专利名称：用于调谐谐振模块的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及在一个无线电基站中用于调谐一个谐振模块的方法和系统，所述谐振模块具有调谐装置，一个发射机联接，以及一个天线联接。在发射机和天线联接中的高频输入和输出诸信号，分别被传感和处理，以便将该谐振模块调谐到发射机联接中输入信号的一个频率上。被传感的输入和输出诸信号的处理，包括在一段低频范围内的处理。
这种用于调谐谐振模块的装置，在已出版的PCT申请No.SE92/0004中被公开。所公开的谐振模块包括一个谐振腔和一个谐振体，其位置可以通过一个马达进行调整，来控制谐振模块的谐振频率。只要谐振模块的高频输入和输出信号之间存在相位差，该装置就调整谐振体的位置，从而减少相位差。这种现有技术的装置包括一个电压控制振荡器，它产生一个高频信号，分别在第一和第二混频器中与输入和输出信号混频。从而，形成两个低频信号，其相位差是谐振模块失谐情况的量度。与此相应，该谐振模块通过马达被调谐到一个正确的谐振频率，这就是谐振模块输入信号的频率。
但是，在此现有技术的装置中，电压控制振荡器是一个相对复杂和昂贵的部件，要求具备高的动态性能，因为在现有技术调谐方法中必须扫描一个相对宽的频率范围。
本发明的一个目的是提供一种谐振模块的调谐方法，该方法减少了随该谐振模块输入信号频率变化而调谐该谐振模块所需的时间。本发明的还一个目的是提供一种有效和精确的方法，其中多个谐振模块可以按串行处理方式或并行处理方式被调谐，其中多路复用可被用来减少所需电路，其中VCO可以被省略，其中一个特别有效的自检和调整程序可以在生产以及运行中使用，和/或其中一个低频信号被有效地产生，提供一个有效和成本合算的系统，用于调谐一个谐振模块，特别是用于实现根据本发明的方法。
根据所附的独立权利要求的方法和系统，可以实现这些和其它目的。
本发明的方法和系统的诸实施例的优点是在系统电路同一支路中可以执行不同的传感，以减少可能的测量误差；如果在本发明的调整系统中应用快速调谐装置，可以执行非常快速的“跳频”；仅仅在该低频信号中保留介于发射机信号与天线信号之间的相位关系，从而使后者与目前采用的调制宽度无关。在本发明的方法和系统中，在仍然改进调谐性能的同时，降低与谐振模块相连的某些主要部件的要求是可能的。
具体地说，本发明的方法包括下列诸步骤将一个来源于出现在发射机联接中的发射机信号的输入信号，与一个低频信号混频，产生一个单边带信号；将一个在相位上跟输入信号存在偏移(其偏移量为取决于该谐振模块的当前调谐状态的一个相对的第一相位差)的输出信号跟该单边带信号进行混频后，所述输出信号成为下列信号组中的一个成员，该信号组包括出现在该天线联接上的一个天线信号的一个分开的部分，以及在该谐振模块内部测出的一个信号；将在该发射机联接上的该发射机信号的一个分开部分跟该单边带信号进行混频；在低频信号的频率范围内，将该单边带信号经混频后产生的混频信号分别跟该输入和输出信号进行比较，从而确定输入输出信号之间的相对的第二相位差；根据所述第二相位差运行该调谐装置以调谐该谐振模块，以便将所述第二相位差调整到一个预定值或调整到一个预定值范围内，从而将谐振模块调谐至输入信号的现有频率上。
本发明的方法和系统适用于任何类型的谐振模块，包括但不限于各种空腔谐振器，各种半波长或四分之一波长的谐振器，以及各种波导谐振器。
本发明优点的进一步研究将在下面的详述和权利要求中提出。
图1示出了包括一个单边带发生器的谐振模块调谐系统的方框图。
图2示出了图1的调谐系统的单边带发生器使用的正弦-余弦信号发生器。
参照图1，示出了一个打算用于例如PCS移动电话系统中的基站的组合单元，作为本发明的一个实施例。在该组合单元中，四个可调谐的谐振模块通过四个相应的隔离器与四个发射机输出相连，并与一个发射天线相连。
