专利名称：无线电传输系统和用于这种系统的无线电设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及至少包括一个无线电设备的无线电传输系统，该无线电设备包括至少带有两个被耦合到至少两个天线的接收机前端的相控阵接收装置。这样的相控阵接收装置用于那些经受到多途径传播的系统中而希望在其中找到具有最佳接收质量的信号路径。相控阵天线允许波束形成。这样的无线电系统的例子是移动无线电话系统，无绳电话系统，室内音频联络系统等，它们的接收信号通常容易衰落。
本发明还涉及用于这种系统的无线电设备。
这种无线电传输系统可从欧洲专利申请EP0459038中得知，其中使用了脱机处理来处理来自相控阵天线的信号，以便在有干扰信号的条件下能最佳地接收想要的信号。在这已知的系统中，作为移相网络的带抽头的延时线的系数被计算和更新，以找到接收信号质量的最佳值。移相网络作用在RF(射频)信号上。在已知的系统所使用的方法是复杂的强力法，它不适合于接收条件快速变化的环境。这样的强力法也难于在例如低功耗的便携式无线电设备中实施，因为它要求大量处理能力，因而也就要求相当大的电池功率。而且，也很难实现工作在RF信号上的移相网络，特别是当被使用在低功耗便携式无线电设备时。
本发明的目的是提供无线电传输系统中的相控阵无线电设备，其天线波束可被快速调整并且它也易于实施。
为此，按照本发明的无线电传输系统的特征在于，第一接收机前端是一个正交接收机，它具有用于从一个接收信号形成正交信号的两个混频器，以及该第一接收机前端包括被连接到混频器输出端的第一移相装置，该移相装置的输出端被连到第二接收机前端的中频级。
在按照本发明的无线电传输系统的一个实施例中，移相装置包括其输入端被连到混频器的输出端的两个可调放大器，以及用于组合放大器的输出的组合装置。由此得到很简单的移相装置，只要调整放大系数就可以对它进行调整。
还有一些实施例在附属的权利要求中被提出，诸如零中频或低中频接收机，因此对移相装置和对其中的吉尔伯特单元放大器的要求将更少，它们很容易调整。因此，完整的零中频相控阵接收机可很容易地被集成在集成电路内。移相装置也可以是无源加权电路或根据正比于正交信号的差分对开关电流的数字控制的组合开关和内插电路。
现参照附图，以举例的方式来描述本发明，其中
图1概略地显示按照本发明的无线电传输系统，图2显示按照本发明的无线电设备的第一实施例，图3显示按照本发明的无线电设备的第二实施例，图4显示按照本发明的无线电设备中的前端，图5A和5B显示按照本发明的移相装置的第一实施例，图6显示按照本发明的移相装置中的可调放大器，图7显示按照本发明的移相装置的第二实施例，以及图8显示按照本发明的移相装置的第三实施例。
在以上图中，相同的参考数字用来表示相同的部件。
图1概略地显示按照本发明的无线电传输系统，包括带有天线3和4的无线电设备2。无线电设备可以是汽车无线电设备，寻呼设备或GPS(全球定位系统)装置等，这时系统1就是广播系统；或者无线电设备2可以是移动电话或无绳电话等，那么系统1就是双向通信系统。系统1可以是任何其它的无线电传输系统。在分别是单向或双向的系统中，该无线电设备分别从无线电设备5接收无线电信号或和无线电设备5进行通信，该无线电设备用天线6分别进行广播或通信。另外，还显示了可能会造成干扰的无线电设备7。在双向系统例如无绳电话系统中，无线电设备5是连接到公共交换电话网8的无线基站，而无线电设备2是手机。无线电设备2的天线3和4接收经过不同路径的无线电波9和10，也就是说这一系统代表了多径传输环境。在汽车无线电话，蜂窝无线电话或无绳电话的情形中，这样的环境对接收电波来说是一个快速变化的环境。
