專利名稱：控制高頻功率放大器工作的方法與裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于控制高頻放大器工作的方法和裝置。該方法包括把待放大信號輸入到前向線路中的高頻功率放大器，在高頻功率放大器輸出邊產(chǎn)生一從前向線路到反饋線路的一個取樣信號，通過一檢測器件檢測該抽樣信號，通過與該高頻功率放大器輸入邊連接的一控制器經(jīng)由該反饋線路控制該高頻功率放大器，并通過關斷前向線路的信號使得該高頻功率放大器從增益狀態(tài)變?yōu)閿嚅_(OFF)狀態(tài)以及通過接通前向線路的信號使得該高頻功率放大器從斷開狀態(tài)變?yōu)樵鲆鏍顟B(tài)。
根據(jù)本發(fā)明的裝置包括一個與前向線路連接并具有一輸入邊和一輸出邊的高頻功率放大器，該高頻功率放大器的輸入邊與輸出邊之間的一反饋線路，與該高頻功率放大器輸入邊連接并與該反饋線路通信的一控制器件，連接到該高頻功率放大器的輸出邊與輸入邊之間的反饋線路上的取樣器件與檢測器件，以及連接到前向線路而用于把該高頻功率放大器變?yōu)閿嚅_狀態(tài)由一控制信號所控制的開關器件。
本方法特別涉及多通道無線電發(fā)射機以及如何接通無線電發(fā)射機高頻功率放大器的發(fā)射功率并特別是如何關斷該發(fā)射功率，而如何使其變?yōu)閿嚅_狀態(tài)。無線電發(fā)射機的一個例子是應用TDMA系統(tǒng)的GSM移動式電話的基地臺無線電發(fā)射機，其無線電發(fā)射機的高頻功率放大器把從調(diào)制器所收到的信號在其被輸入到天線之前進行放大。
例如在GSM發(fā)射機中，技術規(guī)范對發(fā)射機的操作以及發(fā)射功率的接通與關斷都作了嚴格的限制。在功率控制特別是在關斷和再切換功率時在具體涉及到功率電平的變化范圍而言，要遵從嚴格的限定值。在GSM根據(jù)規(guī)范發(fā)射時關斷發(fā)射功率，應能在幀間空閑時隙中減少發(fā)射功率至少70dB，實際上為80dB，這可通過減少增益并通過應用RF范圍切換器件形成約40dB的衰減，加之由放大器的控制所得到的40dB來實現(xiàn)。上述方法的一個問題在于檢測器件的動態(tài)范圍僅大約為40dB。
基于現(xiàn)有技術的某些方法和裝置中，發(fā)射功率是通過使用裝在放大器輸入邊功率切換回路中的切換器件而被關斷的，但在這種情形下信號通路斷開，而檢測器輸出卻保持某種程度的浮動。這產(chǎn)生了在放大器輸入邊的控制器件中的元件中細節(jié)未定義的一種控制信號，這種信號反過來又引起這樣的問題，即實際上在發(fā)射功率將被再接通時的情況下的一種控制錯誤。當功率被切斷時，控制錯誤也可能引起衰減的減少。這也限制了檢測器與控制器之間的允許最大增益，其最大增益又決定了接通狀態(tài)下輸出功率的精度。一些已知的方法在歐洲專利申請0481 524,0546 693以及0397444，美國專利5,128,629與WO91/12661中透露。
本發(fā)明的目的在于推出用于控制高頻放大器工作的新的方法的裝置，該方法與裝置避免了與已知方法相關的問題。
此目的的達到是通過基于本發(fā)明的方法，該方法的特征在于在向OFF狀態(tài)轉(zhuǎn)變時，除了前向線的信號被關斷以外，一個與參考電壓相遇的信號適配器通過一個或多個與反饋線路并聯(lián)的開關裝置被接到輸入邊，該適配器被饋送一個控制裝置的控制電壓，而反饋送線路在取樣信號被檢測后的點被加上信號適配器的輸出。本發(fā)明的裝置的特征在于裝有參考電壓饋電的并聯(lián)回路與反饋線路連接，該回路包括一信號適配器，該適配器的傳遞函數(shù)的計算特別對應于由前向線路與反饋線路構(gòu)成的功率控制回路的傳遞函數(shù)，在該并連回路的切換點處進行測量。
