专利名称：高效率射频放大器的制作方法
技术领域：
本发明涉及射频(RF)功率放大器，更具体地涉及适合于在广播和电视中应用的此类放大器。
美国专利No.4,580,111的说明书中公布了在广播电视中应用的一种幅度调制器。此调制器通过在数字状态下选择性地接通和截断许多射频放大器来产生出幅度调制，起到形成一个已调幅载波信号的作用。每一个射频放大器中包括多个开关晶体管，它们以H型式的桥电路连接在一起。诸开关晶体管由具有恒定幅度和频率的一个射频信号源予以激励。每个射频放大器中包括多个开关晶体管，它们对加在一个负载上的诸如B+电压源的一个直流电压源实施切换，使通过该负载的电流以相反的方向流动，其频率取决于射频信号源的频率。因此，来自每个功率放大器的输出信号是一个固定频率和固定大小的射频信号，其大小依赖于B+电压源。导通的射频功率放大器的数目取决于输入信号的大小。这些射频输出信号加到一个混合器上，产生出混合的射频输出信号，其幅度按输入信号的幅度受到调制。
上述Swanson专利中的每个射频放大器射频输出信号，可以认为具有固定大小的单位步级值，步级单位取决于B+电压源的值。混合起来提供射频输出信号的单位步级数目取决于导通的射频功率放大器的数目，因而取决于输入信号的大小。为了得到较高的分辨率，可以使用大量的射频功率放大器。得到较高分辨率的另一种方法是使用分数步级的功率放大器。例如，在上述Swanson专利中公布的系统内使用了31个单位步级功率放大器和4个分数步级功率放大器。每个分数步级功率放大器提供的输出信号幅度是单位步级射频功率放大器幅度的分数值。4个分数步级功率放大器包括了1/2、1/4、1/8和1/16单位步级放大器(有时可称为二进制分数步级)。
上面给出的例子中，31个单位步级和4个分数步级共需要35个射频功率放大器。为达到更高的分辨率，需要更多的射频功率放大器。这些放大器价格可观。
本发明的目的是增高迄今介绍的射频放大器系统的分辨率，它使用了至少两个有不同值的不同的直流电压源。一个例子中是有B+电压源和0.5B+电压源。因此，每个射频放大器在导通时提供或是B+值或是0.5B+值的射频输出信号，具体取决于该射频放大器选用着哪个电压源。于是，根据哪个直流电压源连接至射频功率放大器上，每个放大器可以提供全单位步级的信号或部分单位步级的信号。
本发明中包含有一个射频放大器系统，它包括具有不同值的多个直流电压源；一个射频信号源，它提供射频激励信号；N个可激励的射频功率放大器，受激励时，每一个可连接至一个选定的所述电压源上，根据所述选定电压源的大小而提供一个放大的射频输出信号；提供输入信号的装置；根据所述输入信号的值来激励所述N个射频功率放大器中的一个或几个放大器的装置；选择性地将所述电压源之一个连接至每个受激励的射频功率放大器上的装置；使所述放大的诸射频输出信号相加地混合起来以提供混合的射频输出信号的装置。
本发明中又包含一个射频放大器系统，它包括具有不同值的多个直流电压源；一个射频信号源，它提供射频激励信号；N个可激励的射频功率放大器，受激励时，按照所述一个电压源的大小，每个放大器提供一个放大的射频输出信号；提供输入信号的装置；根据所述输入信号的值激励所述N个射频功率放大器中的一个或几个的装置；选择性地使每一个所述功率放大器与选择出的所述电压源之一相连接的装置，以便每一个受激励的射频功率放大器提供一个输出信号，其大小取决于所述选定的直流电压源的大小；使所述放大的诸射频输出信号相加地混合起来以提供混合的射频输出信号的装置；又，提供输入信号的所述装置中包括有提供许多个多比特数字字的装置，每个数字字代表随时间变化的模拟信号的一个样值。
