专利名称：末级放大器中用于补偿相位旋转的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及利用输入和反馈正交信号，来补偿发射机末级中笛卡尔反馈功率放大器的反馈环内相位旋转的一种装置。
在笛卡尔反馈中，把输入正交信号I和Q与反馈正交信号相比较。为了得到稳定的反馈系统，要求当反馈环闭合时，反馈正交信号与输入正交信号近似同相。由于反馈环产生了相位旋转，所以，这一条件经常满足不了。因此，借助于补偿反馈环内的相位旋转，使输入与反馈正交信号变得经常彼此同相。确定反馈环内所产生相位旋转的常用方法是，把环路断开，测量输入正交信号I和Q、以及反馈正交信号，此后，对实测值进行模/数变换，计算相位误差，经过数/模变换以后，调整压控相位旋转器。除了模/数变换、数/模变换和计算机计算以外，这一方法还需要用来断开和闭合反馈环的电路。
本发明的目的是提供一种装置，其中，可以测量和调整反馈环的相位旋转，而且，这种装置在模拟和数字形式下、最好作为集成电路的一个功能来很容易地实现。在用来补偿发射机末级中笛卡尔反馈功率放大器反馈环内相位旋转的装置中，所述装置包括以复数调制信号来正交调制复数输入信号与相应复数反馈信号之间的复数差信号，以便形成已调实值第一信号的装置;以复数解调信号来正交解调取决于已调实值第二信号的所述功率放大器的输出信号，以便形成所述复数反馈信号的装置;上述目的是通过这样的装置达到的即利用检测所述第一信号与所述第二信号之间、以及所述第一/第二信号与所述第二/第一信号的正交分量之间相移量，来确定所述反馈环中相位旋转大小的装置;以及旋转所述复数调制、解调、差、反馈信号之一的相位的装置，它产生相位旋转来补偿所述已确定的相位旋转。
另一种解决方法包括用来检测所述复数差信号与所述复数反馈信号之间相位旋转量的装置;以及旋转所述复数调制、解调、反馈信号之一的相位的装置，以相位旋转来补偿所述已确定的相位旋转。
图1示出在根据本发明的用来补偿末级反馈环中所产生相位旋转的一种装置的优选实施例的无线电发射机中，笛卡尔反馈末级;以及图2示出图1中鉴相器和相位旋转器更为详细的框图。
图1示出无线电发射机中的反馈末级。为了便于描述，开始时，把元件36、38、40省略。
把正交信号I和Q分别送到比较器10和12上。比较器10和12的输出信号IE和QE，通过环路滤波器14和16送到相应的乘法器18和20上。在乘法器18中，来自环路滤波器14的输出信号乘以中频信号IF，该中频信号IF的频率例如可以约为10-500MHz的量级。在乘法器20中，环路滤波器16的输出信号乘以中频信号IF，该中频信号IF已在移相器22中移相90°。乘法器18和20的输出信号相加，并通过可能提供的增益控制电路24送到乘法器26上，在乘法器26中，与高频信号RF混频成为载波频率，高频信号的频率约为900MHz量级。此后，把乘法器26的输出信号送到发射机末级功率放大器PA上。放大器PA的输出信号通过可能提供的滤波器送到天线上。
利用放大器PA的一部分输出信号来形成反馈环。把放大器PA的这部分输出信号送到乘法器28上，在乘法器28中，这部分输出信号与高频信号RF下混频到中频。把已下混频的信号通过第二可能提供的增益控制电路30送到乘法器32和34上。在乘法器32中，已下混频的信号乘以中频信号IF，以形成一个反馈正交信号IF。在乘法器34中，已下混频的信号乘以在移相器22中已移相90°的中频信号，来形成第二反馈正交信号QF。把信号IF和QF反送到相应比较器10和12的第二输入端上。
在至今所描述的电路中，没有考虑反馈环所产生的、反馈正交信号IF和QF的相位旋转θ。最好是利用末级中频部分里的鉴相器36来控制这一相位旋转θ。补偿相位旋转θ的适当方法是，在乘法器18和20中进行调制以前，插入引入补偿相位旋转-θ的相位旋转器38。
把从乘法器18和20输出给鉴相器36的已混频信号IFE定义为IFE＝IE·Cos(ωt)+QESin(ωt)此处，ω为中频信号IF的角频率。把送到鉴频器36上的反馈输入信号IFF定义为IFF＝IE·Cos(ωt+θ)+QE·Sin(ωt+θ)此处，θ为待定的旋转相位。
