CN1062396C - 控制高频功率放大器工作的方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于控制高频功率放大器的方法和装置，所述装置包括一个高频功率放大器(1)，在高频功率放大器(1)的输入边和输出边之间的反馈线路(C)，接于高频功率放大器(1)的输入边的控制装置(2)并与反馈线路连接，一个取样装置(4)和一个检测装置(5)，接于反馈线路(C)，以及一个开关装置(3)连接于前向线路(B)用于利用一个控制信号(17)将放大器(1)转换到OFF状态。一个具有参考电压馈电(V’_min)的并联环路(D)被连接到反馈线路(C)，所述环路包括一个信号适配器(13)，其传递函数G’(ω)的计算特别对应于由前向线路(B)与反馈线路(C)构成的功率控制回路(A)的传递函数G(ω)在该并联回路(D)的切转点处进行测量。

Description

控制高频功率放大器工作的方法与装置

本发明涉及用于控制高频放大器工作的方法和装置。该方法包括：把待放大信号输入到前向线路中的高频功率放大器，在高频功率放大器输出边产生一从前向线路到反馈线路的一个取样信号，通过一检测器件检测该抽样信号，通过与该高频功率放大器输入边连接的一控制器经由该反馈线路控制该高频功率放大器，并通过关断前向线路的信号使得该高频功率放大器从增益状态变为断开(OFF)状态以及通过接通前向线路的信号使得该高频功率放大器从断开状态变为增益状态。

根据本发明的装置包括：一个与前向线路连接并具有一输入边和一输出边的高频功率放大器，该高频功率放大器的输入边与输出边之间的一反馈线路，与该高频功率放大器输入边连接并与该反馈线路通信的一控制器件，连接到该高频功率放大器的输出边与输入边之间的反馈线路上的取样器件与检测器件，以及连接到前向线路而用于把该高频功率放大器变为断开状态由一控制信号所控制的开关器件。

本方法特别涉及多通道无线电发射机以及如何接通无线电发射机高频功率放大器的发射功率并特别是如何关断该发射功率，而如何使其变为断开状态。无线电发射机的一个例子是应用TDMA系统的GSM移动式电话的基地台无线电发射机，其无线电发射机的高频功率放大器把从调制器所收到的信号在其被输入到天线之前进行放大。

例如在GSM发射机中，技术规范对发射机的操作以及发射功率的接通与关断都作了严格的限制。在功率控制特别是在关断和再切换功率时在具体涉及到功率电平的变化范围而言，要遵从严格的限定值。在GSM根据规范发射时关断发射功率，应能在帧间空闲时隙中减少发射功率至少70dB，实际上为80dB，这可通过减少增益并通过应用RF范围切换器件形成约40dB的衰减，加之由放大器的控制所得到的40dB来实现。上述方法的一个问题在于检测器件的动态范围仅大约为40dB。

基于现有技术的某些方法和装置中，发射功率是通过使用装在放大器输入边功率切换回路中的切换器件而被关断的，但在这种情形下信号通路断开，而检测器输出却保持某种程度的浮动。这产生了在放大器输入边的控制器件中的元件中细节未定义的一种控制信号，这种信号反过来又引起这样的问题，即实际上在发射功率将被再接通时的情况下的一种控制错误。当功率被切断时，控制错误也可能引起衰减的减少。这也限制了检测器与控制器之间的允许最大增益，其最大增益又决定了接通状态下输出功率的精度。一些已知的方法在欧洲专利申请0481524，0546693以及0397444，美国专利5，128，629与WO91/12661中透露。

本发明的目的在于推出用于控制高频放大器工作的新的方法的装置，该方法与装置避免了与已知方法相关的问题。

此目的的达到是通过基于本发明的方法，该方法的特征在于在向OFF状态转变时，除了前向线的信号被关断以外，一个与参考电压相遇的信号适配器通过一个或多个与反馈线路并联的开关装置被接到输入边，该适配器被馈送一个控制装置的控制电压，而反馈送线路在取样信号被检测后的点被加上信号适配器的输出。本发明的装置的特征在于装有参考电压馈电的并联回路与反馈线路连接，该回路包括一信号适配器，该适配器的传递函数被计算定值以对应于由前向线路与反馈线路构成的功率控制回路的传递函数，在该并联回路的切换点处进行测量。

