CN1183666C - 差频阻抗变换电路以及在功率放大器系统中提供其的方法 - Google Patents

Abstract

用于功率放大器的差频阻抗变换电路改变在一个频率上呈现给功率放大器的输入端的阻抗，该差频是在接收和发射频率范围之间的差值的函数。所以，差频阻抗变换电路可以减小在差频上的噪声，该噪声否则与发射频率相混合，产生在接收频率范围中的噪声。具体地，差频阻抗变换电路可以包括第一电路，它把第一信号引导到功率放大器的输入端。第二电路被电耦合到功率放大器的输入端，以及改变在差频上呈现给功率放大器的输入端的阻抗。还揭示了相关的功率放大器系统、无线用户终端、以及方法。

Description

差频阻抗变换电路以及 在功率放大器系统中提供其的方法

                        发明领域

本发明总的涉及放大器领域，更具体地，涉及无线用户终端中的功率放大器。

                        发明背景

运行在无线通信系统(诸如CDMA IS-95或AMPS IS-19)中的无线电话可以使用功率放大器(PA)放大信号，该信号通过无线电话天线被发送到通信系统。无线电话也可以通过天线接收来自系统的信号，这些信号被提供到无线电话的接收机。

某些无线电话包括双工器，它使得无线电话能够使用同一个天线来发送和接收各自的信号。例如，由发射机产生的、并由PA放大的信号可以通过双工器经过天线被发送，以及经过天线接收的信号可通过双工器被提供到接收机。不幸地是，由PA产生的信号中的噪声可能在双工器中被耦合到接收的信号。包括由PA产生的噪声的接收信号然后被提供到接收机，这会造成接收机灵敏度的降低。

某些传统的无线电话通过使用对接收频段具有低噪声规范的PA，来减小被包括在提供给接收机的信号中的噪声。因此，不满足要求噪声性能准则的、但具有其它想要的特性的某些PA可能被排除在外，不被采用。因此，需要例如进一步改进无线电话的噪声性能。

                        发明概要

所以，本发明的一个目的是允许运行在无线通信系统内的改进的用户终端。

本发明的另一个目的是允许运行在无线通信系统内的用户终端的改进的噪声性能。

本发明的这些和其它目的可以通过差频阻抗变换电路而达到，该电路改变在差频上呈现给功率放大器的输入端的阻抗，该差频是在接收和发射频率范围之间的差值的函数。具体地，差频阻抗变换电路可以包括第一电路，它把第一信号引导到功率放大器的输入端，以及第二电路，它改变在差频上呈现给功率放大器的输入端的阻抗，其中该差频是在接收频率范围和发射频率范围之间的差值的函数。按照本发明，减小带外频率的噪声导致在双工器中被耦合到接收信号的、和被传送到接收机的减小的噪声。这可以允许使用某些具有较差的噪声性能的功率放大器装置，而同时减小可能被耦合到接收机的噪声。相反，在传统的系统中，差频可以与发射频率进行混频，产生在接收频率范围中的噪声。

按照一个实施例，差频阻抗变换电路在差频上提供给功率放大器的输入端的阻抗大于在发射范围的频率上提供的阻抗。在按照本发明的另一个实施例中，在差频上提供给功率放大器的输入端的阻抗小于在发射范围的频率上提供的阻抗。

在使用AMPS IS-19的、按照本发明的一个实施例中，发射频率范围约为824MHz到849MHz，以及接收频率范围约为869MHz到894MHz，以及差频约为45MHz。在使用CDMA IS-95的、按照本发明的一个实施例中，发射频率范围约为1850MHz到1910MHz，以及接收频率范围约为1930MHz到1990MHz，以及差频约为80MHz。

按照本发明的另一个方面，功率放大器装置包括第一功率放大器级，具有至那里的第一输入端和第一输出端，以及第二功率放大器级，具有被电耦合到第一输出端的第二输入端，其中第一信号被电耦合到第二输入端。

