朱 亮 1 ，武敬飞 2
1.中电科仪器仪表(安徽)有限公司 安徽 蚌埠 233010
2.电子信息测验技能安徽省要点试验室 安徽 蚌埠 233010
摘 要：介绍了LTE-A增强型MIMO技能的根本要求，并结合可调衰减器、对数检波器、扩大器、功分耦合电路、AD、DA和FPGA规划了一种数字稳幅环路，满意LTE等规范通讯制式40 MHz信号带宽和μS级呼应时刻要求，并经过印制板加工及测验，试验成果满意规划方针。
关键词：MIMO; ALC; 宽带扩大器; 衰减器
0 导言
LTE-A [1] 是在LTE基础上的持续演进,其方针是满意世界电信联盟无线部分(ITU-R)IMT-Advanced的需求,一起支撑与LTE的后向兼容性。LTE-A最根本的特征便是支撑更高的数据速率,其间增强型MIMO技能被认为是LTE-A为到达更高的峰值速率而选用的首要技能。LTE-A在确保较高数据速率的一起对输出信号的功率安稳度要求也不断提高，为了完结这一关键技能，有必要对输出射频信号进行闭环起伏操控(Auto LevelControl,ALC) [2] 。
1 闭环起伏操控(ALC)根本作业原理
针对射频CW信号、矢量调制信号以及通讯制式信号进行输出时，特别对规范通讯制式信号而言，其最大输出功率、肯定功率操控容限、相对功率操控容限、聚合功率操控等多项首要方针测验都和下行信号的起伏安稳度、精度密切相关，假如要完结信号的安稳输出，就有必要对输出信号进行闭环起伏操控（ALC Auto LevelControl），传统ALC稳幅环路选用负反应模仿积分环路完结信号的安稳输出，输出信号发生变化时，耦合功率经过反应电路检波后进入积分求和电路，在积分求和电路中与参阅预置电压比较，求出差值操控压控衰减器调理衰减器量，确保射频输出功率的安稳性，其原理如图1所示。
图1中射频输出功率动态规模往往受限于二极管检波器和相关电路，形成输出功率规模远远小于压控衰减器的功率动态规模；ALC调制带宽受限于ALC体系的迟滞特性；别的，因为ALC稳幅环路呼应时刻较长，无法满意通讯规范制式信号呼应时刻要求。
针对这些缺陷，本文提出新式数字稳幅环路，该稳幅环路结合压控可调衰减器、对数检波器、扩大器、功分耦合电路、AD、DA和FPGA组成，其原理如图2所示，射频输出信号功分/耦合功率经该检波器输出模仿电压，该电压经过AD处理，处理后数字电压在FPGA中与参阅AD值进行比较求得差值，该差值与预置DA值求和或差，将处理后的数据经过DA处理操控压控调制器的衰减量，然后确保输出信号功率的安稳。
经过调理射频输出反应功率到实时对数检波器的线性规模，完结可变压控衰减器32 dB的动态规模；一起，经过高速AD、DA、FPGA数据收集处理，ALC环路带宽满意LTE等规范通讯制式带宽，可以到达40 MHz信号带宽，且稳幅环路呼应时刻满意LTE信号μs级呼应时刻要求。
2 方案规划与完结
1)射频发射通路扩大器规划
为了防止在增强型MIMO射频发射通路中中衰减器、开关、滤波器以及功分器对输入信号存在较大的损耗，确保通讯矢量信号在终究输出端功率满意规划方针，需求在射频发射通路中进行功率扩大然后补偿信号差损。为了完结100 kHz~6G Hz射频信号的稳幅输出，在600 MHz~6.0 GHz频段内选用FGB-1509A宽带扩大器进行扩大，而100 kHz~600 MHz频段信号是射频信号与2 GHz本振信号混频发生，混频器选用ADE42，该混频器变频损耗到达7.5 dB，且混频后发生的信号需求经过650 MHz低通滤波器进行滤波，信号损耗较大，相同需对信号进行补偿，这儿选用Mini公司的ERA-5SM进行扩大。HMC788LP2E扩大器P1 dB紧缩点到达20 dBm，故本模块在终究一级扩大选用该芯片，各扩大器器材方针如表1所示。
