專利名稱：射頻功率放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種改進(jìn)效率的射頻功率放大器，該放大器用于包含在移動通信系統(tǒng)中的便攜式蜂窩電話終端和基站中。
通常，如果輸出功率越大，則使用半導(dǎo)體元件的射頻功率放大器的效率將變得越大，并在可產(chǎn)生的最大輸出，即在飽和輸出功率電平附近達(dá)到最大。此外，飽和輸出功率電平依賴于所用半導(dǎo)體元件的大小。
當(dāng)利用較小的半導(dǎo)體元件制造低飽和輸出功率電平的功率放大器，以改進(jìn)在較低輸出功率的效率時，在較高的輸出功率狀態(tài)所需的輸出功率并不夠。相反，當(dāng)利用較大的半導(dǎo)體元件制造在高飽和輸出功率電平效率高的功率放大器時，在較低的輸出電平則效率降低。
本領(lǐng)域技術(shù)人員從上文可以看出單個功率放大器難以在較低和較高輸出功率模式工作，作為一種解決方案，例如在日本專利特開平7-336168中公開了一個電路實施例，提供了一種在較高和較低輸出功率模式都能產(chǎn)生改進(jìn)效率的電路裝置，即提供多個輸出級功率放大器，每個功率放大器具有不同的飽和輸出功率電平，并根據(jù)輸出功率利用一開關(guān)切換到最合適的輸出級功率放大器。
傳統(tǒng)功率放大器的一個典型例子在

圖16中示出，該功率放大器能夠根據(jù)期望的輸出電平切換輸出功率級。在此圖中，已經(jīng)由輸入端IN1接收的輸入射頻信號將在涉及用于高輸出功率電平的高輸出功率放大器元件A161中放大。然后放大的信號將通過匹配網(wǎng)絡(luò)M161到達(dá)用于切換信號路徑的射頻開關(guān)SW1。同時，經(jīng)輸入端IN2輸入的射頻信號將由涉及用于低輸出功率電平的低輸出功率放大器元件A162放大，并通過另一個匹配網(wǎng)絡(luò)A162到達(dá)射頻開關(guān)SW1。射頻開關(guān)SW1在用于高輸出功率模式(在這種情況下，低輸出功率放大器元件A162將進(jìn)入操作停止?fàn)顟B(tài))時轉(zhuǎn)換到高輸出功率放大器元件A161，或者如果需要較低的輸出功率，(在這種情況下，高輸出功率放大器元件A161將進(jìn)入操作停止?fàn)顟B(tài))則轉(zhuǎn)換到低輸出功率放大器元件A162。因此通過輸出端OUT將傳輸出經(jīng)過其中一個輸出功率放大器元件放大的信號。
而且，為了向輸入端IN1和輸入端IN2提供信號，使用了射頻開關(guān)(未示出)。射頻開關(guān)的插入損耗也會引起效率降低，類似于輸出端。
相應(yīng)的，本發(fā)明的目的在于提供一種射頻功率放大器，該射頻功率放大器在將功率放大器(放大元件)切換到用于高輸出功率和低輸出功率時不會引入射頻損耗。
本發(fā)明的目的可以這樣來有效地實現(xiàn)，將每一個第一級匹配網(wǎng)絡(luò)連接到至少兩個功率放大器單元對應(yīng)一個的輸出節(jié)點，每個功率放大器單元具有彼此不同的飽和輸出功率電平，并通過切換處于工作中，將第一級匹配網(wǎng)絡(luò)的輸出節(jié)點并行連接在一起形成一個結(jié)點，將一個最后一級匹配網(wǎng)絡(luò)連接在該結(jié)點和輸出端之間，當(dāng)至少兩個功率放大器單元的任何一個處于工作中，而另一個停止工作時，為至少兩個功率放大器單元的每一個形成第一級匹配網(wǎng)絡(luò)和最后一級匹配網(wǎng)絡(luò)，因此在工作著的功率放大器單元的輸出阻抗和在輸出端的輸出特性阻抗之間建立阻抗匹配。通過采用這種裝置，這些功率放大器單元可以在向輸出端提供輸出信號時滿足阻抗匹配條件，而不需要插入射頻開關(guān)。
