2.4 GHz-0.5 W功率放大器设计及应用

王志霞

(山西大学商务学院，山西 太原 030031)

2.4 GHz-0.5 W功率放大器设计及应用

王志霞

(山西大学商务学院，山西 太原 030031)

针对无线局域网(WLAN)基站发射功率小、辐射范围窄问题，设计了一款2.4 GHz-0.5 W功率放大器。主要介绍该功放硬件电路原理图:耦合检测电路、收发转换电路、接收电路、发射电路、电源电路，同时对实物进行调试测试，使功放得到进一步完善，能夠稳定运行。

功率放大器；电路原理图；实物调试

1 2.4 GHz功率放大器应用

随着无线通信的快速发展，无线局域网受到广泛应用。其最大优点具有可移动性，且灵活性较强、安装便捷、易于网络规划和调整、易于故障定位及扩展。但是多数情况下，无线路由器发射功率小、辐射范围窄，为了加大覆盖范围，只能增加覆盖节点数，系统的可靠性就会大大降低。针对这一问题，设计了一款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组成：耦合检测电路、收发转换电路、接收回路、发射回路、电源电路。接收回路即小信号放大电路，将接收的信号滤波后放大进行信号分析。发射回路将信号源输入的高频信号尽可能地放大以增强覆盖距离[1]。

3 功率放大器设计

3.1 放大器设计指标

表1 发射、接收电路设计指标要求

3.2 硬件电路设计

3.2.1 耦合检测电路

输入信号经过耦合微带线耦合到MAX4003，产生检测信号TX_CHECK、TX_EN_D。TX_EN_D输入MAX4730，产生信号TX_EN、RX_EN分别控制发射回路和接收回路依次工作，如图1。

3.2.2 收发转换电路

功率放大器输入端采用AS179-92进行发射、接收电路转换，如图1。同理输出端采用AS191-73进行收发电路转换[2]。

图1 耦合检测电路及输入端收发转换电路

3.2.3 接收电路设计

小信号放大电路采用两级放大电路，小信号经过MGA53543一级放大，滤波后输入SGA3463进行两级放大，如图2。

图2 接收回路小信号放大电路

3.2.4 发射电路设计

该功率放大器发射回路采用自动增益控制电路，将发射回路的增益控制在30 dB左右。首先采用衰减器PE4302将输入信号衰减到放大功率管要求的输入信号范围。其次采用功率放大管RF5602作为放大电路，同时采用单片机MSP430作为自动增益控制电路，如图3。

图3 发射回路高频功率放大电路

1) PE4302辅助电路元件参数选择：PE4302的输入端RF1、输出端RF2分别接特性阻抗为50 Ω的微带线进行阻抗匹配，其他管脚外围电路由C22(27 pF)、C30(1 000 pF)、C28(220 pF)、C41(27 pF)、R15(10 k)、R16(10 k)组成。

2) RF5602辅助电路元件参数选择：功率放大管RF5602输入端RFIN、输出端RFOUT分别接特性阻抗为50 Ω的微带线进行阻抗匹配，其偏置电路由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)等元器件组成。

3) 自动增益控制电路元件参数选择：采用单片机MSP430作为自动增益控制电路，2-3脚接晶振CRYSTAL_2PLN，8脚通过R9(1 k)接检测信号TX_EN_D，18脚接检测信号TX_CHECK，21脚接检测信号TX_EN_D，通过管脚25、26、27、28、29、5给单片机置入程序。管脚13、14、15产生控制衰减器信号LE、CLK、DATA。

4) 电源电路：该功率放大器供电电源为12 V，TPS54325将12 V电源转换为5 V，ADP121将5 V转换为3.3 V，分别为电路中各芯片供电，如图4。

图4 12 V～5 V、5 V～3.3 V电源电路

4 调试及结果分析

测试时使用基站作为信号源，设置基站，使其工作在2 462 MHz，发射功率为0 dBm。没有信号激励时，基站输入0 dBm信号，频谱仪显示功率为-4.76 dBm，显然从基站到频谱仪中途损耗为4.76 dBm。此时加入功率放大器并给其上电，频谱仪的输出功率为25.77 dBm，那么功放的实际增益为25.77-0+4.76=30.53 dBm。

5 小结

本文设计的2.4 GHz-0.5W功率放大器主要用于无线局域网通信距离受限时增加通信距离、提高WLAN内的数据通讯质量，故主要矛盾为发射、接收回路的增益问题。通过测试其增益为30 dB，满足设计要求。

[1] 陈邦媛.射频通信电路[M].北京:科学出版社,2006:1-6.

[2] 陈松，金鸿.电子设计自动化技术Multisim2001 & Protel99 se[M].南京:东南大学出版社,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，硕士，研究方向：微波技术及电磁兼容。

1674- 4578(2016)06- 0034- 02

TN722.75

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