SE519752C2 - Mikrovågsförstärkare med förbikopplingssegment - Google Patents

Description

lO 15 20 25 30 519 752 Ett därmed sammanhängande problem för en förstär- kar/förbikopplingsanordning av det tidigare nämnda slaget, är svårigheten att säkerställa fullgod drift av anordningen i ak- tiv mod. Således är det önskvärt att bibehålla en låg brusfak- tor och att undvika inmatning/utmatningsreflektioner i för- stärkarenheten.

Sådant brus kommer att uppträda även om två identiska lågbrus- förstärkare (LNA) sätts in i en balanserad konfiguration, mel- lan en ingångshybridkopplare och en utgångshybridkopplare, som i sig är tidigare känt genom US-S-4,825,l77 (General Instru- ment Corporation). Detta beror på att förbikopplingssegmentet kommer att ändra balansen för förstärkarenheten.

Samanfattning av uppfinningen Följaktligen är ett allmänt syfte med föreliggande uppfinning att tillhandahålla en förbättrad anordning av det tidigare nämnda slaget, som arbetar korrekt såväl i aktiv mod som i förbikopplingsmod.

Mer specifikt är ett första ändamål med uppfinningen att öka förbikopplingsisoleringen i aktiv mod och att minska inlänk- ningsförlusten i förbikopplingssegmentet i förbikopplingsmod.

Ett andra specifikt ändamål med uppfinningen är att minska brusfaktorn och att minska inmatnings/utmatningsreflektioner i förstärkarenheten vid drift i aktiv mod.

Det ovan nämnda första ändamålet ästadkommes genom en anord- ning som har de i krav 1 angivna särdragen. Således innefattar förbikopplingssegmentet i anordningen, i enlighet med en för- sta aspekt av uppfinningen, åtminstone en sektion med kopplade nu n: lO 15 20 25 30 519 752 transmissionsledningar, varvid isoleringen mot återkoppling genom förbikopplingssegmentet förbättras.

Genom denna åtgärd är det tillräckligt att anordningen inne- fattar endast tvä omkopplingselement, och trots detta erhàlles en kraftigt förbättras isolering pä ungefär 55 dB (vid använd- ning av dioder såsom i den tidigare kända anordningen) i den aktiva moden och en förbikopplingsinlänkningsförlust pà endast l dB i förbikopplingsmoden.

I enlighet med en andra aspekt av uppfinningen uppnås ovan nämnda andra ändamål genom en anordning som har i krav 6 an- givna särdragen.

Företràdesvis är ingàngsimpedansen för förbikopplingssegmen- tet, i nämnda aktiva mod för anordningen, åtminstone en stor- leksordning högre än ingàngsimpedansen för förstärkarenheten (typiskt 50 ohm). Pà detta sätt balanseras de bàda làgbrusför- stärkarna, anordnade i en balanserad konfiguration för att ut- göra förstärkarenheten, över ett brett frekvensband, även för frekvenser över det förutbestämda mikrovàgsfrekvensbandet. En sådan relativt hög ingängsimpedans pà förbikopplingssegmentet kombineras med fördel med den ovan nämnda sektionen med ömse- sidigt kopplade transmissionsledningar. Följaktligen är det härigenom möjligt att åstadkomma en ökad isolering och stabi- litet, en làg brusfaktor och en minskning av in/utreflektionerna i förstärkarenheten vid drift i den aktiva moden, såväl som minskad inlänkningsförlust i förbikopplings- segmentet vid drift i förbikopplingsmoden.

Dessa och andra särdrag kommer att klargöras genom den detal- jerade beskrivningen nedan. . ~ » - . y 10 15 20 25 30 519 752 Kort beskrivning av ritningarna Uppfinningen kommer att beskrivas mer ingäende nedan med hän- visning till den bifogade ritningen, som visar en föredragen utföringsform av anordningen i enlighet med uppfinningen.

Den enda ritningen visar schematiskt en förstärkaranordning med ett förbikopplingssegment enligt föreliggande uppfinning (pà ett kretskort som inte visas i ritningen).

Beskrivning av en föredragen utföringsform De pà ritningen visade kretsarna innefattar en förstärkarenhet l med ett förbikopplingssegment 2 för användning t. ex. i kom- bination med en antenn, duplexmedel och bandpassfilter i övre delen av en antennmast eller ett torn i ett cellulärt telefon- system, såsom beskrivs i den ovan nämnda US-A-5,82l,8ll.

