CN107404289A - 功率放大模块 - Google Patents

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Abstract

本发明的功率放大模块使高次谐波分量衰减，并且抑制基波分量的损耗。功率放大模块包括：放大器，其放大输入信号并输出放大信号；匹配电路，其设置在放大器的输出端子与后级的电路之间；扼流电感器，其一端被施加电源电压，从另一端通过放大器的输出端子将电源提供给放大器；以及第一衰减电路，其设置在放大器的输出端子与扼流电感器的另一端之间，并对放大信号的高次谐波分量进行衰减。

Description

功率放大模块
技术领域
本发明涉及功率放大模块。
背景技术
在使用移动电话的通信网的移动终端上，使用功率放大模块来对发送给基站的无线电频率(RF:Radio Frequency)信号的功率进行放大。在功率放大模块中，为了使从放大器输出的放大信号的高次谐波分量(具有放大信号的基频的整数倍频率的信号)衰减，使用谐振电路。例如，在专利文献1中，公开了在放大器的输出端子与高次谐波放大电路的输出端子之间设置高次谐波终端电路(谐振电路)的结构。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开平10－145147号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
然而，为了使放大器与其后级的电路之间的阻抗匹配，一般在放大器的输出端子与功率放大模块的输出端子之间设置匹配电路。在上述的结构中，若在匹配电路内设置如专利文献1中所公开的高次谐波终端电路，则由于高次谐波终端电路的频率特性的影响，有时会导致匹配电路中的信号损耗增大。
本发明是鉴于上述的情况而完成的，其目的是在功率放大模块中使高次谐波分量衰减，并且抑制基波分量的损耗。
解决技术问题的技术方案
本发明的一个方面所涉及的功率放大模块包括：放大器，其放大输入信号并输出放大信号；匹配电路，其设置在放大器的输出端子与后级的电路之间；扼流电感器，其一端被施加电源电压，从另一端通过放大器的输出端子将电源提供给放大器；以及第一衰减电路，其设置在放大器的输出端子与扼流电感器的另一端之间，并对放大信号的高次谐波分量进行衰减。
发明效果
根据本发明，能够在功率放大模块中使高次谐波分量衰减，并且抑制基波分量的损耗。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式的功率放大模块100的结构的图。
图2是表示第1比较例200的结构的图。
图3是表示功率放大模块100的匹配电路120的阻抗轨迹的图。
图4A是表示功率放大模块100中的信号损耗的模拟结果的图。
图4B是表示对图4A所示的模拟结果的载波频带进行放大的图。
图5是表示第2比较例500的结构的图。
图6A是表示第2比较例500的信号损耗的模拟结果的图。
图6B是表示对图6A所示的模拟结果的载波频带进行放大的图。
图7是表示第3比较例700的结构的图。
图8A是表示第3比较例700的信号损耗的模拟结果的图。
图8B是表示对图8A所示的模拟结果的载波频带进行放大的图。
图9是表示第4比较例900的结构的图。
图10A是表示第4比较例900的信号损耗的模拟结果的图。
图10B是表示对图10A所示的模拟结果的载波频带进行放大的图。
图11是表示第5比较例1100的结构的图。
图12是表示衰减电路130及高次谐波终端电路1120的阻抗轨迹的图。
具体实施方式
以下，参照附图对于本发明的一个实施方式进行说明。图1是表示本发明的一个实施方式的功率放大模块100的结构的图。功率放大模块100是将无线电频率(RF：RadioFrequency)信号(RFin)放大，并输出放大信号(RFout2)的模块。功率放大模块100例如包括：HBT(异质结双极晶体管)芯片110、匹配电路120、扼流电感器Lv、电容器Cv、以及衰减电路130。另外，功率放大模块100不限于图1所示的结构，还可以具备其他结构。