本发明中还包含一个射频放大器系统，它包括具有不同值的第一和第二直流电压源；一个射频信号源，它提供射频激励信号；N个射频功率放大器，其每一个放大器根据一个所述电压源的大小提供放大的射频功率信号；N个第一可激励的切换装置，受激励时，使所述第一电压源与所述N个功率放大器之有关的一个相连接；N个第二可激励的切换装置，受激励时，使所述第二电压源与所述N个功率放大器之有关的一个相连接；提供输入信号的装置；根据所述输入信号的值起激励作用的装置，激励所述N个第一可切换装置中的一个或几个，或者激励所述N个第二可切换装置中的一个或几个；使所述放大的诸射频信号相加地混合起来以提供或混合出射频输出信号的装置；又，提供输入信号的所述装置中包括有提供许多个多比特数字字的装置，每个数字字代表随时间变化的模拟信号的一个样值。
优点在于给出了具有不同值的多个直流电压源的一个射频功率放大器系统；一个射频信号源提供射频激励信号；给出了N个可激励的射频功率放大器；受激励时，按照所选择的电压源的大小，每个放大器可连接至选定的一个电压源上，提供放大的射频输出信号；根据输入信号的值激励N个射频功率放大器中的一个或几个；电压源之一个连接至受激励的诸射频功率放大器之每一个上；诸放大的射频输出信号相加地混合起来，提供混合的射频输出信号。
便利之处在于给出的射频放大器系统中包括有不同值的多个直流电压源及提供射频激励信号的一个射频信号源；具有N个可激励的射频功率放大器，受激励时，按照一个电压源的大小，每个放大器提供放大的射频输出信号；根据输入信号的值，使N个射频功率放大器中的一个或几个放大器受激励；控制电路的作用是选择性地使每一个受激励的功率放大器连接至选定的一个电压源上，以便每个受激励的功率放大器提供一个输出信号，其幅度取决于选定的直流电压源的大小；诸放大的射频输出信号相加地混合起来，提供混合的射频输出信号。
合适之处在于给出的射频放大器系统中包括有不同值的第一和第二直流电压源及提供射频激励信号的一个射频信号源；提供N个射频功率放大器，其每一个的作用是按照一个电压源的大小提供一个放大的射频输出信号；给出了N个第一可激励的切换装置，受激励时，每一个切换装置将第一电压源连接至N个功率放大器中有关的一个上；给出了N个第二可激励的切换装置，受激励时，每一个切换装置将第二电压源连接至N个功率放大器中有关的一个上；配置了控制电路，用以根据所施加的输入信号的值激励N个第一切换装置中的一个或几个，或者激励N个第二切换装置中的一个或几个；诸放大的射频输出信号相加地混合起来，提供混合的射频输出信号。
现在，参照下面的附图、通过实例来说明本发明。
图1是一个电路框图，示明本发明的一个具体实施例；图2是一个电路图，示明本发明实施例中使用的一个射频功率放大器的构成；图3是一个电路框图，示明本发明的第二具体实施例；图4是一个电路框图，示明本发明的第三具体实施例；图5是一个电路框图，示明本发明的第四具体实施例。
本发明的一种应用是与无线电声音广播或电视图像广播的发射机中使用的射频功率放大器结合起来。此种应用中一个发射机的例子给出于图1，它采取了使用A1至AN多个射频功率放大器的数字调幅器10的形式。
图1中示明的调幅器10接收的输入信号来自一个模拟信号源。然后，模拟信号由一个模数转换器转换成一系列数字字，用作数字信号源12。它们可以是8比特的数字字。每个数字字代表一种随时间变化的模拟信号的一个样值，诸如是典型的音频或视频模拟信号的样值。数字字由译码器14译码后提供输出控制信号D1-DN，用来控制射频放大器A1-AN的工作，在通往负载16的输出电路上给出一个调幅的载波信号，负载16中可包括射频发射天线。
