CN1719827B - 基于射频的差分信号传输的耦合配置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种耦合配置，用于耦合出连接第一RF单元和第二RF单元的传输线的信号，第一、第二RF单元例如是IQ调制器和功率放大器。该耦合配置包括第一和第二耦合装置，它们适于分别耦合到连接RF单元的第一传输线和第二传输线。第一和第二传输线单独地提供了形成差分RF信号的第一和第二RF信号的传输。更佳地，第一耦合装置适于提供耦合出第一RF信号的方式，从而不可避免地影响第一RF信号的传输。第二耦合装置对第二RF信号的传输具有基本相同的影响，从而第一耦合装置和第二耦合装置对差分RF信号的净影响几乎为零。因此，第一耦合装置对第一RF信号的传输的影响可以利用第二耦合装置对第二RF信号的传输的影响来完全补偿。

Description

基于射频的差分信号传输的耦合配置

技术领域

本发明涉及射频(RF)信号耦合领域。

背景技术

在提供基于RF的无线信号传输的电信系统框架中，广泛地应用了多种信号调制技术。信号调制和信号放大一般通过两个不同的RF电路部件来实现。因此，RF调制器所产生的已调RF信号必须传送给放大器，进行充分放大，以便进行信号广播。

对于在RF电路任意两个单元之间的RF信号传输而言，差分信号传输提供了一种有效的方式，能够减少噪声水平，并且抑制共模电压。差分信号传输一般通过两根单独的传输线来实现，这两根线路能够分别传输形成差分信号的两个射频(RF)信号，这两个信号一般进行了移相处理。更佳地，结合两相调制技术应用差分信号传输，例如结合同相正交(IQ)、四相移相键控(QPSK)、二进制移相键控(BPSK)、差分移相键控(DPSK)、正交振幅调制(QAM)和脉码调制(PCM)。

对于许多应用来说，必须测量已调制的RF信号，以便确定调制的质量，并且检测出由于调制参数的不正确调节而可能出现的潜在信号失真。因此，至少一部分产生的已调制RF信号必须耦合到相应的检测器。已调制的RF信号的耦合，也就是得到至少一部分RF信号并将得到的部分提供给检测器，必须严格满足要求才能防止信号失真。差分RF信号的耦合一般指耦合到两个单独的RF信号中的任意一个。因此，耦合被应用于连接两个RF单元的两根单独的传输线中的一个，前述RF单元可以实现为例如调制器和功率放大器。

一般而言，RF信号的耦合可以通过附加传输线的并行配置来有效实现，前述附加传输线与连接这两个RF单元的主传输线相隔一定距离。通常，该距离由RF信号的波长指定，并且等于λ/4。对工作在GHz范围的RF频段来讲，该距离甚至可以大到若干厘米。这要求耦合机制的实现有相当大的空间，并且其无法提供一种紧凑而成本低廉的耦合配置设计。

可选的耦合配置可以利用直接连接到RF传输线的电子部件，诸如电阻和电容来实现。但是，这类耦合配置对各个传输线所提供的射频信号的传输可能有严重的影响。

因此本发明旨在提供一种节省空间的差分传输线耦合配置，具有对差分RF信号的传输存在最小影响的特点。

发明内容

本发明提供了一种耦合配置，用于耦合出连接第一射频单元和第二射频单元的第一传输线的信号。第一射频单元通过第一传输线和第二传输线连接到第二射频单元。第一传输线提供了第一射频信号的传输，而第二传输线提供了第二射频信号的传输。发明的耦合配置包括第一和第二耦合装置。第一耦合装置适于耦合到第一传输线，以耦合出第一传输线的信号。第一耦合装置具有第一电气特性，对通过第一传输线传送的第一信号的传输具有第一影响。

第二耦合装置适于耦合到第二传输线。第二耦合装置具有第二电气特性，基本上等同于第一耦合装置的第一电气特性。因此，第二耦合装置对通过第二传输线传送的第二信号的传输具有第二影响。

