專利名稱：用于轉(zhuǎn)換頻率的設(shè)備及校準(zhǔn)該設(shè)備的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于轉(zhuǎn)換頻率的設(shè)備，尤其涉及用于在工作于幾十千兆赫(GHz)量級(jí)的頻段上、用于發(fā)射/接收電磁信號(hào)的系統(tǒng)中的這種類型的設(shè)備。
本發(fā)明還涉及一種校準(zhǔn)所述用于轉(zhuǎn)換頻率的設(shè)備的方法和一種包括所述用于轉(zhuǎn)換頻率的設(shè)備的發(fā)射/接收系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
圖1中所示的是RF(射頻)發(fā)射機(jī)——特別是Ka頻段的發(fā)射機(jī)(29-30GHz)——的示范性的、簡化的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)。如圖所示，由可變增益放大器10放大處于對(duì)應(yīng)于室內(nèi)單元(IDU)的輸出端處頻段的950-1450MHz頻段的RF信號(hào)。將放大器10輸出的信號(hào)變換到Ka頻段，即處于29.5-30GHz之間的頻段。該變換由工作在Ku頻段的次諧波混頻器11和本地振蕩器12執(zhí)行。混頻器11的輸出經(jīng)過放大器12作為輸入被發(fā)送到濾波元件13，濾波元件13的主要限制是抑制在2FOL上的頻譜分量，其中FOL是本地振蕩器的頻率。例如，2FOL的值等于28.55GHz，即，與在Ka頻段(29.5-30GHz)中的發(fā)射頻段值非常相近的值。從濾波器件13產(chǎn)生的信號(hào)在到達(dá)發(fā)射天線16之前，被傳送到第二放大器14和功率放大器15。這種非常簡單的構(gòu)造允許在單個(gè)跳躍(leap)中的直接變換。其主要優(yōu)點(diǎn)是它比雙變換結(jié)構(gòu)便宜。特別地，減少了部件數(shù)量和電路占用的面積。然而，為了有效地滿足實(shí)行的國際標(biāo)準(zhǔn)，這種技術(shù)很大程度上增加了對(duì)發(fā)射頻段的濾波的限制。
如上所述，為了獲得對(duì)于2FQL分量的抑制，可以使用各種濾波器件。
尤其可能使用波導(dǎo)濾波器，更特別的是以薄層/氧化鋁技術(shù)實(shí)現(xiàn)的濾波器，允許選擇性濾波，特別是在K或Ka頻段。然而，這種技術(shù)價(jià)格昂貴而且與在便宜的有機(jī)襯底上的表面裝配部件(surface mounted component，SMC)技術(shù)不兼容。
諸如參照圖1描述的變換鏈包括次諧波混頻器。如圖2中用圖所示的，通常用于這種系統(tǒng)的次諧波混頻器包含兩個(gè)以反向并聯(lián)方式排列的、在同一個(gè)封裝23中的肖特基二極管20和21。從而，按已知的方式，如果兩個(gè)二極管20、21是相同的，則流經(jīng)二極管的電流I1和I2的直流分量為零，并且在RF輸出端的2FOL頻率的分量不存在。如圖2所示，包含兩個(gè)二極管20和21的封裝23通過電路25接地，并且通過電路24連接到本地振蕩器LO，其中電路24包括濾波器網(wǎng)絡(luò)和用于匹配到本地振蕩器LO的頻率的阻抗匹配電路。電路24和25的輸出端在公共點(diǎn)P1連接到封裝23的輸入端。以對(duì)稱的方式，RF信號(hào)通過包括濾波器網(wǎng)絡(luò)和阻抗匹配電路的電路26以及IF信號(hào)通過包括濾波器網(wǎng)絡(luò)和阻抗匹配電路的電路27，連接到封裝23的另一輸入/輸出端。實(shí)際上，在圖2類型的混頻器中，以反向并聯(lián)方式排列的肖特基二極管從未理想地配對(duì)。因此，這導(dǎo)致由于失衡引起的在回路中的直流電流的殘余分量，該分量引起在RF輸出端的2OL頻率的分量。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明涉及一種頻率轉(zhuǎn)換設(shè)備，在這種裝置中直流電流的殘余分量維持在其最小值。
因此，本發(fā)明涉及一種用于轉(zhuǎn)換頻率的設(shè)備，包括固定頻率的本地振蕩器以及具有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端的第一混頻器，第一輸入端用于接收將要被轉(zhuǎn)換的信號(hào)，第二輸入端用于接收從本地振蕩器產(chǎn)生的信號(hào)，特征在于它包括具有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端的第二混頻器，第一輸出端接收從移相本地振蕩器產(chǎn)生的信號(hào)，第二輸入端接收直流信號(hào)，該信號(hào)值取決于在加法器的輸出端殘余頻譜分量的功率，該加法器接收從第一和第二混頻器產(chǎn)生的信號(hào)作為輸入，并給出變換后的信號(hào)作為輸出。
