專利名稱：使用數(shù)字正交基帶混合電路的多端口放大裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于多波束通信衛(wèi)星的多端口放大裝置、使用陣列天線的移動(dòng)通信基站等。
背景技術(shù)：
多端口放大裝置用在多波束通信衛(wèi)星和使用陣列天線的移動(dòng)通信基站中。多端口放大裝置包括輸入混合網(wǎng)絡(luò)(hybrid network)、輸出混合網(wǎng)絡(luò)和將輸入混合網(wǎng)絡(luò)與輸出混合網(wǎng)絡(luò)連接起來的放大器。輸入混合網(wǎng)絡(luò)具有2n(n是自然數(shù))個(gè)輸入/輸出端口，并且輸出端口與2n個(gè)放大器相連。各個(gè)放大器的輸出端與和輸入混合網(wǎng)絡(luò)對(duì)等的輸出混合網(wǎng)絡(luò)相連。
輸入混合網(wǎng)絡(luò)用于將來自2n個(gè)輸入端口的輸入信號(hào)均勻地分配到各個(gè)放大器。每個(gè)放大器對(duì)均勻分配于其上的輸入信號(hào)進(jìn)行放大。經(jīng)放大器放大的輸入信號(hào)在輸出混合網(wǎng)絡(luò)中被合并。而各個(gè)合并信號(hào)則對(duì)應(yīng)于從各個(gè)輸入端口施加的輸入信號(hào)。因?yàn)楦鱾€(gè)放大器對(duì)從輸入端口均勻分配于其上的所有輸入信號(hào)都進(jìn)行放大，所以即使各個(gè)輸入端口的信號(hào)之間存在電平差，也可以使各個(gè)放大器的輸出功率電平保持一致。換言之，每一個(gè)放大器都可以與任意輸入端口的信號(hào)相連以進(jìn)行分布式放大，而不是將每個(gè)輸入端口的信號(hào)連接到固定的放大器，這樣就可以有效地利用每個(gè)放大器的動(dòng)態(tài)放大范圍。
圖1圖示了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的八線多端口放大裝置的示例性配置。所述八線多端口放大裝置包括輸入射頻帶混合網(wǎng)絡(luò)22、模擬射頻輸入類放大器13和輸出射頻帶混合網(wǎng)絡(luò)5，并且具有八個(gè)射頻帶輸入端口23和八個(gè)射頻帶輸出端口9(例如，參見日本在先公開專利申請(qǐng)2003-17927中的圖3，日本在先公開專利申請(qǐng)平9-167930中的圖3等)。
輸入射頻帶混合網(wǎng)絡(luò)22由用于功率分配的射頻帶90度混合器6組成。類似地，輸出射頻帶混合網(wǎng)絡(luò)5由用于功率合并的射頻帶90度混合器6組成。這個(gè)現(xiàn)有技術(shù)的特征在于，在各個(gè)輸入和輸出混合網(wǎng)絡(luò)中所分配和合并的都是射頻帶信號(hào)。
將針對(duì)混合網(wǎng)絡(luò)的操作來描述多端口放大裝置。圖2中所示出的框圖描述了射頻帶90度混合器6的操作。這里所圖示的是示例性的二線多端口放大裝置，以簡化描述。射頻帶90度混合器6將兩個(gè)射頻輸入信號(hào)中每一個(gè)的幅度都乘以 ，將這樣得到的每一個(gè)信號(hào)都分割為一個(gè)相位0度的信號(hào)和一個(gè)相位被延遲90度的信號(hào)，將各個(gè)信號(hào)加起來，并且在兩條線上發(fā)送信號(hào)。射頻帶90度混合器6的輸出分別被施加到模擬射頻輸入類放大器13。由各自的模擬射頻輸入類放大器13所放大的兩個(gè)射頻帶信號(hào)在幅度和相位上都發(fā)生了變化，并由輸出射頻帶90度混合器6合并，然后從那里被發(fā)送出去。
在圖2中，當(dāng)用p1、p2來指定兩個(gè)射頻輸入信號(hào)，并用q1、q2來指定輸入射頻帶90度混合器6的兩個(gè)輸出信號(hào)時(shí)，可用方程(7)和(8)來表示輸入射頻帶90度混合器6的輸入/輸出關(guān)系。輸入射頻帶90度混合器6的特性與輸出射頻帶90度混合器6相同。當(dāng)輸出射頻帶90度混合器6的兩個(gè)輸出信號(hào)被指定為r1、r2，并使用方程(9)進(jìn)行替換而以矩陣來表示90度相位延遲時(shí)，二線多端口放大裝置的輸入/輸出特性由方程(10)來表示。這里應(yīng)當(dāng)注意，圖2中上面和下面的線在輸入端口和輸出端口處被互換。
傳統(tǒng)的多端口放大裝置包括如上所述依賴模擬射頻帶信號(hào)的混合網(wǎng)絡(luò)。在這樣一種配置中，根據(jù)圖l中的輸入射頻帶混合網(wǎng)絡(luò)22、每個(gè)模擬射頻輸入類放大器13和輸出射頻帶混合網(wǎng)絡(luò)5的特性，在多端口放大裝置中的各條線之間可能出現(xiàn)增益偏差和相位偏差。各條線之間的偏差將會(huì)在很大程度上影響輸出端上的合并損耗和線間隔離度。在以下文獻(xiàn)中示出了對(duì)這種影響的特性分析，該文獻(xiàn)是S.Egami，M.Kawai所著的，題為“AnAdaptive Multiple Beam System Concept”，發(fā)表在IEEE Joumal on SelectedAreas in Communications，Vol.SAC-5，No.4，May，1987。
