王志霞

(山西大學商務學院，山西 太原 030031)

2.4 GHz-0.5 W功率放大器設計及應用

王志霞

(山西大學商務學院，山西 太原 030031)

針對無線局域網(wǎng)(WLAN)基站發(fā)射功率小、輻射范圍窄問題，設計了一款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，同時對實物進行調(diào)試測試，使功放得到進一步完善，能夠穩(wěn)定運行。

功率放大器；電路原理圖；實物調(diào)試

1 2.4 GHz功率放大器應用

隨著無線通信的快速發(fā)展，無線局域網(wǎng)受到廣泛應用。其最大優(yōu)點具有可移動性，且靈活性較強、安裝便捷、易于網(wǎng)絡規(guī)劃和調(diào)整、易于故障定位及擴展。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)點數(shù)，系統(tǒng)的可靠性就會大大降低。針對這一問題，設計了一款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。接收回路即小信號放大電路，將接收的信號濾波后放大進行信號分析。發(fā)射回路將信號源輸入的高頻信號盡可能地放大以增強覆蓋距離[1]。

3 功率放大器設計

3.1 放大器設計指標

表1 發(fā)射、接收電路設計指標要求

3.2 硬件電路設計

3.2.1 耦合檢測電路

輸入信號經(jīng)過耦合微帶線耦合到MAX4003，產(chǎn)生檢測信號TX_CHECK、TX_EN_D。TX_EN_D輸入MAX4730，產(chǎn)生信號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進行發(fā)射、接收電路轉(zhuǎn)換，如圖1。同理輸出端采用AS191-73進行收發(fā)電路轉(zhuǎn)換[2]。

圖1 耦合檢測電路及輸入端收發(fā)轉(zhuǎn)換電路

3.2.3 接收電路設計

小信號放大電路采用兩級放大電路，小信號經(jīng)過MGA53543一級放大，濾波后輸入SGA3463進行兩級放大，如圖2。

圖2 接收回路小信號放大電路

3.2.4 發(fā)射電路設計

該功率放大器發(fā)射回路采用自動增益控制電路，將發(fā)射回路的增益控制在30 dB左右。首先采用衰減器PE4302將輸入信號衰減到放大功率管要求的輸入信號范圍。其次采用功率放大管RF5602作為放大電路，同時采用單片機MSP430作為自動增益控制電路，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) 自動增益控制電路元件參數(shù)選擇：采用單片機MSP430作為自動增益控制電路，2-3腳接晶振CRYSTAL_2PLN，8腳通過R9(1 k)接檢測信號TX_EN_D，18腳接檢測信號TX_CHECK，21腳接檢測信號TX_EN_D，通過管腳25、26、27、28、29、5給單片機置入程序。管腳13、14、15產(chǎn)生控制衰減器信號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

測試時使用基站作為信號源，設置基站，使其工作在2 462 MHz，發(fā)射功率為0 dBm。沒有信號激勵時，基站輸入0 dBm信號，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，那么功放的實際增益為25.77-0+4.76=30.53 dBm。

5 小結(jié)

本文設計的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。通過測試其增益為30 dB，滿足設計要求。

[1] 陳邦媛.射頻通信電路[M].北京:科學出版社,2006:1-6.

[2] 陳松，金鴻.電子設計自動化技術Multisim2001 & Protel99 se[M].南京:東南大學出版社,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：微波技術及電磁兼容。

1674- 4578(2016)06- 0034- 02

TN722.75

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