CN102820868A - 用于大功率信号放大电路的相位调节器以及相位调节方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于大功率信号放大电路的相位调节器以及相位调节方法，该调节器包括：至少两条不同的射频信号传输路径，位于该相位调节器的输入端和输出端之间，其中，各传输路径为通过该路径的射频信号产生不同的相位延迟；选择单元，与所述各条传输路径相连，为所述射频信号从所述至少两条传输路径中选择实际通过的传输路径。能够提供适用于大功率信号的步进式相位调节器，通过控制选择单元实现相位的切换，具有操作简便的优点，并且采用传输线作为相位延迟单元，制造生产成本低。

Description

用于大功率信号放大电路的相位调节器以及相位调节方法
技术领域
本发明涉及一种用于大功率信号放大电路的相位调节器以及一种用于在大功率信号放大电路中调节相位的方法。
背景技术
为了解决电路中多条大功率信号路径中的信号在组合时的相位差，需要对大功率信号进行相位调节。
通常采用反射型相位调节器用于电路中信号路径的相位调节。反射型相位调节器采用正交耦合器以及变容二极管来改变信号路径中的相位延迟。图1示出了现有技术中使用的相位调节器的电路框图。该相位调节器中包含3dB正交耦合器110，正交耦合器110的四个端分别为RF输入端111、耦合端112、直通端113、隔离端114。其中RF输入端111连接RF输入信号，耦合端112和直通端113分别通过变容二极管120和130接地。其中，能够通过连接至耦合端112和直通端113的偏置电压(未示出)来调节变容二极管120和130的电容，从而改变经过耦合端112和直通端113的信号的相移，当经过耦合端112和直通端113的信号分别从接地端反射回耦合端112和直通端113时，在RF输入端111处由该反射信号引起的信号分量相互抵消，在隔离端114处，由该反射信号引起的信号分量相互叠加，形成RF输出信号。该输出信号与RF输入端111处的输入信号相比，具有由变容二极管决定的相位差，由此实现了相位调节的作用。然而，变容二极管不适用于大功率信号，这限制了反射型相位调节器在大功率信号场景中的应用。
另一方面，信号传输线能够被用作高功率路径的相位调节器，然而由于电路的布线一旦完成，传输线的长度即被固定，很难再被改变，因此将信号传输线用作相位调节器的应用受到了限制。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种适用于大功率信号的、能够通过选择不同的传输线来实现步进可调的相移的相位调节器。这将是非常有益的。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于大功率信号放大电路的相位调节器，包括：至少两条不同的射频信号传输路径，位于该相位调节器的输入端和输出端之间，其中，各传输路径为通过该路径的射频信号产生不同的相位延迟；以及选择单元，与所述各条传输路径相连，为所述射频信号从所述至少两条传输路径中选择实际通过的传输路径。根据该方面的，使用信号传输线进行相位调节，适合于高功率的应用场景；并且，提供多条传输路径以及选择单元，能够提供可变的相位延迟调节。
进一步地，各条传输路径并联在所述输入端和所述输出端之间，分别对于所述各条传输路径：所述输入端和一第一节点(231，232，......，23n)之间具有第一隔离单元(221，222，......，22n)，用于对在该第一节点接地时，使输入端和该第一节点之间的信号为0；所述输出端和一第二节点(251，252，......，25n)之间具有第二隔离单元(261，262，......，26n)，用于在该第二节点接地时，使输入端和该第二节点之间的信号为0；所述第一节点和第二节点之间具有一定长度的传输线，用于对经过该传输线的射频信号产生相应的相位延迟；各条传输路径的各条传输线具有对应于不同相位延迟的长度。该进一步的实施方式提供了本发明的更加具体的实现方式，具有能通过较大功率(在此文中所述所有方案中通过功率最大)的优点。
