在两个或多个网络互连时，无线局域网的低功率与高频率约束了其掩盖规模，为了扩展掩盖规模，能够引进蜂窝或许微蜂窝的网络结构或许经过增大发射功率扩展掩盖半径等办法来完成。前者完成本钱较高，而后者则相对较廉价，且简单完成。现有的产品根本上通讯间隔都比 较小，并且完成双向收发的比较少。 本文首要研讨的是间隔扩展射频前端的计划与硬件的完成，经过增大发射信号功率、扩大接纳信号进步灵敏度以及挑选增益较大的天线来完成，一起完成了双向收发，终究效果能够直接运用于与IEEE802.11b/g兼容的无线通讯体系 中。
双向功率扩大器的规划
双向功率扩大器规划目标：
作业频率：2400MHz～2483MHz
最大输出功率：+30dBm(1W)
发射增益：≥27dB
接纳增益：≥14dB
接纳端噪声系数： 3.5dB
频率响应：±1dB
输入端最小输入功率门限：
具有收发指示功用
具有电源极性反接维护功用
依据时分双工TDD的作业原理，收发是分隔进行的，因而能够得出选用图1的功放全体框图。
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况时，功率检波器检测到无线收发器宣布的信号，发生开关切换信号操控RF开关打向发射PA通路，LNA电路被断开，双向功率扩大器处在发射状况。当无线收发器处在接纳状况时，功率检波器因为定向耦合器的单独向性而根本没有输入信号，这时经过开关切换信号将RF开关切换到LNA通路，PA通路断开，此刻双向功率扩大器处在接纳状况。
下面介绍重点部位的规划：
发射功率扩大(PA)电路
发射功率扩大电路的作用是将无 线收发器输入功率扩大以到达希望输出功率。此处挑选单片微波%&&&&&%(MM%&&&&&%)作为功率扩大器材，并选用两级级联的办法来一起到达最大输出功率与增益的要求。前级功率扩大芯片挑选RFMD公司的 RF5189，该芯片首要运用在IEEE802.11b WLAN、2.4GHz ISM频段商用及消费类电子、无线局域网体系、扩频与MMDS体系等等。RF5189的增益能够经过VREG引脚电压操控，在本规划中VREG电压取+3V，使RF5189具有最大增益。RF5189在2.412GHz~2.482GHz频段增益改变起伏约为0.6dB，线性度较高。因为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。运用电路如图2。
第二级功率扩大芯片选用RFMD公 司的RF2126。RF2126的功率操控端接到RF5189功率操控端，两片功 率扩大芯片选用一致的操控电压信号进行操控。它的输入输出阻抗并不是50Ω，所以需求外加匹配电路，匹配电路中运用的电容挑选自谐振频率与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。在本规划中阻抗匹配电容选 择美国技能陶瓷(ATC)公司的ATC100A系列陶瓷%&&&&&%，它的质量要素(Q值)：>10000@1MHz运用电路如图3。
低噪声扩大(LNA)电路的规划
低噪声扩大芯片挑选Hittite公司的HMC286E。HMC286E是专门为2.3GHz~2.5GHz的扩频体系规划的低噪声扩大器(LNA)，在+3V供电情况下能够供给19dB信号增益和1.7dB的低噪声系数，并且耗电仅8.5mA。在2.4GHz时的一阶增益紧缩点(P1dB)是+6dBm，三阶交调截取点(IP3)是+12dBm。
在接纳低噪声扩大器(LNA)输入端加一级带通滤波器，考虑到实践功放尺度的约束，本规划选用外表装置的低温烧结陶瓷(LTCC，Low-Temperature Cofired Ceramics)带通滤波器BF2520-B2R4CAC。它的插入损耗很小，最大为1.5dB。
BF2520-B2R4CAC带通滤波器S参数如图4所示。
收发切换电路的规划
为 了使功放电路能够作业在TDD形式下，在R F 收发器端和天线端 各加一个射频单刀双掷( SPDT) 开关。直接选用S kyWorks 公司的GaAs 集成 SPDT开关芯片AS179-92。该芯片插入损耗为0.4db，上升下降时间为10ns。
功率检测电路的规划