由译码器14给出的控制信号D1-DN可取地为二进制信号，它们具有二进制电平1或0。具有二进制1电平或0电平的信号的数目取决于由信号源12给出的输入信号的电平。每一个导通的射频放大器提供一个输出信号，其频率取决于射频载波信号，其幅度取决于选定的直流电压源。从放大器A1-AN上得到的诸输出信号在N路混合器20中混合起来，在混合器20中包括有传输线TL1-TLN。每条传输线是本技术领域内周知的90°传输线。它们共同连接至公共点CP上，而混合的射频输出信号加至负载16上。传输线TL1-TLN的输入端连接于诸放大器输出绕组W1-WN上。
射频功率放大器A1-AN之每一个可以采用图2中示明的推挽电路、单端输出放大器A1的形式。此放大器中包括一对开关工作的晶体管，诸如NPN晶体管30和32，它们的发射极接地，集电极连接至变压器T1内有中心抽头的初级绕组的两端，输出绕组为W1。变压器T1初级绕组中的中心抽头连接至一个直流电压源上，该直流电压源或为B+电压源，或为0.5B+电压源。该中心抽头又通过电容器36接地。输入变压器T2接收到端子40上的射频激励信号，变压器T2的次级绕组连接至晶体管30和32的基极上，使这两个晶体管导通或截止，其频率取决于射频激励信号的频率。
射频激励信号可以是固定大小和固定频率的射频载波信号形式。载波前半周期间，晶体管30导通，自直流电压源来的直流信号通过绕组34的左半部分加过来，经晶体管30的集电极和发射极后到地。这使得电流经过输出绕组W1沿第一方向流动。载波后半周期间，晶体管30截止而晶体管32导通，自直流电压源来的电流通过绕组34的右半部分流动，然后经晶体管32的集电极和发射极到地。这使得电流经过输出绕组W1中的相反方向或第二方向流动。
绕组W1中这种交替流动的频率取决于使晶体管30和32通断地切换的频率，也即这个频率取决于射频激励信号的频率。绕组W1中电流的大小取决于连接至输入端42上直流电压源的大小。如果端子42上连接着B+电压源，则来自端子44的射频输出信号认为是全单位步级信号。如果放大器A1的输入端42连接至0.5B+电压源，则从输出端44上得到的射频输出信号认为是部分步级信号(不同于全单位步级信号)。
受激励时，射频功率放大器A1-AN之每一个可以向N路混合器20或是提供全单位步级信号，或是提供部分步级信号。于是，为了向混合器20提供N个全单位步级信号或N个部分步级信号，或者总共N个单位步级和部分步级信号，只需要N个放大器。这就减小了成本，提高了射频功率放大器系统的效率。
按照图1中所示的一个实施例，译码器14是一个N路的译码器，例如可译码出7比特的数字字，因而该译码器可以控制多到128个射频功率放大器。通过闭合有关的开关S1至SN来使功率放大器被激励，诸开关中被闭合的数目取决于由7比特数字字代表的信号的大小。此实施例中，第8个比特诸如B8用来选择或是B+电压源、或是0.5B+电压源，因而被激励的功率放大器将提供或者是全单位步级信号、或者是部分步级信号。如果B8比特为二进制的O电平，则开关50闭合，向每个被激励的功率放大器供电以B+直流电压。如果B8比特为二进制1电平，则开关52闭合，向每个被激励的功率放大器供电以0.5B+直流电压。对于每一个数字字，这个实施例可以向N路混合器20选择性地提供多达128个全单位步级信号或多达128个部分步级信号，或者全单位步级信号和部分步级信号总共128个的组合。
图3示例出另一个实施例。图1中，有着配置了N个开关S1-SN的N个射频放大器A1-AN，诸开关由有关的N个控制信号D1-DN之一个予以激励。如果N为128，则有128个开关S1-SN。图1的实施例中，只应用了两个开关50和52来使每个被激励的射频放大器与B+电压源或是0.5B+电压源相连接。
图3的实施例类似于图1的实施例，有类同的参考号数。
