CN100533952C - 高频功率放大组件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高频功率放大组件，是一种在常态下高频连接大输出放大器和小输出放大器的、不使用开关的放大器切换型放大器，其中放大器间的绝缘性能好并且放大器的稳定性能优良。该高频功率放大组件在难以对放大器的效率产生影响的输入匹配电路部分使用具有高绝缘特性的输入匹配电路(107)，以抑制信号从动作状态下的小输出放大部(110)向停止状态下的大输出放大部(109)的蔓延和从动作状态下的大输出放大部向停止状态下的小输出放大部的蔓延。通过偏置输入端子103～106的控制进行各放大部的动作状态和停止状态的切换。

Description

高频功率放大组件
技术领域
本发明涉及便携式电话等无线通信装置的发送部中使用的高频功率放大器，特别是涉及可以通过偏置控制来切换大输出放大器和小输出放大器的高频功率放大组件。
背景技术
近年来，在移动通信领域，不仅便携式终端，而且基站也谋求实现小型化和轻质化，与此相伴，对小型化、轻质化产生较大影响的功率放大器部分的高效化显得尤为重要。其中，便携式终端设备通常使用电池作为电源，在可连续工作的时间上有限制。因此，为了使该便携式终端设备可以长时间工作，电路中耗电最大的功率放大器部分的省电化(高效化)就成为一个大问题。而且，在基站中，还由于出于降低电缆损耗等目的而设置在天线附近，因此要求实现高频功率放大器部分的小型化、轻质化，从而必须实现高频功率放大器部分的高效化。
一般情况下，在使用半导体器件的高频功率放大器中，输出电平越大，效率越高，在饱和输出附近达到最高。而且，其可取得的最大输出(饱和输出)电平取决于所使用的半导体器件的大小。因此，为了使低输出时的效率高而使所使用的半导体器件变小，从而在制作出饱和电平低的放大器时，无法得到高输出时所必需的输出。而在制作出在高输出时为高效的放大器时，低输出时的效率显著降低。这样，很难利用一个放大器来实现高输出时和低输出时的高效率。
作为用于在高输出和低输出两种情况下进行高效率工作的现有技术，以下结构是公知的：设置多个输出段放大器，利用开关与输出电平相对应地切换并使用各个输出段放大器(例如参照专利文献1)。
另外，作为用于进一步提高效率的现有技术，在输出段放大器中不使用开关来切换并使用放大器的结构也是公知的(例如参照专利文献2)。
(专利文献1)特开平7-336168号公报
(专利文献2)特开2003-46340号公报
发明内容
在利用开关切换使用输出段放大器的现有技术中，因为使用了开关，因而虽然效率降低，但并联连接的输出放大器间的绝缘性良好。但在输出段放大器中不使用开关来进行切换使用的结构中，虽然没有由于开关导致的效率降低，但由于大、小输出放大器在常态下高频连接，因此存在放大器间的绝缘性差、放大器的稳定性低的问题。
因此，本发明的目的是提供一种输出放大器间的绝缘性好、稳定度高的高频功率放大组件。
本说明书所公开的发明当中，具有代表性的发明如下所述。即，本发明的高频功率放大组件具有：第1放大部，对高频信号进行功率放大；第2放大部，对高频信号进行功率放大；输入匹配电路，进行所述第1和第2放大部的输入匹配；和输出匹配电路，进行所述第1和第2放大部的输出匹配，其中，通过偏置电压或偏置电流来切换控制所述第1和第2放大部的动作，所述输入匹配电路在所述第1放大部和所述第2放大部之间具有高绝缘特性。
依据本发明，可以抑制信号从处于动作状态的小输出放大部向处于停止状态的大输出放大部的蔓延和从处于动作状态的大输出放大部向处于停止状态的小输出放大部的蔓延，从而可以实现稳定度高的高频功率放大组件。
附图说明
图1是表示本发明高频功率放大组件的第1实施例的结构的电路框图。
图2是表示本发明高频功率放大组件的第2实施例的结构的电路框图。
图3是表示本发明高频功率放大组件的第3实施例的结构的电路框图。
图4是表示本发明高频功率放大组件的第4实施例的结构的电路框图。
图5是表示本发明高频功率放大组件的第5实施例的结构的电路框图。
图6是表示本发明高频功率放大组件的第6实施例的结构的电路框图。
图7是表示本发明高频功率放大组件的各放大部的输入输出特性和效率特性的图。
图8是表示本发明高频功率放大组件的第7实施例的结构的电路框图。
图9是表示本发明高频功率放大组件的第8实施例的结构的电路框图。
具体实施方式
以下参照附图详细说明本发明的高频功率放大组件的实施例。其中，相同的构成部分使用相同的附图标记，并且为了说明方便省略对其的详细说明。
(实施例1)
图1所示为本发明的高频功率放大组件的结构框图。高频电力从高频输入(RFin)端子101输入，通过高绝缘型输入匹配电路(HISO_MTin)107，由大输出放大部(HP_AMP)109或小输出放大部(LP_AMP)110放大后，通过输出匹配电路(MTout)108，从高频输出(RFout)端子102输出。另外，高绝缘型输入匹配电路包括例如威尔金森型分配器。
