專利名稱：一種無(wú)射頻開關(guān)的時(shí)分雙工系統(tǒng)的射頻放大器及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種時(shí)分雙工系統(tǒng)的信號(hào)放大器及控制方法，具體地講，涉及一種無(wú)射頻開關(guān)的時(shí)分雙工系統(tǒng)的射頻放大器及控制方法。
背景技術(shù)：
在近距離無(wú)線通信中，由于設(shè)備間距離遠(yuǎn)、障礙物遮擋等因素的影響，經(jīng)常會(huì)有信號(hào)弱、通信質(zhì)量差等問題。為了將無(wú)線信號(hào)傳輸?shù)侥繕?biāo)區(qū)域，必須進(jìn)行信號(hào)中繼。目前主要有如下三種方式:
1，通過增加射頻功率，從而增加信號(hào)覆蓋范圍，這種方式對(duì)于由于傳輸距離遠(yuǎn)造成的信號(hào)質(zhì)量差的問題有較好的改善，但是對(duì)于障礙物遮擋造成的通信質(zhì)量差的問題改善效果不好。2，通過有線方式，一般為以太網(wǎng)或總線方式將信號(hào)傳輸?shù)侥繕?biāo)區(qū)域，然后再轉(zhuǎn)化為無(wú)線信號(hào)。這種方式能夠有效的擴(kuò)展通信距離，但是這種方式硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，傳輸延時(shí)較大，另外需要有線連接和額外的設(shè)備支持，成本高。3，此外，專利200710303870.6提出了一種用于時(shí)分雙工系統(tǒng)的雙向動(dòng)態(tài)放大方法及裝置，該裝置和方法適用于TDD系統(tǒng)，但是該裝置和方法存在動(dòng)態(tài)范圍小、控制復(fù)雜等缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種無(wú)射頻開關(guān)的時(shí)分雙工系統(tǒng)的射頻放大器及控制方法，具有響應(yīng)速度快，傳輸延時(shí)小，和控制簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，提高了對(duì)射頻信號(hào)的放大處理能力，可用于擴(kuò)展無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)和WLAN等射頻信號(hào)的覆蓋范圍，增加傳輸距離。本發(fā)明采用如下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的:
一種無(wú)射頻開關(guān)的時(shí)分雙工系統(tǒng)的射頻放大器，包括信號(hào)輸入端口一(a)、保護(hù)電路
一、帶通濾波器一、信號(hào)輸入端口二(b)、保護(hù)電路二、帶通濾波器二，其特征是:所述帶通濾波器一連接環(huán)形器一的接口 2，所述環(huán)形器一的接口 3連接高增益低噪聲放大器一，所述高增益低噪聲放大器一連接功分器一，所述功分器一連接低噪聲放大器一和射頻放大器一，所述低噪聲放大器一連接檢波器一，所述檢波器一分別連接電壓轉(zhuǎn)換電路一和施密特觸發(fā)器一的輸入端，所述施密特觸發(fā)器一的輸入端上還連接有參考電平電路一(vrefl)，所述施密特觸發(fā)器一的輸出端連接反相器一和與門一，所述反相器一連接與門二，所述與門一的輸出連接射頻放大器一，所述與門二的輸出連接射頻放大器二，所述射頻放大器二輸出連接所述環(huán)形器一的接口 1，所述分壓轉(zhuǎn)換電路一連接壓控射頻衰減器一；所述帶通濾波器二連接環(huán)形器二的接口 2，所述環(huán)形器二的接口 3連接高增益低噪聲放大器二，所述高增益低噪聲放大器二連接功分器二，所述功分器二連接低噪聲放大器二和射頻放大器二，所述低噪聲放大器二連接檢波器二，所述檢波器二分別連接電壓轉(zhuǎn)換電路二和施密特觸發(fā)器二的輸入端，所述施密特觸發(fā)器二的輸入端上還連接有參考電平電路二( vref2 )，所述施密特觸發(fā)器二的輸出端連接反相器二和與門二，所述反相器二連接與門一，所述分壓轉(zhuǎn)換電路二連接壓控射頻衰減器二，所述射頻放大器一連接所述環(huán)形器二的接口 I?！