CN100546174C - 调整电路以及调整射频信号的幅度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于调整射频信号幅度的调整电路。所述调整电路包括用于输入和输出的多个端子，对匹配到端子的输入信号和匹配来自端子的输出信号起作用的匹配部件。所述调整电路还包括在所述匹配部件和地之间的至少一个可调电阻单元，用于改变所述幅度调整电路的至少一个端子处的输入和输出电阻。所述用于调整信号幅度的调整电路还可以包括用于输入和输出的多个端子，至少一对可调阻抗单元。所述阻抗单元的每一对位于一对输入和输出端子之间。每个可调阻抗单元并联连接于信号线路和地之间，并且每对所述阻抗单元具有相对于彼此互补的电抗。

Description

调整电路以及调整射频信号的幅度的方法

技术领域

本发明涉及一种用于调整信号幅度的调整电路。

背景技术

例如功率放大器的非线性元件引起信号失真。减少放大器引起的失真已通过各种手段进行了尝试。由于作为输入信号振幅的函数的被放大信号的幅度或相位的失真经常类似于一种已知函数，所以失真由具有相似特征行为的部件进行补偿。用于预矫正的典型部件包括二极管、场效应晶体管或双极结型晶体管。尽管这种解决方案简单，但它并不准确。一个部件的特征曲线不能足够好地消除例如功率放大器的非线性元件的失真。尽管所述部件被用于线性化非线性元件的行为，但该部件自身也会引起相位以及幅度二者的非线性。

幅度的预矫正能够通过使用查找表来执行，该查找表能够被更新以便达到自适应，这是由于放大器失真受到例如温度、放大器寿命以及馈送到放大器的信号的变化的影响。

除了查找表，一种高于一阶的多项式也被用于评估失真。通常，阶数必须至少为5或甚至为7阶才能足够好地消除失真。但这也大大增加了乘法运算的次数。

查找表或多项式都带来复杂、低速以及不理想的补偿电路，这导致信号处理中有问题的延迟。更进一步，用于多项式求解的乘法操作难于实施并引起不必要的延迟。因此，无论是否使用线性化，如果接入信号的功率电平变化，则功率放大器不能线性地放大信号，例如在UMTS(通用移动通信***)、CDMA(码分多址)、WCDMA(宽带码分多址)无线电***的情况下。

发明内容

本发明的目的是提供改进的调整电路以及改进的调整方法。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于射频信号幅度调整的调整电路，该调整电路包括用于输入以及输出的多个端子；具有匹配来自所述多个端子的输入信号和到所述多个端子的输出信号的作用的匹配部件；以及在所述匹配部件与地之间的至少一个可调电阻单元，用于改变幅度调整电路的至少一个端子处的电阻。

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于调整信号幅度的调整电路，该调整电路包括用于输入以及输出的多个端子；以及至少一对可调阻抗单元，可调阻抗单元的每一对位于一对输入和输出端子之间，可调阻抗单元的每一个都并联连接于信号线路与地之间，并且每对阻抗单元具有彼此互补的电抗。

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于在调整电路中调整射频信号幅度的方法，调整电路包括用于输入以及输出的多个端子；具有匹配来自所述多个端子的输入信号和至所述多个端子的输出信号的作用的匹配部件；以及在所述匹配部件与地之间的至少一个可调电阻单元。该方法包括利用至少一个可调电阻单元，通过改变每个电阻单元中至少一对可调阻抗单元的阻抗，来调整所述调整电路的至少一个端子的电阻。

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于在调整电路中调整信号幅度的方法，该调整电路包括用于输入以及输出的多个端子；以及至少一对可调阻抗单元，可调阻抗单元的每一对位于一对输入和输出端子之间，可调阻抗单元的每一个并联连接于信号线路与地之间。该方法包括调整该调整电路的阻抗，并在调整期间保持每一对阻抗单元的电抗相对于彼此互补。