Förstärkarenheten l har som uppgift att förstärka mottagna kommunikationssignaler i ett förutbestämt mikrovägsfrekvens- band i ett frekvensomräde över 500 MHz, innan dessa signaler dämpas väsentligt längs transmissionsledningen (ej visad) till en basstation belägen intill nedre delen av antennmasten eller tornet.

Förstärkarenheten 1 är insatt mellan en ingàngsport 3 och en utgängsport 4, varvid förbikopplingssegmentet 2 är anordnat parallellt med förstärkarenheten l, likaledes mellan in- och utmatningsportarna 3, 4.

Sàsom är tidigare känt i sig (se ovan nämnda US-A-4,825,l77), innefattar förstärkarenheten två làgbrusförstärkare (LNA) 5, 6 parallellt anordnade mellan en ingängshybridkopplare 7 och en utgängshybridkopplare 8. En ingängshybridport 7a är kopplad till ingàngsporten 3 via ett omkopplingselement 9, medan en .U- . « | v / . 10 l5 20 25 30 519 752 utgàngshybridport 8d är kopplad till utgàngsporten 4 via ett omkopplingselement 10. En isolerad port 7c i ingàngshybrid- kopplaren 7 är kopplad till jord via ett 50 ohms impedansele- ment 11, och den andra utgàngsporten 8b är pà samma sätt kopp- lad till jord via ett 50 ohms impedanselement 12.

De två förstärkarna 5, 6 är således enkelsidiga och kopplade mellan ingàngs- och utgàngsportarna 3, 4 i en fullt balanserad konfiguration. Vid normal drift av anordningen, under vilken de fyra omkopplingselementen 9, 10, 16, 21 styrs till en myck- et lägt impedansvärde, kopplas signalen som uppträder pà ingàngshybridporten 7a till lika delar till hybridutgàngspor- tarna 7b, 7d, medan utsignalerna frän förstärkarna 5, 6 kopp- las fràn hybridportarna 8a, 8c till hybridutgàngsporten 8d och utgàngsporten 4 via omkopplingselementet 10. Företrädesvis ut- görs hybridkopplarna 7 och 8 av Lange-kopplare eller modifie- rade Lange-kopplare, t. ex. av det slag som beskrivs i den svenska patentansökan gällande en ”4-ports hybridkopplare” in- lämnad av samma sökanden, Allgon AB, pà samma dag som förelig- gande ansökan. Det är emellertid även möjligt att använda vil- ken annan 3 dB 90 graders hybridkopplare som helst.

Tack vare den balanserade konfigurationen med de tvà làgbrus- förstärkarna 5, 6 är förstärkarenheten 1 operativ i ett rela- tivt brett frekvensband med en väsentligen konstant förstärk- ning.

I enlighet med föreliggande uppfinning utformas förbikopp- lingssegmentet 2 för att öka stabiliteten hos anordningen och även för att tillförsäkra en väsentligen balanserad drift av förstärkarenheten trots förbikopplingssegmentet. . . - « » 1 10 15 20 25 30 519 752 I syfte att åstadkomma en god stabilitet och för att undvika en möjlig återkoppling genom förbikopplingssegmentet 2 är det senare försedd med två sektioner med kopplade transmissions- ledningar, varvid en första sektion 13 innefattar en första transmissionsledning 14 och en andra transmissionsledning 15.

Den första transmissionsledningen 14 är kopplad mellan anord- ningens ingàngsport 3 och ett omkopplingselement 16, vars im- pedans är automatiskt styrbar och/eller fjärrstyrbar, t. ex. genom en styrkrets (inte visad) belägen i förstär- kar/förbikopplingsanordningen eller i en tillhörande bassta- tion.

Såsom visas i den ovan nämnda US-A-5,821,811 kan ett sådant styrbart omkopplingselement bestå av en diod, en bipolär tran- sistor, en fälteffekttransistor eller ett elektromekaniskt relä. I alla fallen omkopplas omkopplingselementet 16 mellan en mycket hög impedans, såsom Skohm, och en relativt låg impe- dans, såsom 1-10 ohm.

