改进的前馈多载波线性射频功率放大器

摘要

一种按模块划分的前馈多载波线性RF功率放大器，该功率放大器的电路和部件根据一些准则分解为物理上分开的模块。在一个实施例中，功率放大器分解为一个RF功率模块、一个线性化模块以及一个DC电源模块。RF功率模块包括依赖于功率和频率的部件并且一般对于一个特定的应用随着载波频率和输出功率要求变化。线性化模块包括实际上与功率和频率无关的电路和部件。DC电源模块包括实际上与频率无关而与功率有些关系的电路和部件。

说明书

本发明一般涉及通信，尤其涉及一种改进的线性射频(RF)功率放大器。

图1描述了一个现有技术中常用的无线通讯系统的一部分的示意图。这样一种系统提供无线通讯服务给一些位于一个地理区域内的无线终端(例如无线终端101-1到103-1)。

一种常用的无线通讯系统的“心脏”是无线转换中心(“WSC”)120，它也可以称为移动转换中心(“MSC”)或移动电话转换局(“MTSO”)。一般地，无线转换中心120连接到多个基站(例如基站103-1到103-5)，这些基站分散在由该系统服务的整个地理区域上。此外，无线转换中心120连接到本地局和长途局(例如本地局130、本地局138以及长途局140)。无线转换中心120负责其中包括建立和保持无线终端之间以及无线终端和有线终端之间的呼叫，它经过本地和/或长途网连接到系统。

由一个无线通讯系统服务的地理区域划分为一些称为“单元”的空间上不同的区域。如图1所描述的，每个单元由一个六边形示意表示；但是实际上每个单元通常具有一个取决于地域地形的不规则形状。一般地，每个单元包含一个基站，它包括基站用于与该单元中无线终端通讯的无线电台和天线并且也包含基站用于与WSC120通讯的传输设备。

例如，当无线终端101-1要求与无线终端101-2通讯时，无线终端101-1传送要求的信息到基站103-1，基站转发该信息到WSC120。一旦接收到该信息并且知道它是打算给无线终端101-2的，则WSC120返回该信息到基站103-1，该基站通过无线电台转发该信息到无线终端101-2。

为了转发信息，无线电台根据无线系统的特定的调制方案(例如时分多址联接，码分多址联接等)调制该信息为RF载波信号。从无线电台调制的输出RF信号是一个非常低的功率信号，它要求放大以便从基站103-1传输到无线终端101-2。

前馈多载波线性RF功率放大器可以用于放大来自无线电台的输出信号。事实上，这样一个放大器通常可以放大在一个给定单元中使用的所有的RF载波信号。线性放大器的设计和工作在本领域是公知的。例如U.S.Pat.No.5,304,945在此作为参考。

可惜对于设计和制造来说，常规的前馈多载波线性RF功率放大器是非常复杂的且成本很高。并且每一种应用要求取决于各种系统要求的定制设计。常规的前馈多载波线性RF功率放大器已经使用RF电路、模拟控制电路以及数字控制电路的组合来设计。一个线性放大器电路200的简化图如图2所示。如图2所描述的，线性放大器电路200包括若干分离器(202,220)、增益和相位控制电路(204,224)、耦合器(214,216,222,228)、延迟电路(210,218)、一个校正放大器(226)、预失真驱动器电路(206)、主放大器(208)以及处理器控制电路(212)。

一种常规的线性放大器的各个电路一般分散在一个大的外壳内，该外壳设计为支撑主放大器的重量、散热并且防止RF对于外部环境的辐射。另外，各个单个电路被罩在金属盒或“蛤壳”(clam shells)中以提供RF隔离。

应该要求减少这种放大器的成本和复杂性。模块化是一种可用于取得这种结果的技术。当模块化时，装置的部件或电路根据一个或多个基本准则被分解为模块。应该了解作为一个由大量电路组成的复杂的电子装置，可能存在着许多种方法来模块化一个前馈多载波线性RF功率放大器。例如，举几种情况，模块化可以基于将产生噪声的部件与对噪声敏感的部件分开，或者将产生热的部件与不产生热的部件分开，或者将要求初始接入或周期性调整的部件与不用做这些的部件分开，或者基于重量或大小的考虑分开部件。

这些不同的方法在模块化放大器的利用方面产生不同的结果。所要求的方法是一种减少设计和制造放大器的成本、减少对于一种特定的服务提供放大器的时间的方法，是一种简化放大器现场服务的方法。

