CN104426483A - 宽带放大器 - Google Patents

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Abstract

本发明披露了一种多赫蒂放大器，每个包括：第一放大器和第二放大器，每个放大器具有各自的输入端和各自的输出端，第一放大器和第二放大器适于放大来自射频输入信号和在各自的输入端接收的各自的输入信号和分别发送第一输出信号和第二输出信号；分别耦合到第一放大器的输出端和第二放大器的输出端的第一移相器和第二移相器；第三移相器和第四移相器；其中多赫蒂放大器还包括第一组合节点和第二组合节点，其中每个第三移相器被耦合在各自的第一移相器和第一组合节点之间；每个第四移相器被殴和在各自的第二移相器和第二组合节点之间，和每个主放大器和峰值放大器的第三移相器适于耦合到各自的第四移相器。本发明还披露了一种相关联的印刷电路板。

Description

宽带放大器
技术领域
本发明涉及宽带放大器及其这种放大器的制造方法。 
背景技术
多赫蒂(Doherty)放大器大规模的使用在用于移动通信的现代基站中。各种多赫蒂放大器可以适用于广播应用的宽带操作。图1示出了这种宽带多赫蒂放大器的结构。放大器包括信号分离器1，信号分离器1适于把输入信号分离成两个几乎相等的幅度分量。第一分量被输入到移相器2中并且所产生的相移的信号进一步被输入到主放大器3中。第二分量被输入到峰值放大器7中。典型地，相移是90度。在一般的操作中，主放大器3在AB类中操作和峰值放大器在C类中操作。输入信号的两个分量通过两个放大器放大并且在主放大器和峰值放大器的输出端获得各自的放大的信号。每个放大的信号通过移相器4，5和6相移并且所产生的信号在点K处被组合。移相器还被用作负载阻抗8的阻抗适配器，负载阻抗8被耦合到点K。 
另外，多赫蒂放大器可以包含耦合到移相器4，5和6的适应电路。适应电路可以是，例如，LC滤波器。 
每个主放大器和峰值放大器可以实现为功率放大器，典型地如用不同的材料和技术实现的单个晶体管，例如LDMOS，CMOS，GaN和GaAs。 
通常，多赫蒂放大器被设置在单面的或双面的印刷电路板(PCB)上。在放大器被设计用于比较高的频率信号，即在几百兆赫或以上的范围内时，移相器2，4，5，6可以实现为延迟线；也就是说，它们可以实现为在PCB的一个面上的简单的铜带条。然后整个系统可以被连接到功耗散热器或者散热片，用于消散晶体管产生的热量，从而防止它们过热。 
传统的宽带多赫蒂放大器的物理尺寸相对较大，这导致与发射机的机械设计相关的成本比较高。对于需要传递比较高的功率，即在数百瓦范围内的放大器，必须要用非常大的传输线。 
发明内容
根据实施例，提供一种多赫蒂放大器，适于接收射频输入信号和输出射频输出信号以及包括主放大器和峰值放大器，每个多赫蒂放大器包括： 
第一放大器和第二放大器，每个第一放大器和第二放大器具有各自的输入端和各自的输出端，第一放大器和第二放大器适于放大来自射频输入信号和在各自的输入端接收的各自的输入信号和分别发送第一输出信号和第二输出信号； 
第一移相器和第二移相器，第一移相器和第二移相器分别耦合到第一放大器的输出端和第二放大器的输出端； 
第三移相器；和 
第四移相器； 
其中 
多赫蒂放大器还包括第一组合节点和第二组合节点和，其中 
每个第三移相器被耦合在各自的第一移相器和第一组合节点之间； 
每个第四移相器被耦合在各自的第二移相器和第二组合节点之间； 
每个主放大器和峰值放大器的第三移相器适于电耦合到各自的第四移相器； 
输出射频信号，从第一组合节点获得的信号和第二组合节点获得的信号获得所述输出射频信号。 
这样，可以减少输入信号的部分谐波从而可以改善放大器的线性和/或带宽。 
