专利名称：功率放大器的制作方法
技术领域：
本发明涉及功率放大器。
背景技术：
近年来，作为高效率的放大器而正在研究多尔蒂(Doherty)放大器。图1是表示普通的多尔蒂放大器的结构图(参照非专利文献1)。在图1中，从输入端子11输入的信号，由输入分配器12进行分配。分配后的一方的信号在以A级或AB级进行了偏置的主放大器13中被放大，并且在阻抗转换电路14中被阻抗转换。分配后的另一方的信号经由λ /4线路15输入至峰值放大器16中，并且在以B级或C级进行了偏置的峰值放大器16中被放大。从阻抗转换电路14及峰值放大器16输出的信号被合成而从输出端子17输出。对于这种普通的多尔蒂放大器，为了追求更高的效率，必须使用高性能的高频器件。例如，作为高性能的高频器件，已知有GaN(氮化镓)器件，但与世界上广泛使用的 LDMOS(Laterally Diffused Metal OxideSemiconductor，横向扩散金属氧化物半导体)器件相比，GaN器件的成本通常远高于LDMOS器件。因此，必须发挥高性能的器件的优点并且实现成本降低。对此，研究仅对多尔蒂放大器的动作点的效率起支配作用的主放大器使用GaN器件，而峰值放大器使用低成本器件，但不同种类的器件合成时相位特性不一致，而无法简单地实现。这里，器件不同是指相位特性不一致。其结果，并行动作的两个放大器的相位差相对于输出电平经常变动，因此输出合成时产生损耗。当两个放大器的相位差为180度时，两者的输出信号相抵消，最差的情况下损坏彼此的器件。如此，对于两个放大器的相位特性不一致的问题，例如已知在专利文献1及专利文献2中公开的功率放大器。专利文献1中公开了在具有零偏置电流的多尔蒂功率放大器的偏置控制中，使用多尔蒂功率放大器中的功率电平的函数而稳定维持电源增益。由此，对载波放大器(carrier amplifier)的偏置随着向峰值放大器的偏置增大而减少，因此通过该增益变动的减少而可减少多尔蒂功率放大器中的相互调制失真。即，可改善两个放大器的线性，从而可消除因这些放大器的相位特性的偏差导致的合成损耗。此外，在专利文献2中公开了移相器，该移相器调整将峰值放大器的输出与载波放大器的输出进行合成的合成单元中的电长度。由此，可消除因两个放大器的相位特性的偏差导致的合成损耗。现有技术文献专利文献[专利文献1]日本专利特表2000-513535号公报[专利文献2]日本专利特开2006-332829号公报非专利文献[非专利文献 1] "A New High Efficiency Power Amplifier forModulatedWaves，，，Proceedings of the Institute of Radio Engineers, Vol. 24, No. 9, pp. 1163-1182，September 193
发明内容
发明要解 决的问题然而，在专利文献1所公开的技术中，虽然可缓和在峰值放大器开始动作的区域中产生的相位的急剧旋转而改善多尔蒂放大器的输出信号的线性，但无法改善饱和附近的相位旋转，因而有在饱和输出附近产生合成损耗的问题。而且，在专利文献2中公开的技术中，由于通过电长度使输出阻抗一致，因此可使某个指定的输出电平下的相位差一致而降低输出合成损耗，但存在无法对应因输出电平导致的相位特性的变动的问题。本发明的目的在于提供即使在主放大器和峰值放大器中使用的高频器件的相位特性不同的情况下，也在大范围的输出电平下降低两个放大器的合成损耗，并且高效率的功率放大器。解决问题的技术手段本发明的功率放大器采用的结构包括分配单元，其分配输入信号；第1放大单元，其将饱和区域中的相位特性的斜率为相反方向的两个高频器件串联连接，并将分配后的所述输入信号的一方放大；移相单元，其使分配后的所述输入信号的另一方的相位延迟 λ/4 ；第2放大单元，其将与用于所述第1放大单元的两个高频器件为相同构造的两个高频器件以与所述第1放大单元相反的顺序串联连接，并通过比所述第1放大单元低的动作点放大其相位被延迟了 λ /4的所述输入信号；转换单元，其将通过所述第1放大单元放大了的信号的阻抗进行转换；以及合成单元，其将阻抗被转换的所述信号和通过所述第2放大单元放大了的信号进行合成。发明的效果根据本发明，提供即使在主放大器和用于峰值放大器的高频器件的相位特性不同的情况下，也能够在大范围的输出电平下降低两个放大器的合成损耗，并且高效率的功率放大器。
图1是普通的多尔蒂放大器的结构图。图2是表示本发明的实施方式1的多尔蒂放大器的结构的图。图3是表示对应主放大器前级的功率放大器的输出电平的相位变动的特性曲线。图4是表示对应主放大器后级的功率放大器的输出电平的相位变动的特性曲线。图5是表示对应主放大器的输出电平的相位变动的特性曲线。图6是表示对应峰值放大器前级的功率放大器的输出电平的相位变动的特性曲线。图7是表示对应峰值放大器后级的功率放大器的输出电平的相位变动的特性曲线。图8是表示对应峰值放大器的输出电平的相位变动的特性曲线。
