專利名稱：末級放大器中用于補償相位旋轉的裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及利用輸入和反饋正交信號，來補償發射機末級中笛卡爾反饋功率放大器的反饋環內相位旋轉的一種裝置。
在笛卡爾反饋中，把輸入正交信號I和Q與反饋正交信號相比較。為了得到穩定的反饋系統，要求當反饋環閉合時，反饋正交信號與輸入正交信號近似同相。由于反饋環產生了相位旋轉，所以，這一條件經常滿足不了。因此，借助于補償反饋環內的相位旋轉，使輸入與反饋正交信號變得經常彼此同相。確定反饋環內所產生相位旋轉的常用方法是，把環路斷開，測量輸入正交信號I和Q、以及反饋正交信號，此后，對實測值進行模/數變換，計算相位誤差，經過數/模變換以后，調整壓控相位旋轉器。除了模/數變換、數/模變換和計算機計算以外，這一方法還需要用來斷開和閉合反饋環的電路。
本發明的目的是提供一種裝置，其中，可以測量和調整反饋環的相位旋轉，而且，這種裝置在模擬和數字形式下、最好作為集成電路的一個功能來很容易地實現。在用來補償發射機末級中笛卡爾反饋功率放大器反饋環內相位旋轉的裝置中，所述裝置包括以復數調制信號來正交調制復數輸入信號與相應復數反饋信號之間的復數差信號，以便形成已調實值第一信號的裝置;以復數解調信號來正交解調取決于已調實值第二信號的所述功率放大器的輸出信號，以便形成所述復數反饋信號的裝置;上述目的是通過這樣的裝置達到的即利用檢測所述第一信號與所述第二信號之間、以及所述第一/第二信號與所述第二/第一信號的正交分量之間相移量，來確定所述反饋環中相位旋轉大小的裝置;以及旋轉所述復數調制、解調、差、反饋信號之一的相位的裝置，它產生相位旋轉來補償所述已確定的相位旋轉。
另一種解決方法包括用來檢測所述復數差信號與所述復數反饋信號之間相位旋轉量的裝置;以及旋轉所述復數調制、解調、反饋信號之一的相位的裝置，以相位旋轉來補償所述已確定的相位旋轉。


圖1示出在根據本發明的用來補償末級反饋環中所產生相位旋轉的一種裝置的優選實施例的無線電發射機中，笛卡爾反饋末級;以及圖2示出圖1中鑒相器和相位旋轉器更為詳細的框圖。
圖1示出無線電發射機中的反饋末級。為了便于描述，開始時，把元件36、38、40省略。
把正交信號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IE和QE，通過環路濾波器14和16送到相應的乘法器18和20上。在乘法器18中，來自環路濾波器14的輸出信號乘以中頻信號IF，該中頻信號IF的頻率例如可以約為10-500MHz的量級。在乘法器20中，環路濾波器16的輸出信號乘以中頻信號IF，該中頻信號IF已在移相器22中移相90°。乘法器18和20的輸出信號相加，并通過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RF混頻成為載波頻率，高頻信號的頻率約為900MHz量級。此后，把乘法器26的輸出信號送到發射機末級功率放大器PA上。放大器PA的輸出信號通過可能提供的濾波器送到天線上。
利用放大器PA的一部分輸出信號來形成反饋環。把放大器PA的這部分輸出信號送到乘法器28上，在乘法器28中，這部分輸出信號與高頻信號RF下混頻到中頻。把已下混頻的信號通過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，已下混頻的信號乘以中頻信號IF，以形成一個反饋正交信號IF。在乘法器34中，已下混頻的信號乘以在移相器22中已移相90°的中頻信號，來形成第二反饋正交信號QF。把信號IF和QF反送到相應比較器10和12的第二輸入端上。
