专利名称：放大电路的线性调节装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及放大电路的线性调节装置。
在无线通信设备中，例如在无线通信系统的基站中，放大电路作为最后一级来产生所需要的发射功率。在放大电路中应用的用于放大高频发射功率的功率放大器为了达到最大的工作效率而经常被控制在放大元件(晶体管、行波管等等)的非线性工作区域。在此非线性区域放射信号的输入和输出幅值不成比例，并且出现幅值失真现象。在此幅值的情况下还出现了相位失真的现象，以使在输入信号的相位和输出信号的相位之间出现与幅值有关的相位变化(AM-PM转换)。此两种失真类型在具有包络曲线(例如，AM、QAM、CDMA)的时间变化的放射信号的情况下导致从接收器处理的放射信号的质量的恶化以及导致无法处理发射频谱的情形。
本发明的任务在于在放大电路中减小工作在非线性区域的功率放大器的输出信号的失真。此任务通过具有独立权利要求1的特征的调节装置解决。本发明的其他实施例位于从属权利要求中。
本发明的调节装置设在放大电路中，其含有一个工作在非线性区域的用于放大高频输入信号的功率放大器。在此模件装置中第一本地谐振信号借助于输入耦合器从由输入信号得出的输入测量信号得到。输入混合装置将第一本地谐振信号与输入检测信号进行混合以得到输入中间频率信号。在输入检测装置中从输入中间频率信号得到输入电平信号。以同样的方式在输出混合装置中借助于输出耦合器从由输出信号得到的输出测量信号与第一本地谐振信号进行混合得到输出中间频率信号。在输出检测装置中从输出中间频率信号得到输出电平信号。在至少一个幅值调节装置中通过输入电平信号与输出电平信号相比较得到一个幅值调节信号，并且通过此幅值调节信号控制一个幅值控制单元以放大输入信号。在调节装置中能够多个的实现幅值调节装置和幅值控制单元。
各个特征的优选组合能够使放大电路的放大特性曲线尽可能恒定。在线性放大特征曲线的过渡阶段在非线性的饱和区域能够达到更高的工作效率，并且控制功率放大器直到压缩区域(Kompressionsbereich)。
在输入端和输出混合装置中产生的中间频率信号的频率小于高频输入和输出信号的频率，并且能够被检测器装置处理。以此能够实现对具有高于检测器装置的临界频率的频率的输入信号的调节，例如输入信号的频率高于500MHz，其相应于现有技术中的检测器装置的临界频率。中间频率信号的频率是一致的，因为其分别从第一本地谐振信号和输入与输出信号引出。所出现的影响例如输入信号的频率跳跃或者第一本地谐振信号的频率振荡通过此装置进行补偿。
通过第一本地谐振信号与输入和输出混合装置中的输入和输出信号的混合，所得到的和位于检测装置的中间频率信号与输入信号的频率无关。以此有利的是检测装置的输入侧的电平信号非常精确的对应于输入或输出信号的功率。两个电平信号在幅值调节装置中的比较与幅值控制单元相结合能够有利的达到放大电路的非常精确的放大调节。
按照本发明的第一有利的改进该调节装置附加的含有相位调节装置以从输入检测装置中的相位与输出检测装置中的相位的比较得到相位调节信号，该输入检测装置从输入中间频率信号得到输入相位信号，该输出检测装置从输出中间频率信号中得到输出相位信号。通过该相位调节信号用于调节输入信号的相位的相位控制单元在放大之前通过功率放大器控制，以此附加出现的与幅值有关的相位差被有利的补偿。该相位调节装置以及相位控制单元在此能够多个的实现在调节装置中。
借助于接在输出混合装置之前的放大调节装置，另一个输出电路以衰减系数衰减输出测量信号并且输出混合装置输入有放大控制信号。通过该衰减系数的改变调节功率放大器的放大。该幅值控制单元-功率放大器的放大通过测量方法在较大的范围内与幅值有关。输出幅值的非常精确的控制能够有利的使功率放大器达到很高直到非线工作范围并且平均的工作在较高的效率级别。
在另一实施例中，输入和输出混合装置分别具有一个接在后面的带通滤波器，其中每一个中间频率信号被滤波。在检测装置中限制中间频率信号并且能够有利的减小检测装置的系统错误，例如电平信号与检测器上的测量的输入和输出功率之间的线性关系的偏差。其中幅值和/或相位调节装置分别在后面接有一个回路滤波器，其对幅值和/或相位调节信号进行滤波并且并且幅值以及相位控制单元根据所希望的调节装置的动态性能进行调节。