N無(wú)射頻開關(guān)的時(shí)分雙工系統(tǒng)的射頻放大器的控制方法，其特征在于，包括如下步驟:
(1)射頻信號(hào)從信號(hào)輸入端口一(a)進(jìn)入，經(jīng)過保護(hù)電路一、帶通濾波器一、環(huán)形器一和高增益低噪聲放大器一后，通過功分器一取出射頻信號(hào)，經(jīng)過低噪聲放大器一和檢波器一進(jìn)行放大器控制；當(dāng)射頻信號(hào)從信號(hào)輸入端口二(b)進(jìn)入，經(jīng)過保護(hù)電路二、帶通濾波器
二、環(huán)形器二和高增益低噪聲放大器二后，通過功分器二取出射頻信號(hào)，經(jīng)過低噪聲放大器二和檢波器二，進(jìn)行放大器控制；
(2)如果檢波器一的輸出電壓超過施密特觸發(fā)器一的上觸發(fā)電平，轉(zhuǎn)步驟(3)，如果檢波器一的輸出電壓低于施密特觸發(fā)器一的下觸發(fā)電平，轉(zhuǎn)步驟(4);
(3)輸出高電平到反相器一和與門一,反相器一輸出低電平，控制與門二輸出低電平關(guān)斷射頻放大器二，如果檢波器二的輸出電壓超過施密特觸發(fā)器二的上觸發(fā)電平，射頻放大器一關(guān)斷；否則如果檢波器二的輸出電壓低于施密特觸發(fā)器二的下觸發(fā)電平，與門一輸出高電平，射頻放大器一開啟，放大后的射頻信號(hào)經(jīng)過環(huán)形器二，帶通濾波器二和保護(hù)電路二從信號(hào)輸入端口二(b)輸出，完成放大功能；
(4)輸出低電平到反相器一和與門一,與門一輸出低電平,射頻放大器一關(guān)閉，反相器一輸出高電平，如果檢波器二的輸出電壓超過施密特觸發(fā)器二的上觸發(fā)電平，輸出高電平到反相器二和與門二，射頻放大器二開啟，放大后的射頻信號(hào)經(jīng)過環(huán)形器一，帶通濾波器一和保護(hù)電路一從信號(hào)輸入端口一(a)輸出，完成放大功能,否則如果檢波器二的輸出電壓低于施密特觸發(fā)器二的下觸發(fā)電平，輸出低電平到反相器二和與門二，射頻放大器二關(guān)閉。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:本發(fā)明采用環(huán)行器對(duì)兩路射頻放大器信號(hào)進(jìn)行隔離與采用射頻開關(guān)的方案相比具有無(wú)響應(yīng)延時(shí)，無(wú)需邏輯控制電路的優(yōu)點(diǎn)，能夠有效避免射頻開關(guān)切換和控制邏輯電路造成的延時(shí)，降低故障幾率。環(huán)形器一、二的隔離度應(yīng)能夠有效地避免端口 I的信號(hào)耦合到端口 3。壓控射頻衰減器一、二應(yīng)具有較低的反射系數(shù)，且在不同的電壓條件下反射系數(shù)變化不大。對(duì)于工程實(shí)現(xiàn)來(lái)說(shuō)，理想放大器制作難度大，成本高，并不適合需要大量安裝的低成本近距離無(wú)線通信應(yīng)用。通過在壓控衰減器一、二后增加一級(jí)具有關(guān)斷使能功能的射頻放大器能夠在提高射頻放大器輸出的同時(shí)提高信號(hào)隔離度，降低系統(tǒng)對(duì)環(huán)行器隔離度指標(biāo)的要求，降低系統(tǒng)成本。射頻放大器
