專利名稱：功率伺服環(huán)、射頻信號(hào)放大電路以及射頻信號(hào)發(fā)射器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于射頻信號(hào)傳輸方面的，特別涉及的是一種用于控制功率放大器的功率伺服環(huán)。
為了提高發(fā)射的射頻信號(hào)的功率，就要在發(fā)射器中安裝一個(gè)功率放大器。在這種情況下，例如在GSM(英語為Global System for MobilCommunication)型蜂窩式網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)終端和基站之間的通訊的情況下，這種功率放大器的目的在于發(fā)送的功率足夠強(qiáng)，以使相應(yīng)的基站能夠與其推薦相容地進(jìn)行正確地接收。為此，當(dāng)這個(gè)基站距這個(gè)終端的距離遠(yuǎn)到基站接收到的功率太少或者接收不到這個(gè)終端的通訊的信息，這個(gè)基站就向終端發(fā)送一個(gè)指示；基站決定以大的功率發(fā)射。
已經(jīng)知道，這樣就在發(fā)射器中用功率伺服環(huán)的方式對放大器進(jìn)行伺服，調(diào)整放大器輸出處所發(fā)射的射頻信號(hào)的功率。
更確切地說，發(fā)射器所生成的射頻信號(hào)是被提供到放大器輸入處。功率環(huán)中有一個(gè)檢測電路，檢測電路中有耦合裝置，用來抽取一部分功率放大器的輸出信號(hào)。這個(gè)抽取出來的射頻信號(hào)表征了輸出信號(hào)，在通過檢測模塊的二極管時(shí)得到整流，生成一個(gè)檢測直流電壓，稱為電壓。然后借助于一個(gè)置于檢測電路輸出處的比較模塊，將這個(gè)檢測電壓和一個(gè)參考電壓比較。在沒有達(dá)到參考電壓時(shí)，比較模塊就影響功率放大器以增加輸出信號(hào)的功率的值。
然而，有時(shí)在發(fā)射器中在和輸出信號(hào)傳輸?shù)姆较虻南喾捶较蛏嫌幸粋€(gè)干擾射頻信號(hào)，例如可以是發(fā)射器的不匹配的天線所反射的功率就是說有一個(gè)大的TOS(駐波比)。這種干擾信號(hào)同樣成為檢測電路的耦合裝置所抽取信號(hào)的一部分，加在從輸出信號(hào)抽取的信號(hào)中，生成了一個(gè)畸變，使得檢測電壓不再是輸出信號(hào)的像。這種不良的檢測欺騙了放大器的伺服。這或可以導(dǎo)致發(fā)射器的功率過分消耗，或可以導(dǎo)致發(fā)射信號(hào)傳輸?shù)男阅茏儔摹?br> 在現(xiàn)有技術(shù)中，某些發(fā)射器在相對于反射功率傳輸?shù)姆较蚨缘墓β虱h(huán)路的上游裝有一環(huán)路器。這個(gè)環(huán)路器是單向性的，允許發(fā)射信號(hào)通過而消除反向傳輸?shù)姆瓷湫盘?hào)。
這樣的環(huán)路器是一種昂貴的部件。而且由于其體積大，難于在某些小體積的發(fā)射器中安裝，例如不能在便攜式的無線電話機(jī)中安裝。
為此，本發(fā)明提出一種功率伺服環(huán)，尤其用來控制功率放大器，其中有一個(gè)檢測電路，這個(gè)檢測電路中有—一些耦合裝置，用來抽取射頻信號(hào)，—一個(gè)檢測模塊，用來釋出檢測信號(hào)，其所釋出的檢測信號(hào)部分地表征了耦合裝置所抽取的第一射頻信號(hào)，其特征在于，在其檢測電路中，在耦合裝置和檢測模塊之間有一些檢測控制裝置，用來實(shí)質(zhì)上消除耦合裝置所抽取的稱為干擾信號(hào)的第二射頻信號(hào)，以使檢測信號(hào)全部表征第一射頻信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明的控制裝置是集成在檢測電路中的，不再需要如現(xiàn)有技術(shù)那樣在功率伺服環(huán)的上游加一環(huán)路器。
根據(jù)本發(fā)明的一種最佳實(shí)施方式，在檢測電路的耦合裝置的輸出處可以有連接到所謂的檢測支路上的所謂的第一輸出支路和第二輸出支路，檢測支路中有檢測模塊，而每條支路分別用來傳輸抽取的干擾信號(hào)的分量。各檢測控制裝置中還可以有插入第一輸出支路的第一移相裝置和插入第二輸出支路的第二移相裝置。第一移相裝置和第二移相裝置所引入的相移與前述的分量的實(shí)質(zhì)上相反。