图2显示按照本发明的相控阵无线电设备2的第一实施例，这是例如接收GMSK(高斯最小频移键控)调制信号的数字无线电装置。作为超外差接收机的无线电设备2包括两条支路，带通滤波器20和21分别连到天线3和4，同时分别连到接收机前端22和23。接收机前端22和23可以是UAA2078型的集成电路。在上支路中，该集成电路的所谓I-输出端被连到放大器24，而在作为正交支路的下支路中，I-输出端和Q-输出端被连到可调移相装置25。在输出侧，放大器24和移相装置25被连到加法装置26，后者被连到放大器27，PLL(锁相环)FM(调频)解调器28和放大器29等一系列装置。移相装置25的相位可藉由控制器30供给的直流(DC)电压来调整。控制器30可以是带有RAM(随机存取存储器)，ROM(只读存储器)，数字-模拟变换器，模拟-数字变换器和数字I/O(输入/输出)接口的可编程微控制器。这样的微控制器在技术上是众所周知的，此处未予详细说明。然后DC调整电压可经过数字-模拟变换器(未示出)而提供。控制器也可以是所谓的专用硬件电路，例如在由同一个申请人在同一日期所登记的欧洲专利申请No.94202649.3中所公开的，此处被引用以供参考。在该欧洲专利申请中，专用硬件电路用于控制天线分集相控阵无线电设备中的两个接收机前端的控制电路。
图3显示按照本发明的无线电设备2的第二实施例，它有两个正交接收机前端，除了第一移相装置25外，连到接收机前端23的还有第二移相装置40。该移相装置被连到加法装置41。在输出侧，加法装置26和41被连到信道选择滤波器42和43，它们再连到正交频率-电压变换器44，以便得出解调信号。此无线电设备2也可以是所谓的零中频或低中频接收机，它可由单片集成电路实现。
图4显示按照本发明的无线电设备2的前端22，它包括放大器50，并且被连到混频器51和52以得出正交信号I和Q。混频器51和52又被连到0°/90°移相器53，它再被连到本地振荡器54。当90°移相装置被放在I-信号支路时，移相器53可以省去。
图5显示按照本发明的移相装置25，它包括可调放大器A1和A2，它们被连到加法装置60。输入电压I和Q，输出电压V0和DC-控制电压Vc1和Vc2都在移相装置25上提供，如图5B所示。通过改变控制电压Vc1和Vc2，由天线3和4形成的天线主波束的空间角度φ可在整个2π范围内调整。对于给定的双天线结构，电相移φ和空间角度φ之间的关系可存入存储在微控制器30的ROM中的查对表内。该关系可以很容易地用数学方法找到。在给定的天线结构中，可以找到一组如下表所示的关系，该结构是由两个间隔λ/2的λ/4单极天线所构成，λ是天线波长。
对于给定的所希望的空间角度φ，可得到查对表上的相关一栏，然后借助于读出查对表以及通过数字-模拟变换器(未示出)来提供DC-电压Vc1和Vc2而对放大器A1和A2作相应的调整。
图6显示按照本发明的移相装置25中的可调放大器A1。放大器A是所谓的吉尔伯特单元，包括由晶体管T1，T2，T3，T4，T5和T7所构成的输入/乘法器差分级，其中还有电阻R1，R2，R3，R4，R5，R6和R7以及电容C1和C2，如图所示。吉尔伯特单元还包括由晶体管T8，T9，T10，T11，和T12。电阻R8，R9和R10，以及电容C3和C4构成的差分控制级。控制级被连到输入级的乘法器部分。还显示了晶体管T13，电阻R11和R12，以及电容C5和C6。吉尔伯特单元设有电源干线RA1和RA2。关于对吉尔伯特单元工作的详尽的讨论可参看P.R.Gray等著的手册“模拟集成电路的分析和设计”，Wiley&Sons公司，1984，pp593-600。为了完整地实现移相装置25，要加装上一个如上所述(但略有修正)的完整的放大器，其输出端连接到所描述的放大器电路的输出端。第二放大器(图上未详细示出)与所显示的放大器的不同在于它不包含电阻R1，R2和R6，也没有电容C2。而且，和第一放大器电路中的晶体管T2相对应的第二放大器电路中的晶体管以其基极连接到晶体管T2的基极。因此，加法装置60可不用额外必须的电路而构成。
