專利名稱：用于穩(wěn)定功率放大器互調(diào)性能的高精度溫度補(bǔ)償裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種在移動通信系統(tǒng)(GSM、DCS、CDMA、PCS以及IMT-2000)基站和直放站的功率放大器中用于穩(wěn)定高低溫互調(diào)性能的溫度補(bǔ)償裝置，特別涉及一種高精度的溫度補(bǔ)償裝置。
背景技術(shù)：
在移動通信基站和直放站功放設(shè)計中，都有一個非常關(guān)鍵的指標(biāo)互調(diào)衰減。互調(diào)衰減是指發(fā)射設(shè)備對由載頻和經(jīng)其天線輸入的干擾信號在其非線性部件產(chǎn)生互調(diào)信號的抑制能力。其中，如何穩(wěn)定高低溫互調(diào)性能則始終是業(yè)界的技術(shù)難題。為了滿足功率放大器在高、低溫環(huán)境下的互調(diào)性能要求，常常通過溫度補(bǔ)償法來減少溫度變化對互調(diào)衰減指標(biāo)的影響。當(dāng)溫度改變時，會引起靜態(tài)工作點(diǎn)的偏移，而通過溫度補(bǔ)償調(diào)整靜態(tài)工作點(diǎn)，使互調(diào)性能恢復(fù)穩(wěn)定。但傳統(tǒng)的溫度補(bǔ)償方式普遍未能解決高精度地穩(wěn)定高低溫互調(diào)性能的問題，其高低溫下的互調(diào)性能變化均在3.5dB以上。傳統(tǒng)的溫度補(bǔ)償方式包括1、改變電源電壓的溫度補(bǔ)償方式(其中包括采用緩變型PTC熱敏電阻、NTC熱敏電阻或溫敏Z-元件來改變電源電壓等)。該方式基于當(dāng)溫度變化時，產(chǎn)生輸出漂移，為抑制漂移，可使電源電壓相應(yīng)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(dá)到補(bǔ)償之目的。經(jīng)采用該補(bǔ)償方式補(bǔ)償后，其互調(diào)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(yán)格；其初始值及其溫度系數(shù)難于匹配；在電路上尚需采用輔助調(diào)整措施；2、并聯(lián)式溫度補(bǔ)償方式。并聯(lián)式溫度補(bǔ)償方式基于人為地附加一個溫度補(bǔ)償環(huán)節(jié)，該補(bǔ)償環(huán)節(jié)與被補(bǔ)償系統(tǒng)(或組成環(huán)節(jié))并聯(lián)，以抵消或削弱溫度變化對功放特性的影響，從而達(dá)到補(bǔ)償之目的。經(jīng)采用該補(bǔ)償方式補(bǔ)償后，其互調(diào)性能變化仍然在3.5dB以上；且只能做到近似補(bǔ)償，即實現(xiàn)兩點(diǎn)或三點(diǎn)全補(bǔ)償，其它點(diǎn)只能為“過補(bǔ)償”或“欠補(bǔ)償”；3、串聯(lián)式差動溫度補(bǔ)償方式。該方式基于其補(bǔ)償電路為“上下對稱”結(jié)構(gòu)，在標(biāo)準(zhǔn)溫度時，工作電流流過上下分壓支路，使輸出電壓等于電源電壓之1/2，當(dāng)溫度發(fā)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于電源電壓之1/2，從而抑制互調(diào)性能隨溫度的漂移。經(jīng)采用該補(bǔ)償方式補(bǔ)償后，其互調(diào)性能變化仍然在3.5dB以上；且其補(bǔ)償電路的靜態(tài)輸出電壓不為零，為使靜態(tài)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(bǔ)償方式(其中包括反饋式對稱溫度補(bǔ)償方式)。該方式基于利用反饋原理，通過一個自動的調(diào)整過程，即，使靜態(tài)工作點(diǎn)隨溫度的變化而自動調(diào)整，從而保持其功放的零點(diǎn)和靈敏度在理論上不隨溫度的變化而變化。經(jīng)采用該補(bǔ)償方式補(bǔ)償后，其互調(diào)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(diào)性能隨溫度的變化而變化的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì)實惠、能有效穩(wěn)定移動通信基站和直放站功率放大器的高低溫互調(diào)性能的溫度補(bǔ)償裝置，以克服上述傳統(tǒng)的各類溫度補(bǔ)償方式的諸多缺點(diǎn)，使功率放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)在高低溫情況下仍能充分保持穩(wěn)定而不致漂移，使其多載波信號不至于落入有源器件的非線性區(qū)，從而保證在高低溫情況下其互調(diào)性能始終保持穩(wěn)定。
