专利名称：包括低噪声放大器的同时接收/发送信号的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及在带有发射机和接收机的传输系统中同时接收/发送信号的领域，更具体地涉及在链接包括本发明的装置在内的终端和卫星或地面基站的传输系统中接收/发送信号所用的装置。
现今，通常(但非唯一地)在双向卫星传输中采用称为频分双向传输(“频分双工”或“FDD”)技术实现的远程传输系统。
由于发送和接收是同时进行的，又因为在这种接收/发送装置中的发送电平较高，所以接收路径被寄生信号干扰，这种寄生信号是由于发射机放大器的输出功率相当可观，由被发送的信号在发送路径中耦合而产生的。这个寄生信号或许使接收路径的输入级(常以漏电流和偏置电压低的晶体管组成)饱和，并因此扰乱它的正常工作。在采用带有相当大的瞬时峰值幅度的非恒定包络的数字调制中，例如码分多址(“CDMA”)方式的传输中，这个问题更加严重。
图1用图形表示被耦合至天线1的接收/发送装置的输入/输出结构。由天线接收的信号被输至用低噪声放大器2表示的输入级，而以固态功率放大器(“SSPA”)3表示把待发送的信号传送至天线的输出级。虚线箭头图示两个路径之间的寄生耦合，它是由发送信号在接收信号上产生的。
为弥补这个寄生耦合问题，普通的技术是对发送信号进行很有效的滤波，从而消除发送信号在接收路径中的耦合。通常，包含可选带通滤波器的天线共用器能够分别隔离发送和接收频带。这种解决办法具有使两个频带隔离的优点。但是，会在低噪声放大器的输入端引起附加的线路中的损耗，导致接收路径的噪声系数降低。
本发明的目的是避免现有技术中存在的问题，使例如上面所说的接收/发送装置的信号输入级的性能最佳化。
为此目的，本发明是在具有发射机和接收机的传输系统中同时接收/发送信号的装置，这个装置包括接收路径和发送路径，接收路径用于接收占据接收频带的接收信号，发送路径用于发送占据发送频带的发送信号，所述接收和发送频带是分离的，接收路径包括低噪声放大级，它包含对接收信号进行放大的器件，这些器件的工作特征在输入信号幅度范围内是线性的，并随给定输入信号的幅度趋向饱和，所述装置特征在于为放大器件的线性特性确定的最佳负载阻抗，在这些放大器件的输出端设置一些器件，以致对这个输出端一方面在接收频带内为开路，另一方面是在发送频带内等效于最佳负载阻抗的阻抗。
因此，本发明能够使来源于发送路径的处于发送频率的寄生振荡所引起的质量下降减小，这个寄生信号可能具有相当大的功率。在接收链路的上游，涉及发送频带中的寄生信号滤波的抑制不那么严格。如果发送和接收路径之间的隔离是充分的，就不再有任何必要在低噪声放大器的输入端进行滤波。总之，由于减轻了在这个滤波器上的抑制作用，所以输入滤波器的电阻性损失被减少，因而可能改善接收链路的总体噪声系数。
根据一个实施例，在接收路径上设置第一滤波装置，用于使在发送频带内反映给放大器件输出端的是开路，而在接收频带内为与在发送路径的阻抗相匹配的一阻抗。
根据一个实施例，所述第一滤波装置包括一个带通滤波器，它居中于接收频率，它的带宽是接收频带。
根据一个实施例，所述第一滤波装置包括一个带阻滤波器，它阻断发送频带。
根据一个实施例，第二滤波装置被设置在放大器件的输入端，例如一个带阻滤波器用于阻断发送频带。
本发明也涉及与至少一个卫星或地面基站的终端，其是包括天线型式的，其特征在于包括根据本发明的装置。
本发明的其他特征和优点，从对随后的实施例(不局限于这些例子)并参考附图所作的描述中，将会显露出来。附图中
图1是以图形表示被耦合至天线的接收/发送装置的输入/输出结构；图2表示一个场效应晶体管(“FET”)的噪声系数随静态偏置点的变化；图3表示一个FET晶体管的示意图；图4表示FET晶体管的最佳负载线；图5表示根据本发明的一个实施例的装置。
为简化说明，相同的参考标号指示满足同样性能的元件。
在被耦合至接收天线的标准接收链路中，输入端引起的损失，例如由连接和滤波元件所产生的损失，以及低噪声放大级的噪声系数都必须减小。例如，在以FET晶体管构成的低噪声放大器中，决定晶体管的静态偏置点的偏置电流/电压对(I0,V0)，是就噪声因数最低值的条件而得到的，例如在图2中所示的那样。
图3表示具有输入级的低噪声大器作用的FET晶体管4。通过选择基本上等于V0/I0(不考虑FET晶体管的饱和电压VDsat)的负载阻抗ZL的值，使传送至晶体管的负载阻抗ZL上的功率达到最大值。
图4表示FET晶体管工作时的最佳负载线。如前面所说的，对于固定在V0/I0值上的负载阻抗ZL，VDS幅度轴和ID幅度轴上的变化范围是最大的，传送至负载上的功率也是最大的。
举例如，在相应于(12.4GHz；18GHz)频带的Ku波段，在电压VDS(漏/源电压)为2伏量级时，偏置电流一般为几毫安(即例如10mA)(这导致最佳负载阻抗为200Ω)。对这样的偏置点，不考虑饱和电压VDSAT，在最佳输出阻抗(相应于电流和电压对偏置点的最大摆幅)条件下，晶体管能传送的最大功率Pmax由下式给出Pmax(dBm)=10log(0.5*2.10*10-3)=-20dBW=10dBm因为耦合至低噪声放大器输入端的由发射级发送的寄生信号的功率电平与后者是不一致的，所以晶体管将不会工作在线性范围，并将被迫进入饱和区。
