專利名稱：低噪聲放大器的旁路裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在無線電接收機(jī)的前級中為低噪聲放大器單元設(shè)旁路 的裝置。該裝置適于主要用在移動通信網(wǎng)絡(luò)的基站中。
背景技術(shù)：
在所有的無線電接收機(jī)中，在天線之后aA接收機(jī)的第一個放大器通常特 別為低噪聲類型，因?yàn)檩斎朐摲糯笃鞯男盘査綖榈退?，并且由該放大器產(chǎn) 生的附加噪聲會在所有后面的放大級被進(jìn)一步放大。因此，該低噪聲第一放大
器通常為所提到的英文縮寫LNA。在移動通信網(wǎng)絡(luò)的基站中，接收機(jī)前級，除 了包括LNA，還包括在其他裝置中的，i^波器，被指定用于該接收機(jī)前級的 最高允許的噪聲系數(shù)典型為1.8dB。必須堅持該限制值，即使該前級包括為LNA 設(shè)旁路的開關(guān)裝置，，置會產(chǎn)生附加噪聲。該LNA的旁路對于與基站維護(hù)相 關(guān)的和在該LNA的錯誤狀況中的一些觀糧^1、需的。
圖1示出了在天線一側(cè)的典型的無線電接收機(jī)的一部分和已知的設(shè)置低噪 聲放大器的旁路的方法的框圖。該圖示出了，ANT，并且示出了由它向前， 順序在接收機(jī)的信號路^h的，濾波器110,第一開關(guān)SW1，包括LNA的放 大器單元130，第二開關(guān)SW2，通帶濾波器FIL和混頻器MIX。，濾波器IIO 完全是帶通類型的；實(shí)體上，它可以包括連續(xù)的帶通部分和低通部分。開關(guān)SW1 和SW2為切換開關(guān)，并且它們共享控制C。當(dāng)開關(guān)處于位置l時，天線濾波器 的輸出信號被弓l導(dǎo)Mil開關(guān)SW1到達(dá)LNA的輸入，并且LNA的輸出信號M: 開關(guān)SW2向前至混頻器。當(dāng)開關(guān)處于位置2時，天線濾波器110的輸出信號被 引導(dǎo)m開關(guān)SWl到達(dá)旁路路徑140，并3Iil開關(guān)SW2向前至混頻器。由此， 該LNA被旁路。
圖2示出了無線電接收機(jī)的前級的結(jié)構(gòu)亂其中放大器單元包括兩個平行 的放大器分支，并示出了已知的為這種放大器單元設(shè)置旁路的方法。通過形成 平行分支的放大器單元230來代替單個的LNA，可促進(jìn)該放大器單，天線濾 波器的阻抗匹配。另外，可獲得更寬的動態(tài)和線性區(qū),更好的穩(wěn)定性。由于
平行放大器分支，來自M濾波器210的信號E,在分配器220中被劃分為兩個 對以部分E，,和E,2。第一劃分信號￡ 的相位在第一移相器中改變90度，然后 在第一 LNA中放大。第二劃分信號E,2在第二 LNA中放大，之后信號相位在 第二移相器中改變90度。又具有相同相位的部分信號在組合器250中被求和， 組合器的輸出信號繼續(xù)至接收機(jī)的混頻器。
放大器單元230的旁路裝置與圖1中的放大器單元130的旁路裝置類似。 在天線濾波器210的輸出處，在分配器220之前，具有第一切換開關(guān)SW1，通 過^^T入信號E,可被弓l導(dǎo)至分配器并通過分配器到達(dá)放大器單元230或旁路路 徑240。 M:第二切換開關(guān)SW2，無論是由組合器250接收的信號還是來自旁 路路徑的信號都可連接至混頻器。戰(zhàn)切換開關(guān)由共享的控偉,號C進(jìn)行控制。
在圖1和圖2的裝置中，第一開關(guān)SW1和第二開關(guān)SW2由引腳二極管， MMC部件(微波單片集成電路)，MEMS開關(guān)(微電禾 系統(tǒng))或繼電器實(shí) 現(xiàn)。由單個開關(guān)弓胞的信號衰減約為0.25dB。在LNA的前側(cè)開關(guān)弓胞的衰減使 接收端的噪聲系數(shù)增大了相同量。在LNA的輸出側(cè)，開關(guān)對于噪聲系數(shù)的影響 并不如此嚴(yán)重。由開關(guān)引起的另一個缺點(diǎn)在于在前級的常規(guī)操作狀態(tài)下，對于 LNA的旁路路徑的分離衰減，或隔離是有限的或非無限的。這又一次惡化了前 級的噪聲系數(shù)。開關(guān)應(yīng)被設(shè)計為具有很高的隔離性，但是這樣在實(shí)踐中引起的 損失會增大。
