FI116108B - Amplitudisäädin - Google Patents

Amplitudisäädin Download PDF

Info

Publication number
FI116108B
FI116108B FI20030934A FI20030934A FI116108B FI 116108 B FI116108 B FI 116108B FI 20030934 A FI20030934 A FI 20030934A FI 20030934 A FI20030934 A FI 20030934A FI 116108 B FI116108 B FI 116108B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
signal
amplitude
sub
signals
control
Prior art date
Application number
FI20030934A
Other languages
English (en)
Swedish (sv)
Other versions
FI20030934A (fi
FI20030934A0 (fi
Inventor
Eero Koukkari
Original Assignee
Esju Oy
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Esju Oy filed Critical Esju Oy
Priority to FI20030934A priority Critical patent/FI116108B/fi
Publication of FI20030934A0 publication Critical patent/FI20030934A0/fi
Priority to PCT/FI2004/000378 priority patent/WO2004114515A1/en
Priority to US10/561,806 priority patent/US20060146691A1/en
Publication of FI20030934A publication Critical patent/FI20030934A/fi
Application granted granted Critical
Publication of FI116108B publication Critical patent/FI116108B/fi

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03DDEMODULATION OR TRANSFERENCE OF MODULATION FROM ONE CARRIER TO ANOTHER
    • H03D3/00Demodulation of angle-, frequency- or phase- modulated oscillations
    • H03D3/007Demodulation of angle-, frequency- or phase- modulated oscillations by converting the oscillations into two quadrature related signals
    • H03D3/009Compensating quadrature phase or amplitude imbalances
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01PWAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00Auxiliary devices
    • H01P1/22Attenuating devices
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03GCONTROL OF AMPLIFICATION
    • H03G1/00Details of arrangements for controlling amplification
    • H03G1/0005Circuits characterised by the type of controlling devices operated by a controlling current or voltage signal
    • H03G1/0035Circuits characterised by the type of controlling devices operated by a controlling current or voltage signal using continuously variable impedance elements
    • H03G1/0052Circuits characterised by the type of controlling devices operated by a controlling current or voltage signal using continuously variable impedance elements using diodes
    • H03G1/0058PIN-diodes

