基於射頻的差分信號傳輸的耦合配置的製作方法
2023-12-02 10:33:11
專利名稱：基於射頻的差分信號傳輸的耦合配置的製作方法
技術領域：
本發明涉及射頻(RF)信號耦合領域。
背景技術：
在提供基於RF的無線信號傳輸的電信系統框架中，廣泛地應用了多種信號調製技術。信號調製和信號放大一般通過兩個不同的RF電路部件來實現。因此，RF調製器所產生的已調RF信號必須傳送給放大器，進行充分放大，以便進行信號廣播。
對於在RF電路任意兩個單元之間的RF信號傳輸而言，差分信號傳輸提供了一種有效的方式，能夠減少噪聲水平，並且抑制共模電壓。差分信號傳輸一般通過兩根單獨的傳輸線來實現，這兩根線路能夠分別傳輸形成差分信號的兩個射頻(RF)信號，這兩個信號一般進行了移相處理。更佳地，結合兩相調製技術應用差分信號傳輸，例如結合同相正交(IQ)、四相移相鍵控(QPSK)、二進位移相鍵控(BPSK)、差分移相鍵控(DPSK)、正交振幅調製(QAM)和脈碼調製(PCM)。
對於許多應用來說，必須測量已調製的RF信號，以便確定調製的質量，並且檢測出由於調製參數的不正確調節而可能出現的潛在信號失真。因此，至少一部分產生的已調製RF信號必須耦合到相應的檢測器。已調製的RF信號的耦合，也就是得到至少一部分RF信號並將得到的部分提供給檢測器，必須嚴格滿足要求才能防止信號失真。差分RF信號的耦合一般指耦合到兩個單獨的RF信號中的任意一個。因此，耦合被應用於連接兩個RF單元的兩根單獨的傳輸線中的一個，前述RF單元可以實現為例如調製器和功率放大器。
一般而言，RF信號的耦合可以通過附加傳輸線的並行配置來有效實現，前述附加傳輸線與連接這兩個RF單元的主傳輸線相隔一定距離。通常，該距離由RF信號的波長指定，並且等於λ/4。對工作在GHz範圍的RF頻段來講，該距離甚至可以大到若干釐米。這要求耦合機制的實現有相當大的空間，並且其無法提供一種緊湊而成本低廉的耦合配置設計。
可選的耦合配置可以利用直接連接到RF傳輸線的電子部件，諸如電阻和電容來實現。但是，這類耦合配置對各個傳輸線所提供的射頻信號的傳輸可能有嚴重的影響。
因此本發明旨在提供一種節省空間的差分傳輸線耦合配置，具有對差分RF信號的傳輸存在最小影響的特點。
發明內容
本發明提供了一種耦合配置，用於耦合出連接第一射頻單元和第二射頻單元的第一傳輸線的信號。第一射頻單元通過第一傳輸線和第二傳輸線連接到第二射頻單元。第一傳輸線提供了第一射頻信號的傳輸，而第二傳輸線提供了第二射頻信號的傳輸。發明的耦合配置包括第一和第二耦合裝置。第一耦合裝置適於耦合到第一傳輸線，以耦合出第一傳輸線的信號。第一耦合裝置具有第一電氣特性，對通過第一傳輸線傳送的第一信號的傳輸具有第一影響。
第二耦合裝置適於耦合到第二傳輸線。第二耦合裝置具有第二電氣特性，基本上等同於第一耦合裝置的第一電氣特性。因此，第二耦合裝置對通過第二傳輸線傳送的第二信號的傳輸具有第二影響。
通過這種方式，發明的耦合配置實現為對稱的耦合配置。第一耦合裝置有效地提供耦合出第一信號的方式，而第二耦合裝置不必要提供有效耦合。此外，與第一耦合裝置的電氣特性相比，第二耦合裝置提供了基本相同的電氣特性，也就是高頻(HF)電氣特性。通過這種方式，第一耦合裝置對第一RF信號傳輸的不可忽視並且無法避免的影響還應用於通過連接到第一RF單元和第二RF單元的第二RF傳輸線傳送的第二RF信號。由此，第一信號和第二信號的傳輸受到第一耦合裝置和第二耦合裝置各自的同等影響。
耦合出第一傳輸線信號是指耦合出通過第一傳輸線傳輸的一部分第一RF信號。更佳地，該耦合出的部分只代表第一RF信號的一小部分，但足以對第一RF信號進行測量。因此，第一RF信號的大部分保留在第一傳輸線中，並由此從第一RF單元傳送到第二RF單元。