一、二在關(guān)斷狀態(tài)下應(yīng)具有高的隔離度。施密特觸發(fā)器的電平區(qū)間設(shè)置用來(lái)抵消不同輸入信號(hào)強(qiáng)度下壓控衰減器的反射系數(shù)變化導(dǎo)致的檢波器輸入信號(hào)變化，從而提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，施密特觸發(fā)器的上下觸發(fā)電平設(shè)置通過修改參考電平一、二 Vref和分壓電阻一、二來(lái)實(shí)現(xiàn)。射頻放大器一、二的使能通過反相器一、二和與門一、二等簡(jiǎn)單的邏輯器件來(lái)控制。


圖1為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的原理方框圖。圖2為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的流程圖。圖3為本發(fā)明施密特觸發(fā)器一、二的原理方框圖。圖4為本發(fā)明電壓轉(zhuǎn)換電路一、二的原理方框圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的詳細(xì)描述。參見圖1和圖2，本發(fā)明包括信號(hào)輸入端口一(a)、保護(hù)電路一、帶通濾波器一、信號(hào)輸入端口二(b)、保護(hù)電路二、帶通濾波器二，所述帶通濾波器一連接環(huán)形器一的接口 2，所述環(huán)形器一的接口 3連接高增益低噪聲放大器一，所述高增益低噪聲放大器一連接功分器一，所述功分器一連接低噪聲放大器一和射頻放大器一，所述低噪聲放大器一連接檢波器一，所述檢波器一分別連接電壓轉(zhuǎn)換電路一和施密特觸發(fā)器一的輸入端，所述施密特觸發(fā)器一的輸入端上還連接有參考電平電路一 vrefl，所述施密特觸發(fā)器一的輸出端連接反相器一和與門一，所述反相器一連接與門二，所述與門一的輸出連接射頻放大器一，所述與門二的輸出連接射頻放大器二，所述射頻放大器二輸出連接所述環(huán)形器一的接口 1，所述分壓轉(zhuǎn)換電路一連接壓控射頻衰減器一；所述帶通濾波器二連接環(huán)形器二的接口 2，所述環(huán)形器二的接口 3連接高增益低噪聲放大器二，所述高增益低噪聲放大器二連接功分器二，所述功分器二連接低噪聲放大器二和射頻放大器二，所述低噪聲放大器二連接檢波器二，所述檢波器二分別連接電壓轉(zhuǎn)換電路二和施密特觸發(fā)器二的輸入端，所述施密特觸發(fā)器二的輸入端上還連接有參考電平電路二 vref2，所述施密特觸發(fā)器二的輸出端連接反相器二和與門二，所述反相器二連接與門一，所述分壓轉(zhuǎn)換電路二連接壓控射頻衰減器二，所述射頻放大器一連接所述環(huán)形器二的接口 I。一種無(wú)射頻開關(guān)的時(shí)分雙工系統(tǒng)的射頻放大器的控制方法，其特征在于，包括如下步驟:
(1)射頻信號(hào)從信號(hào)輸入端口一(a)進(jìn)入，經(jīng)過保護(hù)電路一、帶通濾波器一、環(huán)形器一和高增益低噪聲放大器一后，通過功分器一取出射頻信號(hào)，經(jīng)過低噪聲放大器一和檢波器一進(jìn)行放大器控制；當(dāng)射頻信號(hào)從信號(hào)輸入端口二(b)進(jìn)入，經(jīng)過保護(hù)電路二、帶通濾波器
二、環(huán)形器二和高增益低噪聲放大器二后，通過功分器二取出射頻信號(hào)，經(jīng)過低噪聲放大器二和檢波器二，進(jìn)行放大器控制；
