CN103098368A - 输出模式切换放大器 - Google Patents

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Abstract

一种输出模式切换放大器，具备：信号放大用的晶体管（3），连接在输入侧的第1节点（10）与输出侧的第2节点（12）之间；旁通路径（10、8、13），在所述第1节点与第2节点之间绕过所述晶体管；电压控制电路（9），对所述晶体管施加偏置电压，来切换是通过所述晶体管放大发送信号、还是不通过所述晶体管放大发送信号而经由所述旁通路径输出发送信号；以及二次谐波反射电路（16），反射与所述旁通路径连接的发送信号的二次谐波。

Description

输出模式切换放大器
技术领域
本发明涉及在高输出时和低输出时切换输出模式的输出模式切换放大器。
背景技术
在强烈要求小型化和通话时间延长的便携电话终端中，希望实现功率放大器的低功耗化。一般，在放大器中越接近饱和，效率越高，在远离饱和的低输出的状态下效率变低。因此，从电池的小型化、通话时间的方面来看，希望尽量在效率高的接近饱和的状态下使用放大器。
在便携电话中，在终端至基站的距离远时从天线向空间放射大的功率，在终端至基站的距离近时来自天线的放射功率变小。因此，通常，应对来自天线的放射功率成为最大时而决定放大器的尺寸。因此，在基站的附近使用了终端时放大器在远离饱和的低输出的状态下动作，存在效率降低这样的课题。
针对该课题，提出了设置旁通路径、并在低输出时绕过晶体管的方法（下述专利文献1）。在该放大器中，在高输出时通过晶体管来进行输入信号的放大（放大模式），在低输出时通过与晶体管并联地连接的旁通路径来绕过晶体管而输出信号（旁通模式）。通过在高输出时将能够利用晶体管进行信号放大那样的电压从电压控制电路提供给晶体管、另外在低输出时将晶体管成为截止状态而不进行信号放大那样的电压从电压控制电路提供给晶体管，从而切换放大模式和旁通模式。因此，在该放大器中，一般在效率降低的低输出模式下使晶体管成为截止状态而使信号旁通，所以能够削减低输出时的功耗。
专利文献1：日本特开2005-244862号公报
发明内容
在以往的输出模式切换放大器中，使用晶体管输入输出侧以及旁通路径中设置的匹配电路来进行针对发送信号频率（基波）的晶体管的阻抗匹配，不进行针对发送信号的二次谐波（second harmonic）的阻抗匹配，或者通过共用基波阻抗的匹配中使用的匹配电路的参数组合来进行二次谐波阻抗的匹配。因此，存在如下课题：难以独立地设定针对基波阻抗的匹配和针对二次谐波阻抗的匹配，难以将针对基波阻抗以及二次谐波阻抗的匹配这两者都设定为最佳值，放大器的效率降低。
本发明的目的在于提供一种输出模式切换放大器，能够将针对基波阻抗以及二次谐波阻抗的匹配设定为最佳的状态，提高了放大器的效率。
本发明是一种输出模式切换放大器，其特征在于，具备：信号放大用的晶体管，连接在输入侧的第1节点与输出侧的第2节点之间；旁通路径，在所述第1节点与第2节点之间绕过所述晶体管；电压控制电路，对所述晶体管施加偏置电压，来切换是通过所述晶体管放大发送信号、还是不通过所述晶体管放大发送信号而经由所述旁通路径输出发送信号；以及二次谐波反射电路，反射与所述旁通路径连接的发送信号的二次谐波。
在本发明中，能够提供一种输出模式切换放大器，能够将针对基波阻抗以及二次谐波阻抗的匹配设定为最佳的状态，提高了放大器的效率。
附图说明
图1示出本发明的实施方式1的输出模式切换放大器的结构图。
图2示出本发明的实施方式2的输出模式切换放大器的结构图。
（符号说明）
1：RF输入端子；2：RF输出端子；3：晶体管（信号放大用）；4、5、8、14：匹配电路；4a、17、18：开关；4b、5a、5b、14b、16a、16b：电容器；5c：电感器；8a：高阻抗线路；9：电压控制电路；10：第1节点；12：第2节点；13：第3节点；14a、16c：线路；15：微带线路（microstrip line）；16：二次谐波反射电路；19：电源端子。
具体实施方式
以下，按照各实施方式，使用附图来说明本发明的输出模式切换放大器。另外，在各实施方式中，用同一符号表示相同或者相当的部分，并且省略重复的说明。
实施方式1.
图1示出本发明的实施方式1的输出模式切换放大器的结构图。在图1中，在输入侧的第1节点10与输出侧的第2节点12之间，并联地连接有信号放大用的晶体管3、和构成旁通路径的匹配电路8与微带线路15的串联电路。另外，在旁通路径的匹配电路8与微带线路15的连接点即第3节点13处连接有二次谐波反射电路16，二次谐波反射电路16的前端为电源端子。
另外，在作为放大器的输入的RF输入端子1与第1节点10之间、第1节点10与晶体管3之间、以及第2节点12与作为放大器的输出的RF输出端子2之间分别串联地连接有匹配电路4、5、14。电压控制电路9对晶体管5、后述的开关供给偏置电压而进行动作的切换控制。
在图1的放大器中，在高输出时通过晶体管3来进行输入信号的放大（放大模式），在低输出时通过旁通路径来绕过晶体管3而输出信号（旁通模式）。在放大模式下将能够由晶体管3进行信号放大那样的偏置电压从电压控制电路9提供给晶体管3、另外在旁通模式下将晶体管3成为截止状态而不进行信号放大那样的偏置电压从电压控制电路9提供给晶体管3，从而切换放大模式和旁通模式。
