双波段发射机

本发明通常涉及双波段通信系统，更特别地，涉及双波段发射机中的功 率放大器的阻抗匹配电路。

双模发射机能用两种不同系统运行。例如，AM/FM双模发射机能发射 调幅和调频信号。对无线电话，双波段发射机能用两不同蜂窝电话系统运 行。例如，双波段GSM/DCS无线电话能用运行于900MHZ的全球 移动通信系统(GSM)和类似于GSM但运行于1800MHZ的数字通 信系统(DCS)。

在任何无线电话中，发射机末级功率放大器应与天线阻抗匹配。另外， 发射频率波段的谐波应被抑制以减少与运行在谐波频率的其它通信系统的干 扰。用GSM/DCS双波段发射机，难于在900MHZGSM发射期间 抑制第一(1800)MHZ谐波并在DCS发射期间仍通过 1800MHZ信号。无线电话功率放大器的输出阻抗应与天线匹配，以便 在放大器输出端的阻抗是功率高效放大的优化阻抗。

本发明的目的是提供双波段发射机，具有双波段的功率放大器，它能在 发射的第一模式期间抑制谐波频率，且也在发射的第二模式期间适当通过信 号，甚至当发射的第二模式信号是在或接近发射的第一模式的谐波频率时， 并且有有限的部件和低电流消耗。

本发明提供一种双波段发射机，具有有功率放大器输入阻抗和功率放大 器输出阻抗的功率放大器，用于在第一频段或第二频段在饱合模式中的功率 有效运行，所述双波段发射机包括：

激励匹配电路，耦合到所述功率放大器的输入端，用于选择地匹配激励 匹配电路在所述第一频段或所述第二频段的输出阻抗到所述功率放大器的输 入阻抗；和

谐波滤波器匹配电路，耦合到所述功率放大器的输出端，用于选择地匹 配所述功率放大器在所述第一频段或所述第二频段的输出阻抗到天线。

三匹配电路使能调制器、功率放大器和无线电话发射机天线，激励匹配 电路匹配在调制器输入端的阻抗到在功率放大器输入端的阻抗，用于双波段 发射机的两个模式。级间匹配电路有开关，以在不同工作波段期间匹配功 率放大器的第一级和第二级之间的阻抗。最后，谐波滤波器匹配电路用开关 在不同工作波段期间匹配阻抗并调整组合滤波器的滤波器通带和匹配电路。

本发明的优点是：具有良好的阻抗匹配在一个以上频率波段有效放大和 发射信号，同时抑制第一、第二和高阶谐波。

附图描述

图1示出根据优选实施方案有匹配电路的通信系统图；

图2示出根据优选实施方案的激励器匹配电路图；

图3示出根据优选实施方案的两级功率放大器图；

图4示出根据优选实施方案的谐波滤波器匹配电路图；

图5示出根据优选实施方案在GSM模式中，在谐波滤波器匹配电路的 输出端的回波损耗信号和衰减信号图；

图6示出根据优选实施方案在DCS模式中，在谐波滤波器匹配电路的 输出端的回波损耗信号和衰减信号图。

图1示出根据优选实施方案有匹配电路125、134、140的通信 系统100的图。示出的通信系统100是有手机无线电话101和基站收 发信机190的蜂窝通信系统，然而，可替代以不同的通信系统，如调制 器/解调器(MODEM)、寻呼系统、或双向无线电系统。无线电话 101是双波段GSM/DCS无线电话，然而，有恒包络调制方案的其它 发射模式能替代GSM模式，或DCS模式或两个都替代。其它恒包络调制 通信系统包括：先进移动电话服务(AMPS)和ETACS(欧洲总接入 蜂窝系统)，它们用调频(FM)，和用高斯最小移频键控(GMSK)的 个人通信系统(PCS)1900，如GSM和DCS一样。发射模式也可 相加以产生三模式或四模式无线电话。

无线电话101包括麦克风105，用于获取音频信号。在双波段发射 机110中，音频信号由语音编码器115编码，且发送到调制器120。 根据使用中的模式，调制器120混频编码的信号，在GSM中到 900MHZ，在DCS中，到1800MHZ。激励匹配电路125包括 双极结晶晶体管(BJT)，并匹配在BJT输出端的约50欧姆阻抗到在 功率放大器130输入端的约7欧姆阻抗，用于感兴趣的频段，它根据使用 中的模式为900MHZ和1800MHZ。功率放大器130优选砷化镓 (GaAs)场效应晶体管(FET)双级放大器，有第一级132和第二级 136。然而，其它类装置，如硅BJT或硅FET能替代GaAsFET。两 级之间是级间匹配电路134，它基于使用中的模式优化在900MHZ或 1800MHZ的阻抗匹配。在功率放大器130的输出端，它有约8- 10欧姆的阻抗且有时基于使用中的发射模式变化，谐波滤波器匹配电路 140匹配输出的信号到在感兴趣的频段的天线155的约50欧姆，和滤 波输出第一、第二和高阶信号谐波。由激励匹配电路125和谐波滤波器匹 配电路140呈现在功率放大器输入端和功率放大器输出端的匹配阻抗决定 功率放大器的效率。