實(shí)際上，由從連接到加法器輸出端的功率檢測器所產(chǎn)生的直流電壓控制在本發(fā)明的所述設(shè)備中所使用的第二混頻器。由此獲得的直流電壓代表加法器的輸出端處不需要的殘余頻譜分量。根據(jù)本發(fā)明，需要由上面所述的設(shè)備來最小化該直流電壓。
根據(jù)本發(fā)明的特定實(shí)施例，功率檢測器的輸出被傳送到處理部件，使得可以確定作為輸入被施加到第二混頻器的直流信號(hào)值。處理部件最好由微控制器組成。因此，在微控制器中的處理中，借助于模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器將從功率檢測器產(chǎn)生的直流電壓數(shù)字化，以便確定變化方向和施加到第二混頻器上的電壓值，然后由具有或沒有符號(hào)糾正和電平匹配的數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器將由此獲得的信號(hào)重新轉(zhuǎn)換成模擬的，以便控制第二混頻器。最好將模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器和數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器集成到微控制器中。
根據(jù)本發(fā)明的另一特性，將要轉(zhuǎn)換的RF信號(hào)在被施加到第一混頻器之前由可變增益放大器放大，由從微控制器產(chǎn)生的信號(hào)控制放大器的增益。
本發(fā)明還涉及一種校準(zhǔn)上面所述設(shè)備的方法，包括下面步驟在加電時(shí)，用最小增益來調(diào)節(jié)工作的可變增益放大器的增益；在功率檢測器的輸出端測量在2OL的分量的功率；處理由所述檢測器傳送的電壓，以便確定將要施加到第二混頻器的輸入端的直流電壓值；然后，當(dāng)在輸出端最小化在2OL頻率的分量時(shí)，將可變增益放大器的增益設(shè)置為其標(biāo)稱值。
在對(duì)電壓數(shù)字化之后，在執(zhí)行收斂算法的微控制器中執(zhí)行在檢測器輸出端的電壓的處理。微控制器確定控制電壓的變化方向(正或負(fù))，以便在加法器的輸出端最小化不需要的頻譜分量。
本發(fā)明涉及一種用于發(fā)射/接收系統(tǒng)的戶外單元，特別涉及一種在Ka頻段發(fā)射的終端，包括如上所述的頻率轉(zhuǎn)換設(shè)備。


通過結(jié)合附圖閱讀對(duì)根據(jù)本發(fā)明的頻率轉(zhuǎn)換設(shè)備的優(yōu)選實(shí)施例的描述，本發(fā)明的其他特性和優(yōu)點(diǎn)將變得清楚，其中已經(jīng)描述了的圖1是Ka頻段發(fā)射機(jī)的簡化圖；已經(jīng)描述了的圖2是用于圖1的發(fā)射機(jī)中的次諧波混頻器的簡化圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的頻率轉(zhuǎn)換設(shè)備的簡化圖；圖4和5表示在Ka頻段的、沒有補(bǔ)償?shù)拇沃C波混頻器的輸出端的頻譜輪廓、和表示在Ka頻段的、具有根據(jù)本發(fā)明的補(bǔ)償器件的次諧波混頻器的輸出端的頻譜輪廓；和圖6是說明微控制器的操作的流程圖。
具體實(shí)施例圖3所示的是根據(jù)本發(fā)明的頻率轉(zhuǎn)換設(shè)備的主要元件。該設(shè)備被集成在Ka頻段發(fā)射并且執(zhí)行簡單轉(zhuǎn)換的RF的結(jié)構(gòu)中。
如圖3所示，頻率轉(zhuǎn)換設(shè)備基本上包括工作在Ku頻段的頻率OL(即大約14.25GHz)的本地振蕩器30。來自本地振蕩器30的輸出信號(hào)被傳送到第一次諧波混頻器31的輸入端?；祛l器31在其另一輸入端接收將要轉(zhuǎn)換的信號(hào)。該信號(hào)在可變增益放大器32的輸出端處獲得，可變增益放大器32在其輸入端接收在L頻段的中頻信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明并如圖3所示，頻率轉(zhuǎn)換設(shè)備包括第二混頻器33，其最好與第一混頻器31相同。該第二混頻器33在其一個(gè)輸入端接收從本地振蕩器產(chǎn)生的、由移相器34移相90°的信號(hào)。混頻器33的另一輸入端接收直流信號(hào)，更具體地說，該信號(hào)的值代表在所述設(shè)備輸出端不需要的殘余頻譜分量的功率，這將在下面詳細(xì)說明?；祛l器31和33的輸出被傳送到加法器35，加法器35輸出變換到Ka頻段的信號(hào)，該信號(hào)按傳統(tǒng)的方式被傳送到中間放大器36。
