專利名稱：用于在由兩個或更多個頻帶限定的頻率范圍上保持天線端口處的受控功率輸出的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多頻帶收發(fā)器。更特別地，本發(fā)明涉及用于在由兩個或更多個頻帶限定的頻率范圍上保持天線端口處的受控功率輸出的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
在本領(lǐng)域中已知實現(xiàn)多頻帶收發(fā)器的許多常規(guī)通信系統(tǒng)。在日本公開 No. 2003-8470中公開了一種這樣的常規(guī)通信系統(tǒng)。該通信系統(tǒng)包括多頻帶收發(fā)器。多頻帶收發(fā)器包含經(jīng)由分支電路(例如，雙工器(diplexer))與天線元件耦合的至少兩(2)個并聯(lián)收發(fā)器電路。收發(fā)器電路中的每一個包含經(jīng)由開關(guān)與接收電路耦合的發(fā)送電路。開關(guān)選擇性地使天線元件與發(fā)送和接收電路耦合。各發(fā)送電路被配置為在不同的頻率(例如， 低頻率、中間頻率或高頻率)處操作。各發(fā)送電路包含功率放大器和耦合器。功率放大器被配置為改變要從天線元件發(fā)送的信號的振幅。因而，功率放大器包含功率放大電路和匹配電路。耦合器被配置為在其輸入端子處輸入的信號和在其輸出端子處輸入的信號之間區(qū)分。耦合器的該特性在發(fā)送電路中是特別有用的，在該發(fā)送電路中，可獨立地監(jiān)視輸入信號和從不匹配的天線元件反射的信號。輸入信號和反射信號中的至少一個被用于控制發(fā)送電路的輸出功率。在發(fā)送時，信號被各發(fā)送電路的功率放大器放大，并且作為高或低頻率信號從天線元件經(jīng)由耦合器、開關(guān)和分支電路被發(fā)送。盡管在日本公開No. 2003-8470中公開的常規(guī)通信系統(tǒng)存在優(yōu)點，但是，它也具有某些缺點。例如，耦合器駐留在開關(guān)和分支電路(例如，雙工器)之前。因而，耦合器在源自在發(fā)送路徑中包含開關(guān)和/或分支電路(例如，雙工器)的插入損耗之前調(diào)節(jié)信號功率。 因此，存在因開關(guān)和/或分支電路(例如，雙工器)導(dǎo)致的作為天線處的頻率的函數(shù)的信號功率變化。并且，常規(guī)通信系統(tǒng)需要用于各收發(fā)器電路的耦合器和開關(guān)。因而，通信系統(tǒng)的實現(xiàn)是相對昂貴和硬件密集的。并且，收發(fā)器電路占據(jù)印刷電路板上的相對大量的寶貴空間。并且，通信系統(tǒng)在相對少量的頻率范圍上操作。更特別地，通信系統(tǒng)的第一收發(fā)器在數(shù)字蜂窩系統(tǒng)頻帶(1800MHz帶)上操作，并且，通信系統(tǒng)的第二收發(fā)器在全球移動通信系統(tǒng) (GSM)頻帶(900MHz帶)上操作。在Wada等人的美國專利公開No. 2005/0003855(以下，稱為“Wada”)中描述了另一常規(guī)通信系統(tǒng)。Wada的通信系統(tǒng)包含天線元件和多頻帶收發(fā)器。多頻帶收發(fā)器被配置為發(fā)送多個頻帶的信號并且接收多個頻帶的信號。多頻帶收發(fā)器包含多個并聯(lián)的收發(fā)器電路。各收發(fā)器電路在不同的頻帶(例如，低頻帶、中間頻帶和高頻帶)處操作。各收發(fā)器電路包含經(jīng)由三工器(triplexer)與天線元件耦合的發(fā)送電路和接收電路。各發(fā)送電路包含功率放大器、電容器和濾波器。三工器被配置為選擇許多輸入信號中的一個并且將選擇的輸入信號輸出到天線元件以從中發(fā)送。盡管在Wada中公開的常規(guī)通信系統(tǒng)存在優(yōu)點，但是，它也具有某些缺點。例如，由于三工器，在天線處作為頻率的函數(shù)不希望地出現(xiàn)信號功率變化。并且，Wada的通信系統(tǒng)在被1000MHz分開的相對少量的頻率范圍上操作。鑒于以上情況，在本領(lǐng)域中需要用于使用RF多路復(fù)用器進行射頻(RF)組合和控制的改進的系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)需要在天線處提供恒定的信號功率。該系統(tǒng)還需要在相對大量的頻率范圍上操作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施例涉及多頻帶收發(fā)器。多頻帶收發(fā)器中的每一個包括發(fā)送子電路、 多路復(fù)用器和定向耦合器。發(fā)送子電路被并聯(lián)布置。發(fā)送子電路中的每一個被配置為支持相應(yīng)頻帶中的通信。相應(yīng)頻帶包含以下頻帶中的至少一個30 50MHz甚高頻(Very High Frequency)低頻帶、136 174MHz VHF高頻帶、380 520MHz超高頻頻帶和762 870MHz頻帶。多路復(fù)用器在電氣上被布置為在其輸入端口處接收來自發(fā)送子電路中的每一個的RF信號。多路復(fù)用器被配置為將信號從輸入端口中的每一個路由到其共用輸出端口。多路復(fù)用器還被配置為減少由發(fā)送子電路引起的諧波失真。