CN1095251C - 双波段发射机 - Google Patents

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Abstract

在双级功率放大器的输入端、在功率放大器的第一级和第二级之间、在功率放大器的输出端，由激励匹配电路、级间匹配电路和谐波滤波器匹配电路匹配阻抗，用于在一个以上感兴趣的波段。在GSM/DCS双波段无线电话中，当激励匹配电路运行于GSM模式时，匹配电路在900MHz提供低回波损耗，滤出谐波信号；当激励匹配电路运行于DCS模式中时，匹配电路在1800MHz提供低回波损耗，滤出谐波信号。

Description

双波段发射机
本发明通常涉及双波段通信系统，更特别地，涉及双波段发射机中的功率放大器的阻抗匹配电路。
双模发射机能用两种不同系统运行。例如，AM/FM双模发射机能发射调幅和调频信号。对无线电话，双波段发射机能用两不同蜂窝电话系统运行。例如，双波段GSM/DCS无线电话能用运行于900MHZ的全球移动通信系统(GSM)和类似于GSM但运行于1800MHZ的数字通信系统(DCS)。
在任何无线电话中，发射机末级功率放大器应与天线阻抗匹配。另外，发射频率波段的谐波应被抑制以减少与运行在谐波频率的其它通信系统的干扰。用GSM/DCS双波段发射机，难于在900MHZ GSM发射期间抑制第一(1800)MHZ谐波并在DCS发射期间仍通过1800MHZ信号。无线电话功率放大器的输出阻抗应与天线匹配，以便在放大器输出端的阻抗是功率高效放大的优化阻抗。
本发明的目的是提供双波段发射机，具有双波段的功率放大器，它能在发射的第一模式期间抑制谐波频率，且也在发射的第二模式期间适当通过信号，甚至当发射的第二模式信号是在或接近发射的第一模式的谐波频率时，并且有有限的部件和低电流消耗。
本发明提供一种双波段发射机，具有有功率放大器输入阻抗和功率放大器输出阻抗的功率放大器，用于在第一频段或第二频段在饱合模式中的功率有效运行，所述双波段发射机包括：
激励匹配电路，耦合到所述功率放大器的输入端，用于选择地匹配激励匹配电路在所述第一频段或所述第二频段的输出阻抗到所述功率放大器的输入阻抗；和
谐波滤波器匹配电路，耦合到所述功率放大器的输出端，用于选择地匹配所述功率放大器在所述第一频段或所述第二频段的输出阻抗到天线。
三匹配电路使能调制器、功率放大器和无线电话发射机天线，激励匹配电路匹配在调制器输入端的阻抗到在功率放大器输入端的阻抗，用于双波段发射机的两个模式。级间匹配电路有开关，以在不同工作波段期间匹配功率放大器的第一级和第二级之间的阻抗。最后，谐波滤波器匹配电路用开关在不同工作波段期间匹配阻抗并调整组合滤波器的滤波器通带和匹配电路。
本发明的优点是：具有良好的阻抗匹配在一个以上频率波段有效放大和发射信号，同时抑制第一、第二和高阶谐波。
附图描述
图1示出根据优选实施方案有匹配电路的通信系统图；
图2示出根据优选实施方案的激励器匹配电路图；
图3示出根据优选实施方案的两级功率放大器图；
图4示出根据优选实施方案的谐波滤波器匹配电路图；
图5示出根据优选实施方案在GSM模式中，在谐波滤波器匹配电路的输出端的回波损耗信号和衰减信号图；
图6示出根据优选实施方案在DCS模式中，在谐波滤波器匹配电路的输出端的回波损耗信号和衰减信号图。
图1示出根据优选实施方案有匹配电路125、134、140的通信系统100的图。示出的通信系统100是有手机无线电话101和基站收发信机190的蜂窝通信系统，然而，可替代以不同的通信系统，如调制器/解调器(MODEM)、寻呼系统、或双向无线电系统。无线电话101是双波段GSM/DCS无线电话，然而，有恒包络调制方案的其它发射模式能替代GSM模式，或DCS模式或两个都替代。其它恒包络调制通信系统包括：先进移动电话服务(AMPS)和ETACS(欧洲总接入蜂窝系统)，它们用调频(FM)，和用高斯最小移频键控(GMSK)的个人通信系统(PCS)1900，如GSM和DCS一样。发射模式也可相加以产生三模式或四模式无线电话。