根據(jù)本發(fā)明的方法與裝置是基于以下想法的，在發(fā)射機和高頻功率放大器處于OFF(斷開)狀態(tài)時，與實際的反饋線路并聯(lián)配置的附加開關回路能保持該功率開關回路，即功率控制回路，處于準備重新切換功率狀態(tài)。
利用本發(fā)明的方法實現(xiàn)了一些優(yōu)點，這是由于在根據(jù)本發(fā)明的方法與開關裝置中配置在高頻功率放大器輸入邊并通過反饋線路，例如壓控衰減器(VCA)，所控制的控制器件對切斷發(fā)射功率不會產(chǎn)生有害的反應，這種有害的反應在以往的方法中引起了控制出錯，特別是在功率增加或接通時。在本發(fā)明的方法中，高頻功率放大器的性質(zhì)不論在增益過程還是在關斷或接通功率時都優(yōu)于已知的方法。本發(fā)明的方法提供了較窄的頻譜，該頻譜峰頻偏不大，從而根據(jù)本發(fā)明的方法能夠比以往更好地根據(jù)規(guī)程的方式接通和切斷功率。
以下將參照附圖對本發(fā)明更詳細地說明，這些圖是

圖1表示根據(jù)本發(fā)明的裝置的一個框圖，
圖2表示一個時序圖示，圖3表示作為控制器件輸入電壓的一個函數(shù)的檢測器的輸出電壓。
圖1的裝置包括一個由前向線路B和反饋線路C構(gòu)成的功率開關回路，即功率控制回路A。該裝置包括一個與前向線路B連接的高頻功率放大器1，與頻高功率放大器1的輸入邊連接的一個控制器件2和用于使得該高頻功率放大器變?yōu)閿嚅_狀態(tài)的一個開關器件3?？刂破骷?例如可利用壓控衰減器(VCA)來實現(xiàn)，而開關器件3例如又可利用RF開關實現(xiàn)，例如，由這種開關可實現(xiàn)40dB的衰減。標號P(IN)表示該功率開關回路的輸入邊，向該邊輸入的待放大信號來自發(fā)射機的調(diào)制器，標號P(OUT)表示從放大器輸出邊起始的天線線路。又該裝置還包括取樣器件4與連接在放大器輸出邊與輸入邊之間的反饋線路C的檢測器件5。取樣器4最好由定向耦合器，諸如微帶定向耦合器構(gòu)成，該取樣器由放大器的輸出信號生成與該輸出信號強度成比例的取樣信號6。該取樣信號由檢測器5檢測，該檢測器例如可利用二極管所實現(xiàn)的整流器構(gòu)成。又參見圖1，該裝置還包括一控制單元8，一加法器9和一個低通濾波器10。
開關器件3不切斷信號通路可改而接到控制器2的前面，這種情況下控制器2與開關器件3在圖2中將有相反的順序。
用于控制高頻功率放大器的操作的方法包括在前向線路B中輸入待放大的信號到高頻功率放大器1，通過取樣器件4從在高頻功率放大器1的輸出邊的前向線路B向反饋線路C產(chǎn)生取樣信號。該方法還包括通過檢測器件5檢測取樣信號，將被檢測的取樣信號加到從控制單元8所接收的參考信號11上，通過低通濾波器10對合成信號12進行低通濾波，以及如果必要對高頻功率放大器1的增益基于所檢測的，被求和的和被濾波的取樣信號通過與高頻功率放大器輸入邊連接的控制器件2進行增益控制。該方法是與以上常規(guī)狀況，即功率開關回路A為工作態(tài)并放大輸入信號的情況是一致的。
除了以上的事實以外，該裝置還包括與反饋線路C連接并包含一信號適配器13的并聯(lián)回路D，該回路的傳遞函數(shù)G(ω)被計算為基本對應于由前向線路B和反饋線路C所構(gòu)成的功率開關回路A的傳遞函數(shù)G(ω)，測量是在并聯(lián)回路D的開關點進行的。箭頭E表示開關點之間的歷程，實際的功率開關回路的傳遞函數(shù)G(ω)從該歷程被測量。信號適配器13例如可以是一放大器或一濾波器。
