CN109088665A - 一种用于lte发射分集的射频放大器的实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于LTE发射分集的射频放大器的实现方法。本发明使用四工器实现各频段的隔离，在发射通道使用功分器将发射信号一分为二，为弥补功分器以及传输线路上的损耗和提升发射功率，采用功率放大器对发射信号进行放大，在接收通道使用低噪声放大器来抵消接收通道的插损，提高整机的灵敏度。本发明的有益效果是：可以把LTE设备发射机的发射功率由原来的0.2W提升到2W，把LTE接收机的灵敏度由原来的‑93dBm提升到‑97dBm，如果再加上天线的发射分集的效果，灵敏度可以达到‑100dBm。

Description

一种用于LTE发射分集的射频放大器的实现方法
技术领域
本发明涉及通信领域，具体来说，涉及一种用于LTE发射分集的射频放大器的实现方法。
背景技术
空间分集是利用场强随空间的随机变化实现的，空间距离越大，多径传播的差异就越大，所接收场强的相关性就越小。这里所提相关性是个统计术语，表明信号间相似的程度，因此必须确定必要的空间距离。经过测试和统计，CCIR（国际无线电咨询委员会）建议为了获得满意的分集效果，移动单元两天线间距大于0.6个波长，并且最好选在1/4波长的奇数倍附近，若减小天线间距，即使小到1/4波长，也能起到相当好的分集效果。本例放大器的工作频率为1.7GHz～2.2GHz，对应的1/4波长为44mm～34mm，这样的天线距离很容易实现。
发射分集技术是系统提高下行链路性能，减小信道衰落影响的一项关键技术。传统的天线分集是在接收端（移动台）采用多根天线进行接收分集的，并采用合并技术来获得好的信号质量。但是由于移动台尺寸受限，采用接收天线分集技术较困难，而且在移动台端进行接收分集代价高昂，增加了用户的设备成本。从理论与实际应用中都发现相同阶数的发射分集与接收分集具有相同的分集增益。因此为了适应现代移动通信的要求，在基站端采用发射分集技术才是比较合适的方法。
发明内容
鉴于现有技术的状况及用户要求，本发明提供了用于LTE发射分集的射频放大器的实现方法，使用四工器实现各频段的隔离，在发射通道使用功分器将发射信号一分为二，为弥补功分器以及传输线路上的损耗和提升发射功率，采用功率放大器对发射信号进行放大，在接收通道使用低噪声放大器来抵消接收通道的插损，提高整机的灵敏度。
本发明中的功率放大器的输入电平23dBm，要求发射功率33dBm，因此功率放大器的增益设计为10dB；接收通道增益设计为8dB。
本发明为实现上述目的，所采用的技术方案是：一种用于LTE发射分集的射频放大器，其特征在于，该射频放大器包括两个相对独立的信号通道：主通道和辅通道，所述主通道包括：四工器Ⅰ、四工器Ⅱ、功分器Ⅰ、功分器Ⅱ、功率放大器Ⅰ、功率放大器Ⅱ、低噪声放大器Ⅰ、低噪声放大器Ⅱ；所述辅通道包括：四工器Ⅲ、四工器Ⅳ、功率放大器Ⅲ、功率放大器Ⅳ、低噪声放大器Ⅲ、低噪声放大器Ⅳ；
所述主通道的具体连接为：LTE设备的射频收发端口1T/1R端接到四工器Ⅰ的ANT端，天线端口ANT1端接到四工器Ⅱ的ANT端，四工器Ⅰ的B3TX端接到功分器Ⅰ的输入端，功分器Ⅰ的输出1端接功率放大器Ⅰ的输入端，功率放大器Ⅰ的输出端接四工器Ⅱ的B3TX端；
四工器Ⅰ的B1TX端接到功分器Ⅱ的输入端，功分器Ⅱ的输出1端接功率放大器Ⅱ的输入端，功率放大器Ⅱ的输出端接四工器Ⅱ的B1TX端；
