專利名稱：功率放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及功率放大器。
背景技術(shù)：
近年來，作為高效率的放大器而正在研究多爾蒂(Doherty)放大器。圖1是表示普通的多爾蒂放大器的結(jié)構(gòu)圖(參照非專利文獻(xiàn)1)。在圖1中，從輸入端子11輸入的信號(hào)，由輸入分配器12進(jìn)行分配。分配后的一方的信號(hào)在以A級(jí)或AB級(jí)進(jìn)行了偏置的主放大器13中被放大，并且在阻抗轉(zhuǎn)換電路14中被阻抗轉(zhuǎn)換。分配后的另一方的信號(hào)經(jīng)由λ /4線路15輸入至峰值放大器16中，并且在以B級(jí)或C級(jí)進(jìn)行了偏置的峰值放大器16中被放大。從阻抗轉(zhuǎn)換電路14及峰值放大器16輸出的信號(hào)被合成而從輸出端子17輸出。對(duì)于這種普通的多爾蒂放大器，為了追求更高的效率，必須使用高性能的高頻器件。例如，作為高性能的高頻器件，已知有GaN(氮化鎵)器件，但與世界上廣泛使用的 LDMOS(Laterally Diffused Metal OxideSemiconductor，橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體)器件相比，GaN器件的成本通常遠(yuǎn)高于LDMOS器件。因此，必須發(fā)揮高性能的器件的優(yōu)點(diǎn)并且實(shí)現(xiàn)成本降低。對(duì)此，研究僅對(duì)多爾蒂放大器的動(dòng)作點(diǎn)的效率起支配作用的主放大器使用GaN器件，而峰值放大器使用低成本器件，但不同種類的器件合成時(shí)相位特性不一致，而無法簡單地實(shí)現(xiàn)。這里，器件不同是指相位特性不一致。其結(jié)果，并行動(dòng)作的兩個(gè)放大器的相位差相對(duì)于輸出電平經(jīng)常變動(dòng)，因此輸出合成時(shí)產(chǎn)生損耗。當(dāng)兩個(gè)放大器的相位差為180度時(shí)，兩者的輸出信號(hào)相抵消，最差的情況下?lián)p壞彼此的器件。如此，對(duì)于兩個(gè)放大器的相位特性不一致的問題，例如已知在專利文獻(xiàn)1及專利文獻(xiàn)2中公開的功率放大器。專利文獻(xiàn)1中公開了在具有零偏置電流的多爾蒂功率放大器的偏置控制中，使用多爾蒂功率放大器中的功率電平的函數(shù)而穩(wěn)定維持電源增益。由此，對(duì)載波放大器(carrier amplifier)的偏置隨著向峰值放大器的偏置增大而減少，因此通過該增益變動(dòng)的減少而可減少多爾蒂功率放大器中的相互調(diào)制失真。即，可改善兩個(gè)放大器的線性，從而可消除因這些放大器的相位特性的偏差導(dǎo)致的合成損耗。此外，在專利文獻(xiàn)2中公開了移相器，該移相器調(diào)整將峰值放大器的輸出與載波放大器的輸出進(jìn)行合成的合成單元中的電長度。由此，可消除因兩個(gè)放大器的相位特性的偏差導(dǎo)致的合成損耗?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)[專利文獻(xiàn)1]日本專利特表2000-513535號(hào)公報(bào)[專利文獻(xiàn)2]日本專利特開2006-332829號(hào)公報(bào)非專利文獻(xiàn)[非專利文獻(xiàn) 1] "A New High Efficiency Power Amplifier forModulatedWaves，，，Proceedings of the Institute of Radio Engineers, Vol. 24, No. 9, pp. 1163-1182，September 193
