專利名稱：用于多頻帶傳輸?shù)姆椒ê脱b置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及射頻(RF)通信信號的傳輸。更具體地說，本發(fā)明涉及一種用于在多頻帶中傳輸RF通信信號的方法和裝置。
典型的單頻帶RF發(fā)射機電路包括一功率放大器(PA)、一帶通濾波器、阻抗匹配電路以及一天線。該PA根據(jù)要求的通信協(xié)議放大該通信信號。當信號從PA傳到天線時，阻抗匹配電路使RF損耗最小。該濾波器允許要求的頻帶的RF通信信號通過該天線并在空中接口中傳輸。帶通濾波器以及阻抗匹配電路通常被具體設計成在一指定頻帶上操作。為在多個相鄰或分開的頻帶中傳輸，要求另外的元件以允許調(diào)整頻帶。
用于實現(xiàn)多頻帶傳輸能力的方法是在無線通信設備中采用兩個或多個單獨的PA設備。這要求一個PA用于該設備被設計成在其操作中的一個模式或頻帶。這進一步要求提供相應的多個電子通路，一個用于一個單獨的PA以及用于濾波和阻抗匹配的相關的電路。在這種情況下，根據(jù)任何一個模擬或數(shù)字標準，將第一PA和相關電路優(yōu)化成在第一頻帶中操作。根據(jù)要求的標準，將第二PA和相關電路優(yōu)化成在第二頻帶中操作。該方法要求最小的設計工作，然而，具有多個PA將顯著地增加該產(chǎn)品的成本，因為PA由于其復雜性，是較昂貴的元件之一。另外，用作數(shù)字RF傳輸?shù)腜A加重了成本和復雜性。
用于實現(xiàn)多頻帶傳輸能力的第二種方法是利用pin二極管電路。用該pin二極管電路，在單個PA后跟隨嵌入到輸入和輸出阻抗匹配網(wǎng)絡中的pin二極管交換網(wǎng)絡。所述pin二極管交換網(wǎng)絡響應由微處理器發(fā)送的電命令信號來控制通信信號的后置放大器阻抗匹配。根據(jù)該裝置的操作模式，改變該pin二極管交換網(wǎng)絡的阻抗特征則改變了該電路的頻率響應。例如，當該通信設備處于第一操作模式時，pin二極管交換網(wǎng)絡被轉換到與其相應的第一RF頻帶。然而，該方法要求增加成本和電路復雜性、使優(yōu)化和調(diào)諧變得更困難的大量部件。同時由于pin二極管是非線性的，這些電路易于使所要求的通信信號失真并產(chǎn)生相鄰信道功率(ACP)噪音，從而干擾在相鄰信道上的用戶。這使得它們被禁止用在線性調(diào)制方案(CDMA或TDMA)中。
第三種方法在單個PA后利用雙工電路，提供第一通路和第二通路，一個通路用于雙工模式通信設備的每個模式。根據(jù)第一模式，第一通路被設計成用于第一RF頻帶，根據(jù)第二模式，第二通路被設計成用于第二RF頻帶。在這種結構中，PA輸出被連接到分為第一通路和第二通路的信號傳輸線上。每條傳輸線被連接到與所要求的頻帶相應的帶通濾波器和相關的匹配電路上。
為使該雙工方法起作用，該電路必須包括長的信號傳輸線來在PA和各自的濾波器的元件之間傳送放大的信號。第一結果是在印刷電路板(PCB)上的空間必須可用來容納必要長度的傳輸線，因為線長和寬對電路性能來能是很關鍵的。第二，必要的傳輸線的長度使該電路極大地損耗，結果要求更多的功率并且降低整個電路的效率。
雙工方法的一種變形排除了長的、有損耗的傳輸線的問題，但還存在另一缺點。該電路要求高精度的分立元件代替長的傳輸線以獲得對適當?shù)碾娐沸阅芩匦璧母逹值。這的確允許降低在PCB上用于傳輸線必需的空間，但顯著增加了高精度部件的數(shù)量從而增加該設備的成本。
該雙工方法的最后的缺點是該后置PA濾波器的頻帶阻抗的臨界輸出。為使該雙工正確地起作用，當該電路在第二頻帶操作時，必須準確地知道第一頻帶濾波器的頻帶阻抗的輸出，相反地，當該電路在第一頻帶操作時，必須準確地知道第二頻帶濾波器的頻帶阻抗的輸出。有必要保證傳輸線是適當長度，并且當往第一RF頻帶通路中看時，PA在第二RF頻帶處看到開路電路。要求帶外阻抗是精確的規(guī)定，增加了濾波器和整個網(wǎng)絡設計的成本和復雜性。
附加電路的使用引起一問題，因為這要求該設備中的更多的空間，而幾乎經(jīng)常要求成本縮減。當前方法不良地產(chǎn)生不需要的功耗并降低整個電路性能。因此，需要改善在多頻帶中使用更少元件同時保持或提高當前發(fā)射機性能水平的傳輸RF信號的裝置和方法。