圖3表示作為控制器件2的輸入電壓Vc的函數(shù)的的檢測器輸出電壓Vdet。圖3中，箭頭F表示檢測器5的動態(tài)范圍，在該范圍的邊緣，這種情況下是下限，控制器件2的輸入電壓VC接收值Vmin。從圖3可見，控制器件2的輸入電壓VC線性地與檢測器5的輸出電壓Vdet成比例地變化。信號適配器13被供以參考電壓饋電—V’min，該電壓基本上與控制器件2的輸入電壓VC的幅度相當或小于它，其測量是在檢測器件5在其動態(tài)范圍的邊緣。即在下限G進行的。該裝置還包括一個第二加法器14，通過該加法器參考電壓—V’min和電壓VC的求合信號，或?qū)嶋H上是差信號被輸入到信號適配器13。在一個較佳實施例中，信號適配器13的輸入邊與輸出邊通過開關器件15與16被設置成都從反饋線路C斷開。信號適配13的輸入邊的開關器件15的作用是當開關器件3開始切斷功率時，信號適配器13的輸出為零，于是接通該開關器件16不會引起功率控制回路的任何擾動。而且在正常情形下信號適配器13不會過載。相應地信號，適配器13的輸出邊的開關器件16的作用是在正常情況下，即在高頻功率放大器在開關3接通的工作狀態(tài)時，信號適配器13，例如一個放大器不會干擾實際的反饋線路C的工作。從圖1可見，信號適配器13是與包含在反饋線路C中的濾波器件10并聯(lián)連接的，于是最好通過兩個開關器件15與16及兩個加法器9與14。
當功率被關斷時，該方法還包括使得該高頻功率放大器1通過在控制單元8中所產(chǎn)生的控制信號而成為斷開狀態(tài)。該高頻功率放大器是通過由控制信號17控制開關元件3被變成斷開狀態(tài)的。
該方法包括把高頻功率放大器1從增益狀態(tài)變?yōu)閿嚅_狀態(tài)，這是通過由開關器件3關斷前向線路的信號而進行的，還包括把高頻功率放大器從斷開狀態(tài)變回到增益狀態(tài)，這是通過由開關器件3接通前向線路的信號而進行的。在轉(zhuǎn)換為斷開狀態(tài)時，除了正在被關斷的前向線路的信號之外，信號適配器13通過一個或幾個開關器件15，16，與反饋線路C并聯(lián)地連接到適配器被饋送參考電壓V’min與控制器件2的控制電壓Vc的輸入邊，并且反饋線路D在取樣信號檢測之后的一點，例如在加法器9中被供以信號適配器13的輸出。并聯(lián)回路D的開關器件15與16由控制信號18與19控制，由此當開關3被打開時，開關15與16被閉合。
在一個較佳實施例中，前向線路B的開關3被打開和反饋線路C的并聯(lián)回路D的開關15與16被閉合是由根據(jù)圖1的公用控制單元8進行的，并且明顯地由向加法器9輸入?yún)⒖夹盘枺纯刂菩盘?的相同的控制單元8進行的，這樣實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)上最簡單最易實現(xiàn)的方法。圖2表示對于各個信號的時序圖。最上面的信號S1表示參考信號，即從控制單元8到加法器9的控制信號11。次最高的信號S2表示用于高頻功率放大器1之前的開關器件3的控制信號17。第三高的信號表示控制器件2的輸入電壓VC。圖2中最下面的信號表示輸出功率P(OUT)。至于信號S2，用于控制信號18和19的信號S2的電平是與用于控制信號17的信號電平相反的。
在一個較佳實施例中，在前向線路B的信號被關斷之前，增益至少被衰減到近乎檢測器件5的動態(tài)范圍的邊緣G，在這種情況下切斷功率將是一個兩階段措施。上述的衰減是由參考信號11，即控制信號S1的下降部分S11提供的，以此控制器件2將增益衰減。切斷功率繼續(xù)進行，并且這之后信號S2在下落邊S22時，開關器件3被控制信號17打開，并且由同樣的關聯(lián)，并聯(lián)回路D的開關器件15與16被控制信號18與19閉合。從最低的信號顯現(xiàn)出兩階段的功率斷開。從第三高的信號VC還呈現(xiàn)控制器件電壓的下降，先是下降到值Vmin并進而下降到值V’min。并聯(lián)回路D與參考電壓饋電—Vmin使得以下成為可能，即控制器件2的輸入電壓可保持在值Vmin附近，并且即使在其最低也仍然在值V’min處。開關3將前向線路B的信號關斷之后，信號就低于檢測器5的動態(tài)范圍F的邊G。
