DE60003925T2 - Verstärkerschaltung - Google Patents

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DE60003925T2
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    • H03F3/60Amplifiers in which coupling networks have distributed constants, e.g. with waveguide resonators
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    • HELECTRICITY
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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verstärkerschaltung, insbesondere, aber nicht ausschließlich, eine Verstärkerschaltung zum Bereitstellen einer Bandpassverstärkung bei Zwischenfrequenzen in Funkempfängern.
  • Verstärker werden gemäß dem Stand der Technik weit verbreitet zur Verstärkung von an diese angelegten Eingangssignalen genutzt, um verstärkte Ausgangssignale bereitzustellen. Dies ist besonders wichtig in Funkempfängern, bei welchen die an diesen empfangene Strahlung entsprechende durch eine Antenne empfangene Signale erzeugt, die typischerweise eine Amplitude im Mikrovoltbereich aufweisen. In den Funkempfängern werden interne Verstärker verwendet, um diese empfangenen Signale auf eine Amplitude in der Größenordnung von Millivolt bis Volt zu verstärken, um beispielsweise einen Lautsprecher anzusteuern. Da es schwierig ist, bei zur Verstärkung bei Funkfrequenzen entworfenen Verstärkern spontane Schwingungen zu verhindern, insbesondere, wenn selbige kaskadierte Verstärkerstufen umfassen, ist es üblich, die empfangenen Signale auf niedrigere Zwischenfrequenzen zu überlagern, bei welchen es leichter ist, einen hohen Verstärkungsgrad bereitzustellen und außerdem eine selektivere Bandpasssignalfilterung bereitzustellen. US-A-3,646,467 offenbart ein Beispiel eines solchen Verstärkers.
  • Bei Funkempfängern des Standes der Technik ist es daher üblich, einen überwiegenden Anteil der erforderlichen Signalverstärkung bei Zwischenfrequenzen bereitzustellen, nämlich Frequenzen, die zwischen jener der empfangenen Strahlung und Audio- oder Videofrequenzen liegen.
  • Beispielsweise empfängt ein Funkempfänger Strahlung auf einer Frequenz von 500 MHz und erzeugt ein entsprechendes durch die Antenne empfangenes Signal ebenfalls bei 500 MHz. Der Empfänger überlagert das empfangene Signal, um ein Zwischenfrequenzsignal in einem Frequenzbereich um 10,7 MHz herum zu erzeugen, welches dann verstärkt und gefiltert wird, und demoduliert schließlich das verstärkte Zwischenfrequenzsignal, um ein entsprechendes Audioausgangssignal mit Signalkomponenten in einem Frequenzbereich von 100 Hz bis 50 kHz zu erzeugen.
  • Da das Funkfrequenzspektrum zunehmend überlastet wird, besteht in jüngerer Zeit ein Trend dahingehend, bei modernen Kommunikationssystemen einen Ultrahochfrequenzbereich (UHF) zu nutzen, nämlich um 500 MHz herum; eine Übertragung auf Mikrowellenfrequenzen, beispielsweise 1 GHz bis 30 GHz wird nun ebenfalls angewandt. Damit im Zusammenhang steht ein Trend beim Entwurf moderner Funkempfänger, eine Zwischenfrequenzverstärkung bei einigen zehn MHz oder mehr anzuwenden; dies erfolgt, um eine adäquate Geisterbildunterdrückung zu erzielen, die mit der Verwendung von Überlagerungsprozessen verbunden ist.
  • In modernen Mobiltelefonen wird der größte Teil der Signalverstärkung in Zwischenfrequenz-Verstärkerschaltungen bereitgestellt, die in diesen enthalten sind. Diese Schaltungen umfassen Sendeverstärker und zugehörige SAW(akustische Oberflächenwellen)- oder Keramikfilter, um eine schmale Bandpass-Signalverstärkungscharakteristik zu liefern; die Schaltungen und ihre zugehörigen Filter werden herkömmlicherweise insgesamt als "Zwischenfrequenzstreifen" bezeichnet. Solche Sendeverstärker verbrauchen im Betrieb eine wesentliche Leistung, beispielsweise verbrauchen in Mobiltelefonen angewandte Zwischenfrequenzverstärkerschaltungen typischer weise zwischen einigen Hundert Mikroampere und einigen mA Strom, wenn sie in Betrieb sind.
  • Um moderne Mobiltelefone bereitzustellen, die mit den zugehörigen Batterien eine verlängerte Betriebszeit aufweisen, sind neue Arten von Batterien erforscht und entwickelt worden, die ein besseres Verhältnis von Ladungsspeicherung zu Gewicht bieten, beispielsweise wiederaufladbare Metallhydrid- und Lithiumbatterien.
