射頻無源器件功率容量要求及測(cè)試

摘? 要：射頻無源器件是移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及傳統(tǒng)室分的關(guān)鍵部件，主要包括合路器、功分器、耦合器等，本文介紹了移動(dòng)通信各通信系統(tǒng)信號(hào)特點(diǎn)以及不同應(yīng)用場(chǎng)景大功率射頻器件的功率要求，通過對(duì)實(shí)際工程應(yīng)用及功率的測(cè)試規(guī)范分析，明確了各頻段、各制式的測(cè)試要求、相關(guān)參數(shù)以及評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，并根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)總結(jié)了相關(guān)測(cè)試注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：功率容量;峰均比;平均功率;峰值功率

中圖分類號(hào)：TN929.5? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2019）10-0050-02

Abstract：The RF passive device is a key component of mobile communication network equipment and traditional DAS，Mainly including Combiner，power dividers，couplers，and so on. This paper introduces the signal characteristics，application scenarios and power handling requirements of high power RF passive devices，Through the analysis of its engineering application and test specifications. The test requirements，relevant parameters and evaluation criteria of each frequency band and system are defined，and the relevant test notes are summarized based on practical experience.

Keywords：power handling;peak-to-average ratio;average power;peak power

0? 引? 言

射頻無源器件移動(dòng)通信的重要組成部分，隨著2G、3G、4G多網(wǎng)共存以及共建共享，對(duì)射頻無源器件的功率承載要求越來越重要。所以我們必須清楚地了解各通信系統(tǒng)在各種應(yīng)用環(huán)境下對(duì)射頻器件的功率容量指標(biāo)和測(cè)試評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，作為設(shè)計(jì)及測(cè)試的依據(jù)。

1? 各通信制式特點(diǎn)

目前2G/3G/4G多種通信系統(tǒng)共存，下面簡單介紹一下各種常見通信制式信號(hào)及其特點(diǎn)。

2G通信系統(tǒng)主要包括GSM制式和CDMA制式，GSM制式常見的有括GSM900、EGSM、DCS、PCS等，其信號(hào)特點(diǎn)為載波帶寬200kHz，每個(gè)載波有8個(gè)時(shí)隙。CDMA屬于擴(kuò)頻通信系統(tǒng)，碼片速率為1.228MHz，其載頻帶寬1.25MHz，CDMA2000是CDMA的升級(jí)，其載頻帶寬為1.25MHz*N。

3G的通信系統(tǒng)主要是指WCDMA和TD-SCDMA，WCDMA采用OFDM（正交頻分復(fù)用）技術(shù)，分成N個(gè)相互正交子載波，以減少和消除碼間串?dāng)_，其碼片速率為3.84MHz，其載波帶寬5MHz，主流頻段有1920～1980/2110～2170MHz以及北美AWS的1710～1755/2110～2155MHz。TD-SCDMA系統(tǒng)信號(hào)的碼片速率1.28MHz，載頻帶寬1.6 MHz。其主流頻段為2010～2025MHz和1885～1915MHz。

4G移動(dòng)通信系統(tǒng)主要是LTE制式，LTE信號(hào)的子載波為15kHz，信號(hào)帶寬可以為3M、5M、10M、15、20M等，LTE信號(hào)具有很高的峰均比，在一定寬帶頻率中，信號(hào)快速滾降，對(duì)于20MHz帶寬的LTE信號(hào)，一般達(dá)到≥45dB @offset 1MHz。實(shí)際工程中也可以利用LTE這一信號(hào)特點(diǎn)進(jìn)行鄰頻合路的應(yīng)用。

2? 各通信制式功率容量的一般要求

目前射頻無源器件常見的功率要求是平均功率200W、峰值功率800W/1000W甚至更高。特定環(huán)境會(huì)對(duì)器件提更高要求，這里功率的要求是考慮到多系統(tǒng)合路以及降額使用，并考慮了溫度（高溫）、氣壓（低壓）變化導(dǎo)致設(shè)備功率容量會(huì)下降等因素。一般可以通過以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算不同海拔、不同溫度以及不同適配情況下的實(shí)際功率容量或要求。

