无线通信频率信号放大装置及发送和接收装置的制作方法

文档序号:7519581阅读:255来源:国知局
专利名称:无线通信频率信号放大装置及发送和接收装置的制作方法
技术领域
本发明涉及用于发送和接收通信装置的发送部分的高频信号放大装置,尤其涉及适用于便携电话、或在高输出或低输出时要求高效工作的类似设备的高频信号功率放大装置。
背景技术
以便携电话系统为中心,具有移动终端和向移动终端发送无线信号的基站的移动通信系统获得了很大的发展。可以预计,利用CDMA(码分多址)技术的系统未来将得到广泛的应用。对于利用CDMA技术的便携电话系统,要求便携电话终端(移动终端)能够根据通信环境,例如远离基站、在建筑物后面等情况改变发送功率。在这种情况下,当进行高输出或低输出时,便携电话终端需要使用放大装置构成高效的电池电源,即功耗-发射功率比值较高的电池电源。
通常,对于使用半导体器件的高频信号放大装置,输出电平越高,则效率提高越多。在接近饱和输出,即最大可能输出时,效率最高。饱和输出的电平取决于半导体器件的尺寸。因此,为了提高低输出时的效率,通过构成较小的半导体器件来产生具有低饱和电平的放大装置,该装置不支持高输出时要达到的输出电平。此外,具有较大半导体器件的放大装置在高输出时具有高效率,但在低输出时效率明显降低。
很难通过单独的放大装置在高输出时和低输出时均实现高效率。因此,在例如JP-A-115331/1995中公开了一种放大装置,该放大装置采用一种配置用于高输出和低输出的不同尺寸半导体器件的方法,其中根据输出电平在不同尺寸的半导体器件之间进行切换。
图8示出了传统放大装置的例子,该放大装置根据上述制造方法中描述的输出电平在输出级段进行切换。从高频信号输入端301输入的高频信号通过初级放大器304和次级放大器305(构成驱动级段)被输入到用于切换路径的开关电路303。输入侧的开关电路303和输出侧的开关电路306从以下路径中选择任何一个路径向高频信号输出端302输出高频信号(1)单纯的简单传输线路307,(2)穿过由放大器308一个级段构成的输出级段的路径,和(3)穿过由放大器309和310两个级段构成的输出级段的路径。当选择仅由简单传输线路307构成的路径时,放大器305变成输出级段。各个路径的输出级段配置有彼此不同的最大输出功率。此外,从电源电路311向驱动级段放大器304和305提供电源,并且通过偏压电源电路312提供仅操作选定路径的输出级段放大器的偏压电源。
根据上述传统技术的例子,当通过切换路径改变输出级段时,信号路径的长度在相应时间发生改变。此外,所使用的半导体器件或其若干部分的尺寸变化会使输出信号的相位明显发生改变。发明人进行的模拟和试验的结果表明,当高输出侧的饱和功率被设置成+30dBm、低输出侧的饱和功率被设置成+20dBm,以便提供10∶1的输出差时,高输出侧的相位基本上被偏移100度。
对于传统便携电话系统中采用的GSM(全球移动通信系统)、PDC(个人数字蜂窝)、N-CDMA(窄带-CDMA)等系统,基站在某时间点上使用解码系统仅解码一个时隙,即使在输出级段路径发生切换并且相位在该时间点前后明显改变的情况下也不会出现问题。
然而,下一代的W-CDMA(宽带-CDMA)系统在解码时使用了WMSA(多时隙估值加权平均)技术,该技术不仅考虑到当前时间点的时隙,而且考虑到当前时间点之前和之后的时隙。因此,当在切换路径前后相位发生明显变化时会出现问题,并且不能进行精确的解码。
本发明的一个目的是提供一种高频放大装置,这种高频放大装置能够减少因装置被切换到不同输出电平而导致的相位变化。

发明内容
通过在输入侧分支电路之后的相应路径的至少一个位置上提供可变移相器可以有效地解决上述问题,所述输入侧分支电路根据期望输出电平在高输出侧的路径和低输出侧的路径之间进行切换,所述高输出侧上的路径在其输出级段上具有使用半导体器件的放大器,所述低输出侧的路径在其输出级段上也具有使用半导体器件的放大器,后一种半导体器件的输出低于前一种半导体器件的输出。可变移相器的相位长度被设置成预定数值,使得相应路径的传递相位长度在切换前后基本相同。通过采用这种结构,无线通信频率信号放大装置被用来保证在高输出时和低输出时能够高效率地工作,并且高输出工作状态下的无线通信频率信号相位偏移与低输出工作状态下的无线通信频率信号相位偏移基本一致。此外已经发现,当高输出侧和低输出侧之间的相位差不超过±20度时,在应用本发明的W-CDMA系统的解码系统中没有出现问题。