在至今所描述的電路中，沒有考慮反饋環所產生的、反饋正交信號IF和QF的相位旋轉θ。最好是利用末級中頻部分里的鑒相器36來控制這一相位旋轉θ。補償相位旋轉θ的適當方法是，在乘法器18和20中進行調制以前，插入引入補償相位旋轉-θ的相位旋轉器38。
把從乘法器18和20輸出給鑒相器36的已混頻信號IFE定義為IFE＝IE·Cos(ωt)+QESin(ωt)此處，ω為中頻信號IF的角頻率。把送到鑒頻器36上的反饋輸入信號IFF定義為IFF＝IE·Cos(ωt+θ)+QE·Sin(ωt+θ)此處，θ為待定的旋轉相位。
為了計算相位旋轉θ，鑒相器36中形成了與信號IFE正交的信號。該信號可定義為IFEQ＝-IE·Sin(ωt)+QECos(ωt)此后，在鑒相器36中，把信號IFE和IFEQ每一個都乘以信號IFE。對于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)對于這兩個信號進行低通濾波，消除與t有關的項，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通過公式tan－1(Qθ)/(Iθ) 確定了相位誤差。在相位旋轉器38中，把計算出來的以Iθ和Qθ表示的相位旋轉用為相位分離器22輸出信號的復數相位旋轉，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和相位旋轉器38的實施例。
在圖2的實施例中，把信號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，已分離的信號乘以信號IFF。把乘積信號送到用來根據上述分式形成相位誤差矢量Iθ和Qθ的相應低通濾波器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，把相應分量乘以相位分離器22的輸出信號。此后，把乘法器210和212輸出的乘積信號相加，在另一個例如是希爾伯特濾波器的相位分離器214中，對和信號進行分離。相位分離器214的輸出信號形成已相位校正的復數信號送到乘法器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相位信息。
當系統開始工作時，斷路開關40(見圖1)把環路斷開。此后，來確定θ的起始值。在此測量階段中，相位旋轉器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間常數，使瞬間相變變得很短。當確定了θ的起始值時，把開關40閉合，使環路閉合。借此，把相位旋轉器38上的輸入信號改變成實際的檢測值。同時，鑒相器36的時間常數可以返回到具正常值。此后，系統以穩定狀態工作而不需要重新把環路斷開。每當開始發射時，這一過程重復一次。
本發明上述實施例的優點是，調節時間很短，相角確定精度約為2°時，調節時間約為50ns。其中，一個原因是θ＝tan－1(Qθ)/(Iθ) ，當 (Qθ)/(Iθ) 的值很小時，該式也能夠給出正確的結果。為此，實際上，甚至可以去掉上述起始過程。
優選實施例的一種變型包括一個電路，在該電路中，相位旋轉器38校正送到解調器32和34上的復數信號，而不是校正送到調制器18和20上的復數信號。然而，這種變型的缺點尤其是使解調器對相位誤差和噪聲更為敏感。
另一些變型包括使相位旋轉器38分別校正信號IE、QE和IF、QF。但是，這需要把相位旋轉器交叉連接起來。
還有一種解決方法包括在基帶進行檢測和校正。在這樣的實施例中，直接在基帶上測量IE與QE、以及IF與QF之間的相位旋轉。這通過把這兩個信號復數相乘、把復數輸出信號低通濾波來完成。接著，就可以借助于緊跟在環路濾波器后邊、或者，在比較器輸入端上的壓控放大器，在基帶進行校正。需要交叉連接的相位旋轉器。與根據圖1和圖2的優選實施例相比，這一實施例的缺點是，調節時間從約50納秒增大到幾個毫秒，這是因為基帶信號的頻率顯著低于信號IF，使得要濾掉的和頻率顯著變低。