为了计算相位旋转θ，鉴相器36中形成了与信号IFE正交的信号。该信号可定义为IFEQ＝-IE·Sin(ωt)+QECos(ωt)此后，在鉴相器36中，把信号IFE和IFEQ每一个都乘以信号IFE。对于IFE·IFF可以得到IFE·IFF＝＝｛IE·cos(ωt)+QE·sin(ωt)｝·｛IE·cos(ωt+θ)+QE·sin(ωt+θ)｝＝I2E·cos(ωt+θ)cos(ωt)+Q2E·sin(ωt+θ)sin(ωt)+IEQE·sin(ωt+θ)cos(ωt)+IEQE·cos(ωt+θ)sin(ωt)＝ 1/2 I2E｛cos(2ωt+θ)+cos(θ)｝- 1/2 Q2E·｛cos(2ωt+θ)-cos(θ)｝+ 1/2 IEQE·｛sin(2ωt+θ)+sin(θ)｝+ 1/2 IEQE·｛sin(2ωt+θ)-sin(θ)｝＝ 1/2 (I2E+Q2E)·cos(θ)+ 1/2 (I2E-Q2E)·cos(2ωt+θ)+IEQE·sin(2ωt+θ)以类似方法，对于IFEQ·IFF可以得到IFEQ·IFF＝＝｛-IE·sin(ωt)+QE·cos(ωt)｝·｛IE·cos(ωt+θ)+QE·sin(ωt+θ)｝＝-I2E·cos(ωt+θ)sin(ωt)+Q2E·sin(ωt+θ)cos(ωt)-IEQE·sin(ωt+θ)sin(ωt)+IEQE·cos(ωt+θ)cos(ωt)＝- 1/2 I2E·｛sin(2ωt+θ)+sin(θ)｝+ 1/2 Q2E·｛sin(2ωt+θ)+sin(θ)｝+ 1/2 IEQE·｛cos(2ωt+θ)-cos(θ)｝+ 1/2 IEQE·｛cos(2ωt+θ)+cos(θ)｝＝ 1/2 (I2E+Q2E)·sin(θ)- 1/2 (I2E-Q2E)·sin(2ωt+θ)+IEQE·cos(2ωt+θ)对于这两个信号进行低通滤波，消除与t有关的项，只保留直流分量。于是Iθ＝ 1/2 (I2E+Q2E)·cos(θ)Qθ＝ 1/2 (I2E+Q2E)·sin(θ)Iθ、Qθ通过公式tan－1(Qθ)/(Iθ) 确定了相位误差。在相位旋转器38中，把计算出来的以Iθ和Qθ表示的相位旋转用为相位分离器22输出信号的复数相位旋转，使之具有相角-θ。这一原理称为前馈。
下面将参看图2，详述鉴相器36和相位旋转器38的实施例。
在图2的实施例中，把信号IFE送到例如是希尔伯特(Hilbert)滤波器的相位分离器200上。在模拟乘法器202和204中，已分离的信号乘以信号IFF。把乘积信号送到用来根据上述分式形成相位误差矢量Iθ和Qθ的相应低通滤波器206和208上。乘法器202和204例如可以包括希尔伯特混频器。把误差矢量Iθ和Qθ送到另外两个例如是希尔伯特混频器的模拟乘法器210和212上，在乘法器210和212中，把相应分量乘以相位分离器22的输出信号。此后，把乘法器210和212输出的乘积信号相加，在另一个例如是希尔伯特滤波器的相位分离器214中，对和信号进行分离。相位分离器214的输出信号形成已相位校正的复数信号送到乘法器18和20上。鉴相器的工作使得可以把鉴相器看成是硬限幅，即，抑制幅度信息而增强相位信息。
当系统开始工作时，断路开关40(见图1)把环路断开。此后，来确定θ的起始值。在此测量阶段中，相位旋转器38接受起始值Iθ＝1，Qθ＝0(其它值也是可能的，唯一的条件是I2θ+Q2θ＞＞0)。在此起始阶段中，也可以改变鉴相器的时间常数，使瞬间相变变得很短。当确定了θ的起始值时，把开关40闭合，使环路闭合。借此，把相位旋转器38上的输入信号改变成实际的检测值。同时，鉴相器36的时间常数可以返回到具正常值。此后，系统以稳定状态工作而不需要重新把环路断开。每当开始发射时，这一过程重复一次。
本发明上述实施例的优点是，调节时间很短，相角确定精度约为2°时，调节时间约为50ns。其中，一个原因是θ＝tan－1(Qθ)/(Iθ) ，当 (Qθ)/(Iθ) 的值很小时，该式也能够给出正确的结果。为此，实际上，甚至可以去掉上述起始过程。
优选实施例的一种变型包括一个电路，在该电路中，相位旋转器38校正送到解调器32和34上的复数信号，而不是校正送到调制器18和20上的复数信号。然而，这种变型的缺点尤其是使解调器对相位误差和噪声更为敏感。
另一些变型包括使相位旋转器38分别校正信号IE、QE和IF、QF。但是，这需要把相位旋转器交叉连接起来。
