專利名稱：具有對損耗功率進(jìn)行受控反饋的放大器裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種用于具 有起始頻率的起始信號的放大器裝置，-其中，放大器裝置具有輸入信號測量器(Eingangssignalermittler),所述輸入信號測量器被傳輸了起始信號并且根據(jù)起始信號來確定第一輸入信號和第二輸入信號，-其中,輸入信號測量器將第ー輸入信號傳輸給第一放大器，所述第一放大器將第ー輸入信號放大為第一輸出信號，-其中，輸入信號測量器將第二輸入信號傳輸給第二放大器，所述第二放大器將第ニ輸入信號放大為第二輸出信號，-其中，輸出信號具有彼此相同的幅度和起始頻率，并且所述輸出信號的相位偏移關(guān)于起始頻率取決于起始信號的幅度的大小，-其中，放大器將其輸出信號傳輸給共同的耦合元件，所述耦合元件根據(jù)輸出信號來形成有效信號和損耗信號，-其中，這樣來構(gòu)造所述耦合元件，即—共同具有有效信號和損耗信號的總功率獨(dú)立于輸出信號的相位偏移，-具有有效信號的部分功率當(dāng)輸出信號的相位偏移具有預(yù)定的值時(shí)處于最大，并且--具有有效信號的部分功率隨著輸出信號的相位偏移與預(yù)定的值相偏離而降低，-其中，耦合元件將有效信號傳輸給負(fù)載并且將損耗信號傳輸給整流器裝置，-其中，整流器裝置對損耗信號進(jìn)行整流并且將整流后的損耗信號傳輸給放大器裝置的電源裝置。本發(fā)明還涉及ー種用于這樣的放大器裝置的運(yùn)行方法。
背景技術(shù)：
本文開頭所述類型的放大器裝置以及用于這種放大器裝置的運(yùn)行方法例如由US6，133，788A 和 US 6，285，251B1 所公知。公知的是單個(gè)放大器只有在其在其最大飽和輸出水平(或者至少在這附近)運(yùn)行時(shí)才達(dá)到其最大的效率。為了能夠在相對大的功率范圍內(nèi)直接地獲得最大效率，在此使用具有兩個(gè)放大器的放大器裝置。所述兩個(gè)放大器被這樣運(yùn)行，使得這兩者均工作在其最大飽和輸出水平。輸出信號借助合適的耦合元件來形成有效信號。通過相應(yīng)地調(diào)節(jié)兩個(gè)輸出信號的相位偏移來對有效信號的幅度進(jìn)行調(diào)節(jié)。通常使用混合連接(Hybrid)或者環(huán)形耦合器(Ringkoppler)作為稱合元件。當(dāng)輸出信號的相位偏移不是零吋，除了有效信號之外還產(chǎn)生了損耗信號。損耗信號導(dǎo)致在放大器上的負(fù)的反作用。為了避免這樣的反作用，例如可以設(shè)置將損耗信號轉(zhuǎn)換為熱量的電阻。電阻的使用改進(jìn)了放大器裝置的運(yùn)行條件(降低了在放大器上的反作用，降低了失真等)。然而，(尤其當(dāng)相位偏移較大時(shí)，也就是有效信號的部分功率較小時(shí))電阻同時(shí)導(dǎo)致放大器裝置的降低了的總效率。
除了別的之外，在移動 通信設(shè)備中使用所述放大器裝置。所述放大器裝置也被使用在其他的蓄電池供電設(shè)備中。對于蓄電池供電設(shè)備，能量效率是特別有意義的。因此，已經(jīng)嘗試了使用整流器裝置來代替電阻，所述整流器裝置對損耗信號進(jìn)行整流并且將整流后的損耗信號傳輸給放大器裝置的電源裝置。在現(xiàn)有技術(shù)中構(gòu)造具有不受控的整流器元件(=ニ極管)的整流器裝置。在使用這樣的整流器元件時(shí)，整流器元件的限幅作用不是可影響的。由此，整流器裝置的有效電阻是調(diào)制相關(guān)的(mod UI at i o n sab Iia ngi g ),也就是取決于輸出信號彼此的相位偏移。由于整流器裝置的有效電阻的可變性，不是對于所有的相位偏移都可以良好地調(diào)整整流器裝置。在有些相位偏移的情況下產(chǎn)生在放大器中的反射，這在放大器方面引起非線性失真和效率降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，這樣擴(kuò)展并運(yùn)行開頭所述類型的放大器裝置，使得盡可能地避免在放大器中的反射。上述技術(shù)問題通過具有權(quán)利要求I特征的放大器裝置來解決。