專利名稱：高效率功率放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及功率放大器，尤其是即使在由飽和輸出回退較大的工 作狀態(tài)下也能夠?qū)崿F(xiàn)高效率特性的放大器。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代的大容量、快速移動體通信系統(tǒng)中，如第三代移動體通信
方式的W-CDMA等使用具有高的峰值因數(shù)(峰值均值功率比，又稱峰 均功率比)的調(diào)制波信號。在這種系統(tǒng)中使用的放大器存在以下問題: 為了放大高的峰值功率，需要由飽和輸出取得充分的回退量，放大器 效率降低。
為了實現(xiàn)回退較大的工作區(qū)域中的高效率化，提出了各種放大器。
其中，漏偏壓調(diào)制型放大器( A^77変調(diào)型増幅器) 將在飽和輸出附近工作的放大器的漏偏壓與調(diào)制波輸入信號調(diào)諧，進 行調(diào)制，從而以高效率工作，同時也得到峰值功率。
非專利文獻1所述的漏偏壓調(diào)制型放大器如圖4所示，在主放大 器(Main Amp.) 3的漏偏壓電路7中具有根據(jù)調(diào)制波輸入信號的包絡(luò) 線對漏偏壓(Vd)進行調(diào)制的包絡(luò)放大器(Envelop Amp.) 5和包絡(luò)檢 波電路(Envelop Detector) 4，根據(jù)設(shè)在主放大器3的輸入側(cè)的延遲線 路(Delay) 6的調(diào)整，將漏偏壓與調(diào)制波輸入信號調(diào)諧，進行調(diào)制。
通過上述結(jié)構(gòu)，圖4的漏偏壓調(diào)制型放大器在調(diào)制波信號的平均 功率電平以低壓高效率工作，在調(diào)制波信號的峰值功率電平，以高壓 工作，放大峰值信號。并且，作為其他高效率放大器的例子，非專利文獻2中公開了如
圖5所示的多赫迪(Doherty)型放大器。多赫迪型放大器中，被偏置 為AB類的主放大器(Main Amp.)3和被偏置為C類的峰值放大器(Peak Amp.)8的輸出由與主放大器3的輸出側(cè)連接的基波頻率的1/4波長線 路15 (Doherty network)合成。
多赫迪型放大器利用該1/4波長線路15的阻抗變換作用，在低輸 入電平時，峰值放大器8處于斷開狀態(tài)時，僅僅主放大器3對于負載 阻抗RL在2倍高的負載狀態(tài)(2*RL)回退變小，高效率工作，在高 輸入電平時，峰值放大器8處于導(dǎo)通狀態(tài)，主放大器3的負載降低(2gRL —RL變化)，并且，峰值放大器8也獲得放大器整體的峰值功率，因 此能夠在維持高的峰值功率的同時進行回退較大的區(qū)域的高頻率工 作。
圖6表示漏偏壓調(diào)制型放大器和多赫迪型放大器與B類放大器的 輸出回退-效率特性的比較。理論上，漏偏壓調(diào)制型放大器及多赫迪型 放大器與B類放大器相比，由飽和輸出回退大致6dB的輸出區(qū)域的效 率提高。
這樣一來，為了能夠不損害系統(tǒng)的信號品質(zhì)地顯著提高放大器的 功效，需要一種能夠在工作電平同時實現(xiàn)高效率特性和高峰值功率特 性的放大器。
為了在由飽和輸出回退較大的工作電平，實現(xiàn)更高效率工作，在 專利文獻l (實施例2)中示出了如下的例子在多赫迪型放大器中， 具有檢測輸入電平的輸入電平檢測器，根據(jù)來自輸入電平檢測器的輸 出信號，控制主放大器(在專利文獻1中稱作主放大器)和峰值放大 器(在專利文獻1中稱作輔助放大器)的電源電壓。在圖7中表示專利文獻1的實施例2 (圖4)公開的電路結(jié)構(gòu)。在 圖7所示的結(jié)構(gòu)中，多赫迪型放大器構(gòu)成為利用與主放大器22側(cè)連 接的1/4波長線路(阻抗變換器)24將被偏置為AB類的主放大器(主 放大器)22和被偏置為B類的輔助放大器(峰值放大器)23進行輸出 合成，主放大器22和輔助放大器23的電源電壓由電壓控制器26根據(jù) 輸入電平檢測器25的輸出信號來進行控制。在輸入電平小時，降低電 源電壓，維持高的工作效率，在輸入電平變大時，增大電源電壓，從 而放大器整體的最大輸出功率上升，也能實現(xiàn)工作點的高效率化。
非專利文獻1 Donald F. Kimball et al, "High-Efficiency Envelope-Tracking W-CDMA Base-Station Amplifier Using GaN HFETs" IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol.54, No. 11, November 2006.