此外，根據(jù)本發(fā)明，由加法器35輸出的信號(hào)通過放大器37被藕接到功率檢測器38，該功率檢測器38輸出代表在加法器輸出端不需要的殘余頻譜分量的功率的直流電壓。如圖3所示，該直流電壓被傳送到模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，在所示的實(shí)施例中，該模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器是微控制器39的一部分。這個(gè)標(biāo)記為ADC的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器數(shù)字化直流電壓。在微控制器中，借助于收斂算法來計(jì)算該直流電壓的變化方向，以便設(shè)備能夠收斂。圖6所示的流程解了設(shè)備的功能模式。當(dāng)在功率檢測器的輸出端測量的電壓低于所編程的閾值電壓(V閾值)時(shí)，將放大器32的增益設(shè)置為其標(biāo)稱增益，并且發(fā)射機(jī)變得可以操作。
實(shí)際上，將要施加到第二混頻器的電壓的變化方向取決于組成混頻器的二極管的特性，并且起初并不知道。按照計(jì)算所獲得的信號(hào)被傳送到標(biāo)記為DAC1的數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器，在所示的實(shí)施例中，DAC1集成入微控制器中，以這種方式將期望的直流電壓施加到混頻器33的第二輸入端。此外，如圖3所示，微處理器通過標(biāo)記為DAC2的第二數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器傳送控制電壓，以便在校準(zhǔn)設(shè)備的方法期間以及在操作模式期間控制放大器32的增益。
因此，下面將描述根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的校準(zhǔn)。
在加電時(shí)，本地振蕩器30的頻率被編程在Ku頻段，首先由微控制器39控制工作在L頻段中的放大器32使得以最小增益工作，以便最大衰減在混頻器31輸入端的IF分量。
在加法器35的輸出端獲得具有在2OL頻率上的分量的信號(hào)。根據(jù)本發(fā)明，由檢測器38檢測在2OL上的分量的功率，檢測器38向微控制器39饋送作為該功率的函數(shù)的直流電壓。在微控制器39的輸入端，將由檢測器送來的直流電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，然后在微控制器中對(duì)其處理以便得到輸出電壓，該輸出電壓一旦由第一數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器DAC1轉(zhuǎn)換為模擬的，就將控制混頻器33的第二IF輸入端。
控制功能的方向取決于混頻器中實(shí)施的二極管的特性，并且是可變的。由微控制器通過檢查對(duì)應(yīng)于在加法器輸出端的殘余分量的最小功率的、回路的收斂來計(jì)算變化方向。
當(dāng)在輸出端最小化了在頻率2OL上的分量時(shí)，頻率轉(zhuǎn)換設(shè)備處于操作模式，并且放大器32的增益由微控制器39設(shè)置為其標(biāo)稱值。
為了顯示使用根據(jù)本發(fā)明的頻率轉(zhuǎn)換設(shè)備獲得的結(jié)果，在圖4和圖5中示出了在沒有補(bǔ)償?shù)摹⒁约熬哂醒a(bǔ)償?shù)腒a頻段中的次諧波混頻器2的輸出端的頻譜輪廓。補(bǔ)償?shù)闹饕獥l件如下1.輸入?yún)?shù)中頻FI＝1.5GHzIF信號(hào)的輸入功率-8dBm在OL輸入端的功率+6dBm本地振蕩器的頻率FOL＝13.5GHz(在2FOL的虛擬OL＝27GHz)2.輸出端的性能在28.5GHz上的有用信號(hào)功率-15dBm。
在輸出端測量的在2OL上的殘余分量的功率＝-40dBm。
從而，在圖4中觀察到2OL頻率上的線。如果查看圖解了實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的頻率轉(zhuǎn)換設(shè)備的模型的輸出端的實(shí)際測量結(jié)果的圖5，在這種情況下，在2OL(即27GHz)的頻率上的分量的額外衰減大于30dB。在這種情況下，在抑制2OL上的分量方面的性能和功率和IF頻率無關(guān)。由于設(shè)備的性能不依賴于IF頻率，所以該設(shè)備使其可以用非常低的中頻來運(yùn)作。
根據(jù)本發(fā)明的頻率轉(zhuǎn)換設(shè)備因此展示了一定數(shù)量的優(yōu)點(diǎn)，特別是它使得顯著降低在Ka頻段上的濾波成本成為可能。因而可以采用基于非常便宜的微帶濾波技術(shù)的簡單的額外濾波。此外，減少了功能的占用面積，并且放大鏈的振幅方式線性約束(amplitude-wise linearity constraint)可以變得不重要。
權(quán)利要求
