本发明涉及一种功率放大器及功率放大方法，具体涉及一种2.4ghz频段功率放大器及功率放大方法，属于通信设备技术领域。
背景技术：
2.4ghz无线技术是一种短距离无线传输技术，是全世界公开通用使用的无线频段，在2.4ghz频段下工作可以获得更大的使用范围和更强的抗干扰能力，目前广泛应用于家用及商用领域。尽管2.4ghz频段可以容纳大约11个通道，但是，随着各种it设备的普及，如ipad、手机、个人电脑、游戏机等等都在这个频段下使用，致使多台设备同时使用时互相干扰，数据吞吐量下降；另外，微波炉、蓝牙、无线鼠标等设备也使用2.4ghz频段，也会干扰使用此频段的通信设备。
解决信号干扰问题最有效的方法是提高发射功率，现有技术中，2.4ghz频段的功率放大器普遍只能做到可以将输入信号强度约20dbm的2.4g频段范围内的射频信号放大至约40dbm后输出，这个功率的信号在一些特殊应用场合仍然不能满足信号覆盖范围的需要。
因此，研制一种能够将2.4g频段射频信号放大到56dbm的功率放大器及功率放大方法是非常必要的，并且该设备和方法也有重要的应用前景。
技术实现要素：
本发明针对上述现有技术存在的问题作出改进，即本发明的第一个目的在于公开一种2.4ghz频段功率放大器，本发明的第二个目的在于公开一种基于2.4ghz频段功率放大器的功率放大方法。能够将2.4g频段射频信号放大到56dbm，解决信号被干扰和覆盖范围不够的问题。
为了实现上述目标，本发明所采用的技术方案是：
一种2.4ghz频段功率放大器，其特征在于，包括：电源电路(1)、负偏置产生电路(2)、上电顺序控制电路(3)、前置放大电路(4)、功率放大电路(5)、环形器(6)、输入接口(7)和输出接口(8)，
待放大的2.4ghz频段射频信号经所述输入接口(7)接入所述前置放大电路(4)，被所述前置放大电路(4)放大后再被所述功率放大电路(5)放大，然后通过所述环形器(6)从所述输出接口(8)输出；
所述电源电路(2)为所述前置放大电路(4)和所述负偏置产生电路(2)供电，所述负偏置产生电路(2)为所述功率放大电路(5)供电，所述负偏置产生电路(2)和所述上电顺序控制电路(3)为所述功率放大电路(5)供电。
前述的2.4ghz频段功率放大器，其特征在于，所述电源电路(2)包括：同步降压转换器芯片u1、电容c1、电容c3、电容c5、电容c6和电容c8，电阻r3和电阻r7，电感l1；
电容c1的一端与同步降压转换器芯片u1的管脚2连接，另一端同时与管脚1和电感l1连接，电感l1的另一端同时与电容c3、电容c6、电阻r3和正5伏电源连接对外输出正5伏电压；电容c3的另一端同时与同步降压转换器芯片u1的管脚4、电阻r3的另一端和电阻r7连接，电阻r7的另一端同时与电容c6的另一端、同步降压转换器芯片u1的管脚6、管脚8、管脚9、电容c8的一端和电容c5的一端连接并接地；电容c8的另一端与同步降压转换器芯片u1的管脚3连接；电容c5的另一端同时与同步降压转换器芯片u1的管脚5、管脚7和输入的正28伏电源连接。
前述的2.4ghz频段功率放大器，其特征在于，所述负偏置产生电路(2)包括：反向电压转换芯片u2，电阻r1、电阻r2、电阻r4、电阻r5和电阻r8，可调电阻r6，电容c7和电容c9，电感l2，极性电容c2、极性电容c4和极性电容c10；
电阻r1的一端同时与所述电源电路(2)输出的正5伏电压、极性电容c2的正极、反向电压转换芯片u2的管脚8和电容c7的一端连接，另一端同时与反向电压转换芯片u2的管脚1和电阻r4的一端连接，电阻r4的另一端接地；极性电容c2的负极接地；电容c7的另一端与反向电压转换芯片u2的管脚6连接并接地；反向电压转换芯片u2的管脚2同时与电阻r5和极性电容c10的正极连接，极性电容c10的负极接地，电阻r5的另一端同时与反向电压转换芯片u2的管脚3、电阻r8和电容c9连接，电容c9的另一端接地，电阻r8的另一端接地；反向电压转换芯片u2的管脚4与电容c11连接，电容c11的另一端接地；反向电压转换芯片u2的管脚7同时与电感l2和二极管d1的负极连接，电感l2的另一端接地，二极管d1的正极同时与反向电压转换芯片u2的管脚5和极性电容c4的负极、电阻r2和负5伏电源连接，极性电容c4的正极接地，电阻r2的另一端同时与所述功率放大电路(5)的输入端和可调电阻r6连接，可调电阻r6的另一端接地。
前述的2.4ghz频段功率放大器，其特征在于，所述负偏置产生电路(2)的电流输出能力不小于200ma，输出电压为0伏至负2.12伏。