本发明的优选实施方式在从属权利要求中将得到描述。

本发明的调整电路以及方法带来了若干优势。该调整电路简单，并提供了在宽频带中对幅度和相位的线性衰减/控制响应。

附图说明

在下文中，通过参考优选实施方式并结合附图详细描述本发明，其中：

图1示出了一种无线电***；

图2A示出了一种具有传输线路的调整电路；

图2B示出了一种具有定向耦合器的调整电路；

图2C示出了一种具有循环器的调整电路；

图3示出了一种在信号发生器与负载之间的调整电路；

图4是示出了电感调整阻抗曲线的史密斯圆图；

图5是示出了电容调整阻抗曲线的史密斯圆图；

图6是示出了调整并联阻抗曲线的史密斯圆图；

图7示出了通过电容二极管实现对阻抗的电感调整；

图8示出了通过电容二极管实现对阻抗的电容调整；

图9是示出了方法的流程图；以及

图10是示出了方法的流程图。

具体实施方式

本解决方案特别适用于在例如UMTS或WCDMA的无线电***中的传输器，但不仅限于此。

首先借助于图1描述了该无线电***。典型的数字无线电***包括订户设备100至104、至少一个基站106以及基站控制器108。基站106还可以被称为节点B而基站控制器108可以被称为无线电网络控制器。该订户设备100至104使用信号110至114与基站106进行通信。该基站106能够通过数字传输链路116被连接到该基站控制器108。该订户设备100至104可以是固定安装的端子、安装于车辆中的用户设备或便携移动端子。信号110至114在订户设备100至104与基站106之间承载数字信息，例如由订户或无线电***产生的语音或数据信息或控制信息。

图2A示出了用于调整信号幅度的调整电路。图2A中的调整电路包括输入端子200以及输出端子202。总体而言，该电路可以具有多个用于输入以及输出的端子。信号发生器204，其可以为在基站或用户设备中的传输器的一部分，为输入端子200提供信号。该电路包括匹配部件206，其具有匹配来自端子200的输入信号和至端子202的输出信号的作用。该匹配部件对该电路的阻抗起作用，并且具有不同属性的匹配部件能够改变该电路的阻抗。该匹配部件206可以是，例如传输线路，其长度1可以是信号波长λ的四分之一，即1＝λ/4+nλ/2，其中n＝0、1、2、......、∞。相应地，该匹配部件的相位偏移(弧度)也能够表示为

其中π≈3.1415926。传输线路的阻抗可以为50Ω、75Ω、100Ω、600Ω或任何其他期望的值。图2A中的调整电路包括两个在该匹配部件206和地之间的可调电阻单元208、210，用于在幅度调整电路的输入和输出端子200、202处改变电阻。负载212可以是非线性元件，例如放大器，该负载可以被连接到输出端子202。由负载212引起的幅度的非线性可以被调整电路消除。

除了传输线路206，能够使用一种线圈和电容的梯形结构。在这种实现方法中，线圈串联连接，并且每个线圈都具有双边连接以通过电容接地。通过选择线圈和电容的适当的值，能够达到所要求的相位偏移

每个可调电阻单元208、210可以包括多个并联和/或串联的部件，这些部件中至少某些是可调的。该电阻单元208、210中的部件也具有相对于彼此的互补电抗。例如，电阻单元208可以包括可调阻抗单元2080、2082，并且电阻单元210可以包括可调阻抗单元2100、2102。阻抗单元2080可以为感性，并且阻抗单元2082可以为容性，反之亦然。在电阻单元208中的该阻抗单元2080、2082调整期间，它们的电抗可以保持彼此相反，并且调整可以仅改变电阻单元208的电阻值。在相似的方式中，对具有互补电抗的阻抗单元2100、2102的调整可以改变电阻单元210的电阻。

本发明的实施方式可以包括从非线性元件212的输出至可调电阻单元208、210的反馈214(由虚线示出)，该反馈214用于调整阻抗单元2080、2082以及2100、2102，但是该特征并不是必需的。该反馈可以包括反馈转换器(未示出)，该转换器将该非线性元件212的输出信号转换为阻抗单元2080、2082以及2100、2102适当的格式。

图2B示出了其中匹配部件是具有四个端子252至258的定向耦合器250的示例。在这个示例中，两个端子252、254具有可调电阻单元260、262，不过通常至少一个端子具有可调电阻单元。

图2C示出了其中匹配部件是具有三个端子272至276的循环器270的示例。在这个示例中，端子272具有可调电阻单元278。当传输从端子274向端子276传送时，端子276为输出端子。其他端子中的任何一个也可以具有可调电阻单元。

图3示出了用于调整信号幅度的调整电路的另一个示例。图3中的调整电路包括输入端子300以及输出端子302。通常，该电路可以具有多个用于输入输出的端子。信号发生器304将信号馈送到输入端子300。一对可调阻抗单元306、308并联连接于信号线路(该线在端子300和302之间)与地之间。地可以是零电位或相对于信号线路中检测到的信号的任何其他参考电平。阻抗单元306可以为感性并且阻抗单元308可以为容性。通常可以为电路提供多于一对的可调阻抗单元使得每对可调阻抗单元位于一对输入输出端子之间。每对的阻抗单元具有相对于彼此的互补电抗。可以将为例如放大器的非线性元件的负载310连接到输出端子302。如在图2A、2B以及2C中，每个阻抗单元可以包括多个并联和/或串联的部件。

