CN2722504Y - 无线网络智能放大器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无线网络智能放大器，其结构主要由功率监测器、幅度监测器、发射/接收控制电路、可变衰减器增益控制模块、发射放大模块、发射/接收开关模块、带通滤波器、低噪声放大器和电源电路所组成；功率监测器的输出端与幅度监测器相连接，幅度监测器的输出端分别与可变衰减器增益控制模块和发射/接收控制电路连接，发射/接收控制电路的输出端与两个发射/接收开关模块分别连接，可变衰减器增益控制模块的输出端与一发射放大模块和一发射/接收开关模块依次连接。本实用新型具有智能增益控制功能，在不同的输入信号条件下都能够降低输出信号变形，并保证最大输出功率，有效地延长信号发送距离。

Description

无线网络智能放大器

技术领域

本实用新型涉及一种智能放大器，尤其涉及一种用于扩频通信及无线局域网的无线网络智能放大器。

现有技术

现有的无线扩频及无线局域网路设备由于受到低功率规定的限制，通常只能用作短距离或室内传输使用。如若用在室外经天线长距离传输时，由于室内设备与室外天线间的高频电缆损耗，传输功率通常会大幅度下降而不能达成传输。一般解决的方法为：使用传统的双向放大器，提高传输功率及接收灵敏度。从技术观点而言，此类传统的放大器所采用的技术是：放大器输出功率的大小是由放大器固定放大增益来实现的。但此类技术在使用上有重大的缺陷：由于不同厂家无线网络设备输出功率不等及技术规格和性能的不一致，以及具体架设时室内到室外的电缆长度及规格的不确定，使得传统放大器的增益指标必须进行人为严格细部控制，否则往往造成输出功率不够(增益过低)，影响传输距离，或者又纠枉过正，造成输出失真(增益过高)，影响传输信号质量及造成不必要的频谱干扰。这就是即使用放大器，现有无线扩频及无线局域网网路设备仍不能胜任室外长距离传输的主要原因。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本实用新型的目的是提供一种具有自动调节放大增益功能的无线网络智能放大器，该放大器在各种不同设备，不同电缆长度，和不同安装情况下，均能自动检测到输入放大器的功率，并能根据输入信号的大小，自动调整和稳定其增益，使其达到恰当范围内可允许的输出功率而不至于造成信号不足或是信号失真，从而保证了长距离、高质量、低干扰的天线辐射输出，也给放大器的生产、销售、安装和使用提供了很大的方便。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：一种无线网络智能放大器，其结构主要由功率监测器、幅度监测器、发射/接收控制电路、可变衰减器增益控制模块、发射放大模块、发射/接收开关模块、带通滤波器、低噪声放大器和电源电路所组成；功率监测器的输出端与幅度监测器的输入端相连接，幅度监测器的输出端分别与可变衰减器增益控制模块的输入端和发射/接收控制电路的输入端连接，发射/接收控制电路的输出端与两个发射/接收开关模块的输入端分别连接，可变衰减器增益控制模块的输出端与发射放大模块的输入端连接，发射放大模块的输出端与一个发射/接收开关模块的输入端连接，该发射/接收开关模块具有一个与天线连接的输出端和一个与带通滤波器输入端相连接的输出端，带通滤波器的输出端与低噪声放大器的输入端相连接，低噪声放大器的输出端与另一个发射/接收开关模块的输入端相连接，该发射/接收开关模块的输出端与可变衰减器增益控制模块的输入端连接。

所述功率监测器由射频功率敏感器和幅度放大器两部分组成，所述射频功率敏感器的信号输出端与所述幅度放大器的输入端连接，所述幅度放大器的信号输出端与所述幅度监测器的信号输入端连接。

所述幅度监测器主要由电压比较器、减法器和参考电压产生器所组成，所述幅度放大器的输出端分别与所述电压比较器的输入端和所述减法器的输入端连接，所述参考电压产生器的输出端与所述减法器的输入端连接，所述减法器的输出端与所述可变衰减器增益控制模块的输入端连接，所述电压比较器的输出端与所述发射/接收控制电路的输入端连接。

所述电源电路的输出端与功率监测器的输入端相连接。

由于本实用新型采用了以上技术方案，故具有以下优点：

1)本实用新型的放大器克服了传统放大器的固有缺陷，在不同的输入信号时都能工作在最佳状态，发挥放大器的最大效能；

2)本实用新型的放大器提供了比较宽松的使用参数，从而应用在广泛的硬件和使用环境；

3)本实用新型的放大器可提供标准化的放大器架构，从而使放大器的安装和维护变得更加经济方便；

4)本实用新型能够维护放大器在使用过程中的恒定输出功率，并保证最小失真的信号传输。

不同于传统放大器以输出信号为增益控制基础，本实用新型的智能放大器，应用输入信号作为其增益控制的基础，如果输入到放大器的信号过强，既在室内至室外电缆短，损耗小，或者无线网卡输出功率过大的情况下，就增加一定的衰减，使得放大器的最后输出功率保持在预定的范围内。如果输入到放大器的信号过小，既在室内至室外电缆长，损耗大，或无线网卡输出功率太小的情况下，就增加放大器的增益(或减少衰减)，使得放大器的最后输出功率在预定的范围内保持不变。

