專利名稱：高頻功率放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于放大高頻信號(hào)的高頻功率放大器，并且更具體而 言，本發(fā)明涉及一種能夠提高功率轉(zhuǎn)換效率的高頻功率放大器。
背景技術(shù)：
用于進(jìn)行傳輸?shù)墓β史糯笃鲗⒏哳l信號(hào)的功率放大至所期望的傳輸功 率水平。在大多數(shù)無(wú)線電設(shè)備中，功率放大器是設(shè)備中消耗最大功率的部 件。
功率放大器消耗的功率不僅被轉(zhuǎn)換為高頻輸出功率，而且功率放大器 消耗的功率也作為熱量而耗散(內(nèi)部損耗)。
相應(yīng)地，可以通過(guò)減少熱量耗散來(lái)減少功率消耗并提高可靠性。為此， 需要增大功率放大器的功率轉(zhuǎn)換效率并減少內(nèi)部損耗。
為了滿足這一需要，具有能夠執(zhí)行各種高效操作的放大器，例如，F(xiàn) 類放大器。
(常規(guī)的F類放大器圖7A和圖7B) 將參照?qǐng)D7A和圖7B描述常規(guī)的F類放大器。圖7A和圖7B是示出了 常規(guī)F類放大器的示意性結(jié)構(gòu)的方框圖。
如圖7A所示，常規(guī)的F類放大器包括輸入端11、輸出端12、輸入匹 配電路13、場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET) 14、輸出匹配電路15以及諧波反射電路 (HRC) 16。
輸入匹配電路13是用于使FET 14的輸入阻抗與輸入信號(hào)的特性阻抗 ZO相匹配的阻抗變換電路。
此外，輸出匹配電路15是用于在基頻fD處使FET 14的輸出阻抗與特 性阻抗Z0相匹配的阻抗變換電路。
FET 14是用于對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行放大以便輸出所放大的信號(hào)的有源器 件。輸入信號(hào)被施加到柵極端，并且源極端接地。此外，雙極晶體管或電子管可替代FET來(lái)用作有源器件。
諧波反射電路16連接到FET 14的漏極端。諧波反射電路16具有如下 阻抗特性，即該電路對(duì)于基波頻率和奇次諧波頻率而言是開路的(open), 而該電路對(duì)于偶次諧波頻率而言是短路的。相應(yīng)地，F(xiàn)ET14的輸出端(漏 極端)上的負(fù)載阻抗特性在基頻處是"匹配的"，在偶次諧波頻率處是"短 路的"并且在奇次諧波頻率處是"開路的"。
此外，輸入信號(hào)從輸入端11經(jīng)由輸入匹配電路13輸入到FET 14的柵 極端。由FET 14放大的信號(hào)通過(guò)FET 14的漏極端和輸出匹配電路15輸出 到輸出端12。此外，F(xiàn)ET 14中生成的奇次諧波被諧波反射電路16反射， 并且隨后輸入到FET14且也被放大。
接著，參考圖8描述F類放大器中的電壓和電流的理論波形。圖8示 出了 F類放大器中的電壓和電流的理論波形。
如圖8所示，當(dāng)圖7A所示的放大器的FET 14工作在B類偏置條件下 并且基頻的正弦波輸入到其中時(shí)，理論上，漏極端和源極端之間的電壓-時(shí) 間波形是僅具有基波和奇次諧波成分的方波。
此外，漏極端和源極端之間的電流-時(shí)間波形是僅具有基波和偶次諧波 成分的半波。
在FET14的操作中，當(dāng)漏極電流流過(guò)時(shí)漏極電壓為零，而當(dāng)施加漏極 電壓時(shí)漏極電流為零。相應(yīng)地，漏極端和源極端之間消耗的功率能夠始終 為零。
換言之，如圖8所示，當(dāng)電壓和電流時(shí)間波形沒有相互交迭時(shí)，F(xiàn)ET14 不消耗功率并且可以防止內(nèi)部損耗。這是F類放大器的原理。
此外，具有與上述F類放大器的操作相反的放大器。在這種放大器中， 阻抗特性在基頻處是"匹配的"，在偶次諧波頻率處是"開路的"并且在奇 次諧波頻率處是"短路的"。相應(yīng)地，可以獲得與圖8中的波形相反的波形。 這種放大器的諧波反射電路反射偶次諧波。同樣在這種情況下，當(dāng)漏極電 流流過(guò)時(shí)漏極電壓為零，而當(dāng)施加漏極電壓時(shí)漏極電流為零。相應(yīng)地，漏 極端和源極端之間消耗的功率同樣可以始終為零。
然而，在高頻F類放大器具有位于其封裝之外的諧波反射電路的情況 下，不僅在基頻處而且在二次諧波頻率處，需要考慮由FET封裝、引線鍵合等引起的電抗或FET芯片的自身阻抗來(lái)設(shè)計(jì)電路。
存在另一種常規(guī)F類放大器，其采用二次諧波頻率并且通過(guò)消除由FET 或FET封裝所引起的各種類型的浮動(dòng)電抗(floating reactance)的影響來(lái)提 高效率。
參照?qǐng)D7B來(lái)對(duì)使用二次諧波頻率提高效率的F類放大器進(jìn)行介紹。 如圖7B所示，該另一種常規(guī)F類放大器包括輸入端ll、輸出端12、
輸入匹配電路13、 FET14、輸出匹配電路15和諧波反射電路(HRC) 16。 諧波反射電路16是并聯(lián)在輸出匹配電路15和輸出端12之間的端接電
路(termination circuit)。諧波反射電路16在輸入信號(hào)頻率處具有高輸入阻
抗而在二次諧波頻率處具有低輸入阻抗。