或者进一步地，在相位调节器中，还包括3dB正交耦合器(410)，其输入端(411)作为所述相位调解器的所述输入端连接射频输入信号，隔离端(414)作为所述相位调解器的输出端；第一传输线和第二传输线，分别连接该3dB正交耦合器的耦合端(412)和直通端(413)与大地，在所述第一和第二传输线上分别具有至少两个节点(431、432、43N与451、452、45N)；所述射频信号在该耦合端和该第一传输线上的各节点之间的相位延迟(Phase 1、Phase 2、Phase N)分别等于所述射频信号在该直通端和该第二传输线上的相应的节点之间的相位延迟(Phase 1、Phase 2、Phase N)；所述至少两条不同的射频信号传输路径包括与耦合端和直通端至各节点的相应的相位延迟(Phase 1、Phase 1+Phase 2、Phase 1+Phase 2+Phase N)分别对应的、耦合端至相应节点(431、432、43N中的一个)与直通端至相应节点(451、452、45N中的一个)的路径。该进一步的实施方式提供了本发明的更加具体的实现方式，其结构比较紧凑，所需要的传输线材料较少。
根据本发明的另一个方面，提供了一种用于在大功率信号放大电路中调节相位的方法，包括：提供至少两条不同的射频信号传输路径，其中，各传输路径为通过该路径的射频信号产生不同的相位延迟；并且为所述射频信号从所述至少两条传输路径中选择实际通过的传输路径。
通过本发明的方案，能够提供适用于大功率信号的步进式相位调节器，通过控制选择单元实现相位的切换，具有操作简便的优点，并且采用传输线作为相位延迟单元，制造生产成本低。
附图说明
在下文中将参照以下附图仅通过例子更具体地描述本发明的优选实施例：
图1示出了现有技术中使用的相位调节器的电路框图，
图2示出了依据本发明的一个实施例的用于大功率信号放大电路的相位调节器电路框图，
图3A和图3B示出了图2中实施例的相位调节器的隔离单元的替代电路框图，
图4示出了依据本发明的另一个实施例的用于大功率信号放大电路的相位调节器电路框图。
具体实施方式
本发明提供的一种用于大功率信号放大电路的相位调节器，包括：
至少两条不同的射频信号传输路径，位于该相位调节器的输入端和输出端之间，其中，各传输路径为通过该路径的射频信号产生不同的相位延迟；以及
选择单元，与所述各条传输路径相连，为所述射频信号从所述至少两条传输路径中选择实际通过的传输路径。
下面将举例说明该相位调节器的两个实施方式，其中使用不同方式实现至少两条不同的射频信号传输路径以及选择单元。可以理解，本发明的保护范围并不限于此，以不背离权利要求的范围和精神的其他方式实现的至少两条不同的射频信号传输路径以及选择单元都落入本发明的范围内。
图2示出了依据本发明的一个实施例的用于大功率信号放大电路的相位调节器电路框图。如图所示，在RF输入端210和RF输出端270之间具有n条不同的传输路径，其中图示出了其中的3条传输路径，分别是从RF输入端210经过第一隔离单元221、第一节点231、使信号产生的相位延迟为Phase 1的传输线241、第二节点251以及第二隔离单元261到RF输出端270的第一传输路径；从RF输入端210经过第一隔离单元222、第一节点232、使信号产生的相位延迟为Phase 2的传输线242、第二节点252以及第二隔离单元262到RF输出端270的第二传输路径；从RF输入端210经过第一隔离单元22n、第一节点23n、使信号产生的相位延迟为Phase n的传输线24n、第二节点25n以及第二隔离单元26n到RF输出端270的第n传输路径。在RF输入端210和RF输出端270之间的其他传输路径以类似的配置设置，这些不同的传输路径能够使射频信号在通过该传输路径时产生不同的相位延迟。并且，本领域技术人员能够理解，也可以设置其他数量的，例如2条传输路径。
在本实施例中，在各传输路径上，还分别设置有选择单元。各条传输路径上的第一隔离单元221、222、22n分别与连接在第一节点231、232、23n上的选择单元相配合，各条传输路径上的第二隔离单元261、262、26n分别于连接在第二节点251、252、25n上的选择单元相配合，共同起到选择传输路径的作用。
例如，在本实施例中，第一和第二隔离单元均为长度是输入射频信号波长四分之一的传输线，选择单元具体地为PIN二极管Da_1、Db_1、Da_2、Db_2、......、Da_n、Db_n。例如，第一传输路径是对应于使射频信号产生角度为Phase 1+π的相移的。现在为了使输入RF信号产生角度为Phase 1+π的相移，控制电路(未示出)控制需要选择第一条传输路径，则控制电路将第一传输路径上的PIN二极管Da_1和Db_1设置为开路状态，并将其它传输路径上的PIN二极管Da_2、Db_2、......、Da_n、Db_n设置为短路状态。由此能够实现选择了第一传输路径，而其它传输路径均处于可视为开路的状态。
