DE102009030694A1

DE102009030694A1 - Leistungseffiziente Sende-/Empfangseinrichtung mit hohem Dynamikbereich

Info

Publication number: DE102009030694A1
Application number: DE102009030694A
Authority: DE
Inventors: Jan-Erik Mueller; Bernhard Sogl; Wolfgang Thomann
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Intel Deutschland GmbH
Priority date: 2008-06-26
Filing date: 2009-06-26
Publication date: 2009-12-31
Anticipated expiration: 2029-06-27
Also published as: US20090322421A1; US8095092B2; DE102009030694B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum "Transistor-Matching". Die Leistungs-Sende-/Empfangseinrichtung umfasst einen ersten Verstärkungspfad (801), einen zweiten Verstärkungspfad (802) und einen dritten Verstärkungspfad (208). Die Verstärkungspfade (801, 802, 208) werden selektiv aktiviert und deaktiviert, um ein empfangenes Signal mit einer hohen Effizienz und einer hohen Linearität auszugeben. Der erste Verstärkungspfad (801) ist derart ausgestaltet, dass er ein erstes Signal empfängt und ein erstes verstärktes Signal an einem ersten Anschluss einer Ausgangsleistungskombinationsvorrichtung (210) ausgibt, wenn er aktiviert ist, und eine Impedanz bereitstellt, welche zu einem hohen Reflexionsfaktor führt, wenn er deaktiviert ist. Der zweite Verstärkungspfad (802) ist derart ausgestaltet, dass er ein zweites Signal mit einem Phasenversatz von 90° im Bezug auf das erste Signal empfängt und ein zweites verstärktes Signal an einem zweiten Anschluss der Kombinationsvorrichtung (210) ausgibt, wenn er aktiviert ist, und eine Impedanz bereitstellt, welche zu einem hohen Reflexionsfaktor führt, wenn er deaktiviert ist. Der dritte Verstärkungspfad (208) ist derart ausgestaltet, dass er ein drittes Signal empfängt und ein drittes verstärktes Signal an einem dritten Anschluss der Ausgangsleistungskombinationsvorrichtung (210) ausgibt, wenn er aktiviert ist, und eine Impedanz bereitstellt, welche zu einer Impedanz führt, die an die Ausgangsimpedanz angepasst ist, wenn ...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen eine Übertragung von Funkfrequenzwellen und insbesondere eine leistungseffiziente Sende-/Empfangseinrichtung mit einem großen ausgangsseitigen Dynamikbereich
Hintergrund der Erfindung
Funkfrequenzkommunikationsvorrichtungen (z. B. Mobiltelefone) arbeiten mit Leistungsverstärkern, um ein Eingangssignal mit einem kleinen Energiegehalt in ein ähnliches Ausgangssignal mit einem größeren Energiegehalt zu wandeln. Effizienz und Linearität sind wichtige Faktoren bei dem Leistungsverhalten von Leistungsverstärkern bei modernen drahtlosen Systemen. Ein idealer Leistungsverstärker ist vollständig linear, was bedeutet, dass, wenn ein Ansteuersignal bezüglich des Verstärkers ansteigt, auch das von dem Verstärker ausgegebene Ausgangssignal in einer entsprechenden Weise ansteigt, bis ein Punkt erreicht wird, an welchem ein Teil des Verstärkers gesättigt ist und keine zusätzliche Ausgangsleistung mehr erzeugen kann.
In der Praxis existiert ein Kompromiss zwischen der Effizienz und der Linearität, was es schwierig macht, beide Faktoren gleichzeitig zu erfüllen. Bei einer maximalen Ausgangsleistung und bei höchster Effizienz ist die Linearität des Verstärkers oft so gering, dass nur Signale mit einer konstanten Oberwelle übertragen werden können. Bei geringeren Ausgangsleistungen nimmt die Linearität zu, aber die Leistungseffizienz ab.
Das Verfahren zur linearen Verstärkung mit nichtlinearen Komponenten (LINC („Linear Amplification with Nonlinear Components”)) bietet eine Möglichkeit zur Verstärkung mit einer guten Linearität und einer hohen Effizienz. Das LINC-Verfahren weist jedoch den Nachteil auf, dass seine Effizienz bei kleinen Signalamplituden gering ist und dass es stark von einer Impedanzfehlanpassung der Antenne beeinflusst wird.
Die schlechte Effizienz bei kleinen Signalamplituden ist speziell bei Mehrband-/oder Mehrmoden-Kommunikationsvorrichtungen problematisch. Mehrband-Telefone ermöglichen einem Benutzer, mit mehreren verschiedenen Arten von Kommunikationssystemen zu kommunizieren. Meist erfordern die unterschiedlichen Kommunikationssysteme unterschiedliche Modulationsformate mit stark verschiedenen Dynamikbereichen. Daher ist es zur Anpassung der Übertragung von Daten (z. B. Audiodaten, Videodaten, usw.) für Mehrbandsysteme für die Sende-/Empfangsvorrichtungen notwendig, zwischen den verschiedenen Modulationsverfahren und daher zwischen den verschiedenen erforderlichen standardisierten Übertragungsleistungsniveaus hin und her zu schalten. Zum Beispiel müssen Mehrbandsysteme zwischen der Übertragung mit einer hohen Amplitude, welche für GSM erforderlich ist, und der Übertragung mit einer geringen Amplitude, welche häufig bei Vorrichtungen der dritten Generation (3G) und LTE-Modulationen (LTE („Long Term Evolution”)) auftritt, hin und her schalten.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben beschriebenen Probleme des Stands der Technik zumindest abzumildern.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine leistungseffiziente Sende-/Empfangseinrichtung nach Anspruch 1, 10 oder 24 oder ein Verfahren für eine leistungseffiziente Übertragung nach Anspruch 15 oder 19 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird eine leistungseffiziente Sende-/Empfangsvorrichtung mit einem hohen Dynamikbereich bereitgestellt. Die Sende-/Empfangsvorrichtung umfasst einen ersten, einen zweiten und einen dritten Verstärkungspfad. Die Pfade werden selektiv aktiviert und deaktiviert, um ein empfangenes Signal mit einer hohen Effizienz und mit einer hohen Linearität auszugeben. Der erste Verstärkungspfad ist derart ausgestaltet, dass er ein erstes Signal entgegennimmt und ein erstes verstärktes Signal an einem ersten Anschluss einer Ausgangsleistungskombinationsvorrichtung ausgibt, wenn er aktiviert ist, und eine Impedanz bereitstellt, welche einen hohen Reflexionsfaktor ergibt, wenn er deaktiviert ist. Der zweite Verstärkungspfad ist derart ausgestaltet, dass er ein zweites Signal, welches im Bezug auf das erste Signal eine Phasenverschiebung von 90° aufweist, entgegennimmt und ein zweites verstärktes Signal an einem zweiten Anschluss der Ausgangsleistungskombinationsvorrichtung ausgibt, wenn er aktiviert ist. Der zweite Verstärkungspfad stellt auch eine Impedanz bereit, welche einen hohen Reflexionsfaktor ergibt, wenn er deaktiviert ist. Der dritte Verstärkungspfad ist derart ausgestaltet, dass er ein drittes Signal entgegennimmt und ein drittes verstärktes Signal an einem dritten Anschluss der Ausgangsleistungskombinationsvorrichtung ausgibt, wenn er aktiviert ist, und eine Impedanz bereitstellt, welche an die Ausgangsimpedanz der Ausgangsleistungskombinationsvorrichtung angepasst ist, wenn er deaktiviert ist.
Im Folgenden werden erfindungsgemäße Ausführungsformen mit Bezug zu den Figuren im Detail erläutert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt einen Graph, welcher elektrische Eigenschaften eines Leistungswirkungsgrades (PAE („Power Added Efficiency”)), einer Nicht-Linearität und einer Verstärkung für einen beispielhaften Verstärker darstellt.
