可切换合路器和用于使用该合路器的集成合并设备.pdf

一种可切换合路器和用于提供集成合路器单元的设备，其可以减少由单元的频繁替换造成的问题。用于提供集成合路器单元的该设备包括下列装置：a)根据基本型、冗余型或功率分配/耦合型分配输入信号；b)将所传输的信号切换到功率放大器；c)将所传输的信号切换到合并装置；以及d)根据基本型、冗余型或者功率分配/耦合型合并所传输的信号。

1.  一种用于使基于路由的插入损耗的不一致性减到最小的可切换合路器，包括：
第一和第二输入端口，用于传输所输入的信号；
分别连接到第一和第二输入端口的第一和第二线，用于传输所输入的信号；
公共触点，用于合并从第一和第二线传输来的信号；
第一和第二切换装置，用于基于路由的数量，利用第一和第二线切换公共触点；
第三线，用于接收从公共触点输出的信号，并将该信号传输给输出端口；
输出端口，用于输出从第三线传输来的信号；
第三切换装置，用于切换第三线和短路短截线；
连接到第三线上的开路短截线，用于对于最大路由数量设置匹配条件；以及
短路短截线，用于对于路由数量而不是最大路由数量进行匹配。

2.  如权利要求1所述的可切换合路器，其中，所述第三线的电气长度从如下等式获得：
L₁[deg]＝tan^-1t， t = X L ± R L [ ( Z 0 - R L ) 2 + X L 2 ] / Z 0 R L - Z 0 ]]>
其中L₁表示第三线的电气长度。

3.  如权利要求1所述的可切换合路器，其中，所述开路短截线的电气长度从如下等式获得：
L 2 [ deg ] = tan - 1 ( B 0 Y 0 ) , ]]> B = R L 2 t - ( Z 0 - X L t ) ( X L + Z 0 t ) Z 0 [ R L 2 + ( X L + Z 0 t ) 2 ] , ]]>B₀＝-B
其中L₂表示开路短截线的电气长度，
B表示电纳，以及
B₀代表开路短截线的电纳。

4.  如权利要求1所述的可切换合路器，其中，短路短截线的电气长度从如下等式获得：
L 3 [ deg ] = - tan - 1 ( Y 0 B S ) , ]]> B = R L 2 t - ( Z 0 - X L t ) ( X L + Z 0 t ) Z 0 [ R L 2 + ( X L + Z 0 t ) 2 ] , ]]>B_S＝-B
其中L₃表示短路短截线的电气长度，
B表示电纳，以及
B_S代表短路短截线的电纳。

5.  如权利要求2所述的可切换合路器，其中，所述第三线、开路短截线和短路短截线的物理长度从如下等式计算得到：
l L 1 = λ L 1 360 , ]]> l L 2 = λ T 2 360 , ]]> l L 3 = λ L 3 360 ]]> ( λ = c ϵ r f ) ]]>
其中，1_L1表示第三线的物理长度，
1_L2表示开路短截线的物理长度，
1_L3表示短路短截线的物理长度，
L₁表示第三线的电气长度，
L₂表示开路短截线的电气长度，
L₃表示短路短截线的电气长度。

6.  一种使用可切换合路器的集成合并设备，其可以以基本、冗余或功率分配/耦合型使用，以控制从多个功率放大器输出的信号，包括：
多个可切换分配器，用于基于基本、冗余和功率分配/耦合型合路器分配所输入的信号；
第一N:N切换装置(N为整数)，用于接收从可切换分配器输出的信号，并将该信号传输给功率放大器；
第二N:N切换装置(N为整数)，用于接收从高功率放大器输出的信号，并将该信号传输给可切换合路器；以及
多个可切换合路器，用于接收从第二N:N切换装置输出的信号，并基于基本、冗余或功率分配/耦合型合路器合并该信号。

7.  如权利要求6所述的集成合并设备，其中，当以基本型运行该集成合并设备时，所述第一和第二N:N切换器以N:N运行，并且每个可切换分配器和合路器具有数目为1的路由数。

