專利名稱：使用數(shù)字相控技術(shù)的并聯(lián)放大器結(jié)構(gòu)的制作方法
背景技術(shù)：
I.發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及高頻無線信號的放大，特別涉及控制信號相位和幅度使得可以有效地連接多個放大器的方法。
II.相關(guān)技術(shù)的描述在無線發(fā)射機(jī)領(lǐng)域中，多個放大器經(jīng)常并聯(lián)，并用來放大單個的信號。使用并聯(lián)的多個放大器的發(fā)射機(jī)稱為并聯(lián)放大器發(fā)射機(jī)，并集成在一并聯(lián)放大器結(jié)構(gòu)或設(shè)計中。發(fā)射機(jī)中并聯(lián)放大器的輸出在通過一個或多個天線發(fā)送出去之前被組合起來。
并聯(lián)放大器結(jié)構(gòu)使得能夠使用更小、花費(fèi)更少的放大器。一旦多個放大器中有一個失效，并聯(lián)放大器發(fā)射機(jī)不會全部中斷服務(wù)，而是僅僅輸出功率有所降低。在一單個放大器設(shè)計中，單個放大器的失效將引起整個發(fā)射機(jī)的服務(wù)失效。因此，發(fā)射機(jī)中的單個放大器會被看作是單個的故障點(diǎn)。
不幸的是，幾個并聯(lián)放大器輸出的有效組合并不是微不足道的。放大器的幅度和相位特性是變化的，從而饋送到幾個放大器的同一信號一般會使得各個放大器的輸出信號有細(xì)微的差別。除非并聯(lián)放大器的輸出信號幾乎是同相的，否則它們不能有效地組合為最強(qiáng)的組合輸出信號。在最壞的情況下，放大器輸出為180度相位差，將破壞性地相互干擾，產(chǎn)生最小的組合輸出功率。
組合多個已放大信號的幾種裝置在本領(lǐng)域中是已知技術(shù)，并包括同相組合器如Wilkinson組合器和正交放大器，例如Lange耦合器。Wilkinson組合器有兩個輸入和一個輸出，輸出一般代表輸入信號的和。Lange耦合器也有兩個輸入，其中，一個在組合之前旋轉(zhuǎn)90°。另外，Lange耦合器輸出一個相位差信號，可用來確定兩個輸入信號之間的相位差。
在使用多個并聯(lián)放大器的發(fā)射機(jī)中，通常是每個放大器必須在工廠調(diào)整來保證放大器的相位特性在彼此的一些標(biāo)稱范圍內(nèi)。為了進(jìn)行這種工廠調(diào)試，放大器是用相位調(diào)整電路，例如電位器和變?nèi)荻O管(varactor)來設(shè)計的，兩者都是已知技術(shù)。這種工廠調(diào)試步驟必須由合格的工廠技術(shù)員進(jìn)行，并且化時間、費(fèi)用昂貴。所以，最好能消除這種工廠調(diào)試步驟。
甚至在工廠內(nèi)調(diào)試好放大器之后，也需要其它的步驟使得能夠?qū)碜圆⒙?lián)放大器的信號組合起來。對于每個單獨(dú)的放大器來說，相位特性隨溫度而變化，當(dāng)每個放大器用的時間增加時，相位特性還隨時間而變化。為了減緩這種放大器相位變化，開發(fā)了進(jìn)行并聯(lián)放大器實(shí)時相位調(diào)整的方法。
為了能夠進(jìn)行并聯(lián)放大器的實(shí)時相位調(diào)整，必須使一小組的放大器配有改變輸出相位的裝置。一般是由在信號源和放大器輸入之間插入壓控移相器來實(shí)現(xiàn)的。用來控制移相器的模擬控制電壓來自于測量送到組合器的信號。在利用Lange耦合器的設(shè)計中，可以在控制回路中使用Lange耦合器的相位差信號來調(diào)整移相器的控制電壓。
這種校正并聯(lián)放大器的方法仍然存在問題。移相器，例如使用變?nèi)荻O管的類型，具有引起相移輸出中信號失真的非線性響應(yīng)。這種失真在發(fā)送高頻信號時可能無法接受。如果發(fā)送信號是高頻，則需要對相位作很精確的調(diào)整，以防止破壞性的干擾。移相器的分辨率可以不是足夠精確用于高頻并聯(lián)放大器。另外，產(chǎn)生移相器所需的控制電壓的電路隨時間和溫度而變化。將時間和溫度一起考慮一起，進(jìn)一步將提供移相器控制電壓的控制回路的設(shè)計復(fù)雜化了。
另外，仍然需要在工廠內(nèi)進(jìn)行放大器的調(diào)試，甚至僅僅為了得到與足以使移相器控制回路能夠正常工作最接近的相位輸出。在放大器結(jié)構(gòu)中使用精密元件有可能不需要進(jìn)行工廠調(diào)試，但是這種元件的使用將增加放大器的材料成本。
在使用同相組合器的現(xiàn)有設(shè)計中，增加了相位檢測電路以測量組合器的輸入之間的相位差。相位檢測電路產(chǎn)生相位差信號電壓，送到控制回路電路，提供模擬控制電壓到電壓控制移相器。沒有相位檢測器時發(fā)生的相位檢測電路缺少校正或相位失真，這些降低了并聯(lián)放大器的組合輸出的質(zhì)量。因?yàn)橄辔粰z測器、移相器和控制回路電路是模擬的，所以它們的特性隨溫度和年代而變化。
在使用超過兩個放大器的并聯(lián)放大器結(jié)構(gòu)中，多個組合器可以級聯(lián)以形成最后組合的輸出信號。不過，在這一組合器級聯(lián)的每一層中可以另外引進(jìn)相位變化，在單獨(dú)的放大器輸出處減少相位測量的有效性。
要求并聯(lián)放大器結(jié)構(gòu)能有效地組合多個并聯(lián)放大器的輸出。另外，要求這種設(shè)計不需要昂貴的、高精度元件，并且不必進(jìn)行工廠調(diào)諧。另外，要求這樣的設(shè)計能使電路性能不會隨溫度和時間而變化。
