CN114430884A

CN114430884A - 多赫蒂放大器

Info

Publication number: CN114430884A
Application number: CN201980098263.1A
Authority: CN
Inventors: 畠中翔平
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2019-10-02
Filing date: 2019-10-02
Publication date: 2022-05-03
Also published as: TWI722864B; WO2021064892A1; KR102690147B1; TW202116016A; KR20220047641A; JPWO2021064892A1; JP7207562B2; DE112019007775T5; US20220231638A1

Abstract

本发明的多赫蒂放大器具备：输入端子；分支部，其与输入端子连接；第一输入传送线路，其一端与分支部连接；第二输入传送线路，其一端与分支部连接；载波放大器，其输入与第一输入传送线路的另一端连接；峰值放大器，其输入与第二输入传送线路的另一端连接；第一输出传送线路，其一端与载波放大器的输出连接；第二输出传送线路，其一端与峰值放大器的输出连接；合成线路，其一端与第一输出传送线路的另一端和第二输出传送线路的另一端连接；以及输出端子，其与合成线路的另一端连接，第一输出传送线路具有与第一输出传送线路的其他部分相比较宽度较宽的宽幅部。

Description

多赫蒂放大器

技术领域

本发明涉及多赫蒂放大器。

背景技术

在专利文献1中公开有一种多赫蒂放大器，其具备供高频信号并列地输入的第一放大器、一个以上的第二放大器、以及第三放大器。第一放大器作为载波放大器，对高频信号进行放大。第二放大器分别作为载波放大器或峰值放大器，对高频信号进行放大。第三放大器作为峰值放大器，对高频信号进行放大。在专利文献1中，通过变更载波放大器的器件尺寸的总和与峰值放大器的器件尺寸的总和之比，能够变更放大的效率的极大点的功率。

专利文献1：日本特开2014-075717号公报

在专利文献1中为了变更可得到高功率效率的频带，需要预先设置第二放大器、和将第二放大器分别切换为载波放大器或峰值放大器的切换部。因此，有可能使装置大型化。

另外，考虑调整载波放大器的阻抗变换比来变更频带。在该情况下，载波放大器的输出阻抗的调整精度有可能被输出传送线路的宽度的加工精度限制。因此有可能无法实现最佳的阻抗变换比。

发明内容

本发明是为了解决上述问题所做出的，其目的在于得到一种能够高精度地调整可得到高功率效率的频带的多赫蒂放大器。

本发明的多赫蒂放大器具备：输入端子；输入传送线路，其一端与该输入端子连接，在另一端设置有分支部；第一输入传送线路，其一端与该分支部连接；第二输入传送线路，其一端与该分支部连接；载波放大器，其输入与该第一输入传送线路的另一端连接；峰值放大器，其输入与该第二输入传送线路的另一端连接；第一输出传送线路，其一端与该载波放大器的输出连接；第二输出传送线路，其一端与该峰值放大器的输出连接；合成线路，其一端与该第一输出传送线路的另一端和该第二输出传送线路的另一端连接；以及输出端子，其与该合成线路的另一端连接，该第一输出传送线路具有与该第一输出传送线路的其他部分相比较宽度较宽的宽幅部。

在本发明的多赫蒂放大器中，第一输出传送线路具有宽幅部。通过仅调整第一输出传送线路的一部分的宽度来调整载波放大器的输出阻抗，从而与调整第一输出传送线路整体的宽度的情况相比，调整的范围变大。因此，能够高精度地调整输出阻抗。因此能够高精度地调整阻抗变换比，能够高精度地调整可得到高功率效率的频带。

附图说明

图1是说明实施方式1的多赫蒂放大器的结构的图。

图2是表示实施方式1的阻抗的计算结果的图。

图3是说明实施方式2的多赫蒂放大器的结构的图。

具体实施方式

参照附图对本发明的实施方式的多赫蒂放大器进行说明。对相同或对应的构成要素标注相同的附图标记，有时省略重复的说明。

实施方式1.

