[go: up one dir, main page]

DE102021102876B3 - High frequency power amplifier circuit and method of operating a high frequency power amplifier circuit - Google Patents

High frequency power amplifier circuit and method of operating a high frequency power amplifier circuit Download PDF

Info

Publication number
DE102021102876B3
DE102021102876B3 DE102021102876.0A DE102021102876A DE102021102876B3 DE 102021102876 B3 DE102021102876 B3 DE 102021102876B3 DE 102021102876 A DE102021102876 A DE 102021102876A DE 102021102876 B3 DE102021102876 B3 DE 102021102876B3
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
amplifier
power
input signal
hybrid coupler
amplifier circuit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE102021102876.0A
Other languages
German (de)
Inventor
Florian Dietrich
Renato Negra
Muh-Dey Wei
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rheinisch Westlische Technische Hochschuke RWTH
Original Assignee
Rheinisch Westlische Technische Hochschuke RWTH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rheinisch Westlische Technische Hochschuke RWTH filed Critical Rheinisch Westlische Technische Hochschuke RWTH
Priority to DE102021102876.0A priority Critical patent/DE102021102876B3/en
Priority to PCT/EP2022/050855 priority patent/WO2022167203A1/en
Priority to EP22703289.3A priority patent/EP4289062A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102021102876B3 publication Critical patent/DE102021102876B3/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F1/00—Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/02—Modifications of amplifiers to raise the efficiency, e.g. gliding Class A stages, use of an auxiliary oscillation
    • H03F1/0205—Modifications of amplifiers to raise the efficiency, e.g. gliding Class A stages, use of an auxiliary oscillation in transistor amplifiers
    • H03F1/0288—Modifications of amplifiers to raise the efficiency, e.g. gliding Class A stages, use of an auxiliary oscillation in transistor amplifiers using a main and one or several auxiliary peaking amplifiers whereby the load is connected to the main amplifier using an impedance inverter, e.g. Doherty amplifiers
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F1/00—Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/56—Modifications of input or output impedances, not otherwise provided for
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/189—High-frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers
    • H03F3/19—High-frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/195—High-frequency amplifiers, e.g. radio frequency amplifiers with semiconductor devices only in integrated circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/20—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers
    • H03F3/21—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/211—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers with semiconductor devices only using a combination of several amplifiers
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/60—Amplifiers in which coupling networks have distributed constants, e.g. with waveguide resonators
    • H03F3/602—Combinations of several amplifiers
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F2200/00—Indexing scheme relating to amplifiers
    • H03F2200/198—A hybrid coupler being used as coupling circuit between stages of an amplifier circuit
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F2200/00—Indexing scheme relating to amplifiers
    • H03F2200/204—A hybrid coupler being used at the output of an amplifier circuit
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F2200/00—Indexing scheme relating to amplifiers
    • H03F2200/451—Indexing scheme relating to amplifiers the amplifier being a radio frequency amplifier

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hochfrequenz-, HF-, Leistungsverstärkerschaltung (1) mit einem 90° Hybridkoppler (14) und einem ersten HF-Verstärkerelement (12), das ausgebildet ist, eine erste Komponente eines Teils eines Eingangssignals zu verstärken und einen ersten Anschluss (P1) des 90° Hybridkopplers (14) mit der verstärkten ersten Komponente zu speisen, und einem zweiten HF-Verstärkerelement (13), das ausgebildet ist, eine zweite Komponente des Teils des Eingangssignals zu verstärken und einen zweiten Anschluss (P4) des 90° Hybridkopplers (14) mit der verstärkten zweiten Komponente zu speisen, wobei die HF-Leistungsverstärkerschaltung (1) ausgebildet ist, einen anderen Teil des Eingangssignal zu verstärken und einen dritten Anschluss (P2) des 90° Hybridkopplers (14) mit dem verstärkten anderen Teil des Eingangssignals zu speisen, und ein Ausgangssignal an einem vierten Anschluss (P3) des 90° Hybridkopplers (14) bereitzustellen, das auf ein und demselben Eingangssignal basiert.The invention relates to a high-frequency, HF, power amplifier circuit (1) with a 90° hybrid coupler (14) and a first HF amplifier element (12), which is designed to amplify a first component of a part of an input signal and has a first connection ( P1) of the 90° hybrid coupler (14) with the amplified first component, and a second RF amplifier element (13) designed to amplify a second component of the part of the input signal and a second port (P4) of the 90° hybrid coupler (14) with the amplified second component, wherein the HF power amplifier circuit (1) is designed to amplify another part of the input signal and a third connection (P2) of the 90° hybrid coupler (14) with the amplified other part of the to feed input signals, and to provide an output signal at a fourth port (P3) of the 90° hybrid coupler (14), which is based on one and the same input signal.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochfrequenz- (HF-) Leistungsverstärkerschaltung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben der HF-Leistungsverstärkerschaltung.The invention relates to a high-frequency (HF) power amplifier circuit having the features of the preamble of claim 1 and a method for operating the HF power amplifier circuit.

HF-Leistungsverstärkerschaltungen müssen über einen großen Ausgangsleistungsbereich so effizient wie möglich arbeiten. Gleichzeitig sollte die HF-Leistungsverstärkerschaltung möglichst breitbandig und somit vielseitig einsetzbar sein. Bisher werden klassische Doherty Leistungsverstärker (englisch: Doherty Power Amplifiers, DPAs) eingesetzt.RF power amplifier circuits must operate as efficiently as possible over a wide output power range. At the same time, the HF power amplifier circuit should have as broad a bandwidth as possible and thus be versatile. Up until now, classic Doherty power amplifiers (DPAs) have been used.

Im Stand der Technik existieren verschiedene Techniken, um entweder die Bandbreite oder den effizienten Ausgangsleistungsbereich einer HF-Leistungsverstärkerschaltung zu erhöhen. Jedoch gibt es im Stand der Technik keine HF-Leistungsverstärkerschaltung, die in der Lage ist, beides gleichzeitig zu erreichen, und dabei zusätzlich die Komplexität derselben gering zu halten. Darüber hinaus sinkt die Effizienz zwischen der durchschnittlichen und der maximalen Ausgangsleistung drastisch, je größer der Dynamikbereich, d.h. der Pegelbereich, über den eine HF-Leistungsverstärkerschaltung eingesetzt werden kann.Various techniques exist in the prior art to increase either the bandwidth or the efficient output power range of an RF power amplifier circuit. However, there is no RF power amplifier circuit in the prior art that is able to achieve both at the same time while additionally keeping the complexity thereof low. In addition, the efficiency between average and maximum output power drops drastically as the dynamic range, i.e. the level range over which an RF power amplifier circuit can be used, increases.

Die Effizienz bei niedrigen Ausgangsleistungen, dem sogenannte Back Off Bereich, ist besonders ausschlaggebend für die durchschnittliche Effizienz einer HF-Leistungsverstärkerschaltung, da diese Leistungspegel im Anwendungsfall am häufigsten vorkommen. Bisherige Techniken zeigen zum einen allgemein geringere Effizienz im Back Off Bereich als im Spitzenleistungsbereich und zum anderen sinkt die Effizienz zwischen diesen beiden Ausgangsleistungsbereichen je größer der Back Off Bereich ist.The efficiency at low output powers, the so-called back-off range, is particularly decisive for the average efficiency of an RF power amplifier circuit, since these power levels occur most frequently in the application. On the one hand, previous technologies show generally lower efficiency in the back-off range than in the peak power range and, on the other hand, the efficiency between these two output power ranges decreases the larger the back-off range is.

Hier können 3-Wege Doherty Leistungsverstärker eine verbesserte durchschnittliche Effizienz bereitstellen. Allerdings steigern die 3-Wege Doherty Leistungsverstärker wesentlich die Komplexität und führen zu einer zusätzlichen Abhängigkeit untereinander. Das kann sich wiederum negativ auf die Bandbreite des Verstärkers auswirken.This is where 3-way Doherty power amplifiers can provide improved average efficiency. However, the 3-way Doherty power amplifiers significantly increase the complexity and lead to an additional interdependence. This in turn can have a negative effect on the bandwidth of the amplifier.

US 2020 / 0 382 070 A1 offenbart: Vorrichtungen und Verfahren für kombinierte Doherty-Verstärker in Quadraturschaltung. Es wird ein Separator verwendet, um ein Hochfrequenz (HF)-Eingangssignal in eine Vielzahl von Eingangssignalkomponenten zu trennen, die durch ein Paar von Doherty-Verstärkern verstärkt werden, die in Quadratur arbeiten. Zusätzlich wird ein Kombinierer verwendet, um eine Vielzahl von Ausgangssignalkomponenten zu kombinieren, die von dem Paar von Doherty-Verstärkern erzeugt werden, wodurch ein HF-Ausgangssignal erzeugt wird, das einen Quadraturausgleich aufweist. U.S. 2020/0 382 070 A1 discloses: Apparatus and methods for quadrature combination Doherty amplifiers. A separator is used to separate a radio frequency (RF) input signal into a plurality of input signal components which are amplified by a pair of Doherty amplifiers operating in quadrature. In addition, a combiner is used to combine a plurality of output signal components produced by the pair of Doherty amplifiers, thereby producing an RF output signal that exhibits quadrature compensation.

JP 2013 - 172 174 A offenbart: Ein Leistungsverstärker enthält einen Eingangsanschluss, dem ein Eingangssignal zugeführt wird, eine charakteristische Impedanz eines ersten Impedanzwerts, eine Verteilungseinheit, die das Eingangssignal verteilt, und einen niedrigeren Wert als den ersten Impedanzwert. Eine Signalverstärkungseinheit mit einer Vielzahl von Doherty-Verstärkern, die mit einer Last mit einem zweiten Impedanzwert arbeitet und ein von der Verteilungseinheit verteiltes Eingangssignal verstärkt; eine Kombinationseinheit, die ein kombiniertes Signal ausgibt, das durch Kombinieren einer Vielzahl von Signalen erhalten wird, die von der Signalverstärkungseinheit ausgegeben werden; eine Umwandlungseinheit, die mit einem Ende an die Kombinationseinheit angeschlossen ist und die Impedanz von dem zweiten Impedanzwert in den ersten Impedanzwert umwandelt; das andere Ende der Einheit ist angeschlossen, und ein Ausgangsanschluss, der ein zusammengesetztes Signal ausgibt, ist vorgesehen. JP 2013 - 172 174 A discloses: A power amplifier includes an input terminal supplied with an input signal, a characteristic impedance of a first impedance value, a distribution unit that distributes the input signal, and a value lower than the first impedance value. A signal amplification unit having a plurality of Doherty amplifiers, operating with a load having a second impedance value and amplifying an input signal distributed by the distribution unit; a combining unit that outputs a combined signal obtained by combining a plurality of signals output from the signal amplifying unit; a converting unit having one end connected to the combining unit and converting the impedance from the second impedance value to the first impedance value; the other end of the unit is connected, and an output terminal that outputs a composite signal is provided.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen einfachen Aufbau einer HF-Leistungsverstärkerschaltung bereitzustellen. Hierdurch können Kosten bei der Herstellung einer HF-Leistungsverstärkerschaltung reduziert werden.The invention is now based on the object of providing a simple structure for an HF power amplifier circuit. As a result, costs can be reduced when manufacturing an HF power amplifier circuit.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.According to the invention, this object is achieved by the features of the independent claims.

Konkret wird die Aufgabe durch eine HF-Leistungsverstärkerschaltung gelöst. Die HF-Leistungsverstärkerschaltung hat einen 90° Hybridkoppler. Ferner hat die HF-Leistungsverstärkerschaltung ein erstes HF-Verstärkerelement. Das erste HF-Verstärkerelement ist ausgebildet, eine erste Komponente eines Teils eines Eingangssignals zu verstärken.Specifically, the task is solved by an HF power amplifier circuit. The RF power amplifier circuit has a 90° hybrid coupler. Furthermore, the HF power amplifier circuit has a first HF amplifier element. The first RF amplifier element is designed to amplify a first component of a part of an input signal.