无线电话101包括麦克风105，用于获取音频信号。在双波段发射机110中，音频信号由语音编码器115编码，且发送到调制器120。根据使用中的模式，调制器120混频编码的信号，在GSM中到900MHZ，在DCS中，到1800MHZ。激励匹配电路125包括双极结晶晶体管(BJT)，并匹配在BJT输出端的约50欧姆阻抗到在功率放大器130输入端的约7欧姆阻抗，用于感兴趣的频段，它根据使用中的模式为900MHZ和1800MHZ。功率放大器130优选砷化镓(GaAs)场效应晶体管(FET)双级放大器，有第一级132和第二级136。然而，其它类装置，如硅BJT或硅FET能替代GaAsFET。两级之间是级间匹配电路134，它基于使用中的模式优化在900MHZ或1800MHZ的阻抗匹配。在功率放大器130的输出端，它有约8-10欧姆的阻抗且有时基于使用中的发射模式变化，谐波滤波器匹配电路140匹配输出的信号到在感兴趣的频段的天线155的约50欧姆，和滤波输出第一、第二和高阶信号谐波。由激励匹配电路125和谐波滤波器匹配电路140呈现在功率放大器输入端和功率放大器输出端的匹配阻抗决定功率放大器的效率。
发射的信号由互补收发信机190如GSM蜂窝基站通过天线195接收。DCS基站也与GSM/DCS无线电话101匹配，且其它收发信机与PCS、AMPS或ETACS双模无线电话匹配。来自基站收发信机190的信号从基站的天线195发射，且由无线电话101的天线155接收。无线电话101中的双工器150控制天线155正发射或接收信号。接收的信号通过双工器150被传送到接收机160。在接收机160中，射频(RF)接收机165准备用于解调的信号，解调器170解调信号，语音解码器175解码解调的信号到音频格式，用于在扬声器180的再生。
图2示出根据优选实施方案的激励匹配电路125的图。当900MHZ GSM信号从调制器120(示于图1)出现时，激励匹配电路125的特定部件控制阻抗响应以实现在900MHZ的功率放大器的匹配并拒绝其它频率，相似地，当1800MHZ DCS信号来自调制器120时，不同的部件控制激励匹配电路125的阻抗响应，以产生在1800MHZ的良好匹配，而在其它频率产生差匹配。
调制器120用有电阻205和电阻207的电阻缓冲器与功率放大器130(示于图1)隔离。1PF电容215也连接地到BJT210的基极。BJT210被用于在信号进入功率放大器130(示于图1)之前放大变换调制的信号的阻抗。BJT的输出端约在50欧姆。1/4波长传输线220连接BJT210的集电极到恒压源VB2。这个传输线220当调制的信号在900MHZ时作用为电感，当调制的信号在1800MHZ时为开路。68PF电容225连接在恒压源VB2和地之间，且电阻227与传输线220并联。电阻227通过当传输线220作为开路时提供阻性终端稳定BJT。4.7PF电容230也连接到BJT210的集电极，它作为隔直流(DC)元件且在900MHZ作为阻抗变换元件。两传输线240、250从电容230连接信号到激励匹配电路125的输出端，它连接到功率放大器130(示于图1)。两传输线240、250之间是到地的1.5PF电容。
在运行期间，当900MHZ GSM调制的信号进入到激励匹配电路125的输入端时，传输线220的电感和电容230控制激励匹配电路125的阻抗，以在功率放大器130(示于图1)的约7欧姆输入阻抗产生在900MHZ的良好匹配。激励匹配电路125中的其它元件在1800MHZ频段在阻抗上的作用可忽略。换言之，传输线220的电感和电容230作为也可变换低频信号的高通滤波器。
当1800MHZ DCS调制的信号进入激励匹配电路125时，传输线220开路，且两传输线240、250的电感和电容245控制激励匹配电路125的阻抗，以在功率放大器130(示于图1)的约7欧姆输入阻抗产生在1800MHZ的良好匹配。在这种情况，传输线220和电容230在900MHZ频段在阻抗上的作用可忽略。两传输线240、250的电感和电容245作为也变换高频信号的低通滤波器。
图3示出根据优选实施方案的两级功率放大器130的图。级间匹配电路134匹配两级功率放大器130的第一级132和第二级136间的阻抗。级间匹配电路134根据所用发射模式优化在900MHZ或1800MHZ的阻抗。
