CN105556833A - 具有附加的延迟元件的多赫蒂放大器 - Google Patents

Abstract

一种放大器(2)包括两个放大器电路(16、17)以及功率分配器(15)。所述功率分配器(15)将待放大的信号拆分，并在额定频率下在产生的部分信号之间生成90°的相移。所述放大器电路(16、17)均放大所述部分信号中的一个部分信号或源自于所述部分信号中的一个部分信号的信号。所述放大器(2)还包括布置在功率分配器(15)与其中一个放大器电路(17)之间的第一延迟元件(30)。

Description

具有附加的延迟元件的多赫蒂放大器

技术领域

本发明涉及可以作为多赫蒂放大器操作、并且与多赫蒂放大器对比提供附加的延迟元件的放大器。

背景技术

在无线电广播技术中，近年来已经越来越多地使用根据多赫蒂原理的高频放大器，尤其是在具有非恒定包络和高波峰因子的调制方法的情况中，诸如DVB信号。通过与常规的放大器比较，该高频放大器的特征在于，效率显著提高、同时电路复杂性几乎不改变。

在该情况下，通常以AB模式操作的主晶体管，以小的输入信号作用于增大的负载电阻，使得该主晶体管甚至从相对低的电平(例如，低于1dB压缩点的6dB)达到饱和，因此以最大效率操作。高于由主晶体管中的饱和电平限定的电平阈值，第二辅助晶体管以C模式操作。通过其输出信号，其降低了主晶体管的负载电阻。通过全电平控制，主晶体管的负载电阻相应地减少电平阈值与1dB压缩点之间的比率，且主晶体管发出相应的较高的功率。在6dB示例中，获得了电阻减半且因此功率翻倍。

因此，根据该电平阈值，尽管饱和，主晶体管发出增大的输出功率，且在该情况下总是以最大的效率操作。这仅仅在辅助晶体管的工作阶段期间通过其功耗降低，但与常规的AB放大器相比，仍显著升高。利用信号峰中的放大器的全电平控制，两个晶体管均传送系统的输出功率的一半。

主晶体管的负载电阻的动态降低如下进行：两个晶体管对相同的负载电阻起作用，该相同的负载电阻对应于系统波阻的一半，通常为25欧姆。在该情况下，辅助晶体管和主晶体管经由阻抗逆变器直接连接到负载。在低电平下，辅助晶体管不操作。其输出是高欧姆的，且因此不提供干扰。通过匹配网络和线调谐晶体管电容。主晶体管对被阻抗逆变器放大的负载起作用。在具有6dB阈值的示例中，因此这是100欧姆。出于该目的，阻抗逆变器具有50欧姆的波阻。根据电平阈值，辅助晶体管的电流将主晶体管的电流叠加在负载电阻上。理想上，这发生自开路，因此其开始传送输出功率的增大部分。

尺寸定为工作波长的四分之一的线通常被用作阻抗逆变器。这在主晶体管的支路中被再次补偿，例如，还通过布置在功率分配器后面的λ/4线或通过90°功率分配器补偿。

为了确保来自输出匹配网络后面的主晶体管和辅助晶体管的阻抗在工作频率下是实数且高欧姆的，常规上提供两个偏置线。以此方式，可以对输出匹配网络自由地定尺寸。相反，在主晶体管的情况下的偏置线还确保，从主晶体管的角度看，在阻抗逆变器的输入端的电阻的动态变化，在6dB示例中，在工作频率下，按实质计算，转化为到漏极的100欧姆到50欧姆。