可选地,通过以下方式也可以有效解决本发明的上述问题,即在两种路径上提供具有预定长度的传输线路,使得各路径的传递相位数值基本相同。
此外,通过在两种路径的相应输入侧提供匹配电路也可以有效解决本发明的上述问题,其中一种匹配电路具有并联电感和串联电容,另一种匹配电路具有并联电容和串联电感。由于按照上述方式构成两种匹配电路,两种匹配电路配置有彼此不同的相位数值,使得能够通过不同的相位数值平衡切换路径导致的相位差。


通过下面参照附图进行的详细描述可以更加清晰地理解本发明的上述和其它特征、特点,在附图中用类似的附图标记表示类似的单元,其中图1是基于本发明的高频放大装置的第一实施例的结构图;图2是图1的高频信号放大装置中的可变移相器的电路图;图3是基于本发明的高频放大装置的第二实施例的结构图;图4是图3的高频放大装置中的开关电路的结构图;图5是基于本发明的高频放大装置的第三实施例的结构图;图6示出了图5的高频信号放大装置中的匹配电路的阻抗轨迹;
图7是应用本发明的高频信号放大装置的移动终端的结构图;而图8是传统高频信号放大装置的结构图。
具体实施例方式
下面参照附图中示出的本发明的若干实施例详细解释基于本发明的高频信号放大装置及发送和接收装置。
图1示出了基于本发明的高频信号放大装置的第一实施例。第一实施例配有两个串联级段,其中一个串联级段包含一个高输出侧二级放大器,另一个串联级段包含一个低输出侧二级放大器。在图1中,高频信号放大装置的高频信号电路部分13由对来自高频信号输入端1的高频信号进行相位控制的可变移相器(Φ)2,以及将可变移相器2处理的信号分接到两个串联级段的分支电路3构成。高输出侧二级放大器包括输入一个分支信号的初级放大器4和高输出侧末级放大器5。低输出侧二级放大器包括输入另一个分支信号的初级放大器8和低输出侧末级放大器9。分支电路6汇合高输出侧和低输出侧放大器的输出信号,从而将输出信号输出到高频信号输出端7。高输出侧末级放大器5的放大器件的尺寸大于低输出侧末级放大器9的放大器件的尺寸。双极晶体管可被用作各个放大器中的放大器件。此外,所有放大器件均可被集成在单独的半导体芯片中以便减少高频信号放大装置的尺寸。
接着,高频信号放大装置的电源控制电路部分10由以下部分构成(1)为改变相位数值,即向可变移相器2传递相位长度提供电压的移相器电源(Vp)103,(2)向相应放大器提供基极偏置电压的基极偏压源(Vb)102,和向相应放大器提供集极电压的集极电压源(Vc)101。从控制信号端12向移相器电源103,基极偏压源102和集极电压源101提供控制信号,以便控制可变移相器2处理的信号通过高输出侧或低输出侧中的一个。
根据上述构造,当高输出侧工作时,放大器3和4的基极偏置电压被设置成预定数值,而低输出侧上放大器8和9的基极偏置电压被设置成零。通过设置,使低输出侧的放大器8和9进入非工作状态。此外,为移相器提供的电压被设置成这样的数值,即该数值被用来调整高输出侧工作时间,使得传递相位长度变成预定数值。
此外,当低输出侧工作时,放大器8和9的基极偏置电压被设置成预定数值,而高输出侧上放大器4和5的基极偏置电压被设置成零。
通过设置,使高输出侧上的放大器4和5进入非工作状态。此外,为移相器提供的电压被设置成这样的数值,即该数值被用来调整低输出侧工作时间,使得传递相位长度变成预定数值。
将相应放大器的集极电压设置成始终适于两个路径的相应放大器,或者在基极电压变成零时同时为零。
此外,尽管如实施例所示在高输出侧/路径和低输出侧/路径上均构成具有二级放大器的结构,但是也可以在每一侧/路径上分别构成具有单级、三级或更多级放大器的结构。此外,尽管双极晶体管被用作放大器的半导体器件,但所使用的半导体器件不限于此,所述半导体器件可以是FET(场效应晶体管)、HEMT(高电子迁移晶体管)等等。在这种情况下,基极偏置电压源极102变成控制极偏置电压源,而集极电压源101变成漏极电压源。
