射频无源器件功率容量要求及测试

摘  要：射频无源器件是移动通信网络设备以及传统室分的关键部件，主要包括合路器、功分器、耦合器等，本文介绍了移动通信各通信系统信号特点以及不同应用场景大功率射频器件的功率要求，通过对实际工程应用及功率的测试规范分析，明确了各频段、各制式的测试要求、相关参数以及评判标准，并根据实际经验总结了相关测试注意事项。

关键词：功率容量;峰均比;平均功率;峰值功率

中图分类号：TN929.5      文献标识码：A 文章编号：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

射頻无源器件移动通信的重要组成部分，随着2G、3G、4G多网共存以及共建共享，对射频无源器件的功率承载要求越来越重要。所以我们必须清楚地了解各通信系统在各种应用环境下对射频器件的功率容量指标和测试评判标准，作为设计及测试的依据。

1  各通信制式特点

目前2G/3G/4G多种通信系统共存，下面简单介绍一下各种常见通信制式信号及其特点。

2G通信系统主要包括GSM制式和CDMA制式，GSM制式常见的有括GSM900、EGSM、DCS、PCS等，其信号特点为载波带宽200kHz，每个载波有8个时隙。CDMA属于扩频通信系统，码片速率为1.228MHz，其载频带宽1.25MHz，CDMA2000是CDMA的升级，其载频带宽为1.25MHz*N。

3G的通信系统主要是指WCDMA和TD-SCDMA，WCDMA采用OFDM（正交频分复用）技术，分成N个相互正交子载波，以减少和消除码间串扰，其码片速率为3.84MHz，其载波带宽5MHz，主流频段有1920～1980/2110～2170MHz以及北美AWS的1710～1755/2110～2155MHz。TD-SCDMA系统信号的码片速率1.28MHz，载频带宽1.6 MHz。其主流频段为2010～2025MHz和1885～1915MHz。

4G移动通信系统主要是LTE制式，LTE信号的子载波为15kHz，信号带宽可以为3M、5M、10M、15、20M等，LTE信号具有很高的峰均比，在一定宽带频率中，信号快速滚降，对于20MHz带宽的LTE信号，一般达到≥45dB @offset 1MHz。实际工程中也可以利用LTE这一信号特点进行邻频合路的应用。

2  各通信制式功率容量的一般要求

目前射频无源器件常见的功率要求是平均功率200W、峰值功率800W/1000W甚至更高。特定环境会对器件提更高要求，这里功率的要求是考虑到多系统合路以及降额使用，并考虑了温度（高温）、气压（低压）变化导致设备功率容量会下降等因素。一般可以通过以下经验公式计算不同海拔、不同温度以及不同适配情况下的实际功率容量或要求。

按照公式，假如海拔1800米（约0.8大气压，高温65℃），则实际功率容量约下降一半（3dB）。实际测试中可用气压箱来模拟不同海拔高度。

实际上各系统工程应用一般会用到多大的功率呢？从现网主设备及工程应用看，一般单系统基站设备信源平均功率最大为80W，常见的为40W。而对于EGSM、多载波以及WCDMA、TD、LTE等扩频系统都存在峰均比，要考虑其峰值功率。各系统的峰均比差异较大，像LTE的峰均比有高达10dB以上的，随着载波数的增加，峰均比也会增加。

在实际设计及应用中，一般都会进行削峰，削峰后峰均比一般不大于7dB。故峰值功率要求一般为平均功率7～ 8dB。峰均比在测量中常用一个CCDF曲线来表征，CCDF是互补累计分布函数，用于定义峰值超过一定门限的概率。实际测试中也常采用脉宽为8μs且占空比为1%的脉冲信号来模拟信号的峰值功率。

3  功率容量的测试

功率容量测试一般分为平均功率和峰值功率，平均功率是指满足设备长期工作的额定功率，要考虑散热及温升对产品性能的影响，而峰值功率是指设备工作中瞬态随机出现的较大脉冲功率，该功率比平均功率大若干倍乃至十倍以上，功率容量不足往往会导致设备中空气被电离打火，损坏设备或性能下降。

常见的平均功率测试包括以下几种情况：

（1）采用CW信号测量，可分测量工作频段中心频点、边频、边频回退1MHz或根据实际系统回退;

（2）4载波信号（EDGE），每载波50W，载波间隔1MHz，频带高端低端回退1MHz;

