CN111313841A - 多尔蒂型放大器 - Google Patents

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CN111313841A CN202010150437.9A CN202010150437A CN111313841A CN 111313841 A CN111313841 A CN 111313841A CN 202010150437 A CN202010150437 A CN 202010150437A CN 111313841 A CN111313841 A CN 111313841A
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Abstract

本公开的一实施方式的多尔蒂型放大器包含载波放大器、峰值放大器、第1线路以及第2线路。载波放大器将信号放大，并输出第1输出信号。峰值放大器将上述信号放大，并输出第2输出信号。第1线路连接于上述载波放大器。第2线路的第1端连接于上述峰值放大器，第2端连接于上述第1线路，上述第1端的特性阻抗比上述第2端的特性阻抗低。

Description

多尔蒂型放大器
技术领域
本公开涉及多尔蒂(doherty)型放大器。
背景技术
伴随着移动电话等无线设备的普及，作为关于高频放大器的高效率化技术的一个提案，大多使用了多尔蒂型放大器。多尔蒂型放大器具有载波放大器与峰值放大器这两个放大器。多尔蒂型放大器在输出电平(level)较低的区域仅载波放大器进行动作，若输出电平接近载波放大器的饱和区域，则由载波放大器与峰值放大器进行动作，由此能够调整输出电平，遍及较宽的范围而获得高效的输出电平。
但是，多尔蒂型放大器由于难以遍及较宽的频带地获得高效的输出电平，因此多尔蒂型放大器的宽频带化成为课题。作为宽频带化的以往方法，例如具有将峰值放大器的输出线路以与载波放大器的输出线路相同的特性阻抗、且使用频率的二分之一波长的长度构成的方法。另外，作为其他方法，也存在用两种线路构成峰值放大器的输出线路的方法。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：欧州专利申请公开第2698918号说明书
非专利文献
非专利文献1：A 350W,790to MHz Wideband LDMOS Doherty Amplifier using aModified Combining Scheme,Freescale Semiconductor Inc.,USA,IMS2014
发明内容
发明要解决的课题
然而，在上述的以往方法中，相对于频率较宽的范围，峰值放大器侧的阻抗从合成点起扩大，不能改善宽频带中的效率。
本发明是为了解决上述课题而完成的，目的在于提供一种能够在宽频带中获得高效的输出的多尔蒂型放大器。
用于解决课题的手段
本发明的一实施方式的多尔蒂型放大器包含载波放大器、峰值放大器、第1线路以及第2线路。载波放大器将信号放大，并输出第1输出信号。峰值放大器将上述信号放大，并输出第2输出信号。第1线路连接于上述载波放大器。第2线路的第1端连接于上述峰值放大器，第2端连接于上述第1线路，上述第1端的特性阻抗比上述第2端的特性阻抗低。
附图说明
图1是表示第1实施方式的多尔蒂型放大器的框图。
图2是表示多尔蒂型放大器的第1具体例的图。
图3是表示高频电路模拟器用的解析模型的图。
图4是表示解析模型的解析结果的图。
图5是表示解析所使用的多尔蒂型放大器的电路图。
图6是表示部分线路的特性阻抗的比率的解析结果的图。
图7是表示第1实施方式的多尔蒂型放大器的模拟结果的图。
图8是表示多尔蒂型放大器的第2具体例的图。
图9是表示多尔蒂型放大器的第3具体例的图。
图10是表示第2实施方式的多尔蒂型放大器的框图。
图11是表示第2实施方式的多尔蒂型放大器的第1具体例的图。
图12是表示第2实施方式的多尔蒂型放大器的第2具体例的图。
具体实施方式
以下，一边参照附图，一边详细地说明本公开的一实施方式的多尔蒂型放大器。此外，在以下的实施方式中，对标注了相同的编号的部分进行相同的动作，并省略重复的说明。
(第1实施方式)
参照图1的框图对第1实施方式的多尔蒂型放大器进行说明。