為實現(xiàn)上述目的，本實用新型構(gòu)造了一種簡單經(jīng)濟(jì)的、能高精度地穩(wěn)定功放互調(diào)性能的溫度補(bǔ)償裝置。該裝置由穩(wěn)壓及低壓差電壓調(diào)整電路1、雙極型三極管電壓控制電路2、場效應(yīng)功放管柵壓分壓電路3、溫補(bǔ)補(bǔ)償量調(diào)節(jié)電路4、柵壓調(diào)節(jié)電路5五部分構(gòu)成；其中，穩(wěn)壓及低壓差電壓調(diào)整電路1的輸入端與供電電源相連接，輸出端與場效應(yīng)功放管柵壓分壓電路3相連接，控制端與雙極型三極管電壓控制電路2相連接；其溫補(bǔ)補(bǔ)償量調(diào)節(jié)電路4被接入到雙極型三極管電壓控制電路2，柵壓調(diào)節(jié)電路5被接入到場效應(yīng)功放管柵壓分壓電路3，場效應(yīng)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(wěn)壓及低壓差電壓調(diào)整電路1，用于穩(wěn)定電源供電電壓，并在溫度變化時跟隨下述的電壓控制電路自動進(jìn)行電壓調(diào)整；雙極型三極管電壓控制電路2，用于在溫度變化時自動控制其上述的穩(wěn)壓及低壓差電壓調(diào)整電路進(jìn)行相應(yīng)的電壓調(diào)整；場效應(yīng)功放管柵壓分壓電路3，用于提供LDMOS功場效應(yīng)功放管柵極電壓并在溫度變化時對功放管工作點(diǎn)進(jìn)行自動微調(diào)；柵壓調(diào)節(jié)電路5，用于在常溫下通過人工方式對功放管的靜態(tài)柵極電壓進(jìn)行相應(yīng)調(diào)節(jié)；溫補(bǔ)補(bǔ)償量調(diào)節(jié)電路4，用于在常溫下通過人工方式對溫度補(bǔ)償量進(jìn)行相應(yīng)調(diào)節(jié)。
本實用新型的工作過程為當(dāng)溫度升高(降低)時，LDMOS場效應(yīng)功放管的特性決定其漏極電流Id將升高(降低)，而雙極型三極管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(diào)整電路的輸出電壓相應(yīng)降低(提高)，以控制其功放管柵極電壓Vg降低(升高)，使Id相應(yīng)減小(增大)，即恢復(fù)正常，從而達(dá)到溫度補(bǔ)償?shù)哪康摹Ｆ渲?，改變溫補(bǔ)補(bǔ)償量調(diào)節(jié)電路的上下兩個電阻的阻值可以對溫度補(bǔ)償量進(jìn)行調(diào)節(jié)；而改變柵壓調(diào)節(jié)電路的上下兩個電阻及電位器則可以改變靜態(tài)柵極電壓的調(diào)節(jié)范圍。
本實用新型的關(guān)鍵技術(shù)在于恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用了LDMOS管的負(fù)溫度熱敏特性和雙級型三極管的正溫度熱敏特性，達(dá)到二者之間的高低溫互補(bǔ)，從而在高低溫下自動微調(diào)LDMOS功率放大管的工作點(diǎn)，使之始終工作于線性區(qū)域，以實現(xiàn)穩(wěn)定高低溫互調(diào)性能的功能。
實驗證明，本實用新型所提供的簡單經(jīng)濟(jì)的溫度補(bǔ)償裝置是一種高精度的溫度補(bǔ)償裝置，能夠在移動通信基站和直放站功放中達(dá)到顯著的穩(wěn)定其互調(diào)性能的效果在-40-+55℃的溫度變化范圍內(nèi)，其互調(diào)變化小于3dB。
本實用新型構(gòu)造了一種簡單經(jīng)濟(jì)的、能高精度地穩(wěn)定功放互調(diào)性能的溫度補(bǔ)償裝置。能夠在功率放大器中達(dá)到顯著的穩(wěn)定其互調(diào)性能的效果，實驗證明在-40-+55℃的溫度變化范圍內(nèi)，其互調(diào)變化小于3dB。
本實用新型始終以敘述性的方式進(jìn)行描述，其中所使用的術(shù)語意在描述而非限制。根據(jù)以上的描述，可以對本實用新型做許多進(jìn)一步的修改，也可以根據(jù)實際需要做許多變化。因此，在附加的權(quán)利要求范圍內(nèi)，本實用新型可以對所具體描述的實施例采用各種不同的實現(xiàn)方式。
