專利名稱：功率放大器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及功率放大器。
背景技術：
近年來，寬帶無線系統(tǒng)正逐漸實用化，該調制解調系統(tǒng)采用利用多個載波的多載 波(包括OFDM等)方式，以實現(xiàn)頻率利用率高的系統(tǒng)。該情況下，發(fā)送信號瞬間出現(xiàn)非常大的振幅，功率放大器為保持線性失真，一般使 其輸出信號失真。為了將該失真保持在容許范圍內，需要使用具有高峰值輸出功率的功率 放大器。即，為了保持線性，必須取大的回退，這導致功率效率下降，尤其對于移動終端非常 不便(導致通話時間變得非常短)。因此，希望能夠實現(xiàn)一種從峰值功率到低功率(寬動態(tài) 范圍)，效率都不會下降的功率放大器。在使用半導體元件的功率放大器中，為了以高電源效率工作，比較有效的方法是 減少元件內部的損失。為此，一般需要以元件中產生內部損失的輸出端子中的電流和電壓 之積的時間積分減小的方式工作。為此，飽和工作比較有效，而且，眾所周知有幾種使始終 處于飽和工作的放大元件高效取出振幅被調制波的方法。飽和工作是指，使用放大器的整 個動態(tài)范圍來放大信號的工作。由于使用整個動態(tài)范圍，無疏漏地使用放大器的可工作范 圍而進行放大，因此功率效率變好。下面示出代表性的電路。LINC(LinearAmplification Using NonlinearComponents)、多赫爾蒂(Doherty)放大器以及包絡跟蹤放大器、包絡消除與恢 復(Envelope Elimination and Restoration, EER)放大器。各個放大器的概要如下。圖IA 圖IC是示出現(xiàn)有技術的代表性的功率放大器的結構的圖。1. LINC(圖1A)將2臺放大器以恒定且較大的振幅進行驅動，使它們進行飽和工 作，將輸出功率合成，并輸出。改變各個輸入的相位，從而改變輸出振幅。2.多赫爾蒂放大器(圖1B)具有由主放大器和輔放大器構成的兩臺放大器，將相 比于主放大器的輸入延遲了 λ/4的信號輸入到輔放大器，使主放大器的輸出延遲λ/4，與 輔放大器的輸出合成。通常，主放大器以A AB級工作，輔放大器以B級工作。若輸入功 率升高，則主放大器先開始飽和工作，賦予高效率。3. ET、EER(圖1C)一邊使放大器進行飽和工作，一邊使電源電壓變動，輸出得到 振幅調制信號。上述的各個現(xiàn)有技術存在如下問題。1. LINC 難以高效地將兩臺放大器的輸出合成。2.多赫爾蒂放大器各放大器的輸入/輸出的功率匹配器、輸出的功率合成器使 用損失較低的線性電路。盡管如此，各放大器的輸入輸出阻抗和從輸入至輸出的相位 振幅 傳遞特性因信號的大小而發(fā)生變化，尤其在為了提高小功率下的效率而減小偏置電流時， 該變化增大。對于在此產生的輸入輸出阻抗和從輸入至輸出的相位 振幅傳遞特性的變化， 線性的功率匹配器、輸出的功率合成器無法進行追隨，若信號功率改變，則效率下降。并且，還將小放大器和能夠輸出大功率的大放大器組合使用，該小放大器在寬功率范圍內工作，因此在低輸出功率時飽和，盡快獲得高效率。此時，在大小放大器中使用的元件尺寸大不相 同的情況下，即使輸入到大小放大器的功率相同，也很有可能會導致小放大器的元件破損。

發(fā)明內容