两金属半导体场效应晶体管(MESFET)被用作为功率放大器130中的功率放大级132、136。替代MESFET之物包括硅BJT，硅MOSFET和异质结双极晶体管(HBT)。两级132、136之间是15PF电容325，在第一级132的源极是连接到电压源VB3的3nH小电感325。两级132、136、电感335和电容325被集成在芯片310上。芯片310之外，2.7PF电容340连接在电感335与电压源VB3之间。1000PF电容350也被连接到电压源VB3，有二极管370从电容350连接到地。有输入节点365的1.5K欧姆电阻360连接在电容350和二极管370之间。
当电压源被连接到输入节点365，二极管370导通，且1000PF电容350控制级间匹配电路134的阻抗。电容值被计算，以使当输入节点365连接到2.7V正电压源时，来自功率放大器130的第一级132的900MHZ GSM信号与功率放大器130(示于图1)的第二级136阻抗匹配。当0、负或悬浮电压源被连接到输入节点365时，2.7PF电容340和3nH电感335和电容350控制级间匹配电路134的阻抗，然后，级间匹配电路134匹配1800MHZ DCS信号到功率放大器130(示于图1)的第二级136。因此，加于输入节点365的电压源是GSM/DCS模式选择电压，当无线电话101在GSM模式时，电压加于输入节点365，且当无线电话101在DCS模式时，电压不加于输入节点365。
图4示出根据优选实施方案谐波滤波器匹配电路140的图。谐波滤波器匹配电路140用阻抗匹配和低通滤波，以在GSM模式发射期间通过900MHZ信号且抑制1800MHZ、2700MHZ、3600MHZ和高阶谐波，在DCS发射期间通过1800MHZ信号且抑制2700MHZ、3600MHZ和高阶谐波。
功率放大器130(示于图1)的输出端通过第一传输线410连接到电压源VB4。传输线410优选在2700MHZ的半波长传输线。100PF电容412也连接到电压源VB4。
一组传输线420、430、440、450被串联连接到功率放大器130的输出端。在每个传输线的端点是从约3PF电容422、442、452、482通过二极管415、425、435、445到地的连接。当二极管截止时，每个二极管415、425、435、445的电容增加固定的并联电容于开关电容422、442、452、482。额外的1.8PF电容432与第一电容422和二极管415对并联。
这个结构能被描绘为四低通匹配节级联。包括传输线420、430、440的前三节的电抗，可用二极管415、425、435开关。每个电容和二极管对之间是连接到节点465的1.5K欧姆电阻416、426、436、446，节点465控制前三节的开关。100PF电容连接节点465和地。另外1PF或较小的电容462、472、492、414、424提供对900MHZ GSM和1800MHZDCS信号的2700MHZ、3600MHZ和高阶谐波的衰减。包括传输线450的最末节的电抗是固定的。这个最末节抑制当二极管415、425、435截止时由它们产生的3600MHZ谐波。
当2.7V正电压源被加于节点465，二极管415、425、435、445导通，且约3PF电容422、442、452、482和在二极管415、425、435、445中的固有电感滤出1800MHZ信号。因此，用于级间匹配电路134(示于图3)的GSM/DCS模式选择电压也能用于控制谐波滤波器匹配电路140的运行。当无线电话101在GSM模式中时，正电压被加于节点465，且当无线电话101在DCS模式中时，0、负、或悬浮电压被加于节点465。当通过节点465选择GSM模式时，由在1800MHZ、2700MHZ和3600MHZ谐波频率及其它高阶谐波频率的信号衰减，谐波滤波器匹配电路140的运行提供在900MHZ的阻抗匹配。然而，当选择DCS模式时，谐波滤波器匹配在1800MHZ，且提供从2700MHZ及3600MHZ和高阶谐波频率开始的信号衰减。
图5示出根据优选实施方案在GSM模式中，在谐波滤波器匹配电路140(示于图1)的输出端的回波损耗信号540和衰减信号550的图。图的X轴510以MHZ测量频率，图的Y轴520以dB测量衰减。回波损耗信号540在900MHZ有明显低的回波损耗信号，这指示在900MHZ GSM频段的良好阻抗匹配。在900MHZ，衰减信号550也接近0dB，这以全功率通过900MHZ信号。同时，在1800MHZ、2700MHZ和3600MHZ，衰减信号550降低，以阻尼900MHZ信号的谐波。