圖2表示根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的無線通信設備的發(fā)射機部分的框圖。
圖3表示作為射頻的函數(shù)的復雜變換器的阻抗變換。這表示根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的發(fā)射機的操作范圍的變換。
圖4表示根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的第一通路的頻率響應。
圖5是對應于在圖4中的頻率響應圖的史密斯圓圖，表示根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的帶外阻抗和帶內(nèi)信號。
圖6表示本發(fā)明的優(yōu)選實施例的第二通路的頻率響應；圖7是對應于在圖6中的頻率響應圖的史密斯圓圖，表示根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的帶外阻抗以及帶內(nèi)信號。
優(yōu)選實施例的說明本發(fā)明提供一種唯一的用于在多頻帶中發(fā)送射頻(RF)通信信號的方法和裝置。這可應用在用多種通信系統(tǒng)，如蜂窩通信系統(tǒng)、個人通信系統(tǒng)(PCS)或衛(wèi)星通信系統(tǒng)操作的無線通信設備中。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，便攜式無線電話的雙工模式收發(fā)機在調(diào)諧到通常稱為800MHz頻帶或蜂窩頻帶的第一RF頻帶以及調(diào)諧到通常稱為1900MHz頻帶或PCS頻帶中發(fā)送RF通信信號。另外，雙工模式收發(fā)機被設計成在蜂窩頻帶中的高級移動電話系統(tǒng)(AMPS)下，或在蜂窩頻帶和PCS頻帶中的時分多址(TDMA)協(xié)議下操作。然而，該收發(fā)機被設計成在除AMPS和TDMA外的通信協(xié)議，如全球數(shù)字移動電話系統(tǒng)(GSM)、碼分多址(CDMA)、cdma2000、W-CDMA等等下操作。


圖1中的框圖表示根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的無線通信設備100。該設備是包括本發(fā)明的便攜式無線電話。在優(yōu)選實施例中，幀生成器ASIC102，如可從Motorla公司獲得的CMOS ASIC以及微處理器104，如也可從Mortorla公司獲得的一68HC11微處理器，結合起來生成用于在便攜式系統(tǒng)中操作的必要的通信協(xié)議。微處理器104使用包括優(yōu)選地固化在插件114中的RAM108、EEPROM110和ROM112的存儲器106來執(zhí)行生成該協(xié)議和執(zhí)行用于該無線通信設備的其他功能如寫顯示器116、從一鍵盤118接收信息或控制頻率合成器130所必需的步驟。ASIC102處理由音頻電路124變換的、來自麥克風122并輸出到揚聲器126的音頻。
圖1進一步示出了要求用于操作雙重模式通信設備的、能在兩個不同的RF頻帶中發(fā)送RF信號的發(fā)射機128。圖2表示該無線通信設備的發(fā)射機128部分的詳細說明。發(fā)射機128由功率放大器200、復雜變換器(complex transformer)202、第一通路204以及第二通路206組成。第一通路204是用于在第一RF頻帶中傳送，第二通路206是用于在第二RF頻帶中發(fā)送。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，第一通路204根據(jù)本發(fā)明的第一操作模式被調(diào)諧以便發(fā)送，第二通路206根據(jù)第二操作模式被調(diào)諧以便發(fā)送。更進一步，第一操作模式發(fā)送AMPS RF通信信號或處在低頻帶中，第二操作模式被調(diào)諧以便發(fā)送PCS TDMARF通信信號，或處在高頻帶中。AMPS通信系統(tǒng)工作在824MHz到894MHz操作，該頻段被細分成30kHz信道。TDMA通信系統(tǒng)工作在用于蜂窩系統(tǒng)的824MHz到894，以及工作在用于PCS系統(tǒng)的從1850MHz到1990MHz且被細分成30kHz信道。根據(jù)通信設備是處于第一操作模式或第二操作模式，分別經(jīng)第一通路204或第二通路206發(fā)送RF通信信號。
