專利名稱：多頻帶高效率線性功率放大器及高效率功率放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能夠在2個(gè)頻帶以上切換使用的多頻帶高效率線性功率放大器和攜帶式電話、PHS等移動(dòng)式通信機(jī)使用的高效率功率放大器。
已有的多頻帶高效率線性功率放大器具有圖7的方框圖所示的結(jié)構(gòu)。在圖7中，頻帶A的輸入端子20輸入例如950MHz頻帶(940～956MHz)的信號(hào)，匹配網(wǎng)絡(luò)21進(jìn)行阻抗匹配，前級(jí)放大電路22進(jìn)行放大，再由匹配網(wǎng)絡(luò)23進(jìn)行阻抗匹配，末級(jí)放大電路24進(jìn)行放大，而后由匹配網(wǎng)絡(luò)25匹配阻抗，并從輸出端子26取出頻帶A(940～956MHz)的輸出信號(hào)。
同樣，頻帶B的輸入端子27輸入例如1900MHz頻帶(1895.15～1917.95MHz)的信號(hào)，匹配網(wǎng)絡(luò)28調(diào)整阻抗匹配，前級(jí)放大電路29進(jìn)行放大，再由匹配網(wǎng)絡(luò)30進(jìn)行阻抗匹配，末級(jí)放大電路31進(jìn)行放大，而后由匹配網(wǎng)絡(luò)32匹配阻抗，并從輸出端子33取出頻帶B(1895.15～1917.95MHz)的輸出信號(hào)。
這樣的已有的多頻帶高效率線性功率放大器中，頻帶A和頻帶B兩個(gè)頻帶需要相同結(jié)構(gòu)的電路，元件數(shù)目多，并且所占有的空間也大。因此，如圖8所示，試用下列方法。即，輸入端子34輸入頻帶A，即940～956MHz的信號(hào)或頻帶B，即1895.15～1917.95MHz的信號(hào)，寬頻帶匹配網(wǎng)絡(luò)35調(diào)整為能夠使這兩個(gè)頻帶的頻率都阻抗匹配，寬頻帶前級(jí)放大電路36對(duì)這兩個(gè)頻帶的信號(hào)進(jìn)行放大，寬頻帶匹配網(wǎng)絡(luò)37同樣在A、B兩個(gè)頻帶進(jìn)行阻抗匹配，寬頻帶末級(jí)放大電路38進(jìn)行放大，再由寬頻帶匹配網(wǎng)絡(luò)39在兩個(gè)頻帶匹配阻抗，然後用開關(guān)電路40切換頻帶，切換到頻帶A用的輸出端子41或頻帶B用的輸出端子42加以輸出。
但是，這種方法雖然能夠減少元件數(shù)目，卻存在寬頻帶匹配網(wǎng)絡(luò)(特別是位于后級(jí)的)調(diào)整困難，不能輸出大功率的問題。圖9是末級(jí)功率放大電路38的FET的輸出阻抗與負(fù)載阻抗的例子。通常能夠得到最大增益的負(fù)載阻抗是與FET的輸出阻抗復(fù)數(shù)共軛的阻抗。而能夠得到最大增益的負(fù)載阻抗、能夠得到最大效率的負(fù)載阻抗、使失真最小的負(fù)載阻抗在各頻帶互不相同。
通常在末級(jí)功率放大電路38將低失真和高效率特性作為重點(diǎn)，因此在寬頻帶匹配網(wǎng)絡(luò)39需要構(gòu)成能夠?qū)崿F(xiàn)這樣的特性的匹配網(wǎng)絡(luò)，但是多個(gè)頻帶中由于具有多個(gè)約束條件所以設(shè)計(jì)困難，特性容易變壞。又，使用電子電路的開關(guān)電路40由于通過的功率大，必須使用容量大的元件，而且使用于功率電平高的部分，所以損耗也大，存在著不能提高功率放大器的效率的問題。
又，近年來便攜式電話的小型化、輕型化和低價(jià)化急速發(fā)展。因此，受到便攜式電話使用的電池的制約，要求功率放大器能夠在低電壓下工作，同時(shí)要求其具有高效率。
圖19表示已有的功率放大器的結(jié)構(gòu)例之一。在圖19中，194是輸入端子，195是輸出端子，196是晶體管，197是柵極偏壓端子，198是漏極偏壓端子，199是輸出匹配網(wǎng)絡(luò)，201、202是第1、第2隔直流電容。
下面對(duì)具有上述結(jié)構(gòu)的功率放大器，敘述歷來提高效率的方法。
已有的功率放大器在輸出所希望的功率時(shí)調(diào)整連接于晶體管196的輸出匹配網(wǎng)絡(luò)200，使晶體管196的負(fù)載阻抗達(dá)到能夠得到最大效率的阻抗，以此實(shí)現(xiàn)高效率的特性。
但是，上述結(jié)構(gòu)在使輸出功率下降到低于所希望的功率時(shí)，如圖20所示，產(chǎn)生效率低下的問題。
本發(fā)明目的在于，提供能減少元部件數(shù)目，縮小電路所占空間，而且效率高的多頻帶線性功率放大器，以及提供在降低輸出功率的情況下也能夠維持與輸出初期相同的高效率特性的功率放大器。
在權(quán)利要求1結(jié)構(gòu)中，直到前級(jí)放大器為止，對(duì)所有的工作頻帶都是相同的，可以減少電路元件數(shù)目，簡(jiǎn)化電路結(jié)構(gòu)，而且多頻帶切換手段由于處在低功率電平的地方，使用小的切換元件也就夠了。再者，每一頻帶設(shè)置與負(fù)載阻抗不匹配，就會(huì)損耗變大，線性變壞，雜散輻射增大有關(guān)的、處于高電平下的單一頻帶匹配手段和末級(jí)匹配手段，因此能夠在最大的限度保持電路的性能的同時(shí)減少電路元件數(shù)目，簡(jiǎn)化電路結(jié)構(gòu)。
在權(quán)利要求2結(jié)構(gòu)中，除了有權(quán)利要求1的作用效果外，借助于緊接設(shè)置于前級(jí)放大手段后面的輔助匹配手段與通過多頻帶切換手段后設(shè)置的單一頻帶匹配手段的電路元件合作，具體地說，借助于利用共同使用的輔助匹配網(wǎng)絡(luò)的容抗與各單一匹配手段的感抗的組合共用電容器，以此進(jìn)一步減少電路元件數(shù)目，同時(shí)可以借助于輔助匹配網(wǎng)絡(luò)提高晶體管的輸出阻抗，從而能夠改善由于晶體管輸出阻抗低而引起的多頻帶切換手段的損耗。
使用權(quán)利要求3結(jié)構(gòu)，可以比權(quán)利要求1和2的結(jié)構(gòu)得到更高的增益。
在權(quán)利要求6結(jié)構(gòu)中，縮短了各元部件的間距，防止產(chǎn)生雜散感抗和容抗，使電路工作穩(wěn)定化，并且可以減少結(jié)構(gòu)元部件數(shù)目，特別適合大量生產(chǎn)相同條件的產(chǎn)品的情況。
在權(quán)利要求7～10的結(jié)構(gòu)中，除了有權(quán)利要求6的作用效果外，還由于限定在同一半導(dǎo)體芯片上形成的結(jié)構(gòu)要素，有能夠提高適應(yīng)輸出端條件不同等情況的通用性的好處。
在權(quán)利要求11～14的結(jié)構(gòu)中，還限定同一半導(dǎo)體芯片上包含的范圍，因此能夠得到通用性更高的半導(dǎo)體芯片。
即使使輸出功率從最大輸出功率下降，輸出功率下降的大小與消耗電流成比例減小，因此能夠?qū)崿F(xiàn)與最大效率輸出時(shí)相同的高效率工作。因而，本發(fā)明作為輸出功率可變情況下的電路結(jié)構(gòu)是有效的。
圖1是本發(fā)明實(shí)施形態(tài)1的多頻帶高效率線性功率放大器的方框圖。
圖2是同上的具體電路圖。
圖3是本發(fā)明實(shí)施形態(tài)2的多頻帶高效率線性功率放大器的方框圖。
圖4是同上的具體電路圖。
圖5是同上的匹配網(wǎng)絡(luò)的工作說明圖。
圖6是同上的輔助匹配網(wǎng)絡(luò)的工作說明圖。
圖7是已有的多頻帶高效率線性功率放大器的方框圖。
圖8是同上的另一已有的多頻帶高效率線性功率放大器的方框圖。
圖9是表示末級(jí)功率放大器的輸出阻抗和負(fù)載阻抗的阻抗圖。
圖10是表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)4的結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖11是表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)5的結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖12是表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)6的結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖13是使功率放大器的偏壓接通或切斷時(shí)的史密斯圓圖。
圖14是表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)7的結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖15是將實(shí)施形態(tài)7的功率放大器用于便攜式電話機(jī)發(fā)信電路時(shí)的方框圖。
