CN1442959B - 功率伺服环、射频信号放大电路以及射频信号发射器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及的是一种专门用于控制功率放大器的功率伺服环，其中有一个检测电路(100)，检测电路(100)中有一个用来抽取射频信号的耦合装置(1)和一个提供检测信号Vdet的检测模块，这个检测信号Vdet部分地表述了由耦合装置所抽取的第一射频信号，根据本发明的检测电路在耦合装置和检测模块之间有检测控制装置(21、22、4)，用来基本上消除由耦合装置所抽取的称为干扰的第二射频信号，使得检测信号完全表述第一射频信号。
Description
技术领域
本发明是关于射频信号传输方面的，特别涉及的是一种用于控制功率放大器的功率伺服环。
背景技术
众所周知，在一个将射频信号发射器和射频信号接收器联系起来的无线电通讯系统中，必须保证最好的服务质量。例如，在数字信号传输的情况下，这个条件要求二进制的差错率总是保持在一个要求的值以下。为了满足这个接收条件，就要保证在任何时刻所接收到的信噪比都要大于一个预定的值。
为了提高发射的射频信号的功率，就要在发射器中安装一个功率放大器。在这种情况下，例如在GSM(英语为Global System for MobileCommunication)型蜂窝式网络的移动终端和基站之间的通讯的情况下，这种功率放大器的目的在于发送的功率足够强，以使相应的基站能够与其推荐相容地进行正确地接收。为此，当这个基站距这个终端的距离远到基站接收到的功率太少或者接收不到这个终端的通讯的信息，这个基站就向终端发送一个指示；基站决定以大的功率发射。
已经知道，这样就在发射器中用功率伺服环的方式对放大器进行伺服，调整放大器输出处所发射的射频信号的功率。
更确切地说，发射器所生成的射频信号是被提供到放大器输入处。功率环中有一个检测电路，检测电路中有耦合装置，用来抽取一部分功率放大器的输出信号。这个抽取出来的射频信号表征了输出信号，在通过检测模块的二极管时得到整流，生成一个检测直流电压，称为电压。然后借助于一个置于检测电路输出处的比较模块，将这个检测电压和一个参考电压比较。在没有达到参考电压时，比较模块就影响功率放大器以增加输出信号的功率的值。
然而，有时在发射器中在和输出信号传输的方向的相反方向上有一个干扰射频信号，例如可以是发射器的不匹配的天线所反射的功率就是说有一个大的TOS(驻波比)。这种干扰信号同样成为检测电路的耦合装置所抽取信号的一部分，加在从输出信号抽取的信号中，生成了一个畸变，使得检测电压不再是输出信号的像。这种不良的检测欺骗了放大器的伺服。这或可以导致发射器的功率过分消耗，或可以导致发射信号传输的性能变坏。
在现有技术中，某些发射器在相对于反射功率传输的方向而言的功率环路的上游装有一环路器。这个环路器是单向性的，允许发射信号通过而消除反向传输的反射信号。
这样的环路器是一种昂贵的部件，而且由于其体积大，难于在某些小体积的发射器中安装，例如不能在使携式的无线电话机中安装。
发明内容
本发明的目标在于实现一种伺服环，其中有一个检测电路，它是各检测控制装置的集成，且价格低廉。
为此，本发明提出一种用于控制功率放大器的功率伺服环，所述伺服环包括一个检测电路，所述检测电路包括：
-耦合装置，用来抽取包括第一射频信号和“干扰”第二射频信号的射频信号；
-检测模块，用来从所述射频信号中提供一个检测信号；其特征在于，所述检测电路还包括在耦合装置和检测模块之间的检测控制装置，用来实质上消除所述“干扰”第二射频信号，以使得所述检测信号仅全部表征第一射频信号；
所述第一射频信号是输入信号，所述第二射频信号是沿着与所述第一射频信号的方向相反的方向传播的干扰信号；
所述检测控制装置包括用于仅移相和衰减所述第二射频信号的分量以使所述分量从所述检测信号中消除的装置。
根据本发明的控制装置是集成在检测电路中的，不再需要如现有技术那样在功率伺服环的上游加一环路器。
根据本发明的一种最佳实施方式，在检测电路的耦合装置的输出处可以有连接到所谓的检测支路上的所谓的第一输出支路和第二输出支路，检测支路中有检测模块，而每条支路分别用来传输抽取的干扰信号的分量。各检测控制装置中还可以有插入第一输出支路的第一移相装置和插入第二输出支路的第二移相装置。第一移相装置和第二移相装置所引入的相移与前述的分量的实质上相反。
借助于根据本发明的移相装置，抽取的干扰信号分量就在相位上得到反相，从而在检测支路中被消除。
最好，在根据本发明的第一移相装置与第二移相装置的每一个中都具有一个和电容耦合的电感。