图3的实施例中有N个开关S1-SN，借助于N个控制信号D1-DN可由译码器14’使它们激励。取决于从数字信号源12得到的数字字的值，这些控制信号可以激励一个或几个射频放大器。图3的实施例中配置了单个译码器14’，用来接收数字信号源12’来的每个8比特的数字字。B8比特保留用于指明所选择的放大器的步级信号应为全单位步级(B+电平)还是部分步级(0.5B+电平)。译码器14’提供两组控制信号，每组给出N个控制信号，它们包括D1-DN和D1’-DN’。控制信号D1-DN通过闭合选定的开关S1-SN之组合来激励一个或几个放大器A1-AN，由之激励选定的射频放大器的组合，每一个激励的放大器连接至B+电压源上。类似地，控制信号D1’-DN’对选定的开关S1’-SN’之组合的激励作出控制，以激励一种选定的射频放大器的组合，其每个激励的放大器连接至0.5B+电压源上。此实施例中，B8比特决定了使用哪个电压源。当B8比特为二进制的0电平时，表明使用的应是B+电压源；当B8比特为二进制的1电平时，表明使用的应是0.5B+电压源。
图3的实施例类同于图1的实施例，可使每个激励的射频放大器给出的或是全单位步级信号、或是部分步级信号。每个数字字包括8个比特，其7个比特用于提供输入信号大小的信息。可以激励128个射频功率放大器的任一种组合。B8比特决定了对于每个激励的射频放大器将使用哪个电压源。
现在，参看图4中示例出的另一个实施例。这个实施例类似于图3中示例的实施例。
图4实施例中增加了一对二进制步级或分数步级放大器100和102，其每一个的构成方式类似于图2中表明的放大器A1。放大器100和102与图2中放大器之间的差别在于绕组匝数比，即放大器100和102中每个输出变压器的初级绕组与次级绕组之间的匝数比。次级绕组或输出绕组104和106有不同的匝数，使得放大器100可提供诸如1/4B+的分数值输出电压，而放大器102可提供3/4B+的分数值输出电压。输出绕组104和106通过传输线105和107连接至混合器20的公共点CP上。对于由译码器14’译码出的每个数字字，根据该数字字的值闭合开关108和110，以激励放大器100和102中的一个或两个。虽然，示例出的只是两个分数放大器100和102，但应当理解到，可以增加附加的分数放大器。对于由译码器14’译码出的每个数字字，这些附加的分数放大器100和102给出了增高的分辨力。
现在，参看图5中示例出的另一个实施例。这个实施例类似于图1中示例的实施例。
图5的实施例中增加了一对二进制步级或分数步级放大器120和122，其每一个的构成方式类似于图2中的放大器A1。放大器120和122与图2中放大器之间的差别在于绕组匝数比，即放大器120和122中每个输出变压器的初级绕组与次级绕组之间的匝数比。次级绕组或输出绕组128和130有不同的匝数，使得放大器120可提供诸如1/4B+的分数输出电压，而放大器122可提供3/4B+的分数输出电压。输出绕组120和130通过传输线129和131连接至混合器20的公共点CP上。对于由译码器14译码出的每个数字字，根据该数字字的值闭合开关124和126，以激励放大器120和122中的一个或两个。这里，示例出的只是两个分数放大器120和122。对于由译码器14译码出的每个数字字，这些附加的分数放大器120和122给出了增高的分辨力。
这里说明的本发明可使用于幅度调制器中，应用在具有宽阔频率范围的无线电广播系统内，也可应用在电视广播系统内。在诸如电视广播系统内的高频率上，射频放大器可采用如图2中示例的推挽电路单端输出形式。在此种场合下，放大器都有接地端，它们不象Swanson的专利No.4,580,111中提供的放大器那样是悬浮的。混合器20中不需要使用隔离电阻。在电视广播应用中，发射机可以工作在UHF和VHF两种波段的运用频率上。