圖16是表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)8的結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖17是表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)9的結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖18是表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)10的結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖19表示已有的功率放大器的結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子。
圖20表示已有的功率放大器的效率與輸出功率的關(guān)系。
圖21是表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)9的另一例子的結(jié)構(gòu)的方框圖。
實(shí)施形態(tài)1下面用圖1和圖2對(duì)實(shí)施形態(tài)1加以說明。在本發(fā)明實(shí)施形態(tài)1的多頻帶高效率線性功率放大器的方框圖(圖1)中，作為第1頻帶的頻帶A和作為第2頻帶的頻帶B共用的輸入端子1連接于作為寬頻帶匹配手段的寬頻帶匹配網(wǎng)絡(luò)2的輸入上，該寬頻帶匹配網(wǎng)絡(luò)2的輸出連接于將頻帶A和B一起放大的前級(jí)放大手段即前級(jí)放大器3的輸入上，該前級(jí)放大器3的輸出連接于作為多頻帶切換手段的開關(guān)電路4的公共端子4a上。
開關(guān)電路4的一個(gè)切換端子4b連接于作為單一頻帶匹配手段的頻帶A用的匹配網(wǎng)絡(luò)5的輸入上，該匹配網(wǎng)絡(luò)5的輸出連接于頻帶A用的作為末級(jí)放大手段的末級(jí)放大器6的輸入上，該末級(jí)放大器6的輸出通過頻帶A專用的作為末級(jí)匹配手段的末級(jí)匹配網(wǎng)絡(luò)7連接于頻帶A用的輸出端子8上。而頻帶A用的匹配網(wǎng)絡(luò)5、末級(jí)放大器6和末級(jí)匹配網(wǎng)絡(luò)7形成頻帶A用的末級(jí)放大塊。
另一方面，開關(guān)電路4的另一切換端子4c連接于頻帶B用的作為單一頻帶匹配手段的匹配網(wǎng)絡(luò)9的輸入上，該匹配網(wǎng)絡(luò)9的輸出連接于作為末級(jí)放大手段的頻帶B用的末級(jí)放大器10的輸入上，該末級(jí)放大器10的輸出通過頻帶B專用的作為末級(jí)匹配手段的末級(jí)匹配網(wǎng)絡(luò)11連接于頻帶B用的輸出端子12上。而頻帶B用的匹配網(wǎng)絡(luò)9、末級(jí)放大器10和末級(jí)匹配網(wǎng)絡(luò)11形成頻帶B用的末級(jí)放大塊。
下面說明這樣構(gòu)成的本實(shí)施形態(tài)例的工作。作為頻帶A，例如和已有的例子相同將940～956MHz的信號(hào)當(dāng)作處理對(duì)象，而作為頻帶B，同樣將1895.15～1917.95MHz的信號(hào)當(dāng)作處理對(duì)象。首先，在對(duì)頻帶A進(jìn)行放大時(shí)，預(yù)先將開關(guān)電路4的公共端子4a切換到切換端子4b一邊，一從輸入端子1輸入940～956MHz的信號(hào)，即在這種情況下由能夠?qū)?40～1917.95MHz的頻率范圍進(jìn)行阻抗調(diào)整的寬頻帶匹配網(wǎng)絡(luò)2進(jìn)行阻抗調(diào)整，再由前級(jí)放大器3進(jìn)行放大，其輸出從開關(guān)電路4的公共端子4a導(dǎo)通到切換端子4b，用頻帶A即940～956MHz用的匹配網(wǎng)絡(luò)5進(jìn)行阻抗調(diào)整。匹配網(wǎng)絡(luò)5的輸出信號(hào)輸入頻帶A用的末級(jí)放大器6進(jìn)行放大，其輸出用頻帶A專用的末級(jí)匹配網(wǎng)絡(luò)7進(jìn)行阻抗調(diào)整后輸出到頻帶A用的輸出端子8。
而在對(duì)頻帶B進(jìn)行放大時(shí)，預(yù)先將開關(guān)電路4的公共端子4a切換到切換端子4c一邊，一從輸入端子1輸入1895.15～1917.95MHz的信號(hào)，即在這種情況下由能夠?qū)?40～1917.95MHz的頻率范圍進(jìn)行阻抗調(diào)整的寬頻帶匹配網(wǎng)絡(luò)2進(jìn)行阻抗調(diào)整，再由前級(jí)放大器3進(jìn)行放大，其輸出從開關(guān)電路4的公共端子4a導(dǎo)通到切換端子4c，用頻帶B即1895.15～1917.95MHz用的匹配網(wǎng)絡(luò)9進(jìn)行阻抗調(diào)整。匹配網(wǎng)絡(luò)9的輸出信號(hào)輸入頻帶B用的末級(jí)放大器10進(jìn)行放大，其輸出用頻帶B專用的末級(jí)匹配網(wǎng)絡(luò)11進(jìn)行阻抗調(diào)整后輸出到頻帶B用的輸出端子12。加在輸入端子1上的輸入信號(hào)可以由頻帶A和頻帶B分別產(chǎn)生，也可以與上述實(shí)施形態(tài)相同，由多個(gè)頻帶共用。
圖2表示圖1的方框圖的具體電路圖。在圖2中，頻帶A和B的公共輸入端子1連接于耦合電容C1和電容C2的串聯(lián)電路上，C2接地，線圈L1從C1和C2的連接點(diǎn)連接到晶體管TR1的柵極。下面晶體管都使用高頻用的場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)。
晶體管TR1，其源極接地，電壓Vg1用電容C3旁路后，通過線圈L2在柵極上施加偏壓，電壓Vd1由電容C5旁路后，通過負(fù)載線圈L3加到漏極，從而構(gòu)成前級(jí)放大器3。又在漏極和柵極之間，進(jìn)行電容C4、電阻R1構(gòu)成的負(fù)反饋，謀求輸入端電容C2和線圈L1構(gòu)成的匹配網(wǎng)絡(luò)的阻抗匹配的寬頻帶化，兩者一起形成寬頻帶匹配網(wǎng)絡(luò)2。晶體管TR2～TR4及電阻R2～R5構(gòu)成開關(guān)電路4，晶體管TR2和TR4的漏極連接在一起形成公共端子4a，而且該端子與晶體管TR1的漏極之間連接電容C6。開關(guān)電路4在圖2的連接中，借助于在端子Vcont1上施加電壓，使晶體管TR2導(dǎo)通，從而公共端子4a和切換端子4b之間導(dǎo)通，而且借助于晶體管TR3的導(dǎo)通，將從公共端子4a到切換端子4c的泄漏接地，使公共端子4a和端子4c之間不導(dǎo)通。在Vcont2加電壓，以此使晶體管TR4導(dǎo)通，使公共端子4a與切換端子4c之間導(dǎo)通，而且借助于晶體管TR5的導(dǎo)通，將從公共端子4a到切換端子4b的泄漏接地，使公共端子4a和切換端子4b之間不導(dǎo)通。
開關(guān)電路4的切換端子4b連接于線圈L4和電容C8構(gòu)成的頻帶A用的匹配網(wǎng)絡(luò)5，電容C8的另一端接地，線圈L4的另一端通過電容C9連接于末級(jí)晶體管TR6的柵極上。晶體管TR6源極接地，電壓Vg2用電容C10旁路后，通過線圈L5在柵極上加偏壓，另一電壓Vd2用電容C11旁路后，通過負(fù)載線圈L6加到漏極，從而構(gòu)成頻帶A用的末級(jí)放大器6。在末級(jí)放大器6發(fā)生非線性失真，會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生不受歡迎的雜散輻射，所以需要借助于末級(jí)匹配網(wǎng)絡(luò)7的匹配和電路條件的匹配，極力追求輸入、輸出的線性，進(jìn)行線性放大。
因此，晶體管TR6的漏極與電容12一起連接于構(gòu)成頻帶A專用的末級(jí)匹配網(wǎng)絡(luò)7的線圈7一端，線圈7的另一端用電容C12接地，同時(shí)通過電容C13連接于頻帶A的輸出端子8上。
