Радіочастотний підсилювач та передавач

1. Радиочастотный усилитель, включающий в себя транзистор (429), по меньшей мере первый и второй резисторы (421, 422), и имеющий первый вход сигнала и первый выход сигнала, при этом первый резистор (421) имеет первый вывод и второй вывод, который подсоединен к заземлению, транзистор (429) имеет базу, эмиттер и коллектор, при этом эмиттер подсоединен к заземлению, коллектор подсоединен к первому источнику напряжения и к первому выходу сигнала, а база подсоединена к первому выводу второго резистора (422), отличающийся тем, что он содержит второй источник изменяющегося напряжения (423), подсоединенный ко второму выводу второго резистора (422), и диод (419), имеющий первый и второй выводы, причем указанный первый вывод является анодом, а указанный второй вывод является катодом, при этом указанный первый вывод указанного диода подсоединен к базе транзистора (429) и к первому выводу второго резистора (422), указанный второй вывод указанного диода (419) подсоединен к первому выводу первого резистора (421) и к первому входу сигнала, изменения напряжения указанного второго источника изменяющегося напряжения (423) вызывают соответствующие изменения тока смещения указанного диода (419), изменяя активную проводимость указанного диода (419) таким образом, что указанный диод (419) работает как радиочастотный переключатель, радиочастотный аттенюатор и температурный компенсатор. 2. Радиочасто тный усилитель по п. 1, отличающийся тем, что усили тель (433) дополнительно содержит третий резистор (415), имеющий первый и второй выводы, при этом указанный первый вывод подсоединен к указанному второму C2 (54) РАДІОЧАСТОТНИЙ ПІДСИЛЮВАЧ ТА ПЕРЕД АВАЧ 32415 содержит транзистор с внутренним падением напряжения в 0,7 В. 8. Передатчик по п. З, в котором указанная цепь смещения напряжения (423) дополнительно содержит диод. 9. Передатчик по п. З, в котором указанная линия связи (417) дополнительно предусматривает подсоединение указанного первого выхода указанной первой ступени усиления (435) к указанному первому входу указанной второй ступени усиления (433). ______________________________ Настоящее изобретение в целом относится к усилителям мощности, и, более конкретно, к улучше нию характеристик диапазона регулирования мощности и амплитудно-модулированного (AM) выходного сигнала уси лителя мощности. Использование усилителей мощности для передачи радиочастотных сигналов находит широкую сфе ру, о хватывающую, но не ограничивающуюся, их применение в радиотелефонных системах связи. При использовании усилителя мощности в радиотелефо не ряд характеристик усилителя мощности приобретает особую значимость. К таким характеристикам относятся: 1) большой диапазон регулирования мощности; 2) температур ная устойчивость; 3) эффективность использования электрического тока и 4) минимальный выходной AM-сигнал. Общий диапазон регулирования мощности ограничивается со стороны максимума коэффициентом усиления самого уси лителя при максимальном токе смеще ния, а со стороны минимума изоляцией усилителя от входного радиочастотного (РЧ) сигнала в случае, когда ток смещения имеет нулевое значение. В пределах этого диапазона выходная мощность приблизительно пропорциональна квадрату ве личины тока смеще ния. Обычно для достижения максимального коэффи циента уси ления и эффективности при заданном значении тока смещения используются уси лите ли класса С, изоляция от входного РЧ-сигнала, в отсутствие тока смеще ния, ограничивалась паразитной емкостью между коллектором и базой транзисто ра. Для достижения нужной температур ной устойчивости (стабильности) в усилителях с низким показателем эффективности между эмиттером содержаще гося в уси лителе транзистора и землей подключается резистор. Этот ре зистор обеспечивает ста билизацию уси лите ля по отноше нию к температуре, однако его использование нежелательно, поскольку он снижает эффективность усилителя. Для достижения высокой эффективности уси лите ля коллекторная и эмиттерная цепи транзистора должны быть свободны от любых приводящих к потерям резисторных элементов. Исключение этих приводящи х к потерям элементов увеличивает потенциальный коэффициент уси ления и эффективность усилителя, однако такое решение делает схе му уси лителя чрезвычайно температурочувствительной, если не используются иные меры стабилизации смещения. На фиг. 3 показана топология традиционно используемой схемы усилителей мощности РЧсигнала. Центральным элементом схе мы является биполярный транзистор 