第1实施方式的多尔蒂型放大器100包含载波放大器101、第1线路102、峰值放大器103、第2线路104以及阻抗转换线路105。
载波放大器101接收从外部输入的输入信号，将输入信号放大，并将放大的输入信号作为第1输出信号而输出。
第1线路102例如是微带线路等的一般的高频线路(分布常数线路)，第1线路102的一端连接于载波放大器101，另一端连接于后述的阻抗转换线路105。第1线路102对来自载波放大器101的第1输出信号进行传送。此外，在本实施方式中，为了与载波放大器连接而以成为比50Ω低的特性阻抗的方式形成线路，但只要配合于成为连接对象的装置来变更特性阻抗即可。
在输入信号的信号电平接近于载波放大器101的饱和输出功率的情况下、换言之是输入信号的信号电平比阈值大的情况下，峰值放大器103将输入信号放大，并将放大的输入信号作为第2输出信号而输出。此外，载波放大器101及峰值放大器103的动作、以及峰值放大器103在达到哪个信号电平时工作，分别取决于一般的多尔蒂放大器的动作、以及使用第1实施方式的多尔蒂型放大器100的装置的设计规格，因此在本实施方式的说明中进行省略。
与第1线路102相同，第2线路104是一般的高频线路(分布常数线路)，第2线路104的一端(第1端)连接于峰值放大器103，另一端(第2端)与第1线路102连接。第2线路104对来自峰值放大器103的第2输出信号进行传送。此外，利用第1线路102与第2线路104连接的点，将来自载波放大器101的第1输出信号与来自峰值放大器103的第2输出信号合成，因此，以下也将第1线路102与第2线路104连接的点称作合成点106。此外，期望的是合成点设定在距载波放大器的输出端离开了使用频率的约四分之一波长的位置。
另外，第2线路104被设计成，峰值放大器103侧的特性阻抗比合成点106侧的特性阻抗低。作为线路的特性阻抗的变更方法，只要使用例如变更线路的宽度、基板的厚度、以及基板的相对介电常数等一般的方法。具体而言，在希望降低特性阻抗的情况下，只要扩宽线路的宽度即可，或者只要减小形成线路的基板的厚度即可，或者只要提高形成线路的基板的相对介电常数即可。
阻抗转换线路105从第1线路102以及第2线路104接收在合成点合成的信号，并为了与后级的装置获得阻抗匹配而对阻抗进行转换。在本实施方式中，设想转换后的阻抗的值成为50Ω的情况，但只要配合于后级的装置而适当地变更转换后的阻抗的值即可。
接下来，参照图2对多尔蒂型放大器100的第1具体例进行说明。
图2是用微带线路形成了第1线路102、第2线路104以及阻抗转换线路105而成的多尔蒂型放大器200。此外，基板、载波放大器101以及峰值放大器103已被说明，这里未做图示。
在第1实施方式中，第2线路104由特性阻抗分别不同的两个部分线路201以及部分线路202形成。这里，部分线路201以及部分线路202的各自的电长度被设计成将使用频率的大致二分之一波长等分后的长度、换句话说因为这里是二等分所以是与使用频率的大致四分之一波长(即，相位长度φ＝90°)对应的长度。而且，存在于峰值放大器103侧的部分线路201的特性阻抗被设计成，低于存在于合成点106侧的部分线路202的特性阻抗。此外，在图2中，设想基板的厚度、基板的介电常数恒定的情况，示出通过改变线路的宽度而调整特性阻抗的例子。换句话说，部分线路201的线路的宽度大于部分线路202线路的宽度。
另外，载波放大器101的漏极电压经由为了进行供电而形成的微带线路即漏极偏置线203，从合成点106进行供电。峰值放大器103的漏极电压经由与漏极偏置线203相同地形成的漏极偏置线204，从距峰值放大器103的输出端离开了使用频率的大致四分之一波长的位置、在第1实施方式中为从部分线路201与部分线路202的中间点进行供电。这样，通过从合成点106进行供电，由此距载波放大器101的输出端离开四分之一波长，通过从部分线路201与部分线路202的中间点进行供电，由此距峰值放大器103的输出端离开四分之一波长。由此，合成点106以及中间点一同成为阻抗较低的位置，因此能够减小载波放大器101以及峰值放大器103的各自的偏置电路的影响。
此外，阻抗转换线路105以特性阻抗逐渐接近50Ω的方式采用三级构成，但并不局限于此，也可以是两级，还可以是锥形状的一级，或者可以是四级以上的级数。
