專利名稱：放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及放大器，特別涉及同時使用線性放大器和非線性放大器來進(jìn)行放大的放大器。
背景技術(shù)：
用于無線通信系統(tǒng)的功率放大器被要求具有線性和高功率。尤其是在最近的多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制通信系統(tǒng)等中，要經(jīng)常處理信號幅度的平均值和最大幅度差別很大的信號。當(dāng)使用現(xiàn)有的功率放大器來放大這樣的信號時，將放大器設(shè)定在不會使信號失真并可以放大至最大幅度的工作點上。因此，在可以維持較高功率的飽和輸出附近工作的時間幾乎沒有，從而造成放大器的效率通常較低。
為了解決該問題，開發(fā)了可以維持線性并提高放大器效率的各種技術(shù)。多赫蒂放大器就是其中之一。多赫蒂放大器的基本結(jié)構(gòu)已經(jīng)為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知(參照W.H.多赫蒂(W.H.Doherty)著，“A New HighEfficiency Power Amplifier for Modulated Waves”，1936 Proc.of IRE，Vol.24，No.9，pp1163-1182；以及史蒂夫·C·克里普斯(Steve C.Gripps)著，“Advanced Techniques in RF Power Amplifiers”，Artech House 2002，pp33-56)。
另外，后述的擴(kuò)張型多赫蒂放大器也已公知(參照Youngoo Yang，Jeonghyeon Cha，Bumjae Shin and Bumman Kim著，“A Full Matched N-way Doherty Amplifier With Optimized Linearty”，IEEE Trans.MTT.Vol.51，No.3，2003年3月)。
在多赫蒂放大器中，具有在飽和輸出功率附近維持飽和并工作的放大器，從而即使在從飽和功率開始進(jìn)行功率回退并輸出時，也可以實現(xiàn)比通常的A級、AB級放大器高的功率。
圖4是現(xiàn)有的多赫蒂放大器的一個示例的構(gòu)成圖。
該圖是對日本專利文獻(xiàn)特表平10-513631號公報(參照摘要、圖6)記載的放大器進(jìn)行簡化后的圖。
參照該圖，現(xiàn)有的多赫蒂放大器具有始終進(jìn)行信號的放大工作的載波放大器21、僅在高功率輸出時工作的峰值放大器22(有時被稱為輔助放大器，在本發(fā)明中統(tǒng)稱為“峰值放大器”)、對載波放大器21和峰值放大器22的輸出進(jìn)行合成并輸出的合成器23、以及將輸入信號分配給載波放大器21一側(cè)和峰值放大器22一側(cè)的分配器24。另外，載波放大器21內(nèi)置在一個封裝25中，而峰值放大器22則內(nèi)置在與此不同的一個封裝26中。
通常將被偏置為AB級或B級的放大器用作載波放大器21。另外，峰值放大器22通常被偏置為C級來使用以在信號功率為高輸出時工作。合成載波放大器21和峰值放大器22的輸出的合成器23由變壓器或阻抗轉(zhuǎn)換器等構(gòu)成，當(dāng)處理微波頻帶等的信號時，通常由1/4波長的傳輸線路構(gòu)成。輸入的分配器24由用于使峰值放大器22和載波放大器21的輸出信號的相位關(guān)系為在合成器23的信號合成點同相合成的、1/4波長的傳輸線路或90°混合電路等構(gòu)成。
如前所述，至今為止，使用分別獨立封裝的放大元件(一個封裝的晶體管)來構(gòu)成此種多赫蒂放大器的構(gòu)成元件——載波放大器21和峰值放大器22。