这样在根据本发明的控制装置中，各分立部件都是很便宜的，并易于在便携式的设备中集成，还可以方便地加在已有的环路中。
在该实施方式中，在第一输出支路中可以有一条主支路和一条副支路，主支路引向检测支路，且有所说的电感中的第一个，而副支路在接地和与相应的主支路相连的一点间有所说的电容的第一个。第二条输出支路中也可以有一条主支路和一条副支路，其中的主支路引向检测支路，且带有另一个所说的电容，和第一个电容大体上相同，而副支路中含有所说的另一个电感，大体上等于第一个电感，位于接地面与相应的主支路连接的点之间。
相当方便，在各检测控制装置中可以有一个衰减器，位于一条输出支路中，使得抽取出来的干扰信号的两个分量的振幅更容易相等从而被消除。
最好在耦合装置中可以有移相装置，能使抽取的射频信号移相。
本发明还提出一种射频信号放大电路，其中有一个功率放大器和一个如前述的那种放大器的功率伺服环。
本发明还提出一种射频信号发射器，其中有射频信号发射装置，并装有前面所描述的放大电路。
最好，根据本发明的发射器是选自便携式无线电话站、个人数字助理和使携式计算机。
根据本发明的便携式无线电话站可以是下列蜂窝式电话的某一种：GSM，DCS(英语为Digital Communication System)或UMTS(英语为Universal Mobile Telecommunication System)，还可为DECT(英语为Digital European Cordless Telecommunication)型电话。
附图说明
阅读后面的描述及附图可以更好地弄懂本发明。这些说明和图仅是为了说明本发明，而没有一点对本发明的限制。这些图是：
图1示出根据本发明的功率环的检测电路的一种实施方式；
图2示出根据本发明的放大电路的一种实施方式；
图3示出根据本发明的便携式无线电话终端的一种实施方式。
具体实施方式
图1示出根据本发明的功率环的检测电路100的一种实施方式。
检测电路100中有：
-耦合装置1，直接混合耦合器型，以及移相装置11、12、13，用来按照各自适当的抽取因子G1、G2、G3抽取射频信号以及各自的相移为
和
-所说的第一输出支路B1和第二输出支路B2，都接于所说的检测支路B3的一个接点A，支路B3中有检测模块3，其中有一个整流二极管31和并接的电阻32及电容器33连接，然后接于地M3。
-检测控制装置，其中有：
-第一移相装置21，插入第一输出支路B1中，用来对射频信号改变相位-还有第二移相装置22，插于第二输出支路B2中，用来对射频信号进行移动相位移相装置21和22的每个中分别有一个电感210、220，和一个电容211、221耦合。
-衰减器4，具有适当的衰减系数G4，例如置于第二输出支路B2中，在第二移相装置22和耦合装置1之间。
更详细地说，在第一输出支路B1中有一条主支路B1a和一条副支路B1b，主支路中有第一电感210，接到检测支路B3的接点A上；副支路B1b中有第一电容211，位于地M1和相应的主支路B1a的一个连接点P1间。同样，在第二输出支路中也有一条主支路B2a和一条副支路B2b。主支路B2a中有电容221，大体上和第一电容器211相同，接于第三支路B3的接点A；第二副支路B2b中有另一个电感220，大体上和第一电感210相同，位于地M2和与相应的主支路B2a的连接点P2间。
现在，根据由功率放大器(未画出)发出的并沿Z轴传输的称为输入功率的射频电流Iin的路径，以及例如为一无线(未画出)反射电流且沿Z′轴传输的干扰功率射频电流Iref的路径来描述环路的动态运行。
在输出支路B2a的输入处抽取的输入电流分量Iin和抽取的反射电流分量Iref1分别写作
在第一移相装置21的输出处，这两个电流变为：
在输出支路B2b的输入处，抽取的输入电流分量Iin2及抽取的反射电流分量Iref2分别写作：
在通过衰减器4和第二移相装置21之后，这些电流变为：
在A点的总电流可以写作：
一般选取G4，使之满足于在A点抽取的反射电流的两分量I′ref1和I′ref2相等这一条件，这个条件由式：
G4×G3＝G2
给出，由此得
G4＝G2/G3
最好选取G3在-10dB到-14dB之间，G2在-20dB到-25dB之间。例如对于G3＝-10dB和G2＝-20dB，则G4等于-10dB。
同时，选取
使抽取的反射电流的两个分量I′ref1和Iref2在A点的相位相反，由式：
给出这一条件。
最好选取及这是惯用的耦合器特性。
于是得到
这样，调整电感和电容的值，在环路中运行的射频域中给出该相移.例如，在通常使用的射频频带中(例如900MHz或1800MHz)，电容值约为10PF，电感值约为5nH.