通过这种方式，发明的耦合配置实现为对称的耦合配置。第一耦合装置有效地提供耦合出第一信号的方式，而第二耦合装置不必要提供有效耦合。此外，与第一耦合装置的电气特性相比，第二耦合装置提供了基本相同的电气特性，也就是高频(HF)电气特性。通过这种方式，第一耦合装置对第一RF信号传输的不可忽视并且无法避免的影响还应用于通过连接到第一RF单元和第二RF单元的第二RF传输线传送的第二RF信号。由此，第一信号和第二信号的传输受到第一耦合装置和第二耦合装置各自的同等影响。

耦合出第一传输线信号是指耦合出通过第一传输线传输的一部分第一RF信号。更佳地，该耦合出的部分只代表第一RF信号的一小部分，但足以对第一RF信号进行测量。因此，第一RF信号的大部分保留在第一传输线中，并由此从第一RF单元传送到第二RF单元。

按照本发明的另一种优选实施例，第一射频信号和第二射频信号形成了差分信号，该差分信号在第一射频单元和第二射频单元之间传送。因此，差分RF信号代表了在第一RF单元和第二RF单元之间传送的数据，它被分解成第一RF信号和第二RF信号，分别通过两根单独的RF传输线传送。例如，第一RF信号和第二RF信号可以是相移π，从而能够减少噪声水平，并抑制RF信号的共模电压。而且，第二RF信号可以代表反相的第一RF信号。通过差分信号传送的数据可以通过以下方式有效地得到，即通过第一传输线和第二传输线单独传送的第一RF信号和第二RF信号彼此相减。因为第一耦合装置和第二耦合装置引起第一RF信号和第二RF信号各自的相同失真，在进行各自的相减操作时，得到的数据基本保持不受影响。

利用第一传输线和第二传输线提供的差分信号传输的优点，相互补偿了第一RF信号和第二RF信号的相同影响。通过这种方式，本发明提供了最小侵入的耦合配置用于获得一部分传送的RF信号。这样，第二耦合装置有效地提供了第一耦合装置对第一RF信号传输的影响的补偿。

按照本发明的又一种优选实施例，第一耦合装置包括第一电容和第一电阻。通常，通过电容，可以有效实现到第一传输线的耦合。更佳地，第二耦合装置包括电气特性，也就是高频电气特性，它基本上等同于由第一电容和第一电阻指定的第一耦合装置的电气特性。因此，第二耦合装置可以包括第二电容和电阻，它们等同于第一电容和电阻元件。一般来说，只要第二耦合装置对第二RF信号传输的总体影响基本上等同于第一耦合装置对第一RF信号传输的影响，第二耦合装置就可以包括一个不同的组件和不同电气部件，它们与第一耦合组件的装配和组成明显不同。

特别地，利用阻性和容性电子部件耦合出第一传输线的第一RF信号，各个第一耦合装置可以以一种价格经济并节省空间的方式来实现。这些电子部件的特征在于尺寸可以在毫米甚至是零点几毫米范围，而现有技术中的RF耦合技术可能需要距离第一传输线/4的地方放置一根并行的传输线。在现有技术中，对GHz范围的应用而言，该距离甚至可能会远超过若干厘米。因此，本发明的耦合配置提供了一种价格经济并且节省空间的RF信号耦合方法。

按照本发明的另一优选实施例，第一耦合装置还包括一个信号处理元件，用于处理从第一传输线耦合出的信号。通过这种方式，第一耦合装置包含耦合的RF信号的信号处理。信号处理可以指与第一RF信号质量相关的测量。例如，信号处理测量第一Rf信号的振幅调制。测量指定RF信号质量的参数是有利的，以便为信号调制器提供反馈。通过这种方式，可以实现一种有效的控制机制。

此外，第一耦合装置的信号处理元件也可能对第一RF信号的传输具有不可忽视的影响。因此，第二耦合装置，也就是第二耦合装置的电气特性必须进行适当地修改，以便解决第一耦合装置对第一RF信号传输的影响的最终变化。

按照本发明的另一种优选实施例，第二耦合装置还包括一个终端元件。该终端元件具有一个终端阻抗，以防止不可避免地从第二传输线耦合的RF信号的反射。通过这种方式，可以有效抑制干扰信号到第二传输线的反馈。