輸入匹配電路13具有在輸入信號(hào)頻率和其二次諧波頻率二者處對(duì)FET 14的輸入阻抗執(zhí)行共軛匹配的阻抗特性。
輸出匹配電路15具有在輸入信號(hào)頻率和其二次諧波頻率二者處對(duì)FET 14的輸出阻抗執(zhí)行共軛匹配的阻抗特性。那些情況不同于圖7A所示的放 大器。
此夕卜，設(shè)置在輸出匹配電路15后面的諧波反射電路16將在FET 14的 漏極端處生成的雙倍頻率的波信號(hào)(二次諧波)反射至FET 14。相應(yīng)地， 可以獲得近似于方波的電壓波形并容易執(zhí)行高效操作所需要的開關(guān)操作。
此外，多爾蒂(Doherty)放大器是用于提高效率的常規(guī)放大器之一。
參照?qǐng)D9介紹常規(guī)多爾蒂放大器的結(jié)構(gòu)。圖9是示出了常規(guī)多爾蒂放 大器的結(jié)構(gòu)的方框圖。
如圖9所示，常規(guī)多爾蒂放大器包括輸入端1、輸出端2、劃分器(DV) 4、載波放大電路6、峰值放大電路7、傳輸線(TL) 8、組合節(jié)點(diǎn)9和傳輸 線(TL) 10。
此夕卜，載波放大電路6包括輸入匹配電路61、 FET62和輸出匹配電路 63。峰值放大電路7包括輸入匹配電路71、 FET72和輸出匹配電路73。
劃分器4將從輸入端1輸入的信號(hào)劃分為兩個(gè)部分。然后，該信號(hào)的 一部分輸入到載波放大電路6，該信號(hào)的一部分在載波放大電路6中由FET 62放大并經(jīng)過(guò)輸出匹配電路63，并且在傳輸線8中對(duì)其進(jìn)行阻抗變換。
移相器5相應(yīng)于載波放大電路6對(duì)由劃分器4劃分的信號(hào)的另一部分
6進(jìn)行相位調(diào)整。然后，該信號(hào)的另一部分輸入到峰值放大電路7，在其中該信號(hào)的另一部分被FET 72放大并由輸出匹配電路73對(duì)其進(jìn)行阻抗變換以便將其輸出。
來(lái)自傳輸線8的輸出和來(lái)自峰值放大電路7的輸出在組合節(jié)點(diǎn)9處被組合。在傳輸線10中對(duì)所組合的輸出信號(hào)進(jìn)行阻抗變換以便與輸出負(fù)載(未示出)相匹配。然后，輸出信號(hào)輸出至輸出端2并連接到輸出負(fù)載。
載波放大電路6的FET 62被施加AB類偏置。峰值放大電路7的FET72被施加B類或C類偏置。相應(yīng)地，當(dāng)FET 72不在低輸入電平操作時(shí)，僅FET62操作。此外，當(dāng)使FET62在飽和區(qū)域中操作時(shí)，即當(dāng)FET62開始失去其線性時(shí)，F(xiàn)ET 72開始它的操作，并且將FET 72的輸出提供給負(fù)載。因此，負(fù)載由FET 62和72操作。相應(yīng)地，在多爾蒂放大器中，即使輸出電平低于最大輸出電平，也可以獲得高效率。
此外，在多爾蒂放大器中使用諧波反射電路來(lái)進(jìn)一步提高效率是公知的。
(現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn))
日本專利特許公開No.2005-204208公開了用于提高效率的常規(guī)放大
器o
在上述特許公開中，生成要被放大的基波信號(hào)的奇次諧波信號(hào)。將生成的奇次諧波信號(hào)與要被放大的基波信號(hào)組合，從而生成方波信號(hào)。該方波信號(hào)被有源器件放大。當(dāng)從有源器件的輸出端觀察負(fù)載側(cè)時(shí)，奇次諧波信號(hào)的阻抗為無(wú)窮大，偶次諧波信號(hào)的阻抗為零。相應(yīng)地，所公開的放大器能夠?qū)崿F(xiàn)高效率。
然而，在常規(guī)的F類放大器中，并非總能獲得圖8所示的理想電壓和電流波形。此外，如果放大器件飽和，則存在許多諧波，但是在基頻處的輸出電平低且所述諧波的輸出電平也會(huì)降低。這樣，諧波反射對(duì)效率提高的影響小。
此外，同樣在諧波反射電路與常規(guī)多爾蒂放大器相組合的放大器中，在基頻處的輸出電平低且所述諧波的輸出電平也會(huì)降低，從而減小了諧波反射對(duì)效率提高的影響。
此外，在上述特許公開中，雖然奇次諧波注入到放大器的輸入中，但偶次諧波卻沒有注入到其中。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述內(nèi)容，本發(fā)明提供了一種能夠在寬輸出范圍上獲得比使用諧
波反射電路的常規(guī)F類放大器更高的效率的高頻功率放大器。
此外，本發(fā)明提供了一種能夠獲得比與諧波反射電路組合的常規(guī)多爾蒂放大器更高的效率的高頻功率放大器。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供了一種高頻功率放大器，所述高頻功率放大器包括用于放大輸入的高頻信號(hào)的放大器件；用于反射從所述放大器件輸出的諧波的諧波反射電路；以及設(shè)置在所述放大器件的輸入端處的諧波生成電路，所述諧波生成電路包括用于將輸入的基波信號(hào)劃分為兩個(gè)部分的劃分器、用于利用所述基波信號(hào)的一部分生成二次諧波的諧波生成器、以及用于將由所述諧波生成器生成的所述二次諧波與所述基波信號(hào)的另一部分進(jìn)行組合以向所述放大器件提供組合信號(hào)的組合器，其中所述諧波反射電路反射所述二次諧波。