另外，本發(fā)明的目的也可以這樣來實現(xiàn)，將其余的最后一級匹配網(wǎng)絡(luò)中的每一個連接到至少兩個功率放大器單元對應(yīng)一個的輸入節(jié)點，每個功率放大器單元具有彼此不同的飽和輸出功率電平，并通過切換用于工作中，除了上述的輸出側(cè)的連接以外，將最后一級匹配網(wǎng)絡(luò)的輸入節(jié)點并行連接在一起形成另一個結(jié)點，將另一個第一級匹配網(wǎng)絡(luò)連接在該另一個結(jié)點和輸入端之間，當(dāng)至少兩個功率放大器單元的任何一個處于工作中，而另一個停止工作時，為至少兩個功率放大器單元的每一個形成其余的最后一級匹配網(wǎng)絡(luò)和另一個第一級匹配網(wǎng)絡(luò)，因此在工作著的功率放大器單元的輸入阻抗和在輸入端的輸入特性阻抗之間建立阻抗匹配。通過采用這種裝置，這些功率放大器單元可以在向輸出端提供輸出信號時滿足阻抗匹配條件，同時在接受來自輸入端和輸入信號時滿足阻抗匹配條件。
當(dāng)結(jié)合附圖參考下面的詳細(xì)描述時，本發(fā)明的這些和其它的目的和許多附帶的優(yōu)點將很容易理解。
圖3是描述圖1所示高輸出功率放大器單元工作和停止工作時的輸出阻抗的圖；圖4是描述圖1所示低輸出功率放大器單元工作和停止工作時的輸出阻抗的圖；圖5是說明圖1所示匹配網(wǎng)絡(luò)的一個典型例子的示意電路圖；圖6是描述當(dāng)高輸出功率放大器單元工作而低輸出功率放大器單元不工作時阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的匹配狀況的圖；圖7是描述當(dāng)?shù)洼敵龉β史糯笃鲉卧ぷ鞫咻敵龉β史糯笃鲉卧还ぷ鲿r阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的匹配狀況的圖；圖8是說明圖1所示匹配網(wǎng)絡(luò)的另一個典型例子的示意電路圖；圖9是說明根據(jù)本發(fā)明的射頻功率放大器的第二個優(yōu)選實施例的示意方框圖；圖10是說明圖9所示用于輸入節(jié)點的匹配網(wǎng)絡(luò)的一個典型例子的示意電路圖；圖11是說明根據(jù)本發(fā)明的射頻功率放大器的第三個優(yōu)選實施例的示意方框圖；圖12是說明根據(jù)本發(fā)明的射頻功率放大器的第四個優(yōu)選實施例的示意方框圖；圖13是說明根據(jù)本發(fā)明的射頻功率放大器的第五個優(yōu)選實施例的示意方框圖；圖14是說明使用了根據(jù)本發(fā)明的射頻功率放大器的便攜式蜂窩電話基站的第六個優(yōu)選實施例的示意方框圖；圖15是說明使用了根據(jù)本發(fā)明的射頻功率放大器的便攜式蜂窩電話基站的第七個優(yōu)選實施例的示意方框圖；和圖16是說明根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的示范性射頻功率放大器的示意方框圖。
現(xiàn)在參見圖1，附圖標(biāo)記A11表示高輸出功率放大器單元，A12表示小輸出功率放大器單元，M12和M13是分別連接到功率放大器單元A11和功率放大器單元A12的輸出節(jié)點的第一級匹配網(wǎng)絡(luò)。M11表示連接在匹配網(wǎng)絡(luò)M12和M13輸出節(jié)點的結(jié)點和輸出端OUT之間的最后一級匹配網(wǎng)絡(luò)。功率放大器單元A11和功率放大器單元A12都是由單個放大器芯片形成。輸入信號經(jīng)輸入端IN1饋入功率放大器單元A11，經(jīng)輸入端IN2饋入功率放大器單元A12。功率放大器單元A11包括基極端電壓Vb11和集電極端電壓Vc11，同樣功率放大器單元A12包括基極端電壓Vb12和集電極端電壓Vc12。
當(dāng)工作在高輸出功率模式時，從輸入端IN1提供的射頻信號饋入在其中進(jìn)行放大的具有較大飽和輸出功率的功率放大器單元A11，然后通過匹配網(wǎng)絡(luò)M12和匹配網(wǎng)絡(luò)M11，輸出到輸出端OUT。在此情況下，功率放大器單元A12通過將基極電勢降低到基極端電壓Vb12或?qū)⒓姌O電勢降低到集電極端電壓Vc12而進(jìn)入停止工作模式。基極電勢和集電極電勢也可以同時分別降低到基極端電壓Vb12和集電極端電壓Vc12，而不是其中一個。
