在无线通信领域中通常使用的低噪声放大器是所谓的平衡低噪 声放大器，其通常用在基站中。这种放大器则通常由具有四端口的第 一耦合/分离(splitting)单元制成，其中第一端口接收来自天线的输 入信号，第二端口连接到电终止元件(termination element)，第三端 口连接到第一放大器的输入，而第四端口连接到第二放大器的输入。 第一放大器的输出在此连接到第二耦合/分离单元的第一端口而第二 放大器的输出连接到第二耦合/分离单元的第二端口。第二耦合/分离 单元的第三端口连接到电终止元件而第二耦合/分离单元的第四端口 连接到信号输出。这些耦合/分离单元在此通常是所谓的混合耦合器或 3dB耦合器。在操作或有源(active)模式下，在第一耦合/分离单元 的第一端口上所接收的输入信号被分离以提供给第一和第二放大器， 其中在第一和第二放大器对信号进行放大。在放大之后，这两个信号 然后在第二耦合/分离单元中被组合并且被提供到输出，这因而提供了 经放大的信号。
为了使得在例如由于未能向放大器供电而使放大器存在问题时 能够接收信号，通常提供旁路分支，该旁路分支无放大地供应所接收 的信号。这允许基站即使在放大器不工作时也能运行。以此方式，即 使放大器不运行，运营商也能够继续提供有限的服务。旁路分支于是 以这样的已知配置经由第一开关而连接到信号输入并且经由第二开 关而连接到信号输出。该信号然后以所谓的旁路模式通过该分支。
然而，利用这种解决方案，在旁路模式和有源模式这二者中信号 都会通过开关。因此，开关的性能对放大器的所有如下参数都有很大 的影响：回波损耗、噪声系数、反向隔离以及增益。在所有这些情形 中，开关的性能都是限制因素。在放大器的输入处实施开关就附加插 入损耗、可能的稳定性问题以及MTBF(Mean Time Between Failure， 平均故障间隔时间)而言总是有争议的。其它问题是所需的开关的高 反向隔离，这是为确保放大装置的稳定性(自激振荡抗扰性)所需要 的。对能够被使用的可能开关的选择受限于在旁路模式下无电源可用 的这一事实。上面提及的问题是非常不希望的，因为在正常模式下放 大器应当尽可能良好。而且旁路模式仅仅是应当很少应用的安全措 施。这意味着这种安全措施确实对放大器的效率造成限制。
因此需要提供一种除去或限制上面提及的这些问题且同时仍然 允许使用旁路分支的解决方案。

本发明针对提供一种配备有旁路分支的改进的平衡放大装置。
根据本发明，这基本上是通过将旁路分支的一端连接到与电终止 元件相连接的第一耦合/分离单元的端口并且连接该分支的另一端以 将旁路信号供应到装置的输出来解决的。
本发明的一个目标是提供一种配备有旁路分支的改进的平衡放 大装置。
根据本发明，这是通过以下平衡放大装置来实现的，所述平衡放 大装置被配置成在正常模式和旁路模式下操作并且包括：
信号旁路分支，
至少一个电终止元件，以及
放大部分，包括
第一和第二放大器，
第一耦合/分离单元，包括至少四个端口，其中
第一端口接收输入信号，
第二端口连接到切换设备(switching arrangement)以将 所述第二端口选择性连接到电终止元件或旁路分支，
第三端口连接到第一放大器的输入，和
第四端口连接到第二放大器的输入，以便分离在第一端 口上接收的输入信号以经由第三和第四端口提供给第一和第二放大 器，和
第二耦合/分离单元，包括至少四个端口，其中
第一端口连接到第一放大器的输出，
第二端口连接到第二放大器的输出，
第三端口用于连接到电终止元件，并且
其中所述第二耦合/分离单元被布置成对由第一和第二放大 器放大的信号进行组合并且作为输出信号提供在第四端口上以便供 应到所述装置的信号输出，并且
所述信号旁路分支一端经由所述切换设备连接到第一耦合/分离 单元的第二端口而另一端被连接用于将旁路信号供应到所述装置的 输出。
功率放大装置可以被有利地提供在诸如基站之类的无线接入点 中。
本发明具有如下优点。在正常模式下输入信号不会通过任何开 关，这意味着与已知解决方案相比可以放大更弱的信号且同时提供旁 路部分。这是由于如下事实：旁路部分经由第一耦合单元的端口而连 接到放大器，在正常模式下所述端口通常被终止(terminate)；以及 在有源和旁路模式下到装置的输入信号都直接连接到第一耦合单元 的第一端口。这因而对正常模式下的损耗以及对回波损耗、噪声系数、 隔离与增益具有正面的影响。