按照本发明的另一种优选实施例，第一射频单元包括同相正交(IQ)调制器，而第二射频单元包括射频功率放大器。在这种实施例中，本发明的耦合配置在对已调制的RF信号进行放大之前，有效地提供了已调制的RF信号的耦合。至少，一部分的已调制RF信号从传输线耦合输出到例如信号处理元件，从而控制信号的调制。一般说来，IQ调制器可以被提供分解成第一和第二RF信号的差分输出的任何其他类型的调制器替换。

因此，本发明的耦合配置可以广泛包含在提供RF信号调制的设备中。例如，本发明的耦合配置可以与QPSK调制器、QAM调制器、BPSK调制器、DPSK调制器或者PCM调制器组合使用。此外，第二RF单元不必实现为功率放大单元。可选择地，第二RF单元可以实现为任一上述调制器。原则上，本发明的耦合配置可以广泛包含在利用差分信号传输的设备和配置中。

按照本发明的另一优选实施例，信号处理元件包括一个射频检波二极管。在该实施例中，信号处理仅指信号检测和后续到附加RF单元的信号传输，该附加RF单元提供相应信号处理。而且这里，由于第二耦合装置的影响，因此第二耦合装置的电气特性必须适当地适应于第一耦合装置和RF检波二极管对第一信号传输的总体影响。

按照本发明的另一优选实施例，信号处理单元还耦合到第一射频单元。该信号处理元件适于测量第一RF信号的至少一个实际信号参数，并且还适于向第一RF单元传送至少一个测得的信号参数。第一RF单元还包括控制装置，用于消除至少一个信号参数的期望值和测得的实际值之间的差别。通过这种方式，可以有效地实现一个控制环路。第一耦合装置及其信号处理元件用以确定第一信号的实际信号参数，该参数可以指示第一RF单元所产生的振幅调制的质量。

向第一RF单元发送测得的实际信号参数，使得能够将它与期望的信号参数相比较。响应于这样的比较，可以调节期望的参数，使得测得的实际信号参数对应于期望的信号参数。这种反馈环的实现有效地消除了第一射频单元所产生的差分信号的信号参数之期望值和实际值之差。

另一方面，本发明提供了一种无线蜂窝通信网络的基站。该基站包括第一射频单元和第二射频单元，以及第一传输线和第二传输线，用于将来自第一RF单元的差分信号的第一分量和第二分量分别传送到第二RF单元。该基站还包括第一耦合装置，用以耦合出第一传输线的信号。第一耦合装置不可避免地对RF差分信号第一分量的传输产生第一影响。该基站还包括第二耦合装置，它适于耦合到第二传输线，并对差分RF信号的第二分量的传输产生第二影响。第一耦合装置和第二耦合装置各自的第一影响和第二影响基本相同。第一耦合装置有效地提供了将传输差分信号第一分量的第一传输线的信号耦合出来的方式，而第二耦合装置适于补偿传输差分RF信号第一分量时第一耦合装置的影响。

优选地，第一和第二耦合装置都通过容性和阻性电子器件来实现，这些器件的使用能够节省基站设计和构造的空间。现有技术的已知解决方案利用了与第一传输线相隔λ/4安置的附加传输线，借助于节省空间和价格经济的发明的配置，可以对其进行有效地替换。

在另一方面，本发明提供了一种耦合出连接第一射频单元和第二射频单元的第一传输线的射频信号的方法。第一射频单元借助于第一和第二传输线连接到第二射频单元。第一传输线提供了第一射频信号的传输，而第二传输线提供了第二射频信号的传输。耦合出第一传输线信号包括将第一耦合装置耦合到第一传输线。为了补偿第一耦合装置对第一信号的传输的影响，第二耦合装置适于耦合到第二传输线。

将第一耦合装置耦合到第一传输线提供了耦合出射频信号的方式。第一耦合装置对第一信号的传输具有第一影响，而第二耦合装置对第二信号的传输具有第二影响。第一影响和第二影响基本相同。通过这种方式，分别利用第一耦合装置和第二耦合装置，以相同方式影响和操作第一RF信号和第二RF信号。因为第一RF信号和第二RF信号形成了在第一射频单元和第二射频单元之间传输的差分信号，所以在获取得到利用差分RF信号传输的数据时，对第一RF信号和第二RF信号的任何共有的影响都自然地被消除了。

