專利名稱：一種匹配電路及用于匹配晶體管電路的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及放大如移動通信中的微波信號或毫米波信號的放大器的匹配電路，還涉及使用匹配電路的低失真晶體管電路。
隨著，高容量數(shù)字移動通迅系統(tǒng)的出現(xiàn)，對低失真、高輸出功率放大器的需求越來越強，由此，為了延長移動電路系統(tǒng)的可能的總的連接時間，就需要以高效率進行工作的高輸出功率放大器。在過去，反饋方法及預(yù)一失真方法已被用在高輸出功率放大器中用來獲得失真補償。另一種失真補償方法，例如，正如在1996年的日本信息與通迅工程師學(xué)會的電子社會參考C-94中所指出的，是通過使用串聯(lián)二級管序列或通過使用硅雙極晶體管與前置放大器的組合或使用源極電感來實現(xiàn)的。
然而，在上述的失真補償電路中，由于在為了調(diào)節(jié)電平的目的而對功率放大器進行補償之前先設(shè)置了衰減電路，不僅電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜且龐大，而且還很難制成壓縮電路。
針對以上在現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的一個目的是提供這樣一種構(gòu)成電路的技術(shù)，即其能通過使用簡單的制造方法，來制成體積小、低失真高輸出功率放大器，而同時能提供高效率的工作。
為實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明的第一實施例使用了一個電容器，為了阻抗匹配的目的，其容量是偏壓相關(guān)的。
本發(fā)明的第二實施例使用了第一電容器，其容量在基頻時為了阻抗的目的是偏壓相關(guān)的，并使用了第二電容器，其容量對于對應(yīng)于諧波的阻抗匹配是非偏壓相關(guān)的。
匹配晶體管電路的方法包含晶體管及匹配電路，匹配電路設(shè)置在所述晶體管的輸出部分上，還包含一個電容器，其容量隨偏壓而發(fā)生變化，其中所述方法包含如下步驟第一步，改變所述晶體管的輸出電壓；第二步，響應(yīng)于所述晶體管的所述輸出電壓改變所述電容器的電容；第三步，由于所述電容器的所述容量的變化，匹配條件也發(fā)生變化；第四步，響應(yīng)于所述電容器的所述容量的變化改變所述晶體管的所述輸出電壓的失真。
通過在阻抗匹配電路中使用具有偏壓相關(guān)的容量的電容器，隨著輸出的增加，也即隨著施加到匹配電路電容器上的電壓的上升，能夠改變匹配狀態(tài)。通過這樣做，當輸出功率上升時，就可以使匹配狀態(tài)從注重輸出功率而變?yōu)樽⒅厥д嫜a償。
在具有第一電容器及第二電容器的電路結(jié)構(gòu)中，其中第一電容器的容量是依賴偏壓的，其用于基頻阻抗匹配，而第二電容器的電容是不依賴偏壓的，其用于諧波阻抗匹配，伴隨著輸出功率增大，基頻阻抗也變化，而對應(yīng)于諧波的匹配狀態(tài)不改變。因此，諧波一直被抑制，從而能保證高效率的工作。


圖1為本發(fā)明第一實施例的等效電路圖；圖2為本發(fā)明第一實施例中的(BaxSr1-x)TiO3薄膜電容器的容量與偏壓間依賴關(guān)系的曲線圖；圖3為本發(fā)明第一實施例的原理圖；圖4為本發(fā)明第一實施例的效果圖；圖5為本發(fā)明第二實施例的等效電路圖；圖6為本發(fā)明第二實施例的原理圖。
下面參照附圖對本發(fā)明的實施例進行描述。