復雜變換器202進一步由第一節(jié)點210、第二節(jié)點214、耦合在PA200和第一節(jié)點210的第一傳輸線208以及耦合在第一節(jié)點210和第二節(jié)點間的并聯(lián)電容器212組成。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，第二節(jié)點214是公共地。復雜變換器202在第二RF頻帶被設計成完全將系統(tǒng)特有的阻抗變換成所需的負載目標。當RF通信信號處于第一RF頻帶時，復雜變換器202在PA200的輸出部分地將RF通信信號的阻抗從第一阻抗變換成第二阻抗。轉到圖3，圖中表示出在給定頻率范圍通過復雜變換器202改變的阻抗變化。當RF通信信號處于第二RF頻帶時，復雜變換器202完全將RF通信信號從第一阻抗變換到第三阻抗。例如，在本發(fā)明的優(yōu)選實施例的情況下，在PA200輸出的第一阻抗約為2歐姆，當RF通信信號處于第一RF頻帶時被部分地變換為約5歐姆，且當RF通信信號處于第二RF頻帶時，第一阻抗被完全從約2歐姆變換到約50歐姆。由于PA200的輸出阻抗非常低，在高Q第一電容器212后使用高品質(Q)第一傳輸線208以便保證該電路保持在指定的公差中并正確操作。
第一通路204進一步包括第三節(jié)點218、第四節(jié)點224、以及第五節(jié)點230、耦合在第一節(jié)點210和第三節(jié)點218間的第二傳輸線216、耦合在第三節(jié)點218和第二節(jié)點214間的第二并聯(lián)電容器220、耦合在第三節(jié)點218和第四節(jié)點224間的第三傳輸線、耦合在第四節(jié)點和第二節(jié)點間的第三并聯(lián)電容器226、以及耦合在第四節(jié)點224和第五節(jié)點230間的第一濾波器228。
轉到圖4，頻率響應圖表示第一通路204的頻率響應。頻率響應是在第一RF頻帶中的RF通信信號傳遞到該天線。圖4也表示在第二RF頻帶中的RF通信信號被顯著地衰減。圖5是表示第一RF頻帶的第一RF頻帶阻抗402或帶內(nèi)RF通信信號中以及第二RF頻帶的第二RF頻帶阻抗404或帶外通信信號史密斯圓圖500。
第二通路206包括第六節(jié)點238、第七節(jié)點242、耦合在第一節(jié)點210和第六節(jié)點238間的第二濾波器232、耦合在第六節(jié)點238和第七節(jié)點242間的第四傳輸線240、耦合在第七節(jié)點242和第二節(jié)點214間的第四并聯(lián)電容器244、以及耦合在第七節(jié)點242和第五節(jié)點230間的第三濾波器246。
轉到圖6，頻率響應圖表示第二通路206的頻率響應。頻率響應是在第二RF頻帶中的RF通信信號傳遞到該天線。圖6也表示在第一RF頻帶中的RF通信信號被顯著地衰減。圖7是表示第二RF頻帶的第二RF頻帶阻抗602或帶內(nèi)RF通信信號以及第一RF頻帶的第一RF頻帶阻抗604或帶外通信信號史密斯圓圖500。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，第二濾波器232由與電感器236并聯(lián)耦合的電容器234組成，電感器236串聯(lián)耦合在第一節(jié)點210和第六節(jié)點238間。與電感器236并聯(lián)耦合的電容器234通常被稱為一LC容器(LC tank)。第二濾波器232并聯(lián)諧振在第一RF頻帶，并允許在第二RF頻帶中的頻率通過。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例的情況下，第二濾波器232在800MHz充當開路的并聯(lián)諧振。