专利名称：收发器功率检测结构的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及电子通信领域。更明确地说，本发明涉及经由媒体传输的信号的功率测量和控制。
背景技术：
自从1897年，古列尔莫·马可尼证明可提供与航行英吉利海峡的航船进行通信的能力，借助于电磁波的通信得到显著的进步。从此次证明涌出许多包括无线电、电视和个人通信的应用。的确，期望能继续发展通信。
在发展通信系统中，对通信链路来说，一般有利的是利用可行以用于改进信号质量和用于提供足够覆盖或范围的最强信号。关于信号质量，较强的信号产生较高的信噪比。而且，较强的信号可传播较远的距离。重要的是，信号功率必须被约束在限制内。例如，在多数情况下，这些限制是由诸如联邦通信委员会的政府机关所强加的。的确，其在防止一个或一个以上的强大信号干扰相同频率范围中其它信号的通信上是重要的。其它制约可由标准委员会强加或可由系统自身强加以最小化期望若干信号同时存在的干扰。
因为已观察到通信系统的特性随温度变化，如此其发射功率也受影响，所以设计通信系统的重要的考虑是其在广泛温度范围内的性能。例如，当维持所有其它条件恒定时，通信系统可在高温下以较低的功率电平发射，且其可在非常冷的温度下以较高的功率电平发射，且反之亦然。不管通信系统的特性为何，仍需要精密地监视和控制发射功率。例如，需要控制最大允许功率电平。因此，重要的是了解在任何操作温度下的通信系统发射功率电平。常规的方法为将功率检测器连同温度传感器放置在通信系统内以形成一个校准表。在常规的校准方法中，整个通信系统用于在各种温度下被实行，同时记录检测器电路的输出。在投入使用时，通信系统接着会在测量温度下检索校准数据，以精确测量系统的发射功率。然而，所述常规校准方法必要地要求整个系统或至少所述系统的一大部分应放置在温度腔中。因为涉及的大小和质量，所以校准系统较慢。此外，因为校准了整个系统，所以元件上的任何变化(诸如故障)都需要重新校准。
发明内容
本发明通过提供广泛温度范围内的通信系统的发射功率的精确测量，同时简化校准过程，并通过进一步避免元件替换所造成的任何重新校准，而提供优于常规方法的优点。
在本发明的一实施例中，将一检测器模块定位在一发射器与一天线之间的传输路径中。此外，所述检测器模块经配置以相对于发射器的输出功率电平产生一检测器信号。检测器信号为一来自适当偏压的检测器二极管的信号。结合定位于检测器模块附近的温度传感器，使检测器信号和温度信号与先前校准的功率电平之间相关联。通过校准的功率电平信息，可衰减或放大到发射器的输入信号以控制其输出功率。
在本发明的另一个实施例中，描述了一检测器模块，其中所述检测器模块包括一具有传导波导管的外壳、一检测器、一温度传感器和检测器电路。波导管由传导材料制成，且其以用于特定频率和功率的信号的适当大小加以构造。所述检测器(在此情况下为一检测器二极管)连接到一突出到所述波导管中一段距离的探针以产生一检测器信号。所述温度传感器相对于一温度产生一信号。所述检测器电路包含于外壳内。此外，所述检测器电路经配置以接收检测器信号并将所述检测器信号调节成一检测器模块信号。接着使所述检测器模块信号和温度信号与一先前校准的功率电平相关联。又，通过校准的功率电平信息，可衰减或放大一到发射器的输入信号以控制其输出功率。
基于对本揭示内容的理解可进一步了解这些和其它变化。
并入并形成本说明书的一部分的随附图式说明实施例，且连同描述用于解释本揭示内容的原理。
图1为测量通信系统的输出功率的传统方法的方框图；图2为测量通信系统的输出功率的新方法的方框图；图3为根据本发明的一实施例的检测器模块的前视、侧视和后视图的机械图式。
具体实施例方式
