无开关的双向放大器的制作方法

专利名称：无开关的双向放大器的制作方法
技术领域：
本发明涉及双向放大器，它们例如被用在微波收发器中。
背景技术：
目前，在装备有公共的接收和发送天线的微波系统的领域中，期望
使用公共支路(leg)用于发送和接收信号路径。在使用无源互易部件 (reciprocal component)时这不是问题。然而，在使用有源部件时遇 到了问题，因为根据定义放大器是非互易的。通常，使用外部开关和一 个或两个放大器在信号路径之间切换并在一个或另一个方向上放大。在 图1中以两个实例的形式给出了该原理的图示。这种配置的问题在于开 关占据了电路芯片上宝贵的面积并引入了信号损失。这些信号损失对收 发器电路的线性和噪声系数有负面影响。此外，开关表现出或多或少的 不可预见的电流泄漏，这降低了这种收发器电路的性能。
基于图1中实例(a)的原理的一个解决方案在日本专利申请 JP632663808中有所描述。该文献使用这样的方法通过将合适的偏置 电压施加到各个晶体管组来切换两个具有两个晶体管的組，其中第一组
晶体管放大入射到电路的第一端子的信号并且第二组晶体管放大入射 到第二端子的信号。然而，该解决方案不是真正的双向解决方案，因为
在这两组中的放大器总是仅在一个方向上放大信号。同样，放大器的量 占据了电路板上的宝贵空间。
基于图1中实例(b)的原理的另一个解决方案在"Wideband bidirectional MMIC amplifiers for new generation T/R module" 中示出。然而，该解决方案也不是真正的双向解决方案，因为放大器仅 在一个方向上放大信号。所描述的四端口及尤其是交叉耦合的结构也引 入了不期望的信号损失。
除了该多少作为标准的解决方案之外，US5821813描迷了 一种结构， 其中晶体管放大器以这样的方式被偏置使得其能够在两个方向上放大 信号。然而，因为晶体管以"共栅极"模式被连接到电路的其余部分， 所以需要额外的输出阻抗补偿电路来保持晶体管放大器的输出稳定，从
8而占据了电路板或芯片上额外的宝贵空间。还需要分开调节漏极的、栅 极的和源极的电压。
最后，US5821813描述了一种解决方案，其中两个晶体管放大器被 用作双向放大器。除了再添加一个晶体管到电路板(该晶体管占据额外 的空间并增加所放大信号的噪声系数)之外，需要额外的可变阻抗匹配 网络以便使晶体管中的一个的输出阻抗与另一个晶体管的输入阻抗相 匹配，这增加了电路的复杂性。
因此，本发明的目的是改正现有技术的一些或者全部缺点。

发明内容
根据本发明的第一方面，通过双向放大器来实现上述目的，所述双 向放大器用于在通信电路中放大所接收的信号或者要被发送的信号，其 中所述双向放大器包括连接到第一阻抗匹配网络的至少一个第一偏置 的半导体放大元件、连接到第二阻抗匹配网络的至少一个第二偏置的半 导体放大元件、用于使所述至少一个第一偏置的半导体放大元件偏置的 第一器件以及用于使所述至少一个第二偏置的半导体放大元件偏置的 第二器件，其中在所述双向放大器中信号放大的方向由用于使所述至少
一个第一或第二偏置的半导体放大元件偏置的第一或第二器件来控制。 通过这种方式，避免了开关的使用，该开关的使用通常带来放大电
路中的信号损失和漏电流。
同样，通过使用偏置的半导体放大元件，根据本发明的双向放大器
所占据的宝贵面积显著地最小化。同时，进入电路的信号(其为所接收
的信号或者要发送的信号)可以在没有切换的情况下在相同的传输线路
上被放大。
一种其中可以连接该至少一个第一和至少一个第二偏置的半导体 放大元件的可能配置为反并联配置。该配置的优点是对称放大电路，其 能够通过选择哪 一个偏置的半导体放大元件要被偏置为没有电流(在阈 值之下)并且哪一个偏置的半导体放大元件要被偏置为用于放大(即， 在阈值之上)来仅在期望的方向上进行放大。
除此之外，这至少两个偏置的半导体放大元件可以被连接从而提供 并联反馈。并联反馈是在电路中实现相等的输入和输出阻抗的简单方式 以便避免由于阻抗失配而导致的信号反射。当在基于微波的通信电路中
9使用双向放大器时阻抗匹配是重要的。在此背景下，该至少一个第一和 至少一个第二半导体放大元件可以包括在微波频率范围中可操作的分 立半导体部件，不过根据本发明的双向放大器可以用在其它频率范围中。
然而，这些偏置的半导体放大元件可以同样地被集成到集成电路器
件中。特别在微波应用中常见的集成电路(所谓的MMIC (单片微波集成 电路))中，根据本发明的双向放大器的使用是有利的，因为由此使得 通常用于切换信号放大的方向的MMIC开关被舍弃。同样，根椐本发明 的双向放大器的集成解决方案会进一步减少由双向放大器在芯片上所 占据的面积。
该至少一个笫一和第二偏置的半导体放大元件可以包括来自双极 晶体管、HBT (异质结双极晶体管)、M0SFET (金属氧化物半导体场效 应晶体管)、HEMT (高电子迁移率晶体管)和适合用作放大元件的其它 类型的偏置的半导体放大元件的组中的元件。
