DE69428316T2

DE69428316T2 - Richtkoppler-Detektor zur Leistungspegelsteuerung

Info

Publication number: DE69428316T2
Application number: DE69428316T
Authority: DE
Inventors: Hannu Pakonen
Original assignee: Nokia Mobile Phones Ltd
Current assignee: Nokia Oyj
Priority date: 1993-08-19
Filing date: 1994-07-26
Publication date: 2002-05-29
Anticipated expiration: 2014-07-27
Also published as: EP0639890B1; JPH07176965A; DE69428316D1; JP3568994B2; US5392464A; EP0639890A1

Description

Die vorliegende Erfindung strebt danach, das Leistungsniveau eines Hochfrequenzsenders zu regulieren und betrifft spezieller einen Verstärker, der eine Erfassungsschaltung zur Leistungsmessung aufweist.
In Hochfrequenz-Übertragungssystemen ist es üblich, das Leistungsniveau des Senders zu regulieren. Das Leistungsniveau-Steuermittel schließt typischerweise eine Erfassungsschaltung ein, um eine zu der Ausgangsspannung des Sender-Leistungsverstärkers proportionale Spannung bereitzustellen.
In dem am 22. Juli 1986 an Vilmur et. al. erteilten U. S. Patent 4,602,218 mit dem Titel "Automatic Output Control Circuitry For RF Power Amplifiers With Wide Dynamic Range" wird eine automatische Leistungsausgang-Steuerschaltung offenbart, in der die Größe bzw. Höhe eines Hochfrequenz-Signals in Reaktion auf Steuersignale bei einer von mehreren Größen bzw. Höhen gehalten wird. Die Hochfrequenz-Signalleistung von einem Verstärker mit variabler Leistung wird abgetastet und der Abtastwert wird weiter verstärkt und der Aussteuerungsbereich wird, bevor er gleichgerichtet wird, komprimiert. Das gleichgerichtete Leistungsstärkesignal, das nicht-linear mit der Hochfrequenz-Signalstärke in Beziehung steht, wird durch einen Einstellungsfaktor eingestellt, der durch die Steuersignale ausgewählt wird und zum Variieren der Leistung des variablen Leistungsverstärkers eingesetzt wird, um eine entsprechende Hochfrequenz-Signal-Ausgangsstärke zu erzeugen.
Das am 28. April 1992 an Ikonen et al. erteilte U. S. Patent 5,109,538 mit dem Titel "Circuitry For Widening The Effective Range Of A Transmitter" beschreibt eine Schaltung zum Erweitern des. Leistungssteuerbereichs von Funktelefonen. Ein Hochfrequenz-Signal wird in einem steuerbaren Leistungsverstärker verstärkt. Nach dem Verstärker ist ein steuerbarer Schalter geschaltet, der, während er sich in einem ersten Zustand befindet, die ausgesendete Hochfrequenz-Leistung nicht wesentlich abschwächt, die von dem Leistungsverstärker übertragen wird. So wird der erste Leistungssteuerbereich des Senders erzeugt. Wenn sich der Schältet in einem zweiten Zustand befindet, leitet er einen Teil der von dem Leistungsverstärker übertragenen Hochfrequenz-Leistung an ein Widerstandselement und gestattet es einem Teil der Hochfrequenz-Leistung, an den Ausgang des Senders übertragen zu werden. Ein zweiter Leistungssteuerbereich wird auf diese Weise erzeugt.
Das am 10. Oktober 1972 an El-Banna erteilte U. S. Patent 3,697,857 mit dem Titel "Power Supply And Control Circuit" offenbart eine Stromversorgungs- und Steuerschaltung, um eine Hochspannungs-Gleichstrom-Ausgabe aus einer Niederspannungs-Gleichstrom-Quelle, beispielsweise eine Gleichstrombatterie, zu liefern, was besonders für Halbleitersender nützlich ist. Die Quelle ist über den Eingang geschaltet und eine zweite Quelle ist zwischen einem Anschluß der ersten Quelle und einem entsprechenden Anschluß des Eingangs geschaltet, wobei die zweite Quelle gleichsinnig in Reihe mit der ersten Quelle geschaltet ist. Ein Transistor ist zwischen der ersten Quelle und der zweiten Quelle in Reihe geschaltet, und eine Diode ist mit einer Elektrode zwischen dem Transistor und der zweiten Quelle und mit der anderen Elektrode an dem zweiten Anschluß der ersten Quelle über die erste Quelle geschaltet. Die Diode stellt eine Kurzschluß-Sicherung bereit.
