專利名稱：放大器單元中的旁通器件的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于放大500MHz以上頻率范圍(包括微波頻率)內的通信信號的放大器單元中的旁通器件，包括一個帶有傳輸線的印制電路板、一個放大器、一個平行于放大器布放的傳輸線旁通部分以及一個用于在放大器變得不能工作的情形起動所述旁通部分的開關裝置。
這種放大器單元被用于蜂窩移動電話系統的基站中。尤其是在近些年，這種放大器單元直接安裝在天線架或天線塔的頂部，以使天線傳輸電纜的長度能夠減至最小。從而，由于信號在很短傳輸電纜中的衰減相對較低，使得信噪比能夠維持在一個良好的高水平。
但是，這樣一種放大器單元當然是整個系統中的關鍵部件，并且很重要的是它不論在什么時候都要能夠工作。因而，即使饋電電源中斷或者放大器由于一些其他原因而變得不能工作時，信號也必須以某種方式通到位于天線架或天線塔底鄰近的基站。
為此目的，以前知道的是連接一個與機電式繼電器形式的開關裝置結合在一起的平行于放大器的旁通部分，這樣，在任何一個放大器晶體管擊穿或者放大器單元的饋電電源中斷的情形下，就起動旁通部分。
這種機電式繼電器具有若干缺點。雖然現在市場上能夠買得到相當小的繼電器安裝在印制電路板上，但這些繼電器相當貴并且不具有滿意的性能特性。因而信號要衰減到一個很大的程度。而且在關斷開關時，絕緣不夠充分。此外，使用壽命也不夠長。
以此為背景，本發明的主要目的是提供在第一節中敘述的一種旁通器件，它不貴并且具有改進了的性能。
根據本發明，放大器被連接在從其間連接著旁通部分的兩個主結點延伸出來的兩個傳輸短截線段之間，并且開關裝置包括具有可控制的阻抗(或為很低或為很高)的固態元件，固態元件在旁通部分和短截線段中的所選點上連接到RF地電位，以在全部固態元件都處于很高阻抗狀態時起動旁通部分，并在全部固態元件都被控制在很低阻抗的狀態時有效地切斷旁通部分，在這一情形所有通信信號均通過放大器。用于這一目的的固態元件很容易找到而且可以用例如說二極管或晶體管組成。
進一步的優越性能包含在所附權利要求書中并將從下面的詳細敘述中看出來。
現在將結合附圖示出的優選實施例更詳細地敘述本發明。
圖1概略地示出一個包括有根據本發明的放大器單元的簡單電路；圖2示出電路插件板上帶有主要元件和傳輸線段的放大器單元的一個局部；以及圖3a、3b和3c說明放大器單元中所包括的固態元件的各種可能的實施例。
圖1所示的線路是連接到天線A的一個雙工裝置。一般，天線，具有帶通濾波器Rx1、Rx2和Tx的雙工線路以及低噪聲放大器LNA均安裝在蜂窩移動電話系統所包含的天線架或天線塔的頂部。通常，緊靠到塔的底部的是一個具有各種用于維持和監示基站的工作包括以相當高的頻率例如1.9GHz接收和發射通信信號的設備的基站。
正如上面所指出的，低噪聲放大器LNA具有在所接收的通信信號沿著傳輸線路明顯衰減之前放大這些信號的任務。
放大器單元裝在一個經得起各種天氣變化的盒子里(在附圖中未示出)并包括一個帶有傳輸線1、2的印制電路板(其一部分大略地示于圖2)，一個位于兩個耦合電容器C1和C2之間的放大器A(可以是各包括一個放大器的兩條并聯支路的形式，并可以是一個或一個以上級聯的放大器)，以及一個平行于放大器A布放的傳輸線旁通部分。根據本發明，放大器A連接在分別從主結點J1和J2伸出來傳輸線短截線段4和5之間。在圖示的例子中，每個短截線段4、5具有一個相當于被接收并且用一個帶通濾波器Rx1濾波(圖1)的特定信號頻率的一半波長的長度。