  • Der Erfinder hat erkannt, dass, anstatt sich auf die Verbesserung der Batterietechnologie zu konzentrieren, eine Reduzierung des Stromverbrauchs von Zwischenfrequenz-Verstärkerschaltungen in Funkempfängern wünschenswert ist, um eine längere Betriebszeit mit den Batterien zu ermöglichen. Die Erfindung ist daher in dem Bestreben gemacht worden, eine alternative Art von Verstärkerschaltung bereitzustellen, beispielsweise eine besonders zur Verwendung bei Zwischenfrequenzen in Funkempfängern geeignete Schaltung, die in der Lage ist, weniger Energie zum Betrieb zu erfordern.
  • Es ist im Fachgebiet bekannt, wie in einer japanischen Patentanmeldung JP 55137707 beschrieben ist, Reflexionsverstärker in Reihe zu kaskadieren und zwischen diesen Filter anzuordnen, um zu verhindern, dass höhere harmonische Komponenten, die in vorausgehenden Stufen erzeugt wurden, sich zu nachfolgenden Stufen ausbreiten. Die Filter sind nicht dahingehend wirksam, eine Signalausbreitung in umgekehrter Richtung entlang der kaskadierten Reihe von Verstärkern zu verhindern, um das Auftreten einer spontanen Schwingung zu vermeiden.
  • Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird eine Verstärkerschaltung zum Empfangen eines Eingangssignals und Bereit stellen eines entsprechenden verstärkten Ausgangssignals zur Verfügung gestellt, wobei die Schaltung dadurch gekennzeichnet ist, dass sie umfasst:
    • (a) mehrere Reflexionsverstärker, die entlang eines Signalpfades in Reihe kaskadiert sind und wirksam das Eingangssignal, das in Vorwärtsrichtung entlang desselben läuft, verstärken, um das Ausgangssignal bereitzustellen; und
    • (b) Verbindungseinrichtungen zum Verbinden der Reflexionsverstärker, um den Signalpfad zu bilden und um eine Signalausbreitung in umgekehrter Richtung entlang desselben zu verhindern, wodurch dem Entstehen einer spontanen Schwingung innerhalb der Schaltung entgegengewirkt wird, wobei die Verbindungseinrichtungen Filter umfassen, die zwischen benachbarten Reflexionsverstärkern entlang des Signalpfades angeordnet sind, sowie Modulationseinrichtungen zum Modulieren des Eingangssignals auf zugeordnete Seitenband-Signalkomponenten und Konvertieren zu und von den zuordneten Seitenband-Signalkomponenten entlang des Pfades, wobei die Filter und die Modulationseinrichtungen wirksam die Signalausbreitung in Vorwärtsrichtung entlang des Pfades unterstützen und die Signalausbreitung in der umgekehrten Richtung entlang desselben verhindern.
  • Dies bietet den Vorteil, dass durch die Anordnung der Filter in Zwischenlage zwischen den Verstärkern jeder Verstärker von seinen benachbarten Verstärkern isoliert werden kann, wodurch die Signalausbreitung in der umgekehrten Richtung entlang des Pfades verhindert wird; der Einbau der Modulationseinrichtungen macht es möglich, das sich durch jeden Verstärker ausbreitende Eingangssignal zwischen einem Träger- und einem Seitenbandsignal zu konvertieren, wodurch sich dieses in der Vorwärtsrichtung entlang des Pfades durch die Filter ausbreiten kann.
  • Die Schaltung bietet den Vorteil, dass sie in der Lage ist, eine Signalverstärkung bereitzustellen und während des Betriebs im Vergleich zu Verstärkerschaltungen nach dem Stand der Technik weniger Strom zu verbrauchen.
  • Ein Fachmann auf dem Gebiet würde nicht erwarten, dass es praktikabel ist, eine Mehrzahl von Reflexionsverstärkern zusammenzuschalten und aus diesen eine stabile Verstärkung zu erzielen, und zwar wegen spontaner Störschwingungen, die während des Betriebs auftreten würden. Die Schaltung tritt diesem Problem entgegen, indem sie die Verbindungseinrichtungen enthält, welche die beabsichtigte Signalverstärkung in der Schaltung unterstützen und einer Signalverstärkung, die eine spontane Schwingung in dieser verursacht, entgegenwirken.
  • Eine spontane Schwingung ist als selbstinduzierte Schwingung definiert, die sich entlang eines eine Verstärkung liefernden Signalpfades als Folge der um den Signalpfad herum oder in selbigem auftretenden Rückkopplung ergibt.
