專利名稱：高效的信號功率放大方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及無線電頻率放大器，具體涉及來自多個信號路徑的信號的功率組合。
背景模擬信號處理技術(shù)，如頻率調(diào)制(FM)，一般允許無線電設(shè)計者使用非常高效的非線性功率放大器傳輸無線電頻率功率信號。但是，數(shù)字調(diào)制往往要求線性的功率放大，因為數(shù)字信息往往以被傳輸信號的幅度和相位來表示。一般來說，線性放大器不如非線性放大器效率高，因為在放大信號的整個周期中線性放大器保持激活并耗散功率。相反，非線性放大器，如C、D、E、F、G和S類放大器只耗散不到放大信號半個周期的的功率。隨著在各種應(yīng)用中越來越普遍使用數(shù)字調(diào)制，尤其是在那些移動和便攜式電子無線電產(chǎn)品中，需要為線性放大器獲得一般非線性功率放大器的功率效率。現(xiàn)有技術(shù)公布了用于提高線性放大器效率的方法。這些方法一般包括加載或提供調(diào)制以提高效率。但是，這些方法的實現(xiàn)往往很復(fù)雜。需要以不大的復(fù)雜度提供一種高效的信號功率放大方法。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個無線電的框圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個功率組合器的概要圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的第二個功率組合器的實施例。
圖4是功率恢復(fù)電路的首選實施例的概要示意圖。
本發(fā)明提供組合多個信號，如組合來自多個放大路徑的信號時的能量恢復(fù)。功率組合器從輸入信號的組合生成多個輸出信號。功率組合器的其中一個輸出信號連接到功率恢復(fù)電路，能量被恢復(fù)并最好被存儲以備后用。
圖1是圖示根據(jù)本發(fā)明的一個無線電100的一個簡化框圖。無線電100包括一個提供該無線電的操作控制的控制器105。無線電100還包括通過一個發(fā)送/接收(T/R)開關(guān)130連接到天線139的一發(fā)射機140和接收機115。該無線電可工作于接收模式，在該模式下來自天線139的RF接收信號137被傳送給接收機115。接收機115將一個由RF接收信號137導(dǎo)出的接收基帶信號108提供給控制器105。
該無線電還可工作于發(fā)射模式，在該模式下控制器105操作發(fā)射機140處理基帶信號107。發(fā)射機140包括一個信號調(diào)制器110和一個線性放大器150。優(yōu)選地，該線性放大器150是沒有非線性元件的線性放大器(LINC)。信號調(diào)制器110從控制器105接收發(fā)射基帶信號107并產(chǎn)生RF調(diào)制信號113，114。線性放大器150包括放大RF調(diào)制信號113、114的放大路徑或電路117、119，并將輸入信號120、123提供給功率組合器125。在一個實施例中，放大電路117、119在C類放大模式下工作。對于LINC放大，RF調(diào)制信號113，114被設(shè)計為具有相等的恒定的幅度并由信號調(diào)制器110調(diào)制使得在RF調(diào)制信號113，114之間存在一個特定的相位變化關(guān)系。功率組合器125被連接以接收輸入信號120，123并將它們組合起來，形成一個輸出信號127。在一個實施例中，輸出信號127是一個調(diào)幅RF信號，其中信息以該第一輸出信號127的相位和幅度來表示。輸出信號127然后被發(fā)送給T/R開關(guān)130以便通過天線139發(fā)射。功率組合器125還將不發(fā)送給發(fā)射/接收開關(guān)130的RF功率通過另一個作為功率恢復(fù)信號的輸出信號133送給功率恢復(fù)電路136。在首選實施例中，功率恢復(fù)電路135包括一個能量存儲裝置，如能量電池，它由功率恢復(fù)信號充電并給無線電100提供電力。
圖2是說明本發(fā)明的一個首選實施例的一個電路圖。RF調(diào)制信號113，114分別連接到第一和第二放大電路117，119。功率組合器125包括兩個輸入端口210，220和兩個輸出端口215，230。輸出端口215可選地將RF輸出功率傳導(dǎo)出組合器并被連接到一個發(fā)射元件，如天線上。另一個輸出端口230將RF功率傳導(dǎo)出功率組合器125并被連接到功率恢復(fù)電路135，詳見下文。兩個放大電路117，119分別被連接以將輸入信號傳送到組合器輸入端210、220。在首選實施例中，放大電路117，119是非線性放大器，由放大器電路117，119產(chǎn)生的輸入信號120，123保持恒定的幅度和特定的相位關(guān)系，該關(guān)系也出現(xiàn)在RF調(diào)制信號113，114中。在功率組合器125中包括四個阻抗變換器235，237，240，243使得在每一個輸入端口和第一個輸出端口之間連接一個阻抗變換器。每個阻抗變換器都有一個相移，該相移的選擇應(yīng)使得在輸出端口215，230組合功率時保證當兩個輸出端口中的一個為最大功率時，另一個輸出端口處為最小功率。輸出端口215，230處的功率電平基本上分別是輸入信號120，123的和與差并可通過RF調(diào)制信號113，114的相對相位來控制。在首選實施例中，阻抗變換器235，237，240，243是傳輸線，相移分別為90，90，270和90度。
