發送裝置、發送功率控制方法、以及無線電通信裝置的製作方法

2023-09-24 11:34:30 3

專利名稱：發送裝置、發送功率控制方法、以及無線電通信裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及對發送信號進行功率放大的發送設備和發送功率控制方法、以及利用該發送設備的無線電通信設備。
背景技術：
在用來放大包含包絡變化分量的調製信號的常規高頻功率放大器中，A類或AB類線性放大器已被用於線性放大包絡變化分量。此類線性放大器具有優良的線性，但是在功率效率方面低於C類或E類非線性放大器，這是因為線性放大器總是消耗伴隨直流偏流分量的功率。為此，當此類高頻功率放大器用於電池供電的可攜式無線電設備時，就會出現以下情況由於高頻功率放大器消耗大量功率，會縮短使用的小時數。另外，當此類高頻功率放大器用於具有多個高功率發送設備的無線電系統的基站裝備時，就會出現以下情況該基站裝備導致尺寸與熱量的增加。
因此，圖5顯示了作為高效率發送設備提出的利用極化調製的發送設備。如圖5所示，該發送設備具有振幅/相位分離部件21、調幅信號放大器22、頻率合成器23、以及非線性放大器的高頻功率放大器24。
基帶調製信號200輸入到振幅/相位分離部件21，基帶調幅信號201從振幅/相位分離部件21輸入到調幅信號放大器22，基帶調相信號202從振幅/相位分離部件21輸入到頻率合成器23，高頻調相信號203從頻率合成器23輸入到高頻功率放大器24，並且發送輸出信號204從高頻功率放大器24輸出。
接著，將描述該發送設備的操作。首先，假定基帶調製信號200為Si(t)，其由等式(1)表示。
Si(t)＝a(t)×exp[j(t)](1)其中，a(t)為振幅數據，exp[j(t)]為相位數據。振幅數據a(t)與相位數據exp[j(t)]由振幅/相位分離部件21提取。此處，振幅數據a(t)對應於基帶調幅信號201，而相位數據exp[j(t)]對應於基帶調相信號202。振幅數據a(t)由調幅信號放大器22放大，並且被施加到高頻功率放大器24。由此，高頻功率放大器24的電源電壓根據振幅數據a(t)而設置。
頻率合成器23產生通過用相位數據exp[j(t)]調製載波角頻率ωc而獲得的高頻調相信號203，並且該高頻調相信號203被輸入到高頻功率放大器24。此處，假定高頻調相信號203為信號Sc，其由等式(2)表示。
Sc＝expj[ωc×t+(t)](2)通過將非線性放大器用於高頻功率放大器24，通過放大信號而產生的發送輸出信號204從高頻功率放大器24輸出，該信號通過以下獲得將頻率合成器23的輸出信號乘以高頻功率放大器24的電源電壓a(t)並乘以高頻功率放大器24的增益G。此處，假定發送輸出信號204為RF信號Srf，其由等式(3)表示。
Srf＝Ga×(t)Sc＝Ga(t)×expj[ωc×t+(t)] (3)因為輸入到高頻功率放大器24的信號是在振幅方向上不具有變化分量的調相信號，所以其成為恆定包絡信號。因此，高效率的非線性放大器可以用作高頻功率放大器24，從而可以提供高效率的發送設備。利用此類極化調製的技術在(例如)專利文件1或專利文件2中進行了描述。
日本專利號3207153的說明書。
日本未審專利公開號2001-156554。
然而，在上述常規發送設備中，在控制高頻功率放大器24的輸出功率的情況下，輸出信號不會相對於輸入信號而線性改變，這是因為高頻功率放大器24是非線性放大器。因此，還需要通過以與振幅調製相同的方式改變電源電壓來進行輸出功率控制。在這種情況下，就會出現以下情況電晶體的運行極限(operation limits)將輸出功率的控制範圍限制為洩漏功率或電源電壓。