309, выполняемый в схеме с общим эмиттером. В этой схеме предпринята попытка достижения управления смещением и температурой стабильности за счет использования фиксирующе го напряжение диода стремится следовать за напряжением база-эмиттер транзистора 309, приводя к температуроустойчивому току смещения, который имеет величину, приблизительно пропорциональную напряжению управления 301. Фиксирующий диод 305 также служит в качестве элемента защи ты схе мы от избыточного напряжения 301. Показанный на фиг. 3 усилитель имеет типичную характеристи ку управления и АМ-ха рактеристи ку, как показано на рис. 5. Кривая характеристи ки управления представляет собой график функциональной зависимости между мощностью выходного РЧ-сигнала 501 и напряжением управления 301. Кривая АМ-ха рактеристики представляет собой график функциональной зави симости между выхо дом АМ-сигналом 503 (в процентах), при однопроцентном входном АМ-сигнале на выхо де РЧ-сигнала, и напряжением управления 301. Пик АМ-ха рактеристики 503 имеет тенденцию к совпадению с крупной частью характеристики управления 501. Если два усилителя, показанных на рис. 3, собраны в каскадную схе му и их вхо ды напряжения управления связаны вместе напрямую, то их общая характеристика управления будет иметь приблизительно удвоенную крупную по сравнению с индивидуальной характеристикой управления 501. Величина М-характеристики в этом случае будет приблизительно удвоенной величиной индивидуальной АМ-ха ракте ристики 503. Увеличенная величина АМ-ха ракте ристики нежелательна, поскольку АМ-модуляция приведет к колебаниям мощности в выходном РЧ-сигнале 313. В этой схеме отсутствовали элементы, приводящие к потерям, что позволило добиться максимума потенциального коэффи циента уси ления и эффективности усилителя. Однако изоляция РЧсигнала от уси лителя в отсутствие тока смеще ния зависит от паразитной емкости транзистора 309. Таким образом, диапазон регулирования мощности не удается довести до максимума. Таким образом, существует потребность в разработке температуроустойчивого уси лителя мощности РЧ-сигнала, обладающего высокой эффективностью и имеющего большой диапазон регулирова ния мощности и минимальный АМ-выход. Настоящее изобретение относится к усилителю, который включает в себя тракт первого входного сигнала, тракт первого выходного сигнала, ток смеще ния и напряжение управления. Тракт первого входного сигнала несет первый радиочастотный сигнал. Тракт первого выходного сигнала несет усиленный первый радиочастотный сигнал. Изменения тока смеще ния зависит от изменений напряжений управления. Усилитель включает в 2 32415 себя цепь усиления для осуществления усиления первого радиочастотного сигнала. Усилитель также содержит средство стабилизации для стабилизирования тока смеще ния в зависимости от изменений температуры, а также изменяющее средство, чувстви тельное к изменениям напряжения управления и последующим изменениям тока смеще ния, для изменения проводимости тракта первого входного сигнала таким образом, чтобы осуществлять ослабление первого радиочастотного сигнала. Средство ста билизации и изменяющее средство подсоединены к схеме усиления. На фиг. 1 показана блок-схема радиотелефонной систе мы связи, в которой может использоваться настоящее изобретение. На фиг. 2 показана блок-схема усилителя мощности и соответствующи х схемных элементов уп равления усилите лем мощности, в которой может использоваться настоящее изобретение. На фиг. 3 показана схема управления усилителем мощности, известная в практике. На фиг. 4 показана схе ма двухкаскадного уси лите ля мощности, в которой может использоваться настоящее изобретение. На фиг. 5 представлены кривая характеристики управления и кривая АМ-характеристи ки усилителя мощности, известного в практике. На фиг. 6 представлены кривая характеристики управления и кривая АМ-характеристи ки усилителя мощности, которые могут быть результатом использования настояще го изобрете ния. На фиг. 7 по казана временная эталонная таблица GSM, определенная в рекомендациях GSM 05.05 (4.2.2). На фиг. 8 показана частотная эталонная таблица GSM, определенная в рекомендациях GSM 05.05 (4.5.2). Описание предпочтительного варианта осуществления изобрете ния. Описанное здесь изобретение может быть использовано в радиотелефон ной системе связи TDMA, которая показана на рис.1. Радиоте лефонная система связи содержит стационарную приемопередающую станцию 101, которая посылает ВЧ-сигналы на переносные и мобильные радиотелефоны, находящиеся в пределах