  • Geeigneterweise sind die Filter in Reihe entlang des Signalpfades angeordnet, wobei die Filter zwischen Seitenband durchlassenden Filtern und Seitenband zurückweisenden Filtern entlang des Pfades abwechseln und die Modulationseinrichtungen vorgesehen sind, um das Eingangssignal zu konvertieren, wenn es sich entlang des Signalpfades ausbreitet, und zwar abwechselnd zwischen einem entsprechenden Trägersignal, das im Wesentlichen nur durch die Seitenband zurückweisenden Filter übertragbar ist, und einem entsprechenden Seitenbandsignal, das im Wesentlichen nur durch die Seitenband durchlassenden Filter übertragbar ist, wodurch die Ausbreitung des Eingangssignals in der Vorwärtsrichtung entlang des Pfades unterstützt wird und die Signalausbreitung in der umgekehrten Richtung entlang desselben verhindert wird.
  • Gemäß eines anderen Aspekts stellt die Erfindung ein Verfahren zur Verstärkung eines Eingangssignals und Bereitstellung eines entsprechenden verstärkten Ausgangssignals zur Verfügung, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass es folgende Schritte umfasst:
    • (a) Bereitstellen mehrerer Reflexionsverstärker, die entlang eines Signalpfades in Reihe kaskadiert sind, und von Verbindungseinrichtungen zum Verbinden der Reflexionsverstärker mit dem Signalpfad, und die wirksam eine Signalausbreitung in Vorwärtsrichtung entlang des Pfades unterstützen und einer Signalausbreitung in umgekehrter Richtung entlang desselben entgegenwirken, wobei die Verbindungseinrichtungen Filter umfassen, die zwischen benachbarten Reflexionsverstärkern entlang des Signalpfades angeordnet sind, sowie Modulationseinrichtungen zum Modulieren des Eingangssignals auf zugeordnete Seitenband-Signalkomponenten und Konvertieren zu und von den zugeordneten Seitenband-Signalkomponenten entlang des Pfades, wobei die Filter und die Modulationseinrichtungen wirksam die Signalausbreitung in Vorwärtsrichtung entlang des Pfades unterstützen und die Signalausbreitung in der umgekehrten Richtung entlang desselben verhindern;
    • (b) Empfangen des Eingangssignals an dem Signalpfad;
    • (c) Führen des Eingangssignals durch die Verbindungseinrichtung zu einem der Reflexionsverstärker zur Verstärkung in diesem, um ein verstärktes Signal bereitzustellen;
    • (d) Führen des verstärkten Signals in Vorwärtsrichtung zu einem anderen der Reflexionsverstärker zur weiteren Verstärkung in diesem;
    • (e) Wiederholen von Schritt (d), bis das verstärkte Signal einen Ausgang des Signalpfades erreicht; und
    • (f) Ausgeben des verstärkten Signals als das Ausgangssignal aus dem Signalpfad.
  • Das Verfahren bietet den Vorteil, dass das Signal während der Verstärkung selektiv von Verstärker zu Verstärker in einer Vorwärtsrichtung entlang des Signalpfades gelenkt wird, wodurch jedweder erneuten Verstärkung des Eingangssignals durch die Verstärker entgegengewirkt wird und somit verhindert wird, dass sich irgendwelche Rückkopplungsschleifen aufbauen, in welchen eine spontane Schwingung entstehen kann.
  • Eine Ausführungsform der Erfindung wird nun, lediglich beispielshalber, unter Bezugnahme auf die folgenden Diagramme beschrieben, in welchen:
  • 1 ein Schema einer Verstärkerschaltung entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung ist;
  • 2 eine Darstellung der Signaldurchlasscharakteristik von Filtern zum Einbau in die Schaltung aus 1 ist; und
  • 3 ein Schema einer Schaltung eines Reflexionsverstärkers zum Einbau in die Schaltung aus 1 ist.
  • Nehmen wir Bezug auf 1, so ist dort eine Verstärkerschaltung entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt; die Schaltung ist mit 600 bezeichnet. Sie umfasst drei Bandpassfilter 610, 620, 630, zwei Zweiphasenschalter 650, 660, einen Umschaltoszillator 670 und zwei Reflexionsverstärker 700, 710. Jeder der Verstärker 700, 710 enthält eine Reflexionsverstärkerschaltung, die in 3 mit 1400 bezeichnet ist.
  • Die Filter 610, 630 sind identisch und verwenden akustische Oberflächenwellenfilter (SAW), akustische Körperwellenfilter (BAW) oder Keramikfilterkomponenten. Jeder der Filter 610, 630 liefert eine Bandpass-Durchlasscharakteristik für Signale, die sich zwischen dessen Anschlüssen H1, H2 ausbreiten. Die Charakteristik umfasst einen einzigen Durchlasspeak, der bei einer Frequenz f0 zentriert ist, mit einer oberen und unteren Grenzfrequenz bei –3 dB von f0 + f1 bzw, f0 – f1. In der Schaltung 600 ist f0 100 MHz und f1 ist 50 kHz.
