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CN1853343B - 放大器 - Google Patents

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Abstract

本发明的放大器包括：始终进行信号的放大工作的载波放大器、仅在高功率输出时工作的峰值放大器、合成载波放大器和峰值放大器的输出并输出的合成器、以及将输入信号分配给载波放大器一侧和峰值放大器一侧的分配器。其中，载波放大器和峰值放大器内置在一个封装(1)(一个封装晶体管)中。

Description

放大器
技术领域
本发明涉及放大器，特别涉及同时使用线性放大器和非线性放大器来进行放大的放大器。
背景技术
用于无线通信系统的功率放大器被要求具有线性和高功率。尤其是在最近的多进制数字调制通信系统等中，要经常处理信号幅度的平均值和最大幅度差别很大的信号。当使用现有的功率放大器来放大这样的信号时，将放大器设定在不会使信号失真并可以放大至最大幅度的工作点上。因此，在可以维持较高功率的饱和输出附近工作的时间几乎没有，从而造成放大器的效率通常较低。
为了解决该问题，开发了可以维持线性并提高放大器效率的各种技术。多赫蒂放大器就是其中之一。多赫蒂放大器的基本结构已经为本领域技术人员所公知(参照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，ppl 163-1182；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，后述的扩张型多赫蒂放大器也已公知(参照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，具有在饱和输出功率附近维持饱和并工作的放大器，从而即使在从饱和功率开始进行功率回退并输出时，也可以实现比通常的A级、AB级放大器高的功率。
图4是现有的多赫蒂放大器的一个示例的构成图。
该图是对日本专利文献特表平10-513631号公报(参照摘要、图6)记载的放大器进行简化后的图。
参照该图，现有的多赫蒂放大器具有：始终进行信号的放大工作的载波放大器21、仅在高功率输出时工作的峰值放大器22(有时被称为辅助放大器，在本发明中统称为“峰值放大器”)、对载波放大器21和峰值放大器22的输出进行合成并输出的合成器23、以及将输入信号分配给载波放大器21一侧和峰值放大器22一侧的分配器24。另外，载波放大器21内置在一个封装25中，而峰值放大器22则内置在与此不同的一个封装26中。
通常将被偏置为AB级或B级的放大器用作载波放大器21。另外，峰值放大器22通常被偏置为C级来使用以在信号功率为高输出时工作。合成载波放大器21和峰值放大器22的输出的合成器23由变压器或阻抗转换器等构成，当处理微波频带等的信号时，通常由1/4波长的传输线路构成。输入的分配器24由用于使峰值放大器22和载波放大器21的输出信号的相位关系为在合成器23的信号合成点同相合成的、1/4波长的传输线路或90°混合电路等构成。
如前所述，至今为止，使用分别独立封装的放大元件(一个封装的晶体管)来构成此种多赫蒂放大器的构成元件——载波放大器21和峰值放大器22。
作为一个示例，分别使用被称为MRF 183(摩托罗拉股份有限公司的场效应晶体管)的两个MOS型FET半导体元件来构成载波放大器21和峰值放大器22。
在该结构中，由于各放大器使用收存在不同封装中的晶体管，所以需要两个封装大小的晶体管的封装面积，而这对促进装置的小型化不利。
另外，由于两个放大器分开配置，所以从各放大器输出至信号合成点的传输线变长，传输损耗增加，而这是使放大器整体的效率下降的主要原因。另外，该结构对装置的低成本化也不利。
另外，在作为推挽放大器或平衡放大器而构成的A级、AB级、B级等的线性放大器中，如前所述，作为功率放大器在可以维持较高功率的饱和输出附近工作的时间几乎没有。因此，通常效率较低，要求有以更高效率进行工作的功率放大器。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种可以实现装置的小型化、高效率化并可以减少传输损耗的放大器。
为了解决所述问题，本发明的放大器的特征在于，包括：二分输入信号的分配器、输入来自所述分配器的一个信号的一个或多个线性放大器、输入来自所述分配器的另一个信号的一个或多个非线性放大器、以及合成来自所述线性放大器和所述非线性放大器的输出信号的合成器，在内置于一个封装中的多个晶体管中，将预定个数的晶体管的每一个作为所述线性放大器来使用，并将其他晶体管的每一个作为所述非线性放大器来使用。
根据现有技术，存在内置有两个推挽放大器用或平衡放大器用的晶体管的封装，在本发明中，将该封装的一个晶体管作为线性放大器(载波放大器)而使其工作，将另一个晶体管作为非线性放大器(峰值放大器)而使其工作，由此来实现一个封装结构的多赫蒂放大器。
附图说明
图1是本发明的放大器的一个示例的构成图；
图2是场效应晶体管(MRF5P21180)的外观图；
图3是场效应晶体管(MRF21090)的外观图；
图4是现有的多赫蒂放大器的一个示例的构成图。
具体实施方式
下面，参照附图来说明本发明的实施例。图1是本发明的放大器的一个示例的构成图。
