放大无线电通信信号的装置和方法.pdf

本发明涉及一种通过与增益控制器(413)相结合的放大器(412)的串(401)放大无线电通信信号的方法，其中增益控制器(413)接收固定值(Vfgm)的放大定位点(Vatt)，从而实现固定增益的放大(FGM)，或者接收可变值(Valc)的放大定位点，从而借助第一调节器(406)实现固定放大后功率(Pout)的放大(ALC)，其中第一调节器(406)能够基于对放大后功率(Pout)的测量，产生该可变值定位点(Valc)。根据本发明所述，该方法的特征在于，在固定增益模式(FGM)中，第一调节器(406)输出的定位点被保持在接近固定值(Vfgm)的定位点(Vfgm)的值上。

1、  一种放大无线电通信信号的方法，该方法利用放大器(412)的串(401)与接收固定值(V_fgm)的放大定位点(V_att)的增益控制器(413)结合进行放大，从而实现固定增益放大(FGM)，或者与可变值(V_alc)结合，从而借助第一调节器(406)实现固定放大后功率(P_out)放大(ALC)，其中第一调节器(406)能够根据对放大后功率(P_out)的测量，传送该可变值定位点(V_alc)，其特征在于，在固定增益(FGM)放大模式中，第一调节器(406)输出的定位点被保持在接近固定值(V_fgm)定位点(V_fgm)的值上。

2、  根据权利要求1所述的方法，包括向第一调节器(406)传送信号的附加步骤，其中该信号根据所作放大的功能(FGM，ALC)，来自第二调节器(416)或来自对输出功率(P_out)的测量。

3、  根据权利要求1或2所述的方法，包括向控制器(413)传送定位点的附加步骤，其中该定位点根据所作放大的功能(FGM，ALC)，来自固定定位点(V_fgm)的源或来自第一调节器(406)。

4、  根据前述权利要求之一所述的方法，包括增加第一调节器(406)的响应时间的附加步骤。

5、  一种用于放大无线电通信信号的装置(400)，其中该信号由具有增益控制器(413)的放大器(412)的串(401)传送，其中增益控制器(413)接收来自具有第一调节器(406)的电路(404)的定位点，其中第一调节器(406)在固定放大后功率(P_out)的第一放大状态(ALC)中，基于放大后功率(P_out)的探测器(408)，在串(401)上形成反馈回路，其特征在于具有第二调节器(416)，该第二调节器(416)在固定增益电路(404)的第二放大状态(FGM)，与第一调节器(406)形成反馈回路，该反馈回路将第一调节器(406)输出的定位点保持在接近固定值(V_fgm)的定位点(Vf_gm)的值上。

6、  根据权利要求5所述的装置，其中开关(418)根据所作放大的功能(FGM，ALC)，将第一调节器(406)连接到第二调节器(416)，或连接到放大后功率(P_out)的探测器(408)。

7、  根据权利要求5或6所述的装置，其中第二开关(405)根据所作放大的功能(FGM，ALC)，将控制器(413)连接到第一调节器(406)，或连接到固定定位点(V_fgm)的源。

8、  根据权利要求5、6或7中的一项所述的装置，其中至少一个调节器(406，416)包含运算放大器(441，443)。

9、  根据权利要求8所述的装置，其中第一和第二调节器包含运算放大器，其中每个运算放大器(441，443)与至少一个电阻器(442)和一个电容器(440，454)结合，从而使第一调节器(406)的响应时间比第二调节器(416)的响应时间长。

10、  根据权利要求5到9之一所述的装置，其中第一调节器(406)与能够增大第一调节器的响应时间的装置(417)结合。

11、  一种控制根据给定增益实现功能的自动装置的方法，该自动装置接收固定值(V_fgm)的定位点(V_att)，从而获得固定增益，或者接收可变值(V_alc)的定位点，从而借助第一调节器(406)实现固定输出应用，其中第一调节器(406)根据对传输功能(P_out)的测量输出可变值(V_alc)的定位点，其特征在于，在固定增益模式(FGM)中，第一调节器(406)输出的可变值(V_alc)的定位点被保持在接近固定值(V_fgm)的定位点(V_fgm)的值上。

12、  一种根据给定增益实现功能的自动装置的控制电路(400)，该自动装置接收固定值(V_fgm)的定位点(V_att)，从而获得固定增益，或者接收可变值(V_alc)的定位点，从而借助第一调节器(406)实现固定输出应用，其中第一调节器(406)根据对传输功能(P_out)的测量输出可变值(V_alc)的定位点，其特征在于，包含第二调节器(416)，该第二调节器在固定增益放大模式(FGM)中，与第一调节器(406)构成反馈回路，从而将该第一调节器输出的定位点保持在接近固定值(V_fgm)的定位点的值上。