圖3示出了由申請公JF^I EP1381162A2得知的一禾中旁路裝置，通過該體， 上面提到的由開關(guān)弓胞的缺點(diǎn)將得妾喊少。前級與圖1中所示的相似，它類似 地包括天線濾波器310，包括一個LNA的放大器單元330，旁路路徑340和位 于輸出側(cè)的切換開關(guān)SW。與圖l的不同在于，省去了第一切換開關(guān)SW1，并 且替代它，為天線濾波器10提供了兩個平行輸出。第一輸出0UT1直接連接 至放大器單元的輸入，第二輸出0UT2直接連接至旁路路徑340。放大器單元 的輸出連接至切換開關(guān)SW的第一切換端，并且旁路路徑3I接至切換開關(guān)SW 的第二切換端。借助控偉W言號C來確定哪個切換端連接至切換開關(guān)SW的輸出端。
天線濾波器310為諧振^M。實(shí)現(xiàn)其平行輸出，從而在信號路徑上的最 后一個諧振器空腔中出現(xiàn)兩個耦合元件。它們的每一個連接至在濾波器的壁上 的其自己的連接器。開關(guān)元fm于諧振器空腔中，從而如果負(fù)載相同，它們會
發(fā)出相同ZK平的信號。在前級的正離作期間,從第二輸出OUT2至放大器LNA 的旁路路徑的傳輸路徑具有高P且抗，并且因此它不負(fù)載饋源^線。
根據(jù)圖3的技術(shù)方案同樣可應(yīng)用于圖2的情況中，IOTM濾波器的平行 輸出代替其第一開關(guān)SW1。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，使用一種新的有利的方M實(shí)現(xiàn)在無線電接收機(jī)前級 中的低噪聲放大器的旁路裝置。根據(jù)本發(fā)明的裝置特征在于獨(dú)立權(quán)利要求1中 所述的。本發(fā)明的一^^實(shí)施例由之后的其艦利要求說明。
本發(fā)明被應(yīng)用于包括含有兩個平行低噪聲放大器分支的放大器單元、在其 輸入側(cè)的分配器和在輸出側(cè)的第一組合器的前級結(jié)構(gòu)。其基本縱如下為了 為放大器單元設(shè)旁路，使用另一個組合器來實(shí)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)，通過該組合器，兩等 分的輸入信號在所述分配器之后進(jìn)行組合而未放大。然后由切換開關(guān)選擇通過 該放大器單元傳播然后進(jìn)行組合的信號或者直接被組合的信號作為前級的輸出 信號。當(dāng)不使用旁路路徑時，第二組合器的輸入線路被連接以便由分配器看具 有高阻抗。
本發(fā)明有利于皿前級的噪聲系數(shù)。首先這是因?yàn)橐韵率聦?shí)不需要在天
線濾波器和LNA放大器單元之間放置的開關(guān)，并且該開M最大的惡化噪聲系 數(shù)。另一方面還因?yàn)閷τ诜糯笃鲉卧呐月仿窂降母綦x增大的事實(shí)。另外，本 發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，從天線濾波器的輸出測量的阻抗與放大器或旁路路徑是否使 用相對獨(dú)立，其皿前級結(jié)構(gòu)的集成。阻抗的均衡性取決于上述的組合器的輸 入線路的連接設(shè)置。


以下，本發(fā)明將被更詳細(xì)地加以描述。參考附圖，其中
圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的低噪聲放大器單元的旁路裝置的實(shí)例結(jié)構(gòu)圖。
圖2示出了現(xiàn)有技術(shù)的低噪聲放大器單元的旁路裝置的另一實(shí)例結(jié)構(gòu)圖。
圖3示出了5見有技術(shù)的低噪聲放大器單元的旁路裝置的第三實(shí)例結(jié)構(gòu)圖。
圖4示出了本發(fā)明的低噪聲放大器單元的旁路裝置的實(shí)例結(jié)構(gòu)圖。
圖5示出了屬于圖4中的旁路裝置的組合器的實(shí)例結(jié)構(gòu)圖。
圖6示出了屬于圖4中的旁路裝置的組合器的另一實(shí)例結(jié)構(gòu)圖。