附图说明

下面结合附图，更详细地描述本发明的优选实施例，在附图中：

图1说明了发明的耦合配置的框图，

图2说明了发明的耦合配置的可选实施例。

附图中的参考号码意义如下：

1  耦合配置

2  耦合配置

10  RF单元

12  RF单元

14  传输线

16  传输线

18  耦合模块

20  耦合模块

22  检测器

24  终端元件

26  比较器

28  信号发生器

具体实施方式

耦合配置1具有第一RF单元10、第二RF单元12、连接第一RF单元10和第二RF单元12的第一传输线16和第二传输线14。耦合配置1还具有第一耦合模块18和第二耦合模块20，以及检测器22和终端元件24。第一耦合模块18耦合到第一传输线16，而第二耦合模块20连接到第二传输线14。此外，第一耦合模块18耦合到检测器22，而第二耦合模块20还耦合到终端元件24。

第一传输线16和第二传输线14用以在第一RF单元10和第二RF单元12之间传送差分RF信号。更佳地，该差分RF信号分解成由第一传输线16传输的第一RF信号和由第二传输线14传输的第二RF信号。

借助于差分RF信号进行传输的数据可以通过适当的操作，例如由第一传输线16和第二传输线14提供的第一RF信号和第二RF信号彼此相减而得到。

为了得到一种耦合配置节省空间的实现，包括至少一个电容的第一耦合模块18直接连接到第一传输线16。因为这种直接耦合，耦合模块18的电气特性，尤其是高频电气特性可能对第一RF信号的传输产生影响。但是，借助于第一耦合模块18，第一RF信号的至少一部分可以有效地耦合输出到检测器22，该检测器22连接到第一耦合模块18。可选择地，检测器22可以合并在耦合模块18中。耦合模块18和检测器22不可避免地会对第一传输线16所提供的信号传输产生影响。

为了补偿第一传输线16上第一耦合模块18和检测器22的影响，耦合模块20和终端元件24耦合到第二传输线14。更佳地，耦合模块20和终端元件24与耦合模块18和检测器22具有相同的复合电气特性。因此，耦合模块20和终端元件24对第二RF信号传输的影响与耦合模块18和检测器22对第一RF信号传输的影响相同。通过这种方式，第一和第二RF信号经受了分别由耦合模块18、耦合模块20引起的相同的影响。

RF单元10、12可以实现为任意RF单元，例如调制器和功率放大器。例如，通过将第一RF单元10实现为IQ调制器，而将第二RF单元12实现为功率放大器，耦合配置1可以合并到无线蜂窝通信网的基站中。

第一耦合模块18有效地提供了所需的第一RF信号到检测器22的耦合，以便测量第一RF单元10所产生的第一RF信号的实际值。第二耦合模块20提供了由第二传输线14传输的第二RF信号的可比耦合。但是，第二耦合模块20对第二RF信号的传输产生了第二影响，其基本等同于耦合模块18对第一RF信号的传输的影响。可选择地，第二耦合模块20不是耦合到终端元件24，而是耦合到检测器，以不同方式对第二RF信号进行检测和测量。在本发明的耦合配置的一种典型实施例中，这样一个附加的检测器通常是多余的。无论如何它可能会有助于比较第一RF信号和第二RF信号，从而对差分RF信号分解成第一和第二RF信号的过程进行控制。

终端元件24特征在于具有终端阻抗，以便有效地防止传输线14中干扰的扩张，这可能是由于终端元件24的反射。

图2的框图示出了为第一RF单元10提供控制环的一种可选耦合配置。与图1所示实施例相比，第一RF单元10的特征在于具有两个附加部件，也就是比较器26和信号发生器28。信号发生器28适于产生第一和第二RF信号，它们形成了从RF单元10传送到RF单元12的差分RF信号。例如，第一RF单元10可以实现为IQ调制器。

RF单元10的比较器26耦合到检测器22，并且用以比较第一RF信号的实际值和第一RF信号的期望的值。比较器26连接到RF单元10的信号发生器28，并提供输出信号，其指示了第一RF信号参数的实际值和期望的值之间的偏差。因此，耦合模块18、检测器22、比较器26以及信号发生器28代表了适于控制调制器10的输出的反馈环。此外，可以有效分析调制器10传送给功率放大器12的已调制信号的各种参数，以便对调制进行适当的调整。