根据实施例，第一放大器和第二放大器的每个包括差分晶体管对。本领域技术人员可以理解的是晶体管可以使用不同的工艺技术获得，这些工艺技术可以包括但不限于双极型，GaN，GaAs，LDMOS，等等。 
根据实施例，每个第三移相器和各自的第四移相器之间的各个电耦合适于减少存在于每个各自的第一输出信号和第二输出信号中的谐波分量。这些分量可以但不限于存在于第一输出信号和第二输出信号中的二次谐波。 
在实施例中，第一移相器，第二移相器，第三移相器和第四移相器 中的任何一个适于实现为带状线。对于具有工作频率在数百兆赫或以上的频率范围中的多赫蒂放大器，这可以导致相对小的多赫蒂放大器的面积。 
根据实施例： 
第一放大器的第一移相器的相移和第三移相器的相移之和实质上是90度； 
第一放大器的第二移相器的相移和第四移相器的相移之和实质上是90度； 
第二放大器的第一移相器的相移和第三移相器的相移之和实质上是180度；和 
第二放大器的第二移相器的相移和第四移相器的相移之和实质上是180度。 
这种特定的装置可以导致放大的输入信号的高次谐波被实质上减少以允许增加的线性并因此增加的带宽。 
在实施例中，多赫蒂放大器还包括： 
第一平衡-不平衡变换器； 
第一串串联耦合的传输线，第一串具有耦合到第一组合节点的第一端和耦合到平衡-不平衡变换器的第一端的第二端； 
第二串串联耦合的传输线，第二串具有耦合到第二组合节点的第三端和耦合到平衡-不平衡变换器的第二端的第四端； 
被耦合到负载阻抗的平衡-不平衡变换器的第三端； 
被耦合到接地端的平衡-不平衡变换器的第四端；和其中 
包括在第一串串联耦合的传输线中的每个传输线适于电耦合到包括在第二串串联耦合的传输线中的各自的每个传输线。 
在本应用中的术语平衡-不平衡变换器主要被解释为适于变换平衡信号到不平衡信号或单端信号和其相反方向的至少一种。通常它可以被认为像电变压器一样，可以调整单端或接地信号适应于差分或不接地信号。 
第一平衡-不平衡变换器可以用于使负载阻抗的阻抗适应于阻抗的第一和第二串的阻抗以改善发送到阻抗的功率。 
第一和第二串传输线适于保存信号的高次谐波的抑制和适于调整第一组合节点和第二组合节点之间的阻抗以适应于平衡-不平衡变换器的第一和第二端之间的阻抗。 
在实施例中，多赫蒂放大器还包括耦合到第一组合节点和第二组合节点的电容器。电容器可以用于补偿由移相器引入的任何增加的相移。 
在本发明的另一个实施例中，多赫蒂放大器还包括： 
第二平衡-不平衡变换器； 
第三平衡-不平衡变换器； 
每个平衡-不平衡变换器包括各自的输入端和第一和第二输出端， 
第二平衡-不平衡变换器的输入端适于接收输入信号，第三平衡-不平衡变换器的输入端适于接收输入信号的相移版本，第二平衡-不平衡变换器的第一和第二输出端耦合到第一放大器，和第三平衡-不平衡变换器的第一和第二输出端耦合到第二放大器。因此这些特定的平衡-不平衡变换器被用来将输入单端信号变换为差分信号从而放大器在某种程度上可以抑制部分的高次谐波。此外，可以增加放大器的动态范围。 
在实施例中，多赫蒂放大器还包括信号分离器，信号分离器包括分离器输入端子，第一分离器输出端子和第二分离器输出端子，第一分离器输出端子被耦合到第二平衡-不平衡变换器和第二分离器输出端子被耦合到第三平衡-不平衡变换器。 
在实施例中，第一分离器输出端子或第二分离器输出端子中的一个被耦合到相位补偿器，相位补偿器被进一步耦合到第二平衡-不平衡变换器输入端，或第三平衡-不平衡变换器输入端。 
这样，输入到第一和第二放大器的信号的幅度可以被设计为相似或几乎彼此相同。 
根据一个方面，提供一种印刷电路板，包括第一铜覆盖的表面，其中至少包括如上所述的多赫蒂放大器中的移相器的子设备和传输线的子设备在第一铜覆盖的表面中实现为带状线。因此，与传统的实施相比，放大器的占用面积可以被减少。 
在实施例中，印刷电路板还可以包括与第一铜覆盖的表面相对的第二铜覆盖的表面，其中： 
