專利名稱：功率放大器及無線電發(fā)射機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及如使用閉合回路反饋(如，Cartesian反饋)的放大器這樣的功率放大器，以及包括這種放大器的無線電發(fā)射機。
對可用于通信系統(tǒng)的的有限頻譜的持續(xù)地關(guān)注促進了頻譜有效地線性調(diào)制方案的發(fā)展。由于這些線性調(diào)制方案的包絡(luò)是波動的，所以在非線性功率放大器中會產(chǎn)生互調(diào)產(chǎn)品。具體說，在專用移動無線電(PMR)環(huán)境中，帶外輻射的限制就很嚴(yán)(到—60～—70dBc的量級)，因此，線性調(diào)制方案將要求高度線性的發(fā)射機。
在便攜式PMR設(shè)備中還要強調(diào)增加電池壽命。因此，所用的放大器的工作效率必要最大化。為實現(xiàn)線性和高效率，在功率放大器(P.A.)中必需應(yīng)用所謂的線性化技術(shù)，以改善更有效的放大器類型(如，AB類、B類或C類放大器)的線性。目前在設(shè)計線性發(fā)射機時通常用的一種線性化技術(shù)是Cartesian(笛卡爾)反饋。這是一種在將基帶反饋信號放大和上變換到其輸出頻率和功率電平上之前，將該信號以其“I”和“Q”的格式加到“I”和“Q”輸入信號上的閉環(huán)負反饋技術(shù)。
對于中繼無線電制造商的一種非常有用和理想的實施是一個無線單元具有在中繼和直接/常規(guī)兩種方式下工作的能力。正在審查中的英國專利申請No.9401703.5題為“無線發(fā)射機和雙方式遠地?zé)o線電的功率放大器”(在本申請遞交日時還未公開)一文中提出了用于實現(xiàn)包括在閉合和開放環(huán)路方式間轉(zhuǎn)換的特性的裝置。
在負反饋閉環(huán)方式和開環(huán)方式之間轉(zhuǎn)換時固有的一問題是合成功率輸出電平的變化。從閉環(huán)工作到開環(huán)工作的轉(zhuǎn)換使發(fā)射機總功率增益增加閉合的“環(huán)路增益”的一個因子。因此，最終的P.A.器件將由于該“環(huán)路增益”的驅(qū)動電平的增加而達到飽和，而且將不會出現(xiàn)其所需的理想的30dB線性特性，以滿足直接方式工作的相鄰信道功率電平。從而這種無線性在相鄰信道間產(chǎn)生過大的干擾。
在某些線性化訓(xùn)練方案中也需要開環(huán)方式和閉環(huán)方式之間的轉(zhuǎn)換。莫托羅拉公司的美國專利No.5,066,923號就描述了一個訓(xùn)練方案，其中，放大器的相位在開環(huán)方式進行調(diào)節(jié)，閉合該環(huán)，并調(diào)節(jié)放大器的增益。在上述專利中，描述等效開環(huán)和閉環(huán)增益間轉(zhuǎn)換的需要以及描述了以可選擇地啟動和斷開環(huán)路中增益單元的方式實現(xiàn)轉(zhuǎn)換的方法。如果增益單元在環(huán)路中選擇性地啟動或斷開，就會影響相移和相位穩(wěn)定性，以及電路的復(fù)雜性。
理想的方法是把功率放大器和其環(huán)路控制電路集成到一個集成電路中。遺憾的是，在該特性的電路被集成時，很難提供控制環(huán)路中各單元增益的調(diào)節(jié)。因此，需要更適于集成的改進的電路。
根據(jù)本發(fā)明，提供一個具有輸入和輸出的功率放大器，在輸入和輸出之間包括一個放大器電路，它包括具有用于接收要放大的信號的輸入端的前向環(huán)路增益單元，連到前向環(huán)路增益單元的輸出端用于提供負反饋信號的反饋單元，用于從要放大的信號中減去負反饋信號的減法器單元，從而提供一個放大器控制環(huán)路和環(huán)路閉合裝置，用于根據(jù)環(huán)路閉合信號可選擇地打開或閉合控制環(huán)路；還包括控制環(huán)路之外的增益調(diào)節(jié)裝置，根據(jù)環(huán)路閉合信號，當(dāng)環(huán)路打開時選擇第一外部增益，當(dāng)環(huán)路閉合時選擇第二外部增益，選擇所述第一和第二外部增益以使之在環(huán)路開放和閉合期間放大器輸入和輸出的轉(zhuǎn)換時保持基本不變的增益。
