專利名稱：射頻發(fā)射機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及射頻發(fā)射機，具體涉及一種包含用于放大輸入信號的 開關模式功率放大器的射頻發(fā)射機，以及一種在這種射頻發(fā)射機中放 大輸入信號的方法。
背景技術：
移動通信的基站(BS)中的功率放大器的效率至關重要低效的 功率放大器由于較高的能耗而增加了操作成本，并且增加了用于對設 備進行冷卻和通風以及用于較強供電的資金成本。低效導致了部件的 操作溫度增高，并且導致了過早的部件故障。
目前用于基站的功率放大器是模擬功率放大器。在CDMA 2000 和UMTS之類的移動通信系統(tǒng)中使用的模擬信號結構的特性在于其 不僅需要較高的小型動態(tài)范圍，還需要大約6 dB到11 dB的回退
(back-off) (CDMA=碼分多址；UMTS =通用移動電信系統(tǒng))。 如果使用LDMOS晶體管之類的標準技術，則只有通過犧牲效率才能 實現(xiàn)這些要求(LDMOS =橫向擴散金屬氧化物半導體)。
開關模式功率放大器是一種電子放大器，其中，有源器件在開/ 關模式下操作(也即，作為開關來操作)。在圖1中示出了開關模式 功率放大器的典型設置。與模擬放大器不同，開關模式功率放大器是 由方波脈沖輸入信號來驅(qū)動的。使用晶體管的開關模式功率放大器
(也稱為S類放大器)的效率取決于晶體管的切換速度以及用來驅(qū)動 晶體管的脈沖序列的形式。數(shù)字信號生成器DSG生成差分模式的矩形脈沖比特流信號SDSG。 這里，對放大器的數(shù)字低功率輸入信號Sdsg屬于"Delta-Sigma調(diào)制" 類型。這種信號是持續(xù)時間為tp的倍數(shù)的脈沖序列。此信號驅(qū)動兩個 功率晶體管p丁a和PTb，其被布置為互補MOSFET( = CMOS; MOSFET =金屬氧化物半導體場效應晶體管)。通常，CMOS是在同一芯片上 利用p溝道MOSFET PTa和n溝道MOSFET PTb設計的。圖1中所示 的晶體管配置是反相電路，其是CMOS邏輯門的基本部件。在任意 時刻只有一個晶體管為"開"，但是由于另一晶體管為"關"，沒有 電流可以在靜態(tài)條件下流動。電流僅在切換期間流動，并且該組合由 此具有非常低的輸入耗用功率。然而，這也意味著電流隨著時鐘速度
而增大。
脈沖比特流信號SosG被饋送到MOSFET晶體管PTa、 PTb的柵極 G。p溝道MOSFET PTa的漏極D連接至電壓V+， n溝道MOSFET PTb 的源極S連接至大地。這些晶體管充當開關，并且在理想情況下被簡 單地"打開"和"關閉"，以放大數(shù)字信號。在放大器的輸出處，重 建濾波器RCF將經(jīng)過放大的矩形脈沖輸出信號S。ut轉(zhuǎn)換回模擬高功率 輸出信號Sanal。g。重建濾波器RCF可以包括低通濾波器。
例^口 Shawn P. Stapleton的"High Efficiency RF Power Amplifiers Using Bandpass Delta-Sigma Modulators", Design Seminar, Agilent Technologies, Inc., Santa Rosa (California), USA, pp. 1-22提供了對使 用帶通Ddta-Sigma調(diào)制器的射頻功率放大器的操作的深入研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是改進射頻范圍內(nèi)的開關模式功率放大器的效率。 