在图2A、2B、2C和图3中所述的调整电路能够作为可调衰减器，因为其可变电阻在期望的幅度内衰减了向负载输入的信号。

图2A、2B、2C和图3中涉及的阻抗单元的互补电抗可以使用复数而加以数学表示，使得阻抗能够被作为复数值来考虑，该复数值的实部表示电阻以及复数值的虚部表示电抗。儿该电抗取决于电感或电容。两个并联的阻抗单元Z₁＝R₁+jX₁、Z₂＝R₂+jX₂的阻抗Z，可以表示为：

$Z=\frac{1}{\frac{1}{Z_1}+\frac{1}{Z_2}}=\frac{1}{\frac{1}{R_1+j{X}_1}+\frac{1}{R_2+j{X}_2}},---\left(1\right)$

其中R₁+jX₁为第一阻抗单元Z₁，R₂+jX₂为第二阻抗单元Z₂，R₁是第一阻抗单元的电阻部分，R₂是第二阻抗单元的电阻部分，X₁是第一阻抗单元的电抗部分，X₂是第二阻抗单元的电抗部分，以及j为虚数单位。该阻抗Z还能表示为：

$Z=\frac{R_1{R}_2+j(R_1{X}_2+R_2{X}_1)-X_1{X}_2}{R_1+R_2+j(X_1+X_2)},---\left(2\right)$

其可以具有实数值，即，如果电阻部分R₁和电阻部分R₂具有相同的值，R₁＝R₂，并且如果电抗部分X₁与电抗部分X₂相反，X₁＝-X₂，则阻抗Z可以为阻性。当该阻抗Z为纯阻性时，该并联的阻抗Z₁、Z₂的值是相对于彼此的复共轭，即，Z₁＝R₁+jX₁，Z₂＝Z₁＝R₁-jX₁。

图4示出了电阻单元208的可调阻抗单元2080的曲线400，电阻单元208在史密斯圆图中具有感性电抗。该曲线也相似于阻抗单元306的曲线。该阻抗单元的值可以选择，使得调整范围的最小和最大值都在史密斯圆图的实轴中。不具有互补电抗的可调阻抗单元的曲线在这种情况下是史密斯圆图上的、在实轴之上弯曲的弧。

图5是示出了具有容性电抗的电阻单元208的阻抗单元2082的阻抗曲线500的史密斯圆图。该曲线也相似于阻抗单元308的曲线。与图4相似，阻抗单元的值可以选择，使得调整范围的最小和最大值都在史密斯圆图的实轴中。不具有互补电抗的可调阻抗单元的曲线在这种情况下是史密斯圆图上的、在实轴之下弯曲的弧。

图6是示出了电阻单元206的阻抗单元2080与阻抗单元2082的组合的阻抗曲线600的史密斯圆图。该曲线相似于阻抗单元306和阻抗单元308二者的组合的曲线。由于互补电抗(涉及等式(2)中的X₁和X₂)彼此相反，组合的阻抗Z为阻性并因此为一条在整个调整范围内的直线。

图7示出了具有与图4中的曲线相似行为的阻抗单元。该阻抗单元可以使用一对阴极彼此面对的电容二极管700来实现。不过通常，该阻抗单元可以使用至少一个电容二极管来实现。该电容二极管对700在一个端子处接地。调整阻抗的调整信号从二极管对700之间被馈送。该调整信号能够例如被表示如下：V_adjustment＝V₀-V_C，其中V_adjustment为调整电压，V₀为恒定电压(例如大约8V)，以及V_C为改变电容二极管对700的阻抗的可变电压。电容二极管对700的另一端子通过线圈702接地。该电容二极管对700的相同端子也穿过传输线路704、708一段以及电阻706被连接到信号线路。

图8示出了具有与图5中的的曲线有相似行为的阻抗单元。这种阻抗单元还可以使用一对阴极彼此面对的电容二极管800来实现。调整阻抗的调整信号从二极管对800之间被馈送。在这种情况下，该调整能够直接使用可变电压V_C来执行，即V_adjustment＝V_C。因此该曲线在图4和图5中方向相反，并在调整范围内的任何点上具有彼此相反的电抗值。该电容二极管对800的另一个端子通过线圈802接地。该电容二极管对800穿过传输线路804、808一段被连接到信号线路，在传输线路804、808两者之间设有电阻806以接地。

当频率被认为是2140MHz时，能够给出下列示例，但不限于此。每个电容二极管包括1.5mH电感以及如下的部件的值：

传输线路704  Z₀＝63Ω，I＝0.668×λ

电阻706      R＝120Ω

传输线路708  Z₀＝50Ω，I＝0.107×λ

传输线路804  Z₀＝50Ω，I＝0.794×λ

电阻806      R＝90Ω

传输线路808  Z₀＝106Ω，I＝0.804×λ。

举例而言，电容二极管的电容C能够表达为

C＝[8.75/(1+V_adjustment/2.3)^1.1+1.2]pF。在另一种频率下，能够使用不同的值。线圈702、802用于直流接地。电容二极管的使用加快了电路调整并且因此能够被用于高频。