Då omkopplingselementen 9, 10, 16, 21 styrs till ett tillstànd med mycket hög impedans, vilket är fallet då förstärkaren är inoperabel av en eller annan anledning (förbikopplingsmod), t. ex. på grund av ett funktionsavbrott hos någon RF komponent eller avbrott i DC-strömmen som driver enheten, kommer trans- missionsledningen 14 att ha elektriskt öppna ändar (dess längd år % av våglängden eventuellt adderad med ett antal N halvvåg- längder, N=O, 1, 2,...), och kommer därför att starkt koppla till den intilliggande, parallella transmissionsledningen 15. våglängden är hänförlig till en frekvens inom det mikrofre- kvensband som används, t. ex. en central frekvens i ett sådant band. 10 15 20 25 30 519 752 En kommunikationssignal som läggs pà ingängsporten 3 kommer därför att utbreda sig via den första sektionen 13 av de kopp- lade transmissionsledningarna 14, 15, via en tredje, centralt belägen förbikopplingssegmentsektion 17, och via en andra sek- tion med kopplade transmissionsledningar 19, 20. Den senare sektionen 18 är likadan som den första sektionen 13, och transmissionsledningen 19 är kopplad mellan anordningens ut- gàngsport 4 och ett fjärrstyrbart omkopplingselement 21, lik- nande eller identiskt likadant som elementet 16. De fyra om- kopplingselementen 9, 10, 16, 21 styrs synkront för att vara antingen i ett högimpedanstillstànd eller i ett làgimpedans- tillständ samtidigt.

Emellertid styrs, dä förstärkarenheten arbetar normalt (aktiv mod), de fyra omkopplingselementen 9, 10, 16, 21 till ett tillstànd med relativt làg impedans, varigenom förbikopplings- segmentet urkopplas. En inmatningssignal pà ingängsporten 3 kommer då att utbreda sig genom förstärkarna 5, 6 till ut- gängsporten 4. I den visade utföringsformen är isoleringen över förbikopplingssegmentet 2 mycket hög, ungefär 55 dB, och det finns ingen risk för àterkoppling. Å andra sidan är inlänkningsförlusten i förbikopplingssegmen- tet 2 i förbikopplingsmoden mycket làg, ungefär 1 dB.

Dessutom är, tack vare den làga impedansen i motsvarande om- kopplingselement 16 och 21 i förbikopplingssegmentet, förbi- kopplingsinmatningsimpedansen i den aktiva moden relativt hög, varvid en balanserad drift av de tvà làgbrusförstärkarna 5, 6 bibehålls. Oavsett tillstàndet hos hybridkopplarna 7, 8 kommer en sådan balanserad drift att bibehàllas eftersom de effektiva ingàngs- och utgàngsbelastningarna i förstärkarna 5, 6 inte pâverkas av förbikopplingselementet. Följaktligen är brusfak- . Un n n .n _, ,, , , nu »n nn n n. n n n .n _ -n :n »ß n n n -nn n - I ~ § ~. n , nn --., n , = . n- n n 1 n , n n . , n n n n =~n .- n .,;.-=. torn mycket låg, och ingàngs- och utgàngsreflektionerna är li- kaså låga.

Claims (11)

10 15 20 25 30 519 752 Patentkrav

1. Anordning för att förstärka kommunikationssignaler i ett förutbestämt mikrovågsfrekvensband över 500 MHz, innefattande ett kretskort, PCB, med transmissionsledningssegment anordnade mellan en ingångsport (3) och en utgångsport (4), en förstär- karenhet (1) med åtminstone en lågbrusförstärkare (5, 6), LNA, ett förbikopplingssegment (2) som sträcker sig parallellt med nämnda förstärkarenhet, och omkopplingselement (9, 10, 16, 21) för att aktivera nämnda förbikopplingssegment i en förbikopp- lingsmod för anordningen, i det fall nämnda förstärkarenhet blir inoperabel, och för att effektivt blockera förbikopp- lingssegmentet i en aktiv mod för anordningen, varvid nämnda förbikopplingssegment innefattar minst två segmentsektioner (13, 18) i serie, vilka har åtminstone en förbindningspunkt kopplad till ett tillhörande omkopplingselement (16, 21) k ä n n e t e c k n a d av att - nämnda förbikopplingssegment (2) innefattar åtminstone en sektion (13) med kopplade transmissionsledningar (14, 15), - varigenom isoleringen mot återkoppling genom förbikopplings- segmentet förbättras.

