王志霞

(山西大學(xué)商務(wù)學(xué)院，山西 太原 030031)

2.4 GHz-0.5 W功率放大器設(shè)計(jì)及應(yīng)用

王志霞

(山西大學(xué)商務(wù)學(xué)院，山西 太原 030031)

針對(duì)無線局域網(wǎng)(WLAN)基站發(fā)射功率小、輻射范圍窄問題，設(shè)計(jì)了一款2.4 GHz-0.5 W功率放大器。主要介紹該功放硬件電路原理圖:耦合檢測(cè)電路、收發(fā)轉(zhuǎn)換電路、接收電路、發(fā)射電路、電源電路，同時(shí)對(duì)實(shí)物進(jìn)行調(diào)試測(cè)試，使功放得到進(jìn)一步完善，能夠穩(wěn)定運(yùn)行。

功率放大器；電路原理圖；實(shí)物調(diào)試

1 2.4 GHz功率放大器應(yīng)用

隨著無線通信的快速發(fā)展，無線局域網(wǎng)受到廣泛應(yīng)用。其最大優(yōu)點(diǎn)具有可移動(dòng)性，且靈活性較強(qiáng)、安裝便捷、易于網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和調(diào)整、易于故障定位及擴(kuò)展。但是多數(shù)情況下，無線路由器發(fā)射功率小、輻射范圍窄，為了加大覆蓋范圍，只能增加覆蓋節(jié)點(diǎn)數(shù)，系統(tǒng)的可靠性就會(huì)大大降低。針對(duì)這一問題，設(shè)計(jì)了一款2.4 GHz-0.5 W功率放大器。

2 功率放大器原理

功率放大器主要由五大部分組成：耦合檢測(cè)電路、收發(fā)轉(zhuǎn)換電路、接收回路、發(fā)射回路、電源電路。接收回路即小信號(hào)放大電路，將接收的信號(hào)濾波后放大進(jìn)行信號(hào)分析。發(fā)射回路將信號(hào)源輸入的高頻信號(hào)盡可能地放大以增強(qiáng)覆蓋距離[1]。

3 功率放大器設(shè)計(jì)

3.1 放大器設(shè)計(jì)指標(biāo)

表1 發(fā)射、接收電路設(shè)計(jì)指標(biāo)要求

3.2 硬件電路設(shè)計(jì)

3.2.1 耦合檢測(cè)電路

輸入信號(hào)經(jīng)過耦合微帶線耦合到MAX4003，產(chǎn)生檢測(cè)信號(hào)TX_CHECK、TX_EN_D。TX_EN_D輸入MAX4730，產(chǎn)生信號(hào)TX_EN、RX_EN分別控制發(fā)射回路和接收回路依次工作，如圖1。

3.2.2 收發(fā)轉(zhuǎn)換電路

功率放大器輸入端采用AS179-92進(jìn)行發(fā)射、接收電路轉(zhuǎn)換，如圖1。同理輸出端采用AS191-73進(jìn)行收發(fā)電路轉(zhuǎn)換[2]。

圖1 耦合檢測(cè)電路及輸入端收發(fā)轉(zhuǎn)換電路

3.2.3 接收電路設(shè)計(jì)

小信號(hào)放大電路采用兩級(jí)放大電路，小信號(hào)經(jīng)過MGA53543一級(jí)放大，濾波后輸入SGA3463進(jìn)行兩級(jí)放大，如圖2。

圖2 接收回路小信號(hào)放大電路

3.2.4 發(fā)射電路設(shè)計(jì)

該功率放大器發(fā)射回路采用自動(dòng)增益控制電路，將發(fā)射回路的增益控制在30 dB左右。首先采用衰減器PE4302將輸入信號(hào)衰減到放大功率管要求的輸入信號(hào)范圍。其次采用功率放大管RF5602作為放大電路，同時(shí)采用單片機(jī)MSP430作為自動(dòng)增益控制電路，如圖3。