在此对于放大的输入信号涉及频率调节或者相位调节的信号，即在输入信号中没有进行混合，调节装置的滤波费用是很小的。用于避免或者补偿谐波的方法能够应用经济的窄带电路元件，例如GSM或者DECT系统。因为大量的装置部件工作在中间频率，以此能够使用用于检测和调节的经济的元件。
按照本发明的另一实施例该调节装置有利的含有附加的输入检测装置用于检测输入中间频率信号和附加的输出检测装置用于检测输出中间频率信号。在每一个组合装置中，输入电平信号与具有附加的输入检测装置的输出信号的输入电平信号相混合，而输出电平信号与具有附加的输出检测装置的输出信号的输出电平信号相混合。在此输入检测装置和输出检测装置分别作为对数混合检测器起作用，并且附加的输入和输出检测装置分别作为二极管检测器起作用。
对数检测器的特征在于在较小的检测信号的情况下同样具有高的分辨率，例如在大功率信号的情况下。这在调节装置具有较高的动态要求的情况下和放大电路特别使用在无线装置的末级的情况下是特别有利的。二极管检测器具有较高的检测斜率和较小的动态性能。该对数混合输入以及输出检测装置的电平信号与附加的输入以及输出检测装置的输出电平在混合装置中混合或者相加，则该总和特征曲线在高功率的情况下表现为附加二极管检测装置的高斜率，而在小功率的情况下表现为对数检测装置的动态性能，以此所有的检测器的总共动态性能提高。
下面参考附图借助于实施例详细说明本发明。
图为
图1按照第一实施例的调节装置的方框图，图2按照第二实施例的调节装置的方框图，图3按照第三实施例的调节装置的方框图，图4按照第四实施例的调节装置的方框图，图5具有两侧带状调节的调节装置，图6具有一侧带状调节的调节装置。
图1实施例示出了在放大电路中的调节装置，该放大电路具有的功率放大器LV用于将高频输入信号sein放大为高频输出信号saus。在每一个输入和输出耦合器RKa中输入sein和输出信号saus的小功率部分是从输入seinm和输出测量信号sausm中得到。输入测量信号seinm既传输到输入混合装置MSe又传输到调节装置M，其中第一本地谐振信号los1是从输入测量信号seinm中得出。在输入混合装置MSe和输出混合装置MSa中，第一本地谐振信号los1与输入测量信号seinm以及输出测量信号sausm混合。在混合过程中，在输入MSe和输出混合装置MSa中得到的中间频率zfse和zfsa分别具有的频率与调节装置M中的本地谐振器OZ的频率是一致的，以此与输入sein和输出信号saus的频率无关。中间频率zfse和zfsa具有的频率典型地小于输入和输出信号的频率，以使输入信号sein的频率大于检测装置DTe和DTa的临界频率，其中接下来检测和分析中间频率zfse和zfsa，从而能够实现调节。
检测装置DTe和DTa作为能够在大的功率范围内传感的检测器，例如对数传感器实现。功率检测的结果预先存在于输入电平信号rssie和输出电平信号rssia中，此两个信号在幅值调节装置AR中进行比较。从两个电平信号rssia和rssie的差值中得到幅值电平信号ars，其控制接在功率放大器LV之前的幅值控制单元ASG，以此用于输入信号放大的线性化的幅值调节回路是闭合的。
幅值控制单元ASG能够作为电可控的衰减元件或者作为具有电可调的放大的预放大器实现，其中输入信号sein被衰减或者预放大。有利的是幅值控制单元ASG在幅值调节信号ars的电压和放大或者衰减的电压之间具有线性关系，以尽可能的保持调节回路的恒定的动态性能。在功率放大器LV工作在非线性区域时，幅值控制单元ASG能够实现放射信号的输入和输出幅值之间的线性比例。
图2中的调节装置相应于图l中的调节装置，其附加的用于输入信号sein的相位调节。从中间频率信号zfse和zfsa在输入DTe和输出检测装置DTa中得到输入pse和输出相位信号psa。从输入pse和输出相位信号psa的差值该相位调节装置PR可以得到相位调节信号prs，并且以此控制相位控制单元PSG，其使输入信号sein的相位在放大之前通过功率放大器LV调节。