前述的2.4ghz频段功率放大器，其特征在于，所述上电顺序控制电路(3)包括：继电器k1；
继电器k1的管脚1与正28伏电源连接，管脚2与所述功率放大电路(5)的输入端连接，管脚3与所述负偏置产生电路(2)的输出连接。
前述的2.4ghz频段功率放大器，其特征在于，所述前置放大电路(4)包括：放大器芯片u3，电容c22、电容c23、电容c24、电容c25、电容c26、电容c33、电容c34和电容c35，稳压二极管d2和稳压二极管d3，射频信号接口p_in1，50欧姆阻抗射频线tl3和50欧姆阻抗射频线tl4；
射频信号接口p_in1通过50欧姆阻抗射频线tl3与放大器芯片u3的管脚1连接，放大器芯片u3的管脚4通过50欧姆阻抗射频线tl4与所述功率放大电路(5)的输入连接，放大器芯片u3的管脚3同时与所述电源电路(1)的输出、电容c33、电容c34、电容c35、稳压二极管d3的负极连接，稳压二极管d3的正极接地，电容c33的另一端接地，电容c34的另一端接地，电容c35的另一端接地；放大器芯片u3的管脚7接地；放大器芯片u3的管脚6同时与管脚6、所述电源电路(1)输出的正5伏、电容c22、电容c23、电容c24、电容c25、电容c26、稳压二极管d2的负极连接，电容c22的另一端接地，电容c23的另一端接地，电容c24的另一端接地，电容c25的另一端接地，电容c26的另一端接地，稳压二极管d2的另一端接地。
前述的2.4ghz频段功率放大器，其特征在于，所述功率放大电路(5)包括：功率放大器芯片q1，电容c12、电容c14、电容c15、电容c16、电容c17、电容c18、电容c19、电容c20、电容c27、电容c28、电容c29、电容c30、电容c31、电容c32，极性电容c13和极性电容c21，阻抗匹配射频线tl1、阻抗匹配射频线tl2、阻抗匹配射频线tl5、阻抗匹配射频线tl6和阻抗匹配射频线tl7；
所述负偏置产生电路(2)的输出同时与极性电容c21的负极、电容c17、电容c18、电容c19、电容c20和电阻r12连接，极性电容c21的正极接地，电容c17的另一端接地，电容c18的另一端接地，电容c19的另一端接地，电容c20的另一端接地，电阻r12的另一端通过阻抗匹配射频线tl1同时与电容c28和功率放大器芯片q1的基极连接，电容c28的另一端同时与阻抗匹配射频线tl2和电容c32连接，电容c32的另一端接地，阻抗匹配射频线tl2的另一端同时与电容c31和所述前置放大电路(4)的输出连接，电容c31的另一端接地；
功率放大器芯片q1的发射极通过阻抗匹配射频线tl5同时与电容c12、电容c27、电阻r9、极性电容c13的正极和正28伏电源同时连接，电容c12的另一端接地，极性电容c13的负极接地，电阻r9的另一端同时与电容c14、电容c15和电容c16连接，电容c14的另一端接地，电容c15的另一端接地，电容c16的另一端接地；电容c27的另一端通过阻抗匹配射频线tl6同时与阻抗匹配射频线tl7和电容c29连接，电容c29的另一端接地，阻抗匹配射频线tl7的另一端同时与电容c30连接并输出给所述环形器(6)，电容c30的另一端接地。
前述的2.4ghz频段功率放大器，其特征在于，所述环形器(6)包括：环形器cl1，电容c36，电阻r14和射频信号接口p_out1；
环形器的管脚1与所述功率放大电路(5)的输出连接，管脚2与射频信号接口p_out1连接，管脚3与电容c36连接，电容c36的另一端与电阻r14连接，电阻r14的另一端接地。
一种基于前述2.4ghz频段功率放大器的功率放大方法，其特征在于，包括以下步骤：
s1、待放大的2.4ghz频段射频信号经所述输入接口(7)接入所述前置放大电路(4)，先被所述前置放大电路(4)放大后输出至所述功率放大电路(5)；
s2、所述上电顺序控制电路(3)接收到所述负偏置电路(2)产生的负5伏电压后接通所述功率放大电路(5)的正28伏电源，然后所述功率放大电路(5)开始放大接收到的2.4ghz频段射频信号；
s3、所述功率放大电路(5)输出的2.4ghz频段的射频信号到所述环形器(6)，信号以顺时针的方向传输，正向信号直接通过所述环形器(6)输出，反向信号被所述环形器(6)的反向衰减耗尽。
基于前述2.4ghz频段功率放大器的功率放大方法，其特征在于，所述步骤s1中，所述前置放大电路(4)输入信号的功率为20dbm，输出信号的功率为40dbm，所述功率放大电路(5)的输出信号功率为56dbm。