本發(fā)明的目的是通過一種射頻發(fā)射機實現(xiàn)的，該發(fā)射機包括具 有生成單元的數(shù)字信號生成器，其適于生成脈沖比特流信號；以及具 有晶體管電路的開關模式射頻功率放大器，其適于放大輸入信號，而 數(shù)字信號生成器還包括控制單元，其適于在所述脈沖比特流信號中檢 測比預定閾值長的恒定信號高度的序列，以及在檢測到所述序列時通過在所述序列中插入一個或多個陷波(notch )來生成》務正月永沖比特流 信號，所述陷波通過信號高度不同于該序列的信號高度的信號打斷所 述序列，并且該射頻發(fā)射機還包括連接裝置，其適于將所述修正脈沖 比特流信號作為輸入信號提供給所述晶體管電路。本發(fā)明的目的還由 一種在射頻發(fā)射機中放大輸入信號的方法實現(xiàn)，該射頻發(fā)射機包括 具有晶體管電路的開關模式射頻功率放大器，所述方法包括步驟在 脈沖比特流信號中檢測比預定閾值長的恒定信號高度的序列；在檢測 到所述序列時，通過在所述序列中插入一個或多個陷波來生成修正脈 沖比特流信號，所述陷波通過信號高度不同于該序列的信號高度的信 號來打斷所述序列；以及將所述修正脈沖比特流信號作為輸入信號提 供給所述晶體管電路。
為此描述的目的，開關模式射頻功率放大器是適于放大射頻信號 的開關模式功率放大器。此外，術語"數(shù)字信號生成器"包括具有生 成單元的信號生成器，其適于生成脈沖比特流信號，該信號關于比特 流信號的值(也即，信號高度)是離散的，并且關于時間是離散的。 然而，術語"數(shù)字信號生成器"還可以包括半數(shù)字生成器，也即，具 有生成單元的信號生成器，其適于生成脈沖比特流信號，該信號關于 比特流信號的值(也即，信號高度)是離散的，而關于時間是連續(xù)的。 在本發(fā)明的框架內(nèi)，產(chǎn)生非時間離散信號的這種半數(shù)字生成器可能特 別有利。
本發(fā)明解決了在射頻范圍內(nèi)與開關模式功率放大器的使用相關 聯(lián)的問題。已經(jīng)在尋找用于基站的RF信號放大的新方法。新型的半 導體一GaN晶體管開始商用，并且將越來越多地用于傳統(tǒng)的線性功率 放大器(GaN-氮化鎵)。GaN晶體管可以并且也將會在開關模式功 率放大器中使用。此類放大器是公知的，但是尚未用于基站中的功率 放大器，因為其所需的切換頻率對于目前的LDMOS晶體管而言太高 了。這種情況是因為數(shù)字輸入信號需要RF載波頻率的2倍到4倍的 過采樣率，導致了 CDMA和UMTS之類的移動通信系統(tǒng)的超過8 GHz 的切換速率(RF=射頻)。使用新的、現(xiàn)在出現(xiàn)的高功率GaN晶體管將使得有可能構建用于這種頻率范圍和應用的開關模式功率放大器。
在圖2中，示出了用于S類放大器的、經(jīng)過Delta-Sigma調(diào)制的 UMTS輸入信號的序列。圖2給出了作為時間(以iis為單位)的函
數(shù)的輸入信號電壓Uin(以伏特為單位)。輸入信號是持續(xù)時間為時
間單位tp的倍數(shù)的脈沖序列。時間單位tp構成了輸入信號的構建塊。 該信號的不同部分包含不同的頻譜分量。高、低信號電平之間的頻繁 改變包含高頻譜分量HF，而具有相同振幅的長序列包含較多的低頻 譜分量LF。
已經(jīng)示出晶體管的操作狀態(tài)取決于其操作所處的頻率范圍。相 同振幅的輸入脈沖的長序列LF導致輸入信號的低頻譜分量，這導致 效率的下降，因為放大器的操作點相對于高頻處的操作點發(fā)生了改
變
作為示例，圖3示出了 GaN晶體管的漏源電流IDS,其作為施加 到低頻輸入信號(實線)和高頻輸入信號(虛線)的漏源電壓Uds的
函數(shù)，其中，低頻/高頻輸入信號的每一個與不同的柵源電壓ugs相關
聯(lián)。對于低頻信號和高頻信號二者，在漏源電壓Uos的給定值處，與 具有較大漏源電流IDS的輸入信號相比，具有較小漏源電流IDS的輸入 信號與較小的柵源電壓ugs相關聯(lián)。漏源電流Ios的單位是安培，柵 源電壓Ugs的羊位是伏特。圖3示出了在甚低頻率而不是高頻率進行 操作的情況下晶體管的改變特性。該效應稱為"低頻分散"。很明顯， 經(jīng)過Delta-Sigma調(diào)制的信號固有地導致晶體管中的低頻分散，這是 因為其包含低頻譜分量以及高頻譜分量。