用于调节输入信号sein的相位的调节装置的作用在于其调节在功率放大时出现的与幅值有关的相位错误，也就是说，输入sein和输出信号saus之间的相位差保持恒定。有利的是该相位控制单元具有调节信号的电压与相位旋转之间的线性关系以尽可能的保持调节回路的恒定的动态性能。
另外对于已经描述的装置来说，从输出测量信号sausm中得到放大控制信号ves的放大调节装置VEE在此调节设备中起作用。在此放大调节装置VEE中以衰减系数衰减输出测量信号sausm并且其作为放大调节信号ves传到输出混合装置MSa。通过放大调节装置VEE中的衰减的改变例如通过一个调节信号能够使放大电路的放大达到准确的调节。
图3中的调节装置已经在图2中所知，其中放大的线性化和输入信号sein的相位调节是同时实现的。另外在图3中与输入DTe和输出检测装置DTa分别并联设置了输入DDTe和输出检测器DDTa。此附加的输入DDTe和输出检测器DDTa在此作为二极管检测器实现。一个二极管检测器含有高检测斜率和小的动态性能。如果对数输入DTe和输出检测器DTa的输出电压与附加的输入DDTe和输出二极管检测器DDTa的输出电压分别在混合装置KE中混合，所得到的总和特征曲线在高功率时表现为二极管检测器DDTe和DDTa的高效率，而在小功率时表现为对数检测装置DTe和DTa的动态性能。以此提高了调节装置的总体检测的总体动态性能。
在图4中给出的调节装置已经在图2中所知，通过两个检测装置DTe和DTa分别扩展带通滤波器BP。此带通滤波器用于中间频率信号zfse和zfsa的滤波。在检测装置DTe和DTa中实现中间频率信号的限制。借助于此限制能够减小检测装置DTe和DTa中的系统错误的影响，例如电平信号rssie和rssia的输出电压和中间频率信号zfse和zfsa的输入功率的对数之间的线性关系的偏差。另外能够使用两个回路滤波器SF，其用于滤波调节信号ars和prs，并且控制单元ASG和PSG根据幅值和相位调节回路的所希望的动态性能进行控制。
为了替换调节装置M在图5和图6中示出了两个变形。图5中的调节装置M用于两侧带状调节。本地谐振器OZ产生本地谐振信号los，其在第一混合器MS1中与输入测量信号seinm混合成辅助信号hs。此辅助信号hs在随后的限制器中被限幅，并且去掉了滤波器F中的发射元件。滤波器F的输出端提供第一本地谐振信号los1以用于另外的处理。
在图6中调节装置M含有一个功率分配器LT，其从输入测量信号seinm中通过功率分配得到第一辅助信号hs1。该调节装置M另外含有本地谐振器OZ，其对于第一辅助信号hs1产生一个In-相位-分量los和一个通过移相器PS产生的具有90°相位移的正交分量。在第一MS1和第二混合装置MS2中，本地谐振信号los以及相位移动的本地谐振信号分别与第一辅助信号hs1混合，以此形成第二和第三辅助信号hs2、hs3。此第二和第三辅助信号hs2、hs3在混合器H中按照功率进行混合并且得到第一本地谐振信号los1，其作为用于输入MSe和输出混合装置MSa的输入信号。
图6的调节装置尤其适合于10.75MHz的中间频率。在此情况下能够使用用于混合装置和检测装置DTe和DTa的例如FM接收器件。调节装置M使用GSM调节器件比较合适。图5的调节装置适合于较高的中间频率，例如110MHz。然后混合装置MSE和MSA以及检测装置DTe和DTa通过DECT器件实现。通过应用这些器件组能够满足调节装置实现的经济性。本发明的调节装置尤其适合于应用在无线通信装置中，例如移动通信系统中的基站，其中放大电路的输出信号具有较高的线性要求。
权利要求