只要控制信號17，而S2，是低的，則功率P(OUT)就保持低態(tài)。隨著功率被關斷，參考電壓—V’min一個值被饋送給信號適配器13，這個值基本對應于進入控制器件2的電壓(Vmin)的值，這是在檢測器在至少近乎其動態(tài)范圍邊界G，即在低限的情況下被測量的。
在信號S2的上升邊S23，開關器件3，15與16的位置被轉(zhuǎn)換，由此開關器件3閉合而開關器件15與16因而被打開。在從OFF(斷開)狀態(tài)轉(zhuǎn)換到增益狀態(tài)時，信號適配器13于是被從反饋線路C中斷開，且前向線路B的信號被接通，然后輸出功率P(OUT)由開關器件3的衰減值上升。
在一個實施例中，參考電壓的值饋送給信號適配器13，該數(shù)值比進入到控制器件2的電壓數(shù)值要小，測量是在檢測器件至少在其動態(tài)范圍的邊界G進行的。這使得在OFF狀態(tài)下較低的輸出功率以及在啟動階段功率的上升成為可能，但是在前向線路B的信號已被接通且信號適配器13已從反饋線路C切斷之后，從OFF狀態(tài)到增益狀態(tài)轉(zhuǎn)換時，增益P(OUT)在與高頻功率放大器1的輸入側(cè)連接的控制器件2作用下信號S1的上升部分S12過程中帶有一個短的時滯M向其最后較高值上升。在時滯M過程中，功率控制回路在一定程度上是開路的，因而參考信號11不會被允許上升得太猛。圖2中，豎直線條N的作用只是為了表示時滯M的存在。
在從OFF狀態(tài)到增益狀態(tài)轉(zhuǎn)換中，最佳實施例中的過程是，在開關3，15與16的狀態(tài)改變之后參考信號11，即參考電壓S1立即上升，由此功率控制回路操作可以盡可能精確。
雖然本發(fā)明已參考附圖的例子如上進行了說明，但顯然本發(fā)明是不限于這些例子的，在所附權(quán)利要求中提出的本發(fā)明思想的范圍內(nèi)可以多種途徑作出修改。
權(quán)利要求
1.用于控制高頻功率放大器操作的方法，該方法包括·把待放大的信號輸入到前向線路(B)中的高頻功率放大器(1)，·在高頻功率放大器(1)的輸出邊產(chǎn)生從前向線路(B)到反饋線路(C)的取樣信號(6)，·通過檢測器件(5)檢測取樣信號(6)，·通過連接到高頻功率放大器(1)的輸入邊的控制器件(2)經(jīng)由反饋線路(C)控制高頻功率放大器(1)，·通過關斷前向線路(B)的信號把高頻功率放大器(1)從增益狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)镺FF(斷開)狀態(tài)，·通過接通前向線路(B)的信號把高頻功率放大器(1)從OFF狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樵鲆鏍顟B(tài)，其特征在于，在轉(zhuǎn)換到OFF狀態(tài)時，除了前向線路(B)的信號被關斷以外，與參考電壓(V’min)通信的信號適配器(13)通過一個或幾個開關器件(15，16)與反饋線路(C)并聯(lián)連接，在該適配器的輸入邊供給該控制器件的控制電壓(VC)，以及反饋線路(C)在取樣信號檢測之后的一點供以信號適配器(13)的輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，特征在于，在前向線路(B)的信號被關斷之前，增益至少被衰減到接近檢測器件(5)的動態(tài)范圍的邊界(G)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征為，從OFF狀態(tài)到增益狀態(tài)的轉(zhuǎn)變時，信號適配器(13)從反饋線路(C)斷開且前向線路(B)的信號接通。
