DE69824873T2 - Verfahren und vorrichtung zum verstärken eines signals - Google Patents

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Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Verstärker im Allgemeinen und eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Verstärken einer Schaltung im Besonderen.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Lineare Hochleistungsverstärker, wie Doherty-Verstärker, sind Fachleuten in der Technik wohlbekannt. Jedoch ist es ferner wohlbekannt, dass Doherty-Verstärker typischerweise eine relativ schlechte Linerarität aufweisen. Außerdem ist ihre Linearität typischerweise umgekehrt proportional zu ihrem Leistungsgrad. Obwohl Doherty-Verstärker die Leistung linearer Verstärker mit hohem Spitze-zu-Durchschnitt-Verhältnis verbessern können, können sie dies als Folge lediglich über einen schmalen Dynamikbereich durchführen.
  • Mindestens ein Versuch ist unternommen worden, einen Doherty-Verstärker zu konstruieren, der durch Verschachteln von Doherty-Verstärkern über einen breiteren Dynamikbereich mit hohem Leistungsgrad arbeiten kann und der in "Efficiency of Doherty Radio Frequency (RF)-power amplifier systems", F. Raab, Green Mountain Radio Research Company, RN84-23, August 1984, beschrieben wird. Das Verschachteln von Doherty-Verstärkern, wie in der Raab-Implementierung beschrieben, macht ein Parallelschalten zusätzlicher Verstärkerstufen und der Schaltanordnung ihrer zugeordneten Antriebs-Steuerung/Regelung erforderlich.
  • Verstärkerschaltungen des Doherty-Typs würden attraktiver werden, wenn ihr Leistungsgrad an niedrigen Ausgangsleistungspegeln angehoben wäre. Dies trifft insbesondere auf Mehrträger-Leistungsverstärkeranwendungen für zellulare Basisstationsausstattung zu, in denen das dem Mehrträger-Leistungsverstärker zugeführte HF-Eingangssignal um beispielsweise zu 30 dB variieren kann.
  • Deshalb besteht ein Bedarf an ein System und ein Verfahren zum Verstärken eines Signals, in dem der Leistungsgrad eines Doherty-Verstärkers über einen erweiterten Dynamikbereich erhöht wird. Verstärkerschaltungen zum Erweitern des Dynamikbereichs eines Verstärkers und die einen erhöhten Leistungsgrad aufweisen, sind z.B. aus den Patenten US-A-5,101,172 oder US-A-5,179,353 bekannt.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung, wobei die Erfindung in den Ansprüchen 1, 7, 12 und 18 definiert wird, wird der vorhergehend erwähnte Bedarf durch eine Ver stärkerschaltung angesprochen, die einen Verstärker mit einem Eingang und einem Ausgang, einen ersten Doherty-Verstärker mit einem an den Ausgang des Verstärkers gekoppelten Eingang, einen Ausgang und einen Steuerungs-/Regelungs-Eingang umfasst. Die Verstärkerschaltung umfasst ferner einen Detektor mit einem zum Ermitteln eines ersten Doherty-Ausgangssignals von dem Ausgang des ersten Doherty-Verstärkers angekoppelten Detektoreingang und einem Ausgang. Der Ausgang ist an einen Eingang einer Steuerung/Regelung bzw. eines Controllers gekoppelt, wobei die Steuerung/Regelung einen ersten und einen zweiten Steuerungs-/Regelungs-Ausgang aufweist. Die Verstärkerschaltung umfasst weiterhin einen Schaltregler mit einem an den ersten Steuerungs-/Regelungs-Ausgang gekoppelten Eingang und einem an den Steuerungs-/Regelungs-Eingang des ersten Doherty-Verstärkers gekoppelten Ausgang. Dementsprechend umfasst die Verstärkerschaltung ein variables Dämpfungsglied mit einem Signaleingang, einem an den Eingang des Verstärkers gekoppelten Ausgang und einem an den zweiten Steuerungs-/Regelungs-Ausgang gekoppelten Steuerungs-/Regelungs-Eingang.
  • Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der vorhergehend erwähnte Bedarf durch ein Verfahren zum Verstärken eines Signals angesprochen, wobei das Verfahren das Empfangen eines Eingangssignals an einem Eingang eines variablen Dämpfungsglieds, das Dämpfen des Eingangssignals zum Bilden eines gedämpften Signals und das Verstärken des gedämpften Signals zum Bilden eines verstärkten Signals umfasst. Ferner umfasst das Verfahren auch das Verstärken des verstärkten Signals in einem Doherty-Verstärker, wodurch in Abhängigkeit vom Empfangen einer durch den Schaltregler an einem Steuerungs-/Regelungs-Eingang in den Doherty-Verstärker bereitgestellten Versorgungsspannung ein Doherty-Ausgangssignal erzeugt wird. Des Weiteren umfasst das Verfahren das ein ermitteltes Ausgangssignal bildende Ermitteln eines Gesamtsignals in einem Detektor, wobei das Gesamtsignal mindestens das erste Doherty-Ausgangssignal enthält, das Vergleichen des ermittelten Ausgangssignal mit einem vorbestimmten Steuerungs-/Regelungs-Schwellenwert in einer Steuerung/Regelung und das Erzeugen eines ersten und eines zweiten Steuerungs-/Regelungs-Signals in der Steuerung/Regelung, falls das ermittelte Ausgangssignal unter den vorbestimmten Steuerungs-/Regelungs-Schwellenwert fällt. In Abhängigkeit von dem ersten Steuerungs-/Regelungs-Signal wird in einem Schaltregler eine Schaltregler-Ausgangsspannung erzeugt und dann wird auf der Grundlage der Schaltregler-Ausgangssspannung eine Spannung des ersten Doherty-Verstärkers modifiziert. In Abhängigkeit von dem zweiten Steuerungs-/Regelungs-Signal wird eine Spannung des variablen Dämpfungsglieds modifiziert.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der vorhergehend erwähnte Bedarf durch eine Verstärkerschaltung angesprochen, die einen ersten Doherty-Verstärker mit einem Eingang, einem ersten Doherty-Steuerungs-/Regelungs-Eingang und einem Ausgang umfasst, wobei der Ausgang an den Eingang eines zweiten Doherty-Verstärkers mit einem zweiten Doherty-Steuerungs-/Regelungs-Eingang und einem Ausgang gekoppelt ist. Ferner umfasst die Verstärkerschaltung einen Detektor mit einem zum Ermitteln eines zweiten Doherty-Ausgangssignals von dem Ausgang des zweiten Doherty-Verstärkers angekoppelten De tektoreingang und einem Ausgang. Der Ausgang ist an einen Eingang einer Steuerung/Regelung gekoppelt, wobei die Steuerung/Regelung einen Steuerungs-/Regelungs-Ausgang aufweist. Des Weiteren umfasst die Verstärkerschaltung einen Schaltregler mit einem an den Steuerungs-/Regelungs-Ausgang gekoppelten Eingang und einem ersten und einem zweiten Schaltreglerausgang, wobei der erste Schaltreglerausgang an den ersten Doherty-Steuerungs-/Regelungs-Eingang gekoppelt ist und der zweite Schaltreglerausgang an den zweiten Doherty-Steuerungs-/Regelungs-Eingang gekoppelt ist.
  • Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der vorhergehend erwähnte Bedarf durch ein Verfahren zum Verstärken eines Signals angesprochen, wobei das Verfahren das Empfangen des Eingangssignals an einem Eingang eines ersten Doherty-Verstärkers, das Empfangen einer ersten Versorgungsspannung an einem ersten Doherty-Steuerungs-/Regelungs-Eingang des ersten Doherty-Verstärkers, das ein erstes Doherty-Ausgangssignal bildende Verstärken des Eingangssignals in dem ersten Doherty-Verstärker, das Empfangen des ersten Doherty-Ausgangssignals an einem Eingang eines zweiten Doherty-Verstärkers, das Empfangen einer zweiten Versorgungsspannung an einem zweiten Doherty-Steuerungs-/Regelungs-Eingang des zweiten Doherty-Verstärkers und das ein zweites Doherty-Ausgangssignal bildende Verstärken des ersten Doherty-Ausgangssignals in dem zweiten Doherty-Verstärker umfasst. Weiterhin umfasst das Verfahren das ein ermitteltes Ausgangssignal bildende Ermitteln eines Gesamtsignals, wobei das Gesamtsignal wenigstens das zweite Doherty-Ausgangssignal enthält, und dann das Vergleichen des ermittelten Ausgangssignals mit einem vorbestimmten Steuerungs-/Regelungs-Schwellenwert in einer Steuerung/Regelung. Außerdem umfasst das Verfahren das Erzeugen eines Steuerungs-/Regelungs-Signals in der Steuerung/Regelung, falls das ermittelte Ausgangssignal unter den vorbestimmten Steuerungs-/Regelungs-Schwellenwert fällt, das Erzeugen einer ersten Versorgungsspannung in einem Schaltregler auf der Grundlage des Steuerungs-/Regelungs-Signals und anschließendes Modifizieren einer Spannung des ersten Doherty-Verstärkers auf der Grundlage der ersten Versorgungsspannung. Gleichzeitig finden das Erzeugen einer zweiten Versorgungsspannung in dem Schaltregler auf der Grundlage des Steuerungs-/Regelungs-Signals und das anschließende Modifizieren einer Spannung des zweiten Doherty-Verstärkers auf der Grundlage der zweiten Versorgungsspannung statt.
  • Für Fachleute in der Technik werden aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform(en), die zur Veranschaulichung aufgezeigt und beschrieben worden sind, die Vorteile der vorliegenden Erfindung leicht ersichtlich werden. Wie erkannt werden wird, ist die durch die Ansprüche definierte Erfindung zu anderen und unterschiedlichen Ausführungsformen fähig, und ihre Einzelheiten können in vielerlei Hinsicht modifiziert werden. Dementsprechend sind die Zeichnungen und Beschreibungen als veranschaulichend und nicht als beschränkend zu betrachten.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 veranschaulicht einen typischen Doherty-Verstärker;
  • 2 ist eine graphische Darstellung des Leistungsgrades eines Doherty-Verstärkers hinsichtlich Doherty-Verstärkersättigung bei mehreren Drainspannungen;
  • 3 ist ein Blockdiagramm einer Schaltung zum Verstärken eines Signals mittels Erhöhung des Leistungsgrades eines Doherty-Verstärkers gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 4 ist ein Blockdiagramm einer Variation der in 3 dargestellten Schaltung;
  • 5 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Verstärken eines Signals gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 6 ist ein Blockdiagramm einer Schaltung zum Verstärken eines Signals mittels Erhöhung des Leistungsgrades eines Doherty-Verstärkers gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 7 ist ein Blockdiagramm einer Variation der in 6 dargestellten Schaltung;
  • 8 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Verstärken eines Signals gemäß der Ausführungsform von 6.
  • Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
  • Unter Zuwendung an die Zeichnungen, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteile bezeichnen, stellt nun 1 einen typischen Doherty-Verstärker dar. Ein Doherty-Verstärker 208 empfängt ein Eingangssignal 206 und erzeugt in Abhängigkeit vom Empfangen eines Steuerungs-/Regelungs-Eingangs 234 ein Doherty-Ausgangssignal 220. Der Steuerungs-/Regelungs-Eingang stellt im Allgemeinen eine Span nung dar, die gemeinhin als Drainspannung bezeichnet wird und als Vdd beschriftet werden kann.
  • Doherty-Verstärker, die Feldeffekttransistoren ("field effect transistors (FETs)") verwenden, arbeiten typischerweise mit einer festen Drainspannung. Wenn sich das Doherty-Ausgangssignal 220 an der gesättigten Leistung befindet, arbeitet der Doherty-Verstärker 208 bei maximalem Drain-Leistungsvermögen. Mit anderen Worten, der Doherty-Verstärker 208 arbeitet bei maximalem Leistungsvermögen, wenn die Spannung des Doherty-Ausgangssignals 220 gleich der Drainspannung Vdd ist. Die Sättigung tritt bei 0 dB Zurückweichung auf, wie in 2 gezeigt. Der Doherty-Leistungsgrad, der als das Verhältnis von HF-Leistungsausgabe zu DC-Eingangsleistung definiert wird, fällt mit zunehmendem Zurückweichen von der Sättigung geringfügig ab, bis bei einem Abstand von 6 dB von der Sättigung eine Übergangsspannung erreicht wird. Bei einem Zurückweichen von 6 dB von der Sättigung wird der maximale Doherty-Leistungsgrad wieder erreicht. Unterhalb der Übergangsspannung fällt der Doherty-Leistungsgrad mit zunehmendem Zurückweichen von der Sättigung rapide ab. Während die Leistung des Doherty-Ausgangssignals 220 abnimmt, wird, wie in dem Stand der Technik wohlbekannt ist, der Leistungsgrad des Doherty-Verstärkers 208 proportional zu der Ausgangssignal-Spannungsamplitude reduziert. Deshalb ist der Doherty-Leistungsgrad niedrig, wenn das Doherty-Ausgangssignal 220 niedrig ist. Umgekehrt ist der Doherty-Leistungsgrad hoch, wenn das Doherty-Ausgangssignal 220 hoch ist. Beispielsweise bedeutet eine Doherty-Ausgangssignalleistung von 20 Watt für eine feste Drainspannung von 20 Volt einen Leistungsgrad von ungefähr 40 %, während eine Doherty- Ausgangssignalleistung von 60 Watt für eine feste Drainspannung von 20 Volt einen Leistungsgrad von ungefähr 57 % bedeutet.
  • Indem die Drainspannung im Verhältnis zu einer festen Ausgangsspannung ansteigt, nimmt der Doherty-Leistungsgrad ab. Beispielsweise beträgt bei einem Zurückweichen von 6 dB von der Sättigung in einer 900 MHz-Anwendung der Doherty-Leistungsgrad für eine feste Drainspannung von 20 Volt ungefähr 46 % und fällt für eine feste Drainspannung von 30 Volt auf ungefähr 40 % ab.
  • Beim Betreiben eines Doherty-Verstärkers 208 an einer niedrigen festen Drainspannung bestehen zwei praktische Probleme. Ein Problem ist ein Anstieg in der auch als Verzerrung bekannten Zwischenmodulation des Doherty-Ausgangssignals 220. Diese Verzerrung kann durch Halten der Leistung des Doherty-Ausgangssignals 220 an einem niedrigen Wert, zum Beispiel 9 bis 10 dB unterhalb der Sättigung, entschärft werden. Das andere Problem ist eine Reduzierung der Leistungsverstärkung des Doherty-Verstärkers 208. Die Reduzierung der Leistungsverstärkung des Doherty-Verstärkers 208 kann durch Hinzufügen eines variablen Dämpfungsglieds zusammen mit einer durch einen Treiberverstärker bereitgestellten festen Verstärkung angepasst werden. Das variable Dämpfungsglied und der die feste Verstärkung liefernde Treiberverstärker sind so konfiguriert, dass sie einen Verstärkungsverlust über den Doherty-Verstärker 208 ausgleichen.
  • Dementsprechend ist es möglich, durch Halten des Doherty-Verstärkers 208 im Wesentlichen nahe der Sättigung den Doherty-Leistungsgrad über einen breiteren Dynamikbereich zu verbessern. Um den Doherty-Verstärker 208 nahe der Sättigung zu halten, wird die an dem Steuerungs-/Regelungs-Eingang 234 bereitgestellte Versorgungsspannung proportional zu einer Spannung des Doherty-Ausgangssignals 220 eingestellt. In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ersetzt die an dem Steuerungs-/Regelungs-Eingang 234 bereitgestellte einstellbare Versorgungsspannung die vorher erwähnte feste Versorgungs- (oder Drain-) Spannung Vdd.
  • 3 stellt ein Blockdiagramm einer Verstärkerschaltung 200 zum Verstärken eines Signals dar, das gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu einem Anstieg des Doherty-Verstärkerleistungsgrades führt. Die Verstärkerschaltung 200 ist mit einem Eingang 201 und einem Ausgang 240 konfiguriert. Die Verstärkerschaltung 200 umfasst ein variables Dämpfungsglied 202, einen Verstärker 204, einen ersten Doherty-Verstärker 208, einen Detektor 224, eine Steuerung/Regelung 228 und einen Schaltregler 232. Ein Eingangssignal 250 (z.B. ein 900 Megahertz (MHz) Mehrträger-HF-Signal, das durch eine Mehrzahl von HF-Transceivern erzeugt werden kann) wird an dem Eingang 201 empfangen.
