CN103095227B - WiMAX射频前端双向放大器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种WiMAX射频前端双向放大器，它包括下行功放电路、上行低噪放电路、高速射频切换开关和同步控制电路；高速射频切换开关由两组单刀双掷开关电路组成，其中一组单刀双掷开关电路连接基站，其输出端连接下行功放电路的输入端，输入端连接上行低噪放电路的输出端；另一组单刀双掷开关电路连接接收天线，其输入端连接下行功放电路的输出端，输出端连接上行低噪放电路的输入端；同步控制电路的控制信号输出端分别连接每组单刀双掷开关电路。本发明为WiMAX射频前端提供了一种体积小、低成本、占用带宽少，且功耗低的双向放大器，功放与低噪放之间的切换速度快，功放与低噪放电路的输出/输入隔离大。
Description
技术领域
本发明涉及一种WiMAX射频前端双向放大器。
背景技术
WiMAX是一项新兴的无线通信技术，能提供面向互联网的高速连接。WiMAX的无线信号传输距离最远可达50公里，其网络覆盖面积是3G基站的10倍。有资料显示，“WiMAX”已经成为近期互联网上搜索量最大的通信关键词，该项技术以其远覆盖和高带宽特性，成为无线业界的新宠。
WiMAX全称为World Interoperability for Microwave Access，即全球微波接入互操作系统，是一项基于IEEE802.16标准的宽带无线接入城域网（Broadband Wireless AccessMetropol itan Area Network，BWAMAN）技术。WiMAX亦常被称为IEEE Wireless MAN（Metropolitan Area Network），其基本目标是提供一种在城域网一点对多点的多厂商环境下，可有效地互操作的宽带无线接入手段。
FDD通信系统通常采用双工器将上行和下行放大链路隔离并合路，然而，现有的WiMAX射频通信系统中，下行功放电路与上行低噪放电路均采用单向放大器，射频信号只能从其中一端输入，放大信号从另一端输出。在WiMAX射频前端中使用这种传统的单向放大器，会导致射频前端的体积大，成本高，已经无法满足WiMAX射频前端的设计需求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种通过同步控制电路分别控制射频切换开关、下行功放和上行低噪放电路，以实现射频前端下行功放与上行低噪放之间的选择与切换的，下行功放与上行低噪放输入/输出隔离度高，切换速度快，功耗低的WiMAX射频前端双向放大器。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：WiMAX射频前端双向放大器，它包括下行功放电路、上行低噪放电路、高速射频切换开关和同步控制电路；高速射频切换开关由两组单刀双掷开关电路组成，其中一组单刀双掷开关电路连接基站，其输出端连接下行功放电路的输入端，输入端连接上行低噪放电路的输出端；另一组单刀双掷开关电路连接接收天线，其输入端连接下行功放电路的输出端，输出端连接上行低噪放电路的输入端；同步控制电路的控制信号输出端分别连接每组单刀双掷开关电路。
下行功放电路包括推动级放大单元、末级放大单元、匹配电路单元、功率控制电路和温度控制电路，匹配电路单元的输入端与推动级放大单元的输出端连接，匹配电路单元的输出端与末级放大单元的输入端连接；功率控制电路a和温度控制电路b分别与推动级放大单元相连，功率控制电路A和温度控制电路B分别与末级放大单元连接。
上行低噪放电路包括输入缓冲电路、信号放大电路、输出缓冲电路、增益调节电路、放大带通网络和输出缓冲带通网络，输入缓冲电路输出端与信号放大电路连接，信号放大电路的一个输出端经输出缓冲电路连接输出缓冲带通网络的一个输入端，信号放大电路的另一个输出端经放大带通网络连接于输出缓冲带通网络的另一个输入端，增益调节电路与信号放大电路相连。