定向耦合器具有輸入端口、發(fā)送端口和耦合端口。輸入端口與多路復(fù)用器的共用輸出端口電連接。發(fā)送端口與天線端口連接。耦合端口被配置為對于發(fā)送子電路將RF信號的一部分耦合到共用反饋回路。共用反饋回路提供與各發(fā)送子電路耦合的反饋信號。定向耦合器包含經(jīng)由導(dǎo)線耦合在一起的一對變壓器和具有鍍阱(plated well)的印刷布線板。各變壓器包含初級繞組、次級繞組和環(huán)形芯部。各變壓器被設(shè)置在鍍阱中的相應(yīng)阱中，使得初級繞組和/或次級繞組駐留在相應(yīng)阱中。初級繞組和次級繞組被纏繞在環(huán)形芯部上。初級繞組由具有希望的阻抗的同軸電纜形成。次級繞組由超小型引線形成。各發(fā)送子電路響應(yīng)反饋信號以用于在由頻帶限定的頻率范圍上保持天線端口處的受控功率輸出。在這一點上，應(yīng)當理解，各發(fā)送子電路包含用于增加RF信號的振幅的功率放大器和用于對RF信號進行濾波的低通濾波器中的至少一個。功率放大器響應(yīng)反饋信號以用于調(diào)整RF信號的振幅以便抵消源自多路復(fù)用器的插入損耗。本發(fā)明的實施例還涉及用于在由兩個或更多個頻帶限定的頻率范圍上保持天線端口處的受控功率輸出的方法。這些方法包括選擇性地沿多模式收發(fā)器的多個并行發(fā)送路徑中的任一個傳播RF信號。這些方法還包括將RF信號從多個多路復(fù)用器輸入端口中的一個路由到共用多路復(fù)用器輸出端口。這些方法還包括減少RF信號中的諧波失真。通過對于發(fā)送子電路將來自共用多路復(fù)用器輸出端口的RF信號的一部分耦合到共用反饋回路， 產(chǎn)生反饋信號。對于發(fā)送子電路中的至少一個提供反饋信號。在發(fā)送子電路處，反饋信號被用于在某頻率范圍上保持天線端口處的RF信號的受控功率輸出。


將參照以下的附圖描述實施例，在這些附圖中，同樣的附圖標記在所有的附圖中始終表示同樣的項目，并且，其中，圖1是可用于理解本發(fā)明的通信裝置的正面透視圖。圖2是圖1所示的通信裝置的發(fā)送器的示意圖。圖3是可用于理解本發(fā)明的形成三工器的示例性無源電路的示意圖。
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圖4是示出可用于理解本發(fā)明的圖3所示的三工器的頻率響應(yīng)的圖表的曲線圖。圖5是可用于理解本發(fā)明的示例性定向耦合器的示意圖。圖6是可用于理解本發(fā)明的圖5的定向耦合器的等效電路的示意圖。圖7是可用于理解本發(fā)明的變壓器的頂視圖。圖8是可用于理解本發(fā)明的圖7的變壓器的側(cè)視圖。圖9是用于在由兩個或更多個頻帶限定的頻率范圍上保持天線端口處的受控功率輸出的方法的流程圖。
具體實施例方式參照附圖描述本發(fā)明，其中，在所有圖中使用同樣的附圖標記以表示類似或等同的要素。附圖沒有按比例繪制，并且提供它們僅是為了例示本發(fā)明。以下參照用于例示的示例性應(yīng)用描述本發(fā)明的幾個方面。應(yīng)當理解，闡述大量的特定細節(jié)、關(guān)系和方法，以提供本發(fā)明的全面理解。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易理解，可以在沒有一個或更多個特定細節(jié)的情況下或者通過其它的方法實施本發(fā)明。在其它的情況下，為了避免混淆本發(fā)明，公知的結(jié)構(gòu)或操作沒有被詳細表示。本發(fā)明不受行為或事件的被例示的次序限制，因為一些行為可以以不同的次序出現(xiàn)并且/或者與其它的行為或事件同時地出現(xiàn)。并且，對于實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的方法而言，并不需要所有例示的行為或事件。本發(fā)明的實施例一般包括用于在由兩個或更多個頻帶限定的頻率范圍上保持天線端口處的受控功率輸出的多頻帶收發(fā)器和方法。RF多路復(fù)用器提供RF信號的諧波過濾。 多頻帶收發(fā)器實施例被配置，以克服包括多頻帶收發(fā)器的常規(guī)通信系統(tǒng)的某些缺點(諸如以上關(guān)于“背景技術(shù)”部分描述的那些)。例如，多頻帶收發(fā)器實施例的RF多路復(fù)用器包含于功率調(diào)節(jié)回路中。因而，在源自在發(fā)送路徑中包含多路復(fù)用器的頻率可變插入損耗之后， 信號功率被調(diào)節(jié)。因此，天線元件的輸入端口處的功率可被控制，使得它如需要的那樣在各頻帶上以及在多個頻帶之間基本上恒定(例如，5.0瓦)。并且，對于監(jiān)視和調(diào)節(jié)多個頻帶中的通信，采用一個耦合器。實質(zhì)上，與常規(guī)多頻帶收發(fā)器系統(tǒng)相比，系統(tǒng)實施例是較不昂貴和較不硬件密集的。并且，多頻帶收發(fā)器實施例支持比常規(guī)收發(fā)器更多數(shù)量的頻率范圍中的通信。以下將關(guān)于圖1 8詳細描述本發(fā)明的系統(tǒng)實施例。以下將關(guān)于圖9描述本發(fā)明的方法實施例?？梢栽诟鞣N應(yīng)用中使用本發(fā)明的方法實施例。例如，可以在無線電應(yīng)用、汽車電話應(yīng)用、無繩電話應(yīng)用、計算機應(yīng)用和其它無線通信應(yīng)用中使用方法實施例。