本发明涉及用于放大宽带信号的放大器布置。本发明还涉及相应的方法。
背景技术
虽然原则上适用于需要信号放大的任何系统，但是以下将结合宽带信号放大来描述本发明及其潜在的问题。
在现代技术中，信号放大是重要的任务。例如在雷达应用，在电磁干扰(emi)测试等中需要高功率信号放大。
在emi测试中，通常将高功率放大器用于放大例如宽带测试信号，然后将该宽带测试信号发射到待测设备来验证该待测设备的行为。这样的高功率放大器可以例如提供特定测试所需的预定频带的高功率放大。
然而，预定频带受到放大器的单个元件的截止频率的限制。
在该背景下，本发明解决的问题是提供频率范围增大的信号放大器。
技术实现要素：
本发明通过具有权利要求1的特征的放大器布置和利用具有权利要求8的特征的方法来解决该目的。
因此，提供了：
一种用于放大宽带信号的放大器布置，该放大器布置包括：信号分路器，其用于接收宽带信号并且输出第一分路信号和第二分路信号；以及平衡放大器，其耦接到信号分路器并且用于放大第一分路信号和第二分路信号，并且用于输出单个放大的宽带信号，该单个放大的宽带信号基于经放大的第一分路信号和经放大的第二分路信号。
此外，提供了：
一种用于放大宽带信号的方法，该方法包括：接收宽带信号，将宽带信号分路成第一分路信号和第二分路信号，在平衡放大器中放大第一分路信号和第二分路信号，并且输出基于放大的第一分路信号和放大的第二分路信号的单个放大的宽带信号。
如果向平衡放大器提供单个输入信号，平衡放大器在可用频率范围上受到平衡放大器的元件的限制。
通常平衡放大器具有严重受到平衡放大器的输入级影响的下截止频率。频率低于输入级的截止频率的信号将会例如只被转发到平衡放大器中的放大器单元中的一个放大器单元。然而，这样的信号将不会被同样具有输入级的下截止频率的输出级向外耦合。
因此，本发明基于向平衡放大器提供两个输入信号，即第一分路信号和第二分路信号。
信号分路器可以实现一种信号解复用。一个输入端口例如可以在两个输出端口上进行解复用。这意味着，不是向平衡放大器的输入级提供单个输入信号。而是向平衡放大器的输入级提供两个输入信号。平衡放大器的输入级的截止频率将在一定程度上被绕过。
这意味着，可以向平衡放大器的第一放大器单元提供第一分路信号，并且向平衡放大器的另一放大器单元提供第二分路信号。
在输出级中，如在输入级中一样，截止频率也被绕过并且将输出放大的信号。
因此，与只接收单个输入信号的传统平衡放大器布置可以放大的信号的频率范围相比，本发明允许增大放大器布置可以放大的信号的频率范围。
本发明的其它实施例是参考附图的其它从属权利要求和以下描述的主题。
在可能的实施例中，信号分路器可以包括：分路器输入端口，其用于接收宽带信号；以及第一分路器输出端口和第二分路器输出端口，其中信号分路器可以用于经由第一分路器输出接口来输出第一分路信号并且经由第二分路器输出端口来输出第二分路信号。
信号分路器可以是例如将宽带信号分路为第一和第二分路信号的无源设备。信号分路器可以取决于频率。这意味着第一分路信号和第二分路信号可以例如具有不同的频带。
在可能的实施例中，信号分路器可以包括双工器。
双工器可以是频率选择性的解复用设备，其在第一分路器输出端口提供处于第一频率范围内的第一分路信号，并且在第二分路器输出端口提供第二频率范围内的第二分路信号。第一频率范围和第二频率范围可以彼此相邻或者彼此略微重叠。
第一分路器输出端口可以耦接到在传统的平衡放大器布置中作为输入的平衡放大器的输入。
双工器的第二分路器输出端口例如可以耦接到在传统布置中被隔离或者例如以50ω电阻终止的平衡放大器的输入端。应当理解的是，利用本发明不存在隔离或者终端电阻。