在本发明的一个实施例中，该至少一个第一和至少一个第二偏置的 半导体放大元件被连接到第 一阻抗匹配网络，该第 一阻抗匹配网络是用 于该至少一个第一偏置的半导体放大元件的输入阻抗匹配网络和用于 该至少一个第二偏置的半导体放大元件的输出阻抗匹配网络，并且其中 该至少一个第二阻抗匹配网络是用于该至少一个第一偏置的半导体放 大元件的输出阻抗匹配网络和用于该至少一个第二偏置的半导体放大 元件的输入阻抗匹配网络。
根据本发明的另 一实施例，第三阻抗匹配网络被分别连接在该至少 一个第一和至少一个第二偏置的半导体放大元件之间。
该配置的优点是可以使用双向放大器在期望的方向上引导 (direct )和放大信号而没有在使用开关时所引入的缺点。
根据本发明的又一实施例，该至少一个第一偏置的半导体放大元件 还与N-l个偏置的半导体放大元件并联连接，该N-l个偏置的半导体放 大元件的每一个都连接到它们单独的阻抗匹配网络，其中该N-1个偏置 的半导体放大元件与该至少 一 个第二偏置的半导体放大元件并联连接， 其中该至少一个第一偏置的半导体放大元件和该至少一个第二偏置的 半导体放大元件适于用作N到1或者1到N的开关，因为在该情况下电 路是双向的。同样，可以同等地提供这样的配置，即在该配置中至少一个第二偏
置的半导体放大元件还与N-l个其它偏置的半导体放大元件并联连接， 该N-1个其它偏置的半导体放大元件的每一个都连接到它们单独的阻抗 匹配网络，其中该至少一个第一和该至少一个第二偏置的半导体放大元 件以及与该至少一个第二晶体管并联连接的该N-1个其它偏置的半导体 放大元件适于用作1到N或者N到1的开关。
在更一般的配置中，可以提供第一偏置的半导体放大元件，其与N-l 个其它偏置的半导体放大元件并联连接，该N-1个其它偏置的半导体放 大元件中的每一个都连接到它们单独的阻抗匹配网络，其中该第二偏置 的半导体放大元件与N-l个其它偏置的半导体放大元件并联连接，该 N-l个其它偏置的半导体放大元件中的每一个都连接到它们单独的阻抗 匹配网络，并且其中N-l个偏置的半导体放大元件与该第一偏置的半导 体放大元件并联连接，其中该第一偏置的半导体放大元件、该笫二偏置 的半导体放大元件和该N-l个偏置的半导体放大元件与该第二偏置的半 导体放大元件并联连接并且适于用作双向N到N开关。
上述三种配置的主要优点是避免使用占据芯片上宝贵空间的开关 而同时能够在期望的方向上引导和放大信号而不管该信号是所接收的 信号还是要被电路发送的信号。上述最后一种配置会使得可以在不使用 开关的情况下从任何方向向任何其它方向引导和放大信号。
根据本发明的又一 实施例，至少 一个第 一偏置的半导体放大元件被 连接到具有至少一个阻抗元件的并联反馈配置中，其中该至少一个第一 偏置的半导体放大元件连接到至少一个第一阻抗匹配网络，公共阻抗匹 配网络并且其中至少一个第二偏置的半导体放大元件被连接到具有阻 抗元件的并联反馈配置中，该第二偏置的半导体放大元件还连接到该公 共阻抗匹配网络并且其中该至少一个第二偏置的半导体放大元件还连 接到第二阻抗匹配网络。
通过使用该配置，根据本发明的双向放大器可以用来将两个单向输 入信道组合为 一个输出信道。
根据本发明的又一实施例，包括至少一个第一偏置的半导体放大元 件和至少一个第二偏置的半导体放大元件的至少一个第一对偏置的半 导体放大元件彼此连接在反并联配置中，其中该至少一对偏置的半导体 ;改大元件还连接到至少一个第一阻抗匹配网络和一个公共阻抗匹配网
ii络，其中该双向放大器还包括至少一个第二对偏置的半导体放大元件， 所述至少一个第二对偏置的半导体放大元件又包括彼此连接在反并联 配置中的至少一个第三偏置的半导体放大元件和至少一个第四偏置的 半导体放大元件，其中所述至少 一个第二对偏置的半导体放大元件连接 到该7>共阻抗匹配网络和至少一个第二阻抗匹配网络。
通过该方式，两个双向信道可以被组合为一个输出信道。 根据本发明的另一方面，本发明的目的通过用于在通信网络中双向 放大所接收的信号或要被发送的信号的方法来实现，其中该方法包括以
下步骤
a) 获得双向放大器，其包括连接到第一阻抗匹配网络的至少一个第 一偏置的半导体放大元件、连接到第二阻抗匹配网络的至少一个第二偏 置的半导体放大元件，其还包括用于使所述第 一偏置的半导体放大元件 偏置的第一器件以及用于使所述第二偏置的半导体放大元件偏置的第 二器件；
b) 通过使第二偏置的半导体放大元件偏置为零电流而使第一偏置 的半导体放大元件偏置为非零电流，或者通过使第一偏置的半导体放大 元件偏置为零电流而使第二偏置的半导体偏置为非零电流，来放大在第 一或第二偏置的半导体放大元件处所接收的信号或者要从该第一或第 二偏置的半导体放大元件发送的信号。
该方法特别适合于与上述双向放大器的实施例一起使用。 根据本发明的另一方面，本发明的目的通过用于在双向放大器中放 大信号的方法来实现，其中该方法包括以下步骤
