專利名稱：高頻放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一高頻晶體管放大器，它能夠有選擇地變換工作與非工作模式。具體來說，本發(fā)明涉及的是一個用于分時(shí)復(fù)式無線通訊系統(tǒng)的高頻晶體管放大器，它含有有選擇地放大-和-倍頻/放大或截止作為傳輸載波信號基準(zhǔn)之參考頻率信號的裝置，其中，在截止工作狀態(tài)下泄漏進(jìn)接收電路部分的參考頻率信號被衰減至足夠低的電平。
在FDMA(分頻多路)/TDD(分時(shí)復(fù)式)無線通訊系統(tǒng)中，以如下所述方式構(gòu)成的電路具有廣泛的用途。


圖1所示的框圖給出了在FDMA或TDAM/TDD無線通訊系統(tǒng)中發(fā)射與接收電路部分已知結(jié)構(gòu)的一個例子。
在圖1當(dāng)中，畫出了發(fā)射電路部分20，接收電路部分21，參考頻率發(fā)生器22，高頻放大器23，第一混頻器24，第一帶通濾波器25，功率放大器26，線性高頻放大器27，第二混頻器28，第二帶通濾波器29，檢波器30，波整形電路31，本地振蕩器32，鎖相環(huán)電路33，帶寬限制濾波器34，循環(huán)電路35，天線36，逆變器37，發(fā)射/接收開關(guān)終端38，數(shù)據(jù)信號輸入端39和數(shù)據(jù)輸出端40。
發(fā)射電路部分20包含參考頻率發(fā)生器22，高頻放大器23，第一混頻器24，第一帶通濾波器25和功率放大器26。接收電路部分21包含線性高頻放大器27，第二混頻器28，第二帶通濾波器29，檢波器30和波整形電路31。發(fā)射電路部分20中的參考頻率發(fā)生器22產(chǎn)生一個穩(wěn)定的參考頻率信號fc，而基于此參考頻率信號f。產(chǎn)生一發(fā)射中頻信號fit。例如，晶體振蕩器用作參考頻率發(fā)生器22。為產(chǎn)生發(fā)射中頻信號fit，高頻放大器23對參考頻率信號fc進(jìn)行放大并倍頻或僅僅將其放大。第一混頻器24將發(fā)射中頻信號fit和本地振蕩器提供的已調(diào)制信號fm進(jìn)行混頻。在這個工作過程中，高頻放大器23的作用相當(dāng)于一個頻率調(diào)制器。第一帶通濾波器25有選擇性地提取已調(diào)制的發(fā)射信號ft，該信號來源于第一混頻器24提供的混頻信號。功率放大器26將已調(diào)制的發(fā)射信號ft的功率放大至發(fā)射所需要的電平。在接收電路部分21中，線性高頻放大器27對接收到的高頻信號fr進(jìn)行線性放大，第二混頻器28對此線性放大后的高頻信號fr和本地振蕩信號fo進(jìn)行混頻。第二帶通濾波器29有選擇性地提取接收中頻信號fir，該信號來自第二混頻器28提供的混頻信號。檢波器30對接收中頻信號fir進(jìn)行檢波以提取數(shù)據(jù)信號，而所提取的數(shù)據(jù)信號由波整形電路31加以整形。
帶寬限制濾波器34對在發(fā)射狀態(tài)下由數(shù)據(jù)信號輸入端39輸入的數(shù)據(jù)信號進(jìn)行帶寬限制處理，然后將此帶限數(shù)據(jù)信號作為調(diào)制信號供給本地振蕩器32。循環(huán)電路35將來自發(fā)射電路部分20的已調(diào)制發(fā)射信號ft供給天線36，也可將天線36接收的高頻信號fr供給接收電路部分21。發(fā)射/接和開關(guān)控制信號加在發(fā)射/接收開關(guān)端38。該發(fā)射/接收開關(guān)控制信號直接輸入到高頻放大器23和第一混頻器24，同時(shí)也通過逆變器37將其供給線性高頻放大器27和第二混頻器28。