借助于根據(jù)本發(fā)明的移相裝置，抽取的干擾信號(hào)分量就在相位上得到反相，從而在檢測支路中被消除。
最好，在根據(jù)本發(fā)明的第一移相裝置與第二移相裝置的每一個(gè)中都具有一個(gè)和電容耦合的電感。
這樣在根據(jù)本發(fā)明的控制裝置中，各分立部件都是很便宜的，并易于在便攜式的設(shè)備中集成，還可以方便地加在已有的環(huán)路中。
在該實(shí)施方式中，在第一輸出支路中可以有一條主支路和一條副支路，主支路引向檢測支路，且有所說的電感中的第一個(gè)，而副支路在接地和與相應(yīng)的主支路相連的一點(diǎn)間有所說的電容的第一個(gè)。第二條輸出支路中也可以有一條主支路和一條副支路，其中的主支路引向檢測支路，且?guī)в辛硪粋€(gè)所說的電容，和第一個(gè)電容大體上相同，而副支路中含有所說的另一個(gè)電感，大體上等于第一個(gè)電感，位于接地面與相應(yīng)的主支路連接的點(diǎn)之間。
相當(dāng)方便，在各檢測控制裝置中可以有一個(gè)衰減器，位于一條輸出支路中，使得抽取出來的干擾信號(hào)的兩個(gè)分量的振幅更容易相等從而被消除。
最好在耦合裝置中可以有一些移相裝置，能使抽取的射頻信號(hào)移相。
本發(fā)明還提出一種射頻信號(hào)放大電路，其中有一個(gè)功率放大器和一個(gè)如前述的那種放大器的功率伺服環(huán)。
本發(fā)明還提出一種射頻信號(hào)發(fā)射器，其中有一些射頻信號(hào)發(fā)射裝置，并裝有前面所描述的放大電路。
最好，根據(jù)本發(fā)明的發(fā)射器是選自便攜式無線電話站、個(gè)人數(shù)字助理和便攜式計(jì)算機(jī)。
根據(jù)本發(fā)明的便攜式無線電話站可以是下列蜂窩式電話的某一種GSM，DCS(英語為Digital Communication System)或UMTS(英語為Universal Mobil Telecommunication System)，還可為DECT(英語為Digital European Cordless Telecommunication)型電話。
檢測電路100中有—一些耦合裝置1，直接混合耦合器型，以及移相裝置11、12、13，用來按照各自適當(dāng)?shù)某槿∫蜃覩1、G2、G3抽取射頻信號(hào)以及各自的相移為Δ1、Δ2和Δ3。
—所說的第一輸出支路B1和第二輸出支路B2，都接于所說的檢測支路B3的一個(gè)接點(diǎn)A，支路B3中有檢測模塊3，其中有一個(gè)整流二極管31和并接的電阻32及電容器33連接，然后接于地M3。
—一些檢測控制裝置，其中有—第一移相裝置21，插入第一輸出支路B1中，用來對射頻信號(hào)改變相位-Δ0。還有第二移相裝置22，插于第二輸出支路B2中，用來對射頻信號(hào)進(jìn)行移動(dòng)相位Δ0。移相裝置21和22的每個(gè)中分別有一個(gè)電感210、220，和一個(gè)電容211、221耦合。
—衰減器4，具有適當(dāng)?shù)乃p系數(shù)G4，例如置于第二輸出支路B2中，在第二移相裝置22和耦合裝置1之間。
更詳細(xì)地說，在第一輸出支路B1中有一條主支路B1a和一條副支路B1b，主支路中有第一電感210，接到檢測支路B3的接點(diǎn)A上；副支路B1b中有第一電容211，位于地M1和相應(yīng)的主支路B1a的一個(gè)連接點(diǎn)P1間。同樣，在第二輸出支路中也有一條主支路B2a和一條副支路B2b。主支路B2a中有電容221，大體上和第一電容器211相同，接于第三支路B3的接點(diǎn)A；第二副支路B2b中有另一個(gè)電感220，大體上和第一電感210相同，位于地M2和與相應(yīng)的主支路B2a的連接點(diǎn)P2間。
現(xiàn)在，根據(jù)由功率放大器(未畫出)發(fā)出的并沿Z軸傳輸?shù)姆Q為輸入功率的射頻電流Iin的路徑，以及例如為一無線(未畫出)反射電流且沿Z′軸傳輸?shù)母蓴_功率射頻電流Iref的路徑來描述環(huán)路的動(dòng)態(tài)運(yùn)行。