本发明提供一种新的收发器功率检测结构。所述新结构要求检测器模块放置在收发器输出/输入处或靠近收发器输出/输入(例如，靠近天线)处。在一情况下，具有少量相关热质量的功率检测器模块有利地靠近收发器的输出(诸如天线)放置，以提供对收发器输出功率的精确测量。此外，在广泛温度范围内校准功率检测器模块，使得在特定温度下读取的功率检测器模块可与校准的输出功率精确相关。响应输出功率的精确测量，可衰减或放大收发器的输入信号，以精密控制其输出功率。在以下的讨论中，衰减或放大一般指的是放大，其中可理解为放大可为大于1的增益(意即，A＞_1)，且衰减可为具有小于1的增益的放大(意即A＜-1)；此外，使用等于1(意即A＝1)的增益可获得缓冲。当提到放大，衰减也是合适的，且反之亦然。尽管所述论述大部分集中在发射器部分，在此物理位置(physical location)的功率测量也适用于所述收发器的接收器部分的输入。
在以下的描述中，详细描述了本发明的某些方面，然而，为了不使多余细节损害本发明的示教，在论述中简化了某些方面。尽管如此，因为本发明可广泛应用于许多系统中，所以这些简化并不意味缩小应用性。
如所注意，本发明解决围绕无线电发射器的输出功率控制(和接收器输入处输入功率监视)的问题。确实，因为政府规定非常严格且因为现代通信装置非常敏感，所以需要精密控制无线电发射器的输出功率。然而，为更好地了解本发明，对传统方法的了解提供了有用的背景。关于测量且接着控制发射器输出功率的传统方法展示在图1的方框图的通信系统100中。如图1中所示，通信系统100包含发射器102和接收器104。发射器102一般经配置以调制和调节信号，以用于经由一媒体(例如无线媒体)诸如借助于天线126进行传输。相反，接收器104一般经配置以解调制经由一媒体诸如借助于天线126所接收的信号。
关于如图1中所示的通信系统100的传输方面，放大器106经配置以接收输入信号。在某些实施方案中，放大器106可为一可变衰减器或可变增益放大器。在通信系统100中，输入信号一般包含诸如呈调制形式的数字信息(例如，QAM调制信号)或具有指定带宽的模拟信息等信息。放大器106的输出接着被耦合到混频器108。结合合成器110，混频器108用于将输入信号调制到另一频率，其通常为适于所用传输媒体的较高频率，诸如用于无线电通信的无线电频率(RF)。接着，放大器112将RF信号放大到适于经由一媒体传输的较高功率。放大器112可呈多种形式，包括集成电路放大器、磁控管或行波管(TWT)。
包含检测器二极管116的检测器电路114经配置以测量发射器102内的放大器112的输出处的检测信号电平。这个检测信号电平用于估计从天线126传输的输出功率。重要的是，发射器102可为具有许多元件和显著热质量的大模块。提供信号转换器118调节检测信号以耦合到接着控制放大器106的放大的电平的微处理器120。信号转换器118可包括检测器偏压和放大以及过滤。通过改变放大器106的放大，可控制由检测器电路114检测的信号，同时也可控制发射器102的输出功率。检测器电路114的传统应用使用微带接近耦合器以用于将检测信号导向到检测器二极管116。
在放大器112与双工器124之间提供信号隔离器122以最小化通信系统100内的回波损耗(return loss)。请注意，在某些实施中，使用循环器代替信号隔离器122。不论使用哪一个，都可获得信号隔离以提供非常精密匹配的信号。双工器124允许通信系统100内的双重的发射和接收功能。在某些应用中，双工器124为一带通滤波器，其将存在于不同频率范围内的发射和接收信号分离。因此，由放大器112产生的放大RF信号被导向穿过双工器124，并被传递到天线126，以经由媒体传输(在此实例中为无线媒体)。相反，当天线126接收信号时，所述接收信号被导向穿过双工器124，且被传递到接收器104。因为接收器104的细节对理解本发明不必要，所以不进一步描述接收器104。
