专利名称：用于IEEE802.11n无线局域网的双向放大器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及无线局域网的射频放大器，尤其涉及一种用于IEEE802.11n无 线局域网的双向放大器。
背景技术：
随着无线局域网(WLAN)技术的飞速发展，已从正EE802.11b、正EE802.11a、 正EE802.11g，发展至如今的IEEE802.11n标准。标准的改变也带来了其工作频率的 不断升高，IEEE802.11n的两个工作频率分别为2.4GHz与5.8GHz。
由于5.8GHz相对于2.4GHz有着较高的频率，空间衰减也相对较大，AP (无 线接入点)输出的100mW功率在室内分布中就显得过小，而往往AP的实际输出功 率连100mW都达不到，为了满足室内分布的覆盖要求，就需要在AP后加上一个双 向功率放大器提高信号功率。但2.4GHz双向放大器与5.8GHz的AP都不能同时满 足高频率、大功率兼顾的要求。
发明内容
本实用新型的目的在于解决上述问题，提供一种用于正EE802.11n无线局域网 的双向放大器，它能够同时满足高频率、大功率的要求。
本实用新型采用如下技术方案来解决技术问题 一种用于IEEE802. lln无线局域网的双向放大器，由第一开关1、接收放大电 路2、第二开关3、第一检波电路4、可变增益发射放大电路5、第二检波电路6、 单片机7、控制电路8、发射链路供电电路9、接收链路供电电路10组成，从天线 接收的上行输入射频信号RX1接第一开关1的公共射频端，第一开关1输出的上行 待放大信号RX2接接收放大电路2的第一输入端，接收放大电路2输出的上行放大 信号RX3接第二开关3的第一输入端，第二开关3的公共射频端lr出的上行发射信号RX4到AP, AP发出的下行输入射频信号TX1接第二开关3的公共射频端，第二开 关3输出端的下行待放大信号TX2接可变增益发射放大电路5的第一输入端，可变 增益发射放大电路5输出的下行放大信号TX3被耦合出的输出检波信号TX5接第二 检波电路6的输入端，第二检波电路6输出的输出检波电平信号DetU2接单片机7 的第二输入端，下行放大信号TX3经耦合后的信号TX6接第一开关1的第一输入端， 第一开关1的公共射频端输出的下行发射信号TX4接天线，AP发出的下行输入射频 信号TX1被耦合出的下行输入检波信号TX7接第一检波电路4的输入端，第一检波 电路4输出的输入检波电平信号DetUl接单片机7的第一输入端，单片机7第一输 出端输出的下行控制信号Ctx分别接第一开关1的第三输入端、第二开关3的第三 输入端、控制电路8的输入端，单片机7第二输出端输出的下行增益衰减控制信号 D1 D5接可变增益发射放大电路5的第二输入端，控制电路8第一输出端输出的上 行控制信号Crx分别接第一开关l的第二输入端、第二开关3的第二输入端，控制 电路8第二输出端输出的下行供电控制信号CtxU接发射链路供电电路9的输入端， 发射链路供电电路9输出的下行供电信号Utx分别接可变增益发射放大电路5的第 三输入端和接收链路供电电路10的输入端，接收链路供电电路IO输出的上行供电 信号Urx接接收放大电路2的第二输入端。 本发明的工作原理如下
单片机7根据第一检波4检测到的AP到第二开关3上的射频功率来判断本系 统该处于接收放大或是发射放大工作状态，并向控制电路8、第一开关l、第二开关 3发出控制信号，使本系统在同一时间只能打开接收或发射一条放大链路，并只对 打开的链路提供电源，这就避免了器件发热老化、链路自激的问题。第二检波电路 6还向单片机7提供了输出检波电平信号DetU2，以便单片机7根据输出检波电平 信号DetU2控制可变增益发射放大电路5的链路增益，使本放大管工作在线性范围 内，保持发射增益与接收增益平衡。
因此，本实用新型的其优点在于(1)工作频率实用于IEEE802.11n的5.8GHz 频段；(2)发射功率为500mW，提高了覆盖效果；(3)无收发时，关闭放大器避免 发热老化；(4)发射增益可控，保持上下行增益平衡。
图1为本实用新型的系统框图。图2为单片机7的内部接线图。
图3为控制电路8的内部接线图。
图4为发射链路供电电路9的内部接线图。
图5为接收链路供电电路10的内部接线图。