应当强调的是，术语“包括/包含”在用于本说明书中时被视为指 定所述特征、步骤或组件的存在，但不排除一个或多个其它特征、步 骤、组件或其组的存在或添加。
附图说明
现在将针对附图来描述本发明，在附图中：
图1示出了根据本发明的第一实施例的平衡放大装置的电路图，
图2示出了根据本发明的第二实施例的平衡放大装置的电路图，
图3示出了根据本发明的第三实施例的平衡放大装置的电路图，
图4示出了根据本发明的第四实施例的平衡放大装置的电路图，
图5示出了根据本发明的第五实施例的平衡放大装置的电路图， 和
图6示意性示出了彼此通信的两个无线电传输装置-一个基站和 一个移动站，其中该基站可以包括根据本发明的平衡放大装置。

本发明涉及一种平衡放大装置，该平衡放大装置配备有能够在正 常模式和旁路模式下操作的旁路分支。这种平衡放大装置能够被用于 在无线网络中(例如在移动通信网络中)的通信。而且，该平衡放大 装置被有利地提供在网络的无线接入点中，例如在基站中。
如现有技术部分中所提及的，配备有旁路分支的已知平衡放大装 置包括在放大装置的输入上(即在其处接收信号的输入上)的开关， 以便在处于旁路模式时实现绕过(bypass)放大装置。然而，在正常 模式下信号也会通过该开关。由于在信号路径中提供的所有组件对信 号都具有负面影响，所以这意味着实际由放大装置在正常模式下所接 收的信号将受到开关的负面影响。这意味着无线接入点也许不能对输 入信号处理得与它应当处理得那样好，这降低了性能。因此，感兴趣 的是增强这种平衡放大装置的性能但不除去旁路分支。
本发明针对解决这个问题。
图1中的电路图示出了平衡放大装置的第一实施例。该平衡放大 装置是低噪声放大器，包括放大部分10和旁路及隔离部分12，这二 者均示为虚线框。该放大部分10包括输入混合耦合器14形式的第一 耦合/分离单元14。输入混合耦合器14具有四个端口，其中第一端口 14a作为输入端口并且还作为放大装置的输入I，第二端口14b作为正 常模式下的隔离端口并且因此连接到旁路及隔离部分12。输入混合耦 合器14的第三端口14c连接到第一放大器A1的输入，而输入混合耦 合器14的第四端口14d连接到第二放大器A2的输入。放大器A1和 A2包括必要的匹配与偏置(未示出)并且被提供以功率(也未示出)。 第一放大器A1的输出连接到输出混合耦合器16形式的第二耦合/分 离单元的第一端口16a，而第二放大器A2的输出连接到输出混合耦合 器16的第二端口16b。以此方式，放大器A1和A2并联布置在两个 耦合器14与16之间。输出混合耦合器16的第三端口16c作为正常 模式下的隔离端口并且因此也连接到旁路及隔离部分12，而输出混合 耦合器16的第四端口16d提供输出O，该输出O供应放大装置的输 出信号。当输入混合耦合器14的第二端口14b和输出混合耦合器16 的第三端口16c连接到电终止元件时就创建了平衡放大部分10。
本发明中所使用的混合耦合器14、16是任何3dB、90度混合耦 合器或等效电路。
旁路及隔离部分12包括第一输入旁路开关SW1，该开关SW1连 接到输入混合耦合器14的第二端口14b并且被布置成在两个位置之 间进行切换，在第一位置中其将端口14b与第一电终止元件TE1相连 接而在第二位置中其将端口14b与旁路分支19相连接。第一电终止 元件TE1在此由连接到地GND的第一电阻器提供。旁路及隔离部分 12还包括第一输出旁路开关SW2，该开关SW2连接到输出混合耦合 器16的第三端口16c并且被布置成在两个位置之间切换，在第一位 置中其将第三端口16c与第二电终止元件TE2相连接而在第二位置中 其将第三端口16c与旁路分支19相连接。这两个旁路开关SW1和SW2 在此构成一种切换设备以用于将输入混合耦合器14的第二端口14b 选择性连接到第一电终止元件TE1或分支19以及用于将旁路信号供 应到输出O。第二电终止元件TE2在此由连接到地GND的第二电阻 器提供。旁路分支19因而一端连接到输入混合耦合器14的第二端口 14b而另一端被连接用于将旁路信号供应到该装置的输出O。在该第 一实施例中旁路分支19的另一端因而连接到输出混合耦合器16的第 三端口16c。分支19在此包括适当的连接构件，在这个实施例中该连 接构件是传输线18。然而其还可以是标准电缆。