根據(jù)本發(fā)明的放大器裝置的有利實(shí)施是從屬權(quán)利要求2至4的內(nèi)容。此外，通過具有權(quán)利要求5特征的運(yùn)行方法來解決上述技術(shù)問題。根據(jù)本發(fā)明的運(yùn)行方法的有利實(shí)施是從屬權(quán)利要求6的內(nèi)容。根據(jù)本發(fā)明，這樣構(gòu)造開頭所述類型的放大器裝置，使得整流器裝置具有有源組件作為整流器元件并且所述有源組件與起始頻率同步地受控。在根據(jù)本發(fā)明的運(yùn)行方法中，相應(yīng)地運(yùn)行放大器裝置，也就是同步于起始頻率來對作為整流器元件起作用的有源組件進(jìn)行控制并且由此同樣地對損耗信號進(jìn)行整流。由于使用了與起始頻率同步地受控的有源組件(簡稱為同步整流器)，可以對有源組件的截止時(shí)間(Sperrzeit)和導(dǎo)通時(shí)間(Leitzeit)進(jìn)行控制。由此可以將用于損耗功率的有效負(fù)載阻抗進(jìn)行最優(yōu)化。通過與耦合元件和調(diào)整相位偏移的共同作用，由此可以實(shí)現(xiàn)-將具有期望的部分功率的有效信號傳輸給負(fù)載，-兩個(gè)放大器以最優(yōu)的(尤其是與調(diào)制無關(guān)的)負(fù)載阻抗運(yùn)行，-很少出現(xiàn)調(diào)制非線性(Moduiationsnichtlinearitaten)、失真以及反作用，并且-卻達(dá)到了高的總效率。有源組件能夠根據(jù)需要來構(gòu)造。優(yōu)選地，有源組件是場效應(yīng)晶體管，尤其是MOSFET。為了優(yōu)化對有源組件的控制，特別可以設(shè)置將輸出信號的信號偏移傳輸給用于整流器裝置的控制裝置，并且控制裝置在確定用于有源組件的控制信號時(shí)考慮所述信號偏移。


在下面對實(shí)施例的描述中結(jié)合附圖給出了其他的優(yōu)點(diǎn)和細(xì)節(jié)。附圖中圖I示出了放大器裝置的方框圖，
圖2示出了矢量圖，圖3示出了整流器裝置，以及圖4和圖5示出了時(shí)間圖。
具體實(shí)施例方式根據(jù)圖I，放大器裝置I具有輸入信號測量器2。將起始信號s輸送給輸入信號測量器2。起始信號s是交流信號，其具有起始頻率f 和幅度a。在此這樣選擇“起始頻率”的概念，以便表明與起始信號的聯(lián)系。“起始頻率”這個(gè)概念沒有進(jìn)ー步的含義。起始信號s通常是在20MHz之上的頻率范圍內(nèi)的信號。在有些情況下，起始信號s甚至具有高于IGHz的起始頻率f。有時(shí)候甚至超過IOGHz。輸入信號測量器2根據(jù)起始信號s確定第一輸入信號Si。第一輸入信號Si具有起始頻率f。如果將第一輸入信號Si放大為第一輸出信號SI的放大器3具有非線性，則可 以由輸入信號測量器2將第一輸入信號Si相應(yīng)地進(jìn)行預(yù)矯，從而對第一放大器3的非線性進(jìn)行預(yù)補(bǔ)償。輸入信號測量器2將輸入信號si傳輸給第一放大器3。第一放大器3將第一輸入信號si放大為第一輸出信號SI。此外，輸入信號測量器2根據(jù)起始信號s來確定第二輸入信號s2。第二輸入信號s2同樣具有起始頻率f。如果將第二輸入信號s2放大為第二輸出信號S2的第二放大器4具有非線性，則可以由輸入信號測量器2對第二輸入信號s2進(jìn)行預(yù)矯，從而對第二放大器4的非線性進(jìn)行預(yù)補(bǔ)償。輸入信號測量器2將第二輸入信號s2傳輸給第二放大器4。第二放大器4將第二輸入信號s2放大為第二輸出信號S2。輸入信號測量器2能夠以公知的方式構(gòu)造。例如可以將輸入信號測量器2構(gòu)造為數(shù)字的信號處理器，其根據(jù)起始信號s來確定正交信號，又根據(jù)正交信號來確定第一輸入信號si和第二輸入信號s2。數(shù)字的信號處理器的構(gòu)造和工作方式以及正交信號的確定對于專業(yè)人員來說是一般公知的。根據(jù)圖2,第一輸出信號SI和第二輸出信號S2彼此具有相同的幅度A。幅度A獨(dú)立于起始信號s的幅度a。所述幅度A位于放大器3、4的最大幅度的范圍內(nèi)。