Der Begriff „Komponente“ kann hierin zum Beispiel als eine Inphase- oder QuadraturKomponente verstanden werden. Die HF-Leistungsverstärkerschaltung kann einen Signalgenerator aufweisen. Der Signalgenerator kann ausgebildet sein, das Eingangssignal zu erzeugen. Insbesondere kann der Signalgenerator für die HF-Leistungsverstärkerschaltung dediziert sein. Das Eingangssignal kann ein digital moduliertes Signal sein. Beispiele für das digital modulierte Signal sind ein Phasenumtastungs- (PSK-) Signal, ein Quadratur-PSK- (QPSK-) Signal, ein π/4-QPSK Signal, ein Offset-QPSK (OQPSK) Signal, ein Differentielles QPSK (DQPSK) Signal, sowie ein orthogonales Frequenzmultiplexverfahren (OFDM) Signal oder dergleichen. Speziell kann die HF-Leistungsverstärkerschaltung für solche Signale vorteilhaft und vorgesehen sein, die ein hohes Spitzen-Mittelwert-Verhältnis (PAR) haben.The term "component" can be understood herein as an in-phase or quadrature component, for example. The RF power amplifier circuit may include a signal generator. The signal generator can be designed to generate the input signal. In particular, the signal generator can be dedicated to the RF power amplifier circuit. The input signal can be a digitally modulated signal. Examples of the digitally modulated signal are a phase shift keying (PSK) signal, a quadrature PSK (QPSK) signal, a π/4 QPSK signal, an offset QPSK (OQPSK) signal, a differential QPSK (DQPSK) signal, such as an orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) signal or the like. Special the RF power amplifier circuit may be advantageous and intended for those signals which have a high peak-to-average ratio (PAR).

Das erste HF-Verstärkerelement ist ausgebildet, einen ersten Anschluss des 90° Hybridkopplers mit der verstärkten ersten Komponente zu speisen. Ferner hat die HF-Leistungsverstärkerschaltung ein zweites HF-Verstärkerelement. Das zweite HF-Verstärkerelement ist ausgebildet, eine zweite Komponente des Teils des Eingangssignals zu verstärken. Das zweite HF-Verstärkerelement ist ausgebildet, einen zweiten Anschluss des 90° Hybridkopplers mit der verstärkten zweiten Komponente zu speisen.The first RF amplifier element is designed to feed a first connection of the 90° hybrid coupler with the amplified first component. Furthermore, the RF power amplifier circuit has a second RF amplifier element. The second RF amplifier element is configured to amplify a second component of the portion of the input signal. The second RF amplifier element is designed to feed a second connection of the 90° hybrid coupler with the amplified second component.

Ferner ist die HF-Leistungsverstärkerschaltung ausgebildet, einen anderen Teil des Eingangssignal zu verstärken. Hierbei kann die HF-Leistungsverstärkerschaltung einen Leistungsteiler aufweisen, der den einen und den anderen Teil durch Aufteilen des Eingangssignals bereitstellt. Die HF-Leistungsverstärkerschaltung ist ausgebildet, einen dritten Anschluss des 90° Hybridkopplers mit dem verstärkten anderen Teil des Eingangssignals zu speisen. Die HF-Leistungsverstärkerschaltung ist ferner ausgebildet, ein Ausgangssignal an einem vierten Anschluss des 90° Hybridkopplers bereitzustellen, das auf ein und demselben Eingangssignal basiert.Furthermore, the HF power amplifier circuit is designed to amplify another part of the input signal. In this case, the HF power amplifier circuit can have a power divider, which provides one and the other part by dividing the input signal. The HF power amplifier circuit is designed to feed a third connection of the 90° hybrid coupler with the amplified other part of the input signal. The HF power amplifier circuit is also designed to provide an output signal at a fourth connection of the 90° hybrid coupler that is based on one and the same input signal.

Die Erfindung hat den Vorteil, dass durch den einfachen Aufbau der HF-Leistungsverstärkerschaltung die Kosten bei der Herstellung derselben reduziert werden können. Dadurch, dass das Ausgangssignal auf ein und demselben Eingangssignal basiert, kann ein höherer Ausgangssignalleistungsbereich erzielt werden.The invention has the advantage that due to the simple structure of the HF power amplifier circuit, the production costs can be reduced. Because the output signal is based on one and the same input signal, a higher output signal power range can be achieved.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims.

Die HF-Leistungsverstärkerschaltung kann ausgebildet sein, eine Impedanzveränderung an Ausgängen der ersten und zweiten Verstärkerelemente mittels des an dem dritten Anschluss des 90° Hybridkopplers eingespeisten verstärkten anderen Teils des Eingangssignals zu bewirken, um ein höheres Ausgangssignal an dem vierten Anschluss des 90° Hybridkopplers bereitzustellen. Diese Impedanzveränderung kann durch einen mit dem verstärkten anderen Teil des Eingangssignals verknüpften und in den dritten Anschluss fließenden Strom an den entsprechenden Ausgängen der ersten und zweiten Verstärkerelemente hervorgerufen werden und deshalb zu einem höheren Ausgangssignal führen.The HF power amplifier circuit can be designed to cause an impedance change at outputs of the first and second amplifier elements by means of the amplified other part of the input signal fed in at the third connection of the 90° hybrid coupler in order to provide a higher output signal at the fourth connection of the 90° hybrid coupler. This impedance change can be caused by a current associated with the amplified other part of the input signal and flowing into the third connection at the respective outputs of the first and second amplifier elements and therefore result in a higher output signal.

Somit kann die Effizienz der HF-Leistungsverstärkerschaltung erhöht werden.Thus, the efficiency of the RF power amplifier circuit can be increased.

Beispielsweise kann der 90° Hybridkoppler genau vier Anschlüsse aufweisen. Diese vier Anschlüsse können die ersten, zweiten, dritten und vierten Anschlüsse sein.For example, the 90° hybrid coupler can have exactly four connections. These four ports can be the first, second, third, and fourth ports.

Die HF-Leistungsverstärkerschaltung kann eine oder mehrere Versorgungsspannungsquellen aufweisen. Die einen oder mehreren Versorgungsspannungsquellen können ausgebildet und angeordnet sein, ein und dieselbe Versorgungsspannung für alle in der HF-Leistungsverstärkerschaltung angeordneten Verstärkerelemente bereitzustellen. Die mehreren Versorgungsspannungsquellen können ausgebildet und angeordnet sein, jeweilige Versorgungsspannungen für entsprechend in der HF-Leistungsverstärkerschaltung angeordnete Verstärkerelemente bereitzustellen, zum Beispiel jeweils eine Versorgungsspannung für den balancierten Verstärker, den lastmodulierten Verstärker, den Spitzenverstärker, den Trägerverstärker, das erste HF-Verstärkerelement und/oder das zweite HF-Verstärkerelement.The RF power amplifier circuit can have one or more supply voltage sources. The one or more supply voltage sources can be designed and arranged to provide one and the same supply voltage for all amplifier elements arranged in the HF power amplifier circuit. The multiple supply voltage sources can be designed and arranged to provide respective supply voltages for amplifier elements arranged accordingly in the HF power amplifier circuit, for example one supply voltage each for the balanced amplifier, the load-modulated amplifier, the peak amplifier, the carrier amplifier, the first HF amplifier element and/or the second RF amplifier element.

Hierdurch können die Elemente der HF-Leistungsverstärkerschaltung symmetrisch, regelmäßig bzw. geordnet über eine Leiterplattenfläche verteilt werden. Es kann somit ein einfacherer Aufbau bereitgestellt werden.As a result, the elements of the HF power amplifier circuit can be distributed symmetrically, regularly or in an orderly manner over a circuit board surface. A simpler structure can thus be provided.

In einer vorteilhaften Weiterbildung kann die HF-Leistungsverstärkerschaltung einen lastmodulierten Verstärker aufweisen. Der lastmodulierte Verstärker kann ausgangsseitig mit dem dritten Anschluss des 90° Hybridkopplers verbunden sein. Der lastmodulierte Verstärker kann ausgebildet und angeordnet sein, den anderen Teil des Eingangssignals zu verstärken. Der lastmodulierte Verstärker kann ausgebildet und angeordnet sein, den dritten Anschluss des 90° Hybridkopplers mit dem verstärkten anderen Teil des Eingangssignals zu speisen.In an advantageous development, the HF power amplifier circuit can have a load-modulated amplifier. The output of the load-modulated amplifier can be connected to the third connection of the 90° hybrid coupler. The load modulated amplifier can be constructed and arranged to amplify the other part of the input signal. The load modulated amplifier can be designed and arranged to feed the third connection of the 90° hybrid coupler with the amplified other part of the input signal.

Somit können unterschiedliche Dynamikbereiche bandbreitenoptimiert abgedeckt werden.In this way, different dynamic ranges can be covered in a bandwidth-optimized manner.

Eingangsseitig kann der lastmodulierte Verstärker mit dem Leistungsteiler verbunden sein, um den anderen Teil des Eingangssignals zu erhalten.On the input side, the load-modulated amplifier can be connected to the power divider in order to receive the other part of the input signal.

Der lastmodulierte Verstärker kann ein 2-Wege Doherty Leistungsverstärker sein. Der lastmodulierte Verstärker kann einen Trägerverstärker und einen Spitzenverstärker, zum Beispiel in diesen 2 Wegen, aufweisen. Der Trägerverstärker kann als Klasse AB Verstärker ausgebildet sein, den anderen Teil des Eingangssignal in einem ersten Leistungsbereich zu verstärken. Der Spitzenverstärker kann ausgebildet sein, in dem ersten Leistungsbereich als Klasse C Verstärker Aus zu sein. Der lastmodulierte Verstärker kann ausgebildet sein, den dritten Anschluss des 90° Hybridkopplers mit dem verstärkten anderen Teil des Eingangssignals in dem ersten Leistungsbereich zu speisen. Die HF-Leistungsverstärkerschaltung kann so eingerichtet sein, dass, in den ersten und zweiten Leistungsbereichen, der an dem dritten Anschluss des 90° Hybridkopplers eingespeiste verstärkte andere Teil des Eingangssignals an dem ersten und zweiten Anschluss jeweils reflektiert wird und entsprechende Anteile des Ausgangssignals bildet.The load modulated amplifier can be a 2-way Doherty power amplifier. The load modulated amplifier can have a carrier amplifier and a peak amplifier, for example in these 2 ways. The carrier amplifier can be designed as a class AB amplifier to amplify the other part of the input signal in a first power range. The peak amplifier can be configured to be off as a class C amplifier in the first power range. The load modulated amplifier can be designed to feed the third connection of the 90° hybrid coupler with the amplified other part of the input signal in the first power range. The HF power supply The amplifier circuit can be set up in such a way that, in the first and second power ranges, the amplified other part of the input signal fed in at the third connection of the 90° hybrid coupler is reflected at the first and second connection and forms corresponding components of the output signal.

Somit kann der lastmodulierte Verstärker betrieben werden, ohne dass zusätzliche Leistung am Spitzenverstärker verloren geht.Thus, the load modulated amplifier can be operated without sacrificing additional power at the peak amplifier.

Es versteht sich hierbei, dass selbst im Aus-Zustand über die entsprechende Versorgungsspannung parasitäre Ströme fließen können. Dies gilt hierin für alle Klasse C Verstärker.It goes without saying here that even in the off state, parasitic currents can flow via the corresponding supply voltage. This applies herein to all class C amplifiers.

