2.4G射频双向功放电路设计

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：<-15dBm
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。

图1、2.4GHz双向功放电路的总体框图

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。

图2、RF5189应用电路

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（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。

图3、RF2126应用电路