CN102656797A

CN102656797A - 具有对损耗功率进行受控反馈的放大器装置

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Publication number: CN102656797A
Application number: CN2010800574025A
Authority: CN
Inventors: O.海德
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2009-11-17
Filing date: 2010-10-18
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2030-10-18
Also published as: JP2013510530A; EP2502343B1; DE102009053622A1; CN102656797B; WO2011061025A1; RU2580025C2; DE102009053622B4; EP2502343A1; RU2012103490A; US20120229215A1; US8570104B2

Abstract

本发明涉及一种用于具有起始频率（f）的起始信号（s）的放大器装置（1），所述放大器装置具有被传输了所述起始信号（s）的输入信号测量器（2）。所述输入信号测量器（2）根据该起始信号（s）来确定被该输入信号测量器传输给第一放大器（3）的第一输入信号（s1）以及被该输入信号测量器传输给第二放大器（4）的第二输入信号（s2）。放大器（3，4）将输入信号（s1，s2）放大成相应的输出信号（S1，S2）。所述输出信号（S1，S2）具有彼此相同的幅度（A）和起始频率（f）。关于该起始频率（f），所述输出信号彼此的相位偏移

取决于该起始信号（s）的幅度（a）的大小。所述放大器（3，4）将其输出信号（S1，S2）传输给共同的耦合元件（5），所述耦合元件基于所述输出信号（S1，S2）来形成有效信号（N）和损耗信号（V）。共同具有有效信号（N）和损耗信号（V）的总功率独立于所述输出信号（S1，S2）的相位偏移

当所述输出信号（S1，S2）的相位偏移

具有预定的值的时候，具有有效信号（N）的部分功率处于最大，而当该输出信号（S1，S2）的相位偏移

偏离预定的值时所述部分功率降低。所述耦合元件（5）将所述有效信号（N）传输给负载（6），将所述损耗信号（V）传输给整流器（7）。所述整流器装置（7）对该损耗信号（V）进行整流并且将整流后的损耗信号传输给所述放大器装置（1）的电源装置（8）。该整流器装置（7）具有有源组件（9）作为整流器元件（9），所述有源组件与起始频率（7）同步地受控。

Description

具有对损耗功率进行受控反馈的放大器装置

技术领域

本发明涉及一种用于具有起始频率的起始信号的放大器装置，

-其中，放大器装置具有输入信号测量器（Eingangssignalermittler），所述输入信号测量器被传输了起始信号并且根据起始信号来确定第一输入信号和第二输入信号，

-其中，输入信号测量器将第一输入信号传输给第一放大器，所述第一放大器将第一输入信号放大为第一输出信号，

-其中，输入信号测量器将第二输入信号传输给第二放大器，所述第二放大器将第二输入信号放大为第二输出信号，

-其中，输出信号具有彼此相同的幅度和起始频率，并且所述输出信号的相位偏移关于起始频率取决于起始信号的幅度的大小，

-其中，放大器将其输出信号传输给共同的耦合元件，所述耦合元件根据输出信号来形成有效信号和损耗信号，

-其中，这样来构造所述耦合元件，即

--共同具有有效信号和损耗信号的总功率独立于输出信号的相位偏移，

--具有有效信号的部分功率当输出信号的相位偏移具有预定的值时处于最大，并且

--具有有效信号的部分功率随着输出信号的相位偏移与预定的值相偏离而降低，

-其中，耦合元件将有效信号传输给负载并且将损耗信号传输给整流器装置，

-其中，整流器装置对损耗信号进行整流并且将整流后的损耗信号传输给放大器装置的电源装置。

本发明还涉及一种用于这样的放大器装置的运行方法。

背景技术

本文开头所述类型的放大器装置以及用于这种放大器装置的运行方法例如由US 6,133,788A和US 6,285,251B1所公知。

公知的是：单个放大器只有在其在其最大饱和输出水平（或者至少在这附近）运行时才达到其最大的效率。为了能够在相对大的功率范围内直接地获得最大效率，在此使用具有两个放大器的放大器装置。所述两个放大器被这样运行，使得这两者均工作在其最大饱和输出水平。输出信号借助合适的耦合元件来形成有效信号。通过相应地调节两个输出信号的相位偏移来对有效信号的幅度进行调节。通常使用混合连接（Hybrid）或者环形耦合器（Ringkoppler）作为耦合元件。

当输出信号的相位偏移不是零时，除了有效信号之外还产生了损耗信号。损耗信号导致在放大器上的负的反作用。为了避免这样的反作用，例如可以设置将损耗信号转换为热量的电阻。电阻的使用改进了放大器装置的运行条件（降低了在放大器上的反作用，降低了失真等）。然而，（尤其当相位偏移较大时，也就是有效信号的部分功率较小时）电阻同时导致放大器装置的降低了的总效率。