2 ist ein Blockdiagramm, welches einen leistungseffizienten Verstärker gemäß einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform darstellt.
3 ist ein Flussplan, welcher ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Verstärkung eines empfangenen Signals mit einer hohen Effizienz über einem großen Dynamikbereich darstellt.
4 ist ein Blockdiagramm, welches einen leistungseffizienten Verstärker gemäß einer alternativen erfindungsgemäßen Ausführungsform darstellt.
5 stellt die Anschlüsse und Überkreuzübertragungsleitungen einer Hybrid-Leistungskombinationsvorrichtung mit vier Anschlüssen dar.
6 ist ein Schaltplan, welcher die Reflektionskoeffizienten für einen Betrieb mit einer großen Amplitude und für einen Betrieb mit einer kleinen Amplitude darstellt, wenn es vom Ausgang des Verstärkers der 4 betrachtet wird.
7 ist ein Blockdiagramm, welches einen leistungseffizienten Verstärker gemäß einer alternativen Ausführungsform der 4 darstellt, wobei ein Wechselschalter dem Niederleistungspfad hinzugefügt worden ist.
8 ist ein Blockdiagramm, welches einen leistungseffizienten Verstärker gemäß einer alternativen Ausführungsform der 4 darstellt, wobei die Verstärker aus mehreren Stufen bestehen.
9 ist ein Blockdiagramm, welches einen sehr leistungseffizienten Verstärker gemäß einer alternativen Ausführungsform der 8 darstellt, wobei ein Wechselschalter dem Niederleistungspfad hinzugefügt worden ist.
10 ist ein Blockdiagramm, welches einen leistungseffizienten Verstärker darstellt, welcher zwei Eingangsknoten umfasst.
11 ist ein Blockdiagramm, welches einen leistungseffizienten Verstärker darstellt, welcher einen einzigen Eingangsknoten umfasst.
12 zeigt eine Übersichtstabelle, welche verschiedene Betriebsarten des leistungseffizienten Verstärkers der 11 beschreibt.
13 ist eine beispielhafte Darstellung eines mehrstufigen Verstärkers und seiner äquivalenten schematischen Darstellung.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden mit Bezug zu den beigefügten Figuren beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen verwendet werden, um gleiche Elemente zu bezeichnen, und wobei die dargestellten Strukturen und Vorrichtungen nicht notwendigerweise maßstabsgetreu dargestellt sind.
1 zeigt einen beispielhaften Graph 100, welcher elektrische Eigenschaften eines beispielhaften Leistungsverstärkers darstellt. Die in dem Graph 100 dargestellten Kurven repräsentieren die Nicht-Linearität 102, die Verstärkung 104 und den Leistungswirkungsgrad bzw. die Effizienz 106 des beispielhaften Leistungsverstärkers als eine Funktion der Ausgangsleistung P_out des Verstärkers. Bei der vorliegenden Erfindung ist die Effizienz des Verstärkers von besonderem Interesse. Für einen Verstärker mit einer vorgegebenen Größe wird die Effizienzkurve 106 bezüglich einer zugeordneten Ausgangsleistung optimiert. Bei der 1 ist der Verstärker derart ausgelegt, dass die Effizienz für P_out, gegeben durch den Punkt 108, optimiert ist. Die Größe des Verstärkers (insbesondere das Maß der Verstärkung) kann eingestellt werden, um die Leistung P_out, bei welcher die Effizienz optimal ist, zu verändern. Ein Betrieb eines Verstärkers entfernt von seinem optimalen Betriebspunkt (d. h. bei einer Leistung P_out über oder unter dem optimalen Wert) bewirkt einen sofortigen Verlust an Effizienz. Zum Beispiel bewirkt ein Betrieb eines Verstärkers bei einer Ausgangsleistung von 3 dB unterhalb seines optimalen Betriebspunktes einen Effizienzverlust von ungefähr 25%. Für einen LINC-Verstärker ist die Effizienz insbesondere nur dann hoch, wenn der Verstärker ein hohes Ausgangsleistungsniveau aufweist. Daher bietet der Verstärker keine hohe Effizienz über einen großen Dynamikbereich.
2 stellt eine Sende-/Empfangseinrichtungen 200 im Zusammenhang mit einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform dar. Ein erster Verstärkungspfad (AMP_HPP1) 204 und ein zweiter Verstärkungspfad (AMP_HPP2) 206 sind entsprechend derart ausgestaltet, dass sie ein erstes Signal S₁(t) bzw. ein zweites Signal S₂(t) von einer Signaltrennvorrichtung 202 oder von einer anderen Komponente empfangen. Die Signale S₁(t) und S₂(t) sind um 90° zueinander phasenversetzt. Ein dritter Verstärkungspfad (AMP_LPP) 208 ist derart ausgestaltet, dass er ein drittes Signal S₃(t) von der Signaltrennvorrichtung 202 empfängt. Ein Aktivieren oder Deaktivieren von verschiedenen Kombinationen der drei Verstärkungspfade 204, 206, 208 stellt entsprechende Ausgaben an einem ersten Anschluss 212, an einem zweiten Anschluss 214 oder an einem dritten Anschluss 216 einer Ausgangsleistungskombinationsvorrichtung (PC („Power Combiner”)) 210 bereit. Die Ausgangsleistungskombinationsvorrichtung 210 empfängt die Ausgaben von den aktivierten Verstärkungspfaden und gibt eine verstärkte Version des ursprünglichen Signals an einem Ausgangknoten 218 aus. Zum Beispiel wird für einen Betrieb mit einer geringen Leistung der dritte Verstärkungspfad (AMP_LPP) 208 aktiviert und der erste Verstärkungspfad (AMP_HPP1) 204 und der zweite Verstärkungspfad (AMP_HPP2) 206 werden deaktiviert, wodurch eine verstärkte Version des dritten Signals S3(t) der Ausgangsleistungskombinationsvorrichtung 210 bereitgestellt wird.
Wie im Folgenden im Detail erläutert wird, stellt eine Deaktivierung des ersten, des zweiten und des dritten Verstärkungspfades Impedanzen bereit, welche derart ausgelegt sind, dass die verschiedenen Verstärkungspfade isoliert werden. Wenn der erste und der zweite Verstärkungspfad 204 und 206 deaktiviert werden, ist die Impedanz nicht an die Ausgangsimpedanz der Ausgangsleistungskombinationsvorrichtung 210 angepasst, was zu einem hohen Reflexionsfaktor führt. Wenn bei alternativen Betriebsarten der dritte Verstärkungspfad 208 deaktiviert wird, wird eine Impedanz bereitgestellt, welche an die Ausgangsimpedanz der Ausgangsleistungskombinationsvorrichtung angepasst ist, wodurch eine Reflektion an dem Ausgangsanschluss der Ausgangsleistungskombinationsvorrichtung 210 verringert wird.
Die Architektur der Sende-/Empfangseinrichtungen der 2 isoliert effektiv (z. B. durch Schalter oder durch eine selektive Verstärkungspfadimpedanz) die betriebenen (d. h. die aktivierten) Verstärkungspfade von den nicht betriebenen (d. h. den deaktivierten) Verstärkungspfaden, um die Effizienz der Sende-/Empfangseinrichtung über einem großen Dynamikbereich hoch zu halten. Daher weist die Ausgangsleistung bei einer geringeren Leistung eine höhere Effizienz als bei einem traditionellen LINC-Verstärker auf, was eine merklich höhere Effizienz für eine hohe Leistung bis zu einer geringen Leistung ermöglicht. Bei der in 2 dargestellten Sende-/Empfangsvorrichtung sind die Verstärker lastunempfindlich und stellen zunehmend eine hohe Leistungseffizienz bereit, wenn die Sende-/Empfangseinrichtung bei hoher Leistung betrieben wird (wenn beispielsweise AMP_HPP1 und AMP_HPP2 aktiviert und AMP_LPP deaktiviert sind). Bei anderen erfindungsgemäßen Ausführungsformen einer Sende-/Empfangseinrichtung wird ein lastunempfindlicher Betrieb und eine hohe Effizienz über einem weiten Bereich von Ausgangsleistungsniveaus der Sende-/Empfangseinrichtung erzielt, indem die Sende-/Empfangseinrichtung in zusätzlichen Betriebsarten betrieben wird.