  • In dem Filter 620 werden ebenfalls SAW-, BAW- oder Keramikfilterkomponenten angewandt. Er liefert eine Durchlasscharakteristik mit zwei Peaks für Signale, die sich zwischen dessen Anschlüssen H3, H4 ausbreiten. Die Doppelpeakcharakteristik umfasst zwei Durchlasspeaks, wobei ein erster Peak bei einer Frequenz f0 + f2 zentriert ist und ein zweiter Peak bei einer Frequenz f0 – f2 zentriert ist. Der erste Peak weit eine obere und untere Grenzfrequenz bei –3 dB von f0 + f2 + f1 bzw. f0 + f2 – f1 auf. Analog weist der zweite Peak eine obere und untere Grenzfrequenz bei –3 dB von f0 – f2 + f1 bzw. f0 – f2 – f1 auf. 2 bietet eine mit 800 bezeichnete graphische Darstellung, welche die Signaldurchlasscharakteristiken der Filter 610, 620, 630 darstellt. Die graphische Darstellung 800 umfasst eine erste Achse 810, welche die Frequenz darstellt, und eine zweite Achse 820, welche den relativen Signaldurchlass durch die Filter 610, 620, 630 darstellt.
  • In 2 ist der einzige Durchlasspeak der Filter 610, 630 mit 850 bezeichnet. Analog sind der erste und der zweite Durchlasspeak des Filters 620 mit 860 bzw. 870 bezeichnet. Darüber hinaus absorbieren die Filter 610, 630 außerdem stark die Strahlung bei Frequenzen um f0 – f2 und f0 + f2 herum, nämlich um einen Frequenzbereich der Peaks 860, 870 herum, insbesondere für Signale, die an deren Anschlüsse H2 angelegt werden. Weiterhin absorbiert der Filter 620 außerdem stark die Strahlung um einen Frequenzbereich des Peaks 850 herum, insbesondere für Signale, die an dessen Anschluss H4 angelegt werden.
  • Kommen wir nun wieder auf 1 zurück, so arbeitet der Umschaltoszillator 670 derart, dass er ein binäres logisches Rechteckwellen-Steuersignal an seinem Ausgang erzeugt, welches mit der Frequenz f2 periodisch zwischen einem logischen Zustand 0 und einem logischen Zustand 1 umschaltet. Der Ausgang von dem Oszillator 670 ist mit den Eingangssteueranschlüssen K der Zweiphasenschalter 650, 660 verbunden.
  • Die Zweiphasenschalter 650, 660 sind identisch und weisen jeweils drei Anschlüsse auf, nämlich die Signalanschlüsse J1, J2 und einen Eingangsanschluss K, wie zuvor beschrieben. Der Schalter 650 enthält einen Induktor und einen Varaktor, was im Fachgebiet auch als Varikap- oder Varaktor-Diode bekannt ist; Steuersignale, die an den Anschluss K des Schalters 650 angelegt werden, steuern wirksam ein Potential, das an den Varaktor in diesem angelegt wird, wodurch dessen Abstimmung geändert wird und eine Phasenverschiebung bewirkt wird, die Signalen aufgeprägt wird, welche sich durch den Schalter 650 zwischen dessen Anschlüssen J1, J2 ausbreiten. Wenn sich das Steuersignal von dem Umschaltoszillator 670 in dem logischen Zustand 0 befindet, sind die Schalter 650, 660 derart wirksam, dass eine Phasenverschiebung von 0° geliefert wird; im Gegensatz dazu sind die Schalter 650, 660, wenn sich das Steuersignal in dem logischen Zustand 1 befindet, derart wirksam, dass eine Phasenverschiebung von 90° geliefert wird. Somit werden im Betrieb die Signale, die sich durch die Schalter 650, 660 über deren Anschlüssen J1, J2 ausbreiten und nachfolgend von diesen zurückkehren und durch die zugehörigen Reflexionsverstärker 700, 710 verstärkt werden, periodisch in der Phase zwischen 0° und 180° umgeschaltet.
  • Die Wirkungsweise der Schaltung 600 wird nun unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben. Der Umschaltoszillator 670 schwingt mit der Frequenz f2 und erzeugt das Steuersignal mit dieser Frequenz an seinem Ausgang. Die Frequenz f2 ist so gewählt, dass sie gleich oder größer dem Doppelten von f1 ist. Das Steuersignal schaltet die Zweiphasenschalter 650, 660 derart um, dass diese die durch selbige laufenden Signale mit der Frequenz f2 phasenmodulieren.