(2)如果檢波器一的輸出電壓超過施密特觸發(fā)器一的上觸發(fā)電平，轉(zhuǎn)步驟(3)，如果檢波器一的輸出電壓低于施密特觸發(fā)器一的下觸發(fā)電平，轉(zhuǎn)步驟(4);
(3)輸出高電平到反相器一和與門一,反相器一輸出低電平，控制與門二輸出低電平關(guān)斷射頻放大器二，如果檢波器二的輸出電壓超過施密特觸發(fā)器二的上觸發(fā)電平，射頻放大器一關(guān)斷；否則如果檢波器二的輸出電壓低于施密特觸發(fā)器二的下觸發(fā)電平，與門一輸出高電平，射頻放大器一開啟，放大后的射頻信號(hào)經(jīng)過環(huán)形器二，帶通濾波器二和保護(hù)電路二從信號(hào)輸入端口二(b)輸出，完成放大功能；
(4)輸出低電平到反相器一和與門一，與門一輸出低電平，射頻放大器一關(guān)閉，反相器一輸出高電平，如果檢波器二的輸出電壓超過施密特觸發(fā)器二的上觸發(fā)電平，輸出高電平到反相器二和與門二，射頻放大器二開啟，放大后的射頻信號(hào)經(jīng)過環(huán)形器一，帶通濾波器一和保護(hù)電路一從信號(hào)輸入端口一(a)輸出，完成放大功能,否則如果檢波器二的輸出電壓低于施密特觸發(fā)器二的下觸發(fā)電平，輸出低電平到反相器二和與門二，射頻放大器二關(guān)閉。在放大器處于放大過程中時(shí)，同時(shí)根據(jù)輸入信號(hào)強(qiáng)度自動(dòng)調(diào)節(jié)壓控射頻衰減器一、二的衰減量，保證輸出信號(hào)的穩(wěn)定。由于衰減器的反射系數(shù)隨控制電壓的不同會(huì)有差異，以BAP64Q在為例，在完全關(guān)斷時(shí)的反射系數(shù)和無(wú)衰減時(shí)的反射系數(shù)有約10%的差異，檢波器一、二的輸出電平會(huì)隨之發(fā)生變化，通過施密特觸發(fā)器一、二設(shè)置上下門限電壓可以避免當(dāng)射頻輸入信號(hào)較弱處于檢波器檢測(cè)門限附近時(shí)由于射頻信號(hào)強(qiáng)度變化和衰減器調(diào)節(jié)造成的誤判和誤切換操作。這里以正斜率的檢波器為例，當(dāng)采用負(fù)斜率輸出的檢波器時(shí)處理流程類似。只需要對(duì)邏輯控制電路作相應(yīng)改動(dòng)即可。功分器一、二在需要檢測(cè)微弱信號(hào)時(shí)，如無(wú)線通信應(yīng)用，應(yīng)采用威爾金森功分器實(shí)現(xiàn)功率的二等分，如果輸入信號(hào)強(qiáng)度較大，且對(duì)功率損耗較為敏感可采用定向耦合器或非等分功分器。實(shí)例一應(yīng)用于2.4Ghz ISM頻段的信號(hào)中繼器
該信號(hào)中繼器用于2.4Ghz的有線/無(wú)線射頻信號(hào)中繼，當(dāng)應(yīng)用于無(wú)線方式時(shí)信號(hào)中繼器的安裝位置選擇應(yīng)保證兩端口信號(hào)不會(huì)相互干擾。信號(hào)輸入范圍:-90dbm至_55dbm。放大器信號(hào)輸出范圍:_50dbm至_47dbm。工作電壓:3V DC。放大器設(shè)計(jì)注意事項(xiàng):單路放大器整體增益應(yīng)小于環(huán)行器最小隔離度。放大器最大輸出信號(hào)強(qiáng)度經(jīng)過環(huán)行器后應(yīng)小于放大器最小有效輸入信號(hào)強(qiáng)度。高增益低噪聲放大器LNA:兩級(jí)HMC286串聯(lián)，在第一級(jí)HMC286后接3DB衰減器，總增益為35db。經(jīng)功分器后接infineon公司的射頻三極管BFP740，增益為16db@_30dbm，最大輸出功率為-5dbm,用于保護(hù)檢波器輸入端口。