参照该图，本发明的放大器具有：始终进行信号的放大工作的载波放大器21、仅在高功率输出时工作的峰值放大器22、对载波放大器21和峰值放大器22的输出进行合成并输出的合成器23、以及将输入信号分配给载波放大器21一侧和峰值放大器22一侧的分配器24。另外，载波放大器21和峰值放大器22内置在一个封装1(一个封装的晶体管)中。该放大器将从输入端输入的被放大信号放大至所期望的功率。
通常将被偏置为AB级或B级的放大器用作载波放大器21。另外，峰值放大器22通常被偏置为C级来使用以在信号功率为高输出时工作。对载波放大器21和峰值放大器22的输出进行结合的合成器23由变压器或阻抗转换器等构成，当处理微波频带等信号时，通常由1/4波长的传输线路构成。输入的分配器24由用于使峰值放大器22和载波放大器21的输出信号的相位关系为在合成器23的信号合成点同相合成的、1/4波长的传输线路或90°混合电路等构成。
另外，在图1中，作为晶体管标记了场效应晶体管的符号，但是当然不限于此，也可以由双极晶体管等其他具有同等功能的元件构成。另外，上述实施例中的分配器24和合成器23等的其他实施方式的例子也已公知，由于与本发明没有直接的关联，所以省略对其详细说明。
现有的多赫蒂放大器的载波放大器和峰值放大器由分别独立封装的晶体管构成。而根据本发明，可以用一个封装的晶体管来构成同等的放大器，因此当构成具有同等的饱和输出的多赫蒂放大器时，可以实现封装面积的小型化以及低成本化。
另外，众所周知，与通常的A级、AB级等线性放大器相比，多赫蒂放大器可以获得高效率。因此，比较使用相同的晶体管来构成作为推挽放大器或平衡放大器的A级、AB级、B级等线性放大器的情况和本发明的多赫蒂放大器，可以获得性能相同却不会大型化并且效率很高的放大器。
接着，使用具体的例子来说明本发明实施例的工作。
在这里，作为一个示例，考虑用通常的多赫蒂放大器来构成2GHz频带、饱和输出为180W的放大器。在现有的结构中，通常对载波放大器、峰值放大器分别使用相同输出的元件，即：各放大器的输出为90W并且作为多赫蒂放大器可以获得180W的输出。
此时，作为具体的90W输出的晶体管，选择作为优选元件的摩托罗拉股份有限公司的被称为MRF21090的元件，该元件在一个封装中收存有一个场效应晶体管。根据发明人所知，在申请本发明的时候，这是相同输出的晶体管中非常小型化的产品之一。
图2是场效应晶体管(MRF5P21180)的外观图，图3是场效应晶体管(MRF21090)的外观图。
在图2中示出了在封装(凸缘(flange))11中具有两个栅极12a、12b和两个漏极13a、13b的场效应晶体管。在图3中示出了在封装(凸缘)14中具有一个栅极15和一个漏极16的场效应晶体管。
一个图3所示的场效应晶体管(MRF21090)，除了电极部之外的外形尺寸约为34mm×13.8mm，作为晶体管部的封装面积，最低需要该尺寸的两倍，约为9.4平方厘米。
另一方面，根据本发明，考虑用一个封装的场效应晶体管来构成180W的多赫蒂放大器的情况。作为推挽用的在一个封装中内置有两个晶体管的180W输出的装置，同样采用摩托罗拉股份有限公司的场效应晶体管MRF5P21180(参照图2)。
此时，如该图所示，晶体管的除了电极部以外的外形尺寸约为41mm×10mm，作为封装面积约为4.1平方厘米。即使仅比较晶体管部，面积也已经缩小为现有结构的43％以下，从而可以构成小型化的多赫蒂放大器，另外，即使包括外围电路，也可以缩小为现有结构的大致一半面积。
这样，由于可以缩小电路封装面积，所以尤其可以缩短对载波放大器和峰值放大器的输出进行合成的电路的线路长度。即，可以减少信号的传输损耗，并由此可以提高作为多赫蒂放大器的效率。
例如，在上述具体的示例中，当将放大器的面积构成为大致一半时，传输线路的长度可以减少7成(1/
Figure 048266391_0
)，由此可以相应地减少损失。例如，在上述具体的示例的情况下，2GHz频带可以缩短20mm左右的线路长度。这相当于将玻璃环氧衬底的传输损耗减少了0.1dB左右(2％)，特别是当要获得180W的放大器输出功率时，可以减少4W左右的损耗。
另外，与用A级、AB级等通常的推挽型、平衡型放大器来构成相同的180W的放大器的情况相比，由于在本发明中将同样的元件作为多赫蒂放大器来使用，所以可以显著地改善放大器的效率。
接着，对其他实施例进行说明。
本发明的其他实施例的基本结构与上述相同，但可以构成所谓的扩张型多赫蒂放大器，该扩张型多赫蒂放大器使用在一个封装中收存有三个以上晶体管的元件，并且峰值放大器和载波放大器的功率分配比不均等。作为扩张型多赫蒂放大器的构成方法的一个示例，在前述文献(YoungooYang)等中，记载有由共计N个的载波放大器和峰值放大器构成的多赫蒂放大器。勿庸置疑，本发明也可以容易地应用于该扩张型多赫蒂放大器。并且，非常明确的是，本发明也可以容易地应用于峰值放大器、载波放大器由多级放大器构成的多赫蒂放大器等的变形例。
工业实用性
根据本发明，由于用一个封装的晶体管来构成载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，由于用一个封装的晶体管来构成载波放大器和峰值放大器并由此实现小型化，所以合成载波放大器和峰值放大器的输出的电路的传输损耗减少，提高了放大器的效率。
并且，由于用一个封装的晶体管来构成多赫蒂放大器，所以与以往的同样是用一个封装的晶体管来构成A级、AB级等放大器的情况相比，可以实现高效率。

