FI106412B - Lineaarinen tehovahvistinjärjestely ja menetelmä sen käyttämiseksi - Google Patents

Description

106412

Lineaarinen tehovahvistinjärjestely ja menetelmä sen käyttämiseksi - Lineär effektforstärkaranordning och metod for dess användning

Keksintö kohdistuu yleisesti radiotaajuisissa lähettimissä käytettyyn tehovahvistin-5 tekniikkaan. Erityisesti keksintö kohdistuu järjestelyyn lineaarisen vahvistuksen tuottamiseksi tehokkaasti laajalla dynamiikka-alueella.

Radiotaajuisessa lähettimessä tehovahvistin on komponentti, joka vahvistaa lähetettävän signaalin sellaiselle tehotasolle, että se voidaan johtaa lähettimen lähtöporttiin (esimerkiksi antenniporttiin). Digitaalisia lineaarisia modulointimenetelmiä käyttä-10 vissä järjestelmissä tehovahvistimen lineaarisuus on erittäin merkittävä tekijä. Digitaalisessa lineaarisessa moduloinnissa lähetettävällä signaalilla on useita sallittuja vaihe- ja amplituditiloja, jolloin kukin sallittu vaihe-amplitudiyhdistelmä vastaa tiettyä bittikuviota modulointilähteenä käytetyssä bittivirrassa ja muodostaa nk. konstellaatiopisteen vaihe-amplitudikaaviossa. Tehovahvistimen on toistettava lähe-15 tettävän signaalin vaihe-amplitudiyhdistelmät niin, etteivät konstellaatiopisteiden väliset suhteelliset etäisyydet vääristy; sen vuoksi tehovahvistimen toiminnalle on asetettu tiukat lineaarisuusvaatimukset.

Perinteinen lineaarinen tehovahvistin on ns. A-luokan vahvistin, mikä merkitsee, että vahvistavan komponentin antovirta ei katkea millään ohjausjännitteen sallitulla 20 arvolla. Jos ohjausjännite on siniaaltomuotoista, A-luokan vahvistimen johtokulman sanotaan olevan 360 astetta. A-luokan vahvistimien haittana on niiden huono hyötysuhde, joka voi teoriassa olla 50 % mutta joka useimmissa käytännön piireissä on luokkaa 25-30 %. Ongelmaa pahentaa vaatimus laajasta dynamiikka-alueesta, joka on tyypillinen digitaalisten solukkoradiojärjestelmien päätelaitteille. Esimerkkinä 25 voidaan tarkastella matkapuhelinta, jossa pienimmän ja suurimman lähetystehon ero voi olla kymmeniä desibelejä. Jos lineaarisessa tehovahvistimessa vahvistavan puolijohdekomponentin mitoitus on valittu sopivasti siten, että vahvistimen hyötysuhde on paras mahdollinen dynamiikka-alueen toisessa päässä (tavallisesti yläpäässä), hyötysuhde dynamiikka-alueen toisessa päässä (alapäässä) on väistämättä huo-30 no. Vastaavasti suhteellisen suuri määrä sähköenergiaa tuhlaantuu toiminnassa dy- t namiikka-alueen viimemainitussa päässä. Kannettavissa radiolaitteissa kuten matkapuhelimissa energian tuhlaaminen merkitsee sitä, että laitteen käyttöaika akkujen latausten välillä tarpeettomasti lyhenee.

2 106412

Eurooppapatenttihakemuksesta no. 98660044.3, joka on julkaistu joulukuussa 1998 ja on sisällytetty viitteenä tähän hakemukseen, tunnetaan järjestely, joka koostuu ainakin kahdesta rinnakkaisesta vahvistinasteesta, joista vain toinen valitaan kulloinkin käyttöön asettamalla vahvistinasteiden esijännitteet sopiviin arvoihin. Sellai-5 sessa rakenteessa kullakin rinnakkaisista vahvistinasteista voi olla erilainen optimaalinen tehoalue, joka sijaitsee koko vahvistinjärjestelyn vaaditun dynamiikka-alueen sisällä. Erillisellä ohjauspiirillä valitaan käyttöön vahvistinaste, jonka optimaalinen tehoalue parhaiten vastaa vahvistinjärjestelyn sen hetkistä vaadittua lähtötehoa. Saavutettavissa olevat säästöt verrattuna yksittäiseen lineaariseen tehovahvistinastee-10 seen ovat huomattavat, mutta ongelmana on hyötysuhteen jääminen yhä alle 50 %:n vaikka oletettaisiin jatkuva optimaalinen toiminta. Lisäksi on osoitettu, että välittömästi valitun vahvistinhaaran vaihdon jälkeen lähtösignaalissa esiintyy vaihevääris-tymää, joka on haitallista jatkuvaa vaihemodulaatiota käyttävissä järjestelmissä.

Esillä olevan keksinnön tavoitteena on toteuttaa tehovahvistinjärjestely, jolla on 15 suhteellisen laaja dynamiikka-alue ja hyvä hyötysuhde koko dynamiikka-alueella. Keksinnön tavoitteena on myös toteuttaa keksinnöllinen vahvistinjärjestely vähäisellä määrällä huokeita komponentteja. Lisäksi keksinnön tavoitteena on toteuttaa menetelmä tällaisen tehovahvistinjärjestelyn käyttämiseksi tehokkaasti koko dynamiikka-alueella. Lisäksi keksinnön tavoitteena on vähentää tehovahvistinjärjestelyn vai-20 hevääristymiä.

