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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Verstärkerschaltung,
insbesondere, aber nicht ausschließlich, eine Verstärkerschaltung
zum Bereitstellen einer Bandpassverstärkung bei Zwischenfrequenzen
in Funkempfängern.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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:
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- (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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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:
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- (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.
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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.
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Eine Ausführungsform der Erfindung wird nun,
lediglich beispielshalber, unter Bezugnahme auf die folgenden Diagramme
beschrieben, in welchen:
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1 ein
Schema einer Verstärkerschaltung entsprechend
einer Ausführungsform
der Erfindung ist;
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2 eine
Darstellung der Signaldurchlasscharakteristik von Filtern zum Einbau
in die Schaltung aus 1 ist;
und
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3 ein
Schema einer Schaltung eines Reflexionsverstärkers zum Einbau in die Schaltung
aus 1 ist.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.