非專利文獻2:1. Takenaka et al, "A 240W Doherty GaAs power FET amplifier with high efficiency and low distortion for W-CDMA base stations", 2004 IEEE MTT-S Int. Microwave Symp. Dig.， pp. 525-528.
專利文獻1日本特開2007-81800號公報(圖4)
以下對本發(fā)明的相關(guān)技術(shù)進行分析。
在上述多赫迪型放大器中存在如下問題，在主放大器側(cè)設(shè)置漏偏 壓調(diào)制電路，根據(jù)輸入信號對電源電壓進行調(diào)制的情況下，平均工作 電平的效率降低，主放大器側(cè)的飽和輸出也降低。g卩，可以發(fā)現(xiàn)不能
夠同時實現(xiàn)高效率工作和高峰值功率。
在圖8中表示放大器中使用的場效應(yīng)晶體管的負載拉移(load pull)特性的漏電壓依存(Vds=12V， 48V)的一個例子。如圖8所示， 在實際的設(shè)備中，作為低漏電壓(Vdl=12V)時的最大效率的負載條 件(Eff. match)和作為高漏電壓(Vd2=48V)時的最大輸出的負載條 件(Pout match)不同。
6根據(jù)晶體管具有的電抗成分的漏電壓依存性(y電圧依存 性)，低漏電壓時的最佳負載阻抗比高漏電壓時的最佳負載阻抗低。
圖9表示固定在高漏電壓時的最佳負載阻抗時，輸出(Pout)-效 率特性的漏電壓依存(Vds=8V 48V)。圖IO表示固定在低漏電壓時 的最佳負載阻抗時，輸出-效率特性的漏電壓依存。
與調(diào)制波輸入信號的振幅成比例地對漏電壓進行調(diào)制的情況下， 能夠得到輸出-效率特性的電壓依存的包絡(luò)線的特性。
例如W-CDMA調(diào)制波信號的振幅成分的概率分布如圖11所示。
最大瞬時峰值功率由分布概率最高的平均功率具有大約10dB左 右的波高值。
將放大器的晶體管的輸出側(cè)負載條件設(shè)定為高漏電壓時的最佳負 載阻抗的情況下，如圖9所示，由38dBm的峰值輸出取大約10dB回 退的平均輸出電平(28dBm)的效率只達到60%左右，而與此相對， 峰值輸出時的最高效率為73%。
另一方面，在將放大器的晶體管的輸出側(cè)負載條件設(shè)定為低漏電 壓時的最佳負載阻抗的情況下，由圖10可以看出，平均輸出電平的效 率為73%，能夠得到高效率特性，但峰值輸出為36dBm，比設(shè)定為高 漏電壓時的最佳負載阻抗時相比，結(jié)果是低2dB。
艮卩，在漏偏壓調(diào)制型放大器中存在如下問題將輸出側(cè)負載條件 設(shè)定為高壓工作時的最大輸出條件時，平均工作電平下的效率降低， 或者將輸出側(cè)負載條件設(shè)定為低壓工作時的最大效率條件時，峰值功 率特性降低。
7進而，將這樣工作的漏偏壓調(diào)制型放大器應(yīng)用于專利文獻1的實 施例2所示的多赫迪型放大器(參照圖7)時，通過與主放大器的輸出
側(cè)連接的1/4波長線路的阻抗變換作用，主放大器的負載阻抗由于輸入
電平的增加，峰值放大器導(dǎo)通，從而從高阻抗向低阻抗變化。
由此，在低輸入電平低漏電壓工作時的最佳負載阻抗位于低阻抗 側(cè)，在高輸入電平高漏電壓時的最佳負載阻抗不僅位于高阻抗側(cè)，在 上述放大器中進行相反的負載阻抗的變動工作。
艮p，在具有上述漏偏壓調(diào)制結(jié)構(gòu)的多赫迪型放大器中，隨著輸入
信號電平的增加，漏電壓也增加，但由于設(shè)備的最佳負載阻抗的漏電
壓依存的傾向和放大器的工作不同，因此在工作點電平，無法同時實 現(xiàn)高效率特性和高峰值功率特性。
進而，在上述多赫迪型放大器中存在如下問題，在峰值放大器側(cè) 也設(shè)有漏偏壓調(diào)制電路，因此通過在放大器的帶域內(nèi)產(chǎn)生的共振點， 產(chǎn)生大幅度的增益降低，無法得到良好的放大器特性。
在圖12中表示在多赫迪型放大器中，使主放大器和峰值放大器的 漏電壓變化時的增益-頻率特性。隨著漏電壓的減小，共振點向帶域內(nèi) (1.9 2.05GHz)移動，增益大幅度降低。
