專利名稱：一種新型手持式電話系統(tǒng)基站放大器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種手持式電話系統(tǒng)基站放大器。
背景技術：
我國現(xiàn)行的PHS手持式電話系統(tǒng)基站網(wǎng)絡采用的是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，并且增加了切換的次數(shù)，斷線的概率大。為此，國內很多通信設備廠商研發(fā)了輸出功率5W的手持式電話系統(tǒng)基站放大器，該放大器可直接放大基站信號以擴大覆蓋范圍。但當采用了5W的基站放大器后，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(wǎng)絡的大功率覆蓋和提高其基站接收靈敏度是制約PHS網(wǎng)絡系統(tǒng)進一步走向完善的重要瓶頸。

發(fā)明內容
本實用新型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(tǒng)基站網(wǎng)絡的基站接收靈敏度，使得當網(wǎng)絡下行覆蓋功率提高后，系統(tǒng)仍可保持上下行平衡的新型手持式電話系統(tǒng)基站放大器。
實現(xiàn)上述實用新型目的的技術解決方案如下一種新型手持式電話系統(tǒng)基站放大器，其特征在于包括耦合器、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(huán)行器和3個3分貝電橋，每個環(huán)行器有輸入、輸出和隔離三個接口，4個環(huán)行器中的每兩個環(huán)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(huán)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(huán)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雙極型晶體管組成的兩級放大；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雙極型晶體管的輸入端，兩個SGA-6489雙極型晶體管的輸出端分別連接后一個3分貝電橋的兩個輸入端；前一個3分貝電橋的一個端口為輸入端，一個端口接地；后一個3分貝電橋的一個端口為輸出端，一個端口接地。
根據(jù)上述1所述的一種新型手持式電話系統(tǒng)基站放大器，其特征在于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接到雙極型晶體管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端口，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端口；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電壓經并聯(lián)的三個電阻R7、R8、R9后，再通過電容C4接到雙極型晶體管SGA-6489的第3腳，在電阻R9和電容C4之間，并聯(lián)對地三個電容C8、C9、C10。
PHS手持式電話系統(tǒng)基站放大器在常規(guī)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的兩個輸入端口，再從3分貝電橋SQH-A01的另外兩個輸出端口輸出信號，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(tǒng)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，合路并不是必須的。)，但噪聲系數(shù)將增加一倍，可達3.5分貝以上。
本實用新型采用了4個低噪聲放大器LNA1、LNA2、LNA3、LNA4分別獨立輸出的方案，可使每一路的噪聲系數(shù)降低到1.6分貝。
當加裝基站放大器后，基站的接收靈敏度將主要取決于前級的基站放大器的噪聲系數(shù)，這是因為系統(tǒng)噪聲系數(shù)主要取決于系統(tǒng)第一級的噪聲系數(shù)。如下式所示。
NF＝F1+(F2-1)/G1+(F3-1)/G1*G2+-----式中F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3…是第一級到第三級的噪聲系數(shù)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(tǒng)的噪聲系數(shù)主要取決于第一級的噪聲系數(shù)F1。也就是說基站與基站放大器所形成的系統(tǒng)的噪聲系數(shù)將主要取決于基站放大器的噪聲系數(shù)。而系統(tǒng)接收靈敏度將主要取決于系統(tǒng)噪聲系數(shù)，也就是說加裝基站放大器后，基站的接收靈敏度將主要取決于基站放大器的噪聲系數(shù)。因此，本實用新型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系數(shù)，從而提高基站接收靈敏度，解決PHS網(wǎng)絡大功率覆蓋后的上下行不平衡的問題。
與常規(guī)設計方案相比，本實用新型專利所設計的手持式電話系統(tǒng)基站放大器的低噪聲放大電路和方案，可使系統(tǒng)噪聲系數(shù)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(wǎng)絡大功率覆蓋后上下行鏈路的平衡問題。


圖1為本實用新型結構框圖，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。
具體實施方式
以下結合附圖，通過實例對本實用新型作進一步地說明。
參見圖1，一種新型手持式電話系統(tǒng)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于接收上行信號，并進行低噪聲處理和放大；高線性功率放大器用于大功率放大下行發(fā)射信號；4口耦合器用于給上行、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，然后送給功率放大器；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端口，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端口，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(huán)行器和3個3分貝(3dB)電橋，每個環(huán)行器有輸入、輸出和隔離三個接口，4個環(huán)行器中的每兩個環(huán)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(huán)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(huán)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，用于給上行、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，然后送給功率放大器；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(huán)行器有3個接口，并且可以互易，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(huán)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(huán)行器第3口的輸出信號先用3分貝(3dB)電橋兩兩合成，最后再用一個3分貝(3dB)電橋合成后輸出4口耦合器，并接到功率放大器(PA)的輸入口。如上述連接后，則4個低噪聲放大器的信號進入4口耦合器后，分別從4個環(huán)行器的1口輸入，而又從4個環(huán)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口耦合器后，分別從4個環(huán)行器的2口輸入，此時1口被隔離，信號從環(huán)行器的3口輸出，然后4路信號用3個3分貝(3dB)電橋兩次合成后從4口耦合器輸出，并送入功率放大器。