还有一种解决方法包括在基带进行检测和校正。在这样的实施例中，直接在基带上测量IE与QE、以及IF与QF之间的相位旋转。这通过把这两个信号复数相乘、把复数输出信号低通滤波来完成。接着，就可以借助于紧跟在环路滤波器后边、或者，在比较器输入端上的压控放大器，在基带进行校正。需要交叉连接的相位旋转器。与根据图1和图2的优选实施例相比，这一实施例的缺点是，调节时间从约50纳秒增大到几个毫秒，这是因为基带信号的频率显著低于信号IF，使得要滤掉的和频率显著变低。
上述解决方法的优点是，它适合于作为集成电路的一个功能部分来实现。
熟悉本领域技术的人应当理解，在不超出所附权利要求中所限定的本发明范围的情况下，本发明可有不同的变型，例如，如果没有可以利用的中频部分，本发明可以在射频部分中进行。
权利要求
1.一种用来补偿发射机末级中笛卡尔反馈功率放大器(PA)反馈环内相位旋转(θ)的装置，包括以复数调制信号来正交调制复数输入信号(I、Q)与相应复数反馈信号(IF、QF)之间的复数差信号(IE、QE)，以便形成已调实值第一信号(IFE)的装置(18、20、22)；以及以复数解调信号来正交解调取决于功率放大器(PA)的输出信号的实值第二信号(IFF)，以便形成复数反馈信号(IF、QF)的装置(22、32、34)；其特征在于还包括(a)用于检测第一信号(IFE)与第二信号(IFF)之间、以及第一/第二信号(IFE、IFF)与第二/第一信号(IFF/IFE)的正交分量之间相移的量，以确定反馈环相位旋转(θ)的量(Iθ、Qθ)的装置(36)；(b)用于旋转所述复数调制、解调、差、反馈信号之一的相位，以产生相位旋转来补偿所述已确定的相位旋转(θ)的装置(38)。
2.一种用来补偿发射机末级中笛卡尔反馈功率放大器(PA)反馈环内相位旋转(θ)的装置，包括以复数调制信号来正交调制复数输入信号(I、Q)与相应复数反馈信号(IF、QF)之间的复数差信号(IE、QE)，以便形成已调实值第一信号(IFE)的装置(18、20、22);以及以复数解调信号来正交解调取决于功率放大器(PA)输出信号的已调实值第二信号(IFF)，以便形成复数反馈信号(IF、QF)的装置(22、32、34);其特征在于还包括(a)用于检测复数差信号(IE、QE)与复数反馈信号(IF、QF)之间相位旋转(θ)的量(Iθ、Qθ)的装置(36);(b)用于旋转所述复数调制、解调、差、反馈信号之一的相位，以产生相位旋转来补偿所述已确定的相位旋转(θ)的装置(38)。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于所述相位旋转装置(38)包括用来把所述检测装置(36)输出的复数信号(Iθ、Qθ)中实部和虚部分别与调制信号中实部和虚部相乘的两模拟乘法器(210、212);以及用来把乘法器(210、212)输出的和信号分离成为I、Q分量的希尔伯特滤波器(214)。
4.根据权利要求1和3所述的装置，其特征在于所述检测装置(36)包括用来把第一/第二信号(IFE、IFF)分离成为I、Q分量的另一个希尔伯特滤波器(200);用来把该I、Q分量分别与第二/第一(IFF、IFE)相乘的另两个模拟乘法器(202、204);以及用来对所述相应另外乘法器输出的信号进行低通滤波、以形成包括反馈环中相位旋转(θ)的所述量(Iθ、Qθ)的复数输出信号的两个低通滤波器(206、208)。
5.根据前述任一权利要求所述的装置，其特征在于所述调制信号包括中频(IF)信号。
6.根据权利要求1-4项任一项所述的装置，其特征在于所述调制信号包括高频信号(RF)。
7.根据前述任一权利要求所述的装置，其特征在于所述装置是集成电路中的一个功能部分。
全文摘要
一种用来补偿发射机末级中笛卡尔反馈功率放大器反馈环内相位旋转的装置，该装置包括利用复数调制信号来正交调制复数输入信号与相应复数反馈信号之间的复数差信号，以便形成已调实值第一信号的装置；以及利用复数解调信号来正交解调从功率放大器输出的输出信号，以便形成复数反馈信号的装置。装置(36)用来确定反馈环的相位旋转。装置(38)用来确定补偿相位。
文档编号H03F1/26GK1083640SQ93116480
公开日1994年3月9日 申请日期1993年8月23日 优先权日1992年8月24日
发明者P·S·T·伯斯滕, J·-C·奈斯特龙 申请人:艾利森电话股份有限公司