高速射频切换开关由两组单刀双掷开关电路组成，每组单刀双掷开关电路均包括一个选通电路；选通电路由并联的两个相同支路组成，两个支路的输入均与信号输入端fin相连，两个支路的输出分别与信号输出端fout连接；每个支路由信号输入端fin到信号输出端fout顺次串接二极管D1，三个并联的二极管D2、D3、D4和电容C1，三个并联的二极管输出端接地；电感L的输入端跨接在电容C2的输入端和控制电路的输入端之间，电感L的输出端跨接在二极管D4和电容C1之间，电容C2的输出端接地。
同步控制电路包括电源调整单元、第一电阻R1、第二电阻R2、低通滤波单元和可编程逻辑器件，电源调整单元的输入端与供电电源相连，电源调整单元的输出端与被控电路连接；第一电阻R1的一端与电源调整单元的调整端连接，另一端与电源调整单元的输出端相连，第二电阻R2的一端与电源调整单元的调整端，另一端接地；可编程逻辑器件的IO端与低通滤波单元的输入端相连，低通滤波单元的输出端连接在第一电阻R1与第二电阻R2之间。
进一步地，可编程逻辑器件为复杂可编程逻辑器件CPLD、现场可编程门阵列FPGA或电可擦除可编程逻辑器件EPLD。
本发明的有益效果是：
（1）通过同步控制电路分别控制射频切换开关、下行功放和上行低噪放电路，实现了射频前端下行功放与上行低噪放之间的选择与切换，为WiMAX射频前端提供了一种小型化、低成本且占用带宽少的双向放大器，平均矢量误差（EVM）可控制在1.2%以内，信号源矢量误差小于1%；
（2）总功耗低，RX开时总功耗小于3W，TX开时总功耗也可控制在50W以内；
（3）下行功放与上行低噪放之间的切换速度快，RX on/off切换时间小于1us，TX on/off切换时间（10%～90%）小于5us；
（4）下行功放电路的输出/输入隔离大于80dB，上行低噪放电路的输出/输入隔离大于70dB；
（5）下行功放电路的推动级放大单元和末级放大单元均采用LDMOS器件进行设计，对功率放大的效果可以达到更高的线性指标。
附图说明
图1为双向放大器结构示意框图；
图2为下行功放电路结构示意框图；
图3为上行低噪放电路结构示意框图；
图4为上行低噪放电路的电路原理图；
图5为高速射频切换开关单刀双掷开关电路原理图；
图6为同步控制电路结构示意框图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1所示，WiMAX射频前端双向放大器，它包括下行功放电路、上行低噪放电路、高速射频切换开关和同步控制电路；高速射频切换开关由两组单刀双掷开关电路组成，其中一组单刀双掷开关电路连接基站，其输出端连接下行功放电路的输入端，输入端连接上行低噪放电路的输出端；另一组单刀双掷开关电路连接接收天线，其输入端连接下行功放电路的输出端，输出端连接上行低噪放电路的输入端；同步控制电路的控制信号输出端分别连接每组单刀双掷开关电路。
如图2所示，下行功放电路包括推动级放大单元、末级放大单元、匹配电路单元、功率控制电路和温度控制电路，匹配电路单元的输入端与推动级放大单元的输出端连接，匹配电路单元的输出端与末级放大单元的输入端连接；功率控制电路a和温度控制电路b分别与推动级放大单元相连，功率控制电路A和温度控制电路B分别与末级放大单元连接。推动级放大单元和末级放大单元均采用LDMOS器件进行设计，功率控制电路采用CMOS器件进行设计。
如图3，图4所示，上行低噪放电路包括输入缓冲电路、信号放大电路、输出缓冲电路、增益调节电路、放大带通网络和输出缓冲带通网络，输入缓冲电路输出端与信号放大电路连接，信号放大电路的一个输出端经输出缓冲电路连接输出缓冲带通网络的一个输入端，信号放大电路的另一个输出端经放大带通网络连接于输出缓冲带通网络的另一个输入端，增益调节电路与信号放大电路相连。输入缓冲电路包括相互串联的电容和电感，其中电容的输入端接输入信号，电感输出端接信号放大电路和增益调节电路的输入端，信号放大电路包括两个晶体管，其中第一个晶体管信号输入极接第一偏压和输入级带通网络的输出端，信号输出极接第二个晶体管的第三极，其第三极用于通过电感接地，第二个晶体管的信号输出极接放大带通网络，其门极或基极接第二偏压，所述的增益调节电路包括增益可控晶体管，其控制极接可调偏压，集电极接输入缓冲电路，发射极接地，放大带通网络包括相互并联的电容和电感，其并联后一端一边接信号放大电路，一边通过电感接输出缓冲电路，另一端接输出带通网络，输出缓冲带通网络包括相互串联的电容和电感，电感的一端接电源，一端接电容，电容的另一端为信号输出端。