在第二RF頻帶或高頻帶，第二濾波器232是過諧振(above resonance)，且在理想元件的情況下可呈現(xiàn)為電容性。然而，通過用串聯(lián)諧振第五電容器234形成第二濾波器232，第二濾波器232實際上在第二RF頻帶或高頻呈現(xiàn)為通路(through circuit)。因為在第二RF頻帶中的RF通信信號的阻抗在第一節(jié)點已經(jīng)被變換成特有的阻抗，例如50歐姆，用常規(guī)元件形成第五電容器234和并聯(lián)電感器236實現(xiàn)的標稱Q值產(chǎn)生非常小的損耗。使用與高Q元件相反的常規(guī)元件以及僅使用用于該濾波器的兩個元件保持允許該電路經(jīng)濟可行的低元件成本。
當該設備處于第一操作模式并在第一RF頻帶操作時，由查看第二通路206，或高頻帶通路的該復雜變換器202所看到的實際阻抗部分(real portion of the impedance)將高于查看第一通路204的阻抗。因為這種大的阻抗差別，在第二通路206中僅彌散或丟失一小部分能源。這是通過設計復雜變換器202來實現(xiàn)的，使RF通信信號的阻抗在優(yōu)選實施例的情況下的第一RF頻帶或低頻中僅部分變換。同時在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，第二通路206的阻抗約為500歐姆，第一通路204的阻抗為5歐姆，導致的僅十分之三dB的插入損耗，這在插入損耗預算中是很好的。
因為復雜變換器202僅部分變換在第一RF頻帶中的阻抗，必須在進一步過濾和傳輸前完成阻抗變換。因此，第一通路的第二傳輸線216、第三傳輸線222、第二電容器220、以及第三電容器226被設計來完成在第一節(jié)點210的第二阻抗到在第四節(jié)點224的第四阻抗的變換。第三電容器226具有一個值，使得當RF通信信號處于第二RF頻帶或高頻帶時處于串聯(lián)諧振。這消除了對第一濾波器228的帶外阻抗控制或規(guī)定的需要。從而，在第三電容器226后發(fā)生的負載中的任何變化由在第二RF頻帶中出現(xiàn)的接近零的阻抗屏蔽。
盡管已經(jīng)在上述說明和附圖中描述和舉例說明本發(fā)明，應當理解，該說明僅通過舉例來說明且在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，本領域的技術人員能做出許多改變和修改。例如，盡管本發(fā)明方法和裝置是用于傳送RF通信信號，它也可應用到其他形式的無線通信信號如光波中。盡管本發(fā)明給出了在便攜式蜂窩無線電話中的特殊應用，本發(fā)明可應用到任何無線通信設備，包括尋呼機、電子組織器以及計算機中。申請人的發(fā)明僅應當由下述權利要求來限定。
權利要求
1.一種用于在第一RF頻帶和第二RF頻帶中傳送射頻(RF)通信信號的發(fā)射機，包括具有PA輸出的功率放大器(PA)，所述PA用于在所述第一RF頻帶和在所述第二RF頻帶中放大所述RF通信信號；第一變換器，包括第一節(jié)點、第二節(jié)點、耦合在所述PA輸出和所述第一節(jié)點間的第一傳輸線、以及耦合在所述第一節(jié)點和所述第二節(jié)點間的第一并聯(lián)電容器，所述第一變換器用于將在所述第二RF頻帶中的所述RF傳輸信號的阻抗全部變換成在所述第一節(jié)點的第一全變換的阻抗，所述第一變換器用于部分地將在所述第一RF頻帶中的所述第二RF通信信號的阻抗變換成在所述第一節(jié)點的第二部分變換的阻抗；第一通路，具有第三節(jié)點、第四節(jié)點以及第五節(jié)點、耦合在所述第一節(jié)點和所述第三節(jié)點間的第二傳輸線、耦合在所述第三節(jié)點和所述第二節(jié)點間的第二并聯(lián)電容器、耦合在所述第三節(jié)點和所述第四節(jié)點間的第三傳輸線、耦合在所述第四節(jié)點和所述第二節(jié)點間的第三并聯(lián)電容器、以及耦合在第四節(jié)點和第五節(jié)點間的一第一濾波器，用于僅傳遞在所述第一RF頻帶中的所述通信信號；以及第二通路，具有第六節(jié)點、第七節(jié)點、耦合在所述第一節(jié)點和所述第六節(jié)點間的第三濾波器、耦合在所述第六節(jié)點和所述第七節(jié)點間的第四傳輸線、耦合在所述第七節(jié)點和所述第二節(jié)點間的第四并聯(lián)電容器以及耦合在所述第七節(jié)點和所述第五節(jié)點間的第二濾波器，用于僅傳遞在所述第二RF頻帶中的所述第二RF通信。