8.  如权利要求6所述的集成合并设备，其中，当以冗余型运行该集成合并设备时，所述第一和第二N:N切换器以N:(N-1)运行，并且每个可切换分配器和合路器具有数目为1的路由数。

9.  如权利要求6所述的集成合并设备，其中，当以分配/耦合型运行该集成合并设备时，所述第一和第二N:N切换器以N:N运行，并且每个可切换分配器和合路器具有数目为2的路由数。

可切换合路器和用于使用该合路器的集成合并设备
技术领域
本发明涉及一种可切换合路器和使用该可切换合路器的集成合并设备；更特别涉及一种在移动通信系统中的基站的传输系统中使用的可切换合路器，以及使用该可切换合路器的集成合并设备。
背景技术
在基站的运行中，成本是决定服务的质量的因素之一。当一开始用户的数量很小时，基站使用基本型的可切换合路器或冗余型的可切换合路器。
图1A和1B是分别描述传统的基本和冗余型可切换合路器的示意图。如图中所示，传统的基本和冗余型可切换合路器包括多个功率放大器110、输入端口120和输出端口130。在图1A的基本型合路器中，功率放大器110的输入和输出利用射频(RF)电缆一个对一个地彼此相连，以便输入应与输出对应。
如图1B中所示，冗余型可切换合路器在输入和输出端口120和130中具有4∶3切换器。因此，即使三个功率放大器111、113和115中的一个发生故障，通过导通通向冗余放大器116的路由，基站仍可以正常运行而不损坏。
在图1B中，功率放大器111、113和115执行正常操作，并且切换器A、B和C在输入和输出端口120和130的4∶3切换器之间导通。切换器A、B和C将RF信号传送到输出端口131、133和135。
如果功率放大器111、113和115中的一个发生了故障，例如，假设功率放大器113发生了故障，则对应于功率放大器113的切换器B同时被关断，并且其被连接到冗余端口E。这样，运行预留的功率放大器116以保持系统正常。这样，当以冗余型运行合路器时，只使用了三个输入和输出端口。
在早期，当用户的数量较小时，可以使用基本和冗余型可切换合路器。然而，当用户的数量变大时，由于传输功率低，而使得不能再使用这些类型的可切换合路器。为了解决这个问题，使用功率分配/耦合型可切换合路器，以为增长的用户数量适当地增加传输功率。
图1C示出了传统的功率分配/耦合型可切换合路器。如图中所示，传统的功率分配/耦合型可切换合路器包括多个功率放大器110、可切换分配器140和可切换合路器150，并且可切换合路器150将两个功率放大器的输出相加。因此，其可以产生通常用一个功率放大器所产生的2倍高的输出功率，由此，其可以处理增长的用户。然而，如果一开始基站使用图1A的基本型合路器或图1B的冗余型合路器，然后，当用户的数量增大时，采用图1C的功率分配/耦合型合路器以为增长的用户提供更多的信道，那么用于改变所述合路器的成本将变成系统运营商的负担。
与此同时，可切换合路器150是双路可切换合路器。当切换器A和B都导通时，可切换合路器150以双路运行。另外，当它们中只有一个切换器导通时，可切换合路器150以单路运行。
图2是描述采用平均匹配法的传统的可切换合路器的示意图。如图中所示，传统的可切换合路器是将切换功能添加到Wilkinson分配器得到的。传统的可切换合路器如下所述运行。
将输入到输入端口P_in1和P_in2的信号通过平均匹配线210输出到输出端口P_out。此处，所输入的信号接收用于控制将在基站系统中运行的功率放大器的数量的控制信号，并基于在上面被确定将要运行的功率放大器的数量，确定以单路还是双路运行该合路器。
因此，当在基站系统中运行两个功率放大器时，其意味着可切换合路器的切换器S₁₁和S₂₁以及切换器S₁₂和S₂₂同时导通，并且该合路器作为双路合路器运行。当运行连接到输入端口P_in1的一个功率放大器时，其意味着可切换合路器的切换器S₁₁和S₂₁导通，而其它切换器S₁₂和S₂₂变成关断的。这样，该可切换合路器作为单路合路器运行。此处，平均匹配线210的阻抗Z_m是在单路合并和双路合并之间的值，并且其从下面的等式1获得。