在正常模式操作下，向放大器A1和A2供应功率并且切换设备的 第一输入旁路开关SW1和第一输出旁路开关SW2均连接到相应的电 终止元件TE1和TE2以便确保所需的反向隔离和回波损耗。在此所 接收的输入信号以已知的方式在输入混合耦合器14的第一端口14a 上被接收、被分离成两部分，所述两部分被提供在到放大器A1和A2 的输入的两个端口14c和14d上。从放大器A1和A2返回的任何反射 被第一终止元件TE1终止。这些放大器A1和A2然后将经放大的信 号部分提供到输出混合耦合器16，该耦合器16对它们进行组合并且 将组合的信号作为输出信号提供在输出O上。任何反射在此被第二终 止元件TE2终止。到目前为止所描述的是本领域内公知的。
然而，在旁路模式下，到放大器A1和A2的功率被丢失或除去， 这也使得旁路开关SW1和SW2改变位置以致端口14b和16c连接到 旁路分支19，这表示低插入损耗传输线。现在由于放大器A1和A2 没有接收功率，所以它们不会对分离成两部分的输入信号进行放大。 在该不使偏置电压极化的状态下，这些有源器件A1和A2会高度失 配，从而反射输入信号而不是吸收它们。作为代替输入信号部分因此 被放大器A1和A2反射并且因而重新进入输入混合耦合器14，在输 入混合耦合器14中它们被组合并且经由端口14b被提供到旁路分支 19。从那里信号被提供到输出混合耦合器16的第三端口16c。输出混 合耦合器16现在分离该信号并且将这两个部分提供到放大器A1和 A2的输出，该信号从该输出处被反射、然后在输出混合耦合器16中 被组合并且作为输出信号被提供在输出O上。由此可见，在这种情形 中输入信号被旁路而没有放大。只要放大器A1、A2保持几乎完全相 同，输入端口I或输出端口O处的阻抗就不会变化。
通过从电路中除去电源电压来启动旁路模式。其也能够被远程地 控制。功率的除去能够是有意地或由于故障而进行的。
以此方式，输入信号在故障的情况下被旁路。而且该信号不会通 过正常模式下的任何开关。因此与已知解决方案相比提供了“更干净” 且更强的输入信号。这意味着在正常模式下性能得以增强，这意味着 可以放大比已知解决方案中更弱的信号以及提供更强的输出信号。这 是由于如下事实：在输入和输出混合耦合器的端口之间创建旁路部 分，在有源模式下所述端口通常被终止；以及在有源和旁路模式这二 者下装置的输入/输出端口直接连接到输入和输出混合耦合器的输入 端口和输出端口。
旁路分支19能够以许多不同的方式来实施，这取决于应用。其 可以例如包括简单的传输线18，如上所示。其也可以包括衰减器。
在上面描述的第一实施例中，第一输出旁路开关SW2连接到输 出混合耦合器16的第三端口16c。作为替换方案，其可以替代地连接 到输出O。在这种情况下，输出旁路开关SW2将把输出混合耦合器 16的第四端口16d或旁路分支19连接到输出O。作为进一步的替换 方案，可以将旁路分支19连接在第一混合耦合器的第二端口14b与 单独的旁路信号输出之间。在这两种情况下第二终止元件TE2将直接 连接到输出混合耦合器16的第三端口16c。如果分支19连接到输出 O，则此外可以完全省略输出旁路开关SW2。
图2示出了根据本发明的第二实施例的平衡放大装置的电路图。 该第二实施例的放大部分10与第一实施例的放大部分等同。在此仅 仅旁路及隔离部分12有所不同。在该第二实施例中，旁路及隔离部 分12仅仅由分支19构成，该分支19可以包括传输线18。在此，分 支19包括两个循环器(circulator)C1和C2，它们以传输线18来连 接。它们还均连接到终止元件TE1和TE2。第一循环器C1在此连接 到输入混合耦合器14的第二端口14b而第二循环器C2连接到输出混 合耦合器16的第三端口16c。在这两个循环器C1和C2之间提供滤 波器F，其优选为带通滤波器。
在有源模式下循环器C1和C2以及终止元件TE1和TE2为放大 器提供反向隔离，而在旁路模式下信号以与第一实施例相同的方式通 过分支19。因而在此该切换设备由两个循环器C1和C2构成。