在可能的实施例中，平衡放大器可以包括第一定向耦合器，该第一定向耦合器耦接到信号分路器，并且用于接收第一分路信号和第二分路信号，并且输出第一解耦信号和第二解耦信号。此外，平衡放大器可以包括：第一放大器单元，其耦接到第一定向耦合器，并且用于接收和放大第二解耦信号；以及第二放大器单元，其耦接到第一定向耦合器并且用于接收和放大第一解耦信号。另外，平衡放大器可以包括第二定向耦合器，该第二定向耦合器包括第一耦合器输入端口和第二耦合器输入端口以及第一耦合器输出端口和第二耦合器输出端口，其中第一耦合器输入端口耦接到第一放大器单元，第二耦合器输入端口耦接到第二放大器单元，并且其中第二定向耦合器用于经由第一耦合器输出端口来输出放大的宽带信号，其中第二耦合器输出端口可以被隔离或者利用例如50ω的隔离电阻进行终止。应当理解的是，第一耦合器输出端口将提供混合信号，该混合信号包括处于平衡放大器的工作频率范围内的信号部分的经放大的第二解耦信号和经放大的第一解耦信号。
在可能的实施例中，第一定向耦合器可以包括第一输入端口和第二输入端口，以及第一输出端口和第二输出端口。第一放大器单元可以耦接到第二输出端口，第二放大器单元可以耦接到第二输出端口。
第一定向耦合器也称为-3db耦合器、混合耦合器或正交耦合器，其具有将在第一输入端口处的输入功率分到两个输出端口的特性。然而，如果经由第一定向耦合器的第一输入端口接收信号，则在第一定向耦合器的第二输出端口处提供的信号的部分将包括90°相位偏移。另一方面，如果经由第一定向耦合器的第二输入端口接收到信号，则在第一定向耦合器的第二输出端口处提供的信号的部分将包括90°相位偏移。同样适用于第二定向耦合器。
利用平衡放大器的上述配置，经由第一定向耦合器的第一输入端口提供的频率低于第一输入耦合器的截止频率的信号将不会经由定向耦合器的第二输出端口输出。此外，第一定向耦合器的第一输出端口经由第二放大器单元和第二定向耦合器耦接到第二定向耦合器的隔离或第二输出端口。另外，第二定向耦合器可以包括与第一定向耦合器相同的截止频率。因此，将在第二定向耦合器的第一输出端口处获得经由第一定向耦合器的第一输入端口提供的信号的未放大信号。
在可能的实施例中，双工器的第一分路器输出端口可以与第一定向耦合器的第一输入端口进行耦合，并且双工器的第二分路器输出端口可以与第一定向耦合器的第二输入端口进行耦合。
如上所述，经由第一定向耦合器的第一输入端口提供的特定信号可能不出现在第二定向耦合器的第一输出端口处，因此不被放大。
然而，如果在第一定向耦合器的第二输入端口提供信号，该信号将在第一定向耦合器的第二输出端口输出。第一定向耦合器的第二输出端口经由第一放大器单元耦接到第二定向耦合器的第一输出端口。该信号因此将在第二定向耦合器的第一输出端口输出。
应当理解的是，这样的输出信号将只通过放大器单元中的一个放大器(即，第一放大器)被放大。因此，放大的功率比频率高于第一定向耦合器的下截止频率的信号少约3db(50％)。因此，如果频率较高的其他信号放大200w，这样的信号例如可以放大100w。
然而，尤其在emi测试中，这样的放大的功率减少是可接受的，尤其从带宽增加的角度来说。
在可能的实施例中，双工器可以用于经由第一分路器输出端口提供第一分路信号，该第一分路信号的频率范围高于第一定向耦合器的截止频率。另外，双工器可以用于经由第二分路器输出端口提供第二分路信号，该第二分路信号的频率范围低于第一定向耦合器的截止频率。
双工器可以是频率选择元件并且执行一种基于频率的解复用。
双工器可以布置为或者形成为使得第一分路信号可以例如包括如下的频率范围，该频率范围大约与将平衡放大器用在单个输入信号的传统布置中的情况下针对平衡放大器指定的频率范围相同。
因此，第一分路信号将被放大器布置像传统平衡放大器中的单个输入信号一样被放大。
另外，双工器可以布置为或者形成为使得第二分路信号可以例如包括如下的频率范围，该频率范围低于将平衡放大器用在单个输入信号的传统布置中的情况下针对平衡放大器指定的频率范围。
这意味着经由第二分路器输出端口提供的第二分路信号将不会从第一定向耦合器的第二输入端口耦接到第一定向耦合器的第一输出端口。这是因为第二分路信号低于第一定向耦合器的截止频率。相反，第二分路信号将从第一定向耦合器的第二输出端口传送到第一放大单元，到达第二定向耦合器，并且从那里传送到第二定向耦合器的第一输出端口。