图1是说明实施方式1的多赫蒂放大器100的结构的图。多赫蒂放大器100为高频半导体装置。多赫蒂放大器100具备输入端子10。在输入端子10连接有输入传送线路11的一端。在输入传送线路11的另一端设置有分支部12。在分支部12连接有第一输入传送线路14的一端和第二输入传送线路16的一端。

分支部12分配来自输入端子10的输入信号。输入信号为RF(Radio Frequency)信号。输入信号在分支部12中，以a：b的功率比率向第一输入传送线路14和第二输入传送线路16分配。在分支部12例如设置有威尔金森分配器。威尔金森分配器由两条λ/4传送线路构成。在a＝b的等分配的情况下，两条λ/4传送线路分别为例如70.7Ω。两条λ/4传送线路相互用隔离电阻连接。隔离电阻例如为100Ω。

在第一输入传送线路14的另一端连接有载波放大器20的输入。在第二输入传送线路16的另一端连接有峰值放大器22的输入。载波放大器20在所有的输出区域内动作。峰值放大器22在回退区域中不动作，仅在输入信号的功率大的区域动作。峰值放大器22仅在从载波放大器20接近饱和动作的输出区域至饱和输出区域中动作。

载波放大器20和峰值放大器22分别具有晶体管芯片。载波放大器20和峰值放大器22分别由例如10个单元构成。载波放大器20与峰值放大器22的器件尺寸相等。器件尺寸例如相当于晶体管的栅极数或栅极宽度。根据器件尺寸来决定例如器件能够流动的电流的大小。载波放大器20的单元数与峰值放大器22的单元数可以相等，也可以不同。

晶体管芯片例如具有SiC基板和设置于SiC基板上的GaN。载波放大器20以及峰值放大器22例如为GaN-HEMT。

在载波放大器20的输出连接有第一输出传送线路24的一端。在峰值放大器22的输出连接有第二输出传送线路26的一端。第一输出传送线路24的另一端和第二输出传送线路26的另一端与合成线路28的一端连接。合成线路28的另一端与输出端子30连接。

第一输入传送线路14与第二输入传送线路16的电长度相差λ/4。第一输入传送线路14和第二输入传送线路16是输入信号的相位调整用的传送线路。在本实施方式中，第二输入传送线路16的电长度比第一输入传送线路14长λ/4。

第一输出传送线路24与第二输出传送线路26的电长度相差λ/4。第一输出传送线路24和第二输出传送线路26是来自载波放大器20和峰值放大器22的输出信号的相位调整用的传送线路。第一输出传送线路24的电长度比第二输出传送线路26长λ/4。该相位差设置为峰值放大器22在回退区域不启动。与此相对，第二输入传送线路16的电长度比第一输入传送线路14长λ/4。由此，来自第一输出传送线路24和第二输出传送线路26的输出信号彼此相位一致。

并不限于此，也可以是第一输入传送线路14的电长度比第二输入传送线路16长λ/4，第二输出传送线路26的电长度比第一输出传送线路24长λ/4。

第一输入传送线路14、第二输入传送线路16、第一输出传送线路24、第二输出传送线路26以及合成线路28分别为例如微带线路。第一输入传送线路14、第二输入传送线路16以及第二输出传送线路26具有预先设定的特性阻抗。第一输入传送线路14、第二输入传送线路16以及第二输出传送线路26是宽度一样的传送线路。第一输入传送线路14、第二输入传送线路16以及第二输出传送线路26的线路宽度例如为1.05mm。

第一输出传送线路24在俯视时为十字形。第一输出传送线路24具有直线状的主部24a。主部24a的宽度一样。主部24a的宽度w1为1.05mm，长度l1为17.00mm。主部24a沿从输入端子10朝向输出端子30的第一方向延伸。在第一输出传送线路24中，第一方向是信号的导波方向。

另外，第一输出传送线路24具有从主部24a突出的凸部。凸部从主部24a的两侧突出。因此，第一输出传送线路24具有与第一输出传送线路24的其他部分相比较宽度较宽的宽幅部24b。宽幅部24b由凸部、和主部24a中的与凸部相邻的部分形成。换言之，宽幅部24b由凸部、和主部24a中的被凸部夹着的部分形成。