Keksinnön tavoitteet saavutetaan järjestämällä tehovahvistinjärjestely käsittämään ainakin kaksi rinnakkaista vahvistinhaaraa, joista ainakin yksi käsittää epälineaarisen vahvistimen, ja esivääristämällä epälineaarisen vahvistimen tai epälineaaristen vahvistimien ottosignaalia. Tavoiteltu vaihevääristymien väheneminen saavutetaan 25 käyttämällä säädettävää vaiheensiirrintä ainakin yhdessä rinnakkaisista vahvistin-haaroista.

Keksinnön mukaiselle tehovahvistinjärjestelylle on tunnusomaista, että se käsittää ensimmäisessä rinnakkaisessa vahvistinhaarassaan Saijaan kytketyt esivääristimen ja epälineaarisen vahvistimen, jolloin mainittu esivääristin on järjestetty kompensoi-30 maan mainitun epälineaarisen vahvistimen epälineaarisuutta.

Keksintö koskee myös radioviestintä. Radioviestimelle on tunnusomaista, että se käsittää 3 106412 - lineaarisessa tehovahvistinjärjestelyssä - ensimmäisen rinnakkaisen vahvistinhaaran ja toisen rinnakkaisen vahvistin-haaran ja valintavälineet lähetettävän radiotaajuisen signaalin johtamiseksi valinnan mukaan yhteen rinnakkaisista vahvistinhaaroista, ja 5 - ensimmäisessä rinnakkaisessa vahvistinhaarassa sarjaan kytketyt esivääristi- men ja epälineaarisen vahvistimen, jolloin mainittu esivääristin on järjestetty kompensoimaan mainitun epälineaarisen vahvistimen epälineaarisuutta; ja - ohjauslohkon mainittujen valintavälineitten toiminnan ohjaamiseksi, joilla valinta-välineillä lähetettävä radiotaajuinen signaali johdetaan valinnan mukaan joko ensim- 10 mäiseen tai toiseen rinnakkaiseen vahvistinhaaraan.

Lisäksi keksintö koskee menetelmää, jolle on tunnusomaista, että se käsittää vaiheet, joissa - valitaan käytettäväksi ensimmäinen rinnakkainen vahvistinhaara ja - vahvistettavaa signaalia esivääristetään epälineaarisesti ensimmäisessä rinnakkai-15 sessa vahvistinhaarassa ja sen jälkeen sitä vahvistetaan epälineaarisesti niin että esi- vääristämisen ja vahvistuksen epälineaarisuudet oleellisesti kumoavat toisensa.

On sinänsä tunnettua muodostaa tehovahvistinjärjestely useammasta rinnakkaisesta valittavissa olevasta vahvistinhaarasta, kuten voidaan nähdä esimerkeiksi edellä tekniikan tason selostuksen yhteydessä mainitusta eurooppapatenttihakemuksesta. 20 Esillä olevassa keksinnössä tätä perusperiaatetta on jalostettu käyttämällä ainakin yhtä epälineaarista tehovahvistinta ainakin yhdessä rinnakkaisista vahvistinhaaroista. Biasoimalla vahvistin epälineaarista toimintaa varten on mahdollista saavuttaa parempi hyötysuhde kuin perinteisillä lineaarisilla A-luokan vahvistimilla. Varsinai-sen vahvistimen epälineaarisuuden kompensoimiseksi sen eteen sijoitetaan esivää-25 ristin samansuuruisen mutta vastakkaismerkkisen epälineaarisuuden tuottamiseksi. Esivääristimen ja epälineaarisen vahvistimen vääristysvaikutukset kumoavat toisensa suurelta osin ja niiden yhdistelmä toimii lineaarisen tehovahvistimen lailla.

Keksintö ei rajoita tehovahvistinjärjestelyn rinnakkaisten vahvistihhaarojen määrää. ! Epälineaarisen vahvistimen sisältävien haarojen määrää ei myöskään ole määritelty, 30 kunhan niitä on vähintään yksi. Vahvistettavan signaalin johtaminen kulloisenkin valinnan mukaan yhteen rinnakkaisista vahvistinhaaroista tapahtuu kytkinjärjestelyn tai jonkin toiminnallisesti vastaavan piirin avulla. Eräs tällainen toiminnallisesti vastaava piiri voisi olla edellä tekniikan tason selostuksen yhteydessä mainitun eu-rooppapatenttihakemuksen mukainen biasointijärjestely. Kytkinjärjestelyn toimintaa ohjataan ohjauslohkolla siten, että vahvistirihaaran valinta tapahtuu tehovahvistinjär- jestelyn vaaditun lähtötehon perusteella.

4 106412

Valitun vahvistinhaaran vaihtohetkeen liittyvän vaihevääristymän eliminoimiseksi keksintö hyödyntää vaiheenilmaisu- ja vaiheenkorjausjärjestelyä, joka koostuu ai-5 nakin yhdestä vaiheilmaisimesta ja ainakin yhdestä vaiheensiirtimestä. Vaiheilmai-sin vertaa ’’vanhan” ja ’’uuden” vahvistinhaaran välistä suhteellista vaihe-eroa hetkeä ennen kuin varsinainen vaihto vanhasta vahvistinhaarasta uuteen vahvistinhaa-raan tapahtuu. Vaiheilmaisimen lähtösignaali on kytketty ainakin yhteen vaiheen-siirtimeen, joka ohjaa havaittua vaihe-eroa kohti nollaa. Edullinen sijainti vaiheen-10 siirtimelle tai -siirtimille on kussakin rinnakkaisessa vahvistinhaarassa välittömästi ennen ko. haaran vahvistavaa komponenttia tai välittömästi sen jälkeen.

