專利名稱：放大器單元中的旁通器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于放大500MHz以上頻率范圍(包括微波頻率)內(nèi)的通信信號(hào)的放大器單元中的旁通器件，包括一個(gè)帶有傳輸線的印制電路板、一個(gè)放大器、一個(gè)平行于放大器布放的傳輸線旁通部分以及一個(gè)用于在放大器變得不能工作的情形起動(dòng)所述旁通部分的開(kāi)關(guān)裝置。
這種放大器單元被用于蜂窩移動(dòng)電話系統(tǒng)的基站中。尤其是在近些年，這種放大器單元直接安裝在天線架或天線塔的頂部，以使天線傳輸電纜的長(zhǎng)度能夠減至最小。從而，由于信號(hào)在很短傳輸電纜中的衰減相對(duì)較低，使得信噪比能夠維持在一個(gè)良好的高水平。
但是，這樣一種放大器單元當(dāng)然是整個(gè)系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，并且很重要的是它不論在什么時(shí)候都要能夠工作。因而，即使饋電電源中斷或者放大器由于一些其他原因而變得不能工作時(shí)，信號(hào)也必須以某種方式通到位于天線架或天線塔底鄰近的基站。
為此目的，以前知道的是連接一個(gè)與機(jī)電式繼電器形式的開(kāi)關(guān)裝置結(jié)合在一起的平行于放大器的旁通部分，這樣，在任何一個(gè)放大器晶體管擊穿或者放大器單元的饋電電源中斷的情形下，就起動(dòng)旁通部分。
這種機(jī)電式繼電器具有若干缺點(diǎn)。雖然現(xiàn)在市場(chǎng)上能夠買得到相當(dāng)小的繼電器安裝在印制電路板上，但這些繼電器相當(dāng)貴并且不具有滿意的性能特性。因而信號(hào)要衰減到一個(gè)很大的程度。而且在關(guān)斷開(kāi)關(guān)時(shí)，絕緣不夠充分。此外，使用壽命也不夠長(zhǎng)。
以此為背景，本發(fā)明的主要目的是提供在第一節(jié)中敘述的一種旁通器件，它不貴并且具有改進(jìn)了的性能。
根據(jù)本發(fā)明，放大器被連接在從其間連接著旁通部分的兩個(gè)主結(jié)點(diǎn)延伸出來(lái)的兩個(gè)傳輸短截線段之間，并且開(kāi)關(guān)裝置包括具有可控制的阻抗(或?yàn)楹艿突驗(yàn)楹芨?的固態(tài)元件，固態(tài)元件在旁通部分和短截線段中的所選點(diǎn)上連接到RF地電位，以在全部固態(tài)元件都處于很高阻抗?fàn)顟B(tài)時(shí)起動(dòng)旁通部分，并在全部固態(tài)元件都被控制在很低阻抗的狀態(tài)時(shí)有效地切斷旁通部分，在這一情形所有通信信號(hào)均通過(guò)放大器。用于這一目的的固態(tài)元件很容易找到而且可以用例如說(shuō)二極管或晶體管組成。
進(jìn)一步的優(yōu)越性能包含在所附權(quán)利要求書中并將從下面的詳細(xì)敘述中看出來(lái)。
現(xiàn)在將結(jié)合附圖示出的優(yōu)選實(shí)施例更詳細(xì)地?cái)⑹霰景l(fā)明。


圖1概略地示出一個(gè)包括有根據(jù)本發(fā)明的放大器單元的簡(jiǎn)單電路；圖2示出電路插件板上帶有主要元件和傳輸線段的放大器單元的一個(gè)局部；以及圖3a、3b和3c說(shuō)明放大器單元中所包括的固態(tài)元件的各種可能的實(shí)施例。
圖1所示的線路是連接到天線A的一個(gè)雙工裝置。一般，天線，具有帶通濾波器Rx1、Rx2和Tx的雙工線路以及低噪聲放大器LNA均安裝在蜂窩移動(dòng)電話系統(tǒng)所包含的天線架或天線塔的頂部。通常，緊靠到塔的底部的是一個(gè)具有各種用于維持和監(jiān)示基站的工作包括以相當(dāng)高的頻率例如1.9GHz接收和發(fā)射通信信號(hào)的設(shè)備的基站。