低噪声放大器Ⅰ的输入端、输出端分别接四工器Ⅱ、四工器Ⅰ的B3RX端，低噪声放大器Ⅱ的输入端、输出端分别接四工器Ⅱ、四工器Ⅰ的B1RX端；
所述辅通道的具体连接为：LTE设备的射频接收端口2R端接到四工器Ⅲ的ANT端，天线端口ANT2端接到四工器Ⅳ的ANT端，功分器Ⅰ的输出2端接功率放大器Ⅲ的输入端，功率放大器Ⅲ的输出端接四工器Ⅳ的B3TX端；
功分器Ⅱ的输出2端接功率放大器Ⅳ的输入端，功率放大器Ⅳ的输出端接四工器Ⅳ的B1TX端；
低噪声放大器Ⅲ的输入端、输出端分别接四工器Ⅳ、四工器Ⅲ的B3RX端，低噪声放大器Ⅳ的输入端、输出端分别接四工器Ⅳ、四工器Ⅲ的B1RX端。
一种用于LTE发射分集的射频放大器的实现方法，其特征在于：由四工器Ⅰ、四工器Ⅱ、四工器Ⅲ、四工器Ⅳ、功分器Ⅰ、功分器Ⅱ、功率放大器Ⅰ、功率放大器Ⅱ、功率放大器Ⅲ、功率放大器Ⅳ、低噪声放大器Ⅰ、低噪声放大器Ⅱ、低噪声放大器Ⅲ和低噪声放大器Ⅳ，实现BAND1、BAND3的发射分集，B1TX是指BAND1发射频段，频率2110MHz～2170MHz，B1RX是指BAND1接收频段，频率1920MHz～1980MHz，B3TX是指BAND3发射频段，频率1805MHz～1880MHz，B3RX是指BAND3接收频段，频率1710MHz～1785MHz，四工器Ⅰ、四工器Ⅱ、四工器Ⅲ和四工器Ⅳ的作用就是为B1TX、B1RX、B3TX和B3RX这4个频段提供足够的隔离度，使得4个频段的工作不会相互影响；
当BAND3发射时，LTE设备的射频收发端口1T/1R端发出LTE设备B3TX的信号加到四工器Ⅰ的ANT端，由四工器ⅠB3TX端输出，加到功分器Ⅰ，功分器Ⅰ的输出1端输出到功率放大器Ⅰ的输入端，经功率放大器Ⅰ放大后输出到四工器Ⅱ的B3TX端，由四工器Ⅱ的ANT端输出到天线端口ANT1，功分器Ⅰ的输出2端输出到功率放大器Ⅲ的输入端，经功率放大器Ⅲ放大后输出到四工器Ⅳ的B3TX端，由四工器Ⅳ的ANT端输出到天线端口ANT2，实现BAND3的发射分集；
当BAND1发射时，LTE设备的射频收发端口1T/1R端发出B1TX的信号加到四工器Ⅰ的ANT端，由四工器Ⅰ的B1TX端输出，加到功分器Ⅱ，功分器Ⅱ的输出1端输出到功率放大器Ⅱ的输入端，经功率放大器Ⅱ放大后输出到四工器Ⅱ的B1TX端，由四工器Ⅱ的ANT端输出到天线端口ANT1，功分器Ⅱ的输出2端输出到功率放大器Ⅳ的输入端，经功率放大器Ⅳ放大后输出到四工器Ⅳ的B1TX端，由四工器Ⅳ的ANT端输出到天线端口ANT2，实现BAND1的发射分集；
接收情况是这样实现的：天线端口ANT1收到B3RX信号时，由四工器Ⅱ的B3RX端输出到低噪声放大器Ⅰ，经过低噪声放大器Ⅰ放大后的信号加到四工器Ⅰ的B3RX端，由四工器Ⅰ的ANT端输出到LTE设备的射频收发端口1T/1R端，同样地，天线端口ANT2收到B3RX信号时，由四工器Ⅳ的B3RX端输出到低噪声放大器Ⅲ，经过低噪声放大器Ⅲ放大后的信号加到四工器Ⅲ的B3RX端，由四工器Ⅲ的ANT端输出到LTE设备的射频收发端口1T/1R端，实现BAND3的接收分集；天线端口ANT1收到B1RX信号时，由四工器Ⅱ的B1RX端输出到低噪声放大器Ⅱ，经过低噪声放大器Ⅱ放大后的信号加到四工器Ⅰ的B1RX端，由四工器Ⅰ的ANT端输出到LTE设备的射频收发端口1T/1R端，同样地，天线端口ANT2收到B1RX信号时，由四工器Ⅳ的B1RX端输出到低噪声放大器Ⅳ，经过低噪声放大器Ⅳ放大后的信号加到四工器Ⅲ的B1RX端，由四工器Ⅲ的ANT端输出到LTE设备的射频收发端口1T/1R端，实现BAND1的接收分集。
