CN101473233B - 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

为了确定功率变换器(1)在其输出口和复负载(4)之间的连接线(3)上的工作特性(例如，复负载阻抗或复前向功率和复反射功率，和/或反射系数或脉动系数)，借助于模拟耦合装置(5)确定连接线(3)上的复模拟前向电压和复模拟反射电压。所述模拟电压分别被数字化并借助于数字下变频器被下变频到基带。在计算机(12)中根据以基带和对应于该复前向电压和复反射电压的幅度和相位被提供的所述数字值计算想要的工作特性。

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，必需在功率放大器的输出端测量各种工作参数。为了这一目的，从DE 27 10 752 A1和DE 39 18 159 A1分别知晓，在功率放大器的输出端和诸如天线之类的复负载之间的连接线上，例如借助于定向耦合器测量与前向波成比例的前向电压(forward voltage)，以及借助于定向耦合器测量与返回的反射波相对应的返回电压(return voltage)。根据这些在高频位置测量的模拟电压，然后通常利用模拟电路计算该放大器的所需的工作参数。已知装置的一个缺点是，由于是在高频级确定这些测量值，因而，即使是数字化地进行这些计算，这些计算也是相对昂贵和复杂的。
发明内容
本发明的目的是简化这种装置在电路技术中的实现。
该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。在从属权利要求中详细说明有利的进一步展开。
根据本发明，功率放大器和负载之间的连接线上的前向电压和返回电压在分别确定并数字化的每种情况下，通过数字下变频器(digital down-converter)被下变频到基带，也就是说，达到0赫兹的载波频率。结果，降低了采样速率，并显著地简化了在计算机中对各种工作参数的后续计算。而且，还达到了更高的分辨率。以已知的方式，例如借助于定向耦合器分别确定连接线上的前向电压和返回电压。另一种潜在价值是为了这一目的而使用一种装置，该装置已经允许借助于计算装置以数字形式确定前向电压和返回电压，并且该装置于是只需被从高频位置下变频到基带。优选地，在数字下变频器和计算单元之间还提供选择滤波器。
然后，利用根据本发明的装置，能够以较低的计算成本，在采用合适的已知算法的计算机中，根据前向电压的绝对值(模)和相位以及返回电压的绝对值和相位计算放大器所需的各种工作参数，例如，高频功率放大器的输出端和天线之间的连接线上的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，而且所述连接线通常由同轴线形成。利用根据本发明的该装置，不仅能够确定以上以示例方式提及的高频功率放大器的工作参数，而且还能够利用合适的已知算法和对该计算机适用的数字值进行其它对功率放大器的工作有用的计算。例如，实际上，根据与通过功率放大器产生放大的高频信号的调制模式相对应的解调模式，例如，根据幅度调制、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，借助于已知算法进行数字解调是可能的。
然后，能够把该功率放大器输出端的以这种方式数字化解调后的有用信号反馈给无线电系统的输入端，以评估该输出信号并且借助于例如监测扬声器使其在那里可以听得见。以这种方式能够产生所谓的侧音信号，利用此侧音信号，能够监测并提高例如短波无线电话系统的话音舒适度。这种把自己的话音反馈给监测扬声器的潜在价值胜过先前使用的、在麦克风放大器之后直接反馈给监测扬声器，这是因为，包括输出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在价值还能够被有利地分别用于以CW模式进行监测或在传输数字信号时进行监测。
另一种潜在价值是根据供给计算机的、对应于复前向电压的数字值确定由非线性引起的输出级的失真。相应地，能够在与失真方向相反的方向上，以已知方式对供给功率放大器的有用信号进行放大之前的预失真，以便补偿功率放大器中失真。还能够在工作期间不断地监测对输出级中的失真的这种确定，以便例如通过预失真的相应改变使系统自动地线性化，即使在负载改变、连接另一天线或者在频率改变的情况下。
任何常规的信号处理器，或者，用于特定任务的所谓的现场可编程门阵列(FPGA)，适合用作计算机，利用该现场可编程门阵列，例如根据所谓的Cordic(协调旋转数字计算机)算法，能够以较低的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公式，基于示例性实施例对本发明进行更详细的说明。附图如下：
图1示出根据本发明的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，待放大的有用信号被从控制和调制设备2供给高频功率放大器1。功率放大器1的输出通过同轴连接线3供给天线4。
借助于耦合装置5，例如定向耦合器，获得复前向电压
Figure G2007800229964D0003105928QIETU