  • Der Filter 610 empfängt ein Eingangssignal Sein an seinem Eingangsanschluss H1. Das Signal Sein wird beispielsweise in einer vorhergehenden Stufe (nicht gezeigt) erzeugt, bei welcher ein empfangenes Signal überlagert wird, um das Signal Sein als ein Zwischenfrequenzsignal zu erzeugen, welches Signalkomponenten in einem Frequenzbereich von f0 – f1 bis f0 + f1 enthält. Das Signal Sein wird durch den Filter 610 von dessen Anschluss H1 zu dessen Anschluss H2 durchgelassen, da seine Signalkomponenten innerhalb des Frequenzbereichs des Peaks 850 des Filters 610 liegen. Wenn sich das Signal Sein von dem Anschluss H2 aus ausbreitet, kann es nicht durch den Filter 620 laufen, da dieser bei den Frequenzen der Signalkomponenten nicht durchlässig ist; das Signal Sein breitet, sich daher von dem Anschluss H2 zu dem Anschluss J1 des Schalters 650 aus und wird in diesem phasenmoduliert, sodass es an dem Anschluss J2 als ein erstes moduliertes Signal Sm1 austritt. Das modulierte Signal Sm1 läuft zu einem Port T3 des Verstärkers 700, welcher das Signal Sm1 reflektiv verstärkt, sodass ein zweites verstärktes moduliertes Signal Sm2 geliefert wird. Das Signal Sm2 läuft von dem Port T3 des Verstärkers 700 zurück durch den Schalter 650, an welchem es weiter phasenmoduliert wird, sodass ein drittes moduliertes Signal Sm3 geliefert wird, das an dem Anschluss J1 ausgegeben wird.
  • Das Signal Sm3 ist phasenmoduliert und umfasst zwei Seitenbänder, welche Signalkomponenten in dem Frequenzbereich der Peaks 860, 870 enthalten. Es wird verhindert, dass sich die Seitenbänder in dem Signal Sm3 zurück durch den Filter 610 ausbreiten, da dieser bei den Frequenzen dieser Seitenbänder nicht durchlässig ist. Das Signal Sm3 breitet sich somit von dem Anschluss H3 des Filters 620 zu dem Anschluss H4 desselben aus, da die Seitenbänder in dem Frequenzbereich der Peaks 860, 870 des Filters 620 liegen.
  • Das Signal Sm3 breitet sich von dem Anschluss H4 des Filters 620 zu dem Anschluss J1 des Schalters 660 aus. Der Filter 630 kann das Signal Sm3 nicht durchlassen, da er in den Frequenzbereichen der Seitenbänder des Signals nicht durchlässig ist. Das Signal Sm3 breitet sich somit durch den Schalter 660 von dessen Anschluss J1 zu dessen Anschluss J2 aus, sodass es an diesem als ein viertes Signal Sm4 austritt. Da der Schalter 660 eine Phasenmodulation mit der Frequenz f2 liefert, werden die Seitenbänder in dem Signal Sm3 derart überlagert, dass in dem Signal Sm4 eine Signalkomponente in einem Frequenzbereich des Peaks 850 erzeugt wird. Das Signal Sm4 breitet sich von dem Anschluss J2 des Schalters 660 zu einem Port T3 des Verstärkers 710 aus, in welchem es reflektiv verstärkt wird, sodass ein verstärktes Signal Sm5 geliefert wird. Das Signal Sm5 läuft von dem Port T3 des Verstärkers 710 zurück durch den Schalter 660, an welchem es weiter phasenmoduliert wird, sodass es als ein sechstes Signal Sm6 an dem Anschluss J1 des Schalters 660 austritt. Das Signal Sm6 enthält von dem Signal Sm5 nach Verstärkung desselben Signalkomponenten in dem Frequenzbereich des Peaks 850.
  • Da der Filter 620 nicht durchlässig für Signale ist, die Signalkomponenten in dem Frequenzbereich des Peaks 850 enthalten, insbesondere an dessen Anschluss H4, ist verhindert, dass das Signal Sm6 zurück durch den Filter 620 durchgelassen wird. Das Signal Sm6 läuft somit durch den Filter 630 von dessen Anschluss H1 zu dessen Anschluss H2, um sich von diesem aus als das Signal Saus auszubreiten. Das Signal Saus enthält die in dem Signal Sein vorhandenen Signalkomponenten, welche durch die Schaltung 600 verstärkt worden sind.