圖3 發(fā)射回路高頻功率放大電路

1) PE4302輔助電路元件參數(shù)選擇：PE4302的輸入端RF1、輸出端RF2分別接特性阻抗為50 Ω的微帶線進(jìn)行阻抗匹配，其他管腳外圍電路由C22(27 pF)、C30(1 000 pF)、C28(220 pF)、C41(27 pF)、R15(10 k)、R16(10 k)組成。

2) RF5602輔助電路元件參數(shù)選擇：功率放大管RF5602輸入端RFIN、輸出端RFOUT分別接特性阻抗為50 Ω的微帶線進(jìn)行阻抗匹配，其偏置電路由L2(1.8 nH)、L6(12 nH)、L7(39 nH)、C34(1 μF)、C35(1 μF)、C32(4.7 μF)、C29(1 000 pF)、C40(330 pF)、R17(91)、R20(240)、R21(75)、R22(56)等元器件組成。

3) 自動(dòng)增益控制電路元件參數(shù)選擇：采用單片機(jī)MSP430作為自動(dòng)增益控制電路，2-3腳接晶振CRYSTAL_2PLN，8腳通過R9(1 k)接檢測(cè)信號(hào)TX_EN_D，18腳接檢測(cè)信號(hào)TX_CHECK，21腳接檢測(cè)信號(hào)TX_EN_D，通過管腳25、26、27、28、29、5給單片機(jī)置入程序。管腳13、14、15產(chǎn)生控制衰減器信號(hào)LE、CLK、DATA。

4) 電源電路：該功率放大器供電電源為12 V，TPS54325將12 V電源轉(zhuǎn)換為5 V，ADP121將5 V轉(zhuǎn)換為3.3 V，分別為電路中各芯片供電，如圖4。

圖4 12 V～5 V、5 V～3.3 V電源電路

4 調(diào)試及結(jié)果分析

測(cè)試時(shí)使用基站作為信號(hào)源，設(shè)置基站，使其工作在2 462 MHz，發(fā)射功率為0 dBm。沒有信號(hào)激勵(lì)時(shí)，基站輸入0 dBm信號(hào)，頻譜儀顯示功率為-4.76 dBm，顯然從基站到頻譜儀中途損耗為4.76 dBm。此時(shí)加入功率放大器并給其上電，頻譜儀的輸出功率為25.77 dBm，那么功放的實(shí)際增益為25.77-0+4.76=30.53 dBm。

5 小結(jié)

本文設(shè)計(jì)的2.4 GHz-0.5W功率放大器主要用于無線局域網(wǎng)通信距離受限時(shí)增加通信距離、提高WLAN內(nèi)的數(shù)據(jù)通訊質(zhì)量，故主要矛盾為發(fā)射、接收回路的增益問題。通過測(cè)試其增益為30 dB，滿足設(shè)計(jì)要求。

[1] 陳邦媛.射頻通信電路[M].北京:科學(xué)出版社,2006:1-6.

[2] 陳松，金鴻.電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)Multisim2001 & Protel99 se[M].南京:東南大學(xué)出版社,2001:14-25.

The Design and Application of Power Amplifier

Wang Zhixia

(BusinessCollegeofShanxiUniversity,TaiyuanShanxi030031,China)

In view of the problem that the transmission power is small and the radiation scope is narrow in wireless local area network (WLAN) base station, the 2.4 GHz-0.5 W power amplifier is designed in the article. This paper mainly introduces the power amplifier hardware circuit principle diagram: the coupling detection circuit, the transmit-receive circuit, the receive circuit, the transmit circuit and the power supply circuit. Meanwhile, the physical debugging and testing is made, so that the power amplifier is further improved and able to run stably.

power amplifier; the circuit principle diagram; physical debugging

2016-11-08

王志霞(1986- )，女，山西朔州人，助教，碩士，研究方向：微波技術(shù)及電磁兼容。

1674- 4578(2016)06- 0034- 02

TN722.75

A