示例性通信系統(tǒng)實施例現(xiàn)在參照圖1，提供可用于理解本發(fā)明的示例性通信裝置100的框圖。通信裝置 100可包含但不限于無線電設(shè)備(如圖1所示)、移動電話、無繩電話、膝上型計算機或具有無線通信能力的其它計算裝置。通信裝置100可一般使用數(shù)字和/或模擬技術(shù)。因此，以下的描述不應(yīng)被視為將這里公開的系統(tǒng)和方法限于任何特定類型的無線通信裝置。根據(jù)圖1所示的實施例，通信裝置100包括手持無線電設(shè)備104，該手持無線電設(shè)備104具有與其機械耦合的用于發(fā)送和接收各種頻帶中的通信信號的單極天線元件102。 更特別地，通信裝置100是陸上移動無線電設(shè)備，其意圖在于供陸地用戶在車輛(移動裝置，圖1未示出)中或步行(便攜式裝置，如圖1所示)中使用。因而，通信裝置100可被軍事組織、緊急第一救援組織、公共事務(wù)組織、具有大型車隊的公司和具有大量的外勤人員的公司使用。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，通信裝置100—般被配置為通過項目25(ProjeCt 25(P25))無線電設(shè)備以模擬或數(shù)字模式通信。這里使用的短語“項目25(P25)”指的是由國際公共安全通信協(xié)會(Association of Public Safety Communications Officials International(APCO)),國家電信管理者協(xié)會(National Association of State Telecommunications Directors (NASTD))、選擇的聯(lián)邦機構(gòu)(Federal Agencies)和國家通信系統(tǒng)(National Communications System(NCS))制訂的系統(tǒng)標準的集合。P25系統(tǒng)標準集合一般限定能夠服務(wù)于公共安全和政府組織的需要的數(shù)字無線電通信系統(tǒng)架構(gòu)。通信裝置100也一般被配置為通過非P25無線電設(shè)備以模擬模式通信。通信裝置100在多個頻帶中操作。例如，通信裝置100被配置為支持以下頻帶中的模擬頻率調(diào)制(FM)通信和P25調(diào)制(數(shù)字C4FM)通信三十到五十兆赫(30 50MHz)甚高頻(VHF)低(LO)頻帶、一百三十六到一百七十四兆赫(136 174MHz) VHF高(Hi)頻帶、 三百八十到五百二十兆赫(380 520MHz)超高頻(UHF)頻帶和七百六十二到八百七十兆赫(762 870MHz)頻帶。通信裝置100可在兩( 個陸上移動無線電系統(tǒng)之間沒有任何介入設(shè)備的情況下以“脫網(wǎng)(talk around)”模式被使用。通信裝置100也可被用于常規(guī)模式中，在所述常規(guī)模式中，兩(2)個陸地移動無線電系統(tǒng)在沒有集群(trimking)的情況下通過中繼器或基站通信。通信裝置100可進一步被用在集群模式中，在該集群模式中，通過中繼器或基站向一個或更多個語音信道自動分配通信量。通信裝置100可采用一個或更多個編碼器/解碼器以將模擬音頻信號編碼/解碼。通信裝置100還可根據(jù)包含于音頻信號中的加密數(shù)據(jù)，采用各種類型的加密方案。現(xiàn)在參照圖2，提供在圖1的通信裝置100中實現(xiàn)的示例性多頻帶收發(fā)器200的示意圖。多頻帶收發(fā)器200要求多個發(fā)送器與具有調(diào)節(jié)的輸出功率的天線元件102連接。因而，多頻帶收發(fā)器200包含與天線端口 286連接的兩( 個并聯(lián)發(fā)送電路250、252和兩O) 個并聯(lián)接收電路254、256。并聯(lián)電路250、253、254、256提供克服常規(guī)通信系統(tǒng)的某些缺點的通信系統(tǒng)。例如，與本發(fā)明的多頻帶收發(fā)器200相比，包含用于各頻帶的單獨收發(fā)器的常規(guī)通信系統(tǒng)實現(xiàn)起來更為硬件密集和昂貴。再次參照圖2，開關(guān)204與兩(2)個并聯(lián)發(fā)送電路250、252耦合，并且，開關(guān)230與兩(2)個并聯(lián)接收電路254、256耦合。開關(guān)204選擇性地使輸入信號源(未示出)與發(fā)送電路250、252耦合。例如，如果要從天線元件102發(fā)送具有VHF Hi頻帶中的頻率的發(fā)送信號，那么開關(guān)選擇性地使輸入信號源(未示出)與發(fā)送電路250耦合。類似地，如果從要天線元件102發(fā)送具有UHF頻帶中的頻率的發(fā)送信號，那么開關(guān)選擇性地使輸入信號源(未示出)與發(fā)送電路250耦合。類似地，如果要從天線元件102發(fā)送具有700/800MHZ頻帶中的頻率的發(fā)送信號，那么開關(guān)選擇性地使輸入信號源(未示出)與發(fā)送電路250耦合。如果要從天線元件103發(fā)送具有VHF LO頻帶中的頻率的發(fā)送信號，那么開關(guān)選擇性地使輸入信號源(未示出)與發(fā)送電路252耦合。應(yīng)當注意，本發(fā)明不限于圖2所示的開關(guān)230和發(fā)送電路250、252配置。例如，多頻帶收發(fā)器200可沒有發(fā)送電路252。在這種場景中，多頻帶收發(fā)器200也沒有開關(guān)230。
