專利名稱：末級(jí)放大器中用于補(bǔ)償相位旋轉(zhuǎn)的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用輸入和反饋正交信號(hào)，來(lái)補(bǔ)償發(fā)射機(jī)末級(jí)中笛卡爾反饋功率放大器的反饋環(huán)內(nèi)相位旋轉(zhuǎn)的一種裝置。
在笛卡爾反饋中，把輸入正交信號(hào)I和Q與反饋正交信號(hào)相比較。為了得到穩(wěn)定的反饋系統(tǒng)，要求當(dāng)反饋環(huán)閉合時(shí)，反饋正交信號(hào)與輸入正交信號(hào)近似同相。由于反饋環(huán)產(chǎn)生了相位旋轉(zhuǎn)，所以，這一條件經(jīng)常滿足不了。因此，借助于補(bǔ)償反饋環(huán)內(nèi)的相位旋轉(zhuǎn)，使輸入與反饋正交信號(hào)變得經(jīng)常彼此同相。確定反饋環(huán)內(nèi)所產(chǎn)生相位旋轉(zhuǎn)的常用方法是，把環(huán)路斷開，測(cè)量輸入正交信號(hào)I和Q、以及反饋正交信號(hào)，此后，對(duì)實(shí)測(cè)值進(jìn)行模/數(shù)變換，計(jì)算相位誤差，經(jīng)過(guò)數(shù)/模變換以后，調(diào)整壓控相位旋轉(zhuǎn)器。除了模/數(shù)變換、數(shù)/模變換和計(jì)算機(jī)計(jì)算以外，這一方法還需要用來(lái)斷開和閉合反饋環(huán)的電路。
本發(fā)明的目的是提供一種裝置，其中，可以測(cè)量和調(diào)整反饋環(huán)的相位旋轉(zhuǎn)，而且，這種裝置在模擬和數(shù)字形式下、最好作為集成電路的一個(gè)功能來(lái)很容易地實(shí)現(xiàn)。在用來(lái)補(bǔ)償發(fā)射機(jī)末級(jí)中笛卡爾反饋功率放大器反饋環(huán)內(nèi)相位旋轉(zhuǎn)的裝置中，所述裝置包括以復(fù)數(shù)調(diào)制信號(hào)來(lái)正交調(diào)制復(fù)數(shù)輸入信號(hào)與相應(yīng)復(fù)數(shù)反饋信號(hào)之間的復(fù)數(shù)差信號(hào)，以便形成已調(diào)實(shí)值第一信號(hào)的裝置;以復(fù)數(shù)解調(diào)信號(hào)來(lái)正交解調(diào)取決于已調(diào)實(shí)值第二信號(hào)的所述功率放大器的輸出信號(hào)，以便形成所述復(fù)數(shù)反饋信號(hào)的裝置;上述目的是通過(guò)這樣的裝置達(dá)到的即利用檢測(cè)所述第一信號(hào)與所述第二信號(hào)之間、以及所述第一/第二信號(hào)與所述第二/第一信號(hào)的正交分量之間相移量，來(lái)確定所述反饋環(huán)中相位旋轉(zhuǎn)大小的裝置;以及旋轉(zhuǎn)所述復(fù)數(shù)調(diào)制、解調(diào)、差、反饋信號(hào)之一的相位的裝置，它產(chǎn)生相位旋轉(zhuǎn)來(lái)補(bǔ)償所述已確定的相位旋轉(zhuǎn)。
另一種解決方法包括用來(lái)檢測(cè)所述復(fù)數(shù)差信號(hào)與所述復(fù)數(shù)反饋信號(hào)之間相位旋轉(zhuǎn)量的裝置;以及旋轉(zhuǎn)所述復(fù)數(shù)調(diào)制、解調(diào)、反饋信號(hào)之一的相位的裝置，以相位旋轉(zhuǎn)來(lái)補(bǔ)償所述已確定的相位旋轉(zhuǎn)。


圖1示出在根據(jù)本發(fā)明的用來(lái)補(bǔ)償末級(jí)反饋環(huán)中所產(chǎn)生相位旋轉(zhuǎn)的一種裝置的優(yōu)選實(shí)施例的無(wú)線電發(fā)射機(jī)中，笛卡爾反饋末級(jí);以及圖2示出圖1中鑒相器和相位旋轉(zhuǎn)器更為詳細(xì)的框圖。
