CN1139183C - 功率放大器及其控制电路 - Google Patents

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Abstract

功率放大器包括偏压控制端子、输出转换开关、非线性放大通道和线性放大通道。非线性放大通道包括其增益被设定在预定值的可变增益放大器以及通过用偏压控制电路的输出控制其偏压来放大可变增益放大器的输出的线性放大器和非线性放大器。线性放大通道中，设定线性放大器的增益不变并且通过控制其偏压来调节线性放大器之前的可变增益放大器的增益，从而控制功率放大器的输出电平。通过输出转换开关、根据所需要的系统来选择两种放大通道之一。

Description

功率放大器及其控制电路
技术领域
本发明涉及功率放大器，详细地说，涉及减小了其结构尺寸的功率放大器。
背景技术
两种类型的输出控制系统已经用于传统的功率放大器。在图1中所示的输出控制系统中，保持线性放大器3、4和5的偏压不变，以便保持它们的增益不变，并且在功率放大器1的输入端子6之前设置可编程可变增益放大器2，由可变增益放大器2来改变加到功率放大器1的输入信号的幅度。在如图2中所示的另一种系统中，通过控制线性放大器3、4和5的偏压来改变功率放大器1的增益。
在上述传统的功率放大器的放大方式下，具体地说，在幅度调制方式和相位调制方式下，由于通过改变幅度分量来发送数据，所以，数据压缩期间由功率放大器产生的畸变降低了数据的质量。因此，必须在线性放大范围内使用功率放大器，这降低了功率放大器的效率。这是引起以下问题的严重的事情：必须根据信号的调制方式来选择功率放大器本身，或者因此必须根据信号的调制方式来选择控制系统。
发明内容
本发明的目的是提供一种不需要按照待放大的信号的类型而变化的功率放大器。
为了达到上述目的，本发明提供了一种功率放大器，包括：在至少一个能以一种调制方式放大信号的放大通道中对以相应的调制方式调制的至少一种信号进行功率放大的装置；用于选择性地把接收信号连接到所述相应的放大通道的选择装置；用于控制至少一个子线性放大器的偏压的偏压控制装置；其中，所述放大通道包括：包含第一可变增益放大器和至少一个线性放大器的第一放大通道；和除了所述第一放大通道之外的具有非线性放大器的第二放大通道；所述偏压控制装置包括：用于检测输出功率电平的检测器；以及用于输出输入的控制电压和所述检波器的输出之间的差值的比较器；其中，在所述第一放大通道被连接的情况下，受控于所述偏压控制装置而具有所需要的放大因子的所述第一可变增益放大器的输出加到所述线性放大器，后者被保持在预定的放大因子；以及在所述第二放大通道被连接的情况下，所述第一可变增益放大器的放大因子被保持在不变，且所述第一可变增益放大器的输出加到包括所述线性放大器和所述非线性放大器的一组放大器，所述非线性放大器通过借助由所述偏压控制装置的输出控制的偏压而将所述输入电平放大到所需要的输出电平。
所述功率放大器还可以包括在上述第一可变增益放大器的输入侧从外部附加的第二可变增益放大器，与所述第一可变增益放大器并联地被施加一个偏压。
优选地，对于模拟信号，所述功率放大器包括：把所述第二可变增益放大器的输出设定在饱和状态的装置；在所述第二可变增益放大器输出的输入饱和状态模拟信号被放大之后，降低从所述第一可变增益放大器的输出中的接收频带中的噪声的装置；以及，对于数字信号，所述功率放大器包括：用于放大所述第二可变增益放大器的低于饱和状态的输出的装置；和在所述第二可变增益放大器的被设定在低于所述饱和状态的电平的所述输出被输入之后，在所述第一放大通道中进行放大的装置。
所述功率放大器还可以包括设置在所述第二可变增益放大器和所述第一可变增益放大器之间级间带通滤波器；用于将所述级间带通滤波器的输出连接到一个共用天线上的装置；将所述共用天线的输入连接到接收通道中的一个低噪声放大器的装置。