  • Grob zusammengefasst wandelt die Schaltung 600 von Stufe zu Stufe abwechselnd das zu verstärkende Signal Sein von der Trägerfrequenz, nämlich in dem Frequenzbereich des Peaks 850, in Seitenbänder um, nämlich in den Frequenzbereich der Peaks 860, 870. Damit sind die Schalter 650, 660 in Kombination mit den Filtern 610, 620, 630 dahingehend wirksam, dass sie einer Signalausbreitung zurück, in umgekehrter Richtung, entlang eines Pfades von dem Ausgang Saus zu dem Eingang Sein entgegenwirken; dadurch sind die Verstärker 700, 710 isoliert, wodurch ermöglicht wird, dass in der Schaltung 600 eine größere Signalverstärkung erzielt wird, ohne dass spontane Schwingungen entstehen. Somit ist die Schaltung 600 in der Lage, eine hohe Signalverstärkung zu liefern, die 50 dB nahe, kommt und dies für einen niedrigen Stromverbrauch in der Größenordnung einiger zehn Mikroampere auf Grund der Anwendung von Reflexionsverstärkern.
  • Wenn die Reflexionsverstärker 700, 710 lediglich in Kaskade zusammengeschaltet wären, ohne die Schalter 650, 660 und die Filter 610, 620, 630, würden schwerwiegende Probleme mit spontaner Schwingung auftreten, welche verhindern würden, dass die beabsichtigte Eingangssignalverstärkung erzielt wird.
  • Die Schaltung 600 kann derart modifiziert werden, dass sie mehr Verstärkungsstufen enthält, wobei jede Stufe einen Reflexionsverstärker beinhaltet und von den ihr benachbarten Stufen durch einen Filter wie den Filter 610 in einer ersten Richtung entlang des Signalpfades und durch einen Filter wie den Filter 620 in einer zweiten Richtung entlang des Signalpfades isoliert ist, wobei die Richtungen einander entgegengesetzt sind. Dies macht es möglich, auf Grund des Einbaus von mehr Verstärkerstufen als in 1 dargestellt sind, eine höhere Verstärkung zu erzielen.
  • Die Filter 610, 620, 630 können SAW-Filter oder Keramikfilter oder abgestimmte Induktanz-/Kapazitätsfilter oder mehrere von diesen sein. Für einen Hochfrequenzbetrieb können auch akustische Körperwellenfilter angewandt werden.
  • Die Verstärker 700,710 können an eine Vorspannungssteuerung angeschlossen sein, die dazu vorgesehen ist, die Transistorströme in den Verstärkern 700, 710 zu steuern, um dadurch eine dynamische Steuerung der Verstärkung derselben zu ermöglichen, beispielsweise wenn eine automatische Verstärkungssteuerung (AGC) gefordert ist, um für einen relativ großen dynamischen Bereich der bei Sein angelegten Signale zu sorgen.
  • Die Verstärkerschaltung 600 enthält eine kaskadierte Reihe von Reflexionsverstärkern, die derart verbunden sind, dass sie einen Signalpfad bilden, entlang welchem die Eingangssignalverstärkung erfolgt. Die Reflexionsverstärker sind durch geschaltete Einrichtungen verbunden, beispielsweise die Schalter 650, 660 und die Filter 610, 620, 630, um eine Signalausbreitung in einer Vorwärtsrichtung entlang des Pfades zur Verstärkung zu erleichtern und einer Signalausbreitung in umgekehrter Richtung entlang des Pfades, die Anlass für eine spontane Schwingung geben kann, entgegenzuwirken. Dies macht es möglich, für einen geringeren Stromverbrauch, der geringer ist, als er für Sendeverstärker des Standes der Technik erforderlich ist, die eine vergleichbare Verstärkung liefern, höhere Verstärkungen zu erzielen.
  • Die Reflexionsverstärkerschaltung 1400 wird nun weitergehend unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. Die Schaltung 1400 ist in einer gestrichelten Linie 1410 eingeschlossen und umfasst einen Silizium- oder Galliumarsenid(GaAs)-Transistor, der mit 1420 bezeichnet ist, einen Kondensator 1430 und einen Widerstand 1440, die ein Abschlussnetz für den Transistor 1420 bilden, einen Rückkopplungskondensator 1450, eine Induktionsspule 1460 und einen Widerstand 1470, die ein Vorspannungsnetz bilden, und eine Stromquelle 1480. Die Schaltung 1400 weist einen Eingangs-/Ausgangsport T3 auf, welcher mit einer Gate-Elektrode 14208 des Transistors 1420 und mit einem ersten Anschluss des Kondensators 1450 verbunden ist.
  • Die Schaltung 1400 ist mit einer Energieversorgung 1500 zur Versorgung der Schaltung 1400 mit Energie verbunden. Die Energieversorgung 1500 ist mit einer Drain-Elektrode 1420d des Transistors 1420 und außerdem mit einem ersten Anschluss des Kondensators 1430 verbunden; ein zweiter Anschluss des Kondensators 1430 ist mit einer Betriebserde verbunden. Der Kondensator 1450 bietet einen zweiten Anschluss, der mit einer Source-Elektrode 1420s des Transistors 1420 verbunden ist, mit dem Widerstand 1440, der geerdet ist, sowie über die Induktionsspule 1460 und den Widerstand 1470 in Reihe mit der Quelle 1480, die mit der Betriebserde verbunden ist.