Description

116108
Amplitudisäädin
Ala
Keksintö liittyy menetelmään ja laitteistoon radiotaajuisen signaalin amplitudin muuttamiseksi.
5 Tausta
Radiotaajuisen signaalin amplitudi- ja vaihesäätimiä tarvitaan RF-laitteissa muun muassa signaalien summauskytkennöissä, säädettävissä antenneissa ja modulaattoreissa. Eräs tunnetun tekniikan mukainen ratkaisu on kuvattu patenttijulkaisussa US 5,392,009.
10 Julkaisussa amplitudisäätimet on toteutettu 90 asteen jakajalla ja PIN-diodeilla. Kun diodien impedanssit on säädetty 50 Q:ksi, menee kaikki tu-loteho diodeille, mikä vastaa IQ-koordinaatiston keskipistettä. Kun impedanssia aletaan kasvattaa ylöspäin 50 Q:sta alkaa osa tehosta mennä amplitu-disäätimen läpi ja impedanssin kasvaessa äärettömäksi kaikki teho menee 15 amplitudisäätimen ulostuloon, jolloin IQ-koordinaatistossa ollaan ympyrän oikeassa reunassa. Mikäli diodien impedanssia pienennetään 50 Q:sta, alkaa osa tehosta mennä amplitudisäätimen läpi vastakkaisvaiheisena tulosignaaliin verrattuna, mikä vastaa signaalivektorin kasvamista l-akselin negatiivisella puoliskolla. IQ-ympyrän vasen reuna saavutetaan diodi-impedanssilla 0 Ω.
« * · *·*: 20 Tunnetun tekniikan mukaisessa ratkaisussa haittana on se, että • · * : V vastuksina käytettävien diodien mahdolliset poikkeamat ominaisresistanssista « « * v : siirtävät IQ-koordinaatiston keskipistettä. Pienet poikkeamat ovat yleisiä johtu- en muun muassa diodiresistanssin muuttumisesta lämpötilan funktiona tai dio-dien valmistuserissä olevista eroavaisuuksista. Viitejulkaisun mukainen ratkai-25 su on herkkä vastuksien resistanssin poikkeamille, koska säätö on riippuvainen vastuksien absoluuttiarvoista, jolloin vastuksista johtuvat virheet siirtyvät ; suoraan säätövirheiksi.
Lyhyt selostus ‘ ; Keksinnön tavoitteena on esittää parannettu menetelmä ja laitteisto 30 amplitudin säätämiseksi vektorisäätimessä. Tämä saavutetaan menetelmällä . radiotaajuisen signaalin amplitudin säätämiseksi, jossa menetelmässä jaetaan ; ; amplitudin säätöön otettava sisääntulosignaali yhteen tai useampaan signaali- • pariin, joista signaalipareista kukin käsittää kaksi amplitudiltaan yhtäsuuria osasignaalia, muodostetaan kunkin signaaliparin osasignaalien välille vastak- 2 116108 kaisvaiheen suuruinen vaihe-ero. Menetelmässä säädetään kunkin signaalipa-rin osasignaalien amplitudeja käyttäen säätöä ohjaavana tekijänä osasignaa-lien amplitudien keskinäistä suuruutta, ja summataan amplitudiltaan säädetyt osasignaalit ulostulosignaaliksi.
5 Keksinnön kohteena on myös menetelmä radiotaajuisen signaalin amplitudin säätämiseksi. Menetelmässä jaetaan amplitudin säätöön otettava sisääntulosignaali yhteen tai useampaan signaalipariin, ja jaetaan signaaliparin sisääntulosignaali painotetusti kahteen osasignaaliin, muodostetaan kunkin signaaliparin osasignaalien välille vastakkaisvaiheen suuruinen vaihe-ero, 10 säädetään kunkin signaaliparin osasignaalien amplitudeja käyttäen säätöä ohjaavana tekijänä osasignaalien amplitudien keskinäistä suuruutta, ja summataan amplitudiltaan säädetyt osasignaalit ulostulosignaaliksi.
Keksinnön kohteena on myös amplitudisäädin radiotaajuisen signaalin amplitudin säätämiseksi, joka amplitudisäädin käsittää välineet jakaa 15 amplitudisäädön sisääntulosignaali yhteen tai useampaan signaalipariin, joista signaalipareista kukin käsittää kaksi osasignaalia, välineet muodostaa kunkin signaaliparin osasignaalien välille vastakkaisvaiheen suuruinen vaihe-ero. Amplitudisäädin käsittää välineet säätää kunkin signaaliparin osasignaalien amplitudeja käyttäen säätöä ohjaavana tekijänä osasignaalien amplitudien 20 keskinäistä suuruutta, ja välineet summata vastakkaisvaiheiset ja amplitudil-taan säädetyt osasignaalit ulostulosignaaliksi.
Keksinnön mukainen menetelmä liittyy amplitudin säätämiseen vektorisäätimessä. Amplitudilla tarkoitetaan keksinnön selostuksen yhteydessä IQ-koordinaatiston I- ja/tai Q-akselin suuntaisen signaalivektorin pituuden *···’ 25 säätämistä. Tällöin siis amplitudiarvon vaihtaessa etumerkkiä positiivisen ja : negatiivisen välillä, myös vaihekulma muuttuu 180 astetta eli keksinnön selostuksen yhteydessä amplitudisäädöllä voidaan kyseisessä erikoistapauksessa myös säätää vaihetta.
: Keksinnön mukaisessa ratkaisussa sisääntulosignaaliteho, kuten 30 esimerkiksi l-signaalikomponentin teho, jaetaan yhteen tai useampaan osasig-naalipariin. Kukin osasignaalipari käsittää kaksi osasignaalia, joille muodoste- • » » taan vastakkaisvaiheen suuruinen vaihe-ero ja vastakkaisvaiheisille osasig-' : ' naaleille suoritetaan amplitudin säätöä. Osasignaalien amplitudeja säädetään ; ’ , · siten, että säätämisessä käytetään ohjaavana tekijänä osasignaalien amplitu- 35 dien keskinäistä suuruutta. Eräässä suoritusmuodossa amplitudien keskinäistä suuruutta säädetään säätämällä osasignaalien amplitudien keskinäistä suhdet- 116108 3 ta. Keskinäistä suuruutta voidaan myös säätää esimerkiksi ohjaamalla osasig-naalien amplitudeja yhtäsuuria vastakkaisilla ohjauksilla. Osasignaalien amplitudeja säädetään säätövälineillä, kuten esimerkiksi säätövastuksilla. Säätövä-lineiden ja niin muodoin amplitudien säätäminen voidaan tehdä esimerkiksi 5 siten, että amplitudeja säädetään käänteisesti eli vastakkaissuuntaiseen toisiinsa nähden. Tällä tarkoitetaan sitä, että ensimmäisen säätövälineen, kuten esimerkiksi säätövastuksen, vastuksen kasvaessa toisen säätövastuksen vastus pienenee. Vastuksia voidaan ohjata esimerkiksi siten, että vastusten geometrinen keskiarvo pysyy vakiona. Amplitudeja säädetään eräässä suoritus-10 muodossa toisiinsa nähden erillisillä ohjauksilla. Amplitudiltaan säädetyt osa-signaalit summataan summasignaaliksi, jolle voidaan suurella tarkkuudella saada haluttu amplitudi.
