專利名稱：具有負載變化容限的射頻(rf)放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及射頻(RF)發(fā)射功率的產(chǎn)生和控制、最小化成本、以及減小便攜式通信設(shè)備的尺寸。特別地，本發(fā)明涉及對負載變化具有容限的RF放大器。
背景技術(shù)：
隨著可用效率的提高，低成本電子模塊、移動通信系統(tǒng)變得越來越普遍。例如，有許多通信設(shè)計的變化，其使用不同的頻率、傳輸設(shè)計、調(diào)制技術(shù)以及通信協(xié)議以在一個手持機、類似電話的通信收發(fā)器、無線的個人數(shù)字助理(PDA)或計算機界面中提供雙向的語音和/或數(shù)據(jù)通信。雖然不同的調(diào)制和傳輸設(shè)計各有其優(yōu)缺點，但是所有這些設(shè)備的共同目標是最小化手持機的尺寸和成本，同時最大化收發(fā)器的性能。
最小化便攜式通信收發(fā)器的尺寸和成本通常是這種設(shè)備的設(shè)計者們所面臨的最大挑戰(zhàn)。雖然有很多不同的方法被研究，經(jīng)常地，既最小化收發(fā)器尺寸也最小化其成本的最大機會是減少收發(fā)器中組件的數(shù)量。通常包括適中的組件數(shù)量，從而提供組件數(shù)量減少的機會的設(shè)備之一就是RF功率放大器。該RF功率放大器接收RF傳輸信號并且放大這一傳輸信號以用于通過與收發(fā)器相連的天線進行發(fā)射。
傳統(tǒng)的RF功率放大器可包括多級并且，在有些應(yīng)用中，包括多個放大通路。在有些配置中這種多通路設(shè)置被稱為“平衡放大器”。不管其體系結(jié)構(gòu)如何，傳統(tǒng)的平衡功率放大器要求耦合電路以將多個通路的輸出合成在一起。此外，由于出現(xiàn)在功率放大器上的負載會隨著天線阻抗的變化而改變，傳統(tǒng)的RF功率放大器(使用的是單通路或是雙通路的放大設(shè)計)一般采用一個或多個位于放大器輸出端的隔離器。天線阻抗根據(jù)收發(fā)器的位置和操作模式而不斷地改變。例如，根據(jù)收發(fā)器的位置，天線阻抗可在5到50歐姆之間變化。沒有保護性的隔離器或者特殊的保護性電路，出現(xiàn)在功率放大器上的天線阻抗的這一變化會導致功率放大器的性能的改變，從而降低收發(fā)器的整體性能。該隔離器使出現(xiàn)在功率放大器輸出級上的阻抗變化最小化。遺憾的是，該隔離器是一個相對大并且昂貴的組件，它由于物理污染的可能性，難以被集成到功率放大器在其上被制作的同一結(jié)構(gòu)當中去。
因此，在允許功率放大器在廣泛的操作條件下可運算的同時，將隔離器從收發(fā)器中去除將是比較理想的情況。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開了一種帶有相位偏移和阻抗變換元件的功率放大器。該功率放大器包括多個放大通路、位于每個放大通路的輸入端的第一相位偏移元件、以及位于每個放大通路的輸出端的第二相位偏移元件。該放大器也包括與第二相位偏移元件相連的阻抗變換元件以及用于將每個放大通路的輸出合成為一個單一的輸出的功率合成器。
本發(fā)明也提供了有關(guān)的系統(tǒng)和操作方法。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，通過閱讀下面的附圖和具體實施方式
，本發(fā)明其它的系統(tǒng)、方法、特性以及優(yōu)點將是或?qū)⒆兊煤苊黠@。本申請試圖將所有這些其他的系統(tǒng)、方法、特性以及優(yōu)點包括在說明書中，使其屬于本發(fā)明的范圍，并且依據(jù)所附的權(quán)利要求書受到保護。


參考下面的附圖可以更好地理解本發(fā)明。附圖中的組件不是按比例的，用于清楚地說明本發(fā)明的原理。而且，在附圖中，相同的參考數(shù)字從不同的視角標明相應(yīng)的部分。
圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的包括功率放大器的簡化的便攜式收發(fā)器的方框圖；圖2是圖1中的功率放大器的方框圖；圖3是圖2中的輸出電路的方框圖。