本發(fā)明通過按照以下方法改變經(jīng)過Delta-Sigma調(diào)制的輸入信號 來解決"低頻分散"問題如果序列長度超過了預定的值，則截斷同 一信號電平的序列。通過在輸入信號中的相同振幅的長信號序列中插 入短陷波/脈沖，降低了輸入信號的非常低的頻譜分量。由此，通過利 用短脈沖對輸入信號進行交織或者陷波，GaN晶體管中的分散效應得 以最小化或者避免。優(yōu)選地，選擇用于插入到輸入信號中的陷波的持續(xù)時間，使得陷 波影響晶體管電路，但是無法通過開關模式射頻功率放大器之后的重 建濾波器RCF。該效果是通過生成足夠短的陷波來實現(xiàn)的。如果將陷
波選擇的非常短使其無法通過重建濾波器RCF,則陷波無法影響重建 濾波器RCF的模擬輸出信號。優(yōu)選地，重建濾波器RCF包含低通濾 波器，以阻止陷波通過重建濾波器RCF。 陷波可以通過兩種方法來實現(xiàn)
a) 數(shù)字陷波通過數(shù)字信號生成器中的數(shù)字信號處理，其中所述 數(shù)字信號生成器生成驅(qū)動SMPA的數(shù)字信號；
b) 數(shù)字/模擬陷波通過在PA晶體管的信號輸入處(例如，在 MOSFET的柵極處)實現(xiàn)陷波電路(PA二功率放大器)。
使用哪種陷波方案取決于調(diào)制方案以及數(shù)字信號生成器的能力 和傳輸所使用的糾錯的能力。
本發(fā)明有兩個主要方面。首先，其表示了一種分別對開關模式功 率放大器的數(shù)字信號和混合的數(shù)字/模擬信號執(zhí)行預失真的快速、低成 本、自適應的方法。第二，其支持高效開關模式功率放大器的實現(xiàn)， 所述放大器能夠經(jīng)受低頻分散效應，而無需數(shù)字信號生成器中的較快 采樣速率。
本發(fā)明克服了在開關模式功率放大器由經(jīng)過Ddta-Sigma調(diào)制的 信號驅(qū)動時其中的低頻分散效應。此外，本發(fā)明利用了數(shù)字信號生成 器生成的信號的有關知識，并且使用此知識來避免輸入信號中的長序列。
本發(fā)明得到了用于此預失真實現(xiàn)的最小化電路。而且，本發(fā)明允 許該方法具有分別有效適應于不同類型的功率放大器和晶體管的高 自由度。此外，本發(fā)明應用了混合數(shù)字/模擬方法數(shù)字域中對輸入信 號的容易控制，以及模擬技術中對陷波電路的快速、低廉和容易的實現(xiàn)。
其他優(yōu)點是通過從屬權利要求所指明的本發(fā)明的實施方式來實現(xiàn)的。根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式，當檢測到所述序列時，控制單 元觸發(fā)生成器單元來插入所述一個或多個陷波。為了插入所述一個或 多個陷波，生成器單元在該序列內(nèi)數(shù)字化地創(chuàng)建一個或多個信號高度 間斷。信號高度間斷可以由明顯高于或者低于該序列信號高度的信號 電平構成。通過將一個或多個陷波插入到序列中，從生成器單元最初 創(chuàng)建的脈沖比特流中創(chuàng)建修正脈沖比特流信號。在生成修正脈沖比特 流信號之后，控制單元經(jīng)由連接裝置將該修正脈沖比特流信號發(fā)送至
開關模式功率放大器的晶體管電路。本實施方式與上述陷波方法a)
"數(shù)字陷波"相關聯(lián)。連接裝置可以是電子設備中所使用的導電通路 或者電子電路(導線、纜線、條形導線、印刷電路板軌跡，等等)。