3 stellt ein Verfahren 300 einer Verstärkung eines empfangenen Signals mit einer hohen Effizienz über einen weiten Dynamikbereich gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform dar. Die Architektur der Sende-/Empfangseinrichtung der 2 kann effektiv eingesetzt werden, um das Verfahren gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform durchzuführen. Während das Verfahren 300 gemäß dieser Offenbarung im Folgenden als eine Abfolge von Aktionen oder Vorgängen dargestellt und beschrieben ist, sei darauf hingewiesen, dass die dargestellte Reihenfolge solcher Aktionen oder Vorgänge nicht in einem einschränkenden Sinn zu interpretieren ist. Beispielsweise können einige Aktionen in verschiedenen Reihenfolgen und/oder gleichzeitig mit anderen Aktionen oder Vorgängen erfolgen, auch wenn es von dem hier Dargestellten und/oder Beschriebenen abweicht. Darüber hinaus sind nicht alle Aktionen erforderlich, um bestimmte erfindungsgemäße Ausführungsformen zu implementieren. Des Weiteren kann eine oder können mehrere der hier dargestellten Aktionen in einer oder in mehreren getrennten Aktionen und/oder Phasen ausgeführt werden.
Bei 302 wird ein Signal empfangen, welches in Komponenten mit einer hohen Leistung und in Komponenten mit einer geringen Leistung getrennt wird. Die Trennung kann durch ein Trennungselement, wie beispielsweise eine Signaltrennvorrichtung, einen Richtungskoppler, usw. durchgeführt werden. Darüber hinaus kann der Schwellenwert, nach welchem eine Komponente als eine Komponente mit einer hohen Leistung (Hochleistungskomponente) oder als eine Komponente mit einer geringen Leistung (Niederleistungskomponente) angesehen wird, festgelegt oder programmierbar sein.
Bei 304 werden die Signale einer hohen Leistung von den Signalen einer geringen Leistung getrennt, indem selektiv Verstärker, welche in dem ersten, in dem zweiten oder in dem dritten Verstärkungspfad angeordnet sind, aktiviert und deaktiviert werden.
Bei 306 werden zwei oder mindestens drei der Signalkomponenten mit einer hohen Leistung oder eine oder mehrere der Signalkomponenten mit einer geringen Leistung von den anderen Komponenten durch die aktivierten Verstärker isoliert. Dabei kann ein Verstärker für eine Signalkomponente mit einer hohen Leistung nur gleichzeitig mit anderen Verstärkern für Signalkomponenten mit einer hohen Leistung aktiviert werden, und ein Verstärker für eine Signalkomponente mit einer geringen Leistung kann nur gleichzeitig mit anderen Verstärkern für Signalkomponenten mit einer geringen Leistung aktiviert werden.
Bei 308 werden die aktivierten Verstärker derart betrieben, dass eine Signalkomponente in ihrem entsprechenden Verstärkungspfad verstärkt wird.
Die isolierten Signalkomponenten mit einer hohen Leistung oder die isolierten Signalkomponenten mit einer geringen Leistung werden bei 310 kombiniert, um das empfangene Signal verstärkt auszubilden. Bei der Ausführungsform der 2 werden die Signalkomponenten mit einer hohen Leistung derart kombiniert, dass sie bei einem Hochleistungsbetrieb ein einziges Ausgangssignal ausbilden während die Komponente mit einer geringen Leistung bei einem Niederleistungsbetrieb nicht mit einer anderen Signalkomponente kombiniert wird. Bei anderen Ausführungsformen können durch eine oder durch mehrere Leistungskombinationsvorrichtungen mehrere Signale mit einer hohen Leistung kombiniert werden oder mehrere Signale mit einer geringen Leistung kombiniert werden, um bei 310 das empfangene Signal verstärkt auszubilden.
4 stellt ein Beispiel einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform der in 2 dargestellten Architektur der Sende-/Empfangseinrichtung mit mehr Details dar. In 4 sind der erste und der zweite Verstärkungspfad 204 und 208 Verstärkungspfade für eine hohe Leistung. Jeder Verstärkungspfad für eine hohe Leistung umfasst einen ersten nicht linearen Hochleistungsverstärker 410 bzw. 412, welcher derart ausgestaltet ist, dass er ein phasenmoduliertes Signal mit einer konstanten Oberwelle und einer hohen Amplitude S₁(t) bzw. S₂(t) von einem ersten Eingangsknoten 404 bzw. von einem zweiten Eingangsknoten 406 empfängt, wobei das Signal S₁(t) um θ(t) bezüglich einem amplitudenmodulierten Eingangssignal S(t), welches von einem Basisbandprozessor 401 empfangen wird, und das Signal S₂(t) um –θ(t) bezüglich des amplitudenmodulierten Eingangssignals S(t) versetzt ist. Der dritte Verstärkungspfad 206 umfasst einen nicht linearen Niederleistungsverstärker 414, welcher derart ausgestaltet ist, dass er ein I/Q-Signal mit einer geringen Amplitude von einem dritten Eingangsknoten 408 empfängt. Dabei kann das Signal von dem ersten Eingangsknoten 404 einen Phasenversatz von 0° und das Signal von dem zweiten Eingangsknoten 406 einen Phasenversatz von 90° aufweisen.
Während eines Hochleistungsbetriebs sind die Hochleistungsverstärker 410, 412 aktiviert und der Niederleistungsverstärker 414 deaktiviert. Eine solche Aktivierung oder Deaktivierung kann durchgeführt werden, indem ein Schalter eingesetzt wird, um den entsprechenden Verstärker mit einer Versorgungsspannung zu verbinden oder nicht zu verbinden. Es können jedoch auch andere Verfahren zur Aktivierung/Deaktivierung der Verstärker eingesetzt werden, welche daher auch zu dem Umfang der vorliegenden Erfindung zählen. Die phasenmodulierten Signale S₁(t) und S₂(t) werden durch den ersten und den zweiten Hochleistungsverstärker 410 und 412 verstärkt und zu der Ausgangsleistungskombinationsvorrichtung 210 ausgegeben. Das verstärkte Signal S₁(t) wird an dem 0°-Phasen-Anschluss 416 der Ausgangsleistungskombinationsvorrichtung 210 und das verstärkte Signal S₂(t) wird an dem 90°-Phasen-Anschluss 418 empfangen. Die Ausgangsleistungskombinationsvorrichtung 210 summiert die verstärkten Signale S₁(t) und S₂(t) komponentenweise, um eine verstärkte Version des ursprünglichen Signals zu erzeugen.
Während eines Niederleistungsbetriebs wird der Niederleistungsverstärker 414 aktiviert und die Hochleistungsverstärker 410, 412 deaktiviert. Das Signal geringer Leistung S₃(t) wird verstärkt und zu der Ausgangsleistungskombinationsvorrichtung 210 ausgegeben. Das verstärkte Signal S₃(t) wird an dem ISO-Anschluss 420 der Ausgangsleistungskombinationsvorrichtung 210 empfangen.