географи ческой зоны охвата. Одним из таких телефонов является переносной радиотелефон 103. Радиотелефонной системе связи выделяется частотный диапазон, в пределах которого разрешается осуществлять радиосвязь. Указанный частотный диапазон разбивается на несколько каналов (полос) шириной 200 кГц. Каждый канал может обеспечивать связь между приемопередающей станцией 101 и (предельно) 8 радиотелефонами в пределах ее зоны охвата. Каждому радиотелефону выделяется временной интервал, в течение кото рого должны осуществляться передача и прием информации от приемопередающей станции 101. Каждый временной интервал имеет продолжительность приблизительно 577 микросекунд. Переносной радиотелефон 103, модель N F19UVD0960AA, выпускаемый фирмой "Моторола", содержит передатчик 107, приемник 109, и процессор цифрового сигнала (DSP)111, например, DSP 56000, выпускаемый фирмой "Моторола". Несколько сигналов передаются между DSP 111 и передатчиком 107 по линии множественного сигнала 113. И передатчик 107, и приемопередающая станция 101 содержат усилитель мощности, отвечающий строгим требованиям, определенным в рекомендациях GSM ETSI/PT-12 05.05 (4.2.2 и 4.5.2), март 1991г. Технические условия требуют, чтобы любой передатчик соответствовал параметрам временной эталонной таблицы, показанной на рис. 7, и частотной эталонной таблицы, показанной на фиг. 8. Ан тенна 105 используется для передачи и приема радиочастотных сигналов от приемопередающей станции 101. Принимая сигналы, антенна 105 преобразует эти сигналы в электрические радиочастотные сигналы и передает их на приемник 109. Приемник 109 демодулирует и преобразует электрические радиочастотные сигналы в сигналы данных (информативные сигналы), используемые остальными элементами переносного радиотелефо на 103. После прохождения радиочасто тных сигналов DSP 111 подает на передатчик 107 инфор мацию, кото рая должна быть пе реда на, и сигнал управления для передатчи ка 107 через сигнальные линии 113. Передатчик 107 принимает инфор мацию, преобразуе т ее в электрические радиочастотные импульсы (сигналы) и сообщае т этим электрическим радиочастотным имп ульсам с помощью уси ли теля мощности соответствующую необхо димую ве личин у мощности. За тем антен на 105, получая электрические радиочастотные сигналы (импульсы), преобразуе т и х в ра диочасто тные сигналы и пе редает их в эфир для использования их приемопередающей стан цией 101. Усилитель мощности 203 и связанные с ним устройства управления расположены в передатчике 107 и показаны на блок-схеме фиг. 2. Функционально усилитель мощности 203 предназначен для приема радиочастотного входного сигнала, содержащего голосовую и иную инфор мацию, которая должна быть передана на стационарную приемопередающую станцию 101, и усиления входных РЧ-сигналов 209 до уровня мощности, необхо димого для осуществления передачи. Задающий генератор 205 представляет собой регулируемый усилитель мощности, кото рый осуществляет коррекцию входных РЧ-сигналов 209 до соответствующего входного уровня для усилителя мощности 203. Блок-схема на фиг. 2 содержит несколько контуров (автомати ческого) управления, включая стандартный контур управления, контур уп равления режимом включения, и контур определения насыщения усилителей мощности. Более подробно контур уп равления режимом включения изложен в заявке на патент США No. 07/709.738 "Способ и устройство управления усилите лем мощности", поданной от имени Hietala и др. 03.06.91 и принадлежащей заявителю настоящей заявки. Контур определения насыщения усилителя более подробно описан в заявке на патент США No. 07/709.737 "Способ и устройство для определения и регулирования насыщения усилителя мощности", поданной от имени Black и др. 03.06.91 и принадлежащей заявителю настоящей заявки. 3 32415 Показанная на рис. 4 схема представляет собой двухкаскадный усилитель мощности с переменным коэффициентом усиления, используемый в качестве предусилителя 205. Первый каскад уси ления 435 включает в себя: транзистор 411, диод 407, катушку индук тивности 413, резисторы 403, 405, 409. Второй каскад усиления включает в себя: транзистор 429, диод 419, катушку индуктивности 431, резисторы 415, 421, 422. Оба каскада уси ления непосредственно соединены друг с другом линией связи 417. Напряжение управления 425 используется для управления током смещения в обоих каскадах усиления 433, 435. Напряжение управления подается последовательно таким образом, чтобы осуществлять одновременное управление обоими каскадами усиления 433, 435. Транзистор 