專利名稱：包含混合器－分離器的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及電氣通信。尤其是本發(fā)明涉及一個與多載波射頻放大器聯(lián)接使用的混合器-分離器。


圖1描述現(xiàn)有技術(shù)的一個典型無線電通信系統(tǒng)的一部分簡要圖解。這樣的系統(tǒng)為許多位于一個地區(qū)的無線電終端(如無線電終端101-1到103-1)提供無線通信服務(wù)。
一個典型無線電通信系統(tǒng)的核心是無線電交換中心(“WSC”)120，有時稱為移動電話交換中心(“MSC”)，或一個移動電話交換局(“MTSO”)。通常WSC120接到許多分布在系統(tǒng)為之服務(wù)的整個地區(qū)的基站(如基站103-1到103-5)。此外，WSC120有時還接到市話局或長途局(如市話局130，市話局138，和長途局140)。WSC120首先負(fù)責(zé)建立和保持無線電終端間的呼叫和一個無線電終端與一個通過局域網(wǎng)和/或長途網(wǎng)接到系統(tǒng)上的無線電終端之間的呼叫。
一個無線電通信系統(tǒng)服務(wù)的地區(qū)被分成許多空間上分割的面積，稱為“小區(qū)”。如圖1所描述，每個小區(qū)用一個六角形圖示，可是，每個小區(qū)常常都根據(jù)地形拓樸而有不規(guī)則的形狀。通常，每個小區(qū)有一個基站，基站有用于與小區(qū)內(nèi)無線電終端通信的無線電與天線，還有該基站用于與WSC120通信的傳輸設(shè)備。
例如，當(dāng)無線電終端101-1要和無線電終端101-2通信，無線電終端101-1把需要的信息傳送到基站103-1，基站103-1把信息轉(zhuǎn)發(fā)到WSC120。WSC120收到這個信息后，并且了解到這些信息是要送到無線電終端101-2的，WSC120就把這些信息送還基站103-1，基站103-1通過無線電設(shè)備把這些信息轉(zhuǎn)發(fā)到無線電終端101-2。
圖2描述在基站103-1中進行的從WSC120接收信息的方法。這些信息從WSC120傳送到基站103-1是用多路復(fù)用信號202。這樣一個信號含有許多復(fù)雜的組分信號，在這里討論的上下文中，這些組分信號是RF(射頻)載波信號。根據(jù)所用的特定的復(fù)用方案(如時分復(fù)用，頻分復(fù)用，碼分復(fù)用，等)，每一個這樣的組分射頻載波信號與其他的這樣信號都有區(qū)別。
當(dāng)信號202被基站103-1接收時，就在多路分解器204中多路分解成它的組分射頻載波信號202i,i=1,N，每個無線電設(shè)備206i可以用一個消息信號去調(diào)制這一個組分信號202i，這是根據(jù)一個特定的調(diào)制方案(如時分多址，碼分多址，等)完成的。每個無線電設(shè)備產(chǎn)生的一個已調(diào)制的射頻載波信號208i送到相加器210，這些已調(diào)制的載波信號在相加器210中被相加，產(chǎn)生多載波射頻信號212。
由于無線電設(shè)備產(chǎn)生的已調(diào)制的射頻載波信號208i是極低功率的信號，多載波射頻信號212須要送到放大器214，通常是一個前饋多載波線性射頻功率放大器(“FMLRF功率放大器”)以增加信號強度，用于從基站傳送到各無線電終端，例如101-2。一個FMLRF功率放大器常?？梢苑糯笏杏迷谝粋€給定小區(qū)內(nèi)的射頻載波信號。這種放大器的設(shè)計和操作是業(yè)界人士所熟悉的。例如，見美國專利N05,304,945及其中的參考文獻。