按照公式，假如海拔1800米（約0.8大氣壓，高溫65℃），則實(shí)際功率容量約下降一半（3dB）。實(shí)際測(cè)試中可用氣壓箱來模擬不同海拔高度。

實(shí)際上各系統(tǒng)工程應(yīng)用一般會(huì)用到多大的功率呢？從現(xiàn)網(wǎng)主設(shè)備及工程應(yīng)用看，一般單系統(tǒng)基站設(shè)備信源平均功率最大為80W，常見的為40W。而對(duì)于EGSM、多載波以及WCDMA、TD、LTE等擴(kuò)頻系統(tǒng)都存在峰均比，要考慮其峰值功率。各系統(tǒng)的峰均比差異較大，像LTE的峰均比有高達(dá)10dB以上的，隨著載波數(shù)的增加，峰均比也會(huì)增加。

在實(shí)際設(shè)計(jì)及應(yīng)用中，一般都會(huì)進(jìn)行削峰，削峰后峰均比一般不大于7dB。故峰值功率要求一般為平均功率7～ 8dB。峰均比在測(cè)量中常用一個(gè)CCDF曲線來表征，CCDF是互補(bǔ)累計(jì)分布函數(shù)，用于定義峰值超過一定門限的概率。實(shí)際測(cè)試中也常采用脈寬為8μs且占空比為1%的脈沖信號(hào)來模擬信號(hào)的峰值功率。

3? 功率容量的測(cè)試

功率容量測(cè)試一般分為平均功率和峰值功率，平均功率是指滿足設(shè)備長期工作的額定功率，要考慮散熱及溫升對(duì)產(chǎn)品性能的影響，而峰值功率是指設(shè)備工作中瞬態(tài)隨機(jī)出現(xiàn)的較大脈沖功率，該功率比平均功率大若干倍乃至十倍以上，功率容量不足往往會(huì)導(dǎo)致設(shè)備中空氣被電離打火，損壞設(shè)備或性能下降。

常見的平均功率測(cè)試包括以下幾種情況：

（1）采用CW信號(hào)測(cè)量，可分測(cè)量工作頻段中心頻點(diǎn)、邊頻、邊頻回退1MHz或根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)回退;

（2）4載波信號(hào)（EDGE），每載波50W，載波間隔1MHz，頻帶高端低端回退1MHz;

（3）寬頻載波信號(hào)（如WCDMA/TD/LTE等，加載一定PAR），測(cè)試其第一及最后一個(gè)載波。

峰值功率一般可采用脈沖信號(hào)或帶峰均比的載波信號(hào)兩種;采用脈沖是模擬峰值功率出現(xiàn)的概率，測(cè)試一般采用脈寬8μs，占空比1%的脈沖功率進(jìn)行，測(cè)試頻點(diǎn)有工作頻段邊頻、邊頻回退1MHz或中心頻點(diǎn)等;采用載波信號(hào)（如CDMA/TD/LTE等），則一般測(cè)試頻點(diǎn)為頻帶第一及最后一個(gè)載波。

功率測(cè)試還需考慮實(shí)際工程應(yīng)用的環(huán)境，即需要考慮高溫低壓條件下測(cè)試以及模擬負(fù)載不同失配情況測(cè)試。另外針對(duì)高峰均比的擴(kuò)頻系統(tǒng)及多載波應(yīng)用，一般還會(huì)增加一個(gè)飛弧測(cè)試，測(cè)試條件一般要求：4載波信號(hào)（EDGE），每載波50W，載波間隔1MHz，頻率在工作頻帶回退1MHz;測(cè)試時(shí)間一般要求30分鐘。對(duì)應(yīng)多頻合路產(chǎn)品也可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行單系統(tǒng)測(cè)試、組合測(cè)試等。