（3）宽频载波信号（如WCDMA/TD/LTE等，加载一定PAR），测试其第一及最后一个载波。

峰值功率一般可采用脉冲信号或带峰均比的载波信号两种;采用脉冲是模拟峰值功率出现的概率，测试一般采用脉宽8μs，占空比1%的脉冲功率进行，测试频点有工作频段边频、边频回退1MHz或中心频点等;采用载波信号（如CDMA/TD/LTE等），则一般测试频点为频带第一及最后一个载波。

功率测试还需考虑实际工程应用的环境，即需要考虑高温低压条件下测试以及模拟负载不同失配情况测试。另外针对高峰均比的扩频系统及多载波应用，一般还会增加一个飞弧测试，测试条件一般要求：4载波信号（EDGE），每载波50W，载波间隔1MHz，频率在工作频带回退1MHz;测试时间一般要求30分钟。对应多频合路产品也可根据实际应用进行单系统测试、组合测试等。

运营商对功率测试也有明确要求，中国移动对非TD系统产品一般采取4载波EDGE信号来测试，而对于TD系统则采取1.23MHz的宽频调制信号进行测量。中国联通集采测试规范基本与中国移动一致，采用4载波EDGE信号输入测试;并且还要求测试落入上行的杂散。但针对邻频合路器等较特殊的产品，采用CW信号边频回退1MHz来测量。中国电信一般明确要求平均功率300W，可采取CDMA或LTE载波信号测量，LTE可選5M或20M带宽，PAR=8dB，测试频率为边频回退1MHz后第一个或最后一个载波。一般平均功率测试时间要求2小时，峰值功率要求30分钟。

4  功率测试的评判

功率容量测试跟其他电性能测试不一样，难以直接从仪表直观读出是否合格的结论，一般采取以下评判准则，只要有一项不满足，则判定不合格：

（1）整个测试过程中，测试环境不得出现驻波告警（门限是2）;

（2）整个测试过程中，在频谱仪上观察输出信号的幅度，降低不得大于3dB;

（3）功率容量测试完成后，待测件所有电性能指标满足技术规格要求;

（4）功率容量测试完成后，将待测件开盖，进行外观检查，不得出现肉眼可见的黑点等明显的打火痕迹（可选）;

（5）对于飞弧测试，要求上行接收频段噪底提升不超过10dB，或噪底不大于-110dBm。

5  功率容量测试的注意事项

（1）注意大功率负载及衰减器的性能，其驻波不好，反射到被测设备的功率就会增加，平坦度也会影响加载到被测器件的功率大小;

（2）功放应预热，使其工作在平稳状态，保证增益及功率稳定，更换测试频率需校准;

（3）功放要考虑降额使用，一般使用都要进行功率回退;

（4）功率测试中，可对功放进行散热，但不能用风扇或其他条件对待测品散热;

（5）当测试多载波时，因PA在多载波的线性较差，可用两台或多台功放进行合路;

（6）采用多载波功率测试时，需关注其PAR是否因功放功率不足而被压缩（测试差异）;

（7）注意对功放的保护，升功率时要1dB或更小步进递增，断开测试时应先关功放。

6  结  论

射频无源器件功率容量的要求跟工作信号制式、信源功率大小、峰均比以及所处海拔、温度等都紧密相关，在产品设计及功率测试时需充分考虑这些影响功率容量的重要因素;而功率容量准确的测量则跟测量方案的选择、测量环境，包括功放的线性和稳定度、负载的匹配度以及评判标准等紧密相关，测试时必须使用正确的测试方法及搭建合适测试环境。随着通信技术的快速发展，5G即将到来，今后还需对5G射频器件的功率容量要求及测试进行学习及研究。

参考文献：

[1] 中华人民共和国工业和信息化部.YD/T 2740.5-2014，无线通信室内信号分布系统第5部分：无源器件技术要求和测试方法 [S].北京：人民邮电出版社，2014.

[2] 黄贞松，蒋东铭，匡珩.一种双通道射频接收前端 [J].现代信息科技，2017，1（4）：58-61.

[3] 匡珩，梁庆山，何旭，等.一种高集成射频接收前端模块 [J].现代信息科技，2017，1（1）：52-54.

作者简介：林显添（1977.07-），男，汉族，广东阳春人，工程师，本科，主要研究方向：电磁场与电磁波、微波射频器件。