用于调谐第一谐振模块1的改进的系统包括，一个具有调谐装置3的可调谐谐振器2，一个发射机联接4，以及一个天线联接5。该系统还包括一个隔离器6，它包括两个环行器部件和一个第一传感器，用于传感来自发射机的发射机信号S1，经过隔离器6，到达谐振模块1的发射机联接4。隔离器6中的第一传感器产生一个输入信号S2，基本上是发射机信号S1的一小部分。
下面进一步叙述输入信号S2通过第一多路复用器7馈给功率分离器8，将输入信号分离成信号S3和S4。信号S3通过一个限幅放大器9和一个带通滤波器10馈送，产生一个输给正交调制器(单边带发生器)11的信号S5，众所周知，其中信号S5仍是发射机信号S1的量度，与一个低频(中频)信号分别以直接(0°)和正交(90°)相位I和Q进行混频。正交调制器的输出信号S6，是来自于信号S1和低频信号的信号S5的混频产物的一个单边带。因此，信号S6的频率与信号S1的频率之间的偏移量，通常等于该低频信号的频率，后者是常数。而且，信号S6的相位与信号S1的相位之间的偏移量，通常是一个恒定的相位差。信号S6从正交调制器11馈给混频器12。
信号S4从功率分离器8通过一个衰减器13和第二多路复用器14馈给混频器12。混频器12因此从信号S6和S4产生一个混频生成信号S9，通过一个低通滤波器15和第二限幅放大器16馈给一个信号处理装置17，其中混频生成信号S9的相位在存储器18中被测量和存储。
本系统还包括一个布置在谐振器2里边用于传感天线信号S7的第二传感器，用以产生输出信号S8，它与信号S2进行比较，从而确定一个相对相位差。这个相位差是发射机信号的频率与谐振模块现在要被调谐到的频率之间的相对差的量度。信号S8基本上是天线信号S7的一小部分。另一方面，输出信号可以是在天线联接5中被传感以产生一个用以取代信号S8的信号。在这种情况下，产生于其它发射机的信号将更成问题。对于谐振模块来说，理想调谐状态是在发射机联接4中的发射机信号与天线联接5中的天线信号之间的相位差为零。
来自第二传感器的信号S8，经由将在下文中进一步叙述的一个第三多路复用器19，一个衰减器20，以及在信号S4或者信号S8之间交替地进行切换的第二多路复用器14，馈送到该混频器12。当多路复用器14接通信号S8时，混频器12因此从信号S6和S8产生一个混频生成信号S10，通过低通滤波器15和第二限幅放大器16馈给信号处理装置17，其中信号S10在存储器18中被测量和存储。所存储的相位测量值然后被比较，以确定信号S9和S10之间的相位差。
当然，通过信号处理装置17，知道和确定了相位测量值之间的实时差值。通过第二多路复用器14连接信号S4和S8的顺序从测量原理来说并不重要。但是，通过连接信号S8启动的测量周期是优先的。另一方面，信号S4和S8的相位测量值可以在电路的单独支路中根据相应的变化测得，而避免使用多路复用器14。
信号处理装置17运行，快速和准确地测量和调整发射机信号S1的相位相对于天线信号S7的相位。在信号处理装置17中执行的相位测量，包含一个系统电路中依赖于信号延迟的恒定附加的相位差。但是，这个固有的相位差通过校准得以补偿，从而所测量的介于信号S9和S10之间的相对相位差被调整至一个预定值，在该预定值谐振模块被调谐至各个发射机产生的现有频率上。
在图1示出和上面叙述的系统中，第一和第三多路复用器7和19由信号处理装置17控制，从而在四个基本相同的谐振模块之间共享同样的调整电路，形成具有四个单独发射机联接和一个公用天线联接的组合单元。其余三个谐振模块的调整与上面所述的第一谐振模块1的运行基本相同。组合单元中谐振模块的数目可以与本实施例的不同。