發(fā)明概述本發(fā)明通過使用數(shù)字技術(shù)在產(chǎn)生源信號時，調(diào)整源信號的相位來解決以上所描述的問題。在典型的實(shí)施例中，直接數(shù)字組合器用來產(chǎn)生非常精細(xì)相位分辨率的相控上變頻器混合信號。在另一實(shí)施例中，數(shù)字信號處理技術(shù)用來對在數(shù)字域中的信號進(jìn)行線性濾波，仔細(xì)控制群延遲以產(chǎn)生放大器輸入信號的精確的相移。送到每個放大器的輸入信號的相位由一控制模塊實(shí)時調(diào)整，它調(diào)整放大器的輸入信號，使組合器或組合器網(wǎng)絡(luò)的輸出處測得的功率為最大。
因?yàn)槭褂霉β蕼y量來使每個放大器的輸入信號相位最佳，本發(fā)明可以利用同相組合器例如Wilkinson組合器，正交相位組合器例如Lange耦合器，或者其它類型的信號組合器。
另外，每個并聯(lián)放大器的輸出幅度是實(shí)時測量和平衡的。除了延長放大器的平均MTBF以外，對具有相似性能規(guī)格的并聯(lián)放大器的輸出予以平衡，降低了其中任一個放大器過激勵狀態(tài)的可能性。
本發(fā)明可以在任一系統(tǒng)中使用，使得可以用作并聯(lián)放大器的輸入的發(fā)射信號的數(shù)字處理。
附圖簡述在參照附圖閱讀了本發(fā)明的特征、目的和優(yōu)點(diǎn)以后，讀者將會更清楚地理解本發(fā)明。圖中，相同的標(biāo)號所表示的意義相同。


圖1a是按照本發(fā)明的實(shí)施例，在信號的數(shù)模轉(zhuǎn)換之前應(yīng)用相位控制的并聯(lián)放大器結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖1b是按照本發(fā)明的實(shí)施例，在信號的數(shù)模轉(zhuǎn)換之后應(yīng)用相位控制的并聯(lián)放大器結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖2是按照本發(fā)明的其它實(shí)施例的二級上變頻器的方框圖。
圖3是按照本發(fā)明實(shí)施例將并聯(lián)放大器發(fā)射器所有放大器的輸入最佳化處理的高層流程圖。
圖4是按照本發(fā)明實(shí)施例將單獨(dú)放大器的輸入最佳化處理的詳解的流程圖。
較佳實(shí)施例的詳細(xì)說明圖1a和1b顯示按照本發(fā)明的單獨(dú)的實(shí)施例構(gòu)造的并聯(lián)發(fā)射器結(jié)構(gòu)。兩種結(jié)構(gòu)之間的差別是，相位控制是在數(shù)字信號還是模擬信號上進(jìn)行的(在數(shù)模轉(zhuǎn)換之前或之后)。發(fā)射器結(jié)構(gòu)用多個并聯(lián)高功率放大器(HPA的)112顯示。盡管用三個并聯(lián)HPA信道顯示，這些結(jié)構(gòu)在具有任意數(shù)量的多于一個的并聯(lián)放大器的發(fā)射器中同樣有用。
在圖1a所示的實(shí)施例中，使用相控數(shù)字振蕩器104產(chǎn)生的一個混合信號，在數(shù)字混合器102中將每個信號上變頻到中頻(IF)，在圖中作為直接數(shù)字組合器(DDS的)。然后，產(chǎn)生的結(jié)果IF信號送到數(shù)字增益塊106，它能控制到達(dá)數(shù)模轉(zhuǎn)換器110的IF信號的增益。模擬上變頻器110將模擬IF信號上變頻，產(chǎn)生射頻(RF)信號到達(dá)高功率放大器(HPA)112。
將HPA112的輸出提供至組合器模塊120，在此將所有已放大的信號組合起來，而形成提供至天線122的最后的信號。掌握該技術(shù)的人將能理解，組合器模塊120能利用同相組合器，例如Wilkinson組合器，正交相位組合器例如Lange耦合器，或不偏離本發(fā)明的其它信號組合技術(shù)。另外，不偏離本發(fā)明，可在組合器模塊120和天線122之間加入另一個處理模塊。
控制模塊116接收來自于連接到每個高功率放大器(HPA)114輸出的功率計量表114的信號功率測量信息，和來自于連接到組合器模塊120的輸出的功率計量表118?？刂颇K116使用來自于功率計量表組合的功率測量信息，用來產(chǎn)生用于DDS的104的數(shù)字相位控制信號和用于數(shù)字增益方框106的數(shù)字增益控制信號。控制模塊116改變送到DDS的104的控制信號，將在功率計量表118處測得的功率與在功率計量表114處測得的功率值的和的比值最大化。另外，控制模塊116改變發(fā)送到數(shù)字增益塊106的控制信號，這樣，在功率計量表114處測得的功率值大約彼此相等。在使用Lange耦合器的實(shí)施例中，Lange耦合器的相位差輸出提供至控制模塊116，用來產(chǎn)生相位控制信號。
在圖1a所示的實(shí)施例中，包括數(shù)字混合器102a的整套元件，數(shù)字振蕩器104a，數(shù)字增益塊106a，DAC108a，模擬上變頻器110a，HPA112a和功率計量表114a形成信號傳輸子系統(tǒng)126。在不偏離本發(fā)明的情況下，在并聯(lián)放大器發(fā)射器中，可以使用任何數(shù)量的信號傳輸子系統(tǒng)。
在另一種實(shí)施例中，數(shù)字增益塊106使用數(shù)字信號處理來進(jìn)行頻譜成形、均衡或信號的預(yù)加重來補(bǔ)償在每個HPA112的頻率特性中的已知的不規(guī)則。通過將不同數(shù)量的增益加入到它們輸出信號的各種頻率成分中，這個處理將在每個HPA112的輸出處產(chǎn)生更有效的功率頻譜密度。
在另一個實(shí)施例中，數(shù)字增益塊106包括線性數(shù)字濾波器，它改變了頻率-相位響應(yīng)的線性斜率，以產(chǎn)生均勻的群延遲或相移。通過使用這種數(shù)字信號處理技術(shù)，數(shù)字增益塊106對HPA112的輸入信號進(jìn)行相位控制和增益控制，避免在DDS104處進(jìn)行相位控制。