各發(fā)送電路250、252 —般被配置為產(chǎn)生RF電磁能量并且借助于天線元件102和 103傳播RF電磁信號。各接收電路2M、256 —般被配置為從天線元件102、103接收輸入信號并且將這些信號轉(zhuǎn)送到隨后的處理裝置(未示出)。隨后的處理裝置(未示出)可包含但不限于濾波器、放大器和轉(zhuǎn)換裝置(例如，解調(diào)器和解碼器)，所述濾波器將希望的無線電信號與由天線元件102和103拾取的所有其它信號分開，所述放大器放大希望的無線電信號的振幅，所述轉(zhuǎn)換裝置將希望的無線電信號轉(zhuǎn)換成通信裝置100的用戶(未示出)可使用的形式(例如，聲音)。如圖2所示，發(fā)送電路250是支持以下的頻帶中的模擬和數(shù)字通信的多頻帶發(fā)送電路136 174MHz VHF Hi頻帶；380 520MHzUHF頻帶；和762 870MHz頻帶。因而，發(fā)送電路250需要多個發(fā)送子電路與具有調(diào)節(jié)的輸出功率的天線元件102連接。各子電路被包含于RF功率控制回路270中，所述RF功率控制電路270被配置為在天線元件的輸入端子處在寬的頻率范圍上提供基本上恒定的功率。各子電路包含相互并聯(lián)連接的多個功率放大器210、212、214和相互并聯(lián)連接的多個低通濾波器216、218、220。RF功率控制回路270 還包含多路復(fù)用器222、二極管2M和定向耦合器226。在所示的實施例中，多路復(fù)用器222 是三工器的配置，意味著它具有三C3)個輸入和單個輸出。但是，本發(fā)明不限于此。值得注意的是，在RF功率控制回路270中包含三工器222允許從收發(fā)器設(shè)計消除附加的阻抗匹配電路和諧波濾波器。因而，與常規(guī)收發(fā)器的實現(xiàn)相比，圖2的收發(fā)器200的實現(xiàn)是不昂貴的。并且，與常規(guī)收發(fā)器相比，收發(fā)器200不是硬件密集的，因此，與常規(guī)收發(fā)器相比，占據(jù)印刷電路板上的更少量的寶貴空間。并且，與對于多頻帶操作組合的常規(guī)通信裝置的天線元件處的功率相比，天線元件102的輸入端子處的功率更為恒定和準確。如圖2所示，預(yù)驅(qū)動器206和開關(guān)208與RF功率控制回路270耦合。開關(guān)208選擇性地使預(yù)驅(qū)動器206與功率放大器210、212、214耦合。例如，如果要從天線元件102發(fā)送具有136 174MHz VHF Hi頻帶中的頻率的發(fā)送信號，那么開關(guān)選擇性地使預(yù)驅(qū)動器206 與功率放大器210耦合。類似地，如果要從天線元件102發(fā)送具有UHF頻帶中的頻率的發(fā)送信號，那么開關(guān)選擇性地使預(yù)驅(qū)動器206與功率放大器212耦合。類似地，如果要從天線元件102發(fā)送具有700/800MHZ頻帶中的頻率的發(fā)送信號，那么開關(guān)選擇性地使預(yù)驅(qū)動器206 與功率放大器214耦合。預(yù)驅(qū)動器206和各功率放大器210、212、214提供將發(fā)送信號的功率從低值增加到高值的增益鏈。低通濾波器216、218、220中的每一個使低頻率信號通過并且使具有比截止頻率高的頻率的信號衰減(減小其振幅)。根據(jù)特定的發(fā)送應(yīng)用選擇各低通濾波器216、 218、220的截止頻率。三工器222 —般由無源電路構(gòu)成，該無源電路具有相互隔離并組合為共用輸出端子296的三C3)個輸入端子四0、四2、四4。在圖3中示出形成三工器222的這種示例性無源電路300的示意圖。如圖3所示，無源電路300包含一百三十六到一百七十四兆赫(136 174MHz)輸入端口(如圖3的290所示)、三百八十到五百二十兆赫(380 520MHz)輸入端口和七百六十到八百七十兆赫(760 870MHz)輸入端口。在圖4中提供三工器的頻率響應(yīng)的圖表。如圖4所示，提供表示用于136 174MHz頻帶的無源電路300的低通濾波器響應(yīng)的第一跡線404。通過圖4的標記m20和m21示出濾波器的通帶。低通濾波器響應(yīng)在 2次或更高次諧波頻率處提供諧波抑制。通過圖4的標記m22和m23示出諧波抑制。低通濾波器防止能量被傳送到380 520MHz輸入端口和760 870MHz輸入端口。提供表示用于380 520MHz頻帶的無源電路300的帶通濾波器響應(yīng)的第二跡線406。通過圖4的標記 ml6和ml7示出濾波器的通帶。帶通濾波器響應(yīng)在2次或更高次諧波頻率處提供諧波抑制。 在圖4的標記ml8處示出諧波抑制。帶通濾波器的高通部分防止能量被傳送回到136 174MHz輸入端口中(如圖4的標記ml9所示)。帶通濾波器的低通部分防止能量被傳送到 760 870MHz端口中(如圖4的標記ml8表示)。提供表示用于760 870MHz頻帶的無源電路300的帶通濾波器響應(yīng)的第三跡線408。通過圖4的標記ml3和ml4示出濾波器的通帶。帶通濾波器在2次或更高次諧波頻率處提供諧波抑制(沒有在圖4中表示標記來例示諧波抑制)。