In dem am 26. September 1989 an Katsoyama et al. erteilten U. S. Patent 4,870,698 mit dem Titel "RF Amplifier having Multiple Selectable Power Output Levels" wird eine Ausgangsleistungs- Steuerschaltung beschrieben, die in einem Gehäuse einer mobilen Funkvorrichtung zusammen mit einer automatischen Leistungs-Steuerschaltung und einem Hochfrequenz-Signalverstärker angeordnet ist. Die Ausgangsleistungs-Steuerschaltung führt Pegel-Steuersignale der automatischen Leistungs-Steuerschaltung zu, um den Leistungspegel des Hochfrequenz- Ausgangssignals des Hochfrequenz-Verstärkers auf einen von mehreren Ausgangs-Leistungspegeln gemäß den Pegel-Steuersignalen zu halten. Die Ausgangsleistungs-Steuerschaltung weist einen Empfänger, eine Temperatur-fühlende Schaltung und eine Logikschaltung auf. Der Empfänger empfängt von der Hauptstation übertragene Hochfrequenz-Signale und bestimmt in dem empfangenen Hochfrequenzsignal enthaltene Leistungspegel-Einstell-Befehlssignale. Die Temperatur-fühlende Schaltung erfaßt eine interne Temperatur des Gehäuses und liefert bei Erfassen, daß die innere Temperatur eine vorbestimmte Temperatur überschritten hat, ein Leistungsreduktions-Signal. Die Logikschaltung empfängt das Leistungspegel-Einstell-Befehlssignal von dem Empfänger und erzeugt ein Pegel-Steuersignal, um einen Ausgangs-Leistungspegel entsprechend zu dem Leistungspegel-Einstell-Befehlssignal zu bestimmen, und erzeugt beim Empfang des Leistungsreduktions-Signals von der Temperatur-fühlenden Schaltung ein Pegel-Steuersignal, um einen Ausgangs-Leistungspegel zu bestimmen, der niedriger ist, als der durch das Leistungspegel-Einstell-Befehlssignal spezifizierte.
In dem am 30. Juni 1992 an Tam erteilten U. S. Patent 5,126,686 mit dem Titel "RF Amplifier having Multiple Selectable Power Output Levels" wird eine Anordnung offenbart, die veränderliche Stufen der Dämpfung oder Verstärkung eines erfaßten Leistungssignals zur Zurückführung gestattet, um einen Verstärker zu steuern.
In Hochfrequenz-Sendern für digitale Kommunikationssysteme besteht eine Notwendigkeit, den Sender-Leistungspegel über einen weiten Bereich einzustellen. Die Leistungspegel-Steuerung oder Regelschleife kann einen Richtsensor, der einen Richtkoppler und eine Demodulationsschaltung enthält, zur Leistungsmessung als Bestandteil einschließen. Der nutzbare dynamische Betriebsbereich eines typischen Richtsensors, der einen quadratischen Gleichrichter enthält, ist auf einen Bereich von 30 bis 40 Dezibel beschränkt. Hochleistungs- Koppeln an Niederleistungsverstärker-Ausgangspegeln dient dazu, die Genauigkeit der Leistungsmessung zu erhöhen. Hochkoppeln bei hohen Verstärker-Ausgangsleistungen ist jedoch nicht praktikabel, da das Hochkoppeln hohe Verluste in dem Richtkoppler verursacht.
Erfindungsgemäß wird ein Verstärker wie in Anspruch 1 beansprucht bereitgestellt.
Das Koppelmittel kann eine mit dem Ausgang des Leistungsverstärker-Mittels verbundene Richtkoppel-Vorrichtung, eine mit der Richtkoppel-Vorrichtung verbundene Gleichrichterdiode, eine mit der Gleichrichterdiode verbundene Erdungskapazität und einen mit der Erdungskapazität und der Gleichrichterdiode verbundenen Ausgangsanschluß umfassen, um eine zu dem Leistungspegel des Ausgangssignals des Leistungsverstärker-Mittels proportionale gleichgerichtete Spannung bereitzustellen.
Die aktive Vorrichtungs-Schaltung kann ein an einer Seite mit der Richtkoppel-Vorrichtung verbundenes Kapazitätsmittel, eine FET-Vorrichtung mit einer ersten, einer zweiten und einer Basiselektrode, wobei die erste Elektrode mit dem Ausgang des Leistungsverstärker-Mittels verbunden ist, die zweite Elektrode mit der anderen Seite des Kapazitätsmittels verbunden ist und die Basiselektrode mit einem den gewünschten Modus anzeigenden Vorspannungs-Signal verbunden ist, und einen zwischen der Kapazität, der zweiten FET-Elektrode und dem Massepotential geschalteten Widerstand einschließen.