具有上述結(jié)構(gòu)的無線通訊系統(tǒng)的工作原理如下所述。
在發(fā)射狀態(tài)，一發(fā)射開啟信號Tx加在發(fā)射/接收開關(guān)端38上，發(fā)射電路部分20中的有關(guān)電路，包括高頻放大器23，第一混頻器24和功率放大器26，均處于工作狀態(tài)，而接收電路部分21中的有關(guān)電路，包括線性高頻放大器27和第二混頻器28，則處于非工作狀態(tài)。在這種工作模式下，來自參考頻率發(fā)生器22的參考頻率信號fc經(jīng)高頻放大器23放大并倍頻，或僅僅被放大。然后，高頻放大器23輸出一發(fā)射中頻信號fit至第一混頻器24。另一方面，經(jīng)由數(shù)據(jù)信號輸入端39輸入的數(shù)據(jù)信號經(jīng)帶寬限制濾波器34進(jìn)行帶寬限制處理，然后作為調(diào)制信號供給本地振蕩器32，從而本地振蕩信號fo被該調(diào)制信號調(diào)制得到一已調(diào)制信號fm。第一混頻器24對發(fā)射中頻信號fit和已調(diào)制信號fm進(jìn)行混頻并向一帶通濾波器25提供一混合輸出信號。第一帶通濾波器25有選擇性地從該混合輸出信號中提取出已調(diào)制發(fā)射信號ft并將其供給功率放大器26。功率放大器26將已調(diào)制發(fā)射信號ft的功率放大至發(fā)射所需電平，然后經(jīng)過循環(huán)電路35將其送給天線36。已調(diào)制發(fā)射信號ft經(jīng)天線36輻射送出。
如上所述，在發(fā)射狀態(tài)工作期間，接收電路部分21中的有關(guān)電路，包括線性高頻放大器27和第二混頻器28，均處于非工作狀態(tài)。所以，即便已調(diào)制發(fā)射信號ft或發(fā)射中頻信號fit泄漏進(jìn)接收電路部分21，該泄漏信號也不會對接收電路部分21造成影響。
相反，在接收工作狀態(tài)時(shí)，一接收開啟信號Rx加在發(fā)射/接收開關(guān)端38上，發(fā)射電路部分20中的有關(guān)電路，包括高頻放大器23，第一混頻器24和功率放大器26，均處于非工作狀態(tài)，而接收電路部分21中的有關(guān)電路，包括線性高頻放大器27和第二混頻器28，則處于工作狀態(tài)。在此接收狀態(tài)下，由天線36接收到的高頻信號fr經(jīng)循環(huán)電路36輸出入線性高頻放大器27。該線性高頻放大器27將高頻信號fr作線性放大然后送至第二混頻器28。第二混頻器28將高頻信號fr與本地振蕩器32產(chǎn)生的本地振蕩信號fo進(jìn)行混頻，然后將該混合輸出信號送至第二帶通濾波器29。第二帶通濾波器29有選擇性地提取接收中頻信號fir并把它送到檢波器30上。檢波器30對接收中頻信號fir進(jìn)行解調(diào)從而恢復(fù)數(shù)據(jù)信號，然后再把它供給波整形電路31。波整形電路31對數(shù)據(jù)信號進(jìn)行整形，然后經(jīng)數(shù)據(jù)輸出端40送至數(shù)據(jù)處理部分(未在圖中表示)。
在接收工作狀態(tài)下，參考頻率發(fā)生器22不起任何作用。然而，在接收工作期間它們?nèi)匀惶幱诠ぷ鳡顟B(tài)，這是由于一旦將其關(guān)閉合在重新起振時(shí)引起輸出頻率的短暫不穩(wěn)定。
圖3的電路圖是發(fā)射電路部分20中高頻放大器23已知結(jié)構(gòu)的一個例子。