图5表示根据本发明的一个实施例的在通信终端10中的一个装置5。这个终端能被用来发送和接收来自对地静止卫星或卫星组的信号，例如在低轨道中的卫星，或者，来自地面基站的信号。
接收天线1被链接至装置5的输入端，装置5的输出端被链接至用于将频率变换为中间频率(中频)的一电路级6，该中频将信号传递至解码器(未示出)。
装置5的输入被链接至对来自天线的信号进行放大的晶体管4(图3中的类型的晶体管)。这个晶体管的输出一方面被链接至负载阻抗7，另一方面被链接至带通滤波器8，带通滤波器8的输出是装置5的输出。
在这种情况下，负载阻抗7是一个带通滤波器，它的中心定在能通过发送频带BTX的中心发送频率TX。这个滤波器以这样的方法设计，即在接收频带BRX具有接近短路的阻抗，在发送频带具有50Ω的特征阻抗。这个滤波器的阻抗由特征阻抗值为100Ω的长度为λTX/4微带线段返回给晶体管输出端A，λTX与发送路径上发送的信号波长相对应。这个线段使有可能按照下列公式变换在点A的滤波器7的阻抗ZLOADZA=ZC2/ZLOAD=1002/50=200Ω因此，50Ω的阻抗反映到A点为在发送频带内是最佳的200Ω的阻抗(参照上面就晶体管的静态偏转点对最佳阻抗的计算)。这样，晶体管的工作被最佳化为它的线性工作带，在输出端的电流/电压摆幅为最大，因此，能使晶体管的输出端在发送频带内可用的功率最大化。晶体管在寄生信号的发送频带接收的能量因而被传送至负载阻抗。另外，阻抗7在接收频带上显出的短路，在这个相同频带上反映到点A是开路，从而防止接收频带内的任何信号被传输至阻抗7。
与寄生发送信号相应的信号分量，在输入级层次上引入最小的干扰。晶体管能传输最大幅度的信号，而不会在噪声因数方面使它的性能降低。
与此并行，带通滤波器8的中心频率定在能通过接收频带RX的中心接收频率。这个滤波器8是以这样的方法来设计，即在发送频带BTX具有接近短路的阻抗，在接收频带具有50Ω的特征阻抗。这个滤波器由λTX/4匹配微带线段反射给晶体管点A，λTX与在发送路径上发送的信号波长相对应。λTX/4线段起阻抗变换器的作用。因此，滤波器8在发送频带上表现为短路，在此相同频带上在点A反映的是开路，从而防止发送频带内的任何信号被传输至带通滤波器。
根据图5中以虚线表示的变化形式，从至少部分地消除发送频带中的寄生信号的观点出发，带阻滤波器9被安排在装置5的输入和晶体管4的输入之间。
为在结构、体积和成本上有利，滤波器7和8以及线段用本身已知的微带技术构成。
当然，本发明不局限于上述实施例。
因此，虽然晶体管已被用作放大器件，但任何类型的放大器件，尤其是在输入信号幅度范围内具有线性工作特性并且这个特性随输入信号的幅度趋向饱和的器件都可采用。
同样，在传输系统框架内被交换的信号可以是模拟的或数字的。
权利要求
1.一种在具有发射机和接收机的传输系统中同时接收/发送信号的装置，这个装置包括接收路径(RX)和发送路径(RT)，接收路径用于接收占据接收频带的接收信号，发送路径用于发送占据发送频带的发送信号，所述接收和发送频带是分离的，接收路径包括低噪声放大级，它包含对接收信号进行放大的器件(4)，所述器件的工作特征在输入信号幅度范围内是线性的，并随给定输入信号的幅度趋向饱和，所述装置特征在于为放大器件的线性特性确定的最佳负载阻抗，在所述放大器件的输出端设置器件，以致对这个输出端一方面在接收频带内为开路，另一方面是在发送频带内等效于最佳负载阻抗的阻抗。
2．根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在接收路径上设置第一滤波装置，用于使在发送频带内反映给放大器件输出端的是开路，而在接收频带内为与在发送路径的阻抗相匹配的一阻抗。
3．根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第一滤波装置包括居中在接收频率的带通滤波器，它的带宽是接收频带。
4．根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，第一滤波装置包括阻断发送频带的一个带阻滤波器，。
5．根据前面权利要求任一所述的器件，其特征在于，第二滤波装置被设置在放大器件的输入端用于阻断发送频带。
6．用于与包括天线(1)类型的至少一个卫星或地面基站通信的终端，其特征在于包括根据上述权利要求之一的器件。
全文摘要
本发明包括低噪声放大器,其是包括对高幅度信号显现饱和状态的晶体管。根据本发明,在放大器(4)的输出端(A)设置负载阻抗(7),它反映给输出端的是最佳阻抗(ZL),使晶体管输出端的功率最大化,而在接收频带反映给这个输出端的是开路。因此,全部寄生信号被负载阻抗“困住”。在双向传输领域中特别有用,尤其是在链接包括根据本发明的装置在内的终端和至少一个卫星或地面基站的传输系统中。
文档编号H04B1/50GK1303181SQ0012988
公开日2001年7月11日 申请日期2000年10月24日 优先权日1999年10月25日
发明者帕特里斯·伊尔茨林, 让-伊夫·勒纳乌尔, 帕特里克·维尔姆 申请人:汤姆森多媒体公司