另外，与旁通路径连接的二次谐波反射电路16具有针对基波成为开路、针对二次谐波成为大致短路那样的阻抗。从晶体管3观察了输出侧时的二次谐波阻抗是根据经由微带线路15而与二次谐波反射电路16连接的路径来决定的，根据微带线路15的长度来决定从晶体管3观察了输出侧时的二次谐波阻抗的反射相位角。即，微带线路15形成旁通路径的一部分，并且还作为用于调整二次谐波反射相位角的线路而发挥功能。此处，设定成使从晶体管3观察了输出侧时的二次谐波阻抗成为接近短路的状态，例如使反射相位角（即，从第2节点12观察了旁通路径（包括二次谐波反射电路16）时的发送信号的二次谐波的阻抗反射相位角）成为180±45度以内。
另一方面，从晶体管3观察了输出侧时的基波阻抗是根据匹配电路14来决定的。由于从第3节点13观察了二次谐波反射电路16时的基波阻抗成为开路，所以从晶体管3经由微带线路15而与二次谐波反射电路16连接的路径的基波阻抗在微带线路15的长度比波长充分短时成为大致开路，不会对从晶体管3观察了输出侧时的基波阻抗造成影响。
因此，在该放大器中，根据微带线路15的长度，不会对从晶体管3观察了输出侧时的基波阻抗造成影响，而能够仅调整二次谐波阻抗的反射相位角，能够使针对基波阻抗以及二次谐波阻抗的匹配分别独立地最佳化，能够提高放大器的效率。
另外，在本实施方式中，也可以使用异质结双极晶体管作为晶体管3。另外，二次谐波反射电路16的基波阻抗也可以并非开路（反射相位角为0度），而使反射相位角（即，从第3节点13观察了二次谐波反射电路16侧时的发送信号频率下的阻抗反射相位角）为±30度以内。
实施方式2.
图2示出本发明的实施方式2的输出模式切换放大器的结构图。在第1节点10与匹配电路5之间、以及第1节点10与匹配电路8之间例如分别插入了通过来自电压控制电路9的偏置电压的控制进行接通/断开切换的第1开关17、第2开关18。另外，示出了二次谐波反射电路16以及各匹配电路4、5、8、14的结构的具体例。
在图2的放大器中，在高输出时通过晶体管3来进行输入信号的放大（放大模式），在低输出时通过旁通路径来绕过晶体管3而输出信号（旁通模式）。在放大模式下，通过电压控制电路9，对晶体管3设定了能够由晶体管3进行信号放大那样的偏置电压之后，对各开关设定开关17成为接通（通过）、开关18成为断开（开路）那样的偏置电压。另一方面，在旁通模式下，在设定了使晶体管3成为截止状态而不进行信号放大那样的偏置电压之后，对各开关设定使开关17成为断开、使开关18成为接通那样的偏置电压。
匹配电路4由在信号路径（信号线）与接地之间连接的开关4a和电容器4b构成，通过电压控制电路9的偏置电压控制来切换开关4a，使得针对放大模式和旁通模式中的任意一个都能够维持匹配状态。
匹配电路14由与信号线路串联的线路14a（例如微带线路）、和与信号线路并联的电容器14b构成，进行输出侧的基波阻抗的匹配。
二次谐波反射电路16由多个并联的电容器16a、16b和串联的线路16c（例如微带线路）构成，与偏置电路共用。在二次谐波反射电路16的前端连接有电源端子19。在二次谐波反射电路16中，作为从第3节点13观察了二次谐波反射电路16时的阻抗，作出在基波下成为开路、在二次谐波下反射系数的振幅分量接近1那样的条件。
匹配电路5由与信号线路串联的电容器5a、5b、和与信号线路并联的电感器5c构成，匹配电路8由与旁通路径串联地连接的高阻抗线路8a构成。匹配电路5作为高通滤波器发挥功能，所以得到相位相对频率超前的特性，匹配电路8作为低通滤波器发挥功能，所以得到相位相对频率延迟的特性。
因此，在本实施方式中，能够减小放大模式下的从第1节点10经由晶体管5到达第2节点12的路径的通过相位、与旁通模式下的从第1节点10经由旁通路径到达节点12的路径的通过相位之差，例如设定为±30度以内。
另外，从晶体管3观察了输出侧时的二次谐波阻抗是根据经由微带线路15而与二次谐波反射电路16连接的路径来决定的，根据微带线路15的长度来决定从晶体管3观察了输出侧时的二次谐波阻抗的反射相位角。即，微带线路15形成旁通路径的一部分，并且还作为用于调整二次谐波反射相位角的线路而发挥功能。此处，设定成使从晶体管3观察了输出侧时的二次谐波阻抗接近短路的状态，例如使反射相位角（即，从第2节点12观察了旁通路径（包括二次谐波反射电路16）时的发送信号的二次谐波的阻抗反射相位角）成为180±45度以内。
另一方面，从晶体管3观察了输出侧时的基波阻抗是根据匹配电路14而决定的。由于从第3节点13观察了二次谐波反射电路16时的基波阻抗成为开路，所以从晶体管3经由微带线路15而与二次谐波反射电路16连接的路径的基波阻抗在微带线路15的长度比波长充分短时成为大致开路，不会对从晶体管3观察了输出侧时的基波阻抗造成影响。
因此，在该放大器中，根据微带线路15的长度，不会对从晶体管3观察了输出侧时的基波阻抗造成影响，而能够仅调整二次谐波阻抗的反射相位角，能够使针对基波阻抗以及二次谐波阻抗的匹配分别独立地最佳化，能够提高放大器的效率。
另外，在本实施方式中，也可以使用异质结双极晶体管作为晶体管3。另外，二次谐波反射电路16的基波阻抗也可以并非开路（反射相位角为0度），而使反射相位角（即，从第3节点13观察了二次谐波反射电路16侧时的发送信号频率下的阻抗反射相位角）成为±30度以内。
产业上的可利用性
本发明的输出模式切换放大器能够应用于各种领域的放大器，并起到相当的效果。

