CN112583426B - 用于调节信号的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本公开的各个实施例涉及用于调节信号的设备和方法。实施例电子设备包括：至少两个天线，用于发送信号；以及至少一个发送路径，发送路径包括：包括功率分配器的第一耦合级；可变增益功率放大器；以及包括功率组合器的第二耦合级。每个耦合级包括两个输入端和两个输出端，第一耦合级的两个输入端被配置为接收功率输入信号。第一耦合级的每个输出端经由可变增益功率放大器被连接到第二耦合级的不同输入端，并且第二耦合级的每个输出端被连接到不同天线。控制器被配置为根据功率输入信号的特性、由天线发送的信号的特性和耦合级的特性来控制可变增益功率放大器的增益。

Description

用于调节信号的设备和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2019年9月30日提交的编号为第1910813号的法国申请的权益，该申请以引用的方式并入本文。
技术领域
本发明的实现和实施例涉及用于发送信息(具体地，用于射频(RF)应用)的电子设备和方法，并且更具体地涉及包括混合耦合器的电子设备和方法。
背景技术
一般来说，用于通过无线电发送信息的电子设备包括发送链，该发送链包括多条发送线，多条发送线中的每条发送线被连接到天线。
每条发送线特别地实行空间滤波或波束成形操作，这些空间滤波或波束成形操作使得有可能控制由电子设备的每个天线发送的信号的相位和振幅，以便在经发送的电磁波之间生成相长干涉或相消干涉。
一般来说，旨在由天线发送的信号穿过发送线，该发送线包括被连接到移相器的第一可变增益放大器以及第一混合耦合级和第二混合耦合级，该第一混合耦合级和第二混合耦合级分别作为功率分配器和作为功率组合器操作，两个级各自包括两个输入端和两个输出端，第一耦合级的每个输出端通过第二可变增益功率放大器被连接到第二耦合级的输入端。
移相器被连接到第一耦合级的第一输入端，且第二输入端被连接到第一镇流电阻器。
第二级的第一输出端被连接到天线，并且第二输出端被连接到第二镇流电阻器。
然而，每条发送线消耗电能以实现空间滤波，特别地，实现第一功率放大器和移相器，电能消耗与设备(天线阵列)的天线的数量成比例。
此外，每条发送线的安装占用了在硅上的空间。
因此，需要提供一种技术解决方案，该技术解决方案使得有可能减少由发送链实现的空间滤波操作的消耗，同时减少由在硅上的链占用的空间。
发明内容
根据一个方面，公开了一种用于基于功率输入信号来调节由至少两个天线发送的信号的方法，两个天线被连接到发送路径，该发送路径包括：第一耦合级，包括90°功率分配器；以及第二耦合级，包括90°功率组合器；以及可变增益功率放大装置，每个耦合级包括两个输入端和两个输出端，第一耦合级的两个输入端接收功率输入信号，第一耦合级的每个输出端经由可变增益功率放大装置被连接到第二耦合级的不同输入端，第二耦合级的每个输出端被连接到不同天线，方法包括根据功率输入信号的特性、根据由天线发送的信号的特性以及根据耦合级的特性确定放大装置的增益。
因此，信号调节在此被理解为是指有助于基于功率输入信号产生由天线发送的信号的步骤。
在发送路径上耦合第一耦合级和第二耦合级的两个输入端和输出端使得有可能在不采用移相器的情况下进行相移并放大由天线发送的信号，从而减少了发送路径的消耗和硅覆盖面积，耦合器作为移相器操作，并且通过调整放大装置的增益来控制相移。
根据一种实现，功率输入信号的特性包括信号的振幅和相移，并且由天线发送的信号的特性包括发送信号相对于参考信号的振幅和相移。
相移相对于参考信号在-35°至+35°的范围内变化。
根据另一实现，耦合级的特性包括针对每个耦合级的损耗系数。