通过将图7和图8的可调阻抗单元并联，可形成可调电阻。该可调阻抗的设计可以使得电抗部分的绝对值相等但该值的符号相反，而导致史密斯圆图中的直线。电容二极管支持高调整速度、高回波损耗以及高达5dB甚至更高的调整范围。

图9是示出了在调整电路中调整信号幅度的方法的流程图。在方法步骤900中，幅度调整电路的至少一个输入和输出端子处的电阻利用至少一个可调电阻单元进行调整。

图10是示出了在调整电路中调整信号幅度的方法的流程图。在方法步骤1000中，调整电路的阻抗被调整。在步骤1002中，每对阻抗单元的电阻在调整期间保持彼此互补。

被调整的信号可以为射频信号，该信号可以为基带信号或由载波调制的信号。信号频率可以从千赫变化到千兆赫。

尽管上文参考根据附图的示例描述了本发明，但显然，本发明不限于此，而是能够在随附的权利要求书的范围中以多种方式加以修改。

Claims (15)

1.一种用于调整射频信号的幅度的调整电路，所述调整电路包括：

用于输入以及输出的多个端子；

匹配部件，用于改变来自所述多个端子的信号输入和到所述多个端子的信号输出的阻抗；以及

在所述匹配部件和地之间的至少一个可调电阻单元，用于改变所述多个端子中的至少一个端子处的电阻。

2.根据权利要求1所述的电路，其中所述至少一个可调电阻单元包括至少一对具有可调的互补电抗的阻抗单元。

3.根据权利要求1所述的电路，其中所述至少一个可调电阻单元包括一对电容二极管。

4.根据权利要求1所述的电路，其中所述匹配部件包括传输线路。

5.根据权利要求1所述的电路，其中所述匹配部件包括定向耦合器。

6.根据权利要求1所述的电路，其中所述匹配部件包括循环器。

7.根据权利要求1所述的电路，其中所述电路包括非线性元件，并且从所述非线性元件的输出将反馈输入到所述至少一个可调电阻单元，用于根据反馈信号调整所述至少一个可调电阻单元。

8.一种用于调整信号的幅度的调整电路，所述调整电路包括：

信号线路和地；

用于输入以及输出的多个端子；以及

至少一对可调阻抗单元，每一对可调阻抗单元包括两个可调阻抗单元，所述可调阻抗单元的每一对位于所述多个端子的输入端子和输出端子之间，

其中所述可调阻抗单元的每一对并联连接于所述信号线路和地之间，以及

所述可调阻抗单元的每一对的所述可调阻抗单元具有彼此互补的电抗。

9.根据权利要求8所述的电路，其中所述每对中的至少一个阻抗单元在调整范围的任何点处具有相对于所述对中的另一个阻抗单元符号相反的电抗值。

10.根据权利要求8所述的电路，其中所述电路包括非线性元件，并且从所述非线性元件的输出将反馈输入到所述至少一对可调阻抗单元，用于根据反馈信号调整所述至少一对可调阻抗单元。

11.一种用于在调整电路中调整射频信号的幅度的方法，所述调整电路包括：

用于输入以及输出的多个端子；

匹配部件，用于改变来自所述多个端子的信号输入和到所述多个端子的信号输出的阻抗；以及

在所述匹配部件和地之间的至少一个可调电阻单元，所述方法包括：

利用所述至少一个可调电阻单元，通过改变每个可调电阻单元中至少一对可调阻抗单元的阻抗，来调整所述调整电路的多个端子中的至少一个端子处的电阻。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述电路包括非线性元件，并且所述方法进一步包括从非线性元件的输出向至少一个可调电阻单元输入反馈信号，并根据所述反馈信号调整所述至少一个可调电阻单元。

13.根据权利要求11所述的方法，其中所述调整步骤包括利用所述至少一个可调电阻单元调整所述电阻，在其中所述至少一个可调电阻单元包括至少一个电容二极管。

14.一种用于在调整电路中调整信号的幅度的方法，所述调整电路包括：

信号线路和地；

用于输入以及输出的多个端子；以及

至少一对可调阻抗单元，每一对可调阻抗单元包括两个可调阻抗单元，其中所述可调阻抗单元的每一对位于输入端子和输出端子之间，所述至少一对可调阻抗单元的每一对并联连接于所述信号线路和地之间，

所述方法包括：

通过保持所述每一对阻抗单元的电抗相对于彼此互补，调整所述调整电路的阻抗。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述电路包括非线性元件，并且所述方法进一步包括从非线性元件的输出向所述至少一对可调阻抗单元输入反馈信号，并且根据所述反馈信号调整所述至少一对可调阻抗单元。

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