數(shù)字增益塊106可以使用現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)，可編程邏輯裝置(PLD)，數(shù)字信號處理器(DSP)，專用集成電路(ASIC)或其它能對來自于控制器例如控制模塊116的信號作出響應(yīng)而進(jìn)行所需要的數(shù)字處理的裝置來實(shí)現(xiàn)。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員還能理解，還可以在數(shù)字增益塊106內(nèi)實(shí)現(xiàn)控制模塊116。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員還能理解，在不偏離本發(fā)明的情況下，數(shù)字增益塊106還能放在混合器102之前，在相控振蕩器104和混合器102之間，或者甚至安裝于相控振蕩器104中。
圖1b示出了按照本發(fā)明的另一實(shí)施例的發(fā)射器結(jié)構(gòu)。在該實(shí)施例中，輸入到并聯(lián)放大器的輸入信號在模擬混合器152中進(jìn)行上變頻之前，由數(shù)模轉(zhuǎn)換器150從數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號。用于模擬混合器152的混合信號由相控數(shù)字振蕩器104產(chǎn)生，圖中作為直接數(shù)字組合器(DDS的信號)，并由數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)156在混合之前轉(zhuǎn)換成模擬信號。連接到DAC的DDS的組合也可以稱為“模擬DDS”。每個模擬混合器152的輸出提供至任選模擬增益塊158，它在信號在HPA112中放大之前改變上變頻信號的增益。相控數(shù)字振蕩器104和模擬增益塊158都連接到控制模塊116，并接收來自于控制模塊116的增益和相控信號。
每個DDS104提供的相移的程度和在每個模擬增益塊158處引入的增益變化程度由控制模塊116控制。在本實(shí)施例中，控制模塊116發(fā)送到DDS的152的數(shù)字相位控制信號，這樣將在功率計量表118處測得的功率和在功率計量表114處測得的功率值之和的比值最大化。另外，控制模塊116改變送到模擬增益塊158的控制信號，這樣在功率計量表114處測得的功率值彼此近似相等?？刂颇K116發(fā)送到模擬增益塊158的控制信號，按照模擬增益塊結(jié)構(gòu)的要求，可以是數(shù)字的，也可以是模擬的，這在本領(lǐng)域中是眾所周知的。
在圖1b所示的另一種實(shí)施例中，包括模擬混合器152a、數(shù)字振蕩器104a、DAC156a、模擬增益塊158a、HPA112a和功率計量表114a的一組元件形成信號發(fā)射子系統(tǒng)126。圖1a中所示的實(shí)施例，在不偏離本發(fā)明的情況下，在并聯(lián)放大器發(fā)射器中可以使用任意數(shù)量的類似信號發(fā)射子系統(tǒng)。
本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員能夠認(rèn)識到，在不偏離本發(fā)明的情況下，在所有描述的實(shí)施例中，功率計量表114和118可以是許多已知功率測量裝置中的任一種裝置，包括二極管探測器和對數(shù)放大器。
在本發(fā)明的另一種實(shí)施例中，控制模塊116可以訪問存儲裝置，例如動態(tài)、非易失或備用電池隨機(jī)存取存儲器。在本實(shí)施例中，在工廠處將初始相位和增益值儲存在存儲器裝置中，可以在現(xiàn)場操作期間更新。構(gòu)造這些初始相位和增益值，并在適當(dāng)?shù)臅r間取回以加速最佳化。例如，一旦并聯(lián)放大器發(fā)射器接通電源，使相位控制振蕩器和增益塊初始化成從存儲器中取出的一值，并且從這些初始值開始進(jìn)行最佳化。一旦這些參數(shù)后來穩(wěn)定后，新的參數(shù)值可以在存儲器中更新。
在另一個實(shí)施例中，放大器112和任選的組合器120是用內(nèi)建溫度測量器件設(shè)計的，例如熱敏電阻、熱電耦或數(shù)字溫度計。在這種實(shí)施例中，儲存對應(yīng)于放大器和組合器的特殊溫度值的初始化參數(shù)表，然后從存儲器裝置中取回。當(dāng)每個放大器112的溫度改變時，這些參數(shù)用來改變每個數(shù)字增益程序塊106的頻譜成形特性。相位和增益設(shè)置隨溫度表可以更新到存儲器裝置，來補(bǔ)償放大器特性隨時間的變化。
在某一實(shí)施例，組合器120包括四相組合器，例如Lange耦合器，它能提供相位差輸出信號，那些相位差輸出信號可以通過信道124提供至控制模塊116，用來使每個放大器112的輸入信號的相位最佳化。如果組合器120是串聯(lián)的雙輸入Lange耦合器，調(diào)整來自于并聯(lián)放大器112的信號的相位，這樣，每個Lange耦合器配有兩個彼此有90°相位差的輸入信號。
圖2是按照發(fā)明的另一實(shí)施例的上變頻器結(jié)構(gòu)。在一發(fā)射系統(tǒng)中的上變頻裝置設(shè)計中，這種設(shè)計的頻率計劃經(jīng)常是必須采用多級上變頻。
在上變頻器110采用DDS產(chǎn)生相控混合信號的實(shí)施例中，將相位控制信號從控制模塊116發(fā)送到上變頻器110而不是DDS104。在另一個實(shí)施例中，DDS104和混合器102完全省略了，基帶信號的上變頻是完全由上變頻器110實(shí)現(xiàn)的。