作為一個示例，分別使用被稱為MRF 183(摩托羅拉股份有限公司的場效應(yīng)晶體管)的兩個MOS型FET半導(dǎo)體元件來構(gòu)成載波放大器21和峰值放大器22。
在該結(jié)構(gòu)中，由于各放大器使用收存在不同封裝中的晶體管，所以需要兩個封裝大小的晶體管的封裝面積，而這對促進(jìn)裝置的小型化不利。
另外，由于兩個放大器分開配置，所以從各放大器輸出至信號合成點的傳輸線變長，傳輸損耗增加，而這是使放大器整體的效率下降的主要原因。另外，該結(jié)構(gòu)對裝置的低成本化也不利。
另外，在作為推挽放大器或平衡放大器而構(gòu)成的A級、AB級、B級等的線性放大器中，如前所述，作為功率放大器在可以維持較高功率的飽和輸出附近工作的時間幾乎沒有。因此，通常效率較低，要求有以更高效率進(jìn)行工作的功率放大器。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種可以實現(xiàn)裝置的小型化、高效率化并可以減少傳輸損耗的放大器。
為了解決所述問題，本發(fā)明的放大器的特征在于，包括二分輸入信號的分配器、輸入來自所述分配器的一個信號的一個或多個線性放大器、輸入來自所述分配器的另一個信號的一個或多個非線性放大器、以及合成來自所述線性放大器和所述非線性放大器的輸出信號的合成器，在內(nèi)置于一個封裝中的多個晶體管中，將預(yù)定個數(shù)的晶體管的每一個作為所述線性放大器來使用，并將其他晶體管的每一個作為所述非線性放大器來使用。
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，存在內(nèi)置有兩個推挽放大器用或平衡放大器用的晶體管的封裝，在本發(fā)明中，將該封裝的一個晶體管作為線性放大器(載波放大器)而使其工作，將另一個晶體管作為非線性放大器(峰值放大器)而使其工作，由此來實現(xiàn)一個封裝結(jié)構(gòu)的多赫蒂放大器。


圖1是本發(fā)明的放大器的一個示例的構(gòu)成圖；圖2是場效應(yīng)晶體管(MRF5P21180)的外觀圖；圖3是場效應(yīng)晶體管(MRF21090)的外觀圖；圖4是現(xiàn)有的多赫蒂放大器的一個示例的構(gòu)成圖。
具體實施例方式
下面，參照附圖來說明本發(fā)明的實施例。圖1是本發(fā)明的放大器的一個示例的構(gòu)成圖。
參照該圖，本發(fā)明的放大器具有始終進(jìn)行信號的放大工作的載波放大器21、僅在高功率輸出時工作的峰值放大器22、對載波放大器21和峰值放大器22的輸出進(jìn)行合成并輸出的合成器23、以及將輸入信號分配給載波放大器21一側(cè)和峰值放大器22一側(cè)的分配器24。另外，載波放大器21和峰值放大器22內(nèi)置在一個封裝1(一個封裝的晶體管)中。該放大器將從輸入端輸入的被放大信號放大至所期望的功率。
通常將被偏置為AB級或B級的放大器用作載波放大器21。另外，峰值放大器22通常被偏置為C級來使用以在信號功率為高輸出時工作。對載波放大器21和峰值放大器22的輸出進(jìn)行結(jié)合的合成器23由變壓器或阻抗轉(zhuǎn)換器等構(gòu)成，當(dāng)處理微波頻帶等信號時，通常由1/4波長的傳輸線路構(gòu)成。輸入的分配器24由用于使峰值放大器22和載波放大器21的輸出信號的相位關(guān)系為在合成器23的信號合成點同相合成的、1/4波長的傳輸線路或90°混合電路等構(gòu)成。
另外，在圖1中，作為晶體管標(biāo)記了場效應(yīng)晶體管的符號，但是當(dāng)然不限于此，也可以由雙極晶體管等其他具有同等功能的元件構(gòu)成。另外，上述實施例中的分配器24和合成器23等的其他實施方式的例子也已公知，由于與本發(fā)明沒有直接的關(guān)聯(lián)，所以省略對其詳細(xì)說明。