图6为第一开关1/第二开关3的管脚图。
图7为可变增益发射放大电路5的内部接线图。
图8为接收放大电路2的内部接线图。
图9为第一检波电路4/第二检波电路6的内部接线图。
具体实施方式
下面，参照附图来详细说明本实用新型的实施方式。 如图1所示， 一种用于IEEE802. lln无线局域网的双向放大器，由第一开关1、 接收放大电路2、第二开关3、第一检波电路4、可变增益发射放大电路5、第二检 波电路6、单片机7、控制电路8、发射链路供电电路9、接收链路供电电路10组成， 从天线接收的上行输入射频信号RX1接第一开关1的公共射频端，第一开关1输出 的上行待放大信号RX2接接收放大电路2的第一输入端，接收放大电路2输出的上 行放大信号RX3接第二开关3的第一输入端，第二开关3的公共射频端输出的上行 发射信号RX4到AP， AP发出的下行输入射频信号TX1接第二开关3的公共射频端， 第二开关3输出端的下行待放大信号TX2接可变增益发射放大电路5的第一输入端， 可变增益发射放大电路5输出的下行放大信号TX3被耦合出的输出检波信号TX5接 第二检波电路6的输入端，第二检波电路6输出的输出检波电平信号DetU2接单片 机7的第二输入端，下行放大信号TX3经耦合后的信号TX6接第一开关1的第一输 入端，第一开关1的公共射频端输出的下行发射信号TX4接天线，AP发出的下行输 入射频信号TX1被耦合出的下行输入检波信号TX7接第一检波电路4的输入端，第 一检波电路4输出的输入检波电平信号DetUl接单片机7的第一输入端，单片机7 第一输出端输出的下行控制信号Ctx分别接第一开关1的第三输入端、第二开关3 的第三输入端、控制电路8的输入端，单片机7第二输出端输出的下行增益衰减控 制信号D1 D5接可变增益发射放大电路5的第二输入端，控制电路8第一输出端输 出的上行控制信号Crx分别接第一开关1的第二输入端、第二开关3的第二输入端，控制电路8第二输出端输出的下行供电控制信号CtxU接发射链路供电电路9的输入 端，发射链路供电电路9输出的下行供电信号Utx分别接可变增益发射放大电路5 的第三输入端和接收链路供电电路10的输入端，接收链路供电电路10输出的上行 供电信号Urx接接收放大电路2的第二输入端。
如图2所示，上述单片机7为具有内置比较器及内置数/模转换的单片机芯片， 采用PIC146F676，第一检波电路4输出的输入检波电平信号DetUl接PIC146F676 的13脚，第二检波电路6输出的输出检波电平信号DetU2接PIC146F676的10脚， PIC146F676的11脚输出的下行控制信号Ctx， PIC146F676的9脚、8脚、7脚、6 脚、5脚输出下行增益衰减控制信号D1 D5。
如图3所示，上述控制电路8由两个集电极通过上拉电阻接电源的第一、第二 晶体管组成，上述下行控制信号Ctx分别接第一、第二晶体管的基极，两晶体管的 发射极接地，第一晶体管的集电极输出上行控制信号Crx，第二晶体管的集电极输 出下行供电控制信号CtxU。
如图4所示，为了保证对可变增益发射放大电路5中的功放IC提供稳定的电源， 上述发射链路供电电路9采用semiconductor公司的稳压器件LM2576ADJ，其输出 电流最大为3安培，使得本新型在输出高功率信号时仍能处于稳定的工作状态。上 述下行供电控制信号CtxU接LM2576ADJ的5脚，LM2576ADJ的1脚接9V电源、2 脚输出下行供电信号Utx。
如图5所示，上述接收链路供电电路10由TOSHIBA公司的78M05和Rectifier 公司的irf4905组成，，78M05的1脚接9V电源、3脚接地，上述发射链路供电电路 9输出的下行供电信号Utx接irf4905的源极，78M05的2脚连接irf4905的栅极， irf4905的漏极输出上行供电信号Urx。
如图7所示，可变增益发射放大电路5由功率放大IC51及自动环路控制电路 52组成。功率放大IC51釆用sirenza公司的功放SZA-5044，其特点在于工作频带 高达4. 9GHz到5. 9GHz，并能输出27dBm的功率，保证了本新型的高功率和高频率 得以实现。自动环路控制电路52采用Hittite公司的可变衰减器HMC273，上述单 片机7输出的下行增益衰减控制信号D1 D5分别接可变衰减器HMC273的5个衰减 控制端5胆卩、4展卩、3脚、2脚、1脚，上述下行待放大信号TX2接可变衰减器HMC273 的10脚，功放SZA-5044的10脚、9脚、8脚、7脚、6脚、5脚、4脚、3脚、3脚、1脚连接在一起接可变衰减器服C273的6脚，上述发射链路供电电路9输出的 下行供电信号Utx接功放SZA-5044的10脚，功放SZA-5044的11脚、12脚、13 脚、14脚、15脚连接在一起输出下行放大信号TX3。