Die aktive Vorrichtungs-Schaltung kann eine PIN-Diode, eine erste Kapazität, die eine Seite der PIN-Diode mit dem Ausgang des Leistungsverstärker-Mittels verbindet, eine zweite Kapazität, die die andere Seite des PIN-Diodenmittels mit der Richtkoppel-Vorrichtung verbindet, einen Widerstand, der die zweite Kapazität und die andere Seite der PIN-Diode mit dem Massepotential verbindet, und Mittel zum Verbinden der ersten Kapazität und der einen Seite der PIN- Diode mit der Quelle des Vorspannungs-Signals aufweisen.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liefert einen Richtsensor mit schaltbarer Kopplung mittels einer GaAs-FET-Vorrichtung oder einer PIN-Diode als Schaltelement.
Die Erfindung wird jetzt ausführlicher unter Bezug auf Fig. I bis 3 der Zeichnungen beschrieben werden, von denen:-
Fig. 1 eine schematische Darstellung des Schaltungsdiagramms eines Richtsensors ist, der eine PIN-Diode als ein Schaltelement verwendet;
Fig. 2 eine schematische Darstellung des Schaltungsdiagramms eines Richtsensors ist, der eine. GaAs-FET-Vorrichtung als ein Schaltelement verwendet.
Hochfrequenz-Sender für digitale Kommunikationsysteme, wie zum Beispiel in den vorstehend besagten U. S. Patenten 4,602,218 und 5,109,538 schließen auf das modulierte Signal reagierende Leistungsverstärker ein, um für eine Verstärkung des modulierten Signals zu sorgen, das dann mit dem Ausgangsanschluß und der Antenne zur Übertragung verbunden ist. Einstellung des Sender-Leistungspegels wird typischerweise von einer Leistungsmess-Struktur an dem Ausgang des Senders ausgeführt, um den tatsächlichen Leistungspegel zu erhalten, der dann mit einem Referenz-Pegel verglichen wird. Ein Differenz-Signal, das an dem Leistungsverstärker angelegt wird, um die Verstärkung und damit den Ausgangs-Leistungspegel einzustellen, wird durch den Vergleich erzeugt.
Wie vorstehend erörtert, gibt es in digitalen Kommunikationssystemen einen Bedarf, den Sender- Leistungspegel über einen weiten Bereich einzustellen. Die Leistungsmess-Struktur ist herkömmlicherweise eine Kombination aus einem Richtkoppler und einem Sensor, die als ein Richtsensor bezeichnet wird. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung liefern verbesserte Richtsensor-Schaltungen mit schaltbarem Koppeln durch eine aktive Vorrichtung zum Bereitstellen von Niederkoppeln bei hohen Leistungspegeln und Hochkoppeln bei niedrigen Leistungspegeln.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines Schaltungsdiagramms für einen Richtsensor, der eine schaltbare aktive Vorrichtung einschließt, die eine PIN-Diode ist. Ein Richtkoppler 10, wie zum Beispiel ein Mikrostrip-Richtkoppler für Hochfrequenz-Betrieb, ist in dem Sendeausgang nach der Leitungsverstärker-Stufe 12 und vor dem Antennenausgangs-Anschluß 14 angeordnet. Der Richtkoppler 10 ist mit einer Diode 16 verbunden, die eine Gleichrichter-Diode ist, und die als ein Leistungsgleichrichter, eine Erdungskapazität 18 und eine Serienkapazität 20 dient. Eine Spannung Vdet, die proportional zu dem Leistungspegel des modulierten Signals von der Leitungsverstärker-Stufe 12 ist, wird an dem Ausgangsanschluß 22 erhalten.
Eine PIN-Diode 24 ist mit dem modulierten Signal von der Leitungsverstärker-Stufe 12 über Kapazität 26 verbunden. Der Richtkoppler 10 ist ebenfalls mit der anderen Seite der PIN-Diode 24 und durch vorgespannten Widerstand 28 mit der Erde verbunden.
Die PIN-Diode 24 ist ebenfalls über eine Funkentstördrosselspule 30 und einer geerdeten Kapazität 32 mit einer Vorspannungsquelle Vlow verbunden, die an Anschluß 34 von dem Logikabschnitt des Kommunikationssystems bereitgestellt wird. Die Vorspannung Vlow liegt entweder auf einem von zwei Zuständen, bei null oder bei +5 Volt:
Wenn das Kommunikationssystem bei einem hohen Leistungspegel arbeitet, ist das Vorspannungs-Signal Vlow bei null Volt und wenn das Kommunikationssystem bei einem niedrigen Leistungspegel arbeitet, ist das Vorspannungs-Signal Vlow bei 5,0 Volt.