在輸出支路B2a的輸入處抽取的輸入電流分量Iin和抽取的反射電流分量Iref1分別寫作Iin1＝G1×Iine(jΔ1)Iref1＝G2×Irefe(jΔ2)在第一移相裝置21的輸出處，這兩個(gè)電流變?yōu)镮′in1＝G1×Iine(jΔ1-Δ0)I′ref1＝G2×Irefe(jΔ2-Δ0)在輸出支路B2b的輸入處，抽取的輸入電流分量Iin2及抽取的反射電流分量Iref2分別寫作Iin2＝G2×Iine(jΔ2)Iref2＝G3×Irefe(jΔ3)在通過衰減器4和第二移相裝置21之后，這些電流變?yōu)镮′in2＝G4×G2×Iine(jΔ2+Δ0)I′ref2＝G4×G3×Irefe(jΔ3+Δ0)在A點(diǎn)的總電流可以寫作I＝I′ref1+I′ref2+I′in1+I′in2＝Iref[G4×G3e(jΔ3+Δ0)+G2e(jΔ2-Δ0)]+Iin[G4×G2e(jΔ2+Δ0)+G1e(jΔ1-Δ0)]一般選取G4，使之滿足于在A點(diǎn)抽取的反射電流的兩分量I′ref1和I′ref2相等這一條件，這個(gè)條件由式G4×G3＝G2給出，由此得G4＝G2/G3
最好選取G3在-10dB到-14dB之間，G2在-20dB到-25dB之間。例如對于G3＝-10dB和G2＝-20dB，則G4等于-10dB。
同時(shí)，選取Δ0，使抽取的反射電流的兩個(gè)分量I′ref1和Iref2在A點(diǎn)的相位相反，由式(Δ3+Δ0)-(Δ2-Δ0)＝π給出這一條件。
最好選取Δ1＝Δ3＝0及Δ2＝π/2，這是慣用的耦合器特性。
于是得到Δ0＝π/4。
這樣，調(diào)整電感和電容的值，在環(huán)路中運(yùn)行的射頻域中給出該相移。例如，在通常使用的射頻頻帶中(例如900MHz或1800MHz)，電容值約為10PF，電感值約為5nH。
對于裝置11、12、13、21、22的相移值的選取，要使抽取的輸入電流在A點(diǎn)的分量I′in1和I′in2反相。G1≠G2就是一條必須補(bǔ)充的條件以保證抽取的輸入電流不會(huì)消失。在實(shí)際中，總是選取G1比G2大許多，因?yàn)檫@是在無線電話中使用的耦合特性。
最后，總電流為I＝Iin[G22×G1-1e(j 3π/4)+G1e(-π/4)]由于G1＞＞G2，振幅G22×G1-1的分量I′in1和振幅G1的分量I′in2相比可以略去不計(jì)。
例如取G1等于G3。
總電流I在經(jīng)過二極管31以后得到整流，成為檢測直流電壓VdetVdet＝K×I2＝K×I2in×[G22×G3-1e(j 3π/4)+G3e(-π/4)]2借助于本發(fā)明的裝置，這個(gè)電壓就能很好地表達(dá)所抽取的輸入電流檢測電路100的效果就非常好。
圖2示出根據(jù)本發(fā)明的放大電路的一種實(shí)施方式。其中含有根據(jù)本發(fā)明的帶有如

圖1所描述的檢測電路100的功率伺服環(huán)10，還有一個(gè)放大器200。
一個(gè)功率放大器200，例如為一個(gè)非線性運(yùn)行的晶體管，接收要放大功率的射頻電流，這個(gè)電流來自上游的處理模塊。在GSM型電話方面，以聲波傳播的話音轉(zhuǎn)換成為模擬電流，然后轉(zhuǎn)換成數(shù)字電流，此間借助于一個(gè)調(diào)制器(未畫出)經(jīng)歷了相位調(diào)制和可能的幅度調(diào)制。如前面所看到的那樣，這個(gè)電流要經(jīng)過功率放大，以使基站(未畫出)能接收到。在調(diào)制器輸出處，這個(gè)電流由前置放大器(未畫出)進(jìn)行前置放大。
于是放大器200輸出的電流Iin便流向天線300以和相應(yīng)的基站建立連接。
功率環(huán)10還連接到放大器200的輸入處201，該輸入接收放大器偏置電壓的控制。
在電路100的檢測模塊(見圖1)的輸出處有一檢測電壓Vdet，提供給傳統(tǒng)的比較模塊400的輸入處。