a) 将至少一个第一偏置的半导体放大元件连接到至少一个第一阻 抗匹配网络和至少一个第一偏置网络；
b) 将至少一个第二偏置的半导体放大元件连接到至少一个第二阻 抗匹配网络和至少一个第二偏置网络；
c) 将所述至少一个第一和第二偏置的放大元件彼此串联或者并联 连接；
d) 使用所述至少一个第一和第二偏置网络来使所述至少一个第一 偏置的半导体放大元件偏置到阈值以下并且使所述至少一个第二偏置 的半导体放大元件偏置到阂值之上或者反过来亦然，以便通过该双向放 大器放大所接收的或者要被发送的信号。根据本发明的又一方面，本发明的目的通过用于在两个或更多个不
同的路径之间引导信号的方法来实现，该方法包括以下步骤
a) 将至少一个第一偏置的半导体放大元件连接到至少一个第一阻 抗匹配网络和至少一个第一偏置网络；
b) 将一个或多个额外的第一偏置的半导体放大元件并联连接到所 述至少一个第一偏置的半导体放大元件；
c) 将一个或多个额外的第一阻抗匹配网络连接到所述一个或多个 第一偏置的半导体放大元件中的每一个；
d) 将至少一个第二偏置的半导体放大元件连接到所述至少一个第 一偏置的半导体放大元件、至少一个第一阻抗匹配网络和至少一个第一 偏置网络；
e) 将一个或多个额外的第二偏置的半导体放大元件并联连接到所 述至少一个第二偏置的半导体放大元件；
f) 将一个或多个额外的第二阻抗匹配网络连接到所述一个或多个 第二偏置的半导体放大元件中的每一个；
g) 将至少一个额外的第一偏置网络连接到所述一个或多个额外的 第一偏置的半导体放大元件中的每一个并且将至少一个额外的第二偏 置网络连接到所述一个或多个额外的第二偏置的半导体放大元件中的 每一个；以及
h) 使该第一偏置的半导体放大元件中的至少一个偏置到阈值之上 并且使所述第二偏置的半导体放大元件中的至少一个偏置到阈值以下 或者反之亦然，以便通过该双向放大器引导和放大所接收的或者要被发 送的信号。
通过该方式，信号不仅可以在期望的方向上被引导并被放大，而且 可以在多于一个的第一和第二半导体放大元件被偏置到阈值之上和阈 值以下的情况中被多路传输(multiplex)或者多路分解(demultiplex), 同时避免了在使用开关来切换信号时的缺点。
根据本发明的又一方面，本发明的目的通过在通信电路中用于信号 的双向收发器来实现，该双向收发器包括具有相应的第一阻抗匹配网络 的至少一个第一偏置的半导体放大元件和具有相应的第二阻抗匹配网
络的至少一个第二偏置的半导体放大元件、用于使所述第一偏置的半导 体放大元件偏置的第一器件和用于使所述第二偏置的半导体放大元件偏置的第二器件，其中所迷第一和第二偏置的半导体放大元件相对于彼 此连接在反并联配置中，并且所述用于偏置的第一和第二器件适于交替
地(alternatively)使第一和第二偏置的半导体放大元件偏置。
本发明的该方面可以应用在使用一个天线进行通信信号的发送和 接收的微波收发器电路中。
根据本发明的又一方面，本发明的目的通过包括双向放大器的集成 电路来实现，所述双向放大器用于在通信电路中放大所接收的信号或者 要被发送的信号，其包括连接到第一阻抗匹配网络的至少一个第一偏置 的半导体放大元件、连接到第二阻抗匹配网络的至少一个第二偏置的半
导体放大元件、用于使所述第一偏置的半导体放大元件偏置的第一器件 以及用于使所述第二偏置的半导体放大元件偏置的第二器件，其特征在 于，信号放大的方向由用于使所述第 一或第二偏置的半导体放大元件偏 置的第一或第二器件来控制，并且其中所述第一和第二偏置的半导体放 大元件被连接在反并联配置中。
该集成电路可以应用在MMIC电路中，但是可以容易地适于在其它 类型的集成电路中执行其功能。
根据本发明的又一方面，本发明的目的通过包括双向放大器的移动 单元来实现，所述双向放大器用于在通信电路中放大所接收的信号或者 要被发送的信号，其包括连接到第一阻抗匹配网络的至少一个第一偏置 的半导体放大元件、连接到第二阻抗匹配网络的至少一个第二偏置的半
导体放大元件、用于使所述第一偏置的半导体放大元件偏置的第一器件 以及用于使所述第二偏置的半导体放大元件偏置的第二器件，其特征在 于，信号放大的方向由用于使所迷第一或第二偏置的半导体放大元件偏 置的第一或第二器件来控制，并且其中所述第一和第二偏置的半导体放 大元件以反并联配置连接。
最后，根据本发明的又一方面，本发明的目的通过包括双向放大器 的电信基础设施部件来实现，所述双向放大器用于在通信电路中放大所 接收的信号或者要被发送的信号，其包括连接到第一阻抗匹配网络的至 少一个第一偏置的半导体放大元件、连接到第二阻抗匹配网络的至少一 个第二偏置的半导体放大元件、用于使所述第一偏置的半导体放大元件 偏置的第一器件以及用于使所述第二偏置的半导体放大元件偏置的第 二器件，其特征在于，信号放大的方向由用于使所述第一或第二偏置的半导体放大元件偏置的第一或第二器件来控制，并且其中所述第一和所 述第二偏置的半导体放大元件被连接在反并联配置中。
