一種新型手持式電話系統基站放大器的製作方法
2024-02-09 17:34:15
專利名稱：一種新型手持式電話系統基站放大器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種手持式電話系統基站放大器。
背景技術：
我國現行的PHS手持式電話系統基站網絡採用的是1.9GHz微波頻段，所以其穿透能力比較差，加之基站功率(10mW)比較小，所以其信號覆蓋比較差，並且增加了切換的次數，斷線的概率大。為此，國內很多通信設備廠商研發了輸出功率5W的手持式電話系統基站放大器，該放大器可直接放大基站信號以擴大覆蓋範圍。但當採用了5W的基站放大器後，雖可解決大功率覆蓋的問題，但卻帶來一個嚴重的問題上行、下行不平衡的問題更加嚴重。這是因為基站接收靈敏度的提高一直是一個困難的問題。因此，解決PHS網絡的大功率覆蓋和提高其基站接收靈敏度是制約PHS網絡系統進一步走向完善的重要瓶頸。
發明內容
本發明的目的是提供一種具有大功率覆蓋、可大幅度提高PHS手持式電話系統基站網絡的基站接收靈敏度，使得當網絡下行覆蓋功率提高後，系統仍可保持上下行平衡的新型手持式電話系統基站放大器。
實現上述發明目的的技術解決方案如下一種新型手持式電話系統基站放大器，其特徵在於包括耦合器、4個低噪聲放大器和高線性功率放大器；所述耦合器包括4個環行器和3個3分貝電橋，每個環行器有輸入、輸出和隔離三個接口，4個環行器中的每兩個環行器的隔離口分別與一個3分貝電橋的兩個輸入口連接；兩個連接環行器的3分貝電橋的一個輸出口分別連接著第三個3分貝電橋的兩個輸入口，第三個3分貝電橋的輸出口連接著高線性功率放大器PA的輸入口中；4個環行器的輸入端分別連接著低噪聲放大器，其輸出端分別連接著基站放大器J1、J2、J3、J4；所述低噪聲放大器包括兩條平衡式放大支路和兩個3分貝電橋，每條平衡式放大支路分別包括ATF-554143場效應管和SGA-6489雙極型電晶體組成的兩級放大；其中兩個ATF-554143場效應管的柵級分別連接著前一個3分貝電橋的兩個輸出端，兩個ATF-554143場效應管的漏級分別連接著SGA-6489雙極型電晶體的輸入端，兩個SGA-6489雙極型電晶體的輸出端分別連接後一個3分貝電橋的兩個輸入端；前一個3分貝電橋的一個埠為輸入端，一個埠接地；後一個3分貝電橋的一個埠為輸出端，一個埠接地。
根據上述1所述的一種新型手持式電話系統基站放大器，其特徵在於所述低噪聲放大器包括兩條平衡式放大支路和兩個3分貝電橋，3分貝電橋的一個接口為輸入口，而與之相對的另兩個接口分別接兩條放大支路，與之相鄰的一個接口接50歐姆匹配負載；3分貝電橋上支路經電感L1接地，電容C1接到場效應管ATF-54143的柵級，電容C4接到雙極型電晶體SGA-6489的第1腳，電容C7接到輸出合成3分貝電橋的一個接入埠，下半部分放大支路的也經另一個電容C7接到輸出合成3分貝電橋的另一個接入埠；5V供電端E點接到電阻R3上，電感L3接到場效應管ATF-54143的漏級，電容C5接到電阻R3和電感L3之間，電容C6接到5V供電端E點；電阻R3和電感L3中間經電阻R2和R1分壓，其中電阻R1接地，再依次經電阻R5、R4、電感L4接到場效應管ATF-54143的柵級，電容C3接到電阻R5和R4之間，電容C2接到電阻R4和電感L4之間；F點12V電壓經並聯的三個電阻R7、R8、R9後，再通過電容C4接到雙極型電晶體SGA-6489的第3腳，在電阻R9和電容C4之間，並聯對地三個電容C8、C9、C10。
PHS手持式電話系統基站放大器在常規設計中，把上行的4個低噪聲放大器LNA1和LNA2、LNA3和LNA4通過3分貝電橋SQH-A01形成兩兩合路再分路的輸出特點，也就是說，先把兩個低噪聲放大器輸出端連接到一個3分貝電橋SQH-A01的兩個輸入埠，再從3分貝電橋SQH-A01的另外兩個輸出埠輸出信號，則形成了兩個低噪聲放大器先合路再分路的輸出特點。
上述先合路再分路的輸出特點，表面上可帶來系統分集接收的好處(實質上基站內部可完成此功能，對前端的基站放大器而言，合路並不是必須的。)，但噪聲係數將增加一倍，可達3.5分貝以上。