作为高频功率放大组件的放大部的动作，在使小输出放大部110动作、大输出放大部109停止的情况下，可以通过使大输出放大部的输入侧偏置端子(Cont1)103和大输出放大部的输出侧偏置端子(Bias1)105当中的一个断开，或者使大输出放大部的输入侧偏置端子103和大输出放大部的输出侧偏置端子105两者都断开，并且使小输出放大部110的输入侧偏置端子(Cont2)104和输出侧偏置端子(Bias2)106接通来实现。
在使大输出放大部109动作、小输出放大部110停止的情况下，可以利用与上述相同的方法，通过使小输出放大部110的输入侧偏置端子104和小输出放大部的输出侧偏置端子106当中的一个断开，或者使小输出放大部的输入侧偏置端子104和小输出放大部的输出侧偏置端子106两者都断开，并且使大输出放大部109的输入侧偏置端子103和输出侧偏置端子105接通来实现。
如上设置高绝缘型输入匹配电路，可以在不使用开关的情况下抑制信号从接通状态的放大部一侧向断开状态的放大部一侧蔓延，从而可以得到稳定度高并且效率提高的高频放大组件。
图7所示为小输出放大部和大输出放大部的输入输出特性和效率特性。在图7中，横轴表示输入功率Pin，纵轴表示输出功率Pout和效率η，特性曲线a和b分别表示小输出放大部110的输入输出特性和效率特性，特性曲线c和d分别表示大输出放大部109的输入输出特性和效率特性。
通过各放大部的偏置控制来与输入功率对应地切换小输出放大器和大输出放大器，从而如图7所示，与仅使大输出放大部109动作情况下的低输入功率时的效率特性d相比，小输出放大部110的低输入功率时的效率特性b大幅度提高。
(实施例2)
图2是表示本发明高频功率放大组件的其它实施例的结构的电路框图。图1所示的高绝缘型输入匹配电路107由分布常数型威尔金森电路构成。
在本实施例中，由分布常数线路(MSL)212、213和电阻214构成分布常数型威尔金森电路。这种情况下，分布常数线路212、213的线路阻抗或电长度，或者线路阻抗和电长度都可以不必是相同值。即，威尔金森型分配端子上的阻抗和/或分配量在小输出放大部110侧和大输出放大部109侧可以分别不同。
这是因为，大输出放大部109和小输出放大部110的放大增益或输入阻抗不一定相同。与阻抗和/或分配量在大输出增幅部和小输出增幅部之间一致的情况相比，在不同的情况下，可以采用兼顾大输出放大部109和小输出放大部110的输入阻抗匹配的结构，从而具有可以进一步补偿增益差的优点。不同的分配量的差AG的允许范围根据所使用系统的不同而不同，但一般是在0<AG≤10dB的范围内。
在使用分布常数型威尔金森电路的情况下，不仅是在基波频率，在奇数次高次谐波中也为高绝缘性。高频电力从高频输入端子101输入，通过分布常数型威尔金森电路，到达大输出放大部109或小输出放大部110。此后的动作与图1相同。与图1结构的情况相同，本实施例的结构与仅使大输出放大部109动作情况下的低输入功率时的效率特性相比，小输出放大部110的低输入功率时的效率特性大幅度提高。
(实施例3)
图3是表示本发明高频功率放大组件的其它实施例的结构的电路框图。图1中的高绝缘型输入匹配电路107由集中常数型威尔金森电路构成。在本实施例中，由电感311a、311b、电容313和电阻314构成集中常数型威尔金森电路。这种情况下，电感311a、311b可以不一定是相同值。高频电力从高频输入端子101输入，通过集中常数型威尔金森电路，到达大输出放大部109或小输出放大部110。此后的动作与图1相同。本实施例的情况也可以实现与图1结构的情况相同的效果。
(实施例4)
图4是表示本发明高频功率放大组件的其它实施例的结构的电路框图。图1中的高绝缘型输入匹配电路107由集中常数型威尔金森电路构成。在本实施例中，由电感411、电容412、413和电阻414构成集中常数型威尔金森电路。这种情况下，电容412、413可以不一定是相同值。高频电力从高频输入端子101输入，通过集中常数型威尔金森电路，到达大输出放大部109或小输出放大部110。此后的动作与图1相同。本实施例的情况也可以实现与图1结构的情况相同的效果。
(实施例5)
图5是表示本发明高频功率放大组件的其它实施例的结构的电路框图，由电感411、电容412、413、515和电阻514构成图4中的集中常数型威尔金森电路。本实施例的结构具有的优点是，也可以较高地设定由大输出放大部109与小输出放大部110之间的直流电和电容515决定的低频下的绝缘性。
(实施例6)