現(xiàn)有的多赫蒂放大器的載波放大器和峰值放大器由分別獨立封裝的晶體管構(gòu)成。而根據(jù)本發(fā)明，可以用一個封裝的晶體管來構(gòu)成同等的放大器，因此當(dāng)構(gòu)成具有同等的飽和輸出的多赫蒂放大器時，可以實現(xiàn)封裝面積的小型化以及低成本化。
另外，眾所周知，與通常的A級、AB級等線性放大器相比，多赫蒂放大器可以獲得高效率。因此，比較使用相同的晶體管來構(gòu)成作為推挽放大器或平衡放大器的A級、AB級、B級等線性放大器的情況和本發(fā)明的多赫蒂放大器，可以獲得性能相同卻不會大型化并且效率很高的放大器。
接著，使用具體的例子來說明本發(fā)明實施例的工作。
在這里，作為一個示例，考慮用通常的多赫蒂放大器來構(gòu)成2GHz頻帶、飽和輸出為180W的放大器。在現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)中，通常對載波放大器、峰值放大器分別使用相同輸出的元件，即各放大器的輸出為90W并且作為多赫蒂放大器可以獲得180W的輸出。
此時，作為具體的90W輸出的晶體管，選擇作為優(yōu)選元件的摩托羅拉股份有限公司的被稱為MRF21090的元件，該元件在一個封裝中收存有一個場效應(yīng)晶體管。根據(jù)發(fā)明人所知，在申請本發(fā)明的時候，這是相同輸出的晶體管中非常小型化的產(chǎn)品之一。
圖2是場效應(yīng)晶體管(MRF5P21180)的外觀圖，圖3是場效應(yīng)晶體管(MRF21090)的外觀圖。
在圖2中示出了在封裝(凸緣(flange))11中具有兩個柵極12a、12b和兩個漏極13a、13b的場效應(yīng)晶體管。在圖3中示出了在封裝(凸緣)14中具有一個柵極15和一個漏極16的場效應(yīng)晶體管。
一個圖3所示的場效應(yīng)晶體管(MRF21090)，除了電極部之外的外形尺寸約為34mm×13.8mm，作為晶體管部的封裝面積，最低需要該尺寸的兩倍，約為9.4平方厘米。
另一方面，根據(jù)本發(fā)明，考慮用一個封裝的場效應(yīng)晶體管來構(gòu)成180W的多赫蒂放大器的情況。作為推挽用的在一個封裝中內(nèi)置有兩個晶體管的180W輸出的裝置，同樣采用摩托羅拉股份有限公司的場效應(yīng)晶體管MRF5P21180(參照圖2)。
此時，如該圖所示，晶體管的除了電極部以外的外形尺寸約為41mm×10mm，作為封裝面積約為4.1平方厘米。即使僅比較晶體管部，面積也已經(jīng)縮小為現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的43％以下，從而可以構(gòu)成小型化的多赫蒂放大器，另外，即使包括外圍電路，也可以縮小為現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的大致一半面積。
這樣，由于可以縮小電路封裝面積，所以尤其可以縮短對載波放大器和峰值放大器的輸出進(jìn)行合成的電路的線路長度。即，可以減少信號的傳輸損耗，并由此可以提高作為多赫蒂放大器的效率。
例如，在上述具體的示例中，當(dāng)將放大器的面積構(gòu)成為大致一半時，傳輸線路的長度可以減少7成(1/)，由此可以相應(yīng)地減少損失。例如，在上述具體的示例的情況下，2GHz頻帶可以縮短20mm左右的線路長度。這相當(dāng)于將玻璃環(huán)氧襯底的傳輸損耗減少了0.1dB左右(2％)，特別是當(dāng)要獲得180W的放大器輸出功率時，可以減少4W左右的損耗。
另外，與用A級、AB級等通常的推挽型、平衡型放大器來構(gòu)成相同的180W的放大器的情況相比，由于在本發(fā)明中將同樣的元件作為多赫蒂放大器來使用，所以可以顯著地改善放大器的效率。
接著，對其他實施例進(jìn)行說明。