差频阻抗变换电路改变在某些频率上呈现给第二级的输入端的阻抗，该频率是接收频率范围与发射频率范围之间的差值的函数。具体地，如果在第一级的输出端存在噪声，则第二带外电路可以改变对于约等于接收频率范围与发射频率范围之间的差值的频率上的阻抗。而且，本发明可以通过使用包括两级以上的功率放大器装置被实施。例如，在再一个实施例中，第三带外电路可被电耦合到功率放大器装置的第三级的输入。

                       附图简述

图1是显示按照本发明的无线电话的实施例的方框图。

图2是由在无线通信系统内通信的无线电话使用的发射频率和接收频率的曲线图。

图3是显示按照本发明的收发信机一部分的实施例的方框图。

图4是显示图3所示的差频变换电路的实施例的方框图。

图5A是被包括在图4所示的差频变换电路中的带外电路和带内电路的实施例的电路示意图。

图5B是显示功率放大器系统的噪声性能的比较测量值的曲线图。

图6是显示按照本发明的功率放大器系统的第二实施例的方框图。

                  优选实施例详细描述

此后参照附图更全面地描述本发明，图上显示本发明的优选实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式来体现，所以不应当被认为限于这里阐述的实施例；而是这些实施例被提供来使得本揭示内容是透彻和全面的，以及把本发明的范围充分传达给本领域技术人员。在全文中，相同的数字是指相同的单元。

正如本领域技术人员将会看到的，本发明可被体现为方法或设备。因此，本发明可以取完全的硬件实施例的形式，或完全的软件实施例，或组合软件和硬件方面的实施例。虽然本发明在这里是参照无线电话描述的，但将会看到，本发明可以运行在无线通信系统内的任何用户终端实行。正如这里使用的，术语“噪声”包括具有不想要的分量的信号，诸如热噪声，散粒噪声，闪烁噪声或寄生信号。

图1是按照本发明的无线电话101的实施例的方框图。无线电话101可被使用来在无线通信系统内通信。

无线通信系统通常被利用来为用户提供话音和数据通信。例如，模拟蜂窝无线电话系统(诸如被称为AMPS，ETACS，NMT-450，和NMT-900的那些无线电话系统)很早就已被成功地部署在全世界。数字蜂窝无线电话系统(诸如遵从北美标准IS-54和欧洲标准GSM的那些无线电话系统)自从十九世纪九十年代前期以来已提供服务。最近，已引入各种各样的无线数字业务，广义地被称为PCS(个人通信业务)，包括遵从诸如IS-136和IS-95标准的先进数字蜂窝系统，诸如DECT(数字增强无绳电话)的较低功率系统和诸如CDPD(蜂窝数字分组数据)的数据通信业务。

如图1所示，无线电话101包括键盘110，它可被使用来提供加到无线电话101的输入。键盘110可包括多个按键，它们在被按压时提供加到无线电话101的输入。例如，当用户希望在通信系统中发起呼叫时，用户可以按压相应于要被拨打的号码的一系列按键。在呼叫期间，用户可以向话筒145讲话，它使得无线电话101产生通信信号，这些信号从无线电话101被发送。用户可以从扬声器160收听，扬声器产生音频信号，这些音频信号是由无线电话101根据在呼叫期间由无线电话101接收的通信信号生成的。无线电话101经过收发信机140通过天线159发送和接收通信信号。

在运行期间，用户可以查看无线电话101的显示器156，看到与无线电话101的运行有关的信息，诸如字符或数字。例如，显示器156可以是黑白液晶显示器(LCD)，它显示例如由用户输入的电话号码或被存储在无线电话101中的名字。显示器156也可以结合键盘110一起使用，诸如当用户拨打号码发起呼叫时。

处理器103提供通信信号到收发信机140进行发送，以及从收发信机接收通信信号，供接收用。例如，当用户向话筒145讲话时，处理器103提供通信信号到收发信机140，以及处理器103接收来自收发信机140的通信信号，以便通过扬声器160再现音频。处理器103可以产生字符在显示器156上显示。例如，当用户在键盘110上输入电话号码时，处理器103可以产生这些号码，供显示用。字符也可以由字符生成器(未示出)生成。话筒145、扬声器160、键盘110、和显示器156被耦合到控制无线电话101的运行的处理器103。

