專利名稱：用于遠(yuǎn)程通信的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在具有至少兩個(gè)獨(dú)立主頻帶的射頻信號(hào)中抑制與這些主頻帶相對(duì)應(yīng)的諧波的設(shè)備和方法。本發(fā)明還涉及一種用于射頻信號(hào)的功率放大器設(shè)備，它可以在至少兩個(gè)獨(dú)立的主頻帶之間進(jìn)行切換。
背景技術(shù)：
用于高效射頻發(fā)射機(jī)的大多數(shù)功率放大器都工作在近似于飽和狀態(tài)，因此，它們除了產(chǎn)生所需的射頻信號(hào)頻率外，還會(huì)對(duì)這一頻率的諧波產(chǎn)生出不可忽略掉的能量。在為只有一個(gè)固定頻帶而設(shè)計(jì)的功率放大器中，借助于在功率放大器的出口和天線之間的低通濾波器，對(duì)這些諧波進(jìn)行濾波。
在所產(chǎn)生的諧波中，一般來(lái)說(shuō)二次和三次諧頻(tone)比較顯著，這與比主頻的頻率分別高兩或三倍的頻率相對(duì)應(yīng)。如果來(lái)自較低頻帶的諧波落入較高的頻帶中，則會(huì)在構(gòu)造為兩個(gè)獨(dú)立頻帶而設(shè)計(jì)的發(fā)射機(jī)中產(chǎn)生特殊困難。例如如果用于移動(dòng)電話的一個(gè)移動(dòng)站兼有GSM和DCS頻帶時(shí)，就屬于這種情況。GSM系統(tǒng)(全球移動(dòng)通信系統(tǒng))可以工作于許多頻段。除了在900MHz(GSM-900)的原有GSM頻段外，還有1900MHz的GSM系統(tǒng)。另外，工作在1800MHz處的DCS系統(tǒng)也可被認(rèn)為是一個(gè)GSM系統(tǒng)。但是，在下面的說(shuō)明中，術(shù)語(yǔ)GSM將只用于其窄定義GSM-900。在用于GSM的移動(dòng)站中的功率放大器具有大約為900MHz的中心頻率，以及3W的輸出功率，而用于DCS(數(shù)字蜂窩系統(tǒng))的功率放大器工作在大約1800MHz、1.5W的狀態(tài)下。
由于DCS頻帶主要位于為GSM頻帶兩倍高的頻率上，所以如果將普通的功率放大器同時(shí)用于這兩個(gè)頻帶，則會(huì)發(fā)生諧波濾波問(wèn)題。在這種情況下，就不能使用一個(gè)通用的固定低通濾波器對(duì)其進(jìn)行濾波。
我們知道，早先是使用兩個(gè)獨(dú)立的、并行排列的發(fā)射鏈路以及一個(gè)與這些鏈路相連的射頻切換電路來(lái)選擇當(dāng)前所需的頻帶。EP 500 434給出了一種用于移動(dòng)電話的功率放大器模塊，這種移動(dòng)電話是專用于兩個(gè)獨(dú)立的射頻頻帶的。這種模塊具有包括放大器電路和帶通濾波器的兩個(gè)平行鏈。通過(guò)含有PIN二極管的耦合電路和去耦合電路，使來(lái)自這些鏈的信號(hào)被傳導(dǎo)到天線出口。這些開(kāi)關(guān)電路是這樣構(gòu)成的，即使得當(dāng)前所用的放大器電路與另一個(gè)鏈的放大器電路的輸出斷開(kāi)。
PIN二極管是用于切換射頻信號(hào)時(shí)，常常會(huì)用到的一個(gè)器件。對(duì)于射頻信號(hào)，PIN二極管在導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)具有低串聯(lián)阻抗，而在反向狀態(tài)時(shí)具有高阻抗。另外，在導(dǎo)通狀態(tài)，PIN二極管需要相對(duì)較低的控制電流。
但是，PIN二極管具有寄生電感和寄生電容。這意味著PIN二極管在導(dǎo)通狀態(tài)下本質(zhì)上具有電感特性，而在反向狀態(tài)下，它本質(zhì)上具有電容特性。SU 1532 982給出了一種用于波導(dǎo)的毫米波開(kāi)關(guān)，其中PIN二極管被用作切換裝置。由于PIN二極管是在第一位置與一個(gè)外部電容組合在一起，而構(gòu)成了一個(gè)阻擋這一信號(hào)頻率的并聯(lián)諧振回路，所以這里，用PIN二極管的內(nèi)部電抗特性來(lái)補(bǔ)償一個(gè)特定的信號(hào)頻率。在另一個(gè)位置，PIN二極管與一個(gè)外部電感一起構(gòu)成用于同一信號(hào)頻率的一個(gè)串聯(lián)諧振回路。
與用于一個(gè)頻帶的放大器設(shè)備相比，如上所述的具有兩個(gè)并行的功率放大器鏈的已知方案需要更多數(shù)目的器件。由于用于移動(dòng)電話的功率放大器是一種昂貴的器件，所以，這會(huì)導(dǎo)致更高的材料成本，并且需要額外的空間。這是一個(gè)非常重要的缺陷，尤其是在移動(dòng)電話中，這是因?yàn)橐苿?dòng)站內(nèi)的空間是一種重要的限制因素。
發(fā)明概述這樣，最好是能提供一種用于射頻信號(hào)的功率放大器設(shè)備，這種功率放大器設(shè)備包括一個(gè)濾波器設(shè)備，這個(gè)濾波器設(shè)備試圖為至少兩個(gè)獨(dú)立的主頻帶抑制諧波。尤其是，最好還能抑制那些其頻率范圍與其它主頻帶的頻率范圍相重疊的諧波。本發(fā)明試圖解決以上問(wèn)題。
這個(gè)問(wèn)題是通過(guò)創(chuàng)建一個(gè)濾波器設(shè)備而得以解決的，這種濾波器設(shè)備的功能與一個(gè)第一固定濾波器和一個(gè)可切換第二濾波器的組合相對(duì)應(yīng)，它最好包括一個(gè)用作可切換裝置的PIN二極管。在第一模式下，將可切換第二濾波器排列為能抑制與至少一個(gè)第一主頻帶相對(duì)應(yīng)的至少一階諧波。在第二模式下，對(duì)可切換第二濾波器進(jìn)行排列，使其能為至少一個(gè)第二頻帶提供良好傳輸，第二頻帶是頻率更高的主頻帶。對(duì)所述具有一個(gè)固定特性的第一濾波器進(jìn)行排列，以便它可衰減更高階諧波。
可切換濾波器最好包括至少一個(gè)并聯(lián)耦合諧振電路設(shè)備。它還包括一個(gè)第一電抗器件和一個(gè)PIN二極管的并聯(lián)耦合。這一并聯(lián)耦合與一個(gè)第二電抗器件串聯(lián)連接。通過(guò)經(jīng)由處于所述第一或第二模式之一的一種模式中的二極管而注入直流電流，使其變?yōu)榈妥杩?，而處于所述第一或第二模式中另一種模式內(nèi)的PIN二極管保持為高阻抗?fàn)顟B(tài)，二極管的內(nèi)部電抗特性以這樣一種方式改變，使得PIN二極管在第一位置與所述第二電抗器件組合在一起，構(gòu)成了一個(gè)串聯(lián)諧振電路，其中所述第一位置是與所述第一或第二模式中的一種相對(duì)應(yīng)的，而所述串聯(lián)諧振電路具有一個(gè)適用于所討論頻帶的第一諧振頻率。在相應(yīng)的第二位置，PIN二極管與所述第一電抗器件一起，構(gòu)成了一個(gè)并聯(lián)諧振電路，該并聯(lián)諧振電路具有適用于所討論頻帶的一個(gè)第二諧振頻率。這一第二諧振頻率可與第一諧振頻率具有相同的數(shù)值。
所述諧振頻率被調(diào)整，這樣在所述第一模式中的可切換濾波器衰減對(duì)應(yīng)于所述第一主頻帶的至少一階諧波的量，而在所述第二模式中的可切換濾波器，為至少一個(gè)第二頻帶即更高頻率的主頻帶提供良好的傳輸。
依據(jù)發(fā)明的最佳實(shí)施例，上述類型的若干并聯(lián)耦合諧振電路裝置可組合在一起，它們最好是通過(guò)適當(dāng)長(zhǎng)度的傳輸導(dǎo)體而被分隔開(kāi)。
本發(fā)明的一個(gè)目的是實(shí)現(xiàn)一種設(shè)備和方法，用于具有至少兩個(gè)可供選擇的獨(dú)立的主頻帶的射頻信號(hào)中抑制與這些主頻帶相對(duì)應(yīng)的諧波。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是實(shí)現(xiàn)一種功率放大器設(shè)備，它可在兩個(gè)獨(dú)立的主頻帶之間進(jìn)行切換，以用于對(duì)諧波進(jìn)行了有效抑制的射頻信號(hào)。