根据又一实现，方法包括：根据功率输入信号的特性、根据由天线发送的信号的特性以及根据耦合级的特性确定相移装置的增益，这些相移装置被连接到第一耦合级的至少一个输入端。
添加相移装置使得有可能将相移扩展到比-35°与+35°之间的范围更宽的范围上。
根据又一实现，方法包括：第一发送路径上的相同增益的第一调整，该第一发送路径被连接到发送形成参考信号的相同信号的两个天线；以及至少一个第二发送路径上的增益中的至少一个第二调整，该至少一个第二发送路径被连接到两个天线，两个天线各自发送信号，该信号相对于参考信号是被相移的。
根据另一方面，公开了一种电子设备，该电子设备包括用于发送信号的至少两个天线以及至少一个发送路径，该发送路径包括：第一耦合级，包括90°功率分配器；以及第二耦合级，包括90°功率组合器；以及可变增益功率放大装置，每个耦合级包括两个输入端和两个输出端，第一耦合级的两个输入端旨在接收功率输入信号，第一耦合级的每个输出端经由可变增益功率放大装置被连接到第二耦合级的不同输入端，第二耦合级的每个输出端被连接到不同天线，电子设备包括控制装置，这些控制装置被配置为根据功率输入信号的特性、根据由天线发送的信号的特性以及根据耦合级的特性控制可变增益功率放大装置的增益。
根据一个实施例，功率输入信号的特性包括信号的振幅和相移，并且由天线发送的信号的特性包括经发送的信号相对于参考信号的振幅和相移。
根据另一实施例，耦合级的特性包括针对每个耦合级的损耗系数。
根据又一实施例，第一耦合级的至少一个输入端包括由控制装置控制的相移装置。
根据又一实施例，可变增益功率放大装置包括两个连接的无源或有源放大装置，每个装置将第一耦合级的输出端连接到第二耦合级的不同输入端。
根据又一实施例，无源可变增益功率放大装置包括至少一个晶体管的阵列。
根据又一实施例，有源可变增益功率放大装置包括至少一个可变增益功率放大器。
根据又一方面，公开了一种并入至少一个设备(诸如上文所描述)的无线通信设备。
附图说明
在检查完全非限制性的实现和实施例的详细描述以及附图时，本发明的其他优点和特征将变得明显，在附图中：
图1是图示出包括毫米射频设备的无线通信设备的示意性框图；
图2是图示出图1的毫米射频设备的实现的框图；
图3是图示出正弦波功率输入信号的图；
图4是图示出图1的毫米射频设备的输出信号的图；
图5是图示出由图1的毫米射频设备的天线发送的信号的图；
图6是图示出被配置为获得期望的相移的可切换晶体管的阵列的示意图；以及
图7是图示出图1的毫米射频设备的另一实施例的框图。
具体实施方式
图1图示了实施例无线通信设备AC，在此例如是蜂窝移动电话，包括至少一个电子设备1，在此例如是毫米射频设备1，作为集成设备产生。
设备1包括相同架构的两个发送路径2和3。
第一发送路径2被耦合到两个天线2a和2b，并且第二发送路径3被耦合到两个天线3a和3b。
设备1包括二乘二天线的阵列。
当然，设备1可以包括一个或两个以上的发送路径，每个发送路径被耦合到两个天线。
发送路径2和发送路径3可以被配置为经由天线2a、天线2b、天线3a和天线3b发送RF信号或接收RF信号。
为了简化和清楚起见，考虑到发送路径2和发送路径3相同，则在下文中仅详细描述第一发送路径2。
第一发送路径2包括可变增益功率放大装置，该可变增益功率放大装置包括放大器级4，该放大器级包括有源元件，例如被并联耦合在第一耦合级7与第二耦合级8之间的可变增益G5的第一功率放大器5和可变增益G6的第二功率放大器6。
第一耦合级7包括第一正交混合耦合器，在此例如是具有附图标记9的90°功率分配器，该90°功率分配器的第一输入端和第二输入端旨在接收功率输入信号Pin，该90°功率分配器的第一输出端被耦合到第一放大器5的输入端11，并且该90°功率分配器的第二输出端被耦合到第二放大器6的输入端12。