附圖簡要說明 以下是本發(fā)明專利的附圖簡要說明

圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)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(nèi)，其附圖標(biāo)記說明如下1穩(wěn)壓及低壓差電壓調(diào)整電路；2雙極型三極管電壓控制電路；3場效應(yīng)功放管柵壓分壓電路；4溫補(bǔ)補(bǔ)償量調(diào)節(jié)電路；5柵極電壓調(diào)節(jié)電路。
本實用新型優(yōu)選實施例下面將結(jié)合附圖、附表具體描述對應(yīng)本于本實用新型的優(yōu)選實施例參照圖1。該圖為本實用新型所提供的簡單經(jīng)濟(jì)、能高精度地穩(wěn)定功放互調(diào)性能的溫度補(bǔ)償裝置的示意框圖。其中，穩(wěn)壓及低壓差電壓調(diào)整電路1，用于穩(wěn)定電源供電電壓，并在溫度變化時跟隨下述的電壓控制電路自動進(jìn)行電壓調(diào)整；雙極型三極管電壓控制電路2，用于在溫度變化時自動控制其穩(wěn)壓及低壓差電壓調(diào)整電路，以進(jìn)行相應(yīng)的電壓調(diào)整；場效應(yīng)功放管柵壓分壓電路3，用于提供LDMOS功場效應(yīng)功放管柵極電壓并在溫度變化時對功放管工作點(diǎn)進(jìn)行自動微調(diào)；溫補(bǔ)補(bǔ)償量調(diào)節(jié)電路4，用于在常溫下通過人工方式對溫度補(bǔ)償量進(jìn)行相應(yīng)調(diào)節(jié)柵壓調(diào)節(jié)電路，柵極電壓調(diào)節(jié)電路5，用于在常溫下通過人工方式對功放管的靜態(tài)柵極電壓進(jìn)行相應(yīng)調(diào)節(jié)。
圖2a和圖2b分別表示用于穩(wěn)定基站和直放站功放高低溫互調(diào)性能的溫度補(bǔ)償裝置原理圖及其該裝置的PCB圖。其中，電壓控制電路的NPN三極管MMBT3904的集電極與供電電壓穩(wěn)壓及其低壓差電壓調(diào)整電路相連接，其基級電壓Vb在常溫下恒為0.7V，穩(wěn)壓及低壓差電壓調(diào)整電路的穩(wěn)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于26V供電電源，在LP2951的4腳GND接地時，恒輸出5V，若4腳電壓抬高ΔV，則其1腳輸出Vout也相應(yīng)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(dāng)溫度升高時，場效應(yīng)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(jìn)而控制柵壓Vg降低，使Id減小，達(dá)到溫度補(bǔ)償?shù)哪康摹?br> 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(diào)節(jié)電路，其電阻R3、電位器RP1、電阻R4串聯(lián)后與電阻R5并聯(lián)，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(diào)節(jié)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范圍。根據(jù)一般LDMOS管柵壓要求，其典型變化范圍在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(diào)節(jié)1K電位器RP1，可使柵壓在3.38V-3.95V之間可調(diào)。電阻R1、R2組成溫補(bǔ)量控制電路，其中，R1分別與三極管MMBT3904的基極和集電極相連接，R2分別與三極管MMBT3904的基極和接地發(fā)射極相連接，調(diào)節(jié)電阻R1、R2，可以控制溫度補(bǔ)償?shù)亩嗌?，由Vb隨溫度的變化量預(yù)知，調(diào)節(jié)R1、R2可改變V1，從而控制Vg隨溫度的變化量。在實際設(shè)計中，其本行業(yè)工程師可根據(jù)需要改變以上阻值，從而控制溫度補(bǔ)償程度及柵壓的變化范圍。