Keksinnölle tunnusomaiset uudet ominaisuudet on esitetty yksityiskohtaisesti patenttivaatimuksissa. Itse keksintöä, sen rakennetta, toimintaperiaatetta sekä lisätavoitteita ja -etuja selostetaan kuitenkin seuraavassa eräiden suoritusmuotojen avulla 15 ja viitaten oheisiin piirustuksiin.

Kuva 1 esittää keksinnön periaatetta hyödyntävää edullista rakennetta, kuvat 2a-2e esittävät eri tavalla biasoitujen vahvistimien johtojaksoja ja yhtä syntyvää aaltomuotoa, kuva 3 esittää kuvan 1 rakenteen yleistystä, 20 kuva 4 esittää edullista vaiheilmaisu- ja vaiheenkorjausjärjestelyä keksinnön ’ mukaisessa rakenteessa, kuva 5 esittää kuvan 4 rakenteen yksityiskohtaa, kuva 6 esittää kuvan 4 rakenteen erästä toista yksityiskohtaa, kuva 7 esittää keksinnön mukaista radioviestintä, ja 25 kuva 8 esittää vuokaavion muodossa erästä keksinnön mukaista menetelmää.

Toisiaan vastaavista osista käytetään kuvissa 1-7 samoja viitenumerolta ja -kirjaimia.

Kuvassa 1 on esitetty erään keksinnön mukaisen lineaarisen tehovahvistinjärjestelyn 100 yksinkertaistettu lohkokaavio. Se käsittää tuloportin 101 moduloidun radio taa- 5 106412 juisen signaalin ottoa varten, ensimmäisen kytkimen 102 ottosignaalin ohjaamiseksi joko ylempään rinnakkaiseen vahvistinhaaraan tai alempaan vahvistinhaaraan, toisen kytkimen 103 vahvistetun signaalin johtamiseksi ulos joko ylemmästä rinnakkaisesta vahvistinhaarasta tai alemmasta vahvistinhaarasta sekä lähtöportin 104, jolta saa-5 daan ottosignaali vahvistettuna. Alempi rinnakkainen vahvistinhaara käsittää lineaarisen tehovahvistimen 105, joka on mitoitettu toimimaan optimaalisesti lineaarisen tehovahvistinjärjestelyn 100 dynamiikka-alueen alapäässä, ja ylempi rinnakkainen vahvistinhaara käsittää epälineaarisen tehovahvistimen 106, joka on mitoitettu toimimaan optimaalisesti dynamiikka-alueen yläpäässä, sekä ensimmäisen kytkimen 10 102 ja epälineaarisen tehovahvistimen 106 väliin kytketyn esivääristimen 107. Var sinaisen tehovahvistinjäijestelyn ulkopuolella on ohjauslohko 108 kytkimien 102 ja 103 toiminnan ohjaamiseksi ja vahvistimien 106 ja 107 vahvistuksen säätämiseksi. Termit ’’ylempi” ja ’’alempi” viittaavat vain kuvan 1 asetteluun eivätkä rajoita teho-vahvistinjärjestelyn rakennetta tai toimintaa millään tavoin.

15 Lineaarinen tehovahvistin 105 voi olla sinänsä tunnettu A-luokan vahvistin. Sen mitoitus on valittu siten, että sen saturaatiotehotaso sijaitsee suhteellisen alhaalla koko lineaarisen tehovahvistinjärjestelyn 100 dynamiikka-alueella. Lineaarisen vahvistimen saturaatiotehotason valitseminen sopivan mitoituksen avulla on sinänsä tunnettua alan ammattimiehelle. Lineaarisuutensa vuoksi lineaarisen tehovahvisti-20 men 105 hyötysuhde ei ole yli 50 %. Tämäkin on kuitenkin huomattava parannus verrattuna tekniikan tason mukaiseen järjestelyyn, jossa on vain yksi lineaarinen tehovahvistin koko dynamiikka-aluetta varten; sellaisen tekniikan tason mukaisen yksittäisen lineaarisen tehovahvistimen hyötysuhde dynamiikka-alueen alapäässä saattaa olla jopa alle 10 %.

25 Epälineaarinen tehovahvistin 106 voidaan valita monista eri vahvistinluokista ja -tyypeistä. Kuvissa 2a-2d vertaillaan A-luokan, AB-luokan, B-luokan ja C-luokan vahvistimien teoreettisia johtojaksoja tässä järjestyksessä. AB-luokan vahvistimen johtokulma on alle 360 mutta huomattavasti yli 180 astetta, B-luokan vahvistimen johtokulma on tasan 180 astetta ja C-luokan vahvistimen johtokulma alle 180 astet-30 ta. Kussakin kuviossa vaaka-akseli vastaa aikaa ja pystyakseli vahvistimen lähtövirtaa. Akselien yksiköt ovat vapaasti määrättävissä eivätkä ole oleellisia seuraavassa selostuksessa. Kuvissa on oletuksena siniaaltomuotoinen vahvistimen tulosignaali. Käyrät, jotka ovat yleisesti sinimuotoisia, kuvaavat lähtövirran vaihtelua; käyrien katkoviivoin piirretyt osuudet kuvissa 2b, 2c ja 2d kuvaavat selvyyden vuoksi sini-. 35 muotoa niissä väleissä, joissa lähtövirtaa ei esiinny. Kuvissa 2a ja 2b on esitetty vaakasuoran viivan avulla myös lepovirta.