除了别的之外，在移动通信设备中使用所述放大器装置。所述放大器装置也被使用在其他的蓄电池供电设备中。对于蓄电池供电设备，能量效率是特别有意义的。因此，已经尝试了使用整流器装置来代替电阻，所述整流器装置对损耗信号进行整流并且将整流后的损耗信号传输给放大器装置的电源装置。

在现有技术中构造具有不受控的整流器元件（=二极管）的整流器装置。在使用这样的整流器元件时，整流器元件的限幅作用不是可影响的。由此，整流器装置的有效电阻是调制相关的

也就是取决于输出信号彼此的相位偏移。由于整流器装置的有效电阻的可变性，不是对于所有的相位偏移都可以良好地调整整流器装置。在有些相位偏移的情况下产生在放大器中的反射，这在放大器方面引起非线性失真和效率降低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，这样扩展并运行开头所述类型的放大器装置，使得尽可能地避免在放大器中的反射。

上述技术问题通过具有权利要求1特征的放大器装置来解决。根据本发明的放大器装置的有利实施是从属权利要求2至4的内容。

此外，通过具有权利要求5特征的运行方法来解决上述技术问题。根据本发明的运行方法的有利实施是从属权利要求6的内容。

根据本发明，这样构造开头所述类型的放大器装置，使得整流器装置具有有源组件作为整流器元件并且所述有源组件与起始频率同步地受控。

在根据本发明的运行方法中，相应地运行放大器装置，也就是同步于起始频率来对作为整流器元件起作用的有源组件进行控制并且由此同样地对损耗信号进行整流。

由于使用了与起始频率同步地受控的有源组件（简称为同步整流器），可以对有源组件的截止时间（Sperrzeit）和导通时间（Leitzeit）进行控制。由此可以将用于损耗功率的有效负载阻抗进行最优化。通过与耦合元件和调整相位偏移的共同作用，由此可以实现：

-将具有期望的部分功率的有效信号传输给负载，

-两个放大器以最优的（尤其是与调制无关的）负载阻抗运行，

-很少出现调制非线性

失真以及反作用，并且

-却达到了高的总效率。

有源组件能够根据需要来构造。优选地，有源组件是场效应晶体管，尤其是MOSFET。

为了优化对有源组件的控制，特别可以设置：将输出信号的信号偏移传输给用于整流器装置的控制装置，并且控制装置在确定用于有源组件的控制信号时考虑所述信号偏移。

附图说明

在下面对实施例的描述中结合附图给出了其他的优点和细节。附图中：

图1示出了放大器装置的方框图，

图2示出了矢量图，

图3示出了整流器装置，以及

图4和图5示出了时间图。

具体实施方式

根据图1，放大器装置1具有输入信号测量器2。将起始信号s输送给输入信号测量器2。起始信号s是交流信号，其具有起始频率f和幅度a。在此这样选择“起始频率”的概念，以便表明与起始信号的联系。“起始频率”这个概念没有进一步的含义。起始信号s通常是在20MHz之上的频率范围内的信号。在有些情况下，起始信号s甚至具有高于1GHz的起始频率f。有时候甚至超过10GHz。

输入信号测量器2根据起始信号s确定第一输入信号s1。第一输入信号s1具有起始频率f。如果将第一输入信号s1放大为第一输出信号S1的放大器3具有非线性，则可以由输入信号测量器2将第一输入信号s1相应地进行预矫，从而对第一放大器3的非线性进行预补偿。

输入信号测量器2将输入信号s1传输给第一放大器3。第一放大器3将第一输入信号s1放大为第一输出信号S1。

此外，输入信号测量器2根据起始信号s来确定第二输入信号s2。第二输入信号s2同样具有起始频率f。如果将第二输入信号s2放大为第二输出信号S2的第二放大器4具有非线性，则可以由输入信号测量器2对第二输入信号s2进行预矫，从而对第二放大器4的非线性进行预补偿。

输入信号测量器2将第二输入信号s2传输给第二放大器4。第二放大器4将第二输入信号s2放大为第二输出信号S2。

输入信号测量器2能够以公知的方式构造。例如可以将输入信号测量器2构造为数字的信号处理器，其根据起始信号s来确定正交信号，又根据正交信号来确定第一输入信号s1和第二输入信号s2。数字的信号处理器的构造和工作方式以及正交信号的确定对于专业人员来说是一般公知的。