可以視情使用LP2951的功放柵壓關(guān)斷功能，當(dāng)LP2951的3腳Shutdown比4腳高出1V時，其輸出為0，即關(guān)閉其輸出，從而關(guān)斷本功放電路中的柵壓。當(dāng)其與4腳GND電壓相同時，則恢復(fù)正常輸出；在本電路中，4腳為1V，所以當(dāng)3腳為2V時即可關(guān)斷柵壓。
在本實用新型溫度補(bǔ)償電路中，其LP2951的作用是提供一個穩(wěn)定的輸出電壓并進(jìn)行低壓差電壓調(diào)整，若考慮到成本，則可使用在其功能上與之相似的78L05穩(wěn)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(yīng)接LP2951的輸入輸出，常溫下得到78L05的輸出也相應(yīng)抬高到6V，因此可根據(jù)實際功能需要，當(dāng)不要求柵壓關(guān)斷功能時可使用78L05替代LP2951。
在常溫下，本實用新型溫度補(bǔ)償電路的溫補(bǔ)量控制電路和功放柵壓分壓及調(diào)節(jié)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(jié)果進(jìn)行具體描述(參見附表1-4)。
表1、表2是通過組建電路進(jìn)行實驗所得出的實驗結(jié)果。其中，表1為未進(jìn)行溫度補(bǔ)償情況下的高低溫互調(diào)性能變化情況表，表2為采用本實用新型的高低溫互調(diào)性能變化情況表。為了使其實驗結(jié)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℃范圍內(nèi)變化所得出的互調(diào)性能的變化的比較結(jié)果。從表3可以得出如下結(jié)論在移動通信直放站(或基站)的功率放大器中采用本實用新型所提供的溫度補(bǔ)償裝置，其功放電流相當(dāng)穩(wěn)定，其互調(diào)性能無論是在小信號下還是在大信號下都很穩(wěn)定。
表4表示采用本實用新型溫度補(bǔ)償裝置后，通過實驗驗證其對功放增益的性能不會產(chǎn)生任何負(fù)面影響。從表4可以得出如下結(jié)論在移動通信直放站(或基站)的功率放大器中采用本實用新型所提供的溫度補(bǔ)償裝置后，同未采用該裝置相比，其增益的變化會稍微加大，但僅僅屬于很小的變化，尤其是不會出現(xiàn)臺階式的跳變問題，從而不會構(gòu)成對功放整體性能的影響。
表1未進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)母叩蜏鼗フ{(diào)性能變化情況表

表2采用本實用新型的高低溫互調(diào)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(jié)果比較表 表4驗證采用本實用新型后不影響功放增益性能的測試結(jié)果表 通過組建電路進(jìn)行實驗，并從其實驗結(jié)果中可以得出如下結(jié)論在移動通信直放站(或基站)的功率放大器中采用本實用新型所提供的溫度補(bǔ)償裝置具有實際的應(yīng)用價值，并能夠取得積極的應(yīng)用效果。
權(quán)利要求1.一種用于穩(wěn)定功率放大器互調(diào)性能的高精度溫度補(bǔ)償裝置，其特征在于該裝置由穩(wěn)壓及低壓差電壓調(diào)整電路(1)，雙極型三極管電壓控制電路(2)，場效應(yīng)功放管柵壓分壓電路(3)，溫補(bǔ)補(bǔ)償量調(diào)節(jié)電路(4)，柵壓調(diào)節(jié)電路(5)五部分構(gòu)成；其中，穩(wěn)壓及低壓差電壓調(diào)整電路(1)的輸入端與供電電源相連接，輸出端與場效應(yīng)功放管柵壓分壓電路(3)相連接，控制端與雙極型三極管電壓控制電路(2)相連接；其溫補(bǔ)補(bǔ)償量調(diào)節(jié)電路(4)被接入到雙極型三極管電壓控制電路(2)，柵壓調(diào)節(jié)電路(5)被接入到場效應(yīng)功放管柵壓分壓電路(3)，場效應(yīng)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(jù)權(quán)利要求1所述的用于穩(wěn)定功率放大器互調(diào)性能的高精度溫度補(bǔ)償裝置，其特征在于電壓控制電路的NPN三極管MMBT3904的集電極與供電電壓穩(wěn)壓及其低壓差電壓調(diào)整電路相連接，其基級電壓Vb在常溫下恒為0.7V，供電電壓穩(wěn)壓及低壓差電壓調(diào)整電路的穩(wěn)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于26V供電電源，在LP2951