CN1198856A

CN1198856A - 放大器单元中的旁通器件

Info

Publication number: CN1198856A
Application number: CN96197449A
Authority: CN
Inventors: 拉斯·珀森
Original assignee: Allgon AB
Current assignee: Allgon AB
Priority date: 1995-10-04
Filing date: 1996-10-03
Publication date: 1998-11-11
Also published as: US5821811A; WO1997013331A1; SE505202C2; EP0873599A1; SE9503443D0; SE9503443L; AU7233796A

Abstract

一种用于放大微波频段通信信号的低噪声放大器单元中的旁通器件。器件包括一个带有传输线(1,2)的印制电路板,一个放大器(A),一个平行于放大器布放的传输线旁通部分(3),以及用于在放大器变得不能工作的情形下起动所述旁通部分的开关装置。放大器连接在两个传输线短截线段(4,5)之间。开关装置包括具有可控制阻抗(很低或很高)的固态元件(Z1,Z2,Z3,Z4),这些元件在旁通部分(3)和短截线段(4,5)中的被选择点(3a,3b,4a,4b)连接到地电位,以便在全部所述固态元件处于很高阻抗状态时起动旁通部分,并在全部所述固态元件都被控制在很低阻抗状态时即在通信信号通过放大器的情形有效地关断旁通部分。

Description

放大器单元中的旁通器件

本发明涉及一种用于放大500MHz以上频率范围(包括微波频率)内的通信信号的放大器单元中的旁通器件，包括一个带有传输线的印制电路板、一个放大器、一个平行于放大器布放的传输线旁通部分以及一个用于在放大器变得不能工作的情形起动所述旁通部分的开关装置。

这种放大器单元被用于蜂窝移动电话系统的基站中。尤其是在近些年，这种放大器单元直接安装在天线架或天线塔的顶部，以使天线传输电缆的长度能够减至最小。从而，由于信号在很短传输电缆中的衰减相对较低，使得信噪比能够维持在一个良好的高水平。

但是，这样一种放大器单元当然是整个系统中的关键部件，并且很重要的是它不论在什么时候都要能够工作。因而，即使馈电电源中断或者放大器由于一些其他原因而变得不能工作时，信号也必须以某种方式通到位于天线架或天线塔底邻近的基站。

为此目的，以前知道的是连接一个与机电式继电器形式的开关装置结合在一起的平行于放大器的旁通部分，这样，在任何一个放大器晶体管击穿或者放大器单元的馈电电源中断的情形下，就起动旁通部分。

这种机电式继电器具有若干缺点。虽然现在市场上能够买得到相当小的继电器安装在印制电路板上，但这些继电器相当贵并且不具有满意的性能特性。因而信号要衰减到一个很大的程度。而且在关断开关时，绝缘不够充分。此外，使用寿命也不够长。

以此为背景，本发明的主要目的是提供在第一节中叙述的一种旁通器件，它不贵并且具有改进了的性能。

根据本发明，放大器被连接在从其间连接着旁通部分的两个主结点延伸出来的两个传输短截线段之间，并且开关装置包括具有可控制的阻抗(或为很低或为很高)的固态元件，固态元件在旁通部分和短截线段中的所选点上连接到RF地电位，以在全部固态元件都处于很高阻抗状态时起动旁通部分，并在全部固态元件都被控制在很低阻抗的状态时有效地切断旁通部分，在这一情形所有通信信号均通过放大器。用于这一目的的固态元件很容易找到而且可以用例如说二极管或晶体管组成。

进一步的优越性能包含在所附权利要求书中并将从下面的详细叙述中看出来。

现在将结合附图示出的优选实施例更详细地叙述本发明。

图1概略地示出一个包括有根据本发明的放大器单元的简单电路；

图2示出电路插件板上带有主要元件和传输线段的放大器单元的一个局部；以及

图3a、3b和3c说明放大器单元中所包括的固态元件的各种可能的实施例。

图1所示的线路是连接到天线A的一个双工装置。一般，天线，具有带通滤波器Rx1、Rx2和Tx的双工线路以及低噪声放大器LNA均安装在蜂窝移动电话系统所包含的天线架或天线塔的顶部。通常，紧靠到塔的底部的是一个具有各种用于维持和监示基站的工作包括以相当高的频率例如1.9GHz接收和发射通信信号的设备的基站。