附图说明

图1为本实用新型的放大器的结构框图

图2为本实用新型电源电路的电路原理图

图3为本实用新型的网络连接原理框图

图4为本实用新型的功率监测器模块的电路图

图5为本实用新型的射频功率监测和控制操作框图

图6为本实用新型的减法器电路图

图7为本实用新型电压比较器电路的电路图

图8为本实用新型发射/接收开关模块的电路图

图9为本实用新型的一个实施例的电路原理图

图10为本实用新型的放大器的典型应用示意图

具体实施方式

如图1所示，本实用新型的无线网络智能放大器主要由功率监测器、幅度监测器、发射/接收控制电路、可变衰减器增益控制模块、发射放大模块、两个发射/接收开关模块、带通滤波器、低噪声放大器和电源电路所组成。功率监测器的输出端与幅度监测器的输入端相连接，幅度监测器的输出端分别与可变衰减器增益控制模块的输入端和发射/接收控制电路的输入端连接，发射/接收控制电路的输出端与两个发射/接收开关模块的输入端分别连接，发射/接收控制电路的输出信号用来控制两个发射/接收开关模块，实现放大器的发射/接收功能。

可变衰减器增益控制模块的输出端与发射放大模块的输入端连接，发射放大模块的输出端与一个发射/接收开关模块的输入端连接，该发射/接收开关模块具有一个与天线连接的输出端和一个与带通滤波器输入端相连接的输出端，带通滤波器的输出端与低噪声放大器的输入端相连接，低噪声放大器的输出端与另一个发射/接收开关模块的输入端相连接，该发射/接收开关模块的输出端与可变衰减器增益控制模块的输入端连接。

图1中所示的电源电路是一个简单的稳压功能电路，用来产生+5V电源，供放大器正常工作，其输出端与功率监测器的输入端相连接。

图2所示为电源电路的电路原理图。

如图3所示，本实用新型的无线网络智能放大器通过射频电缆与射频天线连接，直流注入器和无线设备(如调制解调器等)通过射频电缆与本实用新型的无线网络智能放大器连接。

如图4所示，本实用新型的功率监测器由射频功率敏感器和幅度放大器两部分组成。

如图5所示，本实用新型的幅度监测器主要由电压比较器、减法器和参考电压产生器所组成。功率监测器的输出端分别与电压比较器的输入端和减法器的输入端连接，参考电压产生器的输出端与减法器的输入端连接，减法器能够识别参考电压产生器产生的参考电压与功率监测器的输出电压之间的相对变化。减法器的输出端与可变衰减器增益控制模块的输入端连接。电压比较器的输出端与发射/接收控制电路的输入端连接，电压比较器的输出信号控制着发射/接收控制电路的收发切换。

电压比较器将输入信号的幅度与电源整流稳压后得到的发射门限电压(TX)的幅度进行比较，当输入信号低于发射门限电压时，电压比较器的输出为低电平，使发射/接收控制电路处于接收模式；当输入信号高于发射门限电压时，电压比较器的输出为高电平，使发射/接收控制电路处于发射模式。电压比较器输出电压的高低决定了本实用新型的工作模式。当放大器工作在接收模式时，发射/接收控制电路将控制发射/接收开关模块，使开关接通放大器的接收通路，信号由天线端送入带通滤波器并由低噪声放大器放大后送到接收端。当放大器工作在发射模式时，发射/接收控制电路将控制发射/接收开关模块，使开关接通放大器的发射通路，把接收端输入的信号送入可变衰减器并由发射放大器放大后送到输出端至天线。电压比较器的输出电压由发射门限电压与射频功率敏感器的输出电压所决定。在射频功率敏感器的输出电压低于发射门限电压时，放大器将从发射方式转换成接收方式。

图5所示框图表达的原理与功能，可由下列方程式表达与解释：

U＝B*Log(Pin)--------(1)

其中，U是射频功率敏感器的输出电压，B是常数，Pin是射频输入信号功率。

输出功率Pout的描述如下：

Pout＝A*K*Pin--------(2)

其中，A是衰减器增益，K是放大器增益常数。

射频功率敏感器用下列公式控制可变衰减器：

A＝C*10^(VR-U)＝C*10^{(VR-B*Log(Pin))}--------(3)

其中C是常数。

将方程式(3)代入方程式(2)中得：

Pout＝C*K*10^VR*10^-B*Log(Pin)*Pin＝C*K*10^(VR+B)