与现有技术相比，本发明的有益之处在于：
(1)使用两级放大来放大射频信号，第一级前置放大电路可将2.4ghz频段范围内功率约20dbm的射频信号放大20db至40dbm，第二级功率放大电路可将前置放大电路放大的射频信号再放大16db至56dbm；
(2)电路结构简单，可以不使用多层pcb板，节省系统成本，具有很好的实用性。
附图说明
图1是本发明的2.4ghz频段功率放大器的系统原理框图；
图2是图1中2.4ghz频段功率放大器的电源电路的一个具体实施例的电路图；
图3是图1中2.4ghz频段功率放大器的负偏置产生电路的一个具体实施例的电路图；
图4是图1中2.4ghz频段功率放大器的上电顺序控制电路的一个具体实施例的电路图；
图5是图1中2.4ghz频段功率放大器的前置放大电路的一个具体实施例的电路图；
图6是图1中2.4ghz频段功率放大器的功率放大电路的一个具体实施例的电路图；
图7是图1中2.4ghz频段功率放大器的环形器的一个具体实施例的电路图。
其中：
1-电源电路2-负偏置产生电路
3-上电顺序控制电路4-前置放大电路
5-功率放大电路6-环形器
7-输入接口8-输出接口。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
参照图1，本发明的2.4ghz频段功率放大器，包括：电源电路1、负偏置产生电路2、上电顺序控制电路3、前置放大电路4、功率放大电路5、环形器6、输入接口7和输出接口8；待放大的2.4ghz频段射频信号经输入接口7接入前置放大电路4，被前置放大电路4放大后再被功率放大电路5放大，然后通过环形器6从输出接口8输出；
电源电路2为前置放大电路4和负偏置产生电路2供电，负偏置产生电路2为功率放大电路5供电，负偏置产生电路2和上电顺序控制电路3为功率放大电路5供电。
参照图2，作为一种优选的方案，电源电路2包括：同步降压转换器芯片u1、电容c1、电容c3、电容c5、电容c6和电容c8，电阻r3和电阻r7，电感l1；
同步降压转换器芯片u1优选lmr23630，电流输出能力超过2a，电容c1的一端与同步降压转换器芯片u1的管脚2连接，另一端同时与管脚1和电感l1连接，电感l1的另一端同时与电容c3、电容c6、电阻r3和正5伏电源连接对外输出正5伏电压；电容c3的另一端同时与同步降压转换器芯片u1的管脚4、电阻r3的另一端和电阻r7连接，电阻r7的另一端同时与电容c6的另一端、同步降压转换器芯片u1的管脚6、管脚8、管脚9、电容c8的一端和电容c5的一端连接并接地；电容c8的另一端与同步降压转换器芯片u1的管脚3连接；电容c5的另一端同时与同步降压转换器芯片u1的管脚5、管脚7和输入的正28伏电源连接。
参照图3，作为一种优选的方案，负偏置产生电路2包括：反向电压转换芯片u2，电阻r1、电阻r2、电阻r4、电阻r5和电阻r8，可调电阻r6，电容c7和电容c9，电感l2，极性电容c2、极性电容c4和极性电容c10；
反向电压转换芯片u2优选tps6735，电阻r1的一端同时与电源电路2输出的正5伏电压、极性电容c2的正极、反向电压转换芯片u2的管脚8和电容c7的一端连接，另一端同时与反向电压转换芯片u2的管脚1和电阻r4的一端连接，电阻r4的另一端接地；极性电容c2的负极接地；电容c7的另一端与反向电压转换芯片u2的管脚6连接并接地；反向电压转换芯片u2的管脚2同时与电阻r5和极性电容c10的正极连接，极性电容c10的负极接地，电阻r5的另一端同时与反向电压转换芯片u2的管脚3、电阻r8和电容c9连接，电容c9的另一端接地，电阻r8的另一端接地；反向电压转换芯片u2的管脚4与电容c11连接，电容c11的另一端接地；反向电压转换芯片u2的管脚7同时与电感l2和二极管d1的负极连接，电感l2的另一端接地，二极管d1的正极同时与反向电压转换芯片u2的管脚5和极性电容c4的负极、电阻r2和负5伏电源连接，极性电容c4的正极接地，电阻r2的另一端同时与功率放大电路5的输入端和可调电阻r6连接，可调电阻r6的另一端接地。
作为一种更加优选的方案，负偏置产生电路2的电流输出能力不小于200ma，输出电压为0伏至负2.12伏。
参照图4，作为一种优选的方案，上电顺序控制电路3包括：继电器k1；
继电器k1的管脚1与正28伏电源连接，管脚2与功率放大电路5的输入端连接，管脚3与负偏置产生电路2的输出连接。