在圖3中，給出了放大晶體管51，開關(guān)晶體管52，輸入信號端53，輸出信號端54，電感器55，電容器56，諧振電路57，發(fā)射極電阻58，旁路電容59，偏置電阻60、61，電源端62，旁路電容63和發(fā)射/接收開關(guān)端64。
在此電路圖中，放大晶體管的基極接于輸入信號端53和開關(guān)晶體管52的集電極上。放大晶體管51的發(fā)射極經(jīng)由發(fā)射極電阻58和旁路電容59的并聯(lián)電路接地。放大晶體管51的集電極與輸出信號端54通過由電感器55和電容器56組成的諧振電路57相連。開關(guān)晶體管52的基極接于發(fā)射/接收開關(guān)端64，而此開關(guān)晶體管52的發(fā)射極則直接接地。電感器55的另一端與電源端62相接，電容器56的另一端接地。
上述結(jié)構(gòu)的高頻放大器的工作原理如下所述。
在發(fā)射工作狀態(tài)，一近似與地電位相等的發(fā)射開啟信號加于發(fā)射/接收開關(guān)端64。此發(fā)射開啟信號使開關(guān)晶體管52截止。其結(jié)果，由基極偏置電阻60和61決定的基極偏置電壓施加于放大晶體管51的基極，從而使放大晶體管51處于正常導(dǎo)通狀態(tài)。因此，來自輸入信號端53的參考頻率信號被放大晶體管51放大，而放大后的信號產(chǎn)生于放大晶體管51的集電極。放大晶體管51的集電極與諧振電路57相連，此諧振電路調(diào)諧于參考頻率信號的二次諧波，從而只有放大信號中的二次諧波信號被有選擇地提取出來。提取出的信號通過輸出信號端54作為發(fā)射中頻信號輸入第一混頻器(圖中未顯示)。
在接收工作狀態(tài)，一具有正電壓的接收開啟信號加于發(fā)射/接收開關(guān)端64。其結(jié)果，開關(guān)晶體管52導(dǎo)通，從而放大晶體管51的基極通過此開關(guān)晶體管52接地。因此，放大晶體管51被置于非工作狀態(tài)(截止?fàn)顟B(tài))，而在此狀態(tài)下該放大晶體管51失去放大作用。在此工作狀態(tài)下，即使有參考頻率信號加在放大晶體管51的基極，該參考頻率信號也不會出現(xiàn)在放大晶體管51的集電極。另外，發(fā)射中頻信號未經(jīng)輸出信號端54加于后面的第一混頻器(圖中未顯示)。
即使處于非工作狀態(tài)(截止?fàn)顟B(tài))，晶體管仍然具有基極-集電極結(jié)電容以及基極-發(fā)射極結(jié)電容。此外，在工作狀態(tài)(導(dǎo)通狀態(tài))，晶體管仍具有發(fā)射極與集電極之間的駐留阻抗。因此，當(dāng)開關(guān)晶體管52導(dǎo)通而同時(shí)放大晶體管51處于非工作狀態(tài)(截止?fàn)顟B(tài))時(shí)，由于開關(guān)晶體管52駐留阻抗的存在，具有較高頻率的參考頻率信號fc不會被完全地被開關(guān)晶體管52旁路掉，而由于放大晶體管51基極-集電極結(jié)電容的存在，該信號fc也不會完全地被放大晶體管51截止掉。因而，部分參考頻率信號被傳送到放大晶體管51的集電極端。
參考頻率信號的二次諧波被諧振電路57選擇提取出來并經(jīng)由輸出信號端54輸出到高頻放大器的外部。這將對處于接收工作狀態(tài)的接收電路部分21產(chǎn)生干擾。
本發(fā)明的目的在于解決上述問題。具體來說，本發(fā)明的目的是提供這樣一種高頻放大器，它含有一個放大晶體管，可以選擇工作模式而處于工作狀態(tài)或非工作狀態(tài)，而當(dāng)該放大晶體管處于非工作狀態(tài)時(shí)其輸出信號的泄漏分量被減小到足夠低的電平。