根據(jù)本發(fā)明的又一優(yōu)選實施方式，當檢測到所述序列時，控制單 元啟動觸發(fā)信號的生成。連接裝置包括切換元件。切換元件可以是充 當連接裝置的印刷電路板軌跡的組成部分。切換裝置由用于插入所述 陷波的觸發(fā)信號來控制。優(yōu)選地，將生成的觸發(fā)信號發(fā)送給作為連接 裝置一部分的切換元件。切換元件適于接收所述觸發(fā)信號。當切換元 件接收到觸發(fā)信號時，其執(zhí)行一個或多個切換，所述切換導致所述陷
波的插入。本實施方式與上述陷波方法b)"數(shù)字/模擬陷波"相關聯(lián)。 本實施方式具有如下優(yōu)點其允許陷波更為靈活的定時，以及陷 波的自由成形。這取決于切換元件的能力。本實施方式允許對陷波進 行放置和成形，使得模擬信號輸出中的誤差最小化。本實施方式將數(shù) 字信號處理方法與模擬電路相結合，以便對開關模式功率放大器的數(shù) 字輸入信號進行預失真，從而減小低頻分散效應，并且因此放大器的 效率不會降低。
切換元件可以是第二晶體管，其適于接收所述觸發(fā)信號，并且被 所述觸發(fā)信號的接收觸發(fā)而對晶體管電路進行切換，以生成所述一個 或多個陷波。第二晶體管可以適于被所述觸發(fā)信號的接收觸發(fā)而將晶 體管電路的柵極切換到不同的電勢，以生成所述一個或多個陷波。優(yōu) 選地，與開關模式功率放大器的晶體管電路中使用的晶體管相比，所 述第二晶體管更小、更快。該第二晶體管無需切換高電流，并且因此可以非常之快。
在一個優(yōu)選實施方式中，在檢測到所述序列時，控制單元觸發(fā)數(shù) 字信號生成器，以生成指示信號，所述指示信號以信號通知所檢測序 列的開始和持續(xù)時間。優(yōu)選地，如果沒有檢測到序列，指示信號的信 號高度位于第一電平(例如，位于零)。如果檢測到了序列，指示信 號在該序列的開始處從第一電平跳躍到第二電平(例如，非零的信號 高度)。指示信號停留在第二電平直到該序列結束，繼而跳回到第一 電平。
控制單元觸發(fā)將所生成的指示信號經(jīng)由連接裝置發(fā)送至脈沖生 成器。被所述指示信號所觸發(fā)，脈沖生成器生成一個或多個脈沖作為 觸發(fā)信號。如上所述，觸發(fā)信號(也即， 一個或多個脈沖)被發(fā)送至 作為連接裝置一部分的切換元件。
根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實施方式，射頻發(fā)射機包括延遲單元。在 所生成的觸發(fā)信號到達切換元件之前對其進行延遲，使得所述陷波的 插入在預定的時間發(fā)生。這可以用來優(yōu)化序列內(nèi)的陷波的時序。
優(yōu)選地，所述 一 個或多個陷波的持續(xù)時間比脈沖比特流信號的脈 沖持續(xù)時間短。
根據(jù)本發(fā)明的另 一 優(yōu)選實施方式，晶體管電路包括 一 個或多個氮
化鎵晶體管。晶體管電路例如可以包括由GaN晶體管制成的電路。
優(yōu)選地，控制單元適于對在所需序列中插入所述一個或多個陷波 進行補償，通過下述方式實現(xiàn)觸發(fā)脈沖比特流信號的相應擴展，從 而保留脈沖比特流信號的總體內(nèi)能(energy content)。每個插入的陷 波都會降低脈沖比特流信號的內(nèi)能。因此，通過將內(nèi)能與陷波所"切 掉，，(移除)的內(nèi)能等同的信號附加在例如序列的末端，可以使內(nèi)能
回到其初始值。
控制單元還可以根據(jù)開關模式功率放大器的類型來控制 一個或 多個陷波的形狀。根據(jù)各種功率晶體管類型，陷波可以是矩形形狀， 或者任何其他形狀，這取決于哪種形狀能最好地達到目的。陷波不一 定必須達到零，而是可以達到實現(xiàn)預期效果所需的任何其他電平。陷波的長度可以真有任意的持續(xù)時間。


通過結合附圖閱讀下文對目前的優(yōu)選示例性實施方式的詳細描
述，將可以理解本發(fā)明的這些以及其他特征和優(yōu)點，其中
圖1示出了開關模式功率放大器的典型設置；