通过接下来参考附图对本发明一些实施例的详细描述，本发明的这 些和其它优点将变得更加清楚。


图1示出了现有技术的双向放大器的两个实例。
图2示出了在一个方向上放大的本发明的第一实施例。 图3示出了在相反方向上放大的图2的实施例。 图4示出了其中两个单向信道被组合为 一个信道的本发明的第二实 施例。
图5示出了其中两个单向信道沿着不同的路线被组合为一个信道的 图4的实施例。
图6示出了选择两个单向信道之一的本发明的又一实施例。 图7示出了选择另一个单向信道的图6的实施例。 图8示出了将一个信道推进(forward) —个其它单向信道之中的 本发明的另一实施例。
图9示出了将一个信道推进一个其它单向信道之中的图8的实施例。
图10示出了其中两个双向信道被组合为一个信道的本发明的又一 实施例。
图11示出了其中两个双向信道沿着不同的路线被组合为一个信道 的图10的实施例。
具体实施例方式
现在回到图2,示出了本发明的第一实施例。这里，示出了本发明 的双向放大器的实例，其中附图标记230和240表示相对于彼此连接在 使用并联反馈的反并联配置中的第一和第二晶体管管。
在此情况下，反并联是指第一晶体管230的栅极端子连接到第二晶 体管的漏极端子并且第二晶体管240的栅极端子连接到第一晶体管230 的漏极端子。在第一和第二晶体管(230, 240 )之间的电阻器270是实 现这两个晶体管的相等阻抗的一个方式。当然诸如阻抗匹配网络的任何其它装置可以用来实现这两个晶体管的相等的输入阻抗。
虽然在附图中所描述的本发明实施例使用了 FET (场效应晶体管) 作为放大器件，但是同样可以使用其它类型的放大器件，例如选自双极 晶体管、HBT (异质结双极晶体管)、HEMT (高电子迁移率晶体管)和 适合用作放大元件的其它类型的偏置的半导体放大元件的组中的元件。 FET所使用的术语栅极、漏极和源极端子然后应当由相应放大器件的端 子通常所使用的相应术语来代替。
第一输入阻抗匹配网络210连接到第一晶体管230的栅极端子和两 个晶体管(230, 240 )公共的电阻器270，并且第二阻抗匹配网络220 连接到第二晶体管的栅极端子和这两个晶体管(230, 240 )公共的电阻 器270。第二阻抗匹配网络220用作第二晶体管240的输出阻抗匹配网 络以及第一晶体管230的输入阻抗匹配网络，并且第一输入阻抗匹配网 络210用作第一晶体管230的输出阻抗匹配网络以及第二晶体管240的 输入阻抗匹配网络。虽然在本发明的布置中可以使用许多类型的晶体管 作为放大器，但是该实例示出了使用两个MOSFET(金属氧化物半导体场 效应晶体管)。在微波通信电路中，最重要的是保持每一个晶体管的输 入和输出阻抗与线路阻抗匹配，因为不匹配的输入和输出阻抗导致信号 损失、稳定性问题、频率波动和由信号反射导致的其它不期望的问题。
根据本发明，要被放大的信号可以例如在点260处进入图2中的电 路。该信号经过第一阻抗匹配网络210并到达第二晶体管240的栅极处。 现在，为了放大从左边向右边传播的信号，第一放大器230被偏置在夹 断模式中(用图2中的点线符号来示出)并因此第一晶体管230被有效 地关断。同时，第二放大器被偏置在阈值之上并因此导通。因此，在点 260处进入电路并传播到右边、经过第一阻抗匹配网络210和第二晶体 管240的信号将由第二晶体管240放大并经过第二阻抗匹配网络220并 在点261处离开电路。
放大的方向250由指向右边的箭头来表示。
因为图2中的电路是双向电路，所以点260和261可以是输入和输 出端子或者反之亦然。
图3中的电路与图2的双向放大器电路相同，并且因此保留了来自 图2的参考标记。
现在回到图3，如果要放大从点261向左边传递、因此经过第二阻抗匹配网络220并到达第一晶体管230的栅极端子处的信号，则第二晶 体管240被偏置在夹断模式中，因此被有效地关断，而同时第一晶体管 230被偏置在阈值之上，因此放大从右边向左边传播的信号。放大的方 向也由指向左边的箭头251来示出。与图2中的情形类似，并且由于图 3中的电路的双向特性，通过图3中电路从点261向左边传输的输入信 号可以是从天线接收的信号或者要被发送到天线的信号。
图4示出了本发明的另一示例性实施例，其中两个单向信道被组合 为一个信道。在该情况中，第一晶体管340和第二晶体管350又以"发 送/接收"配置连接，但是在这两个晶体管之间没有使用反馈机制，因 为晶体管配置用来在两个不同方向上引导信号。
出于此目的，第一晶体管340连接到第一阻抗匹配网络310并连接 到用于第一晶体管340和第二晶体管350两者的公共阻抗匹配网络320。 第二晶体管350又连接到第二阻抗匹配网络330并且也连接到用于这两 个晶体管的公共阻抗匹配网络320。这两个晶体管被连接在所谓的"共 源极"配置中，即它们的源极端子被接地。晶体管以这样的方式彼此连 接，使得第二晶体管350的栅极端子连接到第一晶体管340的漏极端子。 此外，第一阻抗匹配网络310连接到第一晶体管340的栅极端子，而公 共阻抗匹配网络320连接到第一晶体管340的漏极端子和第二晶体管 350的栅极端子。最后，第二阻抗匹配网络330连接到第二晶体管350 的漏极端子。