又，開關(guān)電路4的切換端子4c和頻帶B用的輸出端子12之間也與上面一樣構(gòu)成，開關(guān)電路4的另一切換端子4c連接于構(gòu)成頻帶B用的匹配網(wǎng)絡(luò)9的線圈L8和電容C14上，電容C14的另一端接地，線圈L8的另一端通過電容C15連接于末級(jí)晶體管TR7的柵極上。末級(jí)晶體管TR7與晶體管TR6一樣，和電容C16、C17線圈L9、L10一起構(gòu)成頻帶B用的末級(jí)放大器10，晶體管TR7的漏極連接與電容C18一起構(gòu)成頻帶B專用的末級(jí)匹配網(wǎng)絡(luò)11的線圈L11，線圈L11的另一端用電容C18接地，同時(shí)通過電容19連接于頻帶B用的輸出端子12上。
下面對(duì)如上所述構(gòu)成的本實(shí)施形態(tài)的工作加以說明。首先，在對(duì)頻帶A進(jìn)行放大時(shí)，一旦在端子Vcont1施加控制電壓，即通過電阻R2、R3使晶體管TR2、TR3導(dǎo)通，以此將開關(guān)電路4的公共端子4a切換到切換端子4b一邊。從輸入端子1輸入940～956MHz的信號(hào)，借助于柵極側(cè)的電容C2和線圈L1構(gòu)成的匹配網(wǎng)絡(luò)，以及從晶體管TR1的漏極連接到柵極的電阻R1與電容C4構(gòu)成的負(fù)反饋形成的寬頻帶匹配網(wǎng)絡(luò)2，能夠?qū)?40～1917.95MHz的寬頻率范圍進(jìn)行阻抗匹配。然后由晶體管TR1構(gòu)成的前級(jí)放大器3放大，其輸出從開關(guān)電路4的公共端子4a導(dǎo)通到切換端子4b，用電容C8與線圈L4形成的頻帶A(即940～956MHz)用的匹配網(wǎng)絡(luò)5進(jìn)行阻抗匹配。匹配網(wǎng)絡(luò)5的輸出經(jīng)電容C9，輸入晶體管TR6構(gòu)成的頻帶A用的末級(jí)放大器6放大，其輸出由線圈L7和電容C12構(gòu)成的頻帶A專用的末級(jí)匹配網(wǎng)絡(luò)7進(jìn)行阻抗匹配后，輸出到頻帶A用的輸出端子8上。
而在對(duì)頻帶B進(jìn)行放大時(shí)，預(yù)先在Vcont2上加控制電壓，通過電阻R4、R5使晶體管TR4、TR5導(dǎo)通，將開關(guān)電路4的公共端子4切換到切換端子4c上，一旦將1895.15～1917.95MHz的信號(hào)從輸入端子1輸入，即借助于電容C2和線圈L1構(gòu)成的匹配網(wǎng)絡(luò)，以及從晶體管TR1的漏極連接到柵極的電阻R1和電容C4產(chǎn)生的負(fù)反饋形成的寬頻帶匹配網(wǎng)絡(luò)2對(duì)940～1917.95MHz的頻率范圍進(jìn)行阻抗匹配。然后用晶體管TR1構(gòu)成的前級(jí)放大器3進(jìn)行放大，其輸出從開關(guān)電路4的公共端子4a導(dǎo)通到切換端子4c，由電容C14和線圈L15形成的頻帶B(即1895.15～1917.95MHz)用的匹配網(wǎng)絡(luò)9進(jìn)行阻抗匹配。匹配網(wǎng)絡(luò)9的輸出被輸入晶體管TR7構(gòu)成的頻帶B用的末級(jí)放大器10進(jìn)行放大，其輸出由線圈L11和電容18構(gòu)成的頻帶B專用的末級(jí)匹配網(wǎng)絡(luò)11進(jìn)行阻抗匹配后，輸出到頻帶B用的輸出端子12。
各匹配網(wǎng)絡(luò)的匹配因?yàn)槭骨凹?jí)放大器3的輸出阻抗和負(fù)載阻抗匹配的匹配網(wǎng)絡(luò)5、9分別在一個(gè)頻帶專用，而且對(duì)末級(jí)放大器6、10進(jìn)行匹配的末級(jí)匹配網(wǎng)絡(luò)7、11也分別在一個(gè)頻帶專用，所以約束條件放寬，設(shè)計(jì)變得容易，對(duì)于前級(jí)放大器，可將重點(diǎn)放在得到大的增益上，匹配網(wǎng)絡(luò)5、9采取實(shí)現(xiàn)在單一頻率為最大增益的負(fù)載的結(jié)構(gòu)，對(duì)末級(jí)放大器6、10進(jìn)行匹配的末級(jí)匹配網(wǎng)絡(luò)7、11，則可以采取能夠?qū)崿F(xiàn)以低失真和高效率特性為重點(diǎn)的特性的結(jié)構(gòu)。
還有，在上述實(shí)施形態(tài)中，例示兩個(gè)頻帶的情況，但是，增加開關(guān)電路4的電路數(shù)目，添加匹配網(wǎng)絡(luò)和末級(jí)放大器，當(dāng)然能夠使用于3個(gè)或3個(gè)以上的n個(gè)頻帶，這樣一來，元件數(shù)目減少的效果就更加顯著。
如上所述，采用本實(shí)施形態(tài)，到前級(jí)放大器3為止，對(duì)所有工作頻帶是通用的，可以減少元件數(shù)目，簡(jiǎn)化電路結(jié)構(gòu)，而且由于切換開關(guān)電路4處于低功率電平的地方，開關(guān)電路的元件可以用得小。再者，各頻帶分別設(shè)置與負(fù)載阻抗不匹配時(shí)損耗變大，線性變壞，雜散輻射增大有關(guān)的、處于高電平下的匹配網(wǎng)絡(luò)，因此匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)容易，能夠在最大限度保持電路性能的同時(shí)簡(jiǎn)化電路結(jié)構(gòu)。
實(shí)施形態(tài)2下面用圖3和圖4對(duì)實(shí)施形態(tài)3加以說明。在本發(fā)明實(shí)施形態(tài)2的多頻帶高效率線性功率放大器的方框圖(即圖3)中，與實(shí)施形態(tài)1的圖1的不同點(diǎn)是，改變了寬頻帶匹配網(wǎng)絡(luò)2a的結(jié)構(gòu)，以及在緊靠前級(jí)放大器3a的后面設(shè)置輔助匹配網(wǎng)絡(luò)13，與此對(duì)應(yīng)，各頻帶的匹配網(wǎng)絡(luò)5a、9a的結(jié)構(gòu)也作了變更。這樣使頻帶A、頻帶B各自的匹配網(wǎng)絡(luò)5a、9a的一部分匹配元件在輔助匹配網(wǎng)絡(luò)13共同使用，以謀求減少匹配元件的數(shù)目。下面根據(jù)圖4的具體電路圖對(duì)這一內(nèi)容進(jìn)行具體說明。
在圖4中，與實(shí)施形態(tài)1的圖2相同功能的部分使用相同的符號(hào)，并省略其說明。連接于輸入端子1上的耦合電容C1的另一端上連接著線圈L1a和電容C2a，電容C2a的另一端接地，線圈L1a的另一端上連接著線圈L1b和電容C2b，電容C2b的另一端接地，線圈L1b的另一端連接于晶體管TR1的柵極上。與實(shí)施形態(tài)1不同，由線圈L1a、L1b、電容C2a、C2b構(gòu)成寬頻帶匹配網(wǎng)絡(luò)2a。在實(shí)施形態(tài)1的圖2，對(duì)晶體管TR1實(shí)施反饋，以加寬頻帶并且使其穩(wěn)定化，不使用反饋則可得到高增益。但是在該情況下設(shè)計(jì)是困難的，應(yīng)該考慮利害得失進(jìn)行選擇。
在晶體管TR1的漏極和接地點(diǎn)之間連接輔助匹配手段13的電容即電容C20，而在晶體管TR1的漏極和開關(guān)電路4d的公共端子4a之間連接著耦合電容C6a。在開關(guān)電路4d的端子4b上連接著線圈L4作為單一頻帶匹配手段的電感，線圈L4的另一端通過耦合電容C9a連接于晶體管TR6的柵極上。另一方面，在開關(guān)電路4d的切換端子4c上連接著線圈L8作為單一頻帶匹配手段的電感，線圈L8的另一端通過耦合電容C15a連接于晶體管TR7的柵極上。電容C20和線圈L4構(gòu)成頻帶A用的匹配網(wǎng)絡(luò)5a，電容C20和線圈L8構(gòu)成頻帶B用的匹配網(wǎng)絡(luò)9a。電容C20在兩個(gè)匹配網(wǎng)絡(luò)共用，因此將這當(dāng)作輔助匹配網(wǎng)絡(luò)13。由于電容C20在兩個(gè)匹配網(wǎng)絡(luò)共用，合計(jì)可以減少一個(gè)電容，并且由于在該位置配置電容C20，晶體管TR1的輸出阻抗低所引起的損耗可以得到改善。
下面根據(jù)圖5說明其原因。通常前級(jí)或末級(jí)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)的輸出阻抗具有接近短路的低阻抗。現(xiàn)在假定FET的輸出阻抗為5Ω，在圖5(a)的X1點(diǎn)用匹配網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行匹配，使其對(duì)50Ω的負(fù)載(包含匹配網(wǎng)絡(luò))成為共軛阻抗，如圖5(b)的等效電路所示使輸出負(fù)載為5Ω，可得到最大的增益。但是，如圖3、圖4所示，在前級(jí)放大器3a的后面插入了開關(guān)電路4d，將該損耗如圖5(c)所示加以表示，則由于FET的輸出阻抗低，開關(guān)電路4d的損耗在數(shù)值上可以忽略不計(jì)。假設(shè)該電阻值為2.5Ω，如圖5(d)的等效電路所示，F(xiàn)ET的輸出負(fù)載阻抗為5Ω，因此，開關(guān)電路的阻抗為2.5Ω，包含負(fù)載的匹配網(wǎng)絡(luò)的表觀阻抗為2.5Ω，增益減少到一半。