本发明提供了一种射频功率放大器系统，它包括具有不同值的多个直流电压源；给出射频激励信号的一个射频信号源；N个可激励的射频功率放大器；受激励时，按照选定的电压源的大小，每个放大器可这接至所选定的电压源之一上，提供放大的射频输出信号；根据输入信号的值，激励N个射频功率放大器中的一个或几个放大器；电压源之一选择性地连接至每一个被激励的射频功率放大器上。
权利要求
1．一种射频放大器系统，包括具有不同值的多个直流电压源；提供射频激励信号的射频信号源；N个可激励的射频功率放大器，受激励时，按照所述选定的电压源的大小，每个功率放大器可连接至选定的所述电压源之一上，提供放大的射频输出信号；提供输入信号的装置；根据所述输入信号的值激励所述N个射频功率放大器之一个或几个放大器的装置；选择性地使所述电压源之一连接至每个激励的射频功率放大器上的装置；使所述放大的诸射频输出信号相加性地混合以提供混合的射频输出信号的装置。
2．如权利要求1中所述的系统，其特征在于所述提供输入信号的装置中包括有给出多个多比特数字字的装置，每个数字字代表随时间变化的模拟信号的一个样值；用于激励放大器的所述装置包括有对所述数字字进行译码的译码器装置；对于每个译码出的数字字，给出控制信号用以控制所述功率放大器的激励；其中，所述激励装置中包括了具有N个第一输出的译码器装置，用以分别提供N种控制信号，对所述可激励的放大器之一个或几个进行激励，所给出的控制信号的所述种数取决于所述输入信号的值。
3．如权利要求1或2中所述的系统，其特征在于所述多个直流电压源中包括有不同值的第一电压源和第二电压源；第一可激励的切换装置，可使所述第一直流电压源连接至每个受激励的射频功率放大器上，第二可激励的切换装置，可使所述第二直流电压源连接至每个受激励的射频功率放大器上；每个所述数字字中包括有一个编码控制部分，它具有的第一值用以选择所述第一直流电压源，它具有的第二值用以选择所述第二直流电压源；根据所述编码的控制部分的值，一个装置响应于所述控制部分，以激励所述第一切换装置或所述第二切换装置。
4．如权利要求3中所述的系统，包括提供至少一个分数值射频输出信号的装置，其输出信号的大小是所述第一直流电压源大小的一个分数值；按相加性混合进行工作的所述混合装置将所述放大的射频输出信号与所述的至少一个分数值输出信号进行混合，提供所述混合的射频输出信号；其中，提供输入信号的所述装置中包括有给出许多个多比特数字字的装置，每个数字字代表随时间变化的模拟信号的一个样值；用于激励的所述装置中包括有对所述数字字进行译码的译码器装置；对于每个译码出的数字字，提供控制信号用以控制所述功率放大器的激励。
5．一个射频放大器系统，包括具有不同值的多个直流电压源；提供射频激励信号的射频信号源；N个可激励的射频功率放大器，受激励时，按照所述电压源之一的大小，每个放大器提供一个放大的射频输出信号；给出输入信号的装置；根据所述输入信号的值对所述N个射频功率放大器之一个或几个进行激励的装置；选择性地使每个所述功率放大器与选定的所述电压源之一相连接的装置，因而每个受激励的射频功率放大器给出一个输出信号，其大小取决于所述选定的直流电压源的大小；将所述诸放大的射频输出信号相加性地混合以提供混合的射频输出信号的装置；提供输入信号的所述装置中包括有给出许多个多比特数字字的装置，每个数字字代表随时间变化的模拟信号的一个样值。
6．如权利要求5中所述的系统，其特征在于用于激励的所述装置中包括有对所述数字字进行译码的译码器装置；对于每个译码出的数字字，提供控制信号用于控制所述功率放大器的激励；所述激励装置中包括了具有N个输出的译码器装置，用以分别提供N种控制信号，对所述可激励的放大器之一个或几个进行激励，所给出的控制信号的所述种数取决于所述输入信号的值。