第一铜覆盖的表面适于容纳第一结构，第一结构包括第三移相器和第一串串联耦合的传输线，第一结构具有第一形状，第一方向和第一位置； 
第二铜覆盖的表面适于容纳第二结构，第二结构包括第四移相器和第二串串联耦合的传输线，第二结构具有第二形状，第二方向和第二位置；和 
其中第一结构是第二结构的镜像版本。 
典型地，双面的PCB由绝缘材料组成，绝缘材料的厚度小于1毫米和在每一侧或面上提供铜膜。通过将各自的延迟线和移相器，在每个表面上相应的位置背对背放置，就是说，彼此镜像，一个可以通过PCB的介电质使紧密耦合的延迟线分离。甚至，相对于单面配置，延迟线和移相器占据的整个面积可以大大较少。 
优选地，多赫蒂放大器被实现为设置在PCB上的功率模块。 
在实施例中，多赫蒂放大器被用于基站。 
根据另一个方面，提供一种多赫蒂放大器的制造方法，包括以下步骤： 
提供第一晶体管和第二晶体管，每个晶体管具有各自的栅极，漏极和源极，第一晶体管和第二晶体管适于放大输入信号和发送各自的第一输出信号和第二输出信号； 
提供分别耦合到第一晶体管漏极和第二晶体管漏极的第一移相器和第二移相器； 
提供耦合到第一移相器和第一组合节点的第三移相器； 
提供耦合到第二移相器和第二组合节点的第四移相器； 
第三移相器适于电耦合到第四移相器。 
该方法可以进一步包括以下步骤： 
提供第一平衡-不平衡变换器； 
提供第一串串联耦合的传输线，第一串具有耦合到第一组合节点的第一端和耦合到平衡-不平衡变换器的第一端的第二端； 
提供第二串串联耦合的传输线，具有耦合到第二组合节点的第三端和耦合到平衡-不平衡变换器的第二端的第四端； 
提供平衡-不平衡变换器的第三端，该第三端耦合到负载阻抗； 
提供平衡-不平衡变换器的第四端，该第四端耦合到接地端；其中 
包括在第一串串联耦合的传输线中的每个传输线适于电耦合到包括在第二串串联耦合的传输线中的各自的传输线。 
在实施例中，提供一种印刷电路板的制造方法，包括第一面和与第一面相对的第二面，印刷电路板适于容纳如上所述的多赫蒂放大器，该方法包括以下步骤： 
提供第一面，第一面适于容纳第一结构，第一结构包括第三移相器和第一串串联耦合的传输线，第一结构具有第一形状，第一方向和第一位置； 
提供第二面，第二面适于容纳第二结构，第二结构包括第四移相器和第二串串联耦合的传输线，第二结构具有第二形状，第二方向和第二位置； 
其中第一结构是第二结构的镜像版本。 
本发明由独立权利要求限定。 
在本文中，用于不同图中的相同的附图标记表示相同的设备或特征。 
附图说明
以上所述及其他优点从附图的示例性描述中是明显的，其中： 
图1示出了一种宽带多赫蒂放大器； 
图2示出了一种根据实施例的宽带多赫蒂放大器； 
图3示出了一种根据实施例的更详细的多赫蒂放大器；和 
图4示出了根据实施例的印刷电路板。 
具体实施方式
图2示出了一种根据实施例的多赫蒂放大器。多赫蒂放大器在分离器10中接收输入信号“输入”。分离器从输入信号中产生两个信号。分离器可以是简单的电气节点；在其他的实施例中，它可以但不限于，是平衡-不平衡变换器或变压器。本领域技术人员将理解的是平衡-不平衡 变换器将不平衡信号转换为两个平衡信号(或反之亦然)，在本文中，输入信号可以是不平衡信号，和两个分离信号是平衡信号。总的来说，分离器的任务是将输入信号分成两个信号，这两个信号可以具有相似的或者通常是几乎相等的幅度。这两个信号被输入到各自的另外的分离器12和13中。另外的分离器通常可以是平衡-不平衡变换器，也就是说，第二平衡-不平衡变换器12和第三平衡-不平衡变换器13。在实施例中可以提供相位补偿电路11，可以位于分离器10和第二平衡-不平衡变换器12之间或者分离器10和第三平衡-不平衡变换器13之间。在其他的实施例中，可以不需要这种相位补偿电路。平衡-不平衡变换器12，13用于将由分离器10产生的单端信号变换为不接地的信号，不接地的信号被输入到各自的第一放大器和第二放大器。第一放大器包括第一晶体管对T1，T2，每个晶体管具有源极端子，栅极端子和漏极端子。源极端子被连接在一起并进一步被连接到整个电路的接地端。第二平衡-不平衡变换器12的输出端被分别耦合到第一晶体管对T1，T2的各自的栅极。 