图1的传统方法可进一步理解为控制系统问题，其中信号退出天线126的输出功率需要由到放大器106的输入信号控制。为适当控制通信系统100，必须考虑可观察性和可控制性问题。如所描述，通过监视存在于检测器电路114处的信号的功率，可观察信号退出天线126的输出功率。然而，存在干预复杂性。此处，我们注意到，不能直接观察输出功率，而是以独立且间接的方式观察。如所示，隔离器122和双工器124，由于其所有现实复杂性，而位于待观察的所要信号(输出功率)与实际测量的信号(检测器电路114处的信号)之间。因此，在检测器电路114处观察到的信号并非来自天线126的输出信号的真实观察，使得有必要说明随着时间的在不同温度和频率下不仅仅是检测器电路114的特性。例如，如所描述，传统方法表现在一温度范围内的整个通信系统100或至少发射器102的特性。
在控制通信系统的输出功率时，更重要的是在包括发射器102的通信系统100可能暴露于宽广温度范围的情况下考虑温度的影响。由于温度的作用，通信系统100的元件，且尤其是发射器104、信号隔离器122和双工器124可展现性能的变化。例如，由于温度的作用，诸如包含于混频器108、合成器110和放大器112内的发射器电路可以未知或不可预知的方式变化。由于温度的作用，检测器电路114(包括检测器二极管116)和信号转换器118也经历变化的事实更加重了此现象。
为说明随着温度的变化，传统的方法通过将通信系统100或至少发射器102密封在温度腔室中并通过在指定温度下精确测量来自天线126的输出功率电平以获得校准数据来对通信系统100或至少发射器102实施温度校准。以此方式，已使已知温度范围内的校准数据与发射的输出功率相关联。在运行中，温度传感器128将向微处理器120提供一温度信号。可以许多形式构建温度传感器128，包括温度传感二极管或电阻器。随后，微处理器120通过使用提供于查找表中的校准数据会(例如)将接收的检测器信号转换为校准的功率电平。微处理器120随后将一合适的信号引导到放大器106，而放大器106将以一已知方式控制至通信系统100的输出功率。
如所描述，校准通信系统的传统方法要求将整个通信系统或至少发射器102放置在温度腔室内进行校准。因为甚至仅与发射器102相关的热质量，所以温度校准是一个冗长的过程，其中有必要将元件留在特定温度下一个延长的时期，以保证所有的元件处于指定温度下。为在宽广温度范围内获得具有精确分辨率的校准数据，校准的时间和成本显著增加。此外，因为通信系统100或至少102可能较大，温度腔室一次可校准的单元数目受到限制。
了解了校准通信系统的传统方法，可更好的理解本发明。参照图2，与图1类似，包括接收器204、双工器224和天线226都存在。然而，通过放置包括检测器二极管216、信号转换器218和温度传感器228的检测器模块214，本发明显著不同于现有技术。在一优选实施例中，检测器模块214被放置在一进一步包括耦接于从双工器224到天线226的路径之间的波导管的衬底上。用于检测功率电平的其它类型的耦接也是合适的。靠近天线226的检测器模块214的位置允许发射器路径(例如，发射器元件、隔离器、循环器或双工器滤波器)中的任何变化，而不会因为发射器路径随频率、功率或时间改变降低检测器的校准功率精确度。另外，体形较小的检测器模块214允许较快的热循环，从而改进校准时间并可简易通信系统200的可制造性。
为获得对一温度范围内的通信系统200的输出功率的精确测量，本发明并不要求在温度腔中放置大的热质量，诸如通信系统200或发射器202的热质量。有利地，应注意，由于将检测器电路214靠近通信系统200的输出放置，所以不必要如现有技术那样校准整个系统的操作。而是，只需要校准具有与其相关的较小的热质量的检测器电路214。的确，发射器102、隔离器222或双工器224的特性的变化不重要；且所有的问题是输出信号的功率电平已知。其可通过将已知功率电平的信号传递穿过在一温度范围内检测器电路214而测量。
