CN1074608C - 宽带矢量调制器 - Google Patents

Abstract

一种宽带矢量调制器，包括一个本地振荡器，多个正交相移键控调制单元接收来自振荡器的信号并被耦合以接收第一和第二数字输入信号，多个加法装置与选定调制器单元耦合，其中一个选定装置提供一个矢量调制器的模拟构象输出信号；以及多个衰减器，耦合于选定调制器单元之间以及一个选定调制器单元的输出与一个选定加法装置之间，对来自多个调制器单元的输出信号进行幅度加权。

Description

宽带矢量调制器

参考授与Chethik.题目为“带有传输系统性能补偿的正交调幅系统”的美国专利No.5,237,292。

本发明涉及矢量调制器，特别涉及宽带矢量调制器，该调制器使用砷化镓集成电路并且求和多个正交相移键控(QPSK)调制器单元的输出。每个正交相移键控制器单元由两个数字输入和一个本地振荡器控制。

授与Chethik的并转让给本发明受让人的美国专利No.5,237,292公开了一个可以应用本发明的矢量调制器的正交调幅系统。在该系统中，数字信号被转换成相位和幅度周期性变化的模拟信号并被耦合到输出连线上，这个系统是自适应的并且包括多个简单正交相移键控调制器，每个调制器有多个控制数字输入，其状态决定输出哪一个相移信号，一个本地振荡器向每个QPSK调制器提供一个周期性的正弦信号。加法电路组合这些调制器的输出以产生相位和幅度变化输出正弦信号的构象。处理器/映象机构的组合使得能够根据一个控制输入将第一组数字输入转换成另一组数字输出，因此，处理器能够根据一控制输入进行输出构象的转换，它表示了传输设备的状况。

因此，Chethik的专利公开了一种应用了正交相移键控矢量调制器的正交调幅系统。但是，该专利并没有公开或提供实现正交相移键控调制器所需的砷化镓微波单块集成电路的用法。

其他公开了矢量调制器的参考专利包括授予Bradley的美国专利No.4,168,397授予Bremer的美国专利No.4,464,767，授予Lodsetal.的美国专利No.4,571,549，授予Ohmagari的美国专利No.4,930,141，授予Edwardsetal.的美国专利No.4,843,351以及授予Verdot的美国专利No.4,999,590。

从而本发明的一个目的是提供一种应用了基于砷化镓的向量调制器的正交调幅系统，进一步目的是提供使用了砷化镓集成电路的宽带矢量调制器，还有另一个目的是提供一种宽带砷化镓矢量调制器，其中每个正交相移键控调制器单元的输出均由两个数字输入和一个本地振荡器控制。

为实现上述和其它目的，本发明包括一个应用砷化镓集成电路的宽带矢量调制器，它包括了多个正交相移键控(QPSK)调制单元，每一个QPSK调制单元均由两个数字输入信号和一个本地振荡器控制。每个QPSK调制单元形成了砷化镓微波单块集成电路。

宽带矢量调制器包括一个提供周期正交输出信号的本地振荡器以及多个正交相移键控(QPSK)调制器单元，这些调制器单元被分别耦合到本地振荡器上以接收来自那里的周期正弦输出信号，并且还被分别耦合以接收加在那里的第一和第二控制数字输入信号。相应的数字输入信号的状态决定了当前QPSK调制器的输出是四个相位态中的哪一个状态。多个加法装置被耦合到选定调制单元的输出上，并且一个选定加法装置提供了矢量调制器模拟构象的输出信号，多个衰减器被耦合在选定的调制器元件之间以及一个选定调制器元件的输出和一个选定的加法装置之间以对来自多个调制元件的输出信号进行幅度加权。宽带矢量调制器在调制元件各自的两个数字输入信号和本地振荡器的控制下，求和多个调制器元件的输出。以将数字输入信号转换成相位和幅度周期性变化的模拟信号，这些模拟信号构成了矢量调制器模拟构象的输出信号。在第二实施例中，一个功率分配器被耦合到本地振荡器和多个QPSK调制器元件之间并且一个功率组合器用于组合已被求和的来自QPSK调制器单元的输出信号。多个比例衰减器被耦合到QPSK调制器和功率组合器之间以对来自多个调制器单元的输出信号进行幅度加权。

每个QPSK调制器单元由一个砷化镓微波单块集成电路构成，该砷化镓微波单块集成电路包括一个90°的耦合器，它位于分别用来接收和放大来自于本地振荡器的周期正弦信号的第一和第二输入放大器、以及分别用来接收和放大I和Q数据输入信号以提供放大了的I和Q数据输入信号的第一和第二数据放大器之前，第一和第二混合器分别与第一和第二输入放大器以及第一和第二数据放大器的输出耦合以将放大了的本地振荡器信号与I和Q数据输入信号相乘。一个加法装置与混合器的相应输出耦合以产生调制器单元的调制输出信号。

