CN1260990C - 高频功率放大器 - Google Patents

Abstract

提供一种高频功率放大器，能够抑制低漏极或集电极电压时的增益降低，而且效率降低少。具备：第1功率放大部，在输入部或输出部具有衰减电路(3)；衰减量控制部件(4)，控制上述衰减电路(3)的衰减量；以及集电极或漏极电压提供部件(2)；上述衰减量控制部件(4)根据上述电压提供部件(2)的输出电压来控制上述衰减电路(3)的衰减量。

Description

高频功率放大器

技术领域

本发明涉及高频放大器。特别涉及需要近年的便携电话机终端等所要求的高线性和高效率的放大器。

背景技术

近年来，以便携电话为代表的小型通信终端迅猛地普及，其有用性日益提高。新的便携电话的体制采用CDMA(Code Division Multiple Access：码分多址)，在该通信体制中进行输出功率控制。在CDMA中，功率控制的精度对系统的性能影响很大，所以需要高精度的输出控制。

另一方面，发送功率放大器在通信终端内处理最大的信号功率，所以在发送机的终端功耗量中所占的比例大，为了延长便携电话的通话时间和用于等待的驱动时间，提高发送功率放大器在输出功率控制时的各输出功率上的效率成为极其重要的课题。

发送功率放大器由使用硅半导体或砷化镓等化合物半导体的双极型晶体管、或场效应晶体管构成。作为控制输出功率的现有方法，如(日本)特开2000-196387号公报所公开的那样，有控制放大元件的漏极偏压的方法。

输出功率与漏极端的信号电压振幅和电流振幅之积成正比，而放大器的效率与漏极偏压成反比。因此，在输出功率小(漏极端电压振幅小)时，通过将漏极偏压控制得很低，使放大器在各输出功率上的效率提高。

但是，用作放大元件的实际的场效应晶体管和双极型晶体管具有下述问题：如果漏极或集电极电压降低，则漏极或集电极的偏流降低，导致增益降低或失真增大。此外，也产生下述问题：如果放大器的增益随输出功率而变动，则输出功率的控制误差增大。另一方面，如果想减小输出功率的控制误差，则终端的控制电路复杂化。

在上述特开2000-196387号公报的电路中，为了防止低漏极偏压时的漏极偏流降低，如图8所示，用比较器361来检测漏极偏压，反馈到栅极偏压，在漏极偏压低时，通过提高栅极偏压来保持漏极偏流恒定，抑制失真的增大。

但是，在上述例子中，如特开2000-196387号公报的图4所示，即使保持漏极偏流恒定，仍然有下述课题：随着漏极偏压降低，放大器的增益也降低，控制误差增大或终端控制电路复杂化。该增益降低起因于器件固有的工作特性，即，即使保持恒定的漏极偏流，用于放大的场效应晶体管自身的增益也会降低，在上述现有例中是不可避免的。

在上述现有例中，如果想在低漏极偏压时也保持增益恒定，或者进一步抑制增益降低，则需要在低漏极偏压时，使偏流比上述恒定值更大。但是，放大器的效率在甲乙类或乙类工作时比甲类工作时高，一般如果增大偏流，则产生直流消耗电流增加、效率降低这一新课题。

在上述现有例中，放大元件采用了场效应晶体管，但是在双极型晶体管时也产生同样的课题。

发明内容

因此，本发明想解决的技术课题是提供一种高频功率放大器，能够解决上述现有课题，抑制低漏极或集电极电压时的增益降低，而且效率降低少。

本发明为了解决上述技术课题，提供以下结构的高频功率放大器。

本发明的高频功率放大器具备：第1功率放大部、衰减电路、衰减量控制部件和电压提供部件，所述第1功率放大部，在其输入部或输出部具有连接所述衰减电路；所述衰减量控制部件，依赖所述电压提供部件的输出电压来控制所述衰减电路的衰减量；以及集电极或漏极所述电压提供部件提供所述第1功率放大部的集电极或漏极电压；所述衰减电路根据所述衰减量控制部件的控制而改变输入到所述第一功率放大部的信号的衰减量。