根据图2，第一输出信号S1和第二输出信号S2彼此具有相同的幅度A。幅度A独立于起始信号s的幅度a。所述幅度A位于放大器3、4的最大幅度的范围内。然而，（关于起始频率f）第一输出信号S1和第二输出信号S2彼此具有相位偏移

相位偏移

取决于起始信号s的幅度a。

通常，放大器3，4被相同地构造并且以相同方式（特别是以相同的放大）运行。通常上述说法（相同的幅度，其独立于起始信号s的幅度a，和相位偏移，其取决于起始信号s的幅度a）由此以相似的方式适用于被传输给放大器3、4的输入信号s1、s2。

根据图1，放大器3、4将其输出信号S1、S2传输给共同的耦合元件5。耦合元件5根据输出信号S1、S2来生成有效信号N和损耗信号V。耦合元件5例如可以被构造为环形耦合器、定向耦合器、90°混合连接或者180°混合连接。在这些情况下，耦合元件5生成两个输出信号S1、S2的和信号和差信号。在这种情况下，和信号对应于有效信号N，差信号对应于损耗信号V。

耦合元件5是无损耗地工作的耦合元件5。其被这样构造，使得其将传输给其的输出信号S1、S2无损耗地变换为有效信号N和损耗信号V。特别地，共同具有有效信号N和损耗信号V的总功率在此独立于输出信号S1、S2的相位偏移

反之，根据图2，有效信号N所具有的幅度（以及与此有关的部分功率）取决于相位偏移

如果相位偏移

等于预定的值，则有效信号N的部分功率处于最大，损耗信号V的部分功率处于最小。最优情况是在这种情况下有效信号N的部分功率等于两个输出信号S1、S2的单个功率之和并且损耗信号V的部分功率等于零。相位偏移

越偏离预定的值，有效信号N的部分功率越小。有效信号N的部分功率随着相位偏移偏离预定的值而通常严格线性地减少。

预定的值（在该值处，有效信号N的部分功率处于最大）取决于耦合元件5的类型。其例如可以是90°或者180°。在图2的图示中假定：预定的值是0°。

耦合元件5将有效信号N传输给负载6。此外，耦合元件5将损耗信号V传输给整流器装置7。根据图1中的图示，负载6例如尤其可以是发送天线。但是也可以考虑其他的负载。在发送天线的情况下，放大器装置1是所谓的“移相发送器（Outphasing-Senders）”。整流器装置7对损耗信号V进行整流。整流后的损耗信号被整流器装置7传输给放大器装置1的电源装置8。

根据图3，整流器装置7被构造为桥式整流器。这种实施方式是整流器装置7的通常形式。然而也可以考虑其他的实施方式，尤其是实施为简化的半波整流器。根据图3，整流器装置7具有有源组件作为整流器元件9。有源组件9能够根据需要构造。优选地，有源组件9被构造为场效应晶体管，尤其是MOSFET。但是实施为IGBT也是可能的。

总之，对于整流器装置7的每个电流通路来说，至少一个位于各自电流通路内的整流器元件9被构造为有源组件9是足够的。根据图3，在整流器装置7的实施方式中，也可以例如将四个整流器元件9中的两个构造为简化的、不受控的整流器元件（=二极管）。然而根据图3所有的整流器元件都被构造为有源组件。

根据图4和图5，与起始频率f同步地来控制有源组件9。由此其对损耗信号V进行整流。

为了正确地控制有源组件9，将以起始频率f进行震荡的信号（例如起始信号s或者相应的时钟信号）不言而喻地传输给用于整流器装置7的控制装置10。控制装置10根据该信号来确定：整流器装置7的哪个桥臂分别允许被控制为导通以及哪个桥臂必须保持截止。此外优选地，控制装置10被传输了输出信号S1、S2的相位偏移在该情况下，控制装置10能够在确定用于有源组件9的控制信号c1、c2时考虑相位偏移

这在图4和图5中这样被表示，即，相比，用于图5的图示中的相位偏移

表示与用于图4的图示中的相位偏移

不同的有源组件9的截止时间和导通时间。

本发明具有多个优点。尤其是能够以简单的方式达到高的能量效率，其中却在放大器3、4上几乎没有产生反馈。特别地，由此得到放大器3、4的良好的线性。

根据本发明的放大器装置1可以应用于不同的使用目的。优选地，根据本发明的放大器装置1被应用于移动的、蓄电池供电设备，例如包括移动电话在内的移动通信设备。也可以应用在高功率发送器中。举例来说，这样的高功率发送器例如是用于发送天线的发送放大器以及磁共振设备的梯度线圈。

