行波放大器中用于減輕直流(dc)偏置電感器自諧振效應(yīng)的錐形衰減器網(wǎng)絡(luò)的制作方法
【專利摘要】本文描述的主題包括行波放大器，其具有用于減輕DC偏置電感器自諧振效應(yīng)的錐形衰減器網(wǎng)絡(luò)。一個示例性的放大器包括多個增益級，其連接在梯形網(wǎng)絡(luò)中，用于連續(xù)放大由輸入信號引起的前向行波以產(chǎn)生輸出信號。該放大器進(jìn)一步包括后端，其耦接至增益級，用于吸收由來自增益級和放大器輸出的反射產(chǎn)生的后向行波。該放大器進(jìn)一步包括感性DC偏置電路，其在后端附近耦接至增益級，用于為增益級提供DC偏置。該放大器進(jìn)一步包括錐形多段頻率選擇衰減器網(wǎng)絡(luò)，其連接在DC偏置電路與增益級中的第一個之間，用于減小輸出信號上的感性DC偏置電路的自諧振效應(yīng)。
【專利說明】行波放大器中用于減輕直流(DC)偏置電感器自諧振效應(yīng)的錐形衰減器網(wǎng)絡(luò)
[0001]優(yōu)先權(quán)聲明
[0002]本申請要求美國專利申請序列號為13/436,802的權(quán)益，該專利申請?zhí)峤挥?012年3月30日；其公開的全部內(nèi)容通過引用的方式合并入本文。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本文公開的主題涉及行波放大器。更具體地，本文公開的主題涉及行波放大器中用于減輕直流(DC)偏置電感器自諧振效應(yīng)的錐形衰減器網(wǎng)絡(luò)。

【背景技術(shù)】
[0004]寬帶放大器需要DC偏置，該DC偏置將在寬帶放大器的整個操作頻率范圍上有效操作。一些寬帶放大器，譬如用在電信交換網(wǎng)絡(luò)中的行波放大器，需要從千赫茲范圍至數(shù)十或數(shù)百吉赫茲范圍操作。一些寬帶放大器使用偏置電阻器和電流源來為放大器提供DC偏置。使用偏置電阻器和電流源的一個問題是穿過電阻器的電流導(dǎo)致與電流的平方和電阻器的阻值成比例的阻性功率損失，降低了放大器的功率效率。
[0005]因為功率效率是寬帶放大器的關(guān)鍵設(shè)計約束，所以使用電阻器和電流源設(shè)計的DC偏置電路不是最佳的。最高效的寬帶放大器使用基于電感器的偏置扼流圈(choke)。基于電感器的偏置扼流圈由電壓源和電感器組成。理想地，電感器應(yīng)當(dāng)表現(xiàn)為對直流短路，以允許DC偏置電流在沒有高阻性損耗的情況下到達(dá)放大器。電感器應(yīng)當(dāng)表現(xiàn)為在放大器的操作頻率范圍上對交流(AC)信號的非常高的阻抗，使得電感器的阻抗不會對放大器的操作產(chǎn)生負(fù)面影響。例如，電感器繞組之間的電容引起電感器在其自諧振頻率處自諧振。如果DC偏置電感器的自諧振頻率在放大器的操作頻率范圍內(nèi)，則DC偏置電路將在諧振頻率處表現(xiàn)出對地短路。寬帶放大器的DC偏置電路中的對地短路改變了從放大器的輸出端子看進(jìn)去的阻抗，并且對其操作有負(fù)面影響。
[0006]在寬頻率范圍上操作的一種類型的電感器偏置扼流圈需要大的、昂貴的、圓錐形繞制鐵氧體磁芯，以呈現(xiàn)減小由繞組的寄生電容導(dǎo)致的自諧振的大的感性阻抗。所需的呈現(xiàn)合適阻抗的錐形繞制鐵氧體磁芯電感器增加了寬帶放大器的成本。
[0007]據(jù)此，存在對于具有用于減輕偏置電感器自諧振效應(yīng)的錐形衰減網(wǎng)絡(luò)的寬帶放大器的需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本文描述的主題包括行波放大器，其具有用于減輕DC偏置電感器自諧振效應(yīng)的錐形衰減器網(wǎng)絡(luò)。一個示例性的放大器包括多個增益級，其連接在梯形網(wǎng)絡(luò)中，用于連續(xù)放大由輸入信號引起的前向行波以產(chǎn)生輸出信號。該放大器進(jìn)一步包括后端(backterminat1n),其I禹接至增益級,用于吸收由來自增益級和放大器輸出的反射產(chǎn)生的后向行波。該放大器進(jìn)一步包括感性DC偏置電路，其耦接在增益級和后端之間，用于為增益級提供DC偏置。該放大器進(jìn)一步包括錐形多段頻率選擇衰減器網(wǎng)絡(luò)，其連接在DC偏置電路與增益級中的第一個之間，用于減小輸出信號上的感性DC偏置電路的自諧振效應(yīng)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]現(xiàn)在將參考附圖對本文描述的主題進(jìn)行闡釋，其中:
[0010]圖1是示出了在放大器輸出端子具有基于電感器的DC偏置電路的六級行波放大器的示例性拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的視圖；
[0011]圖2是具有適合與本文描述的主題的實施例一起使用的后端和在后端處的基于電感器的DC偏置電路的行波放大器的視圖；
[0012]圖3是根據(jù)本文描述的主題的實施例的具有后端、在后端處的基于電感器的DC偏置電路和錐形多段衰減器網(wǎng)絡(luò)的行波放大器的視圖；
[0013]圖4是示出了根據(jù)本文描述的主題的實施例的行波放大器的后端、基于電感器的DC偏置電路和錐形多段衰減器網(wǎng)絡(luò)的視圖；
[0014]圖5A是示出了 π (Pi)衰減器沒計的視圖，并且圖5Β是使用根據(jù)本文描述的主題的實施例的η設(shè)計的錐形多段衰減器網(wǎng)絡(luò)的段的視圖；
[0015]圖6Α是示出了 T (Tee)衰減器設(shè)計的視圖，并且圖6Β是合并根據(jù)本文描述的主題的實施例的T設(shè)計的錐形多段衰減器網(wǎng)絡(luò)的段的視圖；
[0016]圖7是示出了每一段均合并了根據(jù)本文描述的主題的實施例的π設(shè)計的錐形多段頻率選擇衰減器網(wǎng)絡(luò)的視圖；
[0017]圖8是每一段均合并了根據(jù)本文描述的主題的實施例的T設(shè)計的錐形多段頻率選擇衰減器網(wǎng)絡(luò)的視圖。

【具體實施方式】
[0018]本文描述的主題包括行波放大器，其具有用于減輕DC偏置電感器自諧振效應(yīng)的錐形多段衰減器網(wǎng)絡(luò)。圖1是示出了在放大器輸出端子具有基于電感器的DC偏置電路的示例性行波放大器的視圖。在圖1中,放大器100包括連接在梯形網(wǎng)絡(luò)中的多個增益級102。每個增益級102可以是單個的晶體管放大器，譬如單個MOSFET放大器。在替代性的實施方案中，每個增益級102可以包括多個晶體管。在示出的實例中，放大器100包括位于輸出端子的感性DC偏置電路104。偏置電路104包括電感器106和DC電壓源108。偏置電路104為組成增益級102的晶體管提供DC偏置。放大器100還包括后端110，以吸收來自增益級102和來自放大器輸出端子的反射。后端110包括電阻112和電容器114。
[0019]在操作中，放大器100在增益級102當(dāng)中的第一個處接收輸入信號，并且由輸入信號產(chǎn)生的前向行波在每一個連續(xù)的增益級處被放大，以在輸出端子產(chǎn)生放大的輸出電壓。反射波由后端110吸收。
[0020]圖1不出的設(shè)計的改良在圖2中不出，其中感性DC偏直電路104位于后端。將感性DC偏置電路104定位在后端110處允許電感器106的自諧振效應(yīng)被感性DC偏置電路104與輸出端子之間的線路的傳輸線路特性所掩蓋(mask)。然而，甚至這種設(shè)計在常規(guī)上使用高電感圓錐繞制電感器而被實施，以在期望的頻率范圍上操作。如上所述，使用該類電感器由于其增加了放大器的成本是不合乎需要的。