因此，例如，文献WO2012/150126A1示出了常规的多赫蒂放大器。尽管多赫蒂放大器已经实现了比常规的宽频带放大器好的效率，但其效率也不是最佳的。

发明内容

本发明基于提供具有很高的效率的放大器的目的。

根据本发明，该目的通过具有独立权利要求1的特征的放大器实现。有利的另外的发展形成与该独立权利要求1回溯地相关的从属权利要求的主题。

因此，根据本发明的放大器包括两个放大器电路以及功率分配器。在该情况下，所述功率分配器将待放大的信号拆分，并在给定的额定频率下在产生的部分信号之间生成大约90°的相移、优选地精确地90°的相移。在该情况下，所述放大器电路均放大所述部分信号中的一个部分信号或相应地源自于所述部分信号中的一个部分信号的信号。根据本发明的所述放大器还包括布置在所述功率分配器与所述放大器电路中的一个放大器电路之间的第一延迟元件。所述延迟元件确保待放大的两个信号之间的另外的第二相移。以此方式，实现该放大器的提高的效率以及因此增大的有用的带宽。

优选地，所述第二相移为5°到50°。特别优选地，所述第二相移为20°到30°。因此，获得作为所述第一相移和所述第二相移之和的、优选地为95°到140°、特别优选地为110°到120°的所述部分信号的总相移。以此方式可以实现最佳效率。

优选地，所述放大器还包括混合耦合器电路，以将所述放大器电路的产生的信号组合以形成组合的输出信号。而且，所述混合耦合器电路用于补偿所述第一相移90°。以此方式，获得与已经仅仅被放大但几乎不失真的输入信号对应的输出信号。

优选地，在该情况下，所述第一延迟元件连接在所述功率分配器与第一放大器电路之间。在该情况下，所述第一延迟元件是接地的电感器。可替选地，所述第一延迟元件连接在所述功率分配器与第二放大器电路之间。在该情况下，所述延迟元件可以是串联连接的延迟线或者接地的电容器。在两种情况下，在待放大的信号之间实现第二相移。可以经由电感器的尺寸、电容、或延迟线的长度调节所需的相移。

优选地，所述放大器还包括第一开关，所述第一开关可以仅选择性地桥接所述第一延迟元件并且由此从该电路中功能性地移除，或者可替选地在所述第一延迟元件与第二延迟元件之间切换。在该情况下，还可以组合这两种选项。即，该开关可以被实施成在第一延迟元件、第二延迟元件和桥接器之间切换。以此方式提供放大器的非常灵活的使用。

在本申请的范围内，例如包括PIN二极管或晶体管的任一任意的开关元件或者例如也作为继电器的任一任意的开关元件可以被理解为开关。

优选地，所述放大器被实施成至少有时作为多赫蒂放大器操作。在该情况下，所述第一放大器电路被实施成作为主放大器操作，同时所述第二放大器电路作为辅助放大器操作。因此，所述第一开关将所述第一延迟元件或可选地所述第二延迟元件连接在所述功率分配器与相应的放大器电路之间。通过两个不同的延迟元件，可以调节放大器的不同的相移以及因此不同的频率范围。而且，通过作为多赫蒂放大器的操作可以实现高效率。

优选地，所述放大器包括第二开关和第三延迟元件。在该情况下，所述第三延迟元件连接在所述功率分配器与没有连接至所述第一延迟元件的所述放大器电路之间。因此，所述第三延迟元件用于使待由所述放大器电路放大的所述信号中的一个信号具有另外的第三相移。在该情况下，所述第二开关可以用于选择性地桥接所述第三延迟元件或者可以在所述第三延迟元件与可选的第四延迟元件之间切换。而且在此，两个选项可以相互组合。即，在此，可设想第二开关，该第二开关可以在第三延迟元件、第四延迟元件和桥接器之间切换。以此方式，可以实现放大器的操作的特别好的灵活性。

优选地，所述放大器被实施成至少有时作为反相的多赫蒂放大器操作。在该情况下，所述第一放大器电路被配置为辅助放大器，且所述第二放大器电路被配置为主放大器。因此，所述第一开关被实施成桥接所述第一延迟元件和所述第二延迟元件。则所述第二开关被实施成将所述第三延迟元件或所述第四延迟元件在所述功率分配器与相应的所述放大器电路之间切换。通过反相的多赫蒂操作，放大器的有用带宽的进一步增加是可以的，这是由于通过反相配置实现了不同的频率范围。

