CN101467053B - 用于确定高频功率放大器的工作特性的装置 - Google Patents

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Abstract

为了确定HF功率放大器(1)的输出和复负载特别是天线(4)之间的连接线(3)上的HF放大器(1)的工作参数(例如，复前向和反射电压和/或功率、复负载阻抗、反射系数或纹波系数)，利用Buschbeck耦合设备来确定与连接线上的复电压
Figure D2007800216818A0001092245QIETU
成比例的模拟测量电压Uu以及与连接线(3)上的复电流
Figure D2007800216818A0001092255QIETU
成比例的模拟测量电压Ui。数字化所述测量电压，所述数字值使期望的工作特性能够在在计算机(7)中来计算。

Description

用于确定高频功率放大器的工作特性的装置
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的装置。
背景技术
在高频功率放大器，例如变频短波发射机的晶体管功率输出级工作时，必需确定和监测各种工作参数，特别是负载和功率的匹配。从DE 27 10 752A1和DE 39 18 159 A1中分别得知各种根据权利要求1的前序部分所述的针对该目的模拟装置。它们的共同之处在于，使用定向耦合器来确定功率放大器和天线之间的连接线的参数，并且根据利用定向耦合器分别获得的、分别与连接线上的前向波和返回波成比例的模拟前向电压和模拟返回电压，通过相对复杂的模拟电路以模拟方式，来实现对所需工作参数的计算。
发明内容
本发明的目的在于提供这样一种装置，利用该装置，可以更精确地且以简单得多和对成本更有利的方式来确定高频功率放大器的工作参数。
这个目的是以根据权利要求1的前序部分所述的装置为基础通过权利要求1的区别特征实现的。有利的进一步展开被载入从属权利要求中。
根据本发明，为了获取计算所需的工作参数所必需的、功率放大器和天线之间的连接线上的测量值，使用按照Buschbeck(Meinke/Grundlach，Taschenbuch der Hochfrequenztechnik(高频技术手册)，第3版，1560-1561页)的本身已知的耦合设备，这种耦合设备所具备的优点在于，所获取的分别与线上的复电压或与复电流成比例的测量电压与耦合设备在线路上的安装位置无关。
根据本发明对以这种方式获得的复模拟测量电压进行数字化，而后能够根据这些数字值，采用合适的已知算法在计算单元中计算高频功率放大器的输出和天线之间的、通常由同轴线形成的连接线上的各种所需的工作参数，例如复前向电压和复返回电压、复前向功率和复返回功率、天线的复负载阻抗、反射系数和电压驻波比。
利用根据本发明的装置，不仅能够确定以上以示例方式提及的功率放大器的上述工作参数，而且还能够利用合适的已知算法与对计算单元适用的数字值来实现对功率放大器的工作有用的其它计算。例如，能够利用已知算法并且实际上是按照解调模式对与线上的复电压成比例的数字化测量电压进行数字解调。该解调模式对应于用于产生经由功率放大器放大的高频信号的调制模式，例如，放大调制、频率调制或相位调制或所需的任何其它较高值类型的调制。
然后，可以将以这种方式数字解调后的在功率放大器的输出端的有用信号反馈给无线电系统的输入端，以对输出信号进行质量评估并且例如利用监测扬声器使输出信号在那里可以被听到。以这种方式能够产生所谓的侧音信号。利用该侧音信号，例如能够监测并提高短波电话无线电系统的话音舒适度。这种反馈自己话音的潜能胜过先前使用的、在麦克风放大器之后直接反馈给监测扬声器，这是因为包括放大器在内的无线电系统的所有级也被评估。这种直接在天线的基部对有用信号进行解调的潜能能够被有利地分别用于以CW模式进行监测或用于在传输数字信号时进行监测。
另一种潜能是根据供应给计算机的、对应于复前向电压的数字值来确定由非线性造成的输出级的失真。相应地，供应给功率放大器的有用信号能够在失真的反方向上以已知方式进行放大前的预失真，以便补偿功率放大器中的失真。在工作期间也能够持续监测在输出级对失真的这种确定，以便例如即使负载变化、连接另一天线或者在频率变化的情况下，也能够通过预失真的对应改变使系统自动线性化。
任何常规信号处理器或者用于特殊任务的所谓现场可编程门阵列(FPGA)适合用作计算单元。利用FPGA，例如按照所谓Cordic算法能够以低成本进行上述数字计算。
附图说明
下面参照示意图和示例性计算等式(1)至(7)，基于示例性实施例对本发明进行更详细说明。附图如下：
图1示出根据本发明的具有进一步展开的短波功率输出级的概略电路图。
具体实施方式
图1示出具有高频功率放大器1的短波功率输出级的概略电路图，待放大的有用信号从控制和调制设备2被供应给高频功率放大器1。功率放大器1的输出通过同轴连接线3供给天线4。在该连接线3的任意位置处外导体被中断，并且通过与同轴线3的内导体直接连接的电容分压器5按照Buschbeck来获取与复电压成比例的测量电压Uu。测量电压Uu在模拟/数字转换器6中被数字化并被供应给计算单元7。利用分配给同轴线3的内导体的换流器8，获得电阻器处的与线路上的复电流
Figure G2007800216818D0003160312QIETU
相对应的测量电压Ui。模拟测量值-Ui通过模拟/数字转换器9被供应给计算单元7，测量电压+Ui通过模拟/数字转换器10被供应给计算单元7。由于获得的两个电压值+Ui和-Ui被设置为彼此正交，所以也可以任选地只使用单个模拟/数字转换器9或10，而后能够在计算机7中直接计算对应的另一个值，以便节省一个模拟/数字转换器。计算机7例如为FPGA。
按照已知的线路理论公式，例如，如在Meinke/Grundlach所著的教科书Taschenbuch der Hochfrequenztechnik(高频技术手册)所描述的，功率放大器的范围变化很大的工作参数能够在计算机7中分别根据分别与线路上的复电压
Figure G2007800216818D0003160356QIETU
或复电流成比例的数字化电压Uu和Ui来确定，并且在电压Uu和Ui中，复电压或复电流的相位信息在数字化之后分别被保留。在所有情况下，分别通过比例系数k和m考虑电压Ua和Ui之间以及复值
Figure G2007800216818D0003160416QIETU
和
Figure G2007800216818D0003160420QIETU
之间的比例，k和m通过测量根据经验确定或通过仿真确定。
例如，根据数字化的电压值电压Uu和Ui，可以分别按照等式(1)计算复前向电压，或者按照等式(2)计算复返回电压，或者按照等式(3)计算复前向功率，或者按照等式(4)计算返回功率。另一潜能是按照等式(5)从这些电压中计算复负载阻抗
Figure G2007800216818D0004160435QIETU
。相应地，利用该已知复负载阻抗，例如，通过在功率放大器和天线4之间自适应地插入不同长度的50欧姆线部分，能够改善功率消耗、互调和/或谐波间隔，这是由于以功率放大器工作在最佳匹配范围的方式通过插入的线路部分能够优化复匹配。以这种方式，例如，能够产生低通特性，并且低通特性工作在容性范围，从而使得谐波间隔提高。同样，可以以功率放大器能够更好地匹配于其散射参数的方式来对放大进行优化。相应地，能够通过计算复负载阻抗来优化功率放大器的效率。
根据数字化的电压值，也能够例如按照等式(6)来计算复反射系数
Figure G2007800216818D0004160445QIETU
，或者按照等式(7)来计算电压驻波比s(VSWR)。
本发明并不限于所描述的示例性实施例。所描述的或所示出的所有元件能够根据需要彼此结合。如上所述，如确定放大器的失真和通过对输入信号的相应预失真而进行的相关联的、可能的线性化那样，对有用信号进行数字解调也是可能的。