圖7示出了本發(fā)明的低噪聲放大器單元的旁路裝置的另一實(shí)例結(jié)構(gòu)圖。圖8示出了本發(fā)明的低噪聲放大器單元的旁路裝置的第三實(shí)例結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
圖1, 2和3已結(jié)合對于現(xiàn)有技術(shù)的描皿行了討論。
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的低噪聲放大器單元的旁路裝置的實(shí)例。圖中為無 線電接收機(jī)的前級結(jié)構(gòu)圖，該前級與圖2中的前級類似，除了旁路裝置。因此， 接收的和濾波的輸入信號E,在分配器420中被劃分為兩個類似部分En和E,2 ， 并且這些劃分信號在放大器單元430的各自分支中以不同的相位被放大。再次， 同相的信號，在組合器450中被求和，其輸出信號G' E,在常規(guī)操作中繼續(xù) 至接收機(jī)的混頻器。放大器單元430的旁路裝置包括位于前級的輸出側(cè)的切換 開關(guān)SW，類似于圖2中的裝置。切換開關(guān)的第一切換端連接至組合器450的輸 出，并且第二切換端連接至旁路路徑440的輸出。切換開關(guān)的輸出端提供旨 前級的輸出信號，并且其可被切換開關(guān)選擇為放大信號G， E,或者旁路路徑440 的輸出信號。放大器單元430的旁路裝置與圖2中的裝置不同，其中天線濾波 器410和分配器420之間沒有開關(guān)，并且旁路路徑440除了起碼的傳輸線以外 還包括作為基本部分的另一個組合器443 。放大器單元430的旁路路徑由分配器 420的輸出側(cè)開始。分配器的第1出鵬第一旁路線路441連接至第二組合器 443的第一輸入，并且分配器的第二輸出通過第二旁路線路442連接至第二組合 器的第二輸入。第二組合 著將劃分信號E,,和E12組合為旁路路徑的輸出信 號E,'，并且第二組合器的輸出為旁路路徑的輸出。
根據(jù)上面所描述的內(nèi)容，旁路路徑440的起始端總是平行于放大器單元的 輸入，因?yàn)槎呔哂信c分配器420的兩，出的固定連接。為了防止旁路路 徑在常規(guī)操作中惡化傳輸路徑的匹配，需要附加裝置。串聯(lián)連接的開關(guān)不是好 的解決辦法，因?yàn)橐鈭D是在未放大信號的傳輸路徑上除去它們。替代其，處于 閉合狀態(tài)時縮短了旁路路線的閉合開關(guān)(dosingswitch),加入至第二組合器443 的兩，入。從分配器的輸出側(cè)的節(jié)點(diǎn)至閉合開關(guān)的旨旁路線路441， 442的 長度具有在操作頻率時的四分之一波長;i/4的長度?；谶@個原因，從所述節(jié) 點(diǎn)看，該縮短的旁路線路在共紅相應(yīng)于平fiH皆振電路。因此，其阻抗非常高， 并且因此它不能削弱繼續(xù)至放大器單元的傳輸路徑的匹配。當(dāng)使用該旁路路徑 時，使閉合開關(guān)不導(dǎo)電，在這種情況下，它們不對電路的運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生重大影響。 由同一共享的控偉'臘號C4作為切換開關(guān)SW對閉合開關(guān)進(jìn)行控制。
另外，在根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中，例如，所有開關(guān)可由引腳二極管，MMIC 部件或MEMS開關(guān)實(shí)現(xiàn)。
圖5示出了屬于根據(jù)圖4的旁路體的組合器的實(shí)例結(jié)構(gòu)圖。組合器543 為混合類型，它具有第一P1，第二P2，第三P3和第四P4端口，通過它們外部 線路連接至環(huán)狀的混合傳輸路徑。端口距離P1-P2， P3-P4和P4-P1為操作頻率 時的四分之一波長長，并且端口距離P2-P3為四分之三的波長。在這個瞎況下， 當(dāng)處于相同相位的同樣的信號￡,,和￡12被離給端口？1和P3時，它們在端口 P4也具有同樣的相位。因此，總和信號E,'從端口 P4獲得。在端口 P2處，信 號E 和E。處于相反的相位，并且因此沒有什么iaA可能存在于端口 P2的負(fù) 載。組合器543具剤氏損耗，尤其當(dāng)該混合為空氣絕緣時。
