24G射频双向功放电路的设计与制作

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1、2.4G射频双向功放电路的设计与制作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瓦覆盖范围，为了扩大覆盖范围，可以引入蜂駕或者微蜂克的网络结构或者通过增大发射功率扩大覆盖半径等措施來实现。前者实现成木较高，而后者则相对较便宜，且容易实现。现冇的产品基木上通信距离都比较小，而月•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，通过增人发鸵信号功率、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，同吋实现了双向收发，最终成果可以直接应用于与IEEE802」lb/g兼容的无线通信系统中。双向功率放人器的设计双向功率放大器设计指标：工作频率

2、：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：＜±ldB输入端最小输入功率门限：＜?15dBm具有收发指示功能具有电源极性反接保护功能根据吋分双工TDD的工作原理，收发是分开进行的，因此可以得出釆用图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

3、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）电路发射功率放人电路的作用是将无线收发器输入功率放人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來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,该芯片卞要应用在IEEE802.11bWLAN、2.4GHzISM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VKEG引脚电压控制,

4、在本设计中VREG电圧取+3V,使RF5189具有最大增益°RF5189在2.412GHz~2.482GIIz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］I电容，所以RF5189输入输出端直接加特性阻抗为50Q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釆用RFMD公司的RF2126。RF2126的功率控制端淒到RF5189功率控制端，两片功率放大芯片釆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50Q,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偵高，等效串连阻抗ESR很小的

5、射频电容，以减小信号在阻抗匹配电路屮的损耗。在木设计小肌抗匹配电容选择美国技术陶瓷（ATC）公司的ATC100A系列陶瓷电容，它的品质因素（Q值）:>10000®1MHz应用电路如图3。4-r低噪声放大（LNA）电路的设计低噪声放大芯片选择Hittite公司的HMC286E。HMC286E是专门为2.3GHz〜2.5GHz的扩频系统设计的低噪声放大器（LNA）,在+3V供电情况卜•可以捉供19dB信号増益和1.7dB的低噪声系数，并冃耗电仅8.5mAo在2.4GHz时的一阶增益压缩点（PldB）是+6dBm,三阶交调截取点（IP3）是+12dBm。在接收低噪声放大器（LNA

6、）输入端加一级带通滤波器，考虑到实际功放尺寸的限制，本设计釆用表面安装的低温烧结陶瓷（LTCC,Low-TemperatureCofiredCeramics）带通滤波器BF2520-B2R4CAC<>它的插入损耗很小，最人为1.5dBoBF2520-B2R4CAC带通滤波器S参数如图4所示。freq.GHz《《■•MWSP{《■•■Msp

7、损耗为0.4db,上升下降时间为10ns。功率检测电路的设计切换控制信号通过对功率检波器输出信号整形变换得到，因此功率检测电路的性能对实现收发控制至关重耍。功率检测芯片选择Linear■公司的LT5534ESC6。为了不使在接收状态下，接收功率较大时功率检波器输出大电压值，还有就是使功率检测电路的引入不影响信号通路的特性阻抗，因此功率检波器RF输入端不直接接在功率放大器信号输入端，而是釆用微带线定向耦合器从RF通路中耦合出一部分功率输入到功率检测电路屮。耦合微带线定向耦合器用ADS2005A的无源电路设计向导（Pa