上述解決方法的優點是，它適合于作為集成電路的一個功能部分來實現。
熟悉本領域技術的人應當理解，在不超出所附權利要求中所限定的本發明范圍的情況下，本發明可有不同的變型，例如，如果沒有可以利用的中頻部分，本發明可以在射頻部分中進行。
權利要求
1.一種用來補償發射機末級中笛卡爾反饋功率放大器(PA)反饋環內相位旋轉(θ)的裝置，包括以復數調制信號來正交調制復數輸入信號(I、Q)與相應復數反饋信號(IF、QF)之間的復數差信號(IE、QE)，以便形成已調實值第一信號(IFE)的裝置(18、20、22)；以及以復數解調信號來正交解調取決于功率放大器(PA)的輸出信號的實值第二信號(IFF)，以便形成復數反饋信號(IF、QF)的裝置(22、32、34)；其特征在于還包括(a)用于檢測第一信號(IFE)與第二信號(IFF)之間、以及第一/第二信號(IFE、IFF)與第二/第一信號(IFF/IFE)的正交分量之間相移的量，以確定反饋環相位旋轉(θ)的量(Iθ、Qθ)的裝置(36)；(b)用于旋轉所述復數調制、解調、差、反饋信號之一的相位，以產生相位旋轉來補償所述已確定的相位旋轉(θ)的裝置(38)。
2.一種用來補償發射機末級中笛卡爾反饋功率放大器(PA)反饋環內相位旋轉(θ)的裝置，包括以復數調制信號來正交調制復數輸入信號(I、Q)與相應復數反饋信號(IF、QF)之間的復數差信號(IE、QE)，以便形成已調實值第一信號(IFE)的裝置(18、20、22);以及以復數解調信號來正交解調取決于功率放大器(PA)輸出信號的已調實值第二信號(IFF)，以便形成復數反饋信號(IF、QF)的裝置(22、32、34);其特征在于還包括(a)用于檢測復數差信號(IE、QE)與復數反饋信號(IF、QF)之間相位旋轉(θ)的量(Iθ、Qθ)的裝置(36);(b)用于旋轉所述復數調制、解調、差、反饋信號之一的相位，以產生相位旋轉來補償所述已確定的相位旋轉(θ)的裝置(38)。
3.根據權利要求1或2所述的裝置，其特征在于所述相位旋轉裝置(38)包括用來把所述檢測裝置(36)輸出的復數信號(Iθ、Qθ)中實部和虛部分別與調制信號中實部和虛部相乘的兩模擬乘法器(210、212);以及用來把乘法器(210、212)輸出的和信號分離成為I、Q分量的希爾伯特濾波器(214)。
4.根據權利要求1和3所述的裝置，其特征在于所述檢測裝置(36)包括用來把第一/第二信號(IFE、IFF)分離成為I、Q分量的另一個希爾伯特濾波器(200);用來把該I、Q分量分別與第二/第一(IFF、IFE)相乘的另兩個模擬乘法器(202、204);以及用來對所述相應另外乘法器輸出的信號進行低通濾波、以形成包括反饋環中相位旋轉(θ)的所述量(Iθ、Qθ)的復數輸出信號的兩個低通濾波器(206、208)。
5.根據前述任一權利要求所述的裝置，其特征在于所述調制信號包括中頻(IF)信號。
6.根據權利要求1-4項任一項所述的裝置，其特征在于所述調制信號包括高頻信號(RF)。
7.根據前述任一權利要求所述的裝置，其特征在于所述裝置是集成電路中的一個功能部分。
全文摘要
一種用來補償發射機末級中笛卡爾反饋功率放大器反饋環內相位旋轉的裝置，該裝置包括利用復數調制信號來正交調制復數輸入信號與相應復數反饋信號之間的復數差信號，以便形成已調實值第一信號的裝置；以及利用復數解調信號來正交解調從功率放大器輸出的輸出信號，以便形成復數反饋信號的裝置。裝置(36)用來確定反饋環的相位旋轉。裝置(38)用來確定補償相位。
文檔編號H03F1/26GK1083640SQ93116480
公開日1994年3月9日 申請日期1993年8月23日 優先權日1992年8月24日
發明者P·S·T·伯斯滕, J·-C·奈斯特龍 申請人:艾利森電話股份有限公司