相比之下，经由双工器的第一分路输出提供的信号将提供给第一定向耦合器的第一输出端口和第二输出端口两者，因此将由第一放大器单元和第二放大器单元进行放大。这样的信号还将从第二定向耦合器的第二耦合器输入端口耦接到第二定向耦合器的第一输出端口中。同时，第二定向耦合器的第一输入接口接收来自第一放大单元的信号并且在第一输出端口输出信号。
因此，定向耦合器的频率范围内的信号将由第一放大器单元和第二放大器单元进行放大并且由第二定向耦合器耦接到第一输出端口中。
因此，可以将放大器布置视为具有两个相邻频带的频率选择放大器布置，其中利用下频带的两倍功率来放大上频带。
附图说明
为了更完整地理解本发明及其优点，现在参考结合附图的以下描述。下面使用在附图的示意图中所说明的示例性实施例来详细说明本发明，其中：
图1示出根据本发明的放大器布置的实施例的框图；
图2示出根据本发明的放大器布置的另一实施例的框图；
图3示出根据本发明的方法的实施例的流程图；以及
图4示出根据本发明的放大器布置的实施例的放大功率关于频率的示意图。
附图旨在提供对本发明实施例的进一步理解。它们示出了实施例，并且结合描述有助于解释本发明的原理和概念。考虑到附图，其他实施例和许多提到的优点变得明显。附图中的元件未必按比例显示。
在附图中，除非另外说明，否则在功能上等同且相同的操作元件，特征和部件分别具有相同的附图标记。
具体实施方式
图1示出放大器布置100的框图。放大器布置100用于放大宽带信号101。放大器布置100包括信号分路器102，该信号分路器102接收宽带信号101并且将宽带信号101分路为第一分路信号103和第二分路信号104。第一分路信号103和第二分路信号104然后被提供给平衡放大器105。平衡放大器105输出基于第一分路信号103和第二分路信号104的单个放大的宽带信号107。在放大器布置100中，平衡放大器105的第二输出以电阻(例如，50ω电阻)终止。
上下文中的“宽带信号”可以是指与平衡放大器105的工作频谱相比频谱较宽的信号。较宽尤其可以是指扩展至低于平衡放大器105的下截止频率的较低频率范围。
通常，平衡放大器105将在输入端口中的一个输入端口以另一电阻106终止，并且将只接收宽带信号101作为单个输入。然而，平衡放大器105的内部信号流会限制平衡放大器105在这样的通常布置中的可使用频带。相反，利用所示放大器布置100，可用的频率范围可以扩展，即使是单个频率范围具有不同的放大级别。
下面将关于图2更详细地说明放大器布置100中的信号流。
图2示出放大器布置200的框图。放大器布置200是以放大器布置100为基础的。因此，放大器布置200包括信号分路器202，该信号分路器102接收宽带信号201并且将宽带信号201分路为第一分路信号203和第二分路信号204。第一分路信号203和第二分路信号204然后被提供给平衡放大器205。平衡放大器205输出基于第一分路信号203和第二分路信号204的单个放大的宽带信号207。
信号分路器202包括分路器输入端口210、第一分路器输出端口211以及第二分路器输出端口212。信号分路器202例如可以是双工器202。
平衡放大器205包括第一定向耦合器213，该第一定向耦合器213具有第一输入端口214、第二输入端口215、第一输出端口216以及第二输出端口217。第一输入端口214耦接到第一分路器输出端口211，第二输入端口215耦接到第二分路器输出端口212。
双工器202用于经由第一分路器输出端口211提供第一分路信号203，其频率范围高于第一定向耦合器213的截止频率。此外，双工器202用于经由第二分路器输出端口212提供第二分路信号204，其频率范围低于第一定向耦合器213的截止频率。
第一定向耦合器213经由第一输出端口216提供第一解耦信号220，并且经由第二输出端口217提供第二解耦信号221。上下文中的解耦是指在第一输入端口214处提供的信号在第一输出端口216和第二输出端口217被耦出(coupled-out)或者解耦合。同样适用于经由第二输入端口215接收的信号。