例如，對(duì)八線多端口放大裝置的特性的分析結(jié)果如圖3和圖4所示。當(dāng)各條線之間的增益標(biāo)準(zhǔn)偏差用ΔG(dB)來表示；并且相位標(biāo)準(zhǔn)偏差由Δθ(deg)來表示時(shí)，可用圖3中的圖來表示增益標(biāo)準(zhǔn)偏差和相位標(biāo)準(zhǔn)偏差對(duì)輸出端上的合并損耗(dB)的影響。繪制這張圖的前提是假設(shè)八條線的標(biāo)準(zhǔn)偏差值都均勻地分布在增益標(biāo)準(zhǔn)值兩側(cè)的±ΔG(dB)范圍內(nèi)以及相位標(biāo)準(zhǔn)值兩側(cè)的±Δθ(deg)范圍內(nèi)。合并損耗指的是除了由混合網(wǎng)絡(luò)造成的固定插入損耗以外，由標(biāo)準(zhǔn)偏差的影響所引起的損耗?？捎脠D4中的圖來表示增益標(biāo)準(zhǔn)偏差和相位標(biāo)準(zhǔn)偏差對(duì)線間隔離度(dB)的影響。
為了將合并損耗限制在0.1dB或更低，就必須將增益標(biāo)準(zhǔn)偏差減小到1.5dB或更低，并將相位標(biāo)準(zhǔn)偏差減小到10度或更低，這可以從圖3中看出來。此外，為了確保線間隔離度達(dá)到30dB或更高，就必須將增益標(biāo)準(zhǔn)偏差減小到0.8dB或更低，并將相位標(biāo)準(zhǔn)偏差減小到5度或更低，這可以從圖4中看出來。如果在輸入射頻帶混合網(wǎng)絡(luò)22、模擬射頻輸入類放大器13和輸出射頻帶混合網(wǎng)絡(luò)5的各個(gè)組件上分配各個(gè)所需的偏差值，那么對(duì)每個(gè)組件的特性的要求就會(huì)非常嚴(yán)格。
在圖1所示的輸入射頻帶混合網(wǎng)絡(luò)22和輸出射頻帶混合網(wǎng)絡(luò)5中，很難在設(shè)計(jì)上完全匹配用于將組成混合網(wǎng)絡(luò)的多個(gè)射頻帶90度混合器6互連起來的電纜、微帶線(microstrip line)或帶狀線(strip line)的電長度。這樣做的不利之處在于需要對(duì)每一個(gè)裝置進(jìn)行調(diào)整。此外，因?yàn)樽铋L的電長度是基于對(duì)剩余線的調(diào)整，所以混合網(wǎng)絡(luò)的尺寸將增大。
為了調(diào)整各條線之間的偏差，可以在每個(gè)放大器之前設(shè)置一個(gè)增益相位補(bǔ)償電路，用于補(bǔ)償增益和相位。圖5圖示了在圖1的輸入射頻帶混合網(wǎng)絡(luò)22和各個(gè)模擬射頻輸入類放大器13之間所設(shè)置的射頻帶增益相位補(bǔ)償器電路24。在這種配置下，各條線之間的增益偏差和相位偏差可由射頻帶增益相位補(bǔ)償器電路24進(jìn)行裝置級(jí)的調(diào)整，其中射頻帶增益相位補(bǔ)償器電路24的數(shù)量和線的數(shù)量一樣多。然而，因?yàn)樯漕l帶增益相位補(bǔ)償器電路24需要和線的數(shù)量一樣多的射頻帶可變衰減器和可變移相器，所以這樣得到的裝置將會(huì)很昂貴。此外，由于增益相位補(bǔ)償器電路24由模擬元件組成，所以補(bǔ)償特性會(huì)經(jīng)受頻率偏差、溫度導(dǎo)致的變化以及老化問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種多端口放大裝置，其消除線之間的偏差，并改善合并損耗、線間隔離度等特性。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種多端口放大裝置，其特性保持穩(wěn)定，具有較小的頻率偏差、溫度導(dǎo)致的變化以及老化問題。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是有助于對(duì)多端口放大裝置的最優(yōu)設(shè)計(jì)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種多端口放大裝置，其中省略對(duì)每一個(gè)裝置的調(diào)整步驟，以提高其生產(chǎn)率。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種尺寸更小的多端口放大裝置，以改善其安裝上的通用性。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是降低多端口放大裝置的成本。
為了實(shí)現(xiàn)以上目的，根據(jù)本發(fā)明的多端口放大裝置包括輸入混合網(wǎng)絡(luò)(1)、放大器(4，13)和輸出混合網(wǎng)絡(luò)(5)。輸入混合網(wǎng)絡(luò)(1)具有多個(gè)輸入端口(8)。放大器(4，13)與輸入混合網(wǎng)絡(luò)(1)的輸出端相連，并且具有和輸入端口的數(shù)量一樣多的放大器。輸出混合網(wǎng)絡(luò)(5)與放大器(4，13)的輸出端相連，并且具有多個(gè)輸出端口(9)。輸入混合網(wǎng)絡(luò)(1)從多個(gè)輸入端口(8)中接收數(shù)字正交基帶信號(hào)，并將所接收的數(shù)字正交基帶信號(hào)均勻地分配到多個(gè)放大器(4，13)。
在本發(fā)明的多端口放大裝置中的輸入混合網(wǎng)絡(luò)(1)包括2n個(gè)輸入端口(8)和2(n-1)×n個(gè)混合電路(2)?；旌想娐?2)是用于處理數(shù)字正交基帶信號(hào)的數(shù)字混合電路(2)。