在FMLRF功率放大器214中，多載波射頻信號212被分離器216分成J個功率相等的信號212i并送到J個同樣的放大器模塊218i。諸信號212i中的每一個在放大器模塊中被放大到諸放大器模塊的設(shè)定的輸出功率。從放大器模塊來的J個被放大的信號220i在混合器222中被混合，形成已調(diào)制的多載波射頻信號224。信號224被送到天線226，以發(fā)射到例如無線電終端101-2。
不斷增長的無線通信量要求這樣的無線電系統(tǒng)增加呼叫容量。增加呼叫容量的一個方法是在一個給定的地區(qū)內(nèi)增加小區(qū)的數(shù)量。這樣增加導(dǎo)致較小的小區(qū)，當(dāng)然也就要更多的基站。增加小區(qū)的數(shù)量導(dǎo)致降低要求傳送的信號功率(因為復(fù)蓋面積較小)，這樣就可以用一個較小的，功率較低的FMLRF功率放大器。
過去為通常的大功率FMLRF功率放大器設(shè)計的分離器和混合器，為了很好地配合這樣較大的FMLRF功率放大器，腔體具有指定的體積和形狀。隨著這種放大器降低體積的要求，需要對功率分離器和功率混合器作更加緊湊的設(shè)計。
本發(fā)明公開一個與一個改進的信號分離器和一個改進的信號混合器配合的多載波線性射頻功率放大器。放大器包含許多楔形放大模塊。當(dāng)這些模塊徑向地安放并且彼此緊密靠近時，模塊向內(nèi)側(cè)的邊緣共同地限定了一個中心的或軸向定位的開口。根據(jù)本發(fā)明的一個說明性的實施例，一個改進的信號分離器，信號混合器，或復(fù)式分離器/混合器方便地安放在軸向定位的開口中。
在有些實施例中，一個信號分離器或混合器是一個導(dǎo)體排列，它包含徑向地排列在適當(dāng)?shù)慕橘|(zhì)表面上的許多長度相等的導(dǎo)體。該導(dǎo)體排列方便地安裝在一個適當(dāng)構(gòu)造的外殼中。外殼安放在軸向定位的開口中。
在排列中的每個導(dǎo)體的長度是λ/4。其中λ是多載波信號的中心頻率。每個導(dǎo)體的阻抗由Z=Z0n1/2給出，這里Z0是要求分離器或混合器的外部線路阻抗，通常是50歐姆，n是導(dǎo)體群中的導(dǎo)體數(shù)目。
在有些實施例中，每個導(dǎo)體方便地“懸掛”在外殼中，從而降低信號損耗。為了做成這樣，在有些實施例中，是把這些導(dǎo)體放在外殼內(nèi)部形成的圓柱形腔體中。每個導(dǎo)體就“懸掛”在腔內(nèi)的介質(zhì)表面上。
圖1描述一個現(xiàn)有技術(shù)的無線通信系統(tǒng)的示意圖解；圖2描述在一個現(xiàn)有技術(shù)的基站中，處理從一個無線交換中心接收到的復(fù)用信號的方法的簡單圖解；圖3描述根據(jù)本發(fā)明的一個說明性實施例的一個多載波線性放大器的一部分頂視圖；圖4描述圖3的多載波線性放大器的一部分剖面視圖，其中移去一些放大模塊以顯示一個分離器外殼和一個混合器外殼；圖5描述根據(jù)本發(fā)明的一個說明性實施例的一個導(dǎo)體排列；圖6描述根據(jù)本發(fā)明的一個說明性實施例的在一個混合器或分離器的板中形成的槽；圖7描述包含由圖6中的刻槽的板緊密靠近而形成的圓柱腔體的一個混合器或分離器外殼；和圖8描述根據(jù)本發(fā)明的一個說明性實施例的一個復(fù)式分離器/混合器。
圖3是一個說明性的多載波線性放大器314的一部分的頂視圖，顯示出八個楔形，同樣形狀，同樣尺寸，徑向排列的放大器模塊3181-3188。放大器模塊318i的大小和形狀正好適合如圖3所示那樣以相鄰關(guān)系安放，由每個模塊的向外邊緣320共同地限定了八角形周界322。此外，按照圖3所示那樣排列時，由每個模塊的向內(nèi)邊緣324共同地決定了八角形區(qū)域326。