第一放大器单元222接收第二解耦信号221，第二放大器单元223接收第一解耦信号220。
第一放大器单元222向第二定向耦合器226的第一耦合器输入端口227提供经放大的第二解耦信号225。第二放大器单元223向第二定向耦合器226的第二耦合器输入端口228提供经放大的第一解耦信号224。最后，第二定向耦合器226经由第一耦合器输出端口229提供经放大的宽带信号207。第二定向耦合器226的第二耦合器输出端口230经由电阻206终止。
下面，将描述频率处于平衡放大器205的特定频率范围内的信号的信号流。
这样的信号将只会由双工器202经由第一分路器输出端口211，作为第一分路信号203提供给第一输入端口214。在第一定向耦合器213中，信号将在第一输出端口216和第二输出端口217被耦出。第一放大器单元222将放大第二解耦信号221，第二放大器单元223将放大第一解耦信号220。在第二定向耦合器226中，经放大的第一解耦信号224和经放大的第二解耦信号225将在第一耦合器输出端口229进行组合或者耦合出来，并且将作为经放大的宽带信号207来提供。
下面，将描述频率低于平衡放大器205的特定频率范围的信号的信号流。
这样的信号将由双工器202经由第二分路器输出端口212，作为第二分路信号204提供给第一定向耦合器213的第二输入端口215。
由于信号低于平衡放大器205的指定频率范围，第一定向耦合器213将不会在第一输出端口216耦合出该信号。相反，该信号将只经由第二输出端口217进行输出。
然后第一放大器单元222将放大该信号。第二定向耦合器226将接收经放大的第二解耦信号225，并且经由第一耦合器输出端口229直接输出该信号。
因此，频率低于平衡放大器205的指定频率范围的信号只通过第一放大器单元222放大，而未另外通过第二放大器单元223放大。
清楚的是，放大器布置200允许在信号包括频率低于平衡放大器205的指定频率范围的情况下，即使只是放大功率减少(1/2)的情况下使用放大器布置200。
在下面基于图3的方法的描述中，为了清楚，将保持在基于图1至图2的装置描述中上面所使用的附图标记。
图3示出用于放大宽带信号101、201的方法的流程图。
该方法包括：接收s1宽带信号101、201，将宽带信号101、201分路s2为第一分路信号103、203和第二分路信号104、204，在平衡放大器105、205中放大s3第一分路信号103、203和第二分路信号104、204，并且输出s4基于经放大的第一分路信号103、203和经放大的第二分路信号104、204的单个放大宽带信号107、207。
宽带信号101、201可以经由信号分路器102、202的分路器输入端口210(尤其是双工器202)接收，并且分路s2可以包括经由信号分路器102、202的第一分路器输出端口211输出第一分路信号103、203并且经由第二分路器输出端口212输出第二分路信号104、204。
分路s2可以包括提供第一分路信号103、203，其频率范围高于第一定向耦合器213的截止频率，以及提供第二分路信号104、204，其频率范围低于第一定向耦合器213的截止频率。
放大s3和输出s4可以在平衡放大器中执行，并且可以包括在第一定向耦合器213接收第一分路信号103、203和第二分路信号104、204，以及经由第一定向耦合器213输出第一解耦信号220和第二解耦信号221。
放大s3和输出s4还可以包括利用第一放大器单元222放大第二解耦信号221，并且利用第二放大器单元223放大第一解耦信号220。经放大的第二解耦信号225可以经由第二定向耦合器226的第一耦合器输入端口227来接收，并且经放大的第一解耦信号224可以经由第二定向耦合器226的第二耦合器输入端口228来接收。最后，单个放大信号可以经由第二定向耦合器226的第一耦合器输出端口229来输出。