按照本發(fā)明，為達(dá)到上述目的，給出了一個高頻放大器，它含有以其發(fā)射極方式相連、用于高頻放大的晶體管;用于有選擇性地將放大晶體管基極接地的開關(guān)晶體管(開關(guān)裝置);接于放大晶體管集電極的諧振電，此高頻放大器的特征就在于在上述諧振電路中接入一個二極管，這樣，集電極電流便通過該二極管流向放大晶體管。
具有上述按本發(fā)明設(shè)計(jì)的裝置的高頻放大器，其工作原理如下。在接收工作狀態(tài)，開關(guān)信號施加于開關(guān)晶體管的基極，使該開關(guān)晶體管導(dǎo)通，放大晶體管的基極接地，從而導(dǎo)致該放大晶體管截止。在此狀態(tài)下，接于放大晶體管集電極的二極管截止，因而此時(shí)它等效于一個具有小電容量的電容器。其結(jié)果，含有該二極管的諧振電路的諧振頻率變得明顯高于處于相反工作狀態(tài)下的值。
附圖簡要說明圖1的框圖描述了用于FDA或TDMA/TDD無線通訊系統(tǒng)發(fā)射/接收電路部分電路結(jié)構(gòu)的一個例子，其中，應(yīng)用了如本發(fā)明所述的高頻放大器;
圖2的電路圖給出了關(guān)于本發(fā)明所述高頻放大器設(shè)計(jì)方案的一種電路結(jié)構(gòu);
圖3的電路圖描述的是普通高頻放大器的一個例子。1放大晶體管2開關(guān)晶體管(開關(guān)裝置)3輸出信號端4輸出信號端5電感器6電容器7二極管8諧振電路13電源端15發(fā)射/接收開關(guān)端參考附圖，將詳細(xì)敘述實(shí)施本發(fā)明的具體實(shí)施方案如下圖2給出了按本發(fā)明所述高頻放大器的具體方案而設(shè)計(jì)的一種電路結(jié)構(gòu)，它可以用于圖1所示的高頻放大器23。
在圖2中，示出了放大晶體管1，開關(guān)晶體管(開關(guān)裝置)2，輸入信號端3，輸出信號端4，電感器5，電容器6，二極管7，諧振電路8，發(fā)射極電阻9，旁路電容10，基極偏置電阻11、12，電源端13，旁路電容14和發(fā)射/接收開關(guān)端15。
在此電路結(jié)構(gòu)中，諧振電路8由電感器5，電容器6和二極管7組成，其中電感器5和二極管7串聯(lián)接于輸出信號端4與電源端13之間，而電容器6則接于輸出信號端4與地之間。放大晶體管1的基極與輸入信號端3和開關(guān)晶體管2的集電極相連。放大晶體管1的發(fā)射極通過發(fā)射極電阻9和旁路電容10的并聯(lián)電路而接地。放大晶體管1的集電極與輸出信號端4和諧振電路8相連。開關(guān)晶體管1的集電極與輸出信號端4和諧振電路8相連。開關(guān)晶體管2的基極接在發(fā)射/接收開關(guān)端15上，而開關(guān)晶體管2的發(fā)射極則直接接地。輸入信號端3接收來自參考頻率發(fā)生器22(參見圖1)的參考頻率信號fc。當(dāng)二極管7導(dǎo)通時(shí)，諧振電路8的諧振頻率等于參考頻率信號fc的二次諧波2fc，從而該二次諧波信號2fc可以通過輸出信號端4作婁射中頻信號fit而輸出。
按照本方案設(shè)計(jì)的高頻放大器，其工作原理將詳細(xì)敘述如下。