这里,可变移相器2的结构如图2所示。来自高频信号输入端1的高频信号首先被输入环行器20的第一端21,被配置在环行器20的第二端22之前的可变电容二极管24返回、再次输入环行器,并且从第三端23输出。根据通过直流偏置端25提供的控制信号向可变电容二极管24施加来自移相器电源103的电压。通过提供基于控制信号的电压以改变二极管24的电容,从而改变从第一端21到第三端23的等价相位长度。
此外,尽管在该实施例中可变移相器2的插入位置在分支电路3之前,但通过把可变移相器2插入到分支电路3之后的高输出侧/路径或低输出侧/路径中的一个上也可以实现类似的效果。
图3示出了基于本发明的高频信号放大装置的第二实施例,其中使用传输线路进行相位控制。基于该实施例的高频信号放大装置的高频信号电路部分13由以下部分构成分接来自高频信号输入端1的高频信号的开关电路30,包括用于输入开关电路30分接的一个信号的初级放大器4和高输出侧末级放大器5的高输出侧二级放大器,具有固定长度、用于输入开关电路30分接的另一个信号的微带线路14,包括用于输入线路14的输出信号的初级放大器8和低输出侧末级放大器9的低输出侧二级放大器,和汇接高输出侧和低输出侧放大器的输出信号并且向高频信号输出端7输出信号的分支电路6。
除了配置取代移相器电源103、为开关电路30的切换操作供电的开关电路电源(Vs)104之外,高频信号放大装置的电源控制电路部分10与第一实施例的相同。
在上述构造中,将微带线路14的长度设置成能够消除针对高输出侧二级放大器和低输出侧二级放大器实际测量的传递相位长度之间的差值。
通常,放大器的输出越高,则放大器的末级中使用的半导体器件就越大。因此,这相当于加入大电容,导致相位偏移增加。因此,在实施例中将微带线路14插入到低输出侧。此外,通过用开关电路30在输入侧构成分支电路并且将微带线路14的阻抗设置成50Ω,在不影响低输出侧后面的放大器8和9除相位之外的其它特征的情况下,可以控制低输出侧上的传递相位。
此外,尽管象在实施例中那样通常将传输线路的插入位置配置在低输出侧,但在相位关系被一种由放大器或半导体器件构成的匹配电路反转时,插入位置可以位于高输出侧上。此外,尽管实施例中示出了将微带线路用作传输线路的情况,但根据放大器的结构,可以使用共面线路、同轴线路等等。
图4示出了开关电路30的结构。针孔二极管31和32分别被插在高频信号输入端1和连向高输出侧的传输线路33之间,以及高频信号输入端1和连向低输出侧的传输线路34之间。通过电源端35和36从开关电路电源104向相应的二极管提供电压。
根据上述构造,当高输出侧工作时,放大器3和4的基极电压被设置成预定数值,而低输出侧上放大器8和9的基极电压被设置成零。通过设置,使低输出侧上的放大器8和9进入非工作状态。此外,从电源端35提供预定电压,使得高输出侧上的针孔二极管31进入导通状态。
此外,当高输出侧工作时,放大器8和9的基极电压被设置成预定数值,而高输出侧上放大器4和5的基极电压被设置成零。通过设置,使高输出侧上的放大器4和5进入非工作状态。此外,从电源端36提供预定电压,使得低输出侧上的针孔二极管32进入导通状态。
根据实施例,传输线路被用于相位控制,以便通过简单结构实现高频信号放大装置。
图5示出了基于本发明的高频信号放大装置的第三实施例,其中使用匹配电路进行相位控制。在图5中,通过包括电感器和电容器的等效电路示出了高输出侧初级放大器的输入匹配电路41和低输出侧初级放大器的输入匹配电路81。
在图5中,高输出侧初级放大器的匹配电路41由并联电感器L1和串联电容器C1构成,低输出侧初级放大器的匹配电路由并联电容器C2和串联电感器L2构成。此外在图5中,附图标记42表示高输出侧放大器的半导体器件,附图标记82表示低输出侧放大器的半导体器件,附图标记43表示半导体器件42的输出侧匹配电路,附图标记83表示初级半导体器件82的输出侧匹配电路。
图6通过史密斯圆图示出了达到匹配的匹配电路41和匹配电路81的阻抗轨迹。高输出侧阻抗首先沿着并联电感L1的轨迹64从输入侧分支电路3的50Ω阻抗点62移动,接着沿着串联电容C1的轨迹63移动到半导体器件的负载匹配阻抗点61。低输出侧阻抗首先沿着并联电容C2的轨迹66移动,接着沿着串联电感L2的轨迹65移动到半导体器件的负载匹配阻抗点61。如例子所示,使高输出侧初级放大器的半导体器件42和低输出侧初级放大器的半导体器件82具有相同尺寸,使得两种半导体器件的负载匹配阻抗从前端均衡电路的角度观察基本上对称。
