SE519596C2 - Metod och apparat för att styra fasen i en lineariserad elektronisk förstärkare - Google Patents

Description

519 599 U -H- 1.. .z När effektiviteten hos en effektförstärkare av RF-typ ökar, ökar även dess distortion, och därmed den för förstärkning avsedda felsignalnivån. Ju större felsignalen är desto större blir den linjära förstärkaren och effektförbrukningen samt desto lägre effek- tiviteten. Sådana system har tillämpats särskilt för bredbandsystem.

Ett exempel på framkopplande lineariseringssystem visas i figur 1. I LOOPl behöver huvudförstärkargrenen ha samma förstärkning och fas- skift som referensgrenen för att subtrahera distortionen som alstras i huvudeffektförstärkaren. Detsamma gäller för LOOP2 där felförstär- kargrenen behöver ha samma förstärkning och fasskift som huvudgrenen så att felet kan subtraheras från felet hos signalen i huvudeffekt- förstärkaren.

Det är möjligt att uppnå ovannämnda styrning i antingen den polära eller kartesianska domänen. En metod visas i figur 2, där fas och förstärkning styrs i den polära domänen. Den andra metoden utförs i den kartesianska domänen där förstärkning och fas styrs med hjälp av ortogonala vektorer, såsom visas i figur 3. Bådadera av dessa metoder har sina särskilda fördelar och nackdelar. En särskild nackdel hos det kartesianska systemet är dess avsaknad av stabili- tet .

Det är även känt att använda återkoppling för att linearisera icke linjära system. Ett sätt är att använda kartesiansk återkopp- ling, som utnyttjar negativ återkoppling av kvadraturmodulationen av basbandet för att åstadkomma minskning av intermodulationsdistortion med låg komplexitet och kostnad. Kartesiansk förstärknings- och fasstyrning beskrivs i US 5,l57,346. Lösningen som beskrivs i detta patent lider fortfarande av stabilitetsproblemet. Skälet därtill är att fasskiftet i förstärkargrenen och referensgrenen måste vara lika till inom åtminstone 90 grader om inte systemet ska bli ostabilt. Ändock kommer ett fasfel på ett fåtal grader att avsevärt minska systemets prestanda. Detta innebär att en noggrann inställning krävs, men temperatur- och åldringseffekter kan begränsa prestanda och till och med bringa systemet till svängning.

Man inser sålunda att det fortfarande finns ett behov av att 3 .. nu åstadkomma linearisering av effektförstärkare genom användning av återkoppling i den kartesianska domänen som kan hålla fasfelet stabilt till inom ett fåtal grader.

Sammanfattning av uppfinningen Den föreliggande uppfinningen hänför sig allmänt till proble- met med linearisering i elektroniska förstärkare, och särskilt till problemet att styra fasskift i dessa system.

Såsom framgår av ovanstående föreligger det fortfarande ett problem i system för linearisering av effektförstärkare, och sär- skilt i system som utnyttjar kartesiansk återkopplingsteknik för linearisering. Befintliga system har nackdelen att deras fas är ostabil, vilket leder till avsevärd systemförsämring.

Det är följaktligen ett syfte med föreliggande uppfinning att åstadkomma ett sätt och en apparat för kartesiansk återkoppling för att stabilisera fasfel hos en förstärkare till inom ett fåtal gra- der.

Genom den föreliggande uppfinningen uppnås dessa syften genom att automatiskt styra fasen i ett system. Återkopplingssystem har vanligen en operationsförstärkare. En internt kompenserad opera- tionsförstärkare är approximativt en integrator som ger 90 graders fasskift så att ytterligare fasskift på ytterligare 90 grader kommer att bringa förstärkaren att svänga. Även fasskift över approximativt 30 grader kommer att förstöra prestanda med förstärknings- och brustoppar. Om fördröjning eller fasskift införs i en slinga med operationsförstärkaren är systemet nödvändigtvis inte stabilt. Inom radioteknologin kan dessa fördröjningar t.ex. vara upp- och ned- omvandlare eller en effektförstärkare, För att göra systemet stabilt måste motsvarande fasskift subtraheras någonstans i den slutna slingan. En vridning är nödvändig för att vidmakthålla stabiliteten under alla förhållanden, ehuru detta åtminstone i teorin kan ske manuellt genom omsorgsfull trimning. Fasskift är typiskt flera varv i en sändare, såsom 20 gånger 360 grader, och måste styras inom :30 519 596 4 grader.

Den föreliggande uppfinningen styr automatiskt fasen i ett system genom mätning av fasskillnaden, direkt eller indirekt, och därpå genomförande av en vridning av det kartesianska systemet på lämpligt sätt för att justera fasfelet inom ett fåtal grader.