而且，所述放大器优选地被实施成至少有时作为宽频带放大器操作。在该情况下，所述开关被实施成桥接所述延迟元件。因此，两个放大器电路在相同的工作点操作。在该情况下，不发生多赫蒂操作。因此提供了降低的效率。然而，同时实现了明显较大的有用带宽。

附图说明

在下文中，参照附图仅以示例方式描述了本发明，在附图中，以简化的方式示出本发明的示例性实施方式。附图示出：

图1以电路框图示出了根据本发明的放大器的第一示例性实施方式；

图2以电路框图示出了根据本发明的放大器的第二示例性实施方式；

图3以电路框图示出了根据本发明的放大器的第三示例性实施方式；

图4以电路框图示出了根据本发明的放大器的第四示例性实施方式；

图5以电路框图示出了根据本发明的放大器的第五示例性实施方式；

图6以电路框图示出了根据本发明的放大器的第六示例性实施方式；

图7以电路框图示出了根据本发明的放大器的第七示例性实施方式；

图8是具有常规的放大器和根据本发明的放大器的测量结果的第一图；

图9是具有常规的放大器和根据本发明的放大器的测量结果的第二图；以及

图10是具有常规的放大器和根据本发明的放大器的测量结果的第三图。

具体实施方式

首先，参照图1到图7，描述了根据本发明的放大器的各个示例性实施方式的结构和功能。之后，参照图8到图10描述了根据本发明的放大器的优势。在一些情况下，类似附图中的相同元件的示出和描述不作重复。

图1示出了根据本发明的放大器1的第一示例性实施方式。功率分配器15包括两个输入端子10、11。可以在第一输入端子10馈入输入信号。第二输入端子11经由端子电阻器19端接于接地端子20。而且，第一放大器电路16和第二放大器电路17连接至功率分配器15。第一放大器电路16和第二放大器电路17根据多赫蒂原理形成主放大器和辅助放大器。这些放大器电路16、17的输出端连接至混合耦合器电路18。在该情况下，混合耦合器电路18提供绝缘端子12和输出端子13。在此，绝缘端子12经由端子电阻器21端接于接地端子22。可以在输出端子13处获得放大器1的输出信号。

在该情况下，功率分配器15已包括根据多赫蒂原理所需的λ/4线以延迟主放大器中的信号。混合耦合器电路18在此已包括根据多赫蒂原理的功能所需的λ/4线，该λ/4线将放大器电路16的信号延迟。需要该附加延迟，以补偿辅助放大器的信号的λ/4延迟。

与常规的多赫蒂放大器相比，这里示出的放大器1另外地提供第一延迟元件30，该第一延迟元件30串联连接在功率分配器15和第二放大器电路17之间。

待放大的信号被提供到功率分配器15的输入端子10。功率分配器15拆分该信号并将一个信号部分直接提供到第一放大器电路16。第二信号部分被提供到延迟元件30、被延迟且接着被提供到第二放大器电路17。放大器电路16、放大器电路17根据多赫蒂原理放大信号。放大的信号通过混合耦合器电路18组合在该混合耦合器电路的输出端子13。通过混合耦合器电路18的绝缘端子12的配置，以给定的频率实现混合耦合器电路18的最佳端接。

图2示出了根据本发明的放大器2的第二示例性实施方式。与图1对比，来自图1的一般的延迟元件30在此被延迟元件40的具体的电路示例替代。该延迟元件40包括连接至接地端子42的电容器41。

图3示出了根据本发明的放大器3的第三示例性实施方式。来自图1的一般的延迟元件30在此被延迟线50替代，该延迟线50串联连接在功率分配器15和第二放大器电路17之间。

图4示出了根据本发明的放大器4的第四示例性实施方式。在此，来自图1的一般的延迟元件30被延迟元件60的具体电路示例替代。然而，该延迟元件60没有布置在功率分配器15和第二放大器电路17之间，而是布置在功率分配器15和第一放大器电路16之间。在该情况下，延迟元件60包括连接至接地端子62的电感器61。在其功能方面，延迟元件30、延迟元件40、延迟元件50、延迟元件60是相同的。这些延迟元件30、40、50、60都引起待放大的信号的相移。在每一情况下，第二放大器电路17中的信号的延迟通过与第一放大器电路16中的信号比较而获得。