下面参照图6，说明第一开关1/第二开关3的工作方式。当开关第4脚B接高 电平、第6脚A接低电平时，第5脚RFC与第3脚RF2呈导通状态；与第1脚RF1 呈高阻状态。当第4脚B接低电平、第6脚A接高电平时，第5脚RFC与第3脚RF2 呈高阻状态；与第1脚RF1呈导通状态。若第4脚B与第6脚A接相同电平时，本 开关导通关系呈不定状态，在使用中不得出现此类情况。为满足高达5. 8GHz的信号 频率，上述第一开关1/第二开关3均采用Hittite公司的HMC536。其特点在于适用 频带为0Hz到6GHz，并可承载35dBm的高频、高功率信号，通路间隔离度高达50dB， 这些特点正适用于本新型的高功率及高频率的特点。
参照图1和图6，从天线接收到的上行输入射频信号RX1接到第一开关1的第4 脚B，从第3脚RF2输出后作为上行待放大信号RX2接接收放大电路2的第一输入 端。图8为接收放大电路2的内部接线图，为了达到在5. 8GHz频率上仍能较好抑制 信道噪声的目的，图8中21、 23采用AVAG0公司的低噪声放大管ATF55143，该低 噪声放大管工作频带为450MHz到6GHz，正适用于本新型的高频率特点。为了满足 功率的要求，故采用了两个ATF55143进行两级放大。该低噪声放大管也可以采用 AVAG0公司的ATF54143替代。22、 24采用SRC5800介质滤波器。被放大后的上行放 大信号RX3接第二开关3的第3脚RF2，从第5脚RFC输出上行发射信号RX4到AP。 从AP到第二开关3上第5脚RFC的下行输入射频信号TX1，经过开关后作为下行待 放大信号TX2接可变增益发射放大电路5的第一输入端。
在图7中，通过对可变衰减器HMC273第1 第5脚上高低电平的控制，可以使 第6到第IO脚间实现以ldB为步进的衰减，衰减范围为0 31dB。为了在5.8GHz 频率上获得较大输出功率及较大的增益，图7中SZA-5044实现对下行信号的功率放 大。从可变增益发射放大电路输出下行放大信号TX3经第二检波电路6，被耦合一 小部分功率后成为耦合后信号TX6接第一开关1的第1脚RF1，再通过第一开关1， 从其第5脚RFC输出下行发射信号TX4接到天线上。
第一检波电路4从AP到第二开关3的微带线上耦合一小部分功率进行检波。图 9为第一检波电路4的内部连接图。为了在5. 8GHz频段获得线性较好的检波电平，检波器采用Analog公司的AD8361检波器，也可用MAXIM公司的MAX4003替代。从 微带线上耦合的射频信号经检波后得到输入检波电平信号DetUl，接到单片机7的 13脚。
在图2中，单片机第13脚为内置比较器的正向端，反相端接一参考电平。若单 片机7的13脚电平低于参考电平时，则认为AP没有发出下行信号，此时本新型工 作在接收放大状态。单片机内置比较器输出端脚ll输出下行控制信号Ctx为低电平， 下行控制信号Ctx接控制电路8中晶体管的基极，如图3中所示。晶体管集电极输 出上行控制信号Crx。此时下行控制信号Ctx、上行控制信号Crx为一对互异电平信 号，既下行控制信号Ctx为低电平时，上行控制信号Crx必为高电平。将下行控制 信号Ctx接于第一开关1和第二开关3的第4脚B;上行控制信号Crx接于第一开 关1和第二开关3的第6脚A，这样就连通了整个接收放大链路(由第一开关l、接 收放大电路2、第二开关3构成的完整接收放大链路)，而断开了发射放大链路(第 二开关3-可变增益发射放大电路5-第一开关1的完整发射放大链路)。下行控制信 号Ctx同时接到控制电路8的另一晶体管的基极，集电极输出下行供电控制信号 CtxU接到发射链路供电电路9的输入端，此时下行供电控制信号CtxU为高电平。