具體實施例方式
盡管是特別參考一個便攜式收發(fā)器所做的描述，但是相位偏移和阻抗變換元件和/或功率合成器和阻抗變換元件可以被實現(xiàn)在任何希望通過去除功率放大器輸出端的一個或多個隔離器以最小化成本和/或尺寸的平衡功率放大系統(tǒng)中。在一個優(yōu)選實施例中，正如以下將要描述的，包括相位偏移和阻抗變換元件以及功率合成器和阻抗變換元件的功率放大器是以硬件形式來實現(xiàn)的。本發(fā)明的硬件部分可以使用專門的硬件元件和邏輯來實現(xiàn)。此外，相位偏移和阻抗變換元件以及功率合成器和阻抗變換元件的硬件實施可以包括下面技術(shù)中的任何一個或技術(shù)組合，這些技術(shù)在本領(lǐng)域廣為人知離散電路組件和元件、集成電路組件和元件、離散組件和集成電路組件的組合、傳輸線和/或傳輸線組件或元件、帶有邏輯門用于在數(shù)據(jù)信號上實現(xiàn)邏輯功能的離散邏輯電路、帶有適當?shù)倪壿嬮T的專用集成電路的應(yīng)用、可編程門陣列(PGA)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)，等等。
圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的包括功率放大器的簡化的便攜式收發(fā)器的方框圖。便攜式收發(fā)器100包括揚聲器102、顯示器104、鍵盤106以及話筒108，它們?nèi)颗c基帶子系統(tǒng)110連接。在一個特定實施例中，便攜式收發(fā)器100可以是，例如，但不僅限于，便攜式的電信手持機比如移動蜂窩式電話。正如本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的揚聲器102和顯示器104分別通過線路112和114接收來自基帶子系統(tǒng)110的信號。同樣地，鍵盤106和話筒108分別通過線路116和118將信號發(fā)送到基帶子系統(tǒng)110?；鶐ё酉到y(tǒng)110包括通過總線128進行通信的微處理器(μP)120、存儲器122、模擬電路124和數(shù)字信號處理器(DSP)126?？偩€128盡管顯示的是一條總線，但是如果需要可以被實現(xiàn)為使用多個總線將基帶子系統(tǒng)110內(nèi)的各子系統(tǒng)連接起來。微處理器120和存儲器122為便攜式收發(fā)器100提供信號定時、處理和存儲功能。模擬電路124為基帶子系統(tǒng)110中的信號提供模擬處理功能?；鶐ё酉到y(tǒng)110通過線路132提供控制信號給射頻(RF)子系統(tǒng)130。盡管顯示的是一條線路132，但是控制信號可以產(chǎn)生于DSP 126或微處理器120，并且可以被發(fā)送到RF子系統(tǒng)130中的不同點上。需要注意的是，為簡化起見，只說明了便攜式收發(fā)器100的基本組件。
基帶子系統(tǒng)110也包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)134和數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)136和138。ADC 134、DAC 136和DAC 138也通過總線128與微處理器120、存儲器122、模擬電路124和DSP 126進行通信。DAC 136將基帶子系統(tǒng)110中的數(shù)字通信信息轉(zhuǎn)換成模擬信號以通過線路140傳輸給RF子系統(tǒng)130。DAC 138通過線路144提供一個參考電壓功率電平信號給功率放大器控制元件161。DAC 136和138的操作也可以被合成到一個設(shè)備上。線路140顯示為兩條直的箭頭，包括從數(shù)字域轉(zhuǎn)換為模擬域之后將通過RF子系統(tǒng)130被傳輸?shù)男畔ⅰ?br> RF子系統(tǒng)130包括調(diào)制器146，調(diào)制器在通過線路150接收到來自合成器148的頻率參考信號(也叫做“本機振蕩器”信號，或“LO”)之后，調(diào)制所接收到的模擬信息并將調(diào)制的信號通過線路152提供給上變頻器154。根據(jù)所希望的傳輸格式，調(diào)制的傳輸信號可以只含相位信息，只含振幅信息，或者相位和振幅信息都有。上變頻器154也通過線路156接收來自合成器148的頻率參考信號。合成器148設(shè)定一個頻率，上變頻器154將線路152上的調(diào)制信號上變頻為該頻率。