圖6示出了屬于根據(jù)圖4的旁路裝置的組合器的另一個實(shí)例結(jié)構(gòu)圖。組合 器643為兩分支的威爾金森(Wilkinson)組合器。在該圖的實(shí)例中，選擇輸入 線路的阻抗為50Q。對于四分之一波長長度，輸入線路繼續(xù)為具有71Q的阻抗 并且之后接合至50Q的輸出線路。另外，71Q的線路的it^色緣導(dǎo)體的起始端通 過具有100Q的電阻的電阻器連接到一起。在這個瞎況下，總和信號E,'由同相 輸入信號En和E,2獲得至輸出線路。由于幾乎沒有電流從電阻^^過，因此該 組合為無損耗的。
圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的低噪聲放大器單元的旁路裝置的另一個實(shí)例。與 圖4中類似，由天線而來的信號的常規(guī)路徑包括帶通濾波器，分配器720，兩分 支放大器單元，組合器和切換開關(guān)SW。與圖4相似，在旁路路徑740中，也存 在第一旁路線路741和第二旁路線路742和第二組合器753 。區(qū)別在于上述旁路 線路為半個波長長度。由于這一點(diǎn)，在第二組合器的輸入處安置閉合開關(guān)，從 而當(dāng)前級處于正常操作狀態(tài)時或當(dāng)信號通過放大器單元時，旁路線路在其末端 打開。半個波長長的線路，在其末端打開，由首端看對應(yīng)于平fiH皆振電路，因 此它的阻抗很高。
圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的低噪聲放大器單元的旁路裝置的第三實(shí)例。與圖 4中類似，由天線而來的信號的常規(guī)路徑包括帶通濾波器，分配器820，兩分支 放大器單元，組合器和切換開關(guān)SW。在該實(shí)例中，分配器^t第一輸出產(chǎn)生信 號Eu、對第二輸出產(chǎn)生信號E," Ei,比E(滯后90度的類型的分配器。由于 這一點(diǎn)，在放大器單元830的第一分支中，在其低噪聲放大器之前不需要移相
器。相反，在旁路路徑840的第二旁路線路842中需要移相器，以便使到達(dá)第 二組合器843的信號具有相同的相位。屬于第二旁路線路的移相器844位于該 線路的末端，或第二組合器的一側(cè)的末端。從該線路的起始端至閉合開關(guān)測量， 該旁路線路具有四分之一波長長度。與圖4類似，第一旁路線路841的閉合開 關(guān)位于第二組合器的輸入。所述第二旁路線路842的閉合開關(guān)也位于移相器844 的輸入。當(dāng)該前級處于正常操作狀態(tài)或當(dāng)切換開關(guān)SW的第一切換端連接至其 輸出端時，閉合開關(guān)保持閉合狀態(tài)。移相器844可為類似于第二旁路線路的首 端的四分之一波M路。
根據(jù)本發(fā)明的裝置的主要原理已^JtM描述中闡明。當(dāng)然，可能存在電路 級解決方案的變化。例如，在放大器單元的旁路路^±，可能除了放大器之外 還包括無源組合器。本發(fā)明概念可以由在獨(dú)立權(quán)利要求1的限制之內(nèi)的不同方 式實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種用于為在無線電接收機(jī)的前級中的低噪聲放大器單元設(shè)旁路的裝置，該放大器單元(430)具有兩個平行放大器分支并且該前級除了該放大器單元以外還包括，對接收的輸入信號進(jìn)行清理的天線濾波器(410)，將輸入信號(E1)分配至所述放大器分支的分配器(420；820)，和將放大器分支的輸出信號進(jìn)行組合的第一組合器(450)，該裝置包括放大器單元的旁路路徑以及具有第一切換端，第二切換端和輸出端的切換開關(guān)(SW)，該第一切換端連接至第一組合器的輸出，且第二切換端連接至旁路路徑的輸出以選擇從放大器單元或旁路路徑接收的信號作為整個前級的輸出信號，其特征在于旁路路徑(440；740；840)包括第二組合器(443；743；843)，其第一輸入由第一旁路線路(441；741；841)連接至所述分配器的第一輸出且第二輸入由第二旁路線路(442；742；842)連接至所述分配器的第二輸出，并且所述第二組合器的輸出為旁路路徑的所述輸出。