5 stellt eine Hybrid-Leistungskombinationsvorrichtung 210 gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform dar. Die Signalverstärkung der 2 und 4 hängt von den Eigenschaften der Leistungskombinationsvorrichtung 210 ab, um ein lineares Verhalten und eine gute Leistungseffizienz bereitzustellen. Die Hybrid-Leistungskombinationsvorrichtung ist ein Beispiel von mehreren Leistungskombinationsvorrichtungen, welche im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden können. Bei der Hybrid-Leistungskombinationsvorrichtung 210 handelt es sich um eine Vorrichtung mit vier Anschlüssen, welche auf einer Übertragungsleitungskopplung beruht, um entweder ein Eingangssignal mit einem resultierenden 90°-Phasenversatz zwischen Ausgangsanschlüssen aufzuteilen oder um zwei Signale zu kombinieren während eine hohe Isolation zwischen den Anschlüssen aufrechterhalten wird.
Bei einem gewöhnlichen Betrieb der Hybrid-Leistungskombinationsvorrichtung werden die Signale, wenn eine Leistung zu dem 0°-Phasen-Anschluss 416 und zu dem 90°-Phasen-Anschluss 418 zugeführt wird, bei der Überkreuzübertragungsleitung gekoppelt und an dem OUT-Anschluss 422 ausgegeben. Reflexionen aufgrund von Nicht-Anpassungen, welche von dem OUT-Anschluss 422 zurückgeschickt werden, fließen direkt zu dem ISO-Anschluss 420. Wenn eine Leistung zu dem ISO-Anschluss 420 zugeführt wird, wird das Signal bei der Überkreuzübertragungsleitung gekoppelt und die Hälfte der Leistung wird an dem 0°-Phasen-Anschluss 416 und die andere Hälfte an dem 90°-Phasen-Anschluss 418 ausgegeben. Reflektionen von Nicht-Anpassungen, welche von dem 0°-Phasen-Anschluss 416 und von dem 90°-Phasen-Anschluss 418 zurückgeschickt werden, fließen direkt zu dem OUT-Anschluss 422. Obwohl die hier dargestellten Kombinationsvorrichtungen als eine 90°-Hybrid-Leistungskombinationsvorrichtung dargestellt sind, sei jedoch darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung auch mit anderen Typen von Leistungskombinationsvorrichtungen (z. B. einer so genannten „Rat-Race”-Leistungskombinationsvorrichtung, usw.) arbeiten kann.
In 6 ist eine erfindungsgemäße Ausführungsform einer Sende-/Empfangseinrichtung dargestellt, welche in zwei Betriebsarten, die in Tab. 1 dargestellt sind, betrieben werden kann. Für einen Betrieb mit einer hohen Amplitude werden die Verstärker 410 und 412 beide aktiviert und der Verstärker 414 deaktiviert. Für einen Betrieb mit einer geringen Amplitude wird der Niederleistungsverstärker 414 aktiviert und die beiden Verstärker 410 und 412 deaktiviert.

Betriebsart 410 412 414

Signal mit hoher Amplitude aktiviert aktiviert deaktiviert

Signal mit kleiner Amplitude deaktiviert deaktiviert aktiviert

Tabelle 1
In 6 ist mit mehr Details ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Ausführungsform im Bezug auf einen Betrieb mit einer hohen Amplitude dargestellt. Für einen Betrieb mit einer hohen Amplitude werden die Verstärker 410 und 412 aktiviert und der Verstärker 414 deaktiviert. Der Niederleistungsverstärker 414 ist derart entworfen, dass er einen relativ geringen Reflektionskoeffizienten Γ_LP in seinem deaktivierten Zustand aufweist (beispielsweise ist der Ausgangsreflektionskoeffizient des Niederleistungsverstärkers an den Ausgangsreflektionskoeffizienten Γ_L der Ausgangsleistungskombinationsvorrichtung angepasst), wodurch die Lastunempfindlichkeit für die Hochleistungsverstärker maximiert wird (d. h. die Lastaufnahme der Leistungsverstärkereigenschaft wird minimiert). Zum Beispiel wird das Signal S₁(t) durch den Verstärker 410 verstärkt und an dem 0°-Phasen-Anschluss 416 der Ausgangsleistungskombinationsvorrichtung 210 ausgegeben. Das Signal S₂(t) wird durch den Verstärker 412 verstärkt und an dem 90°-Phasen-Anschluss der Ausgangsleistungskombinationsvorrichtung 210 ausgegeben. Die Ausgangsleistungskombinationsvorrichtung 210 kombiniert die Signale der aktivierten Verstärker 410 und 412. Daher wird die Effizienz der Sende-/Empfangseinrichtung über einen weiten Bereich einer Ausgangsleistung verbessert, indem verschiedene Pfade der Sende-/Empfangseinrichtung aktiviert und deaktiviert werden.
6 stellt auch ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Ausführungsform bezüglich eines Betriebs mit einer geringen Amplitude im Detail dar. Für einen Betrieb mit einer geringen Amplitude werden die Verstärker 410 und 412 deaktiviert und der Verstärker 414 aktiviert. In dem deaktivierten Zustand weisen der Verstärker 410 und der Verstärker 412 Ausgangsimpedanzen auf, welche zu relativ hohen Reflektionskoeffizienten Γ_HP1 und Γ_HP2 führen (beispielsweise wird nahezu das gesamte Signal, welches an dem ISO-Anschluss empfangen wird, von den Anschlüssen, welche mit den Verstärkern 410 und 412 verbunden sind, weg reflektiert. Das Signal S₃(t) wird durch den Niederleistungsverstärker 414 verstärkt und an dem ISO-Anschluss 420 der Ausgangsleistungskombinationsvorrichtung 210 empfangen. Das empfangene verstärkte Signal S₃(t) wird von dem 0°-Phasen-Anschluss 416 und dem 90°-Phasen-Anschluss 418 reflektiert, was dazu führt, dass nahezu die gesamte Signalleistung, welche durch den Niederleistungsverstärker 414 erzeugt wird, an dem OUT-Anschluss 422 der Ausgangsleistungskombinationsvorrichtung 210 ankommt. Erfindungsgemäß können auch Vorspannungsverfahren oder andere Verfahren (z. B. Schalter) eingesetzt werden, um die Verstärker an und abzuschalten.
In 7 ist eine alternative erfindungsgemäße Ausführungsform dargestellt. In 7 ist ein Wechselschalter 702 bei dem Eingang des ISO-Anschlusses 420 der Ausgangsleistungskombinationsvorrichtung 210 hinzugefügt worden. Der Wechselschalter 702 ist derart ausgestaltet, dass er für Situationen, bei welchen eine Anpassung der Ausgangsimpedanz der Kombinationsvorrichtung 210 und der Impedanz des Niederleistungsverstärkers 414 schwierig zu erzielen ist, einen passenden Widerstand bereitstellt. Für einen Betrieb mit hohen Signalamplituden wird der Wechselschalter 702 zu einem passenden Widerstand L geschaltet, bildet einen Kurzschluss S oder bildet einen offenen Stromkreis O. Für einen Betrieb mit geringen Signalamplituden wird der Wechselschalter 702 geschlossen, wodurch eine elektrische Verbindung zwischen dem Niederleistungsverstärker 414 und der Ausgangsleistungskombinationsvorrichtung 210 hergestellt wird. Erfindungsgemäß können Wechselschalter auch an dem Eingang des 0°-Phasen-Anschlusses 416 und an dem Eingang des 90°-Phasen-Anschlusses 418 vorhanden sein, um eine Reflektion zu maximieren, indem eine Impedanzfehlanpassung vergrößert wird.