上變頻器154通過線路158將調(diào)制信號發(fā)送到功率放大器200。功率放大器200將線路158上的調(diào)制信號放大到適當?shù)墓β孰娖揭酝ㄟ^線路162傳輸給天線164。說明性地，開關(guān)166控制線路162上的放大信號是否被傳提供給天線164，或者從天線164接收到的信號是否提供給濾波器168。經(jīng)線路132由來自基帶子系統(tǒng)110的控制信號對開關(guān)166的操作進行控制?；蛘?，正如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所知的開關(guān)166可以被一個濾波器(例如雙工器)所取代，它允許傳輸信號和接收信號同時通過。
功率放大器200優(yōu)選配置為被稱作“平衡放大器”的體系結(jié)構(gòu)。如以下將要描述的，功率放大器200包括相位偏移和阻抗變換電路，以及功率合成器和阻抗變換電路，其允許功率放大器200對功率放大器200輸出端的負載變化(也稱作阻抗變化)保持高容限度。
線路162上的一部分放大的傳輸信號能量通過線路170被提供給功率放大器控制元件161。功率放大器控制元件161可以構(gòu)成一個閉環(huán)輸出功率控制器，它利用反饋以控制功率放大器160的輸出功率，也可以通過線路172將功率控制信號提供給功率放大器200。
天線164所接收到的信號將被導入接收濾波器168。接收濾波器168對接收到的信號進行濾波并且將線路174上濾波后的信號提供給低噪聲放大器(LNA)176。接收濾波器168是帶通濾波器，它能通過便攜式收發(fā)器100操作所處的特定的蜂窩系統(tǒng)的所有信道。舉例來說，對1800MHz PCS CDMA而言，接收濾波器168能通過從1930.00MHz到1989.950MHz的全部頻率，覆蓋1.25MHz的250個信道的每個。這個濾波器的用途是抑制所希望區(qū)域以外的所有頻率。LNA 176將線路174上的非常微弱的信號放大到下變頻器178可以將該信號從發(fā)射頻率變換成基帶頻率的電平。或者，可以使用其它元件來實現(xiàn)LNA 176和下變頻器178的功能，比如，例如但是不局限于，低噪聲下變頻器(LNB)，或者直接變頻接收器(DCR direct conversionreceiver)。
下變頻器178通過線路180接收來自合成器148的頻率參考信號，也叫做“本機振蕩器”信號，或“LO”。LO信號設(shè)定合適的頻率用于下變頻器178對通過線路182從LNA 176接收到的信號進行下變頻。下變頻頻率被叫做中頻或者IF。下變頻器178通過線路184將下變頻信號發(fā)送到信道濾波器186，也被叫做“IF濾波器”。信道濾波器186對下變頻信號進行濾波并通過線路188將其提供給放大器190。使用來自控制信號132的輸入的信道濾波器186選擇所希望的信道并且抑制所有其它信道。以使用PCS CDMA系統(tǒng)為例，250個信道中只有一個信道實際上被接收。當所有信道被接收濾波器168通過并且被下變頻器178下變頻之后，只有那個所希望的信道正好出現(xiàn)在信道濾波器186的中心頻率上。通過對線路180上提供給下變頻器178的本振頻率進行控制，合成器148將所希望的信道的中心設(shè)定到信道濾波器186的中心上。放大器190放大接收到的信號并通過線路192將放大的信號提供給解調(diào)器194。解調(diào)器194恢復所傳輸?shù)哪M信息并通過線路196將代表這一信息的信號提供給ADC 134。ADC134將這一模擬信號轉(zhuǎn)換成基帶頻率上的數(shù)字信號并將該信號通過總線128傳送到DSP 126作進一步的處理。