2.如權(quán)禾腰求1所述的裝置，其中分配器(420)是在第一和第二輸出中產(chǎn) 生同相信號的類型，其特征在于，它進(jìn)一步包括第一閉合開關(guān)，其相對接近于 第一旁路線路(441)的末端，或在第二組合器的一側(cè)的末端；和第二閉合開關(guān)， 其相對接近于第二旁路線路(442)的末端，所述旁路線路從首端至閉合開關(guān)的 長度為操作頻率時的四分之一波長長度，第一和第二閉合開關(guān)以及切換開關(guān) (SW)具有共享的控制(C4)，使得當(dāng)切換開關(guān)的第一切換端連接至該切換開 關(guān)的輸出端時，閉合開關(guān)處于閉合狀態(tài)。
3. 如權(quán)禾腰求1所述的裝置，其中分配器(720)是在第一和第二輸出中產(chǎn) 生同相信號的類型，其特征在于，它進(jìn)一步包括第一閉合開關(guān)，其相對接近于 第一旁路線路(741)的末端，或在第二組合器的一側(cè)的末端；和第二閉合開關(guān)， 其相對接近于第二旁路線路(742)的末端，所述旁路線路從首端至閉合開關(guān)的 長度為操作頻率時的半個波長長度，第一和第二閉合開關(guān)以及切換開關(guān)(SW) 具有共享的控制(C7)，使得當(dāng)切換幵關(guān)的第一切換端連接至該切換開關(guān)的輸出 端時，閉合開關(guān)處于打開狀態(tài)。
4. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中分配器(820)是在第一輸出產(chǎn)生信號的 鄉(xiāng)，該信號比第二輸出的信號滯后90度，其特征在于，第二旁路線路(842)在其末端或在第二組合器的一側(cè)的末端包括移相器(844),其產(chǎn)生90度相移， 并且該裝置進(jìn)一步包括第一閉合開關(guān)，其相對接近于第一旁路線路(841)的末 端，^第二組合器的一側(cè)的末端；和第二閉合開關(guān)，其相對接近于第二旁路 線路的移相器的輸入，所述旁路線路從首端至閉合開關(guān)的長度為操作頻率時的 四分之一波長長度，第一和第二閉合開關(guān)以及切換開關(guān)(SW)具有共享的控制 (C8)，使得當(dāng)切換開關(guān)的第一切換端連接至該切換開關(guān)的輸出端時，閉合開關(guān) 處于閉合狀態(tài)。
5. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，第二組合器(543)為混合類型。
6. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，第二組合器(643)為威爾金森 鄉(xiāng)
7. 如權(quán)禾腰求2或3所述的體，其特征在于，分配器(420;720)為賬爾金森鄉(xiāng)。
8. 如權(quán)禾腰求4所述的裝置，其特征在于，分配器(820)為混合鄉(xiāng)。
9. 如權(quán)利要求2， 3或4所述的裝置，其特征在于，所述開關(guān)由弓卿二極管， MEMS幵關(guān)或MMIC技術(shù)實(shí)現(xiàn)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于在無線電接收機(jī)的前級中為低噪聲放大器單元設(shè)旁路的裝置，特別適用于移動通信網(wǎng)絡(luò)的基站。該前級順序包括分配器(420)，包括兩個平行的低噪聲放大器分支的放大器單元(430)，和第一組合器(450)。該旁路裝置包括第二組合器(443)，通過它接收信號的兩部分(E₁₁，E₁₂)在分配器之后在放大之前直接進(jìn)行組合。切換開關(guān)(SW)用來選擇通過放大器單元并進(jìn)行組合的信號(G·E₁)或直接組合的信號(E₁’)作為該前級的輸出信號。由于本發(fā)明，該前級的噪聲系數(shù)將得到改善并且促進(jìn)了其結(jié)構(gòu)的集成。
文檔編號H03F1/52GK101194431SQ200680020196
公開日2008年6月4日 申請日期2006年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月7日
發(fā)明者M·尼米 申請人:電力波科姆特克公司