CN1199956A - 带保护电路的高频放大器和包含该放大器的无线发射装置 - Google Patents

带保护电路的高频放大器和包含该放大器的无线发射装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种无线电波发射装置,包括:调制数据并输出调制信号的调制电路;高频功率放大器,包括:包含第1－第N层的印刷电路板;位于印刷电路板上放大输入信号用的晶体管;输入匹配电路;电压源电路;从晶体管输出放大信号的输出电路;第一屏蔽电路;第二屏蔽电路;以及从输出电路发射放大信号的天线。

Description

带保护电路的高频放大器和包含该放大器的无线发射装置
本发明涉及放大输入信号的高频放大器，这种放大器包括多层印刷电路板上的晶体管以及屏蔽电路，本发明还涉及包括该放大器的无线电波发射装置。
已知的放大输入信号用高频放大器包括多层印刷电路板上的多级晶体管和屏蔽电路。日本专利申请提前公告No.5-37253揭示了这样一种已有技术高频放大器。接地电路图案或者电极接地的电容抑制了两个连续级之间的耦合。
图5为日本专利申请提前公告No.5-37253中揭示的第一种现有技术高频功率放大器的平面图。在图5中，位于两个连续级之间的耦合受到其间接地电路图案302A的抑制。
图6为日本专利申请提前公告No.5-37253中揭示的第二种现有技术高频功率放大器的平面图。在图6中，一个电极接地的电容抑制了两个连续级之间的耦合。
本发明的目标是提供一种性能出众的高频功率放大器。
按照本发明的第一种高频功率放大器包括：包含第1-第N层的印刷电路板，其中内含第i、k、j层、通孔和接地端，第i和k层通过通孔与接地端相连，1＜i＜j＜k≤N，N、i、k、j为自然数；位于印刷电路板上放大输入信号用的晶体管；输入匹配电路，包括第一过孔、至少一个位于第j层上的第一电路图案以及至少一个位于通过第一过孔与第一电路图案相连的印刷电路板上的第一集总常数单元，用来接收并向晶体管提供输入信号；电压源电路，包括第二过孔、至少一个位于第j层上的第二电路图案以及至少一个位于并通过第二过孔与第二电路图案相连的印刷电路板上的第二集总常数单元，用来向晶体管提供电压；用来向晶体管提供偏压的偏压电路；从晶体管输出放大信号的输出电路；以及屏蔽电路，包括至少一个与接地端相连的第三电路图案，位于第j层上的第一电路图案周围以屏蔽第一电路图案。
第一高频功率放大器可以进一步包括第二屏蔽电路，它包括至少一个与接地端相连的第四电路图案，位于第j层上的第二电路图案周围。
在第一高频功率放大器中，部分通孔排列在第一过孔周围。
在第一高频功率放大器中，过孔可以代替通孔将第i层与第k层连接起来。
在第一高频功率放大器中，印刷电路板具有一定的厚度并且第三电路图案靠近第一电路图案放置，其间距d小于该厚度。
在第一高频功率放大器中，假定第i层与第k层之间的厚度为t，第三电路图案靠近第一电路图案放置，其间距为d，d＜3t时屏蔽有效，d＜2t时屏蔽更为有效，或者d＜t时屏蔽最为有效。
在第一高频功率放大器中，当设置第二屏蔽电路时，第四电路图案位于第二电路图案附近，其间距d小于印刷电路板厚度。而且假定第i层与第k层之间的厚度为t，第四电路图案靠近第二电路图案放置，其间距为d，d＜3t时屏蔽有效，d＜2t时屏蔽更为有效，或者d＜t时屏蔽最为有效。
在第一高频功率放大器中，第三电路图案排列成包围第一电路图案。