6 106412

Kuvassa 2e on esitetty esimerkinomaisesti eräs epälineaarisen vahvistimen tuottama lähtöaaltomuoto. Tässä vaaka-akseli vastaa aikaa ja pystyakseli vastaa lähtöjäänitettä; yksikkö on vapaavalintainen. Kunkin positiivisen aallonosan pienentynyt amplitudi viittaa vahvistimen epälineaarisuuteen. Epälineaarisuuden vaikutuksen tuntemi-5 nen on olennaista esivääristimen 107 valinnassa. Jos epälineaarinen tehovahvistin 106 on sellaista tyyppiä, joka tuottaa kuvassa 2e esitetyn kaltaisen lähtöaaltomuo-don, esivääristimen 107 on ylikorostettava signaalin kutakin positiivista aallonosaa ennen sen syöttämistä epälineaariseen tehovahvistimeen 106. Näin esivääristimen 107 ja epälineaarisen tehovahvistimen 106 epälineaarisuusvaikutukset kumoavat 10 toisensa ja niiden sarjakytkentä vaikuttaa yhdeltä lineaariselta tehovahvistimelta.

Epälineaarisen tehovahvistimen ja esivääristimen valintaa siten, että kyseinen kumoutuminen tapahtuu, nimitetään sovittamiseksi. Esivääristimen sovittaminen epälineaariseen tehovahvistimeen on sinänsä tunnettua alan ammattimiehelle. Epälineaaristen komponenttien taajuus- ja amplitudiriippuvuuksien sovittaminen toisiinsa 15 on tehtävä huolella.

Kuvassa 1 esitetyn rakenteen toimintaa on selostettu seuraavassa. Ohjauslohko 108 saa tiedon lineaarisen tehovahvistinjärjestelyn 100 senhetkisestä vaaditusta lähtöte-hotasosta. Vaaditusta lähtötehotasosta riippuen ohjauslohko asettaa kytkimet 102 ja 103 siten, että joko alempi tai ylempi rinnakkainen vahvistinhaara on käytettävissä 20 signaalitienä tuloportin 101 ja lähtöportin 104 välillä. Yleissääntönä voidaan sanoa, että jos vaadittu lähtötehotaso on suurempi kuin (pienitehoisen) lineaarisen teho-vahvistimen 105 saturaatiotehotaso, valitaan ylempi rinnakkainen vahvistinhaara, ja jos vaadittu lähtötehotaso on pienempi kuin mainittu saturaatiotehotaso, valitaan , alempi rinnakkainen vahvistinhaara. Keksintö ei rajoita algoritmia, jota ohjauslohko 25 käyttää rinnakkaisen vahvistinhaaran valinnassa. Todellisen lähtötehoarvon hieno-säätämiseksi mahdollisimman lähelle vaadittua arvoa ohjauslohko virittää vahvistimen vahvistusta valitussa rinnakkaisessa vahvistinhaarassa.

Jos ohjauslohko 108 on asettanut kytkimet 102 ja 103 ’’ala-asentoon”, tulosignaali : syötetään tuloportista 101 ensimmäisen kytkimen 102 kautta lineaariselle tehovah- • 30 vistimelle 105 ja vahvistetaan haluttuun lähtötehotasoon (itse asiassa toisen kytki men 103 odotetun vaimennuksen verran haluttua lähtötehotasoa suuremmaksi). Syntyvä signaali syötetään toisen kytkimen 103 kautta lähtöportille 104 ja edelleen järjestelyn 100 sisältävän radiolaitteen antennille tai lähtölinjalle. Vastaavasti jos ohjauslohko on asettanut kytkimet 102 ja 103 ’’yläasentoon”, tulosignaali syötetään . 35 tuloportista 101 ensimmäisen kytkimen 102 kautta esivääristimelle 107, ja syntyvä esivääristetty signaali syötetään epälineaariselle tehovahvistimelle 106 vahvistetta- 7 106412 vaksi. Syntyvä signaali syötetään jälleen toisen kytkimen 103 kautta lähtöportille 104 ja edelleen antennille tai lähtölinjalle.

Lähtötehotason pysyminen halutussa arvossa varmistetaan tavallisesti takaisinkyt-kentäsilmukan avulla, vaikka sitä ei ole esitetty kuvassa 1. Se käsittää suuntakytki-5 men joko kummankin vahvistimen 105, 106 ja toisen kytkimen 103 välissä tai toisen kytkimen 103 ja lähtöportin 104 välissä tai jopa lähtöportin 104 jälkeen. Lisäksi ta-kaisinkytkentäsilmukka käsittää takaisinkytkentäyhteyden suuntakytkimeltä ohjaus-lohkoon 108. Suuntakytkimen avulla ohjauslohko tarkkailee jatkuvasti todellista lähtötehotasoa ja virittää valitun rinnakkaisen vahvistinhaaran vahvistinta siten, että 10 mitattu lähtötehotaso ei poikkea ennalta määrättyä virhemarginaalia enempää halutusta arvosta.

Kuva 3 esittää kuvan 1 rakenteen yleistystä. Kuvassa 3 lineaarinen tehovahvistinjär-jestely 300 käsittää tuloportin 101, ensimmäisen moniasentokytkimen 301, toisen momasentokytkimen 302 ja lähtöportin 104. Moniasentokytkimien 301 ja 302 välis-15 sä järjestely käsittää M+N rinnakkaista vahvistinhaaraa, joista M haaraa käsittää lineaarisen tehovahvistimen LPA ja N haaraa käsittää sarjaan kytketyt esivääristi-men PRED ja epälineaarisen tehovahvistimen NPA. Kokonaisluvut M ja N valitaan siten, että M on suurempi tai yhtä suuri kuin nolla ja N on suurempi kuin nolla. M ja N voivat olla erisuuruiset. Valitsemalla M=1 ja N=1 saadaan kuvan 1 rakenne. Oh-20 jauslohko 303 ohjaa kytkimien 301 ja 302 toimintaa ja virittää rinnakkaisten vahvis-tinhaarojen vahvistimia.