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，提供了一種高頻功率放大器，所述高頻功率放大器包括具有工作在AB類的第一放大器件的載波放大電路和具有工作在B或C類的第二放大器件的峰值放大電路，以將所述載波放大電路和所述峰值放大電路的輸出進(jìn)行組合，所述高頻功率放大器包括諧波生成電路和劃分設(shè)備，所述諧波生成電路包括用于將輸入的基波信號(hào)劃分為兩個(gè)部分的劃分器、用于利用所述基波信號(hào)的一部分生成二次諧波的諧波生成器、以及用于將由所述諧波生成器生成的所述二次諧波與所述基波信號(hào)的另一部分進(jìn)行組合的組合器，所述劃分設(shè)備用于對(duì)所述諧波生成電路的輸出信號(hào)進(jìn)行劃分以產(chǎn)生劃分的信號(hào)，其中所劃分的信號(hào)分別輸入至所述載波放大電路和所述峰值放大電路，所述載波放大電路包括用于反射從所述第一放大器件輸出的二次諧波的諧波反射電路，并且所述峰值放大電路包括用于反射從所述第二放大器件輸出的二次諧波的諧波反射電路。
根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例，提供了一種高頻功率放大器，所述高頻功率放大器包括具有工作在AB類的第一放大器件的載波放大電路和具有工作在B或C類的第二放大器件的峰值放大電路，以將所述載波放大電路
8和所述峰值放大電路的輸出進(jìn)行組合，所述高頻功率放大器包括設(shè)置在所述載波放大電路的輸入端處的諧波生成電路，所述諧波生成電路包括用于將輸入的基波信號(hào)劃分為兩個(gè)部分的劃分器、用于利用所述基波信號(hào)的一部分生成二次諧波的諧波生成器、以及用于將由所述諧波生成器生成的所述二次諧波與所述基波信號(hào)的另一部分進(jìn)行組合以向所述載波放大電路提供組合信號(hào)的組合器，其中所述載波放大電路包括用于反射從所述第一放大器件輸出的二次諧波的諧波反射電路。


根據(jù)以下結(jié)合附圖所給出的具體實(shí)施方式
，本發(fā)明的目的和特征將變得顯而易見，在附圖中
圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的高頻功率放大器(第一放大器)的結(jié)構(gòu)的方框圖2是示出了諧波生成器的結(jié)構(gòu)的方框圖3示出了第一放大器的輸入功率與功率效率之間的關(guān)系;
圖4是示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的高頻功率放大器(第二放大器)的結(jié)構(gòu)的方框圖5是示出了根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的高頻功率放大器(第三放大器)的結(jié)構(gòu)的方框圖6示出了第二放大器和第三放大器的輸入功率與功率效率之間的關(guān)
系；
圖7A和圖7B是示出了常規(guī)F類放大器的示意性結(jié)構(gòu)的方框圖；圖8示出了F類放大器的電壓和電流的理論波形；以及圖9是示出了常規(guī)多爾蒂放大器的結(jié)構(gòu)的方框圖。
具體實(shí)施例方式
以下，將會(huì)參照構(gòu)成本發(fā)明一部分的附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的高頻功率放大器包括用于生成諧波的諧波生成器和用于調(diào)整從諧波生成器輸出的諧波的相位和幅度的矢量調(diào)節(jié)器，所述諧波生成器和矢量調(diào)節(jié)器位于具有諧波反射電路的放大器的輸入端處。經(jīng)矢量調(diào)節(jié)的諧波與具有諧波反射電路的放大器的輸入信號(hào)相組合。相應(yīng)地，可以增大放大器的諧波輸出電平并且進(jìn)一步增大輸出的諧波反射電平。此外，可以減少電壓和電流波形的交迭并提高功率效率。
此外，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的高頻功率放大器包括位于劃分器之前的用于生成諧波的諧波生成器和用于調(diào)整諧波的相位和幅度的矢量調(diào)節(jié)器，所
述劃分器用于對(duì)輸入至多爾蒂放大器中的載波放大電路和峰值放大電路7的輸入信號(hào)進(jìn)行劃分。經(jīng)矢量調(diào)節(jié)的諧波與載波放大電路和峰值放大電路的輸入信號(hào)相組合。相應(yīng)地，可以增大具有諧波反射電路的多爾蒂放大器的諧波輸出電平。這樣，可以增大輸出的諧波反射電平，從而提高效率。
(第一實(shí)施例圖l)將參照?qǐng)D1描述根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的高頻功率放大器。圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的高頻功率放大器(第一放大器)的結(jié)構(gòu)的方框圖。
如圖1所示，該第一放大器包括輸入端1、輸出端2、放大器20以及作為第一放大器特征的諧波生成電路3。從輸入端1輸入的輸入信號(hào)通過(guò)諧波生成電路3輸入到放大器20中并且隨后被放大。然后，將放大的信號(hào)輸出至輸出端2。