在理想情况下，输入信号Pin的功率经由功率分配器9在功率分配器9的第一输出端与第二输出端之间同等地分布，在这些第一输出端与第二输出端之间具有零相移。
第一耦合级7大体上具有例如等于1dB的第一损耗系数η1。
第二耦合级8包括第二正交混合耦合器，在此例如是具有附图标记13的90°功率组合器，该90°功率组合器的第一输入端IN1被耦合到第一放大器5的输出端14，该90°功率组合器的第二输入端子IN2耦合到第二放大器6的输出端15，该90°功率组合器的第一输出端子OUT1被耦合到天线2a，并且该90°功率组合器的第二输出端子OUT2被耦合到天线2b。
设备1还包括控制装置14，这些控制装置被配置为根据功率输入信号Pin的特性、根据由天线2a和天线2b发送的信号S2a和S2b的特性以及根据耦合级7和耦合级8的特性控制每个功率放大器5和功率放大器6的增益。
控制装置14包括例如处理单元，该处理单元被配置为根据功率输入信号Pin的特性、根据由天线2a和天线2b发送的信号S2a和S2b的特性以及根据耦合级7和耦合级8的特性控制每个功率放大器5和功率放大器6的增益，并且处理单元例如通过微控制器实施。
如下文中所图示，在理想情况下，向每个天线2a和天线2b发送的功率等于来自放大器5和放大器6的输出信号的功率的组合，取决于放大器5和放大器6的增益相等或不相等，这相对于输入信号Pin可以是相移的或不相移的。
第二耦合级8大体上具有第二损耗系数η2，该第二损耗系数例如等于第一损耗系数η1。
类似于第一发送路径2，第二发送路径3的功率放大装置包括可变增益G25的第一功率放大器25和增益G26的第二功率放大器26。
当然，控制装置14还被配置为根据功率输入信号Pin的特性、根据由天线3a和天线3b发送的信号S3a和S3b的特性以及根据第二发送路径3的耦合级7和耦合级8的特性控制第二发送路径3的可变增益G25的第一功率放大器25和第二发送路径3的增益G26的第二功率放大器26。
现在参考图2描述设备1的示例实现。
假定功率输入信号Pin是例如正弦波信号，其振幅Ain以零为中心，具有频率Fc，如图3中所示出。
还假定设备1基于功率输入信号Pin发送例如具有频率Fc的输出信号Sout；图4示出了根据相位的输出信号Sout的线谱。
信号Sout包括具有相位Ф的振幅Aout的基波和分别具有相位Ф-φ和Ф+φ的振幅Aout/2的两条线，φ是相对于信号Pin的频率的预定相移。假定天线2a和天线2b发送基波，并且天线3a和天线3b发送相对于振幅Aout的线相移的振幅Aout/2的两条线。
在步骤30中，控制装置14确定第一发送路径2的增益G5和增益G6的值，使得天线2a和天线2b一起发送振幅Aout的参考信号，该参考信号与信号Sout的基波对应。
增益G5和增益G6的值相同，并由以下公式给出：
Figure GDA0003515334900000061
其中log是对数函数。
接下来，在步骤31中，控制装置14确定增益G25和增益G26的值，使得天线3a和天线3b发送分别相对于参考信号相移了+φ和-φ的振幅Aout/2的两条线。
控制装置14确定增益差Gdiff等于：
Figure GDA0003515334900000071
其中log是对数函数，sin是正弦函数，以及cos是余弦函数，并且确定增益G25的值：
Figure GDA0003515334900000072
其中log是对数函数。
然后，控制装置确定增益G26的值：
G26＝G25-Gdiff (4)
图5图示了形成由天线2a和天线2b发送的参考信号的信号S2a和S2b以及由天线3a和天线3b发送的信号S3a和S3b的表示。