  • Bei dem Betrieb der Schaltung 200 weist ein Verstärker 204, vorzugsweise ein Treiberverstärker, einen Eingang zum Empfangen eines durch das variable Dämpfungsglied 202 erzeugten gedämpften Signals auf und liefert ein Eingangssignal 206 an den ersten Doherty-Verstärker 208. Der erste Doherty-Verstärker 208 empfängt das Eingangssignal 206 und erzeugt in Abhängigkeit vom Empfangen einer durch den Schaltregler 232 an dem Steuerungs-/Regelungs-Eingang 234 bereitgestellten Versorgungsspannung ein erstes Doherty-Ausgangs-signal 220. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Detektor 224, vorzugsweise ein Diodendetektor, mittels eines Richtungskopplers (nicht gezeigt) an den Ausgang des ersten Doherty-Verstärkers 208 gekoppelt. Der Detektor 224 tastet das erste Doherty-Ausgangssignal ab und richtet es gleich und liefert ein ermitteltes Ausgangssignal 226 an die Steuerung/Regelung 228. Das ermittelte Ausgangssignal 226 ist eine zu dem an einem Detektoreingang 222 ermittelten Signal proportionale Gleichstrom (DC)-Spannung.
  • Falls das ermittelte Ausgangssignal 226 unter einen bestimmten Steuerungs-/Regelungs-Schwellenwert, zum Beispiel eine Schwellenwertspannung, fällt, wird die Steuerung/Regelung 228 ein erstes und ein zweites Steuerungs-/Regelungs-Signal erzeugen. Dementsprechend wandelt die Steuerung/Regelung 228 das ermittelte Ausgangssignal 226 in ein für die Eingabe in den Schaltregler 232 geeignetes erstes Steuerungs-/Regelungs-Signal 230 um. Die Umwandlung geschieht derart, dass der Schaltregler 232 in Abhängigkeit von einer Verringerung in dem ermittelten Ausgangssignal die als Steuerungs-/Regelungs-Eingang 234 an den ersten Doherty-Verstärker 208 gelieferte Versorgungsspannung verringern wird. Als Folge nimmt die Spannungsverstärkung (erste Verstärkung) über den ersten Doherty-Verstärker 208 ab.
  • Gleichzeitig wandelt die Steuerung/Regelung 228 das ermittelte Ausgangssignal 226 in ein für die Eingabe in das variable Dämpfungsglied 202 geeignetes zweites Steuerungs-/Regelungs-Signal 231 um. Die Umwandlung geschieht derart, dass das variable Dämpfungsglied die Dämpfung des Eingangssignals 250 verringern wird und infolgedessen das an dem Eingang des ersten Doherty-Verstärkers 208 auftretende Signal erhöhen wird. Als Folge nimmt die Spannungsverstärkung (zweite Verstärkung) über die Summe aus dem variablen Dämpfungsglied 202 und dem Treiberverstärker 204 zu.
  • Die mit der resultierenden Spannungserhöhung über die Summe aus dem variablen Dämpfungsglied 202 und dem Treiberverstärker 204 gekoppelte resultierende Spannungsverringerung über den ersten Doherty-Verstärker 208 hält den Doherty-Verstärker 208 über einen breiteren Dynamikbereich nahe seinem Sättigungspunkt. Entsprechend bleibt die Summe aus der ersten und der zweiten Verstärkung über die Verstärkerschaltung 200 im Wesentlichen konstant.
  • Der Verstärker 204 und der Doherty-Verstärker 208 sind vorzugsweise Verstärker mit Feldeffekttransistoren mit Metall-Oxid-Halbleiteraufbau ("metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET)"), wie die von Motorola, Inc., erhältlichen Verstärker der MRF 183-Serie. Das variable Dämpfungsglied 202 ist vorzugsweise ein von M/A-COM, Inc., hergestelltes variables spannungsabsorbierendes Dämpfungsglied AT-108. Der Detektor 224 kann eine ebenfalls durch M/A-COM, Inc., hergestellte MA4E932A Detektordiode ohne Vorspannung ("Zero-Bias-Detektordiode") sein. Der Schaltregler 232 kann irgendeiner aus der Anzahl von Schaltreglertypen sein, die der AT&T-Version des FE150R-DC DC-Leistungsmoduls ähneln. Die Steuerung/Regelung 228 kann entweder durch Software- oder durch Hardware-Verfahren implementiert werden. Zum Beispiel kann die Steuerung/Regelung 228 als fest programmierte Nachschlage- bzw. Look-Up-Tabelle oder als analoge Schaltung mit Pegel verstellenden und skalierenden Verstärkern verwirklicht werden.
  • In einer in 4 gezeigten alternativen Verstärkerschaltung 300 kann ein zweiter Doherty-Verstärker 310 in paralleler Anordnung mit dem Doherty-Verstärker 208 derart hinzugefügt werden, dass der zweite Doherty-Verstärker 310, wie veranschaulicht, einen an den Eingang des Doherty-Verstärkers 208 gekoppelten Eingang und einen an den Ausgang des Doherty-Verstärkers 208 gekoppelten Ausgang aufweist. Der zweite Doherty-Verstärker 310 weist auch einen an den Ausgang des Schaltreglers 232 gekoppelten Steuerungs-/Regelungs-Eingang auf. Die additive Wirkung des ersten Doherty-Ausgangssignals 220 und eines durch den zweiten Doherty-Verstärker 310 ausgegebenen zweiten Doherty-Ausgangssignals 320 erzeugt ein Gesamtsignal 322. Abhängig von der Größenordnung des gewünschten Gesamtsignals 322 können zusätzliche Doherty-Verstärker ebenfalls parallel hinzugefügt werden.