圖2示出了用于S類i文大器的、經(jīng)過Delta-Sigma調(diào)制的UMTS 輸入信號的序列；
圖3示出了 GaN晶體管的漏源電 其為漏源電壓Uds的函
數(shù)；
圖4是根據(jù)本發(fā)明實施方式的射頻發(fā)射機的框圖5a是由數(shù)字信號生成器最初生成的脈沖比特流信號的示圖5b是包含兩個陷波的修正脈沖比特流信號的示圖6是由數(shù)字信號生成器最初生成的脈沖比特流信號，以及包含
不同形狀的陷波的兩個修正脈沖比特流信號的示圖7是根據(jù)本發(fā)明另一實施方式的射頻發(fā)射機的框圖8是由數(shù)字信號生成器最初生成的脈沖比特流信號、指示信
號，以及由脈沖生成器生成的脈沖的示圖；以及
圖9a-9b分別是不具有和具有陷波的經(jīng)過Delta-Sigma調(diào)制的
UMTS信號的序列。
具體實施例方式
圖4示出了射頻發(fā)射機RFT,其包含具有生成單元GU和控制單 元CU的數(shù)字信號生成器DSG。該射頻發(fā)射機RFT還包括具有晶體 管電路PT的開關模式功率放大器SMPA，以及連接裝置CM。
控制單元CU包括一個或多個互連的計算機，也即，硬件平臺、 基于硬件平臺的軟件平臺、以及由該軟件和硬件平臺形成的系統(tǒng)平 臺來執(zhí)行的多個應用程序。通過執(zhí)行這些應用程序來提供控制單元 CU的功能。當在系統(tǒng)平臺上執(zhí)行時，應用程序或者這些應用程序的
選定部分構成了提供如下所述的控制服務的計算機軟件產(chǎn)品。此外， 這種計算機軟件產(chǎn)品包含存儲這些應用程序或者應用程序的所述選
定部分的存儲介質(zhì)。
射頻發(fā)射機RFT接收射頻信號輸入SRF，in,并將射頻信號輸入SRF,in 饋送至數(shù)字信號生成器DSG。射頻信號輸入SRF,in可以包括模擬信號或者數(shù)字信號。生成器單元GU將射頻信號輸入SRF，in轉(zhuǎn)換為數(shù)字脈 沖比特流信號SDSG?？刂茊卧狢U監(jiān)控由生成器單元GU生成的數(shù)字 脈沖比特流信號SDSG。對數(shù)字脈沖比特流信號SosG的監(jiān)控可以這樣
來實現(xiàn)延遲脈沖比特流信號SosG—段短時間(~ps),并且在此時 間段內(nèi)對信號Sdsc迸行分析。如果控制單元CU檢測到比預定閾值長 的恒定信號高度的序列，控制單元觸發(fā)生成器單元GU,以將至少一 個陷波插入該序列。典型的閾值可以是10個采樣單元，也即10xtp。 通過在所述序列中插入一個或多個陷波，由數(shù)字脈沖比特流信號SDSG 生成了修正脈沖比特流信號Sm。d。
修正脈沖比特流Sm。d經(jīng)由連接裝置CM從數(shù)字信號生成器DSG 傳送至開關模式功率放大器SMPA。將修正脈沖比特流Sm。d施加到晶 體管電路PT以便放大。在其放大之后，將經(jīng)過放大的脈沖比特流信 號饋送至重建濾波器RCF,在此，由經(jīng)過放大的脈沖比特流信號生成 模擬信號。該模擬信號離開射頻發(fā)射機RFT,作為模擬射頻信號輸出
Srf，ouI。
圖5a示出了作為時間t的函數(shù)的、由生成器單元GU生成的數(shù)字 脈沖比特流信號SDSG。脈沖比特流信號SDSG的構建塊是具有持續(xù)時 間tp和信號高度SH的矩形信號比特。因此，脈沖比特流信號Sdsg在 零和信號高度SH翻轉(zhuǎn)。首先，脈沖比特流信號SosG示出了具有持續(xù) 時間為tp且信號高度為SH的第一序列51。在該序列51之后，存在 持續(xù)時間為2xtp的零信號的暫停。在此暫停之后，脈沖比特流信號 Sdsg示出了具有持續(xù)時間為2xtp且信號高度為SH的第二序列52。在 該序列52之后，存在持續(xù)時間為tp的零信號的暫停。在該暫停之后， 脈沖比特流信號Sdsg示出了具有持續(xù)時間至少為9xtp且信號高度為 SH的第三序列53。