本發(fā)明的一個(gè)重要的優(yōu)點(diǎn)是創(chuàng)建了一種設(shè)備和方法，用于具有至少兩個(gè)獨(dú)立的主頻帶的射頻信號(hào)，以便能抑制與這些主頻帶相對(duì)應(yīng)的諧波，其中可允許諧波與所述主頻帶中至少一種的頻率范圍相重疊。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是創(chuàng)建一種可在兩個(gè)獨(dú)立的主頻帶間進(jìn)行切換的功率放大器設(shè)備，以用于有效地抑制諧波的射頻信號(hào)，其中該功率放大器設(shè)備滿足嚴(yán)格的成本需求、功率耗費(fèi)需求以及空間需求。
將通過(guò)借助于參考附圖所舉的例子而作的更詳細(xì)的說(shuō)明，來(lái)解釋本發(fā)明。


圖1是一個(gè)信號(hào)/頻率圖，它說(shuō)明了本發(fā)明中射頻信號(hào)的一個(gè)例子，以及它們彼此之間的頻率關(guān)系。
圖2是依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)功率放大器設(shè)備的綜合方框圖。
圖3a顯示了用于導(dǎo)通狀態(tài)下的PIN二極管的等效圖。
圖3b顯示了用于反向狀態(tài)下的PIN二極管的等效圖。
圖4顯示了一個(gè)接線圖，它表示了依據(jù)本發(fā)明而制作的一個(gè)阻抗匹配電路。
圖5顯示了一個(gè)接線圖，它顯示了依據(jù)本發(fā)明而制作的一個(gè)可切換濾波器。
圖6a與圖5相比，是一個(gè)被簡(jiǎn)化了的接線圖，它說(shuō)明了在這一例子中，用于第一模式下的頻率較低的主頻帶的一個(gè)等效電路圖。
圖6b與圖5相比，是一個(gè)被簡(jiǎn)化了的接線圖，它說(shuō)明了在這一例子中，用于與第一模式下的一個(gè)第一頻帶即頻率較低的主頻帶相對(duì)應(yīng)的一階諧波的等效電路圖。
圖7與圖5相比，是一個(gè)被簡(jiǎn)化了的接線圖，它說(shuō)明了在這一例子中，用于第二模式下的第二頻帶即頻率更高的主頻帶的等效電路圖。
圖8是依據(jù)本發(fā)明的諧振電路設(shè)備的接線圖。
圖9是圖5所示電路的、用于可切換濾波器的另一個(gè)實(shí)施例。
圖10顯示了用于可切換濾波器的、另一種可行的實(shí)施例的簡(jiǎn)化接線圖。
圖11是一個(gè)信號(hào)/頻率圖，它顯示了在本發(fā)明中的射頻信號(hào)的另一個(gè)例子，以及它們彼此之間的頻率關(guān)系。
圖12表示了移動(dòng)站的簡(jiǎn)化方框圖。
最佳實(shí)施例在圖1中，字母f表示頻率，字母S表示信號(hào)強(qiáng)度，圖1顯示了用于來(lái)自一個(gè)功率放大器的兩個(gè)射頻信號(hào)S1和S2的頻譜。這一功率放大器表現(xiàn)出了某種非線性，它會(huì)使被放大的信號(hào)中出現(xiàn)諧波。信號(hào)S1中的主要功率在主頻帶51中。這個(gè)主頻帶51具有中心頻率f1。與對(duì)所有的頻帶寬度的情況相同，就所顯示的頻率刻度而言，這個(gè)頻帶的帶寬在圖中被夸大了。信號(hào)S1另外還包括若干與一些諧波相對(duì)應(yīng)的頻帶，這些諧波是圖中所示的一次諧波52、二次諧波53和三次諧波54。它們分別具有各自的頻率中心2f1、3f1、4f1，它們是主頻帶中心頻率f1的整數(shù)倍。同樣，這里顯示了對(duì)于信號(hào)S2的、具有中心頻率f2的一個(gè)主頻帶61，以及具有中心頻率2f2的諧波62。
在試圖發(fā)射一個(gè)固定頻帶內(nèi)的信號(hào)的射頻發(fā)射機(jī)中，一般可借助于固定低通濾波器將所產(chǎn)生的任何諧波濾除。在圖中示出了這樣一個(gè)濾波器的傳輸函數(shù)H3b。如果將該濾波器用于信號(hào)S2，則頻帶62與任何其它高階諧波一起被濾除，而保留了所需的主頻帶61。但是，如果要用單獨(dú)的一個(gè)射頻發(fā)射機(jī)發(fā)射信號(hào)S1和S2，并對(duì)兩個(gè)頻帶51、61用一個(gè)普通的功率放大器設(shè)備對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大，則會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。由于2f1基本上與f2相吻合，正如圖中所看到的那樣，頻帶52將會(huì)與主頻帶61部分地重疊。因此，不能作出有效抑制信號(hào)S1和S2內(nèi)的所有諧波的一個(gè)固定的、通用濾波器結(jié)構(gòu)。這種情況基本上與在設(shè)計(jì)用于移動(dòng)電話系統(tǒng)GSM和DCS的雙頻帶移動(dòng)站時(shí)所發(fā)生的情況相符，其中GSM頻帶位于大約900MHz處，而DCS頻帶位于大約1800MHz處。在對(duì)本發(fā)明這一例子的后續(xù)說(shuō)明中，術(shù)語(yǔ)GSM信號(hào)將用于信號(hào)S1，而DCS信號(hào)用于信號(hào)S2。
在圖2中，用簡(jiǎn)化了的方框圖來(lái)表示依據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于功率放大的設(shè)備，以及射頻信號(hào)的發(fā)射。在這個(gè)例子中，一個(gè)功率放大器設(shè)備10與一個(gè)發(fā)射機(jī)天線4相連，其中功率放大器設(shè)備10被包括在用于移動(dòng)電話系統(tǒng)GSM和DCS的移動(dòng)站的發(fā)射機(jī)部分內(nèi)。功率放大設(shè)備10是可切換的，以便在第一模式下處理GSM信號(hào)并在第二模式下處理DCS信號(hào)。
功率放大器設(shè)備10包括一個(gè)功率放大器1，該功率放大器1具有一個(gè)標(biāo)記為IN的入口以及一個(gè)出口O1。另外，功率放大器設(shè)備10包括一個(gè)阻抗匹配電路2，以及與這一阻抗匹配電路的輸出O2相連的濾波器設(shè)備3，其中阻抗匹配電路2可使用于功率放大器1的負(fù)載阻抗與兩個(gè)頻帶相匹配。發(fā)射機(jī)天線4與濾波器設(shè)備3的輸出O3相連。在這個(gè)例子中，所討論的移動(dòng)站包括一個(gè)獨(dú)立的接收機(jī)天線，當(dāng)然，也可將接收機(jī)天線與發(fā)射機(jī)天線集成在一起。在這種情況下，在濾波器設(shè)備3和天線4之間適當(dāng)?shù)貢?huì)有一個(gè)天線切換電路，使移動(dòng)站的接收機(jī)部分與來(lái)自移動(dòng)站發(fā)射機(jī)部分的發(fā)射信號(hào)相隔離。
具有合理效力的所有功率放大器在其出口處都是阻抗匹配的。這意味著對(duì)于功率放大器1，它必須向所討論的頻帶提供一個(gè)負(fù)載阻抗匹配。這一負(fù)載阻抗通常要比天線的阻抗低。由此，功率放大器設(shè)備10包括一個(gè)可切換阻抗匹配電路2，該可切換阻抗匹配電路2根據(jù)每一種模式，而向功率放大器1的出口分別提供一個(gè)優(yōu)化阻值。
另外，正如可從圖2中看到的那樣，濾波器設(shè)備3包括一個(gè)第一濾波器即固定濾波器3b以及一個(gè)第二濾波器即可切換濾波器3a，這兩個(gè)濾波器是串聯(lián)排列的。第一濾波器3b具有一個(gè)低通特性，該特性在圖1中由用于傳輸函數(shù)H3b的曲線來(lái)表示。正如從圖1中可以看到的那樣，這一濾波器3b具有既覆蓋了GSM信號(hào)S1的主頻帶51又覆蓋了DCS信號(hào)S2的主頻帶61的一個(gè)通帶，并具有一個(gè)截止頻率fg，這樣，GSM頻帶信號(hào)的、在圖1中標(biāo)記為53的二次諧波(基本上與3·900＝2700MHz相對(duì)應(yīng))被衰減到一個(gè)令人滿意的程度。同時(shí)，該第一濾波器3b還抑制了所有更高階的諧波。