在本實(shí)施形態(tài)中，由于使用電容C20構(gòu)成的輔助匹配網(wǎng)絡(luò)13，從圖5(e)的X3點(diǎn)看FET側(cè)的輸出阻抗變高，假如高到20Ω，則除去最大增益時(shí)的開關(guān)電路的損耗后的表觀負(fù)載阻抗為17.5Ω，與此相對(duì)的開關(guān)電路的損耗如圖5(f)的等效電路所示，與圖5(d)的情況相比，所占比例是小了，開關(guān)電路的損耗不大成問題。
下面使用圖6對(duì)FET的輸出阻抗由于輔助匹配網(wǎng)絡(luò)13而上升的過程加以說明。在圖6中，F(xiàn)ET的輸出阻抗為低阻抗(例如5Ω)，處于史密斯圓圖的電容性點(diǎn)g的位置時(shí)，由于傳輸線路(FET的封裝引腳或引線)的影響變換成圖的上側(cè)的(電感性)點(diǎn)h的阻抗。還由于在這里并聯(lián)配置電容C20，如圖所示變換為史密斯圓圖的內(nèi)側(cè)的點(diǎn)i(例如20Ω的阻抗)。
還有，開關(guān)電路4d與圖2的開關(guān)電路4的差異在于通過反向器In1在電阻R4、R5上施加電壓，因此與圖2的不同點(diǎn)在于，能夠借助于使控制電壓為正或負(fù)，變換開關(guān)電路的連接，兩者沒有本質(zhì)上的差異。
又，加在晶體管TR1、TR6、TR7柵極的偏壓即使不是通過圖4的線圈L2、L5、L9，而是通過電阻施加，也能夠得到高阻抗。而且例示的各種線圈在頻率變高的情況下當(dāng)然也可以使用微波微帶線等感抗元件。
這樣，在本實(shí)施形態(tài)中，不僅有實(shí)施形態(tài)1的作用效果，而且由于在緊靠前級(jí)放大器3a的后面設(shè)置輔助匹配網(wǎng)絡(luò)13，該輔助匹配網(wǎng)絡(luò)13使通過開關(guān)電路4d后設(shè)置的頻帶A、B用的匹配網(wǎng)絡(luò)5a、9a的電路元件共用，具體地說就是電容器共用，從而可以減少電路元件數(shù)目。與此同時(shí)，在前級(jí)放大器3a設(shè)置的電容C20使得FET的輸出阻抗上升，因而相對(duì)地減少了在開關(guān)電路4d的損耗，可以改善FET的輸出阻抗低所引起的損耗。在這種情況下如果使用寬度大的低阻抗線路代替電容C20，則該低阻抗線路不是作為感抗起作用，而是作為容抗起作用，因此能夠得到和電容器相同的效果。
本實(shí)施形態(tài)例也是例示兩個(gè)頻帶的情況，但是增加開關(guān)電路的電路數(shù)目，添加匹配網(wǎng)絡(luò)和末級(jí)放大器，當(dāng)然可以使用于3個(gè)或3個(gè)以上的n個(gè)頻帶，進(jìn)一步擴(kuò)大減少元件數(shù)目的效果。
又，實(shí)施形態(tài)1、2中，如果增益的損失可以忽略不計(jì)，則設(shè)置于緊靠輸入端子1的地方的寬頻帶匹配網(wǎng)絡(luò)也可以省略。
實(shí)施形態(tài)3下面對(duì)將上述第1和第2實(shí)施形態(tài)的電路集成化的情況加以說明。圖1中的全部方框即虛線14包圍的部分或圖3的全部方框即虛線17所包圍的部分在同一半導(dǎo)體芯片上實(shí)現(xiàn)。借助于這樣的結(jié)構(gòu)縮短各元件之間的間隔，防止產(chǎn)生雜散感抗和容抗，使電路工作穩(wěn)定化，并且能夠減少結(jié)構(gòu)元部件的數(shù)目，特別適合大量生產(chǎn)相同條件的產(chǎn)品的情況。
而且，為了適應(yīng)輸出端子8、12的外部條件不同等情況，可考慮將末級(jí)匹配網(wǎng)絡(luò)7、11作為外加部件，使圖1中虛線15包圍的范圍，即包含寬頻帶匹配網(wǎng)絡(luò)2、前級(jí)放大器3、開關(guān)電路4、匹配網(wǎng)絡(luò)5、9和末級(jí)放大器6、10的部分，或圖3中虛線18所包圍的范圍，即包含寬頻帶匹配網(wǎng)絡(luò)2a、前級(jí)放大器3a、輔助匹配網(wǎng)絡(luò)13、開關(guān)電路4d、匹配網(wǎng)絡(luò)5a、9a和末級(jí)放大器6、10的部分做在同一半導(dǎo)體芯片上。如果考慮到生產(chǎn)數(shù)量等，這樣有通用性，擴(kuò)大對(duì)多機(jī)種的適用范圍。同樣，也考慮將圖1中虛線16包圍的范圍，即包含寬頻帶匹配網(wǎng)絡(luò)2、前級(jí)放大器3、開關(guān)電路4的部分，或圖3的虛線19所包圍的范圍，即包含寬頻帶匹配網(wǎng)絡(luò)2a、前級(jí)放大器3a、輔助匹配網(wǎng)絡(luò)13、開關(guān)電路4d的部分做在同一半導(dǎo)體芯片上。這種情況也適用于頻率范圍和輸出不同的情況，又適合于末級(jí)放大器功率大，發(fā)熱對(duì)其他零件有影響的情況。
這里對(duì)輸入端子1以后的各虛線包圍部分在同一半導(dǎo)體芯片上構(gòu)成的情況作了說明，至少包含上述范圍，不妨把輸入端子1前面的電路構(gòu)成于同一半導(dǎo)體芯片上。
又，例示的個(gè)數(shù)、阻抗及頻率的數(shù)值只是一個(gè)例子，并不是限定于該數(shù)值。
又，上述各實(shí)施形態(tài)中的電路結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)可以任意變更或以相同功能的其他電路置換，可在專利申請(qǐng)范圍內(nèi)變更細(xì)節(jié)，不限定于例示的電路結(jié)構(gòu)。
實(shí)施形態(tài)4圖10表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)4的高效率功率放大器。在圖10中，111是輸入端子，112是輸出端子，113、114是第1、第2功率放大器，115、116是作為使第1、第2功率放大器113、114的偏置電壓接通或切斷的電源切換手段的第1、第2開關(guān)電路，117是作為輸入分路手段的第3開關(guān)電路，118是作為輸出選擇電路的第4開關(guān)電路，119、120是第1、第2阻抗變換電路，121是對(duì)第1～第4開關(guān)電路115～118和第1、第2阻抗變換電路119、120進(jìn)行控制的控制電路。而第3開關(guān)電路117的端子117a是第1公共端子，第4開關(guān)電路118的端子118a是第2公共端子。
下面參照附圖對(duì)如上所述構(gòu)成的高效率功率放大器的動(dòng)作加以說明。
在圖10的電路中，第1功率放大器113利用，分別將第3開關(guān)電路117的端子117a和117b，第4開關(guān)電路118的端子118a和118b加以連接，并接通第1開關(guān)電路115加偏壓，進(jìn)入工作狀態(tài)。另一方面，第2功率放大器114則分別將第3開關(guān)電路117的端子117a和117c，第4開關(guān)電路118的端子118a和118c加以連接，并接通第2開關(guān)電路116，從而處于工作狀態(tài)。又，第3開關(guān)電路117的端子117a與117b及117c同時(shí)連接，第4開關(guān)電路118的端子118a與118b及118c也同時(shí)連接，將第1、第2開關(guān)電路115、116接通，可以使兩者處于工作狀態(tài)，在輸出端子112上第1功率放大器113的輸出和第2功率放大器114的輸出的組合，呈現(xiàn)2倍的輸出。第1～第4開關(guān)電路115～118各開關(guān)由控制電路121的信號(hào)控制進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作。
第1、第2阻抗變換電路119、120由于從端子117a看到功率放大器一側(cè)的阻抗和從端子118a看到功率放大器一側(cè)的阻抗因連接的功率放大器的個(gè)數(shù)而變化，所以是與該變化對(duì)應(yīng)進(jìn)行阻抗變換的電路，并由控制電路121的信號(hào)進(jìn)行控制。
考慮例如第1、第2功率放大器113、114在效率最大時(shí)的輸出功率為500mW，電壓為5V，消耗電流為200mA的情況。首先，取輸出功率為最大輸出1W時(shí)，使第1、第2功率放大器113、114兩者處于工作狀態(tài)。這時(shí)的效率根據(jù)公式效率＝輸出功率/(電壓×消耗電流)×100(％)，由于電壓為5V，消耗電流為400mA，所以效率50％。另一方面，在輸出功率下降到500mW時(shí)，使第1、第2功率放大器113、114中的一個(gè)工作，另一個(gè)停止工作，輸出功率減半為500mW，消耗電流也減半為200mA，因此可以維持最大輸出時(shí)的效率。