  • In 5 wird ein Flussdiagramm veranschaulicht, das ein allgemein mit 400 gekennzeichnetes Verfahren zum Verstärken eines Signals darstellt. Das Verfahren 400 beginnt bei Block 62, wobei die Verstärkerschaltung 200 an dem Eingang 201 ein Eingangssignal 250 empfängt. Als Nächstes wird bei Block 64 das Eingangssignal 250 durch das variable Dämpfungsglied 202 gedämpft, wodurch ein gedämpftes Signal gebildet wird. Bei Block 66 wird das gedämpfte Signal durch den Treiberverstärker 204 verstärkt, wodurch an einen ersten Doherty-Verstärker 208 ein Eingangssignal 206 geliefert wird. Als Nächstes erzeugt bei Block 68 der erste Doherty-Verstärker 208 in Abhängigkeit vom Empfangen einer Versorgungsspannung an dem Steuerungs-/Regelungs-Eingang 234 ein erstes Doherty-Ausgangssignal 220.
  • Als Nächstes wird bei Block 70 durch den Detektor 224 das erste Doherty-Ausgangssignal 220 ermittelt, was ein ermitteltes Ausgangssignal 226 erzeugt. Bei Block 72 wird das ermittelte Ausgangssignal 226 durch die Steuerung/Regelung 228 mit einer Schwellenwertspannung verglichen. Falls die Spannung des ermittelten Ausgangssignals 226 unter der Schwellenwertspannung liegt, erzeugt die Steuerung/Regelung 228 bei Block 74 ein erstes Steuerungs-/Regelungs-Signal 230 und ein zweites Steuerungs-/Regelungs-Signal 231. Falls die Spannung des ermittelten Ausgangssignals 226 über der Schwellenwertspannung liegt, wird die Steuerung/Regelung 228 kein erstes und kein zweites Steuerungs-/Regelungs-Signal erzeugen. Beim Empfangen des ersten Steuerungs-/Regelungs-Signals 230 erzeugt der Schaltregler 232 bei Block 78 eine Ausgabe, die an dem Steuerungs-/Regelungs-Eingang 234 des ersten Doherty-Verstärkers 208 als Versorgungsspannung auftritt. Die Versorgungsspannung verhält sich proportional zu dem ersten Steuerungs-/Regelungs-Signal 230. Bei Block 80 wird in Abhängigkeit von der Versorgungsspannung das erste Doherty-Ausgangssignal 220 modifiziert. Gleichzeitig dämpft bei Block 82 das variable Dämpfungsglied 202 beim Empfangen des zweiten Steuerungs-/Regelungs-Signals 231 das Eingangssignal 250. In Erwiderung darauf wird bei Block 84 die Spannung über die Summe aus dem variablen Dämpfungsglied 202 und dem Verstärker 204 modifiziert.
  • Eine in 6 dargestellte dritte Ausführungsform gestattet eine weitere Verstärkerverbesserung mittels Ersetzen des Verstärkers 204 durch einen Doherty-Verstärker 404. Eine Verstärkerschaltung 500 ist mit einem Eingang 403 und einem Ausgang 240 konfiguriert. Die Verstärkerschaltung umfasst ein variables Dämpfungsglied 202, einen ersten Doherty-Verstärker 404, einen zweiten Doherty-Verstärker 408, einen Detektor 224, eine Steuerung/Regelung 228 und einen Schaltregler 232. Ein Eingangssignal 250 (z.B. ein 900 Me gahertz (MHz) Mehrträger-HF-Signal, das durch eine Mehrzahl von HF-Transceivern erzeugt werden kann) wird an dem Eingang 403 empfangen.
  • In dem Betrieb der Verstärkerschaltung 500 empfängt der erste Doherty-Verstärker 404 an dem Eingang 403 das Eingangssignal 250 und erzeugt auf der Grundlage einer von dem Schaltregler 232 an einen ersten Doherty-Steuerungs-/Regelungs-Eingang 233 gelieferten ersten Versorgungsspannung ein erstes Doherty-Ausgangssignal 406. Der zweite Doherty-Verstärker 408 empfängt das erste Doherty-Ausgangssignal 406 und erzeugt auf der Grundlage einer an einem zweiten Doherty-Steuerungs-/Regelungs-Eingang 234 von dem Schaltregler 232 empfangenen zweiten Versorgungsspannung ein zweites Doherty-Ausgangssignal 220.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Detektor 224, vorzugsweise ein Diodendetektor, mittels eines Richtungskopplers (nicht gezeigt) an den Ausgang des zweiten Doherty-Verstärkers 408 gekoppelt. Der Detektor 224 tastet das zweite Doherty-Ausgangssignal 220 ab und richtet dieses gleich und liefert ein ermitteltes Ausgangssignal 226 an die Steuerung/Regelung 228. Das ermittelte Ausgangssignal 226 ist eine zu dem an einem Detektoreingang 222 ermittelten Signal proportionale Gleichstrom (DC)-Spannung.