在发送路径2、发送路径3上耦合第一耦合级和第二耦合级的两个输入端和输出端使得有可能在不采用移相器的情况下进行相移并且放大由天线发送的信号，从而减少了发送路径的消耗和硅覆盖面积，耦合器作为移相器操作，并且通过调整放大级4的增益来控制相移。
根据发送路径2的另一实施例，可变增益功率放大装置可以包括无源元件，例如由控制装置14控制的可切换晶体管阵列，这些可切换晶体管被配置为获得所期望的相移φ代替可变增益功率放大器，一个晶体管阵列替换了一个可变增益功率放大器。在该情况下，不会放大由天线发送的信号。
图6图示了包括三个晶体管T1、T2和T3的晶体管的阵列32，晶体管的阵列32的栅极被连接到控制装置，晶体管T1和晶体管T2的漏极被彼此连接并且被连接到第一耦合级7的输出端，晶体管T1的源极和晶体管T3的漏极被连接到第二耦合级8的输入端，并且晶体管T2和晶体管T3的源极被连接到根据阵列32的增益值而选择的参考电位Vref。
相对于信号Pin，相移
Figure GDA0003515334900000081
在-35°至+35°的范围内变化。
图7图示了设备1的另一实施例，该实施例使得有可能获得在-35°至+35°的范围之外的相移φ。
该实施例与图1中所公开的实施例的不同之处在于，由控制装置14控制的相移装置33被插入在发送路径2和发送路径3的输入端处。
相移装置33允许信号Pin被预相移。

Claims (20)

1.一种用于调节信号的方法，包括：
通过具有90°功率分配器的第一耦合级的两个输入端接收功率输入信号；
通过所述第一耦合级将所述功率输入信号划分成两个经划分的功率输入信号；
通过相应的可变增益功率放大器，对所述两个经划分的功率输入信号进行放大；
通过具有90°功率组合器的第二耦合级的两个相应输入端接收两个经放大的功率输入信号；
通过所述第二耦合级将所述两个经放大的功率输入信号组合成两个经组合的功率输入信号；
通过相应的不同天线发送所述两个经组合的功率输入信号以提供两个经发送的信号；以及
根据所述功率输入信号的特性、根据所述两个经发送的信号的特性以及根据所述第一耦合级和所述第二耦合级的特性，通过控制器来控制所述可变增益功率放大器的增益。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述功率输入信号的所述特性包括所述功率输入信号的振幅和相移，并且所述两个经发送的信号的所述特性包括所述两个经发送的信号相对于参考信号的振幅和相移。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一耦合级和所述第二耦合级的所述特性包括针对所述第一耦合级和所述第二耦合级中的每个耦合级的损耗系数。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括通过所述控制器控制被耦合到所述第一耦合级的至少一个输入端的至少一个移相器。
5.根据权利要求4所述的方法，还包括根据所述功率输入信号的所述特性、根据所述经发送的信号的所述特性以及根据所述第一耦合级和所述第二耦合级的所述特性来控制所述移相器的增益。
6.根据权利要求1所述的方法，其中：
第一发送路径包括所述第一耦合级、所述相应的可变增益功率放大器以及所述第二耦合级；
所述第一发送路径连接到所述相应的不同天线；并且
所述方法还包括：
通过所述控制器相同地设置所述可变增益功率放大器的所述增益，使得所述两个发送信号是相同的并且一起形成参考信号；
通过至少一个第二发送路径接收所述功率输入信号；以及
通过所述控制器调整在所述至少一个第二发送路径上的至少一个第二增益，所述至少一个第二发送路径被连接到两个第二天线，每个所述第二天线发送相应的第二发送信号，所述第二发送信号是相对于所述参考信号被相移的。
7.一种电子设备，包括：
两个天线，用于发送发送信号；
发送路径，包括：