然而，(關(guān)于起始頻率f)第一輸出信號SI和第二輸出信號S2彼此具有相位偏移中。相位偏移(p取決于起始信號s的幅度a。通常，放大器3，4被相同地構(gòu)造并且以相同方式(特別是以相同的放大)運(yùn)行。通常上述說法(相同的幅度，其獨(dú)立于起始信號s的幅度a，和相位偏移，其取決于起始信號s的幅度a)由此以相似的方式適用于被傳輸給放大器3、4的輸入信號si、s2。根據(jù)圖I,放大器3、4將其輸出信號S1、S2傳輸給共同的I禹合兀件5。f禹合兀件5根據(jù)輸出信號S1、S2來生成有效信號N和損耗信號V。耦合元件5例如可以被構(gòu)造為環(huán)形耦合器、定向耦合器、90°混合連接或者180°混合連接。在這些情況下，耦合元件5生成兩個(gè)輸出信號S1、S2的和信號和差信號。在這種情況下，和信號對應(yīng)于有效信號N，差信號對應(yīng)于損耗信號V。耦合元件5是無損耗地工作的耦合元件5。其被這樣構(gòu)造，使得其將傳輸給其的輸出信號SI、S2無損耗地變換為有效信號N和損耗信號V。特別地，共同具有有效信號N和損耗信號V的總功率在此獨(dú)立于輸出信號S1、S2的相位偏移9。反之，根據(jù)圖2，有效信號N所具有的幅度(以及與此有關(guān)的部分功率)取決于相位偏移<p。如果相位偏移9等于預(yù)定的值，則有效信號N的部分功率處于最大，損耗信號V的部分功率處于最小。最優(yōu)情況是在這種情況下有效信號N的部分功率等于兩個(gè)輸出信號S1、S2的單個(gè)功率之和并且損耗信號V的部分功率等于零。相位偏移越偏離預(yù)定的值，有效信號N的部分功率越小。有效信號N的部分功率隨著相位偏移9偏離預(yù)定的值而通常嚴(yán)格線性地減少。預(yù)定的值(在該值處，有效信號N的部分功率處于最大)取決于耦合元件5的類型。其例如可以是90°或者180°。在圖2的圖示中假定預(yù)定的值是0°。耦合元件5將有效信號N傳輸給負(fù)載6。此外，耦合元件5將損耗信號V傳輸給整流器裝置7。根據(jù)圖I中的圖示，負(fù)載6例如尤其可以是發(fā)送天線。但是也可以考慮其他的負(fù)載。在發(fā)送天線的情況下，放大器裝置I是所謂的“移相發(fā)送器(Outphasing-Senders)”。 整流器裝置7對損耗信號V進(jìn)行整流。整流后的損耗信號被整流器裝置7傳輸給放大器裝置I的電源裝置8。根據(jù)圖3，整流器裝置7被構(gòu)造為橋式整流器。這種實(shí)施方式是整流器裝置7的通常形式。然而也可以考慮其他的實(shí)施方式，尤其是實(shí)施為簡化的半波整流器。根據(jù)圖3，整流器裝置7具有有源組件作為整流器元件9。有源組件9能夠根據(jù)需要構(gòu)造。優(yōu)選地，有源組件9被構(gòu)造為場效應(yīng)晶體管，尤其是M0SFET。但是實(shí)施為IGBT也是可能的?？傊?，對于整流器裝置7的每個(gè)電流通路來說，至少ー個(gè)位于各自電流通路內(nèi)的整流器元件9被構(gòu)造為有源組件9是足夠的。根據(jù)圖3，在整流器裝置7的實(shí)施方式中，也可以例如將四個(gè)整流器元件9中的兩個(gè)構(gòu)造為簡化的、不受控的整流器元件(=ニ極管)。然而根據(jù)圖3所有的整流器元件都被構(gòu)造為有源組件。根據(jù)圖4和圖5，與起始頻率f同步地來控制有源組件9。由此其對損耗信號V進(jìn)行整流。為了正確地控制有源組件9，將以起始頻率f進(jìn)行震蕩的信號(例如起始信號s或者相應(yīng)的時(shí)鐘信號)不言而喻地傳輸給用于整流器裝置7的控制裝置10?？刂蒲b置10根據(jù)該信號來確定整流器裝置7的哪個(gè)橋臂分別允許被控制為導(dǎo)通以及哪個(gè)橋臂必須保持截止。此外優(yōu)選地，控制裝置10被傳輸了輸出信號SI、S2的相位偏移9。在該情況下，控制裝置10能夠在確定用于有源組件9的控制信號Cl、c2時(shí)考慮相位偏移9。這在圖4和圖5中這樣被表示，即，相比，用于圖5的圖示中的相位偏移9表示與用于圖4的圖示中的相位偏移9不同的有源組件9的截止時(shí)間和導(dǎo)通時(shí)間。本發(fā)明具有多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。