在這種情況下，放大器20是圖7A所示的常規(guī)高頻功率放大器。該放大器20包括輸入端11、輸入匹配電路13、 FET (放大器件)14、輸出匹配電路15、諧波反射電路16和輸出端12。該輸入匹配電路13在基頻處執(zhí)行匹配。
該放大器20的諧波反射電路16是在基頻處具有高輸入阻抗而在二次諧波頻率處具有低輸入阻抗的高頻端接電路。
優(yōu)選地，考慮線路上的損耗，將該諧波反射電路插入在與放大器件相鄰的位置處，但是具有的限制比常規(guī)F類放大器的限制少。此外，當(dāng)使用高輸出放大器件時(shí)，可以使用內(nèi)部匹配電路的二次諧波反射特性。(諧波生成電路)
將詳細(xì)描述作為第一放大器特征的諧波生成電路3。
該諧波生成電路3是用于對(duì)在放大器20中生成的諧波進(jìn)行放大的電路。該諧波生成電路3包括劃分器31、諧波生成器32、可變移相器33、可變衰減器34、延遲線35和組合器36。
劃分器31對(duì)從輸入端1輸入的輸入信號(hào)進(jìn)行劃分。
諧波生成器32生成諧波。在第一放大器中，該諧波生成器32生成二次諧波。
該可變移相器33調(diào)整在諧波生成器32中生成的二次諧波的相位。該可變衰減器34調(diào)整在諧波生成器32中生成的二次諧波的幅度。此外，可變移相器33和可變衰減器34與用于對(duì)生成的二次諧波進(jìn)行
矢量調(diào)整的矢量調(diào)節(jié)器相對(duì)應(yīng)?？梢砸韵喾吹拇涡虿贾盟隹勺円葡嗥?3
和可變衰減器34。
可變移相器33和可變衰減器34對(duì)在諧波生成器32中生成的二次諧波
的相位和幅度進(jìn)行調(diào)整，使得它們與在放大器20中生成的二次諧波的相位
和幅度的關(guān)系最優(yōu)。而且，可變移相器33和可變衰減器34對(duì)基波和二次
諧波之間的相位差和幅度水平的比值進(jìn)行最優(yōu)調(diào)整。
延遲線35使來(lái)自劃分器31的輸入信號(hào)(基波)延遲了在諧波生成器
32、可變移相器33和可變衰減器34中的處理時(shí)間。
此外，組合器36將所延遲的基波信號(hào)與從可變衰減器34輸出的二次
諧波進(jìn)行組合以便具有調(diào)整的相位和幅度。然后，組合器36向放大器20
提供組合波。
如上所述，諧波生成電路3是具有簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的模擬電路，并且包括用于調(diào)整基波和二次諧波間的相位差和幅度水平的比值的矢量調(diào)節(jié)電路。相應(yīng)地，可以精確地調(diào)整放大器20所需要的諧波的輸出電平和相位，并且可以在放大器20中執(zhí)行高效放大操作。
此外，雖然在這一實(shí)施例中使用了用于調(diào)整相位的可變移相器33和用于調(diào)整幅度的可變衰減器34，但是可以通過(guò)使用任意其他調(diào)整相位和幅度的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)用于調(diào)整在諧波生成器32中生成的諧波的相位和幅度的調(diào)節(jié)器。
特別地，在第一放大器中，對(duì)在生成的諧波當(dāng)中的具有高電平的二次諧波給予關(guān)注。該二次諧波注入到放大器的輸入中并且在其輸出中被諧波反射電路無(wú)損反射。相應(yīng)地，第一放大器具有提高的效率。(放大器20的其他結(jié)構(gòu))放大器20可以采用圖7B所示的放大器。
在這種情況下，設(shè)置在FET 14的輸入端處的輸入匹配電路13具有在 基波頻率和其二次諧波頻率二者處對(duì)FET 14的輸入阻抗執(zhí)行共軛匹配的阻 抗特性。此外，設(shè)置在FET 14的輸出端處的輸出匹配電路15具有在基波 頻率和其二次諧波頻率二者處對(duì)FET 14的輸出阻抗執(zhí)行共軛匹配的阻抗特 性。
如上所述，當(dāng)使用圖7B所示的放大器作為放大器20時(shí)，輸入匹配電 路在基頻和二次諧波頻率二者處執(zhí)行匹配。相應(yīng)地，雖然注入了來(lái)自諧波 生成電路3的小的二次諧波，但這是足夠的并且放大器可具有進(jìn)一步提高 的效率。
(第一放大器的操作)
參照?qǐng)D1和圖7A介紹第一放大器的操作。
將從輸入端1輸入的基波信號(hào)輸入到諧波生成電路3中。該信號(hào)被諧 波生成電路3的劃分器31劃分為兩個(gè)部分。然后，基波信號(hào)的一部分輸入 至諧波生成器32以便生成具有兩倍基頻的二次諧波。
分別通過(guò)可變移相器33和可變衰減器34調(diào)整所生成的二次諧波的相 位和幅度。然后，該二次諧波輸入到組合器36。
延遲線35延遲由劃分器31所劃分的基波信號(hào)的另一部分，以便具有 延遲的相位。然后，該另一部分輸入到組合器36并且與經(jīng)矢量調(diào)節(jié)的二次 諧波進(jìn)行組合。
組合器36將基波與經(jīng)矢量調(diào)節(jié)的二次諧波的組合信號(hào)提供給放大器20。
在放大器20中，該組合信號(hào)經(jīng)由輸入匹配電路13輸入到有源器件的 FET14中并且隨后被放大。然后，該放大的信號(hào)輸出到輸出端12。