當(dāng)工作在低輸出功率模式時，從輸入端IN2饋送的射頻信號提供給在其中進(jìn)行放大的具有較小飽和輸出功率的功率放大器單元A12，然后通過匹配網(wǎng)絡(luò)M13和匹配網(wǎng)絡(luò)M11，輸出到輸出端OUT。在此模式下，功率放大器單元A11通過將基極電勢降低到基極端電壓Vb11或?qū)⒓姌O電勢降低到集電極端電壓Vc11而進(jìn)入停止工作模式?；鶚O電勢和集電極電勢也可以同時分別降低到基極端電壓Vb11和集電極端電壓Vc11。
功率放大器單元A11和功率放大器單元A12具有如圖2所示的特性。功率放大器單元A11的輸出表示為高輸出功率放大器單元的高輸出功率點POL1，在此點的效率表示為高輸出功率放大器單元的高輸出功率效率EL1。同樣，功率放大器單元A12的輸出表示為低輸出功率放大器單元的小輸出功率點POS1，在此點的效率表示為小輸出功率放大器單元的小輸出功率效率ES1。高輸出功率效率EL1和小輸出功率效率ES1可以在大致相同的高電平通過在功率放大器單元A11和功率放大器單元A12之間切換工作單元用于大或小輸出功率電平來實現(xiàn)。
假設(shè)功率放大器單元A11通過降低輸入功率電平提供較低的輸出功率，功率放大器單元A11的輸出功率電平和效率分別由高輸出功率放大器單元的低輸出功率點POL2和高輸出功率放大器單元的低輸出功率效率EL2表示，導(dǎo)致效率的顯著降低。
這里要注意盡管在此實施例中功率放大器單元A11和功率放大器單元A12都是由單個芯片的放大器元件制成，如上所述，這些單元可以等效地由多個功率放大器元件構(gòu)成。
現(xiàn)在將更詳細(xì)的描述為了實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的切換操作的阻抗匹配。參見圖3，表示了史密斯圖，具有當(dāng)高輸出功率放大器單元工作時的輸出功率阻抗IMPL1和當(dāng)高輸出功率放大器單元停止工作時的輸出功率阻抗IMPL2。以類似的方式在圖4中示出了另一個史密斯圖，具有當(dāng)?shù)洼敵龉β史糯笃鲉卧ぷ鲿r的輸出功率阻抗IMPS1和當(dāng)?shù)洼敵龉β史糯笃鲉卧Ｖ构ぷ鲿r的輸出功率阻抗IMPS2。
根據(jù)利用了第一級匹配網(wǎng)絡(luò)M12、第一級匹配網(wǎng)絡(luò)M13和最后一級匹配網(wǎng)絡(luò)M11的結(jié)構(gòu)，將匹配阻抗以滿足功率放大器單元A11功率放大器單元A12的匹配條件，也就是說當(dāng)功率放大器單元A11工作而功率放大器單元A12停止工作時，將執(zhí)行阻抗匹配以滿足這樣的匹配條件，即工作的高輸出功率放大器單元的輸出功率阻抗IMPL1成為輸出端OUT的特性阻抗；當(dāng)功率放大器單元A11停止工作而功率放大器單元A12工作時，將執(zhí)行阻抗匹配以滿足這樣的匹配條件，即工作的低輸出功率放大器單元的輸出功率阻抗IMPS1成為輸出端OUT的特性阻抗。
根據(jù)優(yōu)選實施例的匹配網(wǎng)絡(luò)M12、M13、M11的電路結(jié)構(gòu)在圖5示意地示出。第一級匹配網(wǎng)絡(luò)M12可以由微帶線MSL1形成。第一級匹配網(wǎng)絡(luò)M13可以由串聯(lián)的微帶線MSL2和另一個微帶線MSL3和連接到兩個微帶線的結(jié)點的電容C1形成。匹配網(wǎng)絡(luò)M11可以由連接到輸出端OUT的微帶線MSL4和電容C2形成。
當(dāng)稱為ZL1的高輸出功率放大器單元的輸出阻抗表示工作模式的高輸出功率放大器單元的輸出功率阻抗IMPL1，而稱為ZL2的低輸出功率放大器單元的輸出阻抗表示停止工作模式的低輸出功率放大器單元的輸出功率阻抗IMPL2時，如圖6所示，輸出功率阻抗IMPL1的史密斯圖的點A1(表示高輸出功率放大器單元的輸出功率阻抗ZL1)，如果形成第一級匹配網(wǎng)絡(luò)M12的微帶線MSL1與其連接，則重新定位到點B1，然后如果連接低輸出功率放大器單元的輸出功率阻抗ZL2的第一級匹配網(wǎng)絡(luò)M13平行插入，則重新定位到點C1，此外如果微帶線MSL4與其連接，則重新定位到點D1，最后如果電容C2與其關(guān)聯(lián)，則再次重新定位到點E1。點E1是在輸出端OUT得到的特性阻抗，即高輸出功率放大器單元的輸出功率阻抗ZL1要匹配到該特性阻抗點。