和从天线反射的复返回电压
Figure G2007800229964D0003105942QIETU
，其在模/数转换器6和7中被进行数字化。此后，这些分别获得的数字前向电压和数字返回电压借助于数字下变频器(DDC)8和9从高频信号的高频级下变频到基带(0赫兹)，并且最终，在经过选择滤波器10和11之后，于计算机12中进一步处理。这些被下变频到基带并被供给计算机的数字前向电压和数字返回电压仍然包含所有的相位信息，以便在计算机12中能够根据它们计算非常不同范围的复参数，例如，天线的复负载阻抗或散射参数。
通过在两个数字下变频器8和9中同时采样和处理前向电压和返回电压，获得复相位信息。数字下变频器例如由将信号向下混频(mix)到基带的混频器(mixer)和附加的CIC滤波器(级联积分梳状滤波器)组成。通过后者，采样速率被从高频位置下降到基带位置。利用附加的滤波器10和11，镜像(mirror)和假频(alias)产物受到抑制。由于这一点，相位信息被保存下来。
在计算机12中，根据例如Meinke/Grundlach所著教科书Taschenbuch derHochfrequenztechnik中描述的线路原理(line theory)的已知公式计算放大器的工作参数。
例如，能够根据复前向-返回电压计算复负载阻抗
Figure G2007800229964D0004110024QIETU
。相应地，利用此已知复负载阻抗，例如能够通过在功率放大器1和天线4之间自适应地插入不同长度的50欧姆线路部分，改善功耗、互调制和/或谐波间隔，这是由于以功率放大器工作在最优匹配范围内的方式，通过插入的线路部分，能够使复匹配最优化。例如以这种方式可以产生并工作在电容性范围内的低通特性，从而改善谐波间隔。而且，以功率放大器能够与其散射参数更好匹配的方式，能够使放大最优化。相应地，能够通过计算复负载阻抗使功率放大器的效率最优化。
能够根据公式(I)计算复前向功率，或者根据公式(II)计算复返回功率，其中K为以经验或计算方式确定的因子，该因子取决于耦合特性和总体结构。例如，还能够根据公式(III)计算复反射系数
Figure G2007800229964D0004110034QIETU
，或者根据公式(IV)计算电压驻波比(VSWR)。
本发明不限于所描述的示例性实施例。所描述的或图示说明的所有元件都能够根据需要彼此组合。如上所述，如确定放大器的失真并通过对输入信号的相应预失真而进行相关联的、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(1)的工作参数的装置，所述工作参数包括所述高频功率放大器(1)的输出端和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、复反射系数或者电压驻波比，所述复负载是天线(4)，其特征在于：
所述连接线(3)上的复前向电压和复返回电压借助于耦合装置(5)被确定，这些电压在每种情况下被数字化，并且以这种方式获得的数字前向电压和数字返回电压借助于数字下变频器(8，9)被下变频到基带达到0赫兹，并且所需的工作参数在计算机(12)中根据这些数字前向电压和数字返回电压的数字值被计算，并且通过同时采样和处理获得复相位信息。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：
选择滤波器(10，11)分别被布置于所述数字下变频器(8，9)和所述计算机(12)之间。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：
在所述计算机(12)中，根据这些数字前向电压和数字返回电压的数字值计算所述复负载阻抗。
4.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：
在所述计算机(12)中，根据这些数字前向电压和数字返回电压的数字值计算所述复前向功率和/或所述复返回功率。
5.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：
在所述计算机(12)中，根据这些数字前向电压和数字返回电压的数字值计算所述复反射系数。
6.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：
在所述计算机(12)中，根据这些数字前向电压和数字返回电压的数字值计算所述电压驻波比。
7.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：
在所述计算机(12)中，根据这些数字前向电压和数字返回电压的数字值，按照通过该功率放大器产生放大的高频信号中所使用的调制模式，对所述高频信号进行数字化解调。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于：
根据这些数字前向电压和数字返回电压的数字值确定所述功率放大器的失真，而后由此在计算机(12)中计算待放大的所述高频信号的所述失真的补偿。
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