前面對接收組件的描述僅僅是為了示例性目的。事實上，其它的接收器體系結(jié)構(gòu)，比如，例如但不局限于，超外差式接收器、直接變頻接收器，或者采樣接收器，被認為屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)。
圖2是圖1中的功率放大器200的方框圖?？梢栽诜Q作“多層模塊”202上制作功率放大器200。多層模塊202結(jié)合了位于多層模塊202上的至少一個單片式微波集成電路(MMIC)和輸出電路206。輸出電路206結(jié)合了相位偏移和阻抗變換元件272以及功率合成器與阻抗變換元件288。這兩個元件之一或二者全部所提供的阻抗提供與MMIC 204匹配的輸出阻抗。
功率放大器200的整體體系結(jié)構(gòu)被稱作“平衡放大器”。在這個示例中，第一放大通路被稱作“通路1”并且一般包括相位偏移元件218、輸入匹配元件226、第一級放大器236、集成匹配元件246和第二級功率放大器256。第二放大通路被稱作“通路2”并且一般包括相位偏移元件222、輸入匹配元件228、第一級放大器238、集成匹配元件248和第二級功率放大器258。也可以提供附加的放大通路并且它也包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
可以使用，例如，一個或多個下面的技術(shù)來制作放大器236、238、256和258異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(HBT-heterojunction bipolar transistor)放大器、雙極結(jié)晶體管(BJT-bipolar junction transistor)放大器、場效應(yīng)晶體管(FET-field effect transistor)放大器、假晶高電子遷移率晶體管(PHEMT-pseudomorphic high electron mobility transistor)放大器，或者任何其它適當?shù)姆糯蠹夹g(shù)。
MMIC 204通過線路158接收射頻(RF)通信信號。線路158上的信號被稱作輸入信號，并且包括將要被便攜式接收器100傳輸?shù)男畔?。線路158上的RF輸入信號被提供給功分器212。功分器212基本上將線路158上的信號等分給連接相位偏移元件218的線路214和連接相位偏移元件222的線路216。如果包括附加的放大通路，功分器212會將輸入信號基本上按比例地在所有放大通路間進行分配。
功分器212是一個同相功分器，它在線路214和216上產(chǎn)生的信號基本上具有相同的相位。在一個可選的實施中，功分器可以為線路214和216提供輸出，其相差為180°。這樣的功分器可包括無源180°分配器或有源180°功分器，或分配器，通過使用一個或多個半導體設(shè)備或其它有源元件來實現(xiàn)。這種使用有源電路的實施可以減小組件的尺寸并且也可以加大通路1和通路2之間的隔離。為了這一可選的實施，相位偏移元件218施加-45°相位偏移給線路214上的信號，并且相位偏移元件222施加+45°相位偏移給線路216上的信號。相位偏移元件218和222可以包括離散電路組件和元件、集成電路組件和元件、離散組件和集成電路組件的組合、傳輸線和/或傳輸線組件或元件。
相位偏移元件218施加+45°相位偏移給線路214上的信號，并且相位偏移元件222施加-45°相位偏移給線路216上的信號。或者，相位偏移元件218和222也可以施加不同的相位偏移度數(shù)。相位偏移元件218和222可以包括離散電路組件和元件、集成電路組件和元件、離散組件和集成電路組件的組合、傳輸線和/或傳輸線組件或元件。相位偏移元件218的輸出通過線路220提供給輸入匹配元件226，而相位偏移元件222的輸出通過線路224提供給輸入匹配元件228。輸入匹配元件226提供相位偏移元件218和前述電路(未示出)之間的匹配阻抗，以及輸入到第一級放大器236。同樣地，輸入匹配元件228提供相位偏移元件222和前述電路(未示出)之間的匹配阻抗，以及輸入到第一級放大器238。因此，輸入匹配元件226的輸出通過線路232提供給第一級放大器236，而輸入匹配元件228的輸出通過線路234提供給第一級放大器238。