上面的描述只用于阐述本发明。而本发明的保护范围应当通过所附的权利要求来确定。

附图标记列表

1 放大器装置

2 输入信号测量器

3，4 放大器

5 耦合元件

6 负载

7 整流器装置

8 电源装置

9 整流器元件/有源组件

10 控制装置

a，A 幅度

c1，c2 控制信号

f 起始频率

N 有效信号

s 起始信号

s1，s2 输入信号

S1，S2 输出信号

V 损耗信号

相位偏移

Claims

1.一种用于起始信号（s）的放大器装置，所述起始信号具有起始频率（f），

-其中，所述放大器装置具有输入信号测量器（2），该输入信号测量器被传输了所述起始信号（s）并且根据该起始信号（s）来确定第一输入信号（s1）和第二输入信号（s2），

-其中，所述输入信号测量器（2）将所述第一输入信号（s1）传输给第一放大器（3），所述第一放大器将该第一输入信号（s1）放大为第一输出信号（S1），

-其中，所述输入信号测量器（2）将所述第二输入信号（s2）传输给第二放大器（4），所述第二放大器将该第二输入信号（s2）放大为第二输出信号（S2），

-其中，所述输出信号（S1，S2）具有彼此相同的幅度（A）和所述起始频率（f），并且，关于该起始频率（f），所述输出信号彼此的相位偏移

取决于所述起始信号（s）的幅度（a）的大小，

-其中，所述放大器（3，4）将其输出信号（S1，S2）传输给共同的耦合元件（5），所述耦合元件根据所述输出信号（S1，S2）生成有效信号（N）和损耗信号（V），

-其中，所述耦合元件（5）被这样构造，即，

--共同具有所述有效信号（N）和所述损耗信号（V）的总功率独立于所述输出信号（S1，S2）的相位偏移

--如果所述输出信号（S1，S2）的相位偏移

具有预定的值，则具有所述有效信号（N）的部分功率处于最大，并且

--具有所述有效信号（N）的部分功率随着所述输出信号（S1，S2）的相位偏移偏离预定的值而减少，

-其中，所述耦合元件（5）将所述有效信号（N）传输给负载（6）并且将所述损耗信号（V）传输给整流器装置（7），

-其中，所述整流器装置（7）对所述损耗信号（V）进行整流并且将整流后的损耗信号传输给所述放大器装置的电源装置（8），

其特征在于，

所述整流器装置（7）具有有源组件（9）作为整流器元件（9），并且所述有源组件与起始频率（f）同步地受控。

2.根据权利要求1所述的放大器装置，其特征在于，所述有源组件（9）被构造为场效应晶体管。

3.根据权利要求2所述的放大器装置，其特征在于，所述场效应晶体管被构造为MOSFET。

4.根据权利要求1、2或3所述的放大器装置，其特征在于，所述输出信号（S1，S2）的相位偏移被传输给用于所述整流器装置（7）的控制装置（10），并且该控制装置（10）在确定用于所述有源组件（9）的控制信号（c1，c2）时考虑该相位偏移

5.一种用于放大器装置（1）的运行方法，

-其中，将起始信号（s）传输给所述放大器装置（1）的输入信号测量器（2），所述起始信号具有起始频率（f），

-其中，所述输入信号测量器（2）根据所述起始信号（s）来确定第一输入信号（s1）和第二输入信号（s2），

-其中，所述输出信号（S1，S2）具有彼此相同的幅度（A）和起始频率（f），并且，关于该起始频率（f），所述输出信号的相位偏移

取决于所述起始信号（s）的幅度（a）的大小，

-其中，所述放大器（3，4）将其输出信号（S1，S2）传输给共同的耦合元件（5），所述耦合元件根据所述输出信号（S1，S2）来生成有效信号（N）和损耗信号（V），

-其中，具有所述有效信号（N）和所述损耗信号（V）的总功率独立于所述输出信号（S1，S2）的相位偏移

具有该有效信号（N）的部分功率在所述输出信号（S1，S2）的相位偏移

具有预定的值的时候处于最大，并且具有该有效信号（N）的部分功率随着该输出信号（S1，S2）的相位偏移偏离预定的值而减少，

-其中，所述整流器装置（7）对所述损耗信号（V）进行整流并且将整流后的损耗信号传输给所述放大器装置（1）的电源装置（8），

-其中，与所述起始频率（f）同步地对所述整流器装置（7）的作为整流器元件（9）起作用的有源组件（9）进行控制，并且由此对所述损耗信号（V）进行整流。

6.根据权利要求5所述的放大器装置，其特征在于，所述输出信号（S1，S2）的相位偏移

被传输给用于所述整流器装置（7）的控制装置（10），并且所述控制装置（10）在确定用于所述有源组件（9）的控制信号（c1，c2）时考虑所述相位偏移