已參照上述常規情況而作出了本發明。本發明的目的在於提供可以提供良好功率效率以及發送輸出功率的寬控制範圍的發送設備與發送功率控制方法、以及使用該發送設備的無線電通信設備。

發明內容
本發明的發送設備是一種對發送信號進行功率放大並且將其輸出的發送設備，該設備包含具有高頻功率放大器的發送功率放大部件，其中該發送功率放大部件具有將高頻功率放大器操作為非線性放大器的第一模式、以及將高頻功率放大器操作為線性放大器的第二模式，並且在第一模式下，該發送功率放大部件對發送信號進行振幅調製，並且通過高頻功率放大器的電源電壓控制發送信號的平均輸出功率電平，而在第二模式下，該發送功率放大部件在高頻功率放大器之前控制發送信號的平均輸出功率電平，並且對平均輸出電平得到控制的發送信號進行振幅調製。
利用這種構造，在第一模式下，例如，在輸出高功率時，通過將高頻功率放大器操作為非線性放大器，就可以大大增加功率效率，並且在第二模式下，例如，在輸出低功率時，通過將高頻功率放大器操作為線性放大器，就可以在寬範圍上控制發送輸出功率，並且可以非常高效地利用一個放大器，並且大大增加功率效率。
另外，在本發明的發送設備中，發送功率放大部件具有安排在高頻功率放大器之前的乘法器、以及安排在該乘法器之前的可變增益放大器，並且在第二模式下，該發送功率放大部件通過該乘法器對發送信號進行振幅調製，並且通過該可變增益放大器控制發送信號的平均輸出功率電平。
利用這種構造，在第二模式下，高頻功率放大器操作為線性放大器，並且因此其電源電壓恆定，並且高頻功率放大器不能對發送信號進行振幅調製，並且不能控制發送信號的平均輸出電平。因此，安排在高頻功率放大器之前的乘法器對發送信號進行振幅調製，並且安排在該乘法器之前的可變增益放大器控制發送信號的平均輸出電平，以使高頻功率放大器操作為線性放大器。由此，就可以在寬範圍上控制發送輸出功率。
另外，在第一模式下，本發明的發送設備根據發送信號的平均輸出功率而改變高頻功率放大器的輸入電平。
利用該構造，高頻功率放大器的輸入電平根據發送信號的平均輸出功率而變化，從而當高頻功率放大器操作為非線性放大器時，可以減少洩漏功率，並且可以擴展電源電壓對發送功率的控制範圍。
另外，在第一模式下，本發明的發送設備根據發送信號的瞬時輸出功率而改變高頻功率放大器的輸入電平。
利用該構造，高頻功率放大器的輸入電平根據發送信號的瞬時輸出功率而變化，從而可以跟隨電平的瞬時變化，減少洩漏功率，並且由此提高電平瞬時變化的重複率(recurrence)。
另外，根據本發明的控制發送功率的方法是一種當發送信號由高頻功率放大器功率放大並且輸出時控制發送功率的方法，該方法包含以下步驟在第一模式下，將高頻功率放大器操作為非線性放大器，以對發送信號進行振幅調製，並且通過高頻功率放大器的電源電壓控制發送信號的平均輸出電平；以及在第二模式下，將高頻功率放大器操作為線性放大器，以在高頻功率放大器之前控制發送信號的平均輸出電平，並且對平均輸出電平得到控制的發送信號進行振幅調製。
利用該構造，可以在將高頻功率放大器操作為非線性放大器的第一模式下，大大提高功率效率，並且在第一模式下以及在將高頻功率放大器操作為線性放大器的第二模式下，在寬範圍上控制發送輸出功率。
另外，本發明的無線電通信設備是一種用於通過無線電發送來自天線的發送信號的無線電通信設備，該無線電通信設備具有以下構造發送信號由所述發送設備進行功率放大，並且被輸出到天線。