1.一種用于轉(zhuǎn)換頻率的設(shè)備，包括固定頻率的本地振蕩器(30)以及具有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端的第一混頻器(31)，第一輸入端用于接收要被轉(zhuǎn)換的信號(hào)，第二輸入端用于接收從本地振蕩器產(chǎn)生的信號(hào)，其特征在于它包括具有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端的第二混頻器(33)，第一輸出端接收從移相本地振蕩器(34)產(chǎn)生的信號(hào)，第二輸入端接收直流信號(hào)，該信號(hào)值取決于加法器(35)的輸出端處的殘余頻譜分量的功率，該加法器接收從第一和第二混頻器產(chǎn)生的信號(hào)作為輸入，并給出變換后的信號(hào)作為輸出。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于它還包括藕接到加法器(35)的輸出端的功率檢測器(38)，用于輸出直流電壓，該電壓取決于加法器的輸出端處的殘余頻譜分量的功率。
3.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于功率檢測器(38)的輸出被傳送到處理部件(39)，使得可以確定作為輸入被施加到第二混頻器的直流信號(hào)值。
4.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其特征在于處理部件(39)是其中集成了模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)和數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器(DAC1、DAC2)的微控制器。
5.如權(quán)利要求3或4所述的系統(tǒng)，其特征在于處理部件執(zhí)行用于確定要被施加到第二混頻器的電壓值的收斂算法，該電壓值作為從檢測器產(chǎn)生的電壓值的函數(shù)。
6.如權(quán)利要求1到5中的任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于要被轉(zhuǎn)換的信號(hào)在被施加到第一混頻器(31)之前由可變增益放大器(32)放大，由從微控制器產(chǎn)生的信號(hào)控制放大器的增益。
7.一種校準(zhǔn)如權(quán)利要求6所述的、用于轉(zhuǎn)換頻率的設(shè)備的方法，其特征在于它包括下面步驟在加電時(shí)，用最小增益來調(diào)節(jié)工作的可變增益放大器(32)的增益；在功率檢測器(38)的輸出端測量在2OL的分量的功率；處理由所述檢測器送來的電壓，以便確定將要施加到第二混頻器(33)的輸入端的直流電壓值；然后，當(dāng)在輸出端最小化在2OL頻率的分量時(shí)，將可變增益放大器的增益設(shè)置為其標(biāo)稱值。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于在對(duì)電壓數(shù)字化之后，在執(zhí)行收斂算法的微控制器(39)中執(zhí)行在檢測器輸出端的電壓的處理。
9.一種發(fā)射/接收系統(tǒng)，包括在單個(gè)跳躍中執(zhí)行中間RF頻率到千兆赫量級(jí)的發(fā)射頻率的變換的戶外單元，其特征在于它包括如權(quán)利要求1到6中的任一權(quán)利要求所述的、用于轉(zhuǎn)換頻率的設(shè)備。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于轉(zhuǎn)換頻率的設(shè)備，包括固定頻率的本地振蕩器(30)以及具有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端的第一混頻器(31)，第一輸入端用于接收要被轉(zhuǎn)換的信號(hào)，第二輸入端用于接收從本地振蕩器產(chǎn)生的信號(hào)。它包括具有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端的第二混頻器，第一輸出端接收從移相本地振蕩器產(chǎn)生的信號(hào)，第二輸入端接收直流信號(hào)，該信號(hào)值取決于加法器的輸出端處的殘余頻譜分量的功率，該加法器接收從第一和第二混頻器產(chǎn)生的信號(hào)作為輸入，并給出變換后的信號(hào)作為輸出。本發(fā)明特別應(yīng)用于在Ka頻段操作的終端。
文檔編號(hào)H04B1/04GK1707940SQ20051007782
公開日2005年12月14日 申請日期2005年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月9日
發(fā)明者多米尼克·洛心唐, 讓-盧克·羅伯特, 讓-伊薇斯·勒納奧 申請人:湯姆森特許公司