由于組合信號(hào)包括二次諧波，所以在FET 14的漏級(jí)端生成的二次諧波 具有比常規(guī)情況更高的電平。相應(yīng)地，雖然FET具有低的諧波增益或FET 在有更少諧波的情況下具有低的輸出功率，但是放大器仍能有效地操作。
此外，由于諧波反射電路反射二次諧波而不反射基波，所以可以增大 輸出的諧波反射電平。此外，可以減少電壓和電流波形的交迭，從而提高 效率。(諧波生成器32的結(jié)構(gòu)圖2)
接下來(lái)，參照?qǐng)D2來(lái)介紹諧波生成器32的結(jié)構(gòu)。圖2是示出了諧波生 成器32的結(jié)構(gòu)的方框圖。
如圖2所示，諧波生成器32包括串聯(lián)連接的輸入端101、輸入匹配電 路103、 二極管104、輸出匹配電路105和輸出端102。
二極管104放大輸入信號(hào)并且生成二次諧波。該二極管104可以用能 夠生成諧波的FET等進(jìn)行替換。
輸入匹配電路103是用于在基頻處執(zhí)行匹配以便對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行無(wú)損 傳輸?shù)淖杩棺儞Q電路。
此外，輸出匹配電路105是用于在諧波頻率處執(zhí)行匹配以便輸出從二 極管104生成的二次諧波而沒有不必要的損耗的阻抗變換電路。
輸入匹配電路103和輸出匹配電路105包括諸如微帶線之類的傳輸線、 諸如電容器或線圈之類的電路設(shè)備或者具有它們的組合的電路。
從諧波生成器32的輸入端101輸入的輸入信號(hào)由輸入匹配電路103阻 抗變換并且被二極管104放大以生成二次諧波。
具有二次諧波的信號(hào)由輸出匹配電路105阻抗變換。然后，具有高電 平二次諧波的信號(hào)輸出到輸出端102。
此外，諧波生成電路3的可變移相器33和可變衰減器34對(duì)信號(hào)的相 位和幅度進(jìn)行調(diào)整。然后，組合器36將該信號(hào)與基波進(jìn)行組合，并且組合 信號(hào)輸出到放大器20。
(第一放大器的特性圖3)
接下來(lái)，參照?qǐng)D3介紹第一放大器的特性。圖3示出了第一放大器的
in入功率與功率效率之間的關(guān)系。
在圖3中，實(shí)線代表具有諧波反射電路的常規(guī)放大器的特性，而虛線 代表二次諧波注入到輸入信號(hào)中的第一放大器的特性。
如圖3所示，第一放大器在從低輸入功率到高輸入功率的寬范圍內(nèi)展 現(xiàn)出比具有諧波反射電路的常規(guī)放大器更高的效率。說(shuō)到原因，在第一放 大器中，二次諧波被注入到輸入信號(hào)中，從而增大了二次諧波輸出電平。 由于在第一放大器中也使用了諧波反射電路，因此可以對(duì)輸入相位或電流 波形進(jìn)行優(yōu)化并且減少電壓和電流波形的交迭，從而進(jìn)一步提高了效率。(第一實(shí)施例的效果) 在根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的具有諧波反射電路的高頻功率放大器(第
一放大器)中，用于生成二次諧波的諧波生成器32、用于調(diào)整所生成的二 次諧波的相位的可變移相器33和用于調(diào)整二次諧波的幅度的可變衰減器34 設(shè)置在放大器20的輸入端處。二次諧波被注入到輸入的基波信號(hào)中，并且 將它們進(jìn)行組合以生成組合信號(hào)。該組合信號(hào)輸入到放大器20中，以便被 放大。此外，二次諧波被放大器20的諧波反射電路16反射并且隨后被輸 入到FET14中。相應(yīng)地，有提高二次諧波反射電平、減少電壓和電流波形 的交迭以及提高效率的效果。
此外，在第一放大器中，所注入的諧波是具有高電平的二次諧波。這 樣，有進(jìn)一步提高效率的效果。
此外，在常規(guī)放大器中，需要控制諧波反射電路以便調(diào)整諧波的相位 和幅度。相應(yīng)地，存在如下令人不安的可能性，即電路尺寸增大。然而， 在第一放大器中，可以調(diào)整輸入到諧波生成電路3的二次諧波的相位和幅 度，這樣通過(guò)調(diào)整可變移相器33和可變衰減器34而使它們與在放大器20 的FET中生成的二次諧波的相位和幅度的關(guān)系最優(yōu)。這樣，具有利用簡(jiǎn)單
結(jié)構(gòu)進(jìn)一步提高效率的效果。
此外，放大器20可以采用圖7B所示的放大器，以便在二次諧波頻率
處執(zhí)行匹配。相應(yīng)地，可以降低注入到輸入信號(hào)中的二次諧波電平。這樣， 有進(jìn)一步提高功率轉(zhuǎn)換效率的效果。
此外，雖然在這一實(shí)施例中介紹了用于注入二次諧波的結(jié)構(gòu)，但是還 可以通過(guò)注入四次(或更高次)偶次諧波來(lái)進(jìn)一步減少電流和電壓波形的 交迭。在這樣的情況下，可以將用于生成四次(或更高次)諧波的諧波生 成電路與圖1所示的諧波生成電路3并聯(lián)排列。由于用于生成二次和四次 (或更高次)諧波的各個(gè)諧波生成電路具有相同的結(jié)構(gòu)，因此優(yōu)選改變所 生成諧波的頻率。
(第二實(shí)施例圖4) 將參照?qǐng)D4描述根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的高頻功率放大器。圖4是示 出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的高頻功率放大器(第二放大器)的結(jié)構(gòu)的方 框圖。如圖4所示，在第二放大器中，多爾蒂放大器的載波放大電路6和峰 值放大電路7中的每一個(gè)內(nèi)都包括用于反射二次諧波的諧波反射電路。此 外，用于將二次諧波注入到輸入信號(hào)中的諧波生成電路3設(shè)置在多爾蒂放 大器的前面。