實(shí)施形態(tài)5圖11表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)5的高效率功率放大器。在圖11中，122是輸入端子，123是輸出端子，124、125、126是第1、第2、第3功率放大器，127、128、129是作為使第1、第2、第3功率放大器124、125、126的偏置電壓接通或切斷的電源切換手段的第1、第2、第3開關(guān)電路，130是作為輸入分路手段的第4開關(guān)電路，131作為輸出選擇手段的第5開關(guān)電路，132、133是第1、第2阻抗變換電路，134是對(duì)第1～第5開關(guān)電路127～131和第1、第2阻抗變換電路132、133進(jìn)行控制的控制電路。而第4開關(guān)電路130的端子130a是第1公共端子，第5開關(guān)電路131的端子131a是第2公共端子。
下面參照附圖對(duì)如上所述構(gòu)成的高效率功率放大器的工作加以說明。
在圖11的電路中，第1功率放大器124由于分別將第4開關(guān)電路130的端子130a和130b，第5開關(guān)電路131的端子131a和131b加以連接，并接通第1開關(guān)電路127加上偏壓，所以進(jìn)入工作狀態(tài)。而第2功率放大器125則分別將第4開關(guān)電路130的端子130a和130c，第5開關(guān)電路131的端子131a和131c加以連接，并接通第2開關(guān)電路128，從而進(jìn)入工作狀態(tài)。同樣，第3功率放大器126也是分別將第4開關(guān)電路130的端子130a和130d，第5開關(guān)電路131的端子131a和131d加以連接，并接通第3開關(guān)電路129，從而進(jìn)入工作狀態(tài)。又，第4、第5開關(guān)電路130、131可以同時(shí)連接多個(gè)功率放大器。
首先，在輸出功率為最大值時(shí)，使第1、第2、第3功率放大器124、125、126同時(shí)處于工作狀態(tài)。而在輸出功率從最大輸出功率下降時(shí)，只使第1～第3功率放大器124、125、126中的124和125、或124和126、或125和126、或124、或125、或126工作，而其他功率放大器停止工作，從而消耗電流也與輸出功率下降的大小成比例減小，因此可以維持最大輸出時(shí)的效率。
上述說明以3個(gè)功率放大器并聯(lián)偏置的結(jié)構(gòu)例進(jìn)行，但是，顯然4個(gè)功率放大器并聯(lián)偏置的情況也一樣，即使使輸出功率下降也能夠維持最大輸出時(shí)的效率。
又，在實(shí)施形態(tài)4、5，假定各功率放大器的特性是相同的，但是，至少可以使用一個(gè)輸出功率不同的功率放大器。例如在使用最大效率相同，輸出功率為100mW、200mW、300mW各不相同的3個(gè)功率放大器的情況下，借助于連接的功率放大器的組合，可以在最大輸出從600m到500mW、400mW、300mW、200mW、100mW等6個(gè)級(jí)別上改變輸出功率，而且上述各輸出也能夠維持最大輸出時(shí)的效率。
實(shí)施形態(tài)6圖12表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)6的高效率功率放大器。在圖12中，135是輸入端子，136是輸出端子，137、138是第1、第2功率放大器，139、140是作為使第1、第2功率放大器137、138的偏置電壓接通或切斷的電源切換手段的第1、第2開關(guān)電路，141、142是作為傳輸線路的第1、第2微帶線，143是作為輸入分路手段的第3開關(guān)電路，144、145是第1、第2阻抗變換電路，146是對(duì)第1～第3開關(guān)電路139、140、143和第1、第2阻抗變換電路144、145進(jìn)行控制的控制電路。本實(shí)施形態(tài)是實(shí)施形態(tài)4去掉輸出側(cè)的開關(guān)電路的結(jié)構(gòu)。還有，第3開關(guān)電路143的端子143a是公共端子。
下面參照附圖對(duì)如上所述構(gòu)成的高效率功率放大器的工作加以說明。
在圖12中，第1功率放大器137，由于將第3開關(guān)電路143的端子143a和143b加以連接，并接通第1開關(guān)電路139，加上偏壓，所以進(jìn)入工作狀態(tài)。而第2功率放大器138則將第3開關(guān)電路143的端子143a和143c加以連接，并接通第2開關(guān)電路140，從而進(jìn)入工作狀態(tài)。又，第3開關(guān)電路143可以同時(shí)連接第1、第2功率放大器137、138。
通常，在將漏極偏壓加在第1、第2功率放大器137、138時(shí)，功率放大器所用單個(gè)FET的輸出阻抗在工作頻率下為圖13的史密斯圓圖的A點(diǎn)。這時(shí)，對(duì)功率放大器內(nèi)的輸出匹配網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行調(diào)整，使功率放大器的輸出阻抗來到C點(diǎn)的位置上。而在切斷第1、第2功率放大器137、138的漏極偏壓時(shí)，功率放大器所用單個(gè)FET的輸出阻抗在工作頻率下為圖13的史密斯圓圖的D點(diǎn)。這時(shí)功率放大器的輸出阻抗利用輸出匹配網(wǎng)絡(luò)調(diào)整到F點(diǎn)。
首先，考慮只使第1功率放大器137進(jìn)入工作狀態(tài)的情況。由于輸出側(cè)通常被連接著，通過第1微帶線141的信號(hào)的一部分泄漏到第2功率放大器，造成損耗。但是第2功率放大器138處于電源被切斷的狀態(tài)，所以第2功率放大器138的輸出阻抗位于圖13的F點(diǎn)，調(diào)整第2微帶線142的長(zhǎng)度，使得從第2微帶線142的輸出側(cè)看到輸入側(cè)的阻抗成為高阻抗(圖13的G點(diǎn))，以此可以減少泄漏引起的損耗。同樣，在只使第2功率放大器138進(jìn)入工作狀態(tài)時(shí)，借助于調(diào)整第1微帶線141的長(zhǎng)度，減少泄漏引起的損耗。
采用上面所述的結(jié)構(gòu)，可以得到與實(shí)施形態(tài)1相同的效果。而且由于去掉輸出側(cè)的開關(guān)電路，控制電路146比實(shí)施形態(tài)1簡(jiǎn)單。
上述說明是以2個(gè)功率放大器并聯(lián)配置構(gòu)成的例子進(jìn)行的，但是與實(shí)施形態(tài)2相同，3個(gè)或更多也可以。而且功率放大器中至少有1個(gè)輸出功率與其他功率放大器不同也可以。
又，在本實(shí)施形態(tài)中使用微帶線進(jìn)行說明，但是使用微帶線以外的傳輸線也同樣能夠運(yùn)轉(zhuǎn)。
實(shí)施形態(tài)7圖14表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)7的高效率功率放大器。在圖14中，147是輸入端子，151是輸出端子，149是作為傳輸線的微帶線，150是功率放大器，151是作為使功率放大器150的偏置電壓接通或切斷的電源切換手段的第1開關(guān)電路，152是作為輸入分路手段的第2開關(guān)電路，153作為輸出選擇手段的第3開關(guān)電路，154是對(duì)第1～第3開關(guān)電路151、152、153進(jìn)行控制的控制電路。而第2開關(guān)電路152的端子152a是第1公共端子，第3開關(guān)電路153的端子153a是第2公共端子。
下面參照附圖對(duì)如上所述構(gòu)成的高效率功率放大器的工作加以說明。
在圖14的電路中，功率放大器150由于分別將第2開關(guān)電路152的端子152a和152c，第3開關(guān)電路153的端子153a和153c加以連接，并且接通第1開關(guān)電路151，加上偏壓，所以進(jìn)入工作狀態(tài)。而第2開關(guān)電路152的端子152a和152b，第3開關(guān)電路153的端子153a和153b分別加以連接的情況下，微帶線149變成導(dǎo)通狀態(tài)，輸入端子147輸入的信號(hào)未經(jīng)放大即原封不動(dòng)出現(xiàn)在輸出端子148上。