切换操控信号经过对功率检波器输出信号整形改换得到，因而功率检测电路的性能对完成收发操控至关重要。功率检测芯片挑选Linear公司的LT5534ESC6。为了不使在接纳状况下，接纳功率较大时功率检波器输出大电压值，还有便是使功率检测电路的引进不影响信号通路的特性阻抗，因而功率检波器RF输入端不直接接在功率扩大器信号输入端，而是选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中。耦合微带线定向耦合器用ADS2005A的无源电路规划导游(Passive Circuit DesignGuide)来规划。对规划出来的耦合微带线定向耦合器进行S参数仿真，界面为图5。
在2.45GHz处，S11=?36.85dB，S21=?0.19dB，S31=?22.70dB，S41=?15.08dB。所以方向性系数D=5.62dB。
终究取微带耦合线的物理尺度为：微带线宽度W=56mil，距离S=20mil，耦合线长L=650mil。
电平平移与驱动电路的规划
功率检测电路输出的是一个挨近线性的电压信号而不是逻辑凹凸电平信号，不适合直接操控RF开关。因而需求一个电平平移与驱动电路来将单一的初始操控信号变成安稳的驱动能力强的一对反相的操控信号。所以电路选用一个三极管9011和一个双P沟道场效应管RF1K49093构成。电平平移与驱动 电路如图6所示。
双向功率扩大器的测验
因为所规划的双向功率扩大器是专门针对扩频通讯体系的，所以输入输出信号都是扩频信号，并且作业频率较高，假如要调查信号波形的话对测验仪器要求很高，所以不适合选用时域测验办法。这儿首要介绍选用频域测验办法来对双向功率扩大器进行测验。
端口S参数的测验
选用安利公司的Anritsu 37269C矢 量网络剖析仪丈量，在2.4GHz~ 2.5GHz频段S参数数据见表1。
回波损耗(RL)=?10log 10 [(反射功率)/(入射功率)](dB)
S11即为功率扩大器输入端的回波损耗，?S22即为功率扩大器输出端的回波损耗。
发射功率扩大增益测验
测验信源选用自行规划的ZigBee无线通讯模块，输出为2.4G ISM频段直接序列扩频(DSSS)信号。
预先测出克己信源模块输出功率为： Pin=?9.2dBm。
克己信源模块输出信号频谱如图7所示。
测验成果如图8所示。
经过功率扩大器后输出功率为：P OUT =18.8dBm，所曾经向增益为:
G_{F}=Pout-Pin=18.8-(-9.2)=28dB
发射输入信号最小功率门限的测验
双向功放输入端接Agilent E8257D( 250kHz～40GHz)PSG模拟信号发生器，输出端接频谱剖析仪。 测得最小功率门限为P INMIN = ? 21.5dBm。
接纳信号扩大增益测验
测验成果数据见表2。
相邻信道功率比(ACPR)丈量
计算公式为ACPR=\frac{P_{ac}}{P_{mc}} (dBc)
关于信号源输出频谱(图9)：
相邻信道功率比(Adjacent Channel Power Ratio)=40dBc
相间信道功率比(Alternate Channel Power Ratio)=59.6dBc
关于双向功率扩大器输出频谱：
相邻信道功率比(Adjacent Channel Power Ratio)=39.3dBc
相间信道功率比(Alternate Channel Power Ratio)=62.8dBc
全体电路作业电流测验
发射状况
双向功放输入端输入 9dBm 2.45GHz信号，测验整机电流 I= 573mA
接纳状况
双向功放输出端输入50dBm 2.45GHz信号，测验整机电流I= 52mA
所规划的双向功率扩大器处在接纳状况时经过操控发射功率扩大模块的偏置电压使其均处在省电状况，大大减小了接纳状况下的功耗。
定论
目前国内针对个人无线局域网的射频功率扩大器的相关材料相对比较少，芯片厂商供给的器材手册也适当简略。本规划是学习IEEE802.15.4 2.4GHz扩频通讯调制办法的基础上规划出适合于IEEE802.15.4的双向功率扩大器，该功率扩大器也能够直接用于IEEE802.11b/g收发 体系中。依据实践需求确认功率扩大器的电路结构， 顺次对发射功率扩大电路、接纳信号扩大电路、收发切换电路、功率检测电路、电平平移与驱动电路以及电源办理电路的所需元器材挑选和运用电路进行了十分具体的剖析与规划。从测验成果看来，本规划现已到达了预期的要求，能够广泛运用到工程中。