Z m = Z 0 2 ( 2 + 1 ) ]]>等式1
然而，上述的平均匹配法引起了严重的问题，即增加了反射损耗和插入损耗。
发明内容
因此，本发明的目标是提供一种可切换合路器，其可以通过设置用于双路合并的匹配单元，并然后使用用于其它路由数量的合并的开路短截线(openstub)和短路短截线(short stub)，使基于路由的插入损耗减到最小。
本发明的另一目标是提供一种使用可切换合路器的集成合并设备，其可以通过提供基本、冗余和功率分配/耦合型合路器的所有功能，来减轻由用户增长导致的合路器的附加安装的负担。
根据本发明的一个方面，提供了一种可切换合路器，用于使基于路由地插入损耗的不一致性减到最小，其包括：第一和第二输入端口，用于传输所输入的信号；分别连接到第一和第二输入端口的第一和第二线，用于传输所输入的信号；公共触点，用于合并从第一和第二线传输的信号；第一和第二切换单元，用于基于路由的数量，利用第一和第二线切换公共触点；第三线，用于接收从公共触点输出的信号，并将该信号传输给输出端口；输出端口，用于输出从第三线传输来的信号；第三切换单元，用于切换第三线和短路短截线；连接到第三线的开路短截线，用于对于最大路由数目设置匹配条件；以及短路短截线，用于对于路由数目而不是最大路由数目执行匹配。
根据本发明的一个方面，提供了一种使用可切换合路器的集成合并设备，其可以在基本、冗余或功率分配/耦合型中使用，以控制从多个功率放大器输出的信号，其包括：多个可切换分配器，用于基于基本、冗余或功率分配/耦合型合路器分配所输入的信号；第一N∶N切换单元(N为整数)，用于接收从可切换分配器输出的信号，并将该信号传输给功率放大器；第二N∶N切换单元(N为整数)，用于接收从高功率放大器输出的信号，并将该信号传输给可切换合路器；以及多个可切换合路器，用于接收从第二N∶N切换单元输出的信号，并基于基本、冗余或功率分配/耦合型合路器合并该信号。
附图说明
从结合附图给出的优选实施例的下列描述，本发明的上述和其它目标及特征将变得清楚，其中：
图1A是描述传统的基本型可切换合路器的示意图；
图1B是图示了传统的冗余型可切换合路器的示意图；
图1C是示出了传统的功率分配/耦合型可切换合路器的示意图；
图2是描述传统的可切换合路器的示意图；
图3是描写根据本发明的实施例的可切换合路器的示意图；
图4A是图示了根据本发明的实施例，在图3中所示的双路合并的阻抗的图；
图4B是示出了根据本发明的实施例，在图3中所示的单路合并的阻抗的图；
图5是示出了根据本发明的另一实施例的使用可切换合路器的集成合并设备的示意图；
图6A是描述图5的集成合并设备的基本型运行的示意图；
图6B是描述图5的集成合并设备的冗余型运行的示意图；以及
图6C是图示了图5的集成合并设备的功率分配/耦合型运行的示意图；
具体实施方式
从参照附图对实施例的下列描述，本发明的其它目标和方面将变得清楚，其将在下文中阐述。
(第一实施例)
图3是描写根据本发明的实施例的可切换合路器的示意图。如图中所示，本发明的可切换合路器包括第一线310、公共触点320、第二线330、开路短截线340和短路短截线350。其还包括第一和第二输入端口P_in1和P_in2、输出端口P_out、以及切换器S₁、S₂和S₃。
当路由数为2时，信号被输入到第一和第二输入端口P_in1和P_in2，从而切换器S₁和S₂变为导通。所输入的信号通过第一线310传输，并在公共触点320中合并。此处，第二线330和开路短截线340总是彼此相连。通过首先对于最大路由数量的合并即双路合并而设置匹配条件，然后对于其它路由数量的合并，使用短路短截线350进行匹配，这使得基于路由的插入损耗的不一致性减到最小。其还改进了输入端口之间的相位不一致性。
第二线330和开路短截线340的长度在双路合并的阻抗匹配中起着重要作用。第二线330的电气长度L₁可以从下面所示的等式2获得。