该第二实施例具有多个优点。该设计根本不需要开关并且旁路部 分没有有源组件，这意味着即使没有功率也可以提供旁路操作。由于 不存在有源组件，所以该解决方案是鲁棒可靠且具有良好的LTBF(故 障间隔时间)。
该第二实施例也可以被改变。它能够包括更多循环器以便提供另 外的反向隔离。它也可以包括更少循环器。以其最简单的形式，它仅 包括一个循环器。还应当意识到可以省略滤波器。
图3示出了根据本发明的第三实施例的平衡放大装置的电路图。 该第三实施例的放大部分10与第一实施例的放大部分等同。在此仅 仅旁路及隔离部分12有所不同。在该实施例中，同样通过连接到地 的电阻器形式的第一和第二终止元件TE1和TE2来提供隔离。然而， 在此分支19包括第一旁路混合耦合器20形式的第三耦合/分离单元 20和第二旁路混合耦合器22形式的第四耦合/分离单元，这二者都被 提供有四个端口。第一旁路混合耦合器20具有连接到输入混合耦合 器14的第二端口14b的第一端口20a、连接到第一终止元件TE1的第 二端口20b、连接第一传输线18a的第三端口20c以及连接到第二传 输线18b的第四端口20d。第一传输线18a连接到第二旁路混合耦合 器22的第一端口22a，而第二传输线18b连接到第二旁路混合耦合器 22的第二端口22b。第二旁路混合耦合器22的第三端口22c连接到 第二终止元件TE2，而第四端口22d连接到输出混合耦合器16的第 三端口16c。旁路及隔离部分12还包括第一输入旁路开关SW1a和第 二输入旁路开关SW1b，第一输入旁路开关SW1a连接在第一传输线 18a与地之间第一旁路混合耦合器20的第三端口20c处，而第二输入 旁路开关SW1b连接在第二传输线18b与地之间第一旁路混合耦合器 20的第四端口20d处。旁路及隔离部分12最后包括第一输出旁路开 关SW2a和第二输出旁路开关SW2b，第一输出旁路开关SW2a连接 在第一传输线18a与地之间第二旁路混合耦合器22的第一端口22a 处，而第二输出旁路开关SW2b连接在第二传输线18b与地之间第二 旁路混合耦合器22的第二端口22b处。旁路开关SW1a、SW1b、SW2a 和SW2b优选地被提供为PIN二极管，但也可以例如被提供为晶体管 或机电继电器。在此，第一旁路混合耦合器20以与输入混合耦合器 14相同的方式运行，而第二旁路混合耦合器22以与输出混合耦合器 16相同的方式运行，但是不是同时运行的。此外使传输线18a和18b 平衡。在该实施例中切换设备由第一和第二旁路耦合器20和22以及 旁路开关SW1a、SW1b、SW2a、SW2b构成。
在正常模式下，所有旁路开关SW1a、SW1b、SW2a和SW2b被 闭合(close)并且因而使端口20c、20d、22a和22d接地。因此在端 口20a和22d上所接收的任何信号在耦合器20和22中被分离、在开 关SW1a、SW1b、SW1c和SW1d处被反射回来、在耦合器20和22 中被组合、然后被终止于终止元件TE1和TE2。然而在旁路模式下， 这些旁路开关SW1a、SW1b、SW2a和SW2b被打开(open)，该打 开可以通过不向放大器A1和A2供电来促成或者由控制电路(未示 出)来控制。然后，输入信号在第一旁路混合耦合器20的第一端口 20a上被接收、被分离并且作为两个分离信号提供在传输线18a和18b 上、由第二旁路混合耦合器22组合并且经由第四端口22d被供应到 输出混合耦合器16的第三端口16c。
该实施例的优点在于可以使用更简单因而更廉价的开关且同时 仍然获得放大器所需的高反向隔离以及旁路模式下的低插入损耗。