Kuvan 3 rakenteessa kaikki vahvistimet LPA ja NPA ovat eri tavalla mitoitetut niin, että yksi epälineaarisista tehovahvistimista NPA on mitoitettu toimimaan optimaalisesti kaikkein suurimmalla tehotasolla ja yksi lineaarisista tehovahvistimista LPA on 25 mitoitettu toimimaan optimaalisesti kaikkein alimmalla tehotasolla. Muiden vahvistimien mitoitus asettuu näiden ääripäiden väliin edullisimmin siten, että suunnilleen koko lineaarisen tehovahvistinjärjestelyn 300 vaaditun dynamiikka-alueen puolivälissä on raja-arvo, joka on suurempi tai yhtä suuri kuin kaikkien lineaaristen teho-vahvistimien saturaatiotehotaso ja pienempi tai yhtä suuri kuin kaikkien epälineaa-30 listen tehovahvistimien saturaatiotehotaso. Kuvassa 3 esitetyn rakenteen toiminta vastaa edellä esitettyä kuvan 1 selostusta sillä poikkeuksella, että ohjauslohkolla 303 on nyt useampia vaihtoehtoja, joista valita sopivin rinnakkaisista vahvistinhaaroista.

Edellä olevassa selostuksessa on viitattu yksinomaan kytkimiin järjestelynä, joka ' johtaa lähetettävän signaalin kulloinkin vain toiseen rinnakkaisista vahvistinhaarois- 35 ta. Vaikka kytkimet ovatkin helpoimmin ymmärrettävissä välineenä, jolla selektiivi- 8 106412 sesti johdetaan signaalia sähköisen kytkennän eri osien välillä, keksintö ei ole tässä suhteessa millään tavoin rajoittava. Rinnakkaisen vahvistinhaaran valinta voidaan toteuttaa esimerkiksi biasoimalla sopivasti joitakin rinnakkaisten vahvistinhaarojen aktiivisia komponentteja. Biasointiin perustuvan suoritusmuodon toteuttamiseksi 5 ohjauslohkon kuvissa 1 ja 3 esitettyihin kytkimiin yhdistävät ohjauslinjat on korvattava ohjausyksikön ja vastaavien aktiivisten komponenttien välisillä biasointilinjoil-la.

Ohjaustoiminnot on kuvissa 1 ja 3 esitetty sisältyviksi yhteen ohjauslohkoon, mutta on täysin mahdollista jakaa samaiset toiminnot kahteen tai useampaan paikkaan li-10 neaarisen tehovahvistinjärjestelyn piirikytkennässä.

Jos kuvan 1 tai 3 järjestelyä käytetään kiintovaihemoduloitujen signaalien vahvistamiseen, niin mahdollisen vaihevääristymän ongelma tulee esiin valitun rinnakkaisen vahvistinhaaran vaihdon yhteydessä. Kuvassa 4 on esitetty eräs tapa pienentää sellainen vaihevääristymä häviävän pieneen arvoon. Selvyyden vuoksi kuvan 4 line-15 aarinen tehovahvistinjärjestely käsittää jälleen vain kaksi rinnakkaista vahvistinhaa-raa; alan ammattimiehelle on selvää, että sama ajatus voidaan helposti yleistää koskemaan kuvan 3 kaltaista monihaaraista järjestelyä.

Kuvan 4 lineaarinen tehovahvistinjärjestely käsittää tuloportin 101, ensimmäisen kytkimen 401, toisen kytkimen 402, kolmannen kytkimen 403 ja lähtöportin 102. 20 Ensimmäinen ja toinen kytkin 401 ja 402 korvaavat kuvan 1 ensimmäisen kytkimen 102 tai kuvan 3 ensimmäisen moniasentokytkimen 301. Ensimmäisen kytkimen 401 ja kolmannen kytkimen 403 välissä on alempi vahvistinhaara, joka käsittää pienite-' hoisen lineaarisen tehovahvistimen LP A, ja toisen kytkimen 402 ja kolmannen kyt kimen 403 välissä on ylempi vahvistinhaara, joka käsittää esivääristimen PRED ja 25 suuritehoisen epälineaarisen tehovahvistimen NPA. Molemmat haarat käsittävät lisäksi säädettävän vaiheensiirtimen 404 ja 405, ja kustakin haarasta on kytkentä vai-heilmaisimelle 406, jonka lähtösignaali on järjestetty säätämään joko vaiheensiirti-mellä 404 tai vaiheensiirtimellä 405 toteutettua vaihesiirtoa. Säädettävä vaiheensiir-rin valitaan valintakytkimen 407 asennon mukaan. Komponenttien keskinäisellä 30 järjestyksellä kussakin rinnakkaisessa vahvistinhaarassa ei ole merkitystä keksinnön kannalta, kunhan vain kytkentä vaiheilmaisimeen 406 lähtee pisteestä, joka signaalin etenemi s suuntaan nähden on myöhempi kuin vastaavan haaran vaiheensiirrin (toisin sanoen ei ole mieltä mitata signaalin vaihetta ennen vaiheensiirrintä). Ohjauslohko 408 on järjestetty asettamaan kytkimet ja säätämään vahvistimia.