Keksinnön mukaisessa ja menetelmän toteuttavassa laiteratkaisussa voidaan käyttää osasignaalien muodostamisessa tehonjakajana esimerkiksi 15 Wilkinson-tehonjakajaa. Tehonjako ja samalla myös vastakkainen vaihe-ero osasignaaleille toteutetaan eräässä suoritusmuodossa muuntajarakenteen avulla. Vaihe-ero voidaan toteuttaa myös erilaisilla siirtojohto- tai vahvistinrat-kaisuilla.
Keksinnön toteuttavassa laiteratkaisussa osasignaalien amplitudien 20 säätäminen voidaan toteuttaa esimerkiksi säädettävillä vastuksilla, joiden resistanssien suhdetta säädetään halutusti, kuten esimerkiksi toisiinsa nähden .. *: ‘ käänteisesti alkuarvoihin nähden. Eräässä suoritusmuodossa säädettävät vas- : V tukset on toteutettu kaksikkodiodirakenteena, jolloin samassa diodikotelossa : on kaksi diodia, joista kumpikin on tarkoitettu signaaliparin yhden osasignaalin 25 säätämiseksi. Tällä saavutetaan se etu, että johtuen samanlaisista valmistus-«V; olosuhteista ja käyttöolosuhteista diodien resistanssipoikkeamat ovat minimis- sään. Säätövastuksien resistanssien geometrinen keskiarvo voi olla vakio, esimerkiksi 50 tai 100 Ω.
. Osasignaalien summaus toteutetaan yksinkertaisimmillaan siten, et- ;;,: 30 tä osasignaalihaarat yhdistetään, jolloin osasignaalit summautuvat keskenään.
•; ’ Summausvälineenä voidaan käyttää myös erillistä summainta.
Keksinnön mukaista amplitudisäädintä voidaan käyttää esimerkiksi ' ; vektorimodulaattorissa, joka soveltuu esimerkiksi eri vahvistinhaarojen ampli- , tudi- ja/tai vaihehallinnan toteuttamiseksi tehovahvistimien summauksessa.
; ; 35 Keksinnön mukaista amplitudisäädintä voidaan myös käyttää esimerkiksi säh- ‘ * '> köisesti ohjattavassa antennissa, johon kuuluu kaksi samassa antennissa ole- 4 116108 vaa elementtiä. Elementeille menevien signaalien amplitudia ja vaihetta säätämällä voidaan muuttaa ilmassa summautuvan signaalin suuntakuviota, jolloin esimerkiksi pääkeilaa voidaan suunnata toisen vahvistimen vektorisäädintä säätämällä. Edellä esitetyt esimerkit amplitudisäätimen käyttökohteista on tuo-5 tu esille vain havainnollistamismielessä, eikä keksintö ole mainittuihin sovelluskohteisiin rajoittunut, vaan keksinnön mukaista menetelmää ja amplitu-disäädintä voidaan soveltaa hyvin moninaisesti ratkaisuissa, joissa on tarpeen säätää radiotaajuisen signaalin amplitudia.
Keksinnöllä saavutetaan merkittävä etu tunnettuun tekniikkaan ver-10 rattuna siinä, että keksinnön mukainen ratkaisu sietää säätövastuksissa olevaa mahdollista resistanssipoikkeamaa, kuten esimerkiksi lämpötilasta johtuvaa poikkeamaa, huomattavan hyvin. Keksinnössä ulostulosignaalin amplitudi riippuu säätövastuksien resistanssien keskinäisestä suhteesta, ei niiden absoluuttiarvoista. Lopputuloksena saadaan optimaalisesti ja tarkasti säädettävissä 15 oleva ulostulosignaali.
Kuvioluettelo
Keksintöä selostetaan nyt lähemmin edullisten suoritusmuotojen yhteydessä viitaten oheisiin kuvioihin, joissa kuvio 1 esittää menetelmän erästä suoritusmuotoa, 20 kuvio 2 havainnollistaa vektorisäätimen erästä käyttökohdetta, kuvio 3 esittää IQ-modulaattorin perusrakennetta, kuvio 4A havainnollistaa IQ-modulaatiokoordinaatistoa, ,'; kuvio 4B esittää signaalia ennen jakoa osasignaaleihin, . kuvio 4C kuvaa muodostettuja osasignaaleja, : *, *, 25 kuvio 4D esittää amplitudiltaan säädettyjä osasignaaleja, » 4 '.,: _ kuvio 4E kuvaa signaalia osasignaalien summauksen jälkeen, ” ‘ kuvio 5 esittää laiteratkaisun erästä suoritusmuotoa, kuvio 6 esittää laiteratkaisun toista suoritusmuotoa, *' ·: ' kuvio 7 esittää vaihe-eron toteuttamisen yhtä suoritusmuotoa, 30 kuvio 8 havainnollistaa vaihe-eron toteuttamisen toista suoritusmuo- : . ; toa, ja , · · . kuvio 9 kuvaa laiteratkaisun vielä yhtä suoritusmuotoa.
Suoritusmuotojen kuvaus :‘\i Keksintöä selostetaan seuraavaksi eräiden suoritusmuotojen avulla 35 viitaten oheisiin kuvioihin.
5 116108
Kuviossa 1 on kuvattu menetelmän eräs suoritusmuoto. Menetelmä alkaa vaiheesta 100, jolloin radiotaajuisen signaalin vaiheeseen ja/tai amplitudiin aletaan tehdä muutoksia. Menetelmävaiheessa 102 radiotaajuinen signaali jaetaan I- ja Q-komponentteihin. l-komponentilla tarkoitetaan vaiheistamatonta 5 (in phase) komponenttia ja Q-komponentti on l-komponenttiin nähden esimerkiksi 90 astetta vaihesiirretty signaali. Askeleesta 102 edetään askeleisiin 104 ja 114, joista alkaen I- ja Q-signaalikomponentteja käsitellään erikseen. Tarkastellaan lähemmin l-signaalikomponentille tehtäviä toimenpiteitä vaiheiden 104-110 avulla. Q-komponentille tehtävät vaiheiden 114-120 kuvaamat toi-10 menpiteet ovat l-signaaliin kohdistuvia vaiheita vastaavia.