在發(fā)射工作狀態(tài)，具有近似等于地電位的發(fā)射開啟信號Tx加于發(fā)射/接收開關(guān)端15。該發(fā)射開啟信號Tx使開關(guān)晶體管2截止。其結(jié)果，由基極偏置電阻11和12所確定的基極偏置電壓加在放大晶體管1的基極，從而使放大晶體管1處于正常導(dǎo)通狀態(tài)。因此，來自輸入信號端3的參考頻率信號被以共發(fā)射方式連接的放大晶體管1放大，而此放大信號產(chǎn)生于放大晶體管1的集電極。在這種工作模式下，放大晶體管1的集電極電流流過二極管7，因而二極管7導(dǎo)通，此時(shí)諧振電路8的諧振頻率等于參考頻率信號fc的二次諧波2fc這樣，只有放大后的參考頻率信號fc的二次諧波2fc被諧振電路8有選擇地提取出來，而此提取出的信號則作為發(fā)射中頻信號fit通過輸出信號端4向第一混頻器24(參見圖1)輸出。
在接收工作狀態(tài)，具有正電壓的接收開啟信號Rx加于發(fā)射/接收開關(guān)端15。其結(jié)果，使開關(guān)晶體管2導(dǎo)通，進(jìn)而使放大晶體管1的基極經(jīng)過處于導(dǎo)通狀態(tài)的開關(guān)晶體管2而接地。因此，放大晶體管1被置于非工作狀態(tài)(截止?fàn)顟B(tài))，在這種狀態(tài)下它不起放大作用。在這種工作狀態(tài)下，由于開關(guān)晶體管2駐留阻抗的存在，參考頻率信號fc不會完全被該開關(guān)晶體管2旁路掉，同時(shí)由于放大晶體管1基極-集電極結(jié)電容的存在，該信號fc也不會完全被該放大晶體管1截止掉。所以，一部分參考頻率信號被傳送到放大晶體管1的集電極端。
然而，當(dāng)放大晶體管1處于非工作狀態(tài)(截止?fàn)顟B(tài))時(shí)，諧振電路8的二極管7中無集電極電流流過，從而該二極管處于截止?fàn)顟B(tài)且等效于一個具有小電容量的電容器，也就是說，有一個具有小電容量的電容器串接在諧振電路8中的電感器5上，從而使諧振頻率變得大大高于預(yù)定的二次諧波頻率2fc。在這種狀態(tài)下，出現(xiàn)在放大晶體管1集電極處的參考頻率信fc的二次諧波信號2fc以及任何具有接近二次諧波頻率2fc的信號，換句話說也就是接收中頻信號fir以及任何與之頻率相近的信號，均被諧振電路8衰減并去除。
比較按本方案設(shè)計(jì)的高頻放大器和普通的高頻放大器，在開關(guān)晶體管2或52處于導(dǎo)通狀態(tài)下對二次諧波信號2fc進(jìn)行測量，結(jié)果表明，本方案電路的二次諧波信號約為-78dbm，而普通電路的二次諧波信號約為-60dbm。另外，對開關(guān)晶體管2或52開關(guān)狀態(tài)間二次諧波信號2fc的抑制系數(shù)進(jìn)行實(shí)測，其結(jié)果表明，本設(shè)計(jì)方案電路的系數(shù)約為60db，而普通電路的系數(shù)約為39db。這些結(jié)果說明，本設(shè)計(jì)方案可明顯改善放大器的性能。
在本方案中，諧振電路8的諧振頻率當(dāng)其處于工作模式時(shí)被設(shè)定為參考頻率信號fc的兩倍。然而，本發(fā)明絕不僅僅局限于此。諧振電路8的諧振頻率也可以等于參考頻率信號fc，或者也可以設(shè)置為某個大于2的整數(shù)與參考頻率信號fc的乘積。
如上所述，在本發(fā)明中，放大晶體管1處于非工作狀態(tài)期間，一開關(guān)信號加在開關(guān)晶體管2的基極，使該開關(guān)晶體管2導(dǎo)通，從而使放大晶體管1的基極接地，而這又進(jìn)一步將放大晶體管的集電極電流變?yōu)榱?。此時(shí)諧振電路8中與放大晶體管1集電極相連的二極管7處于截止?fàn)顟B(tài)且等效于一個具有小電容量的電容器，從而包含二極管7的諧振電路8的諧振頻率變得顯著高于其在工作狀態(tài)下的值。因此，在非工作狀態(tài)下通過放大晶體管1的結(jié)電容泄漏到放大晶體管1集電極的信號分量被含有二極管7的諧振電路8衰減至足夠低的電平，其中泄漏信號分量的頻率等于其在工作狀態(tài)下的諧振頻率。