本发明还提供一种多级高频功率放大器，由多个放大级构成，其特征在于，在至少某一个放大级中包含高频功率放大器，所述高频功率放大器具备：第1功率放大部、衰减电路、衰减量控制部件和电压提供部件，所述第1功率放大部在其输入部或者输出部连接所述衰减电路；所述衰减量控制部件依赖所述电压提供部件的输出电压来控制所述衰减电路的衰减量；以及所述电压提供部件提供所述第1功率放大部的集电极或漏极电压；所述衰减电路根据所述衰减量控制部件的控制而改变输入或者输出到所述第一功率放大部的信号的衰减量。

此外，最好，高频功率放大器由多个放大级构成，根据上述第1功率放大部以外的放大级的集电极或漏极电压提供部件的输出电压来控制上述衰减电路的衰减量。

最好，上述结构的第1功率放大部被配置在最后的放大级以外。

最好，在高频功率放大器中，根据高频功率放大器的输出电压来控制电压提供部件的输出电压。

最好，在上述高频功率放大器中，上述衰减量被控制得随着上述电压提供部件的输出电压减少而降低。

附图说明

图1是本发明第1实施方式的高频功率放大器的结构方框图。

图2是图1的高频功率放大器的衰减电路的结构示例图。

图3是图2的衰减电路的具体结构图。

图4是控制漏极电压时输入功率、输出功率、场效应晶体管的栅极上施加的衰减量控制电压、及放大器的增益和漏极电压的关系图。

图5是本发明第2实施方式的高频功率放大器的结构方框图。

图6是本发明第3实施方式的高频功率放大器的结构方框图。

图7是使用本发明的高频功率放大器的通信终端的结构方框图。

图8是现有高频功率放大器的电路结构图。

具体实施方式

以下，参照附图来说明本发明各实施方式的高频功率放大器。

图1是本发明第1实施方式的高频功率放大器的结构方框图。如图1所示，高频功率放大器100包括信号放大用的放大元件1、漏极电压提供部件2、衰减电路3及衰减量控制部件4。信号放大用的放大元件1由场效应晶体管或双极型晶体管(以下，以场效应晶体管为代表。)构成。在漏极电压提供部件2中包含通信终端内置的电池或DC/DC变换器等电池输出电压变换部件。衰减量控制部件4根据上述电压提供部件2的输出电压来控制上述衰减电路的衰减量。

将场效应晶体管1的增益表示为Ga(dB)，将衰减电路3的衰减量表示为L(dB)，则该高频功率放大器100的增益G(dB)具有G＝Ga-L的关系。随着漏极电压提供部件2的输出电压Vd降低，场效应晶体管1的增益Ga也降低，但是在上述实施例的高频功率放大器100中，随着该输出电压降低，通过衰减量控制部件来降低衰减电路3的衰减量L。因此，漏极电压提供部件2的输出电压降低时场效应晶体管1的增益Ga的降低通过衰减电路3的衰减量L的降低而实际缓和，抑制了增益G的降低。

更好的是，设定衰减量控制部件，使得场效应晶体管1的增益Ga的降低量和衰减电路3的衰减量L的降低量相等，从而即使在漏极电压提供部件2的输出电压Vd低时，也不会像上述现有例那样使漏极偏流增加，能够使高频功率放大器的增益G恒定，能够提高放大器的效率和抑制输出功率的控制误差。

图1中的A-B间配置的衰减电路可以采用图2(A)所示的使用可变电阻元件的π型衰减电路。

此外，也可以如图2(B)所示，设置衰减量为A、B、C等的多个衰减电路，通过用图中的开关5切换它们来控制衰减量。开关5的切换由衰减量控制部件4来进行。

这里，图2(A)中的衰减电路3的具体结构如图3所示，可变电阻元件可以使用场效应晶体管6、7。通过将衰减量控制部件4的输出电压施加到场效应晶体管6、7的栅极上，能够控制漏极-源极间的沟道电阻值，控制衰减电路3的衰减量。