圖1示出無(wú)線電發(fā)射機(jī)中的反饋末級(jí)。為了便于描述，開始時(shí)，把元件36、38、40省略。
把正交信號(hào)I和Q分別送到比較器10和12上。比較器10和12的輸出信號(hào)IE和QE，通過(guò)環(huán)路濾波器14和16送到相應(yīng)的乘法器18和20上。在乘法器18中，來(lái)自環(huán)路濾波器14的輸出信號(hào)乘以中頻信號(hào)IF，該中頻信號(hào)IF的頻率例如可以約為10-500MHz的量級(jí)。在乘法器20中，環(huán)路濾波器16的輸出信號(hào)乘以中頻信號(hào)IF，該中頻信號(hào)IF已在移相器22中移相90°。乘法器18和20的輸出信號(hào)相加，并通過(guò)可能提供的增益控制電路24送到乘法器26上，在乘法器26中，與高頻信號(hào)RF混頻成為載波頻率，高頻信號(hào)的頻率約為900MHz量級(jí)。此后，把乘法器26的輸出信號(hào)送到發(fā)射機(jī)末級(jí)功率放大器PA上。放大器PA的輸出信號(hào)通過(guò)可能提供的濾波器送到天線上。
利用放大器PA的一部分輸出信號(hào)來(lái)形成反饋環(huán)。把放大器PA的這部分輸出信號(hào)送到乘法器28上，在乘法器28中，這部分輸出信號(hào)與高頻信號(hào)RF下混頻到中頻。把已下混頻的信號(hào)通過(guò)第二可能提供的增益控制電路30送到乘法器32和34上。在乘法器32中，已下混頻的信號(hào)乘以中頻信號(hào)IF，以形成一個(gè)反饋正交信號(hào)IF。在乘法器34中，已下混頻的信號(hào)乘以在移相器22中已移相90°的中頻信號(hào)，來(lái)形成第二反饋正交信號(hào)QF。把信號(hào)IF和QF反送到相應(yīng)比較器10和12的第二輸入端上。
在至今所描述的電路中，沒(méi)有考慮反饋環(huán)所產(chǎn)生的、反饋正交信號(hào)IF和QF的相位旋轉(zhuǎn)θ。最好是利用末級(jí)中頻部分里的鑒相器36來(lái)控制這一相位旋轉(zhuǎn)θ。補(bǔ)償相位旋轉(zhuǎn)θ的適當(dāng)方法是，在乘法器18和20中進(jìn)行調(diào)制以前，插入引入補(bǔ)償相位旋轉(zhuǎn)-θ的相位旋轉(zhuǎn)器38。
把從乘法器18和20輸出給鑒相器36的已混頻信號(hào)IFE定義為IFE＝IE·Cos(ωt)+QESin(ωt)此處，ω為中頻信號(hào)IF的角頻率。把送到鑒頻器36上的反饋輸入信號(hào)IFF定義為IFF＝IE·Cos(ωt+θ)+QE·Sin(ωt+θ)此處，θ為待定的旋轉(zhuǎn)相位。
為了計(jì)算相位旋轉(zhuǎn)θ，鑒相器36中形成了與信號(hào)IFE正交的信號(hào)。該信號(hào)可定義為IFEQ＝-IE·Sin(ωt)+QECos(ωt)此后，在鑒相器36中，把信號(hào)IFE和IFEQ每一個(gè)都乘以信號(hào)IFE。對(duì)于IFE·IFF可以得到IFE·IFF＝＝｛IE·cos(ωt)+QE·sin(ωt)｝·｛IE·cos(ωt+θ)+QE·sin(ωt+θ)｝＝I2E·cos(ωt+θ)cos(ωt)+Q2E·sin(ωt+θ)sin(ωt)+IEQE·sin(ωt+θ)cos(ωt)+IEQE·cos(ωt+θ)sin(ωt)＝ 1/2 I2E｛cos(2ωt+θ)+cos(θ)｝- 1/2 Q2E·｛cos(2ωt+θ)-cos(θ)｝+ 1/2 IEQE·｛sin(2ωt+θ)+sin(θ)｝+ 1/2 IEQE·｛sin(2ωt+θ)-sin(θ)｝＝ 1/2 (I2E+Q2E)·cos(θ)+ 1/2 (I2E-Q2E)·cos(2ωt+θ)+IEQE·sin(2ωt+θ)以類似方法，對(duì)于IFEQ·IFF可以得到IFEQ·IFF＝＝｛-IE·sin(ωt)+QE·cos(ωt)｝·｛IE·cos(ωt+θ)+QE·sin(ωt+θ)｝＝-I2E·cos(ωt+θ)sin(ωt)+Q2E·sin(ωt+θ)cos(ωt)-IEQE·sin(ωt+θ)sin(ωt)+IEQE·cos(ωt+θ)cos(ωt)＝- 