附图说明
图1是传统的功率放大器的线性放大器的例子，其中，偏压是固定的，而通过调节外部型可变增益放大器的偏压来调节电压。
图2是传统的功率放大器的另一个例子，对于用适合于被非线性放大器放大的调制方式调制的信号，输入端将输入信号保持在不变的电压，并且通过偏压控制电路把偏压加到功率放大器。
图3是根据本发明的功率放大器的第一最佳实施例的电路图。
图4是根据本发明的功率放大器的第二最佳实施例的电路图，并且示出这样的状态，其中，在第一可变增益放大器的外侧设置第二可变增益放大器。
图5是根据本发明的功率放大器的第三最佳实施例的方框图，图中示出一种连接，其中，在根据本发明的第二最佳实施例的功率放大器的第一和第二可变增益放大器之间插入级间滤波器。
具体实施方式
下面将参考附图描述本发明的若干最佳实施例。
图3示出根据本发明的功率放大器的第一最佳实施例的电路图。要求该功率放大器按照待放大的信号的调制方式而具有不同的特性和控制系统。图3中所示的功率放大器1由以下部分构成：非线性放大通道14，它包括可变增益放大器2、线性放大器3和4以及非线性放大器17，并且进行非线性放大；以及线性放大通道15，它包括可变增益放大器2以及线性放大器3和4，并且进行线性放大。图3中所示的功率放大器1借助输出功率转换开关(下文称为POUTSW)10、按照所用的信号的调制方式而把放大通道从非线性放大通道14改变到线性放大通道15，由此进行适合于所用信号的调制方式的功率放大。
此外，功率放大器1具有电源电压端子8、输入信号端子6、输出信号端子7和控制电压端子9，而偏压控制电路18具有检波器13和比较器12，后者用于把检波器13的输出电压和由控制信号输入端子11施加的控制信号进行比较并指示放大电压，并且，用于输出它们之间的差值。
非线性放大通道14包括这样的电路，该电路包含：被设定在给定的增益的可变增益放大器2；线性放大器3和4，可变增益放大器2的输出加到该线性放大器上；以及非线性放大器17，并且，非线性放大通道14通过控制线性放大器3和4以及非线性放大器17的偏压而将输入信号放大到所需要的电平，由此控制功率放大器1的输出。
图3中由开关POUTSW10的实线接头连接的线性放大通道15通过把偏压设定在预定值不变而将线性放大器3和4的增益保持在给定值不变，并且，通过借助于控制偏压而调节设置在线性放大器3前面的可变增益放大器2的增益来改变输入到线性放大器3的输入电平，由此控制功率放大器1的输出电平。
功率输出转换开关POUTSW10按照待放大的信号的调制方式而或者选择非线性放大通道14，或者选择线性放大通道15。
下面描述用以把功率放大器1的输出电平保持在所需要的不变的电平的偏压控制电路18的结构。
偏压控制电路18包括比较器12和检波器13。检波器13检测功率放大器1的输出电压。比较器12把检波器13检测到的输出电压和加在控制信号输入端子11的、用以控制功率放大器1的输出电平的电压进行比较。把被比较的电压之间的差值加到控制电压端子9，以便在非线性放大通道14的情况下控制线性放大器3、4和非线性放大器17的偏压，或者在线性放大通道15的情况下控制可变增益放大器2的偏压，由此把功率放大器1的输出电平保持不变。
下面描述本最佳实施例的操作。通常，在频率调制的情况下，调制信号不受由于压缩而在放大时出现的畸变的影响，因为，调制信号的幅度是不变的。因此，功率放大器甚至可以用于非线性范围，并且功率放大器的效率是高的。
在幅度调制和相位调制的情况下，由于是按照幅度分量的变化来发送数据的，所以，如果在功率放大期间由于压缩而使数据畸变，则降低了数据的质量。因此，必须把功率放大器用于其线性放大的范围内，因此降低了功率放大器的效率。因此，有必要根据调制方式来选择功率放大器的不同的控制系统。