另外，如果高輸出功率放大器單元的輸出功率阻抗ZL1表示停止工作模式的高輸出功率放大器單元的輸出功率阻抗IMPL2，低輸出功率放大器單元的輸出功率阻抗ZL2表示工作模式的低輸出功率放大器單元的輸出功率阻抗IMPS1，則如圖7所示，在史密斯圖上低輸出功率放大器單元的輸出功率阻抗ZL2，則輸出功率阻抗IMPS1的點A2，通過與其連接微帶線MSL2首先重新定位到點B2，然后通過與其并行連接電容C1重新定位到點C2，此外通過與其連接微帶線MSL3進(jìn)一步重新定位到點D2，還通過連接并行連接高輸出功率放大器單元的輸出功率阻抗ZL1的第一級匹配網(wǎng)絡(luò)M12重新定位到點E2，進(jìn)一步通過與其并行連接微帶線MSL4重新定位到點F2，最后通過與其并行連接電容C2重新定位到點G2。點G2是在輸出端OUT得到的特性阻抗，即低輸出功率放大器單元的輸出功率阻抗ZL2要匹配到該特性阻抗點。
從上面的描述可以理解，在功率放大器單元A11工作而功率放大器單元A12停止工作時和在功率放大器單元A11停止工作而功率放大器單元A12工作時的兩種情況下，將滿足阻抗匹配條件，因此不需要射頻開關(guān)切換高和低輸出功率，從而能夠?qū)崿F(xiàn)更高效率的射頻功率放大器。
接下來，參見圖8，表示了匹配網(wǎng)絡(luò)M12、M13、M11，其中微帶線MSL1、MSL2、MSL3、和MSL4分別被電感L1、L2、L3、和L4替代。圖8所示的匹配網(wǎng)絡(luò)M12、M13、M11能夠以完全類似于圖5所示的匹配網(wǎng)絡(luò)M12、M13、M11的方式工作。
在上面的描述中，根據(jù)本發(fā)明的射頻放大器已經(jīng)描述了它可以包括相應(yīng)于兩個輸出功率電平，具體地說高和低輸出功率電平的兩個功率放大器單元。但是，它也很有可能包括三個功率放大器單元，高、中和低輸出功率電平中的每個對應(yīng)一個功率放大器單元。在這種情況下，三個功率放大器單元的每一個輸出可以連接到第一級匹配網(wǎng)絡(luò)，所有的三個第一級匹配網(wǎng)絡(luò)的輸出節(jié)點可以連接在一起，最后一級匹配網(wǎng)絡(luò)可以插入到三個第一級匹配網(wǎng)絡(luò)的結(jié)點和輸出端之間。根據(jù)輸出三個功率放大器單元只有一個處于工作中，而其它兩個將停止工作。
將形成上述的三個第一級匹配網(wǎng)絡(luò)和一個最后一級匹配網(wǎng)絡(luò)，因此當(dāng)三個功率放大器單元的任何一個處于工作中而其它兩個停止工作時，工作著的功率放大器單元的輸出功率阻抗將匹配該特性阻抗。因此三個功率放大器單元的任何一個可以在工作期間是阻抗匹配的。<第二個實施例>
根據(jù)本發(fā)明應(yīng)用于輸入的阻抗匹配的射頻功率放大器的優(yōu)選實施例在圖9中示出。當(dāng)高輸出功率放大器單元A91工作而低輸出功率放大器單元A92停止工作時，從輸入端IN饋入的射頻信號將通過第一級匹配網(wǎng)絡(luò)M91和最后一級匹配網(wǎng)絡(luò)M92，然后饋入在其中被放大的功率放大器A91。因此放大后的信號將通過第一級匹配網(wǎng)絡(luò)M95和最后一級匹配網(wǎng)絡(luò)M94到達(dá)輸出端OUT。
在高輸出功率放大器單元A91停止工作而低輸出功率放大器單元A92工作的情況下，從輸入端IN提供的射頻信號將通過第一級匹配網(wǎng)絡(luò)M91和最后一級匹配網(wǎng)絡(luò)M93到達(dá)在其中被放大的功率放大器單元A92，最后該信號將通過第一級匹配網(wǎng)絡(luò)M96和最后一級匹配網(wǎng)絡(luò)M94輸出到輸出端OUT。
