一种适用于空地自组网节点长间距传输和高速移动的功率放大器制造技术

本发明专利技术公开一种适用于空地自组网节点长间距传输和高速移动的功率放大器，是一种以无定形扁平化空地自组织网络系统为研究对象，适用于该网络协议的2.4GHz双向功率放大器，既能支持自组网节点高速移动，又能延长各个自组织网节点之间的通信距离。所设计的功率放大器实物测试指标为：频段范围在2.4GHz

【技术实现步骤摘要】
一种适用于空地自组网节点长间距传输和高速移动的功率放大器


[0001]本专利技术涉及无定形扁平化空地无线自组网节点射频领域，是一种适用于空地自组网节点长间距传输和高速移动的功率放大器。

技术介绍

[0002]随着2G，3G，4G技术的稳态发展，5G技术地不断推进，6G技术新概念的提出，现如今的无线通信面临着越来越严峻的挑战，尤其面对无线节点之间如何实现长间距信号传输和如何在高速移动过程中保持组网拓扑结构稳定成为为当今研究的重点问题。
[0003]如果以目前现有的蜂窝网络和Wi
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Fi自组网作为基础进行无线组网节点长间距传输研究似乎是一个很不错的想法，但是两者存在难以克服的问题和困难，比如蜂窝网络信号传输时虽然频谱效率高，应用广泛，但是其是以铁塔为中心的定形网络，规划和建设时间长，耗费大量人力物力。Wi
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Fi自组网虽然简洁方便，传输稳定，但是其传播距离短，对于节点长间距传输的需求并不是很广泛，目前理论研究偏多。
[0004]周正轩等人在《一种应用于2.4GHz系统的F类功率放大器》一文中，提出一种应用于2.4GHz ISM频段的WLAN 802.11b/g协议功率放大器。如图1所示，该放大器工作在F类，工作电压为5V，由仿真结果表明：在2.4GHz频段内，1dB压缩点时的输出功率为31.7dBm，输出效率为51.8％，PAE可以达到49％。功率增益大于35dB。
[0005]由MOHANAD ABDULHAMID在”ON THE DESIGN OF CLASS
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J MICROW A VE POWER AMPLIFIER”一文中提出一种低失真20dBm的2.4GHz功率放大器，工作于J类。该放大器基于AVAGO公司的ATF
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52189晶体管设计，最终漏极效率为69％，输出功率为21dBm。该功率放大器非常接近预测的J类波形、功率输出和效率性能。
[0006]陈福栈等人在《一种基于自适应偏置的2.4GHz CMOS功率放大器》一文中提出了一种工作在2.4GHz的CMOS功率放大器，如图2所示设计中使用了单端自适应偏置电路，避免PA中形成环路，保证PA的稳定性。单端自适应偏置电路可以根据PA输入或输出功率大小调整偏置电压高低，提升PA的线性度。PA的结构如图4所示，为单端输入单端输出的三级结构，由输入至输出端分别为驱动级(A类)、中间级(AB类)和输出级(AB类)，使用0.18μm CMOS工艺。自适应偏置电路对A类PA性能提升有限，因此驱动级使用传统偏置电路，中间级和输出级均使用自偏置电路。PA的输出端增加了2阶、3阶谐波滤除网络以增加线性度。测试结果表明PA的增益为26.8dB、输入输出回波损耗均小于
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10dB。PA的峰值PAE及功率回退6dB处PAE分别为24％及14％,输出1dB压缩点达23.5dBm。
[0007]Gadallah等人在"A high
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efficiency,low
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power 2.4GHz class AB PA for WBAN applications using load pull,"一文中，针对无线体域网设计的2.4GHz功率放大器，使用TSMC 0.18μm工艺，测量结果表明：2.4GHz时增益为14dB，输入回波损耗为
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14.5dB，输出回波损耗为
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26dB，最大功率附加效率(PAE)为39.5％，输入1dB压缩点为9.5dBm，需要1.8V供电，功耗为6mW。该PA功耗低但线性度较差，功率较低。
[0008]王志方等人在“The Air
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Ground Integrated MIMO Cooperative Relay Beamforming Wireless Ad
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Hoc Network Technology Research That Based on Maximum Ratio Combining”一文中，在无定形扁平化无线自组织网络系统的基础上提出了无定型扁平化空地无线自组织网络平台系统，该网络平台系统将四旋翼无人机空中中继节点和地面中继节点形成联合中继，具备相互补盲作用，为后续实现组网节点长距离传输提供了完备的实验测试平台，其基本框架结构如图3所示。
[0009]上述无定形扁平化空地无线自组织网络平台系统，整体网络协议适应于节点长距离传输和扁平化自组织，即满足无线自组织网络节点相互之间可以实现长间距传输并且网络形状随传输需求改变而改变。
[0010]前述2.4GHz功率放大器主要为单向传输，仅适用于802.11.b/n协议，不适用于无定形扁平化空地无线自组织网络平台系统，无法进行双向信号传输，同时也不支持组网节点高速移动。