Menetelmäaskeleessa 104 l-signaalihaara jaetaan kahteen osasig-naaliin. Käytännössä kahteen osasignaaliin jakaminen voidaan tehdä esimerkiksi Wilkinson-tehonjakajalla, jossa sisääntuloteho jakautuu tasan ulos-menoporttien kesken. Vaiheessa 104 muodostetuille osasignaaleille muodos-15 tetaan vaiheessa 106 vastakkaisvaiheen suuruinen vaihe-ero. Vaihe-ero osasignaalien välillä voi olla tarkalleen 180 astetta mutta sitä voidaan tarkoituksella siirtää jonkin verran toteutuksesta riippuen. Vaihe-ero voi myös luonnollisesti poiketa jonkin verran 180 asteesta johtuen käytettävien komponenttien aiheuttamasta virheestä.
20 Vaiheessa 108 säädetään vastakkaisvaiheisten osasignaalien amp litudeja. Amplitudien säätäminen voidaan tehdä yhteisellä ohjauksella, jolloin voidaan säätää osasignaalien amplitudien suhde halutuksi.
• On huomattava, että menetelmävaiheiden 106 ja 108 järjestys voi :T: käytännön toteutuksessa myös poiketa kuvion 1 esityksestä. Eli ratkaisu voi- 25 daan toteuttaa myös siten, että ensin säädetään osasignaalien amplitudeja, :·. ·. jonka jälkeen toiseen amplitudiltaan säädettyyn signaaliin muodostetaan halut- .··. tu vastakkaisvaiheen suuruinen vaihe-ero tai amplitudi- ja vaihe-eromuutoksia • · voidaan tehdä useassa vaiheessa ja eri järjestyksissä.
. . Vaiheessa 110 osasignaalit summataan amplitudisäädön ulostu- 30 losignaaliksi. Signaalien summauksessa vastakkaisvaiheiset signaalit vaimen-' ·; · ‘ tavat toisiaan, jolloin summauksesta lähtee käytännössä eteenpäin osasignaa- : lien erotussignaali. Vaiheessa 122 I- ja Q-signaalikomponentit summataan, :'' ‘: jolloin saadaan radiotielle lähetettävä signaali.
.· . Kuvio 2 havainnollistaa lineaarivahvistinta, jossa säädetään radio- ’; ’; 35 taajuisen signaalin amplitudia ja vaihetta. Kuvion kytkentä esittää niin sanottua feedforvvard-vahvistinkytkentää, jonka tarkoituksena on poistaa päävahvisti- 6 116108 men 202 särö eli vahvistuksessa muodostuva virhesignaali. Kytkennässä si-sääntulosignaali Pin jaetaan aluksi kahteen signaalitiehen, joista toinen ohjataan päähaarassa olevalle vektorisäätimelle 200 ja toinen sivuhaarassa oleval-5 le summaimelle 204. Summaimelle 204 ohjataan siis päävahvistimella 202 vahvistettu signaali ja alkuperäinen sisääntulosignaali Pin- Vektorisäätimen 200 tehtävänä on säätää päävahvistinhaaran amplitudia ja vaihetta siten, että summaimen 204 tuloissa olevat hyötysignaalikomponentit ovat amplitudiltaan yhtäsuuria mutta vastakkaisvaiheisia. Näin summaimessa 204 hyötysignaali 10 kumoutuu ja vain päävahvistimen 202 aiheuttama särö lähtee summaimen 204 ulostulona. Lähtösummaimelle 210 saadaan sisääntuloina puolestaan päävahvistimella 202 vahvistettu signaali ja summaimen 204 ulostulona saatava päävahvistimen aiheuttama särö. Särövahvistinhaarassa särösignaalin amplitudia ja vaihetta säädetään vektorisäätimellä 206 siten, että lähtösummaimen 210 15 sisääntuloissa pääsignaalihaaran ja särösignaalihaaran särösignaalikom-ponentit ovat amplitudiltaan yhtäsuuria mutta vastakkaisvaiheisia. Näin läh-tösummaimessa 210 särökomponentit kumoutuvat, ja vain päävahvistimelta 202 lähtevä puhdas signaaliosa Pout pääsee lähtösummaimen 210 lähtöön.
Kuviossa 3 kuvataan vektorimodulaattori eli eräs laiteratkaisu ampli-20 tudi- ja vaihesiirron mahdollistavan vektorisäätimen toteuttamiseksi. Vektorisäätimen sisääntulosignaali Pin jaetaan aluksi tehonjakajalla 300 kahteen erivaiheiseen signaalikomponenttiin, joista l-komponentti on vaihesiirtämätön eli vaihesiirto on 0 astetta, ja Q-komponentti on kuvion 3 esimerkissä 90 astet-ta vaihesiirretty. Signaalikomponentit ohjataan omille amplitudisäätimilleen 302 :'j'; 25 ja 304 ja amplitudisäädetyt signaalikomponentit yhdistetään lähtösummaimes- . ” \ sa 306 ulostulosignaalin Pout muodostamiseksi.
:v, Kuvio 4A havainnollistaa IQ-koordinaatiston avulla signaalin ampli- t » [.·! tudin ja vaiheen muuttamista. IQ-koordinaatistossa signaalin amplitudi on näh- tävissä signaalivektorin pituuden avulla ja signaalin vaiheen osoittaa kulma 30 positiiviseen l-akseliin nähden. Koordinaatiston l-akselin suuntainen vektori * I · > 400 osoittaa kuviossa 3 amplitudisäätimen 302 säädön suuruutta. Esimerkiksi, : kun l-haaran amplitudisäädin 302 on säädetty maksimiinsa, koordinaatiston I- akselin signaalivektori 400 osoittaa l-akselin suuntaan ympyrän tai neliön kehälle saakka. Kun signaalin amplitudiohjausta pienennetään eli signaalin vai-/ 35 mennusta lisätään, l-akselin suuntainen vektori lyhenee ja minimissään olles- ‘ · ': saan pienenee l-akselin nollapisteeseen asti. Pienennettäessä ohjausta edel- · leen l-akselin suuntainen vektori vaihtaa suuntaansa, jolloin siis vektorin vai- 7 116108 hekulma on -180 astetta, l-akselin negatiivisella puolella amplitudi voi vastaavasti kasvaa maksimiinsa ympyrän tai neliön kehälle saakka.
Vastaavasti Q-signaalikomponenttia 402 voidaan säätää kuvion 3 5 amplitudisäätimellä 304 Q-akselin suunnassa sekä positiivisella että negatiivisella akselin osalla. Modulaattorin lähtösummaimessa 306 l-vektori 400 ja Q-vektori 402 summautuvat, ja lähtöön saadaan signaalivektori 404, joka voi olla neliön sisällä missä tahansa vaihekulmassa ja minkä tahansa pituisena. Yleensä säätöön käytetään kuitenkin vain ympyrän sisällä olevaa aluetta.
10 Kuvion 4B kuvaaja 410 esittää tiettyä signaalikomponenttia, kuten esimerkiksi IQ-modulaation l-tai Q-signaalikomponenttia. Koordinaatistossa x-akseli kuvaa signaalin vaihetta ja y-akseli signaalin amplitudia. Kuvio 4C kuvaa tilannetta, jolloin kuvion 4B signaalikomponentti 410A on jaettu kahteen vas-takkaisvaiheiseen osasignaaliin 412A, 414A. Nähdään, että signaalikom-15 ponentin 410A teho on jakautunut tasan osasignaalien 412A, 414A välille.
