CN104218903A - 一种基于自动增益控制技术的WiFi信号放大器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于自动增益控制技术的WiFi信号放大器。该放大器包括天线，上行链路，下行链路，控制模块，电源模块。上行链路包括依次连接的带通滤波器，低噪声放大器；下行链路包括依次连接的数字衰减器，带通滤波器，功率放大器，单片机。其中单片机、数字衰减器完成自动增益控制功能。本发明中实现了自动增益控制功能，使得WiFi信号放大器的信号源输入功率范围大大增加，并且不用因为信号源的输入功率大小不同而手动调节下行链路的增益，增强了该WiFi信号放大器的适用性，基本适用于大部分AP、路由、网卡，能有效、方便的完成WiFi信号放大功能，并且该放大器具有发射功率大，接收灵敏度高特点，从而增大WiFi信号覆盖范围。

Description

一种基于自动增益控制技术的WiFi信号放大器

技术领域

本发明涉及WiFi信号放大器，特别涉及一种基于自动增益控制技术的WiFi信号放大器。

背景技术

民用级或企业级WiFi无线设备，如路由、网卡、AP、CPE的信号输出功率一般在20毫瓦（13dBm）到200毫瓦（23dBm）之间。但随着使用WiFi设备的用户越来越多，使用WiFi设备的时间越来越多，人们对无线网络的稳定性和信号强度的要求越来越高，目前的路由、网卡、AP等WiFi设备因为功率偏小，穿墙能力差，覆盖范围有限等原因，已经满足不了现代用户的需求。为了解决这个问题，很多企业或研发机构开发了WiFi信号放大器来放大WiFi设备的输出功率，以求增大覆盖范围、增强穿墙能力的目的。但是因为目前市场上的WiFi无线设备输出功率不等，而WiFi信号放大器的下行增益又是固定的，且功率放大器的线性（不失真）功率是有限的，从而导致很多场景需要定制配套下行增益的WiFi信号放大器。这个问题导致用户使用WiFi信号放大器极其不便，往往需要更改多次下行增益才能解决。大大影响了WiFi信号放大器的适用性和用户体验。本文提出了一种带有自动增益控制功能的WiFi信号放大器，解决了目前传统WiFi信号放大器的不足。

发明内容

本发明目的是：提供一种基于自动增益控制技术的WiFi信号放大器。

本发明的技术方案是：

一种基于自动增益控制技术的WiFi信号放大器，其特征在于：包括天线及分别与其连接并通过其接收和发射WIFI信号的上行链路和下行链路，所述下行链路带有自动增益控制模块；所述WiFi信号放大器还包括同时与上行链路和下行链路连接，并控制二者的工作状态的控制模块。

优选的，所述下行链路包括依次连接的数字衰减器、第一带通滤波器、功率放大器以及自动增益控制模块，所述数字衰减器输入端连接有信号源，功率放大器输出端连接天线；所述自动增益控制模块接收功率放大器的功率检测信号和控制模块输出的上下行控制信号，并输出衰减器读写信号和衰减值信号到数字衰减器。

进一步优选的，所述自动增益控制模块采用单片机。

优选的，所述上行链路包括依次连接的第二带通滤波器和低噪声放大器，其中第二带通滤波器的输入端连接天线，低噪声放大器的输出端连接控制模块。

进一步优选的，所述低噪声放大器的输出端和信号源通过一3dB耦合器连接到控制模块，所述控制模块包括依次连接的检波器和比较器，信号源输入信号经3dB耦合器耦合到控制模块，最终输出一个上下行控制信号。

进一步优选的，所述下行链路的数字衰减器与上行链路的低噪声放大器分别通过第一射频开关连接连接3dB耦合器。

进一步优选的，所述下行链路的功率放大器与上行链路的第二带通滤波器分别通过第二射频开关连接天线。

进一步优选的，所述第一带通滤波器的频率通带为2.4GHz～2.485GHz。

进一步优选的，所述第二带通滤波器的频率通带为2.4GHz～2.485GHz。

本发明的优点是：本发明中实现了自动增益控制功能，使得WiFi信号放大器的信号源输入功率范围大大增加，并且不用因为信号源的输入功率大小不同而手动调节下行链路的增益，增强了该WiFi信号放大器的适用性，基本适用于大部分AP、路由、网卡，能有效、方便的完成WiFi信号放大功能，并且该放大器具有发射功率大，接收灵敏度高特点，从而增大WiFi信号覆盖范围。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明所述的基于自动增益控制技术的WiFi信号放大器的原理框图；

图2为本发明所述的单片机控制衰减器读写信号输出的原理图。

其中：1、第一射频开关；2、数字衰减器；3、第一带通滤波器；4、功率放大器；5、单片机；6、第二射频开关；7、天线；8、第二带通滤波器；9、低噪声放大器；10、3dB耦合器；11、检波器；12、比较器。

具体实施方式

以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。

实施例：

本实施例描述了一种带有自动增益控制功能的WiFi信号放大器，其原理框图如图1所示，所示WiFi信号放大器包括天线，上行链路，下行链路，控制模块，电源模块。上行链路包括依次连接的带通滤波器，低噪声放大器；下行链路包括依次连接的数字衰减器，带通滤波器，功率放大器，单片机。其中单片机、数字衰减器完成自动增益控制功能。