[0021]為允許廉價的片外電感器用在DC偏置電路中，根據(jù)本文描述的主題的實施例的行波放大器可以包括位于第一個增益級102與后端110之間的片上(即，在與行波放大器100除了 DC偏置電路104之外的其余部件相同的芯片上實現(xiàn))多段錐形衰減器網(wǎng)絡(luò)。圖3是示出了根據(jù)本文描述的主題的實施例的具有錐形多段錐形衰減器網(wǎng)絡(luò)的示例性行波放大器的視圖。在圖3中，感性DC偏置電路104位于后端110處，如圖2所示。為掩蓋由電感器106引起的自諧振效應(yīng)，錐形多段衰減器網(wǎng)絡(luò)300耦接在DC偏置電路106與增益級102之間。錐形衰減器網(wǎng)絡(luò)300可以包括不同電感的連續(xù)段，每一段掩蓋或減輕前一段的自諧振。例如，更靠近DC偏置電路104的電感可以比錐形衰減器網(wǎng)絡(luò)300中遠(yuǎn)離DC偏置電路104的級的電感更大。因此，多段錐形衰減器網(wǎng)絡(luò)300的段可以模仿由錐形的圓錐形繞制鐵氧體磁芯制成的電感器的設(shè)計，其被定位為使得更大的線圈更加靠近電感器106。
[0022]圖4是示出了由錐形多段衰減器網(wǎng)絡(luò)300引起的行波放大器中的阻抗匹配方面的改進(jìn)的示意圖。在圖4中，rtOT是從后端看進(jìn)去得到的阻抗，rind是從電感器106和后端的組合看進(jìn)去得到的阻抗，并且ΓΤΑΝ是從錐形多段衰減器網(wǎng)絡(luò)300看進(jìn)去得到的阻抗。錐形多段衰減器網(wǎng)絡(luò)300優(yōu)選地以低損耗通過來自DC電壓源108的DC電流。錐形多段衰減器網(wǎng)絡(luò)300還必須具有超過放大器100操作頻率范圍的阻抗。該阻抗應(yīng)當(dāng)類似于后端110的阻抗。從錐形多段衰減器網(wǎng)絡(luò)300看進(jìn)去的反射波必須通過網(wǎng)絡(luò)300兩次，如通過圖4中u型箭頭所指示的那樣。據(jù)此，反射波具有由如以下方程I所示的衰減的平方衰減的量級。
[0023]Γ ΤΑΝ — (S21tan)女 Γ ind (I)
[0024]在一個實施例中，錐形多段衰減器網(wǎng)絡(luò)300的結(jié)構(gòu)可以類似于如圖5A和5B所示的^衰減器的結(jié)構(gòu)。在方程I中，S21是錐形多級衰減器網(wǎng)絡(luò)300的阻抗大小。如圖5B所示，為了是頻率可選的，η衰減器可以具有串聯(lián)電感Ls和串聯(lián)電阻Rs，其連接在具有第一和第二組分路電容Cg和分路電阻Rg的π配置中。下面示出的方程2和3展示了 π衰減器的阻抗。
[0025]S21 = (Rg-Z0)/(Rg+Z0)⑵
[0026]Rs = 4 * Rg * Z0/ ( (Z0-Rg) * (Z0+RG) (3)
[0027]在方程2和3中，Ztl是傳輸線路的特性阻抗。如果以下所示的方程4中所述的條件滿足，則阻抗匹配對頻率選擇衰減器來說仍然能夠在數(shù)學(xué)上是最優(yōu)的。
[0028]Rs/Ls = I/(Rg * Cg)(4)
[0029]本文描述的主題不限于錐形多段衰減器網(wǎng)絡(luò)300的每一段均使用π衰減器。在替代性的實施方案中，T設(shè)計可以用于每一段。圖6Α示出了示例性的阻性T衰減器，并且圖6Β示出了根據(jù)本文描述的主題的實施例的適合用作錐形多段衰減器網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中的一段的示例性的頻率選擇T衰減器。參考圖6Β，T衰減器的每一段均包括連接在具有分路電容Cg和分路電阻Rg的T型配置中的串聯(lián)電感Ls和串聯(lián)電阻Rs。
[0030]圖7示出了基于根據(jù)本文描述的主題的實施例的π設(shè)計的錐形多段頻率選擇衰減器。在圖7中，I級的電感可以大于2級的電感，等等，使得N級的電感大于Ν+1級的電感，其中N是整數(shù)，并且更小值的N更加靠近DC偏置電感器。使如圖7所示的衰減器成錐形模擬圓錐形繞制鐵氧體的設(shè)計。每級掩蓋先前級的自諧振。
[0031]圖8示出了示例性的錐形多段衰減器網(wǎng)絡(luò)，其中每一段基于根據(jù)本文描述的主題的實施例的T設(shè)計。在圖8中，第N級的電感可以比N+1級的電感更大，其中更小值的N位于更加靠近DC偏置電感器的位置。