正如上面所指出的，低噪声放大器LNA具有在所接收的通信信号沿着传输线路明显衰减之前放大这些信号的任务。

放大器单元装在一个经得起各种天气变化的盒子里(在附图中未示出)并包括一个带有传输线1、2的印制电路板(其一部分大略地示于图2)，一个位于两个耦合电容器C1和C2之间的放大器A(可以是各包括一个放大器的两条并联支路的形式，并可以是一个或一个以上级联的放大器)，以及一个平行于放大器A布放的传输线旁通部分。根据本发明，放大器A连接在分别从主结点J1和J2伸出来传输线短截线段4和5之间。在图示的例子中，每个短截线段4、5具有一个相当于被接收并且用一个带通滤波器Rx1滤波(图1)的特定信号频率的一半波长的长度。

在每一个短截线段4、5的中点，分别有一个副结点J3和J4，于是，这些副结点位于距相应的结点J1、J2和距短截线段的相应自由端4a、5a四分之一波长的距离处。放大器A的输入和输出端子A1、A2分别经过相对较短的传输线段6和7连接到相应的结点J3、J4。

每一个短截线段的自由端4A、5A分别经由一个固态元件Z1和Z2连接到地电位。同样地，有相似的固态元件Z3和Z4连接在地电位和旁通部分的被选点3A、3B之间。

固态元件Z1、Z2、Z3和Z4可以用二极管D、双极型晶体管T或场效应晶体管FET构成，分别示于图3a、3b和3c。在任何情形下，每一个这样的元件都可以从一个很高阻抗的状态例如至少500Ω和一个很低阻抗的状态例如小于1Ω转换。这两个不同状态之间的转换很容易通过在二极管D上、在双极型晶体管T的基极上或者在场效应晶体管FET的控制栅极上施加一个DC偏压来达到。

这样一种受控制的开关功能可以通过如图2所示位于放大器单元之内或者是与其他设备一道位于基站的控制电路CC来完成。

为了获得所需要的开关功能，必须用这样的方式来小心匹配各个不同的传输线段，使得旁通部分3在全部固态元件都处于高阻抗状态时工作，而当全部固态元件Z1-Z4都被偏置到低阻抗状态时，则关断旁通部分并让信号通过放大器A。为了达到这一点，结点J1和J3之间的距离必须等于四分之一波长，或者再加上若干个半波长。对于结点J2和J4之间、结点J3和端点4a之间、结点J4和端点5a之间、结点J1和点3a之间、结点J2和点3b之间的距离以及点3a和3b之间的距离都同样是正确的。另一种办法是点3a和3b可以放在一起。

为了改善旁通部分在其关断时的绝缘，可以在旁通部分添加多个固态元件，各元件之间隔开一个λ/4的距离。

每个短截线的长度以及相当于四分之一或一半波长的其他距离稍稍不同于确切的波长数值，为的是弥补固态元件不理想这样的事实。

利用这样一种结构，器件将工作如下：假设全部固态元件Z1-Z4都处于高阻抗状态，即在没有DC控制电压加到诸元件上的情形，则短截线段4、5的端点4a、5a将相当于是开端，因而在每一短截线段中将存在一个驻波，没有传导任何信号电流通过它。

于是，输入信号在结点J1和J2将感受到一个很高的阻抗。从而，由于固态元件Z3和Z4都因为阻抗很高而没有任何影响，信号将直接通过旁通部分3传送。在这一情况下，信号将不通过放大器。

现在，考虑一个DC控制电压施加到全部固态元件Z1-Z4的正常情况。这些元件现在都具有很低的阻抗。在旁通部分3的点3a，实际上存在一个至元件Z3的短路电路。因而在结点J1看，旁通部分3的阻抗将很高，致使输入信号将代之以沿着通过短截线段4至结点J3的路线，然后经过放大器A、另一个短截线段5并经过传输线2输出。在结点J3看，因为至阻抗很低的端点4a的距离是四分之一波长的关系，元件Z1的阻抗很高。