傳統(tǒng)的比較模塊400中有兩個(gè)電阻41、42，每個(gè)電阻分別和運(yùn)算放大器44的一個(gè)輸入端相連。電容器43和運(yùn)算放大器并聯(lián)，其一端和第一個(gè)電阻41連接，而這個(gè)電阻接于檢測模塊的輸出處，電容器的另一端和運(yùn)算放大器的輸出相連。第二個(gè)電阻42在其另一端和比較模塊400的第二輸入端相連，而這第二輸入端是和數(shù)-模變換器7相連，而模-數(shù)變換器的輸入端是和微控制器5相連，后者還和一個(gè)存儲(chǔ)器6相連。
放大器200的輸出和比較模塊400的輸出相連。后者接在功率放大器200的偏置電壓的控制的輸入201。
是由微控制器5來控制輸出功率調(diào)整。在存儲(chǔ)器6中有一個(gè)對應(yīng)表，將多個(gè)應(yīng)發(fā)射的功率值(例如33dBm)和多個(gè)相應(yīng)的數(shù)字值對應(yīng)起來。這樣要發(fā)射33dBm的功率和預(yù)定的一個(gè)數(shù)值對應(yīng)起來。轉(zhuǎn)換器7將這個(gè)數(shù)值轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的參考模擬信號(hào)，并將一個(gè)參考電壓Vref加到比較器400的一個(gè)輸入極上。
當(dāng)檢測模塊輸出的電壓Vdet小于運(yùn)算放大器44的第一端上的Vref時(shí)，比較模塊400就輸出一個(gè)正的遞增直流電壓，作用于放大器200的偏置電壓，于是就使電壓Vdet增加直到Vref。
在功率環(huán)路10中安裝比較模塊400就是為了調(diào)節(jié)到所需要的功率。
圖3示出根據(jù)本發(fā)明的便攜式射頻終端的一種實(shí)施方式500，例如為GSM型。其中有一個(gè)天線300及機(jī)殼301，機(jī)殼內(nèi)有已經(jīng)調(diào)制的射頻信號(hào)發(fā)射器30，這個(gè)信號(hào)發(fā)射器30與如圖2所描述的那種根據(jù)本發(fā)明的放大電路20相連，放大電路20中含有如圖1中所描述的那種帶有檢測電路100的功率伺服環(huán)路10。
當(dāng)然，本發(fā)明并不限于上面所描述的實(shí)施方式。
所有的相移參數(shù)及抽取因子及衰減因子等數(shù)值以及衰減器的位置都是為了說明給出的。
另外，完全可以將根據(jù)本發(fā)明的便攜式終端的天線插入終端的機(jī)殼內(nèi)。
權(quán)利要求
1.功率伺服環(huán)(10)，特別用于功率放大器(200)的控制，其中有一個(gè)檢測電路(100)，檢測電路(100)中有—一些耦合裝置(1)，用來抽取射頻信號(hào)，—一個(gè)檢測模塊(400)，用來提供一個(gè)檢測信號(hào)(Vdet)，這個(gè)檢測信號(hào)(Vdet)部分地表征了由耦合裝置所抽取的第一射頻信號(hào)。其特征在于在述及的檢測電路中在耦合裝置和檢測模塊之間有一些檢測控制模塊(21、22、4)，用來消除耦合裝置所抽取的稱為干擾信號(hào)的第二射頻信號(hào)，以使檢測信號(hào)完全表征第一射頻信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的功率伺服環(huán)(10)，其特征在于在檢測電路(100)中耦合裝置(1)的輸出處有所謂的第一輸出支路和第二輸出支路(B1，B2)，這兩條支路和所謂的檢測支路(B3)連接，檢測支路(B3)中有檢測模塊(400)，這兩條支路中的每一個(gè)用來傳輸抽取的干擾信號(hào)的一個(gè)分量(Iref1，Iref2)，其特征還在于在檢測控制裝置中有插入第一輸出支路的第一移相裝置(21)和插入第二輸出支路中的第二移相裝置(22)，第一移相裝置和第二移相裝置能在述及的分量上引入大體上相反的相移。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的功率伺服環(huán)(10)，其特征在于在第一移相裝置和第二移相裝置(21、22)的每一個(gè)中都有一個(gè)電感(210、220)和一個(gè)電容(211、221)相耦合。