在利用圖2所示的多級上變頻器110的并聯(lián)放大器發(fā)射器中，中頻(IF)混合信號由本地振蕩器(LO)204提供到模擬混合器202。射頻(RF)混合信號由本地振蕩器210提供到模擬混合器208。帶外頻率元件由帶通濾波器206去除，它具有與本地振蕩器204相等的中央頻率。本地振蕩器204和208可以作為由控制模塊116控制的相控模擬DDS來實(shí)現(xiàn)。在上變頻110處進(jìn)行相位控制使得沒有必要控制數(shù)字振蕩器104的相位。
根據(jù)系統(tǒng)需要的頻率規(guī)劃和相位分辨率，在設(shè)計發(fā)射器時，可以考慮在頻率、相位變化分辨率和DDS的復(fù)雜性之間作出相應(yīng)的平衡。如果相位控制是在中頻DDS104處實(shí)現(xiàn)的，任何混合器102處引入的相位調(diào)節(jié)將由上變頻器110放大。這樣，相位控制的DDS104將必須有非常精細(xì)的相位分辨率，需要DDS104有大量的存儲器。盡管在更高頻處所需要的相位分辨率較少，例如在RF本地振蕩器208處，通常需要更寬范圍的相位偏移來補(bǔ)償并聯(lián)放大器信號路徑的偏差。
圖3是按照本發(fā)明實(shí)施例使并聯(lián)放大器輸入最佳化的過程的高級流程圖。一旦發(fā)射器接通電源，或者在以后的合適時間，就可以開始該過程301。在步驟302，在并聯(lián)放大器發(fā)射器中從第1到n個放大器，調(diào)整輸入信號相位、增益或兩者。
首先，在步驟302a處，調(diào)整放大器#1的輸入信號，使得組合效率為最大。然后，在步驟302b調(diào)整放大器#2的輸入信號，使得組合效率為最大。n個并聯(lián)放大器中的每個均繼續(xù)該過程。在302n處，使第n個并聯(lián)放大器的輸入信號最佳化，重復(fù)該過程，按照合適的方式，再次開始第一個放大器302a的最佳化。
臨時選擇一個將要調(diào)整其輸入的放大器，n-1個放大器的輸入相位和增益將仍是恒定的。當(dāng)那些n-1個放大器的輸出組合起來時，將形成一個和信號，它具有單一的幅度和相位。將一個放大器最佳化的步驟是將一個放大器的相位與其它n-1個放大器的和信號的相位對準(zhǔn)。在對所有n個放大器執(zhí)行步驟302a-n中的每一步時，在組合器的放大器輸出的校正得到改善，直到由正在使用的功率計量表分辨率所限制。步驟302a-n必要時連續(xù)進(jìn)行，以補(bǔ)償發(fā)射器隨時間和溫度的變化。
本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員能夠理解，在不偏離本發(fā)明的情況下，該過程可以實(shí)現(xiàn)許多變化形式。例如，步驟302a-n的次序可以根據(jù)通過回路的每個通道的隨機(jī)選擇而調(diào)整，或者根據(jù)前一次路徑調(diào)整幅度。
圖4是一流程圖，更詳細(xì)地畫出了按照本發(fā)明的實(shí)施例將單一放大器302的輸入最佳化的過程。將單一放大器的輸入信號最佳化的過程在401開始，并在信號與所有其它放大器信號的和校準(zhǔn)后繼續(xù)輸入到下一個放大器420。
將單個放大器的輸入信號最佳化的第一步是從測量每個并聯(lián)放大器的功率輸出以及組合器402的功率輸出開始的。
在記錄了這些功率值作為基準(zhǔn)之后，輸入信號相對于所選擇的放大器的相位偏移預(yù)定的正相位值404。
測量步驟406a可以重復(fù)步驟402中功率測量值的所有的或者已選擇的子集。在另一實(shí)施例中，如果單個放大器輸出以前的功率值假設(shè)為穩(wěn)定的，則在步驟406a處進(jìn)行的功率測量值的子集包括測量組合器的功率輸出。在另一個實(shí)施例中，子集包括測量組合器功率輸出和正在調(diào)整其輸入的放大器的輸出。
在完成相位調(diào)整404之后，調(diào)整的或測得合成功率值，在408a處評估合成效率。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，按照等式(1)評估組合效率。在不偏離本發(fā)明的情況下，在評估合成效率408a時可以使用其它等式。將功率計量表114處測得的功率值相加，形成一輸入功率和。然后，組合器120的輸出處由功率表118測得的功率除以該輸入功率的和，以產(chǎn)生組合效率。由組合器的輸出功率除以輸入功率，使得組合效率測量值對被放大的信號波形的影響較小。 在判斷步驟408a，評估相位調(diào)整404產(chǎn)生的組合效率的變化。如果組合效率增大，則重復(fù)步驟404，406a和408，直至增加的信號相位不再產(chǎn)生可測得的合成效率的增加。當(dāng)這些相位調(diào)整404之一產(chǎn)生組合效率的降低時，大多數(shù)最新的相位調(diào)整是不進(jìn)行的(反向的)410。步驟410將輸入信號相位恢復(fù)到它在大多數(shù)最新的相位調(diào)整之前的狀態(tài)。
在步驟414，評估增加信號相位的效果，看看是否需要降低信號相位。如果步驟404到410產(chǎn)生持續(xù)的相位增加，則跳過試圖降低相位的步驟(步驟412到418)。換句話說，如果已進(jìn)行了多于一個的相位增加，或者如果步驟404，406和408引起相位增加，且未被步驟410所撤消，則沒有必要評估降低輸入信號的相位是否會提高組合效率。在這種情況下，本發(fā)明的方法從步驟414進(jìn)行到420。
不過，如果仍然存在疑問，相位降低是否會提高組合效率，則輸入到所選放大器的輸入信號偏移一個預(yù)定的負(fù)相位值404。