可以从第一定向耦合器213的第二输出端口217向第一放大器单元222提供第二解耦信号221，并且可以从第一定向耦合器213的第一输出端口216向第二放大器单元223提供第一解耦信号220。可以从双工器202的第一分路器输出端口211向第一定向耦合器213的第一输入端口214提供第一分路信号103、203，并且可以从分工器202的第二分路器输出端口211向第一定向耦合器213的第二输入端口215提供第二分路信号104、204。
图4示出放大器布置100、200的可能实施例的放大功率关于频率的示意图。
在图4的示意图中，示出了曲线400、401。虚线400表示低于相应的放大器布置100、200的平衡放大器105、205的截止频率的频率范围。实线401表示高于相应的放大器布置100、200的平衡放大器105、205的截止频率的频率范围。
应当理解的是，对于低于信号分路器102、202的下截止频率的频率范围，曲线400将会下降。另外，对于高于平衡放大器105的上截止频率的频率范围，曲线401将会下降。
可见，较低频率范围的信号放大的功率水平(即，曲线400)与较高频率范围的信号放大的功率水平(即，曲线401)相比低约3db。
从图4的示意图清楚的是，利用本发明，平衡放大器的可用频率范围能够在较低频率范围以降低的放大功率进行扩展。较低频率范围仅示例性地可以是从60hz或80hz到380mhz，而较高频率范围可以例如是从380mhz到8ghz。
尽管本文已经说明和描述了具体实施例，但是本领域普通技术人员应当理解的是存在各种替代和/或等同的实施方式。应当理解的是，示例性实施例或各个示例实施例仅仅是示例，并且不旨在以任何方式限制范围、适用性或配置。而是，上述发明内容和详细描述将为本领域技术人员提供用于实现至少一个示例性实施例的方便的指导，应当理解的是，在不脱离所附权利要求及其法律等同物所陈述的范围的情况下，可以对示例性实施例中描述的元件的功能和布置进行各种改变。通常，本申请旨在覆盖本文所讨论的具体实施例的任何修改或变化。
在前述详细描述中，出于简化本公开的目的，将各种特征分组在一个或多个示例或示例中。应当理解的是，上述描述旨在是说明性的，而不是限制性的。其旨在覆盖可以包括在本发明的范围内的所有替代，修改和等同物。在回顾以上说明书时，许多其它实例对于本领域技术人员将是清楚的。
在前述说明书中使用的具体命名用于提供对本发明的透彻理解。然而，根据本文提供的说明书，对于本领域技术人员清楚的是，为了实施本发明，不需要具体细节。因此，为了说明和描述的目的，呈现本发明的具体实施例的前述描述。它们不是穷尽的或将本发明限制到所公开的精确形式；显然，鉴于上述教导，许多修改和变化是可能的。选择和描述实施例是为了最好地解释本发明的原理及其实际应用，从而使得本领域的其他技术人员能够最佳地利用本发明以及具有适于预期的特定用途的各种修改的各种实施例。贯穿说明书，术语“包括(including)”和“其中(inwhich)”分别用作相应术语“包括(comprising)”和“其中(wherein)”的简明英语等同物。此外，术语“第一”，“第二”和“第三”等仅仅用作标记，并且不旨在对其对象的重要性的某种排序施加数值要求或建立其某些排序。
附图标记列表
100,200放大器布置
101,201宽带信号
102,202信号分路器
103,203第一分路信号
104,204第二分路信号
105,205平衡放大器
106,206电阻
107,207单个放大的宽带信号
210分路器输入端口
211第一分路器输出端口
212第二分路器输出端口
213第一定向耦合器
214第一输入端口
215第二输入端口
216第一输出端口
217第二输出端口
220第一解耦信号
221第二解耦信号
222第一放大器单元
223第二放大器单元
224放大的第一解耦信号
225放大的第二解耦信号
226第二定向耦合器
227第一耦合器输入端口
228第二耦合器输入端口
229第一耦合器输出端口
230第二耦合器输出端口
400,401曲线
s1-s4方法步骤