对于装置11、12、13、21、22的相移值的选取，要使抽取的输入电流在A点的分量I′in1和I′in2反相。G1≠G2就是一条必须补充的条件以保证抽取的输入电流不会消失。在实际中，总是选取G1比G2大许多，因为这是在无线电话中使用的耦合特性。
最后，总电流为：
I＝Iin[G2 2×G1 -1e(j 3π/4)+G1e(-π/4)]
由于G1＞＞G2，振幅G2 2×G1 -1的分量I′in1和振幅G1的分量I′in2相比可以略去不计。
例如取G1等于G3。
总电流I在经过二极管31以后得到整流，成为检测直流电压Vdet：
Vdet＝K×I2＝K×I2in×[G2 2×G3 -1e(j 3π/4)+G3e(-π/4)]2
借助于本发明的装置，这个电压就能很好地表达所抽取的输入电流：检测电路100的效果就非常好。
图2示出根据本发明的放大电路的一种实施方式。其中含有根据本发明的带有如图1所描述的检测电路100的功率伺服环10，还有一个放大器200。
一个功率放大器200，例如为一个非线性运行的晶体管，接收要放大功率的射频电流，这个电流来自上游的处理模块。在GSM型电话方面，以声波传播的话音转换成为模拟电流，然后转换成数字电流，此间借助于一个调制器(未画出)经历了相位调制和可能的幅度调制。如前面所看到的那样，这个电流要经过功率放大，以使基站(未画出)能接收到。在调制器输出处，这个电流由前置放大器(未画出)进行前置放大。
于是放大器200输出的电流Iin便流向天线300以和相应的基站建立连接。
功率环10还连接到放大器200的输入处201，该输入接收放大器偏置电压的控制。
在电路100的检测模块(见图1)的输出处有一检测电压Vdet，提供给传统的比较模块400的输入处。
传统的比较模块400中有两个电阻41、42，每个电阻分别和运算放大器44的一个输入端相连。电容器43和运算放大器并联，其一端和第一个电阻41连接，而这个电阻接于检测模块的输出处，电容器的另一端和运算放大器的输出相连。第二个电阻42在其另一端和比较模块400的第二输入端相连，而这第二输入端是和数-模变换器7相连，而模-数变换器的输入端是和微控制器5相连，后者还和一个存储器6相连。
放大器200的输出和比较模块400的输出相连。后者接在功率放大器200的偏置电压的控制的输入201。
是由微控制器5来控制输出功率调整。在存储器6中有一个对应表，将多个应发射的功率值(例如33dBm)和多个相应的数字值对应起来。这样要发射33dBm的功率和预定的一个数值对应起来。转换器7将这个数值转换成相应的参考模拟信号，并将一个参考电压Vref加到比较器400的一个输入极上。
当检测模块输出的电压Vdet小于运算放大器44的第一端上的Vref时，比较模块400就输出一个正的递增直流电压，作用于放大器200的偏置电压，于是就使电压Vdet增加直到Vref。
在功率环路10中安装比较模块400就是为了调节到所需要的功率。
图3示出根据本发明的便携式射频终端的一种实施方式500，例如为GSM型。其中有一个天线300及机壳301，机壳内有已经调制的射频信号发射器30，这个信号发射器30与如图2所描述的那种根据本发明的放大电路20相连，放大电路20中含有如图1中所描述的那种带有检测电路100的功率伺服环路10。
当然，本发明并不限于上面所描述的实施方式。
所有的相移参数及抽取因子及衰减因子等数值以及衰减器的位置都是为了说明给出的。
另外，完全可以将根据本发明的便携式终端的天线插入终端的机壳内。
Claims (17)
1.一种用于控制功率放大器(200)的功率伺服环(10)，所述伺服环包括一个检测电路(100)，所述检测电路(100)包括：
-耦合装置(1)，用来抽取包括第一射频信号和“干扰”第二射频信号的射频信号；
-检测模块(3)，用来从所述射频信号中提供一个检测信号；
其特征在于，所述检测电路(100)还包括在耦合装置(1)和检测模块(3)之间的检测控制装置(21、22、4)，用来消除所述“干扰”第二射频信号，以使得所述检测信号仅完全表征所述第一射频信号；