1/2 I2E·｛sin(2ωt+θ)+sin(θ)｝+ 1/2 Q2E·｛sin(2ωt+θ)+sin(θ)｝+ 1/2 IEQE·｛cos(2ωt+θ)-cos(θ)｝+ 1/2 IEQE·｛cos(2ωt+θ)+cos(θ)｝＝ 1/2 (I2E+Q2E)·sin(θ)- 1/2 (I2E-Q2E)·sin(2ωt+θ)+IEQE·cos(2ωt+θ)對(duì)于這兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行低通濾波，消除與t有關(guān)的項(xiàng)，只保留直流分量。于是Iθ＝ 1/2 (I2E+Q2E)·cos(θ)Qθ＝ 1/2 (I2E+Q2E)·sin(θ)Iθ、Qθ通過(guò)公式tan－1(Qθ)/(Iθ) 確定了相位誤差。在相位旋轉(zhuǎn)器38中，把計(jì)算出來(lái)的以Iθ和Qθ表示的相位旋轉(zhuǎn)用為相位分離器22輸出信號(hào)的復(fù)數(shù)相位旋轉(zhuǎn)，使之具有相角-θ。這一原理稱為前饋。
下面將參看圖2，詳述鑒相器36和相位旋轉(zhuǎn)器38的實(shí)施例。
在圖2的實(shí)施例中，把信號(hào)IFE送到例如是希爾伯特(Hilbert)濾波器的相位分離器200上。在模擬乘法器202和204中，已分離的信號(hào)乘以信號(hào)IFF。把乘積信號(hào)送到用來(lái)根據(jù)上述分式形成相位誤差矢量Iθ和Qθ的相應(yīng)低通濾波器206和208上。乘法器202和204例如可以包括希爾伯特混頻器。把誤差矢量Iθ和Qθ送到另外兩個(gè)例如是希爾伯特混頻器的模擬乘法器210和212上，在乘法器210和212中，把相應(yīng)分量乘以相位分離器22的輸出信號(hào)。此后，把乘法器210和212輸出的乘積信號(hào)相加，在另一個(gè)例如是希爾伯特濾波器的相位分離器214中，對(duì)和信號(hào)進(jìn)行分離。相位分離器214的輸出信號(hào)形成已相位校正的復(fù)數(shù)信號(hào)送到乘法器18和20上。鑒相器的工作使得可以把鑒相器看成是硬限幅，即，抑制幅度信息而增強(qiáng)相位信息。
當(dāng)系統(tǒng)開始工作時(shí)，斷路開關(guān)40(見圖1)把環(huán)路斷開。此后，來(lái)確定θ的起始值。在此測(cè)量階段中，相位旋轉(zhuǎn)器38接受起始值Iθ＝1，Qθ＝0(其它值也是可能的，唯一的條件是I2θ+Q2θ＞＞0)。在此起始階段中，也可以改變鑒相器的時(shí)間常數(shù)，使瞬間相變變得很短。當(dāng)確定了θ的起始值時(shí)，把開關(guān)40閉合，使環(huán)路閉合。借此，把相位旋轉(zhuǎn)器38上的輸入信號(hào)改變成實(shí)際的檢測(cè)值。同時(shí)，鑒相器36的時(shí)間常數(shù)可以返回到具正常值。此后，系統(tǒng)以穩(wěn)定狀態(tài)工作而不需要重新把環(huán)路斷開。每當(dāng)開始發(fā)射時(shí)，這一過(guò)程重復(fù)一次。
本發(fā)明上述實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是，調(diào)節(jié)時(shí)間很短，相角確定精度約為2°時(shí)，調(diào)節(jié)時(shí)間約為50ns。其中，一個(gè)原因是θ＝tan－1(Qθ)/(Iθ) ，當(dāng) (Qθ)/(Iθ) 的值很小時(shí)，該式也能夠給出正確的結(jié)果。為此，實(shí)際上，甚至可以去掉上述起始過(guò)程。