按照本发明的第二种高频功率放大器包括：包含第1-第N层的印刷电路板，其中内含第i、k、j层、通孔和接地端，第i和k层通过通孔与接地端相连，1＜i＜j＜k≤N，N、i、k、j为自然数；位于印刷电路板上放大输入信号用的晶体管；输入匹配电路，包括第一过孔、至少一个位于第j层上的第一电路图案以及至少一个位于通过第一过孔与第一电路图案相连的印刷电路板上第一集总常数单元，用来接收并向晶体管提供输入信号；电压源电路，包括第二过孔、至少一个位于第j层上的第二电路图案以及至少一个位于通过第二过孔与第二电路图案相连的印刷电路板上第二集总常数单元，用来向晶体管提供电压；用来向晶体管提供偏压的偏压电路；从晶体管输出放大信号的输出电路；以及屏蔽电路，包括至少一个与接地的第三电路图案，位于第j层上的第二电路图案周围以屏蔽第二电路图案。
在第二高频功率放大器中，部分通孔排列在第一过孔周围。
在第二高频功率放大器中，可用多个过孔代替通孔将第i层与第k层连接起来。
在第二高频功率放大器中，印刷电路板具有一定的厚度并且第三电路图案靠近第二电路图案放置，其间距d小于该厚度。
在第二高频功率放大器中，假定第i层与第k层之间的厚度为t，第三电路图案靠近第二电路图案放置，其间距为d，d＜3t时屏蔽有效，d＜2t时屏蔽更为有效，或者d＜t时屏蔽最为有效。
按照本发明的第三种高频功率放大器包括：多层印刷电路板；放大输入信号并输出放大信号用的晶体管；至少一个接收并向晶体管提供输入信号的第一印刷电路图案；至少一个向晶体管提供电压的第二印刷电路图案；接地端；以及与多层印刷电路板上的晶体管相连的集总常数单元，多层印刷电路板至少有两层与接地端相连；第一和第二印刷电路图案夹在至少两层之间的一层多层印刷电路上；至少在一层上设置第一屏蔽电路图案，与接地端相连，排列在第一印刷电路图案周围；以及至少在一层上设置第二屏蔽电路图案，与接地端相连，排列在第二印刷电路图案周围。
按照本发明的无线电波发射装置包括：调制数据并输出调制信号的调制电路；高频功率放大器，包括：包含第1-第N层的印刷电路板，其中内含第i、k、j层、通孔和接地端，第i和k层通过通孔与接地端相连，1＜i＜j＜k≤N，N、i、k、j为自然数；位于印刷电路板上放大输入信号用的晶体管；输入匹配电路，包括第一过孔、至少一个位于第j层上的第一电路图案以及至少一个位于通过第一过孔与第一电路图案相连的印刷电路板上的第一集总常数单元，用来接收并向晶体管提供输入信号；电压源电路，包括第二过孔、至少一个位于第j层上的第二电路图案以及至少一个位于通过第二过孔与第二电路图案相连的印刷电路板上的第二集总常数单元，用来向晶体管提供电压；用来向晶体管提供偏压的偏压电路；从晶体管输出放大信号的输出电路；以及第一屏蔽电路，包括至少一个与接地端相连的第三电路图案，位于第j层上的第一电路图案周围以屏蔽第一电路图案；第二屏蔽电路，包括至少一个与接地端相连的第四电路图案，位于第j层上的第二电路图案周围；以及从输出电路发射放大信号的天线。
通过以下结合附图对本发明的描述可以进一步理解本发明的目标和特征。
图1为第一实施例的高频放大器剖面侧视图；
图2为第一实施例的高频放大器电路示意图；
图3为第一实施例的高频放大器的方框图；
图4为第二实施例的高频放大器剖面侧视图；
图5为第一已有技术高频功率放大器的平面图；以及
图6为第二已有技术高频功率放大器的平面图。
附图中相同的部分采用相同的标号。
以下描述本发明第一实施例。
图1为第一实施例的高频放大器剖面侧视图。图2为第一实施例的高频放大器电路示意图。图3为第一实施例的高频放大器的方框图。在图1中的多层印刷电路板100表面上，用标号7a、8a、10a、7b、8b、10b表示的块垂直(图中的上下方向)堆积在标号6a、5a、6b、5c和6c表示的其它块上。但是，这些堆积的单元实际上直接排列在多层印刷电路板100上。即，所有这些单元被排列在第一层11上。这是因为剖面视图难以示出所有这些位于第一层11上的单元的缘故。在图1中，为避免复杂而省略了印刷电路板100上的集总常数单元与中间层上电路图案之间的过孔，但是在图2中被示出。