具體而言，第二放大器包括輸入端l、諧波生成電路3、劃分器4、移 相器5、載波放大電路6、峰值放大電路7、傳輸線8和10以及組合節(jié)點(diǎn)9。 由于劃分器4、移相器5、傳輸線8、組合節(jié)點(diǎn)9和傳輸線10與圖9所示的 常規(guī)多爾蒂放大器中的那些相應(yīng)部件具有相同的結(jié)構(gòu)，所以省略了對(duì)它們 的描述。
由于作為第二放大器的特征的諧波生成電路3與圖1所示的諧波生成 電路3具有相同的結(jié)構(gòu)，所以參照?qǐng)Dl進(jìn)行介紹。
如圖1所示，第二放大器的諧波生成電路3包括劃分器31、延遲線35、 諧波生成器32、可變移相器33、可變衰減器34和組合器36。此外，利用 輸入信號(hào)的基波生成二次諧波。調(diào)整所生成的二次諧波的相位和幅度。然 后，將二次諧波與基波進(jìn)行組合。這樣，具有高電平二次諧波的組合信號(hào) 被輸出到劃分器4。
此外，諧波生成電路3的諧波生成器32與圖2所示的諧波生成器具有 相同的結(jié)構(gòu)。諧波生成器32包括輸入端101、輸入匹配電路103、 二極管 104、輸出匹配電路105和輸出端102。
第二放大器的諧波生成電路3對(duì)在多爾蒂放大器中生成的二次諧波進(jìn) 行放大。可變移相器33和可變衰減器34執(zhí)行矢量調(diào)節(jié)，使得注入到諧波 生成電路3中的二次諧波的相位和幅度與在多爾蒂放大器中生成的二次諧 波的相位和幅度的關(guān)系最優(yōu)。
載波放大電路6包括輸入匹配電路61、 FET (載波放大器件)62和輸 出匹配電路63，這些部件與圖9所述的常規(guī)多爾蒂放大器的那些部件相同， 并且載波放大電路6還包括作為第二放大器特征的諧波反射電路64。
此外，峰值放大電路7包括輸入匹配電路71、 FET (峰值放大器件) 72和輸出匹配電路73，這些部件與常規(guī)多爾蒂放大器的那些部件相同，并 且峰值放大電路7還包括作為第二放大器特征的諧波反射電路(HRC) 74。 與常規(guī)多爾蒂放大器相同的那些部件的描述將被省略。
15載波放大電路6的諧波反射電路64和峰值放大電路7的諧波反射電路 74中的每一個(gè)均具有反射二次諧波而不影響基波的阻抗特性。優(yōu)選地，考 慮線路上的損耗，將諧波反射電路64和諧波反射電路74插入在與放大器 件相鄰的位置處，但是具有的限制比常規(guī)F類放大器的限制少。此外，當(dāng) 使用高輸出放大器件時(shí)，可以使用內(nèi)部匹配電路的二次諧波反射特性。 (第二放大器的操作)
參照?qǐng)D4和圖1介紹第二放大器的操作。
在第二放大器中，從圖4的輸入端1輸入的基波信號(hào)輸入到諧波生成 電路3。諧波生成電路3的劃分器31將基波信號(hào)劃分為兩個(gè)部分。然后， 將基波信號(hào)的一部分輸入至諧波生成器32以生成具有兩倍基頻的二次諧 波。
可變移相器33和可變衰減器34分別調(diào)整所生成的二次諧波的相位和 幅度。然后，將二次諧波輸入至組合器36。
諧波生成電路3的劃分器31所劃分的基波信號(hào)的另一部分被延遲線35 延遲。然后，所述另一部分被輸入至組合器36并且與經(jīng)矢量調(diào)節(jié)的二次諧 波相組合。組合信號(hào)輸出至圖9的多爾蒂放大器的劃分器4。
此外，輸入至載波放大電路6的信號(hào)被放大并且經(jīng)由傳輸線8輸出到 組合節(jié)點(diǎn)9。經(jīng)由移相器5輸入至峰值放大電路7的信號(hào)被放大并且輸出到 組合節(jié)點(diǎn)9。在組合節(jié)點(diǎn)9組合這些信號(hào)后，組合后的信號(hào)經(jīng)由傳輸線10 輸出到輸出端。
也就是說(shuō)，在第二放大器中，輸入到多爾蒂放大器的載波放大電路6 和峰值放大電路7的信號(hào)具有高電平二次諧波。相應(yīng)地，可以增大二次諧 波的輸出電平并且進(jìn)一步增大被載波放大電路6和峰值放大電路7的諧波 反射電路64和74反射到FET 62和72的二次諧波反射電平。此外，可以 減少電壓和電流波形的交迭并且提高功率效率。
此外，隨后將參照?qǐng)D6描述第二放大器的特性。 (第二實(shí)施例的效果)
在根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的高頻功率放大器(第二放大器)中，用于 生成二次諧波的諧波生成器32、用于調(diào)整生成的二次諧波的相位的可變移 相器33和用于調(diào)整二次諧波的幅度的可變衰減器34設(shè)置在多爾蒂放大器
16輸入端處。二次諧波注入到輸入信號(hào)中并且它們組合在一起以生成組合信
號(hào)。組合信號(hào)輸入至多爾蒂放大器以增大FET的諧波輸出電平。此外，多 爾蒂放大器的載波放大電路6和峰值放大電路7分別包括諧波反射電路64 和74以便反射高電平二次諧波，從而增大二次諧波反射電平。這樣，有減 少電壓和電流波形的交迭和提高效率的效果。