发射的信号由互补收发信机190如GSM蜂窝基站通过天线195接 收。DCS基站也与GSM/DCS无线电话101匹配，且其它收发信机 与PCS、AMPS或ETACS双模无线电话匹配。来自基站收发信机 190的信号从基站的天线195发射，且由无线电话101的天线155 接收。无线电话101中的双工器150控制天线155正发射或接收信 号。接收的信号通过双工器150被传送到接收机160。在接收机160 中，射频(RF)接收机165准备用于解调的信号，解调器170解调信 号，语音解码器175解码解调的信号到音频格式，用于在扬声器180的 再生。

图2示出根据优选实施方案的激励匹配电路125的图。当 900MHZGSM信号从调制器120(示于图1)出现时，激励匹配电 路125的特定部件控制阻抗响应以实现在900MHZ的功率放大器的匹 配并拒绝其它频率，相似地，当1800MHZDCS信号来自调制器 120时，不同的部件控制激励匹配电路125的阻抗响应，以产生在 1800MHZ的良好匹配，而在其它频率产生差匹配。

调制器120用有电阻205和电阻207的电阻缓冲器与功率放大器 130(示于图1)隔离。1PF电容215也连接地到BJT210的基 极。BJT210被用于在信号进入功率放大器130(示于图1)之前放 大变换调制的信号的阻抗。BJT的输出端约在50欧姆。1/4波长传输 线220连接BJT210的集电极到恒压源VB2。这个传输线220当 调制的信号在900MHZ时作用为电感，当调制的信号在1800MHZ 时为开路。68PF电容225连接在恒压源VB2和地之间，且电阻 227与传输线220并联。电阻227通过当传输线220作为开路时提 供阻性终端稳定BJT。4.7PF电容230也连接到BJT210的集 电极，它作为隔直流(DC)元件且在900MHZ作为阻抗变换元件。两 传输线240、250从电容230连接信号到激励匹配电路125的输出 端，它连接到功率放大器130(示于图1)。两传输线240、250之 间是到地的1.5PF电容。

在运行期间，当900MHZGSM调制的信号进入到激励匹配电路 125的输入端时，传输线220的电感和电容230控制激励匹配电路 125的阻抗，以在功率放大器130(示于图1)的约7欧姆输入阻抗产 生在900MHZ的良好匹配。激励匹配电路125中的其它元件在 1800MHZ频段在阻抗上的作用可忽略。换言之，传输线220的电感 和电容230作为也可变换低频信号的高通滤波器。

当1800MHZDCS调制的信号进入激励匹配电路125时，传输 线220开路，且两传输线240、250的电感和电容245控制激励匹 配电路125的阻抗，以在功率放大器130(示于图1)的约7欧姆输入 阻抗产生在1800MHZ的良好匹配。在这种情况，传输线220和电容 230在900MHZ频段在阻抗上的作用可忽略。两传输线 240、250的电感和电容245作为也变换高频信号的低通滤波器。

图3示出根据优选实施方案的两级功率放大器130的图。级间匹配电 路134匹配两级功率放大器130的第一级132和第二级136间的阻 抗。级间匹配电路134根据所用发射模式优化在900MHZ或 1800MHZ的阻抗。

两金属半导体场效应晶体管(MESFET)被用作为功率放大器 130中的功率放大级132、136。替代MESFET之物包括硅 BJT，硅MOSFET和异质结双极晶体管(HBT)。两级 132、136之间是15PF电容325，在第一级132的源极是连接 到电压源VB3的3nH小电感325。两级132、136、电感335 和电容325被集成在芯片310上。芯片310之外，2.7PF电容340 连接在电感335与电压源VB3之间。1000PF电容350也被连接 到电压源VB3，有二极管370从电容350连接到地。有输入节点 365的1.5K欧姆电阻360连接在电容350和二极管370之间。

当电压源被连接到输入节点365，二极管370导通，且 1000PF电容350控制级间匹配电路134的阻抗。电容值被计算， 以使当输入节点365连接到2.7V正电压源时，来自功率放大器130的第 一级132的900MHZGSM信号与功率放大器130(示于图1)的 第二级136阻抗匹配。当0、负或悬浮电压源被连接到输入节点365 时，2.7PF电容340和3nH电感335和电容350控制级间匹配电路 134的阻抗，然后，级间匹配电路134匹配1800MHZDCS信号 到功率放大器130(示于图1)的第二级136。因此，加于输入节点 365的电压源是GSM/DCS模式选择电压，当无线电话101在 GSM模式时，电压加于输入节点365，且当无线电话101在DCS模 式时，电压不加于输入节点365。