  • Im Betrieb der Schaltung 1400 empfängt die Gate-Elektrode 1420g ein eingehendes Signal, das über den Port T3 angelegt wird. Das eingehende Signal bewirkt, dass ein dem eingehenden Signal entsprechender Signalstrom zwischen der Source-Elektrode 1420s und der Drain-Elektrode 1420d fließt. Der Signalstrom wird durch die Gate-Drain- und Gate-Source-Kapazitäten des Transistors 1420 und außerdem durch den Kondensator 1450 gekoppelt, wodurch ein ausgehendes Signal an der Gate-Elektrode 1420g erzeugt wird, das eine verstärkte Version des eingehenden Signals darstellt. Das eingehende Signal wird an der Gate-Elektrode 1420g reflektiert, wo es mit dem ausgehenden Signal kombiniert wird, welches über den Port T3 ausläuft.
  • Auf Grund dessen, dass die Schaltung 1400 über einen einzigen Anschluss, nämlich den Port T3, das eingehende Signal empfängt und das kombinierte Signal zurücksendet, verhält sie sich wie ein reflektierender negativer Widerstand.
  • Die Schaltung 1400 und ihre zugehörigen Komponenten, die innerhalb der gestrichelten Linie 1410 gezeigt sind, sind in der Lage, eine hohe Leistungsverstärkung von annähernd +30 dB für einen Drain-Source-Strom durch den Transistor 1420 in der Größenordnung von wenigen zehn Mikroampere zu liefern. Eine solche hohe Leistungsverstärkung ist von einem Sendeverstärker, der mit einem derart niedrigen Versorgungsstrom arbeitet, nicht erzielbar.
  • Wenn die Verstärkerschaltung 600, die mehrere der Schaltungen 1400 enthält, in ein Mobiltelefon als Teil des Zwischenfrequenzstreifens desselben eingebaut wird, ist sie in der Lage, im Zusammenhang mit der Verstärkung von Signalen bei Zwischenfrequenzen in diesem im Vergleich zum Stand der Technik eine Reduzierung des Stromverbrauchs in dem Telefon von einer Größenordnung zu ermöglichen. Dies ist von beträchtlichem Nutzen, indem eine längere Betriebsdauer des Telefons durch die beispielsweise von wiederaufladbaren Batterien gelieferte Energie ermöglicht wird.
  • Fachleute auf dem Gebiet werden erkennen, dass Veränderungen an der Schaltung 600 vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. So können alternative Schalteinrichtungen oder äquivalente Einrichtungen mit Reflexionsverstärkern verwendet werden, vorausgesetzt, sie weisen ähnliche Eigenschaften wie die Schalter und Filter in der Schaltung 600 auf, nämlich dass sie dem Entstehen einer störenden Schwingung entgegenwirken.
  • Die Schaltung 600 kann in Funkempfänger, beispielsweise Mobiltelefone, eingebaut werden, um als Zwischenfrequenzstreifen in diesen zu fungieren. Darüber hinaus ist die Schaltung, wenn sie mit einem Demodulator zum Konvertieren von Ausgangssignalen aus der Schaltung 600 versehen wird, in der Lage, als ein ZF-Empfänger zu arbeiten.

Claims (10)

  1. Verstärkerschaltung (600) zum Empfangen eines Eingangssignals (Sein ) und Bereitstellen eines entsprechenden verstärkten Ausgangssignals (Saus ), wobei die Schaltung dadurch gekennzeichnet ist, dass sie umfasst: (a) mehrere Reflexionsverstärker (700, 710), die entlang eines Signalpfades in Reihe kaskadiert sind und wirksam das Eingangssignal (Sein ), das in Vorwärtsrichtung entlang dieses läuft, verstärken, um das Ausgangssignal (Saus ) bereitzustellen; und (b) Verbindungseinrichtungen (610, 620, 630, 650, 660) zum Verbinden der Reflexionsverstärker (700, 710), um den Signalpfad zu bilden und um eine Signalausbreitung in umgekehrter Richtung entlang dieses zu verhindern, wodurch dem Entstehen einer spontanen Schwingung innerhalb der Schaltung (600) entgegengewirkt wird, wobei die Verbindungseinrichtungen Filter (610, 620, 630) umfassen, die zwischen benachbarten Reflexionsverstärkern (700, 710) entlang des Signalpfades angeordnet sind, sowie Modulationseinrichtungen (650, 660) zum Modulieren des Eingangssignals auf zugeordnete Seitenband-Signalkomponenten (860, 870) und Konvertieren zu und von den zuordneten Seitenband-Signalkomponenten (860, 870) entlang des Pfades, wobei die Filter (610, 620, 630) und die Modulationseinrichtungen (650, 660) wirksam die Signalausbreitung in Vorwärtsrichtung entlang des Pfades unterstützen und die Signalausbreitung in der umgekehrten Richtung entlang dieses verhindern.