如图6所示,高输出侧的阻抗轨迹和低输出侧的阻抗轨迹彼此不同,因此可以改变传递相位长度并且满足相同的匹配条件。也就是说,匹配电路41由高通滤波器结构构成,匹配电路81由低通滤波器结构构成,因此在所述的例子中,低输出侧采用的电路结构一侧产生的相位偏移大于高输出侧采用的电路结构。因此,匹配电路41和81被用来消除这样的情况,即由于在高输出侧为输出级段配置的器件的尺寸较大,使得高输出侧上的相位被偏移得更多,并且可以减少高输出侧和低输出侧上传递相位之间的差值。
根据实施例,可以实现非常简单的高频信号放大装置,这种高频信号放大装置不需要加入用于相位控制的可变移相器或传输线路。
图7示出本发明的通信信号发送和接收装置的实施例,所述发送和接收装置包含根据本发明的高频放大装置。发送和接收装置最好被应用在CDMA便携电话系统的便携电话终端中。
在图7中,发送和接收装置的发送端由以下部分构成通过处理话筒201的语音信号形成中频发送信号的基带部分202,放大基带部分202输出的中频发送信号的中频信号可变增益放大器203,将可变增益放大器203输出的中频发送信号转换成高频无线频率信号的上变转换器204,向上变转换器204提供载波信号的局部振荡器206,放大上变转换器204输出的高频信号的高频信号可变增益放大器205,将高频信号可变增益放大器205输出的高频信号放大到发送信号的电平的高频信号功率放大装置200,以及向天线208提供高频信号功率放大装置200输出的发送信号的天线双工器207。基于本发明的高频信号放大装置被用作高频功率放大装置200。
此外,其接收端配有接收部分209,接收部分209放大经过放大天线208和天线双工器207处理的接收信号,从而转换接收信号以便输出中频接收信号,而基带部分202将中频接收信号处理成语音信号并且向扬声器210提供语音信号。
根据所述结构,通过基带部分202的控制信号211设置可变增益放大器203和205的增益并且切换功率放大装置200的路径。
上述例子最好被应用于CDMA系统的便携电话终端。本发明的应用不限于、但也适用于处理CDMA系统和GSM系统的信号的双模式输出终端、处理具有不同频段的两组信号的双频便携终端、等等。
根据本发明,即使在既经过高输出放大路径又经过低输出放大路径的情况下,也可以使各个路径的传递相位长度基本相同。因此,高频放大装置能够在高输出和低输出时进行高效放大,并且能够使高输出时的高频信号相位和低输出时的高频信号相位彼此一致。在CDMA系统等等的便携电话终端中,可以实现低功耗,并且可以将信号解码时的差错降低到很小的程度。此外,也可以在不使用移相器的情况下通过传输线路或由电感、电容等等构成的无源电路进行相位控制,使得能够实现高频信号放大装置,其中由于简化了放大装置的总体结构,所述高频信号放大装置体积较小、成本较低并且适于量产。
在前面的说明书中描述了本发明的原理、优选实施例和工作模式。然而,本申请要保护的发明不限于所公开的具体实施例。这里描述的实施例是图解性的,而不是限制性的。在不偏离本发明的宗旨的前提下可以进行各种变化和修改,并且可以等同使用。因此,权利要求限定了本发明的宗旨和范围内的所有这些变化、修改和等同方案。
权利要求
1.一种无线通信频率信号放大装置,包括第一路径,在其输出级段上具有至少一个使用第一半导体器件的放大器;第二路径,所述第二路径的输出低于第一路径的输出,并且在其输出级段上具有至少一个使用第二半导体器件的放大器,所述第二半导体器件的输出低于第一半导体器件的输出;输入侧的分支电路和输出侧的分支电路,所述分支电路根据期望输出电平有选择地在路径之间进行切换;和相位调节器,所述相位调节器将切换之前的路径的一个传递相位长度调节成与切换之后的路径的另一个传递相位长度基本相同。
2.如权利要求1所述的无线通信频率信号放大装置,其中相位调节器包含至少一个被配置在所述路径的输入侧分支电路之前或之后的移相器。
3.如权利要求1所述的无线通信频率信号放大装置,其中相位调节器包含至少一个被配置在所述路径上的传输线路。
4.如权利要求1所述的无线通信频率信号放大装置,其中相位调节器包含至少一个被配置在所述路径上的匹配电路。