在电源故障的情形，偏置电压将停掉，并且系统将转接到旁路结构而不放大输入信号。最好，控制电路CC被用来监示放大器A的正常工作。在由于这样那样的原因而不能工作的情形，控制电路CC则将一个开关信号加到固态元件Z1-Z4上。

上面所述的旁通器件有很多优点。在旁通结构中，由于没有固态元件串接在信号路线中，损耗将是很低的。此外，在器件的正常工作期间，旁通部分的绝缘用元件Z3和Z4的办法是很有效的，至放大器的损耗也很低。而且，固态元件不贵并能用自动化方法安装到标准的电路插件板上。

器件可以在所附权利要求书规定的范围内修改。例如，放大器单元不必包括在双工结构中，而是可以安装在一个将放大器与通往接收天线的带通滤波器串联的单一系统中。

Claims

1.用于放大500MHz以上频率范围内的通信信号的放大器单元中的旁通器件，包括一个具有传输线(1，2)的印制电路板，一个放大器(A)，一个平行于放大器布放的传输线旁通部分(3)，以及一个用于在放大器变得不能工作的情形下起动所述旁通部分的开关装置，其特征在于所述放大器(A)连接在从其间连接着所述旁通部分(3)两个主结点(J1，J2)延伸出来的两条传输线短截线段(4，5)之间，并在于所述开关装置包括具有可控制的阻抗(或为很低或为很高)的固态元件(Z1，Z2，Z3，Z4)，所述固态元件在所述旁通部分(3)和所述短截线段的被选点(3a，3b，4a，4b)连接到地电位，以便当全部所述固态元件处于很高阻抗的状态时起动旁通部分，并在全部所述固态元件处于很低阻抗的状态即通信信号通过放大器(A)的情形下有效地关断旁通部分。

2.权利要求1所述的旁通器件，其中每个短截线段(4，5)具有一个大体相当于半波长的长度(可以与若干个全波长相加起来成λ/2+n·λ，n＝0，1，2，……)，放大器输入和输出端连接到位于每个短截线段(4，5)中间点的副结点(J3，J4)，即位于距有关主结点(J1，J2)和距相应的短截线段的自由端点(4a，4b)四分之一波长处(可以再加上若干个半波长成λ/4+n·λ/2，n＝0，1，2，……)，所述固态元件(Z1，Z2)之一连接到相应的短截线段的所述自由端点。

3.权利要求1或2所述的旁通器件，其中至少所述固态元件之一(Z3，Z4)在位于距所述主结点(J1，J2)中相关的一个点四分之一波长(可以加上若干个半波长成λ/4+n·λ/2，n＝0，1，2，……)的距离处的点(3a，3b)连接到所述旁通部分。

4.权利要求3所述的旁通器件，其中至少两个固态元件(Z3，Z4)各自的距相关主结点(J1，J2)四分之一波长的距离处连接到旁通部分(3)，并且相互距离四分之一波长，这些距离可以再加上若干个半波长(λ/4+n·λ/2，n＝0，1，2，……)。

5.权利要求1-4的任何一条所述的旁通器件，其中控制单元(CC)适于向放大器(A)以及全部的所述固态元件(Z1，Z2，Z3，Z4)馈给DC电流。

6.权利要求5所述的旁通器件，其中所述控制单元(CC)适于监示放大器(A)的可工作性以及在放大器变得不能工作的情形下将全部所述固态元件转换到很高阻抗的状态。

7.权利要求1-6任何一条所述的旁通器件，其中至少所述固态元件之一是二极管(D)。

8.权利要求1-7任何一条规定的旁通器件，其中至少所述固态元件之一是晶体管(T，FET)。

9.权利要求8所述的旁通器件，其中所述晶体管是双极型晶体管(T)。

10.权利要求8所述的旁通器件，其中所述晶体管是场效应晶体管(FET)。