在强调线性特性的调制方式的情况下，例如，通过图1中所示的偏压电路固定线性放大器3和4的偏压、以便保持其增益不变，并且按照实线所示的设置图3中所示的接头，而通过由控制电路经由控制电压端子9施加的偏压来控制可变增益放大器2的输出电平，由此控制功率放大器1的输出电平。
在接受非线性特性的调制方式的情况下，按照虚线所示的设置图3中所示的接头，以便把可变增益放大器2的信号电平保持不变，并且，通过由偏压控制电路18经由控制电压端子9施加的电压来控制线性放大器3和4以及非线性放大器17的偏压控制电压，由此控制功率放大器1的输出电平。
下面参考图3描述电路的操作。
当需要功率放大器1的线性特性时，使用线性放大通道15。就是说，把调制信号加到输入端子6并且加到可变增益放大器2，借助于由偏压控制电路18控制其偏压的可变增益放大器2来把其输出电平调节到适当的输出电平，并且，可变增益放大器2的输出被加到下一级中的线性放大器3，并且由线性放大器3和4放大到输出电平，设置其偏压，以便产生预定的不变的增益，然后从输出端子7输出。
当需要功率放大器1的非线性特性时，使用非线性放大通道14。调制信号被加到输入端子6并且被可变增益放大器2放大，设置可变增益放大器2的偏压以便保持输出电平不变，并且，可变增益放大器2的输出被加到线性放大器3并借助于受偏压控制电路18控制的偏压被线性放大器3和4以及非线性放大器17放大到所需要的输出电平，然后从输出端子7输出。
在两种情况中任何一种情况下，检波器13都检测功率放大器1的输出电压。比较器12把检测到的电压与从控制信号输入端子11施加的、用于调节功率放大器1的输出电平的控制信号比较，并且，把功率放大器的输出和控制信号之间的电压差加到控制电压端子9，以便把功率放大器1的输出电平保持在所需要的电平。
就是说，当需要功率放大器1的线性特性时，由偏压控制电路18加到控制电压端子9的输出电压调节可变增益放大器2的偏压，以便控制其输出，由此对功率放大器1进行输入信号电平控制。当可以利用功率放大器的非线性特性时，将可变增益放大器2的偏压固定，以便保持其输出不变，并且通过借助控制电压端子9连接的电压来调节后级中线性放大器3和4以及非线性放大器17的偏压，由此在整体上对功率放大器1进行偏压控制。
如上所述，通过利用输入信号电平控制和偏压控制的两种放大方法，对于线性特性和非线性特性两者，可以把功率放大器1的偏压设定在最佳偏压点，因此，对于所需要的输出电平，可以改善功率放大器1在效率和线性两方面的特性。
此外，在线性放大的情况下，由于通过控制可变增益放大器2的增益来放大功率并且存在对可变增益放大器2的增益控制范围的限制，所以，可变增益放大器2不能对把增益提高到超过某种限度的请求作出响应。
下面将参考附图对本发明的第二最佳实施例进行详细的描述。
参考图4，在功率放大器1之前设置外部可变增益放大器41，于是，可以通过把增益范围分配给外部可变增益放大器41和功率放大器1中的可变增益放大器2来扩展增益控制范围。
这个最佳实施例具有新的效果：通过把外部可变增益放大器41附加到功率放大器1，可以在扩展的增益控制范围内对功率进行放大。
此外，在传统的双模发射-接收机的结构中，已经难于谋求模拟方式和数字方式两者都保持功率放大器的功率效率并且降低在发射侧产生的接收频带中的噪声。
在模拟方式的情况下，接收频带中由功率放大器产生的噪声会影响接收灵敏度，因此，在接收侧必须显著地降低接收频带中的噪声。
因此，有必要通过设置发射机的功率放大器1的电平图来使功率放大器1工作在增益上升迟钝的饱和状态，并且，使第二可变增益放大器41把足够高的输入功率电平加到功率放大器1。
在数字方式的情况下，由于数据包括幅度分量而需要线性放大，因此，功率放大器不能用于饱和状态。因此，有必要通过把功率放大器1的偏压设定在低于模拟方式情况下的偏压值来改变功率放大器的增益。但是，改变功率放大器的增益以便降低接收频带中的噪声就功率放大器的功率效率来说不是最佳的。