Ein Ausgang des lastmodulierten Verstärkers kann als Knotenpunkt der 2-Wege des lastmodulierten Verstärkers ausgebildet sein. Ferner kann der Knotenpunkt direkt elektrisch leitend mit dem Ausgang des Spitzenverstärkers verbunden sein. Außerdem kann der lastmodulierte Verstärker einen Impedanztransformator aufweisen. Beispielweise ist der Impedanztransformator ausgebildet als Impedanzinverter oder λ/4 Transformator bezogen auf die Trägerwellenlänge λ. Der λ/4 Transformator kann zwischen dem Knotenpunkt des lastmodulierten Verstärkers und dem Ausgang des Trägerverstärkers geschaltet sein.An output of the load-modulated amplifier can be designed as a node of the 2-way of the load-modulated amplifier. Furthermore, the node can be electrically conductively connected directly to the output of the peak amplifier. In addition, the load modulated amplifier can have an impedance transformer. For example, the impedance transformer is designed as an impedance inverter or λ/4 transformer based on the carrier wavelength λ. The λ/4 transformer can be connected between the node of the load modulated amplifier and the output of the carrier amplifier.

Der Trägerverstärker kann als Klasse AB Verstärker und der Spitzenverstärker als Klasse C Verstärker ausgebildet sein, den anderen Teil des Eingangssignal in einem zweiten Leistungsbereich oberhalb des ersten Leistungsbereichs zu verstärken. Der lastmodulierte Verstärker kann ausgebildet sein, den dritten Anschluss des 90° Hybridkopplers mit dem verstärkten anderen Teil des Eingangssignals in dem zweiten Leistungsbereich zu speisen.The carrier amplifier can be designed as a class AB amplifier and the peak amplifier as a class C amplifier to amplify the other part of the input signal in a second power range above the first power range. The load modulated amplifier can be designed to feed the third connection of the 90° hybrid coupler with the amplified other part of the input signal in the second power range.

Somit kann der Trägerverstärker optimiert betrieben werden.The carrier amplifier can thus be operated in an optimized manner.

Die HF-Leistungsverstärkerschaltung kann einen balancierten Verstärker aufweisen. Der balancierte Verstärker kann den 90° Hybridkoppler als Ausgangskoppler der HF-Leistungsverstärkerschaltung enthalten. Der balancierte Verstärker kann die ersten und zweiten Verstärkerelemente enthalten, die dem 90° Hybridkoppler vorgeschaltet sind. Der dritte Anschluss des 90° Hybridkopplers kann dafür vorgesehen sein, ein für einen normalen Betrieb des balancierten Verstärkers reflexionsfrei abgeschlossener Anschluss zu sein. Dieser Anschluss kann vorliegend anders realisiert sein, nämlich als Eingangsanschluss für den lastoptimierten Verstärker, wie oben beschrieben. Hierbei kann der dritte Anschluss des 90° Hybridkopplers mit dem Ausgang des lastmodulierten Verstärkers verbunden sein. Insbesondere kann die zu dem dritten Anschluss des 90° Hybridkopplers führende Impedanz so angepasst sein, dass der dritte Anschluss des 90° Hybridkopplers reflexionsfrei bzw. reflexionsarm abgeschlossen ist.The RF power amplifier circuit may include a balanced amplifier. The balanced amplifier can include the 90° hybrid coupler as the output coupler of the RF power amplifier circuit. The balanced amplifier may include the first and second amplifier elements preceding the 90° hybrid coupler. The third port of the 90° hybrid coupler may be intended to be an anechoically terminated port for normal operation of the balanced amplifier. In the present case, this connection can be implemented differently, namely as an input connection for the load-optimized amplifier, as described above. In this case, the third connection of the 90° hybrid coupler can be connected to the output of the load-modulated amplifier. In particular, the impedance leading to the third connection of the 90° hybrid coupler can be adjusted in such a way that the third connection of the 90° hybrid coupler is terminated in a reflection-free or low-reflection manner.

Somit lassen sich eine Verstärkerkonstruktion bilden, die Bandbreite und Dynamik miteinander kombiniert.Thus, an amplifier design can be formed that combines bandwidth and dynamics with each other.

Der Trägerverstärker als Klasse AB Verstärker und der Spitzenverstärker als Klasse C Verstärker können ausgebildet sein, den anderen Teil des Eingangssignal in einem dritten Leistungsbereich oberhalb des zweiten Leistungsbereichs zu verstärken. Der lastmodulierte Verstärker kann ausgebildet sein, den dritten Anschluss des 90° Hybridkopplers mit dem verstärkten anderen Teil des Eingangssignals in dem dritten Leistungsbereich zu speisen. Das erste HF-Verstärkerelement als Klasse C Verstärker kann ausgebildet sein, die erste Komponente des Teils des Eingangssignals in dem dritten Leistungsbereich zu verstärken. Das erste HF-Verstärkerelement kann ferner ausgebildet sein, den ersten Anschluss des 90° Hybridkopplers mit der verstärkten ersten Komponente in dem dritten Leistungsbereich zu speisen. Das zweite HF-Verstärkerelement als Klasse C Verstärker kann ausgebildet sein, die zweite Komponente in dem dritten Leistungsbereich zu verstärken. Das zweite HF-Verstärkerelement kann ferner ausgebildet sein, den zweiten Anschluss des 90° Hybridkopplers mit der verstärkten zweiten Komponente in dem dritten Leistungsbereich zu speisen.The carrier amplifier as a class AB amplifier and the peak amplifier as a class C amplifier can be designed to amplify the other part of the input signal in a third power range above the second power range. The load modulated amplifier can be designed to feed the third connection of the 90° hybrid coupler with the amplified other part of the input signal in the third power range. The first HF amplifier element as a class C amplifier can be designed to amplify the first component of the part of the input signal in the third power range. The first RF amplifier element can also be designed to feed the first connection of the 90° hybrid coupler with the amplified first component in the third power range. The second HF amplifier element as a class C amplifier can be designed to amplify the second component in the third power range. The second RF amplifier element can also be designed to feed the second connection of the 90° hybrid coupler with the amplified second component in the third power range.

Es kann hierdurch ein hoher Dynamikbereich bei hoher Bandbreite und hoher Effizienz bereitgestellt werden.As a result, a high dynamic range can be provided with a high bandwidth and high efficiency.

Die ersten und zweiten HF-Verstärkerelemente können ausgebildet sein, in dem ersten Leistungsbereich und dem zweiten Leistungsbereich Aus zu sein.The first and second RF amplifier elements may be configured to be off in the first power range and the second power range.

Hierdurch kann die Effizienz gesteigert werden.This can increase efficiency.

Der erste, zweite und/oder dritte Leistungsbereich kann größer als 2 dBm, 4dBm oder 6dBm sein. Der erste, zweite und/oder dritte Leistungsbereich kann kleiner als 20 dBm, 15dBm oder 10dBm sein. Ein Leistungsschwellenwert zwischen dem ersten und zweiten Leistungsbereich kann bei 36 dBm oder in einem Bereich von 25 bis 38 dBm liegen. Ein Leistungsschwellenwert zwischen dem zweiten und dritten Leistungsbereich kann bei 46 dBm oder in einem Bereich von 38 bis 48 dBm liegen. Eine Leistungsobergrenze des dritten Leistungsbereichs kann bei 52dBm oder in einem Bereich von 48 bis 60 dBm liegen.The first, second and/or third power range may be greater than 2dBm, 4dBm or 6dBm. The first, second and/or third power range can be less than 20 dBm, 15 dBm or 10 dBm. A power threshold between the first and second power ranges may be 36 dBm or in a range of 25 to 38 dBm. A power threshold between the second and third power ranges may be 46 dBm or in a range of 38 to 48 dBm. An upper power limit of the third power range can be 52 dBm or in a range from 48 to 60 dBm.

Der balancierte Verstärker kann einen weiteren 90° Hybridkoppler als Eingangskoppler aufweisen. Der Eingangskoppler kann ausgebildet sein, den Teil des Eingangssignals in die ersten und zweiten Komponenten aufzuteilen. Diese können entsprechende Inphase- und Quadraturkomponenten sein. Der Eingangskoppler kann ausgebildet sein, die ersten und zweiten Komponenten den ersten und zweiten HF-Verstärkerelementen entsprechend bereitzustellen.The balanced amplifier can have another 90° hybrid coupler as an input coupler. The input coupler can be designed to split the part of the input signal into the first and second components. These can be in-phase and quadrature components, respectively. The input coupler can be configured to provide the first and second components corresponding to the first and second RF amplifier elements.

Der lastmodulierte Verstärker kann einen weiteren Leistungsteiler haben, der den anderen Teil des Eingangssignals in entsprechende weitere Teile aufteilt, hierin Trägersignal und Spitzensignal genannt. Eine direkte Leitungsverbindung zwischen dem weiteren Leistungsteiler und dem Trägerverstärker kann es dem Trägersignal ermöglichen, direkt an einen Eingang des Trägerverstärkers weitergeleitet zu werden. Das Spitzensignal kann noch eine Phasenverschiebung zum Beispiel um 90° durchlaufen, bevor es an einem Eingang des Spitzenverstärkers erreicht. Hierfür kann ein Phasenschieber, zum Beispiel auch ein 90° Hybridkoppler, zwischen dem Eingang des Spitzenverstärkers und dem weiteren Leistungsteiler geschaltet sein.The load modulated amplifier may have a further power divider which divides the other part of the input signal into corresponding further parts, called herein carrier signal and peak signal. A direct line connection between the further power divider and the carrier amplifier can enable the carrier signal to be forwarded directly to an input of the carrier amplifier. The peak signal can still undergo a phase shift of, for example, 90° before reaching an input of the peak amplifier. For this purpose, a phase shifter, for example a 90° hybrid coupler, can be connected between the input of the peak amplifier and the additional power divider.

Die HF-Leistungsverstärkerschaltung kann ausgangsseitig noch eine Last RL, aufweisen, wie zum Beispiel eine Antenne, um eine funktechnische Übertragung bereitzustellen. The HF power amplifier circuit can also have a load R L , on the output side, such as an antenna, in order to provide radio transmission.

Die oben genannte Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zum Betreiben einer HF-Leistungsverstärkerschaltung gelöst. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen eines 90° Hybridkopplers. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen eines ersten und zweiten HF-Verstärkerelements. Das Verfahren umfasst ein Verstärken, durch das erste HF-Verstärkerelement, einer ersten Komponente eines Teils eines Eingangssignals. Das Verfahren umfasst ferner ein Speisen, durch das erste HF-Verstärkerelement, eines ersten Anschlusses des 90° Hybridkopplers mit der verstärkten ersten Komponente. Ferner umfasst das Verfahr ein Verstärken, durch das zweite HF-Verstärkerelement, einer zweiten Komponente des Teils des Eingangssignals. Das Verfahren umfasst weiter ein Speisen, durch das zweite HF-Verstärkerelement, eines zweiten Anschlusses des 90° Hybridkopplers mit der verstärkten zweiten Komponente. Das Verfahren umfasst ein Verstärken eines anderen Teils des Eingangssignals. Das Verfahren umfasst ein Speisen eines dritten Anschlusses des 90° Hybridkopplers mit dem verstärkten anderen Teil des Eingangssignals. Das Verfahren umfasst außerdem ein Bereitstellen eines auf ein und demselben Eingangssignal basierenden Ausgangssignal an einem vierten Anschluss des 90° Hybridkopplers.The above object is also achieved by a method for operating an HF power amplifier circuit. The method includes providing a 90° hybrid coupler. The method includes providing first and second RF amplifier elements. The method includes amplifying, by the first RF amplifier element, a first component of a portion of an input signal. The method further includes feeding, through the first RF amplifying element, a first port of the 90° hybrid coupler with the amplified first component. Furthermore, the method includes amplifying, by the second RF amplifier element, a second component of the part of the input signal. The method further includes feeding, through the second RF gain element, a second port of the 90° hybrid coupler with the amplified second component. The method includes amplifying another portion of the input signal. The method includes feeding a third port of the 90° hybrid coupler with the amplified other part of the input signal. The method also includes providing an output signal based on one and the same input signal at a fourth port of the 90° hybrid coupler.