9 106412

Kuvan 4 järjestelyn toimintaa on selostettu seuraavassa. Muuttumattomissa olosuhteissa yksi rinnakkaisista vahvistinhaaroista on valittu käyttöön sulkemalla vastaava kytkin 401 tai 402 ja avaamalla toinen sekä asettamalla kolmas kytkin 403 johtamaan signaali valitusta haarasta lähtöporttiin 104. Kun ohjauslohko 408 huomaa, 5 että sen on vaihdettava valittua haaraa, se aloittaa vaihdon käynnistämällä nk. vai-heenkorjaustilan. Tässä tilassa sekä ensimmäinen kytkin 401 että toinen kytkin 402 ovat kiinni, jolloin kumpaankin rinnakkaiseen vahvistinhaaraan syötetään puolet tulosignaalin tehosta. Samaan aikaan lisätään vanhan haaran vahvistimen vahvistusta ottotehossa tapahtuvan laskun kompensoimiseksi; tämä voi tapahtua automaatti-10 sesti ohjauslohkon suorittamana tai se voi seurata takaisinkytkentäsäätösilmukan, jota ei ole esitetty kuvassa 4 mutta jota on selostettu edellä, normaalista toiminnasta.

Vaiheenkorjaustilassa vaiheilmaisin 406 vertaa uuden haaran signaalin vaihetta vanhan haaran signaalin vaiheeseen. Samanaikaisesti tai lähes samanaikaisesti molempien kytkimien 401 ja 402 sulkemisen kanssa ohjauslohko 408 on asettanut valinta-15 kytkimen 407 johtamaan vaiheilmaisimen 406 lähtösignaalin uuden haaran vai-heensiirtimelle. Vaiheilmaisin 406 tuottaa lähtösignaalin, joka on verrannollinen ilmaistuun vaihe-eroon. Kun tämä lähtösignaali johdetaan uuden haaran säädettävään vaiheensiirtimeen, sen avulla siirretään uuden haaran vaihetta siten, että molempien haarojen vaiheet tulevat yhteneviksi. Vasta kun vaihe-ero on eliminoitu, 20 ohjauslohko päättää vaiheenkorjaustilan ja varsinaisesti valitsee uuden haaran muuttamalla kolmannen kytkimen 403 asentoa. Sen jälkeen (tai samanaikaisesti) ohjauslohko voi avata sen kytkimen 401 tai 402, joka johtaa vanhaan haaraan, ja samaan aikaan pienentää uuden haaran vahvistimen vahvistusta, koska koko ottote-. ho ohjautuu nyt uuteen haaraan. Tässäkin tapauksessa vahvistuksen säätö voi tapah- 25 tua esiohjelmoidusti tai olla seurausta normaalista takaisinkytkentäsilmukan avulla tapahtuvasta tehonsäädöstä.

Sopiva salpajärjestely voidaan helposti järjestää säilyttämään oikea ohjaussignaalin arvo valitun haaran vaiheensiirrintä varten myös sen jälkeen, kun vaiheenkorjaustila : on päättynyt. Kuten kuvien 1 ja 3 järjestelyjen tapauksessa, alan ammattimies voi • 30 helposti korvata kytkimet jollakin toisella tunnetulla välineellä, jolla voidaan johtaa signaali piirikytkennän haluttuihin osiin. Vaiheenkorjaustilan päättyminen voi tapahtua sellaisen ennalta ohjelmoidun ajanjakson jälkeen, joka on riittävän pitkä, jotta vaiheilmaisimen ja vaiheensiirtimen sisältävä järjestely pystyy eliminoimaan vaihe-eron, tai vaiheilmaisimen ja ohjauslohkon välillä voi olla kytkentä, jonka kautta oh-. 35 jauslohkolle ilmoitetaan, milloin sopiva vaiheenkorjaus on saavutettu. Viimemainit- ,0 106412 tu järjestely on joustavampi ottaessaan huomioon piirin todellisen toiminnan, mutta vaatii hieman monimutkaisempaa rakennetta.

Tekniikan tasosta tunnetaan useita järjestelyjä, jotka sopivat käytettäväksi vaiheil-maisimena 406 ja vaiheensiirtiminä 404 ja 405. Kuvassa 5 on esitetty sekoitin, joka 5 soveltuu käytettäväksi myös vaiheilmaisimena. Se käsittää ensimmäisen induktanssin 501 ja sähkömagneettisesti ensimmäiseen induktanssiin kytketyn toisen induktanssin 502. Ensimmäisen induktanssin toinen pää ja toisen induktanssin keskipiste on kytketty maahan, ja sarjaan kytketty diodipari 503, 504 kytkee toisen induktanssin päät yhteen. Sekoitin/vaiheilmaisimen syöttöpisteet sijaitsevat ensimmäisen in-10 duktanssin toisessa päässä 505 ja diodikytkennän keskipisteessä 506. Lähtösignaali saadaan lähtöportista 507, joka on kytketty kolmannen induktanssin 508 kautta diodikytkennän keskipisteeseen. Kun syöttöihin 505 ja 506 tuoduilla signaaleilla on sama taajuus, lähtöportista 507 saadaan tasavirtasignaali; tämän tasavirtasignaalin taso on verrannollinen syöttö signaalien vaihe-eroon.

15 Kuvassa 6 on esitetty yksinkertainen säädettävä vaiheensiirrin, joka soveltuu kuvan 4 piirikytkentään ja käsittää tuloportin 601, lähtöportin 602, tuloportin ja lähtöportin välisen reaktanssin 603, lähtöportin ja maapotentiaalin väliin estosuuntaisesti kytketyn kapasitanssidiodin 604 sekä kapasitanssidiodin katodilla sijaitsevan viritysportin 605. Signaalin kokema vaihesiirtymä matkalla tuloportista lähtöporttiin on verran-20 nollinen viritysportille tuotuun tasajännitteen arvoon.