在此優(yōu)選實施例中，在高輸出功率放大器單元A91工作而低輸出功率放大器單元A92停止工作或相反高輸出功率放大器單元A91停止工作而低輸出功率放大器單元A92工作這兩種情況下，以類似于本發(fā)明的前面第一個優(yōu)選實施例的方式形成匹配網(wǎng)絡(luò)M91、M92、M93，以滿足工作中的高輸出功率放大器單元A91的輸入阻抗和工作中的低輸出功率放大器單元A92的輸入阻抗與輸入端IN的特性阻抗的阻抗匹配條件。對于匹配網(wǎng)絡(luò)M94、M95、M96，將使用與前面第一個優(yōu)選實施例的網(wǎng)絡(luò)M11、M12、M13相同的電路。
現(xiàn)在參見圖10，示出了網(wǎng)絡(luò)M91、M92、M93的典型例子。匹配網(wǎng)絡(luò)M91可以包括連接到輸入節(jié)點的電容C5和微帶線MSL5；匹配網(wǎng)絡(luò)M92可以包括電感L5，匹配網(wǎng)絡(luò)M93可以包括電感L6。
從上面的描述中可以理解，可以實現(xiàn)效率改進(jìn)的射頻功率放大器而不需要射頻開關(guān)用于切換高輸出功率和低輸出功率。
在此實施例中，類似于前面第一個優(yōu)選實施例，同樣可以想到輸出電平可以分為高、中、和低三個電平，三個電平的每一個用于一個功率放大器單元。在這種情況下，三個功率放大器的每一個輸入節(jié)點將連接最后一級匹配網(wǎng)絡(luò)，三人最后一級匹配網(wǎng)絡(luò)的輸入節(jié)點將連接在一起，第一級匹配網(wǎng)絡(luò)將連接到最后一級匹配網(wǎng)絡(luò)的三個輸入節(jié)點的結(jié)點和輸入端。此外，對于三個功率放大器單元的每一個輸出節(jié)點，將連接第一級匹配網(wǎng)絡(luò)，三個第一級匹配網(wǎng)絡(luò)的輸出節(jié)點將連接在一起，最后一級匹配網(wǎng)絡(luò)將連接到第一級匹配網(wǎng)絡(luò)的三個輸入節(jié)點的結(jié)點和輸出端之間。
另外，根據(jù)本發(fā)明的此實施例，還可以想到這樣一種方式，即匹配網(wǎng)絡(luò)只用于輸入節(jié)點，另一方面在輸出節(jié)點可以使用用于輸出切換的射頻開關(guān)。根據(jù)高或低輸出執(zhí)行功率放大器單元的切換，而不需要在輸入節(jié)點使用射頻開關(guān)。<第三個實施例>
本發(fā)明的另一個實施例在圖11中示出，其中低輸出功率放大器單元用于圖9所示射頻功率放大器級的前面以構(gòu)成雙級結(jié)構(gòu)。圖11中，參考標(biāo)記A101表示另一個低輸出功率放大器單元，M101表示處于低輸出功率放大器單元A101的輸入節(jié)點之前的輸入級匹配網(wǎng)絡(luò)。
當(dāng)高輸出功率放大器單元A102工作而低輸出功率放大器單元A103停止工作時，來自輸入端IN的射頻信號將通過輸入級匹配網(wǎng)絡(luò)M101饋入在其中被放大的低輸出功率放大器單元A101。此后放大的信號將通過第一級匹配網(wǎng)絡(luò)M102和最后一級匹配網(wǎng)絡(luò)M103并由高輸出功率放大器A102放大。此后放大的信號將通過第一級匹配網(wǎng)絡(luò)M106和最后一級匹配網(wǎng)絡(luò)M105輸出到輸入端OUT。
當(dāng)高輸出功率放大器單元A102中止而低輸出功率放大器單元A103工作時，來自輸入端IN的射頻信號將通過輸入級匹配網(wǎng)絡(luò)M101饋入在其中被放大的低輸出功率放大器單元A101。然后該信號將通過第一級匹配網(wǎng)絡(luò)M102和最后一級匹配網(wǎng)絡(luò)M104到達(dá)在其中被放大的低輸出功率放大器單元A103。此后該信號將通過第一級匹配網(wǎng)絡(luò)M107和最后一級匹配網(wǎng)絡(luò)M105輸出到輸入端OUT。