第一实施例的高频功率放大器包括：
多层印刷电路板100，输入匹配电路2a，晶体管(FET)1a，向晶体管1a提供偏压的偏压源电路3a，电压源电路4a，包括耦合电路6b在内的级间匹配电路2b，偏压源电路3b，电压源电路4b，用晶体管1a经耦合电路6b的输出、来自偏压源电路3b的偏压、来自电压源电路4b的电压供电以通过输出电路2c输出放大信号的晶体管1b，以及屏蔽电路31-34。
多层印刷电路板100包括第1-第N层，其中内含第i、k、j层、通孔101-104和接地端105。第i和k层(接地面)通过通孔101-104与接地端105相连，1＜i＜j＜k≤N，N、i、k、j为自然数。
印刷电路板100上的晶体管1a对来自输入匹配电路2a的输入信号进行放大。输入匹配电路2a包括过孔22-25、第一电路图案5a，它包括微带线作为第j层上的电感和作为印刷电路板100上第一集总常数单元的电容6a(通过过孔22-25与第一电路图案5a相连，以及接收输入信号的端子21。输入匹配电路2a向阻抗匹配的晶体管1a提供输入信号。
电压源电路4a包括过孔26a和26b、位于第j层上的第二电路图案(线)9a和滤波器10a，滤波器包括电感10a1和电容10a2作为印刷电路板100上的第二集总常数单元，它们通过过孔26a和26b与第二电路图案9a连接。电压源电路4a向晶体管1a提供电压Vdd。
偏压电路3a包括印刷电路板100上的第三电路图案(线)7a和位于印刷电路板100上作为第三集总常数单元的分压电阻8a以向晶体管1a提供偏压Vgg。
级间匹配电路2b包括印刷电路板100上的电路图案(线)5b和印刷电路板100上的电容(耦合电路)6b用来向晶体管1b栅极提供晶体管1a输出信号。
电压源电路4b包括过孔27a和27b、位于第j层上的电路图案(线)9b以及位于印刷电路板100上的电容10b(通过过孔27b与电路图案9b相连)。电压源电路4b通过过孔27a向晶体管1b提供电压Vdd。
偏压电路3b包括位于印刷电路板100上的电路图案7b和位于印刷电路板100上的分压电阻8b，用于向晶体管1b提供偏压Vgg。
输出电路2b将来自晶体管1b的放大信号提供给天线110以发射无线电波信号。
屏蔽电路31和32通过通孔101和102与接地端105相连并排列在位于第j层上的第一电路图案5a周围以屏蔽第一电路图案5a从而提供高频隔离。
屏蔽电路32-34通过通孔102-104与接地端105相连并排列在位于第j层上的电路图案9a和9b周围以屏蔽电路图案9a和9b从而提供高频隔离。
通孔101-104从第1层到第N层穿过印刷电路板100。
除了上述单元以外，晶体管1a和1b、作为输入匹配电路2a的集总常数单元的电容6a、级间匹配电路2b、输出匹配电路2c、偏压源电路3a和3b、作为集总常数单元的电压源电路4a和4b的电容10a1和10b和电感10a2被排列在第一层11上。
另一方面，第一电路图案(微带线)5a、印刷电路图案9a和9b形成于第三(第j)层13上。第一电路图案5a、印刷电路图案9a和9b被第三层13上的电路图案31-34和第二和第四层12和14上的接地平面屏蔽。
输入信号从用数据调制载波信号的调制电路20施加到输入端21上。输入信号被提供给放大输入信号的晶体管1a。来自晶体管1a的放大信号通过级间匹配电路2b被提供给晶体管1b的栅极。晶体管1b进一步放大晶体管1a的输出信号并通过输出匹配电路2c将放大信号提供给天线110以发射无线电波信号。
级间匹配电路2b和输出匹配电路2c的一部分或全部电路图案形成于第三层13上。