在该实施例中，第一阻抗匹配网络310用作第一晶体管340的输入 阻抗匹配网络，而公共阻抗匹配网络320用作第一晶体管340的输出阻 抗匹配网络。另一方面，第二阻抗匹配网络330作为第二晶体管350的 输出阻抗匹配网络，而公共阻抗匹配网络320用作第二晶体管350的输 入阻抗匹配网络。
两个电阻器370和371连接在第一和第二晶体管340和350的漏极 和栅极端子之间。
通过使第一晶体管340偏置到夹断模式中从而有效地关断第一晶体 管并且使第二晶体管350偏置到阈值之上从而允许信号经过入口/出口 点363、公共阻抗匹配网络320、第二晶体管350和第二阻抗匹配网络 330,来执行从入口/出口点363经过图4的电路向右边传输的信号的切 换(和放大)，其中切换方向由曲线箭头360指出。在图5中，示出了与图4中相同的电路，其中切换(和放大)方向 由曲线箭头361指出。为了执行信号在该方向上的切换(和放大)，第 二晶体管350被偏置到夹断模式中因此被关断，而同时第一晶体管 被偏置到阈值之上，因此打开该信号的路径，该信号从入口点362向右 边传输并经过第一阻抗匹配网络310、第一晶体管340和用于这两个晶 体管的公共阻抗匹配网络320。
当然，本发明不限于图4和5所示的实施例。可以将N个晶体管并 联连接在这些附图中所描绘的配置中，其中公共阻抗匹配网络320左边 的每一个晶体管有其自己的第一阻抗匹配网络，并且其中第二阻抗匹配 网络右边的每一个晶体管有其自己的第三阻抗匹配网络。通过该方式， N/2个单向信道可以被组合为一个信道。
图6示出了本发明的又一实施例，其中第一晶体管450和第二晶体 管460并联连接，其中第一晶体管450的漏极端子连接到第二晶体管460 的漏极端子。每一个晶体管的栅极端子连接到相应的输入阻抗匹配网络 430和410,同时第一晶体管450和第二晶体管460共享公共输出阻抗 匹配网络420。应当提及，这两个输入阻抗匹配网络410和430不需要 并且通常不是相同的。在图6所描绘的情形中，第二晶体管460由第一 偏置网络(未示出)偏置到夹断模式并因此被关断，而同时第一晶体管 450由第二偏置网络(未示出)偏置到阈值之上并因此被导通。那么通 信信道由信号经过第一入口节点463、第一阻抗匹配网络410、第一晶 体管450、公共输出阻抗匹配网络420并经过出口节点465离开电路来 限定，信号流动(和放大)的方向由箭头461示出。
在图7中，示出了与图6相同的实施例，但是第一晶体管450被偏 置在夹断模式中并因此被关断，而同时第二晶体管460被偏置在阈值之 上因此被导通。在该情形中，通信信道由信号在第二入口节点464处进 入电路、经过第二输入阻抗匹配网络430、第二晶体管460、公共输出 阻抗匹配网络420并经过出口节点465离开电路来限定，信号流动的方 向由箭头462示出。
该实施例的优点是，可以将两个或更多个信道组合为一个信道而无 需使用开关并且因此不会在电子电路中引入信号泄漏和损失。
当然，在图6和7所示出的实施例中，并联连接的晶体管的数目不 限于仅两个晶体管。基本上，N个晶体管可以串联连接，因此能够通过使用一个或几个偏置网络以使合适的晶体管导通或关断来将N个信道组 合为一个信道。
图8示出了本发明的又一实施例，其中信号可以被引导向不同的路 径。第一晶体管550和第二晶体管560并联连接，由此第一晶体管550 还连接到第一输出阻抗匹配网络510并且第二晶体管560连接到第二输 出阻抗匹配网络530。另外，第一和第二晶体管550和560连接到公共 输入阻抗匹配网络520。通过使用第一和第二偏置网络(未示出)，第 二晶体管560被偏置在夹断模式中(因此被关断)并且第一晶体管550 被偏置在阈值之上且因此被导通。
在该图所示出的情形中，信号沿着其流动的信道由信号从其进入电 路的入口节点565、公共输入阻抗匹配网络520、第一晶体管550、第二 输出阻抗匹配网络510和信号经过其离开电路的第一出口节点563来限 定。于是信号流动和放大的方向由箭头561指出。
相同的实施例在图9中示出，然而其中第一晶体管550被关断(由 点线符号来表示)并且第二晶体管560被导通，引导经过入口节点565 进入电路的信号经过公共输入阻抗匹配网络520、第二晶体管560、第 二输出阻抗匹配网络530并经过第二出口节点564离开电路。
图10示出了其中两个双向通信信道被组合为一个信道的本发明的 实施例。