在圖2中，第一濾波器3b放置在第二濾波器3a之后。也有可能改變這些濾波器的順序，以使第一濾波器3b排列在第二濾波器3a之前。
在第一模式下，可切換濾波器3a能允許在GSM信號(hào)的主頻帶51內(nèi)的信號(hào)通過(guò)，同時(shí)抑制這些信號(hào)的一次諧波，該諧波在圖1中標(biāo)記為52的頻帶內(nèi)的，并且大體上位于1800MHz處。在圖1中，勾畫了在這種第一模式下的，用于可切換濾波器3a的傳輸函數(shù)H3a。正如可從圖中看到的，在這種模式下的濾波器具有一種帶阻特性。濾波器3a的這一特性僅僅被看作是一個(gè)例子。對(duì)于這個(gè)濾波器，重要的是在這種模式下，它抑制了在頻帶52內(nèi)的臨界諧波(critical harmonics)，與此同時(shí)，它還發(fā)送主頻帶51，而不會(huì)有明顯的損耗。濾波器對(duì)于殘余頻譜的這一特性是最重要的。
在第二模式中，可切換濾波器3a允許帶有邊帶衰減的DCS信號(hào)的主頻帶61通過(guò)。在第二模式中，在GSM頻帶上沒(méi)有可用的入口信號(hào)，所以在這一模式中，我們最感興趣的是900MHz附近的傳輸狀態(tài)。
在圖1中還勾畫了在這個(gè)第二模式中的可切換濾波器3a的傳輸函數(shù)H3a。正如可從圖中看到的那樣，就振幅來(lái)說(shuō)，在這一模式下的濾波器具有基本上是全通的特性。對(duì)于第二模式，用于濾波器3a的所述特性同樣也僅僅是被看作一個(gè)例子。所必需的是，在第二模式下的濾波器傳送伴有邊帶衰減的臨界(critical)主頻帶。濾波器的特性對(duì)于殘余頻譜的特性是最不重要的。
圖3a顯示了通過(guò)一個(gè)PIN二極管而注入直流，從而使該二極管為低阻抗時(shí)，該P(yáng)IN二極管的等效電路圖。這樣，當(dāng)一個(gè)射頻信號(hào)光顧這個(gè)在圖中標(biāo)記為DON的二極管時(shí)，該二極管基本上相當(dāng)于一個(gè)電感LON與一個(gè)電阻RON串聯(lián)。對(duì)于大約10mA的控制電流，電阻RON的諧振阻值為1Ω。
圖3b顯示了當(dāng)通過(guò)PIN二極管的直流可忽略不計(jì)，而使得該二極管處于高阻抗?fàn)顟B(tài)時(shí)，PIN二極管的相應(yīng)的等效電路圖。這樣，當(dāng)一個(gè)射頻信號(hào)光顧現(xiàn)在又標(biāo)記為DOFF的二極管時(shí)，該二極管就相當(dāng)于一個(gè)電感LOFF與并聯(lián)連接的電阻ROFF及電容COFF串聯(lián)在一起。電阻ROFF的諧振值依賴于這種情況下的階次或?yàn)?0KΩ。電感LOFF的值與該二極管在二極管導(dǎo)通狀態(tài)下的電感LOS的值基本相匹配。
以下，將結(jié)合對(duì)圖2的討論來(lái)介紹阻抗匹配電路2，在圖4中更詳細(xì)地顯示了該阻抗匹配電路。正如可從圖4中所看到的那樣，阻抗匹配電路2包括一個(gè)在這里以微帶器件26的形式所體現(xiàn)的傳輸導(dǎo)體，以及一個(gè)并聯(lián)連接的第一電容C27。微帶器件的一端構(gòu)成對(duì)這一阻抗匹配電路2的入口，該入口與功率放大器1的出口O1相連。微帶器件的另端是該阻抗匹配電路的出口O2。第一電容C27的一端連在微帶器件26的一個(gè)點(diǎn)上，另一端連在固定參考電位VREF上。另外，阻抗匹配電路2還包括一個(gè)第二電容C28，它的一端與微帶器件26的一個(gè)點(diǎn)相連，該點(diǎn)比第一電容C27與該微帶器件相連的點(diǎn)更靠近出口O2。第二電容C28使其第二端通過(guò)一個(gè)開(kāi)關(guān)裝置S29與參考電位VREF相連。
一種通用阻抗匹配方法是使用沿微帶導(dǎo)體放置的并聯(lián)連接的電容。這樣，與用于較低頻率的器件相比，對(duì)較高頻率的匹配會(huì)導(dǎo)致更短的微帶導(dǎo)體以及具有更低值的電容。這樣，用于DCS的阻抗匹配電路可被構(gòu)造為用于GSM的匹配電路的一部分。
這樣，這里所用的阻抗匹配電路2包括兩個(gè)所述的電容C27和C28，它們被微帶器件26的部件分開(kāi)。內(nèi)部第一電容C27是這樣一個(gè)電容，如果僅需要對(duì)DCS信號(hào)進(jìn)行匹配，則得到的是該電容。當(dāng)傳送GSM頻帶上的信號(hào)時(shí)，使用外部第二電容C28，并且在使用DCS頻帶時(shí)，也使用外部第二電容C28。這一開(kāi)關(guān)作用是依據(jù)已知技術(shù)，通過(guò)改變PIN二極管的偏置來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
這樣，在阻抗匹配電路2中，PIN二極管用作一個(gè)開(kāi)關(guān)裝置S29。因此，電容C28可由開(kāi)關(guān)控制其接入或不接入，以改變負(fù)載阻抗。在功率放大器設(shè)備的第一模式下，當(dāng)發(fā)射GSM信號(hào)時(shí)，依據(jù)已知技術(shù)，注入直流，使其經(jīng)由一個(gè)DC連接網(wǎng)絡(luò)(圖中未示出)而穿過(guò)PIN二極管。這樣PIN二極管將為低阻抗。因此，電容C28將被連上，而且，阻抗匹配電路2將會(huì)提供用于功率放大器1的第一負(fù)載阻抗值。這個(gè)第一負(fù)載阻抗值確保功率放大器會(huì)在900MHz處有良好的匹配。在另一種模式即專用于DCS信號(hào)的放大和傳輸?shù)哪Ｊ街校┻^(guò)PIN二極管的直流被切斷，這樣PIN二極管就被斷開(kāi)了。在這種情況下，阻抗匹配電路2將具有第二負(fù)載阻抗值，這樣功率放大器對(duì)于1800MHz將是阻抗匹配的。
這種匹配方法的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是利用阻抗匹配電路2，它有可能獲取對(duì)GSM信號(hào)的一次諧波的一定數(shù)量的衰減，這是由于當(dāng)發(fā)射GSM信號(hào)時(shí)，不能對(duì)1800MHz進(jìn)行很好的匹配。如果用一個(gè)傳輸傳導(dǎo)器件將匹配電路與后續(xù)可切換濾波器3a隔開(kāi)，則第一模式下的匹配電路2a的這一濾波功能就得以加強(qiáng)，其中傳輸傳導(dǎo)器件的長(zhǎng)度在1800MHz處基本上與波長(zhǎng)的1/4相對(duì)應(yīng)。
要設(shè)計(jì)一種得大于失的固定的匹配電路同樣顯示出難度。考慮到簡(jiǎn)單性和堅(jiān)固性，依據(jù)本發(fā)明的可切換阻抗匹配電路的質(zhì)量比任何一個(gè)固定匹配電路都要高。
圖5更詳細(xì)地顯示了聯(lián)系圖2所討論的可切換濾波器3a，盡管它得到了某種程度的簡(jiǎn)化。與阻抗匹配電路2的出口O2相連的可切換濾波器3a的入口與傳輸傳導(dǎo)器件25的一端相連，傳輸傳導(dǎo)器件25的另一端與這一可切換濾波器設(shè)備3a的出口O3a相連，在出口O3a處得到了經(jīng)濾波的信號(hào)?？汕袚Q濾波器設(shè)備3a的入口還與屬于第一諧振電路設(shè)備22的總共兩個(gè)端口中的第一端口相連。這個(gè)第一諧振電路設(shè)備22包括一個(gè)第一電感L22與第一開(kāi)關(guān)裝置S22的第一并聯(lián)連接電路，它是為PIN二極管所構(gòu)造的，同時(shí)還包括第二電感L21與第一電容C21的第二并聯(lián)連接電路，其中這第二并聯(lián)連接電路與第一并聯(lián)連接電路串聯(lián)在一起。屬于第一諧振電路設(shè)備22的兩個(gè)端口的第二端口與所述固定參考電位VREF相連。