正如上面所指出的，低噪聲放大器LNA具有在所接收的通信信號(hào)沿著傳輸線路明顯衰減之前放大這些信號(hào)的任務(wù)。
放大器單元裝在一個(gè)經(jīng)得起各種天氣變化的盒子里(在附圖中未示出)并包括一個(gè)帶有傳輸線1、2的印制電路板(其一部分大略地示于圖2)，一個(gè)位于兩個(gè)耦合電容器C1和C2之間的放大器A(可以是各包括一個(gè)放大器的兩條并聯(lián)支路的形式，并可以是一個(gè)或一個(gè)以上級(jí)聯(lián)的放大器)，以及一個(gè)平行于放大器A布放的傳輸線旁通部分。根據(jù)本發(fā)明，放大器A連接在分別從主結(jié)點(diǎn)J1和J2伸出來(lái)傳輸線短截線段4和5之間。在圖示的例子中，每個(gè)短截線段4、5具有一個(gè)相當(dāng)于被接收并且用一個(gè)帶通濾波器Rx1濾波(圖1)的特定信號(hào)頻率的一半波長(zhǎng)的長(zhǎng)度。
在每一個(gè)短截線段4、5的中點(diǎn)，分別有一個(gè)副結(jié)點(diǎn)J3和J4，于是，這些副結(jié)點(diǎn)位于距相應(yīng)的結(jié)點(diǎn)J1、J2和距短截線段的相應(yīng)自由端4a、5a四分之一波長(zhǎng)的距離處。放大器A的輸入和輸出端子A1、A2分別經(jīng)過(guò)相對(duì)較短的傳輸線段6和7連接到相應(yīng)的結(jié)點(diǎn)J3、J4。
每一個(gè)短截線段的自由端4A、5A分別經(jīng)由一個(gè)固態(tài)元件Z1和Z2連接到地電位。同樣地，有相似的固態(tài)元件Z3和Z4連接在地電位和旁通部分的被選點(diǎn)3A、3B之間。
固態(tài)元件Z1、Z2、Z3和Z4可以用二極管D、雙極型晶體管T或場(chǎng)效應(yīng)晶體管FET構(gòu)成，分別示于圖3a、3b和3c。在任何情形下，每一個(gè)這樣的元件都可以從一個(gè)很高阻抗的狀態(tài)例如至少500Ω和一個(gè)很低阻抗的狀態(tài)例如小于1Ω轉(zhuǎn)換。這兩個(gè)不同狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換很容易通過(guò)在二極管D上、在雙極型晶體管T的基極上或者在場(chǎng)效應(yīng)晶體管FET的控制柵極上施加一個(gè)DC偏壓來(lái)達(dá)到。
這樣一種受控制的開(kāi)關(guān)功能可以通過(guò)如圖2所示位于放大器單元之內(nèi)或者是與其他設(shè)備一道位于基站的控制電路CC來(lái)完成。
為了獲得所需要的開(kāi)關(guān)功能，必須用這樣的方式來(lái)小心匹配各個(gè)不同的傳輸線段，使得旁通部分3在全部固態(tài)元件都處于高阻抗?fàn)顟B(tài)時(shí)工作，而當(dāng)全部固態(tài)元件Z1-Z4都被偏置到低阻抗?fàn)顟B(tài)時(shí)，則關(guān)斷旁通部分并讓信號(hào)通過(guò)放大器A。為了達(dá)到這一點(diǎn)，結(jié)點(diǎn)J1和J3之間的距離必須等于四分之一波長(zhǎng)，或者再加上若干個(gè)半波長(zhǎng)。對(duì)于結(jié)點(diǎn)J2和J4之間、結(jié)點(diǎn)J3和端點(diǎn)4a之間、結(jié)點(diǎn)J4和端點(diǎn)5a之間、結(jié)點(diǎn)J1和點(diǎn)3a之間、結(jié)點(diǎn)J2和點(diǎn)3b之間的距離以及點(diǎn)3a和3b之間的距離都同樣是正確的。另一種辦法是點(diǎn)3a和3b可以放在一起。
為了改善旁通部分在其關(guān)斷時(shí)的絕緣，可以在旁通部分添加多個(gè)固態(tài)元件，各元件之間隔開(kāi)一個(gè)λ/4的距離。