当例如第二传输路径上连接在第一节点232处的PIN二极管处于短路状态时，第一节点232被直接接地。经RF输入端210输入的信号经过四分之一波长传输线的传输，在第一节点处被反射，反射信号和输入信号叠加，得到的最终信号是0，因此在输入端和第一节点之间的信号为0。同样地，第二隔离端262和第二节点处的PIN二极管配合，能够使第二节点252和RF输出端270之间的信号为0。由此，使第二传输路处于可视为开路的状态。而第一传输路径中的PIN二极管均处于开路状态，RF输入端210输入的信号经过第一隔离单元221、第一节点231、使信号产生的相位延迟为Phase 1的传输线241、第二节点251以及第二隔离单元261到RF输出端270。在RF输出端270得到的输出信号比输入端210输入的信号相位延迟Phase1+π。
图3A和图3B示出了图2中实施例的相位调节器的隔离单元的替代电路框图。图2中的隔离单元为长度是输入射频信号波长四分之一的传输线，该隔离单元也可以替换成如图3A所示的π形集总网络或如图3B所示的T形集总网络。该隔离单元与选择单元配合，能够根据实际需要选择相应的传输路径。
图4示出了依据本发明的另一个实施例的用于大功率信号放大电路的相位调节器电路框图。在这一实施例中，有3dB正交耦合器，其输入端411作为所述相位调解器的输入端连接射频输入信号，隔离端414作为所述相位调解器的输出端。该3dB正交耦合器的耦合端412和直通端413分别经过第一传输线和第二传输线与大地相连，在第一和第二传输线上分别具有至少两个节点431、432、433、43N以及451、452、453、45N。在耦合端412和第一传输线上的第一节点431之间的传输线长度等于直通端413和第二传输线上的第一节点451之间的传输线长度，均为使信号产生角度为Phase 1的相移的信号线长度。相应地，所述射频信号在耦合端412和该第一传输线上的各节点之间的相位延迟Phase 1、Phase 1+Phase 2、Phase 1+Phase2+Phase N分别等于所述射频信号在直通端413和该第二传输线上的相应的节点之间的相位延迟Phase 1、Phase 1+Phase 2、Phase 1+Phase2+Phase N。
在本实施例中，包括至少三条不同的射频信号传输路径：与耦合端412和直通端413至各节点的相应的相位延迟Phase 1、Phase1+Phase 2、Phase 1+Phase 2+Phase N分别对应的、耦合端至相应节点(431、432、43N中的一个)与直通端至相应节点(451、452、45N中的一个)的路径。
例如，为使输入RF信号产生角度为π/2-2*Phase 1的相移，控制电路(未示出)可以选择第一条传输路径。具体的，控制电路控制将连接在第一传输线上的第一节点431处的PIN二极管Da_1和连接在第二传输线上的第一节点451处的PIN二极管Db_1设置为短路状态，并将其它节点上的PIN二极管Da_2、Db_2、......、Da_N-1、Db_N-1、Da_N、Db_N设置为开路状态。由此实现了选择与相位延迟π/2-2*Phase 1对应的、一方面经由耦合端412至第一传输线上的第一节点431与另一方面经由直通端413至第二传输线上的第一节点451的路径。
信号从RF输入端411输入，一方面经由耦合端412、第一传输线上的使信号产生的相位延迟为Phase 1的传输线421、节点431；另一方面经由直通端413、第二传输线上的使信号产生的相位延迟为Phase 1的传输线441、节点451，由于二极管Da_1和Db_1均处于短路状态，信号在到达节点431和451之后分别被反射，再次经过使信号产生的相位延迟为Phase 1的传输线421、441之后分别馈入耦合端412和直通端413。在输入端411处，由反射信号产生的信号分量叠加后相互抵消，在隔离端414处，由该反射信号引起的信号分量相互叠加，形成RF输出信号。
类似地，若需要使信号产生π/2-2*(Phase 1+Phase 2)的相位延迟，那么控制电路可以选择第二条传输路径。具体的，控制电路使第一传输线上第二节点432处连接的PIN二极管Da_2以及第二传输线上第二节点452处连接的PIN二极管Db_2处于短路状态，并同时控制其他二极管Da_1、Db_1、......、Da_N-1、Db_N-1、Da_N、Db_N处于开路状态，则能够实现使信号产生π/2-2*(Phase 1+Phase 2)的相移。
可以理解，第一和第二传输线上的节点数量并没有限制，而是可以由本领域的技术人员灵活设置的，例如根据相位调节的粒度来设置。
本领域技术人员还能够想到，用开关等其他能够起到选择信号路径作用的选择单元来实现选择不同的相位延迟，实现步进地调节输入信号的相位。