L₁[deg]＝tan^-1t， t = X L ± R L [ ( Z 0 - R L ) 2 + X L 2 ] / Z 0 R L - Z 0 ]]>等式2
此处，当Z₀＝50、X_L＝0且R_L＝25Ω(因为是双路合并，所以50/2＝25Ω)时，L₁达到34.89deg。
基于包括在传输线中的电介质的介电常数，传输线的物理长度可以不相同。当使用介电常数为1的空气作为电介质，并且所使用的频率为1855MHz时，实际的物理长度变为大约16mm。
参照图4A，在此描述第二线330的阻抗。其使用从等式2获得的长度L₁。
图4A是图示了根据本发明的实施例，在图3中所示的双路合并的阻抗的图。首先，在史密斯圆图中标出了具有25Ω阻抗的P₁，然后将其移动到具有50Ω阻抗的传输线上等于长度L₁(L₁＝34.89deg)的距离，即为点P₂。
开路短截线340的电气长度L₂可以从下面的等式3计算。
L 2 [ deg ] = tan - 1 ( B 0 Y 0 ) , ]]> B = R L 2 t - ( Z 0 - X L t ) ( X L + Z O t ) Z 0 [ R L 2 + ( X L + Z 0 t ) 2 ] , B 0 = - B ]]>等式3
此处，B表示电纳，并且B₀代表该短截线的电纳。因此，当Z₀＝50Ω、X_L＝0且R_L＝25Ω时，从等式3得到开路短截线340的电气长度为34.89deg(L₂＝34.89deg)。如果介电常数是1且使用的频率是1855MHz，则实际的物理长度为大约16mm。
当由图4A的第二线移动的点P₂被移动等于长度L₂(＝34.89deg)的距离时，其变为点P₃。这样，开路短截线340的阻抗得以匹配。
与此同时，当将被合并的路由的数目是单路，并且将信号输入到第一输入端口P_in1时，切换器S₁变为导通并且切换器S₂变为关断。因此，该信号通过连接到第一输入端口P_in1的第一线310独自传输。
第二线330和开路短截线340总是彼此相连。这是为了通过首先对于最大路由数量(即双路)设置匹配条件，并使用短路短截线350对其它路由数目的合并进行匹配，使基于路由的插入损耗的不一致性减到最小并改进输入端口之间的相位不一致性。
在单路合并的情况中，切换器S₃导通，用于阻抗匹配，并且短路短截线接地。第二线330和开路短截线340的长度如上所述，并且短路短截线350的电气长度L₃可以从下面的等式4获得。
L 3 [ deg ] = - tan - 1 ( Y 0 B S ) , ]]> B = R L 2 t - ( Z 0 - X L t ) ( X L + Z 0 t ) Z 0 [ R L 2 + ( X L + Z 0 t ) 2 ] , B S = - B ]]>等式4
此处，B表示电纳，并且B_S代表该短路短截线的电纳。因此，从等式4获得的图3所示的短路短截线350的电气长度L₃为50.9deg(L₃＝50.9deg)。如果介电常数是1且使用的频率是1855MHz，则实际的物理长度是大约23.5mm。
图4B是示出了根据本发明的实施例，在图3中所示的单路合并的阻抗的图。首先，在史密斯圆图上标出具有50Ω阻抗的点P₁，然后移动等于长度L₁(L₁＝50.9deg)的距离，其变为点P₂。
当切换器S₃导通且短路短截线接地时，点P₂被移回阻抗为50Ω的点P₁这样，阻抗对于短路短截线匹配。此处，依赖于所使用的频带，从被表示成度即deg的电气长度L₁、L₂和L₃获得的实际的物理长度l_L1、l_L2和l_L3是不同的。对于与其相对应的频率因子，加权因子可以从下面所示的等式5确定。
l L 1 = λL 1 360 , l L 2 = λL 2 360 , l L 3 = λL 3 360 ( λ = c ϵ r f ) - - - ( 5 ) ]]>