第一信道由信号在第二入口/出口节点681处进入电路、第二阻抗 匹配网络620、晶体管670、第三阻抗匹配网络630以及信号通过其离 开电路的第三出口/入口节点682来限定。信号放大的方向由箭头671 来指出。为了让所接收或发送的信号在该方向上流动，晶体管640、 650 和660被偏置在夹断模式中(其由点线符号来示出)并因此被关断，而 同时晶体管670被偏置在阈值之上并因此被导通。在第一组晶体管(第 一和第二晶体管640和650 )之间的阻抗匹配在该实例实施例中是由电 阻器635来实现的，而在第二组晶体管(第三和第四晶体管660和670 ) 之间的匹配由电阻器636来实现。然而，应当注意，该阻抗匹配同样可 以由另 一个阻抗元件或匹配网络来实现。
图11用箭头672示出了第二信道的放大方向，该第二信道由第二 入口/出口节点681、第二阻抗匹配网络620、晶体管640、第一阻抗匹 配网络610以及信号通过其离开电路的第一出口/入口节点680来限定。为了让所接收的信号或要被发送的信号在该方向上被放大，晶体管650、 660和670被偏置在夹断模式中并因此被关断(其由点线符号来表示)， 而晶体管640被偏置在阈值之上并因此被导通。第一、第二和第三节点680、 681、 682既是入口节点又是出口节点， 因为图10和11中的放大电路是双向的。值得提到的是，图lO和ll中的实施例可以包括多至N个连接到这 些图所示出的反并联配置中的晶体管对。这样，N个双向信道可以被组 合为一个信道。在上述的本发明实施例中，虽然没有示出，但是诸如包含电压源的 网络的偏置网络被用来将晶体管偏置到夹断模式中以及偏置到阔值之 上以便分别使它们关断及导通。
权利要求
1、一种双向放大器，用于在通信电路中放大所接收的信号或者要被发送的信号，所述双向放大器包括连接到第一阻抗匹配网络(210，310，410，510)的至少一个第一偏置的半导体放大元件(230，340，450，550)、连接到第二阻抗匹配网络(220，330，430，530)的至少一个第二偏置的半导体放大元件(240，350，460，560)、用于使所述至少一个第一偏置的半导体放大元件偏置的第一器件以及用于使所述至少一个第二偏置的半导体放大元件偏置的第二器件，其特征在于在所述双向放大器中信号放大的方向由用于使所述至少一个第一或第二偏置的半导体放大元件偏置的所述第一或所述第二器件来控制。
2、 根据权利要求1的双向放大器，其中所述至少一个第一偏置的 半导体放大元件(230， 340, 450， 550)和所述第二偏置的半导体放大元 件(220， 330, 430， 530)连接在反并联配置中。
3、 根据权利要求1或2的双向放大器，其中所述反并联配置还包 括并联反馈。
4、 根据前述权利要求1 - 3中的一个权利要求的双向放大器，其特 征在于，所述第一阻抗匹配网络(210)是用于所迷至少一个第二偏置的 半导体放大元件(240)的输入阻抗匹配网络和用于所述第一偏置的半导 体放大元件(230)的输出阻抗匹配网络，并且其中所迷至少一个第二阻 抗匹配网络(220)是用于所述至少一个第一偏置的半导体放大元件(230) 的输入阻抗匹配网络和用于所述至少一个第二偏置的半导体放大元件 (240)的输出阻抗匹配网络。
5、 根据权利要求1 - 4中的一个权利要求的双向放大器，其中所述 第一或第二偏置的半导体放大元件适于在一个方向上放大接收的信号 并且在相反方向上放大发送的信号。
6、 根据权利要求1的双向放大器，其中第三阻抗匹配网络(320)被 分别连接在所述至少一个第一和所迷至少一个第二偏置的半导体放大 元件之间。
7、 根据权利要求6的双向放大器，其特征在于，所述放大器适于 将所述信号引导到多个可用信号路径中的一个。
8、 根据权利要求6或7的双向放大器，其特征在于，所述至少一个第一偏置的半导体放大元件(340)还与N-1个偏置的半导体放大元件 并联连接，所述N-1个偏置的半导体放大元件的每一个都连接到它们单 独的阻抗匹配网络，其中所迷N-1个偏置的半导体放大元件与所述至少 一个第二偏置的半导体放大元件(350)并联连接，所述至少一个第一偏 置的半导体放大元件和所述至少一个第二偏置的半导体放大元件适于 用作N到1或者1到N的开关。
9、 根据前述权利要求6-8中的一个权利要求的双向放大器，其特 征在于，所述至少一个第二偏置的半导体放大元件(350)还与N-l个其 它偏置的半导体放大元件并联连接，所述N-1个其它偏置的半导体放大 元件的每一个都连接到它们单独的阻抗匹配网络，其中所迷至少一个第 一和所述至少一个第二偏置的半导体放大元件(340， 350)以及与所述至 少一个第二半导体放大元件(350)并联连接的所述N-l个其它偏置的半 导体放大元件适于用作1到N或者N到1的开关。
10、 根椐前述权利要求6-9中的一个权利要求的双向放大器，其 特征在于，所述第一偏置的半导体放大元件(340)与N-l个其它第一偏 置的半导体放大元件并联连接，所述N-1个其它第一偏置的半导体放大 元件中的每一个都连接到它们单独的阻抗匹配网络，所述第二偏置的半 导体放大元件U50)与N-l个其它第二偏置的半导体放大元件并联连接， 所述N-1个其它第二偏置的半导体放大元件中的每一个都连接到它们单 独的阻抗匹配网络，与所述第 一偏置的半导体放大元件(340)并联连接 的所述N-1个偏置的半导体放大元件、所述第一偏置的半导体放大元件 (340)、所述第二偏置的半导体放大元件(350)、与所迷第二偏置的半导 体放大元件(350)并联连接的所述N-1个偏置的半导体放大元件适于用 作双向的N到N开关。