發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解 決的問題然而，在專利文獻(xiàn)1所公開的技術(shù)中，雖然可緩和在峰值放大器開始動(dòng)作的區(qū)域中產(chǎn)生的相位的急劇旋轉(zhuǎn)而改善多爾蒂放大器的輸出信號(hào)的線性，但無法改善飽和附近的相位旋轉(zhuǎn)，因而有在飽和輸出附近產(chǎn)生合成損耗的問題。而且，在專利文獻(xiàn)2中公開的技術(shù)中，由于通過電長度使輸出阻抗一致，因此可使某個(gè)指定的輸出電平下的相位差一致而降低輸出合成損耗，但存在無法對(duì)應(yīng)因輸出電平導(dǎo)致的相位特性的變動(dòng)的問題。本發(fā)明的目的在于提供即使在主放大器和峰值放大器中使用的高頻器件的相位特性不同的情況下，也在大范圍的輸出電平下降低兩個(gè)放大器的合成損耗，并且高效率的功率放大器。解決問題的技術(shù)手段本發(fā)明的功率放大器采用的結(jié)構(gòu)包括分配單元，其分配輸入信號(hào)；第1放大單元，其將飽和區(qū)域中的相位特性的斜率為相反方向的兩個(gè)高頻器件串聯(lián)連接，并將分配后的所述輸入信號(hào)的一方放大；移相單元，其使分配后的所述輸入信號(hào)的另一方的相位延遲 λ/4 ；第2放大單元，其將與用于所述第1放大單元的兩個(gè)高頻器件為相同構(gòu)造的兩個(gè)高頻器件以與所述第1放大單元相反的順序串聯(lián)連接，并通過比所述第1放大單元低的動(dòng)作點(diǎn)放大其相位被延遲了 λ /4的所述輸入信號(hào)；轉(zhuǎn)換單元，其將通過所述第1放大單元放大了的信號(hào)的阻抗進(jìn)行轉(zhuǎn)換；以及合成單元，其將阻抗被轉(zhuǎn)換的所述信號(hào)和通過所述第2放大單元放大了的信號(hào)進(jìn)行合成。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，提供即使在主放大器和用于峰值放大器的高頻器件的相位特性不同的情況下，也能夠在大范圍的輸出電平下降低兩個(gè)放大器的合成損耗，并且高效率的功率放大器。


圖1是普通的多爾蒂放大器的結(jié)構(gòu)圖。圖2是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1的多爾蒂放大器的結(jié)構(gòu)的圖。圖3是表示對(duì)應(yīng)主放大器前級(jí)的功率放大器的輸出電平的相位變動(dòng)的特性曲線。圖4是表示對(duì)應(yīng)主放大器后級(jí)的功率放大器的輸出電平的相位變動(dòng)的特性曲線。圖5是表示對(duì)應(yīng)主放大器的輸出電平的相位變動(dòng)的特性曲線。圖6是表示對(duì)應(yīng)峰值放大器前級(jí)的功率放大器的輸出電平的相位變動(dòng)的特性曲線。圖7是表示對(duì)應(yīng)峰值放大器后級(jí)的功率放大器的輸出電平的相位變動(dòng)的特性曲線。圖8是表示對(duì)應(yīng)峰值放大器的輸出電平的相位變動(dòng)的特性曲線。
圖9是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2的多爾蒂放大器的結(jié)構(gòu)的圖。圖10是表示本發(fā)明的實(shí)施方式3的多爾蒂放大器的結(jié)構(gòu)的圖。