优选地，该延迟是5°到50°，特别优选地是20°到30°。实证调查已经示出，利用这些延迟值，可以在宽的频率范围中实现最佳的效率水平。

图5示出了根据本发明的放大器5的第五示例性实施方式。也在此，现在在功率分配器15与第二放大器电路17之间设置延迟元件70和延迟元件71。在该情况下，可以通过开关75在这两个延迟元件70、71之间切换。在该情况下，延迟元件70包括连接至接地端子72的第一电容器71。在该情况下，延迟元件71包括连接至接地端子74的第二电容器73。通过开关75，可以将延迟元件70、延迟元件71中的仅仅一者同时连接至功率分配器15和第二放大器电路17。可替选地，开关75被实施成在其中间位置，其不连接两个延迟元件70、71中的任一者。

因此，两个延迟元件70、71通过不同尺寸的电容器71、73而被设计用于放大器的不同频率范围。即，通过开关75，可以在放大器5的两个不同频率范围之间切换。在中间位置，延迟元件70、延迟元件71均未被连接，因此，与功率分配器15实现的90°延迟相比，不存在另外的延迟。在该位置，放大器5可以用作宽频带放大器。在该情况下，两个放大器电路16、17在相同的工作范围内操作。通过与作为具有附加的延迟元件70、延迟元件71的多赫蒂放大器的操作相比，以有所降低的效率获得非常宽的有用的频率范围。

图6示出了根据本发明的放大器6的第六示例性实施方式。现在，放大器6包括连接在功率分配器15与第二放大器电路17之间的第一延迟元件80。而且，放大器6包括连接在功率分配器15与第一放大器电路16之间的第二延迟元件81。在该情况下，两个延迟元件80、81分别包括开关84、开关87以及在每种情况下的电容器82、电容器85，电容器82、电容器85分别连接至接地端子83、接地端子86。在该情况下，延迟元件80、延迟元件81被实施成使得，总是以下情况：电容器82、电容器85中的仅一者通过开关84、开关87连接至功率分配器15以及放大器电路16、放大器电路17中的一个放大器电路。在该情况下，相应地另一开关84、开关87总是断开。因此，这里所示出的放大器6可以在两个开关84、87断开的宽频带模式、开关84闭合且开关87断开的作为多赫蒂放大器的操作模式、以及开关84断开且开关87闭合的反相的多赫蒂放大器之间切换。

此处作为反相的多赫蒂放大器的操作具有以下另外的优势，即以此方式可以获得另外的频率范围。因此，关于反相的多赫蒂放大器，第二放大器电路17现在用作主放大器，而第一放大器电路16用作辅助放大器，由此获得不同的频率范围。由于放大器6可以在宽频带放大器、多赫蒂放大器以及反相的多赫蒂放大器之间切换，因此可以在宽的频率范围中实现高效率。至少通过宽频带操作模式，可以跨非常宽的频率范围确保操作。

图7示出根据本发明的放大器7的第七示例性实施方式。这里仅示出了放大器7的细节。具体地，在此仅以详细的电路图示出延迟元件90。这里示出的延迟元件90相应地在其功能上对应于来自图6的延迟元件80。

延迟元件90包括PIN二极管91，该PIN二极管91的第一端子连接至功率分配器15和第二放大器电路17。PIN二极管91的第二端子连接至电容器118的第一端子。电容器118的第二端子连接至接地端子92。PIN二极管91的第二端子还连接至电感器93。电感器93还通过电容器94连接至接地端子95。

而且，电感器93和电容器94通过电阻器96连接至电阻器99和电容器97。电容器97的另一端子连接至接地端子98。

电阻器99的另一端子连接至电容器100和晶体管102的集电极。电容器100的另一端子连接至接地端子101。晶体管102的发射极端子连接至电阻器104和供电电压端子103。晶体管102的基极连接至电阻器104的另一端子、电容器105的第一端子以及电阻器107的第一端子。