根据本发明的方法与装置是基于以下想法的，在发射机和高频功率放大器处于OFF(断开)状态时，与实际的反馈线路并联配置的附加开关回路能保持该功率开关回路，即功率控制回路，处于准备重新切换功率状态。

利用本发明的方法实现了一些优点，这是由于在根据本发明的方法与开关装置中配置在高频功率放大器输入边并通过反馈线路，例如压控衰减器(VCA)，所控制的控制器件对切断发射功率不会产生有害的反应，这种有害的反应在以往的方法中引起了控制出错，特别是在功率增加或接通时。在本发明的方法中，高频功率放大器的性质不论在增益过程还是在关断或接通功率时都优于已知的方法。本发明的方法提供了较窄的频谱，该频谱峰频偏不大，从而根据本发明的方法能够比以往更好地根据规程的方式接通和切断功率。

以下将参照附图对本发明更详细地说明，这些图是

图1表示根据本发明的装置的一个框图，

图2表示一个时序图示，

图3表示作为控制器件输入电压的一个函数的检测器的输出电压。

图1的装置包括一个由前向线路B和反馈线路C构成的功率开关回路，即功率控制回路A。该装置包括一个与前向线路B连接的高频功率放大器1，与频高功率放大器1的输入边连接的一个控制器件2和用于使得该高频功率放大器变为断开状态的一个开关器件3。控制器件2例如可利用压控衰减器(VCA)来实现，而开关器件3例如又可利用RF开关实现，例如，由这种开关可实现40dB的衰减。标号P(IN)表示该功率开关回路的输入边，向该边输入的待放大信号来自发射机的调制器，标号P(OUT)表示从放大器输出边起始的天线线路。又该装置还包括取样器件4与连接在放大器输出边与输入边之间的反馈线路C的检测器件5。取样器4最好由定向耦合器，诸如微带定向耦合器构成，该取样器由放大器的输出信号生成与该输出信号强度成比例的取样信号6。该取样信号由检测器5检测，该检测器例如可利用二极管所实现的整流器构成。又参见图1，该装置还包括一控制单元8，一加法器9和一个低通滤波器10。

开关器件3可以另外地连接到控制器2的前面，这种情况下控制器2与开关器件3在图2中将有相反的顺序。

用于控制高频功率放大器的操作的方法包括：在前向线路B中输入待放大的信号到高频功率放大器1，通过取样器件4从在高频功率放大器1的输出边的前向线路B向反馈线路C产生取样信号。该方法还包括：通过检测器件5检测取样信号，将被检测的取样信号加到从控制单元8所接收的参考信号11上，通过低通滤波器10对合成信号12进行低通滤波，以及如果必要对高频功率放大器1的增益基于所检测的，被求和的和被滤波的取样信号通过与高频功率放大器输入边连接的控制器件2进行增益控制。该方法是与以上常规状况，即功率开关回路A为工作态并放大输入信号的情况是一致的。

除了以上的事实以外，该装置还包括与反馈线路C连接并包含一信号适配器13的并联回路D，该回路的传递函数G(w)被计算定值以对应于由前向线路B和反馈线路C所构成的功率开关回路A的传递函数G(w)，其测量是在并联回路D的开关点处进行。箭头E表示开关点之间的历程，实际的功率开关回路的传递函数G(ω)从该历程被测量。信号适配器13例如可以是一放大器或一滤波器。

图3表示作为控制器件2的输入电压V_c的函数的的检测器输出电压V_det。图3中，箭头F表示检测器5的动态范围，在该范围的边缘-这种情况下是在下限-控制器件2的输入电压Vc得到值Vmin。从图3可见，控制器件2的输入电压V_c线性地与检测器5的输出电压V_det成比例地变化。信号适配器13被供以参考电压馈电-V’_min，该电压基本上与控制器件2的输入电压V_c的幅度相当或小于它，其测量是在描测器件5在其动态范围的边缘，即在下限G的情况下(Vc=Vmin)进行的。该装置还包括一个第二加法器14，通过该加法器参考电压-V’_min和电压Vc的求合信号，或实际上是差信号被输入到信号适配器13。在一个较佳实施例中，信号适配器13的输入边与输出边通过开关器件15与16被设置成都从反馈线路C断开。信号适配13的输入边的开关器件15的作用是当开关器件3开始切断功率时，信号适配器13的输出为零，于是接通该开关器件16不会引起功率控制回路的任何扰动。而且在正常情形下信号适配器13不会过载。相应地信号，适配器13的输出边的开关器件16的作用是在正常情况下，即在高频功率放大器在开关3接通的工作状态时，信号适配器13，例如一个放大器不会干扰实际的反馈线路C的工作。从图1可见，信号适配器13通过两个开关器件15与16及两个加法器9与14，与包含在反馈线路C中的滤波器件10连接。