在本發(fā)明的多端口放大裝置中的數(shù)字混合電路(2)是數(shù)字正交基帶混合電路(2)，其包括加法器(10)，用于將進(jìn)入的數(shù)字正交基帶信號(hào)相加，還包括減法器(11)，用于將一個(gè)數(shù)字正交基帶信號(hào)從另一個(gè)數(shù)字正交基帶信號(hào)中減去。
在本發(fā)明的多端口放大裝置中的輸出混合網(wǎng)絡(luò)包括2n個(gè)輸出端口(9)和2(n-1)×n個(gè)輸出混合電路(6)。輸出混合電路(6)是用于處理模擬射頻帶信號(hào)的模擬混合電路(6)。
在本發(fā)明的多端口放大裝置中的每一個(gè)放大器(4)都是數(shù)字正交基帶信號(hào)輸入類放大器，用于放大從輸入混合網(wǎng)絡(luò)接收的數(shù)字正交基帶信號(hào)，并且發(fā)送模擬射頻帶信號(hào)。
本發(fā)明的多端口放大裝置包括放置在輸入混合網(wǎng)絡(luò)(1)之后的轉(zhuǎn)換電路(12)，用于將數(shù)字正交基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬射頻帶信號(hào)。轉(zhuǎn)換電路(12)包括以下部件數(shù)模轉(zhuǎn)換器(14)，用于將數(shù)字正交基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬正交基帶信號(hào)；濾波器(15)，用于濾除模擬正交基帶信號(hào)中所包含的由采樣產(chǎn)生的混疊成份；以及正交調(diào)制器(16，16-2)，用于對(duì)已除去混疊成份的模擬正交基帶信號(hào)進(jìn)行正交調(diào)制。放大器(13)中的每一個(gè)都是模擬射頻輸入類放大器(13)，用于放大從轉(zhuǎn)換電路(12)發(fā)送來的模擬射頻帶信號(hào)。
本發(fā)明的多端口放大裝置中的輸入混合網(wǎng)絡(luò)(1)還包括復(fù)數(shù)乘法器(18)，用于調(diào)整數(shù)字正交基帶信號(hào)的幅度和相位。
本發(fā)明的多端口放大裝置包括放置在輸入混合網(wǎng)絡(luò)(1)之前的數(shù)字變頻器(19)。
本發(fā)明的多端口放大裝置包括放置在輸入混合網(wǎng)絡(luò)(1)之前的基帶合并器(21)，用于合并多個(gè)數(shù)字正交基帶信號(hào)。
對(duì)組成輸入混合網(wǎng)絡(luò)的每一個(gè)混合器，使用數(shù)字正交基帶混合電路來處理數(shù)字正交基帶信號(hào)，這樣，本發(fā)明的多端口放大裝置就可以消除在輸入混合網(wǎng)絡(luò)的各條線之間存在的增益偏差和相位偏差。
因此，與現(xiàn)有技術(shù)相比，可以將多端口放大裝置所需的各條線之間的增益偏差和相位偏差值分配給放大器和輸出混合網(wǎng)絡(luò)，從而有助于最優(yōu)設(shè)計(jì)。同時(shí)，由于輸入混合網(wǎng)絡(luò)處理的是數(shù)字正交基帶信號(hào)域上的信號(hào)，因此與現(xiàn)有技術(shù)相比，可以大大減小輸入混合網(wǎng)絡(luò)的尺寸和降低其成本。
提供復(fù)數(shù)乘法器以調(diào)整數(shù)字正交基帶信號(hào)的幅度和相位，以滿足僅分配給放大器和輸出混合網(wǎng)絡(luò)的線之間的增益偏差和相位偏差值，這樣，可以進(jìn)一步簡化調(diào)整過程，以利于最優(yōu)設(shè)計(jì)。由于這個(gè)復(fù)數(shù)乘法器是在數(shù)字正交基帶信號(hào)域進(jìn)行處理，所以與現(xiàn)有技術(shù)中工作在模擬射頻帶的增益和相位補(bǔ)償電路相比，可以大大減小復(fù)數(shù)乘法器的尺寸和降低其成本，并且可以提高穩(wěn)定性。


結(jié)合附圖，參考以下描述，將會(huì)清楚本發(fā)明的以上及其它目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，所述附圖示出了本發(fā)明的示例。
圖1是用于圖示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的八線多端口放大裝置的基本配置的框圖；圖2是用于圖示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的二線多端口放大裝置的配置的框圖，其使用了射頻帶90度混合器；圖3表示各條線之間的增益標(biāo)準(zhǔn)偏差和相位標(biāo)準(zhǔn)偏差對(duì)八線多端口放大裝置的輸出端上的合并損耗的影響；圖4表示各條線之間的增益標(biāo)準(zhǔn)偏差和相位標(biāo)準(zhǔn)偏差對(duì)八線多端口放大裝置的線間隔離度的影響；圖5是用于圖示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的八線多端口放大裝置的基本配置的框圖，其包括射頻帶增益相位補(bǔ)償電路；圖6是用于圖示根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的八線多端口放大裝置的示例性基本配置的框圖；圖7是用于圖示圖6中的八線多端口放大裝置所采用的數(shù)字正交基帶90度混合電路的基本配置的框圖；圖8是用于圖示采用了圖7中的數(shù)字正交基帶90度混合電路的二線多端口放大裝置的配置的框圖；圖9是用于圖示第一實(shí)施例中的數(shù)字正交基帶90度混合電路的示例性修改的配置的框圖；圖10是用于圖示采用了圖9中的數(