低噪声放大器的旁路装置的制作方法

专利名称：低噪声放大器的旁路装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于在无线电接收机的前级中为低噪声放大器单元设旁路 的装置。该装置适于主要用在移动通信网络的基站中。
背景技术：
在所有的无线电接收机中，在天线之后aA接收机的第一个放大器通常特 别为低噪声类型，因为输入该放大器的信号水平为低水平，并且由该放大器产 生的附加噪声会在所有后面的放大级被进一步放大。因此，该低噪声第一放大
器通常为所提到的英文缩写LNA。在移动通信网络的基站中，接收机前级，除 了包括LNA，还包括在其他装置中的，i^波器，被指定用于该接收机前级的 最高允许的噪声系数典型为1.8dB。必须坚持该限制值，即使该前级包括为LNA 设旁路的开关装置，，置会产生附加噪声。该LNA的旁路对于与基站维护相 关的和在该LNA的错误状况中的一些观糧^1、需的。
图1示出了在天线一侧的典型的无线电接收机的一部分和已知的设置低噪 声放大器的旁路的方法的框图。该图示出了，ANT，并且示出了由它向前， 顺序在接收机的信号路^h的，滤波器110,第一开关SW1，包括LNA的放 大器单元130，第二开关SW2，通带滤波器FIL和混频器MIX。，滤波器IIO 完全是带通类型的；实体上，它可以包括连续的带通部分和低通部分。开关SW1 和SW2为切换开关，并且它们共享控制C。当开关处于位置l时，天线滤波器 的输出信号被弓l导Mil开关SW1到达LNA的输入，并且LNA的输出信号M: 开关SW2向前至混频器。当开关处于位置2时，天线滤波器110的输出信号被 引导m开关SWl到达旁路路径140，并3Iil开关SW2向前至混频器。由此， 该LNA被旁路。
图2示出了无线电接收机的前级的结构亂其中放大器单元包括两个平行 的放大器分支，并示出了已知的为这种放大器单元设置旁路的方法。通过形成 平行分支的放大器单元230来代替单个的LNA，可促进该放大器单，天线滤 波器的阻抗匹配。另外，可获得更宽的动态和线性区,更好的稳定性。由于
平行放大器分支，来自M滤波器210的信号E,在分配器220中被划分为两个 對以部分E，,和E,2。第一划分信号￡ 的相位在第一移相器中改变90度，然后 在第一 LNA中放大。第二划分信号E,2在第二 LNA中放大，之后信号相位在 第二移相器中改变90度。又具有相同相位的部分信号在组合器250中被求和， 组合器的输出信号继续至接收机的混频器。
放大器单元230的旁路装置与图1中的放大器单元130的旁路装置类似。 在天线滤波器210的输出处，在分配器220之前，具有第一切换开关SW1，通 过^^T入信号E,可被弓l导至分配器并通过分配器到达放大器单元230或旁路路 径240。 M:第二切换开关SW2，无论是由组合器250接收的信号还是来自旁 路路径的信号都可连接至混频器。战切换开关由共享的控伟,号C进行控制。
在图1和图2的装置中，第一开关SW1和第二开关SW2由引脚二极管， MMC部件(微波单片集成电路)，MEMS开关(微电禾 系统)或继电器实 现。由单个开关弓胞的信号衰减约为0.25dB。在LNA的前侧开关弓胞的衰减使 接收端的噪声系数增大了相同量。在LNA的输出侧，开关对于噪声系数的影响 并不如此严重。由开关引起的另一个缺点在于在前级的常规操作状态下，对于 LNA的旁路路径的分离衰减，或隔离是有限的或非无限的。这又一次恶化了前 级的噪声系数。开关应被设计为具有很高的隔离性，但是这样在实践中引起的 损失会增大。
图3示出了由申请公JF^I EP1381162A2得知的一禾中旁路装置，通过该體， 上面提到的由开关弓胞的缺点将得妾喊少。前级与图1中所示的相似，它类似 地包括天线滤波器310，包括一个LNA的放大器单元330，旁路路径340和位 于输出侧的切换开关SW。与图l的不同在于，省去了第一切换开关SW1，并 且替代它，为天线滤波器10提供了两个平行输出。第一输出0UT1直接连接 至放大器单元的输入，第二输出0UT2直接连接至旁路路径340。放大器单元 的输出连接至切换开关SW的第一切换端，并且旁路路径3I接至切换开关SW 的第二切换端。借助控伟W言号C来确定哪个切换端连接至切换开关SW的输出端。