当功率被关断时，该方法还包括使得该高频功率放大器1通过在控制单元8中所产生的控制信号而成为断开状态。该高频功率放大器是通过由控制信号17控制开关元件3被变成断开状态的。

该方法包括把高频功率放大器1从增益状态变为断开状态，这是通过由开关器件3关断前向线路的信号而进行的，还包括把高频功率放大器从断开状态变回到增益状态，这是通过由开关器件3接通前向线路的信号而进行的。在转换为断开状态时，除了正在被关断的前向线路的信号之外，信号适配器13通过一个或几个开关器件15，16，与反馈线路C并联地连接到适配器被馈送参考电压V’_min与控制器件2的控制电压V_c的输入边，并且反馈线路D在取样信号检测之后的一点，例如在加法器9中被供以信号适配器13的输出。并联回路D的开关器件15与16由控制信号18与19控制，由此当开关3被打开时，开关15与16被闭合。

在一个较佳实施例中，前向线路B的开关3被打开和反馈线路C的并联回路D的开关15与16被闭合是由根据图1的公用控制单元8进行的，并且明显地由向加法器9输入参考信号，即控制信号1的相同的控制单元8进行的，这样实现了结构上最简单最易实现的方法。图2表示对于各个信号的时序图。最上面的信号S1表示参考信号，即从控制单元8到加法器9的控制信号11。次最高的信号S2表示用于高频功率放大器1之前的开关器件3的控制信号17。第三高的信号表示控制器件2的输入电压V_c。图2中最下面的信号表示输出功率P(OUT)。至于信号S2，用于控制信号18和19的信号S2的电平是与用于控制信号17的信号电平相反的。

在一个较佳实施例中，在前向线路B的信号被关断之前，增益至少被衰减到近乎检测器件5的动态范围的边缘G，在这种情况下切断功率将是一个两阶段措施。上述的衰减是由参考信号11，即控制信号S1的下降部分S11提供的，以此控制器件2将增益衰减。切断功率继续进行，并且这之后信号S2在下落边S22时，开关器件3被控制信号17打开，并且同时，并联回路D的开关器件15与16被控制信号18与19闭合。从图2中的最低信号P(OUT)可以看到两阶段的功率断开。从第三高的信号Vc还呈现控制器件的控制电压的下降，先是下降到值V_min并进而下降到值V’_min。并联回路D与参考电压馈电-V_min使得以下成为可能，即控制器件2的输入电压可保持在值V_min附近，并且即使在其最低也仍然在值V’_min处。开关3将前向线路B的信号关断之后，信号就低于检测器5的动态范围F的边G。

只要控制信号17，即S2，是低的，则功率P(OUT)就保持低态。随着功率被关断，参考电压-V’_min一个值被馈送给信号适配器13，这个值基本对应于进入控制器件2的电压(V_min)的值，这是在检测器在至少近乎其动态范围边界G，即在低限的情况下被测量的。

在信号S2的上升边S23，开关器件3，15与16的位置被转换，由此开关器件3闭合而开关器件15与16因而被打开。在从OFF(断开)状态转换到增益状态时，信号适配器13于是被从反馈线路C中断开，且前向线路B的信号被接通，然后输出功率P(OUT)由开关器件3的衰减值上升。

在一个实施例中，参考电压的值馈送给信号适配器13，该数值比进入到控制器件2的电压数值要小，测量是在检测器件至少在其动态范围的边界G进行的。这使得在OFF状态下较低的输出功率以及在启动阶段功率的上升成为可能，但是在前向线路B的信号已被接通且信号适配器13已从反馈线路C切断之后，从OFF状态到增益状态转换时，增益P(OUT)在与高频功率放大器1的输入侧连接的控制器件2作用下信号S1的上升部分S12过程中带有一个短的时滞M向其最后较高值上升。在时滞M过程中，功率控制回路在一定程度上是开路的，因而参考信号11不会被允许上升得太猛。图2中，竖直线条N的作用只是为了表示时滞M的存在。