shù)字正交基帶90度混合電路的二線多端口放大裝置的配置的框圖；圖11是用于圖示根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的八線多端口放大裝置的示例性基本配置的框圖；圖12是用于圖示多端口放大裝置中的轉(zhuǎn)換器的基本配置的框圖；圖13是用于圖示第二實(shí)施例中的轉(zhuǎn)換電路的示例性修改的基本配置的框圖；圖14是用于圖示根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的八線多端口放大裝置的基本配置的框圖；圖15是用于圖示多端口放大裝置中的復(fù)數(shù)乘法器的配置的框圖；圖16是用于圖示放置在根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的多端口放大裝置之前的變頻器的框圖；以及圖17是用于圖示在第四實(shí)施例中所采用的基帶合并器的框圖。
具體實(shí)施例方式
第一實(shí)施例參考圖6到8來描述本發(fā)明的第一實(shí)施例。圖6是用于圖示八線多端口放大裝置的示例性配置的框圖。在圖6中，用相同的標(biāo)號(hào)來指定和圖1中所示的現(xiàn)有技術(shù)相同的那些組件。第一實(shí)施例的八線多端口放大裝置與圖1中所示的現(xiàn)有技術(shù)的對(duì)應(yīng)部分的不同之處在于輸入混合網(wǎng)絡(luò)和放大器。所述輸入混合網(wǎng)絡(luò)包括輸入數(shù)字正交基帶混合網(wǎng)絡(luò)1，其包括八個(gè)數(shù)字正交基帶輸入端口8，并由數(shù)字正交基帶90度混合電路2組成。與輸入混合網(wǎng)絡(luò)相連的放大器是數(shù)字正交基帶輸入放大器4。數(shù)字正交基帶輸入放大器4的一個(gè)代表就是數(shù)字預(yù)失真類放大器。輸出混合網(wǎng)絡(luò)5具有和圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)的示例相同的配置。
圖7是用于圖示數(shù)字正交基帶90度混合電路2的基本配置的框圖。數(shù)字正交基帶90度混合電路2包括兩個(gè)加法器10和兩個(gè)減法器11，它接收兩個(gè)數(shù)字正交基帶輸入信號(hào)p1、p2，并發(fā)送兩個(gè)數(shù)字正交基帶輸出信號(hào)q1、q2。數(shù)字正交基帶輸入信號(hào)p1由I分量信號(hào)Ip1和Q分量信號(hào)Qp1組成。數(shù)字正交基帶輸入信號(hào)p2由I分量信號(hào)Ip2和Q分量信號(hào)Qp2組成。同樣，數(shù)字正交基帶輸出信號(hào)q1由I分量信號(hào)Iq1和Q分量信號(hào)Qq1組成，而數(shù)字正交基帶輸出信號(hào)q2由I分量信號(hào)Iq2和Q分量信號(hào)Qq2組成。
對(duì)于兩個(gè)數(shù)字正交基帶輸入信號(hào)p1、p2而言，將加法器10和減法器11連接為滿足以下條件Iq1＝Ip1+Qp2Qq1＝Qp1+(-Ip2)，并且
Iq2＝Ip2+Qp1Qq2＝Qp2+(-Ip1)現(xiàn)在，參考附圖來描述根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的多端口放大裝置的操作。從八條線向數(shù)字正交基帶輸入端口8施加數(shù)字正交基帶信號(hào)。由各個(gè)數(shù)字正交基帶90度混合電路2對(duì)施加到輸入數(shù)字正交基帶混合網(wǎng)絡(luò)1的八條線上的數(shù)字正交基帶信號(hào)進(jìn)行分配，但在各條線之間不產(chǎn)生任何增益偏差和相位偏差。所分配的數(shù)字正交基帶信號(hào)由相關(guān)的數(shù)字正交基帶輸入放大器4放大。由于在數(shù)字正交基帶輸入放大器4之后的輸出混合網(wǎng)絡(luò)5與現(xiàn)有技術(shù)的示例相同，因此省略對(duì)其操作的描述。
接下來，參考圖7和8對(duì)數(shù)字正交基帶90度混合電路2的操作進(jìn)行描述。施加到90度混合電路2中的兩條線上的信號(hào)被分割為兩個(gè)信號(hào)，其中一個(gè)信號(hào)具有 倍的幅度和0度的相位，另一個(gè)信號(hào)具有 倍的幅度和90度延遲的相位，后面再把這兩個(gè)信號(hào)加起來。這里，由圖7中的方程(1)來表示延遲90度的相位。在正交基帶信號(hào)中，當(dāng)用I和Q指定輸入信號(hào)，用I′和Q′指定具有延遲90度相位的輸出信號(hào)時(shí)，如方程(2)所示，滿足I′＝Q，Q′＝-I。因此，數(shù)字正交基帶90度混合電路2的輸入和輸出之間的關(guān)系表示為Iq1＝Ip1+Qp2Qq1＝Qp1+(-Ip2)，并且Iq2＝Ip2+Qp1Qq2＝Qp2+(-Ip1)其中，Ip1、Qp1和Ip2、Qp2分別是二線數(shù)字正交基帶輸入信號(hào)p1和p2的信號(hào)分量，Iq1、Qq1和Iq2、Qq2分別是數(shù)字正交基帶90度混合電路2的二線輸出信號(hào)q1和q2的信號(hào)分量。
上述操作可以由算術(shù)電路實(shí)施，該算術(shù)電路由兩個(gè)加法器10和兩個(gè)減法器11組成，如圖7所示。因而，圖7中的算術(shù)電路可以實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有技術(shù)中的射頻帶90度混合器6等同的特性，并生成二線數(shù)字正交基帶輸出信號(hào)，而不在各條線之間造成增益偏差和相位偏差。