第一級放大器236的輸出通過線路242提供給級間匹配元件246，而第一級放大器238的輸出通過線路244提供給級間匹配元件248。級間匹配元件246提供第一級放大器236和第二級功率放大器256之間的匹配阻抗。級間匹配元件248提供第一級放大器238和第二級功率放大器258之間的匹配阻抗。級間匹配元件246的輸出通過線路252提供給第二級功率放大器256，而級間匹配元件248的輸出通過線路254提供給第二級放大器258。
輸入匹配元件226和228以及級間匹配元件246和248通常包括一個或多個電感(L)元件、電容(C)元件、電阻(R)元件和/或傳輸線，其值被選定從而為特定電路提供最佳的阻抗匹配。
線路262上的第二級功率放大器256和線路264上的第二級功率放大器258的一部分輸出功率被提供給控制電路，該控制電路可包括，例如，有源反饋回路、可開關(guān)阻抗、或者適合于調(diào)整兩個放大通路各自增益的任何其它電路。
如果要實現(xiàn)一個有源反饋回路，一個可能的實施是線路262上的第二級功率放大器256的一部分輸出功率被提供給有源反饋回路260，而線路264上的第二級功率放大器258的一部分輸出功率被提供給有源反饋回路270。有源反饋回路260和270分別包括有源開關(guān)266和268，它們可以使用各種已知的技術(shù)來實現(xiàn)，例如，電阻和電容組件的各種組合。通過調(diào)整MMIC 204上的每個放大通路的增益，有源反饋回路260和270對由于功率放大器200的輸出端的天線負載變化所引起的功率增益失衡進行補償。
如果要實現(xiàn)可開關(guān)的阻抗控制方法，線路262上的第二級功率放大器256的一部分輸出功率被在分支中提供給有源開關(guān)275。有源開關(guān)275串聯(lián)一個或多個電阻，其示范性的一個電阻用參考數(shù)字277來說明。或者，該電路可以包括，例如，傳輸線、電感(L)/電容(C)網(wǎng)絡(luò)、或者其它電路以提供RF阻抗變化。電阻277接地。按類似的方式，線路264上的第二級功率放大器258的一部分輸出功率被在分支中提供給有源開關(guān)281。有源開關(guān)281串聯(lián)一個或多個電阻、傳輸線、L/C網(wǎng)絡(luò)、或者其它電路以提供RF阻抗變化。為了說明目的，該電路包括一個電阻，其示范性的一個電阻，用參考數(shù)字283來說明。電阻283接地。有源開關(guān)275和281可以與上文描述的有源開關(guān)266和268類似。有源開關(guān)275和281檢測高對低負載阻抗并且轉(zhuǎn)換到最適合提供功率放大器整體優(yōu)良性能的阻抗上。
便攜式通信收發(fā)器100在通信蜂窩內(nèi)的運動，以及便攜式收發(fā)器100的天線164的位置變化會改變功率放大器200的輸出和便攜式收發(fā)器100的天線164(圖1)之間的阻抗。隨著功率放大器和天線之間的阻抗的變化，失衡也發(fā)生變化并引起功率放大器200內(nèi)的電路性能的變化。此性能變化與通路1和通路2之間的不同增益密切相關(guān)。由于此增益差別，會產(chǎn)生頻譜再生，它會降低功率放大器到天線的阻抗失配條件下或期間的信號質(zhì)量。頻譜再生會增加便攜式收發(fā)器100操作所處的通信系統(tǒng)的噪聲基準。有源反饋回路260和270通過響應(yīng)功率放大器200輸出端的阻抗變化以均衡放大通路之間的增益，來減少頻譜再生。減少頻譜再生降低了功率放大器200對通信系統(tǒng)的噪聲。
第二級功率放大器256的輸出通過線路262，第二級功率放大器258的輸出通過線路264被提供給輸出電路206。