本發明採用了4個低噪聲放大器LNA1、LNA2、LNA3、LNA4分別獨立輸出的方案，可使每一路的噪聲係數降低到1.6分貝。
當加裝基站放大器後，基站的接收靈敏度將主要取決於前級的基站放大器的噪聲係數，這是因為系統噪聲係數主要取決於系統第一級的噪聲係數。如下式所示。
NF＝F1+(F2-1)/G1+(F3-1)/G1*G2+-----式中F1，F2，F3…是第一級到第三級的 噪聲係數G1，G2…是第一級到第二級的增益從上式中可以看出，多級放大系統的噪聲係數主要取決於第一級的噪聲係數F1。也就是說基站與基站放大器所形成的系統的噪聲係數將主要取決於基站放大器的噪聲係數。而系統接收靈敏度將主要取決於系統噪聲係數，也就是說加裝基站放大器後，基站的接收靈敏度將主要取決於基站放大器的噪聲係數。因此，本發明專利中的低噪聲放大器設計方案，可降低基站放大器的噪聲係數，從而提高基站接收靈敏度，解決PHS網絡大功率覆蓋後的上下行不平衡的問題。
與常規設計方案相比，本發明專利所設計的手持式電話系統基站放大器的低噪聲放大電路和方案，可使系統噪聲係數從3.5分貝以上降低到1.6分貝以下，增益達30分貝以上，從而大幅度提高基站的接收靈敏度，解決PHS網絡大功率覆蓋後上下行鏈路的平衡問題。
圖1為本發明結構框圖，圖2為耦合器原理圖，圖3為功率放大器原理圖，圖4低噪聲放大器電路原理圖。
具體實施例方式
下面結合附圖，通過實例對本發明作進一步地說明。
參見圖1，一種新型手持式電話系統基站放大器包括耦合器、4個低噪聲放大器和高線性功率放大器PA。
其中低噪聲放大器用於接收上行信號，並進行低噪聲處理和放大；高線性功率放大器用於大功率放大下行發射信號；4口耦合器用於給上行、下行信號提供雙工通路，4路下行信號在4口耦合器中進行了合成處理，然後送給功率放大器；而對上行信號而言，4口耦合器只提供了上下行信號分離的通路。該放大器共有10個外部射頻接口，分別是J1、J2、J3、J4、RX1、RX2、RX3、RX4、TX1、TX2，其中J1、J2、J3、J4是基站放大器與基站的直接耦合口，RX1、RX2、RX3、RX4是基站放大器的上行接收埠，使用時分別接基站放大器的4根接收天線；TX1、TX2是基站放大器下行信號輸出埠，使用時分別接基站放大器的2根接收天線。
耦合器包括4個環行器和3個3分貝(3dB)電橋，每個環行器有輸入、輸出和隔離三個接口，4個環行器中的每兩個環行器的隔離口分別與一個3分貝(3dB)電橋的兩個輸入口連接；兩個連接環行器的3分貝(3dB)電橋的一個輸出口分別連接著第三個3分貝(3dB)電橋的兩個輸入口，第三個3分貝(3dB)電橋的輸出口連接著高線性功率放大器PA的輸入口中；4個環行器的輸入端分別連接著低噪聲放大器，其輸出端分別連接著基站放大器J1、J2、J3、J4，見圖2。
該耦合器為4口耦合器，用於給上行、下行信號提供雙工通路，4路下行信號在4口耦合器中進行了合成處理，然後送給功率放大器；而對上行信號而言，4口耦合器只提供了上下行信號分離的通路。
該耦合器的環行器有3個接口，並且可以互易，當信號從1口接入時，則從2口輸出，而3口為隔離口。3分貝(3dB)電橋有4個接口，也可以互易，當兩個信號從1口、2口接入時，則在3口或4口輸出兩個信號的合成信號，輸出的合成信號功率比任一個輸入信號的功率大1倍，故稱3分貝電橋。4個環行器的1口分別接低噪聲放大器LNA1、LNA2、LNA3、LNA4的輸入口，即LNA1 OUT、LNA2 OUT、LNA3 OUT、LNA4 OUT口；2口分別接J1、J2、J3、J4；4個環行器第3口的輸出信號先用3分貝(3dB)電橋兩兩合成，最後再用一個3分貝(3dB)電橋合成後輸出4口耦合器，並接到功率放大器(PA)的輸入口。如上述連接後，則4個低噪聲放大器的信號進入4口耦合器後，分別從4個環行器的1口輸入，而又從4個環行器的2口輸出，經J1、J2、J3、J4直接進入基站。反之，基站的4路信號從J1、J2、J3、J4進入4口耦合器後，分別從4個環行器的2口輸入，此時1口被隔離，信號從環行器的3口輸出，然後4路信號用3個3分貝(3dB)電橋兩次合成後從4口耦合器輸出，並送入功率放大器。