2.如權利要求1所述的發(fā)射機，其中所述第一濾波器是一個低通濾波器，所述第二濾波器是一個低通濾波器以及所述第三濾波器是一個LC容器濾波器。
3.如權利要求1所述的發(fā)射機，其中所述第一傳輸線具有一第一阻抗，所述第二傳輸線具有第二阻抗，所述第三傳輸線具有第三阻抗，以及所述第四傳輸線具有第四阻抗。
4.如權利要求1所述的發(fā)射機，其中所述第一RF頻帶符合高級移動電話系統(tǒng)(AMPS)以及時分多址(TDMA)800MHz系統(tǒng)，所述第二RF頻帶符合所述TDMA 1900MHz系統(tǒng)。
5.如權利要求2所述的發(fā)射機，其中所述LC槽濾波器進一步包括第五并聯(lián)電容器和并聯(lián)的電感器，所述電感器串聯(lián)耦合在所述第一節(jié)點和所述第六節(jié)點間，其中當所述RF通信信號處于所述第二RF頻帶時所述第五并聯(lián)電容器是串聯(lián)諧振，當所述RF通信信號處于所述第一RF頻帶時，所述LC槽濾波器形成開路，以及當所述通信信號處于所述第一RF頻帶時，所述LC槽濾波器具有至少大于第二第一部分變換阻抗十倍的有效并聯(lián)電阻。
6.如權利要求1所述的發(fā)射機，其中所述第二節(jié)點是公共地。
7.如權利要求1所述的發(fā)射機，其中所述第一通路將所述第二阻抗變換為在所述第一節(jié)點和所述第四節(jié)點間的所述第三阻抗。
8.如權利要求1所述的發(fā)射機，其中當所述RF通信信號處于所述第二RF頻帶時所述第三并聯(lián)電容器是串聯(lián)諧振。
9.一種用于在第一RF頻帶和第二RF頻帶中傳送射頻(RF)通信信號的方法，包括步驟用功率放大器放大所述RF通信信號；當所述RF通信信號處于第一RF頻帶時，將所述RF通信信號的阻抗部分變換成第一部分變換阻抗；通過第一傳輸通路，傳送具有在所述第一RF頻帶中的一頻率的所述第一變換RF通信信號；當所述RF通信信號處于所述第二頻帶時，將所述RF通信信號的阻抗全部變換成第二全變換阻抗；以及通過第二傳輸通路，傳輸具有在所述第二頻帶中的一頻率的所述第二變換RF通信信號。
10.如權利要求9所述的方法，進一步包括僅用一個所述PA放大在所述第一和所述第二RF頻帶的所述RF通信信號的步驟。
11.如權利要求9所述的方法，進一步包括用所述第一傳輸通路，完成所述RF通信信號的所述第一部分變換阻抗到所述第二阻抗的阻抗變換的步驟。
12.如權利要求9所述的方法，進一步包括步驟當所述RF通信信號處于所述第二RF頻帶時，用LC槽濾波器通過所述第二傳輸通路傳遞所述RF通信信號、并且當所述RF通信濾波器處于所述第一頻帶時，用所述LC槽濾波器產(chǎn)生并聯(lián)諧振電路，防止所述RF通信信號經(jīng)過所述所述第二傳輸通路。
13.如權利要求9所述的方法，進一步包括用所述LC槽濾波器生成有效并聯(lián)電阻，以便當所述通信信號處于所述第一RF頻帶時，所述并聯(lián)電阻至少大于所述第一部分變換阻抗十倍。
全文摘要
一種發(fā)射機(128)，由用于放大在第一或第二RF頻帶中的RF通信信號的功率放大器(200)組成。該發(fā)射機具有復雜變換器(202)，用于部分變換在第一RF頻帶中的RF通信信號的阻抗，以及全部將RF通信信號的阻抗變換成在第二RF頻帶中的特有的阻抗。該發(fā)射機還包括第一通路(204Z)，用于傳送在該第一RF頻帶中的RF通信信號，以及第二通路(206)，用于傳送在第二RF頻帶中的RF通信信號。當該系統(tǒng)在第一RF頻帶中操作時，該第一通路完成RF通信信號的阻抗變換，且當該系統(tǒng)在該第二RF頻帶中操作時，該第二通路在該特有阻抗中操作。
文檔編號H04B1/04GK1436404SQ01811080
公開日2003年8月13日 申請日期2001年6月13日 優(yōu)先權日2000年6月15日
發(fā)明者彼得·南尼, 李湘, 埃里克·米德羅克 申請人:摩托羅拉公司