如图2所示，就控制系统问题而言可进一步理解本发明，其中信号退出天线226的输出功率需要由放大器206的输入信号控制。如参照图1的论述，必须考虑可观察性和可控制性问题。然而，参照图2，可通过监视就在天线226前的信号的功率，很好地观察不随温度显著改变的信号退出天线226的输出功率。有利地，使用这个结构，存在最小的干预复杂性。此处，几乎可直接观察输出功率，而不是图1的传统方法的间接方式。如图2所示，发射器202、隔离器22和双工器224，由于其所有的现实复杂性，位于检测器模块214前。因此，在检测器模块214处观察的信号是天线226处的输出信号的较真实的观察；且仅需要的说明是对在一温度范围内的检测器电路214的特性的说明。
重要的是注意，由检测器电路214测量的信号的功率也包括来自由天线226接收的信号的功率。然而，此所接收的信号低于所发射信号许多数量级，使得由这个信号所引入的任何误差都可忽略。例如，当通信系统200可以30dBm发射时，其可以低于许多数量级的-60dBm接收。更重要的是注意，在一优选实施例中，天线226精密地匹配系统的其余部分，使得回波损耗非常低，且反过来不会显著影响检测器电路214的测量。
考虑到上述传统校准方法的复杂度，因此应注意，对校准而言，本发明仅需要在温度腔中放置检测器电路。这样，复数个检测器电路可在一温度腔中一次性校准。此外，因为检测器电路214具有小于通信系统200或发射器202的热质量，所以检测器电路214可更快地达到所需的温度，从而减少校准时间并改进可制造性，同时减少相关成本。
在校准过程中，通过将已知频率和功率电平的信号传递穿过检测器电路214并测量信号转换器218的输出可在不同温度下测试检测器电路214。以此方式，产生一查找表，其使来自检测器电路214的信号电平与已知的信号功率电平相关联。在校准后，所述查找表可存储于微处理器220或一合适的存储器中(未图示)。在运行中，通信系统200和其包括检测器电路214的不同元件可在一广泛温度范围内运行。然而，在给定温度下，如由检测器电路214内的温度传感器228所测量，从双工器224传递到天线226的信号的功率电平由微处理器220通过使用查找表确定。接着，微处理器220将信号导向到放大器206以适当放大输入信号电平，所述输入信号电平接着影响输出功率电平和由检测器电路214所测量的功率电平。以此方式，提供一个反馈回路，通过所述反馈回路，仅通过了解(以已校准的方式)检测器电路214的特性可精密控制通信系统200的输出功率电平。
图3为根据本发明的一实施例的检测器模块300的前视、侧视和后视图的机械图式。提供波导管302的尺寸以适于所需频率的信号。波导管302优选地由传导材料制成。检测器二极管304耦接到一经定位以突出到波导管302开口中的探针。检测器二极管304进一步耦接到包含在检测器模块300内的检测器电路306、信号转换器电路308和温度传感器312。尽管波导管302由传导材料制成，但检测器模块300不必为传导材料。连接器310提供一包含于检测器模块300内的电路与诸如微处理器或发射器(未图示)的通信系统的其它元件之间的介面。因此从图3可了解检测器模块300的较小大小有利于温度腔内的校准。
尽管已描述了各种实施例和优点，但是应认识到若干改变是显而易见的。例如，当实施等同类别时，可缩放设计的比例以实施许多大小的网络。因此，可在符合前述揭示内容和上述权利要求书下的情况下广泛应用本示教。
权利要求
1.一种通信信号功率检测结构，其包含一通信系统，其具有一用于发射并接收具有一相关信号功率的信号的天线连接点；一检测器模块，其插入于所述通信系统与所述天线连接点处的一天线之间，其中所述通信系统的所述相关信号功率可通过所述检测器模块观察；和一温度传感器，其大体上靠近所述检测器模块定位，其中通过虑及所述检测器模块基于温度的特性，所述相关信号功率是可控制的。