所述第一射频信号是从所述功率放大器(200)输出的信号，所述“干扰”第二射频信号是沿着与所述第一射频信号的方向相反的方向传播的干扰信号；
所述检测控制装置包括用于对所抽取的射频信号进行移相和衰减以使所述射频信号中的“干扰”第二射频信号从所述检测信号中消除的装置。
2.根据权利要求1的功率伺服环(10)，其特征在于在检测电路(100)中耦合装置(1)的输出处有所谓的第一输出支路和第二输出支路，这两条支路和所谓的检测支路连接，检测支路中有检测模块(3)，这两条支路中的每一个用来传输所抽取的第二射频信号的一个分量，其特征还在于在检测控制装置中有插入第一输出支路的第一移相装置(21)和插入第二输出支路中的第二移相装置(22)，其中，所述第一移相装置和所述第二移相装置分别引入大小相等的相反相位，以致在所述第一输出支路上的第二射频信号的分量的相位与在所述第二输出支路上的第二射频信号的分量的相位在所述检测模块(3)的输入处相反。
3.根据权利要求2的功率伺服环(10)，其特征在于在第一移相装置(21)中有第一电感(210)以及与该第一电感(210)相耦合的第一电容(211)，并且第二移相装置(22)中有另一个电感(220)以及与该另一个电感(220)相耦合的另一个电容(221)。
4.根据权利要求3的功率伺服环(10)，其特征在于在第一输出支路中有一条主支路和一条副支路，主支路接于检测支路，且其中有一个第一电感(210)；而副支路中有一个第一电容(211)，接于地和与相应的主支路的连接点之间；
其特征还在于第二输出支路中有一主支路和一条副支路，主支路和检测支路相连，且其中有另一个述及的电容(221)，和第一电容(211)相同，而副支路中有另一个述及的电感(220)，和第一个电感(210)相同，位于地和与相应的主支路连接点之间。
5.根据权利要求2的功率伺服环(10)，其特征在于在检测控制装置中有一个衰减器(4)，安装在两个输出支路的一个中。
6.根据权利要求3的功率伺服环(10)，其特征在于在检测控制装置中有一个衰减器(4)，安装在两个输出支路的一个中。
7.根据权利要求4的功率伺服环(10)，其特征在于在检测控制装置中有一个衰减器(4)，安装在两个输出支路的一个中。
8.根据权利要求1的功率伺服环(10)，其特征在于所述耦合装置(1)包括移相器(11、12、13)，用来使抽取的射频信号相位移位。
9.根据权利要求2的功率伺服环(10)，其特征在于所述耦合装置(1)包括移相器(11、12、13)，用来使抽取的射频信号相位移位。
10.根据权利要求3的功率伺服环(10)，其特征在于所述耦合装置(1)包括移相器(11、12、13)，用来使抽取的射频信号相位移位。
11.根据权利要求4的功率伺服环(10)，其特征在于所述耦合装置(1)包括移相器(11、12、13)，用来使抽取的射频信号相位移位。
12.根据权利要求5的功率伺服环(10)，其特征在于所述耦合装置(1)包括移相器(11、12、13)，用来使抽取的射频信号相位移位。
13.根据权利要求6的功率伺服环(10)，其特征在于所述耦合装置(1)包括移相器(11、12、13)，用来使抽取的射频信号相位移位。
14.根据权利要求7的功率伺服环(10)，其特征在于所述耦合装置(1)包括移相器(11、12、13)，用来使抽取的射频信号相位移位。
15.射频信号放大电路(20)，其中有一个功率放大器(200)和根据前面任一权利要求所述的放大器的功率伺服环(10)。
16.射频信号发射器(500)，其中有射频信号发射装置(30)，并装备有根据权利要求15的射频信号放大电路(20)。
17.根据权利要求16的发射器(500)，其特征在于它选自便携式射频站、个人数字助理，以及便携式计算机。
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