該帶通濾波器的高通部分防止能量被傳送回380 520MHz輸入端口(如圖4的標記ml5表示)和136 174MHz輸入端口中。本發(fā)明的實施例不限于圖3的無源電路設(shè)計。再次參照圖2，三工器222對于各功率放大器210、212、214提供諧波過濾。三工器222不需要切換以將信號從輸入端口四0、四2、294中的每一個路由到共用輸出端口四6。 因而，三工器222提供具有優(yōu)于各種常規(guī)收發(fā)器的某些優(yōu)點的多頻帶收發(fā)器。例如，如果常規(guī)收發(fā)器電路實現(xiàn)包含PIN 二極管和/或RF繼電器(而不是三工器)的復(fù)雜的切換電路， 那么它需要用于控制切換電路的相對復(fù)雜的軟件和/或硬件。因此，與圖2所示的收發(fā)器電路200相比，常規(guī)的基于二極管/繼電器的收發(fā)器電路更為昂貴和硬件密集。再次參照圖2，三工器222經(jīng)由二極管224與定向耦合器2 耦合。二極管224 防止在發(fā)送和/或接收模式期間電流在不希望的方向(即，與發(fā)送信號傳播方向相反的方向)上流過三工器222。定向耦合器2 被配置為將發(fā)送信號傳送到天線元件102以從其發(fā)送。在這一點上，定向耦合器2 具有與多路復(fù)用器的共用輸出端口四6電連接的輸入端口 280和與天線端口 286連接的發(fā)送端口觀4。定向耦合器2 也被配置為確保在天線端口 286處將出現(xiàn)恒定功率。在這一點上， 定向耦合器2 提供在發(fā)送線上在特定方向(例如，發(fā)送信號傳播方向)上傳播的RF功率的采樣。該采樣在耦合端口 282處被提供，并被用于提供增益控制信號。增益控制信號被傳送到轉(zhuǎn)換電路(圖2未示出)。更特別地，定向耦合器2 包含被配置為用于將RF信號的一部分耦合到轉(zhuǎn)換電路(未示出)的耦合端口觀2。在轉(zhuǎn)換電路(未示出)處，增益控制信號被轉(zhuǎn)換成DC電壓信號。DC電壓信號然后從轉(zhuǎn)換電路被傳送到各功率放大器210、212、 214。因此，各功率放大器210、212、214具有用于接收DC電壓信號(或反饋信號)的增益控制端子。功率放大器210、212、214中的每一個響應(yīng)DC電壓信號(或反饋信號)以用于在由兩個或更多個頻帶限定的頻率范圍上保持天線端口 286處的受控功率輸出。增益控制信號也可從定向耦合器被傳送到用于保護收發(fā)器不受任何阻抗不匹配影響的處理裝置(未示出)和/或控制器(未示出)。以下將關(guān)于圖5 8更詳細地描述定向耦合器226的示例性實施例。如圖2所示，發(fā)送電路252是支持30 50MHz VHF LO頻帶中的模擬通信的發(fā)送電路。因而，發(fā)送電路252包含衰減器M8、可變衰減器M6、預(yù)驅(qū)動器M4、驅(qū)動器M2、功率放大器M0、低通濾波器236、238和定向耦合器232。衰減器248、246 —般被配置為在不使輸入信號的波形明顯失真的情況下減小輸入信號的振幅或功率。但是，可變衰減器M6 被從定向耦合器232接收的控制信號驅(qū)動。預(yù)驅(qū)動器M4、驅(qū)動器M2、功率放大器240提供將發(fā)送信號的功率從低值增加到高值的增益鏈。低通濾波器236、238中的每一個使低頻率信號通過并且使具有比截止頻率高的頻率的信號衰減(減小其振幅)。根據(jù)特定的發(fā)送應(yīng)用選擇各低通濾波器236、238的截止頻率。各低通濾波器236、238通過相應(yīng)二極管沈2、264與定向耦合器232耦合。二極管 262,264防止在發(fā)送和接收模式期間電流在不希望的方向上流過低通濾波器236、238。定向耦合器232被配置為將發(fā)送信號發(fā)送到天線元件102以從其發(fā)送。定向耦合器232向檢測器電路(未示出)提供發(fā)送的RF信號的采樣以產(chǎn)生增益控制信號。增益控制信號被傳送到具有用于接收控制信號的控制端子的可變衰減器對6?？刂菩盘柨杀挥糜谙薅ㄕ`差電壓值以通過比較感測的功率值與基準值來控制可變衰減器對6。定向耦合器232還被配置為測量來自天線元件102的反射功率，以對于功率放大器提供不受阻抗不匹配影響的保護措施。以下將關(guān)于圖5 8更詳細地描述定向耦合器232的示例性實施例。應(yīng)當理解，本發(fā)明不限于圖2所示的實施例。例如，收發(fā)器200可以沒有開關(guān)204 和發(fā)送電路252。并且，發(fā)送電路250可被改變以支持諸如VHF LO頻帶的一個或更多個附加頻帶中的模擬通信。在VHF LO頻帶場景中，發(fā)送電路250可包含RF功率控制回路270 中的附加發(fā)送子電路，以及包含四路復(fù)用器(quadraplexer)(而不是三工器222)?，F(xiàn)在參照圖5，提供可用于理解本發(fā)明的示例性定向耦合器500的示意圖。在圖6 中提供定向耦合器500的等效電路的示意圖。圖2的定向耦合器2沈、232可以與定向耦合器500相同或基本上類似。因而，對于圖2所示的定向耦合器226、232的理解，以下的討論是足夠的。定向耦合器500確保如以上關(guān)于圖2描述的那樣在天線元件(例如，圖1 2所示的天線元件102)處出現(xiàn)恒定的輸出功率。