傳輸傳導(dǎo)器件25具有一個(gè)長(zhǎng)度，該長(zhǎng)度大約與1800MHz的1/4波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)。在與出口O3a相連的這一傳輸傳導(dǎo)器件25的一端，連接有一個(gè)第二諧振電路設(shè)備24。這包括一個(gè)第三電感L24、一個(gè)第二電容C23、一個(gè)第四電感L23以及一個(gè)第二開(kāi)關(guān)裝置S24。在這一例子中，它具有與第一諧振電路設(shè)備22相同的結(jié)構(gòu)，還有一個(gè)與參考電位VREF相連的端口。
在諧振電路設(shè)備22中，在第二并聯(lián)連接中的第二電感L21和第一電容C21是如此匹配的，以使得它們形成一個(gè)具有某種諧振頻率的并聯(lián)諧振電路，該諧振頻率基本上與GSM信號(hào)的主頻率相對(duì)應(yīng)。這意味著諧振電路設(shè)備22相對(duì)于參考電位VREF具有高阻抗。這樣，GSM信號(hào)的主頻帶將不會(huì)受到該諧振電路設(shè)備的很大影響，因此，將會(huì)獲得對(duì)這一頻率范圍內(nèi)的信號(hào)的良好傳輸。
對(duì)于可切換濾波器3a，在第一模式下，PIN二極管是導(dǎo)通的。這樣，它本質(zhì)上將具有一個(gè)感性特征。與所述第一電容C21一起，從而使PIN二極管形成一個(gè)串聯(lián)諧振電路。該串聯(lián)諧振電路具有一個(gè)諧振頻率，該電路如此匹配，使得該串聯(lián)諧振電路產(chǎn)生覆蓋了除GSM信號(hào)的一次諧波以外的一個(gè)阻帶。這樣，這一串聯(lián)諧振電路對(duì)這一諧波處的信號(hào)功率提供了令人滿意的衰減。
對(duì)可切換濾波器3a，在第二模式下，PIN二極管處于高阻抗?fàn)顟B(tài)，此時(shí)它本質(zhì)上具有容性特征。與所述同PIN二極管并聯(lián)的第一電感L22一起，從而使得PIN二極管形成了一個(gè)并聯(lián)諧振電路，該并聯(lián)諧振電路具有與在圖1中標(biāo)記為61的DCS信號(hào)的主頻帶基本上相對(duì)應(yīng)的諧振頻率。這一并聯(lián)諧振電路可保證其在第二模式下，對(duì)這一頻帶處的信號(hào)進(jìn)行良好的傳輸。
對(duì)于濾波器的功能來(lái)說(shuō)，第二電感L21和第四電感L23并不是十分必要的。如果沒(méi)有這兩個(gè)電感，在900MHz處的信號(hào)將會(huì)把諧振電路設(shè)備22和諧振電路設(shè)備24看作是一個(gè)并聯(lián)連接的感性阻抗。微帶器件25的長(zhǎng)度與用于所討論的900MHz的頻率范圍的1/8波長(zhǎng)相對(duì)應(yīng)，就該微帶器件25的長(zhǎng)度來(lái)說(shuō)，通過(guò)適當(dāng)選擇電感L21和L23的值，可使這些感性阻抗彼此相消。這樣，可保證對(duì)900MHz具有良好的阻抗匹配，并且，由此，甚至是在由這個(gè)例子所派生出的情況下，GSM信號(hào)的主頻帶也可被傳輸，而僅有一點(diǎn)邊帶損耗。
圖8在某種程度上更詳細(xì)地顯示了用于圖5中的諧振電路設(shè)備22的連接圖，還顯示了提供給PIN二極管的直流。諧振電路設(shè)備連接在可切換濾波器的入口和固定參考電位VREF之間，其中可切換濾波器與阻抗匹配設(shè)備的出口O2相連。諧振電路設(shè)備包括一個(gè)第一并聯(lián)連接。該第一并聯(lián)連接的第一支路是一個(gè)在圖中標(biāo)記為D22的PIN二極管。該第一并聯(lián)連接的第二支路主要包括第一電感L22和一個(gè)隔直流電容CS構(gòu)成的一個(gè)串聯(lián)連接。驅(qū)動(dòng)電壓VD通過(guò)一個(gè)電阻RS連接到第一電感L22和隔直流電容CS之間的一點(diǎn)上。由第二電感L21和第一電感C21構(gòu)成的第二并聯(lián)連接與這個(gè)第一并聯(lián)連接是串聯(lián)在一起的。
該隔直流電容CS防止直流電流在驅(qū)動(dòng)電壓連接和參考電位VREF之間直接流動(dòng)。但是，該隔直流電容具有一個(gè)高電容值，使得它對(duì)所討論的信號(hào)頻率被認(rèn)為是短路的。這樣，該信號(hào)將僅會(huì)遇到PIN二極管D22和所述第一電感L22的并聯(lián)連接。通過(guò)驅(qū)動(dòng)電壓連接，一個(gè)控制電流可被注入而通過(guò)該二極管。與驅(qū)動(dòng)電壓VD相適應(yīng)，電阻RS是如此配置的，使得對(duì)這一控制電流能得到合適的值。因此，對(duì)于這種設(shè)計(jì)，可通過(guò)控制驅(qū)動(dòng)電壓VD，使PIN二極管能在低電阻和高電阻狀態(tài)之間進(jìn)行切換。
圖6a和6b顯示了簡(jiǎn)化的連接圖，它們顯示了在第一模式下的可切換濾波器3a的功能，在這種模式下，濾波器被優(yōu)化，以用于對(duì)GSM信號(hào)進(jìn)行濾波。圖6a在這里所顯示的是當(dāng)例如為GSM信號(hào)的主頻帶的大約為900MHz的信號(hào)光顧該濾波器時(shí)的濾波器3a。由于第一電感L21和第一電容C21構(gòu)成了具有900MHz諧振頻率的一個(gè)并聯(lián)諧振電路，所以它們的復(fù)合阻抗在這些頻率處達(dá)到最大。在第一諧振電路設(shè)備22內(nèi)的、在圖6a中所標(biāo)出的其它器件可被略去。由于在這個(gè)例子中標(biāo)記了諧振電路設(shè)備22和24，所以同樣的情況也適用于第二諧振電路設(shè)備24。這樣，在這一頻率范圍內(nèi)的信號(hào)將會(huì)被從濾波器3a的入口傳送到其出口O3a，而僅有很小的損耗。
圖6b顯示了當(dāng)濾波器在諸如象GSM信號(hào)的一次諧波這樣的1800MHz附近的信號(hào)工作時(shí)的濾波器3a。對(duì)于濾波器，在這種第一模式下，PIN二極管處于其低電阻狀態(tài)。正如可從圖8中看到的那樣，開(kāi)關(guān)裝置S22是一個(gè)二極管D22，它在這里被看作是一個(gè)二極管電感L22on與一個(gè)二極管電阻R22on相串聯(lián)。對(duì)于在1800MHz的所討論的頻率范圍來(lái)說(shuō)，諧振電路設(shè)備22受由二極管電感L22on和所述第一電容C21所構(gòu)成的串聯(lián)諧振電路的控制。這種第一電容C21是這樣匹配的，它使得該串聯(lián)諧振電路具有一個(gè)能與圖1中標(biāo)記為2f1的中心頻率大致對(duì)應(yīng)的諧振頻率，以用于GSM信號(hào)的一次諧波52。這意味著，在1800MHz處的所討論的頻率范圍內(nèi)，諧振電路設(shè)備22的總體阻抗值將會(huì)很低。因此，諧振電路設(shè)備22將對(duì)GSM信號(hào)的一次諧波進(jìn)行衰減。由于兩個(gè)諧振電路設(shè)備22和24是一樣的，所以它們中的每一個(gè)都會(huì)對(duì)所討論的諧波進(jìn)行衰減。由于是用微帶器件25將諧振電路設(shè)備22和24分開(kāi)的，而用于1800MHz的微帶器件25的長(zhǎng)度又與1/4波長(zhǎng)相對(duì)應(yīng)，所以諧振電路設(shè)備22和24將會(huì)協(xié)作，簡(jiǎn)而言之，以便使其總量衰減為單獨(dú)使用每個(gè)諧振電路設(shè)備時(shí)的衰減的兩倍。
與對(duì)較寬的頻率范圍的看法相似，可切換濾波器3a的功能類似于一個(gè)帶阻濾波器，即所謂的陷波濾波器。圖1中的過(guò)函數(shù)(over-function)H3a’就說(shuō)明了這種情況。