  2. Schaltung nach Anspruch 1, wobei die Filter (610, 620, 630) in Reihe entlang des Signalpfades angeordnet sind, die Filter zwischen Seitenband durchlassenden Filtern (620) und Seitenband zurückweisenden Filtern (610, 630) entlang des Pfades abwechseln und die Modulationseinrichtungen (650, 660) vorgesehen sind, um das Eingangssignal (Sein ) zu konvertieren, wenn es sich entlang des Signalpfades ausbreitet, und zwar abwechselnd zwischen einem entsprechenden Trägersignal (850), das im Wesentlich nur durch die Seitenband zurückweisenden Filter (610, 630) übertragbar ist, und einem entsprechenden Seitenbandsignal, das im Wesentlichen nur durch die Seitenband durchlassenden Filter (620) übertragbar ist, wodurch die Ausbreitung des Eingangssignals in der Vorwärtsrichtung entlang des Pfades unterstützt wird und die Signalausbreitung in der umgekehrten Richtung entlang dieses verhindert wird.
  3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Modulationseinrichtungen mehrere Phasenschalter (650, 660) umfassen, wobei jedem Phasenschalter ein jeweiliger Reflexionsverstärker (700, 710) zugeordnet ist.
  4. Schaltung nach Anspruch 3, wobei die Phasenschalter (650, 660) zwischen den Filtern und ihren zugeordneten Verstärkern (700, 710) angeordnet sind.
  5. Schaltung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, wobei die Modulationseinrichtungen (650, 660) in einer Geschwindigkeit mit zugehöriger Frequenz betreibbar sind, welche die Hälfte eines Frequenzabstands von Übertragungspeaks der Seitenband-Übertragungskennlinie der Seitenband durchlassenden Filter ist.
  6. Schaltung nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Phasenschalter (650, 660) jeweils eine abgestimmte Schaltung enthalten, welche einen Induktor und einen modulierten Varaktor umfasst.
  7. Zwischenfrequenzstreifen, der eine Verstärkerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche enthält.
  8. Zwischenfrequenzempfänger, der eine Verstärkerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 enthält.
  9. Mobiltelefon, dass eine Verstärkerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 enthält.
  10. Verfahren zur Verstärkung eines Eingangssignals und Bereitstellung eines entsprechenden verstärkten Ausgangssignals, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass es folgende Schritte umfasst: (a) Bereitstellen mehrerer Reflexionsverstärker (700, 710), die entlang eines Signalpfades in Reihe kaskadiert sind, und von Verbindungseinrichtungen (610, 620, 630, 650, 660) zum Verbinden der Reflexionsverstärker (700, 710) mit dem Signalpfad, und die wirksam eine Signalausbreitung in Vorwärtsrichtung entlang des Pfades unterstützen und einer Signalausbreitung in umgekehrter Richtung entlang dieses entgegenwirken, wobei die Verbindungseinrichtungen Filter (610, 620, 630) umfassen, die zwischen benachbarten Reflexionsverstärkern (700, 710) entlang des Signalpfades angeordnet sind, sowie Modulations einrichtungen (650, 660) zum Modulieren des Eingangssignals (Sein ) auf zugeordnete Seitenband-Signalkomponenten und Konvertieren zu und von den zugeordneten Seitenband-Signalkomponenten entlang des Pfades, wobei die Filter (610, 620, 630) und die Modulationseinrichtungen (650, 660) wirksam die Signalausbreitung in Vorwärtsrichtung entlang des Pfades unterstützen und die Signalausbreitung in der umgekehrten Richtung entlang dieses verhindern; (b) Empfangen des Eingangssignals (Sein ) an dem Signalpfad; (c) Führen des Eingangssignals durch die Verbindungseinrichtung (610) zu einem der Reflexionsverstärker (700) zur Verstärkung in diesem, um ein verstärktes Signal bereitzustellen; (d) Führen des verstärkten Signals in Vorwärtsrichtung zu einem anderen der Reflexionsverstärker (710) zur weiteren Verstärkung in diesem; (e) Wiederholen von Schritt (d), bis das verstärkte Signal einen Ausgang des Signalpfades erreicht; und (f) Ausgeben des verstärkten Signals als das Ausgangssignal (Saus ) aus dem Signalpfad.
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