此外，可以調(diào)整在諧波生成電路3中輸入到基波中的二次諧波的相位 和幅度，這樣通過(guò)調(diào)整諧波生成電路3的可變移相器33和可變衰減器34 使它們與在多爾蒂放大器中生成的二次諧波的相位和幅度的關(guān)系最優(yōu)。這 樣，有利用簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)進(jìn)一步提高效率的效果。
此外，在常規(guī)放大器中，需要控制諧波反射電路，以便調(diào)整二次諧波 的相位和幅度。而且，需要調(diào)整輸出匹配電路。難以同時(shí)執(zhí)行基波匹配和 二次諧波匹配。然而，在第二放大器中，由于二次諧波被注入到輸入信號(hào) 中并且可變移相器33和可變衰減器34調(diào)整二次諧波的相位和幅度，因此 有容易地同時(shí)執(zhí)行基波匹配和二次諧波匹配的效果。
此外，當(dāng)提供并聯(lián)于圖4所示的諧波生成電路3的、用于生成四次或 更高次偶次諧波的諧波生成電路并且將四次或更高次偶次諧波注入到多爾 蒂放大器的輸入時(shí)，有進(jìn)一步提高效率的效果。 (第三實(shí)施例圖5)
接下來(lái)，將參照?qǐng)D5描述依據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的高頻功率放大器。 圖5是示出了根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的高頻功率放大器(第三放大器)的 結(jié)構(gòu)的方框圖。
與第二放大器相同，第三放大器包括用于將二次諧波注入到多爾蒂放 大器中的諧波生成電路。然而，第三放大器不同于第二放大器之處在于 二次諧波僅注入到載波放大電路的輸入中。
如圖5所示，在第三放大器中，在載波放大電路6的輸入端處提供諧 波生成電路3，并且載波放大電路6包括諧波反射電路64。
第三放大器的諧波生成電路3具有與第二放大器的諧波生成電路3相 同的結(jié)構(gòu)。二次諧波被注入到載波放大電路6的輸入信號(hào)中。在第三放大 器的諧波生成電路3中，可變移相器33和可變衰減器34調(diào)整所注入的二 次諧波的相位和幅度，這樣它們與在載波放大電路6中生成的二次諧波的相位和幅度的關(guān)系最優(yōu)。
在多爾蒂放大器中，在峰值放大電路7中執(zhí)行高效操作并且峰值放大
電路7工作一個(gè)短的時(shí)間段。相應(yīng)地，峰值放大電路7的效率對(duì)總效率具 有小的影響。
第三放大器利用上述事實(shí)并且第三放大器具有其中二次諧波僅注入到 載波放大電路6的結(jié)構(gòu)。峰值放大電路7的諧波反射電路并非是必需的。 此外，與第二放大器相比，可以減小注入二次諧波所需要的功率。
此外，當(dāng)諧波僅注入到載波放大電路6中時(shí)，峰值放大電路7可以包 括諧波反射電路。
(第二放大器和第三放大器的特性圖6)
接下來(lái)，參照?qǐng)D6介紹第二放大器和第三放大器的特性。圖6示出了 第二放大器和第三放大器的輸入功率與功率效率之間的關(guān)系。
在圖6中，實(shí)線代表常規(guī)多爾蒂放大器的特性，而虛線代表其中二次 諧波被注入到載波放大電路和峰值放大電路的每一個(gè)輸入信號(hào)內(nèi)的第二放 大器的特性。此外，短劃線代表二次諧波僅注入到載波放大電路的輸入信 號(hào)中的第三放大器的特性。
如圖6所示，第二放大器和第三放大器二者在從低輸入功率到高輸入 功率的寬范圍內(nèi)展現(xiàn)出比常規(guī)多爾蒂放大器更高的效率。特別地，可以從 圖6中看出在僅有載波放大電路6操作的輸入電平處，第三放大器展現(xiàn) 出比第二放大器更高的效率。在開始峰值放大電路7的操作的電平處，效 率稍微有些降低，但對(duì)總效率的影響小。 (第三實(shí)施例的效果)
在根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的具有諧波反射電路的高頻功率放大器(第 三放大器)中，用于生成二次諧波的諧波生成器32、用于調(diào)整生成的二次 諧波的相位的可變移相器33以及用于調(diào)整二次諧波的幅度的可變衰減器34 設(shè)置在載波放大電路6的輸入端處。二次諧波被注入到輸入信號(hào)中并且它 們組合在一起，從而生成組合信號(hào)。組合信號(hào)輸入至載波放大電路6，從而 增大了 FET的諧波輸出電平。此夕卜，載波放大電路6包括諧波反射電路64， 以反射由FET62放大的高電平二次諧波，從而增大了二次諧波反射電平。 這樣，有減少電壓和電流波形交迭以及提高效率的效果。
18此外，在第三放大器中，二次諧波僅被注入到載波放大電路6中。相
應(yīng)地，第三放大器可以具有比第二放大器更為簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)。此外，可以減 小生成要被注入的二次諧波所需的功率。特別地，可以在僅有載波放大電
路6工作的寬輸入電平范圍內(nèi)進(jìn)一步提高效率。