2.根据权利要求1所述的结构，其中所述检测器模块包括一检测器二极管。
3.根据权利要求1所述的结构，其中所述检测器模块包括一检测器二极管偏压电路。
4.根据权利要求1所述的结构，其中所述通信系统包括一发射器。
5.根据权利要求1所述的结构，其中所述通信系统包括一接收器。
6.根据权利要求1所述的结构，其中所述温度传感器包括一温度敏感电阻器。
7.根据权利要求1所述的结构，其中所述温度传感器包括一温度。
8.一种通信系统，其包含一无线电发射器，其经配置以发射一具有一功率电平的输出信号；一天线，其经配置以经由一媒体发射所述输出信号；一检测器模块，其大体靠近所述天线定位于所述发射器与所述天线之间的一通信路径中，其中所述检测器模块经配置以产生一响应所述输出信号的所述功率电平的检测器信号；一温度传感器，其大体靠近所述检测器模块定位，其中所述温度传感器经配置以产生一响应所述检测器模块的一温度的温度信号；和一控制模块，其经配置以接收所述检测器信号，接收所述温度信号，使所述检测器信号和温度信号与一校准的功率电平相关联，且致使响应所述校准的功率电平的所述输出信号的放大。
9.根据权利要求8所述的系统，其中所述输出信号的所述放大为一大于或等于1的增益。
10.根据权利要求8所述的系统，其中所述输出信号的所述放大为一小于或等于1的增益。
11.根据权利要求8所述的系统，其中所述控制模块产生一用于所述输出信号的放大的模拟信号。
12.根据权利要求8所述的系统，其中所述控制模块产生一用于所述输出信号的放大的数字信号。
13.根据权利要求8所述的系统，其中所述控制模块包括一微处理器，其使所述检测器信号与温度信号相关联。
14.根据权利要求8所述的系统，其中所述控制模块包括一存储器，其用于存储检测器信号和温度信号与校准的功率电平的一关联。
15.根据权利要求8所述的系统，其中所述控制模块包括一查找表，其用于存储检测器信号和温度信号与校准的功率电平的一关联。
16.根据权利要求8所述的系统，其中一双工器位于所述无线电发射器与所述天线之间的一通信路径中，其中所述双工器经配置以将所述输出信号与一接收信号隔离。
17.根据权利要求8所述的系统，其中一双工器将所述接收信号导向到一接收器。
18.根据权利要求8所述的系统，其中一接收信号具有一大体上小于所述输出信号的所述功率电平的功率电平。
19.根据权利要求8所述的系统，其中来自所述天线的一回波损耗信号的一功率电平大体上小于所述输出信号的所述功率电平。
20.根据权利要求8所述的系统，其中所述检测器模块包括一检测器二极管。
21.根据权利要求8所述的系统，其中所述检测器模块包括一检测器二极管偏压电路。
22.一种检测器模块，其包含一大体上具有一波导管的外壳，其中所述波导管由一传导材料制成且经配置以传递一具有一功率电平的发射信号；一检测器，其经配置以伸入到所述大体上矩形的波导管中一距离且经进一步配置以产生一检测器信号；一温度传感器，其定位于所述外壳内且经进一步配置以产生一温度信号；和定位于所述外壳内的检测器电路，所述检测器电路经配置以接收所述检测器信号并经进一步配置以将所接收的检测器信号调节成一检测器模块信号，其中所述检测器模块信号和所述温度信号对应于一大体上类似于所述所发射信号的所述功率电平的校准功率电平。
23.根据权利要求22所述的检测器模块，其中所述检测器模块信号和所述温度信号被耦合到一经配置以放大所述发射信号的所述功率电平的控制模块。
24.根据权利要求22所述的检测器模块，其中所述发射信号被放大一大于或等于1的增益。
25.根据权利要求22所述的检测器模块，其中所述发射信号被放大一小于或等于1的增益。
26.根据权利要求22所述的检测器模块，其进一步包含一控制模块，所述控制模块包括一经配置以使所述检测器信号和温度信号与所述校准功率电平相关联的微处理器。