下面考慮本實(shí)施形態(tài)的功率放大器使用于圖15所示的便攜式電話的情況。在圖15中，155是輸入端子，156是輸出端子，157是本實(shí)施形態(tài)的高效率功率放大器，158是調(diào)制器，159是緩沖放大器。下面對(duì)其工作加以敘述。
通過緩沖放大器159后的信號(hào)的功率記為Pa(dBm)，本實(shí)施形態(tài)的高效率功率放大器157的功率放大器157b的增益記為G(dB)。在本實(shí)施形態(tài)的高效率功率放大器157的功率放大器157b連接著的情況下，輸出端子156上出現(xiàn)的輸出功率為Pa+G(dBm)。如果把輸出功率改變?yōu)镻a(dBm)，不像本實(shí)施形態(tài)的高效率功率放大器157那樣具備微帶線157a的已有的功率放大器中，必須在緩沖放大器159與功率放大器之間插入衰減器，或者使通過緩沖放大器159后的信號(hào)的功率下降到Pa-G(dBm)，從而發(fā)信電路的總效率下降。但是本實(shí)施形態(tài)的高效率功率放大器157中，借助于漏極微帶線157a，可以使緩沖放大器159后的信號(hào)沒有放大就輸出到輸出端子156，發(fā)信電路的總效率由于功率放大器157關(guān)閉而提高。
上述說明是按微帶線進(jìn)行說明的，但是使用微帶線以外的傳輸線也能夠同樣運(yùn)轉(zhuǎn)。
實(shí)施形態(tài)8圖16表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)8的高效率功率放大器。在圖16中，161是輸入端子，162是輸出端子，163是作為傳輸線的微帶線，164、165是第1、第2功率放大器，166、167是作為使第1、第2功率放大器164、165的偏置電壓接通或切斷的電源切換手段的第1、第2開關(guān)電路，168是作為輸入分路手段的第3開關(guān)電路，169作為輸出選擇手段的第4開關(guān)電路，170、171是第1、第2阻抗變換電路，172是對(duì)第1～第4開關(guān)電路166～169和第1、第2阻抗變換電路170、171進(jìn)行控制的控制電路。而第3開關(guān)電路168的端子168a是第1公共端子，第4開關(guān)電路169的端子169a是第2公共端子。
下面參照附圖對(duì)如上所述構(gòu)成的高效率功率放大器的工作加以說明。
在圖16的電路中，第3開關(guān)電路168的端子168a和168b不相連接，微帶線163被切斷的情況下，其工作與實(shí)施形態(tài)1相同。反之只有第3開關(guān)電路168的端子168a和168b，以及第4開關(guān)電路169的端子169a和1679b相互連接，微帶線163導(dǎo)通時(shí)，則與增益為0dB的放大器相同，輸入端子161輸入的信號(hào)未經(jīng)放大即原封不動(dòng)出現(xiàn)在輸出端子162上。
又，與實(shí)施形態(tài)7一樣，在將圖16的本實(shí)施形態(tài)的高效率功率放大器使用于便攜式電話的發(fā)信電路的情況下，微帶線163起了提高發(fā)信電路總效率的作用，第1、第2功率放大器164、165即使在輸出功率從最大功率下降的情況下也起著維持最大輸出時(shí)的效率的作用。
在上述說明中以兩個(gè)功率放大器并聯(lián)配置的結(jié)構(gòu)為例進(jìn)行了說明，但是與實(shí)施形態(tài)5相同，即使3個(gè)或更多也可以。而且功率放大器中的至少一個(gè)使用與其他功率放大器不同輸出功率的也可以。
又，在本實(shí)施形態(tài)例中使用微帶線進(jìn)行說明，但是使用微帶線以外的傳輸線也能夠一樣動(dòng)作。
實(shí)施形態(tài)9圖17表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)9的高效率功率放大器。在圖17中，173是輸入端子，174是輸出端子，175是作為第1傳輸線的微帶線，178是作為第2傳輸線的第2微帶線，176是功率放大器，177是作為使功率放大器176的偏置電壓接通或切斷的電源切換手段的第1開關(guān)電路，179是作為輸入分路手段的第2開關(guān)電路，180是對(duì)第1、第2開關(guān)電路177、179進(jìn)行控制的控制電路。本實(shí)施形態(tài)例是實(shí)施形態(tài)7去掉輸出側(cè)的開關(guān)電路構(gòu)成的。而第2開關(guān)電路179的端子179a是公共端子。
下面參照附圖對(duì)如上所述構(gòu)成的高效率功率放大器的工作加以說明。
在將高電平電位(H)提供給端子179a，將低電平電位(L)提供給端子179b的情況下，晶體管179e變成導(dǎo)通狀態(tài)，晶體管179f變成截止?fàn)顟B(tài)，第1微帶線175與輸入端子173連接。而在將低電平電位(L)提供給端子179a，將高電平電位(H)提供給端子179b的情況下，晶體管179e變成截止?fàn)顟B(tài)，晶體管179f變成導(dǎo)通狀態(tài)，第1微帶線175被切斷，第1微帶線175的輸入端的阻抗短路。
同樣，在將高電平電位(H)提供給端子179c，將低電平電位(L)提供給端子179d的情況下，功率放大器176與輸入端子173連接。反之，在低電平電位(L)提供給端子179c，高電平電位(H)提供給端子179d的情況下，功率放大器176被切斷。
首先，在只有第1微帶線175被連接著的時(shí)候，為了減少信號(hào)泄漏到功率放大器176側(cè)而引起的損耗，與實(shí)施形態(tài)6一樣，調(diào)整第2微帶線178的長(zhǎng)度，以使從第2微帶線178的輸出側(cè)看到輸入側(cè)的阻抗提高。而在只有功率放大器176被連接著處于工作狀態(tài)的時(shí)候，由于第1微帶線175的輸入端短路，如果使第微帶線175的長(zhǎng)度在工作頻率下為1/4波長(zhǎng)，則從第1微帶線175的輸出側(cè)看輸入側(cè)的阻抗變成高阻抗。
采用上面所述的結(jié)構(gòu)可以得到與實(shí)施形態(tài)7相同的效果。而且由于去掉了輸出側(cè)的開關(guān)電路，控制電路180比實(shí)施形態(tài)7更加簡(jiǎn)單。
本實(shí)施形態(tài)對(duì)實(shí)施形態(tài)7的電路適用，但是同樣的電路結(jié)構(gòu)也可以適用于實(shí)施形態(tài)8。其例子示于圖21。也就是，在輸入端子610通過第1阻抗變換電路710連接作為輸入分路手段的第1開關(guān)電路680，在該第1開關(guān)電路680的各切換端子680b、680c、680d上分別連接作為第1傳輸線的第1微帶線630及第1、第2功率放大器640、650。第1、第2功率放大器640、650的輸出上分別連接作為第2傳輸線的690、700，該第2傳輸線的690、700與第1微帶線630連接在一起。還有，輸出端子620通過第2阻抗變換電路720連接于這些微帶線的公共連接處。而第1開關(guān)電路680的端子680a是公共端子。
又，設(shè)置作為用于接通或切斷第1、第2功率放大器640、650的偏壓的電源切斷手段的第2、第3開關(guān)電路660、670，該第2、第3開關(guān)電路660、670、第1開關(guān)電路680及第1、第2阻抗變換電路710、720由控制電路730控制。采取這樣的結(jié)構(gòu)，可以不對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大而原封不動(dòng)地輸出，或在保持最大效率的狀態(tài)下選擇最大輸出或降低的輸出。
又，在本實(shí)施形態(tài)中使用微帶線進(jìn)行說明，但是使用微帶線以外的傳輸線也同樣能夠運(yùn)轉(zhuǎn)。
實(shí)施形態(tài)10圖18表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)10的高效率功率放大器。在圖18中，181是輸入端子，182是輸出端子，185、186是使第1、第2功率放大器183、184的偏壓接通或切斷的第1、第2開關(guān)電路，187是作為輸入分路手段的第3開關(guān)電路，188是作為輸出選擇手段的第4開關(guān)電路，189、190是第3、第4開關(guān)電路187、188的偏置部分，191、192是第1、第2阻抗變換電路，193是對(duì)第1～第4開關(guān)電路185～188和第1、第2阻抗變換電路191、192進(jìn)行控制的控制電路。
下面參照附圖對(duì)如上所述構(gòu)成的高效率功率放大器的工作加以說明。