Das vorliegende Verfahren hat den Vorteil, einen höheren Ausgangssignalleistungsbereich zu erzielen.The present method has the advantage of achieving a higher output signal power range.

Außerdem kann eine Vorrichtung mit der oben beschriebenen HF-Leistungsverstärkerschaltung bereitgestellt sein. Die Vorrichtung kann ein Satellit zur Satellitenkommunikation, eine Basisstation zur Kommunikation mit einem Benutzerendgerät, ein Rundfunkmast zum Ausstrahlen des Signals oder ein Benutzerendgerät zur Kommunikation mit einer Basisstation sein.In addition, an apparatus having the RF power amplifier circuit described above can be provided. The device may be a satellite for satellite communication, a base station for communication with a user terminal, a broadcast tower for broadcasting the signal, or a user terminal for communication with a base station.

Es lassen sich somit vielseitige Einsatzmöglichkeiten finden.A wide range of possible uses can thus be found.

Mit anderen Worten betrifft die Erfindung eine Kombination aus einem lastmodulierten Verstärker mit einem balancierten Verstärker. Der Aufbau eines balancierten Verstärkers kann mit geringer Komplexität und breitbandig realisiert sein, da er aus zwei identischen Verstärkern besteht die ausgangsseitig mit einem breitbandigen 90° Hybrid kombiniert werden. Dieser Koppler bzw. Kombinierer verfügt über vier Anschlüsse. Zwei der vier Anschlüsse können als Eingang für die Ausgangssignale der zwei identischen Verstärker verwendet werden. Ein dritter der vier Anschlüsse kann als Ausgang für die beiden mittels des 90° Hybrid kombinierten Signals des balancierten Verstärkers fungieren. Anstatt den vierten Anschluss, wie üblicherweise, mit einem Widerstand reflexionsfrei bzw. reflexionsarm abzuschließen, wird dieser vierte Anschluss genutzt um das Ausgangssignal des lastmodulierten Verstärkers einzuspeisen. Dies ist möglich, da sich die Eingangsimpedanz des vierten Anschlusses durch die Symmetrie des balancierten Verstärkers nicht ändert. Durch diese Tatsache können sowohl der balancierte Verstärker als auch der lastmodulierte Verstärker unabhängig voneinander entworfen werden, wodurch die Komplexität geringgehalten werden kann. Die Spitzenleistung und somit die Effizienz werden hierbei im Wesentlich von dem balancierten Verstärker erzielt.In other words, the invention relates to a combination of a load-modulated amplifier with a balanced amplifier. The structure of a balanced amplifier can be implemented with little complexity and broadband, since it consists of two identical amplifiers that are combined with a broadband 90° hybrid on the output side. This coupler or combiner has four ports. Two of the four connectors can be used as input for the output signals of the two identical amplifiers. A third of the four connections can function as an output for the two signals of the balanced amplifier combined by means of the 90° hybrid. Instead of terminating the fourth connection with a non-reflecting or low-reflection resistor, as is usually the case, this fourth connection is used to feed in the output signal of the load-modulated amplifier. This is possible because the input impedance of the fourth port does not change due to the symmetry of the balanced amplifier. Due to this fact, both the balanced amplifier and the load modulated amplifier can be designed independently of each other, which means that the complexity can be kept low. The peak power and thus the efficiency are essentially achieved by the balanced amplifier.

Der balancierte Verstärker ist inhärent breitbandig. Der lastmodulierte Verstärker kann durch die Verwendung von invertierten Dohertys (IDPA) oder sequentiell aktiv lastmodulierten Leistungsverstärkern (S-PAD) auch entsprechend breitbandig realisiert sein.The balanced amplifier is inherently broadband. The load-modulated amplifier can also be implemented with a correspondingly wide bandwidth by using inverted Dohertys (IDPA) or sequentially active load-modulated power amplifiers (S-PAD).

Durch die Kombination beider Verstärkertypen (lastmodulierter Verstärker und balancierter Verstärker) kann ein Hochfrequenzleistungsverstärker bzw. eine Hochfrequenzleistungsverstärkerschaltung mit verhältnismäßig einfachem Aufbau realisiert werden, der über einen Back Off von mehr als 12 bis 14 dB hocheffizient arbeitet. Durch entsprechende Auslegung der beiden Verstärkertypen (lastmodulierter Verstärker und balancierter Verstärker) kann somit ein effizienter Dynamikbereich eingestellt werden, der einem 3-Wege Doherty Leistungsverstärker in durchschnittlicher Effizienz, Komplexität und Bandbreite überlegen sein kann. Darüber hinaus, können, bei Bedarf an einem noch größeren Back Off Bereich, die beiden identischen Verstärker des balancierten Verstärkers auch als lastmodulierte Leistungsverstärker ausgelegt werden, wodurch ohne wesentlichen Mehraufwand eine Back Off Erweiterung auf mehr als 20 dB erreicht werden kann.By combining both types of amplifiers (load-modulated amplifier and balanced amplifier), a high-frequency power amplifier or a high-frequency power amplifier circuit can be implemented with a relatively simple structure, which operates highly efficiently with a back-off of more than 12 to 14 dB. By appropriate design of the two amplifier types (load modulated ter amplifier and balanced amplifier) an efficient dynamic range can thus be set which can be superior to a 3-way Doherty power amplifier in terms of average efficiency, complexity and bandwidth. In addition, if an even larger back-off range is required, the two identical amplifiers of the balanced amplifier can also be designed as load-modulated power amplifiers, which means that a back-off extension of more than 20 dB can be achieved without significant additional effort.

Auch wenn einige der voranstehend beschriebenen Aspekte in Bezug auf die HF-Leistungsverstärkerschaltung beschrieben wurden, so können diese Aspekte auch auf das Verfahren zum Betreiben der HF-Leistungsverstärkerschaltung zutreffen. Genauso können die voranstehend in Bezug auf das Verfahren zum Betreiben der HF-Leistungsverstärkerschaltung beschriebenen Aspekte in entsprechender Weise auf die HF-Leistungsverstärkerschaltung zutreffen.Although some of the aspects described above were described in relation to the RF power amplifier circuit, these aspects can also apply to the method for operating the RF power amplifier circuit. Likewise, the aspects described above in relation to the method for operating the HF power amplifier circuit can correspondingly apply to the HF power amplifier circuit.

Ebenfalls versteht sich, dass die vorliegend verwendeten Begriffe lediglich der Beschreibung einzelner Ausführungsformen dienen und nicht als Einschränkung gelten sollen. Sofern nicht anders definiert, haben alle vorliegend verwendeten technischen und wissenschaftlichen Begriffe die Bedeutung, die dem allgemeinen Verständnis des Fachmannes auf dem für die vorliegende Offenbarung relevanten Fachgebiet entspricht; sie sind weder zu weit noch zu eng zu fassen. Werden vorliegend Fachbegriffe unzutreffend verwendet und bringen so den technischen Gedanken der vorliegenden Offenbarung nicht zum Ausdruck, sind diese durch Fachbegriffe zu ersetzen, die dem Fachmann ein richtiges Verständnis vermitteln. Die vorliegend verwendeten allgemeinen Begriffe sind auf der Grundlage der im Lexikon befindlichen Definition oder dem Zusammenhang entsprechend auszulegen; hierbei ist eine zu enge Auslegung zu vermeiden.It should also be understood that the terms used herein are for the purpose of describing individual embodiments only and are not intended to be limiting. Unless otherwise defined, all technical and scientific terms used herein have the meaning commonly understood by those skilled in the art relevant to the present disclosure; they are neither too broad nor too narrow. If technical terms are used incorrectly here and thus do not express the technical idea of the present disclosure, they are to be replaced by technical terms that convey a correct understanding to the person skilled in the art. The general terms used herein are to be construed on the basis of the definition found in the dictionary or according to the context; in this context, an overly narrow interpretation should be avoided.

Obwohl Begriffe wie „erster“ oder „zweiter“ usw. evtl. zur Beschreibung verschiedener Komponenten verwendet werden, sind diese Komponenten nicht auf diese Begriffe zu beschränken. Mit den obigen Begriffen soll lediglich eine Komponente von der anderen unterschieden werden. Beispielsweise kann eine erste Komponente als zweite Komponente bezeichnet werden, ohne den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung zu verlassen; ebenso kann eine zweite Komponente als erste Komponente bezeichnet werden.Although terms such as "first" or "second" etc. may be used to describe various components, these components should not be limited to those terms. The above terms are only intended to distinguish one component from the other. For example, a first component may be referred to as a second component without departing from the scope of the present disclosure; likewise, a second component can be referred to as a first component.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezug auf die beigefügten schematischen Figuren mit weiteren Einzelheiten näher erläutert.The invention is explained in more detail using an exemplary embodiment with reference to the accompanying schematic figures.

In dieser zeigen

  • 1 eine schematische Ansicht einer HF-Leistungsverstärkerschaltung;
  • 2 eine schematische Ansicht der Verstärkereffizienzen als Funktion der Ausgangsleistung;
  • 3 eine schematische Ansicht der Gesamteffizienz als Funktion der Gesamtausgangsleistung;
  • 4 eine schematische Ansicht der Verstärkerausgangsleistungen als Funktion der Eingangsleistung; und
  • 5 eine schematische Ansicht der Gesamtausgangsleistung als Funktion der Eingangsleistung.
in this show
  • 1 a schematic view of an RF power amplifier circuit;
  • 2 a schematic view of the amplifier efficiencies as a function of the output power;
  • 3 a schematic view of the overall efficiency as a function of the total output power;
  • 4 a schematic view of the amplifier output powers as a function of the input power; and
  • 5 a schematic view of total output power as a function of input power.

Es sei im Vorhinein darauf hingewiesen, dass es sich bei den zwischen den Elementen 2 bis 14 und RL gezeichneten Linien um feste, zum Beispiel unmittelbare, elektrisch leitende Verbindungen beispielsweise mittels Transmissionsleitungen handeln kann.It should be pointed out in advance that the lines drawn between the elements 2 to 14 and R L can be fixed, for example direct, electrically conductive connections, for example by means of transmission lines.

Die HF-Leistungsverstärkerschaltung kann monolithisch oder hybrid auf einer Leiterplatte (nicht gezeigt), auch Platine genannt, bereitgestellt sein. Hierbei können die für die HF-Leistungsverstärkerschaltung verwendeten Elemente 2 bis 14 oberflächenmontierte Bauelemente (englisch: surface-mounted devices, SMDs) sein. SMD-Bauelemente werden mittels lötfähiger Anschlussflächen direkt auf eine Leiterplatte gelötet (Flachbaugruppe). Die dazugehörige Technik ist die Oberflächenmontage (englisch surface-mounting technology, SMT). Alternativ oder zusätzlich zu den SMD-Bauelementen, die keine Drahtanschlüsse aufweisen, können die für die HF-Leistungsverstärkerschaltung verwendeten Elemente 2 bis 14 bedrahtete Bauelemente sein, die mittels Durchsteckmontage (englisch: through-hole technology, THT) angebracht sind.The RF power amplifier circuit can be monolithic or hybrid provided on a printed circuit board (not shown), also called a board. Here, the elements 2 to 14 used for the RF power amplifier circuit can be surface-mounted devices (SMDs). SMD components are soldered directly onto a printed circuit board (printed circuit board) using solderable connection surfaces. The associated technology is surface mounting (English surface-mounting technology, SMT). As an alternative or in addition to the SMD components that do not have wire connections, the elements 2 to 14 used for the RF power amplifier circuit can be lead components that are attached using through-hole technology (THT).