本发明的有益效果是：可以把LTE设备发射机的发射功率由原来的0.2W提升到2W，把LTE接收机的灵敏度由原来的-93dBm提升到-97dBm，如果再加上天线的发射分集的效果，灵敏度可以达到-100dBm。
附图说明
图1为本发明的电路连接框图。
具体实施方式
如图1所示，一种用于LTE发射分集的射频放大器，该射频放大器包括两个相对独立的信号通道：主通道和辅通道，主通道包括：四工器Ⅰ、四工器Ⅱ、功分器Ⅰ、功分器Ⅱ、功率放大器Ⅰ、功率放大器Ⅱ、低噪声放大器Ⅰ、低噪声放大器Ⅱ。
辅通道包括：四工器Ⅲ、四工器Ⅳ、功率放大器Ⅲ、功率放大器Ⅳ、低噪声放大器Ⅲ、低噪声放大器Ⅳ。
主通道的具体连接为：LTE设备的射频收发端口1T/1R端接到四工器Ⅰ的ANT端，天线端口ANT1端接到四工器Ⅱ的ANT端，四工器Ⅰ的B3TX端接到功分器Ⅰ的输入端，功分器Ⅰ的输出1端接功率放大器Ⅰ的输入端，功率放大器Ⅰ的输出端接四工器Ⅱ的B3TX端；
四工器Ⅰ的B1TX端接到功分器Ⅱ的输入端，功分器Ⅱ的输出1端接功率放大器Ⅱ的输入端，功率放大器Ⅱ的输出端接四工器Ⅱ的B1TX端；
低噪声放大器Ⅰ的输入端、输出端分别接四工器Ⅱ、四工器Ⅰ的B3RX端，低噪声放大器Ⅱ的输入端、输出端分别接四工器Ⅱ、四工器Ⅰ的B1RX端。
辅通道的具体连接为：LTE设备的射频接收端口2R端接到四工器Ⅲ的ANT端，天线端口ANT2端接到四工器Ⅳ的ANT端，功分器Ⅰ的输出2端接功率放大器Ⅲ的输入端，功率放大器Ⅲ的输出端接四工器Ⅳ的B3TX端；
功分器Ⅱ的输出2端接功率放大器Ⅳ的输入端，功率放大器Ⅳ的输出端接四工器Ⅳ的B1TX端；
低噪声放大器Ⅲ的输入端、输出端分别接四工器Ⅳ、四工器Ⅲ的B3RX端，低噪声放大器Ⅳ的输入端、输出端分别接四工器Ⅳ、四工器Ⅲ的B1RX端。
一种用于LTE发射分集的射频放大器的实现方法，由四工器Ⅰ、四工器Ⅱ、四工器Ⅲ、四工器Ⅳ、功分器Ⅰ、功分器Ⅱ、功率放大器Ⅰ、功率放大器Ⅱ、功率放大器Ⅲ、功率放大器Ⅳ、低噪声放大器Ⅰ、低噪声放大器Ⅱ、低噪声放大器Ⅲ和低噪声放大器Ⅳ，实现BAND1、BAND3的发射分集，B1TX是指BAND1发射频段，频率2110MHz～2170MHz，B1RX是指BAND1接收频段，频率1920MHz～1980MHz，B3TX是指BAND3发射频段，频率1805MHz～1880MHz，B3RX是指BAND3接收频段，频率1710MHz～1785MHz，四工器Ⅰ、四工器Ⅱ、四工器Ⅲ和四工器Ⅳ的作用就是为B1TX、B1RX、B3TX和B3RX这4个频段提供足够的隔离度，使得4个频段的工作不会相互影响。
当BAND3发射时，LTE设备的射频收发端口1T/1R端发出LTE设备B3TX的信号加到四工器Ⅰ的ANT端，由四工器ⅠB3TX端输出，加到功分器Ⅰ，功分器Ⅰ的输出1端输出到功率放大器Ⅰ的输入端，经功率放大器Ⅰ放大后输出到四工器Ⅱ的B3TX端，由四工器Ⅱ的ANT端输出到天线端口ANT1，功分器Ⅰ的输出2端输出到功率放大器Ⅲ的输入端，经功率放大器Ⅲ放大后输出到四工器Ⅳ的B3TX端，由四工器Ⅳ的ANT端输出到天线端口ANT2，实现BAND3的发射分集。
