放管柵壓分壓電路(3)相連接，控制端與雙極型三極體電壓控制電路(2)相連接；其溫補補償量調節電路(4)被接入到雙極型三極體電壓控制電路(2)，柵壓調節電路(5)被接入到場效應功放管柵壓分壓電路(3)，場效應功放管柵壓分壓電路(3)被接入到功率放大器功放管的柵極。
2.根據權利要求1所述的用於穩定功率放大器互調性能的高精度溫度補償裝置，其特徵在於電壓控制電路的NPN三極體MMBT3904的集電極與供電電壓穩壓及其低壓差電壓調整電路相連接，其基級電壓Vb在常溫下恆為0.7V，供電電壓穩壓及低壓差電壓調整電路的穩壓器件LP2951的輸入端Vin通過由電容C1、電阻R8、電容C2組成的阻容濾波器連接於26V供電電源，在LP2951的4腳GND接地時，典型恆輸出5V，常溫時MMBT3904控制LP2951的4腳電壓V1的典型值為1.02V，其LP2951的典型輸出Vout為6.02V，該輸出Vout通過由電阻R7、電容C3組成的阻容濾波器同功放管柵極分壓電路相連接。
3.根據權利要求1所述的用於穩定功率放大器互調性能的高精度溫度補償裝置，其特徵在於電阻R3、R4、R5和電位器RP1組成功放管柵極供電電壓分壓電路，其電阻R3、電位器RP1、電阻R4串聯後與電阻R5並聯，其電位器RP1的滑動端2通過由電容C4、C5、C6及電阻R6所組成的阻容濾波器接入到功放管柵極，電阻R1、R2組成溫補量控制電路，其中，R1分別與三極體MMBT3904的基極和集電極相連接，R2分別與三極體MMBT3904的基極和接地發射極相連接。
4.根據權利要求1所述的用於穩定功率放大器互調性能的高精度溫度補償裝置，其特徵在於在常溫下，溫補量控制電路和功放柵壓分壓及柵壓調節電路的典型取值可分別為R1＝1K、R2＝2.2K、R3＝3.3K、R4＝3.9K、R5＝1K，其各電壓典型實測值分別為Vin＝14V，Vb＝0.7V，V1＝1.0V，V2＝3.95V，V3＝3.38V，調節1K電位器RP1，使柵壓在3.38V-3.95V之間可調。
5.根據權利要求1所述的用於穩定功率放大器互調性能的高精度溫度補償裝置，其特徵在於必要時，可使用LP2951的功放柵壓關斷功能，常溫時，本電路的4腳為1V，當LP2951的3腳Shutdown為2V時，其輸出為0，即關閉輸出，從而關斷功放電路中的柵壓，當3腳與4腳GND電壓相同時，則恢復正常輸出。
6.根據權利要求1所述的用於穩定功率放大器互調性能的高精度溫度補償裝置，其特徵在於在本實用新型所提供的溫度補償電路中，若考慮到成本，當不要求柵壓關斷功能時，則可用在其功能上與之相似的78L05穩壓及低壓差電壓調整器件替代LP2951，方法是將78L05的參考地接LP2951的4腳位置，78L05的輸入輸出對應接LP2951的輸入輸出，常溫時，其78L05的輸出也相應抬高到6V。
7.根據權利要求4所述的用於穩定功率放大器互調性能的高精度溫度補償裝置，其特徵在於所述溫補量控制電路和功放柵壓分壓及柵壓調節電路在常溫時的典型取值，當本溫度補償電路用於不同場合的功率放大器時，在常溫時其R1、R2、R3、R4、R5需根據不同功率放大器的實際需要進行相應調整，其電壓值Vin、Vb、V1、V2、V3也相應隨著調整，並同時調節RP1電位器，使柵壓保持在相應範圍之內。
專利摘要本實用新型構造了一種簡單經濟的、高精度地穩定功率放大器互調性能的溫度補償裝置。該裝置由五部分構成用於穩定電源供電電壓並在溫度變化時跟隨電壓控制電路自動進行電壓調整的穩壓及低壓差電壓調整電路；用於在溫度變化時自動控制其低壓差電壓調整電路進行相應的電壓調整的雙極型三極體電壓控制電路；用於提供LDMOS功場效應功放管柵極電壓並在溫度變化時對功放管工作點進行自動微調的場效應功放管柵壓分壓電路；用於在常溫下通過人工方式對功放管的靜態柵極電壓進行相應調節的柵壓調節電路；以及用於在常溫下通過人工方式對溫度補償量進行相應調節的溫補補償量調節電路。
文檔編號H03F1/30GK2762436SQ200420112458
公開日2006年3月1日 申請日期2004年11月8日 優先權日2004年11月8日
發明者王曉侖, 劉旭明, 廖世明 申請人:京信通信系統(廣州)有限公司