同樣道理，測量步驟406a，測量步驟406b可以是步驟402中功率測量值的全部或選擇的一部分。前面的步驟406a產(chǎn)生的功率測量值在估算組合效率408b的變化中是用作基準(zhǔn)線的。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，按照等式(1)進(jìn)行408b中組合效率的估算。對步驟408a，在不偏離本發(fā)明的情況下，評估組合效率408b時可以使用其它等式。
在判斷步驟408b，評估相位調(diào)整412中產(chǎn)生的組合效率的變化。如果組合效率增加，則重復(fù)步驟412，406b和408b，直至增加信號的相位不會引起組合效率的可測得的增加。當(dāng)這些相位調(diào)整412之一降低了組合效率的時候，則不再進(jìn)行最新(相反)的相位調(diào)整410。步驟410將輸入的相位恢復(fù)到它最新一次相位調(diào)整之前的狀態(tài)。
在步驟418之后，所選擇的放大器輸入信號302的最佳化在420中結(jié)束，并且通常繼續(xù)對下一個放大器的輸入信號進(jìn)行最佳化。
本發(fā)明的實(shí)施例中，還可以具有所描述的過程的幾種變化形式。通常需要在放大器輸入最佳化期間，在組合器的輸出處測得的輸出功率值保持一恒定值。在本發(fā)明的較佳實(shí)施例中，過程302包括在每次相位調(diào)整404或412之后，使放大器的輸出保持平衡。每次相位調(diào)整之后，調(diào)整并聯(lián)放大器或它們各自的輸入信號，這樣組合器的輸出處測得的功率值在放大器輸入信號的相位調(diào)整期間大約相同。還進(jìn)行增益調(diào)整，使得在每個放大器輸出處測得的功率值彼此近似相等。這種調(diào)整可以作為功率測量步驟406的一部分進(jìn)行。
在另一個實(shí)施例中，按照以前最佳化中的可靠度，改變步驟404和412中使用的相位增量。例如，如果發(fā)射器最近接通電源，或者并聯(lián)放大器的溫度沒有穩(wěn)定，可以嘗試較大的增量以快速將所選擇的放大器的相位移入其它放大器的和信號的粗范圍內(nèi)。如果已經(jīng)使用幾種這樣的粗調(diào)從而到達(dá)步驟410，則可以繼續(xù)使用較小的相位增量繼續(xù)用步驟404進(jìn)行處理。同樣，如果在到達(dá)步驟418之前立即進(jìn)行幾種粗調(diào)，則可以用較小的相位增量繼續(xù)用步驟412進(jìn)行處理。
在本發(fā)明另一種實(shí)施例中，控制模塊116可訪問包含初始化參數(shù)的存儲器。在本實(shí)施例中，開始步驟401包括恢復(fù)初始化相位和增益參數(shù)，在測量功率值402之前使用那些值來構(gòu)造發(fā)射器。在進(jìn)一步包括溫度傳感器的發(fā)射器中，并且初始化參數(shù)按照溫度儲存在一個列表中，則按照初始溫度測量值選擇401中使用的初始化值。在步驟420中繼續(xù)進(jìn)行的處理包括以合適的方式更新初始化參數(shù)。
前文中較佳實(shí)施例的描述是為了使本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員能利用或使用本發(fā)明。對這些實(shí)施例的各種修改形式對本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員來說是顯而易見的，此處描述的基本原則沒有發(fā)明人員的幫助也能適用于其它實(shí)施例。這樣，本發(fā)明并非局限于此處所描述的實(shí)施例，應(yīng)當(dāng)從最寬的范圍來理解此處所揭示的原則和新穎特性。
權(quán)利要求
1.一種并聯(lián)放大器發(fā)射器，其特征在于，所述發(fā)射器包括a)根據(jù)第一數(shù)字相控信號產(chǎn)生具有第一相位的第一相控放大信號的第一信號發(fā)送子系統(tǒng)；及b)至少一個額外的信號發(fā)射子系統(tǒng)，每個子系統(tǒng)產(chǎn)生一個附加的相控放大信號。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)射器，其特征在于，它進(jìn)一步包括c)用于組合所述相控放大信號的組合器裝置，以產(chǎn)生合成的放大信號。
3.如權(quán)利要求1所述的發(fā)射器，其特征在于，它還包括d)組合器功率測量裝置，操作上連接到所述組合器裝置，用于測量所述組合的放大信號的功率，并產(chǎn)生組合器功率測量值；及e)控制模塊，操作上連接到所述組合器功率測量裝置和每一個所述信號發(fā)送子系統(tǒng)，用于接收來自于所述組合器功率測量裝置的所述組合器功率測量值，并用于根據(jù)所述每個所述信號發(fā)送子系統(tǒng)產(chǎn)生的每個所述相位控制放大信號，接收子系統(tǒng)功率測量值，并且根據(jù)所述組合器功率測量值和所述子系統(tǒng)的功率測量值，調(diào)整所述的第一數(shù)字相位控制信號。
4.一種上變頻和放大信號的裝置，其特征在于，所述裝置包括a)組合多個放大信號以產(chǎn)生組合的放大信號的組合裝置；b)組合器功率測量裝置，操作上連接到所述組合器裝置，用于測量所述組合放大信號的功率，并產(chǎn)生組合器功率測量值；及c)至少兩個信號發(fā)送子系統(tǒng)，操作上連接到所述組合器裝置，每個信號發(fā)送子系統(tǒng)還包括1)用一相控數(shù)字混合信號混合一信號以產(chǎn)生一上變頻的信號的數(shù)字混合器；2)放大器，操作上連接到所述數(shù)字混合器和所述的組合器裝置，用于放大所述上變頻信號，并產(chǎn)生所述多個放大信號中的一個放大信號；3)子系統(tǒng)功率測量裝置，操作上連接到所述放大器，用來測量所述一個放大信號功率，并產(chǎn)生子系統(tǒng)功率測量值；及4)產(chǎn)生所述的相控數(shù)字混合信號的裝置，操作上連接到所述數(shù)字混合器，其中，所述相控數(shù)字混合信號的相位是根據(jù)一數(shù)字相控信號的。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述產(chǎn)生裝置是一直接數(shù)字組合器。