Claims (7)

1.一种输出模式切换放大器，其特征在于，具备：
信号放大用的晶体管，连接在输入侧的第1节点与输出侧的第2节点之间；
旁通路径，在所述第1节点与第2节点之间绕过所述晶体管；
电压控制电路，对所述晶体管施加偏置电压，来切换是通过所述晶体管放大发送信号、还是不通过所述晶体管放大发送信号而经由所述旁通路径输出发送信号；以及
二次谐波反射电路，反射与所述旁通路径连接的发送信号的二次谐波。
2.根据权利要求1所述的输出模式切换放大器，其特征在于，具备：
第1开关，连接在第1节点与晶体管之间；以及
第2开关，连接在所述第1节点与旁通路径之间，
电压控制电路还对所述第1开关以及第2开关施加偏置电压，来切换是将发送信号输入到所述晶体管、还是将发送信号输入到旁通路径。
3.根据权利要求1或者2所述的输出模式切换放大器，其特征在于，还具备：
微带线路，在旁通路径中，插入连接在第2节点与二次谐波反射电路之间；以及
第1匹配电路，插入连接在所述第2节点与放大器的输出端子之间。
4.根据权利要求1或者2所述的输出模式切换放大器，其特征在于，
从作为旁通路径与二次谐波反射电路的连接点的第3节点观察了二次谐波反射电路侧时的发送信号频率下的阻抗反射相位角是±30度以内。
5.根据权利要求1或者2所述的输出模式切换放大器，其特征在于，
从第2节点观察了旁通路径时的发送信号的二次谐波的阻抗反射相位角是180±45度以内。
6.根据权利要求1或者2所述的输出模式切换放大器，其特征在于，
还具备第2匹配电路，该第2匹配电路连接在第1节点与晶体管之间，且该第2匹配电路包括与信号路径串联的电容器和与信号路径并联的电感器，
从所述第1节点经由所述第2匹配电路、晶体管而到达第2节点的第1路径、与从所述第1节点经由旁通路径而到达所述第2节点的第2路径的通过相位之差是30度以内。
7.根据权利要求1至6中的任意一项所述的输出模式切换放大器，其特征在于，
晶体管是异质结双极晶体管。
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