利用該構造，在第一模式下，發送設備的功率效率高，並且因此可以延長安裝在該設備中的電池電源的使用周期，並且可以減少發送設備中的高頻功率放大器的尺寸，從而可以進一步減少無線電通信設備的尺寸。
根據依照本發明的發送設備、控制發送功率的方法、以及無線電通信設備，就可以使得功率效率良好，並且擴展發送輸出功率的控制範圍。


圖1為顯示本發明第一實施例中的發送設備的一般構造的方框圖。
圖2為顯示當圖1所示高頻功率放大器用作非線性放大器時的電路構造的方框圖。
圖3為用來解釋當圖1所示高頻功率放大器被用作非線性放大器時的操作的圖示。
圖4為顯示本發明第二實施例中的無線電通信設備的發送系統的一般構造的方框圖。
圖5為顯示常規發送設備的構造例子的方框圖。
此處，圖中的附圖標記1表示振幅/相位分離部件、2與8表示乘法器、3與10表示開關、4表示調幅信號放大器22、5表示高頻功率放大器、6表示頻率合成器23、7表示可變增益放大器、9表示下限限制電路、11表示加法器、12表示發送/接收選擇器開關、而13表示天線。
具體實施例方式
(第一實施例)圖1為顯示用來描述本發明實施例的發送設備的一般構造的方框圖。如圖1所示，該實施例的發送設備包含振幅/相位分離部件1，其將基帶調製信號100分離為基帶調幅信號101與基帶調相信號102；乘法器2，其將基帶調幅信號101乘以增益控制信號105；開關3，其根據模式切換信號106而切換；調幅信號放大器4，其為高頻功率放大器5提供電源電壓；高頻功率放大器5，其放大來自乘法器8的輸入信號的功率，並且輸出發送輸出信號104；頻率合成器6，其利用基帶調相信號102對載波信號進行相位調製，以產生高頻調相信號103；可變增益放大器7，其調整高頻調相信號103的信號電平；乘法器8，其將可變增益放大器7的輸出乘以基帶調幅信號101；下限限制電路9，其限制基帶調幅信號101的振幅變化的下限；開關10，其由模式切換信號106而切換；以及加法器11，其將增益偏置信號108與基帶調幅信號101相加。
現在描述以上述方式構造的發送設備的操作。在圖1中，例如根據來自無線電基站的為發送設備指定的發送功率的電平、或者基於發送設備的接收信號的狀態的發送功率電平，而確定高頻功率放大器5的操作模式。當發送輸出信號104的電平為高時，從功率效率的角度，希望以下工作模式其中高頻功率放大器5成為非線性放大器。在另一方面，當發送輸出信號104的電平為低、並且因此其中高頻功率放大器5可以工作為非線性放大器的工作模式越界(out of range)時，必須使高頻功率放大器5工作為線性放大器。根據發送功率的希望電平以及高頻功率放大器5的特性，而設置模式切換信號106。此處，輸入到發送設備的增益控制信號105、模式切換信號106、DC電壓107、以及增益偏置信號108由控制部分(未顯示)設置。該控制部分可以在該發送設備自身中提供。另外，當該發送設備安裝在無線電通信設備等等之中時，其可以與控制無線電通信設備的操作的控制部分共享使用。
首先，將描述以下情況圖1所示高頻功率放大器5的發送輸出信號104的電平相對較高。在這種情況下，在切換工作區的飽和工作區中，高頻功率放大器5操作為非線性放大器。基帶調製信號100由振幅/相位分離部件1分離為基帶調幅信號101與基帶調相信號102。
基帶調幅信號101由乘法器2乘以增益控制信號105，並且被輸入到開關3的終端a。當發送輸出信號由高頻功率放大器5進行振幅調製(發送輸出信號的電平相對較高)時，通過模式切換信號106將開關3的終端a與c相互連接。從開關3的終端c輸出的基帶調幅信號101與增益控制信號105的乘積由調幅信號放大器4放大，並且作為高頻功率放大器5的電源電壓而被施加到高頻功率放大器5，並且由高頻功率放大器5進行振幅調製。