運(yùn)營商對(duì)功率測(cè)試也有明確要求，中國移動(dòng)對(duì)非TD系統(tǒng)產(chǎn)品一般采取4載波EDGE信號(hào)來測(cè)試，而對(duì)于TD系統(tǒng)則采取1.23MHz的寬頻調(diào)制信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。中國聯(lián)通集采測(cè)試規(guī)范基本與中國移動(dòng)一致，采用4載波EDGE信號(hào)輸入測(cè)試;并且還要求測(cè)試落入上行的雜散。但針對(duì)鄰頻合路器等較特殊的產(chǎn)品，采用CW信號(hào)邊頻回退1MHz來測(cè)量。中國電信一般明確要求平均功率300W，可采取CDMA或LTE載波信號(hào)測(cè)量，LTE可選5M或20M帶寬，PAR=8dB，測(cè)試頻率為邊頻回退1MHz后第一個(gè)或最后一個(gè)載波。一般平均功率測(cè)試時(shí)間要求2小時(shí)，峰值功率要求30分鐘。

4? 功率測(cè)試的評(píng)判

功率容量測(cè)試跟其他電性能測(cè)試不一樣，難以直接從儀表直觀讀出是否合格的結(jié)論，一般采取以下評(píng)判準(zhǔn)則，只要有一項(xiàng)不滿足，則判定不合格：

（1）整個(gè)測(cè)試過程中，測(cè)試環(huán)境不得出現(xiàn)駐波告警（門限是2）;

（2）整個(gè)測(cè)試過程中，在頻譜儀上觀察輸出信號(hào)的幅度，降低不得大于3dB;

（3）功率容量測(cè)試完成后，待測(cè)件所有電性能指標(biāo)滿足技術(shù)規(guī)格要求;

（4）功率容量測(cè)試完成后，將待測(cè)件開蓋，進(jìn)行外觀檢查，不得出現(xiàn)肉眼可見的黑點(diǎn)等明顯的打火痕跡（可選）;

（5）對(duì)于飛弧測(cè)試，要求上行接收頻段噪底提升不超過10dB，或噪底不大于-110dBm。

5? 功率容量測(cè)試的注意事項(xiàng)

（1）注意大功率負(fù)載及衰減器的性能，其駐波不好，反射到被測(cè)設(shè)備的功率就會(huì)增加，平坦度也會(huì)影響加載到被測(cè)器件的功率大小;

（2）功放應(yīng)預(yù)熱，使其工作在平穩(wěn)狀態(tài)，保證增益及功率穩(wěn)定，更換測(cè)試頻率需校準(zhǔn);

（3）功放要考慮降額使用，一般使用都要進(jìn)行功率回退;

（4）功率測(cè)試中，可對(duì)功放進(jìn)行散熱，但不能用風(fēng)扇或其他條件對(duì)待測(cè)品散熱;

（5）當(dāng)測(cè)試多載波時(shí)，因PA在多載波的線性較差，可用兩臺(tái)或多臺(tái)功放進(jìn)行合路;

（6）采用多載波功率測(cè)試時(shí)，需關(guān)注其PAR是否因功放功率不足而被壓縮（測(cè)試差異）;

（7）注意對(duì)功放的保護(hù)，升功率時(shí)要1dB或更小步進(jìn)遞增，斷開測(cè)試時(shí)應(yīng)先關(guān)功放。

6? 結(jié)? 論

射頻無源器件功率容量的要求跟工作信號(hào)制式、信源功率大小、峰均比以及所處海拔、溫度等都緊密相關(guān)，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)及功率測(cè)試時(shí)需充分考慮這些影響功率容量的重要因素;而功率容量準(zhǔn)確的測(cè)量則跟測(cè)量方案的選擇、測(cè)量環(huán)境，包括功放的線性和穩(wěn)定度、負(fù)載的匹配度以及評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)等緊密相關(guān)，測(cè)試時(shí)必須使用正確的測(cè)試方法及搭建合適測(cè)試環(huán)境。隨著通信技術(shù)的快速發(fā)展，5G即將到來，今后還需對(duì)5G射頻器件的功率容量要求及測(cè)試進(jìn)行學(xué)習(xí)及研究。

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作者簡介：林顯添（1977.07-），男，漢族，廣東陽春人，工程師，本科，主要研究方向：電磁場(chǎng)與電磁波、微波射頻器件。