當(dāng)輸入射頻信號(hào)為-90dbm時(shí),射頻檢波器AD8314輸入信號(hào)強(qiáng)度為-42dbm，輸出為400mv。當(dāng)輸入射頻信號(hào)〉-55dbm時(shí)，AD8314輸入信號(hào)強(qiáng)度〉_20dbm，輸出為lOOOmv，需要注意的是當(dāng)輸入信號(hào)過大會(huì)造成失真影響系統(tǒng)性能，應(yīng)盡量避免。施密特觸發(fā)器一、二由TI公司的高速精密電壓比較器LMV761組成，設(shè)置施密特觸發(fā)器上觸發(fā)電平為400mv，下觸發(fā)電平為lOOmv。具體設(shè)置如圖3。環(huán)行器一、二工作頻率2.4Ghz—2.5Ghz，隔離度>45db，可選用具有高隔離度的雙節(jié)環(huán)行器，如UIYCDC5028A。電壓轉(zhuǎn)換電路一、二采用TI公司生產(chǎn)的高速零偏差運(yùn)算放大器0PA376組成反向放大器，輸入電壓<400mv時(shí)輸出3V,輸入電壓為Iv時(shí)輸出0V。具體設(shè)置參見圖4。壓控射頻衰減器一、二采用NXP公司的BAP64Q，衰減約-3db@3v，-30db@0v。射頻放大器一、二選用NXP公司的BGA2031，該放大器增益為21db，關(guān)斷狀態(tài)下隔離度>30db。帶通濾波器一、二選用Murata公司的2.4Ghz帶通濾波器LFB212G45CG1B187，插入損耗為0.9db。
保護(hù)電路一、二采用infineon公司的天線保護(hù)管ESD0P2RF-02LS。在本例中，當(dāng)輸入信號(hào)>_55dbm時(shí),放大器輸出為-47dbm,經(jīng)過環(huán)行器45 dbm的衰減后進(jìn)入另一路放大器的信號(hào)強(qiáng)度為_92dbm，小于放大器最小有效信號(hào)強(qiáng)度，滿足設(shè)計(jì)要求。當(dāng)然，上述說(shuō)明并非對(duì)本發(fā)明的限制，本發(fā)明也不僅限于上述舉例，本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)所做出的變化、改型、添加或替換，也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種無(wú)射頻開關(guān)的時(shí)分雙工系統(tǒng)的射頻放大器，包括信號(hào)輸入端口一(a)、保護(hù)電路一、帶通濾波器一、信號(hào)輸入端口二(b)、保護(hù)電路二、帶通濾波器二，其特征是:所述帶通濾波器一連接環(huán)形器一的接口 2，所述環(huán)形器一的接口 3連接高增益低噪聲放大器一，所述高增益低噪聲放大器一連接功分器一，所述功分器一連接低噪聲放大器一和射頻放大器一，所述低噪聲放大器一連接檢波器一，所述檢波器一分別連接電壓轉(zhuǎn)換電路一和施密特觸發(fā)器一的輸入端，所述施密特觸發(fā)器一的輸入端上還連接有參考電平電路一(vrefl)，所述施密特觸發(fā)器一的輸出端連接反相器一和與門一，所述反相器一連接與門二，所述與門一的輸出連接射頻放大器一，所述與門二的輸出連接射頻放大器二，所述射頻放大器二輸出連接所述環(huán)形器一的接口 1，所述分壓轉(zhuǎn)換電路一連接壓控射頻衰減器一；所述帶通濾波器二連接環(huán)形器二的接口 2，所述環(huán)形器二的接口 3連接高增益低噪聲放大器二，所述高增益低噪聲放大器二連接功分器二，所述功分器二連接低噪聲放大器二和射頻放大器二，所述低噪聲放大器二連接檢波器二，所述檢波器二分別連接電壓轉(zhuǎn)換電路二和施密特觸發(fā)器二的輸入端，所述施密特觸發(fā)器二的輸入端上還連接有參考電平電路二( vref2 )，所述施密特觸發(fā)器二的輸出端連接反相器二和與門二，所述反相器二連接與門一，所述分壓轉(zhuǎn)換電路二連接壓控射頻衰減器二，所述射頻放大器一連接所述環(huán)形器二的接口 I。