尤其是能夠以簡單的方式達(dá)到高的能量效率，其中卻在放大器3、4上幾乎沒有產(chǎn)生反饋。特別地，由此得到放大器3、4的良好的線性。根據(jù)本發(fā)明的放大器裝置I可以應(yīng)用于不同的使用目的。優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的放大器裝置I被應(yīng)用于移動的、蓄電池供電設(shè)備，例如包括移動電話在內(nèi)的移動通信設(shè)備。也可以應(yīng)用在高功率發(fā)送器中。舉例來說，這樣的高功率發(fā)送器例如是用于發(fā)送天線的發(fā)送放大器以及磁共振設(shè)備的梯度線圏。上面的描述只用于闡述本發(fā)明。而本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)通過所附的權(quán)利要求來確定。
附圖標(biāo)記列表I放大器裝置2輸入信號測量器3,4放大器5稱合元件6負(fù)載7整流器裝置8電源裝置 9整流器元件/有源組件10控制裝置a, A幅度cl, c2控制信號f起始頻率N有效信號s起始信號si, s2輸入信號SI, S2輸出信號V損耗信號Cp相位偏移
權(quán)利要求
1.ー種用于起始信號(S)的放大器裝置，所述起始信號具有起始頻率(f)， -其中，所述放大器裝置具有輸入信號測量器(2)，該輸入信號測量器被傳輸了所述起始信號(S)并且根據(jù)該起始信號(S)來確定第一輸入信號(si)和第二輸入信號(s2), -其中，所述輸入信號測量器(2)將所述第一輸入信號(si)傳輸給第一放大器(3),所述第一放大器將該第一輸入信號(si)放大為第一輸出信號(SI), -其中，所述輸入信號測量器(2)將所述第二輸入信號(s2)傳輸給第二放大器(4)，所述第二放大器將該第二輸入信號(s2)放大為第二輸出信號(S2), -其中，所述輸出信號(SI，S2)具有彼此相同的幅度(A)和所述起始頻率(f)，并且，關(guān)于該起始頻率(f)，所述輸出信號彼此的相位偏移((p)取決于所述起始信號(s)的幅度(a)的大小， _其中，所述放大器(3,4)將其輸出信號(SI, S2)傳輸給共同的I禹合兀件(5),所述I禹合元件根據(jù)所述輸出信號(SI，S2)生成有效信號(N)和損耗信號(V)， -其中，所述耦合元件(5)被這樣構(gòu)造，即， 一共同具有所述有效信號(N)和所述損耗信號(V)的總功率獨(dú)立于所述輸出信號(SI，S2)的相位偏移(Cp ) 一如果所述輸出信號(SI，S2)的相位偏移(9)具有預(yù)定的值，則具有所述有效信號(N)的部分功率處于最大，并且 -具有所述有效信號(N)的部分功率隨著所述輸出信號(SI，S2)的相位偏移((P )偏離預(yù)定的值而減少， -其中，所述耦合元件(5)將所述有效信號(N)傳輸給負(fù)載(6)并且將所述損耗信號(V)傳輸給整流器裝置(7)， -其中，所述整流器裝置(7)對所述損耗信號(V)進(jìn)行整流并且將整流后的損耗信號傳輸給所述放大器裝置的電源裝置(8 )， 其特征在干， 所述整流器裝置(7 )具有有源組件(9 )作為整流器元件(9 )，并且所述有源組件與起始頻率(f)同步地受控。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的放大器裝置，其特征在于，所述有源組件(9)被構(gòu)造為場效應(yīng)晶體管。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的放大器裝置，其特征在于，所述場效應(yīng)晶體管被構(gòu)造為MOSFET。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的放大器裝置，其特征在于，所述輸出信號(S1，S2)的相位偏移(9 )被傳輸給用于所述整流器裝置(7)的控制裝置(10)，并且該控制裝置(10)在確定用于所述有源組件(9)的控制信號(Cl，c2)時(shí)考慮該相位偏移((p )