每個(gè)短截線的長(zhǎng)度以及相當(dāng)于四分之一或一半波長(zhǎng)的其他距離稍稍不同于確切的波長(zhǎng)數(shù)值，為的是彌補(bǔ)固態(tài)元件不理想這樣的事實(shí)。
利用這樣一種結(jié)構(gòu)，器件將工作如下假設(shè)全部固態(tài)元件Z1-Z4都處于高阻抗?fàn)顟B(tài)，即在沒(méi)有DC控制電壓加到諸元件上的情形，則短截線段4、5的端點(diǎn)4a、5a將相當(dāng)于是開(kāi)端，因而在每一短截線段中將存在一個(gè)駐波，沒(méi)有傳導(dǎo)任何信號(hào)電流通過(guò)它。
于是，輸入信號(hào)在結(jié)點(diǎn)J1和J2將感受到一個(gè)很高的阻抗。從而，由于固態(tài)元件Z3和Z4都因?yàn)樽杩购芨叨鴽](méi)有任何影響，信號(hào)將直接通過(guò)旁通部分3傳送。在這一情況下，信號(hào)將不通過(guò)放大器。
現(xiàn)在，考慮一個(gè)DC控制電壓施加到全部固態(tài)元件Z1-Z4的正常情況。這些元件現(xiàn)在都具有很低的阻抗。在旁通部分3的點(diǎn)3a，實(shí)際上存在一個(gè)至元件Z3的短路電路。因而在結(jié)點(diǎn)J1看，旁通部分3的阻抗將很高，致使輸入信號(hào)將代之以沿著通過(guò)短截線段4至結(jié)點(diǎn)J3的路線，然后經(jīng)過(guò)放大器A、另一個(gè)短截線段5并經(jīng)過(guò)傳輸線2輸出。在結(jié)點(diǎn)J3看，因?yàn)橹磷杩购艿偷亩它c(diǎn)4a的距離是四分之一波長(zhǎng)的關(guān)系，元件Z1的阻抗很高。
在電源故障的情形，偏置電壓將停掉，并且系統(tǒng)將轉(zhuǎn)接到旁路結(jié)構(gòu)而不放大輸入信號(hào)。最好，控制電路CC被用來(lái)監(jiān)示放大器A的正常工作。在由于這樣那樣的原因而不能工作的情形，控制電路CC則將一個(gè)開(kāi)關(guān)信號(hào)加到固態(tài)元件Z1-Z4上。
上面所述的旁通器件有很多優(yōu)點(diǎn)。在旁通結(jié)構(gòu)中，由于沒(méi)有固態(tài)元件串接在信號(hào)路線中，損耗將是很低的。此外，在器件的正常工作期間，旁通部分的絕緣用元件Z3和Z4的辦法是很有效的，至放大器的損耗也很低。而且，固態(tài)元件不貴并能用自動(dòng)化方法安裝到標(biāo)準(zhǔn)的電路插件板上。
器件可以在所附權(quán)利要求書規(guī)定的范圍內(nèi)修改。例如，放大器單元不必包括在雙工結(jié)構(gòu)中，而是可以安裝在一個(gè)將放大器與通往接收天線的帶通濾波器串聯(lián)的單一系統(tǒng)中。
權(quán)利要求
1.用于放大500MHz以上頻率范圍內(nèi)的通信信號(hào)的放大器單元中的旁通器件，包括一個(gè)具有傳輸線(1，2)的印制電路板，一個(gè)放大器(A)，一個(gè)平行于放大器布放的傳輸線旁通部分(3)，以及一個(gè)用于在放大器變得不能工作的情形下起動(dòng)所述旁通部分的開(kāi)關(guān)裝置，其特征在于所述放大器(A)連接在從其間連接著所述旁通部分(3)兩個(gè)主結(jié)點(diǎn)(J1，J2)延伸出來(lái)的兩條傳輸線短截線段(4，5)之間，并在于所述開(kāi)關(guān)裝置包括具有可控制的阻抗(或?yàn)楹艿突驗(yàn)楹芨?的固態(tài)元件(Z1，Z2，Z3，Z4)，所述固態(tài)元件在所述旁通部分(3)和所述短截線段的被選點(diǎn)(3a，3b，4a，4b)連接到地電位，以便當(dāng)全部所述固態(tài)元件處于很高阻抗的狀態(tài)時(shí)起動(dòng)旁通部分，并在全部所述固態(tài)元件處于很低阻抗的狀態(tài)即通信信號(hào)通過(guò)放大器(A)的情形下有效地關(guān)斷旁通部分。