7．如权利要求5或6中所述的系统，其特征在于所述多个直流电压源中包括有不同值的第一电压源和第二电压源；第一可激励的切换装置，使所述第一直流电压源与每一个受激励的射频功率放大器相连接，第二可激励的切换装置，使所述第二直流电压源与每一个受激励的射频功率放大器相连接；其中，每个所述的数字字中包括有编码的控制部分，它具有用以选择所述第一直流电压源的第一值和用以选择所述第二直流电压源的第二值；根据所述编码的控制部分的值，一个装置响应于所述控制部分，以激励所述第一切换装置或所述第二切换装置。
8．如权利要求7中所述的系统，包括提供至少一个分数值射频输出信号的装置，其输出信号的大小是所述第一直流电压源大小的一个分数值；按相加性混合进行工作的所述混合装置将所述放大的射频输出信号与所述的至少一个分数值输出信号进行混合，提供所述混合的射频输出信号；提供输入信号的所述装置中包括有给出许多个多比特数字字的装置，每个数字字代表随时间变化的模拟信号的一个样值；其中，用于激励的所述装置中包括有对所述数字字进行译码的译码器装置；对于每个译码出的数字字，提供控制信号用以控制所述功率放大器的激励。
9．一种射频放大器系统，包括具有不同值的第一和第二直流电压源；提供射频激励信号的射频信号源；N个射频功率放大器，每个放大器按照所述电压源的之一的大小提供一个放大的射频功率信号；N个可激励的第一切换装置，受激励时，每个切换装置使所述第一电压源与N个功率放大器中有关的一个相连接；N个可激励的第二切换装置，受激励时，每个切换装置使所述第二电压源与N个功率放大器中有关的一个相连接；提供输入信号的装置；用于激励的装置，根据所述输入信号的值，使所述N个第一切换装置之一个或几个、或者所述N个第二切换装置之一个或几个激励；相加性地混合所述诸放大的射频输出信号以提供或混合出射频输出信号的装置；提供输入信号的所述装置中包括有给出许多个多比特数字字的装置，每个数字字代表随时间变化的模拟信号的一个样值。
10．如权利要求9中所述的系统，其特征在于用于激励的所述装置中包括有对所述数字字进行译码的译码器装置；对于每个译码出的数字字，提供控制信号用以控制所述功率放大器的激励；所述激励装置中包括有译码器装置，它具有与所述N个第一切换装置关联的N个第一输出电路以及与所述N个第二切换装置关联的N个第二输出电路，用以提供一种控制信号来激励所述第一切换装置中的一个或几个、或者所述第二切换装置中的一个或几个；每个所述数字字中包括有一个编码的控制部分，它具有用以选择所述第一直流电压源的第一值和用以选择所述第二直流电压源的第二值；根据所述编码的控制部分的值，一个装置响应于所述控制部分，以激励所述第一切换装置或所述第二切换装置。
11．如权利要求10中所述的系统，包括提供至少一个分数值射频输出信号的装置，其输出信号的大小是所述第一直流电压源大小的一个分数值；按相加性混合进行工作的所述混合装置将所述放大的射频输出信号与所述的至少一个分数值输出信号进行混合，提供所述混合的射频输出信号；提供输入信号的所述装置中包括有用以给出许多个多比特数字字的装置，每个数字字代表随时间变化的模拟信号的一个样值；用于激励的所述装置中包括有对所述数字字进行译码的译码器装置；对于每个译码出的数字字，提供控制信号用以控制所述功率放大器的激励。
全文摘要
一种射频功率放大器系统,包括:具有不同值的多个直流电压源;提供射频激励信号的一个射频信号源;N个可激励的射频功率放大器。受到激励时,每个放大器可连接至所选定的电压源之一上,按照该选定的电压源的大小提供一个放大的射频输出信号。根据输入信号的值使N个射频功率放大器中的一个或几个放大器激励。选择性地使诸直流电压源之一连接至每上被激励的射频功率放大器上。
文档编号H03F3/20GK1208989SQ98115188
公开日1999年2月24日 申请日期1998年6月29日 优先权日1997年6月30日
发明者希尔默·欧文·斯旺森 申请人:哈里公司