具有旁路部分的微波放大器

摘要

一种具有一个旁路部分的微波放大器设备，该设备既可按主动模式也可按旁路模式运作。旁路部分(2)包括至少一段(13)耦合的传输线(14，15)，因此隔离度得以增强。放大器单元(1)包括两个以平衡的配置平行设置的LNA，在主动模式中，旁路部分(2)拥有一个相当高的输入阻抗，因此维持了放大器单元的平衡的运作。从而，获得了一个低噪音系数，并减少了输入和输出反射。

说明书

发明领域

本发明涉及一种用于放大500MHz以上一个预定微波频段中的通信信号的设备。当放大器单元变得不可运作时，例如当因某一RF部件出现问题或因DC故障放大器单元变得不可运作时，自动地激活旁路部分，而且在放大器单元的正常运作期间，有效地阻塞旁路部分。更具体讲，本发明涉及一种所附权利要求1的序言中所定义的一种设备。

发明背景与相关技术

US-A-5821811(Allogon AB)中公开了以上所描述的这种设备。在这种人们所熟悉的设备中，放大器单元与旁路部分一起形成了一个闭合回路。在主动模式中，如果跨越旁路部分的隔离度低于放大器增益，那么，由于穿越旁路部分的反馈，存在着不稳定的风险。

为了确保足够的稳定性，在主动模式中，旁路部分中的隔离度至少应该比放大器单元的增益高出10dB。当使用先前这种人们所熟悉的设备(这种设备配备有作为开关元件的针形二极管)时，必须使用两个以上的开关元件，通常使用4个开关元件实现30dB的隔离度。然而，在这种设备的旁路模式中，这样的一种配置还导致了相当高的插入损耗，即达2dB的量级。这一水平的插入损耗是一种缺陷，因为在旁路模式中这一缺陷反过来会影响设备的运作。

与以上所提到的这种放大器/旁路设备相关的一个问题是，在主动模式中，难以确保这种设备的正常运作。因此，人们希望维持一个低噪音系数，并避免放大器单元中的输入/输出反射。

即使在输入混合耦合器和输出混合耦合器之间以一个平衡的配置插入两个相同的低噪音放大器(LAN)，这样的噪音也将会出现。实质上，先前已从US-A-4825177(General Instrument Corporation(通用仪器公司))了解到这一问题。这一问题源于这样一个事实：旁路部分将改变放大器单元的平衡。

发明概述

因此，本发明的一个总的目的是，提供以上所描述的这种设备的一种改进型设备，这种设备既能够在主动模式中也能够在旁路模式中正常运作。

更具体地讲，本发明的一个第一目的是，在主动模式中，增强旁路隔离度，在旁路模式中，降低旁路部分中的插入损耗。

本发明的一个第二特定目的是，当在主动模式中运作时，降低噪音系数，并减少放大器单元中的输入/输出反射。

对于具有权利要求1中所述特性的设备来说，实现了以上所提到的第一目的。因此，根据本发明的一个第一个方面的设备的旁路部分包括至少一段耦合的传输线，因此针对穿越旁路部分的反馈的隔离度得以改进。

采取这一措施，仅包括两个开关元件足以，并仍能在主动模式中获得大约55dB的明显改进的隔离度(当使用针形二极管时，如在现有技术设备中)，且在旁路模式中旁路插入损耗仅为1dB。

根据本发明的一个第二个方面，对于具有权利要求6中所述特性的设备来说，实现了以上所提到的第二目的。

较佳的做法是，在设备的所述主动模式中，令旁路部分的输入阻抗至少比放大器单元的输入阻抗(通常为50欧姆)高出一个数量级。在这一方式中，两个按平衡的配置来设置以形成放大器单元的低噪音放大器，贯穿某一宽频段为平衡的，甚至是在预定微波频段之上的频率上。(在主动模式中)有利的做法是，把旁路部分的这样一个相当高的输入阻抗与以上所提到的互相耦合的传输线结合起来。因而，当在主动模式中运作时，可借此增强隔离度和稳定性、获得低噪音系数、以及减少放大器单元中的输入/输出反射。

通过以下的详细描述，这些及其它特性将变会得十分明显。

附图简述

以下，将参照附图更全面地解释本发明，这一附图说明了根据本发明的设备的一个优选的实施例。

这一单一绘制的图概要性地说明了一个具有根据本发明的旁路部分的放大器设备(在一个未在该图上所示的印刷电路板上)。

优选实施例描述

图上所示的电路包括一个具有一个旁路部分2的放大器单元1，例如用于与一个天线、双工设备、以及在蜂窝移动电话系统中的天线竿或塔顶部的带通滤波器相结合，如在US-A-5821811中所解释的。