图4示出根据优选实施方案谐波滤波器匹配电路140的图。谐波滤波 器匹配电路140用阻抗匹配和低通滤波，以在GSM模式发射期间通过 900MHZ信号且抑制1800MHZ、2700MHZ、 3600MHZ和高阶谐波，在DCS发射期间通过1800MHZ信号且 抑制2700MHZ、3600MHZ和高阶谐波。

功率放大器130(示于图1)的输出端通过第一传输线410连接到 电压源VB4。传输线410优选在2700MHZ的半波长传输线。 100PF电容412也连接到电压源VB4。

一组传输线420、430、440、450被串联连接到功率放大器 130的输出端。在每个传输线的端点是从约3PF电容 422、442、452、482通过二极管 415、425、435、445到地的连接。当二极管截止时，每个二极 管415、425、435、445的电容增加固定的并联电容于开关电容 422、442、452、482。额外的1.8PF电容432与第一电容 422和二极管415对并联。

这个结构能被描绘为四低通匹配节级联。包括传输线420、430、 440的前三节的电抗，可用二极管415、425、435开关。每个 电容和二极管对之间是连接到节点465的1.5K欧姆电阻416、 426、436、446，节点465控制前三节的开关。100PF电容 连接节点465和地。另外1PF或较小的电容462、472、 492、414、424提供对900MHZGSM和1800MHZ DCS信号的2700MHZ、3600MHZ和高阶谐波的衰减。包括传 输线450的最末节的电抗是固定的。这个最末节抑制当二极管415、 425、435截止时由它们产生的3600MHZ谐波。

当2.7V正电压源被加于节点465，二极管 415、425、435、445导通，且约3PF电容 422、442、452、482和在二极管 415、425、435、445中的固有电感滤出1800MHZ信号。 因此，用于级间匹配电路134(示于图3)的GSM/DCS模式选择电 压也能用于控制谐波滤波器匹配电路140的运行。当无线电话101在 GSM模式中时，正电压被加于节点465，且当无线电话101在DCS 模式中时，0、负、或悬浮电压被加于节点465。当通过节点465选择 GSM模式时，由在1800MHZ、2700MHZ和3600MHZ谐 波频率及其它高阶谐波频率的信号衰减，谐波滤波器匹配电路140的运行 提供在900MHZ的阻抗匹配。然而，当选择DCS模式时，谐波滤波器 匹配在1800MHZ，且提供从2700MHZ及3600MHZ和高阶 谐波频率开始的信号衰减。

图5示出根据优选实施方案在GSM模式中，在谐波滤波器匹配电路 140(示于图1)的输出端的回波损耗信号540和衰减信号550的 图。图的X轴510以MHZ测量频率，图的Y轴520以dB测量衰减。回 波损耗信号540在900MHZ有明显低的回波损耗信号，这指示在 900MHZGSM频段的良好阻抗匹配。在900MHZ，衰减信号 550也接近0dB，这以全功率通过900MHZ信号。同时，在 1800MHZ、2700MHZ和3600MHZ，衰减信号550降 低，以阻尼900MHZ信号的谐波。

图6示出根据优选实施方案，在DCS模式中，在谐波滤波器匹配电路 140(示于图1)的输出端的回波损耗信号640和衰减信号650的 图。图的X轴610以MHZ测量频率，图的Y轴620以dB测量衰减。 回波损耗信号640在1800MHZ有明显低的回波损耗信号，这指示在 1800MHZDCS频段的良好阻抗匹配。在1800MHZ，衰减信号 650也接近0dB，这非常不同于谐波滤波器匹配电路用于GSM模式时的 衰减信号特性。衰减信号650在2700MHZ和3600MHZ仍降低 以阻尼1800MHZ信号。

根据用于双模无线电话101的系统，激励匹配电路125、级间匹配 电路134和谐波滤波器匹配电路140的部件值能被调整，以仅在感兴趣 的频段匹配。在三个匹配电路内的传输线也可由电感代替，以减少尺寸和便 于制造在集成电路上。

激励匹配电路用阻抗特性，以便于双模发射机的调制器输出端与功率放 大器输入端在一个以上感兴趣的频段的匹配。激励匹配电路内的阻抗特性根 据输入信号的频段改变。级间匹配电路134用开关加部件，它根据双模发 射机所用的模式改变在两级功率放大器的第一级和第二级之间的级间匹配电 路的匹配特性。谐波滤波器匹配电路140也用开关加部件，以根据双模发 射机所用的模式改变功率放大器的输出端和天线的输入端间的谐波滤波器匹 配电路的匹配特性和滤波器特性。

因此，根据使用中的模式，三匹配电路用非常少的额外部件对双模发射 机提供在一个以上感兴趣的频段的匹配，且滤出不希望的谐波。上文描绘了 用于双波段功率放大器的阻抗匹配的特定部件和功能，本领域的技术人员在 本发明的精神与范围内能用更多或更少的功能。本发明由所附权利要求限 定。