按照本發明的另一種優選實施例，第一射頻信號和第二射頻信號形成了差分信號，該差分信號在第一射頻單元和第二射頻單元之間傳送。因此，差分RF信號代表了在第一RF單元和第二RF單元之間傳送的數據，它被分解成第一RF信號和第二RF信號，分別通過兩根單獨的RF傳輸線傳送。例如，第一RF信號和第二RF信號可以是相移π，從而能夠減少噪聲水平，並抑制RF信號的共模電壓。而且，第二RF信號可以代表反相的第一RF信號。通過差分信號傳送的數據可以通過以下方式有效地得到，即通過第一傳輸線和第二傳輸線單獨傳送的第一RF信號和第二RF信號彼此相減。因為第一耦合裝置和第二耦合裝置引起第一RF信號和第二RF信號各自的相同失真，在進行各自的相減操作時，得到的數據基本保持不受影響。
利用第一傳輸線和第二傳輸線提供的差分信號傳輸的優點，相互補償了第一RF信號和第二RF信號的相同影響。通過這種方式，本發明提供了最小侵入的耦合配置用於獲得一部分傳送的RF信號。這樣，第二耦合裝置有效地提供了第一耦合裝置對第一RF信號傳輸的影響的補償。
按照本發明的又一種優選實施例，第一耦合裝置包括第一電容和第一電阻。通常，通過電容，可以有效實現到第一傳輸線的耦合。更佳地，第二耦合裝置包括電氣特性，也就是高頻電氣特性，它基本上等同於由第一電容和第一電阻指定的第一耦合裝置的電氣特性。因此，第二耦合裝置可以包括第二電容和電阻，它們等同於第一電容和電阻元件。一般來說，只要第二耦合裝置對第二RF信號傳輸的總體影響基本上等同於第一耦合裝置對第一RF信號傳輸的影響，第二耦合裝置就可以包括一個不同的組件和不同電氣部件，它們與第一耦合組件的裝配和組成明顯不同。
特別地，利用阻性和容性電子部件耦合出第一傳輸線的第一RF信號，各個第一耦合裝置可以以一種價格經濟並節省空間的方式來實現。這些電子部件的特徵在於尺寸可以在毫米甚至是零點幾毫米範圍，而現有技術中的RF耦合技術可能需要距離第一傳輸線/4的地方放置一根並行的傳輸線。在現有技術中，對GHz範圍的應用而言，該距離甚至可能會遠超過若干釐米。因此，本發明的耦合配置提供了一種價格經濟並且節省空間的RF信號耦合方法。
按照本發明的另一優選實施例，第一耦合裝置還包括一個信號處理元件，用於處理從第一傳輸線耦合出的信號。通過這種方式，第一耦合裝置包含耦合的RF信號的信號處理。信號處理可以指與第一RF信號質量相關的測量。例如，信號處理測量第一Rf信號的振幅調製。測量指定RF信號質量的參數是有利的，以便為信號調製器提供反饋。通過這種方式，可以實現一種有效的控制機制。
此外，第一耦合裝置的信號處理元件也可能對第一RF信號的傳輸具有不可忽視的影響。因此，第二耦合裝置，也就是第二耦合裝置的電氣特性必須進行適當地修改，以便解決第一耦合裝置對第一RF信號傳輸的影響的最終變化。
按照本發明的另一種優選實施例，第二耦合裝置還包括一個終端元件。該終端元件具有一個終端阻抗，以防止不可避免地從第二傳輸線耦合的RF信號的反射。通過這種方式，可以有效抑制幹擾信號到第二傳輸線的反饋。
按照本發明的另一種優選實施例，第一射頻單元包括同相正交(IQ)調製器，而第二射頻單元包括射頻功率放大器。在這種實施例中，本發明的耦合配置在對已調製的RF信號進行放大之前，有效地提供了已調製的RF信號的耦合。至少，一部分的已調製RF信號從傳輸線耦合輸出到例如信號處理元件，從而控制信號的調製。一般說來，IQ調製器可以被提供分解成第一和第二RF信號的差分輸出的任何其他類型的調製器替換。
因此，本發明的耦合配置可以廣泛包含在提供RF信號調製的設備中。例如，本發明的耦合配置可以與QPSK調製器、QAM調製器、BPSK調製器、DPSK調製器或者PCM調製器組合使用。此外，第二RF單元不必實現為功率放大單元。可選擇地，第二RF單元可以實現為任一上述調製器。原則上，本發明的耦合配置可以廣泛包含在利用差分信號傳輸的設備和配置中。