Kuvio 4D havainnollistaa tilannetta, jolloin osasignaaleihin 412A ja 414A on kohdistettu amplitudin säätöä ja on saatu osasignaalit 412B ja 414B. Osasignaalia 412B on vahvistettu osasignaaliin 412A nähden ja osasignaalia 414B on vaimennettu osasignaaliin 414A nähden, eli osasignaaleja 412B, 20 414B on säädetty käänteisesti toisiinsa nähden. Kuvion 4D tilanteeseen voitaisiin myös päätyä siten, että osasignaalit 412A, 414A vahvistettaisiin amplitudiltaan alkuperäisen signaalikomponentin 410A vahvuisiksi, jonka jälkeen niihin i' tarvitsee ainoastaan kohdistaa vaimennusta.
• Kuvio 4E esittää signaalikomponenttia 410B, joka muodostuu kuvi- :T; 25 on 4D osasignaalit 412B, 414B summaamalla. Maksimiamplitudiarvoon, joka on puolet kuvion 4B kuvaaman alkuperäisen säätämättömän signaalin 410A | *. *. amplitudista, on näin ollen päädytty säätämällä osasignaaleja erikseen.
!···. Kuviossa 5 on esitetty kuvion 3 amplitudisäätimen 302 eräs suori tusmuoto. Kuvion 3 amplitudisäädin 304 voidaan toteuttaa vastaavalla tavalla , . 30 kuin seuraavaksi tarkemmin kuvattava amplitudisäädin 302. Amplitudisäätimen *;; : 302 sisääntulosignaali Pin jaetaan tehojakajassa 302A signaalipariin eli kah- t | teen erilliseen osasignaaliin eli signaalihaaraan. Tehonjakaja 302A on esitetty : tässä vain yhtenä toteutusvaihtoehtona. Sisääntulotehon jakaminen voidaan ; 1 . toteuttaa myös ilman tehonjakajaa siten, että signaalilinja jaetaan suoraan kah- 35 teen haaraan, jolloin signaalin teho jakautuu kahteen osaan. Osasignaalipareja voi olla useampiakin kuin kuviossa 5 esitetty yksi pari, kuitenkin siten, että ku-. ’'! kin osasignaalipari käsittää kaksi vastakkaisvaiheista osasignaalia. Käytettävä 116108 δ tehojakaja 302Α on esimerkiksi Wilkinson-tehonjakaja, jossa sisääntuloteho jaetaan tasan ulostulosignaalien kesken. Kuvion 5 mukaisessa ratkaisussa ensimmäiseen osasignaaliin kohdistetaan vaiheenkääntö eli noin 180 asteen 5 vaihesiirto vaiheenkääntövälineellä 302B. Vaiheenkääntö voidaan toteuttaa esimerkiksi kääntävällä vahvistimella, muuntajalla, λ/2:η mittaisella siirtolinjalla tai liuskarakenteella.
Kuvion 5 mukaiset amplitudin säätövälineet käsittävät ohjausyksikön 302F, ensimmäisen amplitudin säätövälineen 302C ja toisen amplitudin säätö-10 välineen 302D. Vaiheenkääntövälineen 302B läpäissyt ensimmäinen osasig-naali ohjataan ensimmäiselle amplitudin säätövälineelle 302C ja toinen osasignaali ohjataan toiselle amplitudin säätövälineelle 302D. Säätövälineet 302C, 302D voivat olla esimerkiksi säädettäviä vastuksia. Säätövälineille 302C, 302D on kuvion 5 ratkaisussa järjestetty yhteinen ohjaus ohjausyksikös-15 tä 302F. Yhteisohjauksella säätövälineiden 302C, 302D säädön suhdetta voidaan säätää halutuksi siten, että summaimesta 302E saatava ulostulo Pout on haluttu. Yhteisohjauksen sijaan, eräässä suoritusmuodossa amplitudin säätö-välineet on konfiguroitu säätämään osasignaalien amplitudeja toisiinsa nähden erillisillä ohjauksilla ohjausyksiköstä 302F käsin. Ohjaus voidaan eräässä suo-20 ritusmuodossa järjestää siten, että amplitudin säätövälineet säätävät osasignaalien amplitudeja käänteisesti toisiinsa nähden. Vaikka kuviossa 5 onkin kuvattu erillinen summainväline 302E, käytännössä osasignaalien yhdistäminen voidaan yksinkertaisimmillaan toteuttaa osasignaalilinjat yhdistämällä.
Eräässä toteutusmuodossa säätövälineiden 302C, 302D resistanssi25 seja säädetään yhtäsuuruustilasta vastakkaisesti siten, että säätövälineen 302C resistanssi on esimerkiksi Zo*K ja säätövälineen 302D resistanssi on Zo/K, missä Z0 tarkoittaa resistanssiarvoa, jolla saadaan optimisovitus sääti- • * ‘..! t men lähtöporttiin ja kerroin K tarkoittaa säätövälineiden vaimennusta kuvaavaa suuretta. Säätövälineiden 302C, 302D resistanssien geometrinen keskiarvo on 30 tällöin siis Zq. Ohjausvälineillä 302F siis ohjataan vaimennussuureen K arvoa.
: · K:n arvolla 1 osasignaalit kohtaavat keskenään samantasoisen vaimennuksen, K:n arvolla K>1 ylempään osasignaaliin kohdistuu suurempi vaimennus ja K:n : arvolla K<1 alempi osasignaali joutuu suuremman vaimennuksen kohteeksi.
, , Kuvion 5 mukaisella ratkaisulla saavutetaan se etu, että muodostuvan sum- * < • 35 masignaalin amplitudi riippuu käytännössä vain säätövastuksien keskinäisestä .'r! suhteesta, eikä niiden absoluuttiarvoista. Vaikka edellä kuviossa 5 on kuvattu, V‘i että vaiheenkääntö on signaalihaarassa sijoitettu ennen amplitudinsäätöä, lait- 9 116108 teistototeutus ei ole rajoittunut siihen, vaan vaiheenkääntö voi olla missä tahansa kohdassa osasignaalihaaraa, kunhan se vain toteuttaa halutun vastak-kaisvaiheen suuruisen vaihe-eron signaalille tehonjakopisteen ja summauspis-teen välillä.
