专利名称：高效的信号功率放大方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及无线电频率放大器，具体涉及来自多个信号路径的信号的功率组合。
背景模拟信号处理技术，如频率调制(FM)，一般允许无线电设计者使用非常高效的非线性功率放大器传输无线电频率功率信号。但是，数字调制往往要求线性的功率放大，因为数字信息往往以被传输信号的幅度和相位来表示。一般来说，线性放大器不如非线性放大器效率高，因为在放大信号的整个周期中线性放大器保持激活并耗散功率。相反，非线性放大器，如C、D、E、F、G和S类放大器只耗散不到放大信号半个周期的的功率。随着在各种应用中越来越普遍使用数字调制，尤其是在那些移动和便携式电子无线电产品中，需要为线性放大器获得一般非线性功率放大器的功率效率。现有技术公布了用于提高线性放大器效率的方法。这些方法一般包括加载或提供调制以提高效率。但是，这些方法的实现往往很复杂。需要以不大的复杂度提供一种高效的信号功率放大方法。
图1是根据本发明的一个无线电的框图。
图2是根据本发明的一个功率组合器的概要图。
图3是根据本发明的第二个功率组合器的实施例。
图4是功率恢复电路的首选实施例的概要示意图。
本发明提供组合多个信号，如组合来自多个放大路径的信号时的能量恢复。功率组合器从输入信号的组合生成多个输出信号。功率组合器的其中一个输出信号连接到功率恢复电路，能量被恢复并最好被存储以备后用。
图1是图示根据本发明的一个无线电100的一个简化框图。无线电100包括一个提供该无线电的操作控制的控制器105。无线电100还包括通过一个发送/接收(T/R)开关130连接到天线139的一发射机140和接收机115。该无线电可工作于接收模式，在该模式下来自天线139的RF接收信号137被传送给接收机115。接收机115将一个由RF接收信号137导出的接收基带信号108提供给控制器105。
该无线电还可工作于发射模式，在该模式下控制器105操作发射机140处理基带信号107。发射机140包括一个信号调制器110和一个线性放大器150。优选地，该线性放大器150是没有非线性元件的线性放大器(LINC)。信号调制器110从控制器105接收发射基带信号107并产生RF调制信号113，114。线性放大器150包括放大RF调制信号113、114的放大路径或电路117、119，并将输入信号120、123提供给功率组合器125。在一个实施例中，放大电路117、119在C类放大模式下工作。对于LINC放大，RF调制信号113，114被设计为具有相等的恒定的幅度并由信号调制器110调制使得在RF调制信号113，114之间存在一个特定的相位变化关系。功率组合器125被连接以接收输入信号120，123并将它们组合起来，形成一个输出信号127。在一个实施例中，输出信号127是一个调幅RF信号，其中信息以该第一输出信号127的相位和幅度来表示。输出信号127然后被发送给T/R开关130以便通过天线139发射。功率组合器125还将不发送给发射/接收开关130的RF功率通过另一个作为功率恢复信号的输出信号133送给功率恢复电路136。在首选实施例中，功率恢复电路135包括一个能量存储装置，如能量电池，它由功率恢复信号充电并给无线电100提供电力。
图2是说明本发明的一个首选实施例的一个电路图。RF调制信号113，114分别连接到第一和第二放大电路117，119。功率组合器125包括两个输入端口210，220和两个输出端口215，230。输出端口215可选地将RF输出功率传导出组合器并被连接到一个发射元件，如天线上。另一个输出端口230将RF功率传导出功率组合器125并被连接到功率恢复电路135，详见下文。两个放大电路117，119分别被连接以将输入信号传送到组合器输入端210、220。在首选实施例中，放大电路117，119是非线性放大器，由放大器电路117，119产生的输入信号120，123保持恒定的幅度和特定的相位关系，该关系也出现在RF调制信号113，114中。在功率组合器125中包括四个阻抗变换器235，237，240，243使得在每一个输入端口和第一个输出端口之间连接一个阻抗变换器。每个阻抗变换器都有一个相移，该相移的选择应使得在输出端口215，230组合功率时保证当两个输出端口中的一个为最大功率时，另一个输出端口处为最小功率。输出端口215，230处的功率电平基本上分别是输入信号120，123的和与差并可通过RF调制信号113，114的相对相位来控制。在首选实施例中，阻抗变换器235，237，240，243是传输线，相移分别为90，90，270和90度。