4.根據(jù)權(quán)利要求1，2或3的方法，其特征在于，信號適配器(13)被供以參考電壓(V’min)的量值，這一量值實質(zhì)上與進入到控制器件(2)的電壓(VC)的量值對應，其測量是在檢測器件(5)至少是接近于其動態(tài)范圍，最好是其動態(tài)范圍之內(nèi)的邊界(G)進行的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1，2或3的方法，其特征在于，信號適配器(13)被供以參考電壓(V’min)的量值，該量值小于進入控制器件(2)的電壓(VC)的量值，測量是在該檢測器處于至少是接近其動態(tài)范圍的邊界的情況下進行的。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或5的方法，其特征為，在從OFF狀態(tài)到增益狀態(tài)轉(zhuǎn)變時，在前向線路(B)的信號已被接通，且信號適配器(13)已從反饋線路(C)斷開之后，增益基本是立即通過與高頻功率放大器(1)的輸入側(cè)連接的控制器以基本上已知的方式增加到其最終較高的值。
7.用于控制高頻功率放大器的一種裝置，它包括與前向線路(B)連接并具有輸入邊和輸出邊的高頻功率放大器(1)，在高頻功率放大器(1)的輸入邊與輸出邊之間的一反饋線路(B)，連接到該高頻功率放大器(1)的輸入邊并與反饋線路(C)通信的控制器件(2)，連接到該高頻功率放大器(1)的輸出邊與輸入邊之間的反饋線路(C)上的取樣器件(4)與檢測器件(5)，以及連接到前向線路(B)用于在控制器信號(17)控制之下把該高頻功率放大器(1)轉(zhuǎn)換為OFF狀態(tài)的開關器件(5)，其特征在于，供以參考電壓饋電(V’min)的并聯(lián)回路(D)連接到反饋線路(C)上，該回路包括一信號適配器(13)，該適配器的傳遞函數(shù)(G’(ω))被計算定值對基本對應于由前向線路(B)與反饋線路(C)所構(gòu)成的功率控制回路(A)的傳遞函數(shù)(G’(ω))，測量是在并聯(lián)回路(D)的開關點處進行的。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的一種裝置，其特征在于，該信號適配器(13)供以基本上與控制器件(2)的輸入電壓(VC)同等級的振幅或較小振幅的參考電壓饋電(V’min)，測量是在檢測器件(5)處于其動態(tài)范圍的邊界(G)的情況下進行的。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8的裝置，其特征在于，信號適配器(13)的輸入邊與輸出邊設置為通過開關器件(15，16)都可以反饋線路(C)斷開。
10.根據(jù)權(quán)利要求7，8或9的裝置，其特征為，信號適配器(13)與包括在反饋線路中的濾波器件(LF)并聯(lián)連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于控制高頻功率放大器的方法和裝置，所述裝置包括一個高頻功率放大器(1)，在高頻功率放大器(1)的輸入邊和輸出邊之間的反饋線路(C)，接于高頻功率放大器(1)的輸入邊的控制裝置(2)并與反饋線路連接，一個取樣裝置(4)和一個檢測裝置(5)，接于反饋線路(C)，以及一個開關裝置(3)連接于前向線路(B)用于利用一個控制信號(17)將放大器(1)轉(zhuǎn)換到OFF狀態(tài)。一個具有參考電壓饋電(V′min)的并聯(lián)環(huán)路(D)被連接到反饋線路(C)，所述環(huán)路包括一個信號適配器(13)，其傳遞函數(shù)G′(w)的計算特別對應于由前向線路(B)與反饋線路(C)構(gòu)成的功率控制回路(A)的傳遞函數(shù)G(W)在該并聯(lián)回路(D)的切轉(zhuǎn)點處進行測量。
文檔編號H04B1/04GK1114848SQ94190714
公開日1996年1月10日 申請日期1994年9月22日 優(yōu)先權(quán)日1993年9月23日
發(fā)明者安德烈·德克爾 申請人:諾斯亞電信公司