5 Kuviossa 6 esitetään amplitudisäätimen toinen suoritusmuoto. Kuvi on 5 tehonjakaja 302A ja vaiheenkääntöväline 302B on kuvion 6 mukaisessa ratkaisussa toteutettu muuntajarakenteena 600. Muuntajarakenteen 600 muuntosuhteet valitaan siten, että muuntosuhteet ensiökäämistä L1 toisiokää-meihin L2 ja L3 ovat yhtä suuret mutta tarjoavat vastakkaisen signaalivaiheen 10 vastuksien 302C ja 302D tuloihin. Mikäli muuntosuhde on yksi, tällöin tulo- ja lähtöimpedanssit ovat yhtä suuret, edullinen säätövastuksen impedanssi on ensimmäisessä haarassa Zo*K ja toisessa Zo/K, missä K on säädinvälineen vaimennusta vastaava kerroin. Edellä K>1 -tapaus esittää IQ-koordinaatiston positiivisia akselinosia ja K<1 -tapaus koordinaatiston negatiivisia akselinosia, 15 joissa eri akselinosia edustavat signaalit ovat toisiinsa 180 asteen vaihe-siirrossa. Arvolla K=1 ollaan koordinaatiston keskipisteessä, ja vaimennus on ääretön. Kuviossa 6 on lisäksi esitetty osasignaalihaaroissa olevat tehovahvis-timet 602, 604, joilla voidaan nostaa osasignaalien tehotaso halutuksi ennen säätövastuksilla 302C, 302D suoritettavaa vaimennusta.
20 Kuviossa 7 esitetään amplitudisäätimen 302B vielä yksi suoritus muoto. Haluttu 180 asteen vaiheenkääntö on kuvion 7 ratkaisussa toteutettu vaiheenkääntövälineenä 302B, joka käsittää kaksi vastakkaissuuntaista vah-j \: vistinta. Kuvio 7 myös kuvaa, kuinka säätövastuksia 302C ja 302D ohjataan :T; erillisillä ohjauksilla ohjausyksiköstä 302F käsin.
25 Kuviossa 8 on kuvattu toinen suoritusmuoto vaiheenkääntövälinei- den 302B toteuttamiseksi. Vaiheenkääntö voidaan toteuttaa λ/4-pituisella .··*. symmetrisellä siirtojohtorakenteella, jonka muodostavat johtimet 804 ja 806.
Johtimet 804 ja 806 on kytketty ristikkäin keskellä linjaa 808. Kuvion 8 rakenne . . toteuttaa 180 asteen vaihekäännön λ/4-siirtojohtoon verrattuna. Tasavirralla ;;,: 30 portit 800, 802 ovat oikosulussa maahan keskikohdan ristikytkennän 808 takia, ; mutta taajuuden kasvaessa siirtojohdon keskitaajuudelle ristikytkennän 808 : : ’: epäsovitusvaikutus katoaa kokonaan sopivalla rakenteen mitoituksella. Lisäksi ; '; keskitaajuuden ympäristössä λ/4-kompensointiominaisuus kumoaa ristikytken- .' . nästä johtuvia muita epäsovituksia.
; ; 35 Kuvion 8 kytkennän toteuttamisessa voidaan käyttää vaihe-eron '* muodostamisvälineenä siirtojohtoparia, jonka siirtojohtoparin ensimmäinen 10 116108 siirtojohto käsittää johtimet 804, 806 ja toinen siirtojohto käsittää johtimet 810, 812. Ensimmäisen siirtojohdon ja toisen siirtojohdon johtimet on kytketty ristiin kytkentäpisteessä 808 270° vaiheensiirron muodostamiseksi osasignaalille.
Kuvion 8 mukainen ratkaisu voidaan toteuttaa käyttämällä piirilevyn 5 eri kerroksille tehtyjä siirtojohtoja. Monikerrospiirilevyn tapauksessa siirtojohdon ensimmäinen johdin voidaan pitää piirilevyn pintakerroksella ja toinen johdin jollakin toisella kerroksella. Symmetrisen rakenteen saamiseksi siirtojohto-jen johtimet kytketään ristiin keskellä linjan sähköistä pituusakselia. Laajakais-taisimman toteutuksen saamiseksi voidaan käyttää rakennetta, jossa johtimien 10 ominaisimpedanssit ympäröivään maahan nähden ovat mahdollisimman suuret. Kuvion 8 ratkaisussa siirtojohtoina voidaan käyttää liuskajohtoja, koaksiaa-likaapeleita tai muita siirtojohtorakenteita.
Kuvion 9 kytkennässä signaali jaetaan tuloportissa epäsymmetrisesti siten, että haaran molempia säätökomponentteja ohjataan samalla tavalla. 15 Kuvion 9 kuvaamassa suoritusmuodossa säädettävinä vastuksina on käytetty PIN-diodeja 900, 902, 916 ja 918. Kytkennässä amplitudisäätimen vaimennus perustuu jakopisteissä olevien vastuksien keskinäiseen suhteeseen eli kuvion 9 tapauksessa vastuksien 900 ja 902 keskinäiseen suhteeseen ja vastuksien 916, 918 keskinäiseen suhteeseen. Näin ollen vaimennus ei ole säätövastuk-20 sien absoluuttisen vastusarvon funktio kuten tunnetun tekniikan mukaisessa jakajasäätimessä vaan jakopisteen diodien, kuten 900 ja 902 keskinäisen suh-teen funktio. Erityisesti käytettäessä samoissa koteloissa 903, 920 olevia kak-i ' ’: sikkodiodeja päästään vaimennusominaisuuksissa hyvään tarkkuuteen, koska : diodit 900, 902 ja vastaavasti diodit 916, 918 ovat mahdollisimman samanlai- 25 siä, ja ne ovat käyttötilanteessa samoissa ympäristöolosuhteissa. Säätötilan-;·.·. teessä diodeja 900 ja 916 ohjataan samalla tavalla eli molemmille tulee ohja- !···’, usyksiköstä 302F saman suuruinen ohjausjännite Ui ja vastaavasti diodeja 902 ja 918 ohjataan samansuuruisilla ohjausjännitteillä U2.
·;; : 30 Kytkennässä on kumpaankin osasignaalihaaraan sijoitettu 90° (tai λ/4-pituinen) vaiheensiirtoväline 908 ja 910. Vaiheensiirtovälineiden 908, 910 tehtävänä on poistaa signaalihaaran säädindiodien ja kondensaattoreiden .*··. epäideaalisuuksia. Kytkennän kondensaattorit 904, 906, 912 ja 914 ovat DC- , erotuskondensaattoreita, joilla erotetaan diodien ohjausjännitteet muusta kyt- > · * 35 kennästä. Vaiheensiirtovälineet voidaan toteuttaa esim. λ/4-pituisilla siirtolinjoil-la, erilliskomponenteilla tai yhdistelmärakenteilla. Koska saman haaran diodit, 11 116108 kuten esimerkiksi 900 ja 916, ovat λ/4+η*λ/2 tai 90° + n*180° (n=0,1,2,3...) etäisyydellä toisistaan, niiden välissä olevat epäideaalisuudet, mukaan lukien diodien 900, 916 sisäiset hajasuureet kumoutuvat kytkennässä. Samoin kumoutuu varsinkin pienillä vaimennusarvoilla diodien geometrisen keskiarvon 5 poikkeama Zo:sta.
Vaikka keksintöä on edellä selostettu viitaten oheisten piirustusten mukaiseen esimerkkiin, on selvää, ettei keksintö ole rajoittunut siihen, vaan sitä voidaan muunnella monin tavoin oheisten patenttivaatimusten puitteissa.
> ♦ · t I · • » » > • I » • I * I 1 | » » I 9 * • « «
* I
* I
t * ti * i » 1 * » » *
1 1 I
I » • I 4 t