優(yōu)選實(shí)施例的一種變型包括一個(gè)電路，在該電路中，相位旋轉(zhuǎn)器38校正送到解調(diào)器32和34上的復(fù)數(shù)信號(hào)，而不是校正送到調(diào)制器18和20上的復(fù)數(shù)信號(hào)。然而，這種變型的缺點(diǎn)尤其是使解調(diào)器對(duì)相位誤差和噪聲更為敏感。
另一些變型包括使相位旋轉(zhuǎn)器38分別校正信號(hào)IE、QE和IF、QF。但是，這需要把相位旋轉(zhuǎn)器交叉連接起來(lái)。
還有一種解決方法包括在基帶進(jìn)行檢測(cè)和校正。在這樣的實(shí)施例中，直接在基帶上測(cè)量IE與QE、以及IF與QF之間的相位旋轉(zhuǎn)。這通過(guò)把這兩個(gè)信號(hào)復(fù)數(shù)相乘、把復(fù)數(shù)輸出信號(hào)低通濾波來(lái)完成。接著，就可以借助于緊跟在環(huán)路濾波器后邊、或者，在比較器輸入端上的壓控放大器，在基帶進(jìn)行校正。需要交叉連接的相位旋轉(zhuǎn)器。與根據(jù)圖1和圖2的優(yōu)選實(shí)施例相比，這一實(shí)施例的缺點(diǎn)是，調(diào)節(jié)時(shí)間從約50納秒增大到幾個(gè)毫秒，這是因?yàn)榛鶐盘?hào)的頻率顯著低于信號(hào)IF，使得要濾掉的和頻率顯著變低。
上述解決方法的優(yōu)點(diǎn)是，它適合于作為集成電路的一個(gè)功能部分來(lái)實(shí)現(xiàn)。
熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人應(yīng)當(dāng)理解，在不超出所附權(quán)利要求中所限定的本發(fā)明范圍的情況下，本發(fā)明可有不同的變型，例如，如果沒(méi)有可以利用的中頻部分，本發(fā)明可以在射頻部分中進(jìn)行。
權(quán)利要求
1.一種用來(lái)補(bǔ)償發(fā)射機(jī)末級(jí)中笛卡爾反饋功率放大器(PA)反饋環(huán)內(nèi)相位旋轉(zhuǎn)(θ)的裝置，包括以復(fù)數(shù)調(diào)制信號(hào)來(lái)正交調(diào)制復(fù)數(shù)輸入信號(hào)(I、Q)與相應(yīng)復(fù)數(shù)反饋信號(hào)(IF、QF)之間的復(fù)數(shù)差信號(hào)(IE、QE)，以便形成已調(diào)實(shí)值第一信號(hào)(IFE)的裝置(18、20、22)；以及以復(fù)數(shù)解調(diào)信號(hào)來(lái)正交解調(diào)取決于功率放大器(PA)的輸出信號(hào)的實(shí)值第二信號(hào)(IFF)，以便形成復(fù)數(shù)反饋信號(hào)(IF、QF)的裝置(22、32、34)；其特征在于還包括(a)用于檢測(cè)第一信號(hào)(IFE)與第二信號(hào)(IFF)之間、以及第一/第二信號(hào)(IFE、IFF)與第二/第一信號(hào)(IFF/IFE)的正交分量之間相移的量，以確定反饋環(huán)相位旋轉(zhuǎn)(θ)的量(Iθ、Qθ)的裝置(36)；(b)用于旋轉(zhuǎn)所述復(fù)數(shù)調(diào)制、解調(diào)、差、反饋信號(hào)之一的相位，以產(chǎn)生相位旋轉(zhuǎn)來(lái)補(bǔ)償所述已確定的相位旋轉(zhuǎn)(θ)的裝置(38)。
2.一種用來(lái)補(bǔ)償發(fā)射機(jī)末級(jí)中笛卡爾反饋功率放大器(PA)反饋環(huán)內(nèi)相位旋轉(zhuǎn)(θ)的裝置，包括以復(fù)數(shù)調(diào)制信號(hào)來(lái)正交調(diào)制復(fù)數(shù)輸入信號(hào)(I、Q)與相應(yīng)復(fù)數(shù)反饋信號(hào)(IF、QF)之間的復(fù)數(shù)差信號(hào)(IE、QE)，以便形成已調(diào)實(shí)值第一信號(hào)(IFE)的裝置(18、20、22);以及以復(fù)數(shù)解調(diào