HBT芯片110(第一芯片)是包含HBT的元件被集成化后得到的芯片。以下，有时会将HBT简单地记载为晶体管。HBT110具备晶体管TR及高次谐波终端电路140。
晶体管TR(放大器)中，发射极接地，集电极(输出端子)连接至端子T1，RF信号RFin输入至基极。而且，晶体管TR从集电极输出将RF信号RFin(输入信号)放大后得到的放大信号RFout1。高次谐波终端电路140(第三衰减电路)使包含在放大信号RFout1中的高次谐波分量(例如二次谐波)衰减。高次谐波终端电路140例如具备串联连接的电容器Ct及电感器Lt。如图1所示，高次谐波终端电路140的一端连接至晶体管TR的集电极，另一端接地。
另外，HBT芯片110不限于图1所示的结构，还可以具备其他结构。例如，HBT芯片110也可以具备多级放大器。此外，HBT芯片110还可以具备将偏置电流或者偏置电压提供给晶体管的偏置电路。此外，高次谐波终端电路140所衰减的高次谐波分量不限于二次谐波，也可以是三次以上的高次谐波分量。此外，HBT芯片110也可以不具备高次谐波终端电路140。但是，作为包含在放大信号RFout1中的高次谐波分量，尤其是二次谐波的能量较高。因此，在靠近晶体管TR的集电极(输出端子)的位置，通过高次谐波终端电路140能有效地使二次谐波衰减。此外，本实施方式中，将构成放大器的晶体管设为HBT，但晶体管不限于双极型晶体管，也可以是场效应晶体管(FET)。
匹配电路120设置在晶体管TR与后级的电路(例如开关电路)之间，对晶体管TR的输出阻抗与后级的电路的输入阻抗进行匹配。匹配电路120具备衰减电路150及高通滤波器(HPF)160。从HBT芯片110输出的放大信号RFout1通过匹配电路120作为放大信号RFout2输出。
衰减电路150(第二衰减电路)使包含在放大信号RFout1中的高次谐波分量(例如二次谐波)衰减。衰减电路150例如具备电感器L2(第二电感器)以及电容器C2(第二电容器)。电感器L2的一端连接至HBT芯片110的端子T1。电容器C2的一端连接至电感器L2的另一端，电容器C2的另一端接地。此外，衰减电路150所衰减的高次谐波分量不限于二次谐波，也可以是三次以上的高次谐波分量。
HPF160使包含在放大信号RFout1中的低于规定的截止频率的频率分量衰减。截止频率例如低于放大信号RFout1的三次谐波的频率。HPF160例如具备电容器C3(第三电容器)以及电感器L3(第三电感器)。电容器C3的一端连接至电感器L2的另一端。电感器L3的一端连接至电容器C3的另一端，电容器L3的另一端接地。从电容器C3的另一端输出放大信号RFout2。电容器C3还起到去除放大信号RFout1的直流(DC)分量的DC截止电容器的作用。
扼流电感器Lv的一端被施加电源电压Vcc，另一端通过晶体管TR的集电极将电源提供给晶体管TR。电容器Cv的一端连接至电感器Lv的一端，电容器Cv的另一端接地。
衰减电路130(第一衰减电路)使包含在放大信号RFout1中的高次谐波分量(例如三次谐波)衰减。衰减电路130设置在电感器Lv的另一端与晶体管TR的集电极之间。衰减电路130例如具备电感器L1(第一电感器)以及电容器C1(第一电容器)。电感器L1的一端通过端子T1与晶体管TR的集电极连接，电感器L1的另一端与扼流电感器Lv的另一端连接。电容器C1的一端连接至电感器L1的另一端，电容器C1的另一端接地。此处，扼流电感器Lv的电感与电感器L1的电感相比非常大。因此，从电感器L1的另一端观察到的扼流电感器Lv的输入阻抗在特定的频率区域中能视作是开路状态。由此，电感器L1及电容器C1构成用于使包含在放大信号RFout1中的高次谐波分量(例如三次谐波)衰减的串联谐振电路。此外，衰减电路130所衰减的高次谐波分量不限于三次谐波，可以是二次谐波，也可以是四次以上的高次谐波分量。