根據(jù)本發(fā)明，第一實施例的匹配電路為一個輸出匹配電路。圖1為本發(fā)明第一實施例的等效電路圖，其由一串聯(lián)電感101、一串聯(lián)電容102、一并聯(lián)電容103、一漏極偏壓電路104、及一隔直流電容器105組成。其除了使用具有不依賴偏壓的作為并聯(lián)電容103的一個電容器外，其電路結(jié)構(gòu)與通常使用的無太大區(qū)別。
由諸如(BaxSr1-x)TiO3、Pb(ZrxTi1-x)O3、SrBi2Ti2NbxO9、BaTiO3、PbTi3或SrTiO3等材料制成的薄膜電容量器其電容量是依賴偏壓的。對于這些電容器材料，在第59次春季應(yīng)用物理學(xué)會的報告第28PxEF-9中已指出(BaxSr1-x)TiO3薄膜電容器的電容量是依賴偏壓的。
圖2示出了(BaxSr1-x)TiO3薄膜電容器的電容量對偏壓的依賴關(guān)系，其示出了在薄膜沉積期間對基片使用及沒有使用RF功率的情況。由于(BaxSr1-x)TiO3被電場極化，所以在偏壓為OV時電容量最大。電容量隨偏壓上升而減小。在使用RF功率的情況下，如在圖2中所示的電容量變化大約50％。因此，通過使用(BaxSr1-x)TiO3電容器，隨著輸出功率的增長，也即隨著施加到匹配電路電容器上的電壓的上升，可以改變匹配狀態(tài)。圖2還示出了(BaxSr1-x)TiO3薄膜電容器的漏電流。
圖3在阻抗圖中示出了本發(fā)明的原理。如果對獲得好的晶體管輸出及失真特性的匹配狀態(tài)都進行評價的話。其可通過設(shè)計從而使得隨著輸出功率的增大，匹配狀態(tài)也從注重輸出功率狀態(tài)變?yōu)樽⒅厥д嫜a償狀態(tài)。
圖4示出輸出功率與輸入功率上的失真輸出間的相關(guān)性。根據(jù)本發(fā)明的匹配電路可以在即使高輸出功率的情況下也達到低的失真，而沒有降低增益。當在電容量變化的方向或絕對值不合適的情況下，可以提供一個與端子106相連的電容器偏壓電路，或增大匹配電路中的電感及電容。
根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的匹配電路為一輸出匹配電路。圖5為本發(fā)明第二實施例的等效電路圖，其由串聯(lián)電感501、用于抑制第二諧波頻率的并聯(lián)電容器502、串聯(lián)電感503、串聯(lián)電容器504、并聯(lián)電容器505、漏極偏壓電路506、及隔直流電容器507構(gòu)成。此種電路結(jié)構(gòu)用了其電容量不相關(guān)于偏壓的并聯(lián)電容器502，用于抑制第二諧波頻率，并用了并聯(lián)電容器505，其電容量相關(guān)于偏壓。此電路結(jié)構(gòu)除了使用電容最相關(guān)于偏壓的并聯(lián)電容器505外，其與通常用的電路結(jié)構(gòu)沒什么大的區(qū)別。
由諸如(BaxSr1-x)TiO3、Pb(ZrxTi1-x)O3、SrBi2Ti2NbxO9、BaTiO3、PbTiO3或SrTiO3等材料制成的薄膜電容器可以用作電容量相關(guān)于偏壓的電容器。對于這些電容器材料，在第59次春季應(yīng)用物理協(xié)會的報告第28Px-EF-9中已指出了(BaxSr1-x)TiO3薄膜電容器的電容與偏壓的相關(guān)性，其中指出，當在薄膜沉積期間對基片施加RF功率的情況下，電容量大約變化50％。因此，通過在匹配電路中用(BaxSr1-x)TiO3電容器，隨著輸出功率的增大，也即隨著施加到匹配電路電容器上的電壓的增大，匹配狀態(tài)可以改變。