[0032]如上所述，使用錐形多段衰減器網(wǎng)絡(luò)，本文描述的主題允許低質(zhì)量的電感器(即，可能在放大器的操作頻率范圍內(nèi)具有寄生電容的電感器)用在DC偏置電路中。此外，錐形多段衰減器網(wǎng)絡(luò)300可以全部由無源部件(即，電阻器、電感器和電容器)構(gòu)成。然而，如與上所述的無源元件組合使用有源元件，或使用模擬如上所述的無源元件的行為的有源元件，均意圖在本文公開的主題的實施例的范圍之內(nèi)。
[0033]應(yīng)當(dāng)理解，本公開主題的各種細(xì)節(jié)可以在不脫離本公開主題的范圍的情況下做出改變。此外，先前的描述僅用于說明目的，并非出于限定的目的。
【權(quán)利要求】
1.一種行波放大器，具有用于減輕直流(DC)偏置電感器自諧振效應(yīng)的錐形衰減器網(wǎng)絡(luò)，該行波放大器包含: 連接在梯形網(wǎng)絡(luò)中的多個增益級，用于連續(xù)放大由輸入信號引起的前向行波以產(chǎn)生輸出信號； 耦接至增益級的后端，用于吸收來自增益級和放大器輸出的反射所產(chǎn)生的后向行波； 在后端附近耦接至增益級的感性直流(DC)偏置電路，用于為增益級提供DC偏置；以及 連接在感性DC偏置電流與增益級中的第一個增益級之間的錐形多段頻率選擇衰減器網(wǎng)絡(luò)，用于減小輸出信號上的感性DC偏置電路的自諧振效應(yīng)。
2.如權(quán)利要求1所述的放大器，其中錐形多段頻率選擇衰減器網(wǎng)絡(luò)包括N段，N是至少為2的整數(shù)，第N段比第N+1段更加靠近感性DC偏置電路，并且第N段具有大于第N+1段的電感。
3.如權(quán)利要求1所述的放大器，其中錐形多段頻率選擇衰減器網(wǎng)絡(luò)的每一段包括串聯(lián)電阻和串聯(lián)電感，所述串聯(lián)電阻和串聯(lián)電感連接在具有第一分路電阻與第一分路電容以及第二分路電阻與第二分路電容的π配置中。
4.如權(quán)利要求1所述的放大器，其中錐形多段頻率選擇衰減器網(wǎng)絡(luò)的每一段包括串聯(lián)電阻和串聯(lián)電感，所述串聯(lián)電阻和串聯(lián)電感連接在具有分路電阻和分路電容的T配置中。
5.如權(quán)利要求1所述的放大器，其中錐形多段頻率選擇衰減器網(wǎng)絡(luò)完全由無源部件構(gòu)成。
6.一種錐形多段衰減器網(wǎng)絡(luò)，用于減小基于電感器的直流(DC)偏置電路的自諧振效應(yīng)，該網(wǎng)絡(luò)包含: N個衰減器段，N是至少為2的整數(shù)，第N段連接至第(Ν+1)段，N段中的每一段包括串聯(lián)電阻、串聯(lián)電感、第一分路電阻和第一分路電容； 其中N個衰減器段中的第一個被配置為連接至基于電感器的DC偏置電路，并且N個衰減器段中的最后一個被配置為連接至行波放大器的增益級；以及 其中每個第N段的電感大于每個第(Ν+1)段的電感。
7.如權(quán)利要求6所述的衰減器網(wǎng)絡(luò)，其中每一段的串聯(lián)電阻和串聯(lián)電感連接在具有第一分路電阻與第一分路電容以及第二分路電阻與第二分路電容的η配置中。
8.如權(quán)利要求6所述的衰減器網(wǎng)絡(luò)，其中每一段的串聯(lián)電感和串聯(lián)電阻連接至T型配置中的第一分路電阻和第一分路電容。
9.如權(quán)利要求6所述的衰減器網(wǎng)絡(luò)，其中衰減器段中的每一段僅包含無源電路元件。
10.如權(quán)利要求6所述的衰減器網(wǎng)絡(luò)，包含芯片，其中N段中的每一段是片上部件。
【文檔編號】H03F3/60GK104205627SQ201280071963
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2012年6月26日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月30日
【發(fā)明者】J·W·梅耶, J·奧爾 申請人:森特拉克斯股份有限公司