描述圖3的頂視圖的圖4(為了清楚地說明，移去了一些放大器模塊)顯然出分離器外殼416和混合器外殼422有利地沿軸向在放大器模塊318i形成的區(qū)域326內(nèi)對準(zhǔn)。把一個信號分離器，或信號混合器，或這兩種器件一起以這樣的方式安放是業(yè)已周知的。當(dāng)這些器件如此對準(zhǔn)時，對于n個未放大的“分離”信號中的每一個信號從分離器傳到n個放大器模塊中的每一個模塊，以及對于n個已放大的信號中的每一個信號從每個放大器模塊傳到混合器，它們的信號路徑長度實際上是相等的。這種等長信號路徑是為了保持分離器產(chǎn)生的n個未放大的信號中的每一個信號和送到混合器的n個已放大的信號中的每一個信號之間的相位關(guān)系。
分離器外殼416包含一個用于從一個相加器(見圖2)接收一個低功率多載波射頻信號的軸向?qū)?zhǔn)端口430。混合器外殼422同樣包含一個軸向?qū)?zhǔn)的端口432，一個已放大的多載波射頻信號被送到這里。分離器外殼416還包含八個輸出端口(未畫出)以發(fā)送八個分離信號中的每一個信號到八個放大器模塊318i中的每一個模塊。同樣，混合器外殼422還包含八個用于從八個放大器模塊接收八個已放大信號中的每一個信號的輸入端口(未畫出)。每個放大器模塊318i有分別用于接收和發(fā)送未放大和已放大信號的一個輸入端口和一個輸出端口(未畫出)。在分離器外殼416的八個輸出端口和在放大器模塊318i上的八個輸入端口用一致的方式安裝，使得八個分離信號中的每一個信號的路徑長度是相等的?；旌掀魍鈿?22上的八個輸入端口和諸放大器模塊上的八個輸出端口也安裝成產(chǎn)生同樣的效果。
圖5描述根據(jù)本發(fā)明的一個說明性實施例的一個導(dǎo)體排列500，適宜于作為一個分離器或混合器。這樣的一個導(dǎo)體排列放在分離器和混合器外殼416,422內(nèi)。八個導(dǎo)體5041-5048具有同樣的長度，按相等的角度以徑向方式安裝在絕緣表面502上。在有些實施例中，絕緣表面502是一種介質(zhì)材料。每個導(dǎo)體504i的長度l是λ/4，這里λ是被處理的多載波信號的中心頻率。
分離器或混合器的外部線路阻抗通常是50歐姆。為了阻抗匹配，每個導(dǎo)體504i的阻抗必須是Z=Z0n1/2(1)這里Z0是50歐姆，n是導(dǎo)體的數(shù)目。例如，如果有八個導(dǎo)體，那么每個導(dǎo)體504i的阻抗是50(8)1/2=141歐姆。熟悉技術(shù)的專家都知道如何適宜地選擇線的長度，介質(zhì)以及其他等等來設(shè)計具有指定阻抗(例如141歐姆)的導(dǎo)體。
每個導(dǎo)體504i最好“懸掛”在外殼416,422中以利于減少信號損耗。在有些實施例中，這是通過分別在說明性的分離器或混合器外殼620的上半部和下半部618(圖6a)和621(圖6b)中刻出半圓形的槽619和622而實現(xiàn)的。圖7描述外殼620的上半部和下半部618,621相連接。導(dǎo)體排列500安裝在連接部分的中間。在圓柱腔724中，導(dǎo)體504i就像制造印刷電路板所使用的那樣，“懸掛”在一個介質(zhì)表面上。注意，對于這樣的一個懸掛導(dǎo)體，計算介質(zhì)常數(shù)時要考慮介質(zhì)材料被空氣包圍的實際情況。