下面參考圖8，將對(duì)采用圖7中所示的數(shù)字正交基帶90度混合電路2的多端口放大裝置的操作進(jìn)行描述。這里所圖示的是二線多端口放大裝置，以簡化描述。所述多端口放大裝置包括一個(gè)圖7中所示的數(shù)字正交基帶90度混合電路2、兩個(gè)數(shù)字正交基帶輸入放大器4和一個(gè)射頻帶90度混合器6。
這里，用p1、p2指定二線數(shù)字正交基帶輸入信號(hào)，而用r1、r2來指定在輸出側(cè)的射頻帶90度混合器6的二線輸出信號(hào)。此外，當(dāng)使用方程(1)進(jìn)行替換而以矩陣來表示90度相位延遲時(shí)，二線多端口放大裝置的輸入/輸出特性由方程(3)來表示。這個(gè)輸入/輸出特性對(duì)應(yīng)于圖2中與現(xiàn)有技術(shù)有關(guān)的方程(10)。
與現(xiàn)有技術(shù)中的射頻帶90度混合器6不同，在輸入側(cè)的數(shù)字正交基帶90度混合電路2所提供的輸出信號(hào)的幅度是方程(10)所計(jì)算的那些信號(hào)的 倍，這是因?yàn)槊總€(gè)輸入信號(hào)的幅度不是 倍(當(dāng)轉(zhuǎn)換成功率時(shí)是1/2倍)。因此，根據(jù)本發(fā)明，假設(shè)該多端口放大裝置所需的增益與現(xiàn)有技術(shù)中相同，那么放大器的增益可以減小到 倍的幅度(1/2倍的功率)。應(yīng)當(dāng)清楚，通過對(duì)上述內(nèi)容的類似分析，本發(fā)明同樣可以應(yīng)用到具有任意數(shù)量的2n條線(n是自然數(shù))的多端口放大裝置中，所述多端口放大裝置包括四線和八線的多端口放大裝置。
圖9是用于圖示對(duì)本發(fā)明的第一實(shí)施例做示例性修改后的數(shù)字正交基帶90度混合電路2的配置的框圖。這個(gè)修改后的混合電路2與圖7中所示的本發(fā)明的實(shí)施例的不同之處在于，將圖7中的加法器和減法器互換了位置。
接下來，將參考附圖對(duì)數(shù)字正交基帶90度混合電路2的操作進(jìn)行描述。在這個(gè)示例性的修改中，與第一實(shí)施例所示的90度相位延遲不同，數(shù)字正交基帶90度混合電路2將相位提前了90度。由圖9中的方程(4)來表示這種90度的相位提前。在正交基帶信號(hào)中，當(dāng)用I和Q指定輸入信號(hào)，用I和Q指定相位提前90度的輸出信號(hào)時(shí)，如方程(5)所示，滿足I′＝-Q，Q′＝I。因此，數(shù)字正交基帶90度混合電路2的輸入/輸出關(guān)系可以表示為Iq1＝Ip1+(-Qp2)
Qq1＝Qp1+Ip2，并且Iq2＝Ip2+(-Qp1)Qq2＝Qp2+Ip1其中，Ip1、Qp1和Ip2、Qp2分別是二線數(shù)字正交基帶輸入信號(hào)p1和p2的信號(hào)分量，Iq1、Qq1和Iq2、Qq2分別是數(shù)字正交基帶90度混合電路2的二線輸出信號(hào)q1、q2的信號(hào)分量。
這些操作同樣可由算術(shù)電路實(shí)施，該算術(shù)電路包括兩個(gè)加法器10和兩個(gè)減法器11，如圖9所示。在這個(gè)算術(shù)電路中，將圖7所示的算術(shù)電路中的加法器10與減法器11互換位置。因此，這個(gè)算術(shù)電路可以生成二線數(shù)字正交基帶輸出信號(hào)，而不在各條線之間造成增益偏差和相位偏差。
下面參考圖10，對(duì)采用圖9中的數(shù)字正交基帶90度混合電路2的多端口放大裝置的操作進(jìn)行描述。這里所圖示的是二線多端口放大裝置，以簡化描述。所述二線多端口放大裝置包括一個(gè)圖9中所示的數(shù)字正交基帶90度混合電路2、兩個(gè)數(shù)字正交基帶輸入類放大器4和一個(gè)射頻帶90度混合器6。
這里，用p1、p2指定二線數(shù)字正交基帶輸入信號(hào)，而用r1、r2來指定在輸出側(cè)的射頻帶90度混合器6的二線輸出信號(hào)。此外，當(dāng)通過用圖7中的方程(1)進(jìn)行替換而以矩陣來表示90度相位延遲，并通過用圖9中的方程(4)進(jìn)行替換而以矩陣來表示90度相位提前時(shí)，二線多端口放大裝置的輸入/輸出特性由方程(6)來表示。與第一實(shí)施例中所示的、圖8中的方程(3)相比，該二線多端口放大裝置的特征在于，圖中上面的線和下面的線在輸入側(cè)和輸出側(cè)并不互換。這個(gè)示例性的修改與第一實(shí)施例的類似之處在于假設(shè)多端口放大裝置所需的增益與現(xiàn)有技術(shù)中相同，那么和現(xiàn)有技術(shù)的射頻帶90度混合器6不同，每個(gè)輸入信號(hào)都不具有 倍的幅度(1/2倍的功率)，從而使得放大器的增益可以減小到 倍(功率的1/2倍)。
還應(yīng)當(dāng)清楚，通過對(duì)上述內(nèi)容的類似分析，本發(fā)明同樣可以應(yīng)用到具有任意數(shù)量的2n條線(n是自然數(shù))的多端口放大裝置中，包括四線和八線的多端口放大裝置。
由于組成輸入混合網(wǎng)絡(luò)的混合器所處理的是數(shù)字正交基帶信號(hào)，因此第一實(shí)施例的多端口放大裝置可以限制線之間的偏差，并改善諸如合并損耗、線間隔離度等的特性。