按照本發明的另一優選實施例，信號處理元件包括一個射頻檢波二極體。在該實施例中，信號處理僅指信號檢測和後續到附加RF單元的信號傳輸，該附加RF單元提供相應信號處理。而且這裡，由於第二耦合裝置的影響，因此第二耦合裝置的電氣特性必須適當地適應於第一耦合裝置和RF檢波二極體對第一信號傳輸的總體影響。
按照本發明的另一優選實施例，信號處理單元還耦合到第一射頻單元。該信號處理元件適於測量第一RF信號的至少一個實際信號參數，並且還適於向第一RF單元傳送至少一個測得的信號參數。第一RF單元還包括控制裝置，用於消除至少一個信號參數的期望值和測得的實際值之間的差別。通過這種方式，可以有效地實現一個控制環路。第一耦合裝置及其信號處理元件用以確定第一信號的實際信號參數，該參數可以指示第一RF單元所產生的振幅調製的質量。
向第一RF單元發送測得的實際信號參數，使得能夠將它與期望的信號參數相比較。響應於這樣的比較，可以調節期望的參數，使得測得的實際信號參數對應於期望的信號參數。這種反饋環的實現有效地消除了第一射頻單元所產生的差分信號的信號參數之期望值和實際值之差。
另一方面，本發明提供了一種無線蜂窩通信網絡的基站。該基站包括第一射頻單元和第二射頻單元，以及第一傳輸線和第二傳輸線，用於將來自第一RF單元的差分信號的第一分量和第二分量分別傳送到第二RF單元。該基站還包括第一耦合裝置，用以耦合出第一傳輸線的信號。第一耦合裝置不可避免地對RF差分信號第一分量的傳輸產生第一影響。該基站還包括第二耦合裝置，它適於耦合到第二傳輸線，並對差分RF信號的第二分量的傳輸產生第二影響。第一耦合裝置和第二耦合裝置各自的第一影響和第二影響基本相同。第一耦合裝置有效地提供了將傳輸差分信號第一分量的第一傳輸線的信號耦合出來的方式，而第二耦合裝置適於補償傳輸差分RF信號第一分量時第一耦合裝置的影響。
優選地，第一和第二耦合裝置都通過容性和阻性電子器件來實現，這些器件的使用能夠節省基站設計和構造的空間。現有技術的已知解決方案利用了與第一傳輸線相隔λ/4安置的附加傳輸線，藉助於節省空間和價格經濟的發明的配置，可以對其進行有效地替換。
在另一方面，本發明提供了一種耦合出連接第一射頻單元和第二射頻單元的第一傳輸線的射頻信號的方法。第一射頻單元藉助於第一和第二傳輸線連接到第二射頻單元。第一傳輸線提供了第一射頻信號的傳輸，而第二傳輸線提供了第二射頻信號的傳輸。耦合出第一傳輸線信號包括將第一耦合裝置耦合到第一傳輸線。為了補償第一耦合裝置對第一信號的傳輸的影響，第二耦合裝置適於耦合到第二傳輸線。
將第一耦合裝置耦合到第一傳輸線提供了耦合出射頻信號的方式。第一耦合裝置對第一信號的傳輸具有第一影響，而第二耦合裝置對第二信號的傳輸具有第二影響。第一影響和第二影響基本相同。通過這種方式，分別利用第一耦合裝置和第二耦合裝置，以相同方式影響和操作第一RF信號和第二RF信號。因為第一RF信號和第二RF信號形成了在第一射頻單元和第二射頻單元之間傳輸的差分信號，所以在獲取得到利用差分RF信號傳輸的數據時，對第一RF信號和第二RF信號的任何共有的影響都自然地被消除了。
下面結合附圖，更詳細地描述本發明的優選實施例，在附圖中圖1說明了發明的耦合配置的框圖，
圖2說明了發明的耦合配置的可選實施例。
附圖中的參考號碼意義如下1 耦合配置2 耦合配置10 RF單元12 RF單元14 傳輸線16 傳輸線18 耦合模塊20 耦合模塊22 檢測器24 終端元件26 比較器28 信號發生器具體實施方式
耦合配置1具有第一RF單元10、第二RF單元12、連接第一RF單元10和第二RF單元12的第一傳輸線16和第二傳輸線14。耦合配置1還具有第一耦合模塊18和第二耦合模塊20，以及檢測器22和終端元件24。第一耦合模塊18耦合到第一傳輸線16，而第二耦合模塊20連接到第二傳輸線14。此外，第一耦合模塊18耦合到檢測器22，而第二耦合模塊20還耦合到終端元件24。