天线滤波器310为谐振^M。实现其平行输出，从而在信号路径上的最 后一个谐振器空腔中出现两个耦合元件。它们的每一个连接至在滤波器的壁上 的其自己的连接器。开关元fm于谐振器空腔中，从而如果负载相同，它们会
发出相同ZK平的信号。在前级的正離作期间,从第二输出OUT2至放大器LNA 的旁路路径的传输路径具有高P且抗，并且因此它不负载馈源^线。
根据图3的技术方案同样可应用于图2的情况中，IOTM滤波器的平行 输出代替其第一开关SW1。

发明内容
本发明的目的在于，使用一种新的有利的方M实现在无线电接收机前级 中的低噪声放大器的旁路装置。根据本发明的装置特征在于独立权利要求1中 所述的。本发明的一^^实施例由之后的其舰利要求说明。
本发明被应用于包括含有两个平行低噪声放大器分支的放大器单元、在其 输入侧的分配器和在输出侧的第一组合器的前级结构。其基本縱如下为了 为放大器单元设旁路，使用另一个组合器来实现该结构，通过该组合器，两等 分的输入信号在所述分配器之后进行组合而未放大。然后由切换开关选择通过 该放大器单元传播然后进行组合的信号或者直接被组合的信号作为前级的输出 信号。当不使用旁路路径时，第二组合器的输入线路被连接以便由分配器看具 有高阻抗。
本发明有利于皿前级的噪声系数。首先这是因为以下事实不需要在天
线滤波器和LNA放大器单元之间放置的开关，并且该开M最大的恶化噪声系 数。另一方面还因为对于放大器单元的旁路路径的隔离增大的事实。另外，本 发明的优点在于，从天线滤波器的输出测量的阻抗与放大器或旁路路径是否使 用相对独立，其皿前级结构的集成。阻抗的均衡性取决于上述的组合器的输 入线路的连接设置。


以下，本发明将被更详细地加以描述。参考附图，其中
图1示出了现有技术的低噪声放大器单元的旁路装置的实例结构图。
图2示出了现有技术的低噪声放大器单元的旁路装置的另一实例结构图。
图3示出了5见有技术的低噪声放大器单元的旁路装置的第三实例结构图。
图4示出了本发明的低噪声放大器单元的旁路装置的实例结构图。
图5示出了属于图4中的旁路装置的组合器的实例结构图。
图6示出了属于图4中的旁路装置的组合器的另一实例结构图。
图7示出了本发明的低噪声放大器单元的旁路装置的另一实例结构图。图8示出了本发明的低噪声放大器单元的旁路装置的第三实例结构图。
具体实施例方式
图1, 2和3已结合对于现有技术的描皿行了讨论。
图4示出了根据本发明的低噪声放大器单元的旁路装置的实例。图中为无 线电接收机的前级结构图，该前级与图2中的前级类似，除了旁路装置。因此， 接收的和滤波的输入信号E,在分配器420中被划分为两个类似部分En和E,2 ， 并且这些划分信号在放大器单元430的各自分支中以不同的相位被放大。再次， 同相的信号，在组合器450中被求和，其输出信号G' E,在常规操作中继续 至接收机的混频器。放大器单元430的旁路装置包括位于前级的输出侧的切换 开关SW，类似于图2中的装置。切换开关的第一切换端连接至组合器450的输 出，并且第二切换端连接至旁路路径440的输出。切换开关的输出端提供旨 前级的输出信号，并且其可被切换开关选择为放大信号G， E,或者旁路路径440 的输出信号。放大器单元430的旁路装置与图2中的装置不同，其中天线滤波 器410和分配器420之间没有开关，并且旁路路径440除了起码的传输线以外 还包括作为基本部分的另一个组合器443 。放大器单元430的旁路路径由分配器 420的输出侧开始。分配器的第1出鹏第一旁路线路441连接至第二组合器 443的第一输入，并且分配器的第二输出通过第二旁路线路442连接至第二组合 器的第二输入。第二组合 着将划分信号E,,和E12组合为旁路路径的输出信 号E,'，并且第二组合器的输出为旁路路径的输出。