在圖3-5所描述的說明性實施例中，假設(shè)多載波線性射頻功率放大器314由八個放大器模塊組成。應(yīng)當(dāng)意識到在其他應(yīng)用的其他實施例中，這樣的放大器可能由不同數(shù)量的放大器模塊組成。如果用不同數(shù)量的放大器模塊，分離器和混合器外殼416,422(圖4)通常隨著模塊的數(shù)量不同而具有不同的形狀。并且，當(dāng)然，導(dǎo)體的數(shù)量也將直接隨著放大器模塊的數(shù)量而改變。例如，假如用六個放大器模塊，區(qū)域326(圖3)通常有一個六角形的周界，使分離器和混合器外殼有利地成六角形。而且，假如用六個放大器模塊，那么就應(yīng)該用六個導(dǎo)體。
在上面敘述的說明性實施例中，分離器和混合器是安裝在分開的外殼中的。在其他的實施例中，分離器和混合器最好安裝在單個外殼中。這樣一個復(fù)式分離器/混合器要求兩組分開的導(dǎo)體排列，一組的功能作為分離器，另一組的功能作混合器。圖8描述根據(jù)本發(fā)明的一個復(fù)式分離器/混合器800的剖面，包含三片式外殼820和第一與第二組導(dǎo)體排列802,804。一組的功能作為分離器，另一組的功能作為混合器。應(yīng)當(dāng)理解，這樣的功能性質(zhì)是根據(jù)導(dǎo)體排列與放大器的其余部分集成在一起的方法決定的。也就是說，如果一個信號送到一組導(dǎo)體排列的中心，該組的功能就是一個分離器，如果信號送到一組導(dǎo)體排列的每個導(dǎo)體的末端，該組的功能就是一個混合器。每組導(dǎo)體排列包含數(shù)量為n個導(dǎo)體(未畫出)。正如上面所述，導(dǎo)體排列中導(dǎo)體的特定數(shù)量n是取決于放大器模塊的數(shù)量。
三片式外殼820包含底板822，中板826和頂板832。底板822的上表面822b最好含有n個半圓形的槽824，每個槽用于第一組導(dǎo)體排列802的一個導(dǎo)體802i。中板826的下表面826a最好含有n個半圓形槽828。在底板822的槽824和在中板826下表面826a的槽828彼此互補地安裝使下板和中板相鄰安置時，槽824和828對準(zhǔn)以形成第一組n個圓柱腔840用于容納第一組導(dǎo)體排列802的同樣數(shù)量的n個導(dǎo)體。
中板826的上表面826b含有n個半圓形槽830。并且，頂板832的下表面832a含有n個半圓形槽834。頂板832和中板826相鄰安裝時，槽830和834形成第二組n個圓柱腔842用于容納第二組導(dǎo)體排列804的n個導(dǎo)體。中板最好提供第一組導(dǎo)體排列802和第二組導(dǎo)體排列804之間的屏蔽。
在圖8中描述的復(fù)式分離器/混合器800中，底板上的槽824和中板下表面中的槽828相對于中板上表面中的槽830和頂板的槽832最好有位移。這樣位移的結(jié)果使這些板可以薄些，以及使第一套端口/界面(在用作分離器的導(dǎo)體排列與放大器模塊之間必需的電連接)和第二套端口/界面(在放大器模塊與用作混合器的導(dǎo)體排列之間必需的電連接)自然地錯開。
未放大的多載波射頻信號由軸向?qū)?zhǔn)的端口836經(jīng)過頂板832送到一組導(dǎo)體排列。因為在導(dǎo)體排列的中心和每個放大器模塊的輸入端之間的信號路徑長度是相等的，多載波射頻信號沿著n個導(dǎo)體分成n個功率相同的信號。從諸放大器模塊返回的已放大信號送到另一組導(dǎo)體排列中的各導(dǎo)體并在該導(dǎo)體排列的中心混合為單一的已放大的多載波射頻信號。已放大的多載波射頻信號離開混合器，通過一個穿過底板822的軸向?qū)?zhǔn)的端口(未畫出)。應(yīng)該明白分離器/混合器的結(jié)構(gòu)是可以倒過來的，在這樣結(jié)構(gòu)中，未放大的輸入從底板上的端口接收而已放大的輸出穿過頂板送到端口836。