Claims (14)

116108
1 I · ; siokäämin; lähtökelaan induktiivisessa yhteydessä olevan toisen toisiokäämin, v ! ja ( I t 25 joiden ensimmäisen toisiokäämin ja toisen toisiokäämin polariteetit :'· ovat vastakkaiset vastakkaisvaiheisten osasignaalien muodostamiseksi.
1. Menetelmä radiotaajuisen signaalin amplitudin säätämiseksi, jossa menetelmässä: 5 jaetaan (104, 114) amplitudin säätöön otettava sisääntulosignaali yhteen tai useampaan signaalipariin, joista signaalipareista kukin käsittää kaksi amplitudiltaan yhtäsuurta osasignaalia; muodostetaan (106, 116) kunkin signaaliparin osasignaalien välille vastakkaisvaiheen suuruinen vaihe-ero, tunnettu siitä, että menetelmässä: 10 säädetään (108, 118) kunkin signaaliparin osasignaalien amplitude ja käyttäen säätöä ohjaavana tekijänä osasignaalien amplitudien keskinäistä suuruutta, ja summataan (110, 120) amplitudiltaan säädetyt osasignaalit ulostulosignaaliksi.
2. Menetelmä radiotaajuisen signaalin amplitudin säätämiseksi, tunnettu siitä, että: jaetaan (104, 114) amplitudin säätöön otettava sisääntulosignaali yhteen tai useampaan signaalipariin, ja jaetaan signaaliparin sisääntulosignaali painotetusti kahteen osasignaaliin; muodostetaan (106, 116) kunkin signaaliparin osasignaalien välille vastakkais-20 vaiheen suuruinen vaihe-ero; säädetään (108, 118) kunkin signaaliparin osasignaalien amplitude- ; ja käyttäen säätöä ohjaavana tekijänä osasignaalien amplitudien keskinäistä « · ·, ;* suuruutta, ja summataan (110, 120) amplitudiltaan säädetyt osasignaalit ulostu-.· 25 losignaaliksi.
• . · 3. Amplitudisäädin radiotaajuisen signaalin amplitudin säätämiseksi, : joka amplitudisäädin käsittää: välineet jakaa (302A) amplitudisäädön sisääntulosignaali yhteen tai ; ; ; useampaan signaalipariin, joista signaalipareista kukin käsittää kaksi osasig- .···. 30 naalia; • välineet muodostaa (302B) kunkin signaaliparin osasignaalien välille : · vastakkaisvaiheen suuruinen vaihe-ero, tunnettu siitä, että amplitudisäädin :.,.: käsittää: ; : välineet säätää (302C, 302D, 302F) kunkin signaaliparin osasignaa- . *. ; 35 lien amplitudeja käyttäen säätöä ohjaavana tekijänä osasignaalien amplitudien keskinäistä suuruutta, ja 116108 välineet summata (302E) vastakkaisvaiheiset ja amplitudiltaan säädetyt osasignaalit ulostulosignaaliksi.
4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen amplitudisäädin, tunnettu siitä, että amplitudin säätövälineet käsittää ensimmäisen säätövälineparin, joka 5 käsittää säätövälineen signaaliparin kumpaakin osasignaalia varten, ja amplitudin säätövälineet käsittää toisen säätövälineparin, joka käsittää säätövälineen kumpaakin osasignaalia varten, ja säätövälineparien säätövälineitä säädetään keskenään vastakkaisilla ohjauksilla.
5. Patenttivaatimuksen 3 mukainen amplitudisäädin, tunnettu 10 siitä, että signaalin jakovälineet on konfiguroitu jakamaan signaalin kahteen eri signaalitietä etenevään osasignaaliin.
6. Patenttivaatimuksen 3 tai 4 mukainen amplitudisäädin, tunnettu siitä, että amplitudin säätövälineet käsittää ainakin yhden säätövastuksen kutakin signaaliparin osasignaalia kohti.
7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen amplitudisäädin, tunnettu siitä, että osasignaali siirretään amplitudisäätimessä säätövastuksen läpi.
8. Patenttivaatimuksen 3 mukainen amplitudisäädin, tunnettu siitä, että sisääntulosignaalin jakovälineet ja vaihe-eron muodostamisvälineet käsittää: 20 ensiökäämin; , lähtökelaan induktiivisessa yhteydessä olevan ensimmäisen toi-
9. Patenttivaatimuksen 3 mukainen amplitudisäädin, tunnettu siitä, että vaihe-eron muodostamisvälineet käsittää signaalin aallonpituuteen : verrattuna yhteensä 90° pituisen sarjaan kytketyn siirtojohtoparin, jonka siirto- » » · 30 johtoparin johtimet on kytketty ristiin 270° vaiheensiirron muodostamiseksi » » osasignaalille.
10. Patenttivaatimuksen 3 tai 4 mukainen amplitudisäädin, tun-nettu siitä, että amplitudin säätövälineet käsittää kaksikkodiodin, ja kaksik- •' ; kodiodiin kuuluu diodi signaaliparin kumpaakin osasignaalia varten osasignaa- ·_ ! 35 Iin amplitudin säätämiseksi. 116108
11. Patenttivaatimuksen 3 mukainen amplitudisäädin, tunnettu siitä, että vaihe-eron muodostamisvälineet käsittää ensimmäistä osasignaalia vahvistavan ensimmäisen vahvistimen ja toista osasignaalia vahvistavan toisen vahvistimen, ja ensimmäisen vahvistimen ja toisen vahvistimen vahvistuk- 5 set ovat keskenään vastakkaiset.
12. Patenttivaatimuksen 4 mukainen amplitudisäädin, tunnettu siitä, että amplitudin ensimmäinen ja toinen säätövälinepari on asetettu osasignaalihaarassa toisistaan λ/4 + n1 λ/2 tai 90° + n1180° etäisyydelle (n=0,1,2,3...) säätövälineiden epäideaalisuuksien kumoamiseksi.
13. Patenttivaatimuksen 4 mukainen amplitudisäädin, tunnettu siitä, että ainakin toinen amplitudin säätövälinepari on säätövastuspari, jonka vastukset on kytketty suoraan yhteen signaalin jakamiseksi osasignaaleihin tai osasignaalien summaamiseksi säätimen lähtösignaaliksi.
14. Patenttivaatimuksen 4 mukainen amplitudisäädin, tunnettu 15 siitä, että ensimmäisen säätövälineparin ja toisen säätövälineparin niitä säätö-välineitä, jotka kohdistuvat samaan signaaliin, säädetään samalla ohjauksella. • I · • I a i » i 116108
FI20030934A 2003-06-24 2003-06-24 Amplitudisäädin FI116108B (fi)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20030934A FI116108B (fi) 2003-06-24 2003-06-24 Amplitudisäädin
PCT/FI2004/000378 WO2004114515A1 (en) 2003-06-24 2004-06-21 Amplitude controller
US10/561,806 US20060146691A1 (en) 2003-06-24 2004-06-21 Amplitude controller