In 8 ist eine weitere beispielhafte erfindungsgemäße Ausführungsform dargestellt, wobei eine Sende-/Empfangseinrichtung, bei welcher die Ausgangsleistung in mehreren Stufen eingestellt wird, gleichzeitig eine sehr gute Leistungseffizienz, eine sehr gute Modulationsqualität und ein sehr gutes lastunempfindliches Verhalten bereitstellt. In 8 ist der erste Pfad 801 und der zweite Pfad 802 jeweils ein Hybrid-Pfad, welcher sowohl einen Hochleistungsverstärker als auch einen Niederleistungsverstärker umfasst.
Der erste Verstärkungspfad 801, welcher derart ausgestaltet ist, dass er ein erstes Signal S₁(t) von einem ersten Eingangsknoten 404 mit 0° Phasenversatz empfängt und verstärkt, umfasst eine erste Leistungskombinationsvorrichtung 803 mit einem ersten Eingangsanschluss IN, welcher derart ausgestaltet ist, dass er das Signal S₁(t) empfängt. Die erste Leistungskombinationsvorrichtung 803 trennt das 0°-Phasen-Eingangssignal in Signale mit einer Phasenverschiebung von 0° und in Signale mit einer Phasenverschiebung von 90°. Die Signale mit einer Phasenverschiebung von 0° werden von einem ersten 0°-Phasen-Anschluss ausgegeben, welcher mit dem ersten Hochleistungsverstärker 410 gekoppelt ist, und die Signale mit einer Phasenverschiebung von 90° werden von einem ersten 90°-Phasen-Anschluss, welcher mit einem zweiten Hochleistungsverstärker 804 gekoppelt ist, ausgegeben. Ein erster Isolationsanschluss ISO der ersten Leistungskombinationsvorrichtung 803 ist mit einem ersten Niederleistungsverstärker 806 gekoppelt. Eine zweite Leistungskombinationsvorrichtung 808 weist einen zweiten Isolationsanschluss ISO, einen zweiten 0°-Phasen-Anschluss, welcher mit dem ersten Hochleistungsverstärker 410 gekoppelt ist, einen zweiten 90°-Phasen-Anschluss, welcher mit dem zweiten Hochleistungsverstärker 804 gekoppelt ist, und einen zweiten Ausgangsanschluss OUT, welcher mit der Ausgangsleistungskombinationsvorrichtung 210 gekoppelt ist, auf. Ein erster Schalter 810 ist mit dem ersten Isolationsanschluss ISO und mit dem Eingang des Niederleistungsverstärkers 806 verbunden, und ein zweiter Schalter 812 ist mit dem Ausgang des Niederleistungsverstärkers 806 und dem zweiten Isolationsanschluss ISO verbunden.
Der zweite Verstärkungspfad 802 ist derart ausgestaltet, dass er ein Signal S₂(t) von einem zweiten Eingangsknoten 406 mit 90° Phasenversatz empfängt und verstärkt, und umfasst eine erste Leistungskombinationsvorrichtung 814, einen zweiten Hochleistungsverstärker 816 und eine zweite Leistungskombinationsvorrichtung 820, welche in derselben Weise wie bei dem ersten Verstärkungspfad 801 ausgestaltet sind. Der zweite Verstärkungspfad 802 weist insbesondere auch einen ersten Niederleistungsverstärker 818, einen ersten Schalter 822 und einen zweiten Schalter 824 auf.
Die Signalverstärkungseinheit der 8 kann erfindungsgemäß in vier unterschiedlichen Betriebsarten konfiguriert werden, um in einem breiten Einsatzbereich einen Betrieb mit einer hohen Effizienz bereitzustellen, wie es in Tab. 2 dargestellt ist.
Die Betriebsart mit der höchsten Leistung, HP Betriebsart 1, (HP = Hochleistung) wird erzielt, indem alle Hochleistungsverstärker 410, 804, 412, 816 in dem ersten Verstärkungspfad 801 und in dem zweiten Verstärkungspfad 802 aktiviert werden. Die Schalter 810, 812, 822, 824 stellen sicher, dass die isolierten entsprechenden Anschlüsse mit dem notwendigen Anschlusswiderstand verbunden sind, um für ein hohes Maß an Impedanzanpassung (d. h. einen minimalen Leistungsverlust) zu sorgen. Die Niederleistungsverstärker 414, 806 und 818 werden deaktiviert. Diese Betriebsart führt zu einer maximalen Ausgangsleistung mit einer sehr guten Leistungseffizienz, einer sehr guten Modulationsqualität und einem sehr guten lastunabhängigen Verhalten.
Eine zweite Betriebsart mit einer hohen Leistung, HP Betriebsart 2, wird erzielt, indem einer der Hochleistungsverstärker 410 oder 804 in dem ersten Verstärkungspfad 801 und einer der Hochleistungsverstärker 412 oder 816 in dem zweiten Verstärkungspfad 802 aktiviert und indem die anderen Hochleistungsverstärker in dem ersten Verstärkungspfad 801 und in dem zweiten Verstärkungspfad 802 deaktiviert werden. Die Niederleistungsverstärker 414, 806 und 818 werden deaktiviert. Wenn eine Leistungskombinationsvorrichtung mit einem Kopplungsfaktor von 3 dB eingesetzt wird, verringert die zweite Betriebsart mit hoher Leistung die Ausgangsleistung der ersten Betriebsart mit hoher Leistung um 3 dB.
Eine erste Betriebsart mit geringer Leistung, LP Betriebsart 1, (LP = Niderleistung) wird erzielt, indem alle Hochleistungsverstärker 410, 804, 412, 816 in dem ersten Verstärkungspfad 801 und in dem zweiten Verstärkungspfad 802 deaktiviert werden. Die Schalter 810, 812, 822, 824 werden geschlossen, um eine elektrische Verbindung zu den Niederleistungsverstärkern 806, 818 in dem ersten und in dem zweiten Verstärkungspfad 801 und 802 herzustellen. Die Niederleistungsverstärker 806, 818 werden aktiviert. Der Niederleistungsverstärker 414 wird deaktiviert. Die erste Betriebsart mit geringer Leistung bietet eine geringere Ausgangsleistung als die Betriebsarten mit hoher Leistung.
Eine zweite Betriebsart mit geringer Leistung, LP Betriebsart 2, wird erzielt, indem nur der Niederleistungsverstärker 414 aktiviert und alle anderen Verstärker 410, 804, 412, 816, 806, 818 deaktiviert werden. Diese Konfiguration ergibt eine sehr geringe maximale Ausgangsleistung mit einer guten Effizienz und mit einer guten Modulationsqualität. Bei einer alternativen erfindungsgemäßen Ausführungsform ist es möglich, eine Durchgangsverbindung anstelle des Niederleistungsverstärkers 414 bereitzustellen.
Eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform kann ausgebildet werden, indem die Niederleistungsverstärker 806 und 818 in dem ersten und in dem zweiten Verstärkungspfad 801 und 802 weggelassen werden. Bei einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform nimmt die maximale Leistung nicht um 3 dB ab, wobei es möglich ist, die Schalter in den Niederleistungspfaden zu eliminieren, da eine Anpassung nur für die isolierten Anschlüsse sowohl in dem aktivierten als auch in dem deaktivierten Zustand notwendig ist, und es keinen Bedarf für eine Leitungsunterbrechung oder für einen Kurzschluss gibt.
9 stellt eine alternative erfindungsgemäße Ausführungsform ähnlich der 8 dar. Bei 9 ist ein Wechselschalter 902 an dem ISO-Anschluss der Ausgangsleistungskombinationsvorrichtung hinzugefügt worden, um für eine Widerstandsanpassung bezüglich des ISO-Anschlusses für Situationen zu sorgen, in welchen eine Anpassung der Antennenimpedanz und der Impedanz, welche dem Niederleistungsverstärker 414 zugeordnet ist, schwierig zu erzielen ist.