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的功率伺服環(huán)(10)，其特征在于在第一輸出支路(B1)中有一條主支路(B1a)和一條副支路(B1b)，主支路(B1a)接于檢測支路(B3)，且其中有一個(gè)第一電感(210)；而副支路(B1b)中有一個(gè)第一電容(211)，接于地(M1)和與相應(yīng)的主支路的連接點(diǎn)(P1)之間；其特征還在于第二輸出支路(B2)中有一主支路(B2a)和一條副支路(B2b)，主支路和檢測支路(B3)相連，且其中有另一個(gè)述及的電容(221)，大體上和第一電容(211)相同，而副支路中有另一個(gè)述及的電感(220)，大體上和第一個(gè)電感(210)相同，位于地(M2)和與相應(yīng)的主支路連接點(diǎn)(P2)之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的功率伺服環(huán)(10)，其特征在于在檢測控制裝置中有一個(gè)衰減器(4)，安裝在兩個(gè)輸出支路的一個(gè)(B2a)中。
6.根據(jù)權(quán)利要求3的功率伺服環(huán)(10)，其特征在于在檢測控制裝置中有一個(gè)衰減器(4)，安裝在兩個(gè)輸出支路的一個(gè)(B2a)中。
7.根據(jù)權(quán)利要求4的功率伺服環(huán)(10)，其特征在于在檢測控制裝置中有一個(gè)衰減器(4)，安裝在兩個(gè)輸出支路的一個(gè)(B2a)中。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的功率伺服環(huán)(10)，其特征在于在耦合裝置(1)中有一些移相器(11、12、13)，用來使抽取的射頻信號(hào)相位移位。
9.根據(jù)權(quán)利要求2的功率伺服環(huán)(10)，其特征在于在耦合裝置(1)中有一些移相器(11、12、13)，用來使抽取的射頻信號(hào)相位移位。
10.根據(jù)權(quán)利要求3的功率伺服環(huán)(10)，其特征在于在耦合裝置(1)中有一些移相器(11、12、13)，用來使抽取的射頻信號(hào)相位移位。
11.根據(jù)權(quán)利要求4的功率伺服環(huán)(10)，其特征在于在耦合裝置(1)中有一些移相器(11、12、13)，用來使抽取的射頻信號(hào)相位移位。
12.根據(jù)權(quán)利要求5的功率伺服環(huán)(10)，其特征在于在耦合裝置(1)中有一些移相器(11、12、13)，用來使抽取的射頻信號(hào)相位移位。
13.根據(jù)權(quán)利要求6的功率伺服環(huán)(10)，其特征在于在耦合裝置(1)中有一些移相器(11、12、13)，用來使抽取的射頻信號(hào)相位移位。
14.根據(jù)權(quán)利要求7的功率伺服環(huán)(10)，其特征在于在耦合裝置(1)中有一些移相器(11、12、13)，用來使抽取的射頻信號(hào)相位移位。
15.射頻信號(hào)放大電路(20)，其中有一個(gè)功率放大器(200)和根據(jù)前面任一權(quán)利要求所述的放大器的功率伺服環(huán)(10)。
16.射頻信號(hào)發(fā)射器(500)，其中有射頻信號(hào)發(fā)射裝置(30)，并裝備有根據(jù)權(quán)利要求15的射頻信號(hào)放大電路(20)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的發(fā)射器(500)，其特征在于它選自便攜式射頻站、個(gè)人數(shù)字助理，以及便攜式計(jì)算機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明涉及的是一種專門用于控制功率放大器的功率伺服環(huán)，其中有一個(gè)檢測電路(100)，檢測電路(100)中有一個(gè)用來抽取射頻信號(hào)的耦合裝置(1)和一個(gè)釋出檢測信號(hào)(V
文檔編號(hào)H03G3/30GK1442959SQ0310376
公開日2003年9月17日 申請日期2003年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月19日
發(fā)明者皮埃爾·克洛齊杰, 米開爾·波利克恩 申請人:阿爾卡塔爾公司