1．用于放大电路的线性化的调节装置，其含有的功率放大器(LV)用于从高频输入信号(sein)中产生高频输出信号(saus)，具有调节装置(M)，用于从借助于输入耦合器(RKe)与输入信号(sein)输出耦合的输入测量信号(seinm)中得到第一本地谐振信号(los1)，-输入混合装置(MSe)，用于将输入测量信号(seinm)与第一本地谐振信号(los1)混合以得到输入中间频率信号(zfse)，-输入检测装置(DTe)，用于从输入中间频率信号(zfse)得到输入电平信号(rssie)，-输出混合装置(MSa)，用于借助于输出耦合器(Rka)将与输出信号(saus)输出耦合的输出测量信号(sausm)和第一本地谐振信号(los1)相混合以提供一个输出中间频率信号(zfsa)，-输出检测装置(DTa)，用于从输出中间频率信号(zfsa)得到输出电平信号(rssia)，-至少一个幅值调节装置(AR)，用于通过输入电平信号(rssie)与输出电平信号(rssia)相比较以得到一个幅值调节信号(ars)，-至少一个通过幅值调节信号(ars)控制的用于将输入信号(sein)的放大进行线性化的幅值控制单元(ASG)。
2．如权利要求1的调节装置，其特征在于，具有-至少一个相位调节装置(PR)，用于通过将输入检测装置(DTe)中的从输入中间频率信号(zfse)得到的输入相位信号(pse)的相位与输出检测装置(DTa)中的从输出中间频率信号(zfsa)得到的输出相位信号(psa)进行比较以得到一个相位调节信号(prs)，和-至少一个通过相位调节信号(prs)控制的用于输入信号(sein)的相位调节的相位控制单元(PSG)，
3．如权利要求1或2的调节装置，其特征在于，具有一个放大调节装置(VEE)以从输出测量信号(sausm)得到放大调节信号(ves)。
4．如上述权利要求之一的调节装置，其特征在于，具有一个幅值调节装置(AR)和/或分别连接在相位调节装置(PR)之后的回路滤波器(SF)以对幅值调节信号(ars)以及相位调节信号(prs)进行滤波。
5．如上述权利要求之一的调节装置，其特征在于，具有一个输入混合装置(MSe)和接在输出混合装置(MSa)之后的带通滤波器(BP)以对输入中间频率信号(zfse)以及输出中间频率信号(zfsa)进行滤波。
6．如上述权利要求之一的调节装置，具有-附加的输入检测装置(DDTe)用于检测输入中间频率信号(zfse)，和附加的输出检测装置(DDTa)用于检测输出中间频率信号(zfsa)，和-混合装置(KE)，用于将输入电平信号(rssie)和输出电平信号(rssia)分别与附加的输入检测装置(DDTe)和附加的输出检测装置(DDTa)的输出信号相混合，其中，-输入检测装置(DTe)和输出检测装置(DTa)分别作为对数检测器起作用，和-附加的输入检测装置(DDTe)和附加的输出检测装置(DDTa)分别作为二极管检测器起作用。
7．如上述权利要求之一的调节装置，其特征在于，用于两侧带状调节的调节装置(M)具有-一个混合器(MS1)，用于将本地谐振器(OZ)中产生的本地谐振信号(los)与输入测量信号(seinm)相混合以提供一个辅助信号(hs)，和-一个限制器(B)，用于限制，以及一个滤波器(F)，用于去掉辅助信号(hs)的反射分量和产生第一本地谐振信号(los1)，
8．如权利要求1到6之一的调节装置，其特征在于，用于一侧带状调节的调节装置具有-一个功率分配器(LT)，用于从输入测量信号(seinm)中产生第一辅助信号(hs1)，-一个第一混合器(MS1)，用于将本地谐振器(OZ)中产生的本地谐振信号(los)与第一辅助信号(hsl)进行相位-混合(in-phase-Mischen)以产生第二辅助信号(hs2)，-第二混合器(MS2)，用于将本地谐振器(OZ)中产生的并且通过移相器(PS)进行移相的本地谐振信号(los)与第一辅助信号(hs1)进行相位移动的混合，和-一个混合器(H)，用于从第二和第三辅助信号(hs2、hs3)中得到第一本地谐振信号(los1)。
全文摘要
调节装置含有一个工作在非线性区域的用于放大高频输入信号的功率放大器。在调节装置中从输出耦合的输入测量信号得到本地谐振信号。在混合装置中本地谐振信号分别与输入和输出测量信号相混合以得到一个中间频率信号。在检测装置中分别从中间频率信号得到电平信号,其在幅值调节装置中进行比较。成套的幅值调节装置控制幅值控制单元以对输入信号的放大进行线性化。
文档编号H04B1/04GK1209688SQ9811862
公开日1999年3月3日 申请日期1998年8月21日 优先权日1997年8月22日
发明者G·赫尔布斯特, F·舒马谢尔 申请人:西门子公司