接下来，参照图3以及图4对部分线路201与部分线路202的电长度的关系进行说明。
图3是使用了将峰值放大器103视作开路时的电路解析模型的、高频电路模拟器用的解析模型300。此外，各线路模型的特性阻抗是标准化后的值。
具体而言，对分别变更了部分线路201以及部分线路202的电长度的情况下的、在所希望的频带宽度内改变了频率的参数时的最小频率时的电抗|X＿flow|以及最大频率时的电抗|X＿fhigh|进行解析。此外，部分线路201的电长度L1以及部分线路202的电长度L2的总计设定成使用频率的大致二分之一波长(相位长度φ＝180°)。
将图3所示的解析模型300的解析结果表示在图4中。
图4所示的表400是分别将部分线路201的电长度(L1)401、部分线路202的电长度(L2)402、最小频率的电抗(|X＿flow|)403、最大频率的电抗(|X＿fhigh|)404、以及频带宽度内的最小的电抗(|X|min)405建立对应的表。
如图4所示，部分线路201的电长度(L1)401以及部分线路202的电长度(L2)402分别设定为使用频率的四分之一波长(相位长度φ＝90°)的情况下，最小的电抗值最高，并且最小频率以及最大频率下的电抗的偏差较小。由此，期望的是，在用两级的部分线路形成第2线路104的情况下，使各个部分线路的电长度为使用频率的四分之一波长。
接下来，参照图5以及图6对部分线路201以及部分线路202中的特性阻抗的比率进行说明。
图5是解析所使用的多尔蒂型放大器100的电路图500，对在将部分线路201的特性阻抗Z1标准化而固定成“1”的状态下、使部分线路202的特性阻抗Z2从标准化的值即“1.2”起升高时的效率以及饱和输出功率(Psat)进行解析。此外，作为解析方法，使用谐波平衡解析对效率以及饱和输出功率进行解析。
将与图5所示的电路图500有关的特性阻抗的比率的解析结果表示在图6中。
图6所示的表600是针对标准化后的特性阻抗(Z1)601、标准化后的特性阻抗(Z2)602的组、分别将效率以及饱和输出功率是否为所希望的值以上的判定结果603建立对应的表。
如表600所示，可知相对于标准化后的特性阻抗(Z1)601，在标准化后的特性阻抗(Z2)602为从“1.2”至“3.2”的条件下，效率以及饱和输出功率满足希望值。由此，作为特性阻抗的比率，期望满足特性阻抗Z2比特性阻抗Z1大、并且成为特性阻抗Z1的大致3倍以下那样的关系。
接下来，参照图7对第1实施方式的多尔蒂型放大器100的模拟结果进行说明。
图7是以图5所示的多尔蒂型放大器100的电路图500作为等价电路，关于等价电路使用高频模拟器从合成点106解析峰值放大器103侧的阻抗的结果。另外，作为解析结果，示出将使用频率的参数从第1频率f1至第2频率f2改变时的阻抗。将第1实施方式的多尔蒂型放大器100的解析结果作为曲线701而表示。另外，为了进行比较，将对以往的多尔蒂型放大器也以相同的条件进行了解析后的结果作为曲线702以及曲线703表示。
如图7所示可知，曲线701为，在从第1频率f1至第2频率f2的频带中，阻抗几乎不变化，相比于曲线702以及曲线703，抑制了阻抗相对于频率的扩大。
接下来，参照图8对多尔蒂型放大器100的第2具体例进行说明。
与图2相同，图8所示的多尔蒂型放大器800是用微带线路形成第1线路102、第2线路104以及阻抗转换线路105的多尔蒂型放大器，但供电方法不同。具体而言，载波放大器101的漏极电压以及峰值放大器103的漏极电压的至少某一方经由漏极偏置线204被从部分线路201以及部分线路202的中间点供电。此外，未从漏极偏置线204供电的一侧的放大器的漏极电压也可以通过其他方法供电。
接着参照图9，对多尔蒂型放大器100的第3具体例进行说明。
图9所示的多尔蒂型放大器900与图2以及图8相同，但载波放大器101的漏极电压以及峰值放大器103的漏极电压的至少某一方经由漏极偏置线203被从合成点106供电。此外，未从漏极偏置线204供电的一侧的放大器的漏极电压也可以通过其他方法供电。
根据图8以及图9所示的供电方法，也能够减小载波放大器101以及峰值放大器103的各自的偏置电路的影响。