图3示出了使用Wilkinson类型组合器170的本发明的第二个实施例。同图2中一样，RF调制信号113，114分别连接到第一和第二放大电路117，119上，Wilkinson组合器170包括两个输入端口310，312和一个输出端口315。输出端口315可选地将RF输出功率传导出组合器170并连接到一个发射元件，如天线上。两个放大电路117，119连接到组合器170将放大RF功率信号分别传送到输入端口310，320，差分RF到直流(DC)转换器335形式的功率恢复电路也连接到输入端口310，320并在输入端口310，320处出现的信号的相位差为180度时差分RF到DC转换器335将产生最大的DC电力。当输入端口310，320处出现的信号同相时，RF/DC转换器335将产生最小DC电力。当输入端口310，320的信号同相时，输出端口315处将出现最大RF功率，而当输入端口310，320处的信号相位差180度时，输出端口315处将出现最小功率。Wilkinson组合器170包括两个阻抗变换器325，330，它们被配置使得在一个输入端口和一个输出端口之间连接一个阻抗变换器，优选地，阻抗变换器325，330有相同的相移。在一个实施例中，阻抗变换器325，330的相移都是90度。
图4是说明单端RF到DC转换器135的首选实施例的概要图。单端RF到DC转换器135是具有单端输出端口440的一个全波整流器电路。单端RF到DC转换器135通过一个串行电容器435将功率恢复信号133连接到第一二极管430的阳极和第二二极管430的阴极上。第二二极管430的阳极和第一二极管425的阴极通过充电电容器420连接。当功率恢复信号133出现时DC电力通过充电电容器420被存储。优选地，二极管425和430是Schottkey二极管。
本发明大大改善了现有技术。组合器输出的电力，如果不被传送给有用的负荷，并不是被简单地耗散掉，而是被存储用于给定产品的进一步应用中。组合技术可以与非线性放大器和功率恢复电路结合使用以形成一个非常高效的线性放大器。进一步来说，与其它高效线性放大器的技术不同，本发明不包括反馈回路带宽限制。
在不背离所附的权利要求书定义的本发明的精神和范围内，本技术领域的熟练技术人员将可进行多种修正，修改，变化，替代以及等效。
权利要求
1.一种装置，包括一个功率组合器，响应第一和第二输入信号生成表示第一和第二输入信号之和的第一输出信号和表示第一和第二输入信号之差的第二输出信号；以及一个功率恢复电路，连接到第一和第二输出信号的其中之一上。
2.权利要求1的装置，其中该组合器包括第一、第二、第三、第四端口；第一和第二端口分别与第一和第二输入信号连接；第三和第四端口分别提供第一和第二输出信号；第一输出信号由第一输入信号的一部分和第二输入信号的一部分生成，这些部分相互之间有一个第一相位差；第二输出信号由第一输入信号的一部分和第二输入信号的一部分生成，这些部分相互之间有一个第二相位差，该相位差等于第一相位差加180度。
3.权利要求2的装置，进一步包括一个第一阻抗变换器，连接在第一和第三端口之间；一个第二阻抗变换器，连接在第二和第三端口之间；一个第三阻抗变换器，连接在第二和第四端口之间；一个第四阻抗变换器，连接在第四和第一端口之间；其中第一，第二和第四阻抗变换器各有一个90度的相移；以及其中第三阻抗变换器有一个270度的相移。
4.高效的功率放大方法，包括以下步骤组合两个无线电频率输入信号生成一个调幅信号和一个功率恢复信号；存储由功率恢复信号导出的能量以作为电力资源重新利用。
5.权利要求4的方法，其中两个输入信息有恒定的幅度并且相互之间有一个变化的相位关系。
6.权利要求5的方法，其中组合两个无线电频率输出信号的步骤包括以下步骤提供一个这两个输入信号之间的第一数量的相移以生成调幅信号；以及提供一个这两个输入信号之间的该第一量的相移，再加上一个相互之间大约180度的附加相移以生成功率恢复信号。
7.一个在发射机中恢复无线电频率能量的方法，包括以下步骤生成具有特定变化相位关系和基本恒定幅度的第一和第二放大无线电频率信号；组合第一和第二放大无线电频率信号产生一个调幅无线电频率信号和一个功率恢复无线电频率信号；以及将功率恢复无线电频率信号转换为一个直流电源信号。
8.权利要求7的方法，进一步包括用直流电源信号重新充电一个能量单元的步骤。
9.一种通信装置，包括一个发射机，包括一个线性放大器，该线性放大器包括非线性元件；以及一个功率恢复电路，连接到线性放大器以存储来自发射机的未使用的能量。
10.权利要求9的通信装置，其中非线性电路至少包括两个工作在非线性工作级的放大器。
全文摘要
一个装置(100)使用来自组合电路(125)的电功率恢复以改善效率。功率组合器(125)由输入信号生成多个输出信号(127,133)。功率组合器的输出信号中的一个连接到功率恢复电路(135),能量被恢复并且优选地被存储以备后用。
文档编号H03F3/68GK1254453SQ9880474
公开日2000年5月24日 申请日期1998年4月30日 优先权日1997年5月2日
发明者罗伯特·E·斯丹格尔, 斯科特·A·奥尔森 申请人:摩托罗拉公司