Die Kernschicht der Leiterplatte kann aus elektrisch isolierendem Material bestehen. An einer Seite des elektrisch isolierenden Materials können leitende Verbindungen bzw. Leiterbahnen (zum Beispiel die Verbindungslinieren zwischen den Elementen 2 bis 14 und RL) haften. Die andere Seite des elektrisch isolierenden Materials kann eine durchgehend leitende Oberfläche sein. Als isolierendes Material kann faserverstärkter Kunststoff oder Hartpapier vorgesehen sein. Die Leiterbahnen können aus einer Schicht Kupfer, zum Beispiel mit einer Dicke im Bereich von 20 bis 35 µm, geätzt sein.The core layer of the printed circuit board can consist of electrically insulating material. Conductive connections or traces (e.g. the connecting lines between elements 2 to 14 and R L ) can be adhered to one side of the electrically insulating material. The other side of the electrically insulating material can be a continuous conductive surface. Fiber-reinforced plastic or laminated paper can be provided as the insulating material. The conductor tracks can be etched from a layer of copper, for example with a thickness in the range 20 to 35 µm.

Insbesondere können alle Verbindungsleiter, zum Beispiel der Leiterplatte bzw. die Verbindungslinien zwischen den Elementen 2 bis 14 und RL, gedruckte Leitungen in Form von Streifenleitungen sein. Die Streifenleitungen können Mikrostreifenleitungen, symmetrische Streifenleitungen, geschirmte Streifenleitungen, Koplanarleitungen und/oder Doppelbandleitungen sein.In particular, all connecting conductors, for example the printed circuit board or the connecting lines between the elements 2 to 14 and R L , can be printed lines in the form of strip lines. The striplines may be microstriplines, balanced striplines, shielded striplines, coplanar lines, and/or dual ribbonlines.

1 zeigt nun eine HF-Leistungsverstärkerschaltung 1. Die HF-Leistungsverstärkerschaltung 1 umfasst einen Signalgenerator 2, der für die Versorgung mit einem Eingangssignal ausgelegt ist. Ein solches Eingangssignal kann ein auf eine Trägerwellenlänge λ bzw. Trägerfrequenz (1/λ) moduliertes Informationssignal sein. Das Eingangssignal kann insbesondere ein digital moduliertes Signal sein. Beispiele für das digital modulierte Signal sind ein Phasenumtastungs- (PSK-) Signal, ein Quadratur-PSK-(QPSK-) Signal, ein π/4-QPSK Signal, ein Offset-QPSK (OQPSK) Signal oder ein Differentielles QPSK (DQPSK) Signal oder dergleichen. Speziell kann die HF-Leistungsverstärkerschaltung für solche Signale vorteilhaft und vorgesehen sein, die ein hohes Spitzen-Mittelwert-Verhältnis (PAR) haben. 1 FIG. 1 now shows an HF power amplifier circuit 1. The HF power amplifier circuit 1 comprises a signal generator 2, which is designed to be supplied with an input signal. Such an input signal can be an information signal modulated to a carrier wavelength λ or carrier frequency (1/λ). In particular, the input signal can be a digitally modulated signal. Examples of the digitally modulated signal are a phase shift keying (PSK) signal, a quadrature PSK (QPSK) signal, a π/4 QPSK signal, an offset QPSK (OQPSK) signal or a differential QPSK (DQPSK) signal or something like that. In particular, the RF power amplifier circuit can be advantageous and provided for those signals that have a high peak-to-average ratio (PAR).

Die HF-Leistungsverstärkerschaltung 1 umfasst ferner einen ersten Leistungsteiler 3, der eingangsseitig mit dem Signalgenerator 2 verbunden ist. Der erste Leistungsteiler 3 teilt das Eingangssignal 3 in jeweilige Teile, zum Beispiel zwei gleiche Teile auf. Der erste Leistungsteiler 3 kann zum Beispiel ein 90° Hybridkoppler oder ein Wilkinson-Teiler sein.The HF power amplifier circuit 1 also includes a first power divider 3, which is connected to the signal generator 2 on the input side. The first power divider 3 divides the input signal 3 into respective parts, for example two equal parts. The first power divider 3 can be a 90° hybrid coupler or a Wilkinson divider, for example.

Die HF-Leistungsverstärkerschaltung 1 umfasst ferner einen lastmodulierten Verstärker 4. Der lastmodulierte Verstärker 4 ist eingangsseitig mit dem ersten Leistungsteiler 3 verbunden. Der lastmodulierte Verstärker 4 verstärkt ganz allgemein den einen Teil des Eingangssignals.The HF power amplifier circuit 1 also includes a load-modulated amplifier 4. The load-modulated amplifier 4 is connected to the first power divider 3 on the input side. The load modulated amplifier 4 generally amplifies one part of the input signal.

Die HF-Leistungsverstärkerschaltung 1 umfasst ferner einen balancierten Verstärker 5, der eingangsseitig mit dem ersten Leistungsteiler 3 verbunden ist. Der balancierte Verstärker 5 verstärkt den anderen Teil des Eingangssignals.The HF power amplifier circuit 1 also includes a balanced amplifier 5 which is connected to the first power divider 3 on the input side. The balanced amplifier 5 amplifies the other part of the input signal.

Nun steht der balancierte Verstärker 5 mit dem lastmodulierten Verstärker 4 so in Verbindung, dass ein für gewöhnlich reflexionsarm bzw. reflexionsfrei abgeschlossener Anschluss, wie in 1 durch P2 gezeigt, direkt elektrisch leitfähig mit dem Ausgang des lastmodulierten Verstärkers 4 verbunden ist.The balanced amplifier 5 is now connected to the load-modulated amplifier 4 in such a way that a normally anechoic or anechoic connection, as in 1 shown by P2, is directly electrically conductively connected to the output of the load modulated amplifier 4.

Im Wesentlichen wird also eine effektive Verschaltung von lastmoduliertem Verstärker 4 und balanciertem Verstärker 5 bereitgestellt.Essentially, therefore, an effective interconnection of load-modulated amplifier 4 and balanced amplifier 5 is provided.

Hierbei bewirkt der lastmodulierte Verstärker 4 eine Lastmodulation auf den balancierten Verstärker 5. Hierdurch kann der Dynamikbereich am Ausgang der HF-Leistungsverstärkerschaltung 1, wie in 1 durch P3 gezeigt, vergrößert werden.In this case, the load-modulated amplifier 4 brings about a load modulation on the balanced amplifier 5. As a result, the dynamic range at the output of the HF power amplifier circuit 1, as in 1 shown by P3 can be enlarged.

Die HF-Leistungsverstärkerschaltung 1 umfasst am Ausgang der Schaltung noch eine Last RL, wie zum Beispiel eine Antenne, um eine funktechnische Übertragung bereitzustellen.The HF power amplifier circuit 1 also includes a load R L at the output of the circuit, such as an antenna, in order to provide radio transmission.

Im Folgenden wird nun auf die beiden Elemente des lastmodulierten Verstärkers 4 und des balancierten Verstärkers 5 eingegangen.The two elements of the load-modulated amplifier 4 and the balanced amplifier 5 will now be discussed below.

Der lastmodulierte Verstärker 4 umfasst einen zweiten Leistungsteiler 6, der eingangsseitig mit einem der Ausgänge des ersten Leistungsteilers 3 verbunden ist. Der zweite Leistungsteiler 6 kann ebenso wie der erste Leistungsteiler 3, ein 90° Hybridkoppler oder ein Wilkinson-Teiler sein. Der zweite Leistungsteiler 6 teilt den einen Teil des Eingangssignals 3 wiederum in jeweilige Teile, zum Beispiel zwei gleiche Teile auf. Der Einfachheit halber werden die von dem Leistungsteiler 6 ausgangsseitig bereitgestellten Signalteile nun als Trägersignal und Spitzensignal bezeichnet.The load-modulated amplifier 4 includes a second power divider 6, which is connected to one of the outputs of the first power divider 3 on the input side. The second power divider 6, like the first power divider 3, can be a 90° hybrid coupler or a Wilkinson divider. The second power divider 6 divides one part of the input signal 3 in turn into respective parts, for example two equal parts. For the sake of simplicity, the signal parts provided by the power divider 6 on the output side are now referred to as carrier signal and peak signal.

Der lastmodulierte Verstärker 4 umfasst optional einen Phasenschieber 7, der auch als 90° Hybridkoppler ausgeführt sein kann. Der Phasenschieber 7 ist eingangsseitig mit dem zweiten Leistungsteiler 6 verbunden und bewirkt eine Phasenverschiebung um 90° auf das Spitzensignal.The load-modulated amplifier 4 optionally includes a phase shifter 7, which can also be designed as a 90° hybrid coupler. The phase shifter 7 is connected to the second power splitter 6 on the input side and causes a phase shift of 90° to the peak signal.

Der lastmodulierte Verstärker 4 umfasst einen Trägerverstärker 8 und einen Spitzenverstärker 9. Der Trägerverstärker 8 ist eingangsseitig mit dem zweiten Leistungsteiler 6 verbunden und empfängt dort das Trägersignal. Der Spitzenverstärker 9 ist eingangsseitig entweder mit dem zweiten Leistungsteiler 6 oder bei Vorhandensein des Phasenschiebers 7 mit dem Phasenschieber 7 verbunden und empfängt das 90° phasenverschobene Spitzensignal.The load-modulated amplifier 4 includes a carrier amplifier 8 and a peak amplifier 9. The carrier amplifier 8 is connected on the input side to the second power splitter 6 and receives the carrier signal there. The peak amplifier 9 is connected on the input side either to the second power splitter 6 or, if the phase shifter 7 is present, to the phase shifter 7 and receives the 90° phase-shifted peak signal.

Nun ist der Trägerverstärker 8 so ausgelegt, dass er in einem ersten Leistungsbereich der HF-Leistungsverstärkerschaltung 1 arbeitet. Der Trägerverstärker 8 kann insbesondere ein Klasse AB Verstärker sein. Der Spitzenverstärker 9 ist ein Klasse C Verstärker und setzt erst ein, wenn der erste Leistungsbereich verlassen wird. Der Spitzenverstärker 9 arbeitet somit in einem zweiten Leistungsbereich, zum Beispiel ausschließlich über dem ersten Leistungsbereich. Hierbei können der erste Leistungsbereich und der zweite Leistungsbereich durch einen Leistungsschwellenwert getrennt und benachbart sein. Der Leistungsschwellenwert gibt die Ausgangsleistung an, ab der der Spitzenverstärker 9 zu dem Trägerverstärker 8 zugeschalten wird.The carrier amplifier 8 is now designed in such a way that it operates in a first power range of the HF power amplifier circuit 1 . The carrier amplifier 8 can in particular be a class AB amplifier. The peak amplifier 9 is a class C amplifier and only starts when the first power range is left. The peak amplifier 9 thus operates in a second power range, for example exclusively above the first power range. Here, the first power range and the second power range can be separated and adjacent by a power threshold value. The performance threshold specifies the output power, from which the peak amplifier 9 is switched to the carrier amplifier 8.