图6示出根据优选实施方案，在DCS模式中，在谐波滤波器匹配电路140(示于图1)的输出端的回波损耗信号640和衰减信号650的图。图的X轴610以MHZ测量频率，图的Y轴620以dB测量衰减。回波损耗信号640在1800MHZ有明显低的回波损耗信号，这指示在1800MHZ DCS频段的良好阻抗匹配。在1800MHZ，衰减信号650也接近0dB，这非常不同于谐波滤波器匹配电路用于GSM模式时的衰减信号特性。衰减信号650在2700MHZ和3600MHZ仍降低以阻尼1800MHZ信号。
根据用于双模无线电话101的系统，激励匹配电路125、级间匹配电路134和谐波滤波器匹配电路140的部件值能被调整，以仅在感兴趣的频段匹配。在三个匹配电路内的传输线也可由电感代替，以减少尺寸和便于制造在集成电路上。
激励匹配电路用阻抗特性，以便于双模发射机的调制器输出端与功率放大器输入端在一个以上感兴趣的频段的匹配。激励匹配电路内的阻抗特性根据输入信号的频段改变。级间匹配电路134用开关加部件，它根据双模发射机所用的模式改变在两级功率放大器的第一级和第二级之间的级间匹配电路的匹配特性。谐波滤波器匹配电路140也用开关加部件，以根据双模发射机所用的模式改变功率放大器的输出端和天线的输入端间的谐波滤波器匹配电路的匹配特性和滤波器特性。
因此，根据使用中的模式，三匹配电路用非常少的额外部件对双模发射机提供在一个以上感兴趣的频段的匹配，且滤出不希望的谐波。上文描绘了用于双波段功率放大器的阻抗匹配的特定部件和功能，本领域的技术人员在本发明的精神与范围内能用更多或更少的功能。本发明由所附权利要求限定。

Claims (9)

1.双波段发射机，具有有功率放大器输入阻抗和功率放大器输出阻抗的功率放大器，用于在第一频段或第二频段在饱合模式中的功率有效运行，所述双波段发射机包括：
激励匹配电路，耦合到所述功率放大器的输入端，用于选择地匹配激励匹配电路在所述第一频段或所述第二频段的输出阻抗到所述功率放大器的输入阻抗，
该激励匹配电路具有：第一传输线，耦合在电压源和第一晶体管输出端之间，第一电容，耦合在所述电压源和第二传输线之间，第二电容，耦合在所述第二传输线和地之间，和第三传输线，耦合在所述第二传输线和所述功率放大器之间；以及
谐波滤波器匹配电路，耦合到所述功率放大器的输出端，用于选择地匹配所述功率放大器在所述第一频段或所述第二频段的输出阻抗到天线。
2.如权利要求1所述的双波段发射机，其中，所述功率放大器是两级功率放大器，包括：
第一级，有第一级输入阻抗和第一级输出阻抗，用于在第一频段或第二频段在饱和模式的功率有效运行；
第二级，耦合到所述第一级，有第二级输入阻抗和第二级输出阻抗，用于在第一频段或第二频段在饱合模工的功率有效运行；和
级间匹配电路，耦合在所述第一级和所述第二级之间，用于选择地匹配所述第一级在所述第一频段或所述第二频段的输出阻抗到所述第二级输入阻抗。
3.如权利要求2所述的双波段发射机，其中，所述级间匹配电路包括：
第一电容，耦合在所述第一级和所述第二级之间；
电感，耦合在所述第一级输出端和电压源之间；
第二电容，耦合在第一晶体管输出端和地之间；
第三电容，耦合在所述电压源和地之间；和
开关，用于当选择所述第二频段时，从所述电压源不耦合所述第三电容。
4.如权利要求1所述的双波段发射机，其中所述第一传输线在所述第二频段是1/4波长传输线。
5.如权利要求1所述的双波段发射机还包括：
阻性通道，并联于所述第一传输线；和
第三电容，耦合在所述电压源和地之间。
6.如权利要求1所述的双波段发射机，所述谐波滤波器匹配电路包括：
第一能开关的低通匹配节，有第一电感、第一电容和第一开关；和
固定的低通匹配节，有固定的电感和固定的电容。
7.如权利要求6所述的双波段发射机，其中所述第一开关是耦合在所述第一电容和地之间的第一二极管。
8.如权利要求6所述的双波段发射机，还包括：
第二能开关的低通匹配节，耦合在所述第一能开关的低通匹配节和所述固定的低通匹配节之间，有第二电感、第二电容和第二开关。
9.如权利要求8所述的双波段发射机，其中所述第二开关是耦合在所述第二电容和地之间的第二二极管。
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