根据以上所示第1实施方式，对于连接于峰值放大器的线路，将峰值放大器侧的特性阻抗设计成比合成点侧的特性阻抗低，由此能够抑制特性阻抗相对于频率的扩大。由此，在从饱和输出功率回退(back off)的输出功率时也能够抑制峰值放大器输出端的影响导致的效率的恶化，能够实现可在宽频带中获得高效的输出的多尔蒂型放大器。
(第2实施方式)
在第1实施方式中，通过两级形成了第2线路，但第2实施方式在通过三级以上形成这一点不同。
参照图10对第2实施方式的多尔蒂型放大器的框图进行说明。
图10是以第2实施方式的多尔蒂型放大器1000作为等价电路而表示的框图，包含载波放大器101、第1线路102、峰值放大器103、第2线路1001以及阻抗转换线路105。载波放大器101、第1线路102、峰值放大器103以及阻抗转换线路105的动作、和从漏极偏置线203以及漏极偏置线204供电的供电方法，与第1实施方式相同，因此省略此处的说明。
第2线路1001由特性阻抗分别不同的三个部分线路1002、部分线路1003以及部分线路1004形成。这里，部分线路1002、部分线路1003以及部分线路1004的各自的电长度期望为将使用频率的大致二分之一波长等分而成的长度，这里是三等分，因此是与使用频率的大致六分之一波长(相位长度φ＝60°)对应的长度。
另外，部分线路1002的特性阻抗被设计成比部分线路1003以及部分线路1004各自的特性阻抗低，而且，部分线路1003的特性阻抗被设计成比部分线路1004的特性阻抗低。即，多个部分线路被设计成，在第2线路104的路径上，存在于峰值放大器103侧的部分线路的特性阻抗比存在于合成点106侧的部分线路的特性阻抗低。换言之，从特性阻抗合成点106侧朝向峰值放大器103侧设计成按照每个部分线路降低即可。通过如此设计，与第1实施方式相同，能够抑制特性阻抗相对于频率的扩大。此外，在第2实施方式中，示出了通过三级形成第2线路1001的例子，但并不局限于此，即使在以更多的级数形成的情况下，也只要设计成特性阻抗从合成点106侧朝向峰值放大器103侧按照每个部分线路降低即可。而且，对于通过增加级数而视作一级的锥形状的情况，也相同地设计即可。
参照图11对第2实施方式的多尔蒂型放大器1000的第1具体例进行说明。
图11所示的多尔蒂型放大器1100用微带线路形成了第1线路102、第2线路1001、阻抗转换线路105、漏极偏置线203以及漏极偏置线204。
载波放大器101的漏极电压经由漏极偏置线203从合成点106供电，峰值放大器103的漏极电压经由漏极偏置线204从部分线路1003供电。
接下来，参照图12对第2实施方式的多尔蒂型放大器1000的第2具体例进行说明。
图12所示的多尔蒂型放大器1200采用与图11所示的多尔蒂型放大器1100大致相同的构成，如图8那样，载波放大器101的漏极电压以及峰值放大器103的漏极电压的至少某一方经由漏极偏置线204被从距峰值放大器103的输出端离开了使用频率的大致四分之一波长的位置、这里是部分线路1003供电，这一点与第1具体例不同。即使如此形成，也能够获得与第1具体例相同的效果。
根据以上所示的第2实施方式，在连接于峰值放大器第2线路以存在于峰值放大器侧的线路的特性阻抗比存在于合成点侧的线路的特性阻抗低的方式形成三级以上的情况下，也能够与第1实施方式相同地抑制特性阻抗相对于频率的扩大。即，能够实现多尔蒂型放大器的宽频带并且高效率化。
此外，在上述多尔蒂型放大器100中，也可以将峰值放大器103的饱和输出功率设计成比载波放大器101的饱和输出功率大。通过如此设计，载波放大器101在6dB以上的回退点开始饱和，因此即使产生6dB以上的回退时，也能够改善输出功率的效率，相比于一般的多尔蒂放大器能够更加高效率化。
另外，也可以在合成点106与地之间连接电容器。通过连接电容器，能够使高调波成分的阻抗最优化，能够遍及宽频带地改善高频特性。
虽然说明了本发明的几个实施方式，但这些实施方式是作为例子而提出的，并非意图限定发明的范围。这些新的实施方式也能够通过其他各种方式实施，在不脱离发明的主旨的范围内能够进行各种省略、替换、变更。这些实施方式及其变形包含在发明的范围、主旨中，并且包含在权利要求书所记载的发明及其等价的范围内。
附图标记说明