图9是表示本发明的实施方式2的多尔蒂放大器的结构的图。图10是表示本发明的实施方式3的多尔蒂放大器的结构的图。
具体实施例方式以 下，参照附图详细说明本发明的实施方式。(实施方式1)图2是表示本发明的实施方式1的多尔蒂放大器100的结构的图。图2中，输入分配器102分配从输入端子101输入的信号，将分配后的信号的一方输出到功率放大器103， 将分配后的信号的另一方输出到λ/4移相电路106。功率放大器103是使用了 LDMOS器件的AB级功率放大器，将由输入分配器102分配后的信号放大并输出到功率放大器104。功率放大器104是使用GaN器件的AB级功率放大器，将从功率放大器103输出的信号放大并输出到阻抗转换电路105。此外，功率放大器103及104串联连接，形成作为第 1放大单元的主放大器。而且，功率放大器103也称为主放大器中的前级的功率放大器或前置放大器，功率放大器104也称为主放大器中的后级的功率放大器。阻抗转换电路105将从功率放大器104输出的信号的阻抗进行转换并输出到合成电路109。λ /4移相电路106使由输入分配器102分配后的信号的相位延迟90度(λ /4)， 并将其输出到功率放大器107。功率放大器107是使用GaN器件的C级功率放大器，将从λ /4移相电路106输出的信号放大并输出到功率放大器108。功率放大器108是使用了 LDMOS器件的C级功率放大器，将从功率放大器107输出的信号放大并输出到合成电路109。此外，功率放大器107及108串联连接，形成作为第 2放大单元的峰值放大器。而且，功率放大器107也称为峰值放大器中的前级的功率放大器或前置放大器，功率放大器108也称为峰值放大器中的后级的功率放大器。合成电路109将从阻抗转换电路105输出的信号与从功率放大器108输出的信号进行合成并经由输出端子110输出。这里，说明功率放大器的相位特性。图3是表示对应功率放大器103的输出电平的相位变动的特性曲线，图4是表示对应功率放大器104的输出电平的相位变动的特性曲线。而且，图5是表示对应包含功率放大器103及104的主放大器的输出电平的相位变动的特性曲线。此外，图6是表示对应功率放大器107的输出电平的相位变动的特性曲线，图7是表示对应功率放大器108的输出电平的相位变动的特性曲线。此外，图8是表示对应由功率放大器107及108构成的峰值放大器的输出电平的相位变动的特性曲线。在这些图3 图8中，以虚线包围的区域表示饱和区域。在多尔蒂放大器中，前提是根据调制信号进行动作，重要的不是最大输出时所获得的最大效率，而是某个指定的 OBO(Output power Back Off，输出功率回退)时的动作效率，将对其整体特性具有重要意义的区域示作饱和区域。下面，说明图2所示的多尔蒂放大器100的动作原理。对应高频器件的饱和区域中的输出电平的相位特性是器件所固有的特性，无法以器件的偏置电压或输入输出的匹配电路进行调整。该固有的相位特性当然存在，但只要器件相同，则即使在功率等级不同的器件中也具有相同的倾向。例如，不论在哪一种功率等级的器件中，如果是GaN器件，则饱和区域的相位变动存在成为正斜率的倾向(参照图4及图6)，但如果是LDMOS器件，则存在成为负斜率的倾向(参照图3及图7)。而且，多个器件串联连接的输出的相位特性成为将各器件的相位特性相加所得的特性。由此，如图2所示，例如，当最终级使用了 GaN器件时，在前置放大器上连接LDMOS器件，当最终级使用了 LDMOS器件时，在前置放大器上连接GaN器件，由此可使饱和区域附近的由功率放大器103及104组成的主放大器的相位特性和由功率放大器107及108组成的峰值放大器的相位特性一致(参照图5及图8)。这样，多尔蒂放大器100是将饱和区域中的相位特性的斜率为相反方向的两个AB 级高频器件即GaN器件与LDMOS器件串联连接而形成主放大器，将与用于主放大器的两个高频器件为相同构造的C级GaN器件和LDMOS器件以与主放大器不同的顺序串联连接而形成峰值放大器。这样，根据实施方式1，在主放大器中使用如GaN器件那样的高价的高性能器件， 在峰值放大器中使用廉价的高频器件，并且在各放大器中将具有与其他放大器中所使用的器件的相位特性相同的相位特性的器件串联连接，使主放大器和峰值放大器的相位特性一致，由此可以在大范围的输出电平下降低两个放大器的合成损耗，从而实现高效率的多尔蒂放大器。此外，图2中作为参考例表示了基于GaN器件和LDMOS器件的结构，但即使是将相位特性不同的器件组合的所有多尔蒂放大器的结构，也能够获得同样的效果。