  • Falls das ermittelte Ausgangssignal 226 über einem vorbestimmten Steuerungs-/Regelungs-Schwellenwert, zum Beispiel einer Schwellenwertspannung, liegt, erzeugt die Steuerung/Regelung 228 kein Steuerungs-/Regelungs-Signal. Falls das ermittelte Ausgangssignal 226 unter die Schwellenwertspannung fällt, wird die Steuerung/Regelung 228 das ermittelte Ausgangssignal 226 in ein für die Eingabe in den Schaltregler 232 geeignetes erstes Steuerungs-/Regelungs- Signal 230 umwandeln. Die Umwandlung geschieht derart, dass der Schaltregler 232 die an dem zweiten Doherty-Steuerungs-/Regelungs-Eingang 234 bereitgestellte Versorgungsspannung verringern wird. Als Folge verringert sich in Abhängigkeit von einer Verringerung in dem ermittelten Ausgangssignal 226 die Spannungsverstärkung des zweiten Doherty-Verstärkers 408.
  • Gleichzeitig wird der Schaltregler 232 die an dem ersten Doherty-Steuerungs-/Regelungs-Eingang 233 bereitgestellte Versorgungsspannung erhöhen. Als Folge vergrößert sich in Abhängigkeit von einer Verringerung in dem ermittelten Ausgangssignal 226 die Spannungsverstärkung des ersten Doherty-Verstärkers 404. Die mit dem Spannungsverlust über den zweiten Doherty-Verstärker 408 gekoppelte Vergrößerung der Spannungsverstärkung über den ersten Doherty-Verstärker 404 ergibt eine im Wesentlichen konstante Spannung über die Verstärkerschaltung 500, was den zweiten Doherty-Verstärker 408 nahe dessen Sättigungspunkt hält.
  • In einer in 7 gezeigten vierten Ausführungsform kann ein dritter Doherty-Verstärker 510 in paralleler Anordnung mit dem zweiten Doherty-Verstärker 408 derart hinzugefügt werden, dass der dritte Doherty-Verstärker 510, wie veranschaulicht, einen an den Eingang des zweiten Doherty-Verstärkers 408 gekoppelten Eingang und einen an den Ausgang des zweiten Doherty-Verstärkers 408 gekoppelten Ausgang aufweist. Der dritte Doherty-Verstärker 510 empfängt das erste Doherty-Ausgangssignal 406 und erzeugt auf der Grundlage der an dem dritten Doherty-Steuerungs-/Regelungs-Eingang 234 von dem Schaltregler 232 empfangenen zweiten Versorgungsspannung ein drittes Doherty-Ausgangssignal 520. Die additive Wirkung des zweiten Doher ty-Ausgangssignals 220 und des dritten Doherty-Ausgangssignals 520 erzeugt ein Gesamtsignal 322. Abhängig von der Größenordnung des gewünschten Gesamtsignals 322 können zusätzliche Doherty-Verstärker parallel hinzugefügt werden.
  • In 8 wird ein Flussdiagramm veranschaulicht, das ein allgemein mit 700 gekennzeichnetes Verfahren zum Verstärken eines Signals darstellt. Das Verfahren 700 beginnt bei Block 87, wobei die Verstärkerschaltung 500 an dem Eingang 403 ein Eingangssignal 250 empfängt. Als Nächstes erzeugt der erste Doherty-Verstärker 404 bei Block 88 in Abhängigkeit vom Empfangen eines ersten Doherty-Steuerungs-/Regelungs-Eingangs 233 ein erstes Doherty-Ausgangssignal 406. Der erste Doherty-Steuerungs-/Regelungs-Eingang 233 stellt eine Versorgungsspannung von dem Schaltregler 232 dar. Als Nächstes erzeugt der zweite Doherty-Verstärker 408 bei Block 89 in Abhängigkeit vom Empfangen des ersten Doherty-Ausgangssignals 406 und eines zweiten Doherty-Steuerungs-/Regelungs-Eingangs 234 ein zweites Doherty-Ausgangssignal 220.
  • Bei Block 90 wird durch den Detektor 224 das zweite Doherty-Ausgangssignal 220 ermittelt, was ein ermitteltes Ausgangssignal 226 erzeugt. Bei Block 91 wird das ermittelte Ausgangssignal 226 durch die Steuerung/Regelung 228 mit einer Schwellenwertspannung verglichen. Falls die Spannung des ermittelten Ausgangssignals 226 unter der Schwellenwertspannung liegt, erzeugt die Steuerung/Regelung 228 bei Block 92 ein Steuerungs-/Regelungs-Signal 230. Falls die Spannung des ermittelten Ausgangssignals 226 über der Schwellenwertspannung liegt, wird die Steuerung/Regelung 228 kein Steuerungs-/Regelungs-Signal 230 erzeugen. Beim Empfangen des Steuerungs-/Regelungs-Signals 230 erzeugt der Schaltregler 232 bei Block 93 eine Ausgabe, die als erste Versorgungsspannung an dem ersten Doherty-Steuerungs-/Regelungs-Eingang 233 auftritt. Bei Block 94 wird in Abhängigkeit von dem ersten Doherty-Steuerungs-/Regelungs-Eingang 233 das erste Doherty-Ausgangssignal 406 modifiziert. Gleichzeitig erzeugt der Schaltregler 232 bei Block 95 beim Empfangen des Steuerungs-/Regelungs-Signals 230 eine Ausgabe, die als zweite Versorgungsspannung an dem zweiten Doherty-Steuerungs-/Regelungs-Eingang 234 auftritt. In Erwiderung darauf wird bei Block 96 das zweite Doherty-Ausgangssignal 420 modifiziert. Anschließend erhält die Modifikation in ein erstes und ein zweites Doherty-Ausgangssignal die Verstärkung der Verstärkerschaltung 500 im Wesentlichen an einem konstanten Pegel mit minimaler Verzerrung an den Doherty-Ausgangssignalen aufrecht. Außerdem findet der Betrieb des Doherty-Verstärkers nahe dem maximalen Leistungsgrad statt.