輸出電路206包括相位偏移和阻抗變換元件272以及功率組合器和阻抗變換元件288。元件272包括放大通路1和放大通路2各自的相位偏移和阻抗變換元件，并且將在圖3中作更詳細的描述。關(guān)于圖2，相位偏移和阻抗變換元件272包括相位偏移和阻抗變換元件274以及相位偏移和阻抗變換元件276。相位偏移和阻抗變換元件274和276可以包括，例如，離散電路組件和元件、集成電路組件和元件、離散組件和集成電路組件的組合、傳輸線和/或傳輸線組件或元件。線路262上的MMIC 204的輸出被提供給相位偏移和阻抗變換元件274，而線路264上的MMIC 204的輸出被提供給相位偏移和阻抗變換元件276。相位偏移和阻抗變換元件274和276使用相反的相位分別修正線路262和264上信號的阻抗，并且也變換線路262和264上信號的阻抗。相位偏移和阻抗變換可以同時發(fā)生或分別發(fā)生。相位偏移和阻抗變換元件274和276的操作將參考圖3中作更詳細的描述。相位偏移和阻抗變換元件274施加-45°相位偏移(它與相位偏移元件218施加的相位偏移相反)而相位偏移和阻抗變換元件276對線路264上的信號施加+45°的相位偏移(它與相位偏移元件222施加的相位偏移相反)。
相位偏移和阻抗變換元件274的輸出通過線路278被提供給功率組合器和阻抗變換元件284，而相位偏移和阻抗變換元件276的輸出通過線路282被提供給功率合成器和阻抗變換元件286。盡管說明所用的是單獨的方框，但是元件284和286可以使用共同的元件來實現(xiàn)，正如下面將要描述的。功率合成器和阻抗變換元件288包括雙重用途電路元件以提供附加的輸出阻抗匹配和功率合成。功率合成器和阻抗變換元件288(可以包括Wilkinson功率合成器)合成線路278和282上的功率并提供線路162上的RF輸出信號。
圖3是詳細地說明圖2中的輸出電路206的方框圖300。MMIC204的輸出通過線路262被提供給相位偏移和阻抗變換元件274，而線路264上的MMIC 204的輸出被提供給相位偏移和阻抗變換元件276。盡管為簡化目的被省略，但是DC饋通和諧波調(diào)諧電路，正如本領(lǐng)域已知的，與線路262和264連接。
雖然圖3所示的組件最小化的實施例是輸出電路206的一個可能的實施，但是許多其它實施例也是可能的。相位偏移和阻抗變換元件274包括電感元件(所示為一個電感)302，其與電容元件(所示為一個電容)304并聯(lián)。電容元件304通過線路306接地。相位偏移和阻抗變換元件276包括電容元件(所示為一個電容)308和一個并聯(lián)的電感元件(所示為一個電感)312。電感元件312通過線路314接地。
電感元件302和電容元件308分別對線路262和264上的信號施加一個-45°和+45°的相位偏移。電容元件304和電感元件302對線路262上的信號進行阻抗變換。同樣地，電感元件312和電容元件308對線路264上的信號進行阻抗變換。例如，如果線路262和264上信號的阻抗是，例如，6-10歐姆，那么，相位偏移和阻抗變換元件274施加-45°的相位偏移，而將線路262上的阻抗變換為，例如，20-25歐姆。同樣地，相位偏移和阻抗變換元件276施加+45°的相位偏移，而將線路264上的阻抗變換為，例如，20-25歐姆。相位偏移和阻抗變換可以同時發(fā)生也可以分別發(fā)生。
線路316上的相位偏移和阻抗變換元件274的輸出被提供給電容320。電容320阻擋來自線路316的信號的直流(DC)電平。線路322和318上的信號隨后被提供給功率合成器和阻抗變換元件288。通過為相位偏移和阻抗變換元件272以及功率組合器和阻抗變換元件288中的元件恰當?shù)剡x擇組件以及組件數(shù)值，可以補償功率放大器200輸出端的阻抗失配，而無須功率放大器200輸出端的隔離器。
當功率放大器和天線之間阻抗失配時，在一個通路上(例如通路1)的阻抗變換引起史密斯圖上的電感旋轉(zhuǎn)，而在另一個通路上(例如通路2)的阻抗變換引起史密斯圖上的電容旋轉(zhuǎn)。史密斯圖是用于顯示RF電路性能參數(shù)的，以圓形方式表示的復數(shù)列線圖解法的圖形表示法。全異旋轉(zhuǎn)引起一個通路對功率放大器，256或258的輸出，表現(xiàn)為低阻抗，而另一個通路對功率放大器，256或258的輸出，表現(xiàn)為高阻抗。確定哪個通路表現(xiàn)為電感旋轉(zhuǎn)和哪個通路表現(xiàn)為電容旋轉(zhuǎn)，其任意取決于本發(fā)明的原理。盡管其它情形是有可能的，但是在這個例子中由于功率放大器256和258的特征，具有低阻抗的通路將具有優(yōu)良的性能，因此具有優(yōu)良的相鄰信道功率抑制(ACPR)。具有高阻抗的通路將具有較差的性能，因此具有較差的ACPR。通過功率組合器和阻抗變換元件288對兩個通路的信號的合成使ACPR性能介于高阻抗(因此相對較差的ACPR性能)通路的ACPR性能和低阻抗(因此相對優(yōu)良的ACPR性能)通路的ACPR性能之間，這樣產(chǎn)生良好的ACPR整體系統(tǒng)性能。