在此實施例中，當(dāng)高輸出功率放大器單元A102工作而低輸出功率放大器單元A103停止工作時，和相反當(dāng)高輸出功率放大器單元A102停止工作而低輸出功率放大器單元A103工作時，匹配網(wǎng)絡(luò)M102、M103、M104將以類似于前面第二個實施例所述的方式配置以滿足高輸出功率放大器單元A102的輸入阻抗、低輸出功率放大器單元A103的輸入阻抗和低輸出功率放大器單元A101的輸入阻抗之間的阻抗匹配。根據(jù)上述的結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)具有改進(jìn)效率的射頻功率放大器，而不需要切換高輸出功率和低輸出功率的射頻開關(guān)。另外，因為功率放大器單元的雙級結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的此實施例具有更高的幅度。<第四個實施例>
本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例在圖12中示出，其中圖1所示的第一級匹配網(wǎng)絡(luò)M12、第一級匹配網(wǎng)絡(luò)M13、和最后一級匹配網(wǎng)絡(luò)M11由統(tǒng)一的微帶線形成。第一級匹配網(wǎng)絡(luò)M12的微帶線MSL1用微帶線MSL111替代，第一級匹配網(wǎng)絡(luò)M13的微帶線MSL2和微帶線MSL3用微帶線MSL112替代，最后一級匹配網(wǎng)絡(luò)M11的微帶線MSL4用微帶線MSL113替代。
相應(yīng)于第一級匹配網(wǎng)絡(luò)M13中的電容C1的電容器C111連接到微帶線MSL112的中間，相應(yīng)于最后一級匹配網(wǎng)絡(luò)M11中的電容C2的電容器C112連接到微帶線MSL113的輸出節(jié)點OUT。
在此實施例中，用于高輸出功率放大器單元A111的匹配網(wǎng)絡(luò)的微帶線MSL111的傳輸線路長度比用于低輸出功率放大器單元A112的匹配網(wǎng)絡(luò)的微帶線MSL112的傳輸線路長度短，因此微帶線MSL111的傳輸線路損耗抑制到較低的電平，允許降低高輸出功率放大器單元A111的工作損耗并改進(jìn)高輸出功率放大器A111的效率。<第五個實施例>
根據(jù)本發(fā)明的射頻功率放大器的另一個優(yōu)選實施例在圖13中示出，其中彼此互相不同的頻帶A和B中的信號進(jìn)一步分成高電平和低電平，并輸出其中一個信號。射頻功率放大器可以包括用于頻帶A的功率放大器部件13A和用于頻帶B的功率放大器部件13B。
功率放大器部件13A可以包括高輸出功率放大器單元A131和低輸出功率放大器單元A132，它們中的每個分別連接到輸出節(jié)點的第一級匹配網(wǎng)絡(luò)M137和M138，也分別連接到輸入節(jié)點的最后一級匹配網(wǎng)絡(luò)M132和M133。
功率放大器部件13B可以包括高輸出功率放大器單元A133和低輸入功率放大器單元A134，它們中的每個分別連接到輸出節(jié)點的第一級匹配網(wǎng)絡(luò)M139和M140，也分別連接到輸入節(jié)點的最后一級匹配網(wǎng)絡(luò)M134和M135。
第一級匹配網(wǎng)絡(luò)M137到M140的輸出連接在一起成為一個結(jié)點。最后一級匹配網(wǎng)絡(luò)M136連接在該結(jié)點和輸出端OUT之間。最后一級匹配網(wǎng)絡(luò)M132和M135的輸入也連接在一起成為一個結(jié)點。第一級匹配網(wǎng)絡(luò)M131連接在該結(jié)點和輸入端IN之間。
控制基極電壓可允許功率放大器單元A131到A134的任何一個工作而其它三個停止工作。為每個功率放大器單元形成匹配網(wǎng)絡(luò)M136到M140以匹配工作中的功率放大器單元的輸出阻抗和輸出端OUT的特性阻抗。匹配網(wǎng)絡(luò)M131到M135也配置成匹配工作中的功率放大器單元的輸入阻抗和輸入端IN的特性阻抗。
從上面的說明中可以理解，當(dāng)輸出不同頻帶的其中一個信號時，根據(jù)高或低輸出電平通過切換允許使用一個功率放大器單元，而不需要使用射頻開關(guān)。