在图4中，供电器件LM2576第5脚为低使能端，接高电平时不工作，只有在低 电平时器件才有供电输出。LM2576负责对可变增益发射放大电路5中功放IC供电， 当下行供电控制信号CtxU为高电平时，LM2576电压输出脚没有电压输出，既下行 供电信号Utx没有电压，功放IC不工作，下行供电信号Utx同时接接收链路供电电 路10的输入端。
在图5中，9V转换出的5V直流电接开关管的源极，下行供电信号Utx接开关 管的栅极，漏极作为上行供电信号Urx为接收放大电路2提供电源。此时下行供电 信号Utx为低电平，开关管起作用，漏极电压为5V直流电，作为上行供电信号Urx 向接收放大电路2供电。若单片机7的13脚电平高于参考电平时，则认为AP发出 下行信号，此时本新型工作在发射放大状态。单片机内置比较器输出端脚11输出下 行控制信号Ctx为高电平，上行控制信号Crx为低电平，这样就连通了整个发射放 大链路(第二开关3-可变增益发射放大电路5-第一开关1的完整发射放大链路)， 而断开了接收放大链路(第一开关1-接收放大电路2-第二开关3的完整接收放大链 路)。同时下行供电控制信号CtxU为低电平，LM2576电压输出脚有电压输出，既下行供电信号Utx为5V，功放IC51工作。同时开关管起作用，漏极没有电压输出， 上行供电信号Urx停止向接收放大电路2供电。
上述对接收放大链路/发射放大链路独立的供电方式，以及所采用的高隔离度开 关(第一开关l、第二开关3)都是为了避免本新型在高达5.8GHz的频率上、输出 功率达到500mW的情况下发生自激现象。
在本新型处于发射放大状态时，第二检波电路6从可变增益发射放大电路5到 第一开关1间的微带线上耦合一小部分功率进行检波，原理同第二检波电路4。将 检波得出的输出检波电平信号DetU2送入单片机7模/数转换输入端，单片机7通过 内置算法将输出检波电平信号DetU2转换为对应的5位二进制数字信号输出到下行 增益衰减控制信号D1 D5。下行增益衰减控制信号D1 D5控制可变衰减器52的射 频衰减量，从而改变可变增益发射放大电路5的增益量，实现对下行发射功率的控 制和调节上下行增益平衡的功能。
综上所述，高频段高功率放大管51和高频段低噪声放大管21/23的使用，使得 本新型高功率高频率的特点得以实现；大电流电源器件LM2576的使用，以及接收放 大电路2和可变增益发射放大电路5供电独立的供电方式保证了本新型各器件在高 功率高频率状态下工作的稳定性。通过自动环路控制电路52的使用，实现了可变增 益发射放大电路增益可变的功能，体现了本新型发射增益可控、保护上下行增益平 衡的优点。
权利要求1、一种用于IEEE802.11n无线局域网的双向放大器，其特征在于，由第一开关(1)、接收放大电路(2)、第二开关(3)、第一检波电路(4)、可变增益发射放大电路(5)、第二检波电路(6)、单片机(7)、控制电路(8)、发射链路供电电路(9)、接收链路供电电路(10)组成，从天线接收的上行输入射频信号(RX1)接第一开关(1)的公共射频端，第一开关(1)输出的上行待放大信号(RX2)接接收放大电路(2)的第一输入端，接收放大电路(2)输出的上行放大信号(RX3)接第二开关(3)的第一输入端，第二开关(3)的公共射频端输出的上行发射信号(RX4)到AP，AP发出的下行输入射频信号(TX1)接第二开关(3)的公共射频端，第二开关(3)输出端的下行待放大信号(TX2)接可变增益发射放大电路(5)的第一输入端，可变增益发射放大电路(5)输出的下行放大信号(TX3)被耦合出的输出检波信号(TX5)接第二检波电路(6)的输入端，第二检波电路(6)输出的输出检波电平信号(DetU2)接单片机(7)的第二输入端，下行放大信号(TX3)经耦合后的信号(TX6)接第一开关(1)的第一输入端，第一开关(1)的公共射频端输出的下行发射信号(TX4)接天线，AP发出的下行输入射频信号(TX1)被耦合出的下行输入检波信号(TX7)接第一检波电路(4)的输入端，第一检波电路(4)输出的输入检波电平信号(DetU1)接单片机(7)的第一输入端，单片机(7)第一输出端输出的下行控制信号(Ctx)分别接第一开关(1)的第三输入端、第二开关(3)的第三输入端、控制电路(8)的输入端，单片机(7)第二输出端输出的下行增益衰减控制信号(D1～D5)接可变增益发射放大电路(5)的第二输入端，控制电路(8)第一输出端输出的上行控制信号(Crx)分别接第一开关(1)的第二输入端、第二开关(3)的第二输入端，控制电路(8)第二输出端输出的下行供电控制信号(CtxU)接发射链路供电电路(9)的输入端，发射链路供电电路(9)输出的下行供电信号(Utx)分别接可变增益发射放大电路(5)的第三输入端和接收链路供电电路(10)的输入端，接收链路供电电路(10)输出的上行供电信号(Urx)接接收放大电路(2)的第二输入端。