第一傳輸線16和第二傳輸線14用以在第一RF單元10和第二RF單元12之間傳送差分RF信號。更佳地，該差分RF信號分解成由第一傳輸線16傳輸的第一RF信號和由第二傳輸線14傳輸的第二RF信號。
藉助於差分RF信號進行傳輸的數據可以通過適當的操作，例如由第一傳輸線16和第二傳輸線14提供的第一RF信號和第二RF信號彼此相減而得到。
為了得到一種耦合配置節省空間的實現，包括至少一個電容的第一耦合模塊18直接連接到第一傳輸線16。因為這種直接耦合，耦合模塊18的電氣特性，尤其是高頻電氣特性可能對第一RF信號的傳輸產生影響。但是，藉助於第一耦合模塊18，第一RF信號的至少一部分可以有效地耦合輸出到檢測器22，該檢測器22連接到第一耦合模塊18。可選擇地，檢測器22可以合併在耦合模塊18中。耦合模塊18和檢測器22不可避免地會對第一傳輸線16所提供的信號傳輸產生影響。
為了補償第一傳輸線16上第一耦合模塊18和檢測器22的影響，耦合模塊20和終端元件24耦合到第二傳輸線14。更佳地，耦合模塊20和終端元件24與耦合模塊18和檢測器22具有相同的複合電氣特性。因此，耦合模塊20和終端元件24對第二RF信號傳輸的影響與耦合模塊18和檢測器22對第一RF信號傳輸的影響相同。通過這種方式，第一和第二RF信號經受了分別由耦合模塊18、耦合模塊20引起的相同的影響。
RF單元10、12可以實現為任意RF單元，例如調製器和功率放大器。例如，通過將第一RF單元10實現為IQ調製器，而將第二RF單元12實現為功率放大器，耦合配置1可以合併到無線蜂窩通信網的基站中。
第一耦合模塊18有效地提供了所需的第一RF信號到檢測器22的耦合，以便測量第一RF單元10所產生的第一RF信號的實際值。第二耦合模塊20提供了由第二傳輸線14傳輸的第二RF信號的可比耦合。但是，第二耦合模塊20對第二RF信號的傳輸產生了第二影響，其基本等同於耦合模塊18對第一RF信號的傳輸的影響。可選擇地，第二耦合模塊20不是耦合到終端元件24，而是耦合到檢測器，以不同方式對第二RF信號進行檢測和測量。在本發明的耦合配置的一種典型實施例中，這樣一個附加的檢測器通常是多餘的。無論如何它可能會有助於比較第一RF信號和第二RF信號，從而對差分RF信號分解成第一和第二RF信號的過程進行控制。
終端元件24特徵在於具有終端阻抗，以便有效地防止傳輸線14中幹擾的擴張，這可能是由於終端元件24的反射。
圖2的框圖示出了為第一RF單元10提供控制環的一種可選耦合配置。與圖1所示實施例相比，第一RF單元10的特徵在於具有兩個附加部件，也就是比較器26和信號發生器28。信號發生器28適於產生第一和第二RF信號，它們形成了從RF單元10傳送到RF單元12的差分RF信號。例如，第一RF單元10可以實現為IQ調製器。
RF單元10的比較器26耦合到檢測器22，並且用以比較第一RF信號的實際值和第一RF信號的期望的值。比較器26連接到RF單元10的信號發生器28，並提供輸出信號，其指示了第一RF信號參數的實際值和期望的值之間的偏差。因此，耦合模塊18、檢測器22、比較器26以及信號發生器28代表了適於控制調製器10的輸出的反饋環。此外，可以有效分析調製器10傳送給功率放大器12的已調製信號的各種參數，以便對調製進行適當的調整。
通過這種方式，本發明的耦合配置提供了第一耦合裝置和第二耦合裝置，用於對稱地耦合到特徵在於第一傳輸線和第二傳輸線的差分傳輸線。通過這種方式，第一耦合裝置對第一RF信號傳輸的影響可以利用第二耦合裝置對第二RF信號的影響來完全補償。這種方式下，這兩個耦合裝置都可以基於容性和阻性電子器件來實現，使得耦合裝置的實現能夠節省空間，並且價格經濟。
權利要求
