使用数字相控技术的并联放大器结构制造技术

技术编号:3402534 阅读:161 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
一种采用并联放大器有效放大信息信号的改进的方法和装置。改进的装置采用数字信号操作技术来使提供到每一并联放大器的上变频输入信号的信号最佳化。调节输入信号的相位和幅度,从而与组合器(120)输入信号功率之和相比,组合器(402)输出处测得的功率是最大的。(*该技术在2020年保护过期,可自由使用*)

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
I.专利
本专利技术涉及高频无线信号的放大,特别涉及控制信号相位和幅度使得可以有效地连接多个放大器的方法。II.相关技术的描述在无线发射机领域中,多个放大器经常并联,并用来放大单个的信号。使用并联的多个放大器的发射机称为并联放大器发射机,并集成在一并联放大器结构或设计中。发射机中并联放大器的输出在通过一个或多个天线发送出去之前被组合起来。并联放大器结构使得能够使用更小、花费更少的放大器。一旦多个放大器中有一个失效,并联放大器发射机不会全部中断服务,而是仅仅输出功率有所降低。在一单个放大器设计中,单个放大器的失效将引起整个发射机的服务失效。因此,发射机中的单个放大器会被看作是单个的故障点。不幸的是,几个并联放大器输出的有效组合并不是微不足道的。放大器的幅度和相位特性是变化的,从而馈送到几个放大器的同一信号一般会使得各个放大器的输出信号有细微的差别。除非并联放大器的输出信号几乎是同相的,否则它们不能有效地组合为最强的组合输出信号。在最坏的情况下,放大器输出为180度相位差,将破坏性地相互干扰,产生最小的组合输出功率。组合多个已放大信号的几种装置在本领域中是已知技术,并包括同相组合器如Wilkinson组合器和正交放大器,例如Lange耦合器。Wilkinson组合器有两个输入和一个输出,输出一般代表输入信号的和。Lange耦合器也有两个输入,其中,一个在组合之前旋转90°。另外,Lange耦合器输出一个相位差信号,可用来确定两个输入信号之间的相位差。在使用多个并联放大器的发射机中,通常是每个放大器必须在工厂调整来保证放大器的相位特性在彼此的一些标称范围内。为了进行这种工厂调试,放大器是用相位调整电路,例如电位器和变容二极管(varactor)来设计的,两者都是已知技术。这种工厂调试步骤必须由合格的工厂技术员进行,并且化时间、费用昂贵。所以,最好能消除这种工厂调试步骤。甚至在工厂内调试好放大器之后,也需要其它的步骤使得能够将来自并联放大器的信号组合起来。对于每个单独的放大器来说,相位特性随温度而变化,当每个放大器用的时间增加时,相位特性还随时间而变化。为了减缓这种放大器相位变化,开发了进行并联放大器实时相位调整的方法。为了能够进行并联放大器的实时相位调整,必须使一小组的放大器配有改变输出相位的装置。一般是由在信号源和放大器输入之间插入压控移相器来实现的。用来控制移相器的模拟控制电压来自于测量送到组合器的信号。在利用Lange耦合器的设计中,可以在控制回路中使用Lange耦合器的相位差信号来调整移相器的控制电压。这种校正并联放大器的方法仍然存在问题。移相器,例如使用变容二极管的类型,具有引起相移输出中信号失真的非线性响应。这种失真在发送高频信号时可能无法接受。如果发送信号是高频,则需要对相位作很精确的调整,以防止破坏性的干扰。移相器的分辨率可以不是足够精确用于高频并联放大器。另外,产生移相器所需的控制电压的电路随时间和温度而变化。将时间和温度一起考虑一起,进一步将提供移相器控制电压的控制回路的设计复杂化了。另外,仍然需要在工厂内进行放大器的调试,甚至仅仅为了得到与足以使移相器控制回路能够正常工作最接近的相位输出。在放大器结构中使用精密元件有可能不需要进行工厂调试,但是这种元件的使用将增加放大器的材料成本。在使用同相组合器的现有设计中,增加了相位检测电路以测量组合器的输入之间的相位差。相位检测电路产生相位差信号电压,送到控制回路电路,提供模拟控制电压到电压控制移相器。没有相位检测器时发生的相位检测电路缺少校正或相位失真,这些降低了并联放大器的组合输出的质量。