Claims (10)

1.一种多赫蒂放大器，其具有：
二分输入信号的分配器；
输入来自所述分配器的一个信号的一个或多个线性放大器；
输入来自所述分配器的另一个信号的一个或多个非线性放大器；以及
合成来自所述线性放大器和所述非线性放大器的输出信号的合成器，
其中，所述多赫蒂放大器包含多个晶体管，所述多个晶体管内置于一个封装以用于推挽放大器或平衡放大器，
其中，在内置于所述封装的所述多个晶体管中，将预定个数的晶体管的每一个作为所述线性放大器而使其工作，并将其他的晶体管的每一个作为所述非线性放大器而使其工作，并且
其中，所述分配器和所述合成器设置在所述封装之外。
2.如权利要求1所述的多赫蒂放大器，其中，所述线性放大器为载波放大器，所述非线性放大器为峰值放大器。
3.如权利要求1或2所述的多赫蒂放大器，其中，所述多个晶体管包括内置于所述一个封装的两个晶体管，其中将一个晶体管作为所述线性放大器而使其工作，将另一个晶体管作为所述非线性放大器而使其工作。
4.如权利要求1或2所述的多赫蒂放大器，其中，所述封装至少直接连接到栅极和漏极。
5.如权利要求1或2所述的多赫蒂放大器，其中，所述分配器用于使所述线性放大器和所述非线性放大器之间的相位关系为在所述合成器的信号合成点同相合成。
6.如权利要求1或2所述的多赫蒂放大器，其中，所述分配器包含1/4波长传输线路或90°混合电路。
7.如权利要求1或2所述的多赫蒂放大器，其中，所述合成器包含变压器、阻抗转换器、1/4波长传输线路中的任一个。
8.如权利要求1或2所述的多赫蒂放大器，其中，将所述线性放大器偏置为第一级，而将所述非线性放大器偏置为第二级，所述第二级不同于所述第一级。
9.如权利要求1或2所述的多赫蒂放大器，其中，所述线性放大器始终进行信号的放大工作，所述非线性放大器仅在高功率输出时放大信号。
10.如权利要求1或2所述的多赫蒂放大器，其中，所述封装包含栅极和漏极。
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