收发信机140包括发射机142，它包括功率放大器系统141，放大发送信号，用于在发射频率范围中的一个发射频率上通过双工器143经过天线159从无线电话101发射。双工器143也把在接收频率范围中的接收频率上经过天线159接收的通信信号提供给与处理器103通信的接收机144。例如，在AMPS IS-19中，发射频率范围约为824MHz到849MHz，以及接收频率范围约为869MHz到894MHz，如图2所示。将会看到，收发信机140可包括被包含在传统的收发信机(这里未示出)中的其它部件。

双工器143可包括例如各个发送和接收带通滤波器。发送带通滤波器可以允许具有发射频率范围中的一个频率的信号传送到天线159，以便发射。接收带通滤波器可以允许具有接收频率范围中的一个频率的信号从天线159传送到接收机144。例如，在AMPS IS-19中，发送带通滤波器将具有在约824MHz与849MHz(发射频率范围)之间的一个频率的信号传送到天线159，以便发射，而接收带通滤波器可以将具有在约869MHz与894MHz之间的一个频率的信号从天线159传送到接收机144。

由于双工器143的非理想性，从功率放大器系统141传送到天线159的信号中的某些频率可被耦合到被传送到接收机144的信号。例如，如果功率放大器系统141把具有在发射频率范围以外(带外)的一个频率的噪声与在发射频率范围中(带内)的信号相混合，则最终的混合的信号可包括大约等于带外频率与带内频率的和值的一个频率。例如，如果功率放大器运行在非线性模式，则混合可以在功率放大器中出现。

噪声可以由功率放大器系统141或无线电话101中的其它部件产生。由功率放大器系统产生的噪声可能是由于在功率放大器系统141中使用的部件的类型而引起。例如，砷化镓异质结双极晶体管(HBT)比起其它类型的技术(诸如GaAs MESFET)发送更多的噪声。

而且，如果带外频率约等于发射和接收频率范围之间的差值(即差频Δf)，则由功率放大器系统141提供给双工器143的某些信号可以是处在接收频率范围，如上所述，它们可以通过双工器143被耦合到从天线159接收的信号，以及被提供给接收机144。因此，接收机144会通过双工器143接收到来自功率放大器系统141的不想要的信号。例如，在AMPS IS-19中，差频约为45MHz。所以，如果PA把45MHz频率与在发射频率范围中的发送信号相混合，则最终的信号可以包括接收频率范围中的频率。

图3是按照本发明的收发信机140一部分的实施例的方框图。按照图3，带通滤波器305把在发射频率范围的发送信号通过差频阻抗变换电路310传送到功率放大器(PA)装置315的输入端。PA装置315放大由带通滤波器305通过差频阻抗变换电路310传送的发送信号，以便把放大的发送信号通过隔离装置320提供到双工器143。隔离装置320可以减小反射回PA装置315的功率量，这个反射功率否则会损坏PA装置315。

按照本发明，差频阻抗变换电路310可以改变在一个频率上呈现给功率放大器装置315的输入端的阻抗Zs，这个频率是接收频率范围与发射频率范围之间的差值(即，差频Δf)的函数。例如，在AMPS IS-19中，接收与发射频率范围之间的差值约为45MHz。所以，差频阻抗变换电路310改变在约45MHz(即，差频Δf)上呈现给PA装置315的输入端的阻抗。正如这里使用的，术语“阻抗”是指复数阻抗的幅值。

由此，本发明可以减小在不同的频率上的噪声，这些噪声否则可以与带内频率相混合，产生在接收频率范围中的噪声。因此，本发明可以允许某些功率放大器装置(诸如使用GaAs HBT的PA装置)被使用，而同时减小否则可被耦合到接收机的噪声。

在一个实施例中，例如在差频上被提供到PA装置315的输入端的阻抗大于被提供给发射频率范围中的频率的阻抗。例如，在发射频率范围上呈现给PA装置315的输入端的阻抗可以是约为50欧姆，以及在差频上呈现给PA装置315的输入端的阻抗可被改变到约为100欧姆。换句话说，在差频上呈现给PA装置315的输入端的阻抗可以大于50欧姆，但小于在不存在差频阻抗变换电路310时呈现给PA装置315的输入端的阻抗。