本發(fā)明的其他實施例的基本結(jié)構(gòu)與上述相同，但可以構(gòu)成所謂的擴(kuò)張型多赫蒂放大器，該擴(kuò)張型多赫蒂放大器使用在一個封裝中收存有三個以上晶體管的元件，并且峰值放大器和載波放大器的功率分配比不均等。作為擴(kuò)張型多赫蒂放大器的構(gòu)成方法的一個示例，在前述文獻(xiàn)(YoungooYang)等中，記載有由共計N個的載波放大器和峰值放大器構(gòu)成的多赫蒂放大器。勿庸置疑，本發(fā)明也可以容易地應(yīng)用于該擴(kuò)張型多赫蒂放大器。并且，非常明確的是，本發(fā)明也可以容易地應(yīng)用于峰值放大器、載波放大器由多級放大器構(gòu)成的多赫蒂放大器等的變形例。
工業(yè)實用性根據(jù)本發(fā)明，由于用一個封裝的晶體管來構(gòu)成載波放大器和峰值放大器，所以可以使多赫蒂放大器小型化。
另外，由于用一個封裝的晶體管來構(gòu)成載波放大器和峰值放大器并由此實現(xiàn)小型化，所以合成載波放大器和峰值放大器的輸出的電路的傳輸損耗減少，提高了放大器的效率。
并且，由于用一個封裝的晶體管來構(gòu)成多赫蒂放大器，所以與以往的同樣是用一個封裝的晶體管來構(gòu)成A級、AB級等放大器的情況相比，可以實現(xiàn)高效率。
權(quán)利要求
1.一種放大器，其具有二分輸入信號的分配器、輸入來自所述分配器的一個信號的一個或多個線性放大器、輸入來自所述分配器的另一個信號的非線性放大器、以及合成來自所述線性放大器和所述非線性放大器的輸出信號的合成器，所述放大器的特征在于，在內(nèi)置于一個封裝的多個晶體管中，將預(yù)定個數(shù)的晶體管的每一個作為所述線性放大器來使用，并將其他的晶體管的每一個作為所述非線性放大器來使用。
2.如權(quán)利要求1所述的放大器，其特征在于，所述線性放大器為載波放大器，所述非線性放大器為峰值放大器。
3.如權(quán)利要求1或2所述的放大器，其特征在于，所述線性放大器和所述非線性放大器各為一個，在內(nèi)置于一個封裝的兩個晶體管中，將一個晶體管作為所述線性放大器來使用，將另一個作為所述非線性放大器來使用。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項所述的放大器，其特征在于，內(nèi)置于所述一個封裝的晶體管為推挽放大器用或平衡放大器用的晶體管。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項所述的放大器，其特征在于，所述分配器用于使所述線性放大器和所述非線性放大器之間的相位關(guān)系為在所述合成器的信號合成點同相合成。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項所述的放大器，其特征在于，所述分配器由1/4波長傳輸線路或90°混合電路構(gòu)成。
7.如權(quán)利要求1至6中任一項所述的放大器，其特征在于，所述合成器由變壓器、阻抗轉(zhuǎn)換器、1/4波長傳輸線路中的某一個構(gòu)成。
8.如權(quán)利要求1至7中任一項所述的放大器，其特征在于，所述放大器為多赫蒂放大器。
全文摘要
本發(fā)明的放大器包括始終進(jìn)行信號的放大工作的載波放大器、僅在高功率輸出時工作的峰值放大器、合成載波放大器和峰值放大器的輸出并輸出的合成器、以及將輸入信號分配給載波放大器一側(cè)和峰值放大器一側(cè)的分配器。其中，載波放大器和峰值放大器內(nèi)置在一個封裝(1)(一個封裝晶體管)中。
文檔編號H03F3/68GK1853343SQ200480026639
公開日2006年10月25日 申請日期2004年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月17日
發(fā)明者椎熊一實 申請人:日本電氣株式會社