电容器105的第二端子连接至接地端子106。电阻器107的第二端子连接至另一晶体管108的集电极。晶体管108的发射极连接至接地端子109。晶体管108的基极连接至电阻器110的第一端子、电容器112的第一端子和电阻器114的第一端子。电阻器110的第二端子连接至接地端子111。电容器112的第二端子连接至接地端子113。电阻器114的第二端子连接至电容器115的第一端子以及控制信号端子117。电容器115的第二端子连接至接地端子116。

通过控制PIN二极管91处、经由电感器93供应至该PIN二极管的电压，PIN二极管91可以切换到导通状态或非导通状态。因此，PIN二极管91充当开关，该开关在PIN二极管91的导通状态下将连接至接地端子92的电容器118连接至功率分配器15和第二放大器电路17、并且在PIN二极管91的非导通状态下将电容器118与功率分配器15和第二放大器电路17分开。

在该情况下，延迟元件90的其它部件仅用于提供用于PIN二极管91的控制电压。控制由PIN二极管91形成的开关的控制信号经由控制信号端子117而提供。在该情况下，控制信号通过电阻器114，并且通过由电阻器110和电阻器114形成的电压分配器而拆分。拆分的电压然后被供应至晶体管108的基极，并控制晶体管108。分别接地的电容器112和电容器115在该情况下用作耦合电容器。

经由供电电压端子103供应恒定的供电电压。这经由电阻器104和电阻器107拆分，该电阻器104和电阻器107在晶体管108的导通状态下充当电压分配器。在该情况下，电压配置在晶体管102的基极，使得晶体管102也切换到导通状态。然而，如果晶体管108未导通，则满供电电压经由电阻器104配置在晶体管102的基极。在该情况下，晶体管102是非导通的。如果晶体管102是导通的，则供电电压自供电电压端子103、经由电阻器99和电阻器96以及电感器93供应到PIN二极管91并使PIN二极管91置于导通状态。然而，如果晶体管102是非导通的，则供电电压103不能够通过晶体管102且因此无法到达PIN二极管91，则PIN二极管91保持在非导通状态。在该情况下，电容器94、电容器97、电容器100和电容器105也充当耦合电容器。

图8示出了根据本发明的放大器的示例性实施方式相对于频率的效率特性130。另外地，示出了常规的多赫蒂放大器的效率特性131，以进行比较。

图9示出了根据本发明的放大器的示例性实施方式相对于频率的工作电压特性140。还示出常规的多赫蒂放大器的工作电压特性141，以进行比较。

而且，图10示出了根据本发明的放大器的示例性实施方式的峰值功率特性150、以及常规的多赫蒂放大器的峰值功率特性151，以进行比较。

本发明不限于所示出的示例性实施方式。如已提及的，可以使用不同形式的延迟元件。尽管在此仅示出可换向的电容器作为可切换的延迟元件，但还可以将延迟线以及电感器设计成可切换的。在几个多赫蒂放大器的并联电路或多赫蒂放大器内的几个放大器电路的并联电路的情况下，本发明也是可行的。有利地，在附图中所描述的全部特征或所示出的全部特征可以在本发明的范围内彼此任意组合。

Claims (11)

1.一种放大器，包括两个放大器电路(16、17)以及功率分配器(15)，其中，所述功率分配器(15)被实施成将待放大的信号拆分，并以给定的额定频率在两个产生的部分信号之间生成大约90°的第一相移；

其中，在每一情况下，所述放大器电路(16、17)被实施成放大源自于所述部分信号中的一个部分信号的信号；

其特征在于，

所述放大器(1-7)包括连接在所述功率分配器(15)与所述放大器电路(16、17)中的一个放大器电路之间的至少一个第一延迟元件(30、40、50、60、70、71、80、81、90)，

其中，所述第一延迟元件(30、40、50、60、70、71、80、81、90)被实施成使待由所述放大器电路(16、17)放大的所述信号中的一个信号具有另外的第二相移。