当BAND1发射时，LTE设备的射频收发端口1T/1R端发出B1TX的信号加到四工器Ⅰ的ANT端，由四工器Ⅰ的B1TX端输出，加到功分器Ⅱ，功分器Ⅱ的输出1端输出到功率放大器Ⅱ的输入端，经功率放大器Ⅱ放大后输出到四工器Ⅱ的B1TX端，由四工器Ⅱ的ANT端输出到天线端口ANT1，功分器Ⅱ的输出2端输出到功率放大器Ⅳ的输入端，经功率放大器Ⅳ放大后输出到四工器Ⅳ的B1TX端，由四工器Ⅳ的ANT端输出到天线端口ANT2，实现BAND1的发射分集。
接收情况是这样实现的：天线端口ANT1收到B3RX信号时，由四工器Ⅱ的B3RX端输出到低噪声放大器Ⅰ，经过低噪声放大器Ⅰ放大后的信号加到四工器Ⅰ的B3RX端，由四工器Ⅰ的ANT端输出到LTE设备的射频收发端口1T/1R端，同样地，天线端口ANT2收到B3RX信号时，由四工器Ⅳ的B3RX端输出到低噪声放大器Ⅲ，经过低噪声放大器Ⅲ放大后的信号加到四工器Ⅲ的B3RX端，由四工器Ⅲ的ANT端输出到LTE设备的射频收发端口1T/1R端，实现BAND3的接收分集；天线端口ANT1收到B1RX信号时，由四工器Ⅱ的B1RX端输出到低噪声放大器Ⅱ，经过低噪声放大器Ⅱ放大后的信号加到四工器Ⅰ的B1RX端，由四工器Ⅰ的ANT端输出到LTE设备的射频收发端口1T/1R端，同样地，天线端口ANT2收到B1RX信号时，由四工器Ⅳ的B1RX端输出到低噪声放大器Ⅳ，经过低噪声放大器Ⅳ放大后的信号加到四工器Ⅲ的B1RX端，由四工器Ⅲ的ANT端输出到LTE设备的射频收发端口1T/1R端，实现BAND1的接收分集。
本发明采用如下的一些关键器件：
功率放大器Ⅰ、功率放大器Ⅱ、功率放大器Ⅲ和功率放大器Ⅳ，均采用Freescal公司的MW6S004NT1。
其主要特性有：
工作频率：1MHz～2000MHz
增益：18dB
输出功率：4W
效率：33%
三阶互调抑制：39dB
低噪声放大器Ⅰ、低噪声放大器Ⅱ、低噪声放大器Ⅲ和低噪声放大器Ⅳ，均采用AVAGO公司的放大器MGA-635P8，其主要特性有：
增益：18dB
噪声：0.56dB
输出IP3：35.9dBm
输出1dB压缩点：22dBm。
功分器Ⅰ和功分器Ⅱ，均采用SKYWORKS公司的SKY12212 。其主要特性有：
通过功率：100W
隔离度：44dB
插损：0.4dB。
四工器有2种类型，接LTE设备的是低功率的四工器Ⅰ和四工器Ⅲ，为AVAGO公司的ACFM-2013，接天线的是高功率的四工器Ⅱ和四工器Ⅳ，均为灿勤公司的CMUF4C1795-2045PA。

Claims (2)

1.一种用于LTE发射分集的射频放大器，其特征在于，该射频放大器包括两个相对独立的信号通道：主通道和辅通道，所述主通道包括：四工器Ⅰ、四工器Ⅱ、功分器Ⅰ、功分器Ⅱ、功率放大器Ⅰ、功率放大器Ⅱ、低噪声放大器Ⅰ、低噪声放大器Ⅱ；所述辅通道包括：四工器Ⅲ、四工器Ⅳ、功率放大器Ⅲ、功率放大器Ⅳ、低噪声放大器Ⅲ、低噪声放大器Ⅳ；
所述主通道的具体连接为：LTE设备的射频收发端口1T/1R端接到四工器Ⅰ的ANT端，天线端口ANT1端接到四工器Ⅱ的ANT端，四工器Ⅰ的B3TX端接到功分器Ⅰ的输入端，功分器Ⅰ的输出1端接功率放大器Ⅰ的输入端，功率放大器Ⅰ的输出端接四工器Ⅱ的B3TX端；
四工器Ⅰ的B1TX端接到功分器Ⅱ的输入端，功分器Ⅱ的输出1端接功率放大器Ⅱ的输入端，功率放大器Ⅱ的输出端接四工器Ⅱ的B1TX端；
低噪声放大器Ⅰ的输入端、输出端分别接四工器Ⅱ、四工器Ⅰ的B3RX端，低噪声放大器Ⅱ的输入端、输出端分别接四工器Ⅱ、四工器Ⅰ的B1RX端；
所述辅通道的具体连接为：LTE设备的射频接收端口2R端接到四工器Ⅲ的ANT端，天线端口ANT2端接到四工器Ⅳ的ANT端，功分器Ⅰ的输出2端接功率放大器Ⅲ的输入端，功率放大器Ⅲ的输出端接四工器Ⅳ的B3TX端；