在从OFF状态到增益状态转换中，最佳实施例中的过程是，在开关3，15与16的状态改变之后参考信号11，即参考电压S1立即上升，由此功率控制回路操作可以尽可能精确。

虽然本发明已参考附图的例子如上进行了说明，但显然本发明是不限于这些例子的，在所附权利要求中提出的本发明思想的范围内可以多种途径作出修改。

Claims (10)

1．用于控制高频功率放大器操作的方法，该方法包括：

·把待放大的信号输入到前向线路(B)中的高频功率放大器(1)，

·在高频功率放大器(1)的输出边产生从前向线路(B)到反馈线路(C)的取样信号(6)，

·通过检测器件(5)检测取样信号(6)，

·通过连接到高频功率放大器(1)的输入边的控制器件(2)经由反馈线路(C)控制高频功率放大器(1)，

·通过关断前向线路(B)的信号把高频功率放大器(1)从增益状态转变为OFF(断开)状态，

·通过接通前向线路(B)的信号把高频功率放大器(1)从OFF状态转变为增益状态，其特征在于，在转换到OFF状态时，除了前向线路(B)的信号被关断以外，与参考电压(V’_min)通信的信号适配器(13)通过一个或几个开关器件(15，16)与反馈线路(C)并联连接，在该适配器的输入边供给该控制器件的控制电压(VC)，以及反馈线路(C)在取样信号检测之后的一点供以信号适配器(13)的输出。

2．根据权利要求1的方法，特征在于，在前向线路(B)的信号被关断之前，增益至少被衰减到接近检测器件(5)的动态范围的边界(G)。

3．根据权利要求1或2的方法，其特征为，从OFF状态到增益状态的转变时，信号适配器(13)从反馈线路(C)断开且前向线路(B)的信号接通。

4．根据权利要求1，2或3的方法，其特征在于，信号适配器(13)被供以参考电压(V’_min)的量值，这一量值实质上与进入到控制器件(2)的电压(VC)的量值对应，其测量是在检测器件(5)至少接近于其动态范围的边界(G)，最好是在动态范围之内的情况下进行的。

5．根据权利要求1，2或3的方法，其特征在于，信号适配器(13)被供以参考电压(V’_min)的量值，该量值小于进入控制器件(2)的电压(VC)的量，该量值的测量是在该检测器处于至少是接近其动态范围的边界(G)的情况下进行的。

6．根据权利要求3或5的方法，其特征为，在从OFF状态到增益状态转变时，在前向线路(B)的信号已被接通，且信号适配器(13)已从反馈线路(C)断开之后，增益基本是立即通过与高频功率放大器(1)的输入侧连接的控制器(2)以实质上已知的方式增加到其最终较高的值。

7．用于控制高频功率放大器的一种装置，它包括：与前向线路(B)连接并具有输入边和输出边的高频功率放大器(1)，在高频功率放大器(1)的输入边与输出边之间的一反馈线路(C)，连接到该高频功率放大器(1)的输入边并与反馈线路(C)通信的控制器件(2)，连接到该高频功率放大器(1)的输出边与输入边之间的反馈线路(G)上的取样器件(4)与检测器件(5)，以及连接到前向线路(B)用于在控制器信号(17)控制之下把该高频功率放大器(1)转换为OFF状态的开关器件(5)，其特征在于，供以参考电压馈电(V’_min)的并联回路(D)连接到反馈线路(C)上，该回路包括一信号适配器(13)，该适配器的传递函数(G’(w))被计算定值以基本对应于由前向线路(B)与反馈线路(C)所构成的功率控制回路(A)的传递函数(G’(w))其测量是在并联回路(D)的开关点处进行的。

8．根据权利要求7的一种装置，其特征在于，该信号适配器(13)供以基本上与控制器件(2)的输入电压(VC)同等级的振幅或较小振幅的参考电压馈电(V’_min)，测量是在检测器件(5)处于其动态范围的边界(G)的情况下进行的。

9．根据权利要求7或8的装置，其特征在于，信号适配器(13)的输入边与输出边设置为通过开关器件(15，16)都可以反馈线路(C)断开。

10．根据权利要求7，8或9的装置，其特征为，信号适配器(13)与包括在反馈线路中的滤波器件(LF)并联连接。

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