根据本发明的说明实施例，一种改进的前馈多载波线性RF功率放大器(“FMLRF功率放大器”)有益地包括一些模块。每个这样的模块包含一部分常规的MLRF功率放大器电路。

在一些实施例中，一个标准的FMLRF功率放大器电路已经有益地划分为模块，使得(1)高功能部件与低功能部件分开；以及(2)在一个窄频范围内工作的部件与那些在宽频范围工作的部件分开。此外，电路有益地划分以产生模块之间一些简单的RF接口。

分开常规的FMLRF功率放大器电路以满足上面列出的准则，在一些实施例中有益地产生了具有三个模块的改进的FMLRF功率放大器，包括(ⅰ)一个RF功率模块；(ⅱ)一个线性化模块；以及(ⅲ)一个DC电源模块。

RF功率模块主要包含放大电路。这种电路是依赖于工作频率的，并且当然是依赖于要求的RF输出功率电平。对于不同的放大器RF功率模块的设计是不同的，对于一个给定的应用，它可以随着工作频率要求(由在一个单元内使用的每个RF载波信号的频率共同定义的范围)和输出功率要求而改变。

线性化模块包含宽带低功率电平RF电路和控制电路。这种电路实际上与工作频率和功率电平无关的。与RF功率模块相反，线性化模块对于各个放大器是相同的。换言之，它包含了“通用的”电路使得单一设计满足实际上的任何应用。DC电源模块提供功率给FMLRF功率放大器。当可得到外部电源时不需要它。DC电源模块包含依赖功率电平但不依赖频率的部件。DC电源对各个放大器是相同的除非在这些放大器之间在RF输出功率电平上存在一个实际上的变化。

根据说明实施例的改进的FMLRF功率放大器有益地减少了设计成本、进入市场的时间和FMLRF功率放大器的制造成本。根据说明的实施例，新的FMLRF功率放大器可以通过简单适当地选择“现成的”模块设计和制造。因为例如在RF功率输出要求中的变化，在这种场合下这样现成的模块是不合适的，所以要求一个新型的RF功率模块设计。通常可以避免设计一个新型线性化模块的需要，它对于设计和制造来说是非常困难的放大器电路。

图1描述了一个现有技术无线通讯系统的示意图；

图2描述了一个现有技术线性放大器电路的示意图；

图3描述了一个本发明的说明实施例，其中前馈多载波线性RF放大器被按模块划分；以及

图4描述了根据本发明的说明实施例的前馈多载波线性RF放大器的透视图。

图3描述了本发明的说明实施例的示意图，其中FMLRF功率放大器300根据至少下面两个准则通过分开的电路和部件有益地划分为模块。首先高功率电路和部件与低功率电路和部件分开。其次，窄(频率)带电路和部件与宽带电路和部件分开。另外，由分开的电路和部件产生的模块必须由一些简单实现的接口互联。

根据上面的指南在一些实施例中分开FMLRF功率放大器的电路和部件有益地产生四个模块。这四个模块包括线性化模块310、RF功率模块320、DC电源模块330以及报警和控制模块340。

在线性化模块310内电路的主要功能是衰减在RF功率模块320内由主放大器(图2中部件208)产生的失真。线性化模块310包含宽带、低功率电路和部件。线性化模块310包括分离器202和220、增益和相位控制电路204和224、延迟电路210、耦合器216以及处理器控制电路212(见图2)。这样的电路和部件实际上在不管放大器输出功率的单一设计满足的意义上来说是与功率无关的。另外，这样的电路和部件在它们的宽带工作频率范围重叠实际上任何可能的RF载波频率的意义上来说是与频率无关的。由于包含在线性化模块310内的部件和电路与功率电平和频率范围无关，单一设计的线性化模块310可以有益地用于大多数应用。

在说明的实施例中，线性化模块310有益地包括用于接收RF输入信号的端口312、用于接收来自RF功率模块320的放大信号部分以及用于提供信号到那里的接口314、用于接收来自DC电源330的功率的接口316以及用于与报警和控制模块340电连接的接口318。参考图2，接口314接收：(ⅰ)来自耦合器214(在RF功率模块320中)的第一信号并且提供它到分离器216，以及(ⅱ)来自耦合器228(在RF功率模块320中)的第二信号并且提供它到处理器控制212。另外，接口314提供：(ⅰ)来自增益和相位控制204的第三信号到预失真驱动器206(在RF功率模块320中)，以及(ⅱ)来自增益和相位控制224的第四信号到校正放大器226(在RF功率模块320中)。