27.根据权利要求22所述的检测器模块，其进一步包含一控制模块，所述控制模块具有一用于存储检测器信号和温度信号与校准功率电平的一关联的存储器。
28.根据权利要求22所述的检测器模块，其进一步包括一控制模块，所述控制模块包括一用于存储检测器和温度信号与已校准功率电平的一关联的查找表。
29.根据权利要求22所述的检测器模块，其中以与所述发射信号的一方向相反的一方向传递的一信号具有一大体上小于所述发射信号的所述功率电平的功率电平。
30.根据权利要求22所述的检测器模块，其中所述检测器模块包括一检测器二极管。
31.根据权利要求22所述的检测器模块，其中所述检测器模块包括一检测器二极管偏压电路。
32.一种用于控制一通信系统的所述发射功率的方法，其包含提供一信号，其中在靠近一天线的一连接点处，所述信号具有一功率电平；相对于靠近所述天线的所述信号的所述功率电平产生一检测器信号；接收所述检测器信号；使所述检测器信号与一校准功率电平相关联；且致使响应所述校准功率电平的所述信号的放大。
33.根据权利要求32所述的方法，其中所述信号的所述放大为一大于或等于1的增益。
34.根据权利要求32所述的方法，其中所述信号的所述放大为一小于或等于1的增益。
35.根据权利要求32所述的方法，其进一步包含存储检测器信号和温度信号与校准功率电平的一关联。
36.根据权利要求32所述的方法，其进一步包含存储检测器信号和温度信号与校准功率电平的一关联的一查找表。
37.根据权利要求32所述的方法，其中所述检测器信号为一检测器二极管信号。
38.根据权利要求32所述的方法，其进一步包含偏压所述检测器二极管。
39.一种用于校准一检测器模块的方法，其中所述检测器模块包括一用于观察在所述检测器模块的一个或多个温度下的信号功率的观察点，所述方法包含将所述检测器模块放置于一温度可控环境中；通过所述检测器模块的所述观察点耦合一具有一大体上已知功率电平的测试信号；接收一响应所述测试信号的检测器模块信号；从一与所述检测器模块相关联的温度传感器接收一温度信号；且使所述接收的检测器模块信号和温度信号与所述测试信号的所述大体上已知功率电平相关联。
40.根据权利要求39所述的方法，其进一步包含将与所述测试信号的所述大体上已知功率电平相关联的所述接收的检测器模块信号和温度信号收集在一查找表中。
41.根据权利要求39所述的方法，其中将所述检测器模块放置于所述温度可控环境中一大体的时间量，以使所述检测器模块的元件大体上达到所述温度可控环境的所述温度。
42.根据权利要求39所述的方法，其进一步包含使所述温度信号与所述温度可控环境的所述温度相关联。
43.根据权利要求39所述的方法，其中所述测试信号具有一电磁频率，且进一步包含使所述电磁频率与所述测试信号的所述大体上已知功率电平相关联。
全文摘要
本发明描述一种检测器模块(214)，其中所述检测器模块包括一具有一传导波导管的外壳、一检测器、一温度传感器(228)和检测器电路。所述波导管由一传导材料制成且具有一用于一特定频率的一信号的适当大小。可以是一检测器二极管(216)的所述检测器伸入到所述波导管中一距离以产生一检测器信号。所述温度传感器产生一响应一温度的温度信号。所述检测器电路包含于所述外壳内。此外，所述检测器电路经配置以接收所述检测器信号并将所述检测器信号调节成一检测器模块信号。接着使所述检测器模块信号和温度信号与一先前校准的功率电平相关联。通过校准的功率电平信息，可衰减或放大一到发射器的输入信号以控制其输出功率。
文档编号H04B7/00GK1757186SQ200480005995
公开日2006年4月5日 申请日期2004年2月23日 优先权日2003年3月5日
发明者乔纳森·安德鲁·韦尔斯, 路易斯·阿瑟·萨利纳斯, 保罗·艾伦·肯纳德 申请人:斯特拉特克斯网络公司