此外，本发明还包括一种用于在大功率信号放大电路中调节相位的方法，包括：提供至少两条不同的射频信号传输路径，其中，各传输路径为通过该路径的射频信号产生不同的相位延迟；为所述射频信号从所述至少两条传输路径中选择实际通过的传输路径。
进一步地，所述提供步骤包括提供并联的各条传输路径，对于所述各条传输路径：在射频信号的输入端和一第一节点231，232，......，23n之间设置第一隔离单元221，222，......，22n，用于对在该第一节点接地时，使输入端和该第一节点之间的信号为0；在射频信号的输出端和一第二节点251，252，......，25n之间设置第二隔离单元261，262，......，26n，用于在该第二节点接地时，使输入端和该第二节点之间的信号为0；在所述第一节点和第二节点之间设置具有一定长度的传输线241，242，......，24n，用于对经过该传输线的射频信号产生相应的相位延迟；各条传输路径的各条传输线具有对应于不同相位延迟的长度。
更进一步地，所述选择步骤包括：为选择某传输路径，将该路传输路径的第一和第二节点，例如231和251，与地隔离，并将除该路传输路径之外的其他传输路径对应的第一和第二节点接地，例如将232、252、......、23n、25n接地。
此外，本方法还包括：提供3dB正交耦合器，其输入端411连接输入的射频信号，隔离端414作为射频信号的输出端；以及提供第一传输线和第二传输线，分别连接该3dB正交耦合器的耦合端412和直通端413与大地，在所述第一和第二传输线上分别设置至少两个节点431、432、433、43N以及451、452、453、45N；所述射频信号在该耦合端和该第一传输线上的各节点之间的相位延迟分别等于所述射频信号在该直通端和该第二传输线上的相应的节点之间的相位延迟；所述至少两条不同的射频信号传输路径包括该相位延迟分别对应的、耦合端至相应节点与直通端至相应节点的路径。
进一步地，所述选择步骤包括：为选择某相位延迟，将与该相位延迟对应的第一和第二传输线上的相应节点接地，并将其他节点与地隔离。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论如何来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的。此外，明显的，“包括”一词不排除其他元素和步骤，并且措辞“一个”不排除复数。

Claims (15)

1.一种用于大功率信号放大电路的相位调节器，包括：
-至少两条不同的射频信号传输路径，位于该相位调节器的输入端和输出端之间，其中，各传输路径为通过该路径的射频信号产生不同的相位延迟；
-选择单元，与所述各条传输路径相连，为所述射频信号从所述至少两条传输路径中选择实际通过的传输路径。
2.根据权利要求1所述的相位调节器，其特征在于，各条传输路径并联在所述输入端和所述输出端之间，分别对于所述各条传输路径：
所述输入端和一第一节点(231，232，23n)之间具有第一隔离单元(221，222，22n)，用于对在该第一节点接地时，使输入端和该第一节点之间的信号为0；
所述输出端和一第二节点(251，252，25n)之间具有第二隔离单元(261，262，26n)，用于在该第二节点接地时，使输入端和该第二节点之间的信号为0；
所述第一节点和第二节点之间具有一定长度的传输线(241，242，24n)，用于对经过该传输线的射频信号产生相应的相位延迟；
各条传输路径的各条传输线具有对应于不同相位延迟的长度。
3.根据权利要求2所述的相位调节器，其特征在于，所述第一隔离单元包括以下任一项：
长度为待传输射频信号波长的四分之一的传输线；
π形或T形集总网络。
4.根据权利要求2或3所述的相位调节器，其特征在于，所述选择单元包括分别对于各条传输路径的：
将第一节点接地的第一二极管；
将第二节点接地的第二二极管；
5.根据权利要求4所述的相位调节器，其特征在于，所述第一二极管和所述第二二极管是PIN二极管。
6.根据权利要求4所述的相位调节器，其特征在于，还包括：
-控制电路，与所述各第一和第二二极管相连，用于根据相位延迟的实际需求控制所述选择单元从所述至少两条传输路径中选择实际通过的传输路径：
为选择某传输路径，将与该传输路径相连的第一和第二二极管断开，将与除该路传输路径之外的其他传输路径相连的第一和第二二极管导通接地。
7.根据权利要求1所述的相位调节器，其特征在于，还包括：
-3dB正交耦合器(410)，其输入端(411)作为所述相位调解器的所述输入端连接射频输入信号，隔离端(414)作为所述相位调解器的输出端；