此處，為了根據基帶調幅信號101的電平而高效率地改變電源電壓，優選地使用由調幅信號放大器4的帶寬顯示振幅信息的D類放大器。
在另一方面，基帶調相信號102被輸入到頻率合成器6。頻率合成器6利用基帶調相信號102對載波信號進行相位調製，以產生並且輸出高頻調相信號103。該高頻調相信號103由可變增益放大器7根據增益控制信號109進行放大(或衰減)，並然後被輸出到乘法器8。
此處，通過由加法器11將增益偏置信號108與增益控制信號105相加，而獲得輸入到可變增益放大器7的增益控制信號109。設置增益偏置信號108，使得可變增益放大器7將高頻調相信號103調整為適合於在飽和工作區中或者在切換工作區中將高頻功率放大器5操作為非線性放大器的電平。
當發送輸出信號的電平相對較高時，通過模式切換信號106將開關10的終端a與c相互連接。為此，通過開關10，將由下限限制電路9限制基帶調幅信號101的振幅變化的下限的信號輸出到乘法器8。
由此，通過以下步驟獲得的信號成為調相信號由乘法器8將可變增益放大器7的輸出乘以限制基帶調幅信號101的振幅變化的下限的信號。從乘法器8輸出的調相信號被輸入到高頻功率放大器5，並且被乘以調幅信號，然後被輸出為發送輸出信號104。
圖2顯示當高頻功率放大器5被用作非線性放大器時的電路構造，而圖3為解釋當高頻功率放大器5被用作非線性放大器時的操作的圖示。如圖2所示，高頻功率放大器5具有包含非線性放大器50、並且在其輸入側與輸出側之間連接有寄生電容51的構造。圖3顯示電源電壓與非線性放大器50的輸出功率之間的關係。如圖3所示，在非線性放大器50中，輸出功率與電源電壓的平方成正比。此處，洩漏功率的振幅由寄生電容51以及非線性放大器50的輸入信號的電平(乘法器8的輸出信號的電平)確定。
此處，考慮到未提供可變增益放大器7與乘法器8的情況，頻率合成器6的輸出近乎恆定，因此洩漏功率也變為恆定。在這種情況下，為了減少發送輸出信號104的電平，應該減少非線性放大器50的電源電壓，但是非線性放大器50的電源電壓由洩漏功率限制，因此不能被減少到低於預定值的電平。
在另一方面，在該實施例中，可變增益放大器7的增益由增益控制信號109控制，以控制輸入到高頻功率放大器5的調相信號的電平，由此可以減少洩漏功率。因此，在高頻功率放大器5中，可以擴展電源電壓對輸出功率的控制範圍。藉助這種方式，通過根據用於設置調幅信號的平均輸出的增益控制信號105放大基帶調相信號，就可以使可變增益放大器7的調相信號的電平跟隨調幅信號的平均功率，即可以根據平均輸出功率控制高頻功率放大器5的輸入。
另外，通過由乘法器8將可變增益放大器7的輸出信號乘以基帶調幅信號101，高頻功率放大器5的輸入電平跟隨振幅變化信號電平的瞬時變化，並且洩漏功率也會減少，從而可以提高該電平的瞬時變化的重複率。即，可以根據瞬時輸出功率而控制高頻功率放大器5的輸入。
此處，當高頻功率放大器5的輸入電平減少太多時，高頻功率放大器5超出飽和工作區或切換工作區，並且因此對於電源電壓變化的線性惡化。因此，由下限限制電路9將高頻功率放大器5的輸入電平保持高於預定電平。在這一方面，因為只需乘法器8根據振幅變化減少洩漏功率而不用將發送輸出信號104乘以調幅信號，所以即使在乘法器8中限制電平瞬時變化的低電平側，也沒有問題。