1.一種耦合配置(1、2)，用於耦合出連接第一射頻單元(12)和第二射頻單元(14)的第一傳輸線(16)的信號，所述第一射頻單元由所述第一傳輸線(16)和第二傳輸線(14)連接到所述第二射頻單元，所述第一傳輸線提供了第一射頻信號的傳輸，而所述第二傳輸線提供了第二射頻信號的傳輸，該耦合配置包括第一耦合裝置(18)，第一耦合裝置適於耦合到所述第一傳輸線，以耦合出所述第一傳輸線的信號，所述第一耦合裝置具有第一電氣特性，第二耦合裝置(20)適於耦合到第二傳輸線，所述第二耦合裝置具有第二電氣特性，所述第二電氣特性基本上等同於所述第一電氣特性。
2.根據權利要求1的耦合配置(1、2)，其中所述第一射頻信號和第二射頻信號形成了差分信號，該差分信號在所述第一射頻單元(10)和所述第二射頻單元(12)之間傳送。
3.根據權利要求1的耦合配置(1、2)，其中所述第一耦合裝置(18)包括第一電容和第一電阻。
4.根據權利要求1的耦合配置(1、2)，其中所述第一耦合裝置(18)還包括一個信號處理元件，用於處理從所述第一傳輸線(16)耦合出的信號。
5.根據權利要求1的耦合配置(1、2)，其中所述第二耦合裝置(20)還包括一個終端元件(24)。
6.根據權利要求1的耦合配置(1、2)，其中所述第一射頻單元(10)包括同相正交(IQ)調製器，並且其中所述第二射頻單元(12)包括射頻功率放大器。
7.根據權利要求4的耦合配置(1、2)，其中所述信號處理元件包括射頻檢波二極體(22)。
8.根據權利要求4的耦合配置(1、2)，其中所述信號處理元件耦合到所述第一射頻單元(10)，該信號處理元件適於測量所述信號的至少一個實際信號參數，並適於傳送所述至少一個信號參數給所述第一射頻單元，所述第一射頻單元還包括用於消除至期望信號參數和所述少一個實際信號參數之間的差別的控制裝置。
9.一種無線蜂窩通信網絡的基站，包括第一射頻單元和第二射頻單元(10、12)，第一傳輸線(16)，用於將來自所述第一射頻單元的差分信號的第一分量傳送到所述第二射頻單元，第二傳輸線(14)，用於將來自所述第一射頻單元的差分信號的第二分量傳送到所述第二射頻單元，第一耦合裝置(18)，用於耦合出所述第一傳輸線的信號，所述第一耦合裝置對所述第一分量的傳輸產生第一影響，第二耦合裝置(20)，適於耦合到所述第二傳輸線，第二耦合裝置對所述第二分量的傳輸產生第二影響，所述第一影響和所述第二影響基本相同。
10.一種耦合出第一傳輸線的射頻信號的方法，其中通過第一傳輸線(16)和第二傳輸線(14)連接第一射頻單元(10)和第二射頻單元(12)，所述第一傳輸線提供了第一射頻信號的傳輸，而所述第二傳輸線提供了第二射頻信號的傳輸，耦合出所述第一傳輸線射頻信號包括以下步驟將第一耦合裝置(18)耦合到所述第一傳輸線，用於耦合出所述第一傳輸線的射頻信號，第一耦合裝置對所述第一射頻信號的傳輸具有第一影響，將第二耦合裝置(20)耦合到所述第二傳輸線，所述第二耦合裝置對所述第二射頻信號的傳輸具有第二影響，所述第一影響和所述第二影響基本相同。
全文摘要
本發明提供了一種耦合配置，用於耦合出連接第一RF單元和第二RF單元的傳輸線的信號，第一、第二RF單元例如是IQ調製器和功率放大器。該耦合配置包括第一和第二耦合裝置，它們適於分別耦合到連接RF單元的第一傳輸線和第二傳輸線。第一和第二傳輸線單獨地提供了形成差分RF信號的第一和第二RF信號的傳輸。更佳地，第一耦合裝置適於提供耦合出第一RF信號的方式，從而不可避免地影響第一RF信號的傳輸。第二耦合裝置對第二RF信號的傳輸具有基本相同的影響，從而第一耦合裝置和第二耦合裝置對差分RF信號的淨影響幾乎為零。因此，第一耦合裝置對第一RF信號的傳輸的影響可以利用第二耦合裝置對第二RF信號的傳輸的影響來完全補償。
文檔編號H04L29/04GK1719827SQ20051008380
公開日2006年1月11日 申請日期2005年7月7日 優先權日2004年7月8日
發明者賴納·齊格勒 申請人:埃沃列姆公司