5.一種用于放大器裝置(I)的運(yùn)行方法， -其中，將起始信號(s)傳輸給所述放大器裝置(I)的輸入信號測量器(2)，所述起始信號具有起始頻率(f)， -其中，所述輸入信號測量器(2)根據(jù)所述起始信號(s)來確定第一輸入信號(Si)和第二輸入信號(s2),-其中，所述輸入信號測量器(2)將所述第一輸入信號(si)傳輸給第一放大器(3),所述第一放大器將該第一輸入信號(si)放大為第一輸出信號(SI), -其中，所述輸入信號測量器(2)將所述第二輸入信號(s2)傳輸給第二放大器(4)，所述第二放大器將該第二輸入信號(s2)放大為第二輸出信號(S2), -其中，所述輸出信號(SI，S2)具有彼此相同的幅度(A)和起始頻率(f)，并且，關(guān)于該起始頻率(f)，所述輸出信號的相位偏移(cp )取決于所述起始信號(s)的幅度(a)的大小， _其中，所述放大器(3,4)將其輸出信號(SI, S2)傳輸給共同的I禹合兀件(5),所述I禹合元件根據(jù)所述輸出信號(SI，S2)來生成有效信號(N)和損耗信號(V)， -其中，具有所述有效信號(N)和所述損耗信號(V)的總功率獨(dú)立于所述輸出信號(SI，S2)的相位偏移((p )具有該有效信號(N)的部分功率在所述輸出信號(SI，S2)的相位偏移(9 )具有預(yù)定的值的時(shí)候處于最大，并且具有該有效信號(N)的部分功率隨著該輸出信號(SI，S2)的相位偏移((p )偏離預(yù)定的值而減少， -其中，所述耦合元件(5)將所述有效信號(N)傳輸給負(fù)載(6)并且將所述損耗信號(V)傳輸給整流器裝置(7)， -其中，所述整流器裝置(7)對所述損耗信號(V)進(jìn)行整流并且將整流后的損耗信號傳輸給所述放大器裝置(I)的電源裝置(8 )， -其中，與所述起始頻率(f)同步地對所述整流器裝置(7)的作為整流器元件(9)起作用的有源組件(9)進(jìn)行控制，并且由此對所述損耗信號(V)進(jìn)行整流。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的放大器裝置，其特征在于，所述輸出信號(S1，S2)的相位偏移I )被傳輸給用于所述整流器裝置(7)的控制裝置(10)，并且所述控制裝置(10)在確定用于所述有源組件(9)的控制信號(Cl，c2)時(shí)考慮所述相位偏移(cp )
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于具有起始頻率(f)的起始信號(s)的放大器裝置(1)，所述放大器裝置具有被傳輸了所述起始信號(s)的輸入信號測量器(2)。所述輸入信號測量器(2)根據(jù)該起始信號(s)來確定被該輸入信號測量器傳輸給第一放大器(3)的第一輸入信號(s1)以及被該輸入信號測量器傳輸給第二放大器(4)的第二輸入信號(s2)。放大器(3，4)將輸入信號(s1，s2)放大成相應(yīng)的輸出信號(S1，S2)。所述輸出信號(S1，S2)具有彼此相同的幅度(A)和起始頻率(f)。關(guān)于該起始頻率(f)，所述輸出信號彼此的相位偏移取決于該起始信號(s)的幅度(a)的大小。所述放大器(3，4)將其輸出信號(S1，S2)傳輸給共同的耦合元件(5)，所述耦合元件基于所述輸出信號(S1，S2)來形成有效信號(N)和損耗信號(V)。共同具有有效信號(N)和損耗信號(V)的總功率獨(dú)立于所述輸出信號(S1，S2)的相位偏移當(dāng)所述輸出信號(S1，S2)的相位偏移具有預(yù)定的值的時(shí)候，具有有效信號(N)的部分功率處于最大，而當(dāng)該輸出信號(S1，S2)的相位偏移偏離預(yù)定的值時(shí)所述部分功率降低。所述耦合元件(5)將所述有效信號(N)傳輸給負(fù)載(6)，將所述損耗信號(V)傳輸給整流器(7)。所述整流器裝置(7)對該損耗信號(V)進(jìn)行整流并且將整流后的損耗信號傳輸給所述放大器裝置(1)的電源裝置(8)。該整流器裝置(7)具有有源組件(9)作為整流器元件(9)，所述有源組件與起始頻率(7)同步地受控。
文檔編號H03F1/02GK102656797SQ201080057402
公開日2012年9月5日 申請日期2010年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月17日
發(fā)明者O.海德 申請人:西門子公司