第一耦合级，包括两个输入端、90°功率分配器和两个输出端，其中所述第一耦合级的所述两个输入端被配置为接收功率输入信号；
两个可变增益功率放大器；以及
第二耦合级，包括两个输入端、90°功率组合器和两个输出端，其中所述第一耦合级的两个输出端分别经由所述可变增益功率放大器被连接到所述第二耦合级的不同输入端，并且其中所述第二耦合级的两个输出端被连接到不同天线；以及
控制器，被耦合到所述可变增益功率放大器，并且被配置为根据所述功率输入信号的特性、经发送的信号的特性以及所述第一耦合级和所述第二耦合级的特性来控制所述可变增益功率放大器的增益。
8.根据权利要求7所述的电子设备，其中所述功率输入信号的所述特性包括所述功率输入信号的振幅和相移，并且其中所述经发送的信号的所述特性包括所述经发送的信号相对于参考信号的振幅和相移。
9.根据权利要求7所述的电子设备，其中所述第一耦合级和所述第二耦合级的所述特性包括针对每个耦合级的损耗系数。
10.根据权利要求7所述的电子设备，其中所述第一耦合级的至少一个输入端包括由所述控制器控制的移相器。
11.根据权利要求10所述的电子设备，其中所述控制器被耦合到所述移相器，并且被配置为根据所述功率输入信号的所述特性、根据所述经发送的信号的所述特性以及根据所述第一耦合级和所述第二耦合级的所述特性来控制所述移相器的增益。
12.根据权利要求7所述的电子设备，其中所述可变增益功率放大器是无源放大器。
13.根据权利要求12所述的电子设备，其中所述无源放大器各自包括至少一个晶体管的阵列。
14.根据权利要求7所述的电子设备，其中所述可变增益功率放大器是有源放大器。
15.一种无线通信设备，包括：
四个天线，用于发送发送信号；
第一发送路径和第二发送路径，每个发送路径包括：
第一耦合级，包括两个输入端、90°功率分配器和两个输出端，其中所述第一耦合级的所述两个输入端被配置为接收功率输入信号；
两个可变增益功率放大器；以及
第二耦合级，包括两个输入端、90°功率组合器和两个输出端，其中所述第一耦合级的两个输出端分别经由所述可变增益功率放大器被连接到所述第二耦合级的不同输入端，并且其中所述第二耦合级的两个输出端被连接到不同天线；以及
控制器，被耦合到所述第一发送路径和所述第二发送路径的所述可变增益功率放大器，其中所述控制器被配置为根据所述功率输入信号的特性、根据相应的所述经发送的信号的特性以及根据相应的所述第一耦合级和所述第二耦合级的特性来控制所述第一发送路径和所述第二发送路径的所述可变增益功率放大器的增益。
16.根据权利要求15所述的无线通信设备，其中所述控制器被配置为：
相同地设置所述第一发送路径的所述可变增益功率放大器的所述增益，使得与所述第一发送路径相关联的所述发送信号相同并且一起形成参考信号；以及
调整所述第二发送路径的所述可变增益功率放大器的所述增益，使得与所述第二发送路径相关联的所述发送信号相对于所述参考信号是被相移的。
17.根据权利要求15所述的无线通信设备，其中所述功率输入信号的所述特性包括所述功率输入信号的振幅和相移，并且其中所述经发送的信号的所述特性包括所述经发送的信号相对于参考信号的振幅和相移。
18.根据权利要求15所述的无线通信设备，其中所述第一耦合级和所述第二耦合级的所述特性包括针对每个耦合级的损耗系数。
19.根据权利要求15所述的无线通信设备，其中至少一个第一耦合级的至少一个输入端包括由所述控制器控制的移相器。
20.根据权利要求19所述的无线通信设备，其中所述控制器被耦合到所述移相器，并且被配置为根据所述功率输入信号的所述特性、根据相应的所述经发送的信号的所述特性以及根据相应的所述第一耦合级和所述第二耦合级的所述特性来控制所述移相器的增益。
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