在按照本发明的另一个实施例中，在差频上提供到PA装置315的输入端的阻抗小于提供给在发射频率范围中的频率的阻抗。例如，在发射频率上呈现给PA装置315的输入端的阻抗可以是约为50欧姆，以及在差频上呈现给PA装置315的输入端的阻抗可被改变到几个欧姆。例如，如果在PA装置315的输入端存在噪声，则差频阻抗变换电路310可以改变阻抗Zs以便在约等于接收与发射频率范围之间差值的频率上提供相对较低的阻抗通道给参考电压电平V₀，诸如地或另一个参考电平。

与本发明相反，传统的功率放大器系统可以在差频上向功率放大器的输入端呈现以等同于开路的阻抗。例如，在传统的功率放大器系统中，在差频上呈现给PA的输入端的阻抗可以是带通滤波器的输出阻抗(基本上开路)。所以，传统的系统不提供这样的阻抗，通过它可以减小在差频上的噪声。

图4是图3所示的差频阻抗变换电路310的实施例的方框图。按照图4，差频阻抗变换电路310包括带外阻抗电路405和被电耦合到PA装置315的带内电路410。带外电路405改变在一个频率上呈现给PA装置315的阻抗，该频率是在接收频率范围与发射频率范围之间的差值的函数。带内电路410可以把来自带通滤波器305的发送信号的适当功率转移提供到PA装置315。在一个实施例中，带内电路410把50欧姆的阻抗提供给由带通滤波器305传送的发送信号。

图5A是图4所示的带外电路405和带内电路410的实施例的示意电路图。如图5A所示，带外电路405可包括第一电感510，与电阻515串联电耦合。隔直流(DC)电容505可以串联地电耦合在第一电感510与PA装置315的输入端之间。隔直流电容505可以减小第一电感510与电阻515的串联组合的阻抗对PA装置315的内部偏置的影响。带内电路410可包括第二电感520与被电耦合到PA装置315的电容525的组合，如图5A所示。

将会看到，带内电路410或带外电路405可被直接耦合到PA装置315的输入端，然而，如果带内电路410被直接耦合到PA装置315的输入端，如图5A所示，则带内电路410优选地起到低通滤波器的作用，这样，带外电路405可以改变在差频上呈现给PA装置315的输入端的阻抗。按照如图5A所示的本发明的示例实施例，第一电感510具有约22nH的值，电阻515具有约39Ω的值，以及隔直流电容505具有约100pF的值。

图5B是显示使用参照图5A描述部件的示例数值的、PA系统的噪声性能的比较测量值的曲线图。按照图5B，迹线V1是不带有带外电路的PA系统的测量的噪声性能，以及迹线V2是带有按照本发明的带外电路405的PA系统的测量的噪声性能。具体地，带有带外电路405的PA系统的噪声性能比起不带有带外电路的PA系统的测量的噪声性能，改进6dB。

图6是显示按照本发明的功率放大器系统的第二实施例的方框图。按照图6，第一带外电路405和第一带内电路410经过第一输入端616被电耦合到PA装置315的第一级605。第二带外电路405′和第二带内电路410′经过PA装置315的第二输入端615通过第二隔直流电容620被电耦合到PA装置315的第二级610。

第二带外电路405′改变在第一级605的输出端处在某些频率上呈现给第二输入端615的阻抗，这些频率是接收频率范围与发射频率范围之间的差值的函数。在一个实施例中，例如如果在第一级605的输出端处存在噪声，则第二带外电路405′可以在约等于在接收与发射频率范围之间的差值的频率上提供相对较低的阻抗通道给参考电压电平V₀。第二带内电路410′提供在第一级605的输出阻抗与第二级610的输入阻抗之间的适当的阻抗匹配。而且，本发明可以通过使用包括两级以上的PA装置315被实施。例如，第三带外电路可被电耦合到PA装置315中的第三级的输入端。

所以，按照本发明，差频阻抗变换电路可以改变在一个频率上呈现给PA装置的输入端的阻抗，这个频率是接收与发射频率范围之间的差值的函数。因此，本发明可以减小在不同频率上的噪声，这些噪声否则会与带内频率混合，产生在接收频率范围中的噪声，这会降低接收机的灵敏度。