Kuva 7 esittää yksinkertaistettuna lohkokaaviona matkapuhelinta, joka toimii esimerkkinä radioviestimestä, johon keksintö on sovellettavissa. Matkapuhelin käsittää antennin 701, dupleksointilohkon 702, vastaanottohaaran 703, puhedekooderin 704, kaiuttimen 705, mikrofonin 706, puhekooderin 707, lähetyshaaran 708 ja ohjausloh-25 kon 709. Matkapuhelin voi luonnollisesti käsittää monia muitakin toimintalohkoja. Keksinnön mukaisesti lähetyshaara 708 on muuten verrattavissa tekniikan tason mukaisten matkapuhelimien lähetyshaaroihin mutta käsittää viimeisenä vahvistusas-teenaan ennen lähetyshaaran 708 ja dupleksointilohkon 702 välistä kytkentää edellä selostetun keksinnön mukaisen lineaarisen tehovahvistinjärjestelyn 710. Ohjausloh-30 ko 709 on järjestetty mm. vaihtamaan tehonsäätösanomia tukiaseman kanssa siinä solukkoradiojärjestelmässä, jossa matkapuhelin on järjestetty toimimaan. Vastaanotettuaan tehonsäätösanoman tukiasemalta (ei esitetty kuvassa) ohjauslohko tarkistaa, sisältääkö tehonsäätösanoma määräyksen muuttaa matkapuhelimen lähetysteho-tasoa niin, että tarvitaan valitun haaran vaihto lineaarisessa tehovahvistinjärjestelys- u 106412 sä 710. Jos se sisältää, ohjauslohko suorittaa vaihdon toteuttamalla ohjauslohkolle yllä esitetyissä kuvien 1, 3 ja 4 suoritusmuotojen selostuksissa määritellyt toiminnot.

Lopuksi esitetään lyhyesti keksinnön mukaisen menetelmän eräs edullinen suoritusmuoto viitaten kuvaan 8. Oletetaan, että vaihevääristymän korjaus on käytössä ja 5 että vahvistuksen säätö kuuluu menetelmään ohjelmoituna osana. Vaiheessa 801 havaitaan tarve muuttaa lineaarisen tehovahvistinjärjestelyn lähtötehotasoa. Vaiheessa 802 tarkistetaan, edellyttääkö muutos vanhan valitun vahvistinhaaran vaihtoa uuteen. Jos ei, kohdistetaan säätö senhetkiseen valittuun vahvistinhaaraan vaiheessa 803, minkä jälkeen hypätään päätösvaiheeseen 899. Jos vastaus on kyllä, vaiheessa 10 802 siinytään vaiheenkorjaustilaan, missä tulosignaali johdetaan sekä vanhaan että uuteen haaraan ja vanhan haaran vahvistusta säädetään vaiheessa 804. Vaihe-ero eliminoidaan vaiheiden 805 ja 806 muodostamassa silmukassa. Vaiheen 806 jälkeen valitaan uusi haara käyttöön vaiheessa 807, ja vanha haara kytketään pois käytöstä vaiheessa 808 samalla kun uuden haaran vahvistimen vahvistusta säädetään vastaa-15 vasti.

»· *

Claims (12)

1. Lineaarinen tehovahvistinjärjestely (100, 300) vahvistettavan radiotaajuisen signaalin vahvistamiseksi siten, että vahvistuksen suuruus on valittavissa, joka järjestely käsittää ensimmäisen rinnakkaisen vahvistinhaaran ja toisen rinnakkaisen 5 vahvistinhaaran ja välineet (102, 103, 301, 302, 401, 402, 403) vahvistettavan radiotaajuisen signaalin johtamiseksi valittavissa olevaan yhteen rinnakkaiseen vahvistin-haaraan, tunnettu siitä, että se käsittää ensimmäisessä rinnakkaisessa vahvistinhaa-rassa sarjaan kytketyt esivääristimen (107, PRED) ja epälineaarisen vahvistimen (106, NPA), jolloin mainittu esivääristin on järjestetty kompensoimaan mainitun 10 epälineaariseen vahvistimen epälineaarisuutta.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen lineaarinen tehovahvistinjärjestely, tunnettu siitä, että se käsittää toisessa rinnakkaisessa vahvistinhaarassa lineaarisen vahvistimen (105, LPA).

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen lineaarinen tehovahvistinjärjestely, tunnettu 15 siitä, että se käsittää toisessa rinnakkaisessa vahvistinhaarassa esivääristimen (PRED) ja epälineaarisen vahvistimen (NPA) muodostaman sarjakytkennän.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen lineaarinen tehovahvistinjärjestely, jolla on tietty alapäästä yläpäähän ulottuva vahvistuksen dynamiikka-alue, tunnettu siitä, että ensimmäinen rinnakkainen vahvistinhaara on mitoitettu tuottamaan suurin hyö- 20 tysuhde dynamiikka-alueen yläpäässä ja toinen rinnakkainen vahvistinhaara on mitoitettu tuottamaan suurin hyötysuhde dynamiikka-alueen alapäässä. • ·

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen lineaarinen tehovahvistinjärjestely, tunnettu siitä, että se käsittää nollasta poikkeavan kokonaislukumäärän rinnakkaisia vahvis-tinhaaroja, joissa kussakin on erillinen esivääristimen (PRED) ja epälineaarisen 25 vahvistimen (NPA) muodostama sarjakytkentä, ja lisäksi kokonaislukumäärän rinnakkaisia vahvistinhaaroja, joissa kussakin on lineaarinen vahvistin (LNA).