在第三层13上，接地电路图案31形成于第一电路图案5a的侧面，接地电路图案32形成于第一电路图案5a与电压源电路4a的电路图案9a之间，接地电路图案33形成于电压源电路4a和4b的电路图案9a和9b之间，而接地电路图案34形成于电压源电路4b的电路图案9b附近。
而且，通孔101-104部分被排列在过孔22-25周围。
因此第一电路图案5a被接地的第二和第四层12和14以及接地电路图案31和32屏蔽，而电压源电路4a和4b的电路图案9a和9b被接地的第二和第四层12和14以及接地电路图案32-34屏蔽。
印刷电路板100的厚度为t1，接地的电路图案31或32可以排列在第一电路图案5a附近，间距d1小于厚度t1。
而且接地的电路图案31或32可以以间距d1排列在第一电路图案5a附近，其中d1＜3t2，这里t2为第i层与第k层之间的厚度。而且d1小于2t2更为有效。d1小于t2最为有效。
另一方面，接地电路图案32形成于电路图案9a附近，间距d2小于厚度t。而且d2小于3t2是有效的，或者小于3t2更为有效，或者小于t2最为有效。
形成电路图案31和32以包围如图2所示的第一电路图案5a或者不包围微带线而靠近第一电路图案5a。同样，形成电路图案32-34以包围如图2所示的电路图案9a和9b或者不包围电路图案9a和9b而靠近第一电路图案5a。
如上所述，多层印刷电路板100至少有两层12和14与接地端105相连。层13上的印刷电路图案5a和9a被夹在层12和14之间。与接地端105相连的屏蔽电路图案排列在层13上的第一电路图案5a周围以提供更好的高频隔离。与接地端105相连的第二屏蔽电路图案32-34排列在层13上的印刷电路图案9a周围以提供更好的高频隔离。
图4为第二实施例的高频放大器的剖面图。在图4中，与图1相同，所有第一层的单元都直接排列在第一层211上。
第二实施例的高频放大器基本上与第一实施例的相同。差别在于用过孔201-208代替了通孔101-104以将第二层212、第四层214和电路图案31-34连接到接地端220上。过孔210-208不延伸到第一层211，从而更容易将单元排列在多层电路板200的表面。

Claims (25)

1.一种高频功率放大器，其特征在于包括：
包含第1-第N层的印刷电路板(100)，其中内含第i、k、j层、第一连接装置(101-104)和接地端(105)，所述第i和k层通过所述第一连接装置与接地端相连，1＜i＜j＜k≤N，N、i、k、j为自然数；
位于印刷电路板上放大输入信号用的晶体管(1a)；
输入匹配电路(2a)，包括第二连接装置(22-25)、至少一个位于第j层上的第一电路图案(5a)以及至少一个位于通过所述第二连接装置与所述第一电路图案相连的所述印刷电路板上的第一集总常数单元(6a)，用来接收并向所述晶体管提供输入信号；
电压源电路，包括第三连接装置(26a，26b)、至少一个位于所述第j层上的第二电路图案(9a)以及至少一个位于通过所述第三连接装置与所述第二电路图案相连的所述印刷电路板上的第二集总常数单元(10a1，10a2)，用来向所述晶体管提供电压；
用来向所述晶体管提供偏压的偏压电路；
从所述晶体管输出放大信号的输出电路(2b)；以及
屏蔽电路，包括与所述接地端相连的第四连接装置(101-104)和至少一个与所述第四连接装置相连的第三电路图案(31，32)，所述第三电路图案位于所述第j层上的所述第一电路图案周围以屏蔽所述第一电路图案。
2.如权利要求1所述的高频功率放大器，其特征在于进一步包括第二屏蔽电路，它包括第五连接装置(102-104)和至少一个通过所述第五连接装置与所述接地端相连的第四电路图案(32-34)，所述第四电路图案位于第j层上的第二电路图案周围。