第二放大器包括第二晶体管对T1’，T2’，每个晶体管具有源极端子，栅极端子和漏极端子。源极端子被连接在一起并进一步被连接到整个电路的接地端。第二平衡-不平衡变换器13的输出端被分别耦合到第二晶体管对T1’，T2’的各自的栅极。 
第一晶体管对T1，T2的每个晶体管的漏极被各自耦合到第一移相器14和第二移相器15。本领域技术人员将理解的是移相器可以被实现为多种不同的形式，例如，但不作为限制，在印刷电路板上的带条，传输线和同轴电缆。第一移相器14的远离晶体管T1的末端被耦合到第三移相器16。移相器15的远离晶体管T2的末端被耦合到第四移相器17。 
移相器16和17的分别远离移相器14和15的末端被分别耦合到第一组合节点A和第二组合节点B。第三移相器16和第四移相器17紧密电耦合，就是说，它们的空间位置非常近，因此在它们的电信号之间存在干扰。 
类似地，第二晶体管对T1’，T2’的每一个晶体管的漏极耦合到第一移相器14’和第二移相器15’。本领域技术人员将理解的是移相器可以被实现为多种不同的形式，例如，但不作为限制，在印刷电路板上的带条， 传输线和同轴电缆。 
第一移相器14’的远离晶体管T1’的末端被耦合到第三移相器16’。第二移相器15’的远离晶体管T2’的末端被耦合到第四移相器17’。 
移相器16’和17’的分别远离移相器14’和15’的末端被耦合到第一组合节点A和第二组合节点B。第三移相器16’和第四移相器17’紧密电耦合，就是说，它们的空间位置非常近，因此在它们的电信号之间存在干扰。 
第一和第三移相器14和16被配置为，对于中心设计波长，由第一放大器的第一移相器14产生的相移和由第三移相器16产生的相移之和实质上是90度。第一放大器的第二移相器15的相移和第四移相器17的相移之和实质上是90度。在本文中，在实施例中的术语“实质上是90度”意味着通常是在中心频率处90°±20°。类似地，第二放大器的第一和第三移相器被配置为，对于中心设计波长，第二放大器的第一移相器14’的相移和第三移相器16’的相移之和实质上是180度。第二放大器的第二移相器15’的相移和第四移相器17’的相移之和实质上是180度。在本文中，在实施例中的术语“实质上是180度”意味着通常是在中心频率处180°±40°。在其它实施例中，它意味着180°±5°。 
将被理解的是，第三第四移相器16，17和16’，17’各自紧密电连接。把移相器分别放置在彼此靠近的位置将实现各自的紧密电连接。当多赫蒂放大器被设置在印刷电路板(PCB)上时，移相器可以实现为，但不限于，铜带条。PCB可以是单面的或者双面的，也就是说，它们具有一面由铜层覆盖或者它们具有两面由铜层覆盖。在图4中示出了双面PCB。它具有第一面110和相对的面210。电介质15位于这两面之间。电介质相对薄，也就是说小于1毫米。在一个面上可以形成第一铜带条100。在另一个面上，可以形成第二铜带条200。第二带条200是第一带条100的镜像版本，就是说，透过PCB看，这两条位于彼此的上方。这种配置可以考虑到两个铜带条100，200之间的紧密耦合。上述结构有时被称为宽边耦合器。这种耦合器可以允许只有所选择的信号谐波可以穿过它们传播。这可以包括但不限于奇模信号，就是说只有奇次谐波的信号。这意味着偶模信号被阻止。阻止偶次谐波或奇次谐波可以导致，特 别地，放大器带宽增加。特别感兴趣的可能是阻止偶模信号并且甚至更特别的阻止信号的二次谐波。 