13、  一种人造卫星，该人造卫星包含用于放大由放大器(412)的串(401)传送的无线电通信信号的装置(400)，该放大器串具有从包含第一调节器(406)的电路(404)接收定位点的增益控制器(413)，该第一调节器在电路(404)的第一放大状态(ALC)中，基于放大后功率(P_out)的探测器(408)在串(401)上构成反馈回路，从而为控制器(413)提供可变定位点(V_alc)，其特征在于，包含第二调节器(416)，在固定增益放大模式(FGM)中，与第一调节器(406)构成反馈回路，从而将该第一调节器(406)输出的定位点保持在接近固定值(V_fgm)的定位点的值上。

放大无线电通信信号的装置和方法
本发明涉及一种用于放大无线电通信信号的装置和方法。
作为已知的常用手段，可根据第一模式或第二模式处理无线电通信信号，其中第一模式以固定增益对这些信号进行放大的，而第二模式无论这些信号的输入功率如何，都将这些信号放大到放大器的固定输出功率。
某些无线电通信装置，例如人造卫星，交替使用这两种放大模式。因此，由某些卫星接收到的无线电通信信号可按照第一固定增益模式放大，这种方法以下称为FGM，即固定增益模式，或者根据第二固定输出功率模式放大，这种方法以下称为ALC，即自动电平控制。
图1a是可以交替使用FGM或ALC两种模式的放大装置100的示意图，用来将无线电通信信号的输入功率P_in放大到输出功率P_out。
为达此目的，本装置100包括由放大器112的串101，其增益部分地由增益控制器113控制，该控制器113的操作由根据该装置100的放大模式而变化的定位点(setpoint)决定。在这个实例中，该定位点为电压V_att。
控制电路104产生该定位点或者电压V_att，V_att可以是由源REFFGM发出的固定值V_fgm，从而在放大器102的串101中获得固定的增益，或者是可变值V_alc，从而在装置100的输出端获得固定功率P_out。
在后一种情况下，可变定位点V_alc在调节器(regulator)106的输出端获得，其中调节器构成控制回路用于调节该电压，使该电压成为期望的输出功率P_out与由某装置(未画出)输出的调节器106的定位点REF ALC之差的函数。为此，调节器106可包括运算放大器141，以及其他未画出的电子元件，同时输出功率P_out的测量通过探测器108来进行，该探测器对测量中的温度效应进行了较准。
这样的装置100的放大增益和输出功率P_out在从FGM模式转换成ALC模式过程中具有相当大的变化，如图1b所示，其中描述了作为时间(横坐标轴122，单位为ms)的函数的装置100的输出功率P_out的变化(纵坐标轴120，单位为的dBm)，其中装置100的放大模式发生了变化124。
实际上，当装置100处于FGM模式时，调节器106提供最大电压V_alcmax从而将输出功率P_out置为固定功率，这样，在通过开关105的切换转换为ALC模式时，控制电压V_att在向专用于该电路的工作点的值变化之前，达到此最大电压V_alcmax。
这样的功率变化存在问题，因为有造成信号丢失的危险，特别是在人造卫星和地面站之间。因此，控制放大器212的串201的电路204(图2a)可能包括某些装置，从而使调节器206的输出电压V_alc固定在某个值，该值固定且接近预定的定位点值V_fgm，并适用于FGM模式。
考虑具有运算放大器241的调节器206，通过将用于在装置200工作在FGM模式时将调节器206的输出电压固定到一精确值的一组电阻器244和246、用于构成积分器元件的电容器240和电阻器242与放大器241结合，以便根据ALC模式中的定位点REF ALC提供可变定位点，从而获得这样的效果。
如图2b所示，作为时间(横坐标轴222，单位为ms)的函数，当发生从FGM模式到ALC模式的转换224(纵坐标轴220，单位为dBm)时，这种结构可获得放大的功率P_out的相对有限的变化。
本发明是基于特别针对本发明的发现，根据该发现，只在给定的条件下，特别是在温度、功率和/或放大器212的串201的工作频率等方面的条件下，才能获得所述转换的连贯性，如图3a和3b所示，描述了所测得的电路200的输出功率(纵坐标轴320，单位为dBm)作为时间(横坐标轴322，单位为ms)的函数，两图中的温度变化分别为+41℃和-36℃，也就是说相对于图2b中所示的测量其变化的量级为+/-40℃。