Bei Zuschalten des Spitzenverstärkers 9 zu dem Trägerverstärker 8 ergibt sich eine sogenannte Lastmodulation. In dem Beispiel aus 1 kann das über eine Stromaddition am Ausgang des lastmodulierten Verstärkers 4 erfolgen, wonach die Lastimpedanz am Ausgang des Trägerverstärker 8 durch Zuschalten des Spitzenverstärkers 9 verringert wird. Es kann somit ein größerer Ausgangsstrom durch den lastmodulierten Verstärker 4 zur Verfügung gestellt werden.When the peak amplifier 9 is connected to the carrier amplifier 8, a so-called load modulation results. In the example off 1 This can be done via current addition at the output of the load-modulated amplifier 4, after which the load impedance at the output of the carrier amplifier 8 is reduced by switching on the peak amplifier 9. A larger output current can thus be made available by the load-modulated amplifier 4.

Der lastmodulierte Verstärker 4 umfasst in dem Beispiel aus 1 zusätzlich einen λ/4 Transformator 10, der eingangsseitig mit dem Trägerverstärker 8 verbunden ist und ausgangsseitig direkt mit dem Ausgang des Spitzenverstärkers 9 verbunden ist und gleichzeitig den Ausgang des lastmodulierten Verstärkers 4 darstellt. Alternative zum lastmodulierten Verstärker 4 mit Stromaddition kann ein lastmodulierten Verstärker 4 mit Spannungsaddition verwendet werden. Hierbei kann der λ/4 Transformator 10 zum Beispiel entfallen.The load modulated amplifier 4 comprises in the example 1 additionally a λ/4 transformer 10, which is connected on the input side to the carrier amplifier 8 and on the output side is connected directly to the output of the peak amplifier 9 and at the same time represents the output of the load-modulated amplifier 4. As an alternative to the load-modulated amplifier 4 with current addition, a load-modulated amplifier 4 with voltage addition can be used. In this case, the λ/4 transformer 10 can be omitted, for example.

Das so erhaltene Ausgangssignal wird dann am Ausgang des lastmodulierten Verstärkers 4 bereitgestellt.The output signal obtained in this way is then provided at the output of the load-modulated amplifier 4 .

Der balancierte Verstärker 5 umfasst einen 90° Hybridkoppler als Eingangskoppler 11. Der Eingangskoppler 11 hat vier Anschlüsse P1, P2, P3 und P4. Der Anschluss P1 des Eingangskopplers 11 ist mit dem ersten Leistungsteiler 3 verbunden und empfängt den anderen Teil des Eingangssignals. Der Anschluss P4 des Eingangskopplers 11 ist, zum Beispiel wie in 1 gezeigt, mit einer 50 Ohm Leitung gegen Masse abgeschlossen. Der andere Teil des Eingangssignals wird nun mittels des Eingangskopplers 11 in eine In-Phase- (I) und eine Quadraturkomponente (Q) an den Ausgangsanschlüssen P2 und P3 entsprechend bereitgestellt. Die Quadraturkomponente (Q) ist um 90° phasenverschoben gegenüber der In-Phase-Komponente.The balanced amplifier 5 includes a 90° hybrid coupler as the input coupler 11. The input coupler 11 has four ports P1, P2, P3 and P4. The port P1 of the input coupler 11 is connected to the first power splitter 3 and receives the other part of the input signal. The connection P4 of the input coupler 11 is, for example as in 1 shown terminated with a 50 ohm line to ground. The other part of the input signal is now provided by means of the input coupler 11 in an in-phase (I) and a quadrature (Q) component at the output ports P2 and P3 respectively. The quadrature component (Q) is 90° out of phase with the in-phase component.

Der balancierte Verstärker 5 umfasst ein erstes Verstärkerelement 12 und ein zweites Verstärkerelement 13, die entsprechend mit dem Port 2 bzw. Port 3 des Eingangskopplers 11 verbunden sind und die entsprechende Komponente I, Q verstärken. Die beiden Verstärkerelemente 12 und 13 können gleich aufgebaut sein, also identisch sein.The balanced amplifier 5 comprises a first amplifier element 12 and a second amplifier element 13 which are respectively connected to port 2 and port 3 of the input coupler 11 and amplify the corresponding component I, Q. The two amplifier elements 12 and 13 can have the same structure, that is to say they can be identical.

Nun sind die Verstärkerelemente 12 und 13 so ausgelegt, dass sie in einem dritten Leistungsbereich der HF-Leistungsverstärkerschaltung 1 arbeiten. Die Verstärkerelemente 12 und 13 können insbesondere Klasse C Verstärker sein. Hierbei können die Verstärkerelemente 12 und 13 so ausgelegt sein, dass sie erst einsetzen, wenn der zweite Leistungsbereich verlassen wird. Die Verstärkerelemente 12 und 13 arbeiten somit in einem dritten Leistungsbereich, zum Beispiel ausschließlich über dem zweiten Leistungsbereich. Hierbei können der zweite Leistungsbereich und der dritte Leistungsbereich durch einen Leistungsschwellenwert getrennt und benachbart sein. Der Leistungsschwellenwert gibt die Ausgangsleistung an, ab der die Verstärkerelemente 12 und 13 zu dem lastmodulierten Verstärker 4 zugeschalten werden.The amplifier elements 12 and 13 are now designed in such a way that they work in a third power range of the HF power amplifier circuit 1 . The amplifier elements 12 and 13 can in particular be class C amplifiers. In this case, the amplifier elements 12 and 13 can be designed in such a way that they only start when the second power range is exited. The amplifier elements 12 and 13 thus operate in a third power range, for example exclusively above the second power range. Here, the second power range and the third power range can be separated and adjacent by a power threshold value. The power threshold value indicates the output power above which the amplifier elements 12 and 13 are connected to the load-modulated amplifier 4.

Die ersten, zweiten und dritten Leistungsbereiche sind benachbarte Leistungsbereiche und können einen Dynamikbereich der HF-Leistungsverstärkerschaltung 1 darstellen.The first, second and third power ranges are adjacent power ranges and can represent a dynamic range of the RF power amplifier circuit 1 .

Ferner hat der balancierte Verstärker 5 einen 90° Hybridkoppler als Ausgangskoppler 14. Der Ausgangskoppler 14 hat vier Anschlüsse P1, P2, P3 und P4. Der Anschluss P1 des Ausgangskopplers 14 ist mit dem ersten Verstärkerelement 12 verbunden und empfängt eine der verstärkten Komponenten I, Q. Der Anschluss P4 des Ausgangskopplers 14 ist mit dem zweiten Verstärkerelement 12 verbunden und empfängt die andere der verstärkten Komponenten I, Q. Der Anschluss P3 des Ausgangskopplers 14 ist mit der Last RL verbunden. Hierbei stellt der Anschluss P3 gleichzeitig den Ausgang der HF-Leistungsverstärkerschaltung 1 dar.Furthermore, the balanced amplifier 5 has a 90° hybrid coupler as the output coupler 14. The output coupler 14 has four ports P1, P2, P3 and P4. The port P1 of the output coupler 14 is connected to the first amplifier element 12 and receives one of the amplified components I,Q. The port P4 of the output coupler 14 is connected to the second amplifier element 12 and receives the other of the amplified components I,Q. The port P3 of the output coupler 14 is connected to the load R L . In this case, the connection P3 simultaneously represents the output of the HF power amplifier circuit 1.

Der Anschluss P2 des Ausgangskopplers 14 ist nun, anstatt mit einer 50 Ohm Leitung gegen Masse, mit dem Ausgang des lastmodulierten Verstärkers 4 verbunden.The connection P2 of the output coupler 14 is now connected to the output of the load-modulated amplifier 4 instead of with a 50 ohm line to ground.

Im dritten Leistungsbereich bewirkt der lastmodulierte Verstärker 4 an den jeweiligen Ausgängen der beiden Verstärkerelemente 12 und 13 eine Lastmodulation. Hierdurch kann eine höhere Leistung am Ausgang des HF-Leistungsverstärkers 1 erzielt werden. Der dritte Leistungsbereich kann somit eine höhere Dynamik aufweisen. Insbesondere können die drei Leistungsbereiche durch entsprechende Leistungsschwellenwerte vorgegeben sein. Zum Beispiel sind die Leistungsschwellenwerte zwischen dem ersten und zweiten Bereich 36 dBm, dem zweiten und dritten Bereich 46 dBm und Obergrenze des dritten Bereichs 52 dBm, wie in 2 und 3 beispielhaft gezeigt. Somit kann effektiv der Back Off Bereich und der Dynamikbereich vergrößert werden ohne die Bandbreite der HF-Leistungsverstärkerschaltung 1 zu verschlechtern.In the third power range, the load-modulated amplifier 4 causes load modulation at the respective outputs of the two amplifier elements 12 and 13 . As a result, a higher power at the output of the HF power amplifier 1 can be achieved. The third power range can thus have higher dynamics. In particular, the three power ranges can be specified by corresponding power threshold values. For example, the power thresholds between the first and second ranges are 36 dBm, the second and third ranges are 46 dBm, and the upper limit of the third range is 52 dBm, as in 2 and 3 shown as an example. In this way, the back-off range and the dynamic range can effectively be increased without impairing the bandwidth of the HF power amplifier circuit 1 .

In den 2 und 3 sind die Effizienzen Fe1 des HF-Leistungsverstärkers 1, Fe4 des lastmodulierten Verstärkers 4 und Fe5 des balancierten Verstärkers 5 schematisch als Funktionen der Ausgangsleistung Paus dargestellt. Der Back Off Bereich ist zusätzlich in 2 und 3 angegeben, um einem Fachmann das Verständnis der hierin vorgeschlagenen Verbreiterung des Back Off Bereichs näher zu bringen. Hierbei sind die ersten, zweiten und dritten Leistungsbereiche (1.Bereich, 2.Bereich und 3.Bereich) ebenfalls schematisch angegeben, um zu verdeutlichen, wie sich die Effizienzen Fe4 des lastmodulierten Verstärkers 4 und Fe5 des balancierten Verstärkers 5 in den entsprechenden Bereichen zusammensetzen und zur Gesamteffizienz Fe1 des HF-Leistungsverstärkers 1 beitragen. In the 2 and 3 the efficiencies F e1 of the HF power amplifier 1, F e4 of the load-modulated amplifier 4 and F e5 of the balanced amplifier 5 are shown schematically as functions of the output power P out . The back off area is also in 2 and 3 stated, in order to bring a person skilled in the art closer to understanding the broadening of the back-off range proposed herein. Here, the first, second and third power ranges (1st range, 2nd range and 3rd range) are also indicated schematically to illustrate how the efficiencies F e4 of the load-modulated amplifier 4 and F e5 of the balanced amplifier 5 in the corresponding Put together areas and contribute to the overall efficiency F e1 of the HF power amplifier 1.

Zur Erläuterung sind in den 4 und 5 die Ausgangsleistungen Fa1 des HF-Leistungsverstärkers 1, Fa4 des lastmodulierten Verstärkers 4 und Fa5 des balancierten Verstärkers 5 schematisch als Funktionen der Eingangsleistung dargestellt. Hierbei sind die ersten, zweiten und dritten Leistungsbereiche (1.Bereich, 2.Bereich und 3.Bereich), genauso wie in 2 und 3, schematisch angegeben, um zu verdeutlichen, wie sich die Ausgangsleistungen Fa4 des lastmodulierten Verstärkers 4 und Fa5 des balancierten Verstärkers 5 in den einzelnen Bereichen zusammensetzen und zur Gesamtausgangsleistung Fe1 des HF-Leistungsverstärkers 1 beitragen.For explanation are in the 4 and 5 the output powers F a1 of the HF power amplifier 1, F a4 of the load-modulated amplifier 4 and F a5 of the balanced amplifier 5 are shown schematically as functions of the input power. Here, the first, second and third performance areas (1st area, 2nd area and 3rd area) are the same as in 2 and 3 , indicated schematically in order to clarify how the output powers F a4 of the load-modulated amplifier 4 and F a5 of the balanced amplifier 5 are composed in the individual areas and contribute to the total output power F e1 of the HF power amplifier 1.