具體實(shí)施例方式以 下，參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式。(實(shí)施方式1)圖2是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1的多爾蒂放大器100的結(jié)構(gòu)的圖。圖2中，輸入分配器102分配從輸入端子101輸入的信號(hào)，將分配后的信號(hào)的一方輸出到功率放大器103， 將分配后的信號(hào)的另一方輸出到λ/4移相電路106。功率放大器103是使用了 LDMOS器件的AB級(jí)功率放大器，將由輸入分配器102分配后的信號(hào)放大并輸出到功率放大器104。功率放大器104是使用GaN器件的AB級(jí)功率放大器，將從功率放大器103輸出的信號(hào)放大并輸出到阻抗轉(zhuǎn)換電路105。此外，功率放大器103及104串聯(lián)連接，形成作為第 1放大單元的主放大器。而且，功率放大器103也稱為主放大器中的前級(jí)的功率放大器或前置放大器，功率放大器104也稱為主放大器中的后級(jí)的功率放大器。阻抗轉(zhuǎn)換電路105將從功率放大器104輸出的信號(hào)的阻抗進(jìn)行轉(zhuǎn)換并輸出到合成電路109。λ /4移相電路106使由輸入分配器102分配后的信號(hào)的相位延遲90度(λ /4)， 并將其輸出到功率放大器107。功率放大器107是使用GaN器件的C級(jí)功率放大器，將從λ /4移相電路106輸出的信號(hào)放大并輸出到功率放大器108。功率放大器108是使用了 LDMOS器件的C級(jí)功率放大器，將從功率放大器107輸出的信號(hào)放大并輸出到合成電路109。此外，功率放大器107及108串聯(lián)連接，形成作為第 2放大單元的峰值放大器。而且，功率放大器107也稱為峰值放大器中的前級(jí)的功率放大器或前置放大器，功率放大器108也稱為峰值放大器中的后級(jí)的功率放大器。合成電路109將從阻抗轉(zhuǎn)換電路105輸出的信號(hào)與從功率放大器108輸出的信號(hào)進(jìn)行合成并經(jīng)由輸出端子110輸出。這里，說明功率放大器的相位特性。圖3是表示對(duì)應(yīng)功率放大器103的輸出電平的相位變動(dòng)的特性曲線，圖4是表示對(duì)應(yīng)功率放大器104的輸出電平的相位變動(dòng)的特性曲線。而且，圖5是表示對(duì)應(yīng)包含功率放大器103及104的主放大器的輸出電平的相位變動(dòng)的特性曲線。此外，圖6是表示對(duì)應(yīng)功率放大器107的輸出電平的相位變動(dòng)的特性曲線，圖7是表示對(duì)應(yīng)功率放大器108的輸出電平的相位變動(dòng)的特性曲線。此外，圖8是表示對(duì)應(yīng)由功率放大器107及108構(gòu)成的峰值放大器的輸出電平的相位變動(dòng)的特性曲線。在這些圖3 圖8中，以虛線包圍的區(qū)域表示飽和區(qū)域。在多爾蒂放大器中，前提是根據(jù)調(diào)制信號(hào)進(jìn)行動(dòng)作，重要的不是最大輸出時(shí)所獲得的最大效率，而是某個(gè)指定的 OBO(Output power Back Off，輸出功率回退)時(shí)的動(dòng)作效率，將對(duì)其整體特性具有重要意義的區(qū)域示作飽和區(qū)域。下面，說明圖2所示的多爾蒂放大器100的動(dòng)作原理。對(duì)應(yīng)高頻器件的飽和區(qū)域中的輸出電平的相位特性是器件所固有的特性，無法以器件的偏置電壓或輸入輸出的匹配電路進(jìn)行調(diào)整。該固有的相位特性當(dāng)然存在，但只要器件相同，則即使在功率等級(jí)不同的器件中也具有相同的傾向。例如，不論在哪一種功率等級(jí)的器件中，如果是GaN器件，則飽和區(qū)域的相位變動(dòng)存在成為正斜率的傾向(參照?qǐng)D4及圖6)，但如果是LDMOS器件，則存在成為負(fù)斜率的傾向(參照?qǐng)D3及圖7)。而且，多個(gè)器件串聯(lián)連接的輸出的相位特性成為將各器件的相位特性相加所得的特性。由此，如圖2所示，例如，當(dāng)最終級(jí)使用了 GaN器件時(shí)，在前置放大器上連接LDMOS器件，當(dāng)最終級(jí)使用了 LDMOS器件時(shí)，在前置放大器上連接GaN器件，由此可使飽和區(qū)域附近的由功率放大器103及104組成的主放大器的相位特性和由功率放大器107及108組成的峰值放大器的相位特性一致(參照?qǐng)D5及圖8)。