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen lineaarinen tehovahvistinjärjestely, tunnettu < siitä, että se lisäksi käsittää ensimmäisen säädettävän vaiheensiirtimen (405) ensimmäisessä rinnakkaisessa vahvistinhaarassa, toisen säädettävän vaiheensiirtimen 30 (404) toisessa rinnakkaisessa vahvistinhaarassa sekä vaiheilmaisimen (407), joka on järjestetty vertailemaan ensimmäisen ja toisen rinnakkaisen vahvistinhaaran signaalien vaiheita ja vasteena mainittuun vaihevertailuun säätämään ainakin yhtä mainituista ensimmäisestä ja toisesta säädettävästä vaiheensiirtimestä. is 106412

7. Radioviestin radiotaajuisen signaalin käsittelemiseksi ja lähettämiseksi valittavissa olevalla lähetysteholla, joka radioviestin käsittää lineaarisen tehovahvistin-järjestelyn (710) radiotaajuisen signaalin vahvistamiseksi valitulle tehotasolle, tunnettu siitä, että se käsittää 5. lineaarisessa tehovahvistinjärjestelyssä - ensimmäisen rinnakkaisen vahvistinhaaran ja toisen rinnakkaisen vahvistin-haaran ja valintavälineet (102, 103, 301, 302, 401, 402, 403) lähetettävän radiotaajuisen signaalin johtamiseksi valinnan mukaan yhteen rinnakkaisista vahvistinhaaroista, ja 10. ensimmäisessä rinnakkaisessa vahvistinhaarassa sarjaan kytketyt esivääristi- men (107, PRED) ja epälineaarisen vahvistimen (106, NPA), jolloin mainittu esivääristin on järjestetty kompensoimaan mainitun epälineaarisen vahvistimen epälineaarisuutta; ja - ohjauslohkon (108, 303, 408, 709) mainittujen valintavälineitten toiminnan ohjaa-15 miseksi, joilla valintavälineillä lähetettävä radiotaajuinen signaali johdetaan valinnan mukaan joko ensimmäiseen tai toiseen rinnakkaiseen vahvistinhaaraan.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen radioviestin, tunnettu siitä, että se on tukiasemia sisältävän solukkoradiojärjestelmän päätelaite, jolloin mainittu ohjauslohko on järjestetty käsittelemään tukiasemalta vastaanotettuja tehonsäätösanomia ja päät- 20 teleinään käsiteltyjen tehonsäätösanomien perusteella uuden rinnakkaisen vahvistin-haaran valitsemisen tarve lineaarisessa tehovahvistinjärjestelyssä.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen radioviestin, tunnettu siitä, että se on kiinto-vaihemodulointia käyttävän solukkoradiojärjestelmän päätelaite, jolloin radioviestin « « lisäksi käsittää lineaariseen tehovahvistinjärjestelyyn liittyen ensimmäisen säädettä-25 vän vaiheensiirtimen (405) ensimmäisessä rinnakkaisessa vahvistinhaarassa, toisen säädettävän vaiheensiirtimen (404) toisessa rinnakkaisessa vahvistinhaarassa sekä vaiheilmaisimen (406), joka on järjestetty vertailemaan ensimmäisen ja toisen rinnakkaisen vahvistinhaaran signaalien vaiheita ja vasteena mainittuun vaihevertailuun - · säätämään ainakin yhtä mainituista ensimmäisestä ja toisesta säädettävästä vaiheen- 30 siirtimestä.

10. Menetelmä ensimmäisen rinnakkaisen vahvistinhaaran ja toisen rinnakkaisen vahvistinhaaran käsittävän lineaarisen tehovahvistinjäijestelyn lähtötehon säätämiseksi, tunnettu siitä, että se käsittää vaiheet, joissa - valitaan käyttöön ensimmäinen rinnakkainen vahvistinhaara, ja 14 106412 - vahvistettavaa signaalia esivääristetään epälineaarisesti ensimmäisessä rinnakkaisessa vahvistinhaarassa ja sen jälkeen sitä vahvistetaan epälineaarisesti niin, että esivääristämisen ja vahvistuksen epälineaarisuudet oleellisesti kumoavat toisensa.

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että se lisäksi 5 käsittää vaiheet, joissa - ennen ensimmäisen rinnakkaisen vahvistinhaaran käyttöön valintaa käyttöön on valittu toinen rinnakkainen vahvistinhaara, - sallitaan (804) vahvistettavan signaalin vieminen sekä ensimmäiseen rinnakkaiseen vahvistinhaaraan että toiseen rinnakkaiseen vahvistinhaaraan, 10. mitataan (805, 806) ensimmäisen rinnakkaisen vahvistinhaaran ja toisen rinnakkai sen vahvistinhaaran signaalien välinen vaihe-ero, - siirretään (805, 806) ensimmäisen rinnakkaisen vahvistinhaaran signaalin vaihetta niin, että se tulee yhteneväksi toisen rinnakkaisen vahvistinhaaran signaalin vaiheen kanssa, 15 -johdetaan (807) ensimmäisessä rinnakkaisessa vahvistinhaarassa vahvistettu signaali ulos lineaarisesta tehovahvistinjärjestelystä sen lähtösignaalina, ja - estetään (808) vahvistettavan signaalin vieminen toiseen rinnakkaiseen vahvistin-haaraan.

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että se lisäksi 20 käsittää vaiheet, joissa - sallittaessa vahvistettavan signaalin vieminen sekä ensimmäiseen rinnakkaiseen vahvistinhaaraan että toiseen rinnakkaiseen vahvistinhaaraan lisätään (804) toisen rinnakkaisen vahvistinhaaran vahvistusta, ja • · - estettäessä vahvistettavan signaalin vieminen toiseen rinnakkaiseen vahvistinhaa-25 raan vähennetään (808) ensimmäisen rinnakkaisen vahvistinhaaran vahvistusta. 15 106412