技术实现思路

[0011]针对上述问题，本专利技术提出一种适用于空地自组网节点长间距传输和高速移动的功率放大器，应用于无定形扁平化空地无线自组织网络平台系统，其网络协议适应于节点长距离传输和扁平化自组织，即满足无线自组织网络节点相互之间可以实现长间距传输并且网络形状随传输需求改变而改变，以此满足无线自组网节点相互之间能够实现长间距传输，并能支持组网节点高速移动。
[0012]本专利技术适用于空地自组网节点长间距传输和高速移动的功率放大器，接入无定形扁平化空地无线自组织网络系统中，用于接收信号源信号；随后通过高增益天线进行放大转发，经过长距离传输，最终传输至车载信宿节点，而车载信宿节点将所收到的经放大转发过来的信号进行反馈回传，整体形成一个回路。
[0013]本专利技术适用于空地自组网节点长间距传输和高速移动的功率放大器，包括射频输入接口、射频输出接口、射频单刀双掷开关、PA直流偏置的电路、PA匹配电路、LNA直流偏置电路、LNA匹配电路、过滤器、功率检测模块以及时序控制模块。
[0014]控制中心发出组网节点控制指令信号作为初始信号源，初始信号源经射频输入接口输入至功率放大器后，经射频单刀双掷开关控制输入至PA，实现信号源信号放大；放大信号经过过滤器过滤其他相关的干扰噪声，最后再次经过射频单刀双掷开关控制，由天线向目标信宿节点发送信号。同时，经过天线接收到信宿节点的信号，经过射频单刀双掷开关控制，输入至柏克莱封包过滤器，进行噪声过滤；过滤后的信号输入LNA，由LNA对微弱信号进行放大；放大后的信号经过射频单刀双掷开关控制，经射频输入接口后发送至组网节点，最终由组网节点反馈至计算机；由此通过上述结构功率放大器实现信宿节点信号完整双向反馈。
[0015]所述功率检测模块与时序控制模块均连接PA和LNA的输出端；其中，功率检测模块用来对经过滤器过滤后的信号进行检测，得到功率放大器的状态、温度和输出功率；时序控制模块用于实现TTL功能,并进行时序控制。
[0016]本专利技术的优点在于：
[0017]1、本专利技术适用于空地自组网节点长间距传输和高速移动的功率放大器，提出了四...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于空地自组网节点长间距传输和高速移动的功率放大器，其特征在于：接入无定形扁平化空地无线自组织网络系统中，用于接收信号源信号；随后通过高增益天线进行放大转发，经过长距离传输，最终传输至车载信宿节点，而车载信宿节点将所收到的经放大转发过来的信号进行反馈回传，整体形成一个回路。2.如权利要求1所述一种适用于空地自组网节点长间距传输和高速移动的功率放大器，其特征在于：包括射频输入接口、射频输出接口、射频单刀双掷开关、PA直流偏置的电路、PA匹配电路、LNA直流偏置电路、LNA匹配电路、过滤器、功率检测模块以及时序控制模块；控制中心发出组网节点控制指令信号作为初始信号源，初始信号源经射频输入接口输入至功率放大器后，经射频单刀双掷开关控制输入至PA，实现信号源信号放大；放大信号经过过滤器过滤其他相关的干扰噪声，最后再次经过射频单刀双掷开关控制，由天线向目标信宿节点发送信号；接收信宿节点信号的实现方式为：经过天线接收到信宿节点的信号，经过射频单刀双掷开关控制，输入至柏克莱封包过滤器，进行噪声过滤；过滤后的信号输入LNA，由LNA对微弱信号进行放大；放大后的信号经过射频单刀双掷开关控制，经射频输入接口后发送至组网节点，最终由组网节点反馈至计算机；由此通过上述结构功率放大器实现信宿节点信号完整双向反馈；所述功率检测模块与时序控制模块均连接PA和LNA的输出端；其中，功率检测模块用来对经过滤器过滤后的信号进行检测，得到功率放大器的状态、温度和输出功率；时序控制模块用于实现TTL功能,并进行时序控制。3.如权利要求2所述一种适用于空地自组网节点长间距传输和高速移动的功率放大器，其特征在于：采用四级级联电流负反馈的PA与LNA。4.如权利要求3所述一种适用于空地自组网节点长间距传输和高速移动的功率放大器，其特征在于：PA与LNA结构为：RFPA5208芯片作为PA的核心，用于放大信号源信号；信号源信号通过射频输入接口端进入PA后，经RFPA5208芯片进行放大，最后从射频输出接口端输出；电容C1和C5分别用于芯片RFPA5208的射频输入和输出端隔开直流电路；电容C4提供射频接地，用于过滤杂波低频信号；电容C2和C3通过并联过滤低频干扰噪声信号，同样提供射频接地，过滤杂波低频信号；LNA中，将T...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志方，余建国，王之尧，毕坤，朱伟志，王斓，林尚静，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：