双向功率放大器的设计
双向功率放大器设计指标：
事情频率：2400MHz～2483MHz
最大输出功率：+30dBm（1W）
发射增益：≥27dB
吸收增益：≥14dB
吸收端噪声系数：< 3.5dB
频率相应：<±1dB
输入端最小输入功率门限：<?15dB m
具有收发指示功能
具有电源极性反接保护功能
根据时分双工TDD的事情事理，收发是分开进行的，因此可以得出采取下图的功放整体框图。
双向功放电路的总体框图
功率检波器旗子暗记输入端接在RF旗子暗记输入通道上的定向耦合器上。当无线收发器处在发射状态时，功率检波器检测到无线收发器发出的旗子暗记，产生开关怀换旗子暗记掌握RF开关打向发射PA通路，LNA电路被断开，双向功率放大器处在发射状态。当无线收发器处在吸收状态时，功率检波器由于定向耦合器的单方向性而基本没有输入旗子暗记，这时通过开关怀换旗子暗记将RF开关怀换到LNA通路，PA通路断开，此时双向功率放大器处在吸收状态。
下面先容重点部位的设计：
发射功率放大（PA）电路
发射功率放大电路的浸染是将无 线收发器输入功率放大以达到期望输出功率。此处选择单片微波集成电路（MMIC）作为功率放大器件，并采取两级级联的办法来同时达到最大输出功率与增益的哀求。前级功率放大芯片选择RFMD公司的 RF5189，该芯片紧张运用在IEEE802.11b WLAN、2.4GHz ISM频段商用及消费类电子、无线局域网系统、扩频与MMDS系统等等。RF5189的增益可以通过VREG引脚电压掌握，在本设计中VREG电压取+3V，使RF5189具有最大增益。RF5189在2.412GHz~2.482GHz频段增益变革幅度约为0.6dB，线性度较高。由于RF5189片内集成了输入输出端口的匹配电路与RF隔直电容，以是RF5189输入输出端直接加特性阻抗为50Ω的传输线进行旗子暗记的传输。运用电路如图所示。
第二级功率放大芯片采取RFMD公 司的RF2126。RF2126的功率掌握端接到RF5189功率掌握端，两片功 率放大芯片采取统一的掌握电压旗子暗记进行掌握。它的输入输出阻抗并不是50Ω，以是须要外加匹配电路，匹配电路中利用的电容选择自谐振频率与Q值高，等效串连阻抗ESR很小的射频电容，以减小旗子暗记在阻抗匹配电路中的损耗。在本设计中阻抗匹配电容选 择美国技能陶瓷（ATC）公司的ATC100A系列陶瓷电容，它的品质成分（Q值）：>10000@1MHz
低噪声放大（LNA）电路的设计
低噪声放大芯片选择Hittite公司的HMC286E。HMC286E是专门为2.3GHz~2.5GHz的扩频系统设计的低噪声放大器（LNA），在+3V供电情形下可以供应19dB旗子暗记增益和1.7dB的低噪声系数，并且耗电仅8.5mA。在2.4GHz时的一阶增益压缩点（P1dB）是+6dBm，三阶交调截取点（IP3）是+12dBm。
在吸收低噪声放大器（LNA）输入端加一级带通滤波器，考虑到实际功放尺寸的限定，本设计采取表面安装的低温烧结陶瓷（LTCC，Low-Temperature Cofired Ceramics）带通滤波器BF2520-B2R4CAC。它的插入损耗很小，最大为1.5dB。
收发切换电路的设计
为了使功放电路可以事情在TDD模式下，在R F 收发器端和天线端 各加一个射频单刀双掷（ SPDT） 开关。直接采取S kyWorks 公司的GaAs 集成 SPDT开关芯片AS179-92。该芯片插入损耗为0.4db，上起落低韶光为10ns。
功率检测电路的设计