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口耦合器的輸出端口，2個下行信號輸出口，分別是TX1、TX2?；镜南滦行盘柦?口耦合器合成后輸入功率放大器，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四個端口的任一口輸入時，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，而與之相鄰的端口則接50歐姆匹配負載。兩路信號分別經過兩級放大后，分別從TX1、TX2輸出基站放大器，并經下行發(fā)射天線發(fā)送給手機用戶。上述兩級放大中，第一級可采用WJ公司的500mW功率管AH102，第二級可采用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雙極型晶體管組成的兩級放大；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雙極型晶體管的輸入端，兩個SGA-6489雙極型晶體管的輸出端分別連接后一個3分貝(3dB)電橋的兩個輸入端；前一個3分貝(3dB)電橋的一個端口為輸入端，一個端口接地；后一個3分貝(3dB)電橋的一個端口為輸出端，一個端口接地。
如圖4，從基站放大器接收天線收到的信號經LNA1 OUT進入LNA1后，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放大后從漏級輸出，再通過C4接到SGA-6489的第1腳，經SGA-6489放大后再通過C7接到輸出合成3分貝(3dB)電橋的一個接入端口，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)電橋的另一個接入端口，經該3分貝電橋合成后，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，并且C5接到R3和L3之間到地濾波，C6接到E點5V供電端口到地濾波。R3和L3中間經R2和R1分壓，其中R1接地，分壓后再依次經R5、R4、L4，最后接到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電壓經并聯(lián)的三個電阻R7、R8、R9后，再通過C4接到SGA-6489的第3腳并給它供5V電壓，在R9和C4之間，并聯(lián)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(tài)范圍大、噪聲系數(shù)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，噪聲系數(shù)小于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(wǎng)絡，L4、C4為輸出高通阻抗匹配網(wǎng)絡，C2、C5為匹配網(wǎng)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，這里R3起到反饋作用從而保持漏級電流的穩(wěn)定，R5為柵級提供限流作用。
第二級為Stanford公司SiGe雙極型晶體管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(wǎng)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(wěn)定性。但這里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分貝后，再經3分貝(3dB)電橋SQH-A01合成為一路信號，從LNA1 OUT輸出，并送入4口耦合器的其中一個上行輸入端口。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(tǒng)上行和系統(tǒng)下行兩部分系統(tǒng)上行工作原理手機用戶的上行信號被基站放大器4個接收天線收到后，分別經RX1、RX2、RX3、RX4四個射頻輸入端口送給LNA1、LNA2、LNA3、LNA4四個低噪聲放大器，經低噪聲處理并放大后送入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，并進入基站，4路信號將在基站的射頻前端進行合成處理。
系統(tǒng)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后，送入功率放大器(PA)，經大功率放大后通過TX1和TX2口送出基站放大器，再經發(fā)射天線發(fā)送給手機用戶。
權利要求1.一種新型手持式電話系統(tǒng)基站放大器，其特征在于包括耦合器、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(huán)行器和3個3分貝電橋，每個環(huán)行器有輸入、輸出和隔離三個接口，4個環(huán)行器中的每兩個環(huán)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(huán)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(huán)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雙極型晶體管組成的兩級放大；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雙極型晶體管的輸入端，兩個SGA-6489雙極型晶體管的輸出端分別連接后一個3分貝電橋的兩個輸入端；前一個3分貝電橋的一個端口為輸入端，一個端口接地；后一個3分貝電橋的一個端口為輸出端，一個端口接地。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種新型手持式電話系統(tǒng)基站放大器，其特征在于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接到雙極型晶體管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端口，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端口；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電壓經并聯(lián)的三個電阻R7、R8、R9后，再通過電容C4接到雙極型晶體管SGA-6489的第3腳，在電阻R9和電容C4之間，并聯(lián)對地三個電容C8、C9、C10。
專利摘要本實用新型涉及手持式電話系統(tǒng)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(huán)形器和2個3分貝電橋組成的4口耦合器。本實用新型可使系統(tǒng)噪聲系數(shù)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(wǎng)絡大功率覆蓋后的上下行不平衡的問題。
文檔編號H04W52/14GK2770258SQ20042012123
公開日2006年4月5日 申請日期2004年12月31日 優(yōu)先權日2004年12月31日
發(fā)明者胡軍, 都基焱, 崔浩, 張毅 申請人:胡軍