宽幅部24b局部形成于第一输出传送线路24。宽幅部24b的宽度w2为2.10mm。宽度w2是与安装有晶体管芯片的安装面平行并且与第一方向垂直的方向的宽度。宽幅部24b的第一方向的长度I3为2.00mm。另外，从第一输出传送线路24的线路端到宽幅部24b的距离I2为7.50mm。

上述的线路长和宽是配合将中心频率设为2.6GHz的情况而设定的。上述的尺寸是一个例子，也可以是另外的值。

接下来，对多赫蒂放大器100的功能进行说明。从输入端子10输入的RF信号在分支部12被分配，经由第一输入传送线路14、第二输入传送线路16而输入到载波放大器20和峰值放大器22。RF信号在载波放大器20和峰值放大器22分别被放大，并经由第一输出传送线路24和第二输出传送线路26在合成线路28被合成。合成后的RF信号从输出端子30向外部输出。

多赫蒂放大器100例如作为面向移动基站的发送用放大器使用。一般，在面向移动基站的发送用放大器中，为了实现高速数据通信而使用振幅变动大的调制信号。根据多赫蒂放大器100，即使在回退区域中也能够得到高功率效率。

一般情况下，多赫蒂放大器那样的输出大的放大器所使用的晶体管的输出阻抗低。因此在多赫蒂放大器100中，通过匹配电路以及相位调整线路来进行阻抗变换。由此，输出阻抗变换为与天线等外部负荷匹配的50Ω。

在多赫蒂放大器中，使动作不同的载波放大器与峰值放大器作为一体进行动作。因此，载波放大器的阻抗变换比一般情况下考虑动作状态，并根据输出或效率的最大化等目的而进行最佳地设定。

另外，在面向下一代基站的发送用放大器中有时要求多载波化。因此大多不仅是回退区域中的效率，而且得到高功率效率的频带也成为重要的性能指标之一。在此，一般多赫蒂放大器的频带取决于载波放大器的回退区域中的输出阻抗。根据以上可知，高精度地调整载波放大器20的输出阻抗在实现高功能的多赫蒂放大器上是重要的。

另外，多赫蒂放大器的效率和频带一般具有平衡的关系。即，通过将载波放大器的阻抗变换比设定得较小，由此能够实现宽频带的特性，另一方面，效率降低。

载波放大器的输出阻抗一般能够通过调整输出传送线路的宽度来调整。在此，为了扩大频带而考虑将载波放大器的阻抗变换比设定得较小的情况。此时，考虑将载波放大器的输出传送线路设为一样地宽度较宽。但是，在宽度一样的线路中，为了带来适当的阻抗变换，有可能产生在微细的范围内对线路宽度进行加工的需要。因此加工变得困难，有可能无法得到最佳的输出阻抗。另外，在未高精度地设定输出阻抗的情况下，阻抗变换比降低到必要以上，效率有可能大幅降低。

图2是表示实施方式1的阻抗的计算结果的图。图2在载波放大器的输出传送线路的形状分别为m1～m3的情况下，表示从载波放大器观察输出传送线路时的阻抗的计算结果。另外，在计算中将从合成线路28到输出端子30视为与理想的25Ω终端等价。另外，在图2中示出2.6GHz中的阻抗。另外，各传送线路设为基板厚度为0.508mm、相对介电常数为3.72、导体厚度为43um、介质损耗角正切为0.007的微带线路。

在m1中，输出传送线路的宽度一样为1.05mm，长度为17.00mm。在m2中，输出传送线路的宽度一样为1.2mm。在m2中，输出传送线路是比m1宽0.15mm的宽幅。m3对应于本实施方式的第一输出传送线路24的形状。在m3中，输出传送线路具有长度为2.00mm的局部的宽幅部。宽幅部的宽度为2.10mm，从线路端到宽幅部的距离为7.50mm。在m2和m3中，阻抗相等。