這是由于，峰值放大器側(cè)的C類晶體管的輸出阻抗與主放大器側(cè) 的AB類晶體管相比，漏電壓依存較大，因此在主放大器和峰值放大器 的輸出合成點(圖5的A點)，減小漏電壓時，受到峰值放大器側(cè)的 阻抗的影響，通過損失變大。
原本，由主放大器和峰值放大器的輸出合成點(圖5的A點)觀 察峰值放大器側(cè)的阻抗希望為開放條件，但在使漏電壓變化時，峰值 放大器的輸出阻抗變化，由開放條件偏離，來自主放大器的輸出功率
8泄漏，造成損失。
艮P，在多赫迪型放大器中存在如下問題，使峰值放大器側(cè)的漏偏 壓調(diào)制時，受到峰值放大器側(cè)的C類晶體管的偏壓依存的影響，增益 特性降低。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供一種高頻功率放大器，該放大器具有主放大器 和峰值放大器，在所述主放大器的漏偏壓電路中，具有根據(jù)調(diào)制波輸 入信號的包絡(luò)線對漏偏壓進行調(diào)制的包絡(luò)放大器和包絡(luò)檢波電路，所 述峰值放大器的輸出側(cè)連接有基波頻率的1/4波長線路。
在本發(fā)明中，具有主放大器；峰值放大器；將調(diào)制波輸入信號 對所述主放大器和所述峰值放大器進行功率分配的輸入分配器；與所 述峰值放大器的輸出側(cè)連接的基波頻率的1/4波長線路；以及向所述主 放大器提供偏壓的偏壓電路，所述偏壓電路具有輸入所述調(diào)制波輸 入信號，檢測包絡(luò)線的包絡(luò)檢波電路；以及將所述包絡(luò)檢波電路的輸 出放大，向所述主放大器提供偏壓的包絡(luò)放大器，合成了所述l/4波長 線路及所述主放大器的輸出的信號被輸出。
在本發(fā)明中，所述峰值放大器以恒定的漏電壓工作，僅在調(diào)制波 信號的峰值功率電平時導(dǎo)通，將信號放大，所述主放大器在所述調(diào)制 波輸入信號的平均電平進行低壓工作，在所述調(diào)制波輸入信號的瞬時 峰值電平進行高壓工作。
在本發(fā)明中，通過所述1/4波長線路的阻抗變換作用，所述主放 大器隨著輸入電平的增加，可以從所述調(diào)制波輸入信號的平均電平時、 以低壓工作得到最大效率的低阻抗條件向峰值輸出時、以高壓工作得 到最大輸出的高阻抗條件進行負載變化。根據(jù)本發(fā)明，能夠在放大器工作電平，同時實現(xiàn)高效率特性和高 峰值功率特性。


圖1是表示本發(fā)明的一個實施例的功率放大器的結(jié)構(gòu)的圖。
圖2是表示本發(fā)明的一個實施例的功率放大器中的主放大器和峰 值放大器的負載變動的狀態(tài)的圖。
圖3是表示本發(fā)明的一個實施例的功率放大器的輸出-效率特性的圖。
圖4是表示現(xiàn)有的漏偏壓調(diào)制型放大器的結(jié)構(gòu)的圖。
圖5是表示現(xiàn)有的多赫迪型放大器的結(jié)構(gòu)的圖。
圖6是比較漏偏壓調(diào)制型放大器及多赫迪型放大器與B類放大器
的輸出回退-效率特性的比較的圖。
圖7是表示專利文獻1的實施例2所示的放大器的結(jié)構(gòu)的圖。 圖8是表示場效應(yīng)晶體管的負載拉移特性的漏電壓依存的圖。 圖9是表示固定為高漏電壓時的最佳負載阻抗時的輸出-效率特性
的漏電壓依存的圖。
圖10是表示固定為低漏電壓時的最佳負載阻抗時的輸出-效率特
性的漏電壓依存的圖。
圖11是表示W(wǎng)-CDMA調(diào)制波信號的峰均功率比的概率分布的圖。 圖12是表示在現(xiàn)有的多赫迪型放大器中，使主放大器和峰值放大
器的漏電壓變化時的增益-頻率特性的圖。
標(biāo)號說明
1: RF輸入端子 2: RF輸出端子 3:主放大器 4:包絡(luò)檢波電路 5:包絡(luò)放大器 6:延遲線路
107:漏偏壓電路
8:峰值放大器
9、10: 1/4波長線路
11:輸入分配器
13、14、 15、 16: 1/4波長線路
21:輸入分配器
22:主放大器
23:輔助放大器
24:阻抗變換器
25:輸入電平檢測器
26:電壓控制器
27:偏壓控制器
具體實施例方式