如此，功率放大器對于功率放大器200輸出端162的負載變化有很高的容限度。
在這個實施例中，功率組合器和阻抗變換元件288包括電阻324、一對電感326和328，以及通過線路334接地的電容332。在這個例子中，功率組合器和阻抗變換元件288通過恰當?shù)剡x擇電阻324、電感326和328的數(shù)值進行進一步的阻抗變換，并且電容332將線路322和318上信號的阻抗從大約20-25歐姆變換到線路162上的50歐姆。線路162上的功率組合器和阻抗變換元件288的輸出是圖2中功率放大器200的RF輸出。
相位偏移元件218和222，以及相位偏移和阻抗變換元件274和276的一個可選的實施包括一個或多個使用電感(L)和電容(C)組件的更高階集總元件網(wǎng)絡(luò)。這種實施可以提供增加的帶寬和減小的對組件加工公差變化的靈敏度。另一個可選的實施使用緊密的串聯(lián)或并聯(lián)傳輸線組合來取代和/或附加在相位偏移元件218和222，以及相位偏移和阻抗變換元件274和276上。這些可選的實施也提供放大通路之間的90°的凈相位差，如上文描述的。而且，上文描述的所有離散組件可以是集成，或嵌入到多層模塊202上。
相位偏移和阻抗變換元件和/或功率合成器和阻抗變換元件允許去除通常裝在RF輸出端162的隔離器。從而，功率放大器200的尺寸和成本可以被大大降低而仍然允許功率放大器200保持對線路162上的負載(也就是線路162上的阻抗)變化的高容限度。
雖然描述了本發(fā)明的各種實施例，但是對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，很顯然屬于本發(fā)明范圍內(nèi)的更多的實施例和實施是可能的。例如，相位偏移和阻抗變換和/或功率合成器和阻抗變換元件可以被用于PDA的無線組網(wǎng)實施、基站、以及其它的無線移動通信應(yīng)用。從而，本發(fā)明并不局限于所附的權(quán)利要求書和它們的等價物。
權(quán)利要求
1.一種功率放大器，包括多個放大通路；位于每個放大通路的輸入端的第一相位偏移元件；位于每個放大通路的輸出端的第二相位偏移元件；與所述第二相位偏移元件相連的阻抗變換元件；以及功率組合器，用于將每個放大通路的輸出組合為單一的輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中，所述第一相位偏移元件施加的相位偏移與所述第二相位偏移元件施加的相位偏移基本上相反。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中，所述阻抗變換元件和與每個放大通路相連的所述第二相位偏移元件被組合為單一的裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電路，其中，所述阻抗變換元件和所述第二相位偏移元件基本上同時改變信號的相位和阻抗。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電路，其中，所述阻抗變換元件和所述第二相位偏移元件分別改變信號的相位和阻抗。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電路，其中，所述阻抗變換元件和所述第二相位偏移元件處于作為多個放大通路的同一模塊上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電路，其中，所述阻抗變換元件和所述第二相位偏移元件包括電感(L)和電容(C)電路。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中，在阻抗失配的情況下，一個放大通路具有高阻抗而另一個放大通路具有低阻抗。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中，所述功率組合器還包括附加的阻抗變換元件。