根据上面所描述的内容，旁路路径440的起始端总是平行于放大器单元的 输入，因为二者均具有与分配器420的两，出的固定连接。为了防止旁路路 径在常规操作中恶化传输路径的匹配，需要附加装置。串联连接的开关不是好 的解决办法，因为意图是在未放大信号的传输路径上除去它们。替代其，处于 闭合状态时縮短了旁路路线的闭合开关(dosingswitch),加入至第二组合器443 的两，入。从分配器的输出侧的节点至闭合开关的旨旁路线路441， 442的 长度具有在操作频率时的四分之一波长;i/4的长度。基于这个原因，从所述节 点看，该縮短的旁路线路在共紅相应于平fiH皆振电路。因此，其阻抗非常高， 并且因此它不能削弱继续至放大器单元的传输路径的匹配。当使用该旁路路径 时，使闭合开关不导电，在这种情况下，它们不对电路的运转产生重大影响。 由同一共享的控伟'腊号C4作为切换开关SW对闭合开关进行控制。
另外，在根据本发明的结构中，例如，所有开关可由引脚二极管，MMIC 部件或MEMS开关实现。
图5示出了属于根据图4的旁路體的组合器的实例结构图。组合器543 为混合类型，它具有第一P1，第二P2，第三P3和第四P4端口，通过它们外部 线路连接至环状的混合传输路径。端口距离P1-P2， P3-P4和P4-P1为操作频率 时的四分之一波长长，并且端口距离P2-P3为四分之三的波长。在这个瞎况下， 当处于相同相位的同样的信号￡,,和￡12被離给端口？1和P3时，它们在端口 P4也具有同样的相位。因此，总和信号E,'从端口 P4获得。在端口 P2处，信 号E 和E。处于相反的相位，并且因此没有什么iaA可能存在于端口 P2的负 载。组合器543具剤氏损耗，尤其当该混合为空气绝缘时。
图6示出了属于根据图4的旁路装置的组合器的另一个实例结构图。组合 器643为两分支的威尔金森(Wilkinson)组合器。在该图的实例中，选择输入 线路的阻抗为50Q。对于四分之一波长长度，输入线路继续为具有71Q的阻抗 并且之后接合至50Q的输出线路。另外，71Q的线路的it^色缘导体的起始端通 过具有100Q的电阻的电阻器连接到一起。在这个瞎况下，总和信号E,'由同相 输入信号En和E,2获得至输出线路。由于几乎没有电流从电阻^^过，因此该 组合为无损耗的。
图7示出了根据本发明的低噪声放大器单元的旁路装置的另一个实例。与 图4中类似，由天线而来的信号的常规路径包括带通滤波器，分配器720，两分 支放大器单元，组合器和切换开关SW。与图4相似，在旁路路径740中，也存 在第一旁路线路741和第二旁路线路742和第二组合器753 。区别在于上述旁路 线路为半个波长长度。由于这一点，在第二组合器的输入处安置闭合开关，从 而当前级处于正常操作状态时或当信号通过放大器单元时，旁路线路在其末端 打开。半个波长长的线路，在其末端打开，由首端看对应于平fiH皆振电路，因 此它的阻抗很高。
图8示出了根据本发明的低噪声放大器单元的旁路装置的第三实例。与图 4中类似，由天线而来的信号的常规路径包括带通滤波器，分配器820，两分支 放大器单元，组合器和切换开关SW。在该实例中，分配器^t第一输出产生信 号Eu、对第二输出产生信号E," Ei,比E(滞后90度的类型的分配器。由于 这一点，在放大器单元830的第一分支中，在其低噪声放大器之前不需要移相
器。相反，在旁路路径840的第二旁路线路842中需要移相器，以便使到达第 二组合器843的信号具有相同的相位。属于第二旁路线路的移相器844位于该 线路的末端，或第二组合器的一侧的末端。从该线路的起始端至闭合开关测量， 该旁路线路具有四分之一波长长度。与图4类似，第一旁路线路841的闭合开 关位于第二组合器的输入。所述第二旁路线路842的闭合开关也位于移相器844 的输入。当该前级处于正常操作状态或当切换开关SW的第一切换端连接至其 输出端时，闭合开关保持闭合状态。移相器844可为类似于第二旁路线路的首 端的四分之一波M路。
根据本发明的装置的主要原理已^JtM描述中阐明。当然，可能存在电路 级解决方案的变化。例如，在放大器单元的旁路路^±，可能除了放大器之外 还包括无源组合器。本发明概念可以由在独立权利要求1的限制之内的不同方 式实现。
权利要求