回到图2，多赫蒂放大器还包括第一平衡-不平衡变换器24。它还包括串联耦合的传输线18，20，22的第一串，该串具有耦合到第一组合节点A的第一末端和耦合到平衡-不平衡变换器24的第一输入端的第二末端。放大器还包括串联耦合的传输线19，21，23的第二串，该第二串具有耦合到第二组合节点B的第三末端和耦合到平衡-不平衡变换器24的第二输入端的第四末端。平衡-不平衡变换器24的第三端被耦合到负载阻抗25。平衡-不平衡变换器24的第四端被耦合到接地端。包括在串联耦合的传输线18，20，22的第一串中的每个传输线适于电耦合到各自的包括在串联耦合的传输线19，21，23的第二串中的每个传输线。将被理解的是传输线可以位于如上所述的PCB相对的两个面上。然而，其他的结构也是可能的，包括但不限于将它们只放在PCB的一个面上或者使用例如同轴电缆实现它们。传输线串提供平衡-不平衡变换器24和第一组合节点A和第二组合节点B上的阻抗的阻抗适应，从而放大器可以实现提高的或者甚至最高功率的传输。可以看出如果考虑到浮动输出负载，那么它可以直接耦合到各自的组合节点A和B，或者平衡-不平衡变换器24的第三和第四端之间。 
小的修正电容器Cc1，Cc2可以连接在第一组合节点A和第二组合节点B之间用于修正寄生相移，寄生相移可以影响如上提到的相位关系。 
图3示出了一种根据实施例的更详细的多赫蒂放大器。在图3中，用于图1和图2的相同的附图标记表示相同的设备或特征。 
第二平衡-不平衡变换器12的输出端经由各自的第一另外的传输线20，21被分别耦合到第一晶体管对T1，T2的各自的栅极。第一另外的传输线被用于调整在第一晶体管对T1，T2中的每个晶体管的输入阻抗。 
第三平衡-不平衡变换器13的输出端经由各自的第二另外的传输线20’，21’被分别耦合到第二晶体管对T1’，T2’的各自的栅极。第二另外的传输线20’，21’被用于调整在第二晶体管对T1’，T2’中的每个晶体管的输入阻抗。 
第一和第二晶体管对的每个晶体管可以在它们各自的漏极和地之 间包含各自的寄生电容Cp1，Cp2，Cp3，Cp4。各自的适应滤波器可以耦合到各自的晶体管的漏极和各自的第一和第二移相器14，15，14’，15’。滤波器可以实现为LC滤波器L1，C1；L2，C2；L3，C3；L4，C4。 
在本文中，关系术语如第一和第二，项部和底部，等等可以单独使用以从一个实体或行为区别另一个实体或行为，而不必是或暗示在这些实体或行为之间实际的这种关系或顺序。值得注意的是本发明的保护范围不局限于在这里描述的实施例。本发明的保护范围也不受限于权利要求中的附图标记。术语”包括”并不排除权利要求中提到的部分以外的部分。元件前面的“一种”不排除那些元件的复数。形成本发明的单元可以以专用硬件的形式实现或者以编程的目标处理器的形式实现。本发明存在于各个新的特征或者特征的组合中。 

Claims (13)

1.一种多赫蒂放大器，适于接收射频输入信号和输出射频输出信号并且包括主放大器和峰值放大器，其特征在于，每一个包括：
第一放大器和第二放大器，每个第一放大器和每个第二放大器具有各自的输入端和各自的输出端，第一放大器和第二放大器适于放大来自射频输入信号并在各自的输入端接收的各自的输入信号和适于分别发送第一输出信号和第二输出信号；
第一移相器和第二移相器，第一移相器和第二移相器分别耦合到第一放大器的输出端和第二放大器的输出端；
第三移相器；和
第四移相器；
其中
多赫蒂放大器还包括第一组合节点和第二组合节点，以及其中
每个第三移相器被耦合在各自的第一移相器和第一组合节点之间；
每个第四移相器被耦合在各自的第二移相器和第二组合节点之间；和
每个主放大器和峰值放大器的第三移相器适于电耦合到各自的第四移相器；
输出射频信号是从在第一组合节点获得的信号和在第二组合节点获得的信号获得的。