在附图和说明书中，揭示了本发明的公开的典型优选实施例，虽然采用特定的术语，但它们只是在通用和说明的意义上被使用的，而不是为了限制，本发明的范围在以下的权利要求中被阐述。

Claims (38)

1.一种用于用户终端的功率放大器的差频阻抗变换电路，该功率放大器放大第一信号，用于在第一频率范围上从用户终端发送，以及用户终端在第二频率范围上接收第二信号，该电路包括：

第一电路，把第一信号引导到功率放大器的输入端；以及

第二电路，其被连接到第一电路，以便电耦合到功率放大器的输入端，该第二电路改变在第三频率上呈现给功率放大器的输入端的阻抗，该第三频率是在第二频率范围和第一频率范围之间的差值的函数。

2.如权利要求1的电路，其中第二电路在第三频率上提供到功率放大器的输入端的阻抗，该阻抗小于在第一频率范围上呈现给功率放大器的输入端的第二阻抗。

3.如权利要求1的电路，其中第二电路在第三频率上提供到功率放大器的输入端的阻抗，该阻抗大于在第一频率范围上呈现给功率放大器的输入端的第二阻抗。

4.如权利要求1的电路，其中第一频率范围为824MHz到849MHz，以及第二频率范围为869MHz到894MHz。

5.如权利要求1的电路，其中第三频率为45MHz。

6.如权利要求1的电路，其中第三频率由功率放大器产生。

7.如权利要求1的电路，其中第二电路包括：

被电耦合到第一电路的电感；以及

与电感串联地被电耦合到参考电压电平的电阻。

8.如权利要求7的电路，还包括：

被串联地电耦合在功率放大器的输入端与电感之间的电容。

9.如权利要求1的电路，其中第一电路包括带内匹配电路。

10.如权利要求1的电路，其中功率放大器包括：

第一功率放大器级，具有至该第一功率放大级的第一输入端和自该第一功率放大级的第一输出端；以及

第二功率放大器级，具有被电耦合到所述第一输出端的、至该第二功率放大级的第二输入端，其中第一信号被电耦合到该第二输入端。

11.一种用于用户终端的功率放大器装置，该功率放大器装置放大第一信号，用于在第一频率范围上从用户终端发送，以及用户终端在第二频率范围上接收第二信号，该功率放大器装置包括：

，具有至该功率放大器电路的输入端；

第一电路，把第一信号引导到功率放大器电路的输入端；以及

第二电路，其被连接到第一电路，以便电耦合到功率放大器电路的输入端，该第二电路改变在第三频率上呈现给功率放大器装置的输入端的阻抗，该第三频率是在第二频率范围和第一频率范围之间的差值的函数。

12.如权利要求11的功率放大器装置，其中第二电路在第三频率上提供到功率放大器装置的输入端的阻抗，该阻抗小于在第一频率范围上呈现给功率放大器的输入端的第二阻抗。

13.如权利要求11的功率放大器装置，其中第二电路在第三频率上提供到功率放大器装置的输入端的阻抗，该阻抗大于在第一频率范围上呈现给功率放大器的输入端的第二阻抗。

14.如权利要求11的功率放大器装置，其中第一电路包括带内匹配电路。

15.如权利要求11的功率放大器装置，其中功率放大器电路包括：

第一功率放大器级，具有至该第一功率放大器级的第一输入端和自第一功率放大器级的第一输出端；以及

第二功率放大器级，具有被电耦合到该第一输出端的、至第二功率放大器级的第二输入端，其中第一信号被电耦合到该第二输入端。

16.如权利要求11的功率放大器装置，其中第一频率范围为824MHz到849MHz，以及第二频率范围为869MHz到894MHz。

17.如权利要求11的功率放大器装置，其中第三频率为45MHz。

18.如权利要求11的功率放大器装置，其中第三频率由功率放大器电路产生。

19.一种无线用户终端，包括：

发射机，从无线用户终端发送在第一频率范围上的第一信号；

接收机，在无线用户终端接收在第二频率范围上的第二信号；

功率放大器，放大该第一信号，所述第一信号是在一个至该功率放大器的输入端上提供的；

第一电路，把第一信号引导到功率放大器的输入端；以及

第二电路，其被连接到第一电路，以便电耦合到功率放大器的输入端，该第二电路改变在第三频率上呈现给功率放大器的输入端的阻抗，该第三频率是在第二频率范围和第一频率范围之间的差值的函数。