另外，由于在輸入混合網(wǎng)絡(luò)中處理的是數(shù)字信號(hào)，所以第一實(shí)施例的多端口放大裝置保持穩(wěn)定的特性，其具有較小的頻率偏差、溫度導(dǎo)致的變化以及老化問題等。
此外，因?yàn)榈谝粚?shí)施例的多端口放大裝置可以消除輸入混合網(wǎng)絡(luò)中各條線之間的增益偏差和相位偏差，所以整個(gè)多端口放大裝置所需的各條線之間的增益偏差和相位偏差值可被分配給放大器和輸出混合網(wǎng)絡(luò)，從而有助于對(duì)多端口放大裝置的最優(yōu)設(shè)計(jì)。
此外，根據(jù)第一實(shí)施例，由于在輸入混合網(wǎng)絡(luò)中處理的是數(shù)字信號(hào)，因此可以省略調(diào)整步驟，否則就需要執(zhí)行該步驟以調(diào)整每個(gè)裝置的電纜或微帶線或帶狀線，所述的多端口放大裝置有助于生產(chǎn)率的提高。
第二實(shí)施例下面，參考圖11和12來描述本發(fā)明的第二實(shí)施例。圖11是用于圖示八線多端口放大裝置的示例性實(shí)施方案的框圖。第二實(shí)施例的多端口放大裝置與第一實(shí)施例(圖6)的不同之處在于，在輸入數(shù)字正交基帶混合網(wǎng)絡(luò)11和放大器13之間設(shè)置了轉(zhuǎn)換電路12，所述放大器是模擬射頻輸入放大器，而不是數(shù)字正交基帶輸入放大器4。
圖12是用于圖示圖11中的轉(zhuǎn)換電路12的基本配置的框圖。轉(zhuǎn)換電路12包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器14、濾波器15、模擬正交調(diào)制器16和變頻器電路17。圖12中有兩套數(shù)模轉(zhuǎn)換器14和濾波器15，每一套分別對(duì)應(yīng)于所接收的數(shù)字正交基帶信號(hào)的I信號(hào)分量和Q信號(hào)分量。
每一個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器14將進(jìn)入的數(shù)字正交基帶信號(hào)的I信號(hào)分量或Q信號(hào)分量從數(shù)字形式轉(zhuǎn)換成模擬形式。每一個(gè)濾波器15從發(fā)送自數(shù)模轉(zhuǎn)換器14的模擬正交基帶信號(hào)中濾除由采樣帶來的混疊成份。模擬正交調(diào)制器16對(duì)已除去混疊成份的模擬正交基帶信號(hào)進(jìn)行正交調(diào)制，以生成中頻帶信號(hào)。變頻器電路17將從模擬正交調(diào)制器16發(fā)送來的中頻帶信號(hào)轉(zhuǎn)換為射頻帶信號(hào)。
圖13是用于圖示對(duì)圖12中第二實(shí)施例的轉(zhuǎn)換電路12做示例性修改后的轉(zhuǎn)換電路12的基本配置的框圖。圖13中的轉(zhuǎn)換電路12與圖12中的轉(zhuǎn)換電路12的不同之處在于，模擬正交調(diào)制器16-2具有直接將基帶信號(hào)調(diào)制成射頻帶信號(hào)的功能。換言之，模擬正交調(diào)制器16-2在功能上包含了圖12中的模擬正交調(diào)制器16和變頻器電路17。
轉(zhuǎn)換電路12包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器14、濾波器15和模擬正交調(diào)制器16-2。圖13中有兩套數(shù)模轉(zhuǎn)換器14和濾波器15，每一套分別對(duì)應(yīng)于所接收的數(shù)字正交基帶信號(hào)的I信號(hào)分量和Q信號(hào)分量。
每一個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器14將進(jìn)入的數(shù)字正交基帶信號(hào)的I信號(hào)分量或Q信號(hào)分量從數(shù)字形式轉(zhuǎn)換成模擬形式。每一個(gè)濾波器15從發(fā)送自數(shù)模轉(zhuǎn)換器14的模擬正交基帶信號(hào)中濾除由采樣帶來的混疊成份。模擬正交調(diào)制器16-2對(duì)已除去混疊成份的模擬正交基帶信號(hào)進(jìn)行正交調(diào)制，以生成射頻帶信號(hào)。
如上所示，由于圖12或13中所示的轉(zhuǎn)換電路12設(shè)置在輸入數(shù)字正交基帶混合網(wǎng)絡(luò)1的輸出端，所以輸入數(shù)字正交基帶混合網(wǎng)絡(luò)1也可以應(yīng)用到采用模擬射頻輸入放大器13的圖11所示的多端口放大裝置中，還可以應(yīng)用到采用數(shù)字正交基帶輸入放大器4的圖6所示的多端口放大裝置中。當(dāng)利用不對(duì)失真進(jìn)行補(bǔ)償?shù)闹苯宇惙糯笃鳌⒛M預(yù)失真類放大器、前向反饋類放大器等來實(shí)現(xiàn)模擬射頻輸入類放大器13時(shí)，同樣可以應(yīng)用輸入數(shù)字正交基帶混合網(wǎng)絡(luò)1。
第三實(shí)施例下面，參考圖14和15對(duì)本發(fā)明的第三實(shí)施例進(jìn)行描述。圖14是用于圖示八線多端口放大裝置的示例性實(shí)施方案的框圖。圖14中所示的多端口放大裝置與圖6中所示的第一實(shí)施例的不同之處在于，輸入數(shù)字正交基帶混合網(wǎng)絡(luò)1包含復(fù)數(shù)乘法器18。