其中，B和C是常数，K是放大器增益常数，VR恒定偏置基准电压，Pin是射频输入功率，Pout是放大器输出功率。

参考电压VR是固定值，由上述方程式，可见放大器的输出Pout保持不变，与放大器的输入信号Pin无关，这是本实用新型的智能功能的基础。

本实用新型的减法器电路图如图6所示。

本实用新型的电压比较器电路如图7所示。

本实用新型的发射/接收开关模块的电路图如图8所示。

图9所示为本实用新型的一个典型应用实施例的射频幅度监测和增益控制电路的原理图。将放大器的输入信号经过耦合电路输入到功率监测器，功率监测器内的功率敏感器监测出信号并经过幅度放大器放大后，一路输入到减法器电路来控制可变衰减器，另一路输入到电压比较器，电压比较器将输入信号的幅度与发射门限电压的幅度进行比较，当输入信号低于发射门限电压时，电压比较器的输出为低电平，使发射/接收控制电路处于接收模式。当输入信号高于发射门限电压时，电压比较器的输出为高电平，使发射/接收控制电路处于发射模式。当放大器工作在接收模式时候，发射/接收控制电路将控制接收/发射开关模块，使开关接通放大器的接收通路，信号由天线端送入带通滤波器并由低噪声放大器放大后送到接收端。当放大器工作在发射模式时候，发射/接收控制电路将控制接收/发射开关模块，使开关接通放大器的发射通路，把接收端输入的信号送入可变衰减器并由发射放大器放大后送到输出端至天线。

如图10所示，一般情况下，放大器安装在室外天线杆上。利用射频电缆连接放大器与直流馈电器。直流馈电器一般情况下安装在室内环境中靠近调制解调器设备或其他无线射频设备的地方。

本实用新型能够进行功率幅度监测和自动增益控制，能够对输入功率、电缆和转换头损失等引起的损耗进行自动监测并智能补偿相应的损失。由于现有低价位扩频通信及无线局域网，数字无线电话和无线自动识别等各类无线通信设备，大多为时分双工模式，本放大器在工作方式为时分双工模式(TDD)时更能突现其优点。独特的智能增益控制电路，能自动因无线讯号输入的大小而控制其输出，能够连续监测时分双工模式(TDD)信号，确保信号的高质量的可靠传输，给放大器生产，使用和维护带来极大的方便。

本实用新型能够完全遵守法律上功率的严格规定，对于“最后一里”(并包括最先一里)通讯应用的最为经济有效的解决方案。有了本实用新型，最后一里通常可以推展成视线内(Line-of-Sight)最后数十里。例如，办公楼与楼之间的连接，远程监视和远程数据采集的领域。本实用新型可直接应用在直接序列扩频(DSSS)和跳频扩频(FHSS)系统(或者使用其它无线设备如无线局域网卡等)，增强其信号强度，提高输入增益。通过放大器内置的动态功率敏感器，放大器的输出功率由监测到的输入功率来调整。本实用新型的放大器的智能增益控制功能，能够使放大器在不同的输入信号条件下都能够降低输出信号变形，并保证最大输出功率，有效地延长信号发送距离。

Claims (4)

1、一种无线网络智能放大器，其特征在于：其结构主要由功率监测器、幅度监测器、发射/接收控制电路、可变衰减器增益控制模块、发射放大模块、发射/接收开关模块、带通滤波器、低噪声放大器和电源电路所组成；功率监测器的输出端与幅度监测器的输入端相连接，幅度监测器的输出端分别与可变衰减器增益控制模块的输入端和发射/接收控制电路的输入端连接，发射/接收控制电路的输出端与两个发射/接收开关模块的输入端分别连接，可变衰减器增益控制模块的输出端与发射放大模块的输入端连接，发射放大模块的输出端与一个发射/接收开关模块的输入端连接，该发射/接收开关模块具有一个与天线连接的输出端和一个与带通滤波器输入端相连接的输出端，带通滤波器的输出端与低噪声放大器的输入端相连接，低噪声放大器的输出端与另一个发射/接收开关模块的输入端相连接，该发射/接收开关模块的输出端与可变衰减器增益控制模块的输入端连接。

2、根据权利要求1所述的无线网络智能放大器，其特征在于：所述功率监测器由射频功率敏感器和幅度放大器两部分组成，所述射频功率敏感器的信号输出端与所述幅度放大器的输入端连接，所述幅度放大器的信号输出端与所述幅度监测器的信号输入端连接。

3、根据权利要求1所述的无线网络智能放大器，其特征在于：所述幅度监测器主要由电压比较器、减法器和参考电压产生器所组成，所述幅度放大器的输出端分别与所述电压比较器的输入端和所述减法器的输入端连接，所述参考电压产生器的输出端与所述减法器的输入端连接，所述减法器的输出端与所述可变衰减器增益控制模块的输入端连接，所述电压比较器的输出端与所述发射/接收控制电路的输入端连接。

4、根据权利要求1所述的无线网络智能放大器，其特征在于：所述电源电路的输出端与功率监测器的输入端相连接。

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