關(guān)于這一點，應(yīng)當理解，定向耦合器500被有利地設(shè)計為跨由多路復(fù)用器(例如，圖2所示的多路復(fù)用器22 覆蓋的所有頻帶提供平坦的響應(yīng)。因而，天線元件的輸入端口處的功率在各頻帶以及在多個頻帶之間是基本上恒定的。定向耦合器500還被設(shè)置為如以上關(guān)于圖2描述的那樣有利于保護收發(fā)器不受任何阻抗不匹配影響。定向耦合器500被頻率調(diào)整為覆蓋根據(jù)特定應(yīng)用選擇的頻率。例如，耦合器500被頻率調(diào)整為覆蓋在一百三十六兆赫到八百七十兆赫(136 870MHz)的范圍中的頻率，以容納P25RF頻帶。根據(jù)本發(fā)明的方面，定向耦合器500是具有改進的耦合平坦性、方向性和插入損耗的多倍頻表面安裝定向耦合器。改進的耦合平坦性有利于更準確的功率控制。改進的耦合平坦性還允許減少或消除功率控制查找表。改進的方向性提供具有更準確的電壓駐波比 (Voltage Standing Wave Ratio(VSffR))削減特性的定向耦合器。改進的插入損耗向收發(fā)器提供延長其電池壽命并減少通過收發(fā)器的加熱的改進的效率?？梢园凑招”砻姘惭b技術(shù)(SMT)封裝來封裝定向耦合器500。定向耦合器500具有加入其中的變壓器隔離屏蔽，以改進其性能并使它在印刷電路板上占據(jù)的空間量最小化。 以下將描述變壓器隔離屏蔽。定向耦合器500克服常規(guī)耦合器的某些缺點。例如，與具有 SMT設(shè)計并缺少隔離變壓器的屏蔽的常規(guī)耦合器相比，本發(fā)明的定向耦合器500對于繞組放置不敏感。在這一點上，應(yīng)當理解，由于來自變壓器的繞組可相互耦合，因此，更高頻率處的繞組放置可急劇限制性能。并且，與常規(guī)耦合器相比，本發(fā)明的定向耦合器500具有改善的寬帶性能。
如圖5 6所示，通過使用一對耦合的變壓器502、504、印刷布線板(PWB) 514和導(dǎo)線508、512來實現(xiàn)定向耦合器500。PffB 514包含兩(2)個鍍阱516、518。各鍍阱516、 518是在其側(cè)壁和底面上以特定的拋光被鍍覆的腔。拋光可包含但不限于化學(xué)沉鎳金 (Electroless Nickel Immersion Gold(ENIG))拋光和熱空氣焊劑涂勻(Hot Air Solder Leveling(HASL))拋光。各鍍阱516、518具有適于接收變壓器502、504的尺寸和形狀。變壓器502、504中的每一個被設(shè)置在鍍阱516、518中的相應(yīng)一個內(nèi)。鍍阱516、 518提供用于使變壓器502、504相互隔離并且/或者減少變壓器502、504之間的電場耦合的屏蔽。在這一點上，應(yīng)當注意，通過在鍍阱516、518中設(shè)置變壓器502、504的初級繞組和次級繞組(圖5未示出)實現(xiàn)最佳的屏蔽。導(dǎo)線508、512被用于使初級繞組和次級繞組 (未示出)與變壓器502、504的芯部分隔開。導(dǎo)線508、512還被用于將變壓器502、504耦合在一起。導(dǎo)線508、512可以為但不限于具有TEFLON 絕緣的導(dǎo)線。定向耦合器500 還可包含放置在變壓器502、504的頂部上以在鍍阱516、518中包圍變壓器502、504的屏蔽元件或蓋子(未示出)。如圖6所示，定向耦合器500包含四(4)個端口 280、282、284和550。端口沘0、 282、284和550被設(shè)計為在根據(jù)特定應(yīng)用選擇的阻抗(例如，50歐姆阻抗)下操作。主線 610的輸入經(jīng)過輸入端口觀0，而該主線610的輸出經(jīng)過發(fā)送端口觀4。耦合線612的輸入經(jīng)過耦合端口觀4，而該耦合線612的輸出經(jīng)過隔離端口 550。變壓器502的初級繞組602 與主線610串聯(lián)連接，而變壓器504的初級繞組604與耦合線612串聯(lián)連接。初級繞組602 與變壓器502的次級繞組606耦合。初級繞組604與變壓器504的次級繞組608耦合。變壓器502的次級繞組602在一個端部處接地并且在另一端部處與耦合端口 282連接。變壓器504的次級繞組608在一個端部處接地并且在另一端部處與發(fā)送端口 284連接。在操作中，在主線610上在輸入端口 280處傳播的第一信號被傳送到發(fā)送端口 284 第一信號使得在變壓器502的次級繞組606中感應(yīng)第二信號。第二信號從次級繞組 608被傳送到耦合端口觀2，因此，用于第二信號的電流流到耦合線612上。初級繞組602 中的第一信號的電流流動方向表示次級繞組606中的第二信號的電流流動方向。因此，當?shù)谝恍盘柼幱谳斎攵丝?280上時，用于第二信號的電流將在第一方向上流過次級繞組606。 相反，當?shù)谝恍盘柼幱诎l(fā)送端口 284上時，用于第二信號的電流將在第二方向上流過次級繞組606，其中第二方向與第一方向相反。用于第一信號的電流的一部分從發(fā)送端口 284經(jīng)過變壓器504的次級繞組608流向地。事實上，用于第三信號的電流經(jīng)過變壓器504的初級繞組604流到耦合線612上。第二和第三信號被設(shè)定為大致彼此相等。作為結(jié)果，當用于第一信號的電流在第一方向上流過初級繞組602時，第二信號和第三信號將加在一起。 