圖7a顯示了一個(gè)簡(jiǎn)化的連接圖，它顯示了在第二模式下的可切換濾波器3a的功能，該濾波器適用于對(duì)DCS信號(hào)進(jìn)行傳輸。在這個(gè)圖7中，所顯示的是當(dāng)光顧濾波器的是諸如象DCS信號(hào)的主頻帶這樣的1800MHz附近的信號(hào)時(shí)的濾波器3a。在諧振電路設(shè)備22和24中的開(kāi)關(guān)裝置S22以及S24都處于斷開(kāi)狀態(tài)。這意味著，在這種第二模式下，包含在該開(kāi)關(guān)裝置內(nèi)的PIN二極管呈現(xiàn)高電阻。簡(jiǎn)而言之，PIN二極管此時(shí)的工作狀態(tài)，分別類似于一個(gè)二極管電阻R22off與一個(gè)二極管電容C22off并聯(lián)，以及一個(gè)二極管電阻R24off和一個(gè)二極管電容C24off并聯(lián)。對(duì)于所討論的1800MHz處的頻率范圍，諧振電路設(shè)備22將會(huì)受并聯(lián)諧振電路的控制，該并聯(lián)諧振電路是由所述二極管電容C22off和所述第一電感L22組成的。這個(gè)第一電感L22是這樣配置的，以便該并聯(lián)諧振電路對(duì)DCS信號(hào)的主頻帶61，具有一個(gè)與圖1中標(biāo)記為f2的中心頻率大體相應(yīng)的諧振頻率。這意味著，在所討論的1800MHz附近的頻率范圍內(nèi)，諧振電路設(shè)備22的總體阻抗值將為高。因此，諧振電路設(shè)備22將傳輸DCS信號(hào)的主頻帶，而僅有很低的衰減。由于并聯(lián)諧振電路22和24是一致的所以，相同的情況也適用于第二并聯(lián)諧振電路24。這樣，在所討論的頻率范圍內(nèi)的信號(hào)將被從濾波器3a的入口傳遞到其出口，而僅有很低的損耗。
圖9顯示了可切換濾波器3a的另一個(gè)實(shí)施例。在圖9中標(biāo)記為90的該濾波器包括一個(gè)第一微帶器件95，該微帶器件95用其入口I90與濾波器的出口O90相連。另外，濾波器包括一個(gè)并聯(lián)的微帶導(dǎo)體，它被依次分為一個(gè)第二微帶器件96和一個(gè)第三微帶器件97。它們中的每一個(gè)都具有與1800MHz的1/4波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度，同時(shí)還具有與900MHz的1/8波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度。所述第二微帶器件96的第一端與可切換濾波器90的出口O90相連。第二微帶器件96的第二端與第三微帶器件97的第一端在點(diǎn)P1處相連。與此相應(yīng)，第三微帶器件97的第二端與參考電位VREF相連，這樣，在這一點(diǎn)，該第二端與VREF短路。
在第一微帶器件96的所述第二端，還通過(guò)一個(gè)耦合電容CC94連接有一個(gè)諧振電路設(shè)備94的第一端。在諧振電路設(shè)備94的第二端，與參考電位VREF相連。在這一例子中，就無(wú)線電頻率來(lái)說(shuō)，諧振電路設(shè)備94具有與聯(lián)系圖5、6a、6b和7所說(shuō)明的諧振電路設(shè)備22和24完全等價(jià)的結(jié)構(gòu)。諧振電路設(shè)備94包括由第一電感L94和一個(gè)大約是用PIN二極管構(gòu)成的開(kāi)關(guān)裝置S94所組成的第一并聯(lián)連接。與這個(gè)第一并聯(lián)連接相串聯(lián)，還安裝有由第二電感L93和第一電容C93構(gòu)成的一個(gè)第二并聯(lián)連接。
第一電容C93和第二電感L93構(gòu)成了具有大約為900MHz的諧振頻率的一個(gè)并聯(lián)諧振電路。因而，在理想情況中，諧振電路設(shè)備94不會(huì)影響從GSM信號(hào)的主頻帶的角度上看到的阻抗。當(dāng)微帶器件96和97的總體長(zhǎng)度與900MHz的1/4波長(zhǎng)相對(duì)應(yīng)時(shí)，在微帶器件97的所述第二端處的短接經(jīng)變換，在點(diǎn)P2顯示為具有非常高的阻抗，其中所述的變換與諧振電路設(shè)備94無(wú)關(guān)。GSM信號(hào)通過(guò)第一微帶器件95而被發(fā)射，所以，并聯(lián)連接的微帶導(dǎo)體被看作是斷開(kāi)的，它不影響該信號(hào)。這樣，可保證GSM信號(hào)的主頻帶在通過(guò)該濾波器進(jìn)行發(fā)射時(shí)僅有邊帶衰減。
由于所述第二微帶器件97的長(zhǎng)度與1800MHz的1/4波長(zhǎng)相對(duì)應(yīng)，所以在這一頻率范圍內(nèi)，在微帶器件97的所述第二端上的短路經(jīng)變換，在點(diǎn)P1處表現(xiàn)出——用一種不嚴(yán)格的表達(dá)法來(lái)說(shuō)——無(wú)窮大的阻抗。所以，這些信號(hào)僅僅可遇到由諧振頻率設(shè)備94所提供的阻抗。在第一模式下，對(duì)于濾波器90，在開(kāi)關(guān)裝置S94內(nèi)的PIN二極管為高阻抗?fàn)顟B(tài)。這樣，并聯(lián)諧振電路就由第一電感L94和處于這個(gè)位置上的開(kāi)關(guān)裝置S94中的PIN二極管所顯示出的電容構(gòu)成。這個(gè)并聯(lián)諧振電路的諧振頻率被調(diào)節(jié)在大約為1800MHz，這意味著對(duì)這一頻率范圍，諧振電路設(shè)備94整體上表現(xiàn)出高阻抗。這樣，1800MHz的信號(hào)在點(diǎn)P1所顯示出的這一高阻抗經(jīng)過(guò)變換，在點(diǎn)P2呈現(xiàn)出低阻抗，這意味著1800MHz附近的信號(hào)幾乎被并聯(lián)連接的微帶導(dǎo)體所短路。這樣，在這種第一模式下，濾波器90對(duì)1800MHz附近的信號(hào)提供了良好的衰減。
在第二模式下，對(duì)于濾波器90，開(kāi)關(guān)裝置S94中的PIN二極管為低阻抗?fàn)顟B(tài)。串聯(lián)諧振電路是由第一電容C93和PIN二極管在此顯示出的電感構(gòu)成的。這種串聯(lián)諧振電路的諧振頻率被調(diào)節(jié)在1800MHz附近，這意味著對(duì)于這個(gè)頻率，諧振電路設(shè)備94總體上顯示出非常低的阻抗。1800MHz的信號(hào)在點(diǎn)P1處所表現(xiàn)出的這個(gè)低阻抗經(jīng)過(guò)變換，在點(diǎn)P2處為高阻抗，這意味著在1800MHz附近的信號(hào)在通過(guò)濾波器進(jìn)行發(fā)射時(shí)僅僅會(huì)有很小的衰減。
總之，濾波器90的作用類似于一個(gè)可以接通也可以斷開(kāi)的帶阻濾波器。在第一模式中，如果需要額外的衰減，即當(dāng)帶阻功能被接通時(shí)，幾個(gè)相同的濾波器設(shè)備被串聯(lián)連接，它們之間由一片傳輸導(dǎo)體適當(dāng)?shù)馗糸_(kāi)，這個(gè)導(dǎo)體具有與所希望衰減的頻率的1/4波長(zhǎng)相對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度。與多個(gè)濾波器設(shè)備的單獨(dú)衰減量相比，如果用分貝計(jì)算，這一過(guò)程提供了大約為前者兩倍的衰減。如果能依據(jù)已有技術(shù)，用所謂的∏型網(wǎng)絡(luò)(pi-網(wǎng)絡(luò))或T型網(wǎng)絡(luò)來(lái)替代這一1/4波長(zhǎng)的傳輸導(dǎo)體器件，則可得到相同的效果，其中∏型網(wǎng)絡(luò)和T型網(wǎng)絡(luò)最好是由分立器件組成。
另外，同樣還有可能將濾波器9和一個(gè)諧振電路設(shè)備合并為一個(gè)諧振電路設(shè)備，其結(jié)構(gòu)如同聯(lián)系圖5至8所說(shuō)明的例子中的諧振濾波器電路設(shè)備22和23中的一個(gè)。