本發(fā)明的課題在于，提供一種功率放大器，該功率放大器是多赫爾蒂放大器，具有 防止小側放大器破損的結構。本發(fā)明的第一方面的功率放大器，其是多赫爾蒂型功率放大器，所述功率放大器 包括第一放大器；第二放大器，其與該第一放大器并聯(lián)連接，輸出功率比該第一放大器 小；以及限幅單元，其設置于該第二放大器的輸入側，在向該第二放大器輸入的輸入信號的 振幅為預定值以上的情況下，進行限幅。本發(fā)明的第二方面的功率放大器，其是多赫爾蒂型功率放大器，所述功率放大器 包括第一放大器，其在信號振幅小時，輸入阻抗與信號源的阻抗相同，隨著信號振幅增大， 輸入阻抗逐漸增大；以及第二放大器，其與該第一放大器并聯(lián)連接，且輸入阻抗與信號源的 阻抗相同。


圖IA是示出現(xiàn)有技術的代表性的功率放大器的結構的圖(之一)。圖IB是示出現(xiàn)有技術的代表性的功率放大器的結構的圖(之二)。圖IC是示出現(xiàn)有技術的代表性的功率放大器的結構的圖(之三)。圖2是示出本發(fā)明的實施方式的基本結構的圖。圖3是使用了平衡器(Balim)的合成電路。圖4示出其他實施方式。圖5A是示出其他實施方式的圖(之一)。圖5B是示出其他實施方式的圖(之二)。圖6是示出其他實施方式的圖(之三)。圖7是示出其他實施方式的圖(之四)。圖8是示出其他實施方式的圖(之五)。圖9是說明圖8的結構的工作的圖(之一)。圖IOA是說明圖8的結構的工作的圖(之二)。圖IOB是說明圖8的結構的工作的圖(之三)。圖IOC是說明圖8的結構的工作的圖(之四)。
圖11是說明圖8的結構的工作的圖(之五)。圖12是說明圖8的結構的工作的圖(之六)。
具體實施例方式圖2是示出本發(fā)明的實施方式的基本結構的圖。在多赫爾蒂型放大器中，若載波(主)放大器、峰值(輔)放大器的輸出功率的大 小比取幾倍以上(7 10倍)，則可以擴大高效率功率范圍，但是，當載波放大器側的小晶體管處于過輸入時，很有可能發(fā)生破損。在本實施方式中，對載波放大器輸入進行限幅，從而 保護放大器不因過輸入而破損。即，設置載波放大器和峰值放大器，當輸入較小時，載波放 大器工作，當輸入增大時，峰值放大器工作，若載波放大器與峰值放大器的輸出功率的大小 比增大，則由載波放大器負責的輸入功率的大小和峰值放大器負責的輸入功率的大小結合 而得的寬度擴大，所以動態(tài)范圍擴大。載波放大器12是輸出功率較小的小型放大器，峰值放大器13是輸出功率較大的 大型放大器。它們并聯(lián)連接，峰值放大器13的輸入側設置有λ/4延遲線10，載波放大器 12的輸出上設置有λ /4延遲線11。載波放大器12的輸入側設置有限幅電路14。限幅電 路14由二極管構成，施加預定電壓以上的電壓時，有電流流過，降低施加到載波放大器12 的輸入側的電壓。方向不同的二極管并聯(lián)連接，在信號振幅為大正值的情況下和為大負值 的情況下，進行限幅。限幅使用以二極管的符號表示的元件，但也可以使用很多其他的非線 性元件。圖3示出使用了平衡器的合成電路。由載波放大器12和峰值放大器13構成的多赫爾蒂電路，通常在裝配基板上設置 有由傳送線路構成的阻抗轉換器(λ/4延遲線10、11)，專有由該基板形狀(厚度、設計方 法(coplaner/microstrip-line等))、物理性質(介電常數(shù))決定的一定面積，所以產生阻 抗，尤其在用于移動設備時構成問題。在此，也可以使用平衡器對載波放大器12和峰值放 大器13的輸出進行功率合成。圖3中示出作為功率合成器的平衡器、載波放大器12、峰值 放大器13。對載波放大器12的輸入1和對峰值放大器13的輸入2是由圖2中同一信號分 支而得的，但也可以是分別生成且同步的相同信號。圖4 圖8示出其他實施方式。圖4示出為防止在進行了強力限幅的情況下產生的反射波返回到輸入端子而使 用了隔離器(Isolator) 15的例子。隔離器15設置在限幅電路14的輸入側。限幅電路14 進行強力限幅時，限幅電路14本身就等同于電容，所以產生反射波。反射波通過隔離器15 流入到地面。由此，反射波相對于輸入保持相位差進行傳遞，從而能夠避免給整個電路帶來 壞影響。