Es wird aus den 2 bis 5 klar, dass der HF-Leistungsverstärkers 1 kontinuierlich zwischen den ersten, zweiten und dritten Leistungsbereichen (1.Bereich, 2.Bereich und 3.Bereich) arbeitet. Ferner wird aus den 2 bis 5 klar, dass der balancierte Verstärker 5 sequentiell zum lastmodulierten Verstärker 5 beim Übergang vom 2. Bereich in den 3. Bereich betrieben wird.It will be from the 2 until 5 It is clear that the RF power amplifier 1 operates continuously between the first, second and third power ranges (1st range, 2nd range and 3rd range). Furthermore, from the 2 until 5 It is clear that the balanced amplifier 5 is operated sequentially to the load modulated amplifier 5 during the transition from the 2nd range to the 3rd range.

Zusammengefasst betrifft die Kernidee gemäß dem Beispiel aus 1 ein Konzept für den Aufbau einer HF-Leistungsverstärkerschaltung 1, die sowohl über einen großen Ausgangsleistungsbereich als auch eine hohe Bandbreite hocheffizient arbeiten kann. Eine der Grundideen ist es, den balancierten Verstärker 5 mit dem lastmodulierten Verstärker 4 zu kombinieren. Dabei können beide Verstärker 4, 5 zunächst getrennt voneinander entworfen werden, was eine geringe Komplexität gewährleistet. Der erweiterte hocheffiziente Dynamikbereich kann somit in zwei wesentliche (DynamikBereiche unterteilt werden. Im unteren Bereich (erster und zweiter Leistungsbereich kombiniert, s.o.) arbeitet nur der lastmodulierte Verstärker 4. Im oberen Bereich (dritter Leistungsbereich, s.o.) arbeiten beide Verstärker 4, 5, wobei der wesentlich Leistungsbeitrag im oberen Bereich von dem balancierten Verstärker 5 geliefert. In diesem oberen Bereich ist der balancierte Verstärker 5 überwiegend für die Effizienz verantwortlich. Es kann ein Leistungsunterschied zwischen dem balancierten Verstärker 5 und dem lastmodulierten Verstärker 4 in einem Verhältnis von größer als 1/3, 1/5 oder 1/7 in diesem oberen Bereich gegeben sein.In summary, the core idea per the example from 1 a concept for the construction of an HF power amplifier circuit 1, which can work highly efficiently both over a large output power range and a high bandwidth. One of the basic ideas is to combine the balanced amplifier 5 with the load modulated amplifier 4. Both amplifiers 4, 5 can initially be designed separately from one another, which ensures low complexity. The extended, highly efficient dynamic range can thus be divided into two essential (dynamic ranges. In the lower range (first and second power range combined, see above) only the load-modulated amplifier 4 works. In the upper range (third power range, see above) both amplifiers 4, 5 work, with the significant power contribution in the upper range is supplied by the balanced amplifier 5. In this upper range, the balanced amplifier 5 is predominantly responsible for the efficiency There can be a power difference between the balanced amplifier 5 and the load-modulated amplifier 4 in a ratio greater than 1/ 3, 1/5 or 1/7 in this upper range.

Der balancierte Verstärker 5 verfügt ausgangsseitig über zwei Anschlüsse, wovon einer im gewöhnlichen Gebrauch mit einem Widerstand, z.B. 50 Ohm, reflexionsfrei bzw. reflexionsarm abgeschlossen wird. Stattdessen wird dieser Anschluss vorliegend genutzt um aktiv das Ausgangssignal des lastmodulierten Verstärkers 4 einzuspeisen. Somit verzichtet man an dieser Stelle auf einen klassischen Doherty Kombinierer der bekanntermaßen die Bandbreite limitiert. Durch den Einsatz eines sequentiellen Leistungsverstärkers mit aktiver Doherty Lastmodulation (S-PAD) als lastmodulierten Verstärker 4 kann diese Limitierung auch für den unteren Bereich aufgehoben werden. Des Weiteren können ebenso die HF-Verstärkerelemente 12, 13 des balancierten Verstärkers 5 als klassische Doherty Verstärker oder S-PADs vorgesehen sein. Somit kann bei gleichbleibender Komplexität der hocheffiziente Dynamikbereich beliebig erweitert und gleichzeitig eine hohe Bandbreite abgedeckt werden.The balanced amplifier 5 has two connections on the output side, one of which is terminated in normal use with a resistor, e.g. 50 ohms, with or without reflection. Instead, this connection is used in the present case to actively feed in the output signal of the load-modulated amplifier 4 . Thus, at this point, a classic Doherty combiner, which is known to limit the bandwidth, is dispensed with. By using a sequential power amplifier with active Doherty load modulation (S-PAD) as load-modulated amplifier 4, this limitation can also be eliminated for the lower range. Furthermore, the HF amplifier elements 12, 13 of the balanced amplifier 5 can also be provided as classic Doherty amplifiers or S-PADs. With the same level of complexity, the highly efficient dynamic range can be expanded as required and a large bandwidth can be covered at the same time.

An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass alle oben beschriebenen Teile für sich alleine gesehen und in jeder Kombination, insbesondere die in den Figuren dargestellten Details, als erfindungswesentlich beansprucht werden. Abänderungen hiervon sind dem Fachmann geläufig.At this point it should be pointed out that all the parts described above, viewed individually and in every combination, in particular the details shown in the figures, are claimed to be essential to the invention. Modifications of this are familiar to those skilled in the art.

BezugszeichenlisteReference List

11
HF-LeistungsverstärkerschaltungRF power amplifier circuit
22
Signalgeneratorsignal generator
33
erster Leistungsteilerfirst power divider
44
lastmodulierter Verstärkerload modulated amplifier
55
balancierter Verstärkerbalanced amplifier
66
zweiter Leistungsteilersecond power divider
77
Phasenschieberphase shifter
88th
Trägerverstärkercarrier amplifier
99
Spitzenverstärkertop amplifier
1010
λ/4 Transformatorλ/4 transformer
1111
Eingangskopplerinput coupler
1212
erstes Verstärkerelementfirst amplifier element
1313
zweites Verstärkerelementsecond amplifier element
1414
Ausgangskoppleroutput coupler
RLRL
Lastload
P1-P4P1-P4
Anschlüsseconnections
Fe1-Fe5Fe1-Fe5
Funktionen - EffizienzenFunctions - Efficiencies
Fa1-Fa5Fa1-Fa5
Funktionen - AusgangsleistungenFeatures - Output Powers
Pausbreak
Ausgangsleistungoutput power

Claims (10)