雖然本發(fā)明的一些專門的實施例已經(jīng)在這里顯示和說明，應(yīng)當(dāng)理解為這些實施例僅僅是許多可能可以用本發(fā)明的原理設(shè)計的特殊裝置的說明。一般的業(yè)界人士根據(jù)這些原理可以設(shè)計出許多和各種其他的裝置而不超出本發(fā)明的領(lǐng)域和精神實質(zhì)。因此，這里意思是這些其他裝置是在下列權(quán)利要求和它們的等效條款之內(nèi)。
權(quán)利要求
1．一種用于放大第一多載波射頻信號的裝置，包含第一多個徑向排列的導(dǎo)體可操作地將第一多載波RF信號分為多個等功率的多載波RF信號，其中一個多載波RF信號沿著每個徑向排列的導(dǎo)體進行傳送；多個放大器模塊，其中每個放大器模塊與第一多個徑向排列的導(dǎo)體中的一個電氣相連，并可操作地放大沿著與這個放大器電氣相連接的徑向排列的導(dǎo)體傳送的一個多載波射頻信號；和第二多個徑向排列的導(dǎo)體，其中該第二多個徑向排列的導(dǎo)體的每一個與諸放大模塊中的一個電氣相連，另外其中第二多個徑向排列的導(dǎo)體的每一個可操作地接收來自與之電氣相連接的一個被放大的多載波RF信號，和再有，第二多個徑向排列的導(dǎo)體可操作地共同地混合被放大的多載波RF信號為一個第二多載波RF信號。
2．權(quán)利要求1的裝置，其中第一多個徑向排列的導(dǎo)體安放在第一個介質(zhì)表面上，第二多個徑向排列的導(dǎo)體安放在第二個介質(zhì)表面上。
3．權(quán)利要求1的裝置，其中第一多載波射頻信號被傳送到第一多個徑向排列的導(dǎo)體的中心軸，其中，在該中心軸上，所有第一多個徑向排列的導(dǎo)體在物理上是彼此接觸的。
4．權(quán)利要求3的裝置，其中被放大的多載波射頻信號在第二多個徑向排列的、物理上彼此接觸的導(dǎo)體的中心軸上混合成第二個多載波射頻信號。
5．權(quán)利要求3的裝置，其中從第一多個徑向排列的諸導(dǎo)體的中心軸到第二多個徑向排列的諸導(dǎo)體的中心軸沿任何一個徑向排列的導(dǎo)體的信號路徑長度等于沿任何其他的徑向排列的導(dǎo)體的信號路徑長度。
6．權(quán)利要求1的裝置，其中每個導(dǎo)體的長度是λ/4，這里λ是第一個多載波射頻信號的中心頻率。
7．權(quán)利要求1的裝置，其中第一多個徑向排列的導(dǎo)體放置在第一個外殼中。
8．權(quán)利要求7的裝置，其中第一多個徑向排列的導(dǎo)體的每一個導(dǎo)體懸掛在第一個外殼中。
9．權(quán)利要求8的裝置，其中第一多個徑向排列的導(dǎo)體的每一個導(dǎo)體安裝在第一個外殼里的第一組圓柱形腔體中的一個腔體中。
10．權(quán)利要求7的裝置，其中第二多個徑向排列的導(dǎo)體放置在第一個外殼中。
11．權(quán)利要求10的裝置，其中第二多個徑向排列的導(dǎo)體懸掛在第一個外殼中。
12．權(quán)利要求11的裝置，其中第二多個徑向排列的導(dǎo)體的每一個導(dǎo)體安裝在第一個外殼里的第二組圓柱形腔體中的一個腔體中。
13．權(quán)利要求11的裝置，其中外殼包含一片下板，一片中板和一片頂板，中板把第一多個徑向排列的導(dǎo)體相對第二多個徑向排列的導(dǎo)體屏蔽起來。