尽管本发明描述了双路可切换合路器，但对本领域技术人员来说显而易见的是，本发明不限于双路合并，但是可以基于技术的概念，通过基于等式2到4改变开路短截线和/或短路短截线的长度，而多样地延伸或施加本发明。
通过首先对于双路合路器设置匹配单元，然后，对于其它路由数目的合并，使用开路短截线和/或短路短截线来控制该合并，本发明的可切换合路器可以使基于路由的插入损耗的不一致性减到最小。通过首先对于双路合路器设置匹配单元，然后，对于其它路由数目的合并，使用开路短截线和/或短路短截线来控制该合并，其还可以改进输入端口之间的相位不一致性。
(第二实施例)
根据本发明的另一实施例，在此描述了使用本发明的可切换合路器的集成合并设备。
图5是示出了根据本发明的另一实施例的使用可切换合路器的集成合并设备的示意图。如图中所示，本发明的合并设备包括多个功率放大器110、输出4∶4切换器510、可切换合路器520、输入4∶4切换器530以及可切换分配器540。
可切换合路器520与上面参照图3所描述的相同，并且此处使用的可切换分配器540是使用pin二极管的传统的低功率切换分配器。所以，在此将省略关于它们的更详细的细节。此外，因为对本发明所归属的领域的技术人员来说显而易见的是，输出4∶4切换器510、可切换合路器520、输入4∶4切换器530以及可切换分配器540可以通过施加到其上的直流来运行，并由外部控制信号进行切换，所以在此也将省略关于它们的任何描述。
图6A到6C是描述图5的集成合并设备的基本、冗余和分配/耦合型运行的示意图。
首先，当以基本型运行集成合并设备时，如图6A中所示，输入4∶4切换器530和输出4∶4切换器510的切换器A、B、C和D都被导通。双路可切换分配器530和可切换合路器520的切换器F和H被导通，而切换器G被关断。因此，输入端口、功率放大器和输出端口以121-111-131、122-112-132、123-113-133、124-114-134、125-115-135和126-116-136的形式相对应。
当以冗余型运行集成合并设备时，如图6B中所示，在正常运行期间使用功率放大器111、113和115。如果该功率放大器之一发生故障，切换器A、B、C中的一个被连接到E端口，并且运行预留的功率放大器116。除了连接到发生故障的路由的可切换分配器和合路器之外，其它分配器和合路器的切换器G和H都被关断，而切换器F变为导通。
参照图6B，其示出了功率放大器111的故障。此处，切换器A连接到E端口，以运行预留的功率放大器116，并且除了连接到已发生故障的功率放大器111的可切换分配器和合路器之外，剩余的分配器和合路器的切换器G和H都被关断，并且切换器F被导通。因此，输入端口的信号通道、功率放大器和输出端口以121-116-136、122-112-132、123-113-133、124-114-134和125-115-135的形式相对应。
此外，当集成合并设备以分配/耦合型运行时，如图6C中所示，切换器A、B、C和D均为导通的，并且切换器H始终是关断的。
如上所述，功率放大器111、112、113、114和115的输出与预留的功率放大器116的输出结合使用。当功率放大器111和112的输出未被合并并且以单路使用时，切换器F和G中只有一个被导通。例如，如果使用功率放大器111，则切换器F被导通，并且切换器G被关断。如果使用功率放大器112，则切换器F被关断，切换器G被导通。
当提供传统的三种合路器的功能时，本发明可以提高系统运行的效率。
尽管在本发明的实施例中4∶4切换器被用作输入/输出切换器，但对本领域技术人员来说显而易见的是，可以使用N∶N切换器(N为整数)。
因为本发明的技术将基本、冗余和功率分配/耦合型的所有功能合并在一个合并单元中，所以其可以适应用户的增长而不改变该单元。
尽管已经参照某些优选实施例描述了本发明，但对本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离如所附权利要求所限定的本发明的范围的情况下，可以进行各种改变和修改。