图7显示按照本发明的移相装置25的第二实施例，以正交信号I和Q以及反向正交信号作为输入信号。藉助于把选择比特bts加到由差分对DP1和DP2以及加权电阻WR1和WR2构成的无源加权或内插结构就可得到移相。选择比特bts切换加权电流从而造成在输出端处的电压差。加权电阻WR1和WR2的值被适当地选择以便完成从电相移到空间角度的变换，如同对图5A和5B所进行的讨论那样。
图8显示按照本发明的移相装置25的第三实施例，它是一个由被加以信号I、-I、Q和-Q的电阻所构成的无源加权结构PWS。所显示的抽头处的电压正如针对图5A和5B所讨论的表中所表示的那样，相应于空间角度0，π/8，…7π/8。
权利要求
1.一种包括至少一个无线电设备(2，5)的无线电传输系统(1)，该无线电设备包括一个相控阵接收装置(22，23，25)，它至少带有两个被耦合到至少两个天线(3，4)的接收机前端(22，23)，该系统的特征在于，第一接收机前端(23)是一个正交接收机，它具有用一个接收信号形成正交信号(I，Q)的两个混频器(51，52)，以及第一接收机前端(23)包括一个连接到混频器(51，52)输出端的第一移相装置(25)，移相装置(25)的输出端被连接到第二接收机前端(22)的中频级。
2.按照权利要求1的无线电传输系统(1)，其特征在于，第二接收机前端(22)是正交接收机，且第一接收机前端(23)包括被连接到混频器(51，52)输出端的第二移相装置(40)。
3.按照权利要求1或2的无线电传输系统(1)，其特征在于，其中频为零。
4.按照权利要求1，2或3的无线电传输系统，其特征在于，移相装置(25，40)是可调整的(Vc1，Vc2)。
5.按照权利要求1，2，3或4的无线电传输系统，其特征在于，移相装置(25，40)包括两个其输入端被连接到混频器(51，52)输出端的可调放大器(A1，A2)，以及用于把放大器(A1，A2)的输出进行组合的组合装置(60)。
6.按照权利要求5的无线电传输系统(1)，其特征在于，其中放大器(A1，A2)是吉尔伯特单元。
7.按照权利要求1，2，3或4的无线电传输系统，其特征在于，其中移相装置(25，40)是基于对正交信号(I，Q)进行分压的无源加权电路(PWS)。
8.按照权利要求1，2，3或4的无线电传输系统，其特征在于，移相装置(25，40)是基于差分对(DP1，DP2)的加权和开关电流的组合开关和内插电路，这些电流和正交信号(I，Q)成正比。
9.一种用于无线电传输系统(1)的无线电设备(2)，该无线电设备(2)包括一个相控阵接收装置(22，23，25)，它至少带有两个被耦合到至少两个天线(3，4)的接收机前端(22，23)，其特征在于，第一接收机前端(23)是一个正交接收机，它具有用于从一个接收信号形成正交信号(I，Q)的两个混频器(51，52)，并且第一接收机前端(23)包括被连接到混频器(51，52)输出端的第一移相装置(25)，移相装置(25)的输出端被连接到第二接收机前端(22)的中频级。
全文摘要
带有用于在多径传输环境下进行最佳接收的相控阵无线电设备(2，5，7)的无线电系统(1)是公知的。相控阵中的移相是相对于射频信号而进行的，其实施较困难。而且在已知设备中的波束形成较复杂。本文提出了用于无线电传输系统(1)的相控阵无线电设备(2)，其中移相是在接收的RF-信号下变频以后进行的，因而相位控制和波束形成较简单。尤其是当使用零中频或低中频接收机结构时，整体结构可很容易地被全部集成。
文档编号H04B7/08GK1148444SQ95191043
公开日1997年4月23日 申请日期1995年9月5日 优先权日1994年9月14日
发明者P·G·M·巴尔特斯, L·莱滕, J·范辛达伦, A·M·H·汤姆比尔, H·A·韦泽, A·G·瓦格曼斯 申请人:菲利浦电子有限公司