本發(fā)明在峰值放大器8的輸出側(cè)與基波頻率的1/4波長線路9連 接，將被偏置為AB類的主放大器3和被偏置為C類的峰值放大器8 進行輸出合成，具有在主放大器3的漏偏壓電路7根據(jù)調(diào)制波輸入信 號的包絡(luò)線對漏偏壓進行調(diào)制的包絡(luò)放大器5及包絡(luò)檢波電路4。
主放大器3通過設(shè)在峰值放大器8的輸出側(cè)的1/4波長線路9的 阻抗變換作用，隨著輸入電平的增加，可以從平均輸出電平時、以低 壓工作得到最大效率的低阻抗條件向峰值輸出時、以高壓工作得到最 大輸出的高阻抗條件進行負載變動。
并且，峰值放大器8的偏壓為固定的，因此，峰值放大器8的阻 抗不會對增益特性產(chǎn)生影響。根據(jù)本發(fā)明，即使隨著輸入信號電平的 增加，漏電壓增加，設(shè)備的最佳負載阻抗的漏電壓依存的傾向和放大 器工作一致，因此，在工作點電平，能夠同時實現(xiàn)高效率特性和高峰 值功率特性。以下根據(jù)實施例進行說明。實施例
圖1是表示本發(fā)明的功率放大器的電路結(jié)構(gòu)的圖。被偏置為AB 類的主放大器3和被偏置為C類的峰值放大器8由設(shè)在峰值放大器8 的輸出側(cè)的基波頻率的1/4波長線路合成。
在主放大器3的漏偏壓電路7中，具有根據(jù)調(diào)制波輸入信號的包 絡(luò)線對主放大器3的漏偏壓進行調(diào)制的包絡(luò)放大器5和由二極管構(gòu)成 的包絡(luò)檢波電路4。
調(diào)制波輸入信號經(jīng)由延遲線路6,通過輸入分配器11對主放大器 3和峰值放大器8進行功率分配。
另外，輸入分配器11也可以像多赫迪型放大器那樣為1/4波長線路。
峰值放大器8以恒定的漏電壓工作，僅在調(diào)制波信號的峰值功率 電平時導(dǎo)通，將信號放大。另外，對于包絡(luò)放大器，在非專利文獻1 中公開了其具體的電路結(jié)構(gòu)。
主放大器3通過漏偏壓電路7在調(diào)制波信號的平均電平進行低壓 工作，在調(diào)制波信號的瞬時峰值電平進行高壓工作。
進而，與作為相關(guān)技術(shù)在上文進行了說明的多赫迪型放大器(例 如參照圖5)相反地，通過設(shè)在峰值放大器8側(cè)的1/4波長線路9的阻 抗變換作用，主放大器3隨著輸入電平的增加，能夠從平均輸出電平 時、以低壓工作得到最大效率的低阻抗條件向峰值輸出時、以高壓工 作得到最大輸出的高阻抗條件進行負載變動。
并且，由于峰值放大器8的偏壓被固定，因此峰值放大器8的阻 抗不會對增益特性產(chǎn)生影響。艮P，在本發(fā)明的放大器中，即使隨著輸入信號電平的增加，漏電 壓增加，設(shè)備的最佳負載阻抗的漏電壓依存的傾向能夠與放大器工作 一致，因此能夠在工作點電平，同時實現(xiàn)高效率特性和高峰值功率特 性。
通過將被偏置為AB類的主放大器3和被偏置為C類的峰值放大 器8在峰值放大器8的輸出側(cè)與基波頻率的1/4波長線路9連接來進行 輸出合成，將主放大器3的漏偏壓根據(jù)調(diào)制波輸入信號的包絡(luò)線進行 調(diào)制，從而與設(shè)備中的最佳負載條件的漏電壓依存對應(yīng)，能夠?qū)崿F(xiàn)根 據(jù)輸入信號電平的最佳負載變動。
由此，能夠維持高峰值功率特性，同時能夠飛躍性地提高放大器 的工作效率。
圖2表示對于本發(fā)明的放大器，隨著輸入信號電平的增加而產(chǎn)生 的主放大器和峰值放大器的晶體管的負載變動的情況。
本實施例的主放大器的負載阻抗隨著輸入電平的增加，從低壓時 得到最高效率的低阻抗向高壓時得到最大輸出的高阻抗變化。
圖3表示本實施例的放大器中的輸出-效率特性。與圖9和圖10 所示的相關(guān)技術(shù)的放大器的特性相比較，在本實施例的放大器中，如 圖3所示，能夠得到38dBm的峰值輸出，同時取大約10dBm回退的平 均輸出電平(28dBm)的效率為73%,可以獲得高效率特性。
這是由于，在本實施例中，由于設(shè)在主放大器3的漏偏壓電路7 和設(shè)在峰值放大器8的輸出側(cè)的1/4波長線路9的阻抗變換作用，在平 均輸出電平時，峰值放大器位于斷開狀態(tài)時，主放大器3在低壓工作 狀態(tài)下，以低壓在得到最大效率的低阻抗條件下工作，峰值輸出時，峰值放大器8處于導(dǎo)通狀態(tài)時，主放大器3向高壓工作狀態(tài)下、以高 壓得到最大輸出的高阻抗條件進行負載阻抗變化。