第一传输线和第二传输线，分别连接该3dB正交耦合器的耦合端(412)和直通端(413)与大地，在所述第一和第二传输线上分别具有至少两个节点(431、432、43N与451、452、45N)；
所述射频信号在该耦合端和该第一传输线上的各节点之间的相位延迟(Phase 1、Phase 1+Phase 2、Phase 1+Phase 2+Phase N)分别等于所述射频信号在该直通端和该第二传输线上的相应的节点之间的相位延迟(Phase 1、Phase 1+Phase 2、Phase 1+Phase 2+Phase N)；
所述至少两条不同的射频信号传输路径包括与耦合端和直通端至各节点的相应的相位延迟(Phase 1、Phase 1+Phase 2、Phase 1+Phase2+Phase N)分别对应的、耦合端至相应节点(431、432、43N中的一个)与直通端至相应节点(451、452、45N中的一个)的路径。
8.根据权利要求7所述的相位调节器，其特征在于，所述选择单元包括：
分别将该第一传输线上的各节点一一接地的多个二极管(Da_1、Da_2、Da_N)，以及分别将第二传输线的相应节点一一接地的多个二极管(Db_1、Db_2、Db_N)；
9.根据权利要求8所述的相位调节器，其特征在于，所述多个二极管均为PIN二极管。
10.根据权利要求8或9所述的相位调节器，其特征在于，还包括：
-控制电路，与所述各第一和第二二极管相连，用于根据相位延迟的实际需求控制所述选择单元从所述至少两条传输路径中选择实际通过的传输路径：
为选择某相位延迟，将与该相位延迟对应的第一和第二传输线上的相应节点相连的二极管导通接地，将其他二极管断开。
11.一种用于在大功率信号放大电路中调节相位的方法，包括：
提供至少两条不同的射频信号传输路径，其中，各传输路径为通过该路径的射频信号产生不同的相位延迟；
为所述射频信号从所述至少两条传输路径中选择实际通过的传输路径。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述提供传输路径的步骤包括提供并联的各条传输路径，对于所述各条传输路径：
在射频信号的输入端和一第一节点(231，232，23n)之间设置第一隔离单元，用于对在该第一节点接地时，使输入端和该第一节点之间的信号为0；
在射频信号的输出端和一第二节点(251，252，25n)之间设置第二隔离单元，用于在该第二节点接地时，使输入端和该第二节点之间的信号为0；
在所述第一节点和第二节点之间设置具有一定长度的传输线，用于对经过该传输线的射频信号产生相应的相位延迟；
各条传输路径的各条传输线具有对应于不同相位延迟的长度。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述选择步骤包括：
为选择某传输路径，将该路传输路径的第一和第二节点与地隔离，并将除该路传输路径之外的其他传输路径对应的第一和第二节点接地。
14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
提供3dB正交耦合器(410)，其输入端(411)连接输入的射频信号，隔离端(414)作为射频信号的输出端；
所述提供传输路径的步骤提供第一传输线和第二传输线，分别连接该3dB正交耦合器的耦合端(412)和直通端(413)与大地，在所述第一和第二传输线上分别设置至少两个节点(431、432、43N与451、452、45N)；
所述射频信号在该耦合端和该第一传输线上的各节点之间的相位延迟(Phase 1、Phase 1+Phase 2、Phase 1+Phase 2+Phase N)分别等于所述射频信号在该直通端和该第二传输线上的相应的节点之间的相位延迟(Phase 1、Phase 1+Phase 2、Phase 1+Phase 2+Phase N)；
所述至少两条不同的射频信号传输路径包括与耦合端和直通端至各节点的相应的相位延迟(Phase 1、Phase 1+Phase 2、Phase 1+Phase2+Phase N)分别对应的、耦合端至相应节点(431、432、43N中的一个)与直通端至相应节点(451、452、45N中的一个)的路径。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述选择步骤包括：
为选择某相位延迟，将与该相位延迟对应的第一和第二传输线上的相应节点接地，并将其他节点与地隔离。
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