11、 根椐权利要求6的双向放大器，其中所述至少一个第一偏置的 半导体放大元件(340)被连接到具有至少一个阻抗元件(370)的并联反 馈配置中，所述至少一个第一偏置的半导体放大元件(340)连接到至少 一个第一阻抗匹配网络(310)、公共阻抗匹配网络(320)以及连接在具有 另一个阻抗元件(371)的并联反馈配置中的至少一个第二偏置的半导体 放大元件(350),所述至少一个第二偏置的半导体放大元件(350)还连接 到第二阻抗匹配网络(330)。
12、 根据权利要求1的双向放大器，其中包括至少一个第一偏置的半导体放大元件(640)和至少一个第二偏置的半导体放大元件(650)的 至少一个第一对偏置的半导体放大元件在反并联配置中彼此连接，所述 至少一对偏置的半导体放大元件还连接到至少一个第一阻抗匹配网络 (610)和一个公共阻抗匹配网络(620)，所述双向放大器还包括至少一个 第二对偏置的半导体放大元件，所述至少一个第二对偏置的半导体放大 元件包括在反并联配置中彼此连接的至少一个第三偏置的半导体放大 元件(660)和至少一个第四偏置的半导体放大元件(670),其中所述至少 一个第二对偏置的半导体放大元件连接到所述公共阻抗匹配网络(620) 和至少一个第二阻抗匹配网络(630)。
13、 根椐前述权利要求1 - 12中的一个权利要求的双向放大器，其 中所述通信电路包括基于微波的通信电路。
14、 根据前迷权利要求1 - 13中的一个权利要求的双向放大器，其 中所述至少一个第一和所述至少一个第二半导体放大元件包括在微波 频率范围内可操作的分立的半导体部件。
15、 根据权利要求1 - 13的双向放大器，其中所述至少一个第一和 所述至少一个第二半导体放大元件被集成到集成电路器件中。
16、 根据权利要求1 - 13中的一个权利要求的双向放大器，其中所 述第一和第二偏置的半导体放大元件包括选自双极晶体管、HBT (异质 结双极晶体管)、MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)、HEMT(高 电子迁移率晶体管)和适合用作放大元件的其它类型的偏置的半导体放 大元件的组中的元件。
17、 一种用于在通信电路中双向放大所接收的信号或者要被发送的 信号的方法，其包括如下步骤a) 获得双向放大器，所述双向放大器包括连接到第一阻抗匹配网络 的至少一个第一偏置的半导体放大元件、连接到第二阻抗匹配网络的至 少一个第二偏置的半导体放大元件，该双向放大器还包括用于使所述第一偏置的半导体放大元件偏置的第一器件以及用于使所述第二偏置的 半导体放大元件偏置的第二器件；b) 通过使所述第二偏置的半导体放大元件偏置为零电流而使所述第一偏置的半导体放大元件偏置为非零电流，或者通过使所述第一偏置 的半导体放大元件偏置为零电流而使所述第二偏置的半导体偏置为非零电流，来放大在所述第一或所迷第二偏置的半导体放大元件处所接收的信号或者要从所述第一或所述第二偏置的半导体放大元件发送的信 号。
18、 根据权利要求17的方法，其中所述获得双向放大器的步骤a) 还包括将所迷至少一个第一和所迷至少一个第二偏置的半导体放大元 件彼此连接在反并联配置中。
19、 根据权利要求17或18的方法，其中所述获得双向放大器的步 骤a)还包括为所述第一和所述第二偏置的半导体放大元件提供并联反 馈。
20、 根椐权利要求17-19中的一个权利要求的方法，其中所述步 骤a)还包括在相同传输线的一个方向上放大接收的信号并在相反方向 上放大发送的信号或者反之亦然。
21、 一种用于在双向放大器中放大信号的方法，其包括如下步骤a) 将至少一个第一偏置的半导体放大元件连接到至少一个第一阻 抗匹配网络和至少一个笫一偏置网络；b) 将至少一个第二偏置的半导体放大元件连接到至少一个第二阻 抗匹配网络和至少一个第二偏置网络；c) 将所述至少一个第一和第二偏置的放大元件彼此串联或者并联 连接；d) 使用所迷至少一个第一和第二偏置网络来使所迷至少一个第一偏置的半导体放大元件偏置到阈值以下并且使所述至少一个第二偏置 的半导体放大元件偏置到阄值之上或者反过来亦然，以便通过所述双向 放大器放大所接收的或者要被发送的信号。