參見圖3，功率放大器PA有3個接口，1個下行信號輸入口，接到圖2中4口耦合器的輸出埠，2個下行信號輸出口，分別是TX1、TX2。基站的下行信號經4口耦合器合成後輸入功率放大器，先經1個3分貝(3dB)電橋分成兩路信號，此時，3分貝(3dB)電橋起功分器的作用，當信號從A、B、C、D四個埠的任一口輸入時，與之相對的兩個口將把輸入信號等分成兩個功率相同的輸出信號，而與之相鄰的埠則接50歐姆匹配負載。兩路信號分別經過兩級放大後，分別從TX1、TX2輸出基站放大器，並經下行發射天線發送給手機用戶。上述兩級放大中，第一級可採用WJ公司的500mW功率管AH102，第二級可採用Motorola公司的20W功率管MWIC2030，這樣則可做出增益為20分貝、輸出功率為5W、三階互調為30dBc以上的功率放大器。
參見圖4，低噪聲放大器包括兩條平衡式放大支路和兩個3分貝(3dB)電橋，每條平衡式放大支路分別包括ATF-554143場效應管和SGA-6489雙極型電晶體組成的兩級放大；其中兩ATF-554143場效應管的柵級分別連接著前一個3分貝電橋的兩個輸出端，兩個ATF-554143場效應管的漏級分別連接著SGA-6489雙極型電晶體的輸入端，兩個SGA-6489雙極型電晶體的輸出端分別連接後一個3分貝(3dB)電橋的兩個輸入端；前一個3分貝(3dB)電橋的一個埠為輸入端，一個埠接地；後一個3分貝(3dB)電橋的一個埠為輸出端，一個埠接地。
如圖4，從基站放大器接收天線收到的信號經LNA1 OUT進入LNA1後，LNA1 OUT接到輸入分路3分貝(3dB)電橋的其中一個接口，而與之相對的兩個接口分別接兩條放大支路，與之相鄰的一個接口接50歐姆匹配負載。圖4中3分貝電橋上支路經電感L1接地，同時經C1接到ATF-54143的柵級，經ATF-54143放大後從漏級輸出，再通過C4接到SGA-6489的第1腳，經SGA-6489放大後再通過C7接到輸出合成3分貝(3dB)電橋的一個接入埠，同時下半部分放大支路的信號也經另一個C7接到輸出合成3分貝(3dB)電橋的另一個接入埠，經該3分貝電橋合成後，從LNA1 OUT口輸出。圖4中E點5V電壓接到電阻R3上，再經L3接到ATF-54143的漏級，給它供4V電壓，並且C5接到R3和L3之間到地濾波，C6接到E點5V供電埠到地濾波。R3和L3中間經R2和R1分壓，其中R1接地，分壓後再依次經R5、R4、L4，最後接到ATF-54143的柵級，給柵級供0.6V電壓，途中C3接到R5和R4之間對地濾波，C2接到R4和L4之間對地濾波。F點12V電壓經並聯的三個電阻R7、R8、R9後，再通過C4接到SGA-6489的第3腳並給它供5V電壓，在R9和C4之間，並聯對地三個電容C8、C9、C10用來濾波。
其中每條放大支路都是兩級放大。第一級為Agilent公司增強型場效應管ATF-54143，該功率管具有動態範圍大、噪聲係數低、輸出三階截斷點高等特點。在PHS的1.9GHz頻段可達到13分貝增益，噪聲係數小於1分貝，圖中A點為ATF54143的GATE級，即柵級，正常工作時，A點電壓為0.6V，B點為ATF-54143的DRAIN級，即漏級，正常工作時，B點電壓為4.0V左右；L1、C1為輸入阻抗匹配網絡，L4、C4為輸出高通阻抗匹配網絡，C2、C5為匹配網絡提供低阻抗的射頻旁路；C3、C6為低頻旁路電容，用以濾除低頻混頻產物；5V電壓通過R3為DRAIN級提供4V左右偏置電壓，R1和R2對漏級電壓形成分壓為柵級提供0.6V偏置電壓，這裡R3起到反饋作用從而保持漏級電流的穩定，R5為柵級提供限流作用。
第二級為Stanford公司SiGe雙極型電晶體SGA-6489，在1.9GHz頻段該管輸出三階截斷點為34dBm，G＝17分貝，P-1＝18.5分貝。圖2中，C7為其隔直電容，12V電壓通過R7、R8、R9形成5V的偏置電壓，同時R7、R8、R9起到限流作用，L4及C8、C9、C10形成濾波網絡。
兩條平衡式放大支路在輸出口合成從而形成完整的低噪聲放大器，這樣可帶來良好的輸入輸出匹配效果，同時也可提高設備穩定性。但這裡的兩條放大支路必須保證完全平衡。