這里應(yīng)當(dāng)注意，在此實施例中，同樣可以想到放大器可以設(shè)置成信號可以由射頻開關(guān)切換饋入到任何一個功率放大器單元而不需使用輸入匹配網(wǎng)M131到M135?？梢皂憫?yīng)輸出電平切換功率放大器單元而不需要輸出節(jié)點的射頻開關(guān)。<第六個實施例>
用于移動通信系統(tǒng)基站的根據(jù)本發(fā)明的射頻功率放大器的優(yōu)選實施例在圖14中示出?；九c便攜式蜂窩電話終端(移動終端)都是移動通信系統(tǒng)的組成部分。從網(wǎng)絡(luò)經(jīng)基站間接口INF輸入的傳輸信號St1是在基帶電路BB1中處理的第一信號，然后調(diào)制成射頻信號。然后該射頻信號將在射頻功率放大器HAMP1中放大以便從天線ANT1發(fā)射到空中。射頻功率放大HAMP1可利用本發(fā)明具有顯著改進(jìn)的效率，允許射頻功率放大器HAMP1很容易的安裝在天線ANT1附近。
天線ANT1接收的射頻信號將饋入低噪聲增強器LNAPM1并被放大，由此在基帶電路BB1解調(diào)和信號處理，得到接收信號Sr1。<第七個實施例>
用于移動通信系統(tǒng)便攜式蜂窩電話終端(移動終端)的根據(jù)本發(fā)明的射頻功率放大器的另一個優(yōu)選實施例在圖15中示出。要載送的傳輸信號St2是基帶電路BB2信號處理然后調(diào)制成射頻信號。該射頻信號將在射頻功率放大器HAMP2中放大以便從天線ANT2發(fā)射到空中。射頻功率放大器HAMP2可利用本發(fā)明具有顯著改進(jìn)的效率，允許實現(xiàn)尺寸小得多而且功率消耗低得多的蜂窩電話。
天線ANT2的射頻接收信號將由低噪聲增強器LNAMP2放大，然后在基帶電路BB2解調(diào)和信號處理，得到接收信號Sr2。
根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)提供至少兩個功率放大器單元，每個功率放大器單元具有不同的飽和輸出電平并且只有其中一個單元工作而其它的單元停止工作時，工作的功率放大器單元可以實現(xiàn)匹配網(wǎng)絡(luò)以滿足匹配條件，允許切換功率放大器單元，而不需要射頻開關(guān)，并在功率放大時給出較低的輸出損耗。因此本發(fā)明可以提供一種射頻功率放大器，有效的適于減小蜂窩電話終端以及基站安裝的大小。
本領(lǐng)域技術(shù)人員可以進(jìn)一步理解上面的描述是所公開裝置的優(yōu)選實施例，對本發(fā)明可以作出各種改變和變型，而沒有偏離精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種射頻功率放大器，包括至少兩個功率放大器單元，具有彼此不同的飽和輸出功率電平，通過切換其中一個單元處于工作中；第一級匹配網(wǎng)絡(luò)，每個連接到至少兩個功率放大器單元對應(yīng)一個的輸出節(jié)點；和一個最后一級匹配網(wǎng)絡(luò)，連接在輸出端和第一級匹配網(wǎng)絡(luò)的輸出節(jié)點并行連接在一起的結(jié)點之間；其中，當(dāng)至少兩個功率放大器單元的任何一個處于工作中，而另一個停止工作時，為至少兩個功率放大器單元的每一個形成第一級匹配網(wǎng)絡(luò)和最后一級匹配網(wǎng)絡(luò)，使得在工作著的功率放大器單元的輸出阻抗和在輸出端的輸出特性阻抗之間建立阻抗匹配。
2.一種射頻功率放大器，包括至少兩個功率放大器單元，具有彼此不同的飽和輸出功率電平，通過切換其中一個單元處于工作中；第一第一級匹配網(wǎng)絡(luò)，每個連接到至少兩個功率放大器單元對應(yīng)一個的輸出節(jié)點；第一最后一級匹配網(wǎng)絡(luò)，連接在將第一第一級匹配網(wǎng)絡(luò)的輸出節(jié)點并行連接在一起的結(jié)點和輸出端之間；第二最后一級匹配網(wǎng)絡(luò)，每個連接到至少兩個功率放大器單元對應(yīng)一個的輸入節(jié)點；和第二第一級匹配網(wǎng)絡(luò)，連接在將第二最后一級匹配網(wǎng)絡(luò)的輸入節(jié)點并行連接在一起的結(jié)點和輸入端之間；其中，當(dāng)至少兩個功率放大器單元的任何一個處于工作中，而另一個停止工作時，為至少兩個功率放大器單元的每一個形成第一第一級匹配網(wǎng)絡(luò)和第一最后一級匹配網(wǎng)絡(luò)，使得在工作著的功率放大器單元的輸出阻抗和在輸出端的輸出阻抗之間建立阻抗匹配；和為至少兩個功率放大器單元的每一個形成第二第一級匹配網(wǎng)絡(luò)和第二最后一級匹配網(wǎng)絡(luò)，使得在工作著的功率放大器單元的輸入阻抗和在輸入端的輸入特性阻抗之間建立阻抗匹配。