圖5A中示出的例子是，替代隔離器，使用電氣長度為λ /4的線路16，且對峰值放 大器13的輸入也設置了相當?shù)木€路。λ /4的線路16可以用集成元件(由電容和電感構成 的阻抗轉換電路)替換。被限幅電路14反射的反射波在輸入到限幅電路14時，通過λ/4 的延遲線16，所以相位與輸入錯開λ/4，反射而返回到輸入方向時，再一次通過λ/4延遲 線16，所以相位共改變λ/2，與輸入抵消。即，反射波不會返回到輸入側。在此，峰值放大 器13的輸入側也設置有λ /4延遲線17是為了使輸入相位與載波放大器12側一致。圖5Β中，替代接峰值放大器13的輸入的多赫爾蒂電路中的輸入延遲線和圖5Α 中追加在峰值放大器13側的延遲線17，使用相位反轉電路(阻抗轉換電路(使相位改變 λ/2) 18，具體使用激勵放大器。圖6示出替代隔離器15而使用了放大器19的例子。放大器19具有提高信號隔 離的效果，所以可替代隔離器15來使用。圖7示出為了補償峰值放大器側的增益而使用了放大器21的例子。S卩，在載波放 大器12的輸入上設置了放大器19的圖6的結構中，載波放大器12側的放大率與峰值放大器13側不平衡，所以也在峰值放大器13側設置放大器21。圖8示出通過載波放大器12的前置放大器22的非線性(通過調整阻抗，根據輸入信號振幅的大小而改變工作)進行限幅的例子，一并記述各個最大輸出的例子。圖9 圖12是說明圖8的結構的工作的圖。圖9所示的例子中，通過放大器的輸入電路來防止載波放大器的過大功率破損 (過電壓/過電流)。圖中，“C”表示載波放大器，“P”表示峰值放大器。載波放大器和峰值 放大器的輸入上分別設置有電容器cl、c2，輸出上分別設置有電感l(wèi)ell、le21以及電容器 celUce210并且，峰值放大器的輸入側λ/4延遲線為35 Ω，載波放大器的輸出側λ/4延 遲線為30 Ω。電容cl、c2為DC模塊，cell、cel2、lell、le21為負載電路。為了更詳細地進行說明，將從信號輸入路徑的各部分觀看放大器側的阻抗示出圖 IOA 圖IOC (能夠通過簡單的匹配電路獲得該特性)。圖IOA示出載波放大器的輸入阻抗。 圖IOB示出峰值放大器的輸入阻抗。圖IOC示出將載波放大器的輸入阻抗和峰值放大器的 輸入阻抗合成的輸入阻抗。各圖的史密斯圖針對輸入功率分別為-30dBm、0dBm、10dBm，示出(順時針)2. 3 2. 7GHz的特性。如圖IOA所示，載波放大器的輸入阻抗，在輸入功率較小時，約為50Ω，能夠從 50 Ω的信號源高效地向載波放大器輸入信號。輸入信號功率增大時，輸入阻抗變得更大，從 而侵入到載波放大器的輸入路徑的信號功率的比率下降。因此，載波放大器的輸入阻抗設 計成，當輸入功率較小時，設定為信號源的阻抗程度，隨著輸入功率增大，變得比信號源的 阻抗大。另一方面，如圖IOB所示，進入到峰值放大器側的路徑的阻抗能夠與信號功率無 關地調整到與信號源阻抗相等的50 Ω左右。因此，輸入信號能夠始終高效地供給給峰值放 大器，從而即使在等級c (class-c)的偏壓以下，也能夠實現(xiàn)平滑的升高。圖IOC示出合成后的阻抗，是多赫爾蒂放大器的輸入的阻抗的一例。為_30dBm時， 阻抗最小，為OdBm、IOdBm時，隨著輸入增大，阻抗也增大。這主要是由載波放大器的輸入阻 抗引起的變動。如上所述，在信號功率增大時，降低侵入到載波放大器的信號功率的比率，從而防 止載波放大器破損，并且將該剩余信號功率分配給峰值放大器，能夠得到高功率附加效率 $(P。ut-Pin)/消耗功率。此外，如圖11所示構成多赫爾蒂放大器。載波放大器12和峰值放大器13并聯(lián)連 接，在峰值放大器的輸入側設置λ /4延遲線10，在載波放大器12的輸出側設置λ /4延遲 線11。