Hochfrequenz-, HF-, Leistungsverstärkerschaltung (1) mit einem 90° Hybridkoppler (14) und einem ersten HF-Verstärkerelement (12), das ausgebildet ist, eine erste Komponente eines Teils eines Eingangssignals zu verstärken und einen ersten Anschluss (P1) des 90° Hybridkopplers (14) mit der verstärkten ersten Komponente zu speisen, und einem zweiten HF-Verstärkerelement (13), das ausgebildet ist, eine zweite Komponente des Teils des Eingangssignals zu verstärken und einen zweiten Anschluss (P4) des 90° Hybridkopplers (14) mit der verstärkten zweiten Komponente zu speisen, dadurch gekennzeichnet, dass die HF-Leistungsverstärkerschaltung (1) ausgebildet ist, einen anderen Teil des Eingangssignal zu verstärken und einen dritten Anschluss (P2) des 90° Hybridkopplers (14) mit dem verstärkten anderen Teil des Eingangssignals zu speisen, und ein Ausgangssignal an einem vierten Anschluss (P3) des 90° Hybridkopplers (14) bereitzustellen, das auf ein und demselben Eingangssignal basiert.High-frequency, HF, power amplifier circuit (1) with a 90° hybrid coupler (14) and a first HF amplifier element (12), which is designed to amplify a first component of a part of an input signal and a first connection (P1) of the 90th ° to feed the hybrid coupler (14) with the amplified first component, and a second HF amplifier element (13) which is designed to amplify a second component of the part of the input signal and a second connection (P4) of the 90° hybrid coupler (14) to feed with the amplified second component, characterized in that the HF power amplifier circuit (1) is designed to amplify another part of the input signal and a third connection (P2) of the 90° hybrid coupler (14) with the amplified other part of the input signal and to provide an output signal at a fourth port (P3) of the 90° hybrid coupler (14) which is based on one and the same input signal. HF-Leistungsverstärkerschaltung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die HF-Leistungsverstärkerschaltung (1) ausgebildet ist, eine Impedanzveränderung an Ausgängen der ersten und zweiten Verstärkerelemente (12, 13) mittels des an dem dritten Anschluss (P2) des 90° Hybridkopplers (14) eingespeisten verstärkten anderen Teils des Eingangssignals zu bewirken, um ein höheres Ausgangssignal an dem vierten Anschluss (P3) des 90° Hybridkopplers (14) bereitzustellen.RF power amplifier circuit (1) according to claim 1 , characterized in that the HF power amplifier circuit (1) is designed to compensate for an impedance change at the outputs of the first and second amplifier elements (12, 13) by means of the amplified other part of the amplified part fed in at the third connection (P2) of the 90° hybrid coupler (14). Effecting input signals to provide a higher output signal at the fourth port (P3) of the 90° hybrid coupler (14). HF-Leistungsverstärkerschaltung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die HF-Leistungsverstärkerschaltung (1) eine oder mehrere Versorgungsspannungsquellen aufweist, die ausgebildet und angeordnet sind, ein und dieselbe Versorgungsspannung für alle in der HF-Leistungsverstärkerschaltung (1) angeordneten Verstärkerelemente (8, 9, 12, 13) bereitzustellen.RF power amplifier circuit (1) according to claim 1 or 2 , characterized in that the HF power amplifier circuit (1) has one or more supply voltage sources which are designed and arranged to provide one and the same supply voltage for all amplifier elements (8, 9, 12, 13) arranged in the HF power amplifier circuit (1). . HF-Leistungsverstärkerschaltung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die HF-Leistungsverstärkerschaltung (1) einen lastmodulierten Verstärker (4) aufweist, der ausgangsseitig mit dem dritten Anschluss (P2) des 90° Hybridkopplers (14) verbunden ist, und der lastmodulierte Verstärker (4) ausgebildet und angeordnet ist, den anderen Teil des Eingangssignals zu verstärken und den dritten Anschluss (P2) des 90° Hybridkopplers (14) mit dem verstärkten anderen Teil des Eingangssignals zu speisen.HF power amplifier circuit (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the HF power amplifier circuit (1) has a load-modulated amplifier (4) which is connected on the output side to the third connection (P2) of the 90° hybrid coupler (14), and the load-modulated amplifier (4) is designed and arranged to amplify the other part of the input signal and to feed the third port (P2) of the 90° hybrid coupler (14) with the amplified other part of the input signal. HF-Leistungsverstärkerschaltung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der lastmodulierte Verstärker (4), der vorzugsweise ein 2-Wege Doherty Leistungsverstärker ist, einen Trägerverstärker (8) und einen Spitzenverstärker (9) aufweist, dass der Trägerverstärker (8) als Klasse AB Verstärker ausgebildet ist, den anderen Teil des Eingangssignal in einem ersten Leistungsbereich zu verstärken, und dass der Spitzenverstärker (9) als Klasse C Verstärker ausgebildet ist, in dem ersten Leistungsbereich Aus zu sein.RF power amplifier circuit (1) according to claim 4 , characterized in that the load-modulated amplifier (4), which is preferably a 2-way Doherty power amplifier, has a carrier amplifier (8) and a peak amplifier (9), that the carrier amplifier (8) is designed as a class AB amplifier, the other To amplify part of the input signal in a first power range, and that the peak amplifier (9) is designed as a class C amplifier to be off in the first power range. HF-Leistungsverstärkerschaltung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerverstärker (8) als Klasse AB Verstärker und der Spitzenverstärker (9) als Klasse C Verstärker ausgebildet sind, den anderen Teil des Eingangssignal in einem zweiten Leistungsbereich oberhalb des ersten Leistungsbereichs zu verstärken.RF power amplifier circuit (1) according to claim 5 , characterized in that the carrier amplifier (8) is designed as a class AB amplifier and the peak amplifier (9) is designed as a class C amplifier to amplify the other part of the input signal in a second power range above the first power range. HF-Leistungsverstärkerschaltung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die HF-Leistungsverstärkerschaltung (1) einen balancierten Verstärker (5) aufweist, der den 90° Hybridkoppler (14) als Ausgangskoppler der HF-Leistungsverstärkerschaltung (1) und die ersten und zweiten Verstärkerelemente (12, 13) enthält, die dem 90° Hybridkoppler (14) vorgeschaltet sind, und dass der dritte Anschluss (P2) dafür vorgesehen ist, ein für einen normalen Betrieb des balancierten Verstärkers (5) reflexionsfrei abgeschlossener Anschluss zu sein.HF power amplifier circuit (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the HF power amplifier circuit (1) has a balanced amplifier (5) which uses the 90° hybrid coupler (14) as the output coupler of the HF power amplifier circuit (1) and the first and second amplifier elements (12, 13) which are connected upstream of the 90° hybrid coupler (14), and that the third connection (P2) is intended to be a reflection-free closed connection for normal operation of the balanced amplifier (5). . HF-Leistungsverstärkerschaltung (1) nach Anspruch 7 und Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerverstärker (8) als Klasse AB Verstärker und der Spitzenverstärker (9) als Klasse C Verstärker ausgebildet ist, den anderen Teil des Eingangssignal in einem dritten Leistungsbereich oberhalb des zweiten Leistungsbereichs zu verstärken und den dritten Anschluss (P2) des 90° Hybridkopplers (14) mit dem verstärkten anderen Teil des Eingangssignals in dem dritten Leistungsbereich zu speisen, und dass das erste HF-Verstärkerelement (12) als Klasse C Verstärker ausgebildet ist, die erste Komponente des Teils des Eingangssignals in dem dritten Leistungsbereich zu verstärken und den ersten Anschluss (P1) des 90° Hybridkopplers (14) mit der verstärkten ersten Komponente in dem dritten Leistungsbereich zu speisen, und das zweite HF-Verstärkerelement (13) als Klasse C Verstärker ausgebildet ist, die zweite Komponente in dem dritten Leistungsbereich zu verstärken und den zweiten Anschluss (P4) des 90° Hybridkopplers (14) mit der verstärkten zweiten Komponente in dem dritten Leistungsbereich zu speisen.RF power amplifier circuit (1) according to claim 7 and claim 5 or 6 , characterized in that the carrier amplifier (8) is designed as a class AB amplifier and the peak amplifier (9) is designed as a class C amplifier, amplifying the other part of the input signal in a third power range above the second power range and the third connection (P2) of the 90° hybrid coupler (14) with the amplified other part of the input signal in the third power range, and that the first HF amplifier element (12) is designed as a class C amplifier to amplify the first component of the part of the input signal in the third power range and feeding the first connection (P1) of the 90° hybrid coupler (14) with the amplified first component in the third power range, and the second HF amplifier element (13) is designed as a class C amplifier, feeding the second component in the third power range reinforce and the second connection (P4) of the 90° hybrid coupler (14) with the reinforced second component te to feed in the third power range. HF-Leistungsverstärkerschaltung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten HF-Verstärkerelemente (12, 13) ausgebildet sind, in dem ersten Leistungsbereich und dem zweiten Leistungsbereich Aus zu sein.RF power amplifier circuit (1) according to claim 8 , characterized in that the first and second RF amplifier elements (12, 13) are adapted to be off in the first power range and the second power range. Verfahren zum Betreiben einer Hochfrequenz-, HF-, Leistungsverstärkerschaltung (1) umfassend: Bereitstellen eines 90° Hybridkopplers; Bereitstellen eines ersten und zweiten HF-Verstärkerelements (12, 13); Verstärken, durch das erste HF-Verstärkerelement (12), einer ersten Komponente eines Teils eines Eingangssignals, und Speisen, durch das erste HF-Verstärkerelement (12), eines ersten Anschlusses (P1) des 90° Hybridkopplers (14) mit der verstärkten ersten Komponente; Verstärken, durch das zweite HF-Verstärkerelement (13), einer zweiten Komponente des Teils des Eingangssignals, und Speisen, durch das zweite HF-Verstärkerelement (13), eines zweiten Anschlusses (P4) des 90° Hybridkopplers (14) mit der verstärkten zweiten Komponente; gekennzeichnet durch Verstärken eines anderen Teils des Eingangssignals, und Speisen eines dritten Anschlusses (P2) des 90° Hybridkopplers (14) mit dem verstärkten anderen Teil des Eingangssignals; und Bereitstellen eines auf ein und demselben Eingangssignal basierenden Ausgangssignal an einem vierten Anschluss (P3) des 90° Hybridkopplers.A method of operating a radio frequency, RF, power amplifier circuit (1) comprising: providing a 90° hybrid coupler; providing first and second RF amplifier elements (12, 13); Amplifying, by the first RF amplifying element (12), a first component of a portion of an input signal, and feeding, by the first RF amplifying element (12), a first port (P1) of the 90° hybrid coupler (14) with the amplified first Component; Amplifying, by the second RF amplifying element (13), a second component of the part of the input signal, and feeding, by the second RF amplifying element (13), a second port (P4) of the 90° hybrid coupler (14) with the amplified second Component; characterized by amplifying another part of the input signal, and feeding a third port (P2) of the 90° hybrid coupler (14) with the amplified other part of the input signal; and providing an output signal based on one and the same input signal at a fourth port (P3) of the 90° hybrid coupler.
DE102021102876.0A 2021-02-08 2021-02-08 High frequency power amplifier circuit and method of operating a high frequency power amplifier circuit Active DE102021102876B3 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021102876.0A DE102021102876B3 (en) 2021-02-08 2021-02-08 High frequency power amplifier circuit and method of operating a high frequency power amplifier circuit
PCT/EP2022/050855 WO2022167203A1 (en) 2021-02-08 2022-01-17 High-frequency power amplifier circuit and method for operating a high-frequency power amplifier circuit
EP22703289.3A EP4289062A1 (en) 2021-02-08 2022-01-17 High-frequency power amplifier circuit and method for operating a high-frequency power amplifier circuit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021102876.0A DE102021102876B3 (en) 2021-02-08 2021-02-08 High frequency power amplifier circuit and method of operating a high frequency power amplifier circuit

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102021102876B3 true DE102021102876B3 (en) 2022-08-04

Family

ID=80445619

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102021102876.0A Active DE102021102876B3 (en) 2021-02-08 2021-02-08 High frequency power amplifier circuit and method of operating a high frequency power amplifier circuit

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP4289062A1 (en)
DE (1) DE102021102876B3 (en)
WO (1) WO2022167203A1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116131779A (en) * 2023-04-17 2023-05-16 华南理工大学 Radio frequency low noise amplifier based on Lange coupler
CN119999151A (en) * 2022-10-18 2025-05-13 华为技术有限公司 A power amplifier device, a radio frequency remote unit and a base station
WO2025177798A1 (en) * 2024-02-20 2025-08-28 株式会社村田製作所 Transmission circuit and communication device equipped with same

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN119382634A (en) * 2024-10-29 2025-01-28 湖南大学 A circuit and design method for improving the average efficiency of a power amplifier back-off interval

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013172174A (en) 2012-02-17 2013-09-02 Nec Corp Power amplifier and transmission system
US20200382070A1 (en) 2017-11-27 2020-12-03 Skyworks Solutions, Inc. Quadrature combined doherty amplifiers

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7183843B1 (en) * 2005-06-27 2007-02-27 Rockwell Collins, Inc. Electronically tuned power amplifier
US8718580B2 (en) * 2011-11-11 2014-05-06 Hbc Solutions, Inc. Broadband high efficiency amplifier system incorporating dynamic modulation of load impedance
US10749478B2 (en) * 2016-05-03 2020-08-18 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Amplifier arrangement
WO2019091541A1 (en) * 2017-11-07 2019-05-16 Huawei Technologies Co., Ltd. Power amplifier and method

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013172174A (en) 2012-02-17 2013-09-02 Nec Corp Power amplifier and transmission system
US20200382070A1 (en) 2017-11-27 2020-12-03 Skyworks Solutions, Inc. Quadrature combined doherty amplifiers

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN119999151A (en) * 2022-10-18 2025-05-13 华为技术有限公司 A power amplifier device, a radio frequency remote unit and a base station
EP4583470A4 (en) * 2022-10-18 2025-11-05 Huawei Tech Co Ltd Power amplifier device, remote radio unit, and base station
CN116131779A (en) * 2023-04-17 2023-05-16 华南理工大学 Radio frequency low noise amplifier based on Lange coupler
WO2025177798A1 (en) * 2024-02-20 2025-08-28 株式会社村田製作所 Transmission circuit and communication device equipped with same

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022167203A1 (en) 2022-08-11
EP4289062A1 (en) 2023-12-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102021102876B3 (en) High frequency power amplifier circuit and method of operating a high frequency power amplifier circuit
EP3053265B1 (en) Sequential broadband doherty power amplifier having an adjustable output power backoff
DE60108788T2 (en) CLASS E DOHERTY AMPLIFIED TOPOLOGY FOR HIGH-POWER TRANSMITTERS
DE60213876T2 (en) COMPOSED POWER AMPLIFIER
DE69425462T2 (en) Doherty microwave amplifier
DE60124448T2 (en) High-frequency circuit with high-output amplifier cell unit and low-output amplifier cell unit
DE2810194A1 (en) DEVICE FOR THE DISTRIBUTION OF HIGH FREQUENCY ENERGY AND IN PARTICULAR, HIGH FREQUENCY AMPLIFIERS EQUIPPED WITH SUCH A DEVICE
DE102009030694B4 (en) Power-efficient transceiver with high dynamic range
DE3017521C2 (en) Two-channel audio power amplifier
DE69217688T2 (en) N-way power distributor / adder
DE4420376A1 (en) modulator
DE4029368A1 (en) PARALLEL AMPLIFIER WITH SWITCHED SEPARATION RESISTORS
EP1236290A1 (en) Coupling device
DE68915441T2 (en) DISTRIBUTED SYMMETRIC AMPLIFIER.
DE102014213684B4 (en) Efficiency-optimized high-frequency power amplifier
DE4239551A1 (en)
DE3612657A1 (en) FREQUENCY CONVERSION CIRCUIT FOR HIGH FREQUENCY SIGNALS
DE2748077A1 (en) DISTORTION COMPENSATION CIRCUIT
DE2622954C2 (en) Circuit arrangement which can be used to correct distortions caused by non-linearities in a transmission system
DE2837817A1 (en) PRE-VOLTAGE SWITCH
DE102013226635B4 (en) Doherty amplifier with additional delay element
DE2751566C2 (en) EQUALIZATION CIRCUIT
DE69022272T2 (en) High frequency limiter circuit.
DE112020000719T5 (en) IMPROVING THE PERFORMANCE OF RF POWER AMPLIFIERS BY PREVENTING CLIPPING ON SIGNALS THAT HAVE LARGE PAPR
DE102021102872B3 (en) Doherty amplifier circuit and method of operating a Doherty amplifier circuit

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R082 Change of representative

Representative=s name: KUHNEN & WACKER PATENT- UND RECHTSANWALTSBUERO, DE

R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final