這樣，多爾蒂放大器100是將飽和區(qū)域中的相位特性的斜率為相反方向的兩個(gè)AB 級(jí)高頻器件即GaN器件與LDMOS器件串聯(lián)連接而形成主放大器，將與用于主放大器的兩個(gè)高頻器件為相同構(gòu)造的C級(jí)GaN器件和LDMOS器件以與主放大器不同的順序串聯(lián)連接而形成峰值放大器。這樣，根據(jù)實(shí)施方式1，在主放大器中使用如GaN器件那樣的高價(jià)的高性能器件， 在峰值放大器中使用廉價(jià)的高頻器件，并且在各放大器中將具有與其他放大器中所使用的器件的相位特性相同的相位特性的器件串聯(lián)連接，使主放大器和峰值放大器的相位特性一致，由此可以在大范圍的輸出電平下降低兩個(gè)放大器的合成損耗，從而實(shí)現(xiàn)高效率的多爾蒂放大器。此外，圖2中作為參考例表示了基于GaN器件和LDMOS器件的結(jié)構(gòu)，但即使是將相位特性不同的器件組合的所有多爾蒂放大器的結(jié)構(gòu)，也能夠獲得同樣的效果。

(實(shí)施方式2)圖9是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2的多爾蒂放大器200的結(jié)構(gòu)的圖。圖9與圖2的不同之處在于，追加了輸入電平檢測單元201、控制單元202及可變衰減器203。輸入電平檢測單元201對(duì)從輸入端子101輸入的信號(hào)的電平進(jìn)行檢測并將檢測到的電平(輸入電平)輸出到控制單元202中。此外，輸入電平檢測單元201例如可使用定向耦合器、熱傳感器、檢波電路等能夠檢測輸入電平的大小的結(jié)構(gòu)。控制單元202根據(jù)從輸入電平檢測單元201輸出的輸入電平而控制后述的可變衰減器203?？勺兯p器203設(shè)置在峰值放大器的功率放大器107與功率放大器108之間，根據(jù)控制單元202的控制，使從功率放大器107輸出的信號(hào)的功率衰減，并將功率被衰減的信號(hào)輸出到功率放大器108。由此，能夠使用于進(jìn)行功率放大器107的相位特性和功率放大器108的相位特性的相加的區(qū)域可變，因此可控制進(jìn)行相加的特性曲線的斜率，并且可更高精度地使主放大器與峰值放大器的相位特性一致。由此，可實(shí)現(xiàn)更高效率的多爾蒂放大器。這樣，根據(jù)實(shí)施方式2，通過基于輸入信號(hào)的輸入電平使峰值放大器中的前級(jí)的功率放大器的輸出功率衰減，而能夠使用于進(jìn)行前級(jí)的功率放大器的相位特性和后級(jí)的功率放大器的相位特性的相加的區(qū)域可變，因此可控制進(jìn)行相加的特性曲線的斜率，并且可更高精度地使主放大器與峰值放大器的相位特性一致。其結(jié)果，可進(jìn)一步降低兩個(gè)放大器的合成損耗，從而實(shí)現(xiàn)更高效率的多爾蒂放大器。(實(shí)施方式3) 圖10是表示本發(fā)明的實(shí)施方式3的多爾蒂放大器300的結(jié)構(gòu)的圖。圖10與圖9 的不同之處在于，追加了可變衰減器301?？勺兯p器301設(shè)置在主放大器的功率放大器103和功率放大器104之間，根據(jù)控制單元202的控制，使從功率放大器103輸出的信號(hào)的功率衰減，并且將使功率衰減的信號(hào)輸出到功率放大器104中。由此，能夠使用于進(jìn)行功率放大器103的相位特性和功率放大器104的相位特性的相加的區(qū)域可變，因此可控制進(jìn)行相加的特性曲線的斜率，并且可更高精度地使主放大器和峰值放大器的相位特性一致。由此，可實(shí)現(xiàn)更高效率的多爾蒂放大器。