为了在m1那样的宽度一样为1.05mm的线路中带来阻抗变换，通过计算确认了需要如m2那样将宽度设为1.20mm。即，需要将线路宽度一样地加宽0.15mm。因此，产生在微小的范围内对线路宽度进行加工的需要。一般以手动进行这样细微的加工在传送线路的加工精度上几乎不可能。

与此相对，在m3中，通过使输出传送线路的宽度局部地变宽，得到与m2同样的阻抗变换。在m3中，与m2的情况相比，阻抗变换比相对于宽度的增加量的降低量较小。在m3中，针对输出传送线路中的长度为2.00mm的一部分，将宽度加宽成比其他部分宽1.05mm即可。这样的加工一般在传送线路的加工精度上没有问题。

这样，第一输出传送线路24的宽幅部24b具有如载波放大器20的阻抗变换比与目标值一致那样的宽度。在此，阻抗变换比是载波放大器20的输出阻抗相对于多赫蒂放大器100的输出阻抗之比。阻抗变换比也可以是用载波放大器20的输出阻抗为基准的阻抗被标准化后的值。本实施方式的阻抗变换比是用多赫蒂放大器100的输出阻抗亦即50Ω，将载波放大器20的输出阻抗标准化后的值。

在本实施方式中，与调整输出传送线路整体的宽度的情况相比较，能够使调整的范围变大。因此加工变得容易，能够高精度地调整输出阻抗。因此，高精度地调整阻抗变换比，能够高精度地调整可得到高功率效率的频带。另外，能够抑制效率意外地降低。

另外，局部地设置宽幅部24b。因此，通过在主部24a以金带等设置凸部，能够容易地形成宽幅部24b。由此，能够容易地调整宽幅部24b的长度I3、宽度w2以及位置。另外，例如即使在试制的多赫蒂放大器100的频带相对于目标值窄的情况下，也能够容易地调整频带。

另外，为了使阻抗变换比变小，考虑改变器件尺寸比，使载波放大器与峰值放大器的输出比Pc/Pp变大。在该情况下，产生变更器件结构的需要，有可能使调整变得繁琐。与此相对，在本实施方式中，不需要变更器件结构，而能够容易地调整阻抗变换比。另外，由于通过仅变更第一输出传送线路24的形状就能够调整阻抗变换比，因此能够抑制多赫蒂放大器100的大型化。

作为本实施方式的变形例，凸部也可以从主部24a的一侧突出。在该情况下，凸部的大小比凸部从主部24a的两侧突出的情况下大。因此，能够使加工更容易。

另外，宽幅部24b沿与第一方向垂直的方向延伸。并不局限于此，宽幅部24b只要沿与第一方向交叉的方向延伸即可。另外，也可以在第一输出传送线路24设置有多个宽幅部24b。

另外，也可以在分支部12设置有混合耦合器。此时，分支部12与第一输入传送线路14之间的通过相位，相对于分支部12与第二输入传送线路16之间的通过相位例如小90°。在该情况下，也可以是第一输入传送线路14与第二输入传送线路16的电长度相等，第一输出传送线路24的电长度比第二输出传送线路26长λ/4。

另外，分支部12与第一输入传送线路14之间的通过相位，也可以相对于分支部12与第二输入传送线路16之间的通过相位大90°。在该情况下，也可以是第一输入传送线路14与第二输入传送线路16的电长度相等，第二输出传送线路26的电长度比第一输出传送线路24长λ/4。

这些变形能够对以下的实施方式的多赫蒂放大器适当地应用。另外，以下的实施方式的多赫蒂放大器与实施方式1的共同点较多，因此以与实施方式1的不同点为中心进行说明。

实施方式2.