假設，射頻發(fā)射機RFT的操作者具有預設的閾值5xtp?？刂茊卧?br> CU持續(xù)地監(jiān)控數(shù)字脈沖比特流信號SDSG,并且將序列51、 52、 53 的持續(xù)時間與預設的闊值進行比較。當檢測到第三序列53的持續(xù)時 間在預設閾值之上時，控制單元CU觸發(fā)生成器單元GU,以便通過向第三序列53中插入兩個陷波531和532來修改脈沖比特流信號 SDSG,由此生成修正脈沖比特流信號Sm。d。
圖5b示出了作為時間t的函數(shù)的、由生成器單元GU生成的修正
脈沖比特流信號Sm。d。在修正脈沖比特流信號Sm。d中，已經(jīng)通過插入
兩個陷波531和532對第三序列53進行了修改。陷波531和532的 信號高度SHn他h明顯小于第三序列53的信號高度SH,但是大于零信 號。每個陷波531和532具有持續(xù)時間tn, tn < tp。如果陷波531和 532的沿不是垂直的，則可以將陷波531和532的持續(xù)時間t。定義為 與陷波531和532相關i[關的幾何值或者分析值。例如，可以^^用FWHM 值，其中，可以在序列的信號高度SH與陷波531和532的信號高度 SHn。teh之間測量陷波531和532的最大值(FWHM =半最大值全寬度)。 圖6a示出了作為時間t的函數(shù)的、由生成器單元GU生成的數(shù)字 脈沖比特流信號SDSG。圖6b示出了作為時間t的函數(shù)的、從對圖6a 中所示的數(shù)字脈沖比特流信號SDSG的修改而獲得的第一修正脈沖比 特流信號S咖cu。圖6c示出了作為時間t的函數(shù)的、從對圖6a中所示 的數(shù)字脈沖比特流信號SDSG的修改而獲得的第二修正脈沖比特流信
如果數(shù)字信號生成器DSG感知到了長的"高"信號序列63,其 根據(jù)序列的長度向比特流中插入持續(xù)時間為tn的"低"脈沖(陷波 631b、 632b、 631c、 632c)。這當然會導致輸出信號中的誤差。該誤 差的嚴重程度取決于調(diào)制方案以及數(shù)字信號的過采樣率過采樣率越 高，陷波越短，因此其影響將越小。影響或者其糾正高度依賴于所使 用的通信系統(tǒng)。按照"高"序列63的長度，輸出信號中的可接受誤 差以及晶體管電路pt的速度，數(shù)字信號生成器dsg可以生成不同寬 度和比率的"低"陷波。圖6b示出了持續(xù)時間tn二tp的陷波631b、 632b，
其中tp是脈沖比特流信號SosG的構建塊的持續(xù)時間(也即，脈沖比特
流信號SDsc的脈沖長度)。圖6c示出了持續(xù)時間tn=l/2 tp的陷波631c、 632c。
如果持續(xù)時間為11^^(111=[1,2，3...])的陷波631、 632變得過長，輸出信號中的誤差將過大，所以將需要較高的過采樣率來降低陷波寬 度tn。這需要比較快、由此比較昂貴的數(shù)字信號生成器DSG以及較
快的晶體管電路PT。
圖7示出了射頻發(fā)射機RFT的另一實施方式，其與上述陷波方法 b)"數(shù)字/模擬陷波"相關聯(lián)。射頻發(fā)射機RFT包含具有生成器單元 GU和控制單元CU的數(shù)字信號生成器DSG、脈沖生成器PG、延遲線 Ld、切換元件TN、以及作為開關模式功率放大器的晶體管電路的功 率晶體管PT。類似于僅僅"數(shù)字陷波"的方法a)，數(shù)字信號生成器 DSG的控制單元CU識別生成器單元GU的輸出中的(也即脈沖比特 流信號Sdsc中的)長的"高"信號序列。當檢測到超過預定閾值的序 列時，控制單元CU觸發(fā)生成器單元GU,以額外生成指示信號Si, 其被用作插入陷波的指示。這利用了數(shù)字信號生成器DSG關于所生
成的信號SDSG的知識。