信号S2需要很好地与例如可能出现在公共天线联接中的任何干扰信号隔离。因此，第一传感器被布置在隔离器6的发射机一边。所以，在现有技术中，象由数字6表示的隔离器一般是相当复杂和昂贵的部件，它需要很好地规定从其输入联接到其输出联接的信号延迟，以便在多个谐振模块之间共享一个相应的调整电路。
因此，在本发明的第二实施例中，在每个隔离器与各谐振模块之间提供了附加的第三传感器，用以传感相应上述的信号S4。再者，多路复用器7被省略，并且一个对应于上述的来自第一传感器的信号S2的信号直接馈给对应于上述放大器9的限幅放大器。同样，第三多路复用器19被省略，并且在各个谐振模块中传感的输出信号被直接馈给对应于上述衰减器20的衰减器。因此，虽然具有公用的信号处理和控制单元，还是为每个谐振模块分别提供了调整电路的主要部件。在本发明的第二实施例中，可以利用大大减少复杂性的隔离器，因为不同隔离器中的诸信号延迟之间的相对差值既不必很好地限定，也不要求对例如环境温度变化保持恒定。
在所述实施例中，一个由来自信号处理装置的信号S11控制的电子步进马达，通过机械连接来移动谐振模块的谐振器中的调谐部件，以便执行第一谐振模块的调整。该马达设置了谐振模块调整速度的限值。在发射机以现有频率运行但是间歇发射的情况下，在每次马达改变转动方向的时候，调谐部件的运动速度可能例如被分成两个，以便更有效地达到谐振。此外，如果利用比步进马达更快的装置来调整谐振模块的谐振，所述本发明的调整原理可以被应用得更有效。
图1中示出的限幅放大器16，也可产生一个无线电信号强度指示器(RSSI)信号。这个信号可以被馈给信号处理装置17，并且作为一个指示器，用以指示在各自的发射机连接中，是否有足够强的信号可供测量。此外，它可以作为谐振模块调整状况的粗略测量。
参照图2，用于向单边带发生器提供完全不含谐波的正弦和余弦信号的信号发生器，包括第一和第二双向移位寄存器301,302。每个移位寄存器具有八个输出端，其中，每一个输出端都被连接到一个各自的电阻的一端。诸电阻的另一端在303,304处被互连，并通过一个平滑滤波器和一个第十六次谐波滤波器(未示出)，馈给各自的上面提到的正交发生器的I和Q输入端中的一个。信号处理装置17(图1)的一个时钟信号305被输给一个分频器306，它的第一输出端具有1∶1的相对频率，馈给移位寄存器301,302作为时钟脉冲。分频器306的第二和第三诸输出端具有1∶8和1∶16的相对频率，通过异或门(EXOR)307,308,309以这种方式馈送，即以四个时钟脉冲(相应于90°)的相对差，将逻辑状态(1)送入移位寄存器301,302，直到各个移位寄存器都填满逻辑状态(1)为止，然后，改变移位方向，仍然以四个时钟脉冲的相对差，从另一个方向将逻辑(0)状态送入移位寄存器。这样来挑选诸电阻的值，使得所产生的正弦和余弦信号的失真度小于大约2％。由于这种产生方式，信号具有被严格规定的90°的相对相位差，这是正交调制器17(图1)所需要的。本发明所使用的频率可以在50千赫的范围内。
用于本发明系统的一个优选的自检和校准/调整程序，它既可用于生产，也可在谐振模块投入运行前在安装过程中使用，可以包括下列诸步骤把所有调谐装置放在预定的起始位置，最好终止位置在运行频率范围之外，使得互联的谐振模块不互相干扰；在该谐振模块的发射机连接处施加一个最好是非调制的测量信号(每次运行一个谐振模块)；运行谐振模块的调谐装置经过谐振峰值到达远方的-3dB点，然后返回至近方的-3dB点，同时传感信号强度，并且利用例如上述RSSI功能来识别诸点以及记录相应信号的诸相位；选择对应于上述的第二相位差的一个信号相位值，作为将来调整谐振模块的一个预定的目标值。谐振模块在-3dB诸点之间的信号相位范围的中点处被调谐至谐振。在本例子中，为方便起见，选择相对于最大信号强度为-3dB、并呈现90°的相位差的诸点。也可采用-3dB诸点之外的其他各点以及RSSI信号之外的其他信号强度测量装置。