功率放大模块100具备使高次谐波(例如三次谐波)衰减的衰减电路130。由此，在功率放大模块100中，能够使放大信号RFout1的高次谐波分量衰减。此外，在功率放大模块100中，衰减电路130设置在HBT芯片110的端子T1与扼流电感器Lv之间，而不是在匹配电路120内。由此，功率放大模块100中，与将使高次谐波分量(例如，三次谐波)衰减的高次谐波终端电路设置在匹配电路120内的情况相比，能够抑制基波分量的损耗。
图2是表示用于与功率放大模块100进行比较的第1比较例200的结构的图。在与功率放大模块100相同的结构上，标注相同的标号并省略说明。第1比较例200不具备功率放大模块100的衰减电路130。第1比较例200具备匹配电路210来代替功率放大模块100的匹配电路120。匹配电路210具备衰减电路220来代替功率放大模块100的匹配电路120中的HPF160。匹配电路210具备电容器C5。
衰减电路220使包含在放大信号RFout1中的高次谐波分量(例如三次谐波)衰减。衰减电路220例如具备电感器L4以及电容器C3。电感器L4的一端连接至电感器L2的另一端，电感器L4的另一端连接至电容器C5的一端。电容器C3的一端连接至电感器L4的一端，电容器C3的另一端接地。从电容器C5的另一端输出被去除了直流(DC)分量的放大信号RFout2。
图2所示的第1比较例200中，通过在匹配电路210内设置衰减电路220来代替功率放大模块100的衰减电路130，从而能够使包含在放大信号RFout1中的高次谐波分量(例如三次谐波)衰减。然而，与第1比较例200的结构相比，通过采用功率放大模块100的结构，能够使功率放大模块100与更宽的频带对应。对于这点进行说明。
衰减电路150、220是具备与信号路径串联连接的电感器、以及与信号路径并联连接的电容器的低通滤波器(LPF)型电路。另一方面，HPF160是具备与信号路径串联连接的电容器、以及与信号路径并联连接的电感器的HPF型电路。
图3是表示功率放大模块100的匹配电路120的斯密斯图中的阻抗轨迹的图。在图3中，示出从斯密斯图的中心(50Ω)起，由电感器L3、电容器C3、电容器C2、电感器L2产生的阻抗的轨迹(低频侧及高频侧)。如图3所示，在HPF型的HPF160(电容器C3及电感器L3)中，连接有电容器C3及电感器L3，从而低频侧的阻抗的变动(变化)大于高频侧的阻抗。另一方面，在LPF型的衰减电路150(电感器L2及电容器C2)中，连接有电感器L2及电容器C2，从而高频侧的阻抗的变动(变化)大于低频侧的阻抗。由此，在匹配电路120中，通过对高频侧的变动(变化)较大的电路(衰减电路150)与低频侧的变动(变化)较大的HPF型电路(HPF160)进行组合，从而HPF侧的阻抗变化与LPF侧的阻抗变化相反，因此能使阻抗的变动抵消。因而，能将低频侧的阻抗与高频侧的阻抗汇集于特定的阻抗。与此相对，在第1比较例200的匹配电路210中，衰减电路150、220都是LPF型，因此高频侧的阻抗变化较大，因此若与功率放大模块100的匹配电路120相比，则低频侧的阻抗与高频侧的阻抗都具有频率特性，不能汇集于特定的阻抗。因而，通过利用LPF型的电路(衰减电路150)及HPF型的电路(HPF160)来构成匹配电路120，从而能使功率放大模块100在更宽的频带中实现阻抗匹配。
图4A是表示功率放大模块100中的信号损耗的模拟结果的图。在图4A中，横轴是RF信号RFin的频率(GHz)，纵轴是功率放大模块100中的信号损耗(dB)。另外，本模拟中，将载波频带(载波的基频的频带)设为2.3～2.7GHz。在图4A中，为了进行比较，还示出了从功率放大模块100去除了衰减电路130后的结构的信号损耗。如图4A所示，可知功率放大模块100中，通过具备衰减电路130，从而不仅二次谐波被衰减，三次谐波也被衰减。