功分器Ⅱ的输出2端接功率放大器Ⅳ的输入端，功率放大器Ⅳ的输出端接四工器Ⅳ的B1TX端；
低噪声放大器Ⅲ的输入端、输出端分别接四工器Ⅳ、四工器Ⅲ的B3RX端，低噪声放大器Ⅳ的输入端、输出端分别接四工器Ⅳ、四工器Ⅲ的B1RX端。
2.一种采用权利要求1所述的用于LTE发射分集的射频放大器的实现方法，其特征在于：由四工器Ⅰ、四工器Ⅱ、四工器Ⅲ、四工器Ⅳ、功分器Ⅰ、功分器Ⅱ、功率放大器Ⅰ、功率放大器Ⅱ、功率放大器Ⅲ、功率放大器Ⅳ、低噪声放大器Ⅰ、低噪声放大器Ⅱ、低噪声放大器Ⅲ和低噪声放大器Ⅳ，实现BAND1、BAND3的发射分集，B1TX是指BAND1发射频段，频率2110MHz～2170MHz，B1RX是指BAND1接收频段，频率1920MHz～1980MHz，B3TX是指BAND3发射频段，频率1805MHz～1880MHz，B3RX是指BAND3接收频段，频率1710MHz～1785MHz，四工器Ⅰ、四工器Ⅱ、四工器Ⅲ和四工器Ⅳ的作用就是为B1TX、B1RX、B3TX和B3RX这4个频段提供足够的隔离度，使得4个频段的工作不会相互影响；
当BAND3发射时，LTE设备的射频收发端口1T/1R端发出LTE设备B3TX的信号加到四工器Ⅰ的ANT端，由四工器ⅠB3TX端输出，加到功分器Ⅰ，功分器Ⅰ的输出1端输出到功率放大器Ⅰ的输入端，经功率放大器Ⅰ放大后输出到四工器Ⅱ的B3TX端，由四工器Ⅱ的ANT端输出到天线端口ANT1，功分器Ⅰ的输出2端输出到功率放大器Ⅲ的输入端，经功率放大器Ⅲ放大后输出到四工器Ⅳ的B3TX端，由四工器Ⅳ的ANT端输出到天线端口ANT2，实现BAND3的发射分集；
当BAND1发射时，LTE设备的射频收发端口1T/1R端发出B1TX的信号加到四工器Ⅰ的ANT端，由四工器Ⅰ的B1TX端输出，加到功分器Ⅱ，功分器Ⅱ的输出1端输出到功率放大器Ⅱ的输入端，经功率放大器Ⅱ放大后输出到四工器Ⅱ的B1TX端，由四工器Ⅱ的ANT端输出到天线端口ANT1，功分器Ⅱ的输出2端输出到功率放大器Ⅳ的输入端，经功率放大器Ⅳ放大后输出到四工器Ⅳ的B1TX端，由四工器Ⅳ的ANT端输出到天线端口ANT2，实现BAND1的发射分集；
接收情况是这样实现的：天线端口ANT1收到B3RX信号时，由四工器Ⅱ的B3RX端输出到低噪声放大器Ⅰ，经过低噪声放大器Ⅰ放大后的信号加到四工器Ⅰ的B3RX端，由四工器Ⅰ的ANT端输出到LTE设备的射频收发端口1T/1R端，同样地，天线端口ANT2收到B3RX信号时，由四工器Ⅳ的B3RX端输出到低噪声放大器Ⅲ，经过低噪声放大器Ⅲ放大后的信号加到四工器Ⅲ的B3RX端，由四工器Ⅲ的ANT端输出到LTE设备的射频收发端口1T/1R端，实现BAND3的接收分集；天线端口ANT1收到B1RX信号时，由四工器Ⅱ的B1RX端输出到低噪声放大器Ⅱ，经过低噪声放大器Ⅱ放大后的信号加到四工器Ⅰ的B1RX端，由四工器Ⅰ的ANT端输出到LTE设备的射频收发端口1T/1R端，同样地，天线端口ANT2收到B1RX信号时，由四工器Ⅳ的B1RX端输出到低噪声放大器Ⅳ，经过低噪声放大器Ⅳ放大后的信号加到四工器Ⅲ的B1RX端，由四工器Ⅲ的ANT端输出到LTE设备的射频收发端口1T/1R端，实现BAND1的接收分集。
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