423 расположен в цепи напряжения управления 425 между двумя каскадами усиления. Задача транзистора 423 заключается в смещении напряжения сигнала управляющего напряжения 425 для отделения характеристики управления первого каскада уси ления по отношению к характеристике управления второго каскада уси ления, с формированием характеристики управления 601, показанной на фиг. 6. Существуют другие в равной степени эффективные способы смеще ния напряжения, включая диоды и схемы деления напряжения. Разница в напряжении управления 425 для каскадов усиления 433, 435 используется также для отделения обоих каскадов усиления 433, 435 от той зоны АМ-характеристики, которая содержит максимальный АМ-выход. В предпочтительном варианте осуществления изобретения схема, показанная на рис. 4, имеет АМ-выход менее 2% к общему диапазону выходной мощности при 1%-ном АМ-вы ходе на входном РЧ-сигнале 401. В результате это го АМ-ха рактеристика имеет форму, сходную с формой кривой 603 по фиг. 6. Без смещения сигнала управляющего напряжения 425 величина АМ-ха рактеристики будет примерно вдвое больше представленного кривой пикового значения. Это может потенциально нарушить требования по максимальной выходной мощности, оговариваемые во временной эталонной таблице GSM, показанной на фиг.7. Транзисторы 411 и 429 рассчита ны на высокую эффективность по выхо ду мощности. Эмиттеры и коллекто ры транзисторов свободны от любых приводящи х к поте рям элементов, что обеспечивает дости жение максимума эффективности. Эмиттеры обоих транзисторов 411 и 429 непосредственно связаны с землей, а их коллекторы подключены к напряжению питания через катушку индук тивности 413 и катушку индук тивности 431 соответственно. Катушки индуктивности 413 и 431 служат в качестве РЧ-нагрузки для усилите ля. Подключение эмитте ров непосредственно на зем лю препятствует любым ненужным потерям усиления, однако оставляет усилитель температуроустойчивым. Диоды 407, 419 стабилизируют ток смещения по температуре, изолируют уси литель от входного РЧ-сигнала 401 в отсутствие напряжения уп равления 425 и обеспечивают защи ту электрической схемы от избыточного напряжения управления 425. Прежде всего, диод служит в качестве стабилизатора смеще ния. При согласовании диода 407 с характеристикой перехода база-эмиттер транзистора 411 ток смещения, идущий че рез транзистор, будет устойчив по температуре при заданном напряжении управления 425 до тех пор, пока резистор 405 имеет малое значение сопротивления. Во-вторых, диод 407 обеспечивает изолирование входного РЧ-сигнала 401 от транзистора 411 в отсутствие напряжения управления 425. По мере уве личения напряжения управления проводимость диода 407 увеличивается; таким образом, входной РЧ-сигнал не ослабляется, пока через диод 407 идет активное напряжение управления и ток. В отсутствие управляющего напряжения 425 проводимость диода 407 невысока, и входной РЧ-сигнал изолируется от остальной части схе мы уси лите ля. Поэтому этот каскад усилителя имеет высокий показатель изолирования входа от выхода при отсутствии сигнала напряжения управления, что обеспечивает уси лителю уве личенный диапазон регулирования мощности. В-третьих, диод 407 работает как защитный элемент от сигналов избыточного напряжения управления. Резистор 405 служит в качестве элемента замыкания цепи постоянного тока для диода 407 и в качестве элемента блокировки РЧ-сигнала. Его величина должна быть подобрана так, чтобы он согласовывался с падением напряжения эмиттерной стабилизации внутри транзисто ра 411. Повышающий резистор 403 используется для обеспечения обратного тока смещения на диоде в отсутствие напряжения управления 425, дополнительно уменьшая таким образом проводимость диода 407 и увеличивая ослабления входного РЧсигнала 401. Этот резистор 403 не является необхо димым элементом для создания эффективной схе мы усилите ля. Два каскада усиления соединены вместе цепью постоянного тока, обеспечивая передачу максимального выходного сигнала мощности первого усилительного каскада на вход вто рого каскада уси ления. Таким образом, показанная на фиг. 4 схема представляет собой конструкцию температуроустойчивого высокоэффективного уси лителя РЧ-сигнала с большим диапазоном регулирования мощности и улучшенной характеристикой по АМ-вы ходу. 4 32415 Фиг. 1 Фиг. 2 5 32415 Фиг. 3 Фиг. 4 6 32415 Фиг. 5 Фиг. 6 7 32415 Фиг. 7 Фиг. 8 Тираж 50 екз. Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м. Ужгород, вул. Гагаріна, 101 (03122) 3 – 72 – 89 (03122) 2 – 57 – 03 8