10 stellt eine weitere alternative erfindungsgemäße Ausführungsform dar, welche ausgestaltet ist, um ein lastunabhängiges Verhalten über einen weiten Bereich einer Ausgangsleistung für einen Verstärker mit zwei Eingängen zu erzielen. Der erste Eingangsknoten 404 ist im Bezug auf den zweiten Eingangsknoten 406 phasenversetzt. Der Phasenversatz des ersten Eingangsknotens 404 gegenüber dem zweiten Eingangsknoten 406 beträgt insbesondere 90°. Wie bei der 9 sind der erste Verstärkungspfad 801 und der zweite Verstärkungspfad 802 jeweils Hybrid-Pfade. Ein Wechselschalter 1002 ist an dem ISO-Anschluss der Ausgangsleistungskombinationsvorrichtung 210 derart ausgestaltet, dass er für eine Impedanzanpassung an dem Ausgang sorgt. Die verschiedenen Verstärker können ein- und ausgeschaltet werden, um verschiedene Betriebsarten und Ausgangsleistungen in einer ähnlichen Weise, wie es in Tab. 2 beschrieben ist, zu erzielen.
In 11 ist eine alternative erfindungsgemäße Ausführungsform dargestellt, bei welcher ein Signal, welches von einem einzigen Eingangsknoten 1102 empfangen wird, mit einer hohen Effizienz über einen weiten Bereich einer Ausgangsleistung bei mehreren Betriebsarten verstärkt wird. In 11 wird eine Eingangsleistungskombinationsvorrichtung 1104 eingesetzt, um ein Eingangssignal aufzuteilen. Die Sende-/Empfangseinrichtung der 11 ermöglicht einen Betrieb über einen großen Bereich von Ausgangsleistungen, was für einen Mehrbandbetrieb notwendig ist. GSM („Global System for Mobile Communications”) setzt beispielsweise eine sehr hohe Ausgangsleistung ein und UMTS („Universal Mobile Telecommunication System”) setzt eine kleinere Ausgangsleistung ein. Die Sende-/Empfangseinrichtung ermöglicht eine Ausgangsleistung, welche die jeweilige Anforderung erfüllt. Die Sende-/Empfangseinrichtung ermöglicht eine sehr geringe Ausgangsleistung für UMTS, indem der sehr kleine Verstärker 414 in der Mitte aktiviert und die Verstärker 410, 804, 412, 816 deaktiviert werden, oder eine geringe Ausgangsleistung für UMTS, indem ein Hochleistungsverstärker in jedem Pfad (z. B. 410 und 412) aktiviert und die Verstärker 804, 816 und 414 deaktiviert werden. Die Sende-/Empfangseinrichtung ermöglicht eine sehr hohe Ausgangsleistung für GSM, indem alle vier Hochleistungsverstärker 410, 804, 412, 816 aktiviert (und 414 deaktiviert) werden.
12 zeigt eine Übersichtstabelle 1200, welche 25 verschiedene Betriebsarten (bezeichnete Fälle in 12) für den Verstärker der 11 umfasst. Diese Fälle verdeutlichen, dass die Sende-/Empfangseinrichtung der 11 verschiedene Ausgangsleistungen bei einer hohen Effizienz und bei einer hohen Lastunempfindlichkeit ausgeben kann. Die Spalte, welche mit ”Ausgangsleistung” 1202 gekennzeichnet ist, stellt mögliche Ausgangsleistungsoptionen (z. B. Betriebsarten) dar, welche von einer maximalen Ausgangsleistung P_max bis zu einer minimalen Ausgangsleistung PLP1 abnehmen. Die Spalte 1204 „Lastunabh.” (Lastunabhängigkeit) zeigt, wie lastunabhängig die Verstärker der Sende-/Empfangseinrichtung bei den entsprechenden Betriebsarten sind. In der Spalte „Lastunabh.” zeigt ein ”++” an, dass die Verstärker sehr lastunabhängig sind, ein ”+” zeigt an, dass die Verstärker lastunabhängig sind, und ein ”0” bedeutet, dass die Verstärker insgesamt nicht lastunabhängig sind. Die Spalten rechts neben der Spalte „Lastunabh.” (gekennzeichnet mit 1206) zeigen den Zustand der Aktivierung für die Verstärker und Schalter der Sende-/Empfangseinrichtung, welche erforderlich sind, um eine hohe Effizienz für das in der zugehörigen Reihe vorgegebene Leistungsniveau bereitzustellen, wobei die Bezeichnungen in der mit 1208 markierten Reihe mit den Bezeichnungen in der 11 korrespondieren. Um beispielsweise die Sende-/Empfangseinrichtung der 11 mit einer Ausgangsleistung von P_max mit einer hohen Effizienz und mit einer hohen Lastunabhängigkeit zu betreiben, wird der Schalter SW_I/P_Y auf Last (L) oder durchgängig (T), der Schalter SW_P1_I/P_Y auf Last (L) oder durchgängig (T), Bias P1_HP1 eingeschaltet, usw.. Abhängig von dem Zustand der Aktivierung der Verstärker und Schalter, kann der Leistungsverstärker der 11 einen weiten Bereich einer Ausgangsleistung mit einem verbesserten Leistungsverhalten abdecken. Die vorliegende Erfindung stellt insbesondere eine geringe Ausgangsleistung (z. B. eine Leistung unterhalb von P_max) mit einer hohen Effizienz bereit (obwohl man sich unterhalb eines Optimums befindet, ist dies durch zusätzliche Komponenten und Schalter möglich). Zum Beispiel weist die Sende-/Empfangseinrichtung der 11, wenn sie in einer Betriebsart PLP (geringe Leistung) betrieben wird, eine wesentlich höhere Effizienz auf, als ein einziger Hochleistungsverstärker, welcher bei derselben (geringen) Ausgangsleistung betrieben wird.
Bei einer bevorzugten Anwendung setzt ein Mobiltelefon den Leistungsverstärker der 11 ein, um über einen weiten Bereich von Ausgangsleistungen, welche bei UMTS erforderlich sind, betrieben zu werden. Zum Beispiel arbeitet das Mobiltelefon für eine Übertragung entfernt von einer Basisstation mit einer maximalen Leistung (P_max), was beispielsweise dem Fall 1 in 12 entspricht. Wenn sich das Mobiltelefon jedoch, wie es meist der Fall ist, dichter an einer Basisstation befindet, arbeitet das Mobiltelefon 20 dB unterhalb der maximalen Leistung in einer Betriebsart geringer Leistung (PLP), was beispielsweise dem Fall 16 in 12 entspricht.
Es sei angemerkt, dass der Begriff Verstärker, wie er in dieser Offenbarung verwendet wird und wie er in den zugehörigen Figuren dargestellt ist, einen oder mehrere Verstärker umfassen kann. Zum Beispiel kann sich ein Verstärker, wie es in 13 dargestellt ist, auf mehr als einen Transistorverstärker beziehen, welcher aus mehreren Stufen mit Anpassungsnetzwerken besteht. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist der Einsatz von stark voneinander abweichenden Verstärkern möglich.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter einer Leistungskombinationsvorrichtung insbesondere eine Vorrichtung verstanden, welche mehrere Eingangssignale zu einem Ausgangssignal kombiniert (dabei kann auch nur ein Eingangssignal zum Ausgang durchgeschaltet werden und damit das Ausgangssignal bilden) oder ein Eingangssignal in ein oder mehrere Komponenten zerlegt bzw. aufteilt. Dabei kann es sich bei diesen Signalen um Signale handeln, welche durch einen vorbestimmten Stromverlauf, Spannungsverlauf oder durch einen kombinierten Strom- und Spannungsverlauf repräsentiert werden.