6.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述組合器裝置包括Wilkinson組合器。
7.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，它還包含控制模塊，操作上連接到所述組合器功率測量裝置、每一個所述子系統(tǒng)功率測量裝置以及根據(jù)對所述數(shù)字相位控制信號的調(diào)整值測得的所述組合器功率測量值和所述子系統(tǒng)功率測量值產(chǎn)生每個所述數(shù)字相位控制信號的每一產(chǎn)生裝置。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述組合效率通過將所述信號發(fā)送子系統(tǒng)的所述子系統(tǒng)功率測量值相加，并將產(chǎn)生的和除以所述組合器功率測量值。
9.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，它還包含一個存儲器，操作上連接到所述控制模塊，用來提供用于所述信號發(fā)送子系統(tǒng)的所述數(shù)字相位控制信號的相位初始化值。
10.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述組合器裝置包括Lange耦合器。
11.如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，所述Lange耦合器操作上耦合到所述控制模塊，并將信號相位信息提供到所述控制模塊，并且其中，每個所述信號發(fā)送子系統(tǒng)的所述數(shù)字相位控制信號是基于所述信號相位信息的。
12.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述至少兩個信號發(fā)送子系統(tǒng)中的每一個還包括數(shù)字增益模塊，位于所述數(shù)字混合器和所述放大器之間，并且操作上連接到所述控制模塊，用于根據(jù)所述控制模塊提供的增益控制信號使所述上變頻信號產(chǎn)生一個增益，并且其中，所述控制模塊調(diào)整所述增益控制信號，使得所述至少兩個信號發(fā)送子系統(tǒng)的子系統(tǒng)功率測量值彼此近似相等。
13.如權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，所述控制模塊調(diào)整所述增益控制信號，使得所述子系統(tǒng)功率測量值近似等于所述至少兩個信號發(fā)送子系統(tǒng)中每一其他子系統(tǒng)生成的子系統(tǒng)功率測量值。
14.如權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，所述數(shù)字增益模塊根據(jù)所述控制模塊提供的頻譜成形控制信號來進(jìn)行所述上變頻信號的頻譜成形。
15.如權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于，所述至少兩個信號發(fā)送子系統(tǒng)中的每一個還包括溫度測量裝置，操作上連接到所述放大器和所述控制模塊，用于測量所述放大器的溫度，以及向控制模塊提供一個放大器溫度測量值，其中，所述頻譜成形控制信號是基于所述放大器溫度測量值的。
16.一種對信號進(jìn)行上變頻和放大的裝置，其特征在于，它包括a)組合多個放大信號以產(chǎn)生組合放大信號的組合器裝置；b)組合器功率測量裝置，操作上連接到所述組合器裝置，用于測量所述組合放大信號的功率，并產(chǎn)生組合器功率測量值；以及c)至少兩個信號發(fā)送子系統(tǒng)，操作上連接到所述組合器裝置，每個信號發(fā)送子系統(tǒng)進(jìn)一步包括1)模擬混合器，將信息信號與一相位控制模擬混合信號混合，以產(chǎn)生上變頻信號；2)放大器，操作上連接到所述數(shù)字混合器和所述混合器裝置，用于放大所述上變頻信號，并生成所述多個放大信號中的一個放大信號；3)子系統(tǒng)功率測量裝置，用于測量所述一個放大信號的功率，并生成子系統(tǒng)功率測量值；4)數(shù)模轉(zhuǎn)換器，操作上連接到所述模擬混合的混合器，用于接收相控數(shù)字信號，并產(chǎn)生所述相控模擬混合信號；以及5)產(chǎn)生所述相控數(shù)字信號的裝置，操作上連接到所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其中，所述相控數(shù)字信號的相位是基于一數(shù)字相位控制信號的。
17.如權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于，所述產(chǎn)生裝置是直接數(shù)字組合器。
18.如權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于，所述組合器裝置包括Wilkinson組合器。
19.如權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于，它還包括控制模塊，操作上連接到所述組合器功率測量裝置、每一個所述子系統(tǒng)功率測量裝置以及每一個所述用來生成的裝置，所述產(chǎn)生裝置根據(jù)與所述數(shù)字相位控制信號的調(diào)整有關(guān)而測得的所述組合器功率測量值和所述子系統(tǒng)功率測量值來產(chǎn)生每個所述數(shù)字相位控制信號。