如图5所示，高速射频切换开关由两组单刀双掷开关电路组成，每组单刀双掷开关电路均包括一个选通电路；选通电路由并联的两个相同支路组成，两个支路的输入均与信号输入端fin相连，两个支路的输出分别与信号输出端fout连接；每个支路由信号输入端fin到信号输出端fout顺次串接二极管D1，三个并联的二极管D2、D3、D4和电容C1，三个并联的二极管输出端接地；电感L的输入端跨接在电容C2的输入端和控制电路的输入端之间，电感L的输出端跨接在二极管D4和电容C1之间，电容C2的输出端接地。其中，二极管均采用PIN二极管。
如图6所示，同步控制电路包括电源调整单元、第一电阻R1、第二电阻R2、低通滤波单元和可编程逻辑器件，可编程逻辑器件可采用复杂可编程逻辑器件CPLD、现场可编程门阵列FPGA或电可擦除可编程逻辑器件EPLD。电源调整单元的输入端与供电电源相连，电源调整单元的输出端与被控电路连接；第一电阻R1的一端与电源调整单元的调整端连接，另一端与电源调整单元的输出端相连，第二电阻R2的一端与电源调整单元的调整端，另一端接地；可编程逻辑器件的IO端与低通滤波单元的输入端相连，低通滤波单元的输出端连接在第一电阻R1与第二电阻R2之间。
WiMAX射频前端双向放大器的主要技术指标如下表所示：
Claims (5)
1.WiMAX射频前端双向放大器，其特征在于：它包括下行功放电路、上行低噪放电路、高速射频切换开关和同步控制电路；
高速射频切换开关由两组单刀双掷开关电路组成，其中一组单刀双掷开关电路连接基站，其输出端连接下行功放电路的输入端，输入端连接上行低噪放电路的输出端；另一组单刀双掷开关电路连接接收天线，其输入端连接下行功放电路的输出端，输出端连接上行低噪放电路的输入端；
同步控制电路的控制信号输出端分别连接每组单刀双掷开关电路；
所述的同步控制电路包括电源调整单元、第一电阻R1、第二电阻R2、低通滤波单元和可编程逻辑器件，电源调整单元的输入端与供电电源相连，电源调整单元的输出端与被控电路连接；第一电阻R1的一端与电源调整单元的调整端连接，另一端与电源调整单元的输出端相连，第二电阻R2的一端与电源调整单元的调整端，另一端接地；可编程逻辑器件的IO端与低通滤波单元的输入端相连，低通滤波单元的输出端连接在第一电阻R1与第二电阻R2之间。
2.根据权利要求1所述的WiMAX射频前端双向放大器，其特征在于：所述的下行功放电路包括推动级放大单元、末级放大单元、匹配电路单元、功率控制电路和温度控制电路，匹配电路单元的输入端与推动级放大单元的输出端连接，匹配电路单元的输出端与末级放大单元的输入端连接；功率控制电路a和温度控制电路b分别与推动级放大单元相连，功率控制电路A和温度控制电路B分别与末级放大单元连接。
3.根据权利要求1所述的WiMAX射频前端双向放大器，其特征在于：所述的上行低噪放电路包括输入缓冲电路、信号放大电路、输出缓冲电路、增益调节电路、放大带通网络和输出缓冲带通网络，输入缓冲电路输出端与信号放大电路连接，信号放大电路的一个输出端经输出缓冲电路连接输出缓冲带通网络的一个输入端，信号放大电路的另一个输出端经放大带通网络连接于输出缓冲带通网络的另一个输入端，增益调节电路与信号放大电路相连。
4.根据权利要求1所述的WiMAX射频前端双向放大器，其特征在于：所述的高速射频切换开关由两组单刀双掷开关电路组成，每组单刀双掷开关电路均包括一个选通电路；选通电路由并联的两个相同支路组成，两个支路的输入均与信号输入端fin相连，两个支路的输出分别与信号输出端fout连接；每个支路由信号输入端fin到信号输出端fout顺次串接二极管D1，三个并联的二极管D2、D3、D4和电容C1，三个并联的二极管输出端接地；电感L的输入端跨接在电容C2的输入端和控制电路的输入端之间，电感L的输出端跨接在二极管D4和电容C1之间，电容C2的输出端接地。
5.根据权利要求1所述的WiMAX射频前端双向放大器，其特征在于：所述的可编程逻辑器件为复杂可编程逻辑器件CPLD、现场可编程门阵列FPGA或电可擦除可编程逻辑器件EPLD。
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