如此，根據(jù)實(shí)施方式3，通過基于輸入信號(hào)的輸入電平，使主放大器及峰值放大器中的功率放大器的輸出功率衰減，從而能夠使用于進(jìn)行前級(jí)的功率放大器的相位特性和后級(jí)的功率放大器的相位特性的相加的區(qū)域可變，因此可控制進(jìn)行相加的特性曲線的斜率， 并且可更高精度地使主放大器與峰值放大器的相位特性一致。其結(jié)果，可進(jìn)一步降低兩個(gè)放大器的合成損耗，從而實(shí)現(xiàn)更高效率的多爾蒂放大器。2009年4月28日提交的特愿第2009-109485號(hào)的日本專利申請(qǐng)所包含的說明書、 附圖和說明書摘要的公開內(nèi)容全部引用于本申請(qǐng)。產(chǎn)業(yè)上的可利用性本發(fā)明的功率放大器能夠適用于例如無線通信裝置、數(shù)字電視發(fā)送器等。
權(quán)利要求
1.功率放大器，包括 分配單元，其分配輸入信號(hào)；第1放大單元，其將飽和區(qū)域中的相位特性的斜率為相反方向的兩個(gè)高頻器件串聯(lián)連接，并將分配后的所述輸入信號(hào)的一方放大；移相單元，其使分配后的所述輸入信號(hào)的另一方的相位延遲λ/4 ； 第2放大單元，其將與用于所述第1放大單元的2個(gè)高頻器件為相同構(gòu)造的2個(gè)高頻器件以與所述第1放大單元相反的順序串聯(lián)連接，并通過比所述第1放大單元低的動(dòng)作點(diǎn)放大其相位被延遲了 λ /4的所述輸入信號(hào)；轉(zhuǎn)換單元，其將通過所述第1放大單元放大了的信號(hào)的阻抗進(jìn)行轉(zhuǎn)換；以及合成單元，其將阻抗被轉(zhuǎn)換的所述信號(hào)和通過所述第2放大單元放大了的信號(hào)進(jìn)行合成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率放大器，還包括輸入電平檢測單元，其對(duì)所述輸入信號(hào)的輸入電平進(jìn)行檢測；以及第1可變衰減單元，其連接在所述第2放大單元中的兩個(gè)高頻器件之間，且根據(jù)檢測到的所述輸入電平使從高頻器件輸出的信號(hào)的功率衰減。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的功率放大器，還包括第2可變衰減單元，該第2可變衰減單元連接在所述第1放大單元中的兩個(gè)高頻器件之間，根據(jù)檢測到的所述輸入電平，使從高頻器件輸出的信號(hào)的功率衰減。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率放大器， 所述高頻器件為氮化鎵器件。
全文摘要
本發(fā)明公開了即使在主放大器和峰值放大器中使用的高頻器件的相位特性不同的情況下，也在大范圍的輸出電平下降低兩個(gè)放大器的合成損耗，并且高效率的功率放大器。使用LDMOS器件的AB級(jí)功率放大器(103)將分配后的輸入信號(hào)放大，使用GaN器件的AB級(jí)功率放大器(104)將從功率放大器(103)輸出的信號(hào)放大。此外，使用GaN器件的C級(jí)功率放大器(107)將延遲了λ/4的輸入信號(hào)放大，使用LDMOS器件的C級(jí)功率放大器(108)將從功率放大器(107)輸出的信號(hào)放大。合成電路(109)將通過功率放大器(104)放大且通過阻抗轉(zhuǎn)換電路(105)進(jìn)行了阻抗轉(zhuǎn)換的信號(hào)和通過功率放大器(108)放大了的信號(hào)進(jìn)行合成。
文檔編號(hào)H03F1/07GK102414982SQ201080018509
公開日2012年4月11日 申請(qǐng)日期2010年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月28日
發(fā)明者內(nèi)山和弘 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社