虽然结合诸最佳实施例叙述了本发明，但应理解为只要不违反所附权利要求书中规定的精神和范围，可以作出各种修改。
权利要求
1．用于在无线电基站中调谐至少一个可调谐的谐振模块的方法，所述谐振模块具有调谐装置，一个发射机连接，以及一个天线连接，所述方法包括下列诸步骤(a)将一个产生于出现在发射机联接处的发射机信号的输入信号，与一个低频信号混频，产生一个单边带信号，(b)将一个在相位上跟输入信号存在偏移(其偏移量为取决于该谐振模块的当前调谐状态的一个相对的第一相位差)的输出信号跟该单边带信号进行混频后，所述输出信号成为下列信号组中的一个成员，该信号组包括出现在该天线联接处的一个天线信号的一个分开的部分，以及在该谐振模块内部测出的一个信号，(c)将在该发射机联接处来源于该发射机信号的一个信号跟该单边带信号进行混频，(d)在低频信号的频率范围内，将步骤(b)和(c)产生的混频信号分别比较，从而确定输入输出诸信号之间的相对第二相位差，(e)根据所述第二相位差运行该调谐装置，将该谐振模块调谐到出现在发射机连接处的发射机信号的频率上，从而将所述第二相位差调整到一个预定值。
2．根据权利要求1的方法，其中步骤(a)还包括，在正交调制器中将输入信号与低频信号混频，以产生单边带信号，其频率偏移为低频信号与输入信号之间的频率差。
3．根据权利要求1的方法，其中步骤(d)还包括，对单边带信号分别与输入和输出诸信号混频产生的混频信号进行带通滤波，从而截断在低频信号频率范围之上的频率。
4．根据权利要求1的方法，还包括利用公共测量电路和一个公共信号处理单元，多路复用和处理另外的谐振模块的输入和输出诸信号。
5．根据权利要求1的方法，还包括利用单独测量电路和一个公共信号处理单元，并行处理另外谐振模块的另外输入和输出诸信号。
6．根据权利要求1的方法，还包括与单边带信号混频的多路复用诸信号。
7．用于实现任何前述权利要求的方法的系统。
8．在无线电基站中用于调谐至少一个可调谐的谐振模块的系统，所述可调谐的谐振模块(1)具有调谐装置3，一个发射机联接4，以及一个天线联接5，所述系统包括至少一个单边带发生器，用于从送往和来自所述可调谐的谐振模块的一个输入信号和一个输出信号中形成一个低频测量信号，所述测量信号是所述输入信号与所述输出信号之间相位差的指示。
9．根据权利要求8的系统，其中该单边带发生器包括一个正弦-余弦信号发生器装置，包括第一和第二移位寄存器，每个分别具有第一和第二输出组，第一和第二输出端，第一和第二电阻组，其中每个电阻一端与第一和第二输出组中的一个相连，并且另一端分别与第一和第二输出端相连，第一和第二预定内容，按照时钟脉冲周期被分别地送入到该第一和第二寄存器，选择时钟脉冲的占空因数，预定存储信息，以及诸电阻的值，使得具有90°相位差的正弦和余弦信号分别在该第一和第二输出端被产生。
全文摘要
公开了一种用于调谐无线电基站中谐振模块的方法和系统。该谐振模块具有调谐装置,一个发射机连接,以及一个天线连接。发射机连接和天线连接中的高频输入和输出诸信号,被分别地传感和处理,以便将该谐振模块调谐到该发射机连接中该输入信号的频率上。被传感的输入和输出诸信号的处理包括在低频范围内的处理。通过利用正交调制器来增加待调谐的谐振模块的调整速度和综合适应性,本发明改进了现有技术的诸方法。
文档编号H03J1/00GK1225206SQ9719627
公开日1999年8月4日 申请日期1997年6月23日 优先权日1996年7月10日
发明者伦纳特·拉森, 罗尔夫·福克森 申请人:奥根公司