[發明專利]有效生成低功率射頻信號的電路

有效

• 申請號: 01122611.0
• 申請日: 2001-06-26
• 公開（公告）號: CN1330500A
• 公開（公告）日: 2002-01-09
• 發明（設計）人: 詹姆斯·R·格里菲斯
• 申請（專利權）人: 國際商業機器公司
• 主分類號: H04Q7/32
• 分類號: H04Q7/32;H03F3/189
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 于靜

本發明涉及低功率射頻通信技術。具體講，公開了一個可以在峰值效率下提供多電平調制射頻信號的功率放大器。

為了節約電池能量，蜂窩電話技術要求有效地生成和傳輸射頻信號。已在蜂窩電話技術中實施了一種補償(backed-off)功率傳輸模式，這樣，當基站接收到的信號電平足夠使用低功率時，可以減小傳輸功率。進一步講，當蜂窩電話工作在基站附近時，有必要減小傳輸功率，以避免基站接收電路過載。

在蜂窩電話傳輸電路中使用多功率電平會因活動的放大設備(典型如雙極型晶體管)能夠在單輸出功率電平下提供峰值效率的事實而變得復雜化。隨著功率的減少，晶體管的效率也顯著下降。這樣，在滿功率條件下，功率輸出晶體管的工作效率接近50％(同時也是它們的峰值)，在補償功率模式下，效率會降至10％，甚至更少。

提供多個傳輸功率電平的辦法是讓輸出晶體管工作在不同的輸入信號驅動和偏置電平下。當改變偏置電平或驅動電平時，輸出阻抗值保持滿功率操作時不變。在低功率操作時，對于減小的功率操作和最大效率而言，阻抗不能呈現出最佳效果。因此，從功率輸出晶體管到天線的功率傳輸也不是最佳效果，進一步減少了輸出晶體管的凈射頻功率。

本發明提供了一個生成多電平低功率射頻信號的電路。許多放大晶體管連接在一起放大一個普通的射頻信號。通過有選擇地將要放大的信號加在一個或多個晶體管輸入端上，可有選擇地得到多個輸出功率電平。每一個晶體管都有一個連接著單輸出終端的匹配網絡，當選擇了任何數量的晶體管來放大信號時，這些匹配網絡對每個集電極提供一個基本恒定的阻抗。每一個晶體管，當獲選來放大輸入信號時，都可以工作在它的最大功率發生電平上，這樣，可為任何一個獲選的功率電平有效地產生射頻信號。

圖1是一個示意圖，顯示了產生射頻信號的多個功率電平的功率放大器。

圖2是本發明的一個優先實施例，其中，兩個晶體管被用來產生兩個功率電平。

圖3是在滿功率工作模式下放大器的輸出阻抗的史密斯圓圖。

圖4是在補償工作模式下放大器的輸出阻抗的史密斯圓圖。

圖5是一個用來控制射頻功率發生的電平的電路的一個實施例。

圖1是一個依照本發明的電路的總體視圖，該電路用于根據用戶選擇來提供多個射頻輸出功率電平。在圖中，展示了可以在輸出終端30產生一個疊加輸出功率的射頻放大部分。一個要放大的普通射頻信號被加在終端11上，并可以有選擇地加到各晶體管20，21和22的輸入上。可通過根據想獲得的輸出電平對放大晶體管20，21和22中的一個或多個提供輸入信號來控制輸出功率電平。

通過偏置控制電路16，17，18來控制功率選擇。要放大的射頻信號會根據偏置控制電路16，17，18的狀態而被“加”在晶體管20-22中的一個或多個上。輸入電容12-14會在由每個偏置控制電路16-18產生的控制電壓間產生有效的直流隔離。

每一個放大晶體管20，21，22都連接著一個輸出匹配網絡24，25，26。從這些輸出匹配網絡出來的信號疊加在一起，提供一個輸出信號，通過“隔直”電容27后加在輸出終端30上。射頻抑制阻抗29會允許一個工作電壓Vcc“加”在晶體管20-22的集電極和發射極間，同時又使工作電壓源與射頻信號隔離開來。

設計輸出匹配網絡24，25和26是用來使每一個晶體管20-22都可以看到與跨輸出終端30相連的天線間的阻抗匹配。設計輸出匹配網絡24和26的作用是，當一個或多個相鄰的晶體管被置于非放大狀態時，仍處于放大狀態下的晶體管所看到的負載阻抗基本上保持不變。這樣，由于在由已連接的晶體管20-22的集電極所代表的源和天線阻抗之間的阻抗失配所引起的功率損耗，對于輸出功率的所有選定電平來說基本上都一樣。

應用在蜂窩電話上，上述電路可以使用兩個功率放大晶體管20和21來實現。由于蜂窩電話發射機工作在滿功率電平和補償功率電平這兩個輸出功率電平上，因而可以使用圖2中所示的電路。現在參看圖2，它展示了一個可以提供兩個輸出功率電平的功率輸出放大電路。功率輸出晶體管20，21通過它們的集電極發射極電路與匹配網絡相連。作用于晶體管20，21的匹配網絡包括一個含電感32和電容33的第一LC部分和一個含電感34和電容35的第二LC部分。還有一個類似的匹配網絡，包括一個含電感38和電容39的第一LC部分和一個含電感40和電容41的第二LC部分，它使晶體管21的輸出阻抗與天線(連接在終端30)負載阻抗相匹配。

第二匹配網絡包括一個單個LC部分，由電感46和電容47構成，用來匹配在每個匹配網絡24，25的輸出處呈現出的復合阻抗。