因而，如本發(fā)明所述的高頻放大器用作無線通訊系統(tǒng)發(fā)射電路部分20中的高頻放大器23時(shí)可顯示出很大的優(yōu)越性。在接收工作狀態(tài)期間，高頻放大器23處于非工作狀態(tài)，由參考頻率發(fā)生器22產(chǎn)生的參考頻率信號fc可以被高頻放大器23衰減至足夠低的電平，從而防止由參考頻率信號fc產(chǎn)生的發(fā)射中頻信號fit進(jìn)行接收電路部分21，進(jìn)而防止對接收電路部分21的接收工作性能產(chǎn)生影響。
權(quán)利要求
1.含有一個高頻放大晶體管，一個用于有選擇地將該晶體管基極接地的開關(guān)裝置和一個連接于該晶體管集電極的諧振電路的高頻放大器，其特征在于二極管接在上述諧振電路上，從而使上述晶體管的集電極電流通過此二極管。
2.如權(quán)利要求1所述的高頻放大器，其中所述的高頻放大器用于分時(shí)復(fù)式無線通訊系統(tǒng)的發(fā)射電路部分，該高頻放大器將參考頻率信號放大或?qū)ζ溥M(jìn)行倍頻，此參考頻率信號用于所述晶體管的基極，當(dāng)所述二極管導(dǎo)通時(shí)，所述諧振電路的諧振頻率被設(shè)定等于此參考信號頻率或其某一次諧波信號的頻率。
3.如權(quán)利要求2所述的高頻放大器，其中所述之開關(guān)裝置含有一個開關(guān)晶體管，此開關(guān)晶體管的集電極連接于所述高頻放大晶體管的基極，此開關(guān)晶體管的發(fā)射極接地，這里，此開關(guān)晶體管的開或關(guān)取決于此無線通訊系統(tǒng)的接收或發(fā)射狀態(tài)控制。
4.如權(quán)利要求2所述的高頻放大器，其中所述之二極管與構(gòu)成所述之諧振電路的線圈相串聯(lián)。
5.如權(quán)利要求3所述的高頻放大器，其中所述之諧振電路為并聯(lián)諧振電路。
6.如權(quán)利要求4所述的高頻放大器，其中所述之線圈和二極管接于所述晶體管集電極與電源端子之間，而構(gòu)成所述諧振電路的電容器則接于所述晶體管集電極與地之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及高頻放大器，它含有以共發(fā)射極方式相連接的放大晶體管(1)；用于選擇地將晶體管(1)的基極接地的開關(guān)晶體管(2)；與晶體管(1)集電極相連的諧振電路(8)，其中二極管(7)插入諧振電路(8)的某個支路以便使晶體管(1)的集電極電流可流過二極管(7)。當(dāng)晶體管(1)處于截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，二極管(7)也處于截止?fàn)顟B(tài)，從而該二極管等效于一小電容，此時(shí)諧振電路(8)的諧振頻率變得顯著高于晶體管(1)導(dǎo)通狀時(shí)的諧振頻率。因而在非工作狀態(tài)，信號頻率分量被諧振電路(8)衰減至足夠低的電平，此時(shí)該諧振電路的諧振頻率高于信號頻率。
文檔編號H04B1/40GK1099201SQ9410468
公開日1995年2月22日 申請日期1994年4月29日 優(yōu)先權(quán)日1993年4月30日
發(fā)明者菅原潤 申請人:阿魯普斯電氣株式會社