由于增益調(diào)節(jié)是在環(huán)路外部進行的，任何對相移和相位穩(wěn)定性的不良影響都可被減小或消除，而且電路可設(shè)計成具有減小的相位裕度且電路更簡單。
本發(fā)明的優(yōu)點是適于分離制造的簡單電路并極適于集成。
本發(fā)明也應(yīng)用于基本直接轉(zhuǎn)換發(fā)射機以后的產(chǎn)品。
下面將結(jié)合附圖，通過一個例子說明本發(fā)明的最佳實施例。


圖1是本發(fā)明第一實施例的電路圖。
圖2是本發(fā)明第二實施例的電路圖。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明第一最佳實施例的使用Cartseian反饋線性化的功率放大器。
該功率放大器包括一個具有輸入11和輸出12的功率放大器件10。輸出端12連到天線13和反饋耦合器14上。反饋耦合器14連到與混頻器16和環(huán)路濾波器17相連的可變衰減器15上。環(huán)路濾波器17通過開/閉開關(guān)18連到求和單元19的負輸入端。求和單元19的輸出通過增益單元20、環(huán)路濾波器21和轉(zhuǎn)換器混頻器22連到功率放大器輸入端11上。本機振蕩器25向混頻器22和16提供注入信號。
第一和第二并行連接的增益單元30和31連到求和單元19的正輸入端26，增益單元30和31有各自的開/閉開關(guān)32和33。增益單元30和31接收從數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(DAC)35輸入的信號。
單元20、21、22和10有一個等于A的組合增益(“前向增益”)。單元15、16和17有一個為—B的組合增益(“反向增益”)。增益單元31的增益為G，增益單元30的增益為G(1＋AB)。
控制器40控制開關(guān)18，32和33。
電路的工作如下。當(dāng)放大器10以開環(huán)方式工作時，例如進行相位訓(xùn)練或直接方式工作，開關(guān)18為開，開關(guān)32為開，開關(guān)33為閉合。在DAC35和PA輸入12之間的沿前向路徑的組合增益為G·A。當(dāng)放大器以閉環(huán)方式工作時(例如在放大器訓(xùn)練或中繼無線電工作期間)，開關(guān)18閉合，開關(guān)32閉合，開關(guān)33斷開。僅環(huán)路的增益為A(1＋AB)。因此，總增益為GA。
總之，在開環(huán)和閉環(huán)工作方式有基本上相同的增益。
圖2示出了利用“接入(tap—in)”增益級的另一電路的例子。單元件10、15、16、20、22和25與圖1所示相同。取代單個求和單元19以及增益單元30和31，這里使用了下述單元。第一和第二增益單元101和102是從輸入端(從DAC35)耦合的。增益單元101有增益G1并連接到接入求和單元103。增益單元102有增益G2(1＋AB)，其輸出耦合到環(huán)路求和單元104。求和單元104有正和負輸入端，并在其負輸入端接收從下轉(zhuǎn)換器混頻器16的輸出。求和單元104將其輸出提供給具有增益為A1的誤差放大器增益單元105。該增益單元將其輸出到低通濾波器106(其當(dāng)前計算被認為是具有可忽略的損耗)，該低通濾波器106通過其開關(guān)107連接到求和單元103。
單元20、22和10具有一個總增益A2。增益單元的選擇是使G1A2＝G2A，其中A＝A1＋A2。
開環(huán)工作是通過打開開關(guān)107和111，并閉合開關(guān)110(和打開開關(guān)18)來實的。閉環(huán)工作是通過打開開關(guān)110、閉合開關(guān)111及閉合開關(guān)107和18來實現(xiàn)的。
在兩個工作方式中總增益是相同的。圖2的設(shè)置優(yōu)于圖1的設(shè)置之處是高增益誤差放大器和一些環(huán)路濾波器在開環(huán)方式是被旁路的。這提供更好的寬帶噪音特性，因為該信號可在整個信號路徑保持較高電平。圖2所示的構(gòu)造加入DAC輸出信號，通過開環(huán)情況下路徑中合適的增益/衰減，以匹配閉環(huán)方式的輸出電平。