Claims

Leistungseffiziente Sende-/Empfangseinrichtung mit einem hohen Dynamikbereich, umfassend: einen ersten Verstärkungspfad (204; 801), welcher derart ausgestaltet ist, dass er ein erstes Signal (S₁(t)) empfängt und ein erstes verstärktes Signal an einen ersten Anschluss (212; 416) einer Ausgangsleistungskombinationsvorrichtung (210) ausgibt, wenn er aktiviert ist, und eine Impedanz bereitstellt, welche zu einem hohen Reflexionsfaktor (Γ_HP1) führt, wenn er deaktiviert ist, einen zweiten Verstärkungspfad (206; 802), welcher derart ausgestaltet ist, dass er ein zweites Signal (S₂(t)), welches um 90° phasenversetzt im Bezug auf das erste Signal (S₁(t)) ist, empfängt und ein zweites verstärktes Signal an einen zweiten Anschluss (214; 418) der Ausgangsleistungskombinationsvorrichtung (210) ausgibt, wenn er aktiviert ist, und eine Impedanz bereitstellt, welche zu einem hohen Reflexionsfaktor (Γ_HP2) führt, wenn er deaktiviert ist, und einen dritten Verstärkungspfad (208), welcher derart ausgestaltet ist, dass er ein drittes Signal (S₃(t)) empfängt und ein drittes verstärktes Signal an einem dritten Anschluss (216; 420) der Ausgangsleistungskombinationsvorrichtung (210) ausgibt, wenn er aktiviert ist, und eine Impedanz bereitstellt, welche eine Impedanz ergibt, die mit der Ausgangsimpedanz übereinstimmt, wenn er deaktiviert ist, wobei die Verstärkungspfade (204, 206, 208; 801, 802, 208) selektiv aktiviert und deaktiviert sind, um ein empfangenes Signal mit einer hohen Effizienz und Linearität auszugeben, und wobei der erste Verstärkungspfad (204; 801) und der zweite Verstärkungspfad (206; 802) gleichzeitig aktiviert oder deaktiviert sind.
Sende-/Empfangseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl das erste Signal (S₁(t)) als auch das zweite Signal (S₂(t)) phasenmodulierte Signale mit einer konstanten Oberwelle und einer hohen Amplitude sind, und dass das dritte Signal (S₃(t)) ein mittels des In-phase & Quadratur-Verfahrens phasenmodifiziertes Signal geringer Leistung ist.
Sende-/Empfangseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Verstärkungspfad (204; 801) und der zweite Verstärkungspfad (206; 802) jeweils einen ersten Hochleistungsverstärker (410; 412) umfassen.
Sende-/Empfangseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Verstärkungspfad (801) und der zweite Verstärkungspfad (802) jeweils darüber hinaus umfassen: einen zweiten Hochleistungsverstärker (804; 816), eine erste Leistungskombinationsvorrichtung (803; 816), welche einen ersten Eingangsanschluss (IN), welcher derart ausgestaltet ist, dass das erste Signal (S₁(t)) oder das zweite Signal (S₂(t)) empfangen wird, einen ersten 0°-Phasen-Anschluss (0°), welcher mit dem ersten Hochleistungsverstärker gekoppelt ist, einen ersten 90°-Phasen-Anschluss (90°), welcher mit dem zweiten Hochleistungsverstärker gekoppelt ist, und einen ersten Isolationsanschluss (ISO) aufweist, und eine zweite Leistungskombinationsvorrichtung (808; 820), welche einen zweiten Isolationsanschluss (ISO), einen zweiten 0°-Phasen-Anschluss (0°), welcher mit dem ersten Hochleistungsverstärker gekoppelt ist, einen zweiten 90°-Phasen-Anschluss (90°), welcher mit dem zweiten Hochleistungsverstärker gekoppelt ist, und einen zweiten Ausgangsanschluss (OUT), welcher mit der Ausgangsleistungskombinationsvorrichtung (210) gekoppelt ist, aufweist.
Sende-/Empfangseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl der erste Verstärkungspfad (801) als auch der zweite Verstärkungspfad (802) darüber hinaus einen ersten Niederleistungsverstärker (806; 818) umfassen, welcher mit dem Ausgangsanschluss (ISO) der ersten Leistungskombinationsvorrichtung (803; 814) und dem zweiten Isolationsanschluss (ISO) gekoppelt ist.
Sende-/Empfangseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sende-/Empfangseinrichtung darüber hinaus umfasst: einen ersten Schalter (803; 814), welcher mit dem ersten Isolationsanschluss (ISO) und mit dem Eingang des ersten Niederleistungsverstärker (806; 818) verbunden ist, und einen zweiten Schalter (812; 824), welcher mit dem Ausgang des ersten Niederleistungsverstärker (806; 818) und dem zweiten Isolationsanschluss (ISO) verbunden ist, und dass sowohl der erste Schalter (810; 822) als auch der zweite Schalter (812; 824) derart ausgestaltet sind, dass sie einen hohen Reflexionsfaktor bereitstellen, wenn der erste Niederleistungsverstärker (806; 818) deaktiviert ist.
Sende-/Empfangseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Verstärkungspfad (208) einen Niederleistungsverstärker (414) umfasst.
Sende-/Empfangseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Verstärkungspfad (208) darüber hinaus einen Schalter (902) umfasst, welcher mit dem Niederleistungsverstärker (414) und einem Isolationsanschluss (ISO) der Ausgangsleistungskombinationsvorrichtung (210) gekoppelt ist.
Sende-/Empfangseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Eingangsleistungskombinationsvorrichtung (202; 402; 1104) ein Eingangssignal (S(t)) empfängt und das erste Signal (S₁(t)), das zweite Signal (S₂(t)) und/oder das dritte Signal (S₃(t)) ausgibt.
Leistungseffiziente Sende-/Empfangseinrichtung mit einem hohen Dynamikbereich, umfassend: einen ersten Verstärkungspfad (204; 801), welcher derart ausgestaltet ist, dass er ein erstes Signal (S₁(t)) empfängt und ein erstes verstärktes Signal an einen ersten Anschluss (212; 416) einer Ausgangsleistungskombinationsvorrichtung (210) ausgibt, einen zweiten Verstärkungspfad ((206; 802), welcher derart ausgestaltet ist, dass er ein zweites Signal (S₂(t)), welches um 90° phasenversetzt im Bezug auf das erste Signal (S₁(t)) ist, empfängt und ein zweites verstärktes Signal an einen zweiten Anschluss (214; 418) der Ausgangsleistungskombinationsvorrichtung (210) ausgibt, und einen Schalter (702; 902), welcher derart ausgestaltet ist, dass er eine an die Ausgangsimpedanz angepasste Impedanz an einem Isolationsanschluss (420) der Ausgangsleistungskombinationsvorrichtung (210) bereitstellt.
Sende-/Empfangseinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Verstärkungspfad (801) umfasst: einen ersten Hochleistungsverstärker (410), einen zweiten Hochleistungsverstärker (804), einen ersten Niederleistungsverstärker (806), eine erste Leistungskombinationsvorrichtung (803), welche einen ersten Eingangsanschluss (IN), welcher derart ausgestaltet ist, dass er das erste oder das zweite Signal (S₁(t); S₂(t)) empfängt, einen ersten 0°-Phasen-Anschluss (0°), welcher mit dem ersten Hochleistungsverstärker (410) gekoppelt ist, einen ersten 90°-Phasen-Anschluss (90°), welcher mit dem zweiten Hochleistungsverstärker (804) gekoppelt ist, und einen ersten Isolationsanschluss (ISO), welcher mit dem ersten Niederleistungsverstärker (806) gekoppelt ist, aufweist, und eine zweite Leistungskombinationsvorrichtung (808), welche einen zweiten Isolationsanschluss (ISO), welcher mit dem ersten Niederleistungsverstärker (806) gekoppelt ist, einen zweiten 0°-Phasen-Anschluss, welcher mit dem ersten Hochleistungsverstärker (410) gekoppelt ist, einen zweiten 90°-Phasen-Anschluss, welcher mit dem zweiten Hochleistungsverstärker (804) gekoppelt ist, und einen zweiten Ausgangsanschluss (OUT), welcher mit der Ausgangsleistungskombinationsvorrichtung (210) gekoppelt ist, aufweist, und dass sowohl der erste Hochleistungsverstärker (410) als auch der zweite Hochleistungsverstärker (804) eine Impedanz bereitstellen, welche an dem ersten 0°-Phasen Anschluss, an dem zweiten 0°-Phasen-Anschluss, an dem ersten 90°-Phasen-Anschluss und an dem zweiten 90°-Phasen-Anschluss zu einem hohen Reflexionsfaktor führen, wenn sie deaktiviert sind, und dass der erste Niederleistungsverstärker (806) eine Impedanz an den Isolationsanschluss bereitstellt, welche an die Ausgangsimpedanz angepasst ist, wenn er deaktiviert ist.