2.權(quán)利要求1所述的旁通器件，其中每個(gè)短截線段(4，5)具有一個(gè)大體相當(dāng)于半波長(zhǎng)的長(zhǎng)度(可以與若干個(gè)全波長(zhǎng)相加起來(lái)成λ/2+n·λ，n＝0，1，2，……)，放大器輸入和輸出端連接到位于每個(gè)短截線段(4，5)中間點(diǎn)的副結(jié)點(diǎn)(J3，J4)，即位于距有關(guān)主結(jié)點(diǎn)(J1，J2)和距相應(yīng)的短截線段的自由端點(diǎn)(4a，4b)四分之一波長(zhǎng)處(可以再加上若干個(gè)半波長(zhǎng)成λ/4+n·λ/2，n＝0，1，2，……)，所述固態(tài)元件(Z1，Z2)之一連接到相應(yīng)的短截線段的所述自由端點(diǎn)。
3.權(quán)利要求1或2所述的旁通器件，其中至少所述固態(tài)元件之一(Z3，Z4)在位于距所述主結(jié)點(diǎn)(J1，J2)中相關(guān)的一個(gè)點(diǎn)四分之一波長(zhǎng)(可以加上若干個(gè)半波長(zhǎng)成λ/4+n·λ/2，n＝0，1，2，……)的距離處的點(diǎn)(3a，3b)連接到所述旁通部分。
4.權(quán)利要求3所述的旁通器件，其中至少兩個(gè)固態(tài)元件(Z3，Z4)各自的距相關(guān)主結(jié)點(diǎn)(J1，J2)四分之一波長(zhǎng)的距離處連接到旁通部分(3)，并且相互距離四分之一波長(zhǎng)，這些距離可以再加上若干個(gè)半波長(zhǎng)(λ/4+n·λ/2，n＝0，1，2，……)。
5.權(quán)利要求1-4的任何一條所述的旁通器件，其中控制單元(CC)適于向放大器(A)以及全部的所述固態(tài)元件(Z1，Z2，Z3，Z4)饋給DC電流。
6.權(quán)利要求5所述的旁通器件，其中所述控制單元(CC)適于監(jiān)示放大器(A)的可工作性以及在放大器變得不能工作的情形下將全部所述固態(tài)元件轉(zhuǎn)換到很高阻抗的狀態(tài)。
7.權(quán)利要求1-6任何一條所述的旁通器件，其中至少所述固態(tài)元件之一是二極管(D)。
8.權(quán)利要求1-7任何一條規(guī)定的旁通器件，其中至少所述固態(tài)元件之一是晶體管(T，F(xiàn)ET)。
9.權(quán)利要求8所述的旁通器件，其中所述晶體管是雙極型晶體管(T)。
10.權(quán)利要求8所述的旁通器件，其中所述晶體管是場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)。
全文摘要
一種用于放大微波頻段通信信號(hào)的低噪聲放大器單元中的旁通器件。器件包括一個(gè)帶有傳輸線(1,2)的印制電路板,一個(gè)放大器(A),一個(gè)平行于放大器布放的傳輸線旁通部分(3),以及用于在放大器變得不能工作的情形下起動(dòng)所述旁通部分的開(kāi)關(guān)裝置。放大器連接在兩個(gè)傳輸線短截線段(4,5)之間。開(kāi)關(guān)裝置包括具有可控制阻抗(很低或很高)的固態(tài)元件(Z1,Z2,Z3,Z4),這些元件在旁通部分(3)和短截線段(4,5)中的被選擇點(diǎn)(3a,3b,4a,4b)連接到地電位,以便在全部所述固態(tài)元件處于很高阻抗?fàn)顟B(tài)時(shí)起動(dòng)旁通部分,并在全部所述固態(tài)元件都被控制在很低阻抗?fàn)顟B(tài)時(shí)即在通信信號(hào)通過(guò)放大器的情形有效地關(guān)斷旁通部分。
文檔編號(hào)H04B1/74GK1198856SQ96197449
公開(kāi)日1998年11月11日 申請(qǐng)日期1996年10月3日 優(yōu)先權(quán)日1995年10月4日
發(fā)明者拉斯·珀森 申請(qǐng)人:奧根公司