總之，說明了兩種簡單的解決試圖以兩種不同的方式(一個為開環(huán)結(jié)構(gòu)，另一個為閉環(huán)結(jié)構(gòu))交替操作無線電時增益偏差的問題的方案。為實現(xiàn)上述方案，提出了雙放大器—雙路徑結(jié)構(gòu)。具有較大增益的路徑用于閉環(huán)情形，具有較小增益的另一路徑用于開環(huán)情況。當(dāng)無線電裝置已被手動從一個工作方式轉(zhuǎn)換到另一工作方式時，無線電裝置的數(shù)字信號處理器(未示出)就將信號傳送給微處理器(未示出)以發(fā)送一個合適的轉(zhuǎn)換信號給反饋環(huán)和基帶增益部分，以保證工作方式所需的正確的發(fā)射路徑和增益。
圖1所示的結(jié)構(gòu)可通過如圖2所示旁路高增益誤差放大器105和一些環(huán)路濾波器加以改進。當(dāng)信號在整個信號路徑上保持高電平時，這將提供更好的寬帶噪音特性。
本發(fā)明適用于需要以兩種工作方式(要求閉環(huán)和開環(huán)電路實現(xiàn))工作的任何通信系統(tǒng)。其特別適于泛歐數(shù)字中繼無線電(“TETRA”)標(biāo)準(zhǔn)，其中中繼方式可能需要如閉環(huán)方式中的Cartesian反饋那樣的線性化技術(shù)，常規(guī)或直接方式可需要開環(huán)工作。
權(quán)利要求
1.具有輸入(35)和輸出(12)的功率放大器，在其輸入和輸出之間包括放大器電路，包括前向環(huán)路增益單元(20，10)其有用于接收要放大的信號和輸入(26)和輸出(12)，與前向增益單元的輸出相連的反饋單元(15，17)，用于從要放大的信號中減去負反饋信號的減法單元(19)，從而提供一個放大器控制環(huán)路，以及環(huán)路閉合裝置(18，107)，用于根據(jù)環(huán)路閉合信號(40)可選擇地開和閉控制環(huán)路；以及在控制環(huán)路外部的增益調(diào)節(jié)裝置(30，31，32，33，101，102，110，111)，根據(jù)環(huán)路閉合信號，當(dāng)環(huán)路打開時，選擇第一外部增益，當(dāng)環(huán)路閉合時，選擇第二外部增益，選擇所述第一和第二外部增益以使在環(huán)路開和閉期間放大器的輸入和輸出之間的增益基本保持不變。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的功率放大器，其中增益調(diào)節(jié)裝置包括第一(30)和第二(31)交替可選的并行連接的增益單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的功率放大器，其中增益調(diào)節(jié)裝置包括用于把一信號饋入放大器控制環(huán)路中的第一位置(104)的第一增益單元(102)和用于把信號饋入放大器控制環(huán)路中第二不同位置(103)的第二增益單元(101)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的功率放大器，其中第一位置(104)是減法器單元的輸入，第二位置是通過增益單元(105)連到減法器單元的一個輸出的位置。
5.一個包括前述任一權(quán)利要求的功率放大器的無線電發(fā)射機包括一個基帶級(35，30，31，20，101，102，105)和一個上轉(zhuǎn)換器(22)，用于把基帶信號轉(zhuǎn)換成進行傳輸?shù)纳漕l信號，其中增益調(diào)節(jié)裝置位于基帶級中。
全文摘要
所述功率放大器如用閉環(huán)反饋的放大器和包括該放大器的無線電發(fā)射機。放大器電路有放大器控制環(huán)路和用于根據(jù)環(huán)路閉合信號選擇開/關(guān)控制環(huán)路的環(huán)路閉合單元。根據(jù)環(huán)路閉合信號調(diào)節(jié)一或多個控制環(huán)路外部的增益單元，以使在環(huán)路開閉期間放大器輸入和輸出之間的增益基本不變，因為增益調(diào)節(jié)是在環(huán)路外部進行，任何對相移或相位穩(wěn)定的不良影響都可減小或消除，電路可設(shè)計成具有減小的相位裕量，且更簡單。
文檔編號H04B1/04GK1124423SQ9510148
公開日1996年6月12日 申請日期1995年1月28日 優(yōu)先權(quán)日1994年1月29日
發(fā)明者安東尼·約翰·雷, 巴巴克·巴斯坦尼, 保羅·豪·蓋拉斯 申請人:摩托羅拉公司