图4B是对图4A所示的模拟结果的载波频带(2.3～2.7GHz)进行放大的图。如图4B所示，可知功率放大模块100中，与不具备衰减电路130的结构相比，载波频带的信号损耗基本相同。
根据图4A及图4B所示的模拟结果还可知，功率放大模块100中，不仅能使高次谐波分量衰减，并且能抑制基波分量的损耗。
图5是表示用于与功率放大模块100进行比较的第2比较例500的结构的图。另外，在与功率放大模块100相同的结构上，标注相同的标号并省略说明。第2比较例500不具备功率放大模块100的衰减电路130。第2比较例500具备匹配电路510来代替功率放大模块100的匹配电路120。匹配电路510中，除了功率放大模块100的匹配电路120中的衰减电路150及HPF160以外，还具备电容器C6。
电容器C6使包含在放大信号RFout1中的高次谐波分量(例如三次谐波)衰减。电容器C6的一端连接至HBT芯片110的端子T1，另一端接地。
图6A是表示第2比较例500的信号损耗的模拟结果的图。在图6A中，横轴是RF信号RFin的频率(GHz)，纵轴是第2比较例500的信号损耗(dB)。另外，本模拟中，将载波频带(载波的基频的频带)设为2.3～2.7GHz。在图6A中，为了进行比较，还示出了从功率放大模块100去除了衰减电路130后的结构的信号损耗。如图6A所示，可知第2比较例500中，通过具备电容器C6，不仅二次谐波被衰减，三次谐波也被衰减。
图6B是对图6A所示的模拟结果的载波频带(2.3～2.7GHz)进行放大的图。如图6B所示，可知第2比较例500中，与不具备衰减电路130的结构相比，载波频带的信号损耗较大。
根据图6A及图6B所示的模拟结果可知，第2比较例500中，不仅能使二次谐波衰减，也能使三次谐波衰减，然而基波分量的损耗增大。因而，根据该模拟结果，也可知与第2比较例500相比，功率放大模块100更能使高次谐波分量衰减并且抑制基波分量的损耗。
图7是表示用于与功率放大模块100进行比较的第3比较例700的结构的图。另外，在与功率放大模块100相同的结构上，标注相同的标号并省略说明。第3比较例700不具备功率放大模块100的衰减电路130。第3比较例700具备匹配电路710来代替功率放大模块100的匹配电路120。匹配电路710中，除了功率放大模块100的匹配电路120中的衰减电路150及HPF160以外，还具备电容器C7。
电容器C7使包含在放大信号RFout1中的高次谐波分量(例如三次谐波)衰减。电容器C7的一端连接至电容器C3的另一端，电容器C7的另一端接地。
图8A是表示第3比较例700的信号损耗的模拟结果的图。在图8A中，横轴是RF信号RFin的频率(GHz)，纵轴是第3比较例700的信号损耗(dB)。另外，本模拟中，将载波频带(载波的基频的频带)设为2.3～2.7GHz。在图8A中，为了进行比较，还示出了从功率放大模块100去除了衰减电路130后的结构的信号损耗。如图8A所示，可知第3比较例700中，通过具备电容器C7，不仅二次谐波被衰减，三次谐波也被衰减。
图8B是对图8A所示的模拟结果的载波频带(2.3～2.7GHz)进行放大的图。如图8B所示，可知第3比较例700中，与不具备衰减电路130的结构相比，载波频带的信号损耗较大。
根据图8A及图8B所示的模拟结果可知，第3比较例700中，不仅能使二次谐波衰减，也能使三次谐波衰减，然而基波分量的损耗增大。因而，根据该模拟结果，可知与第3比较例700相比，功率放大模块100更能使高次谐波分量衰减并且抑制基波分量的损耗。
图9是表示用于与功率放大模块100进行比较的第4比较例900的结构的图。另外，在与功率放大模块100相同的结构上，标注相同的标号并省略说明。第4比较例900不具备功率放大模块100的衰减电路130。第4比较例900具备匹配电路910来代替功率放大模块100的匹配电路120。匹配电路910中，除了功率放大模块100的匹配电路120中的衰减电路150及HPF160以外，还具备电容器C8以及电感器L8。