在輸入數(shù)字正交基帶混合網(wǎng)絡(luò)1的最后一級(jí)，將來自數(shù)字正交基帶90度混合電路2的數(shù)字正交基帶輸出信號(hào)施加到每一個(gè)復(fù)數(shù)乘法器18上，每個(gè)復(fù)數(shù)乘法器18生成已對(duì)幅度和相位進(jìn)行調(diào)整的數(shù)字正交基帶輸出信號(hào)。從復(fù)數(shù)乘法器18發(fā)送的數(shù)字正交基帶輸出信號(hào)由相關(guān)的數(shù)字正交基帶輸入類放大器4放大。
如圖15所示，復(fù)數(shù)乘法器18接收數(shù)字正交基帶信號(hào)p、幅度信息R和相位信息θ，基于從外部來的幅度信息R和相位信息θ，對(duì)數(shù)字正交基帶信號(hào)p進(jìn)行幅度(增益)和相位補(bǔ)償，并發(fā)送所得到的數(shù)字正交基帶信號(hào)q。
提供復(fù)數(shù)乘法器18來調(diào)整數(shù)字正交基帶信號(hào)的幅度和相位，這樣就可以進(jìn)一步簡化調(diào)整，以在放大器4和輸出射頻帶混合網(wǎng)絡(luò)5中的各條線之間獲得所需的增益偏差和相位偏差，結(jié)果有助于實(shí)現(xiàn)最優(yōu)設(shè)計(jì)。另外，由于復(fù)數(shù)乘法器18處理的是數(shù)字正交基帶信號(hào)域內(nèi)的信號(hào)，所以與現(xiàn)有技術(shù)中工作在模擬射頻帶的增益和相位補(bǔ)償電路相比，復(fù)數(shù)乘法器18可以大大減小尺寸和降低其成本，并提高穩(wěn)定性。
第四實(shí)施例下面對(duì)本發(fā)明的第四實(shí)施例進(jìn)行描述，它是輸入數(shù)字正交基帶混合網(wǎng)絡(luò)1和公知技術(shù)的電路的組合。通過將輸入數(shù)字正交基帶混合網(wǎng)絡(luò)1與公知技術(shù)的電路組合起來，就可以使多端口放大裝置具有擴(kuò)展的功能。
當(dāng)不同頻率的信號(hào)被施加到多端口放大裝置上時(shí)，可將圖16所示的公知技術(shù)的變頻器19設(shè)置在每個(gè)數(shù)字正交基帶輸入端口8之前，以適應(yīng)不同的頻率。在前面的圖6、圖11或圖14中所示的輸入數(shù)字正交基帶混合網(wǎng)絡(luò)1之前設(shè)置和線一樣多的變頻器19。變頻器19由復(fù)數(shù)乘法器以及結(jié)合在一起的其它器件組成。用數(shù)控振蕩器20產(chǎn)生的頻率為f1的信號(hào)來轉(zhuǎn)換進(jìn)入的數(shù)字正交基帶信號(hào)p的頻率，以生成變頻后的數(shù)字正交基帶信號(hào)q。通過適當(dāng)設(shè)置指定給每個(gè)端口的頻率f1，就可以在基帶上指定每個(gè)進(jìn)入的數(shù)字正交基帶信號(hào)p的頻率。利用變頻器19，就可以在基帶上對(duì)圖6、圖11或圖14中的每個(gè)數(shù)字正交基帶輸入端口8進(jìn)行頻率指定。
當(dāng)由多個(gè)合成波組成的信號(hào)被施加到多端口放大裝置的每個(gè)端口時(shí)，這樣一種信號(hào)可由圖17所示的基帶信號(hào)合并電路來接納。所述基帶信號(hào)合并電路包括以下部件變頻器19，每一個(gè)變頻器都包括復(fù)數(shù)乘法器等；數(shù)控振蕩器20，用于產(chǎn)生在指定頻率f上振蕩的信號(hào)；以及由加法器等組成的基帶合并器21。
變頻器19和數(shù)控振蕩器20的數(shù)量都設(shè)置成和施加到多端口放大裝置的一個(gè)輸入端口上的信號(hào)一樣多，并在基帶上完成頻率指定。進(jìn)入的基帶輸入信號(hào)p1、p2、......分別被相關(guān)的變頻器19轉(zhuǎn)換為具有頻率f1、f2、......。各個(gè)變頻后的基帶輸入信號(hào)由相關(guān)的基帶合并器21在基帶上將它們的I信號(hào)分量和Q信號(hào)分量組合起來，以生成輸出信號(hào)q。
在圖6、圖11或圖14中所示的輸入數(shù)字正交基帶混合網(wǎng)絡(luò)1之前可以設(shè)置和線的數(shù)量一樣多的、如圖17所示的基帶信號(hào)合并電路，以放大由多個(gè)合成波組成的信號(hào)。
雖然上面已對(duì)本發(fā)明申請(qǐng)?zhí)岢龅?、可用于多波束通信衛(wèi)星和使用陣列天線的移動(dòng)通信基站的多端口放大裝置進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不限于這樣一種特定的多端口放大裝置，在前述實(shí)施例中由圖7和圖9所示的數(shù)字正交基帶90度混合電路2也可以作為90度混合器用在多端口放大裝置以外的其它配置中。
根據(jù)本發(fā)明的多端口放大裝置使用復(fù)數(shù)乘法器來調(diào)整數(shù)字正交基帶信號(hào)的幅度和相位，以滿足分配給放大器和輸出混合網(wǎng)絡(luò)的各條線之間所需的增益偏差和相位偏差，從而使得所述多端口放大裝置可以有助于減少調(diào)整步驟以及提高生產(chǎn)率。