Claims (8)

1.一种用于确定高频功率放大器的工作参数的装置，所述高频功率放大器的工作参数在所述功率放大器(1)的输出与复负载之间的连接线(3)上，
其特征在于，
利用耦合设备(5，8)确定与所述连接线(3)上的复电压成比例的模拟测量电压Uu以及与所述连接线(3)上的复电流
Figure FSB00000556975700012
成比例的模拟测量电压Ui，利用模拟/数字转换器(6、9、10)对这些测量电压进行数字化，并且在计算单元(7)中根据这些数字值计算所需的工作参数，
根据所述数字测量电压确定复前向电压，并在所述计算单元(7)中根据所述复前向电压确定所述功率放大器的失真，以及
根据所确定的失真计算待放大的高频信号的对应预失真，以及
所述负载的复阻抗在所述计算单元(7)中根据所述数字测量电压来计算，并用于在所述功率放大器(1)和天线(4)之间自适应地插入不同长度的50欧姆线部分，以及
所述高频信号按照调制模式在所述计算单元(7)中根据与所述连接线(3)上的复电压
Figure FSB00000556975700013
成比例的数字测量电压来数字解调，然后反馈给无线电系统的输入端以对输出信号进行质量评估，所述调制模式用于生成通过所述功率放大器(1)放大的高频信号。
2.根据权利要求1所述的装置，
其特征在于，
所述工作参数是在所述功率放大器(1)的输出与复负载之间的连接线(3)上的复前向电压和复返回电压、复前向功率和复返回功率、复负载阻抗、反射系数或电压驻波比。
3.根据权利要求1或2所述的装置，
其特征在于，
所述复负载是天线(4)。
4.根据权利要求2所述的装置，
其特征在于，
所述复前向电压和/或所述复返回电压在所述计算单元(7)中根据所述数字测量电压来计算。
5.根据权利要求2或4所述的装置，
其特征在于，
所述复前向功率和/或所述复返回功率在所述计算单元(7)中根据所述数字测量电压来计算。
6.根据权利要求1所述的装置，
其特征在于，
在所述计算单元(7)中根据所述数字测量电压来计算复反射系数。
7.根据权利要求1所述的装置，
其特征在于，
在所述计算单元(7)中根据所述数字测量电压来计算电压驻波比。
8.根据权利要求1所述的装置，
其特征在于，
所述耦合设备(5，8)是按照Buschbeck的耦合器。
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