图6是表示本发明高频功率放大组件的其它实施例的结构的电路框图。采用的是在图1结构中的大输出放大部109或小输出放大部110上使用双极晶体管的结构。大输出放大部109的输入侧偏置端子103经由电阻R1与发射极接地的大输出晶体管Q1的基极连接，输出侧偏置端子105经由电感611与晶体管Q1的集电极连接。同样，小输出放大部110的输入侧偏置端子104经由电阻R2与发射极接地的小输出晶体管Q2的基极连接，输出侧偏置端子106经由电感612与晶体管Q2的集电极连接。
晶体管Q1的基极经由电容C1、晶体管Q2的基极经由电容C2分别与高绝缘型匹配电路输入107的输出连接。在大输出放大部109中使用的晶体管Q1的器件尺寸大于或等于在小输出放大部110中使用的晶体管Q2的器件尺寸。
(实施例7)
图8是表示本发明高频功率放大组件的其它实施例的结构的电路框图。是使图3所示的等效电路在组件基板801上实现图形化的一个例子。在图8中，斜线部分表示组件基板上的配线导体部分cap表示芯片电容器，ind表示芯片感应线圈，res表示芯片电阻，806表示焊接线。由上述部分构成集中常数型威尔金森电路805。另外，在图8中仅表示出主要部分，省略了输出侧匹配电路、输出端子、输出侧焊接线等。下面的图9也进行了同样的省略。该集中常数型威尔金森电路805在图4和图5所示的电路中也可以同样构成。
高频电力从高频输入端子807输入，通过集中常数型威尔金森电路805，到达半导体芯片802上的大输出放大部109或小输出放大部110。此后的动作与图1相同。
(实施例8)
图9是表示本发明高频功率放大组件的其它实施例的结构的电路框图。是将图8所示的集中常数型威尔金森电路805集成在半导体芯片902上而形成。通过实现使用集中常数威尔金森的高绝缘型输入匹配电路的集成化，与图8相比可以进一步实现小型化。将半导体芯片902搭载在组件基板801上。该集中常数威尔型金森电路905同样可以适用于图4和图5所示的电路。高频电力从高频输入端子907输入，通过集中常数型威尔金森电路905，到达半导体芯片902上的大输出放大部109或小输出放大部110。此后的动作与图1相同。
以上说明的是本发明的具体实施例，但本发明不限于上述实施例，在不脱离本发明精神的范围内，可以进行各种设计变更，这一点无庸置疑。

Claims (9)

1.一种高频功率放大组件，具有：
输入端子，输入高频信号；
第1放大部，对所述高频信号进行功率放大；
第2放大部，构成为具备尺寸不同于所述第1放大部的尺寸的放大器件，对所述高频信号进行功率放大；
输入匹配电路，进行所述第1和第2放大部的输入匹配；和
输出匹配电路，进行所述第1和第2放大部的输出匹配，
其中，所述第1以及第2放大部都经由所述输入匹配电路与所述输入端子连接，
通过偏置电压或偏置电流来互补地切换控制所述第1和第2放大部的动作，以在其中一方成为动作状态时使另一方成为非动作状态，
所述输入匹配电路在所述第1放大部和所述第2放大部之间具有高绝缘特性。
2.如权利要求1所述的高频功率放大组件，其特征在于，
所述输入匹配电路由威尔金森型分配器构成，该威尔金森型分配器包括：一端与所述第1放大部的输入端连接而另一端与所述输入端子连接的第1阻抗元件；一端与所述第2放大部的输入端连接而另一端与所述第1阻抗元件共同连接于所述输入端子的第2阻抗元件；以及连接在所述第1放大部的输入端与所述第2放大部的输入端之间的电阻。
3.如权利要求2所述的高频功率放大组件，其特征在于，
所述威尔金森型分配器由集中常数型威尔金森电路构成，在该集中常数型威尔金森电路中，所述第1以及第2阻抗元件都是由电感元件和电容元件中的任意一个构成的。
4.如权利要求2所述的高频功率放大组件，其特征在于，
所述威尔金森型分配器由分布常数型威尔金森电路构成，在该分布常数型威尔金森电路中，所述第1以及第2阻抗元件都由分布常数线路构成。
5.如权利要求1～4中的任意一项所述的高频功率放大组件，其特征在于，
所述第1放大部由大输出放大器构成，以及
所述第2放大部由小输出放大器构成。
6.如权利要求1所述的高频功率放大组件，其特征在于，
所述输入匹配电路的分配端子上的阻抗和分配量在所述第1放大部侧和所述第2放大部侧分别不同。
7.如权利要求1所述的高频功率放大组件，其特征在于，
所述输入匹配电路的分配端子上的阻抗或分配量在所述第1放大部侧和所述第2放大部侧分别不同。
8.如权利要求2～4中的任意一项所述的高频功率放大组件，其特征在于，
构成所述输入匹配电路的所述威尔金森型分配器的分配端子上的阻抗和分配量在所述第1放大部侧和所述第2放大部侧分别不同。
9.如权利要求2～4中的任意一项所述的高频功率放大组件，其特征在于，
构成所述输入匹配电路的所述威尔金森型分配器的分配端子上的阻抗或分配量在所述第1放大部侧和所述第2放大部侧分别不同。
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