)信號(hào)來(lái)正交解調(diào)取決于功率放大器(PA)輸出信號(hào)的已調(diào)實(shí)值第二信號(hào)(IFF)，以便形成復(fù)數(shù)反饋信號(hào)(IF、QF)的裝置(22、32、34);其特征在于還包括(a)用于檢測(cè)復(fù)數(shù)差信號(hào)(IE、QE)與復(fù)數(shù)反饋信號(hào)(IF、QF)之間相位旋轉(zhuǎn)(θ)的量(Iθ、Qθ)的裝置(36);(b)用于旋轉(zhuǎn)所述復(fù)數(shù)調(diào)制、解調(diào)、差、反饋信號(hào)之一的相位，以產(chǎn)生相位旋轉(zhuǎn)來(lái)補(bǔ)償所述已確定的相位旋轉(zhuǎn)(θ)的裝置(38)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于所述相位旋轉(zhuǎn)裝置(38)包括用來(lái)把所述檢測(cè)裝置(36)輸出的復(fù)數(shù)信號(hào)(Iθ、Qθ)中實(shí)部和虛部分別與調(diào)制信號(hào)中實(shí)部和虛部相乘的兩模擬乘法器(210、212);以及用來(lái)把乘法器(210、212)輸出的和信號(hào)分離成為I、Q分量的希爾伯特濾波器(214)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1和3所述的裝置，其特征在于所述檢測(cè)裝置(36)包括用來(lái)把第一/第二信號(hào)(IFE、IFF)分離成為I、Q分量的另一個(gè)希爾伯特濾波器(200);用來(lái)把該I、Q分量分別與第二/第一(IFF、IFE)相乘的另兩個(gè)模擬乘法器(202、204);以及用來(lái)對(duì)所述相應(yīng)另外乘法器輸出的信號(hào)進(jìn)行低通濾波、以形成包括反饋環(huán)中相位旋轉(zhuǎn)(θ)的所述量(Iθ、Qθ)的復(fù)數(shù)輸出信號(hào)的兩個(gè)低通濾波器(206、208)。
5.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于所述調(diào)制信號(hào)包括中頻(IF)信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-4項(xiàng)任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于所述調(diào)制信號(hào)包括高頻信號(hào)(RF)。
7.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于所述裝置是集成電路中的一個(gè)功能部分。
全文摘要
一種用來(lái)補(bǔ)償發(fā)射機(jī)末級(jí)中笛卡爾反饋功率放大器反饋環(huán)內(nèi)相位旋轉(zhuǎn)的裝置，該裝置包括利用復(fù)數(shù)調(diào)制信號(hào)來(lái)正交調(diào)制復(fù)數(shù)輸入信號(hào)與相應(yīng)復(fù)數(shù)反饋信號(hào)之間的復(fù)數(shù)差信號(hào)，以便形成已調(diào)實(shí)值第一信號(hào)的裝置；以及利用復(fù)數(shù)解調(diào)信號(hào)來(lái)正交解調(diào)從功率放大器輸出的輸出信號(hào)，以便形成復(fù)數(shù)反饋信號(hào)的裝置。裝置(36)用來(lái)確定反饋環(huán)的相位旋轉(zhuǎn)。裝置(38)用來(lái)確定補(bǔ)償相位。
文檔編號(hào)H03F1/26GK1083640SQ93116480
公開日1994年3月9日 申請(qǐng)日期1993年8月23日 優(yōu)先權(quán)日1992年8月24日
發(fā)明者P·S·T·伯斯滕, J·-C·奈斯特龍 申請(qǐng)人:艾利森電話股份有限公司