20.如权利要求19的用户终端，其中第二电路在第三频率上提供到功率放大器的输入端的阻抗，该阻抗小于在第一频率范围上呈现给功率放大器的输入端的第二阻抗。

21.如权利要求19的用户终端，其中第二电路在第三频率上提供到功率放大器的输入端的阻抗，该阻抗大于在第一频率范围上呈现给功率放大器的输入端的第二阻抗。

22.如权利要求19的用户终端，其中第一电路包括带内电路。

23.如权利要求19的用户终端，其中功率放大器包括：

第一功率放大器级，具有至该第一功率放大器级的第一输入端和自该第一功率放大器级的第一输出端；以及

第二功率放大器级，具有被电耦合到所述第一输出端的、至该第二功率放大器级的第二输入端，其中第一信号被电耦合到该第二输入端。

24.如权利要求19的用户终端，其中第一频率范围为824MHz到849MHz，以及第二频率范围为869MHz到894MHz。

25.如权利要求19的用户终端，其中第三频率为45MHz。

26.如权利要求19的用户终端，其中第三频率由功率放大器产生。

27.一种在用户终端的功率放大器中用于放大的方法，该功率放大器放大第一信号，用于在第一频率范围上从用户终端发送，以及用户终端在第二频率范围上接收第二信号，该方法包括以下步骤：

把第一信号引导到功率放大器的输入端；以及

改变在差频上呈现给功率放大器的输入端的阻抗，使其不同于在第一频率范围、功率放大器的输入端处呈现的第一阻抗，该差频是在第一频率范围和第二频率范围之间的差值的函数。

28.如权利要求27的方法，其中改变的步骤包括以下步骤：

在功率放大器的输入端处呈现小于第一阻抗的第二阻抗给第三频率，第三频率是在第二频率范围和第一频率范围之间的差值的函数。

29.如权利要求27的方法，其中改变的步骤包括以下步骤：

在功率放大器的输入端处呈现大于第一阻抗的第二阻抗给第三频率，第三频率是在第二频率范围和第一频率范围之间的差值的函数。

30.如权利要求27的方法，其中第一频率范围为824MHz到849MHz，以及第二频率范围为869MHz到894MHz。

31.如权利要求27的方法，其中第三频率为45MHz。

32.如权利要求27的方法，其中第三频率由功率放大器产生。

33.一种在用户终端中的功率放大器系统，该功率放大器系统放大第一信号，用于在第一频率范围上从用户终端发送，以及用户终端在第二频率范围上接收第二信号，该功率放大器系统包括：

用于把第一信号引导到功率放大器的输入端的装置；以及

与上述用于引导的装置相连、用于改变在差频上呈现给功率放大器的输入端的阻抗的装置，该差频是在第一频率范围和第二频率范围之间的差值的函数。

34.如权利要求33的功率放大器系统，其中用于改变的装置包括：

用于在功率放大器的输入端处呈现第二阻抗给第三频率的装置，该第二阻抗小于在第一频率范围、功率放大器的输入端呈现的第一阻抗，第三频率是在第二频率范围和第一频率范围之间的差值的函数。

35.如权利要求33的功率放大器系统，其中用于改变的装置包括：

用于在功率放大器的输入端处呈现第二阻抗给第三频率的装置，该第二阻抗大于在第一频率范围、功率放大器的输入端呈现的第一阻抗，第三频率是在第二频率范围和第一频率范围之间的差值的函数。

36.如权利要求33的功率放大器系统，其中第一频率范围为824MHz到849MHz，以及第二频率范围为869MHz到894MHz。

37.如权利要求33的功率放大器系统，其中第三频率为45MHz。

38.如权利要求33的功率放大器系统，其中第三频率由功率放大器产生。

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