2、根据权利要求1所述的用于IEEE802. lln无线局域网的双向放大器，其特征 在于，上述单片机(7)为具有内置比较器及内置模/数转换的单片机芯片，采用 PIC146F676，第一检波电路(4)输出的输入检波电平信号(DetUl)接PIC146F676 的13脚，第二检波电路(6)输出的输出检波电平信号(DetU2)接PIC146F676的 10脚，PIC146F676的11脚输出的下行控制信号(Ctx)， PIC146F676的9脚、8脚、 7脚、6脚、5脚输出下行增益衰减控制信号(D1 D5)。
3、 根据权利要求1所述的用于IEEE802. lln无线局域网的双向放大器，其特征 在于，上述控制电路(8)由两个集电极通过上拉电阻接电源的第一、第二晶体管组成， 上述下行控制信号(Ctx)分别接第一、第二晶体管的基极，两晶体管的发射极接地， 第一晶体管的集电极输出上行控制信号(Crx)，第二晶体管的集电极输出下行供电 控制信号(CtxU)。
4、 根据权利要求1所述的用于IEEE802. lln无线局域网的双向放大器，其特征 在于，上述发射链路供电电路(9)采用semiconductor公司的稳压器件LM2576ADJ， 上述下行供电控制信号(CtxU)接LM2576ADJ的5脚，LM2576ADJ的1脚接9V电源、 2脚输出下行供电信号(Utx)。
5、 根据权利要求1所述的用于IEEE802. lln无线局域网的双向放大器，其特征 在于，上述接收链路供电电路(10)由TOSHIBA公司的78M05和Rectifier公司的 irf4905组成，78M05的1脚接9V电源、3脚接地，上述发射链路供电电路(9)输 出的下行供电信号(Utx)接irf4905的源极，78M05的2脚连接irf4905的栅极， irf4905的漏极输出上行供电信号(Urx)。
6、 根据权利要求1所述的用于IEEE802. lln无线局域网的双向放大器，其特征 在于，可变增益发射放大电路(5)由功率放大IC (51)及自动环路控制电路(52) 组成，功率放大IC(51)采用sirenza公司的功放SZA-5044，自动环路控制电路(52) 采用Hittite公司的可变衰减器HMC273，上述单片机(7)输出的下行增益衰减控 制信号(D1 D5)分别接可变衰减器HMC273的5个衰减控制端(5脚、4脚、3脚、 2脚、1脚)，上述下行待放大信号(TX2)接可变衰减器HMC273的10脚，功放SZA-5044的10脚、9脚、8脚、7脚、6脚、5脚、4脚、3脚、2脚、1脚连接在一起接可变 衰减器HMC273的6脚，上述发射链路供电电路(9)输出的下行供电信号(Utx)接 功放SZA-5044的10脚，功放SZA-5044的11脚、12脚、13脚、14脚、15脚连接 在一起输出下行放大信号(TX3)。
专利摘要本实用新型提供一种用于IEEE802.11n无线局域网的双向放大器，由第一开关(1)、接收放大电路(2)、第二开关(3)、第一检波电路(4)、可变增益发射放大电路(5)、第二检波电路(6)、单片机(7)、控制电路(8)、发射链路供电电路(9)、接收链路供电电路(10)组成，第一检波电路(4)检测AP到第二开关上的射频信号并转换为直流电平值后传送给单片机(7)，单片机(7)通过此检测值判断当时双向放大器上行经的是何信号，再根据信号类型，通过对控制电路(8)、第一开关(1)和第二开关(3)的控制从而打开本双向放大器的接收链路或发射链路。本实用新型能够同时满足高频率、大功率的要求。
文档编号H04L12/28GK201248047SQ20082004236
公开日2009年5月27日 申请日期2008年8月8日 优先权日2008年8月8日
发明者军 方, 王建军, 童耀斌, 薛晓同, 宁 陆, 鲁永智 申请人:江苏省东方世纪网络信息有限公司