电容器C8以及电感器L8构成并联连接的谐振槽路。谐振槽路使包含在放大信号RFout1中的高次谐波分量(例如三次谐波)衰减。谐振槽路的一端连接至电容器C3的另一端，谐振槽路的另一端输出放大信号RFout2。
图10A是表示第4比较例900的信号损耗的模拟结果的图。在图10A中，横轴是RF信号RFin的频率(GHz)，纵轴是第4比较例900的信号损耗(dB)。另外，本模拟中，将载波频带(载波的基频的频带)设为2.3～2.7GHz。在图10A中，为了进行比较，还示出了从功率放大模块100去除了衰减电路130后的结构的信号损耗。如图10A所示，可知第4比较例900中，通过具备电容器C8及电感器L8，不仅二次谐波被衰减，三次谐波也被衰减。
图10B是对图10A所示的模拟结果的载波频带(2.3～2.7GHz)进行放大的图。如图10B所示，可知第4比较例900中，与不具备衰减电路130的结构相比，载波频带的信号损耗较大。
根据图10A及图10B所示的模拟结果可知，第4比较例900中，不仅能使二次谐波衰减，也能使三次谐波衰减，然而基波分量的损耗增大。因而，根据该模拟结果，也可知与第4比较例900相比，功率放大模块100更能使高次谐波分量衰减并且抑制基波分量的损耗。
图11是表示用于与功率放大模块100进行比较的第5比较例1100的结构的图。另外，在与功率放大模块100相同的结构上，标注相同的标号并省略说明。第5比较例1100不具备功率放大模块100的衰减电路130。第5比较例1100具备HBT芯片1110来代替功率放大模块100的HBT芯片110。HBT芯片1110中，除了功率放大模块100的HBT芯片110中的晶体管TR及高次谐波终端电路140以外，还具备高次谐波终端电路1120。
高次谐波终端电路1120使包含在放大信号RFout1中的高次谐波分量(例如三次谐波)衰减。高次谐波终端电路1120例如具备串联连接的电容器C9及电感器L9。如图11所示，高次谐波终端电路1120的一端连接至晶体管TR的集电极，另一端接地。
图12是表示衰减电路130及高次谐波终端电路1120的高次谐波(例如三次谐波)的阻抗轨迹的图。功率放大模块100中，HBT芯片110的端子T1与衰减电路130的电感器L1之间存在HBT芯片110的外部的布线。该布线与HBT芯片110的内部的布线相比较长，寄生电感也较大。如图12所示，功率放大模块100的衰减电路130中，利用该寄生电感，将谐振点设置于高次谐波(例如三次谐波)的频带时的高次谐波(例如三次谐波)的阻抗被调整至开路状态侧。另一方面，第5比较例1100中，高次谐波终端电路1120设置在HBT芯片1110的内部，因此布线的寄生电容非常小。因此，如图12所示，第5比较例1100中，高次谐波(例如三次谐波)的阻抗轨迹发生改变，难以将高次谐波(例如三次谐波)的阻抗调整至开路状态侧。因而，功率放大模块100中，通过将衰减电路130设置在HBT芯片110与扼流电感器Lv之间，从而能将高次谐波分量的阻抗设定在开路状态侧。
此处，若将高次谐波终端电路140的衰减频率(例如二次谐波)的阻抗设定在短路状态侧，将衰减电路130的衰减频率(例如三次谐波)的阻抗设定在开路状态侧，则能实现F级放大器的动作。
上面是对本发明的一个实施方式进行了说明。功率放大模块100中，在晶体管TR的输出端子与扼流电感器Lv之间设置衰减电路130。由此，在功率放大模块100中，能够使放大信号RFout1的高次谐波分量衰减。另外，功率放大模块100中，与将使高次谐波分量(例如三次谐波)衰减的高次谐波终端电路设置在匹配电路120内的情况相比，能够抑制基波分量的损耗。
功率放大模块100中，匹配电路120包含使放大信号RFout1的二次谐波衰减的衰减电路150。由此，在功率放大模块100中，能够利用衰减电路130使三次谐波衰减，并且利用衰减电路150使二次谐波衰减。