  • Es wird klar sein, dass andere Formen der Erfindung und andere Ausführungsformen als die vorstehend beschriebenen spezifischen Ausführungsformen entwickelt werden können, ohne von dem Rahmen der beigefügten Ansprüche abzuweichen und deshalb ist beabsichtigt, dass der Rahmen dieser Erfindung nur durch die folgenden Ansprüche bestimmt wird.

Claims (23)

  1. Verstärkerschaltung, die umfasst: einen Verstärker (204) mit einem Eingang und einem Ausgang; einen ersten Doherty-Verstärker (208) mit einem an den Ausgang des Verstärkers gekoppelten Eingang, einem Ausgang und einem Steuerungs-/Regelungs-Eingang (234); einen Detektor (224) mit einem zum Ermitteln eines ersten Doherty-Ausgangssignals des Ausgangs des ersten Doherty-Verstärkers (208) gekoppelten Detektoreingang und einem Ausgang; einem Controller (228) mit einem an den Ausgang des Detektors gekoppelten Eingang und einem ersten Ausgang und einem zweiten Ausgang; einen Schaltregler (232) mit einem an den ersten Ausgang des Controllers gekoppelten Eingang und einem an den Steuerungs-/Regelungs-Eingang des ersten Doherty-Verstärkers (208) gekoppelten Ausgang; und ein variables Dämpfungsglied (202) mit einem Signaleingang, einem an den Eingang des Verstärkers (204) gekoppelten Ausgang und einem an den zweiten Ausgang des Controllers (228) gekoppelten Steuerungs-/Regelungs-Eingang.
  2. Verstärkerschaltung nach Anspruch 1, wobei eine erste Verstärkung der Verstärkerschaltung eine Spannung an dem ersten Doherty-Verstärker (208) umfasst.
  3. Verstärkerschaltung nach Anspruch 1, wobei eine zweite Verstärkung der Verstärkerschaltung eine Spannung an einer Summe aus dem variablen Dämpfungsglied (202) und dem Verstärker (204) umfasst.
  4. Verstärkerschaltung nach Anspruch 2 und 3, wobei eine Summe aus der ersten Verstärkung und der zweiten Verstärkung im Wesentlichen konstant ist.
  5. Verstärkerschaltung nach Anspruch 1, die weiterhin einen zweiten Doherty-Verstärker (310; 314) mit einem an den Eingang des ersten Doherty-Verstärkers (208) gekoppelten Eingang, einem an den Ausgang des ersten Doherty-Verstärkers gekoppelten Ausgang und einem an den Ausgang des Schaltreglers (232) gekoppelten Steuerungs-/Regelungs-Eingang umfasst.
  6. Verstärkerschaltung nach Anspruch 1, wobei die Verstärker eine Hochfrequenz-Transistorhalbleitervorrichtung umfassen.
  7. Verfahren zum Verstärken eines Eingangssignals, wobei das Verstärkungsverfahren folgende Schritte umfasst: Empfangen des Eingangssignals an einem Signaleingang eines variablen Dämpfungsglieds (202); ein gedämpftes Signal (203) bildendes Dämpfen des Eingangssignals; ein verstärktes Signal (206) bildendes Verstärken des gedämpften Signals; ein erstes Doherty-Ausgangssignal (220) bildendes Verstärken des verstärkten Signals in einem ersten Doherty-Verstärker (208); ein ermitteltes Ausgangssignal bildendes Ermitteln eines Gesamtsignals in einem Detektor (224), wobei das Gesamtsignal wenigstens das erste Doherty-Ausgangssignal umfasst; Vergleichen des ermittelten Ausgangssignals mit einem vorbestimmten Controllerschwellenwert in einem Controller (228); Erzeugen eines ersten Steuerungs-/Regelungs-Signals und eines zweiten Steuerungs-/Regelungs-Signals in dem Controller, wenn das ermittelte Ausgangssignal unter den vorbestimmten Controllerschwellenwert fällt; Erzeugen einer Schaltregler-Ausgangsspannung in einem Schaltregler (232) auf der Grundlage des ersten Steuerungs-/Regelungs-Signals; Modifizieren einer Spannung des ersten Doherty-Verstärkers (208) auf der Grundlage der Schaltregler-Ausgangsspannung; und Modifizieren einer Spannung des variablen Dämpfungsglieds auf der Grundlage des zweiten Steuerungs-/Regelungs-Signals.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei eine erste Verstärkung der Verstärkerschaltung die Spannungsmodifikation an dem ersten Doherty-Verstärker (208) umfasst.
  9. Verfahren nach Anspruch 7, wobei eine zweite Verstärkung der Verstärkerschaltung eine Summe aus der Spannungsmodifikation des variablen Dämpfungsglieds (202) und dem Verstärker umfasst.
  10. Verstärkerschaltung nach Anspruch 8 und 9, wobei eine Summe aus der ersten Verstärkung und der zweiten Verstärkung im Wesentlichen konstant ist.
  11. Verfahren nach Anspruch 7, das weiterhin folgende Schritte umfasst: ein zweites Doherty-Ausgangssignal bildendes Verstärken des verstärkten Signals in einem zweiten Doherty-Verstärker (310; 314); und das Gesamtsignal bildende Kombinieren des ersten und des zweiten Doherty-Ausgangssignals.