圖10顯示了可切換濾波器3a的另一個(gè)實(shí)施例。該可切換濾波器3a在圖10中被標(biāo)記為110，該濾波器3a包括一個(gè)微帶器件125，它將該濾波器的出口O110連接到其入口I110。微帶器件125具有與1800MHz的1/4波長(zhǎng)基本相應(yīng)的長(zhǎng)度，在出口O110處，連接有第一諧振電路設(shè)備124的第一端。這個(gè)第一諧振電路設(shè)備124的第二端與參考電位VREF相連。所述第一諧振電路設(shè)備124包括一個(gè)第一并聯(lián)連接，該并聯(lián)連接由第一電容C124以及大約由PIN二極管所創(chuàng)建的一個(gè)串聯(lián)連接的第一電感L124和第一開(kāi)關(guān)裝置S124構(gòu)成。與這個(gè)第一并聯(lián)連接串聯(lián)排列在一起的是一個(gè)第二電感L123。在入口I110處，連接有第二諧振電路設(shè)備122的第一端。這個(gè)第二諧振電路設(shè)備122最好具有與所述第一諧振電路設(shè)備124相同的結(jié)構(gòu)，并包括一個(gè)第二電容C122、一個(gè)第二開(kāi)關(guān)裝置S122、一個(gè)第三電感L122以及一個(gè)第四電感L121。
在第一模式下，對(duì)于可切換濾波器110，開(kāi)關(guān)裝置S122和S124中的PIN二極管都處于高阻抗?fàn)顟B(tài)。在這種狀態(tài)中，它們實(shí)質(zhì)上具有容性特征。但是PIN二極管的電容值是這樣的，使得在第一逼近中，相對(duì)于與這些二極管并聯(lián)的電容C122和C124，這些PIN二極管的電容可忽略不計(jì)。由此，在第一諧振電路設(shè)備124中，串聯(lián)諧振電路實(shí)質(zhì)上是由所述第一電容C124與所述第二電感L123共同構(gòu)成的。這個(gè)串聯(lián)諧振電路具有一個(gè)經(jīng)過(guò)如此調(diào)節(jié)的諧振頻率，使得該串聯(lián)諧振電路產(chǎn)生一個(gè)覆蓋了除GSM信號(hào)的一次諧波以外的一個(gè)阻帶。同樣地，在諧振電路設(shè)備122中，同樣是由實(shí)質(zhì)上具有相同特性的器件構(gòu)成。因此，諧振電路設(shè)備122和124合作來(lái)實(shí)現(xiàn)在這個(gè)諧波處的預(yù)定衰減。
對(duì)于在900MHz處的GSM信號(hào)的主頻帶，諧振電路設(shè)備122和124的作用象是并聯(lián)連接的電容器件，其值實(shí)際上是由前面提及的串聯(lián)諧振電路確定的，前面提及的串聯(lián)諧振電路是由電容C122和電感L122組成的，以及是由電容C124和電感L124組成的。電容C124和電感L124之間的關(guān)系是這樣調(diào)節(jié)的，使得900MHz處的GSM信號(hào)的主頻帶在諧振電路設(shè)備124上工作時(shí)，該諧振電路設(shè)備124象是一個(gè)具有適當(dāng)值的容性器件，這樣，具有與這些頻率的1/8波長(zhǎng)相對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度的微帶器件125將會(huì)把這個(gè)電容值轉(zhuǎn)換為在第一諧振電路設(shè)備122處所需的電感值，以補(bǔ)償其電容效應(yīng)。這樣，保證了900MHz處有良好的阻抗匹配，因此GSM信號(hào)的主頻帶可通過(guò)濾波器110進(jìn)行傳輸，而僅有邊帶損耗。
在第二模式中，對(duì)于可切換濾波器110，PIN二極管處于低阻抗?fàn)顟B(tài)。在這種狀態(tài)下，它們實(shí)質(zhì)上具有感性特征。因此，在諧振電路設(shè)備124中，開(kāi)關(guān)裝置S124中PIN二極管的內(nèi)部電感和第一電感L124與所述第一電容C124一起，構(gòu)成了一個(gè)并聯(lián)諧振電路。這個(gè)并聯(lián)諧振電路顯示出與DCS信號(hào)的主頻帶基本相對(duì)應(yīng)的一個(gè)諧振頻率，其中DCS信號(hào)的主頻帶在圖1中被標(biāo)記為61。因此，這個(gè)并聯(lián)諧振電路確保諧振電路設(shè)備124對(duì)于在1800MHz處的信號(hào)顯示出高阻抗。這樣，DCS信號(hào)的主頻帶不會(huì)受到這個(gè)并聯(lián)連接的第一諧振電路設(shè)備124的明顯影響。由于諧振電路設(shè)備122和124是一致的，所以第二諧振電路設(shè)備122也不會(huì)明顯影響DCS信號(hào)的主頻帶。在這種第二模式中，這種做法為1800MHz附近的頻率提供了低損耗。
對(duì)于濾波器的功能來(lái)說(shuō)，第一諧振電路設(shè)備124內(nèi)的第一電感L124以及第二諧振電路設(shè)備122內(nèi)的第三電感L122不是完全必要的。這些電感的目的是作用于所述串聯(lián)諧振電路的諧振頻率。由于對(duì)電抗器件的計(jì)算在多個(gè)電抗器件之間是彼此相關(guān)的，并且與PIN二極管的內(nèi)部電抗相關(guān)，以便能獲取所需的諧振頻率，電感L124和L122以這樣一種方式來(lái)影響對(duì)其它電抗器件的計(jì)算，使得對(duì)于這個(gè)例子，可得到更合適的值。用于影響諧振電路設(shè)備124和122內(nèi)的電抗器件的計(jì)算的另一種可能性是用并聯(lián)/或串聯(lián)連接將兩個(gè)或更多個(gè)PIN二極管組合在一起。
迄今為止，所說(shuō)明的所有例子都是為用于移動(dòng)電話系統(tǒng)GSM和DCS的雙頻帶移動(dòng)站內(nèi)的功率放大器所設(shè)計(jì)的。當(dāng)然，本發(fā)明并不僅限于這種情況。例如，本發(fā)明還可被用在GSM和PCS頻帶的移動(dòng)站中。圖1顯示了在這種情況下的信號(hào)之間的關(guān)系。在該圖中，S表示信號(hào)能量，f表示頻率。來(lái)自功率放大器的GSM信號(hào)S3包括具有900MHz附近的的中心頻率f3的一個(gè)主頻帶。另外，GSM信號(hào)至少是包括頻帶82、83和84內(nèi)的奇數(shù)次或偶數(shù)次諧波，這些頻帶82、83和84都是以頻率2f3、3f3和4f3為中心的，它們是頻率f3的倍數(shù)。來(lái)自同一個(gè)功率放大器的PCS信號(hào)S4包括具有圍繞1800MHz的一個(gè)中心頻率f4的一個(gè)主頻帶91。另外，PCS信號(hào)在許多頻帶中都包括諧波，在該圖中就顯示了這樣一個(gè)頻帶92。正如可從圖中看到的那樣，來(lái)自GSM信號(hào)S3的頻帶82將會(huì)非常接近來(lái)自PCS信號(hào)S4的主頻帶91，如果它們不重疊的話。用單獨(dú)一個(gè)固定濾波器設(shè)備來(lái)抑制所有諧波，同時(shí)還要保證對(duì)主頻帶81和91的良好傳輸，由于如此構(gòu)思出的濾波器明顯表現(xiàn)出的不合理性，所以實(shí)現(xiàn)這樣一種濾波器是及其困難的，幾乎不可能實(shí)施。依據(jù)本發(fā)明的可切換濾波器設(shè)備對(duì)這一問(wèn)題提供了一種解決方案。
本發(fā)明還適用于一些情況，即在所要傳輸?shù)膬蓚€(gè)主頻帶之間的關(guān)系，使得這些主頻帶的結(jié)束點(diǎn)彼此保持有合理的距離。例如，在依據(jù)圖5的例子所構(gòu)造出的濾波器設(shè)備中，原則上可以彼此不相關(guān)地選擇諧振電路的諧振頻率，這意味著主頻帶之間的相互關(guān)系對(duì)于電路的功能來(lái)說(shuō)是不重要的。
另外，使用本發(fā)明，還能實(shí)現(xiàn)用于諸如象GSM、DCS和PCS這樣的三個(gè)獨(dú)立頻帶的通用功率放大器。對(duì)于這種情況，用于DCS和PCS信號(hào)的放大器和濾波器的功能是以一種適宜的通用模式提供的，而GSM信號(hào)是被以另一種模式放大并進(jìn)行濾波的。還有可能將兩個(gè)或多個(gè)可適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行獨(dú)自切換的濾波器設(shè)備串聯(lián)連接，以用在射頻發(fā)射機(jī)中，用于三個(gè)或更多個(gè)獨(dú)立的頻帶。最合適的是，這里的每個(gè)濾波器設(shè)備都具有可被接通或斷開(kāi)的限波濾波器的特性。