(实施方式2)图9是表示本发明的实施方式2的多尔蒂放大器200的结构的图。图9与图2的不同之处在于，追加了输入电平检测单元201、控制单元202及可变衰减器203。输入电平检测单元201对从输入端子101输入的信号的电平进行检测并将检测到的电平(输入电平)输出到控制单元202中。此外，输入电平检测单元201例如可使用定向耦合器、热传感器、检波电路等能够检测输入电平的大小的结构。控制单元202根据从输入电平检测单元201输出的输入电平而控制后述的可变衰减器203。可变衰减器203设置在峰值放大器的功率放大器107与功率放大器108之间，根据控制单元202的控制，使从功率放大器107输出的信号的功率衰减，并将功率被衰减的信号输出到功率放大器108。由此，能够使用于进行功率放大器107的相位特性和功率放大器108的相位特性的相加的区域可变，因此可控制进行相加的特性曲线的斜率，并且可更高精度地使主放大器与峰值放大器的相位特性一致。由此，可实现更高效率的多尔蒂放大器。这样，根据实施方式2，通过基于输入信号的输入电平使峰值放大器中的前级的功率放大器的输出功率衰减，而能够使用于进行前级的功率放大器的相位特性和后级的功率放大器的相位特性的相加的区域可变，因此可控制进行相加的特性曲线的斜率，并且可更高精度地使主放大器与峰值放大器的相位特性一致。其结果，可进一步降低两个放大器的合成损耗，从而实现更高效率的多尔蒂放大器。(实施方式3) 图10是表示本发明的实施方式3的多尔蒂放大器300的结构的图。图10与图9 的不同之处在于，追加了可变衰减器301。可变衰减器301设置在主放大器的功率放大器103和功率放大器104之间，根据控制单元202的控制，使从功率放大器103输出的信号的功率衰减，并且将使功率衰减的信号输出到功率放大器104中。由此，能够使用于进行功率放大器103的相位特性和功率放大器104的相位特性的相加的区域可变，因此可控制进行相加的特性曲线的斜率，并且可更高精度地使主放大器和峰值放大器的相位特性一致。由此，可实现更高效率的多尔蒂放大器。如此，根据实施方式3，通过基于输入信号的输入电平，使主放大器及峰值放大器中的功率放大器的输出功率衰减，从而能够使用于进行前级的功率放大器的相位特性和后级的功率放大器的相位特性的相加的区域可变，因此可控制进行相加的特性曲线的斜率， 并且可更高精度地使主放大器与峰值放大器的相位特性一致。其结果，可进一步降低两个放大器的合成损耗，从而实现更高效率的多尔蒂放大器。2009年4月28日提交的特愿第2009-109485号的日本专利申请所包含的说明书、 附图和说明书摘要的公开内容全部引用于本申请。产业上的可利用性本发明的功率放大器能够适用于例如无线通信装置、数字电视发送器等。
权利要求
1.功率放大器，包括 分配单元，其分配输入信号；第1放大单元，其将饱和区域中的相位特性的斜率为相反方向的两个高频器件串联连接，并将分配后的所述输入信号的一方放大；移相单元，其使分配后的所述输入信号的另一方的相位延迟λ/4 ； 第2放大单元，其将与用于所述第1放大单元的2个高频器件为相同构造的2个高频器件以与所述第1放大单元相反的顺序串联连接，并通过比所述第1放大单元低的动作点放大其相位被延迟了 λ /4的所述输入信号；转换单元，其将通过所述第1放大单元放大了的信号的阻抗进行转换；以及合成单元，其将阻抗被转换的所述信号和通过所述第2放大单元放大了的信号进行合成。
2.根据权利要求1所述的功率放大器，还包括输入电平检测单元，其对所述输入信号的输入电平进行检测；以及第1可变衰减单元，其连接在所述第2放大单元中的两个高频器件之间，且根据检测到的所述输入电平使从高频器件输出的信号的功率衰减。
3.根据权利要求2所述的功率放大器，还包括第2可变衰减单元，该第2可变衰减单元连接在所述第1放大单元中的两个高频器件之间，根据检测到的所述输入电平，使从高频器件输出的信号的功率衰减。
4.根据权利要求1所述的功率放大器， 所述高频器件为氮化镓器件。
全文摘要
本发明公开了即使在主放大器和峰值放大器中使用的高频器件的相位特性不同的情况下，也在大范围的输出电平下降低两个放大器的合成损耗，并且高效率的功率放大器。使用LDMOS器件的AB级功率放大器(103)将分配后的输入信号放大，使用GaN器件的AB级功率放大器(104)将从功率放大器(103)输出的信号放大。此外，使用GaN器件的C级功率放大器(107)将延迟了λ/4的输入信号放大，使用LDMOS器件的C级功率放大器(108)将从功率放大器(107)输出的信号放大。合成电路(109)将通过功率放大器(104)放大且通过阻抗转换电路(105)进行了阻抗转换的信号和通过功率放大器(108)放大了的信号进行合成。
文档编号H03F1/07GK102414982SQ201080018509
公开日2012年4月11日 申请日期2010年2月1日 优先权日2009年4月28日
发明者内山和弘 申请人:松下电器产业株式会社