20.如權(quán)利要求19所述的裝置，其特征在于，所述組合器裝置包括Lange耦合器。
21.如權(quán)利要求20所述的裝置，其特征在于，所述Lange耦合器操作上耦合到所述控制模塊，并將信號相位信息提供到所述控制模塊，并且其中，所述數(shù)字相位控制信號是基于所述信號相位信息的。
22.如權(quán)利要求19所述的裝置，其特征在于，所述至少兩個信號發(fā)送子系統(tǒng)中的每一個還包括模擬增益模塊，它介于所述模擬混合器和所述放大器之間，并且操作上連接到所述控制模塊，用于根據(jù)所述控制模塊提供的增益控制信號，使所述上變頻信號產(chǎn)生一個增益，并且其中，所述控制模塊調(diào)整所述增益控制信號，使得所述至少兩個信號發(fā)送子系統(tǒng)的子系統(tǒng)功率測量值彼此近似相等。
23.一種對信號進(jìn)行上變頻和放大的裝置，其特征在于，它包括a)組合多個放大信號以產(chǎn)生組合的放大信號的組合器裝置；b)組合器功率測量裝置，操作上連接到所述組合器裝置，用于測量所述組合放大信號的功率，并產(chǎn)生組合器功率測量值；以及c)至少兩個信號發(fā)送子系統(tǒng)，操作上連接到所述組合器裝置，每個信號發(fā)送子系統(tǒng)進(jìn)一步包括1)放大器，用于放大一相控信號，并生成所述多個放大信號中的一個放大信號；2)子系統(tǒng)功率測量裝置，用于測量所述一個放大信號的功率，并生成一子系統(tǒng)功率測量值；3)線性數(shù)字濾波器，操作上連接到所述放大器，用于使信號產(chǎn)生一個受控群延遲，以生成所述相控信號，其中，所述受控群延遲是基于一數(shù)字相位控制信號的。
24.如權(quán)利要求23所述的裝置，其特征在于，所述組合器裝置包括Wilkinson組合器。
25.如權(quán)利要求23所述的裝置，其特征在于，它還包括控制模塊，操作上連接到所述組合器功率測量裝置、每一所述子系統(tǒng)功率測量裝置以及每一個所述線性數(shù)字濾波器，用來根據(jù)與所述數(shù)字相位控制信號的調(diào)整有關(guān)而測得的所述組合器功率值和所述子系統(tǒng)功率測量值來產(chǎn)生每個所述數(shù)字相位控制信號。
26.如權(quán)利要求25所述的裝置，其特征在于，所述組合器裝置包括Lange耦合器。
27.如權(quán)利要求26所述的裝置，其特征在于，所述Lange耦合器操作上耦合到所述控制模塊，并將信號相位信息提供到所述控制模塊，并且其中，所述數(shù)字相位控制信號是基于所述信號相位信息的。
28.一種放大信號的過程，其特征在于，它包括下列步驟a)組合至少兩個放大信號，以生成組合放大信號；b)測量所述組合放大信號的功率，并生成組合器功率測量值；以及c)生成所述至少兩個放大信號中的每一個信號，其中，所述生成每個放大信號的步驟進(jìn)一步包括1)將信號與數(shù)字相控混合信號混合來生成上變頻信號；2)放大所述上變頻信號以生成所述多個放大信號中的一個放大信號；3)測量所述一個放大信號的功率，并生成子系統(tǒng)功率測量值；4)按照數(shù)字相控信號生成所述數(shù)字相控混合信號；5)根據(jù)組合效率測量值調(diào)整所述數(shù)字相控信號；以及6)根據(jù)所述至少兩個放大信號中的每一個生成的子系統(tǒng)功率測量值，并且根據(jù)所述組合器功率測量值，生成所述混合效率測量值。
29.如權(quán)利要求28所述的過程，其特征在于，生成所述組合效率測量值的所述步驟包括將所述組合器功率測量值除以所述子系統(tǒng)功率測量值的和。
30.如權(quán)利要求28所述的過程，其特征在于，步驟1)的混合是模擬混合，并且其中，生成所述數(shù)字相控混合信號的所述步驟進(jìn)一步包括下列步驟4.1)利用一直接數(shù)字合成器，根據(jù)所述數(shù)字相控信號，生成具有一相位的數(shù)字混合信號；4.2)對所述數(shù)字混合信號進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，以生成所述相控混合信號。
31.如權(quán)利要求28所述的過程，其特征在于，步驟1)的混合是數(shù)字混合，并且其中，生成所述數(shù)字相控混合信號的所述步驟包括利用一直接數(shù)字合成器，根據(jù)所述數(shù)字相控信號，生成具有一相位的數(shù)字混合信號。
32.如權(quán)利要求28所述的過程，其特征在于，將信號與數(shù)字相控混合信號相混合的所述步驟進(jìn)一步包括，根據(jù)從所述至少兩個放大信號中的每一個測得的子系統(tǒng)功率測量值使所述信號具有一個增益的步驟。
33.一種放大信號的過程，其特征在于，它包括下列步驟a)組合至少兩個放大信號，以生成組合放大信號；b)測量所述組合放大信號的功率，并生成一組合器功率測量值；以及c)生成所述至少兩個放大信號中的每一個，所述生成每個放大信號的步驟進(jìn)一步包括1)進(jìn)行信號的線性數(shù)字濾波，以生成相當(dāng)于所述信號的相移的群延遲來生成相控信號，其中，調(diào)節(jié)所述濾波，使得所述相移的幅度是基于數(shù)字相控信號的；2)根據(jù)組合效率測量值調(diào)整所述數(shù)字相控信號；以及3)根據(jù)所述至少兩個放大信號中的每一個生成的子系統(tǒng)功率測量值和所述組合器功率測量值，生成所述組合效率測量值。