这就是为什么本发明涉及一种利用与增益控制器结合的放大器的串来放大无线电通信信号的方法，其中该增益控制器接收固定值的放大定位点从而实现固定增益的放大，或者接收可变值的放大定位点从而借助第一调节器实现具有固定的放大后功率的放大，其中第一调节器能够根据放大后的功率的测量值发送该可变值定位点，其特征在于，在固定增益放大模式，由该第一调节器发送的定位点被保持在接近固定值的定位点。
通过将该第一调节器提供的定位点保持在接近固定值定位点，无论所关心的温度、功率和/或放大器的频率等条件如何变化，此方法都具有能够使从FGM模式到ALC模式的转换具有非常有限的输出功率变化，甚至不存在输出功率变化的优点。
实际上，本发明能够保证无论放大器的工作条件如何变化，在ALC模式下由调节器发出的定位点都接近FGM模式下的定位点。因此，从FGM定位点到ALC定位点的转换具有连续性，且必然具有有限的增益变化。
在一个实施例中，此方法包括附加的步骤，即根据所作放大的功能，向第一调节器传送来自第二调节器或来自输出功率的测量值的信号。因此，传送到第一调节器的信号的简单切换，使得能够将第一调节器的操作从与第二调节器组成的反馈回路切换到与放大器的串组成的反馈回路，其中与第二调节器组成的反馈回路用于形成接近固定值的定位点的定位点，与放大器的串组成的反馈回路用于提供固定的放大后功率。
根据一个实施例，本方法包括附加的步骤，即通过根据所作的放大功能的切换，向控制器传送来自固定定位点的源的定位点，或者来自能够产生可变定位点的第一调节器的定位点。因此，很容易实现定位点到控制器的传送。
在一个实施例中，本发明包括附加的步骤，即增加第一调节器的响应时间，从而滤掉一定的伪信号。
本发明也涉及一种用于放大无线电通信信号的装置，其中无线电通信信号在具有增益控制器的放大器的串中传递，该增益控制器从包含第一调节器的电路中接收定位点，在具有固定的放大后功率的第一放大状态，该第一调节器基于放大后功率的探测器在该串上形成反馈回路，其特征在于，包括第二调节器，在固定增益电路的第二放大状态，该第二调节器与第一调节器相结合形成反馈回路，该反馈回路将第一调节器传送的定位点保持在接近于固定值定位点的值。
按照与上述方法相似的方式，该装置将第一调节器提供的定位点保持在接近于固定值的定位点，从而无论所关心的温度、功率和/或放大器频率等条件如何变化，都能使从FGM模式到ALC模式的转换具有非常有限的输出功率变化，或者甚至不存在输出功率变化。
在一个实施例中，该装置包括根据所作放大的功能，将第一调节器连接到第二调节器，或连接到放大后功率的探测器的开关。因此，对传送到第一调节器的信号的简单切换，使得能够将第一调节器的操作从与第二调节器组成的反馈回路切换到与放大器的串组成的反馈回路，其中与第二调节器组成反馈回路用于提供与固定值的定位点接近的定位点，与放大器串组成的反馈回路用于提供固定的放大后功率。
根据一个实施例，该装置包括第二开关，该第二开关根据所作放大的功能，将控制器连接到第一调节器或连接到固定定位点的源。
在一个实施例中，至少一个调节器包含运算放大器，从而能够得到可靠的、低成本的调节器。
根据一个实施例，第一和第二调节器包括运算放大器，每个运算放大器与至少一个电阻器和一个电容器结合，从而使第一调节器的响应时间比第二调节器的响应时间长。
在一个实施例中，第一调节器与能够增加其响应时间的装置相结合，从而能够滤掉任何伪信号。
本发明也涉及一种对自动装置产生的增益的定位点施加控制的方法和电路。更具体的是：
-一种用于控制根据给定增益提供功能的自动装置的方法，该自动装置接收固定值的定位点，从而获得固定增益，或者接收变化值的定位点，从而借助第一调节器实现固定输出应用，其中第一调节器根据对所传输功能的测量，发送具有变化值的定位点，其特征在于，在固定增益模式，第一调节器发送的可变值定位点被保持在接近固定值的定位点的值。
-一种根据给定增益提供功能的自动装置的控制电路，该自动装置接收固定值的定位点，从而获得固定增益，或者接收可变值的定位点，从而借助第一调节器实现固定输出应用，该第一调节器根据对所传输功能的测量发出可变值的定位点，其特征在于包括第二调节器，在固定增益放大模式与第一调节器形成反馈回路，从而将第一调节器传送的定位点保持在接近固定值的定位点的值。
最后，本发明涉及一种人造卫星，人造卫星包括用于放大由具有增益控制器的放大器的串传送的无线电通信信号的装置，其中增益控制器从包含第一调节器的电路接收定位点，第一调节器在该电路的第一放大状态，基于放大后功率的探测器在串中形成反馈回路，从而向控制器提供可变定位点，其特征在于包括第二调节器，在固定增益放大模式，与第一调节器构成反馈回路，从而将该第一调节器传送的定位点保持在接近固定值的定位点的值。