PIN-Diode 24 ist eine Vorrichtung, deren Widerstand mit dem Strom, der durch sie hindurch fließt, gesteuert werden kann. Bei dem hohen Strom leitet PIN-Diode 24 und weist einen typischen Widerstand von ungefähr 10 Ohm auf, wobei bei keinem Strom PIN-Diode 24 einen Widerstand von einigen Tausend Ohm aufweist. Wenn die Vorspannung Vlow an der PIN-Diode 24 null Volt ist, ist die PIN-Diode 24 daher nicht vorgespannt und leitet nicht und zeigen einen sehr hohen Widerstand. Die Kopplerschaltung arbeitet dann wie ein herkömmlicher Richtsensor, der Diode 16, Kapazitäten 18 und 20 und Widerstand 28 einschließt und zeigt geringe Kopplung, zum Beispiel 20-30 dB. Bei niedrigeren Leistungspegeln ist die Vorspannung Vlow an PIN- Diode 24 5,0 Volt, wobei PIN-Diode 24 als ein aktiver Schalter arbeitet und leitet und sich ihr Widerstand verringert und somit sich die Richtsensor-Kopplung erhöht.
Die Ausgabe des Richtsensors wird an Anschluß 22 erhalten. Bei niedrigen Leistungspegeln und hoher Kopplung ist das Sensorausgangs-Signal an Anschluß 22 höher, als wenn hohe Leistungspegel und geringe Kopplung vorliegen. Da die Kopplung bei hohen Leistungspegeln von hoch nach gering geschaltet wird, treten niedrige Verluste auf. Der Richtsensor mit einem aktiven Schalter erlaubt daher effizienten Betrieb bei sowohl niedrigen als auch hohen Leistungspegeln, wobei sich daher der Leistungspegel-Regelbereich des Sensors erhöht.
Eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 2 dargestellt, wobei die aktive Vorrichtung zum schaltbaren Koppeln ein GaAs-FET ist. In Fig. 2 schließt der herkömmliche Abschnitt der Kopplerschaltung ebenfalls Richtsensor 10, der mit dem Ausgang der Leistungsverstärker-Stufe 12 verbunden ist, Diode 16, Kapazitäten 18 und 20, Widerstand 28 und Vout Ausgangsanschluß 22 ein. Die Schaltschaltung schließt den Vlow Eingangsanschluß 34 und die GaAs-FET-Schaltvorrichtung 36 ein.
Die Vorspannung für die aktive Vorrichtung, d. h. den GaAs-FET, ist in der Ausführungsform von Fig. 2 für niedrige Leistungspegel und hohe Kopplung null Volt und negativ (-5,0 Volt) für hohe Leistungspegel und geringe Kopplung.
Bei niedrigen Leistungspegeln ist die Vorspannung Vlow am Anschuß 34 null Volt und GaAs- FET-Vorrichtung 36 leitet. Wenn FET-Vorrichtung 36 leitet, ist die Einfügungsdämpfung über die Drain-Source-Verbindung von Vorrichtung 36 gering und damit ist die Kopplung hoch und zum Messen der niedrigen Leistungspegel geeignet.
Wenn die Vorspannung Vlow sich verringert, d. h. -5,0 Volt ist, liefert sie an FET-Vorrichtung 36 eine negative Gate-Source-Vorspannung. Vorrichtung 36 ist isoliert und leitet nicht, daher arbeite die Kopplerschaltung als herkömmlicher Richtsensor mit niedriger Kopplung; die zum Messen hoher Leistungspegel geeignet ist.
In beiden Ausführungsformen von Fig. 1 und Fig. 2 wird die Gesamtstabilität des Leistungsverstärkers bei niedrigen Leistungspegeln zusätzlich zu dem Vorteil eines vergrößerten Leistungspegel-Regelbereichs aufgrund erhöhter Kopplung bei niedrigen Leistungspegeln und geringeren Verlusten bei hohen Leistungspegeln aufgrund von niedrigerer Kopplung verbessert.
Es wurde ein Richtsensor zur Leistungspegel-Steuerung beschrieben, wobei der Sensor eine schaltbare Kopplung mit einer aktiven Vorrichtung, wie zum Beispiel eine PIN-Diode oder einen GaAs-FET als eine Schaltvorrichtung, aufweist.
Obgleich die Erfindung in Verbindung mit bevorzugen Ausführungsformen beschrieben wurde, ist es nicht beabsichtigt, den Schutzumfang der Erfindung auf die spezielle dargelegte Form zu beschränken, es ist im Gegensatz dazu aber beabsichtigt, solche Alternativen, Modifikationen und Entsprechungen, wie innerhalb des in den beigefügten Ansprüchen definierten Schutzumfangs der Erfindung enthalten, abzudecken.