此外，根據(jù)上述實(shí)施例，由于輸入混合網(wǎng)絡(luò)和用于調(diào)整數(shù)字正交基帶信號(hào)的幅度和相位的復(fù)數(shù)乘法器都是在數(shù)字正交基帶信號(hào)域進(jìn)行處理，所以和在模擬射頻帶信號(hào)域處理信號(hào)的相應(yīng)傳統(tǒng)部件相比，本發(fā)明所得到的多端口放大裝置在尺寸和成本上都大大減小了。由于尺寸縮小，所以多端口放大裝置可以在安裝上具有更好的通用性。特別是在使用陣列天線的移動(dòng)通信基站中，在實(shí)現(xiàn)安裝在天線塔上的塔頂裝置時(shí)可以方便安裝。
雖然使用特定的術(shù)語對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是這種描述僅僅是示例性的，應(yīng)當(dāng)理解，在不背離所附權(quán)利要求的精神和范圍的情況下可以做出各種改變和變動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種多端口放大裝置，包括具有多個(gè)輸入端口的輸入混合網(wǎng)絡(luò)；與所述輸入混合網(wǎng)絡(luò)的輸出端相連的多個(gè)放大器；和與所述放大器的輸出端相連，并具有多個(gè)輸出端口的輸出混合網(wǎng)絡(luò)，其中，所述輸入混合網(wǎng)絡(luò)從所述多個(gè)輸入端口接收數(shù)字正交基帶信號(hào)，并將所輸入的數(shù)字正交基帶信號(hào)均勻地分配給所述多個(gè)放大器。
2.如權(quán)利要求1所述的多端口放大裝置，其中所述輸入混合網(wǎng)絡(luò)包括2n個(gè)所述輸入端口；和2(n-1)×n個(gè)混合電路，其中，所述混合電路中的每一個(gè)都是用于處理數(shù)字正交基帶信號(hào)的數(shù)字混合電路。
3.如權(quán)利要求2所述的多端口放大裝置，其中，所述數(shù)字混合電路是數(shù)字正交基帶混合電路，該數(shù)字正交基帶混合電路包括加法器，用于將進(jìn)入的數(shù)字正交基帶信號(hào)相加；和減法器，用于將一個(gè)數(shù)字正交基帶信號(hào)從另一個(gè)數(shù)字正交基帶信號(hào)中減去。
4.如權(quán)利要求1所述的多端口放大裝置，其中所述輸出混合網(wǎng)絡(luò)包括2n個(gè)所述輸出端口；和2(n-1)×n個(gè)輸出混合電路，其中，所述輸出混合電路中的每一個(gè)都是用于處理模擬射頻帶信號(hào)的模擬混合電路。
5.如權(quán)利要求1所述的多端口放大裝置，其中所述放大器中的每一個(gè)都是數(shù)字正交基帶信號(hào)輸入類放大器，用于放大從所述輸入混合網(wǎng)絡(luò)接收的數(shù)字正交基帶信號(hào)，并且發(fā)送模擬射頻帶信號(hào)。
6.如權(quán)利要求1所述的多端口放大裝置，還包括放置在所述輸入混合網(wǎng)絡(luò)之后的轉(zhuǎn)換電路，用于將數(shù)字正交基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬射頻帶信號(hào)，所述轉(zhuǎn)換電路包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器，用于將數(shù)字正交基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬正交基帶信號(hào)；濾波器，用于濾除由采樣產(chǎn)生的混疊成份，所述混疊成份包括在所述模擬正交基帶信號(hào)中；和正交調(diào)制器，用于對(duì)已除去混疊成份的模擬正交基帶信號(hào)進(jìn)行正交調(diào)制，其中，所述放大器中的每一個(gè)都是模擬射頻輸入類放大器，用于放大從所述轉(zhuǎn)換電路發(fā)送來的模擬射頻帶信號(hào)。
7.如權(quán)利要求1所述的多端口放大裝置，其中，所述輸入混合網(wǎng)絡(luò)還包括復(fù)數(shù)乘法器，用于調(diào)整數(shù)字正交基帶信號(hào)的幅度和相位。
8.如權(quán)利要求1所述的多端口放大裝置，還包括放置在所述輸入混合網(wǎng)絡(luò)之前的數(shù)字變頻器。
9.如權(quán)利要求1所述的多端口放大裝置，還包括放置在所述輸入混合網(wǎng)絡(luò)之前的基帶合并器，用于合并多個(gè)數(shù)字正交基帶信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明的多端口放大裝置利用數(shù)字正交基帶90度混合電路來實(shí)現(xiàn)組成輸入混合網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)混合器，并因此可以消除輸入混合網(wǎng)絡(luò)中的各條線之間的增益偏差和相位偏差。因此，可以將整個(gè)裝置所需的各條線之間的增益偏差和相位偏差值僅分配到放大器和輸出射頻帶混合網(wǎng)絡(luò)，因而有助于最優(yōu)設(shè)計(jì)。此外，因?yàn)檩斎牖旌暇W(wǎng)絡(luò)是對(duì)數(shù)字正交基帶信號(hào)域的信號(hào)進(jìn)行處理，所以可以大大減小其尺寸和降低其成本。
文檔編號(hào)H03F3/60GK1551491SQ20041003815
公開日2004年12月1日 申請(qǐng)日期2004年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月8日
發(fā)明者土居喜明 申請(qǐng)人:日本電氣株式會(huì)社