10.一種便攜式通信收發(fā)器，包括具有多個放大通路的平衡功率放大器；位于每個放大通路的輸入端的第一相位偏移元件；位于每個放大通路的輸出端的第二相位偏移元件；與所述第二相位偏移元件相連的阻抗變換元件；以及功率組合器，用于將每個放大通路的輸出組合為單一的輸出。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的收發(fā)器，其中，所述第一相位偏移元件施加的相位偏移與所述第二相位偏移元件施加的相位偏移基本上相反。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的收發(fā)器，其中，所述阻抗變換元件和與每個放大通路相連的所述第二相位偏移元件被組合為單一的裝置。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的收發(fā)器，其中，所述阻抗變換元件和所述第二相位偏移元件基本上同時改變信號的相位和阻抗。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的收發(fā)器，其中，所述阻抗變換元件和所述第二相位偏移元件分別改變信號的相位和阻抗。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的收發(fā)器，其中，所述阻抗變換元件和所述第二相位偏移元件處于作為多個放大通路的同一模塊上。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的收發(fā)器，其中，所述阻抗變換元件和所述第二相位偏移元件包括電感(L)和電容(C)電路。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的收發(fā)器，其中，在阻抗失配的情況下，一個放大通路具有高阻抗而另一個放大通路具有低阻抗。
18.根據(jù)權(quán)利要求10所述的收發(fā)器，其中，所述功率組合器還包括附加的阻抗變換元件。
19.一種用于改變功率放大器的阻抗的方法，包括提供多個放大通路；提供信號給每個所述放大通路；改變所提供給每個放大通路的信號的相位；基本上相反地改變每個放大通路的輸出端的信號的相位；變換所述信號的阻抗；以及將來自每個所述放大通路的信號組合為單一的輸出。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，還包括基本上同時改變所述信號的相位和阻抗。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，還包括在所述多個放大通路所處的同一模塊上進行所述阻抗變換和相位偏移。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，還包括分別改變所述信號的相位和阻抗。
23.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，在阻抗失配的情況下，一個放大通路具有高阻抗而另一個放大通路具有低阻抗。
24.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述功率組合器對所述信號進行附加的阻抗變換。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有相位偏移和阻抗變換元件的功率放大器。該功率放大器包括多個放大通路、位于每個放大通路的輸入端的第一相位偏移元件、以及位于每個放大通路的輸出端的第二相位偏移元件。該放大器也包括與第二相位偏移元件相連的阻抗變換元件以及用于將每個放大通路的輸出合成為單一的輸出的功率合成器。
文檔編號H04B5/06GK1778093SQ200480010417
公開日2006年5月24日 申請日期2004年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月18日
發(fā)明者張文孝, 休·J·芬利, 鄭乃碩, 邦-瑟奧克·帕克 申請人:天工方案公司