此外，作為另一種結(jié)構(gòu)，當(dāng)諧波注入到載波放大電路6和峰值放大電 路7二者中時(shí)，盡管未在圖中示出，但是除了圖4所示的第二放大器的結(jié) 構(gòu)外，可以在圖5所示的第三放大器中的移相器5和峰值放大電路7之間 插入額外的諧波生成電路。在這種情況下，當(dāng)改變注入電平以進(jìn)一步提高 效率時(shí)，諧波被注入到載波放大電路6和峰值放大電路7中的每一個(gè)。 本發(fā)明可應(yīng)用于能夠提高功率轉(zhuǎn)換效率的高頻功率放大器。 盡管已經(jīng)結(jié)合實(shí)施例示出和描述了該發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該 理解可以在不背離由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍的情況下做出各 種改變和修改。
權(quán)利要求
1、一種高頻功率放大器，包括用于放大輸入的高頻信號(hào)的放大器件；用于反射從所述放大器件輸出的諧波的諧波反射電路；以及設(shè)置在所述放大器件的輸入端處的諧波生成電路，所述諧波生成電路包括用于將輸入的基波信號(hào)劃分為兩個(gè)部分的劃分器、用于利用所述基波信號(hào)的一部分生成二次諧波的諧波生成器、以及用于將由所述諧波生成器生成的所述二次諧波與所述基波信號(hào)的另一部分進(jìn)行組合以向所述放大器件提供組合信號(hào)的組合器，其中所述諧波反射電路反射所述二次諧波。
2、 如權(quán)利要求1所述的高頻功率放大器，其中所述諧波生成電路進(jìn)一 步包括調(diào)節(jié)器，所述調(diào)節(jié)器用于調(diào)整由所述諧波生成器生成的所述二次諧 波的相位和幅度以便將具有調(diào)整后的相位和幅度的二次諧波與所述基波信 號(hào)的所述另一部分進(jìn)行組合。
3、 如權(quán)利要求1所述的高頻功率放大器，其中所述諧波生成器包括輸 入匹配電路和輸出匹配電路，以便諧波生成設(shè)備適當(dāng)?shù)厣芍C波。
4、 一種高頻功率放大器，所述高頻功率放大器包括具有工作在AB類 的第一放大器件的載波放大電路和具有工作在B或C類的第二放大器件的 峰值放大電路，以將所述載波放大電路和所述峰值放大電路的輸出進(jìn)行組 合，所述高頻功率放大器包括諧波生成電路，所述諧波生成電路包括用于將輸入的基波信號(hào)劃分為 兩個(gè)部分的劃分器、用于利用所述基波信號(hào)的一部分生成二次諧波的諧波 生成器、以及用于將由所述諧波生成器生成的所述二次諧波與所述基波信 號(hào)的另一部分進(jìn)行組合的組合器；以及劃分設(shè)備，所述劃分設(shè)備用于對(duì)所述諧波生成電路的輸出信號(hào)進(jìn)行劃 分以產(chǎn)生劃分的信號(hào)，其中將所述劃分的信號(hào)分別輸入至所述載波放大電路和所述峰值放大 電路，所述載波放大電路包括用于反射從所述第一放大器件輸出的二次諧波 的諧波反射電路，并且所述峰值放大電路包括用于反射從所述第二放大器件輸出的二次諧波 的諧波反射電路。
5、 如權(quán)利要求4所述的高頻功率放大器，其中所述諧波生成電路進(jìn)一 步包括調(diào)節(jié)器，所述調(diào)節(jié)器用于調(diào)整由所述諧波生成器生成的所述二次諧 波的相位和幅度以便將具有調(diào)整后的相位和幅度的二次諧波與所述基波信 號(hào)的所述另 一部分進(jìn)行組合。
6、 如權(quán)利要求4所述的高頻功率放大器，其中所述諧波生成器包括輸 入匹配電路和輸出匹配電路，以便諧波生成設(shè)備適當(dāng)?shù)厣芍C波。
7、 一種高頻功率放大器，所述高頻功率放大器包括具有工作在AB類 的第一放大器件的載波放大電路和具有工作在B或C類的第二放大器件的 峰值放大電路，以將所述載波放大電路和所述峰值放大電路的輸出進(jìn)行組 合，所述高頻功率放大器包括設(shè)置在所述載波放大電路的輸入端處的諧波生成電路，所述諧波生成 電路包括用于將輸入的基波信號(hào)劃分為兩個(gè)部分的劃分器、用于利用所述 基波信號(hào)的一部分生成二次諧波的諧波生成器、以及用于將由所述諧波生 成器生成的所述二次諧波與所述基波信號(hào)的另一部分進(jìn)行組合以向所述載 波放大電路提供組合信號(hào)的組合器，其中所述載波放大電路包括用于反射從所述第一放大器件輸出的二次 諧波的諧波反射電路。
全文摘要
高頻功率放大器包括用于放大輸入的高頻信號(hào)的放大器件；用于反射從所述放大器件輸出的諧波的諧波反射電路；以及設(shè)置在所述放大器件的輸入端處的諧波生成電路，所述諧波生成電路包括用于將輸入的基波信號(hào)劃分為兩個(gè)部分的劃分器、用于利用所述基波信號(hào)的一部分生成二次諧波的諧波生成器、以及用于將由所述諧波生成器生成的所述二次諧波與所述基波信號(hào)的另一部分進(jìn)行組合以向所述放大器件提供組合信號(hào)的組合器，其中所述諧波反射電路反射所述二次諧波。
文檔編號(hào)H03F1/02GK101510758SQ20091013077
公開日2009年8月19日 申請(qǐng)日期2009年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月12日
發(fā)明者世良泰雄, 中村學(xué), 伊藤太造, 大久保陽(yáng)一, 川鍋史壯, 野島俊雄 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立國(guó)際電氣