因为相位检测器、移相器和控制回路电路是模拟的,所以它们的特性随温度和年代而变化。在使用超过两个放大器的并联放大器结构中,多个组合器可以级联以形成最后组合的输出信号。不过,在这一组合器级联的每一层中可以另外引进相位变化,在单独的放大器输出处减少相位测量的有效性。要求并联放大器结构能有效地组合多个并联放大器的输出。另外,要求这种设计不需要昂贵的、高精度元件,并且不必进行工厂调谐。另外,要求这样的设计能使电路性能不会随温度和时间而变化。专利技术概述本专利技术通过使用数字技术在产生源信号时,调整源信号的相位来解决以上所描述的问题。在典型的实施例中,直接数字组合器用来产生非常精细相位分辨率的相控上变频器混合信号。在另一实施例中,数字信号处理技术用来对在数字域中的信号进行线性滤波,仔细控制群延迟以产生放大器输入信号的精确的相移。送到每个放大器的输入信号的相位由一控制模块实时调整,它调整放大器的输入信号,使组合器或组合器网络的输出处测得的功率为最大。因为使用功率测量来使每个放大器的输入信号相位最佳,本专利技术可以利用同相组合器例如Wilkinson组合器,正交相位组合器例如Lange耦合器,或者其它类型的信号组合器。另外,每个并联放大器的输出幅度是实时测量和平衡的。除了延长放大器的平均MTBF以外,对具有相似性能规格的并联放大器的输出予以平衡,降低了其中任一个放大器过激励状态的可能性。本专利技术可以在任一系统中使用,使得可以用作并联放大器的输入的发射信号的数字处理。附图简述在参照附图阅读了本专利技术的特征、目的和优点以后,读者将会更清楚地理解本专利技术。图中,相同的标号所表示的意义相同。附图说明图1a是按照本专利技术的实施例,在信号的数模转换之前应用相位控制的并联放大器结构的方框图。图1b是按照本专利技术的实施例,在信号的数模转换之后应用相位控制的并联放大器结构的方框图。图2是按照本专利技术的其它实施例的二级上变频器的方框图。图3是按照本专利技术实施例将并联放大器发射器所有放大器的输入最佳化处理的高层流程图。图4是按照本专利技术实施例将单独放大器的输入最佳化处理的详解的流程图。较佳实施例的详细说明图1a和1b显示按照本专利技术的单独的实施例构造的并联发射器结构。两种结构之间的差别是,相位控制是在数字信号还是模拟信号上进行的(在数模转换之前或之后)。发射器结构用多个并联高功率放大器(HPA的)112显示。尽管用三个并联HPA信道显示,这些结构在具有任意数量的多于一个的并联放大器的发射器中同样有用。在图1a所示的实施例中,使用相控数字振荡器104产生的一个混合信号,在数字混合器102中将每个信号上变频到中频(IF),在图中作为直接数字组合器(DDS的)。然后,产生的结果IF信号送到数字增益块106,它能控制到达数模转换器110的IF信号的增益。模拟上变频器110将模拟IF信号上变频,产生射频(RF)信号到达高功率放大器(HPA)112。将HPA112的输出提供至组合器模块120,在此将所有已放大的信号组合起来,而形成提供至天线122的最后的信号。掌握该技术的人将能理解,组合器模块120能利用同相组合器,例如Wilkinson组合器,正交相位组合器例如Lange耦合器,或不偏离本专利技术的其它信号组合技术。另外,不偏离本专利技术,可在组合器模块120和天线122之间加入另一个处理模块。控制模块116接收来自于连接到每个高功率放大器(HPA)114输出的功率计量表114的信号功率测量信息,和来自于连接到组合器模块120的输出的功率计量表118。控制模块116使用来自于功率计量表组合的功率测量信息,用来产生用于DD本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种并联放大器发射器,其特征在于,所述发射器包括: a)根据第一数字相控信号产生具有第一相位的第一相控放大信号的第一信号发送子系统;及 b)至少一个额外的信号发射子系统,每个子系统产生一个附加的相控放大信号。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员:PD海德曼JP伯克
申请(专利权)人:高通股份有限公司
类型:发明
国别省市:US[美国]

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