工作基本上與實(shí)施形態(tài)1相同。在將高電平電位(H)提供給端子189a，將低電平電位(L)提供給端子189b的情況下，晶體管187a和188a變成導(dǎo)通狀態(tài)，晶體管187b和188b變成截止?fàn)顟B(tài)，第1功率放大器183連接于輸入端子181和輸出端子182。而在低電平電位(L)提供給端子189a，高電平電位(H)提供給端子189b的情況下，晶體管187a和188a變成截止?fàn)顟B(tài)，晶體管187b和188b變成導(dǎo)通狀態(tài)，第1功率放大器183被切斷。
同樣，在將高電平電位(H)提供給端子190a，將低電平電位(L)提供給端子190b的情況下，第2功率放大器184與輸入端子181和輸出端子182連接，反之在低電平電位(L)提供給端子190a，高電平電位(H)提供給端子190b的情況下，第2功率放大器184被切斷。
首先，在使輸出功率為最大的情況下，使端子189a為H電平，189b為L(zhǎng)電平，190a為H電平，190b為L(zhǎng)電平，再將第1、第2開關(guān)電路185、186接通以提供偏壓，使第1、第2功率放大器183、184處于工作狀態(tài)。接著，在將輸出功率減少為最大輸出功率的一半的情況下，使端子189a為H電平，189b為L(zhǎng)電平，190a為L(zhǎng)電平，190b為H電平，再將第1開關(guān)電路185接通，只使第1功率放大器183處于工作狀態(tài)，或使端子189a為L(zhǎng)電平，189b為H電平，190a為H電平，190b為L(zhǎng)電平，再將第2開關(guān)電路186接通，只使第2功率放大器184處于工作狀態(tài)。
第1阻抗變換電路191在連接兩個(gè)功率放大器的情況下將設(shè)置于匝數(shù)比為1∶2-1/2(＝1∶0.707)的位置上的開關(guān)接通，而在只連接一個(gè)的情況下將該開關(guān)切斷，以此進(jìn)行阻抗變換。同樣，第2阻抗變換電路192在連接兩個(gè)功率放大器的情況下將設(shè)置于匝數(shù)比為2-1/2∶1(＝0.707∶1)的位置上的開關(guān)接通，而在只連接一個(gè)的情況下將該開關(guān)切斷，以此進(jìn)行阻抗變換。這樣進(jìn)行控制，可以得到與實(shí)施形態(tài)1相同的效果。
本實(shí)施形態(tài)就實(shí)施形態(tài)1的電路加以體現(xiàn)，但是用同樣的電路結(jié)構(gòu)也可以對(duì)實(shí)施形態(tài)5～9進(jìn)行上述控制。
還有，在本實(shí)施形態(tài)中將作為輸入分路手段和輸出選擇手段的開關(guān)電路圖示為只由FET和電阻構(gòu)成，但開關(guān)電路的結(jié)構(gòu)不限于此，例如也可以用至少1個(gè)FET、電阻、線圈、電容組成的外圍電路構(gòu)成?；蛘咭膊幌抻谶@些，也可以使用各種半導(dǎo)體開關(guān)。這也適用于圖17和其他實(shí)施形態(tài)。
實(shí)施形態(tài)11作為本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)11，其例可舉出在圖1所示的多頻帶高效率線性功率放大器中，匹配網(wǎng)絡(luò)5、末級(jí)放大器6及末級(jí)匹配網(wǎng)絡(luò)7構(gòu)成的頻帶A用的末級(jí)放大塊，和匹配網(wǎng)絡(luò)9、末級(jí)放大器10、及末級(jí)匹配網(wǎng)絡(luò)11構(gòu)成的頻帶B用的末級(jí)放大塊由實(shí)施形態(tài)4～10的任一高效率功率放大器構(gòu)成。這對(duì)于圖3也相同，通過采用這樣的結(jié)構(gòu)，能夠適應(yīng)多頻帶，并且即使用于低輸出功率時(shí)也能夠得到最大的輸出效率。因而，使用本發(fā)明的功率放大器，可以得到緊湊的、高效率的，而且能夠使用于多頻帶的、便攜式電話和PHS等無線電設(shè)備。
權(quán)利要求
1.一種多頻帶高效率線性功率放大器，其特征在于，具備連接于輸入多個(gè)頻帶的信號(hào)的端子上，將多個(gè)頻帶的輸入信號(hào)加以放大的前級(jí)放大手段、將所述前級(jí)放大手段的輸出加以切換，向多個(gè)切換端子中的任一個(gè)輸出的多頻帶切換手段、以及分別連接于所述多頻帶切換手段的多個(gè)切換端子上的多個(gè)末級(jí)放大塊，所述多個(gè)末級(jí)放大塊分別具備在單一頻帶對(duì)所述前級(jí)放大手段的輸出與下述末級(jí)放大手段的輸入進(jìn)行阻抗匹配的單一頻帶匹配手段、對(duì)該單一頻帶匹配手段的輸出信號(hào)進(jìn)行放大的末級(jí)放大手段、連接于該末級(jí)放大手段的輸出上，在單一頻帶對(duì)所述末級(jí)放大手段進(jìn)行輸出阻抗匹配的末級(jí)匹配手段，以及輸出該末級(jí)匹配手段的輸出信號(hào)的輸出端子。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多頻帶高效率線性功率放大器，其特征在于，將所述前級(jí)放大手段的輸出通過輔助匹配手段連接于所述多頻帶切換手段，所述輔助匹配手段與各頻帶的所述單一頻帶匹配手段的元件協(xié)同工作，在工作頻帶進(jìn)行所述前級(jí)放大手段和所述末級(jí)放大手段的輸入之間的阻抗匹配。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多頻帶高效率線性功率放大器，其特征在于，所述輸入端子與所述前級(jí)放大手段的輸入之間具有在多個(gè)頻帶進(jìn)行前級(jí)輸出與所述前級(jí)放大手段的輸入之間的阻抗匹配的寬頻帶匹配手段。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多頻帶高效率線性功率放大器，其特征在于，所述輔助匹配手段是接地的容抗或低阻抗傳輸線，所述單一頻帶匹配手段是感抗。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多頻帶高效率線性功率放大器，其特征在于，所述寬頻帶匹配手段是1組感抗和容抗與負(fù)反饋放大器的組合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的多頻帶高效率線性功率放大器，其特征在于，至少將所有的構(gòu)成要素形成于同一半導(dǎo)體芯片上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多頻帶高效率線性功率放大器，其特征在于，至少將所述前級(jí)放大手段、所述多個(gè)頻帶切換手段、所述多個(gè)單一頻帶匹配手段，以及所述多個(gè)末級(jí)放大手段形成于同一半導(dǎo)體芯片上。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多頻帶高效率線性功率放大器，其特征在于，至少將所述前級(jí)放大手段、所述輔助匹配手段、所述多頻帶切換手段、所述多個(gè)單一頻帶匹配手段，以及所述多個(gè)末級(jí)放大手段形成于同一半導(dǎo)體芯片上。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多頻帶高效率線性功率放大器，其特征在于，至少將所述寬頻帶匹配手段、所述前級(jí)放大手段、所述多頻帶切換手段、所述多個(gè)單一頻帶匹配手段，以及所述多個(gè)末級(jí)放大手段形成于同一半導(dǎo)體芯片上。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多頻帶高效率線性功率放大器，其特征在于，至少將所述寬頻帶匹配手段、所述前級(jí)放大手段、所述輔助匹配手段、所述多頻帶切換手段、所述多個(gè)單一頻帶匹配手段，以及所述多個(gè)末級(jí)放大手段形成于同一半導(dǎo)體芯片上。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多頻帶高效率線性功率放大器，其特征在于，至少將所述前級(jí)放大手段、所述多頻帶切換手段形成于同一半導(dǎo)體芯片上。
12.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多頻帶高效率線性功率放大器，其特征在于，至少將所述前級(jí)放大手段、所述輔助匹配手段、所述多頻帶切換手段形成于同一半導(dǎo)體芯片上。
13.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多頻帶高效率線性功率放大器，其特征在于，至少將所述寬頻帶匹配手段、所述前級(jí)放大手段、所述多頻帶切換手段形成于同一半導(dǎo)體芯片上。