在RF功率模块320内电路的主要功能是在线性化模块310中处理RF输入信号之后放大该信号。RF功率模块320包含窄频带、高功率电路和部件。RF功率模块320包括预失真驱动器206、放大器208、耦合器214和222以及228、延迟电路218以及校正放大器226(见图2)。不象线性化模块310中的电路和部件，在模块设计随着要求的放大器输出功率而改变的意义上来说，RF功率模块中的电路和部件实际上是依赖于功率的。另外，由于它们的工作频率相对窄的范围，每种应用可能要求设计改变(例如在不同的基站内使用)，在这个意义上来说这样的电路和部件实际上是依赖于频率的。

在说明的实施例中，RF功率模块320有益地包括用于传送一部分放大的RF信号到线性化模块310的接口322、用于接收来自DC电源330的功率的接口324、用于与报警和控制模块340电连接的接口326以及提供放大的RF信号到天线用于传输的端口328。

DC电源模块330提供功率到线性化模块310、RF功率模块320以及报警和控制模块340。DC电源模块330内的电路和部件有些依赖于RF功率模块320的输出功率，但是实际上与频率无关。放大器输出功率中大的变化可能要求在DC电源模块设计的变化。在说明的实施例中，DC电源模块330有益地包括用于提供功率到其他模块的接口332、334以及336。外部功率输入338提供功率给DC电源模块330。对于可以得到外部电源的应用，不要求DC电源模块330。那些熟悉多载波线性RF功率放大器设计的技术人员将能够根据本发明技术构造一个DC电源模块。

报警和控制模块340监控FMLRF功率放大器300内要求的系统。在一些实施例中，报警和控制模块是可编程的以适应在监控要求中的变化。在极少监控要求的实施例中，可以不要求报警和控制模块340。报警和控制模块包括功率和频率不敏感部件。这样模块设计不会随放大器要求而变化。在一些实施例中，包括报警和控制模块340的电路和部件可以被集合到线性化模块310中。这种集合符合上述划分准则(即线性化以及报警和控制模块的电路与放大器输出功率和工作频率无关)。

在说明的实施例中，报警和控制模块340有益地包括与线性化模块上的接口318电连接的接口342、与DC电源模块上的接口336电连接的接口344以及与RF功率模块的接口326电连接的接口346。这些接口允许报警和控制模块340监控各种模块内的状态并且采取适当的动作(例如关断等等)。报警和控制模块340还有益地包括外部接口348用于监控外部对于其他模块的系统状态。那些熟悉多载波线性RF功率放大器设计的技术人员将能够根据本发明技术构造一个报警和控制模块。

对于一个给定的应用，如上述划分FMLRF功率放大器300有益地减少了设计和制造放大器的成本和时间。对于一些应用来说，FMLRF功率放大器的设计和制造简化为选择具有要求的输出功率的现有的RF功率模块如果可得到的简单动作。如前所述，线性化模块以及报警和控制模块设计实际上是不变的；单一设计适用于大多数应用。只有少数DC电源模块设计可以满足大范围的RF功率模块设计。如果要求，相对于一个常规的前馈多载波线性RF功率放大器的设计和制造所要求的时间，能够快速设计和制造RF功率模块。

图4描述了本发明的一个说明实施例的互联模块的透视图。在图4所示的实施例中，FMLRF 400包含三个模块，包括线性化模块410、RF功率模块420以及DC电源模块430。未示出的报警和控制模块电路包括在线性化模块410中。在接口314和322上线性化模块410和RF功率模块420电连接。在接口316和332上线性化模块电连接到DC电源模块430。而在接口324和334上RF功率模块电连接到DC电源模块。模块的外壳最好由金属形成以对于那里的电路和部件提供屏蔽。

虽然本发明的特定实施例已经在这里展示和描述，但是应该理解这些实施例只不过是可以用本发明的应用原理设计的许多可能的特定配置的说明。根据这些原理在本领域的那些技术人员可以设计多种变化的配置而不会背离本发明的范围和精神。因此其他配置也包括在下面权利要求书和它们等效的范围内。