34.一種放大信號的過程，其特征在于，它包括下列步驟a)生成第一數(shù)字相控信號；b)根據(jù)所述第一數(shù)字相控信號，使用第一相控振蕩器生成第一相控混合信號；c)用第一輸入信號混合所述第一相控混合信號，以生成第一上變頻信號；d)放大所述第一上變頻信號，以生成第一放大信號；e)測量所述第一放大信號的功率，以生成第一功率測量信號；f)生成第二上變頻信號；g)放大所述第二上變頻信號，以生成第二放大信號；h)測量所述第二放大信號的功率，以生成第二功率測量信號；i)將所述第一放大信號和所述第二放大信號組合起來，以生成組合放大信號；j)測量所述組合放大信號的功率，以生成組合功率測量值信號；k)根據(jù)所述第一功率測量值信號、所述第二功率測量值信號和所述組合功率測量值信號，生成第一功率組合效率信號；l)將所述第一數(shù)字相控信號加上一個偏移，以使所述第一相控混合信號產(chǎn)生一個修改；m)之后，生成第二功率組合效率信號；以及n)如果所述第二功率組合效率信號少于所述第一功率組合效率信號，從所述第一數(shù)字相控信號中減去所述偏移；
35.如權(quán)利要求34所述的過程，其特征在于，所述第一功率組合效率信號是通過將所述組合功率測量值信號除以所述第一功率測量值信號和所述第二功率測量值信號的和來生成的。
36.如權(quán)利要求34所述的過程，其特征在于，所述步驟m)包括下述分步驟m.1)生成一組修改的測量值信號；以及m.2)根據(jù)所述一組修改的測量值信號，生成所述的第二功率組合效率信號。
37.如權(quán)利要求36所述的過程，其特征在于，所述一組修改的信號包括通過測量所述組合放大信號的功率而生成的修改的組合功率測量值信號。
38.如權(quán)利要求37所述的過程，其特征在于，所述第二功率組合效率信號是通過將所述修改的組合功率測量值信號除以所述第一功率測量值信號和所述第二功率測量值信號的和而生成的。
39.如權(quán)利要求37所述的過程，其特征在于，所述一組修改的信號進(jìn)一步包括通過測量所述第一放大信號的功率而生成的修改的第一功率測量值信號。
40.如權(quán)利要求39所述的過程，其特征在于，所述一組修改的信號進(jìn)一步包括通過測量所述第二放大信號的功率而生成的修改的第二功率測量值信號。
41.如權(quán)利要求40所述的過程，其特征在于，所述第二功率組合效率信號是通過將所述修改的組合功率測量值信號除以所述修改的第一功率測量值信號和所述修改的第二功率測量值信號的和而生成的。
42.如權(quán)利要求34所述的過程，其特征在于，所述第一輸入信號和所述第一相控混合信號是數(shù)字信號，并且其中，混合所述第一相控信號的所述步驟進(jìn)一步包括下述分步驟c.1)通過將所述第一輸入信號與所述第一相控混合信號相乘進(jìn)行第一數(shù)字混合，以生成第一數(shù)字上變頻信號；c.2)對所述第一數(shù)字上變頻信號進(jìn)行第一次數(shù)模轉(zhuǎn)換，以生成所述第一上變頻信號。
43.如權(quán)利要求42所述的過程，其特征在于，生成第二上變頻信號的所述分步驟進(jìn)一步包括下述分步驟f.1)利用直接數(shù)字合成器，生成第二數(shù)字混合信號；f.2)將第二數(shù)字輸入信號與所述第二數(shù)字混合信號相乘來進(jìn)行第二次數(shù)字混合，以生成第二數(shù)字上變頻信號；以及f.3)對所述第二數(shù)字上變頻信號進(jìn)行第二次數(shù)模轉(zhuǎn)換，以生成所述第二上變頻信號。
44.如權(quán)利要求43所述的過程，其特征在于，它進(jìn)一步包括在進(jìn)行所述第一次數(shù)模轉(zhuǎn)換之前，使所述第一數(shù)字上變頻信號產(chǎn)生第一數(shù)字增益的步驟，還進(jìn)一步包括在進(jìn)行所述第二次數(shù)模轉(zhuǎn)換之前，使所述第二數(shù)字上變頻信號產(chǎn)生第二數(shù)字增益的步驟。
45.如權(quán)利要求44所述的過程，其特征在于，它進(jìn)一步包括根據(jù)所述第一功率測量值信號、所述第二功率測量值信號以及所述組合的功率測量值信號，生成所述第一數(shù)字增益和所述第二數(shù)字增益的步驟。
46.如權(quán)利要求34所述的過程，其特征在于，所述第一輸入信號和所述第一相控混合信號是模擬信號，并且其中，混合所述第一相控信號的所述步驟進(jìn)一步是模擬混合。
47.如權(quán)利要求47所述的過程，其特征在于，生成第二上變頻信號的所述步驟進(jìn)一步包括下述分步驟f.1)利用直接數(shù)字合成器生成第二模擬混合信號；f.2)將第二模擬輸入信號與所述第二模擬混合信號相乘來進(jìn)行第二次模擬混合，以生成第二模擬上變頻信號。
48.如權(quán)利要求47所述的過程，其特征在于，它進(jìn)一步包括在放大所述第一上變頻信號的所述步驟之前，使所述第一上變頻信號產(chǎn)生第一模擬增益的步驟，還進(jìn)一步包括在放大所述第二上變頻信號的所述步驟之前，使所述第二上變頻信號產(chǎn)生第二模擬增益的步驟。
49.如權(quán)利要求48所述的過程，其特征在于，它進(jìn)一步包括調(diào)整所述第一模擬增益，使得所述第一功率測量值信號近似等于所述第二功率測量值信號。
全文摘要
一種采用并聯(lián)放大器有效放大信息信號的改進(jìn)的方法和裝置。改進(jìn)的裝置采用數(shù)字信號操作技術(shù)來使提供到每一并聯(lián)放大器的上變頻輸入信號的信號最佳化。調(diào)節(jié)輸入信號的相位和幅度，從而與組合器(120)輸入信號功率之和相比，組合器(402)輸出處測得的功率是最大的。
文檔編號H03F3/68GK1409894SQ00813050
公開日2003年4月9日 申請日期2000年7月18日 優(yōu)先權(quán)日1999年7月20日
發(fā)明者P·D·海德曼, J·P·伯克 申請人:高通股份有限公司