并且，由于峰值放大器8的偏壓固定，因此峰值放大器8的阻抗 不會對增益特性產(chǎn)生影響。
這樣，在本發(fā)明的放大器中，即使隨著輸入信號電平的增加，漏 電壓增加，由于設(shè)備的最佳負載阻抗的漏電壓依存的傾向與放大器工 作一致，因此在工作點電平，能夠同時實現(xiàn)高效率特性和髙峰值功率 特性。
另外，上述專利文獻l、非專利文獻l、 2的各公開內(nèi)容援用于本 說明書。在本發(fā)明公開(包括權(quán)利要求的范圍)的框架內(nèi)，可以進而 基于其基本的技術(shù)思想進行實施方式、實施例的變更、調(diào)整。并且， 在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)，可以進行各種公開要素的多樣的組合和 選擇。即，本發(fā)明包括本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)包含權(quán)利要求在內(nèi)的全部 公開內(nèi)容、技術(shù)思想可以得到的各種變形、修改這一點是不言自明的。
1權(quán)利要求
1. 一種功率放大器，該放大器具有主放大器和峰值放大器，其特征在于，在所述主放大器的漏偏壓電路中，具有根據(jù)調(diào)制波輸入信號的包絡(luò)線對漏偏壓進行調(diào)制的包絡(luò)放大器和包絡(luò)檢波電路，所述峰值放大器的輸出側(cè)連接有基波頻率的1/4波長線路。
2. —種功率放大器，具有主放大器；峰值放大器；將調(diào)制波輸入信號對所述主放大器和所述峰值放大器進行功率分配的輸入分配 器；與所述峰值放大器的輸出側(cè)連接的基波頻率的1/4波長線路；以及 向所述主放大器提供偏壓的偏壓電路，其特征在于，所述偏壓電路具有輸入所述調(diào)制波輸入信號，檢測包絡(luò)線的包 絡(luò)檢波電路；以及將所述包絡(luò)檢波電路的輸出放大，向所述主放大器 提供偏壓的包絡(luò)放大器，所述1/4波長線路的輸出和所述主放大器的輸出被合成輸出。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的功率放大器，其特征在于， 所述主放大器被偏置為AB類， 所述峰值放大器被偏置為C類。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的功率放大器，其特征在于， 所述峰值放大器以恒定的漏電壓工作，僅在所述調(diào)制波輸入信號的峰值功率電平時導(dǎo)通，將信號放大，所述主放大器在所述調(diào)制波輸入信號的平均電平進行低壓工作， 在所述調(diào)制波輸入信號的瞬時峰值電平進行高壓工作。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的功率放大器，其特征在于， 通過所述1/4波長線路的阻抗變換作用，所述主放大器隨著輸入電平的增加，可以從所述調(diào)制波輸入信號的平均電平時、以低壓工作得到最大效率的低阻抗條件向峰值輸出時、以高壓工作得到最大輸出 的高阻抗條件進行負載變化。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能夠在放大工作電平同時實現(xiàn)高效率特性和高峰值特性的功率放大器。具有被偏置為AB類的主放大器(3)和被偏置為C類的峰值放大器(8)，在峰值放大器(8)的輸出側(cè)連接有基波頻率的1/4波長線路(9)，合成所述主放大器和所述峰值放大器的輸出，作為所述主放大器(3)的漏偏壓電路，具有根據(jù)調(diào)制波輸入信號的包絡(luò)線對漏偏壓進行調(diào)制的包絡(luò)放大器(5)及包絡(luò)檢波電路(4)。
文檔編號H03F1/07GK101510760SQ20091000347
公開日2009年8月19日 申請日期2009年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月15日
發(fā)明者竹中功 申請人:恩益禧電子股份有限公司