放大器单元1的任务是放大500MHz以上频率范围中的一个预定微波频段中所接收的通信信号，即在这些信号沿一条通往一个相邻天线竿或塔的底部定位的基站的传输线(未在图中加以显示)呈明显衰减之前，进行这一放大。

把放大器单元1插在一个输入端口3和一个输出端口4之间，把旁路部分2平行于放大器单元1加以设置，也设置在输入和输出端口3，4之间。

如先前人们实质上所熟悉的(参见US-A-4825177)，放大器单元包括两个平行设置在一个输入混合耦合器7和一个输出混合耦合器8之间的低噪音放大器(LNA)5，6。通过一个开关元件9，把一个输入混合端口7a连接于输入端口3，同时通过一个开关元件10，把一个输出混合端口8d的连接于输出端口4。通过一个50欧姆的阻抗元件11，把输入混合耦合器7的一个隔离的端口7c接地，并且通过一个50欧姆的阻抗元件12，把另一个输出端口8b也接地。

因此，两个放大器5，6为单端的，并且以一种完全平衡的配置将它们耦合于输入和输出端口3，4之间。在设备的正常运作中，在把4个开关元件9，10，16，21控制到一个极低的阻抗值期间，以相等的比例把出现在输入混合端口7a上的输入信号耦合于混合输出端口7b、7d上，同时经由开关元件10把来自放大器5，6的输出信号从混合端口8a，8c耦合于混合输出端口8d和输出端口4上。例如，较佳的做法是由一个关于“4端口混合耦合器”的瑞典专利申请中所描述的那种Lange耦合器或改进的Lange耦合器构造混合耦合器7和8。这一瑞典专利申请是由同一申请人Allgon AB与本专利申请于同一天提出的。然而，也可以使用任何其它3dB 90度的混合耦合器。

由于两个低噪音放大器5，6的平衡的配置，放大器单元1可在一个具有基本稳定增益的相对宽的频段中运作。

根据本发明，对旁路部分2加以设计，以提高设备的稳定性，并确保放大器单元的充分平衡的运作，而不管旁路部分如何。

为了获得良好的稳定性，并避免穿越旁路部分2的可能的反馈，后者配备有两段耦合的传输线，一个包括一条第一传输线14和一条第二传输线15的第一段13。把第一传输线14连接在设备的输入端口3和一个开关元件16之间，可自动与/或远程地对其阻抗加以控制，例如由一个位于放大器/旁路设备中或位于一个相关基站处的控制电路(未在图中加以显示)自动或远程地进行控制。

如以上所讨论的US-A-5821811中所公开的，可以由二极管、双极三极管、场效应三极管或机电式继电器构造这样的一个可控开关元件。在任何一种情况下，都在一个极高的阻抗(例如5千欧姆)和一个相当低的阻抗(例如1～10欧姆)之间转换开关元件16。

当把开关元件9，10，16，21控制到一个极高阻抗状态时，即为这样一种情况：由于这样或那样的原因(旁路模式)，例如由于RE部件出现故障或驱动该单元的DC电流出现故障，放大器单元无法运作时，传输线14将为端点电气开路(其长度为可能添加的波长的1/4，具有N个半波长，N＝0，1，2，...)，因此将强有力地耦合于相邻的、平行的传输线15。波长涉及所使用的微波频段中的一个频率，例如这样一个频段中的一个中心频率。

因此，一个施加于输入端口3的通信信号将经由耦合的传输线14，15的第一段13，并经由一个第三、中心定位的旁路部分段17，以及经由耦合的传输线19，20的第二段18加以传播。后面的段18与第一段13相同，并且把传输线19连接在设备的输出端口4和一个与元件16类似或相同的可遥控的开关元件21之间。以同步方式控制4个开关元件9，10，16，21，以便同时处于一个高阻抗状态或一个低阻抗状态。

然而，当放大器单元1正常运作(活跃模式)时，把控制4个开关元件9，10，16，21控制到一个相当低的阻抗状态，因此切断了旁路部分。然后，输入端口3上的一个输入信号将通过放大器5，6传播到输出端口4。在所说明的这一实施例中，跨越旁路部分2的隔离度是非常高的，大约为55dB，因而不存在反馈的风险。

另一方面，在旁路模式中，旁路部分2中的插入损耗也是相当低的，大约为1dB。

另外，在主动模式中，由于旁路部分中相关开关元件16和21的低阻抗，这一活跃模式中的旁路输入阻抗相当高，因此维持了两个低噪音放大器5，6的平衡的运作。不管混合耦合器7，8的状态如何，将可保持这样的平衡的运作，因为放大器5，6的有效的输入输出负载未受到旁路部分的影响。因此，噪音系数非常低，而且输入和输出反射也很低。