切换掌握旗子暗记通过对功率检波器输出旗子暗记整形变换得到，因此功率检测电路的性能对实现收发掌握至关主要。功率检测芯片选择Linear公司的LT5534ESC6。为了不使在吸收状态下，吸收功率较大时功率检波器输出大电压值，还有便是使功率检测电路的引入不影响旗子暗记通路的特性阻抗，因此功率检波器RF输入端不直接接在功率放大器旗子暗记输入端，而是采取微带线定向耦合器从RF通路中耦合出一部分功率输入到功率检测电路中。耦合微带线定向耦合器用ADS2005A的无源电路设计引导（Passive Circuit DesignGuide）来设计。
在2.45GHz处，S11=?36.85dB，S21=?0.19dB，S31=?22.70dB，S41=?15.08dB。以是方向性系数D=5.62dB。
终极取微带耦合线的物理尺寸为：微带线宽度W=56mil，间距S=20mil，耦合线长L=650mil。
电平平移与驱动电路的设计
功率检测电路输出的是一个靠近线性的电压旗子暗记而不是逻辑高低电平旗子暗记，不适宜直接掌握RF开关。因此须要一个电平平移与驱动电路来将单一的初始掌握旗子暗记变成稳定的驱动能力强的一对反相的掌握旗子暗记。以是电路采取一个三极管9011和一个双P沟道场效应管RF1K49093构成。
双向功率放大器的测试
由于所设计的双向功率放大器是专门针对扩频通信系统的，以是输入输出旗子暗记都是扩频旗子暗记，而且事情频率较高，如果要不雅观察旗子暗记波形的话对测试仪器哀求很高，以是不适宜采取时域测试方法。这里紧张先容采取频域测试方法来对双向功率放大器进行测试。
采取安利公司的Anritsu 37269C矢 量网络剖析仪丈量，在2.4GHz~ 2.5GHz频段S参数数据见表1。
回波损耗（RL）=?10log 10 [(反射功率)/(入射功率)](dB)
S11即为功率放大器输入真个回波损耗，?S22即为功率放大器输出真个回波损耗。
发射功率放大增益测试
测试信源采取自行设计的ZigBee无线通信模块，输出为2.4G ISM频段直接序列扩频（DSSS）旗子暗记。
预先测出低廉甜头信源模块输出功率为： Pin=?9.2dBm。
经由功率放大器后输出功率为：P OUT =18.8dBm，以是前向增益为:
G_{F}=Pout-Pin=18.8-(-9.2)=28dB
发射输入旗子暗记最小功率门限的测试
双向功放输入端接Agilent E8257D( 250kHz～40GHz)PSG仿照旗子暗记发生器，输出端接频谱剖析仪。 测得最小功率门限为P INMIN = ? 21.5dBm。
吸收旗子暗记放大增益测试
相邻信道功率比（ACPR）丈量
打算公式为ACPR=\frac{P_{ac}}{P_{mc}} (dBc)
对付旗子暗记源输出频谱（图9）：
相邻信道功率比（Adjacent Channel Power Ratio）=40dBc
相间信道功率比（Alternate Channel Power Ratio）=59.6dBc
对付双向功率放大器输出频谱：
相邻信道功率比（Adjacent Channel Power Ratio）=39.3dBc
相间信道功率比（Alternate Channel Power Ratio）=62.8dBc
整体电路事情电流测试
发射状态
双向功放输入端输入 9dBm 2.45GHz旗子暗记，测试整机电流 I= 573mA
吸收状态
双向功放输出端输入50dBm 2.45GHz旗子暗记，测试整机电流I= 52mA
所设计的双向功率放大器处在吸收状态时通过掌握发射功率放大模块的偏置电压使其均处在省电状态，大大减小了吸收状态下的功耗。
本设计是学习IEEE802.15.4 2.4GHz扩频通信调制方法的根本上设计出适宜于IEEE802.15.4的双向功率放大器，该功率放大器也可以直接用于IEEE802.11b/g收发 系统中。根据实际须要确定功率放大器的电路构造， 依次对发射功率放大电路、吸收旗子暗记放大电路、收发切换电路、功率检测电路、电平平移与驱动电路以及电源管理电路的所需元器件选择和运用电路进行了非常详细的剖析与设计。