圖3示出了使用Wilkinson類型組合器170的本發(fā)明的第二個實施例。同圖2中一樣，RF調(diào)制信號113，114分別連接到第一和第二放大電路117，119上，Wilkinson組合器170包括兩個輸入端口310，312和一個輸出端口315。輸出端口315可選地將RF輸出功率傳導(dǎo)出組合器170并連接到一個發(fā)射元件，如天線上。兩個放大電路117，119連接到組合器170將放大RF功率信號分別傳送到輸入端口310，320，差分RF到直流(DC)轉(zhuǎn)換器335形式的功率恢復(fù)電路也連接到輸入端口310，320并在輸入端口310，320處出現(xiàn)的信號的相位差為180度時差分RF到DC轉(zhuǎn)換器335將產(chǎn)生最大的DC電力。當輸入端口310，320處出現(xiàn)的信號同相時，RF/DC轉(zhuǎn)換器335將產(chǎn)生最小DC電力。當輸入端口310，320的信號同相時，輸出端口315處將出現(xiàn)最大RF功率，而當輸入端口310，320處的信號相位差180度時，輸出端口315處將出現(xiàn)最小功率。Wilkinson組合器170包括兩個阻抗變換器325，330，它們被配置使得在一個輸入端口和一個輸出端口之間連接一個阻抗變換器，優(yōu)選地，阻抗變換器325，330有相同的相移。在一個實施例中，阻抗變換器325，330的相移都是90度。
圖4是說明單端RF到DC轉(zhuǎn)換器135的首選實施例的概要圖。單端RF到DC轉(zhuǎn)換器135是具有單端輸出端口440的一個全波整流器電路。單端RF到DC轉(zhuǎn)換器135通過一個串行電容器435將功率恢復(fù)信號133連接到第一二極管430的陽極和第二二極管430的陰極上。第二二極管430的陽極和第一二極管425的陰極通過充電電容器420連接。當功率恢復(fù)信號133出現(xiàn)時DC電力通過充電電容器420被存儲。優(yōu)選地，二極管425和430是Schottkey二極管。
本發(fā)明大大改善了現(xiàn)有技術(shù)。組合器輸出的電力，如果不被傳送給有用的負荷，并不是被簡單地耗散掉，而是被存儲用于給定產(chǎn)品的進一步應(yīng)用中。組合技術(shù)可以與非線性放大器和功率恢復(fù)電路結(jié)合使用以形成一個非常高效的線性放大器。進一步來說，與其它高效線性放大器的技術(shù)不同，本發(fā)明不包括反饋回路帶寬限制。
在不背離所附的權(quán)利要求書定義的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，本技術(shù)領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員將可進行多種修正，修改，變化，替代以及等效。
權(quán)利要求
1.一種裝置，包括一個功率組合器，響應(yīng)第一和第二輸入信號生成表示第一和第二輸入信號之和的第一輸出信號和表示第一和第二輸入信號之差的第二輸出信號；以及一個功率恢復(fù)電路，連接到第一和第二輸出信號的其中之一上。
2.權(quán)利要求1的裝置，其中該組合器包括第一、第二、第三、第四端口；第一和第二端口分別與第一和第二輸入信號連接；第三和第四端口分別提供第一和第二輸出信號；第一輸出信號由第一輸入信號的一部分和第二輸入信號的一部分生成，這些部分相互之間有一個第一相位差；第二輸出信號由第一輸入信號的一部分和第二輸入信號的一部分生成，這些部分相互之間有一個第二相位差，該相位差等于第一相位差加180度。
3.權(quán)利要求2的裝置，進一步包括一個第一阻抗變換器，連接在第一和第三端口之間；一個第二阻抗變換器，連接在第二和第三端口之間；一個第三阻抗變換器，連接在第二和第四端口之間；一個第四阻抗變換器，連接在第四和第一端口之間；其中第一，第二和第四阻抗變換器各有一個90度的相移；以及其中第三阻抗變換器有一個270度的相移。
4.高效的功率放大方法，包括以下步驟組合兩個無線電頻率輸入信號生成一個調(diào)幅信號和一個功率恢復(fù)信號；存儲由功率恢復(fù)信號導(dǎo)出的能量以作為電力資源重新利用。
5.權(quán)利要求4的方法，其中兩個輸入信息有恒定的幅度并且相互之間有一個變化的相位關(guān)系。
6.權(quán)利要求5的方法，其中組合兩個無線電頻率輸出信號的步驟包括以下步驟提供一個這兩個輸入信號之間的第一數(shù)量的相移以生成調(diào)幅信號；以及提供一個這兩個輸入信號之間的該第一量的相移，再加上一個相互之間大約180度的附加相移以生成功率恢復(fù)信號。
7.一個在發(fā)射機中恢復(fù)無線電頻率能量的方法，包括以下步驟生成具有特定變化相位關(guān)系和基本恒定幅度的第一和第二放大無線電頻率信號；組合第一和第二放大無線電頻率信號產(chǎn)生一個調(diào)幅無線電頻率信號和一個功率恢復(fù)無線電頻率信號；以及將功率恢復(fù)無線電頻率信號轉(zhuǎn)換為一個直流電源信號。
8.權(quán)利要求7的方法，進一步包括用直流電源信號重新充電一個能量單元的步驟。
9.一種通信裝置，包括一個發(fā)射機，包括一個線性放大器，該線性放大器包括非線性元件；以及一個功率恢復(fù)電路，連接到線性放大器以存儲來自發(fā)射機的未使用的能量。
10.權(quán)利要求9的通信裝置，其中非線性電路至少包括兩個工作在非線性工作級的放大器。
全文摘要
一個裝置(100)使用來自組合電路(125)的電功率恢復(fù)以改善效率。功率組合器(125)由輸入信號生成多個輸出信號(127,133)。功率組合器的輸出信號中的一個連接到功率恢復(fù)電路(135),能量被恢復(fù)并且優(yōu)選地被存儲以備后用。
文檔編號H03F3/68GK1254453SQ9880474
公開日2000年5月24日 申請日期1998年4月30日 優(yōu)先權(quán)日1997年5月2日
發(fā)明者羅伯特·E·斯丹格爾, 斯科特·A·奧爾森 申請人:摩托羅拉公司