在工作过程中，数字信号被矢量调制器转换成相位和幅度周期性变化的模拟信号并被耦合到输出连线上，宽带矢量调制器包括多个砷化镓微波单块集成电路(GaAs MMIC)正交相移键控(QPSK)调制器。一个本地振荡器向每个QPSK调制器提供一周期正弦输入信号，每个QPSK调制器有两个控制数字输入，其状态决定QPSK调制器的输出为四个相位态中的哪一个，然后多个QPSK调制器的输出被幅度加权并求和，以形成宽带矢量调制器的输出，这个输出包括一个相位和幅度正弦变化信号的构象，它有2^N种可能的相位和幅度的组合，其中N是数字控制输入的数目。(每个QPSK调制器有两个数字控制输入)。

本发明是通过在具有千兆位数据传输速率的微波频段内直接产生幅度/相位矢量而加以制造的。不需要升频转换信号处理过程。载波频率在微波频率上，输入数据速率在数千兆位范围内，宽带矢量调制器使用了GaAs MMIC以提供宽的带宽和较小的体积。

参照下述与附图相结合的详细描述能够更好地理解本发明的特点和优点，在附图中相同的标号表示相同的结构元件。

图1是根据本发明原理的宽带矢量调制器第一实施例的简图；

图2是依据本发明原理的宽带矢量调制器第二实施例的简图；

图3是应用在图1和图2所示的宽带矢量调制器中的QPSK调制器的详图。

参照附图，图1是一正交调幅系统10的第一实施例的方框图，该系统依据本发明的原理应用了一个宽带矢量调制器12。宽带矢量调制器12包括一个本地振荡器11，它与多个正交相移键控(QPSK)调制器单元12a-12e相耦合，本地振荡器11向每个QPSK调制器单元12a-12e提供一周期性正弦输入，每个正交相移键控(QPSK)调制器单元12a-12e有两个施加给它的控制数字输入信号(D1,D2；D3,D4；D5,D6；D7,D8；D9,D10)，其中D1、D3、D5、D7和D9称为第一控制数字输入信号，D2、D4、D6、D8和D10称为第二控制数字输入信号，可以理解，调制器单元12a-12e的数目可以根据特殊应用的需要增加或减少。

数字输入信号(D1,D2；D3,D4；D5,D6；D7,D8；D9,D10)的状态决定了QPSK调制器12的输出为四个相位态中的哪一个。除了最后一个正交相移键控(QPSK)调制器单元12e以外，正交相移键控(QPSK)调制器单元12a-12d的输出分别与相应的多个加法装置13a-13d的输入相耦合；多个衰减器14a-14d(例如-6dB)被对应耦合到加法装置13a-13d之间以及最后一个调制器单元12e的输出与最后一个加法装置13d之间，第一个加法装置13a的输出提供了与输出连线15相耦合的模拟构象输出信号。

宽带矢量调制器12适合于在各自的两个数字输入(D)和一个本地振荡器15的控制下，求和多个正交相移键控(QPSK)调制器单元12a-12e的输出。该QPSK调制器单元12a-12e由GaAs微波单块集成电路构成，其详细描述将参照图3。

在工作过程中，数字输入信号(D1,D2；D3,D4；D5,D6；D7,D8；D9,D10)被宽带矢量调制器12转换成相位和幅度周期性变化的模拟信号(模拟构象输出信号)并被耦合到输出连线15b。宽带矢量调制器12使用多个砷化镓微波单块集成电路(GaAs MMIC)装置作为正交相移键控(QPSK)调制器单元12a-12e。本地振荡器11向每个QPSK调制单元12a-12e提供一周期正弦输入，每个QPSK调制器单元12a-12e有两个控制数字输入(D1,D2；D3,D4；D5,D6；D7,D8；D9,D10)，其状态决定了QPSK调制器12的输出为四个相态中的哪一个。然后多个QPSK调制器单元12a-12e的输出被衰减器14a-14d幅度加权并在加法装置13a-13d中求和，形成了宽带矢量调制器12的模拟输出信号。这个模拟输出信号包含一个相位和幅度交替的正弦信号构象，它有2N种可能的相位和幅度组合，其中N是数字输入信号的数目(D1,D2；D3,D4；D5,D6；D7,D8；D9,D10)，而每个QPSK调制器单元12a-12e使用了两个数字控制输入。

图2是正交调幅系统10a的第二实施例的方框图，该系统应用了一个依据本发明原理的宽带矢量调制器12’。在这个第二实施例中，宽带矢量调制器12’包括一个功率分配器16，其输入与本地振荡器11相耦合，功率分配器16的多个输出分别与相应的QPSK调制器单元12a-12e相耦合。QPSK调制器单元12a与功率组合器17直接耦合而其余的QPSK调制器单元12b-12e通过衰减器14b-14e与功率组合器17相耦合。功率组合器将来自各QPSK调制器单元12a-12e的相应信号组合起来以提供一经调制的频谱输出信号。实质上，功率组合器17取代了宽带矢量调制器12的第一实施例中的多个加法装置13a-13d，功率组合器17的输出是经调制的频谱输出信号，它构成了与输出连线相耦合的模拟构象输出信号。