图4示出了根据本发明的第四实施例的平衡放大装置的电路图。 在该实施例中该装置类似于根据第三实施例的装置。该第四与第三实 施例之间的不同在于这里旁路开关SW1a’、SW1b’、SW2a’、SW2b’ 连接在相关联端口20c、20d、22a、22b之间并且因而相应的传输线 18a和18b被布置为形成或断开(break)相应的连接。在此切换设备 还由第一和第二旁路耦合器20和22以及旁路开关SW1a’、SW1b’、 SW2a’、SW2b’构成。而且还提供输入混合耦合器14的第三端口14c 与第一放大器A1的输入之间的第一性能增强开关SW3a、输入混合耦 合器14的第四端口14d与第二放大器A2的输入之间的第二性能增强 开关SW3b、第一放大器A1的输出与输出混合耦合器16的第一端口 16a之间的第三性能增强开关SW3c、以及第二放大器A2的输出与输 出混合耦合器16的第二端口16b之间的第四性能增强开关SW3d。第 一和第二性能增强开关SW3a和SW3b在此被联合操作以形成或断开 放大器A1和A2与输入混合耦合器14之间的连接，并且第三和第四 性能增强开关SW3c和SW3d在此被联合操作以形成或断开放大器A1 和A2与输出混合耦合器16之间的连接。在操作中，当旁路开关 SW1a’、SW1b’、SW2a’、SW2b’被闭合以便通过旁路分支使信号旁路 时，所有这些性能增强开关SW3a、SW3b、SW3c和SW3d此外全都 打开并且因而断开相应的连接。
该第四实施例的优点在于其提高了旁路模式下平衡放大装置的 非线性性能。
对于第三和第四实施例，还可以有多种变型。可以以这两个实施 例中所描述的两种方式中的任一种来连接旁路开关。还可以省略一对 旁路开关，优选地省略输出旁路开关。第二旁路混合耦合器的第四端 口可以连接到输出混合耦合器的第四端口。然而，在这种情况下第二 终止元件将连接到输出混合耦合器的第三端口，并且另外的终止元件 连接在第二旁路混合耦合器的第三端口与地之间。第四实施例的性能 增强开关还可以以与第三实施例中的旁路开关相同的方式来连接。性 能增强开关此外还可以被包括在第一到第三实施例中。
图5示出了根据本发明的第五实施例的平衡放大装置的电路图。 在该实施例中该装置类似于根据第四实施例的装置。该第五与第四实 施例之间的不同在于这里输出混合耦合器16的第三端口16c终止于 TE2并且输出混合耦合器16的第四端口16d连接到第二旁路混合耦 合器22的第四端口22d，而第二旁路混合耦合器22的第三端口22c 连接到输出O。还仅存在一对旁路开关SW1a和SW1b，它们以与第 三实施例中的相应旁路开关相同的方式来连接。而且仅存在一对性能 增强开关SW3a和SW3b，它们与第四实施例中一样连接在输入混合 耦合器14的第三和第四端口14c和14d与放大器A1和A2之间。在 该实施例中切换设备由第一和第二旁路耦合器20和22以及旁路开关 SW1a、SW1b构成。在正常模式下，输入信号通过输入混合耦合器14 而被分离，分离的信号被放大并且然后通过输出混合耦合器16被组 合。组合的信号然后被从输出混合耦合器16的第四端口16d提供到 第二旁路混合耦合器22的第四端口22d，在此其被分离。分离的信号 然后被旁路开关SW1a和SW1b(其被闭合)反射，被返回到第二旁 路耦合器22并且提供作为第三端口22c上的输出。在旁路模式下， 该信号经由输入混合耦合器14的第二端口14b和第一旁路混合耦合 器20的第一端口20a而被提供到旁路分支的两个传输线18a和18b。 在此，旁路开关SW1a和SW1b被打开并且因此所分离的信号在第二 旁路混合耦合器22中被组合并且被提供在输出O上作为旁路信号。
第五实施例的优点在于在旁路模式下其具有更低的插入损耗。
如前面所述，根据本发明的平衡放大装置具有众多优点。在放大 部分中没有旁路组件。因而不存在使放大装置在有源模式下的噪声系 数恶化的这种组件。在旁路分支下，对旁路组件的质量要求很低，原 因在于它们实际上对放大器性能没有影响。因而这些能够是廉价的。 此外平衡放大装置的旁路分支的灵活之处在于，它能够被提供有平衡 或单端配置以及具有或没有开关。断电(power-off)状态很容易针对 宽频率范围和不同类型的切换组件来进行配置。此外对旁路分支的反 向隔离的要求通过总的(summary)耦合器方向性这一因素而被降低。
根据本发明的平衡放大装置可以被提供在诸如基站之类的无线 接入点中。图6示意性示出了与无线网络中的移动站26通信的一个 此类基站24，在此所述无线网络是广域网N。在此基站24被提供有 根据本发明的平衡放大装置。
尽管结合特定实施例描述了本发明，但是本发明不意在限于本文 所阐述的特定形式。更确切地，本发明的范围仅由所附权利要求来限 定。