在每一個短截線段4、5的中點，分別有一個副結點J3和J4，于是，這些副結點位于距相應的結點J1、J2和距短截線段的相應自由端4a、5a四分之一波長的距離處。放大器A的輸入和輸出端子A1、A2分別經過相對較短的傳輸線段6和7連接到相應的結點J3、J4。
每一個短截線段的自由端4A、5A分別經由一個固態元件Z1和Z2連接到地電位。同樣地，有相似的固態元件Z3和Z4連接在地電位和旁通部分的被選點3A、3B之間。
固態元件Z1、Z2、Z3和Z4可以用二極管D、雙極型晶體管T或場效應晶體管FET構成，分別示于圖3a、3b和3c。在任何情形下，每一個這樣的元件都可以從一個很高阻抗的狀態例如至少500Ω和一個很低阻抗的狀態例如小于1Ω轉換。這兩個不同狀態之間的轉換很容易通過在二極管D上、在雙極型晶體管T的基極上或者在場效應晶體管FET的控制柵極上施加一個DC偏壓來達到。
這樣一種受控制的開關功能可以通過如圖2所示位于放大器單元之內或者是與其他設備一道位于基站的控制電路CC來完成。
為了獲得所需要的開關功能，必須用這樣的方式來小心匹配各個不同的傳輸線段，使得旁通部分3在全部固態元件都處于高阻抗狀態時工作，而當全部固態元件Z1-Z4都被偏置到低阻抗狀態時，則關斷旁通部分并讓信號通過放大器A。為了達到這一點，結點J1和J3之間的距離必須等于四分之一波長，或者再加上若干個半波長。對于結點J2和J4之間、結點J3和端點4a之間、結點J4和端點5a之間、結點J1和點3a之間、結點J2和點3b之間的距離以及點3a和3b之間的距離都同樣是正確的。另一種辦法是點3a和3b可以放在一起。
為了改善旁通部分在其關斷時的絕緣，可以在旁通部分添加多個固態元件，各元件之間隔開一個λ/4的距離。
每個短截線的長度以及相當于四分之一或一半波長的其他距離稍稍不同于確切的波長數值，為的是彌補固態元件不理想這樣的事實。
利用這樣一種結構，器件將工作如下假設全部固態元件Z1-Z4都處于高阻抗狀態，即在沒有DC控制電壓加到諸元件上的情形，則短截線段4、5的端點4a、5a將相當于是開端，因而在每一短截線段中將存在一個駐波，沒有傳導任何信號電流通過它。
于是，輸入信號在結點J1和J2將感受到一個很高的阻抗。從而，由于固態元件Z3和Z4都因為阻抗很高而沒有任何影響，信號將直接通過旁通部分3傳送。在這一情況下，信號將不通過放大器。
現在，考慮一個DC控制電壓施加到全部固態元件Z1-Z4的正常情況。這些元件現在都具有很低的阻抗。在旁通部分3的點3a，實際上存在一個至元件Z3的短路電路。因而在結點J1看，旁通部分3的阻抗將很高，致使輸入信號將代之以沿著通過短截線段4至結點J3的路線，然后經過放大器A、另一個短截線段5并經過傳輸線2輸出。在結點J3看，因為至阻抗很低的端點4a的距離是四分之一波長的關系，元件Z1的阻抗很高。
在電源故障的情形，偏置電壓將停掉，并且系統將轉接到旁路結構而不放大輸入信號。最好，控制電路CC被用來監示放大器A的正常工作。在由于這樣那樣的原因而不能工作的情形，控制電路CC則將一個開關信號加到固態元件Z1-Z4上。
上面所述的旁通器件有很多優點。在旁通結構中，由于沒有固態元件串接在信號路線中，損耗將是很低的。此外，在器件的正常工作期間，旁通部分的絕緣用元件Z3和Z4的辦法是很有效的，至放大器的損耗也很低。而且，固態元件不貴并能用自動化方法安裝到標準的電路插件板上。
器件可以在所附權利要求書規定的范圍內修改。例如，放大器單元不必包括在雙工結構中，而是可以安裝在一個將放大器與通往接收天線的帶通濾波器串聯的單一系統中。
權利要求