Det finns ett flertal sätt att mäta fasskillnad. Det mest rättframma sättet är att mäta den utgående fasen hos styrelementet för kartesiansk fas- och förstärkningsstyrning och jämföra detta med fas- och referenssignalen. Alternativt är det möjligt att indirekt mäta den utgående fasen genom att använda styrsignalerna till för- stärknings- och fasstyranordningen som mått på den utgående fasen.

Denna fas subtraheras därpå från fasen hos referenssignalen som erhålls med en kartesiansk fasdetektor och fasskillnaden används för att vrida koordinaterna.

Koordinatvridningen kan utföras på olika ställen i systemet.

Vridningen kan ske i RF någonstans i huvudförstärkargrenen eller styrningen av styrsignalerna till förstärknings- och fasstyrorganet kan vridas. Andra möjligheter är fasvridning av referenssignalen, vridning av signalen från huvudförstärkaren till summeringspunkten eller vridning av felsignalen.

Föreliggande uppfinning överträffar alla andra metoder att gö- ra denna form av kartesianska slingor stabila och eliminerar behovet av besvärlig och tidskrävande inställning. Eftersom fasstyrningen är mycket exakt kan vidare uppfinningen ge större bandbredd och bättre prestanda än befintliga lösningar.

Ehuru uppfinningen har sammanfattats ovan, definieras sättet och apparaten enligt föreliggande uppfinning enligt tillhörande krav 1 och 9. Olika utföringsformer definieras vidare i de beroende patentkraven 2-8.

Kort beskrivning av ritningarna Den föreliggande uppfinningen kommer nu att beskrivas mera i detalj med hänvisning till föredragna utföringsformer av den före- liggande uppfinningen, som endast utgör exempel, och visas på de tillhörande ritningarna, på vilka: 519 5% 5 . . . . ...I Fig. 1 är ett schema över ett lineariseringssystem av fram- kopplingstyp enligt känd teknik.

Fig. 2 är ett schema över ett lineariseringssystem av fram- kopplingstyp enligt känd teknik där fas och förstärkning styrs i den polära domänen.

Fig. 3 är ett schema över ett lineariseringssystem av fram- kopplingstyp enligt känd teknik, där fas och förstärkning styrs i den kartesianska domänen.

Fig. 4 är ett schema över ett lineariseringssystem av fram- kopplingstyp där fas och förstärkning styrs i den kartesianska domänen enligt föreliggande uppfinning.

Detaljerad beskrivning Ett exempel på en utföringsform av föreliggande uppfinning vi- sas i fig. 4. Ingångssignalen A från signalkällan 1 uppdelas i signaler B och C. Signaldelen B kopplas till huvudförstärkargrenen medan signalen C, fördröjd av fördröjningsledningen 2, används som referenssignal. Signalen B uppdelas i 90-graders fasdelaren 3 i två ortogonala komponenter, I och Q, vilka används i det kartesianska fas- och förstärkningsstyrelementet 4. Utsignalen från styrelementet 4 matas till huvudförstärkaren 5. En del F av huvudförstärkarens utgángssignal E matas till en subtraheringskrets 7 som genererar skillnaden G mellan signalen E och referenssignalen C.

Signalen G är korrelerad med de ortogonala komponenterna CI och CQ hos referenssignalen C. De ortogonala komponenterna CI och CQ genereras i en 90-graders fasdelare 8. Korrelationen utförs i korre- latorer 9 och 10, som i sin enklaste form är multiplikatorer. De ortogonala felvektorerna H, J, vrids i roteraren 11 och styr därpå det kartesianska fas- och förstärkningselementet 4 via slingfiltren 12, 13. Detta sluter styrslingan.

Det är vridningen av felvektorerna H och J som är nödvändig för att göra systemet ovillkorligen stabilt, oberoende av fasskill- naden mellan huvudförstärkargrenen och referensgrenen. Vid förelig- gande uppfinning ástadkommes detta genom mätning av fasskift hos 6 !ffl».i.af;m~.= huvudförstärkarslingan, antingen direkt eller indirekt, och denna information används därpå för att vrida koordinatsystemet.

En möjlighet att indirekt bestämma den överförda fasen är att använda styrsignalerna Q och I hos förstärkar- och fasstyrelementet 4. Den mottagna fasen är projektionen av signalen F på referensvek- torerna CI och CQ. Detta sker i fasdetektorerna 21, 22. Skillnaden mellan den sända och mottagande fasen beräknas i fassubtraheraren 23. Efter filtrering i slingfiltren 24, 25 utgör dessa signaler ingångar till vridningsorganet 11.

Fasmätningen liksom koordinatsystemets vridning kan ske på olika ställen i systemet och figur 4 bör ses som ett exempel. Det är exempelvis självklart att koordinatsystemets vridning kan ske direkt på styrsignalerna Q och I liksom på vilken som helst av de inbegrip- na RF-signalerna, t.ex. referenssignalen C, signalen E från huvud- förstärkaren 5 eller signalen F från huvudförstärkaren som går till summeringspunkten 7. På samma sätt kan fasskillnaden mätas på olika sätt, direkt eller indirekt såsom angivits ovan.