通过这种方式，本发明的耦合配置提供了第一耦合装置和第二耦合装置，用于对称地耦合到特征在于第一传输线和第二传输线的差分传输线。通过这种方式，第一耦合装置对第一RF信号传输的影响可以利用第二耦合装置对第二RF信号的影响来完全补偿。这种方式下，这两个耦合装置都可以基于容性和阻性电子器件来实现，使得耦合装置的实现能够节省空间，并且价格经济。

Claims (10)

1.一种耦合设备(1、2)，用于耦合出连接第一射频单元(10)和第二射频单元(12)的第一传输线(16)的射频信号，所述第一射频单元由所述第一传输线(16)和第二传输线(14)连接到所述第二射频单元，所述第一传输线提供了第一射频信号的传输，而所述第二传输线提供了第二射频信号的传输，该第一射频信号和该第二射频信号形成差分信号，该耦合设备包括：

第一耦合装置(18)，第一耦合装置适于耦合到所述第一传输线，以耦合出所述第一传输线的第一射频信号，所述第一耦合装置具有第一电气特性，

第二耦合装置(20)适于耦合到第二传输线，所述第二耦合装置具有第二电气特性，所述第二电气特性基本上等同于所述第一电气特性。

2.根据权利要求1的耦合设备(1、2)，其中所述第一射频信号和第二射频信号形成了差分信号，该差分信号在所述第一射频单元(10)和所述第二射频单元(12)之间传送。

3.根据权利要求1的耦合设备(1、2)，其中所述第一耦合装置(18)包括第一电容和第一电阻。

4.根据权利要求1的耦合设备(1、2)，其中所述第一耦合装置(18)还包括一个信号处理元件，用于处理从所述第一传输线(16)耦合出的信号。

5.根据权利要求1的耦合设备(1、2)，其中所述第二耦合装置(20)还包括一个终端元件(24)。

6.根据权利要求1的耦合设备(1、2)，其中所述第一射频单元(10)包括同相正交(IQ)调制器，并且其中所述第二射频单元(12)包括射频功率放大器。

7.根据权利要求4的耦合设备(1、2)，其中所述信号处理元件包括射频检波二极管(22)。

8.根据权利要求4的耦合设备(1、2)，其中所述信号处理元件耦合到所述第一射频单元(10)，该信号处理元件适于测量所述信号的至少一个实际信号参数，并适于传送所述至少一个实际信号参数给所述第一射频单元，所述第一射频单元还包括用于消除期望信号参数和所述至少一个实际信号参数之间的差别的控制装置。

9.一种无线蜂窝通信网络的基站，包括：

第一射频单元和第二射频单元(10、12)，

第一传输线(16)，用于将来自所述第一射频单元的差分信号的第一分量传送到所述第二射频单元，

第二传输线(14)，用于将来自所述第一射频单元的差分信号的第二分量传送到所述第二射频单元，

第一耦合装置(18)，用于耦合出所述第一传输线的信号，所述第一耦合装置对所述第一分量的传输产生第一影响，

第二耦合装置(20)，适于耦合到所述第二传输线，第二耦合装置对所述第二分量的传输产生第二影响，所述第一影响和所述第二影响基本相同。

10.一种耦合出第一传输线的射频信号的方法，其中该第一传输线(16)连接第一射频单元(10)和第二射频单元(12)，通过该第一传输线(16)和第二传输线(14)连接将该第一射频单元(10)连接到该第二射频单元(12)，所述第一传输线提供了第一射频信号的传输，而所述第二传输线提供了第二射频信号的传输，该第一射频信号和该第二射频信号形成差分信号，耦合出所述第一传输线射频信号包括以下步骤：

将第一耦合装置(18)耦合到所述第一传输线，用于耦合出所述第一传输线的第一射频信号，第一耦合装置对所述第一射频信号的传输具有第一影响，

将第二耦合装置(20)耦合到所述第二传输线，所述第二耦合装置对所述第二射频信号的传输具有第二影响，所述第一影响和所述第二影响基本相同。

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