14．一種無線電通信系統(tǒng)的基站，包括一個把復(fù)用射頻信號多路分解成第一多個射頻信號的多路分解器；多個無線電設(shè)備，每個這樣的無線電設(shè)備可操作地接收第一多個射頻信號中的一個信號，并將一個消息信號調(diào)制于這個信號上；一個把經(jīng)來自多個無線電設(shè)備調(diào)制的各射頻信號混合為第一多載波RF信號的相加裝置；一個放大多載波射頻信號用的多載波線性射頻功率放大器，該放大器包括可操作地將第一多載波射頻信號分成多個功率相等的諸多載波射頻信號的第一多個徑向排列的導(dǎo)體，其中一個多載波射頻信號沿著每個徑向排列的導(dǎo)體傳送；多個放大器模塊，其中每個放大器模塊電氣連接到第一多個徑向排列的導(dǎo)體中的一個，和可操作地放大沿著和它電連接的一個徑向排列的導(dǎo)體傳送的一個多載波射頻信號；和第二多個徑向排列的導(dǎo)體，其中每個第二多個徑向排列的導(dǎo)體電連接到一個放大器模塊，而且每個第二多個徑向排列的導(dǎo)體可操作地從和它電連接的放大器模塊接收一個已放大多載波射頻信號，以及每個第二多個徑向排列的導(dǎo)體可操作地共同混合已放大多載波射頻信號為第二多載波射頻信號；和一個發(fā)送第二個多載波射頻信號的天線。
15．一種將一個信號分離成多個功率相等的信號的裝置，包含第一多個長度、徑向排列的導(dǎo)體，其中這些導(dǎo)體在第一中心軸上彼此物理上相連接；安放在第一中心軸上的第一輸入端口。該端口可操作地將一個信號傳送到第一多個徑向排列的導(dǎo)體；和多個輸出端口，其中每個輸出端口可操作地接收在第一多個徑向排列的各個導(dǎo)體中的一個導(dǎo)體上傳送的一個等功率信號。
16．權(quán)利要求15的裝置，且其中有第一多個徑向排列的導(dǎo)體被安裝在一片介質(zhì)基底上的。
17．權(quán)利要求16的裝置，且其中有每個徑向排列的導(dǎo)體被通過封閉在一個圓柱形腔體中進行懸掛。
18．權(quán)利要求15的裝置，還包括第二多個長度相等、徑向排列的導(dǎo)體，其中這些導(dǎo)體在第二中心軸上彼此物理上相連接；多個輸入端口，其中多個輸入端口的每個輸入端口可操作地接收多個信號中的一個信號，并將該信號傳送到第二多個徑向排列的導(dǎo)體的一個導(dǎo)體上；和安放在第二中心軸上的輸出端口和可操作地接收在第二中心軸上從多個信號形成的一個混合信號。
19．一種將多個信號混合成一個混合信號的裝置，包括多個長度相等、徑向排列的導(dǎo)體，這些導(dǎo)體在中心軸上彼此物理上相連接；多個輸入端口，其中每個輸入端口可操作地接收多個這些信號中的一個信號，并把它傳送到徑向排列的各個導(dǎo)體中的一個導(dǎo)體上；和安放在中心軸上的輸出端口、可操作地接收在中心軸上由多個信號形成的混合信號。
全文摘要
發(fā)明了一個有改進的信號分離器和改進的信號混合器配合的一個多載波線性射頻射頻功率放大器。該放大器包含許多楔形放大器模塊。當(dāng)這樣的放大器徑向地安放并且彼此相鄰安裝時,模塊的向內(nèi)側(cè)的邊緣共同地限定了一個中心或軸向定位的開口。一個改進的信號分離器,信號混合器,或復(fù)式分離器/混合器最好安放在軸向定位的開口中。信號分離器或信號混合器是包含多個徑向安裝在一片介質(zhì)基底上的許多等長度的導(dǎo)體排列。
文檔編號H04Q7/30GK1235407SQ9812558
公開日1999年11月17日 申請日期1998年12月17日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月18日
發(fā)明者羅伯特·E·默耶 申請人:朗迅科技公司