图3表示了一种典型的QPSK调制单元12a的具体结构，它可以应用在图1和图2所示的宽带矢量调制器12,12’中，如图3所示，QPSK调制器单元12a-12e中的每一个由一个GaAs微波单块集成电路构成，QPSK调制器单元12a由一个90°耦合器21构成，该耦合器21的后面连有用于接收并放大来自本地振荡器11的周期正弦信号的第一输入放大器22a和第二输入放大器22b。它们的输出分别与相应的第一混合器24a和第二混合器24b的第一输入端相耦合，I和Q数据输入信号分别被相应的第一数据放大器23a和第二数据放大器23b放大并加载到相应的第一混合器24a和第二混合器24b的第二输入端上。混合器24a和24b分别将放大的本地振荡器信号与I和Q数据输入信号相乘，其相应的输出加载到加法装置25上，加法装置25为调制器单元12a提供调制输出信号。

因此，我们已详细描述了一种新的、改进的宽带矢量调制器。这种调制器使用了砷化镓集成电路并对多个正交相移键控调制器单元的输出求和，每个调制器单元由两个数字输入和一个本地振荡器控制。可以理解，以上所述的实施例只是对运用本发明原理的一些专门实施例的说明，对本领域的技术人员，做出本发明范围内的其它发明是显而易见的。

Claims (6)

1．一种宽带矢量调制器，包括：

一个本地振荡器，提供周期正弦输出信号；

多个正交相移键控(QPSK)调制器单元，分别与本地振荡器耦合以接收来自该处的周期正弦输出信号并且分别耦合以接收加载其上的第一和第二控制数字输入信号(D)，其中相应的数字输入信号(D)的状态决定该QPSK调制器的当前输出为四个相态中的哪一个；

多个加法装置，与选定调制器单元的输出相耦合，并且其中一个选定加法装置提供一个矢量调制器的模拟构象输出信号；以及

多个衰减器，耦合于选定调制器单元之间以及一个选定调制器单元的输出与一个选定加法装置之间，对来自多个QPSK调制器单元的输出信号进行幅度加权；

其中宽带矢量调制器在各自的两个数字输入信号(D)和本地振荡器控制下，求和多个正交相移键控(QPSK)调制器元件的输出以将数字输入信号(D)转换成相位和幅度周期变化的模拟信号，该信号含有矢量调制器的模拟构象输出信号。

2．如权利要求1所述的宽带矢量调制器，其特征在于，每个QPSK调制器单元由一个砷化镓微波单块集成电路构成。

3．如权利要求1所述的宽带矢量调制器，其特征在于，每个QPSK调制器单元包含一个砷化镓微波单块集成电路，它包括：

一个90°耦合器；

第一和第二输入放大器，分别与90°耦合器相耦合以接收和放大来自本地振荡器的周期正弦信号；

第一和第二数据放大器，分别接收并放大I和Q数据输入信号以提供放大的I和Q数据输入信号；

第一和第二混合器，分别与第一和第二输入放大器以及第一和第二数据放大器的输出相耦合，以将放大的本地振荡器信号与I和Q数据输入信号相乘；以及

一个加法装置，与混合器的相应输出相耦合，以产生一个调制器单元的调制输出信号。

4．一种宽带矢量调制器，包括：

一个本地振荡器，提供一个周期正弦输出信号；

一个功率分配器，有一个与本地振荡器耦合的输入和多个输出；

多个正交相移键控(QPSK)调制器单元，分别与功率分配器的多个输出相耦合，以接收来自本地振荡器的周期正弦输出信号并分别接收加载其上的第一和第二控制数字输入信号(D)；其中相应数字输入信号(D)的状态决定QPSK调制器的当前输出为四个相态中的哪一个；

多个衰减器，与选定调制器单元的输出相耦合以对来自多个调制器单元的输出信号幅度加权；以及

一个功率组合器，与QPSK调制器单元的输出相耦合，用于组合来自该处的相应输出信号，并且提供一个矢量调制器的调制频谱输出信号；

其中宽带矢量调制器在它们各自的两个数字输入(D)和一个本地振荡器的控制下，求和多个正交相移键控(QPSK)调制器单元的输出，以将数字输入信号转换成相位和幅度周期性变化的模拟信号，该信号含有矢量调制器的模拟构象输出信号。

5．如权利要求4所述的宽带矢量调制器，其特征在于：每个QPSK调制器单元由一个砷化镓微波单块集成电路构成。

6．如权利要求1所述的宽带矢量调制器，其特征在于：每个QPSK调制器单元包含一个砷化镓微波单块集成电路，它包括：

一个90°耦合器；

第一和第二输入放大器，与90°耦合器耦合以分别接收并放大来自本地振荡器的周期正弦信号；

第一和第二数据放大器，用于分别接收并放大I和Q数据输入信号以提供放大的I和Q数据输入信号；

第一和第二混合器，分别耦合于第一和第二输入放大器及第一和第二数据放大器的输出，用于将放大的本地振荡器信号与I和Q数据输入信号相乘；以及

一个加法装置，与混合器的相应输出相耦合，以产生一个调制器单元的调制输出信号。

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