  12. Verstärkerschaltung, die umfasst: einen ersten Doherty-Verstärker (404) mit einem Eingang, einem ersten Doherty-Steuerungs-/Regelungs-Eingang und einem Ausgang; einen zweiten Doherty-Verstärker (408) mit einem an den Ausgang des ersten Doherty-Verstärkers gekoppelten Eingang, einem Ausgang und einem zweiten Doherty-Steuerungs-/Regelungs-Eingang; einen Detektor (224) mit einem zum Ermitteln eines zweiten Doherty-Ausgangssignals des Ausgangs des zweiten Doherty-Verstärkers gekoppelten Detektoreingang und einem Ausgang; einen Controller (228) mit einem an den Ausgang des Detektors gekoppelten Eingang und einem Ausgang; und einen Schaltregler (232) mit einem an den Ausgang des Controllers gekoppelten Eingang und einem ersten und einem zweiten Schaltreglerausgang, wobei der erste Schaltreglerausgang an den ersten Doherty-Steuerungs-/Regelungs-Eingang gekoppelt ist und der zweite Schaltreglerausgang an den zweiten Doherty-Steuerungs-/Regelungs-Eingang gekoppelt ist.
  13. Verstärkerschaltung nach Anspruch 12, wobei eine erste Verstärkung der Verstärkerschaltung eine Spannung an dem zweiten Doherty-Verstärker (408) umfasst.
  14. Verstärkerschaltung nach Anspruch 12, wobei eine zweite Verstärkung der Verstärkerschaltung eine Spannung an dem ersten Doherty-Verstärker (404) umfasst.
  15. Verstärkerschaltung nach Anspruch 13 und 14, wobei eine Summe aus der ersten Verstärkung und der zweiten Verstärkung im Wesentlichen konstant ist.
  16. Verstärkerschaltung nach Anspruch 12, die weiterhin einen dritten Doherty-Verstärker (510; 514) mit einem an den Eingang des zweiten Doherty-Verstärkers gekoppelten Eingang, einem an den Ausgang des zweiten Doherty-Verstärkers gekoppelten Ausgang und einem an den zweiten Schaltreglerausgang gekoppelten Steuerungs-/Regelungs-Eingang umfasst.
  17. Verstärkerschaltung nach Anspruch 12, wobei der Doherty-Verstärker eine Hochfrequenz-Transistorhalbleitervorrichtung umfasst.
  18. Verfahren zum Verstärken eines Eingangssignals, wobei das Verstärkungsverfahren folgende Schritte umfasst: Empfangen des Eingangssignals an einem Eingang eines ersten Doherty-Verstärkers (404); Empfangen einer ersten Versorgungsspannung an einem ersten Doherty-Steuerungs-/Regelungs-Eingang des ersten Doherty-Verstärkers; ein erstes Doherty-Ausgangssignal bildendes Verstärken des Eingangssignals (250) in dem ersten Doherty-Verstärker; Empfangen des ersten Doherty-Ausgangssignals an einem Eingang eines zweiten Doherty-Verstärkers (408); Empfangen einer zweiten Versorgungsspannung an einem zweiten Doherty-Steuerungs-/Regelungs-Eingang des zweiten Doherty-Verstärkers; ein zweites Doherty-Ausgangssignals bildendes Verstärken des ersten Doherty-Ausgangssignals in dem zweiten Doherty-Verstärker; ein ermitteltes Ausgangssignal (226) bildendes Ermitteln eines Gesamtsignals, wobei das Gesamtsignal wenigstens das zweite Doherty-Ausgangssignal umfasst; Vergleichen des ermittelten Ausgangssignals mit einem vorbestimmten Controllerschwellenwert in einem Controller (228); Erzeugen eines Steuerungs-/Regelungs-Signals in den Controller, wenn das ermittelte Ausgangssignal unter den vorbestimmten Steuerungs-/Regelungs-Schwellenwert fällt; Erzeugen einer ersten Versorgungsspannung in einem Schaltregler auf der Grundlage des Steuerungs-/Regelungs-Signals; Modifizieren einer Spannung des ersten Doherty-Verstärkers (404) auf der Grundlage der ersten Versorgungsspannung; Erzeugen einer zweiten Versorgungsspannung in dem Schaltregler auf der Grundlage des Steuerungs-/Regelungs-Signals; Modifizieren einer Spannung des zweiten Doherty-Verstärkers (408) auf der Grundlage der zweiten Versorgungsspannung.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei eine erste Verstärkung der Verstärkerschaltung die Spannungsmodifikation des zweiten Doherty-Verstärkers (408) umfasst.
  20. Verfahren nach Anspruch 18, wobei eine zweite Verstärkung der Verstärkerschaltung die Spannungsmodifikation des ersten Doherty-Verstärkers (404) umfasst.
  21. Verstärkerschaltung nach Anspruch 19 und 20, wobei eine Summe aus der ersten Verstärkung und der zweiten Verstärkung im Wesentlichen konstant ist.
  22. Verfahren nach Anspruch 19, das weiterhin folgende Schritte umfasst: ein drittes Doherty-Ausgangssignal bildendes Verstärken des ersten Doherty-Ausgangssignals in einem dritten Doherty-Verstärker (510; 514); und das Gesamtsignal bildende Kombinieren des zweiten Doherty-Ausgangssignals und des dritten Doherty-Ausgangssignals.
  23. Verfahren nach Anspruch 18, wobei der vorbestimmte Controllerschwellenwert auf der Grundlage einer gemessenen Eingangssignalleistung ausgewählt wird.
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