2. Anordning enligt krav 1, varvid - nämnda förbikopplingssegment (2) innefattar två förbikopp- lingssegmentsektioner, som var och en innefattar en sektion (13, 18) med kopplade transmissionsledningar, - varvid en första transmissionsledning (14) i en första sek- tion (13) är inkopplad mellan nämnda ingångsport (3) i anord- ningen och ett motsvarande omkopplingselement (16), och - en andra transmissionsledning (15) i nämnda första sektion (13) som är ansluten till en annan förbikopplingssegmentsek- tion (17) i nämnda serie, 70322 översättning av priotext; 2002-10-21 10 15 20 25 30 519 7152 10 - och en första transmissionsledning (19) i en andra sektion (18) är inkopplad mellan nämnda utgàngsport (4) i anordningen och ett tillhörande omkopplingselement (21), och - en andra transmissionsledning (20) i nämnda andra sektion är ansluten till en annan förbikopplingssegmentsektion (17) i nämnda serie.

3. Anordning enligt krav 2, varvid - nämnda andra transmissionsledningar (15, 20) i nämnda första och andra segmentsektioner (13, 18) är konduktivt kopplade till varandra.

4. Anordning enligt krav 3, varvid - nämnda andra transmissionsledningar (15, 20) är kopplade till varandra via en tredje förbikopplingssegmentsektion (17).

5. Anordning enligt något av kraven 1-4, varvid - var och en av transmissionsledningarna (14, 15, 19, 20) har en längd pà väsentligen en kvarts våglängd.

6. Anordning för att förstärka kommunikationssignaler i ett förutbestämt mikrovàgsfrekvensband över 500 MHz, innefattande ett kretskort, PCB, med transmissionsledningssegment anordnade mellan en ingängsport (3) och en utgängsport (4), en förstär- karenhet (1) med åtminstone en lägbrusförstärkare (5, 6), LNA, ett förbikopplingssegment (2) som utsträcker sig parallellt med nämnda förstärkarenhet, och omkopplingselement (9, 10, 16, 21) för att aktivera nämnda förbikopplingselement i en förbi- kopplingsmod för anordningen, i det fall nämnda förstärkaren- het blir inoperabel, och för att effektivt blockera förbikopp- lingssegmentet i en aktiv mod för anordningen, varvid nämnda förbikopplingssegment innefattar minst tvä segmentsektioner 70322 översättning av priotext; 2002-10-21 10 15 20 25 30 519 752 ll (13, 18) i serie, vilka har åtminstone en förbindningspunkt kopplad till ett tillhörande omkopplingselement (16, 21) k ä n n e t e c k n a d av att - nämnda förstärkarenhet (1) innefattar ett par likadana låg- brusförstärkare LNA (5, 6) anordnade parallellt i en symmet- risk, balanserad konfiguration, innefattande en ingångshybrid- kopplare (7) kopplad till nämnda ingångsport (3) och en ut- gångshybridkopplare (8) kopplad till nämnda utgångsport (4), och - nämnda förbikopplingssegment (2) har en ingångsimpedans i nämnda aktiva mod för anordningen som är väsentligt högre än ingàngsimpedansen för anordningen i nämnda ingångsport (3), - varvid en balanserad drift av nämnda förstärkarenhet (1) be- hålls i nämnda aktiva mod.

7. Anordning enligt krav 6, försedd med ett förbikopplingsseg- ment enligt något av kraven 1-5.

8. Anordning enligt krav 6 eller 7, varvid - nämnda ingångs- och utgångshybridkopplare (7, 8) är kopplade till nämnda ingångs- och utgångsportar (3, 4) via tillhörande omkopplingselement (9, 10).

9. Anordning enligt något av kraven 6-8, varvid - nämnda två LNA (5, 6) är enkelsidiga.

10. Anordning enligt något av kraven 6-9, varvid - ingångsimpedansen för förbikopplingssegmentet (2) är åtmin- stone en storleksordning större än ingångsimpedansen för nämn- da förstärkarenhet (1).

11. Anordning enligt något av föregående krav, 70322 översättning av priotext; 2002-10-21 519752 12 - varvid impedansen för nämnda omkopplingselement (16, 21, 9, 10) är fjärrstyrbar. 70322 översättning av priotext; 2002-10-21