14.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多頻帶高效率線性功率放大器，其特征在于，至少將所述寬頻帶匹配手段、所述前級(jí)放大手段、所述輔助匹配手段、所述多頻帶切換手段形成于同一半導(dǎo)體芯片上。
15.一種高效率功率放大器，其特征在于，具備至少兩個(gè)功率放大器、使所述各功率放大器的電源接通或切斷的至少兩個(gè)電源切換手段、第1公共端子、具有從該第1公共端子在上述各功率放大器的輸入端子之間進(jìn)行切換的功能的輸入分路手段、將所述第1公共端子的阻抗加以變換的第1阻抗變換手段、第2公共端子、具有從該第2公共端子在上述各功率放大器的輸出端子之間進(jìn)行切換的功能的輸出選擇手段、將所述第2公共端子的阻抗加以變換的第2阻抗變換手段、根據(jù)所需的輸出功率控制所述輸入分路手段和輸出選擇手段，只連接所需數(shù)目的所述功率放大器，并根據(jù)所述功率放大器的連接狀態(tài)，借助于所述第1阻抗變換手段將所述第1公共端子的輸入阻抗加以變換，根據(jù)所述功率放大器的連接狀態(tài)，借助于所述第2阻抗變換手段將所述第2公共端子的阻抗加以變換，而且所述電源切換手段中只接通與所述連接的功率放大器對(duì)應(yīng)的，將其余的均切斷的控制手段。
16.一種高效率功率放大器，其特征在于，具備至少兩個(gè)功率放大器、一端串聯(lián)連接于所述各功率放大器的輸出端子上，另一端連接在一起的傳輸線、使所述各功率放大器的電源接通或切斷的至少兩個(gè)電源切換手段、公共端子、具有從該公共端子在上述各功率放大器的輸入端子之間進(jìn)行切換的功能的輸入分路手段、將所述公共端子的阻抗加以變換的第1阻抗變換手段、連接于所述傳輸線的公共連接點(diǎn)，進(jìn)行阻抗變換的第2阻抗變換手段，以及根據(jù)所需的輸出功率控制所述輸入分路手段，只連接所需數(shù)目的所述功率放大器，并根據(jù)所述功率放大器的連接狀態(tài)，借助于所述第1阻抗變換手段將所述公共端子的輸入阻抗加以變換，根據(jù)所述功率放大器的連接狀態(tài)，借助于所述第2阻抗變換手段進(jìn)行阻抗變換，而且所述電源切換手段中只接通與所述連接的功率放大器對(duì)應(yīng)的，其余的均切斷的控制手段；設(shè)定得使所述各功率放大器的所述各電源切換手段切斷時(shí)從所述各傳輸線的輸出側(cè)看到輸入側(cè)的阻抗為高阻抗。
17.一種高效率功率放大器，其特征在于，具備功率放大器、傳輸線、使所述功率放大器的偏壓接通或切斷用的電源切換手段、第1公共端子、從該第1公共端子切換所述功率放大器的輸入端子和所述傳輸線的輸入端子的輸入分路手段、第2公共端子、從該第2公共端子切換所述功率放大器的輸出端子和所述傳輸線的輸出端子的輸出選擇手段，以及高輸出時(shí)控制所述輸入分路手段及所述輸出選擇手段，連接所述功率放大器，接通所述電源切換手段，低輸出時(shí)控制所述輸入分路手段及所述輸出選擇手段，連接所述傳輸線，切斷所述電源切換手段的控制手段。
18.一種高效率功率放大器，其特征在于，具備至少兩個(gè)功率放大器、傳輸線、使所述各功率放大器的電源接通或切斷用的至少兩個(gè)電源切換手段、第1公共端子、具有從該第1公共端子在所述各功率放大器的輸入端子和所述傳輸線的輸入端子之間進(jìn)行切換的功能的輸入分路手段、將所述第1公共端子的阻抗加以變換的第1阻抗變換手段、第2公共端子、具有從該第2公共端子在所述各功率放大器的輸出端子和所述傳輸線的輸出端子之間進(jìn)行切換的功能的輸出選擇手段、將所述第2公共端子的阻抗加以變換的第2阻抗變換手段，以及根據(jù)所需的輸出功率控制所述輸入分路手段和輸出選擇手段，只連接所需數(shù)目的所述功率放大器，并根據(jù)所述功率放大器的連接狀態(tài)，借助于所述第1阻抗變換手段將所述第1公共端子的輸入阻抗加以變換，根據(jù)所述功率放大器的連接狀態(tài)，借助于所述第2阻抗變換手段將所述第2公共端子的阻抗加以變換，所述電源切換手段中只接通與所述連接的功率放大器對(duì)應(yīng)的，其余的均切斷，而且不需要放大時(shí)，控制所述輸入分路手段和所述輸出選擇手段，將所述傳輸線加以連接，將所述功率放大器的所述電源切換手段全部切斷的控制手段。
19.一種高效率功率放大器，其特征在于，具備功率放大器、第1傳輸線、一端串聯(lián)連接于所述功率放大器的輸出端子，另一端與所述第1傳輸線的輸出端公共連接的第2傳輸線、使所述功率放大器的偏壓接通或切斷用的電源切換手段、公共端子、從該公共端子切換所述功率放大器的輸入端子和所述第1傳輸線的輸入端子的輸入分路手段，以及在高輸出時(shí)控制所述輸入分路手段，連接所述功率放大器，接通所述電源切換手段，在低輸出時(shí)控制所述輸入分路手段，連接所述傳輸線，切斷所述電源切換手段的控制手段；設(shè)定得使其在所述功率放大器的所述電源切換手段切斷時(shí)從所述第2傳輸線的輸出側(cè)看到輸入側(cè)的阻抗成為高阻抗，又設(shè)定得所述第1傳輸線被切斷時(shí)從所述第1傳輸線的輸出側(cè)看到輸入側(cè)的阻抗成為高阻抗。
20.一種高效率功率放大器，其特征在于，具備至少兩個(gè)功率放大器、第1傳輸線、各條的一端串聯(lián)連接于所述各功率放大器的輸出端子，另一端與所述第1傳輸線的輸出端公共連接的第2傳輸線、使所述各功率放大器的電源接通或切斷用的至少兩個(gè)電源切換手段、公共端子、具有從該公共端子在所述各功率放大器的輸入端子和所述第1傳輸線的輸入端子之間進(jìn)行切換的功能的輸入分路手段、將所述公共端子的阻抗加以變換的第1阻抗變換手段、連接于所述第1和第2傳輸線的公共連接點(diǎn)，進(jìn)行阻抗變換的第2阻抗變換手段，以及根據(jù)所需的輸出功率控制所述輸入分路手段，只連接所需數(shù)目的所述功率放大器，并根據(jù)所述功率放大器的連接狀態(tài)，借助于所述第1阻抗變換手段將所述公共端子的輸入阻抗加以變換，根據(jù)所述功率放大器的連接狀態(tài)，借助于所述第2阻抗變換手段進(jìn)行阻抗變換，所述電源切換手段中只接通與所述連接的功率放大器對(duì)應(yīng)的，其余的均切斷，而且在不需要放大時(shí)，控制所述輸入分路手段，將所述第1傳輸線加以連接，將所述功率放大器的所述電源切換手段全部切斷的控制手段；設(shè)定得使所述各功率放大器的所述電源切換手段切斷時(shí)從所述各第2傳輸線輸出側(cè)看到輸入側(cè)的阻抗成為高阻抗，又設(shè)定得所述第1傳輸線被切斷時(shí)從所述第1傳輸線的輸出側(cè)看到輸入側(cè)的阻抗成為高阻抗。
21.根據(jù)權(quán)利要求15、16、18、20中的任一項(xiàng)所述的高效率功率放大器，其特征在于，在所述阻抗變換手段上使用能夠變換匝數(shù)比的變壓器。
22.根據(jù)權(quán)利要求15、16、18、20中的任一項(xiàng)所述的高效率功率放大器，其特征在于，所述各功率放大器中至少一個(gè)使用功率不同的功率放大器。
23.一種多頻帶高效率線性功率放大器，其特征在于，使用權(quán)利要求15～22中的任一項(xiàng)所述的高效率功率放大器，作為權(quán)利要求1或2所述的多頻帶高效率線性功率放大器的多個(gè)末級(jí)放大塊。
24.一種無線電裝置，其特征在于，具備根據(jù)權(quán)利要求1～14中的任一項(xiàng)所述的多頻帶高效率線性功率放大器，或根據(jù)權(quán)利要求15～23中的任一項(xiàng)所述的高效率功率放大器。
全文摘要
本發(fā)明提供能減少元件數(shù),簡(jiǎn)化電路結(jié)構(gòu)的多頻帶高效率線性功率放大器。圖1中從公共端子輸入的信號(hào)用寬頻帶匹配網(wǎng)絡(luò)對(duì)頻帶A和B都進(jìn)行匹配,經(jīng)前級(jí)放大后輸入開關(guān)電路4的公共端子4a,頻帶A和B的信號(hào)各自輸入切換端子4b和4c,分別經(jīng)匹配、末級(jí)放大和末級(jí)匹配等處理后由不同的端子輸出。圖10中第1、第2功率放大器并聯(lián)配置,根據(jù)所需的輸出功率,開關(guān)電路15～18只連接所需數(shù)目的功率放大器,為其接通電源,以維持高效率特性。
文檔編號(hào)H03F3/72GK1183673SQ9712133
公開日1998年6月3日 申請(qǐng)日期1997年10月20日 優(yōu)先權(quán)日1996年10月18日
發(fā)明者宮地正之, 石田薰, 小杉裕昭, 森永洋一, 加藤英信, 榎貴志 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社