3.如权利要求1所述的高频功率放大器，其特征在于所述第一连接装置包括多个穿过从所述第一-第N层的所述印刷电路板的通孔(101-104)。
4.如权利要求3所述的高频功率放大器，其特征在于所述第二连接装置包括过孔(22-25)并且所述通孔部分排列在所述过孔周围。
5.如权利要求1所述的高频功率放大器，其特征在于所述第一连接装置包括多个将第i层与第k层连接起来的过孔。
6.如权利要求1所述的高频功率放大器，其特征在于所述印刷电路板具有一定的厚度并且所述第三电路图案靠近所述第一电路图案放置，其间距d小于所述厚度。
7.如权利要求1所述的高频功率放大器，其特征在于所述印刷电路板的所述第i层与第k层之间的厚度为t并且所述第三电路图案靠近所述第一电路图案放置，其间距为d，d＜3t。
8.如权利要求7所述的高频功率放大器，其特征在于所述印刷电路板的所述第i层与第j层之间的厚度为t并且所述第三电路图案靠近所述第一电路图案放置，其间距为d，d＜2t。
9.如权利要求8所述的高频功率放大器，其特征在于所述印刷电路板的所述第i层与第j层之间的厚度为t并且所述第三电路图案靠近所述第一电路图案放置，其间距为d，d＜t。
10.如权利要求2所述的高频功率放大器，其特征在于所述印刷电路板具有一定的厚度并且所述第四电路图案靠近所述第二电路图案放置，其间距d小于所述厚度。
11.如权利要求2所述的高频功率放大器，其特征在于所述印刷电路板的所述第i层与第k层之间的厚度为t并且所述第四电路图案靠近所述第二电路图案放置，其间距为d，d＜3t。
12.如权利要求11所述的高频功率放大器，其特征在于所述印刷电路板的所述第i层与第k层之间的厚度为t并且所述第四电路图案靠近所述第二电路图案放置，其间距为d，d＜2t。
13.如权利要求12所述的高频功率放大器，其特征在于所述印刷电路板的所述第i层与第k层之间的厚度为t并且所述第四电路图案靠近所述第二电路图案放置，其间距为d，d＜t。
14.如权利要求1所述的高频功率放大器，其特征在于所述第三电路图案排列成包围所述第一电路图案。
15.一种高频功率放大器，其特征在于包括：
包含第1-第N层的印刷电路板(100)，其中内含第i、k、j层、第一连接装置(101-104)和接地端(105)，所述第i和k层通过所述第一连接装置与接地端相连，1＜i＜j＜k≤N，N、i、k、j为自然数；
位于印刷电路板上放大输入信号用的晶体管(1a)；
输入匹配电路(2a)，包括第二连接装置(22-25)、至少一个位于第j层上的第一电路图案(5a)以及至少一个位于通过所述第二连接装置与所述第一电路图案相连的所述印刷电路板上的第一集总常数单元(6a)，用来接收并向所述晶体管提供输入信号；
电压源电路，包括第三连接装置(26a，26b)、至少一个位于所述第j层上的第二电路图案(9a)以及至少一个位于通过所述第三连接装置与所述第二电路图案相连的所述印刷电路板上的第二集总常数单元(10a1，10a2)，用来向所述晶体管提供电压；
用来向所述晶体管提供偏压的偏压电路；
从所述晶体管输出放大信号的输出电路(2b)；以及
屏蔽电路，包括与所述接地端相连的第四连接装置(101-104)和至少一个与所述第四连接装置相连的第三电路图案(31，32)，所述第三电路图案位于所述第j层上的所述第二电路图案周围以屏蔽所述第二电路图案。
16.如权利要求15所述的高频功率放大器，其特征在于进一步包括第二屏蔽电路(31，32)，它包括第五连接装置(22-25)和至少一个通过所述第五装置与所述接地端相连的第四电路图案(31，32)，所述第四电路图案位于第j层上的第二电路图案周围。
17.如权利要求15所述的高频功率放大器，其特征在于所述第一连接装置包括多个穿过从所述第一-第N层的所述印刷电路板的通孔(101-104)。