3.一種射頻功率放大器，包括至少兩個功率放大器單元，具有彼此不同的飽和輸出功率電平，通過切換其中一個單元處于工作中；最后一級匹配網(wǎng)絡(luò)，每個連接到至少兩個功率放大器單元對應(yīng)一個的輸入節(jié)點；一個第一級匹配網(wǎng)絡(luò)，連接在輸入端和將最后一級匹配網(wǎng)絡(luò)的輸出節(jié)點并行連接在一起的結(jié)點之間；其中，當(dāng)至少兩個功率放大器單元的任何一個處于工作中，而另一個停止工作時，為至少兩個功率放大器單元的每一個形成該第一級匹配網(wǎng)絡(luò)和最后一級匹配網(wǎng)絡(luò)，使得在工作著的功率放大器單元的輸入阻抗和在輸入端的輸入特性阻抗之間建立阻抗匹配。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的射頻功率放大器，其中用于連接到所述至少兩個功率放大器單元中具有較大飽和輸出功率電平的功率放大器單元的所述第一級匹配網(wǎng)絡(luò)的信號傳輸線路長度比用于連接到所述至少兩個功率放大器單元中具有較小飽和輸出功率電平的功率放大器單元的所述第一級匹配網(wǎng)絡(luò)的信號傳輸線路長度短。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的射頻功率放大器，其中用于連接到所述至少兩個功率放大器單元中具有較大飽和輸出功率電平的功率放大器單元的所述第一級匹配網(wǎng)絡(luò)的信號傳輸線路長度比用于連接到所述至少兩個功率放大器單元中具有較小飽和輸出功率電平的功率放大器單元的所述第一級匹配網(wǎng)絡(luò)的信號傳輸線路長度短。
6.一種基站，與移動終端一起用于移動通信系統(tǒng)，包括基帶電路，用于處理和調(diào)制通過基站間接口輸入的傳輸信號，以輸出射頻信號；權(quán)利要求1的射頻功率放大器，用于放大射頻信號；和天線，用于將射頻功率放大器的輸出信號發(fā)射到空中。
7.一種移動終端，與基站一起用于移動通信系統(tǒng)，包括基帶電路，用于處理和調(diào)制傳輸信號，以輸出射頻信號；權(quán)利要求1的射頻功率放大器，用于放大射頻信號；和天線，用于發(fā)射射頻功率放大器的輸出信號。
全文摘要
本發(fā)明提供一種射頻功率放大器，其在高和低輸出功率電平切換功率放大器單元期間不會引入射頻損耗。通過將第一級匹配網(wǎng)絡(luò)(M12)和第一級匹配網(wǎng)絡(luò)(M13)連到通過切換其中一個可工作的功率放大器單元(A11)和(A12)對應(yīng)的輸出節(jié)點，將第一級匹配網(wǎng)絡(luò)(M12)和(M13)的輸出節(jié)點并連。將最后一級匹配網(wǎng)絡(luò)(M11)連在(M12)和(M13)的結(jié)點和輸出端(OUT)之間，為兩個功率放大器(A11)和(A12)形成第一級匹配網(wǎng)絡(luò)(M12)、(M13)和最后一級匹配網(wǎng)絡(luò)(M11)，當(dāng)一個單元處于工作中而其它單元停止工作時在輸出端(OUT)和功率放大器單元之間建立阻抗匹配。本發(fā)明允許在功率放大器單元間切換而不需要射頻開關(guān)。
文檔編號H03F3/60GK1407829SQ0214116
公開日2003年4月2日 申請日期2002年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月31日
發(fā)明者大西正己, 松本秀俊, 田上知紀(jì), 加賀谷修, 關(guān)根健治 申請人:株式會社日立制作所