電源24和電源25分別對來自各自放大器的交流信號成分賦予直流成分。圖12中，⑴示出載波放大器的輸入側的阻抗，(2)示出峰值放大器的輸入側的阻 抗。圖12的斯密斯圖內所示的箭頭表示峰值放大器的輸入側的延遲線ZO的入口部分的阻 抗。低、中、高的標記表示信號振幅小的情況、中等的情況、大的情況下的阻抗。在信號振幅 小的情況下，載波放大器的輸入側的阻抗小，峰值放大器側的阻抗大，所以信號主要輸入到 載波放大器。若信號振幅增大，則載波放大器的輸入阻抗也增大，峰值放大器的輸入阻抗減 小，信號主要輸入到峰值放大器。像這樣，通過調整阻抗，能夠切換信號的流向。本實施方式中，能夠在將元件尺寸之比設為7 10的同時，在大功率側的寬功率范圍內高效進行工作，并能夠防止載波放大器的過輸入，對于BS (base station,基站)、 MS (mobile station，移動站)，能夠實現(xiàn)節(jié)電、小型化、低成本、高可信度、低運行成本，對于 MS，還能夠對延長電池壽命以及電池的輕量化做出貢獻。 S卩，通過以上的實施方式，能夠提供消耗功率小、且具有高電源效率特性的寬帶微 米波 毫米波功率放大器，尤其將其用于移動機的情況下，能夠實現(xiàn)使用小型輕量的電池 長時間輸出所需RF功率的裝置。在用于固定站 基站的情況下，能夠減少消耗功率和發(fā) 熱，能夠對裝置的小型化、高信賴化、長壽命化和裝置的便利性的提高做出貢獻。
權利要求
一種多赫爾蒂型功率放大器，其特征在于包括第一放大器；第二放大器，其與該第一放大器并聯(lián)連接，輸出功率比該第一放大器?。灰约跋薹鶈卧?，其設置于該第二放大器的輸入側，在向該第二放大器輸入的輸入信號的振幅為預定值以上的情況下，進行限幅。
2.根據權利要求1所述的功率放大器，其特征在于，所述限幅單元由方向不同的二極 管并聯(lián)連接而成。
3.根據權利要求1所述的功率放大器，其特征在于，在所述第二放大器的輸入側的所 述限幅單元的前級具備隔離器。
4.根據權利要求1所述的功率放大器，其特征在于，在所述第二放大器的輸入側的所 述限幅單元的前級具備用于使信號的相位延遲X/4的X/4延遲線。
5.根據權利要求4所述的功率放大器，其特征在于，在所述第一放大器的輸入側具備 使信號的相位延遲、/4的第二 \ /4延遲線。
6.根據權利要求4所述的功率放大器，其特征在于，在所述第一放大器的輸入側，具備 激勵放大器來取代作為多赫爾蒂側功率放大器設置的延遲線。
7.根據權利要求1所述的功率放大器，其特征在于，在所述第一放大器的輸入側的所 述限幅單元的前級具備放大器。
8.根據權利要求7所述的功率放大器，其特征在于，在所述第二放大器的輸入側具備 放大器。
9.根據權利要求1所述的功率放大器，其特征在于，使用平衡器來對所述第一放大器 和第二放大器的輸出進行合成。
10.一種多赫爾蒂型功率放大器，其特征在于包括第一放大器，其在信號振幅小時，輸入阻抗與信號源的阻抗相同，隨著信號振幅增大， 輸入阻抗逐漸增大；以及第二放大器，其與該第一放大器并聯(lián)連接，且輸入阻抗與信號源的阻抗相同。
全文摘要
本發(fā)明提供功率放大器。在多赫爾蒂放大器中，為了防止在將載波放大器(12)和峰值放大器(13)的大小比設為7倍～10倍時，功率小的放大器即載波放大器(12)在信號功率大的情況下破損，設置限幅電路(14)，該限幅電路(14)在信號功率達到一定值以上時，將信號功率流入到地面。
文檔編號H03F1/07GK101836357SQ20078010127
公開日2010年9月15日 申請日期2007年11月21日 優(yōu)先權日2007年11月21日
發(fā)明者宮下工, 高野健 申請人:富士通株式會社