上行信號經LNA1 IN進入低噪聲放大器LNA1，先經3分貝(3dB)電橋SQH-A01平分為兩路，每一路信號經ATF-54143和SGA-6489放大30分貝後，再經3分貝(3dB)電橋SQH-A01合成為一路信號，從LNA1 OUT輸出，並送入4口耦合器的其中一個上行輸入埠。低噪聲放大器LNA2具有同樣的工作原理。
該基站放大器的工作原理分為系統上行和系統下行兩部分系統上行工作原理手機用戶的上行信號被基站放大器4個接收天線收到後，分別經RX1、RX2、RX3、RX4四個射頻輸入埠送給LNA1、LNA2、LNA3、LNA4四個低噪聲放大器，經低噪聲處理並放大後送入4口耦合器，再經4口耦合器的上行通路分別由J1、J2、J3、J4送出基站放大器，並進入基站，4路信號將在基站的射頻前端進行合成處理。
系統下行工作原理從基站來的下行信號通過J1、J2、J3、J4直接進入基站放大器的4口耦合器，在4口耦合器中進行合成處理後，送入功率放大器(PA)，經大功率放大後通過TX1和TX2口送出基站放大器，再經發射天線發送給手機用戶。
權利要求
1.一種新型手持式電話系統基站放大器，其特徵在於包括耦合器、4個低噪聲放大器和高線性功率放大器；所述耦合器包括4個環行器和3個3分貝電橋，每個環行器有輸入、輸出和隔離三個接口，4個環行器中的每兩個環行器的隔離口分別與一個3分貝電橋的兩個輸入口連接；兩個連接環行器的3分貝電橋的一個輸出口分別連接著第三個3分貝電橋的兩個輸入口，第三個3分貝電橋的輸出口連接著高線性功率放大器PA的輸入口中；
4個環行器的輸入端分別連接著低噪聲放大器，其輸出端分別連接著基站放大器J1、J2、J3、J4；所述低噪聲放大器包括兩條平衡式放大支路和兩個3分貝電橋，每條平衡式放大支路分別包括ATF-554143場效應管和SGA-6489雙極型電晶體組成的兩級放大；其中兩個ATF-554143場效應管的柵級分別連接著前一個3分貝電橋的兩個輸出端，兩個ATF-554143場效應管的漏級分別連接著SGA-6489雙極型電晶體的輸入端，兩個SGA-6489雙極型電晶體的輸出端分別連接後一個3分貝電橋的兩個輸入端；前一個3分貝電橋的一個埠為輸入端，一個埠接地；後一個3分貝電橋的一個埠為輸出端，一個埠接地。
2.根據權利要求1所述的一種新型手持式電話系統基站放大器，其特徵在於所述低噪聲放大器包括兩條平衡式放大支路和兩個3分貝電橋，3分貝電橋的一個接口為輸入口，而與之相對的另兩個接口分別接兩條放大支路，與之相鄰的一個接口接50歐姆匹配負載；3分貝電橋上支路經電感L1接地，電容C1接到場效應管ATF-54143的柵級，電容C4接到雙極型電晶體SGA-6489的第1腳，電容C7接到輸出合成3分貝電橋的一個接入埠，下半部分放大支路的也經另一個電容C7接到輸出合成3分貝電橋的另一個接入埠；5V供電端E點接到電阻R3上，電感L3接到場效應管ATF-54143的漏級，電容C5接到電阻R3和電感L3之間，電容C6接到5V供電端E點；電阻R3和電感L3中間經電阻R2和R1分壓，其中電阻R1接地，再依次經電阻R5、R4、電感L4接到場效應管ATF-54143的柵級，電容C3接到電阻R5和R4之間，電容C2接到電阻R4和電感L4之間；F點12V電壓經並聯的三個電阻R7、R8、R9後，再通過電容C4接到雙極型電晶體SGA-6489的第3腳，在電阻R9和電容C4之間，並聯對地三個電容C8、C9、C10。
全文摘要
本發明涉及手持式電話系統基站放大器。其特點是包括耦合器、4個低噪聲放大器和高線性功率放大器；所述耦合器為由4個環形器和2個3分貝電橋組成的4口耦合器。本發明可使系統噪聲係數從3.5分貝以上降低到1.6分貝以下，增益達30分貝以上，從而提高基站接收靈敏度，解決PHS網絡大功率覆蓋後的上下行不平衡的問題。
文檔編號H04W88/08GK1801973SQ20041010323
公開日2006年7月12日 申請日期2004年12月31日 優先權日2004年12月31日
發明者胡軍, 都基焱, 崔浩, 張毅 申請人:胡軍