所述的上行链路用于接收信号，下行链路用于发射WiFi信号。

上行链路包括依次连接的2.4GHz～2.485GHz的第二带通滤波器8、低噪声放大器9。在上行链路中，天线感应到信号后，经过射频开关6后先通过2.4GHz～2.485GHz的第二带通滤波器8进行滤波，再进入低噪声放大器9对接收信号进行放大，最后从射频开关1输出。

进一步，下行链路包括依次连接的数字衰减器2、2.4GHz～2.485GHz的第一带通滤波器3、功率放大器4、单片机5。输入信号从射频开关1进入到数字衰减器2，再经过2.4GHz～2.485GHz的第一带通滤波器3滤波后，进入功率放大器4进行功率放大，输出信号经过射频开关6传递到天线，数字衰减器2、功率放大器4、单片机5共同完成自动增益控制功能。功率放大器4同时具有功率检测功能，可以检测到与输出功率对应的电压信号，这个电压信号输入进单片机5。如果功率放大器不具备功率检测功能，可以在功率放大器输出端添加定向耦合器，耦合出一部分功率信号，进入检波器得到电压信号，再输入进单片机。单片机根据此功率检测电压信号，上下行控制信号作为依据，按照算法输出衰减值信号和衰减器读写信号来控制数字衰减器的衰减量和更改衰减量的时刻。

进一步，所述数字衰减器，功率放大器，单片机完成自动增益控制功能，使下行链路的输出功率始终保持在一定的范围内，不受输入功率的影响。

控制模块包括检波器11，比较器12，输入信号经3dB耦合器耦合到控制模块，最终输出一个上下行控制信号。所述控制模块通过检波器检测信号强度，若检测到信号强度大于阀值，则判决为发射状态，控制模块打开下行链路并关闭上行链路，此时下行链路开始向天线发射2.4GHz～2.485GHz信号。

若控制模块检测到的信号小于阀值，则判决为接收状态，控制模块打开上行链路，并关闭下行链路，此时模块开始从天线接收2.4GHz～2.485GHz信号。

如图2所示，单片机具体算法如下：单片机输入端得到功率检测信号和WiFi上下行控制信号，由于WiFi属于TDD（时分）系统，并且在发射时，每个数据包直接都有间隔，如图2中的t3。在t1时间内发射数据包，功率放大器此时开启；t3为保护间隔，受上下行控制信号控制，功率放大器此时处于关闭状态。单片机在t1时间段内，对功率检测信号取多次样，求出平均值V0，将此平均值与设定值（将功率放大器输出功率定在P1到P2之间，则对应的电压值为V1到V2之间，且P2大于P1，V2大于V1）比较，如果V0小于V1，则使数字衰减器衰减量减小0.5dB，在t1结束后再延迟t2，这个时候数字衰减器才可以完成这个变化，以防止影响功率放大器的正常工作，因为在功率放大器开启时数字衰减器的变化会恶化功率放大器的线性度（EVM）。如此循环，直到V0落在V1与V2之间。如果刚开始V0大于V2，则使数字衰减器衰减量增大0.5dB，同样，必须在t1结束后再延迟t2，数字衰减器才可以完成这个衰减量的变化，如此循环，直到V0落在V1与V2之间。从而完成使功率放大器的输出值始终保持在P1和P2之间。

上述实例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于自动增益控制技术的WiFi信号放大器，其特征在于：包括天线及分别与其连接并通过其接收和发射WIFI信号的上行链路和下行链路，所述下行链路带有自动增益控制模块；所述WiFi信号放大器还包括同时与上行链路和下行链路连接，并控制二者的工作状态的控制模块。

2.根据权利要求1所述的基于自动增益控制技术的WiFi信号放大器，其特征在于：所述下行链路包括依次连接的数字衰减器、第一带通滤波器、功率放大器以及自动增益控制模块，所述数字衰减器输入端连接有信号源，功率放大器输出端连接天线；所述自动增益控制模块接收功率放大器的功率检测信号和控制模块输出的上下行控制信号，并输出衰减器读写信号和衰减值信号到数字衰减器。

3.根据权利要求2所述的基于自动增益控制技术的WiFi信号放大器，其特征在于：所述自动增益控制模块采用单片机。

4.根据权利要求2所述的基于自动增益控制技术的WiFi信号放大器，其特征在于：所述上行链路包括依次连接的第二带通滤波器和低噪声放大器，其中第二带通滤波器的输入端连接天线，低噪声放大器的输出端连接控制模块。

5.根据权利要求4所述的基于自动增益控制技术的WiFi信号放大器，其特征在于：所述低噪声放大器的输出端和信号源通过一3dB耦合器连接到控制模块，所述控制模块包括依次连接的检波器和比较器，信号源输入信号经3dB耦合器耦合到控制模块，最终输出一个上下行控制信号。

6.根据权利要求5所述的基于自动增益控制技术的WiFi信号放大器，其特征在于：所述下行链路的数字衰减器与上行链路的低噪声放大器分别通过第一射频开关连接连接3dB耦合器。

7.根据权利要求6所述的基于自动增益控制技术的WiFi信号放大器，其特征在于：所述下行链路的功率放大器与上行链路的第二带通滤波器分别通过第二射频开关连接天线。

8.根据权利要求2所述的基于自动增益控制技术的WiFi信号放大器，其特征在于：所述第一带通滤波器的频率通带为2.4GHz～2.485GHz。

9.根据权利要求4所述的基于自动增益控制技术的WiFi信号放大器，其特征在于：所述第二带通滤波器的频率通带为2.4GHz～2.485GHz。