圖6在阻抗圖中示出了本發(fā)明的原理。如果對獲得好的晶體管輸出功率及失真特性的匹配狀態(tài)都進行評價的話，可通過設(shè)計，致使隨著輸出功率的增大，匹配狀態(tài)從注重輸出功率的狀態(tài)變?yōu)樽⒅厥д嫜a償?shù)臓顟B(tài)。通過這樣做，即使在高輸出功率的情況下也可獲得低失真。在電容變化的方向或絕對值不合適的情況下，可以提供一個與端子508相連的電容器偏壓電路，或提高匹配電路中的電感及電容。SiNx電容器可被制成電容量不依賴于偏壓的電容器，其用于抑制第二諧波頻率。串聯(lián)電感501及并聯(lián)電容502被設(shè)計成使第二諧波頻率被短路。由于用作并聯(lián)電容器502的電容器的電容不依賴于偏壓，所以第二諧波頻率的匹配狀態(tài)不隨輸出功率的增大而變化。因此，第二諧波頻率總是被抑制，由此可獲得高的工作效率。
本發(fā)明的第一個效果在于，通過使用電容量依賴于偏壓的電容器，從而當輸出功率增大時，匹配條件也從注重輸出功率的狀態(tài)而變?yōu)樽⒅氐褪д娴臓顟B(tài)，從而消除了用在已有技術(shù)中的失真補償電路，可以大大減少電路所占的表面積。另外，在減少成本的同時電路結(jié)構(gòu)也簡化了。
本發(fā)明的第二個效果在于，通過使用電容量依賴偏壓的第一電容器，從而使匹配狀態(tài)從注重輸出功率狀態(tài)而變?yōu)樽⒅氐褪д鏍顟B(tài)，且通過使用電容量不依賴于偏壓的第二電容器，可以達到短路二次諧波頻率的效果，從而不僅可以得到低失真的特性，而且還可獲得高工作效率、使用簡單、小巧的電路結(jié)構(gòu)。另外，通過抑制二次及高次諧波，也可獲得更高的效率。
權(quán)利要求
1.一種匹配電路，其包含一用于阻抗匹配的電容器，其特征在于所述電容器的電容量不依賴于偏壓。
2.一種匹配電路，其特征在于其包含一個用于相對于基頻進行阻抗的第一電容器，所述電容器的電容量依賴于偏壓，及一個用于相對于諧波阻抗匹配的第二電容器，所述電容器的電容量不依賴于偏壓。
3.一種晶體管電路，其包含一晶體管及一匹配電路，所述匹配電路是設(shè)置在所述晶體管的輸出部分上，其特征在于所述匹配電路還有一電容器，其電容量隨所述晶體管的輸出電壓而變化，從而減少所述晶體管的輸出電壓上的失真。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的晶體管電路，其特征在于可通過向所述電容器施加直流電壓而不用所述晶體管的輸出電壓來控制所述電容器的電容。
5.一種用于匹配晶體管電路的方法，其中晶體管電路包含晶體管及匹配電路，匹配電路設(shè)置在所述晶體管的輸出部分上，晶體管電路還包含一電容器，其電容量隨偏壓而變化，其特征在于其中所述方法包含如下步驟第一步，改變所述晶體管的輸出電壓；第二步，相對于所述晶體管的所述輸出電壓來改變所述電容器的電容量；第三步，由于所述電容器的電容量的變化而改變匹配狀態(tài)；及第四步，相對于所述電容器的所述電容量的變化，來改變所述晶體管的所述輸出電壓的失真。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于匹配晶體管電路的方法，其特征在于匹配狀態(tài)可以僅在基頻處改變。
全文摘要
一種由串聯(lián)電感、并聯(lián)電容器,漏極偏壓電路及隔直電容器構(gòu)成的匹配電路。并聯(lián)電容器的電容量依賴于偏置電壓。通過在匹配電路中使用此電容器,當輸出功率增大時可以改變匹配狀態(tài),由此,當輸出功率增大時,匹配狀態(tài)從注重輸出功率狀態(tài)可以變化為注重低失真狀態(tài)。
文檔編號H03H7/38GK1204890SQ98102218
公開日1999年1月13日 申請日期1998年6月3日 優(yōu)先權(quán)日1997年6月4日
發(fā)明者山口佳子, 巖田直高 申請人:日本電氣株式會社