接著，將描述發送輸出信號104的電平相對較低的情況。在這種情況下，高頻功率放大器5操作為線性放大器，其中輸出與輸入成線性關係。首先，通過模式切換信號106將開關3的終端b與c相互連接。由此，DC電壓107通過開關3從調幅信號放大器4輸入，並且調幅信號放大器4施加恆定電源電壓到高頻功率放大器5。
在另一方面，基帶調相信號102被輸入到頻率合成器6，並且頻率合成器6將通過利用基帶調相信號102對載波信號進行調製而獲得的高頻調相信號103輸出到可變增益放大器7。高頻調相信號103由可變增益放大器7根據增益控制信號109進行放大(或衰減)，並且被輸入到乘法器8。此時，增益偏置信號108被設置為零。因此，增益控制信號105(＝增益控制信號109)通過加法器11而被輸入到可變增益放大器7。
另外，在這種情況下，通過模式切換信號106將開關10的終端b與c相互連接。因此，通過開關10，將基帶調幅信號101輸入到乘法器8。乘法器8用基帶調幅信號101乘以由可變增益放大器7放大的高頻調相信號103。高頻功率放大器5線性放大乘法器8的輸出，並且輸出該發送輸出信號104。
通過這種方式，即使當發送輸出信號的電平為低、並且高頻功率放大器5可能超出飽和工作區或切換工作區時，即，即使當存在高頻功率放大器5的輸出功率對於電源電壓變化的線性惡化的可能性時，通過將高頻功率放大器5操作為線性放大器，高頻功率放大器5也可以保持輸出信號對於輸入信號的線性，並且可以擴展輸出功率控制範圍。
根據本發明的實施例，當發送輸出信號的電平相對較高時，將高頻功率放大器5用作為非線性放大器，以調製發送信號的振幅，並且通過施加到高頻功率放大器5的電源電壓控制其平均輸出電平；而當發送輸出信號的電平相對較低時，將高頻功率放大器5用作為線性放大器，並且在高頻功率放大器5之前提供的乘法器8調製發送信號的振幅，而在乘法器8之前提供的可變增益放大器7控制其平均輸出電平。由此，可以在寬範圍上控制發送輸出信號的電平。
另外，當發送功率大時，將高頻功率放大器5操作為非線性放大器，並且因此可以提高功率效率。
另外，當高頻功率放大器5操作為非線性放大器時，如果可變增益放大器7的增益由增益控制信號109控制以改變高頻調相信號103的電平，則會減少洩漏功率，從而可以擴展電源電壓對輸出功率的控制範圍。
另外，當乘法器8將高頻調相信號103乘以基帶調幅信號101時，高頻功率放大器5的輸入電平跟隨基帶調幅信號101的電平的瞬時變化，並且也會減少洩漏功率，從而可以提高電平瞬時變化的重複率。
圖4為顯示具有圖1所述實施例的發送設備的無線電通信設備的發送系統的一般構造的方框圖。此處，該無線電通信設備包含(例如)可攜式無線電終端設備(例如行動電話或具有通信功能的個人數字助理)、無線電基站等等。此處，在圖4所示的例子中，顯示了將該實施例的發送設備用於可攜式無線電終端設備的情況。該可攜式無線電終端設備在第一實施例中顯示的高頻功率放大器5的輸出側具有發送/接收選擇器開關12以及天線13。
接著，將描述圖4所示的可攜式無線電終端設備的操作。在發送時，高頻功率放大器5經由發送/接收選擇器開關12從天線13輻射經功率放大的發送功率信號104。在另一方面，在接收時，經由發送/接收選擇器開關12從天線13向接收部分(未顯示)輸入接收信號。
根據該實施例的可攜式無線電終端設備，高頻功率放大器5在輸出高功率時操作為非線性放大器，以提高功率效率，從而防止電池消耗，由此可延長使用的小時數。另外，高頻功率放大器5在功率效率方面得到改進，因此可以減少尺寸與熱量。因此，可以減小安裝有高頻功率放大器5的無線電通信設備的尺寸。