指示信號Sj由數(shù)字信號生成器DSG生成，作為"間隙插入觸發(fā)" 信號。該信號使得脈沖生成器PG(例如，階躍恢復二極管)生成快 速脈沖Sn。在觸發(fā)切換元件TN (在此由晶體管實現(xiàn))之前，例如通 過延遲線Ld對觸發(fā)脈沖Sn進行延遲。每個觸發(fā)脈沖Sn觸發(fā)第二、較 小且較快的晶體管TN,以便將功率晶體管PT的柵極G切換至電勢 GRD，也即所謂的柵極G的下拉。電勢GRD可以是地電勢(接地)。 可選地，電勢GRD可以是任何其他電勢。
通過該柵極G的下拉將陷波插入到數(shù)字信號生成器DSG的輸出 信號Sdsg中。這個小的下拉晶體管TN不必一定切換高電流，因此可 以非常之快。這些下拉的持續(xù)時間可以是非常短的持續(xù)時間tn<tp。
通過選擇電勢GRD，可以調(diào)節(jié)陷波的信號高度SHn。tch。優(yōu)選地， 選擇電勢GRD，使得結果信號高度SHn。礎符合最優(yōu)信號預失真(在 不希望的信號失真和預期的陷波效果之間進行優(yōu)化)，例如以避免低 頻分散。
圖8a示出了作為時間t的函數(shù)的、由生成器單元GU生成的數(shù)字 脈沖比特流信號SDSG。數(shù)字脈沖比特流信號SDSG包括超過預設長度閾值的序列83。圖8b示出了作為時間t的函數(shù)的、由數(shù)字信號生成 器DSG生成的指示信號Sj。圖8c示出了作為時間t的函數(shù)的、由脈 沖生成器PG生成的三個脈沖Sn、Sn2、 Sn3。
將指示信號Sj定時為在序列83開始的時刻被設置。由指示信號 Si觸發(fā)，脈沖生成器PG生成持續(xù)時間為tn的三個脈沖Snl、 Sn2、 Sn3。 延遲線Ld對觸發(fā)脈沖Sn進行延遲，使得功率晶體管PT的柵極G的 下拉在長序列SDSG中的特定時間發(fā)生?？梢允褂迷撗舆t機制來優(yōu)化序 列83內(nèi)陷波的時序。通過改變脈沖重復頻率以及通過對陷波的寬度 和深度進行成形，可以將陷波優(yōu)化為實現(xiàn)相對于最小輸出信號失真的 最佳效率，這例如通過使用經(jīng)過高斯成形的陷波實現(xiàn)，因為其具有最 低的可能時間帶寬積。
圖9示出了在電路仿真器中生成的以下仿真結果中的概念效果 在圖9a中，示出了經(jīng)過Delta-Sigma調(diào)制的UMTS信號Uj的序列。 將信號Ui (單位為伏特)示為時間(單位為ps)的函數(shù)。將該信號 Uj施加到包含GaNHEMT晶體管模型的開關模式放大器(HEMT-高 電子遷移率晶體管)。施加到放大器的DC功率是15.596 W,并且模 擬RF輸出功率為1.136W,得到7.287%的效率。
在圖9a中，示出了經(jīng)過Delta-Sigma調(diào)制的UMTS信號Umod的 序列。將信號Um。d (單位為伏特)示為時間(單位為(lis)的函數(shù)。經(jīng) 過調(diào)制的UMTS信號Um。d是按照如下方式從圖9a中所示的UMTS 信號Ui生成的在t=0.0002(is和t=0.0102|is之間在長的"低"序列 中交織持續(xù)時間為tp/2的脈沖/陷波90。與前述情況相同，將該信號 U,d施加到包含GaN HEMT晶體管模型的開關模式放大器。所施加 的DC功率是16.449 W,并且模擬RF輸出功率增加到1.663 W，得 到10.11%的效率。
如圖9a和圖9b之間的對比所示，通過插入陷波90,效率增加到 1.387倍。這示出了所提出的發(fā)明對于開關模式功率放大器的效率的
顯著影響。
權利要求
1. 一種射頻發(fā)射機，包括具有生成單元的數(shù)字信號生成器，其適于生成脈沖比特流信號；以及具有晶體管電路的開關模式射頻功率放大器，其適于放大輸入信號，其中，所述數(shù)字信號生成器還包括控制單元，其適于在所述脈沖比特流信號中檢測比預定閾值長的恒定信號高度的序列，以及在檢測到所述序列時，通過在所述序列中插入一個或多個陷波來生成修正脈沖比特流信號，所述陷波通過信號高度不同于所述序列的所述信號高度的信號來打斷所述序列，以及所述射頻發(fā)射機還包括連接裝置，其適于將所述修正脈沖比特流信號作為輸入信號提供給所述晶體管電路。