2.根据权利要求1所述的多赫蒂放大器，其特征在于，第一放大器和第二放大器的每个包括差分晶体管对。
3.根据权利要求1或2所述的多赫蒂放大器，其特征在于，每个第三移相器和各自的第四移相器之间的电耦合各自适于减少存在于每个各自的第一输出信号和第二输出信号中的谐波分量。
4.根据前述任一权利要求所述的多赫蒂放大器，其特征在于，第一移相器，第二移相器，第三移相器和第四移相器中的任何一个适于实现为带状线。
5.根据前述任一权利要求所述的多赫蒂放大器，其特征在于，
第一放大器的第一移相器的相移和第三移相器的相移之和实质上是90度；
第一放大器的第二移相器的相移和第四移相器的相移之和实质上是90度；
第二放大器的第一移相器的相移和第三移相器的相移之和实质上是180度；和
第二放大器的第二移相器的相移和第四移相器的相移之和实质上是180度。
6.根据前述任一权利要求所述的多赫蒂放大器，其特征在于，还包括：
第一平衡-不平衡变换器；
第一串串联耦合的传输线，所述第一串串联耦合的传输线具有耦合到第一组合节点的第一端和耦合到第一平衡-不平衡变换器的第一端的第二端；
第二串串联耦合的传输线，所述第二串串联耦合的传输线具有耦合到第二组合节点的第三端和耦合到第一平衡-不平衡变换器的第二端的第四端；
第一平衡-不平衡变换器的第三端，所述第一平衡-不平衡变换器的第三端被耦合到负载阻抗；
第一平衡-不平衡变换器的第四端，所述平衡-不平衡变换器的第四端被耦合到接地端；和其中
包括在第一串串联耦合的传输线中的每个传输线适于电耦合到包括在第二串串联耦合的传输线中的相应的传输线。
7.根据前述任一权利要求所述的多赫蒂放大器，其特征在于，还包括耦合到第一组合节点和第二组合节点的电容器。
8.根据前述任一权利要求所述的多赫蒂放大器，其特征在于，还包括
第二平衡-不平衡变换器；
第三平衡-不平衡变换器；
第二和第三平衡-不平衡变换器的每个包括各自的输入端和第一和第二输出端，
第二平衡-不平衡变换器的输入端适于接收射频输入信号，第三平衡-不平衡变换器的输入端适于接收射频输入信号的相移版本，第二平衡-不平衡变换器的第一和第二输出端被耦合到包括在主放大器中的第一放大器和第二放大器的各自的输入端，和第三平衡-不平衡变换器的第一和第二输出端耦合到包括在峰值放大器中的第一放大器和第二放大器的各自的输入端。
9.根据权利要求8所述的多赫蒂放大器，其特征在于，还包括信号分离器，所述信号分离器包括分离器输入端，第一分离器输出端和第二分离器输出端，第一分离器输出端被耦合到第二平衡-不平衡变换器的输入端和第二分离器输出端被耦合到第三平衡-不平衡变换器的输入端。
10.根据权利要求9所述的多赫蒂放大器，其特征在于，第一分离器输出端或第二分离器输出端的一个被耦合到相位补偿器，相位补偿器被进一步耦合到第二平衡-不平衡变换器的输入端，或第三平衡-不平衡变换器的输入端。
11.一种印刷电路板，其特征在于，包括第一铜覆盖的表面，其中，至少一个包括在根据前述任一权利要求所述的多赫蒂放大器中的移相器的子集和传输线的子集在第一铜覆盖的表面中实现为带状线。
12.根据权利要求11所述的印刷电路板，其特征在于，还包括与第一铜覆盖的表面相对的第二铜覆盖的表面，其中：
第一铜覆盖的表面适于容纳第一结构，第一结构包括第三移相器和第一串串联耦合的传输线，第一结构具有第一形状，第一方向和第一位置；
第二铜覆盖的表面适于容纳第二结构，第二结构包括第四移相器和第二串串联耦合的传输线，第二结构具有第二形状，第二方向和第二位置；和
其中第一结构是第二结构的镜像版本。
13.一种功率模块，其特征在于，包括设置在根据权利要求11或12所述的印刷电路板上的多赫蒂放大器。
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