當用于第一信號的電流在第二方向上流過初級繞組602時，第二信號和第三信號將相互抵消。因此，僅當用于第一信號的電流在第一方向上流過主直通線610時，信號將在隔離端口 550處被輸出?，F(xiàn)在將關(guān)于圖7 10描述變壓器700的示例性實施例。圖5的變壓器502、504 可以與變壓器700相同或基本上類似。因而，對于變壓器502、504的理解，變壓器700的討論是足夠的?，F(xiàn)在參照圖7，提供變壓器700的頂視圖。在圖8中提供變壓器700的側(cè)視圖。如圖7 8所示，變壓器700包含環(huán)形芯部706、初級繞組704和具有設(shè)置在其上的肩部墊圈802的次級繞組702。肩部墊圈802被用于將初級繞組704與環(huán)形芯部706分隔開。可根據(jù)特定的應(yīng)用選擇環(huán)形芯部706。例如，環(huán)形芯部706可以是具有可從Micrometals，Inc. of Anaheim California得到的零件No. T30-0的RF環(huán)形芯部。本發(fā)明的實施例不限于此。初級繞組704被纏繞在環(huán)形芯部706至少一(1)匝。初級繞組704由具有希望的阻抗(例如，50歐姆阻抗)的同軸電纜形成。初級繞組704可由具有可從Micro-Coax，Inc. of Pottstown，Pennsylvania得到的零件號碼UT-070C-TP的鍍錫同軸電纜形成。注意，同軸電纜包含中心導(dǎo)體和屏蔽。中心導(dǎo)體被用于承載RF信號。屏蔽的一側(cè)與地耦合以在中心導(dǎo)體周圍產(chǎn)生法拉第屏蔽。本發(fā)明的實施例不限于此。次級繞組702被纏繞在環(huán)形芯部706周圍N匝，這里，N為整數(shù)(例如，11)。次級繞組702可由Bi-Filiar導(dǎo)線以外的任何導(dǎo)線形成。例如，次級繞組可由具有可從Phoenix Wire, Inc得到的零件號碼^TDQ的超小型引線形成。本發(fā)明的實施例不限于此。用于保持天線端口處的受控功率輸出的方法現(xiàn)在參照圖9，提供用于在由兩個或更多個頻帶限定的頻率范圍上保持天線端口處的受控功率輸出的示例性方法。如圖9所示，方法900在步驟902處開始并在步驟904上繼續(xù)。在步驟904中，RF信號在發(fā)送傳播方向上沿多頻帶收發(fā)器的多個并行發(fā)送路徑中的任一個傳播。RF信號具有落入以下的頻帶中的一個中的頻率136 174MHzVHF Hi頻帶、 380 520MHz UHF頻帶以及762 870MHz頻帶。在隨后的步驟906中，RF信號從多個多路復(fù)用器輸入端口(例如，圖2的輸入端口 290、292和四4)中的一個被路由到共用多路復(fù)用器輸出端口(例如，圖2的輸出端口四6)。然后，諧波失真在RF信號中減少。諧波失真可通過使用多路復(fù)用器(例如，圖2的三工器22)來減少。然后，執(zhí)行產(chǎn)生反饋信號的步驟 910。通過對于多個發(fā)送子電路(例如，圖2的發(fā)送電路210/216,212/218和214/220)將來自共用多路復(fù)用器輸出端口的RF信號的一部分耦合到共用反饋回路(例如，圖2的RF 功率控制回路270)，產(chǎn)生反饋信號。在下一步驟912中，反饋信號被提供給發(fā)送子電路中的至少一個。反饋信號在步驟914中被用于在由兩個或更多個頻帶限定的頻率范圍上保持天線端口(例如，圖2的天線端口觀6)處的受控功率輸出。接下來，執(zhí)行步驟916，這里，方法 900返回步驟902，或者隨后的處理繼續(xù)。申請人:以上給出被認為能夠準確的某些理論方面，這些理論方面看起來能夠解釋關(guān)于本發(fā)明的實施例進行的觀察。但是，可以在沒有給出的理論方面的情況下實現(xiàn)本發(fā)明的實施例。并且，雖然給出理論方面，但應(yīng)理解，申請人不尋求受給出的理論束縛。雖然以上描述了本發(fā)明的各種實施例，但應(yīng)理解，它們僅作為例子而不是限制被給出。在不背離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，可根據(jù)這里的公開對于公開的實施例進行大量的變化。因此，本發(fā)明的寬度和范圍不應(yīng)受任何以上描述的實施例的限制。而本發(fā)明的范圍應(yīng)根據(jù)以下的權(quán)利要求和它們的等同物來限定。雖然關(guān)于一個或更多個實現(xiàn)示出和描述了本發(fā)明，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀和理解本說明書和附圖時可以想到等同的變更方式和變型。另外，雖然僅關(guān)于幾種實現(xiàn)中的一種公開了本發(fā)明的特定特征，但是，這種特征可如會對于任何給出的或特定的應(yīng)用所希望的和有利的那樣，與其它實現(xiàn)的一個或更多個其它特征組合。這里使用的術(shù)語僅出于描述特定的實施例的目的，并且不是旨在限制本發(fā)明。如這里使用的那樣，除非上下文另外清楚地表示，否則，單數(shù)形式“一個”、“一種”和“該”也旨在包括復(fù)數(shù)形式。并且，就在詳細描述和/或權(quán)利要求中使用術(shù)語“包括”、“包含”、“具有”、 “擁有”、“帶有”或它們的變體來說，這些術(shù)語旨在以與術(shù)語“包括”類似的方式是包含性的。