Sende-/Empfangseinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Verstärkungspfad (801) darüber hinaus umfasst: einen ersten Schalter (810), welcher mit dem ersten Isolationsanschluss (ISO) und dem Eingang des ersten Niederleistungsverstärker (806) verbunden ist, und einen zweiten Schalter (812), welcher mit dem Ausgang des ersten Niederleistungsverstärker (806) und dem zweiten Isolationsanschluss (ISO) verbunden ist, und dass sowohl der erste Schalter (810) als auch der zweite Schalter (812) derart ausgestaltet sind, dass sie einen hohen Reflexionsfaktor bereitstellen, wenn der erste Niederleistungsverstärker (806) deaktiviert ist.
Sende-/Empfangseinrichtung nach einem der Ansprüche 10–12, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsleistungskombinationsvorrichtung (210) eine Hybrid-Leistungskombinationsvorrichtung ist.
Sende-/Empfangseinrichtung nach einem der Ansprüche 10–12, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsleistungskombinationsvorrichtung (210) eine Rat-Race-Leistungskombinationsvorrichtung ist.
Verfahren für eine leistungseffiziente Übertragung, umfassend: selektives Separieren eines empfangenen Signals (S(t)) in ein erstes Signal (S₁(t)), ein zweites Signal (S₂(t)), welches im Bezug auf das erste Signal (S₁(t)) einen Phasenversatz von 90° aufweist, und/oder ein drittes Signal (S₃(t)), wobei eine Durchführung einer Hochleistungsübertragung umfasst: gleichzeitiges Verstärken sowohl des ersten Signals (S₁(t)) als auch des zweiten Signals (S₂(t)) und entsprechendes Ausgeben eines ersten verstärkten Signals an einem ersten Anschluss (212; 416) einer Ausgangsleistungskombinationsvorrichtung (210) und eines zweiten verstärkten Signals an einem zweiten Anschluss (214; 418) der Ausgangsleistungskombinationsvorrichtung (210), Bereitstellen einer Impedanz eines dritten Anschlusses (216; 420) der Ausgangsleistungskombinationsvorrichtung (210), welche im Wesentlichen gleich der Ausgangsimpedanz der Ausgangsleistungskombinationsvorrichtung (210) ist, und Kombinieren des ersten und des zweiten verstärkten Signals unter Einsatz der Ausgangsleistungskombinationsvorrichtung (210), um das empfangene Signale verstärkt auszugeben, wobei eine Niederleistungsübertragung umfasst: Verstärken des dritten Signals (S₃(t)) und Ausgeben eines dritten verstärkten Signals an dem dritten Anschluss (216; 420) der Ausgangsleistungskombinationsvorrichtung (210), und Bereitstellen einer Impedanz an dem ersten Anschluss (212; 416) und dem zweiten Anschluss (214; 418) der Ausgangsleistungskombinationsvorrichtung (210), welche zu einem hohen Reflexionsfaktor führt.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl das erste Signal (S₁(t)) als auch das zweite Signal (S₂(t)) phasenmodulierte Signale mit einer konstanten Oberwelle und einer hohen Amplitude sind, und dass das dritte Signal (S₃(t)) ein mittels des In-phase & Quadratur-Verfahrens phasenmodifiziertes Signal geringer Leistung ist.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärken des ersten Signals (S₁(t)) darüber hinaus umfasst: Separieren des ersten Signals (S₁(t)) in eine erste Hochleistungskomponente, eine zweite Hochleistungskomponente und/oder eine Niederleistungskomponente unter Einsatz einer Eingangsleistungskombinationsvorrichtung (803), gleichzeitiges Verstärken der ersten und der zweiten Hochleistungskomponente, und Kombinieren der ersten und der zweiten verstärkten Hochleistungskomponente.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren darüber hinaus ein Ausgeben von 24 verschiedenen Ausgangsspannungen umfasst.
Verfahren für eine leistungseffiziente Übertragung, umfassend Separieren von Hochleistungssignalen (S₁(t), S₂(t)) oder Niederleistungssignalen (S₃(t)) von einem empfangenen Signal (S(t), Isolieren der Hochleistungssignale (S₁(t), S₂(t)) von den Niederleistungssignalen (S₃(t)) durch selektives Aktivieren und Deaktivieren von Verstärkern (410, 412, 414; 410, 804, 806, 414, 412, 816, 818), gleichzeitiges Verstärken von zwei oder mindestens drei der Hochleistungssignale (S₁(t), S₂(t)) oder von einem oder von mehreren der Niederleistungssignale (S₃(t)) mit aktivierten der Verstärker (410, 412, 414; 410, 804, 806, 414, 412, 816, 818), und Kombinieren der isolierten Hochleistungssignale (S₁(t), S₂(t)) oder der isolierten Niederleistungssignale (S₃(t)), um das empfangene Signal verstärkt auszubilden.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolieren der Hochleistungssignale (S₁(t), S₂(t)) von den Niederleistungssignalen (S₃(t) durch Schalter (702; 902) ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolieren der Hochleistungssignale (S₁(t), S₂(t)) von den Niederleistungssignalen (S₃(t)) durch selektives Ausgestalten einer Verstärkerimpedanz ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19–21, dadurch gekennzeichnet, dass das selektive Aktivieren und Deaktivieren der Verstärker ausgeführt wird, indem eine Verstärkervorspannung (602–606) gesteuert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 19–21, dadurch gekennzeichnet, dass das selektive Aktivieren und Deaktivieren der Verstärker (410, 412, 414; 410, 804, 806, 414, 412, 816, 818) durch Schalter (702; 902) ausgeführt wird.
Leistungseffiziente Sende-/Empfangseinrichtung, umfassend: Trennungsmittel (202; 402; 1104), um ein empfangenes Signal (S(t)) in Hochleistungssignale (S₁(t), S₂(t)) oder Niederleistungssignale (S₃(t) zu trennen, Isolierungsmittel (702; 902), um die Hochleistungssignale (S₁(t), S₂(t)) von den Niederleistungssignalen (S₃(t)) zu isolieren, Verstärkungsmittel (410, 412, 414; 410, 804, 806, 414, 412, 816, 818), um zwei oder mindestens drei der Hochleistungssignale (S₁(t), S₂(t) oder eines oder mehrere der Niederleistungssignale (S₃(t)) getrennt zu verstärken, und Kombinationsmittel (210), um die isolierten Hochleistungssignale (S₁(t), S₂(t)) oder die isolierten Niederleistungssignale (S₃(t)) zu kombinieren, um das empfangene Signal (S(t)) verstärkt auszubilden.
Sende-/Empfangseinrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationsmittel (702; 902) ein selektives Ausgestalten einer Impedanz, welche den Verstärkungsmitteln (410, 412, 414; 410, 804, 806, 414, 412, 816, 818) zugeordnet ist, umfassen.