Claims

1. Verstärker, der eine Erfassungsschaltung aufweist, um ein Leistungsniveau einer Verstärkungsschaltung (12) zu erfassen, aufweisend:

Kopplungsmittel (10), die einen Eingangsbereich und einen Ausgangsbereich aufweisen, wobei der Eingangsbereich des Kopplungsmittels zwischen den Ausgang der Verstärkungsschaltung (12) und den Ausgang (14) des Verstärkers geschaltet ist,

eine aktive Einrichtung (24, 36), die eine erste Anschlußstelle aufweist, die mit dem Ausgang (14) des Verstärkers verbunden ist, und eine zweite Anschlußstelle aufweist; die mit einer ersten Anschlußstelle eines Ausgangsbereichs des Kopplers (10) und über eine Impedanz (28) mit Erde verbunden ist,

wobei die aktive Einrichtung ebenfalls mit einer Vorspannungsquelle (34) betriebsfähig verbunden ist; um die aktive Einrichtung (24, 36) zwischen einem relativ niedrigen und einem relativ hohen leitenden Zustand umzuschalten, was einen relativ niedrigen bzw. relativ hohen Kopplungszustand der Erfassungsschaltung ergibt, und aufweist eine zweite Anschlußstelle des Ausgangsbereichs des Kopplers (10), die mit einer Ausgangsanschlußstelle (22) der Erfassungsschaltung verbunden ist.

2. Verstärker gemäß Anspruch 1, wobei das Kopplungsmittel (10) ein Richtkoppler ist.

3. Verstärker gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die aktive Einrichtung (24, 36) eine PIN- Diode (24) ist.

4. Verstärker gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die PIN-Diode (24) mit dem Ausgang (14) des Verstärkers über eine Kapazität (26) verbunden ist.

5. Verstärker gemäß Anspruch 4, wobei die Vorspannung über eine Funkentstördrosselspule (30) gespeist wird.

6. Verstärker gemäß Anspruch 1, wobei die aktive Einrichtung (24, 36) eine FET- Einrichtung (36) ist.