参照图5，作为一种优选的方案，前置放大电路4包括：放大器芯片u3，电容c22、电容c23、电容c24、电容c25、电容c26、电容c33、电容c34和电容c35，稳压二极管d2和稳压二极管d3，射频信号接口p_in1，50欧姆阻抗射频线tl3和50欧姆阻抗射频线tl4；
放大器芯片u3优选alm3220，射频信号接口p_in1通过50欧姆阻抗射频线tl3与放大器芯片u3的管脚1连接，放大器芯片u3的管脚4通过50欧姆阻抗射频线tl4与功率放大电路5的输入连接，放大器芯片u3的管脚3同时与电源电路1的输出、电容c33、电容c34、电容c35、稳压二极管d3的负极连接，稳压二极管d3的正极接地，电容c33的另一端接地，电容c34的另一端接地，电容c35的另一端接地；放大器芯片u3的管脚7接地；放大器芯片u3的管脚6同时与管脚6、电源电路1输出的正5伏、电容c22、电容c23、电容c24、电容c25、电容c26、稳压二极管d2的负极连接，电容c22的另一端接地，电容c23的另一端接地，电容c24的另一端接地，电容c25的另一端接地，电容c26的另一端接地，稳压二极管d2的另一端接地。
参照图6，作为一种优选的方案，功率放大电路5包括：功率放大器芯片q1，电容c12、电容c14、电容c15、电容c16、电容c17、电容c18、电容c19、电容c20、电容c27、电容c28、电容c29、电容c30、电容c31、电容c32，极性电容c13和极性电容c21，阻抗匹配射频线tl1、阻抗匹配射频线tl2、阻抗匹配射频线tl5、阻抗匹配射频线tl6和阻抗匹配射频线tl7；
功率放大器芯片q1芯片优选npt25100，额定功率达125w，负偏置产生电路2的输出同时与极性电容c21的负极、电容c17、电容c18、电容c19、电容c20和电阻r12连接，极性电容c21的正极接地，电容c17的另一端接地，电容c18的另一端接地，电容c19的另一端接地，电容c20的另一端接地，电阻r12的另一端通过阻抗匹配射频线tl1同时与电容c28和功率放大器芯片q1的基极连接，电容c28的另一端同时与阻抗匹配射频线tl2和电容c32连接，电容c32的另一端接地，阻抗匹配射频线tl2的另一端同时与电容c31和前置放大电路4的输出连接，电容c31的另一端接地；
功率放大器芯片q1的发射极通过阻抗匹配射频线tl5同时与电容c12、电容c27、电阻r9、极性电容c13的正极和正28伏电源同时连接，电容c12的另一端接地，极性电容c13的负极接地，电阻r9的另一端同时与电容c14、电容c15和电容c16连接，电容c14的另一端接地，电容c15的另一端接地，电容c16的另一端接地；电容c27的另一端通过阻抗匹配射频线tl6同时与阻抗匹配射频线tl7和电容c29连接，电容c29的另一端接地，阻抗匹配射频线tl7的另一端同时与电容c30连接并输出给环形器6，电容c30的另一端接地。
参照图7，作为一种优选的方案，环形器6包括：环形器cl1，电容c36，电阻r14和射频信号接口p_out1；
环形器的管脚1与功率放大电路5的输出连接，管脚2与射频信号接口p_out1连接，管脚3与电容c36连接，电容c36的另一端与电阻r14连接，电阻r14的另一端接地。
一种基于前述2.4ghz频段功率放大器的功率放大方法，包括以下步骤：
s1、待放大的2.4ghz频段射频信号经输入接口7接入前置放大电路4，先被前置放大电路4放大后输出至功率放大电路5；
s2、上电顺序控制电路3接收到负偏置电路2产生的负5伏电压后接通功率放大电路5的正28伏电源，然后功率放大电路5开始放大接收到的2.4ghz频段射频信号；
s3、功率放大电路5输出的2.4ghz频段的射频信号到环形器6，信号以顺时针的方向传输，正向信号直接通过环形器6输出，反向信号被环形器6的反向衰减耗尽。
作为一种优选的方案，步骤s1中，前置放大电路4输入信号的功率为20dbm，输出信号的功率为40dbm，功率放大电路5的输出信号功率为56dbm。
综上所述，本发明使用两级放大来放大射频信号，第一级前置放大电路可将2.4ghz频段范围内功率约20dbm的射频信号放大20db至40dbm，第二级功率放大电路可将前置放大电路放大的射频信号再放大16db至56dbm,解决了现有技术中2.4ghz信号因功率不够易被干扰而导致覆盖范围过小的问题；另外，本发明的电路结构简单，可以不使用多层pcb板，节省系统成本，具有很好的实用性。
需要说明的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。