因此，在根据本发明的第三最佳实施例中，如图5中所示，发射-接收机包括：可变增益放大器51，级间滤波器52，功率放大器1，天线共用单元53，天线54以及低噪声放大器55。在本最佳实施例中，级间滤波器52是在功率放大器1之前以带通滤波器的形式设置的，用以去除接收频带中的噪声。
如上所述，在模拟方式下，调制信号必须被放大到最高电平并且被加到设定在具有小增益的饱和状态的功率放大器1，因此，可变增益放大器51的偏压被这样调节，以便可变增益放大器51能够把信号放大到最高电平并加到功率放大器1，并且，可变增益放大器51的偏压被这样调节，以便在具有小的放大因子的饱和状态下放大所述功率，从而降低发送侧接收频带中的噪声。在数字方式下，可变增益放大器51的偏压被调整到正常增益下的电平，并且被加到在比饱和状态低的状态下放大所加的信号的功率放大器1。
如上所述，根据本发明的功率放大器不需要对应于多个模拟和数字系统并且进行了各种修改而成的多个功率放大器。这能够减少功率放大器中元件的数目，并且减小其尺寸。
这是因为根据本发明的功率放大器仅仅具有一个输入端和一个输出端，并且能够按照信号系统的请求转换其中的两种放大通道。
此外，由于能够为多个系统选择适合于多种调制方式的功率放大系统，所以，通过按照调制方式选择功率放大器的最佳放大通道以及通过提供外围控制电路，一个功率放大器就能够满足系统的要求。
这是由于功率放大器包括线性放大通道和非线性放大通道。
此外，为了通过共用功率放大器的控制电路来降低功率放大器的功率消耗，随着系统而定在最佳状态下使用功率放大器并且配备有共用的偏压控制电路。

Claims (4)

1.一种功率放大器，包括：
在至少一个能以一种调制方式放大信号的放大通道中对以相应的调制方式调制的至少一种信号进行功率放大的装置；
用于选择性地把接收信号连接到所述相应的放大通道的选择装置；
用于控制至少一个子线性放大器的偏压的偏压控制装置；
其中，所述放大通道包括：
包含第一可变增益放大器和至少一个线性放大器的第一放大通道；和
除了所述第一放大通道之外的具有非线性放大器的第二放大通道；
所述偏压控制装置包括：
用于检测输出功率电平的检测器；以及
用于输出输入的控制电压和所述检波器的输出之间的差值的比较器；
在所述第一放大通道被连接的情况下，受控于所述偏压控制装置而具有所需要的放大因子的所述第一可变增益放大器的输出加到所述线性放大器，后者被保持在预定的放大因子；以及
在所述第二放大通道被连接的情况下，所述第一可变增益放大器的放大因子被保持在不变，且所述第一可变增益放大器的输出加到包括所述线性放大器和所述非线性放大器的一组放大器，所述非线性放大器通过借助由所述偏压控制装置的输出控制的偏压而将所述输入电平放大到所需要的输出电平。
2.根据权利要求1的功率放大器，其特征在于还包括在上述第一可变增益放大器的输入侧从外部附加的第二可变增益放大器，与所述第一可变增益放大器并联地被施加一个偏压。
3.根据权利要求2的功率放大器，其特征在于：
对于模拟信号，所述功率放大器包括：把所述第二可变增益放大器的输出设定在饱和状态的装置；在所述第二可变增益放大器输出的输入饱和状态模拟信号被放大之后，降低从所述第一可变增益放大器的输出中的接收频带中的噪声的装置；以及
对于数字信号，所述功率放大器包括：用于放大所述第二可变增益放大器的低于饱和状态的输出的装置；和在所述第二可变增益放大器的被设定在低于所述饱和状态的电平的所述输出被输入之后，在所述第一放大通道中进行放大的装置。
4.根据权利要求3的功率放大器，其特征在于还包括设置在所述第二可变增益放大器和所述第一可变增益放大器之间级间带通滤波器；
用于将所述级间带通滤波器的输出连接到一个共用天线上的装置；
将所述共用天线的输入连接到接收通道中的一个低噪声放大器的装置。
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