参考附图，根据以下作为非限制性呈现的本发明的实施例的描述，本发明的其他特征和优点将显而易见，其中
-图1a和1b，已描述，分别给出了第一放大装置和该放大装置在不同放大模式下的增益，
-图2a和图2b，已描述，分别给出了第二放大装置和该放大装置在不同放大模式下的增益，
-图3a和3b给出了图2a所示的放大装置在其温度变化时的增益，
-图4a和4b分别给出了根据本发明的放大装置，和该放大装置在不同放大模式下的增益，以及
-图5给出了根据本发明的装置的增益。
可以在两个值之间变化：
-或者是固定值V_fgm，在这种情况下，放大器412的串401采用FGM类型的固定增益产生放大，
-或者是可变值V_alc，在这种情况下，放大器412的串401以固定的输出功率产生ALC类型的放大。
为了实现所述第二放大模式，电路400包括第一调节器406，该第一调节器借助温度补偿探测器408基于利用放大器的输出功率P_out的测量值的闭合回路控制来提供可变值控制点V_alc。
根据本发明所述，当装置400工作在固定增益模式FGM时，第二调节器416调节第一调节器406，从而第一调节器自动且动态地提供接近或等于定位点V_fgm的定位点，同时跟随由该装置一个或多个工作参数，例如其频率或温度的变化而引起的对该固定定位点V_fgm的任何变化。
因此，该第二调节器416对该可变值定位点V_alc提供了闭合回路控制，其中V_alc由第一调节器基于由电路400应用的固定值定位点V_fgm发出。
这样的闭合回路控制可通过在FGM模式下将第二调节器416连接到第一调节器406来实现，从而使调节器406和416构成回路，该回路的平衡将调节器406的输出强置为与固定定位点V_fgm的值对应的定位点V_alc。
在ALC模式下，不是必须应用这样的回路，因此使第一调节器能够将其来自调节器406的输出信号修正为定位点值V_alc，从而能够获得固定的输出功率P_out。
能够获得这些结果是由于开关418，该开关在一个位置将第一调节器406的输入连接到第二调节器416的输出，而在另一个位置将第一调节器406的输入连接到探测器408的输出。
考虑到第一调节器406和第二调节器416分别具有运算放大器441或443，显而易见，采用简单的电子元件，例如电容器440或454，和电阻器442，就可以构成调节器406或调节器416。
为了描述得更清晰，仅画出了少量元件，因为通过这些元件值的选择可以确定每个调节器的响应时间。因此，第一调节器406与电容器440和电阻器442结合，所用电容器440为100nF，电阻器442的值根据所期望的带宽在10kOhm and 1MOhm之间变化，例如250kOhm。
为了使调节器416的响应时间小于第二调节器406的响应时间，可将该第二调节器416与1mF的电容器454和3.16kOhm的电阻器(未画出)结合。此外，调节器406的时间常数可借助1mF的第二电容器450调节，该第二电容器450能够通过开关452借助装置417与第一电容器440并联。
这样的响应时间的增加，在例如从FGM到ALC模式转换的时刻，能够滤掉控制电路404或者放大装置400的偏移，其中装置的偏移由该装置的工作参数，例如其频率或温度，及其报废环境，例如由辐射积累的负载或使用寿命等造成。
本发明的装置400可用作DLA(驱动限幅放大器)，也就是说对空间中继站(例如人造卫星)接收到的信号进行放大，其中因此可按图5所示的方式更改其放大模式，其中图5根据采用的是FGM模式或ALC模式，将输出功率P_out(纵坐标轴)表示为输入功率P_in(横坐标轴)的函数。
作为实例，这些功率值在人造卫星中的典型变化范围是，P_in从-20到-60dBm，P_out从-20dBm到+10dBm，被放大的信号的频率在100MHz和100GHz之间。
图5给出了回路ALC失去同步性的点504的可能变化作为输入功率P_in的函数。在ALC模式中，该回路同步性的失去可通过电压Vlimit_DLA控制，其中Vlimit_DLA的源在图4a中给出，从而在ALC模式中获得与FGM模式相似的对串401的控制，而不需切换到FGM模式。
本发明可以进行很多变化。明显地，调节器406和416可通过可编程微型元件实现，其中可编程微型元件的传递函数可实现和上述调节器406和416的作用相当的作用。