2.一種無(wú)射頻開關(guān)的時(shí)分雙工系統(tǒng)的射頻放大器的控制方法，其特征在于，包括如下步驟: 射頻信號(hào)從信號(hào)輸入端口一(a)進(jìn)入，經(jīng)過保護(hù)電路一、帶通濾波器一、環(huán)形器一和高增益低噪聲放大器一后，通過功分器一取出射頻信號(hào)，經(jīng)過低噪聲放大器一和檢波器一進(jìn)行放大器控制；當(dāng)射頻信號(hào)從信號(hào)輸入端口二(b)進(jìn)入，經(jīng)過保護(hù)電路二、帶通濾波器二、環(huán)形器二和高增益低噪聲放大器二后，通過功分器二取出射頻信號(hào)，經(jīng)過低噪聲放大器二和檢波器二，進(jìn)行放大器控制； 如果檢波器一的輸出電壓超過施密特觸發(fā)器一的上觸發(fā)電平，轉(zhuǎn)步驟(3)，如果檢波器一的輸出電壓低于施密特觸發(fā)器一的下觸發(fā)電平，轉(zhuǎn)步驟(4); 輸出高電平到反相器一和與門一，反相器一輸出低電平，控制與門二輸出低電平關(guān)斷射頻放大器二，如果檢波器二的輸出電壓超過施密特觸發(fā)器二的上觸發(fā)電平，射頻放大器一關(guān)斷；否則如果檢波器二的輸出電壓低于施密特觸發(fā)器二的下觸發(fā)電平，與門一輸出高電平，射頻放大器一開啟，放大后的射頻信號(hào)經(jīng)過環(huán)形器二，帶通濾波器二和保護(hù)電路二從信號(hào)輸入端口二(b)輸出，完成放大功能； 輸出低電平到反相器一和與門一，與門一輸出低電平，射頻放大器一關(guān)閉，反相器一輸出高電平，如果檢波器二的輸出電壓超過施密特觸發(fā)器二的上觸發(fā)電平，輸出高電平到反相器二和與門二，射頻放大器二開啟，放大后的射頻信號(hào)經(jīng)過環(huán)形器一，帶通濾波器一和保護(hù)電路一從信號(hào)輸入端口一(a)輸出，完成放大功能,否則如果檢波器二的輸出電壓低于施密特觸發(fā)器二的下觸發(fā)電平，輸出低電平到反相器二和與門二，射頻放大器二關(guān)閉。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無(wú)射頻開關(guān)的時(shí)分雙工系統(tǒng)的射頻放大器及其控制方法，包括信號(hào)輸入端口一(a)、保護(hù)電路一、帶通濾波器一、其特征是所述帶通濾波器一連接環(huán)形器一的接口2，所述環(huán)形器一的接口3連接高增益低噪聲放大器一，所述高增益低噪聲放大器一連接功分器一，所述功分器一連接低噪聲放大器一和射頻放大器一，所述低噪聲放大器一連接檢波器一，所述檢波器一分別連接電壓轉(zhuǎn)換電路一和施密特觸發(fā)器一的輸入端，所述施密特觸發(fā)器一的輸入端上還連接有參考電平電路一(vref1)，所述施密特觸發(fā)器一的輸出端連接反相器一和與門一，所述反相器一連接與門二，所述與門一的輸出連接射頻放大器一，所述與門二的輸出連接射頻放大器二。
文檔編號(hào)H03F3/62GK103117795SQ20131002674
公開日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2013年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月24日
發(fā)明者付勇, 郭強(qiáng), 孔祥龍, 劉瑞霞, 王英龍 申請(qǐng)人:山東省計(jì)算中心