图3是说明实施方式2的多赫蒂放大器200的结构的图。多赫蒂放大器200的第一输出传送线路224的形状与实施方式1不同。其他结构与实施方式1相同。

第一输出传送线路224为U字型而弯曲。第一输出传送线路224具有第一主部224a、第二主部224c以及宽幅部224b。第一主部224a构成为一端与载波放大器20的输出连接并沿第二方向延伸。第二方向是与安装有晶体管芯片的安装面平行并且与第一方向垂直的方向。第二主部224c构成为一端与合成线路28连接并沿第二方向延伸。宽幅部224b将第一主部224a的另一端与第二主部224c的另一端连接。

第一主部224a的宽度w21、第一主部224a中的宽度变化的部分的长度w22、第二主部224c的宽度w23、以及宽幅部224b的长度I22分别为1.05mm。另外，第一主部224a中的宽度一样的部分的长度I21为8.00mm。宽幅部224b中的被第一主部224a与第二主部224c的宽度均匀的部分所夹的部分的宽度w24为1.05mm。从线路端到宽幅部224b的距离为1.00mm。以上的尺寸是一个例子，也可以是另外的值。

第一输出传送线路224除了宽幅部224b中的用宽度w24表示的部分以外，宽度被视为一样。在本实施方式中，也通过以使第一输出传送线路224的宽度局部地变宽的方式设置宽幅部224b，从而能够得到阻抗变换。因此，与调整输出传送线路整体的宽度的情况相比较，调整的范围变大，能够高精度地调整输出阻抗。因此，通过高精度地调整阻抗变换比，能够高精度地调整得到高功率效率的频带。

作为本实施方式的变形例，第一主部224a和第二主部224c延伸的方向亦即第二方向也可以不与第一方向垂直。第二方向只要是与第一方向交叉的方向即可。另外，第二主部224c也可以沿与第一主部224a不同的方向延伸。即，第二主部224c也可以沿与第一方向以及第二方向交叉的第三方向延伸。另外，第一输出传送线路224通过弯曲两次而形成U字型。并不局限于此，第一输出传送线路224也可以弯曲两次以上。

另外，在各实施方式中说明的技术的特征也可以适当地组合使用。

附图标记说明

10...输入端子；11...输入传送线路；12...分支部；14...第一输入传送线路；16...第二输入传送线路；20...载波放大器；22...峰值放大器；24...第一输出传送线路；24a...主部；24b...宽幅部；26...第二输出传送线路；28...合成线路；30...输出端子；100、200...多赫蒂放大器；224...第一输出传送线路；224a...第一主部；224b...宽幅部；224c...第二主部。

Claims

1.一种多赫蒂放大器，其特征在于，具备：

输入端子；

输入传送线路，其一端与所述输入端子连接，在另一端设置有分支部；

第一输入传送线路，其一端与所述分支部连接；

第二输入传送线路，其一端与所述分支部连接；

载波放大器，其输入与所述第一输入传送线路的另一端连接；

峰值放大器，其输入与所述第二输入传送线路的另一端连接；

第一输出传送线路，其一端与所述载波放大器的输出连接；

第二输出传送线路，其一端与所述峰值放大器的输出连接；

合成线路，其一端与所述第一输出传送线路的另一端和所述第二输出传送线路的另一端连接；以及

输出端子，其与所述合成线路的另一端连接，

所述第一输出传送线路具有与所述第一输出传送线路的其他部分相比较宽度较宽的宽幅部。

2.根据权利要求1所述的多赫蒂放大器，其特征在于，

所述宽幅部具有所述载波放大器的阻抗变换比与目标值一致的宽度。

3.根据权利要求1或2所述的多赫蒂放大器，其特征在于，

所述第一输出传送线路具有：直线状的主部、和从所述主部突出的凸部，

所述宽幅部由所述凸部和所述主部中的与所述凸部相邻的部分形成。

4.根据权利要求3所述的多赫蒂放大器，其特征在于，

所述凸部从所述主部的两侧突出。

5.根据权利要求1或2所述的多赫蒂放大器，其特征在于，

所述第一输出传送线路具备：

第一主部，其一端与所述载波放大器的输出连接，并沿与从所述输入端子朝向所述输出端子的第一方向交叉的第二方向延伸；和

第二主部，其一端与所述合成线路连接，并沿与所述第一方向交叉的第三方向延伸，

所述宽幅部将所述第一主部的另一端与所述第二主部的另一端连接。