Den i figur 4 visade implementeringen används för att erhålla förstärkar- och faslikhet mellan huvudförstärkargrenen och referens- grenen. Varje distortion alstrad av huvudförstärkaren kommer sålunda att vara resultatet av subtrahering av signalerna F och C. Detta innebär att styrslingan kompenserar för ändringar i huvudförstärka- rens slinga.

Av ovanstående framgår det att styrslingan även kan användas för att undertrycka distortion som alstras i huvudförstärkarens slinga eftersom distortion kan ses som resultat av signalinducerade ändringar i förstärkarens egenskaper.

De ovan beskrivna utföringsformerna tjänar endast som belysan- de exempel och ej som begränsning. Det är självklart för fackmannen att avvikelse kan ske från de ovan beskrivna utföringsformerna utan att frångå uppfinningens andemening och omfattning. Uppfinningen skall inte betraktas såsom begränsad till de beskrivna exemplen, utan dess omfattning bör i stället betraktas såsom varande densamma som omfattningen av följande patentkrav.

Claims (4)

519 596 Nya patentkrav

1. Sätt att automatiskt styra fasen i en lineariserad elek- tronisk förstärkare som har en signalkälla (A) och huvudutgång (E), vilken signalkälla (A) är uppdelad i en första signal (B) som gär till en huvudförstärkargren och en andra signal (C) som används som referenssignal, vilka första (B) och andra (C) signaler har ortogo- nala vektorkomponenter och en fasskillnad, kännetecknat av åtgärder- na att: mäta fasskillnaden mellan huvudsígnalen (B) och referenssigna- len (C) indirekt genom mätning av fasen hos styrsignaler till ett i förstärkaren ingående förstärknings- och fasstyrelement för kartesi- ansk fas- och förstärkningsstyrning och subtrahering av detta från fasen hos referenssignalen (C) som erhålls med en kartesiansk fasde- tektor, samt stabilisera systemet genom vridning av de kartesianska koordi- naterna grundat på fasskillnaden för att minimera fasskillnaden.

2. Sätt att automatiskt styra fasen i en lineariserad elek- tronisk förstärkare som har en signalkälla (A) och huvudutgång (E), vilken signalkälla (A) är uppdelad i en första signal (B) som går till en huvudförstärkargren och en andra signal (C) som används som referenssignal, vilka första (B) och andra (C) signaler har ortogo- nala vektorkomponenter och en fasskillnad, kännetecknat av åtgärder- na att: mäta fasskillnaden mellan huvudsígnalen (B) och referenssigna- len (C), och stabilisera systemet genom vridning av de kartesianska koordi- naterna grundat pà fasskillnaden för att minimera fasskillnaden, varvid vridningen sker pä en felsignal (G) som utgör skillnad mellan förstärkarens utgàngssignal (E) och referenssignalen (C).

3. Apparat för automatisk styrning av fasen i en lineariserad elektronisk förstärkare som har en signalkälla (A) och en huvudut- gång (E), vilken signalkälla (A) uppdelas i en första signal (B) som' 519 596 gär till en huvudförstàrkargren och en-andra signal (C) som används som referenssignal, vilka första (B) och andra (C) signaler har ortogonala vektorkomponenter och en fasskillnad, kännetecknad av ett till förstärkaren hörande styrelement för kartesiansk fas- och förstärkningsstyrning samt styrsignaler för styrning av fas- och förstärkningsstyrelementet, organ för mätning av fasskillnaden mellan huvudsignalen (B) och referenssignalen (C) indirekt genom mätning av fasen hos styr; signalerna till förstàrknings- och fasstyrelementet och subtrahering av detta från fasen hos referenssignalen (C) som erhålls med en kartesiansk fasdetektor, samt organ för vridning av de kartesianska koordinaterna grundat pá fasskillnaden för att minimera fasskillnaden.

4. Apparat för automatisk styrning av fasen i en linearise- rad elektronisk förstärkare som har en signalkälla (A) och en huvud- utgång (E), vilken signalkâlla (A) uppdelas i en första signal (B) som går till en huvudförstârkargren och en andra signal (C) som används som referenssignal, vilka första (B) och andra (C) signaler har ortogonala vektorkomponenter och en fasskillnad, kànnetecknad av organ för mätning av fasskillnaden mellan huvudsignalen (B) och referenssignalen (C), samt organ för vridning av de kartesianska koordinaterna grundat på fasskillnaden för att minimera fasskillnaden, genom vridningen på en felsignal (G) som utgör skillnad mellan förstärkarens utgàngssignal (E) och referenssignalen (C).