的4腳GND接地時，典型恒輸出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(jù)權(quán)利要求1所述的用于穩(wěn)定功率放大器互調(diào)性能的高精度溫度補(bǔ)償裝置，其特征在于電阻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(lián)后與電阻R5并聯(lián)，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(bǔ)量控制電路，其中，R1分別與三極管MMBT3904的基極和集電極相連接，R2分別與三極管MMBT3904的基極和接地發(fā)射極相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于穩(wěn)定功率放大器互調(diào)性能的高精度溫度補(bǔ)償裝置，其特征在于在常溫下，溫補(bǔ)量控制電路和功放柵壓分壓及柵壓調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)1K電位器RP1，使柵壓在3.38V-3.95V之間可調(diào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于穩(wěn)定功率放大器互調(diào)性能的高精度溫度補(bǔ)償裝置，其特征在于必要時，可使用LP2951的功放柵壓關(guān)斷功能，常溫時，本電路的4腳為1V，當(dāng)LP2951的3腳Shutdown為2V時，其輸出為0，即關(guān)閉輸出，從而關(guān)斷功放電路中的柵壓，當(dāng)3腳與4腳GND電壓相同時，則恢復(fù)正常輸出。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于穩(wěn)定功率放大器互調(diào)性能的高精度溫度補(bǔ)償裝置，其特征在于在本實用新型所提供的溫度補(bǔ)償電路中，若考慮到成本，當(dāng)不要求柵壓關(guān)斷功能時，則可用在其功能上與之相似的78L05穩(wěn)壓及低壓差電壓調(diào)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(yīng)接LP2951的輸入輸出，常溫時，其78L05的輸出也相應(yīng)抬高到6V。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于穩(wěn)定功率放大器互調(diào)性能的高精度溫度補(bǔ)償裝置，其特征在于所述溫補(bǔ)量控制電路和功放柵壓分壓及柵壓調(diào)節(jié)電路在常溫時的典型取值，當(dāng)本溫度補(bǔ)償電路用于不同場合的功率放大器時，在常溫時其R1、R2、R3、R4、R5需根據(jù)不同功率放大器的實際需要進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，其電壓值Vin、Vb、V1、V2、V3也相應(yīng)隨著調(diào)整，并同時調(diào)節(jié)RP1電位器，使柵壓保持在相應(yīng)范圍之內(nèi)。
專利摘要本實用新型構(gòu)造了一種簡單經(jīng)濟(jì)的、高精度地穩(wěn)定功率放大器互調(diào)性能的溫度補(bǔ)償裝置。該裝置由五部分構(gòu)成用于穩(wěn)定電源供電電壓并在溫度變化時跟隨電壓控制電路自動進(jìn)行電壓調(diào)整的穩(wěn)壓及低壓差電壓調(diào)整電路；用于在溫度變化時自動控制其低壓差電壓調(diào)整電路進(jìn)行相應(yīng)的電壓調(diào)整的雙極型三極管電壓控制電路；用于提供LDMOS功場效應(yīng)功放管柵極電壓并在溫度變化時對功放管工作點(diǎn)進(jìn)行自動微調(diào)的場效應(yīng)功放管柵壓分壓電路；用于在常溫下通過人工方式對功放管的靜態(tài)柵極電壓進(jìn)行相應(yīng)調(diào)節(jié)的柵壓調(diào)節(jié)電路；以及用于在常溫下通過人工方式對溫度補(bǔ)償量進(jìn)行相應(yīng)調(diào)節(jié)的溫補(bǔ)補(bǔ)償量調(diào)節(jié)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(yōu)先權(quán)日2004年11月8日
發(fā)明者王曉侖, 劉旭明, 廖世明 申請人:京信通信系統(tǒng)(廣州)有限公司