《2.4G 射频双向功放的设计与实现.docx》.pdfVIP

2.4G 射频双向功放的设计与实现 在两个或多个网络互连时，无线局域网的低功率与高频率限制了其覆盖范围，为 了扩大覆盖范围，可以引入蜂窝或者微蜂窝的网络结构或者通过增大发射功率扩 大覆盖半径等措施来实现。前者实现成本较高，而后者则相对较便宜，且容易实 现。现有的产品基本上通信距离都比 较小，而且实现双向收发的比较少。 本文 主要研究的是距离扩展射频前端的方案与硬件的实现，通过增大发射信号功率、 放大接收信号提高灵敏度以及选择增益较大的天线来实现，同时实现了双向收发， 最终成果可以直接应用于与IEEE802.11b/g 兼容的无线通信系统 中。 双向功率放大器的设计 双向功率放大器设计指标： 工作频率：2400MHz～2483MHz 最大输出功率：+30dBm（1W） 发射增益：≥27dB 接收增益：≥14dB 接收端噪声系数： 3.5dB 频率响应：±1dB 输入端最小输入功率门限：?15dB m 具有收发指示功能 具有电源极性反接保护功能 根据时分双工TDD 的工作原理，收发是分开进行的，因此可以得出采用图1 的 功放整体框图。 功率检波器信号输入端接在RF 信号输入通道上的定向耦合器上。当无线收发器 处在发射状态时，功率检波器检测到无线收发器发出的信号，产生开关切换信号 控制RF 开关打向发射PA 通路，LNA 电路被断开，双向功率放大器处在发射状 态。当无线收发器处在接收状态时，功率检波器由于定向耦合器的单方向性而基 本没有输入信号，这时通过开关切换信号将RF 开关切换到LNA 通路，PA 通路 断开，此时双向功率放大器处在接收状态。 下面介绍重点部位的设计： 发射功率放大（PA）电路 发射功率放大电路的作用是将无 线收发器输入功率放大以达到期望输出功率。 此处选择单片微波集成电路（MMIC）作为功率放大器件，并采用两级级联的方 式来同时达到最大输出功率与增益的要求。前级功率放大芯片选择RFMD 公司 的 RF5189，该芯片主要应用在IEEE802.11b WLAN、2.4GHz ISM 频段商用及消 费类电子、无线局域网系统、扩频与MMDS 系统等等。RF5189 的增益可以通过 VREG 引脚电压控制，在本设计中VREG 电压取+3V，使RF5189 具有最大增益。 RF5189 在2.412GHz~2.482GHz 频段增益变化幅度约为0.6dB，线性度较高。由 于RF5189 片内集成了输入输出端口的匹配电路与RF 隔直电容，所以RF5189 输入输出端直接加特性阻抗为50Ω 的传输线进行信号的传输。应用电路如图2。 第二级功率放大芯片采用RFMD 公 司的RF2126。RF2126 的功率控制端接到 RF5189 功率控制端，两片功 率放大芯片采用统一的控制电压信号进行控制。它 的输入输出阻抗并不是50Ω，所以需要外加匹配电路，匹配电路中使用的电容选 择自谐振频率与Q 值高，等效串连阻抗ESR 很小的射频电容，以减小信号在阻 抗匹配电路中的损耗。在本设计中阻抗匹配电容选 择美国技术陶瓷（AT