另外，如果將本發明用於安裝有多個高功率發送設備的無線電系統的基站裝備，則當高頻功率放大器輸出高輸出功率時功率效率得到提高，並且因此高頻功率放大器可以減少尺寸與熱量，從而可以防止該裝備尺寸增大，並且因此減少安裝空間。
在這一方面，本發明不限於以上實施例，而在不脫離本發明精神的前提下，也可以以特定構造、功能、操作、以及效果實現其他各種實施例。
雖然已經參照特定實施例描述了本發明，但是本領域技術人員可以理解在不脫離所附權利要求限定的本發明的精神與範圍的前提下可以進行各種替換與修改。
本申請基於2003年8月8日提交的日本專利申請號2003-289893，其內容由此通過引用而融入本申請。
工業實用性本發明產生以下效果產生良好的功率效率，並且在寬範圍上控制發送輸出功率，因此本發明可以用於諸如行動電話或個人數字助理等可攜式終端設備、以及無線電基站等等的無線電通信設備等等。
權利要求
1.一種對發送信號進行功率放大的發送設備，該設備包含具有高頻功率放大器的發送功率放大部件，其中該發送功率放大部件具有將高頻功率放大器操作為非線性放大器的第一模式、以及將高頻功率放大器操作為線性放大器的第二模式，並且在第一模式中，該發送功率放大部件對發送信號進行振幅調製，並且通過高頻功率放大器的電源電壓控制發送信號的平均輸出電平，在第二模式中，該發送功率放大部件在高頻功率放大器之前控制發送信號的平均輸出電平，並且對平均輸出電平得到控制的發送信號進行振幅調製。
2.如權利要求1所述的發送設備，其中該發送功率放大部件具有安排在高頻功率放大器之前的乘法器、以及安排在該乘法器之前的可變增益放大器，並且在第二模式中，該發送功率放大部件通過該乘法器調製發送信號，並且通過該可變增益放大器控制發送信號的平均輸出電平。
3.如權利要求1或2所述的發送設備，其中在第一模式下，高頻功率放大器的輸入電平根據發送信號的平均輸出功率而變化。
4.如權利要求1至3中任一項所述的發送設備，其中在第一模式下，高頻功率放大器的輸入電平根據發送信號的瞬時輸出功率而變化。
5.一種當發送信號由高頻功率放大器功率放大並輸出時控制發送功率的方法，該方法包含以下步驟在第一模式下，將高頻功率放大器操作為非線性放大器，以對發送信號進行振幅調製，並且通過高頻功率放大器的電源電壓控制發送信號的平均輸出電平；以及在第二模式下，將高頻功率放大器操作為線性放大器，以在高頻功率放大器之前控制發送信號的平均輸出電平，並且進一步對平均輸出電平得到控制的發送信號進行振幅調製。
6.一種用於通過無線電發送來自天線的發送信號的無線電通信設備，其中該發送信號由如權利要求1至4中任一項所述的發送設備進行功率放大，並且被輸出到天線。
全文摘要
提供了具有較好功率效率與發送輸出功率的寬控制範圍的發送裝置以及發送功率控制方法、以及利用該發送裝置的無線電通信裝置。在高功率輸出期間，將高頻功率放大器(5)操作為非線性放大器，由此提高發送信號的功率放大期間的功率效率。另外，在低功率輸出期間，將高頻功率放大器(5)操作為線性放大器，由此獲得發送輸出功率的寬控制範圍。另外，當高頻功率放大器(5)操作為非線性放大器時，由可變增益放大器(7)根據發送信號的平均輸出功率而改變高頻功率放大器(5)的輸入電平，由此減少洩漏功率，並且獲得發送輸出功率的寬控制範圍。
文檔編號H03F3/20GK1833367SQ20048002280
公開日2006年9月13日 申請日期2004年7月2日 優先權日2003年8月8日
發明者荒屋敷護, 原義博, 宇田川昌治 申請人:松下電器產業株式會社