另一個(gè)使用本發(fā)明的領(lǐng)域的具體例子是用于日本的移動(dòng)電話系統(tǒng)PDC(個(gè)人數(shù)字蜂窩)的一個(gè)雙頻帶移動(dòng)站，這種PDC系統(tǒng)一般用在800MHz以及1500MHz。當(dāng)然，另外還可將本發(fā)明用在射頻發(fā)射機(jī)上，這種射頻發(fā)射機(jī)除了可被用于移動(dòng)電話外，還可被用于其它環(huán)境，并可用于其它射頻領(lǐng)域。
圖12中顯示了用于移動(dòng)電話的一個(gè)雙頻帶移動(dòng)站100的一個(gè)簡(jiǎn)化的方框圖。這個(gè)移動(dòng)站是為在兩個(gè)獨(dú)立頻帶上談話以及數(shù)據(jù)傳輸而設(shè)計(jì)的，當(dāng)然一次只能用一個(gè)頻帶。這個(gè)移動(dòng)站包括與一個(gè)語(yǔ)音編碼器161相連的一個(gè)聲-電(A/E)轉(zhuǎn)換器160，該語(yǔ)音編碼器會(huì)將來(lái)自聲-電轉(zhuǎn)換器的語(yǔ)音信息數(shù)字化。語(yǔ)音編碼器161通過(guò)一個(gè)第一切換裝置162與信道編碼器163相連。該信道編碼器與一個(gè)射頻發(fā)射機(jī)164相連。射頻發(fā)射機(jī)包括一個(gè)可切換功率放大器設(shè)備，它在圖2中被標(biāo)記為10，并與天線165相連。
對(duì)于也有可能與天線165是同一個(gè)天線的天線175，它連接有射頻接收機(jī)174。射頻接收機(jī)與信道解碼器173相連。該信道解碼器173通過(guò)一個(gè)第二切換裝置172與語(yǔ)音解碼器171相連。語(yǔ)音解碼器171與一個(gè)電-聲(E/A)轉(zhuǎn)換器170相連，并將數(shù)字信息解碼為模擬聲音信息。
控制單元167具有與所述數(shù)據(jù)饋入裝置168相連的第一數(shù)據(jù)入口，以及與第一切換裝置162相連的第一數(shù)據(jù)出口。另外，控制單元167具有與第二切換裝置172相連的一個(gè)第二數(shù)據(jù)出口，以及與數(shù)據(jù)饋出裝置169相連的第三數(shù)據(jù)出口。此外，該控制裝置還具有圖中沒(méi)有示出的附加的控制出口。
控制單元167可以通過(guò)其控制出口來(lái)控制射頻發(fā)射機(jī)164以及射頻接收機(jī)174，尤其是用于設(shè)置功率放大器設(shè)備的模式以及用于選擇射頻通信信道和時(shí)隙。另外，控制單元可以通過(guò)其控制出口而作用于切換裝置，這樣它們可提供并接收語(yǔ)音信息或其它類型的數(shù)據(jù)。
例如，當(dāng)將語(yǔ)音從移動(dòng)站發(fā)射到基站時(shí)，在傳輸之前，在語(yǔ)音編碼器161中將該語(yǔ)音數(shù)字化。代表該語(yǔ)音的數(shù)字信號(hào)通過(guò)第一切換裝置162被傳送到信道編碼器163，在該信道編碼器163內(nèi)，用糾錯(cuò)編碼對(duì)這些數(shù)字信號(hào)進(jìn)行編碼，以使其用于在射頻通信信道上的傳輸，這種糾錯(cuò)編碼可延續(xù)三個(gè)或更多個(gè)連續(xù)的分配給移動(dòng)站的時(shí)隙。發(fā)射機(jī)對(duì)該數(shù)字信號(hào)進(jìn)行調(diào)制及功率放大，并在來(lái)自控制單元的控制信號(hào)的控制下，在一個(gè)時(shí)隙內(nèi)高速地傳送它們。
當(dāng)將數(shù)據(jù)從移動(dòng)站傳輸?shù)交緯r(shí)，數(shù)據(jù)被數(shù)據(jù)饋送裝置168饋送到控制單元167。通過(guò)第一切換裝置162，將代表饋入數(shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)從控制單元傳遞到信道編碼器163。在信道編碼器163內(nèi)，使用與對(duì)來(lái)自語(yǔ)音編碼器161的數(shù)字信號(hào)的相同的方式，對(duì)來(lái)自控制單元的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行編碼。此后，來(lái)自控制單元的數(shù)字信號(hào)通過(guò)射頻發(fā)射機(jī)被發(fā)射出去，這與語(yǔ)音的發(fā)射方法相同。
當(dāng)將語(yǔ)音從基站發(fā)射到處于一個(gè)射頻通信信道上的移動(dòng)站100時(shí)，在來(lái)自控制單元167的信號(hào)控制下，在一個(gè)時(shí)隙內(nèi)，在射頻接收機(jī)174中高速地接收這些數(shù)字信號(hào)。數(shù)字信號(hào)被解調(diào)，并被從射頻接收機(jī)174傳導(dǎo)到信道解碼器173。在信道173中，產(chǎn)生了糾錯(cuò)解碼，這種糾錯(cuò)解碼原則上是在信道編碼器163內(nèi)所產(chǎn)生的編碼的逆。來(lái)自信道解碼器173的數(shù)字信號(hào)通過(guò)第二切換裝置172被傳送到語(yǔ)音解碼器171。在語(yǔ)音解碼器中，來(lái)自切換裝置的數(shù)字信息被解碼為模擬聲音信息。
權(quán)利要求
1.用于抑制射頻信號(hào)(S1、S2、S3、S4)內(nèi)諧波的濾波器設(shè)備(3)，包括具有固定特性的第一濾波器(3b)、與第一濾波器(3b)串聯(lián)連接的一個(gè)第二濾波器(3a、90、110)，其特征在于所述第二濾波器(3a、90、100)是可切換的，并至少包括具有第一和第二端的一個(gè)諧振電路設(shè)備(22、24、94、122、124)，其中所述第一端與包含在諧振電路設(shè)備內(nèi)的傳輸傳導(dǎo)器件(25、96、125)相連，所述第二端與參考電位(VREF)相連，其中諧振電路設(shè)備(22，24，94，122，124)包括— 首先，由第一電抗器件(L22、L24、L94、C122、C124)和至少一個(gè)反向PIN二極管(D22)組成的第一并聯(lián)連接電路，以及— 其次，與第一并聯(lián)連接電路串聯(lián)排列的第二電抗器件(C21、C23、C93、L122、L124)，所述第二個(gè)可切換濾波器(3a、90、100)是這樣排列的— 以便在第一模式中，為頻率較低的第一主頻帶(51、81)內(nèi)的射頻信號(hào)(S1、S3)提供良好的傳輸，并抑制與這個(gè)第一主頻帶(51、81)相對(duì)應(yīng)的至少一階諧波，以及— 以便在第二模式中，為頻率較高的第二主頻帶(61、91)內(nèi)的射頻信號(hào)(S2、S4)提供良好的傳輸，并抑制與這個(gè)第二主頻帶(61、91)相對(duì)應(yīng)的至少一階諧波(62、92)。
2.依據(jù)權(quán)利要求1的所述濾波器，其特征在于諧振電路設(shè)備(22、24、94、122、124)中的所述PIN二極管(D22)被如此排列，以保證在所述第一或第二模式中的一種模式下，PIN二極管(D22)為低電阻狀態(tài)，此時(shí)PIN二極管(D22)的特性實(shí)質(zhì)上為感性，而在所述第一和第二模式中的另一種模式下，確保PIN二極管為高電阻狀態(tài)，此時(shí)PIN二極管(D22)的特性實(shí)質(zhì)上為容性。
3.依據(jù)權(quán)利要求2的所述濾波器設(shè)備，其特征在于處于與所述第一和第二模式中的一種相對(duì)應(yīng)的第一位置的PIN二極管(D22)與所述第二電抗器件(C21、C23、C93、L121、L123)組合，一起構(gòu)成了一個(gè)串聯(lián)諧振電路，該串聯(lián)諧振電路具有與所討論的頻帶相適應(yīng)的第一諧振頻率，在相應(yīng)的第二位置上的PIN二極管與所述第一電抗器件(L22、L24、L94、C122、C124)組合，一起構(gòu)成了一個(gè)并聯(lián)諧振電路，該并聯(lián)諧振電路具有適用于所討論頻帶的第二諧振頻率，這個(gè)第二諧振頻率可以與所述第一諧振頻率顯示出相同的值。