22、 一种用于在两个或更多个不同路径之间引导信号的方法，其包 括如下步骤a) 将至少一个第一偏置的半导体放大元件连接到至少一个第一阻 抗匹配网络和至少一个第一偏置网络；b) 将一个或多个额外的第一偏置的半导体放大元件并联连接到所 迷至少一个第一偏置的半导体放大元件；c) 将一个或多个额外的第一阻抗匹配网络连接到所述一个或多个 第一偏置的半导体放大元件中的每一个；d) 将至少一个第二偏置的半导体放大元件连接到所述至少一个第 一偏置的半导体放大元件、至少一个第一阻抗匹配网络和至少一个第一偏置网络；e) 将一个或多个额外的第二偏置的半导体放大元件并联连接到所 述至少一个第二偏置的半导体放大元件；f) 将一个或多个额外的第二阻抗匹配网络连接到所述一个或多个 第二偏置的半导体放大元件中的每一个；g) 将至少一个额外的第一偏置网络连接到所述一个或多个额外的 第一偏置的半导体放大元件中的每一个并且将至少一个额外的第二偏 置网络连接到所述一个或多个额外的第二偏置的半导体放大元件中的 每一个；以及h) 使所述第一偏置的半导体放大元件中的至少一个偏置到阈值之 上并且使所述第二偏置的放大元件中的至少一个偏置到阈值以下或者 反过来亦然，以便通过该双向放大器引导和放大所接收的信号或者要被 发送的信号。
23、 一种在通信电路中用于信号的双向收发器，其包括具有相应的 第一阻抗匹配网络的至少一个第一偏置的半导体放大元件(230， 450, 550， 650, 740， 840)和具有第二阻抗匹配网络的至少一个第二偏置的 半导体放大元件(220, 460， 560， 660， 750， 850)、用于使所述第一偏置的半导体放大元件偏置的第一器件和用于使所述第二偏置的半导体 放大元件偏置的第二器件， 其特征在于所述第一和所述第二偏置的半导体放大元件相对于彼此连接在反 并联配置中，并且用于偏置的所述第一和所述第二器件适于交替地使所 述第一和所述第二偏置的半导体放大元件偏置。
24、 一种包括双向放大器的集成电路，所述双向放大器用于在通信 电路中放大接收的信号或者要被发送的信号，其包括连接到第一阻抗匹 配网络的至少一个第一偏置的半导体放大元件(230, 450， 550， 650, 740， 840)、连接到第二阻抗匹配网络的至少一个第二偏置的半导体放 大元件(220， 460， 560， 660, 750， 850)、用于使所述第一偏置的半导 体放大元件偏置的第一器件以及用于使所述第二偏置的半导体放大元 件偏置的第二器件，其特征在于信号放大的方向由用于使所述第一或第二偏置的半导体放大元件偏置的所述第一或所迷第二器件来控制，并且其中所述第一和所述第二 偏置的半导体放大元件被连接在反并联配置中。
25、 一种包括双向放大器的移动终端，所迷双向放大器用于在通信 电路中放大接收的信号或者要被发送的信号，其包括连接到第一阻抗匹 配网络的至少一个第一偏置的半导体放大元件(230， 450， 550, 650， 740， 840)、连接到第二阻抗匹配网络的至少一个第二偏置的半导体放 大元件(220， 460， 560, 660, 750， 850)、用于使所述第一偏置的半导 体放大元件偏置的第一器件以及用于使所述第二偏置的半导体放大元 件偏置的第二器件，其特征在于信号放大的方向由用于使所述第一或第二偏置的半导体放大元件 偏置的所述第一或所述第二器件来控制，并且其中所述第一和所述第二 偏置的半导体放大元件被连接在反并联配置中。
26、 一种包括双向放大器的电信基础设施部件，所述双向放大器用于在通信电路中放大接收的信号或者要被发送的信号，其包括连接到第 一阻抗匹配网络的至少一个第一偏置的半导体放大元件(230， 450， 550:650， 740， 840)、连接到第二阻抗匹配网络的至少一个第二偏置的半导 体放大元件(220， 460, 560, 660， 750， 850)、用于使所述第一偏置的 半导体放大元件偏置的第一器件以及用于使所述第二偏置的半导体放 大元件偏置的第二器件， 其特征在于信号放大的方向由用于使所述第一或第二偏置的半导体放大元件 偏置的所述第一或所述第二器件来控制，并且其中所迷第一和所迷第二 偏置的半导体放大元件被连接在反并联配置中。
全文摘要
一种用于在通信电路中放大所接收的信号或者要被发送的信号的双向放大器、收发器、集成电路、移动单元、电信基础设施，以及一种用于包括在双向放大器中放大信号和在两个或更多的不同路径之间引导信号的双向放大的方法，其包括连接到至少一个第一阻抗匹配网络(210，310，410，510)的至少一个第一偏置的半导体放大元件(230，340，450，550)、连接到第二阻抗匹配网络(220，330，430，530)的至少一个第二偏置的半导体放大元件(240，350，460，560)、用于使所述至少一个第一偏置的半导体放大元件偏置的第一器件以及用于使所述至少一个第二偏置的半导体放大元件偏置的第二器件，其中在所述双向放大器中信号放大的方向由用于使所述至少一个第一(230，340，450，550)或第二(240，350，460，560)偏置的半导体放大元件偏置的所述第一或所述第二器件来控制。
文档编号H03F3/62GK101507110SQ200680055725
公开日2009年8月12日 申请日期2006年8月28日 优先权日2006年8月28日
发明者H·伯格, H·蒂西斯 申请人:艾利森电话股份有限公司