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20030934 2003-06-24
FI20030934A FI116108B (fi) 2003-06-24 2003-06-24 Amplitudisäädin

Publications (3)

Publication Number Publication Date
FI20030934A0 FI20030934A0 (fi) 2003-06-24
FI20030934A FI20030934A (fi) 2004-12-25
FI116108B true FI116108B (fi) 2005-09-15

Family

ID=8566287

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI20030934A FI116108B (fi) 2003-06-24 2003-06-24 Amplitudisäädin

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20060146691A1 (fi)
FI (1) FI116108B (fi)
WO (1) WO2004114515A1 (fi)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3219017B1 (en) * 2014-10-03 2021-11-10 Short Circuit Technologies LLC Transformer based impedance matching network

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3916353A (en) * 1972-03-27 1975-10-28 Us Navy Electrically controllable microwave bipolar attenuator
US4581595A (en) * 1984-05-30 1986-04-08 Rockwell International Corporation Phase shift network with minimum amplitude ripple
US5355103A (en) * 1990-06-29 1994-10-11 American Nucleonics Corporation Fast settling, wide dynamic range vector modulator
US5180999A (en) * 1990-09-28 1993-01-19 Rockwell International Corporation Filter system with controlled amplitude in stopband or passband
US5124626A (en) * 1990-12-20 1992-06-23 Mts Systems Corporation Sinusoidal signal amplitude and phase control for an adaptive feedback control system
JPH06197137A (ja) * 1992-12-25 1994-07-15 Nec Corp ベクトル変調器
US5392009A (en) * 1993-12-22 1995-02-21 American Nucleonics Corporation Low current vector modulator
US6016304A (en) * 1996-08-07 2000-01-18 Raytheon Company RF phase and/or amplitude control device
US6255908B1 (en) * 1999-09-03 2001-07-03 Amplix Temperature compensated and digitally controlled amplitude and phase channel amplifier linearizer for multi-carrier amplification systems
EP1292017A1 (en) * 2001-09-08 2003-03-12 Semiconductor Ideas to The Market BV Receiver

Also Published As

Publication number Publication date
FI20030934A (fi) 2004-12-25
US20060146691A1 (en) 2006-07-06
FI20030934A0 (fi) 2003-06-24
WO2004114515A1 (en) 2004-12-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0602952B1 (en) Continuously variable electronically controlled phase shift circuit
US4398161A (en) Phase-shifting amplifier
US10523167B2 (en) Variable attenuation device, phase-switching variable attenuation device, and phase shifter
US20080012660A1 (en) Phase shifter circuit with proper broadband performance
US20120294388A1 (en) Vector modulator
US10211812B2 (en) Phase-switch-equipped variable amplification device and phase shifter
US4977382A (en) Vector modulator phase shifter
EP3396859B1 (en) High-resolution phase shifter
Yang et al. Analytical design method and implementation of broadband 4× 4 Nolen matrix
US20090098840A1 (en) Apparatus and method for measuring the level of RF signals, and a transmitter including a wide band measurement circuit
FI116108B (fi) Amplitudisäädin
US10411654B2 (en) Amplifier and transmitter
Balashov et al. An unbalanced transformerless vector-sum phase shifter architecture
JP5665991B2 (ja) ダウンコンバージョンミキサー
Singh et al. A 25.1-27.6 GHz tunable-narrowband digitally-calibrated merged LNA-vector modulator for 5G phased arrays
US4968956A (en) Microwave phase modulator having a quadrature path with phase offset
EP2766991B1 (en) Hybrid coupler
Lim et al. L-band 360º vector-sum phase shifter using COTS components
EP3120455A1 (en) Isolation in a multi-port amplifier
JPS634721B2 (fi)
Wang et al. Miniaturized rat‐race coupler with tunable power dividing ratio based on open‐and short‐circuited transdirectional coupled lines
US20040196083A1 (en) System and method for generating balanced signals with arbitrary amplitude and phase control using modulation
WO2022172425A1 (ja) 振幅位相検波回路
US11894619B2 (en) Passive vector modulator
Cheng et al. CMOS variable-gain phase shifter based on time-varying vector-sum method and its application to Ku-band phased array

Legal Events

Date Code Title Description
FG Patent granted

Ref document number: 116108

Country of ref document: FI

MM Patent lapsed