1.用于放大500MHz以上頻率范圍內的通信信號的放大器單元中的旁通器件，包括一個具有傳輸線(1，2)的印制電路板，一個放大器(A)，一個平行于放大器布放的傳輸線旁通部分(3)，以及一個用于在放大器變得不能工作的情形下起動所述旁通部分的開關裝置，其特征在于所述放大器(A)連接在從其間連接著所述旁通部分(3)兩個主結點(J1，J2)延伸出來的兩條傳輸線短截線段(4，5)之間，并在于所述開關裝置包括具有可控制的阻抗(或為很低或為很高)的固態元件(Z1，Z2，Z3，Z4)，所述固態元件在所述旁通部分(3)和所述短截線段的被選點(3a，3b，4a，4b)連接到地電位，以便當全部所述固態元件處于很高阻抗的狀態時起動旁通部分，并在全部所述固態元件處于很低阻抗的狀態即通信信號通過放大器(A)的情形下有效地關斷旁通部分。
2.權利要求1所述的旁通器件，其中每個短截線段(4，5)具有一個大體相當于半波長的長度(可以與若干個全波長相加起來成λ/2+n·λ，n＝0，1，2，……)，放大器輸入和輸出端連接到位于每個短截線段(4，5)中間點的副結點(J3，J4)，即位于距有關主結點(J1，J2)和距相應的短截線段的自由端點(4a，4b)四分之一波長處(可以再加上若干個半波長成λ/4+n·λ/2，n＝0，1，2，……)，所述固態元件(Z1，Z2)之一連接到相應的短截線段的所述自由端點。
3.權利要求1或2所述的旁通器件，其中至少所述固態元件之一(Z3，Z4)在位于距所述主結點(J1，J2)中相關的一個點四分之一波長(可以加上若干個半波長成λ/4+n·λ/2，n＝0，1，2，……)的距離處的點(3a，3b)連接到所述旁通部分。
4.權利要求3所述的旁通器件，其中至少兩個固態元件(Z3，Z4)各自的距相關主結點(J1，J2)四分之一波長的距離處連接到旁通部分(3)，并且相互距離四分之一波長，這些距離可以再加上若干個半波長(λ/4+n·λ/2，n＝0，1，2，……)。
5.權利要求1-4的任何一條所述的旁通器件，其中控制單元(CC)適于向放大器(A)以及全部的所述固態元件(Z1，Z2，Z3，Z4)饋給DC電流。
6.權利要求5所述的旁通器件，其中所述控制單元(CC)適于監示放大器(A)的可工作性以及在放大器變得不能工作的情形下將全部所述固態元件轉換到很高阻抗的狀態。
7.權利要求1-6任何一條所述的旁通器件，其中至少所述固態元件之一是二極管(D)。
8.權利要求1-7任何一條規定的旁通器件，其中至少所述固態元件之一是晶體管(T，FET)。
9.權利要求8所述的旁通器件，其中所述晶體管是雙極型晶體管(T)。
10.權利要求8所述的旁通器件，其中所述晶體管是場效應晶體管(FET)。
全文摘要
一種用于放大微波頻段通信信號的低噪聲放大器單元中的旁通器件。器件包括一個帶有傳輸線(1,2)的印制電路板,一個放大器(A),一個平行于放大器布放的傳輸線旁通部分(3),以及用于在放大器變得不能工作的情形下起動所述旁通部分的開關裝置。放大器連接在兩個傳輸線短截線段(4,5)之間。開關裝置包括具有可控制阻抗(很低或很高)的固態元件(Z1,Z2,Z3,Z4),這些元件在旁通部分(3)和短截線段(4,5)中的被選擇點(3a,3b,4a,4b)連接到地電位,以便在全部所述固態元件處于很高阻抗狀態時起動旁通部分,并在全部所述固態元件都被控制在很低阻抗狀態時即在通信信號通過放大器的情形有效地關斷旁通部分。
文檔編號H04B1/74GK1198856SQ96197449
公開日1998年11月11日 申請日期1996年10月3日 優先權日1995年10月4日
發明者拉斯·珀森 申請人:奧根公司