1.一种用于为在无线电接收机的前级中的低噪声放大器单元设旁路的装置，该放大器单元(430)具有两个平行放大器分支并且该前级除了该放大器单元以外还包括，对接收的输入信号进行清理的天线滤波器(410)，将输入信号(E1)分配至所述放大器分支的分配器(420；820)，和将放大器分支的输出信号进行组合的第一组合器(450)，该装置包括放大器单元的旁路路径以及具有第一切换端，第二切换端和输出端的切换开关(SW)，该第一切换端连接至第一组合器的输出，且第二切换端连接至旁路路径的输出以选择从放大器单元或旁路路径接收的信号作为整个前级的输出信号，其特征在于旁路路径(440；740；840)包括第二组合器(443；743；843)，其第一输入由第一旁路线路(441；741；841)连接至所述分配器的第一输出且第二输入由第二旁路线路(442；742；842)连接至所述分配器的第二输出，并且所述第二组合器的输出为旁路路径的所述输出。
2.如权禾腰求1所述的装置，其中分配器(420)是在第一和第二输出中产 生同相信号的类型，其特征在于，它进一步包括第一闭合开关，其相对接近于 第一旁路线路(441)的末端，或在第二组合器的一侧的末端；和第二闭合开关， 其相对接近于第二旁路线路(442)的末端，所述旁路线路从首端至闭合开关的 长度为操作频率时的四分之一波长长度，第一和第二闭合开关以及切换开关 (SW)具有共享的控制(C4)，使得当切换开关的第一切换端连接至该切换开 关的输出端时，闭合开关处于闭合状态。
3. 如权禾腰求1所述的装置，其中分配器(720)是在第一和第二输出中产 生同相信号的类型，其特征在于，它进一步包括第一闭合开关，其相对接近于 第一旁路线路(741)的末端，或在第二组合器的一侧的末端；和第二闭合开关， 其相对接近于第二旁路线路(742)的末端，所述旁路线路从首端至闭合开关的 长度为操作频率时的半个波长长度，第一和第二闭合开关以及切换开关(SW) 具有共享的控制(C7)，使得当切换幵关的第一切换端连接至该切换开关的输出 端时，闭合开关处于打开状态。
4. 如权利要求1所述的装置，其中分配器(820)是在第一输出产生信号的 鄉，该信号比第二输出的信号滞后90度，其特征在于，第二旁路线路(842)在其末端或在第二组合器的一侧的末端包括移相器(844),其产生90度相移， 并且该装置进一步包括第一闭合开关，其相对接近于第一旁路线路(841)的末 端，^第二组合器的一侧的末端；和第二闭合开关，其相对接近于第二旁路 线路的移相器的输入，所述旁路线路从首端至闭合开关的长度为操作频率时的 四分之一波长长度，第一和第二闭合开关以及切换开关(SW)具有共享的控制 (C8)，使得当切换开关的第一切换端连接至该切换开关的输出端时，闭合开关 处于闭合状态。
5. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，第二组合器(543)为混合类型。
6. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，第二组合器(643)为威尔金森 鄉
7. 如权禾腰求2或3所述的體，其特征在于，分配器(420;720)为账尔金森鄉。
8. 如权禾腰求4所述的装置，其特征在于，分配器(820)为混合鄉。
9. 如权利要求2， 3或4所述的装置，其特征在于，所述开关由弓卿二极管， MEMS幵关或MMIC技术实现。
全文摘要
本发明涉及用于在无线电接收机的前级中为低噪声放大器单元设旁路的装置，特别适用于移动通信网络的基站。该前级顺序包括分配器(420)，包括两个平行的低噪声放大器分支的放大器单元(430)，和第一组合器(450)。该旁路装置包括第二组合器(443)，通过它接收信号的两部分(E₁₁，E₁₂)在分配器之后在放大之前直接进行组合。切换开关(SW)用来选择通过放大器单元并进行组合的信号(G·E₁)或直接组合的信号(E₁’)作为该前级的输出信号。由于本发明，该前级的噪声系数将得到改善并且促进了其结构的集成。
文档编号H03F1/52GK101194431SQ200680020196
公开日2008年6月4日 申请日期2006年5月22日 优先权日2005年6月7日
发明者M·尼米 申请人:电力波科姆特克公司