4.依據(jù)權(quán)利要求1、2或3的所述濾波器設(shè)備，其特征在于所述第一電抗器件(L22、L24、L94)是感性的，而所述第二電抗器件(C21、C23、L93)是容性的。
5.依據(jù)權(quán)利要求4的所述濾波器設(shè)備，其特征在于所述諧振電路設(shè)備(22、24、94)被如此排列，使得為低電阻狀態(tài)的PIN二極管(D22)被排列，以便與所述第二電抗器件(C21、C23、C93)一起構(gòu)成一個(gè)串聯(lián)諧振電路，這里PIN二極管顯示出感性特征，還可將為高電阻狀態(tài)的同一個(gè)PIN二極管(D22)排列，以便與所述第一電抗器件(L22、L24、L94)一起構(gòu)成一個(gè)并聯(lián)諧振電路，這里PIN二極管具有容性特性。
6.依據(jù)權(quán)利要求5的所述濾波器設(shè)備，其特征在于所述串聯(lián)諧振電路給予第二濾波器(3a)對(duì)于與第一主頻帶(51、81)相對(duì)應(yīng)的至少一階諧波有一個(gè)帶阻特性。
7.依據(jù)權(quán)利要求5或6的濾波器設(shè)備，其特征在于所述并聯(lián)諧振電路給予第二濾波器(3a)對(duì)于較高頻率的第二主頻帶(61、91)有一個(gè)帶通特性。
8.依據(jù)權(quán)利要求4至7之一的濾波器設(shè)備，其特征在于以電感形式出現(xiàn)的第三電抗器件(L21、L23、L93)與所述第二電抗器件(C21、C23、C93)并聯(lián)連接而形成一個(gè)并聯(lián)諧振電路，這里這一并聯(lián)諧振電路顯示出與第一頻帶(51、58)的中心頻率(f1、f3)基本上相應(yīng)的諧振頻率。
9.依據(jù)上述權(quán)利要求中任一個(gè)的濾波器設(shè)備，其特征在于所述濾波器設(shè)備(3)包括兩個(gè)諧振設(shè)備(22、24、122、124)。
10.依據(jù)權(quán)利要求9的所述濾波器設(shè)備，其特征在于所述兩個(gè)諧振電路設(shè)備(22、24、122、124)是由傳輸傳導(dǎo)器件(25、125)分開(kāi)的，其長(zhǎng)度基本上與所述第二主頻帶(61、91)的中心頻率(f2、f4)的1/4波長(zhǎng)相對(duì)應(yīng)。
11.一種用來(lái)在依據(jù)權(quán)利要求1的所述濾波器設(shè)備中抑制射頻信號(hào)(S1、S2、S3、S4)內(nèi)諧波的方法，其特征在于包括以下步驟— 將第二可切換濾波器(3a、90、110)設(shè)置為第一模式；— 在第一的較低頻帶(51、81)內(nèi)傳輸射頻信號(hào)(S1、S3)，并抑制與所述第一主頻帶相應(yīng)的至少一階諧波(52、82)；— 將第二可切換濾波器(3a、90、110)設(shè)置為第二模式；— 在第二的較高頻帶(61、91)內(nèi)傳輸射頻信號(hào)(S2、S4)，所述第一濾波器(3b)抑制與這一第二主頻帶(61、91)相對(duì)應(yīng)的至少一個(gè)諧波(62、92)。
12.用于射頻信號(hào)的功率放大器設(shè)備(10)，包括— 一個(gè)功率放大器(1)；— 一個(gè)阻抗匹配電路(2)，它排列在功率放大器(1)的出口上，以及— 一個(gè)濾波器設(shè)備(3)，與所述阻抗匹配電路(2)的出口相連，用于抑制諧波，其功能與以下組合相對(duì)應(yīng)具有固定特性的一個(gè)第一濾波器(3b)，以及與第一濾波器(3b)串聯(lián)排列的一個(gè)第二濾波器(3a、90、110)，其特征在于功率放大器設(shè)備(10)至少具有兩種模式，這些模式中的每一個(gè)都與使功率放大器設(shè)備(10)的特性適應(yīng)至少一個(gè)主頻帶(51、61)相對(duì)應(yīng)，并且第二濾波器(3a、90、110)是可切換的，并被排列為在所述多個(gè)模式的第一模式下，可為第一個(gè)較低的主頻帶(51、81)提供良好傳輸，并抑制與這個(gè)第一主頻帶(51、81)相對(duì)應(yīng)的至少一階諧波，以及在所述多個(gè)模式的第二模式下，可為第二個(gè)較高的主頻帶(61、91)提供良好的傳輸。
13.依據(jù)權(quán)利要求12的功率放大器設(shè)備，其特征在于阻抗匹配電路(2)包括一個(gè)用作切換裝置(S29)的PIN二極管，借助于將一個(gè)器件(C28)連接上或?qū)⑵鋽嚅_(kāi)，從而，使功率放大器(1)的負(fù)載阻抗適用于相應(yīng)的第一和第二模式。
14.依據(jù)權(quán)利要求13的功率放大器設(shè)備，其特征在于所述器件(C28)是由電容構(gòu)成的。
15.處于蜂窩通訊網(wǎng)中的移動(dòng)站(100)，其中該移動(dòng)站用于在至少兩個(gè)可選擇的獨(dú)立射頻頻帶上與至少一個(gè)基站進(jìn)行通信，該移動(dòng)站包括用于射頻信號(hào)的至少一個(gè)功率放大器設(shè)備(10)，它包括— 一個(gè)功率放大器(1)；— 一個(gè)阻抗匹配電路(2)，它與該功率放大器(1)的出口相連，以及— 一個(gè)濾波器設(shè)備(3)，與所述阻抗匹配電路(2)的出口相連，用于抑制諧波，其功能與以下組合相應(yīng)具有固定特性的一個(gè)第一濾波器(3b)，以及與所述第一濾波器(3b)串聯(lián)排列的第二濾波器(3a、90、110)，其特征在于功率放大器設(shè)備(10)至少具有兩種模式，這里每一個(gè)模式都與使功率放大器設(shè)備(10)的特性適應(yīng)于至少一個(gè)主頻帶(51、61)相對(duì)應(yīng)，且第二濾波器(3a、90、110)是可切換的，并被排列為在所述多個(gè)模式中的第一模式下，可為第一個(gè)較低主頻帶(51、81)提供良好傳輸，并抑制與這個(gè)第一主頻帶(51、81)相對(duì)應(yīng)的至少一階諧波，以及在所述多個(gè)模式的第二模式中，可為第二個(gè)較高的主頻帶(61、91)提供良好傳輸。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于射頻信號(hào)的能有效抑制諧波的一個(gè)功率放大器設(shè)備(10),這種功率放大器設(shè)備可以在至少兩個(gè)單獨(dú)的主頻帶上進(jìn)行切換,這里,允許與第一主頻帶相對(duì)應(yīng)的諧波可以和至少一個(gè)第二主頻帶的頻率范圍相重疊。功率放大器設(shè)備(10)包括一個(gè)功率放大器(1)以及一個(gè)阻抗匹配電路(2),這個(gè)阻抗匹配電路可以用PIN二極管來(lái)進(jìn)行切換,它還為每個(gè)單獨(dú)的主頻帶提供合適的負(fù)載阻抗。另外,該功率放大器設(shè)備包括一個(gè)濾波器設(shè)備(3),這個(gè)濾波器設(shè)備包括一個(gè)固定低通濾波器(3b)以及一個(gè)可切換濾波器(3a),這個(gè)可切換濾波器(3a)用作可接入也可脫離開(kāi)的限波濾波器,它至少包括一個(gè)可逆PIN二極管。在第一模式中,這個(gè)可切換濾波器(3a)允許在第一主頻帶內(nèi)傳遞信號(hào),同時(shí)抑制與這一主頻帶相對(duì)應(yīng)的至少一階諧波。在第二模式中,第二主頻帶被沒(méi)有明顯損耗地傳送,且由固定低通濾波器(3a)對(duì)諧波進(jìn)行抑制。
文檔編號(hào)H03H7/38GK1249079SQ9880281
公開(kāi)日2000年3月29日 申請(qǐng)日期1998年2月20日 優(yōu)先權(quán)日1997年2月25日
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