18.如权利要求15所述的高频功率放大器，其特征在于所述第二连接装置包括过孔(22-25)并且所述通孔部分(101，102)排列在所述过孔周围。
19.如权利要求15所述的高频功率放大器，其特征在于所述第一连接装置包括多个将第i层与第k层连接起来的过孔。
20.如权利要求15所述的高频功率放大器，其特征在于所述印刷电路板具有一定的厚度并且所述第三电路图案靠近所述第二电路图案放置，其间距d小于所述厚度。
21.如权利要求15所述的高频功率放大器，其特征在于所述印刷电路板的所述第i层与第k层之间的厚度为t并且所述第三电路图案靠近所述第二电路图案放置，其间距为d，d＜3t。
22.如权利要求22所述的高频功率放大器，其特征在于所述印刷电路板的所述第i层与第k层之间的厚度为t并且所述第三电路图案靠近所述第二电路图案放置，其间距为d，d＜2t。
23.如权利要求15所述的高频功率放大器，其特征在于所述印刷电路板的所述第i层与第j层之间的厚度为t并且所述第三电路图案靠近所述第一电路图案放置，其间距为d，d＜t。
24.一种高频功率放大器，其特征在于包括：多层印刷电路板；放大输入信号并输出放大信号用的晶体管；至少一个接收并向所述晶体管提供输入信号的第一印刷电路图案；至少一个向所述晶体管提供电压的第二印刷电路图案；接地端；以及与所述多层印刷电路板上所述晶体管相连的集总常数单元，其中：
所述多层印刷电路板至少有两层与所述接地端相连；
所述第一和第二印刷电路图案夹在至少两层之间的一层所述多层印刷电路上；
至少一个第一屏蔽电路图案，与所述接地端相连，排列在所述第一印刷电路图案周围；以及
至少一个第二屏蔽电路，与所述接地端相连，排列在所述第二印刷电路图案周围。
25.一种无线发射装置，其特征在于包括：调制数据并输出调制信号的调制电路；
高频功率放大器，包括：
包含第1-第N层的印刷电路板(100)，其中内含第i、k、j层、第一连接装置(101-104)和接地端(105)，所述第i和k层通过所述第一连接装置与接地端相连，1＜i＜j＜k≤N，N、i、k、j为自然数；
位于印刷电路板上放大调制信号用的晶体管(1a)；
输入匹配电路(2a)，包括第二连接装置(22-25)、至少一个位于第j层上的第一电路图案(5a)以及至少一个位于通过所述第二连接装置与所述第一电路图案相连的所述印刷电路板上的第一集总常数单元(6a)，用来接收并向所述晶体管提供调制信号；
电压源电路，包括第三连接装置(26a，26b)、至少一个位于所述第j层上的第二电路图案(9a)以及至少一个位于通过所述第三连接装置与所述第二电路图案相连的所述印刷电路板上第二集总常数单元(10a1，10a2)，用来向所述晶体管提供电压；
用来向所述晶体管提供偏压的偏压电路；
从所述晶体管输出放大信号的输出电路(2b)；以及
第一屏蔽电路，包括与所述接地端相连的第四连接装置(101-104)和至少一个与所述第四连接装置相连的第三电路图案(31，32)，所述第三电路图案位于所述第j层上的所述第一电路图案周围以屏蔽所述第一电路图案；
第二屏蔽电路，包括第五连接装置(102-104)和至少一个通过所述第五连接装置与所述接地端相连的第四电路图案(32-34)，所述第四电路图案位于所述第j层上的所述第二电路图案周围；以及
从输出电路发射放大信号的天线。
CN98109267A 1997-05-20 1998-05-20 带保护电路的高频放大器和包含该放大器的无线发射装置 Expired - Fee Related CN1084548C (zh)

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