功率放大模块100中，匹配电路120还能够包含具有低于放大信号RFout1的基频的截止频率的HPF160。
功率放大模块100中，在HBT芯片110内部设置使二次谐波衰减的高次谐波终端电路140。由此，在靠近晶体管TR的集电极(输出端子)的位置，能有效地使能量较高的二次谐波衰减。
此外，在功率放大模块100中，晶体管TR形成于HBT芯片110，匹配电路120、扼流电感器Lv以及衰减电路130设置于HBT芯片110的外部。因而，如图12所示，利用从HBT芯片110的端子T1到电感器L1的布线的寄生电感的影响，将谐振点设置于高次谐波(例如三次谐波)的频带时的高次谐波(例如三次谐波)的阻抗能够被调整至开路状态侧(F级)。由此，功率放大模块100中，能进行F级动作。
上述说明的各实施方式用于方便理解本发明，并不用于限定并解释本发明。在不脱离本发明的思想的前提下，可以对本发明变更或改良，并且本发明的等同发明也包含在本发明的范围内。即，本领域的技术人员在各实施方式上加以适当的设计变更，只要包含本发明的技术特征，也被包含在本发明的范围内。例如各实施方式具备的各要素及其配置、材料、条件、形状、尺寸等，不限于例示，能进行适当地变更。此外，各实施方式具备的各要素，能在技术上可能的范围内任意组合，这些组合只要包含本发明的技术特征也包含在本发明的范围内。
标号说明
100 功率放大模块
110、1110 HBT芯片
120、510、710、910 匹配电路
130、150 衰减电路
140、1120 高次谐波终端电路 160 HPF

Claims (9)

1.一种功率放大模块，其特征在于，包括：
放大器，其放大输入信号并输出放大信号；
匹配电路，其设置在所述放大器的输出端子与后级的电路之间；
扼流电感器，其一端被施加电源电压，从另一端通过所述放大器的输出端子将电源提供给所述放大器；以及
第一衰减电路，其设置在所述放大器的输出端子与所述扼流电感器的所述另一端之间，并对所述放大信号的高次谐波分量进行衰减。
2.如权利要求1所述的功率放大模块，其特征在于，
所述第一衰减电路具备：
第一电感器，其一端与所述放大器的所述输出端子连接，该第一电感器的另一端与所述扼流电感器的所述另一端连接；以及
第一电容器，其一端与所述第一电感器的所述另一端连接，该第一电容器的另一端接地。
3.如权利要求1或2所述的功率放大模块，其特征在于，
所述匹配电路包含使所述放大信号的高次谐波分量衰减的第二衰减电路。
4.如权利要求3所述的功率放大模块，其特征在于，
所述第一衰减电路使与所述第二衰减电路不同频率的高次谐波分量衰减。
5.如权利要求4所述的功率放大模块，其特征在于，
所述第一衰减电路使所述放大信号的三次谐波衰减，
所述第二衰减电路使所述放大信号的二次谐波衰减。
6.如权利要求3至5中任一项所述的功率放大模块，其特征在于，
所述匹配电路还包含高通滤波器，其具有低于所述放大信号的基频的截止频率。
7.如权利要求6所述的功率放大模块，其特征在于，
所述第二衰减电路包括：
第二电感器，其一端与所述放大器的所述输出端子连接；以及
第二电容器，其一端与所述第二电感器的另一端连接，该第二电容器的另一端接地，
所述高通滤波器包括：
第三电容器，其一端与所述第二电感器的所述另一端连接；以及
第三电感器，其一端与所述第三电容器的另一端连接，该第三电感器的另一端接地。
8.如权利要求1至7中任一项所述的功率放大模块，其特征在于，
所述放大器形成于第一芯片，
所述匹配电路、所述扼流电感器、以及所述第一衰减电路设置在所述第一芯片的外部。
9.如权利要求8所述的功率放大模块，其特征在于，
还具备使所述放大信号的二次谐波衰减的第三衰减电路，
所述第三衰减电路设置于所述第一芯片的内部。
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