由表1器材方针可以看出，射频发射通路经过选用三级扩大 [4] 方法，通路输出功率可以到达8 dBm，确保信号发生器终究输出大于10 dBm的功率。各扩大器偏置经过8 V电压供电，供电电压经过偏置电阻、去耦电容和RFC到扩大器输出端压降为5 V，关于去耦电容和RFC的选取需求经过作业频段进行调试，输入输出端口隔直电容C1、C2依据最小作业频率100 kHz选取值为0.1μF，ERA-5SM和HMC788LP2E扩大器终究规划电路如图3所示。
2)射频发射通路预置衰减器规划
当MIMO射频发射通路输入信号大于0 dBm时，会呈现整个射频通路在输入前端就存在功率紧缩的或许，针对此种状况，本方案在射频通路输入端参加数控衰减器 [3] HMC624LP4，该器材首要器材方针如表2所示。
由表2可知，HMC624LP4插入损耗较小，在整个频段具有31.5 dB的衰减规模，且具有较高的1 dB紧缩点和3阶截断点。该器材具有串行和并行操控两种形式，经过剖析比较，本方案选取并行操控方法，操控电压由稳幅板FPGA供给，其操控电路如图4所示，其间C5~C8电容值由最低输入频率决议，这儿最低输入频率为600 MHz，故选取电容值为330 pF。经实践测验，30 dB衰减量按送数操控满意规划方针，确保了整个变频通路功率满意不紧缩，且该衰减器在后期软件校准过程中可以参加整机校准。
3)射频通路规划
射频CW信号、矢量调制信号以及通讯制式信号输入到增强型MIMO射频发射通路时该模块首要完结对射频信号进行通路扩大，频率扩展以及参加ALC稳幅规划等功用。射频发射稳幅环路原理框图如图5所示。该电路从射频输出口取样检波，经过A/D进入FPGA。FPGA对该信号进行剖析处理后，发生相应操控信号，经过D/A转换成模仿电压信号操控可调衰减器，完结射频信号输出功率自动操控功用。
因为射频模块器材输入输出负载阻抗为50 Ω，故要求本方案信号射频走线阻抗 [5] 相同为50 Ω，本文印制板运用叠层的方法，其间第一层介质资料为Rogers4350B,板厚为20 mil，介电常数为3.48，经过仿真软件Polar Si9000核算得到射频走线宽度为40 mil。
依据图5所示原理框图，画出相应的PCB外协加工，将加工的印制板安装到提早规划好的屏蔽盒中，结合开闭环测验程序进行测验，安捷伦N9020A测验成果如图6所示，其间图6为输出信号功率测验成果，由测验成果满意规划方针。
3 定论
闭环起伏操控在现代通讯体系中具有无足轻重的位置，其功能决议了通讯体系信号功率方针的好坏。本文根据压控可调衰减器、对数检波器、扩大器、功分耦合电路、AD、DA和FPGA规划的数字稳幅环路满意LTE-A等规范通讯制式功率、带宽和呼应时刻的要求，然后被广泛应用于无线通讯体系范畴。
参阅文献：
[1] 张运中. TD-LTE/TD-SCDMA多频多模终端射频一致性测验体系研究与开发[D]. 北京：北京邮电大学，2015.
[2]王炳基. 微波超宽带功率电平操控技能研究[D]. 成都电子科技大学，2012.
[3]文春华. 宽带程控步进衰减器的规划及完结[J]. 全国微波毫米波会议论文集，2007.
[4]池保勇,余志平,石秉学.CMOS射频集成电路剖析与规划[M].北京：清华大学出版社,2006
[5]栾秀珍,房少军,金红,邰佑诚.微波技能[M].北京：北京邮电大学出版社,2009
本文来源于科技期刊《电子产品世界》2019年第11期第46页，欢迎您写论文时引证，并注明出处。