100、200、800、900、1000、1100、1200···多尔蒂型放大器，101···载波放大器，102···第1线路，103···峰值放大器，104、1001···第2线路，105···阻抗转换线路，106···合成点，201、202、1002、1003、1004···部分线路，203···漏极偏置线，204···漏极偏置线，300···解析模型，400···表，401···电长度(L1)，402···电长度(L2)，403···电抗(|X＿flow|)，404···电抗(|X＿fhigh|)，405···电抗(|X|min)，500···电路图，600···表，601···特性阻抗(Z1)，602···特性阻抗(Z2)，603···判定结果，701、702、703···曲线。

Claims (13)

1.一种多尔蒂型放大器，具备：
载波放大器，将信号放大，并输出第1输出信号；
峰值放大器，将上述信号放大，并输出第2输出信号；
第1线路，连接于上述载波放大器；以及
第2线路，包括连接于上述峰值放大器的第1部分线路和连接于上述第1线路的第2部分线路，
上述第1部分线路的特性阻抗比上述第2部分线路的特性阻抗低，
上述第1部分线路及上述第2部分线路分别是将使用频率中的大致180°等分而成的电长度，
上述载波放大器的漏极电压被从第1位置或第2位置供电，上述第1位置是从上述载波放大器离开了使用频率中大致90°的电长度的位置，上述第2位置是在上述第1部分线路及上述第2部分线路之间、从上述峰值放大器离开了使用频率中大致90°的电长度的位置，
上述峰值放大器的漏极电压被从上述第1位置或第2位置供电。
2.一种多尔蒂型放大器，具备：
载波放大器，将信号放大，并输出第1输出信号；
峰值放大器，将上述信号放大，并输出第2输出信号；
第1线路，连接于上述载波放大器；以及
第2线路，包括连接于上述峰值放大器的第1部分线路和连接于上述第1线路的第2部分线路，
上述第1部分线路的特性阻抗比上述第1线路的特性阻抗低，上述第1部分线路及上述第2部分线路分别是将使用频率中的大致180°等分而成的电长度，
上述载波放大器的漏极电压被从第1位置或第2位置供电，上述第1位置是从上述载波放大器离开了使用频率中大致90°的电长度的位置，上述第2位置是在上述第1部分线路及上述第2部分线路之间、从上述峰值放大器离开了使用频率中大致90°的电长度的位置，
上述峰值放大器的漏极电压被从上述第1位置或第2位置供电。
3.根据权利要求1或2所述的多尔蒂型放大器，
上述载波放大器的上述漏极电压被从上述第1位置供电，
上述峰值放大器的上述漏极电压被从上述第2位置供电。
4.根据权利要求1或2所述的多尔蒂型放大器，
上述载波放大器的上述漏极电压以及上述峰值放大器的上述漏极电压的双方被从上述第1位置供电。
5.根据权利要求1或2所述的多尔蒂型放大器，
上述载波放大器的上述漏极电压以及上述峰值放大器的上述漏极电压的双方被从上述第2位置供电。
6.根据权利要求1或2所述的多尔蒂型放大器，
上述第1位置是，上述第2部分线路与上述第1线路连接的点。
7.根据权利要求1或2所述的多尔蒂型放大器，
上述第2位置是，上述第1部分线路及上述第2部分线路的中间点。
8.根据权利要求1或2所述的多尔蒂型放大器，
上述峰值放大器的饱和输出功率比上述载波放大器的饱和输出功率大。
9.根据权利要求1或2所述的多尔蒂型放大器，
上述第2线路在上述第1部分线路及上述第2部分线路之间包含第3部分线路，上述第1部分线路的特性阻抗比上述第3部分线路的特性阻抗低，上述第3部分线路的特性阻抗比上述第2部分线路的特性阻抗低，
上述第1部分线路、上述第2部分线路及上述第3部分线路分别是将使用频率中的大致180°等分而成的电长度。
10.根据权利要求1或2所述的多尔蒂型放大器，
上述第2部分线路的特性阻抗比上述第1部分线路的特性阻抗大，并且是上述第1部分线路的特性阻抗的3.2倍以下。
11.根据权利要求1或2所述的多尔蒂型放大器，
还具备连接在上述第1位置与地电位之间的电容器。
12.根据权利要求1所述的多尔蒂型放大器，
上述第1部分线路的特性阻抗比上述第1线路的特性阻抗低。
13.根据权利要求2所述的多尔蒂型放大器，
上述第1部分线路的特性阻抗比上述第2部分线路的特性阻抗低。
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