2. 根據(jù)權利要求1所述的射頻發(fā)射機，其中，所述控制單元還適于在檢測到所述序列時觸發(fā)所述生成器 單元，以便通過在所述序列中生成一個或多個信號高度間斷來插入所 述 一 個或多個陷波，以及經(jīng)由所述連接裝置將所述修正脈沖比特流信 號作為輸入信號發(fā)送給所述晶體管電路。
3. 根據(jù)權利要求1所述的射頻發(fā)射機，其中，所述控制單元還適于在檢測到所述序列時生成觸發(fā)信號，以及所述連接裝置包括由所述觸發(fā)信號控制的切換元件，以用于插入 所述陷波。
4. 根據(jù)權利要求3所述的射頻發(fā)射機，其中，所述控制單元還適于在檢測到所述序列時觸發(fā)所述數(shù)字信 號生成器，以生成用于指示所述序列的指示信號，以及所述射頻發(fā)射機還包括脈沖生成器，其適于由所述指示信號觸發(fā) 而生成一個或多個脈沖作為所述觸發(fā)信號。
5. 根據(jù)權利要求3所述的射頻發(fā)射機，其中，所述射頻發(fā)射機還包括延遲單元，其適于延遲所生成的觸發(fā)信號，使得所述陷波的插入在預定的時間發(fā)生。
6. 根據(jù)權利要求1的射頻發(fā)射機，其中，所述一個或多個陷波的持續(xù)時間比所述脈沖比特流信號的 脈沖持續(xù)時間短。
7. 根據(jù)權利要求1所述的射頻發(fā)射機，其中，所述晶體管電路包括一個或多個氮化鎵晶體管。
8. 根據(jù)權利要求1所述的射頻發(fā)射機，其中，所述控制單元還適于通過觸發(fā)所述脈沖比特流信號的相應 擴展來補償所述一個或多個陷波的插入，從而保留所述脈沖比特流信 號的總體內(nèi)能。
9. 根據(jù)權利要求1所述的射頻發(fā)射機，其中，所述控制單元還適于根據(jù)所述開關模式功率放大器的類型 來控制所述 一 個或多個陷波的形狀。
10. —種在射頻發(fā)射機中放大輸入信號的方法，所述射頻發(fā)射機 包含具有晶體管電路的開關模式射頻功率放大器，其中，所述方法包括步驟在脈沖比特流信號中檢測比預定閾值長的恒定信號高度的序列； 在檢測到所述序列時，通過在所述序列中插入一個或多個陷波來 生成修正脈沖比特流信號，所述陷波通過信號高度不同于所述序列的所述信號高度的信號來打斷所述序列；以及將所述修正脈沖比特流信號作為輸入信號提供給所述晶體管電路。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種射頻發(fā)射機(RFT)以及一種在該射頻發(fā)射機(RFT)中放大射頻輸入信號(S_IN)的方法。射頻發(fā)射機(RFT)包括具有生成單元(GU)的數(shù)字信號生成器(DSG)，其適于生成脈沖比特流信號；以及具有晶體管電路(PT)的開關模式功率放大器(SMPA)，其適于放大射頻輸入信號(S_IN)。數(shù)字信號生成器(DSG)還包括控制單元(CU)，其適于在所述脈沖比特流信號中檢測比預定閾值長的恒定信號高度的序列?？刂茊卧?CU)還適于在檢測到所述序列時通過在所述序列中插入一個或多個陷波來生成修正脈沖比特流信號。所述陷波通過信號高度不同于所述序列的信號高度的信號來打斷所述序列。該射頻發(fā)射機(RFT)還包括連接裝置(CM)，其適于將所述修正脈沖比特流信號作為射頻輸入信號(S_IN)提供給所述晶體管電路(PT)。
文檔編號H04B1/04GK101447794SQ20081017400
公開日2009年6月3日 申請日期2008年11月11日 優(yōu)先權日2007年11月12日
發(fā)明者F·皮維特, G·菲舍爾, J·黑塞爾巴爾特, S·查勒姆威薩特庫爾 申請人:朗訊科技公司