2.根据权利要求1所述的放大器，其特征在于，

所述第二相移优选地为5°到50°、特别优选地为20°到30°，且相应地，作为所述第一相移和所述第二相移之和的、所述部分信号的总相移优选地为95°到140°、特别优选地为110°到120°。

3.根据权利要求1或2所述的放大器，其特征在于，

所述放大器(1、2、3、4、5、6、7)还包括耦合器电路、尤其是混合耦合器电路(18)，所述耦合器电路被实施成将所述放大器电路(16、17)的产生的信号组合以形成输出信号并补偿所述部分信号之间的所述第一相移。

4.根据权利要求1到3中任一项所述的放大器，其特征在于，

所述第一延迟元件(60)连接在所述功率分配器(15)与第一放大器电路(16)之间，以及

所述第一延迟元件(60)是接地的电感器(61)。

5.根据权利要求1到3中任一项所述的放大器，其特征在于，

所述第一延迟元件(50)连接在所述功率分配器(15)与第二放大器电路(17)之间，以及

所述第一延迟元件(50)是串联连接的延迟线(50)。

6.根据权利要求1到3中任一项所述的放大器，其特征在于，

所述第一延迟元件(40、80、90)连接在所述功率分配器(15)与第二放大器电路(17)之间，以及

所述第一延迟元件(40、80、90)是接地的电容器(41、82、118)。

7.根据权利要求1到6中任一项所述的放大器，其特征在于，

所述放大器包括第一开关元件(75、84、91)，

所述第一开关元件(75、84、91)被实施成：

-选择性地桥接所述第一延迟元件(80、118)并且以此方式选择性地将所述第二相移设定成等于零，和/或

-选择性地在所述第一延迟元件(70)与第二延迟元件(71)之间切换，

其中，所述第二延迟元件(71)被实施成生成替选的第二相移。

8.根据权利要求7所述的放大器，其特征在于，

所述放大器(5、6、7)被实施成至少有时作为多赫蒂放大器操作，

其中，所述第一放大器电路(16)被实施成作为主放大器操作，以及所述第二放大器电路(17)被实施成作为辅助放大器操作，

其中，所述第一开关元件(75、84、118)被实施成将所述第一延迟元件(16)或所述第二延迟元件(17)连接在所述功率分配器(15)与相应的所述放大器电路(16、17)之间。

9.根据权利要求7或8中任一项所述的放大器，其特征在于，

所述放大器(6)包括第二开关元件(87)和第三延迟元件(81)，

所述第三延迟元件(81)连接在所述功率分配器(15)与没有连接至所述第一延迟元件(80)的所述放大器电路(16)之间，

所述第三延迟元件(81)被实施成使待由所述放大器电路(16、17)放大的所述信号中的一个信号具有另外的第三相移，

所述第二开关元件(85)被实施成选择性地桥接所述第三延迟元件(81)且以此方式选择性地将所述第三相移设定成等于零，和/或选择性地在所述第三延迟元件(81)与第四延迟元件之间切换，其中，所述第四延迟元件被实施成生成替选的第三相移。

10.根据权利要求9中任一项所述的放大器，其特征在于，

所述放大器(6)被实施成至少有时作为反相的多赫蒂放大器操作，

其中，所述第一放大器电路(16)被实施成作为辅助放大器操作，且所述第二放大器电路(17)被实施成作为主放大器操作，

其中，所述第一开关元件(84)被实施成桥接所述第一延迟元件(80)和/或所述第二延迟元件，以及

其中，所述第二开关元件(85)被实施成将所述第三延迟元件和/或所述第四延迟元件连接在所述功率分配器(15)与相应的所述放大器电路(16)之间。

11.根据权利要求7到10中任一项所述的放大器，其特征在于，

所述放大器(5、6、7)被实施成至少有时作为宽频带放大器操作，

其中，所述开关元件(75、84、85、91)被实施成桥接所述延迟元件(70、71、80、81、90)。