5.如权利要求2所述的无线通信频率信号放大装置,其中移相器是可变移相器。
6.如权利要求3所述的无线通信频率信号放大装置,其中线路阻抗为50Ω的传输线路被布置在第二路径上。
7.如权利要求4所述的无线通信频率信号放大装置,其中匹配电路由并联电感和串联电容构成。
8.如权利要求4所述的无线通信频率信号放大装置,其中匹配电路由并联电容和串联电感构成。
9.如权利要求4所述的无线通信频率信号放大装置,其中所述至少一个匹配电路包含配置在第一路径上并且由并联电感和串联电容构成的第一匹配电路,和配置在第二路径上并且由并联电容和串联电感构成的第二匹配电路。
10.如权利要求1所述的无线通信频率信号放大装置,其中当一个路径及其放大器被接通时,使另一个路径的放大器进入非工作状态。
11.如权利要求1所述的无线通信频率信号放大装置,其中第一半导体器件和第二半导体器件被集成在单独的半导体芯片内。
12.如权利要求1所述的无线通信频率信号放大装置,其中通过CDMA系统发送和接收无线频率信号。
13.如权利要求12所述的无线通信频率信号放大装置,其中CDMA系统使用多时隙估值加权平均技术。
14.通信信号发送和接收装置,包括将发送的基带信号转换成中频信号并且将中频信号转换成基带信号的基带转换器;将中频信号转换成无线频率信号并且将无线频率信号转换成中频信号的上/下变转换器;放大向天线发送或从天线接收的无线频率信号的放大器件,包括第一路径,在其输出级段上具有至少一个使用第一半导体器件的放大器;第二路径,所述第二路径的输出低于第一路径的输出,并且在其输出级段上具有至少一个使用第二半导体器件的放大器,所述第二半导体器件的输出低于第一半导体器件的输出;输入侧的分支电路和输出侧的分支电路,所述分支电路根据期望输出电平有选择地在路径之间进行切换;和相位调节器,所述相位调节器将切换之前的路径的一个传递相位长度调节成与切换之后的路径的另一个传递相位长度基本相同。
15.如权利要求14所述的通信信号发送和接收装置,其中通过CDMA系统发送和接收无线频率信号。
16.如权利要求15所述的通信信号发送和接收装置,其中CDMA系统使用多时隙估值加权平均技术。
17.包含两组通信信号发送和接收装置的双频和/或双模式便携通信终端,其中每组通信信号发送和接收装置包括将发送的基带信号转换成中频信号并且将中频信号转换成基带信号的基带转换器;将中频信号转换成无线频率信号并且将无线频率信号转换成中频信号的上/下变转换器;放大向天线发送或从天线接收的无线频率信号的放大器件,包括第一路径,在其输出级段上具有至少一个使用第一半导体器件的放大器;第二路径,所述第二路径的输出低于第一路径的输出,并且在其输出级段上具有至少一个使用第二半导体器件的放大器,所述第二半导体器件的输出低于第一半导体器件的输出;输入侧的分支电路和输出侧的分支电路,所述分支电路根据期望输出电平有选择地在路径之间进行切换;和相位调节器,所述相位调节器将切换之前的路径的一个传递相位长度调节成与切换之后的路径的另一个传递相位长度基本相同。
18.如权利要求17所述的双频和/或双模式便携通信终端,其中至少通过CDMA系统发送和接收无线频率信号。
19.如权利要求18所述的双频和/或双模式便携通信终端,其中CDMA系统使用多时隙估值加权平均技术。
全文摘要
为了提供减少在切换到不同输出电平时导致的相位变化的高频放大装置,在分支电路之后的各个路径的至少一个位置上提供可变移相器,分支电路根据期望输出电平在高输出侧的路径和低输出侧的路径之间切换,高输出侧的路径在输出级段上具有使用第一半导体器件的放大器,而低输出侧的路径在输出级段上具有使用第二半导体器件的放大器,其中输出级段上第二半导体器件的输出低于输出级段上第一半导体器件的输出。在分接之后,可变移相器的相位长度被设置成预定数值,使得在穿过各个路径时各个路径的传递相位长度基本相同。
文档编号H03F3/68GK1407830SQ0214141
公开日2003年4月2日 申请日期2002年8月30日 优先权日2001年9月11日
发明者关根健治, 田上知纪, 加贺谷修 申请人:株式会社日立制作所
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