這里使用措詞“示例性”以意味著用作例子、實例或解釋。這里描述為“示例性” 的任何方面或設(shè)計不必被解釋為與其它的方面或設(shè)計相比是優(yōu)選的或有利的。而措詞示例性的使用是要以具體的方式給出概念。如在本申請中使用的那樣，術(shù)語“或”旨在包含性的 “或”而不是排他性的“或”。即，除非另外規(guī)定或者上下文清楚地規(guī)定，否則，“X采用A或 B”旨在意指任何自然包含性的置換。即，如果X采用A、X采用B或者X采用A和B兩者， 那么，在以上的實例中的任一個下滿足“X采用A或B”。
權(quán)利要求
1.一種多頻帶收發(fā)器，包括并聯(lián)布置的多個發(fā)送子電路，每個發(fā)送子電路被配置為支持多個頻帶之中的相應(yīng)頻帶中的通信；多路復(fù)用器，所述多路復(fù)用器在電氣上被布置為在多個多路復(fù)用器輸入端口處接收來自所述多個發(fā)送子電路中的每一個的射頻信號，所述多路復(fù)用器被配置為將信號從所述多個多路復(fù)用器輸入端口中的每一個路由到共用多路復(fù)用器輸出端口并且減少由所述多個發(fā)送子電路引起的諧波失真；和定向耦合器，所述定向耦合器具有與多路復(fù)用器的共用輸出端口電氣連接的輸入端口、與天線端口連接的發(fā)送端口、和被配置為對于所述多個發(fā)送子電路將射頻信號的一部分耦合到共用反饋回路的耦合端口，所述共用反饋回路提供與所述多個發(fā)送子電路中的每一個耦合的反饋信號；其中，所述多個發(fā)送子電路中的每一個響應(yīng)反饋信號以用于在由所述多個頻帶限定的頻率范圍上保持天線端口處的受控功率輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的多頻帶收發(fā)器，其中，所述多個頻帶包含以下的頻帶中的至少一個30 50MHz甚高頻低頻帶、136 174MHz甚高頻高頻帶、380 520MHz超高頻頻帶和 762 870MHz 頻帶。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的多頻帶收發(fā)器，其中，所述多個發(fā)送子電路中的每一個包含用于增加射頻信號的功率的功率放大器和用于對射頻信號進行濾波的低通濾波器中的至少一個。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的多頻帶收發(fā)器，其中，所述功率放大器響應(yīng)反饋信號以用于調(diào)整射頻信號的振幅以便抵消源自多路復(fù)用器的插入損耗。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的多頻帶收發(fā)器，其中，定向耦合器包含一對變壓器，所述一對變壓器中的每個變壓器包含初級繞組和次級繞組。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的多頻帶收發(fā)器，其中，定向耦合器還包含具有鍍阱的印刷布線板。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的多頻帶收發(fā)器，其中，所述一對變壓器中的每個變壓器被設(shè)置在鍍阱之中的相應(yīng)阱中，使得初級繞組和次級繞組中的至少一個駐留于相應(yīng)阱內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5的多頻帶收發(fā)器，其中，初級繞組和次級繞組中的至少一個經(jīng)由至少一個導(dǎo)線與變壓器的芯部分隔開。
9.根據(jù)權(quán)利要求5的多頻帶收發(fā)器，其中，初級繞組和次級繞組被纏繞在單個環(huán)形芯部上。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的多頻帶收發(fā)器，其中，初級繞組經(jīng)由墊圈與環(huán)形芯部分隔開。
11.根據(jù)權(quán)利要求5的多頻帶收發(fā)器，其中，初級繞組由具有希望阻抗的同軸電纜形成，并且，次級繞組由超小型引線形成。
全文摘要
提供多頻帶收發(fā)器(200)，所述多頻帶收發(fā)器(200)包括并聯(lián)布置的發(fā)送子電路(TSC)、在輸入端口(290、292、294)處接收來自TSC的RF信號的多路復(fù)用器(222)、和定向耦合器(DC)。各TSC(210、212、214、216、218、220)被配置為支持各頻帶中的通信。多路復(fù)用器被配置為將信號從輸入端口路由到共用輸出端口(296)并減少由TSC引起的諧波失真。DC(226)具有與共用輸出端口連接的輸入端口(1)、與天線端口連接的發(fā)送端口(4)、和將RF信號的一部分耦合到共用反饋回路(CFL)的耦合端口(3)。CFL(270)提供與各TSC耦合的反饋信號。各TSC響應(yīng)反饋信號以用于在某頻率范圍上保持天線端口處的受控功率輸出。
文檔編號H04B1/00GK102460979SQ201080024249
公開日2012年5月16日 申請日期2010年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月3日
發(fā)明者D·瑪特茲, E·范·內(nèi)斯, K·拜格赫尼 申請人:哈里公司