在漏极电压提供部件2的输出电压降低时，通过提高从衰减量控制部件4向场效应晶体管6的栅极输出的控制电压而使沟道电阻减少，或者通过降低向场效应晶体管7的栅极输出的控制电压而使沟道电阻增大，从而能够通过降低衰减电路3的衰减量来补偿场效应晶体管1的增益降低，保持整个放大器的增益恒定。

其中，可变电阻元件也可以使用双极型晶体管的基极-发射栅极结等二极管特性元件。再者，也可以将由基极控制的集电极-发射极间用作可变电阻。

衰减量控制部件4最好使用下述等部件：用电阻简单地分割电压提供部件的输出电压；用运算放大器等来进行放大/电压移动等；用微型计算机来检测电压提供部件的输出电压，根据该电压值通过计算来产生适当的控制信号。

电压提供部件2可以使用下述部件：在通信终端内置的电池上连接DC/DC变换器或可变电阻，能够通过控制信号来改变漏极电压。此外，也可以串联连接多个电池，通过将漏极电压输出点切换到电池的各连接点来改变电压。

通过本高频功率放大器100的输出电压来控制漏极电压时输入功率、输出功率、场效应晶体管6的栅极上施加的衰减量控制电压、及放大器的增益和漏极电压的关系示于图4。在漏极电压恒定的情况下，随着输出功率减小，放大器的效率也降低。但是，通过使漏极电压降低到放大器的失真容许的电压，即使在低的高频输出功率时，也能够得到高的效率。

但是，在随着漏极电压变化、放大器的增益也变化的情况下，即使按照输出功率来设定最佳的漏极电压，放大器的增益的变化也会产生输出功率误差，所以需要再次重复设定漏极电压。在本实施方式的高频功率放大器100中，如果漏极电压降低，则衰减量控制电压上升，通过衰减量降低而保持增益恒定。因此，即使漏极电压变化，增益也不变化，所以能够容易地设定对输出功率来说最佳的漏极电压。此外，输出功率和输入功率具有1比1的关系，所以能够简单地进行高精度的输出功率控制。

因此，如果将本实施方式的高频功率放大器用作CDMA或W-CDMA等要求放大器失真低、而且进行发送功率控制的通信终端用高频功率放大器，则能够满足终端标准，同时降低终端功耗。

此外，作为控制方法，也可以按照漏极电压来控制输出功率。这可以如下来实现：通过漏极电压来控制高频功率放大器的输入功率和衰减量。

接着用图5来说明本发明第2实施方式的高频功率放大器。图5是本发明第2实施方式的高频功率放大器的结构方框图。高频功率放大器200将上述第1实施方式的高频功率放大器100用于由多级构成的功率放大器的至少某一个放大级。

发送功率放大器为了与其前级的驱动放大器的增益匹配，通常由多级构成，本高频功率放大器200由3级放大器构成，将上述第1实施方式的高频功率放大器100配置在第1级。其后，配置第2级放大器8、最后一级放大器9。这些放大器8、9也可以是第1实施方式的高频功率放大器100。

本实施方式的高频功率放大器200通过降低衰减电路的衰减量来补偿低漏极电压时放大元件的增益降低，能够保持3级放大器的总增益恒定。其中，通过各级的信号放大，越是后级，则处理的信号功率越大，所以越是后级，则衰减电路部的无效功耗越大。因此，从抑制高频功率放大器的功耗的观点来看，将上述第1实施方式的功率放大器100用于更前级的放大级，则降低功耗的效果更好。其中，放大器的级数不必像本实施方式这样为3级，也可以为2级或3级以上。

此外，此情况下的上述第1实施方式的高频功率放大器100的增益对漏极电压的依赖性最好如图4所示不恒定，具有增益随着漏极电压降低而提高的特性，以便能够补偿功率放大器8、9的增益降低量。

再者，图5所示的高频功率放大器200的增益对漏极电压的依赖性不一定要恒定，也可以设定得能校正高频功率放大器200的前级设置的驱动放大器或混频器等的特性随电源电压的变化而变动的量。

接着用图6来说明本发明第3实施方式的高频功率放大器。图6是本发明第3实施方式的高频功率放大器的结构方框图。本实施方式的高频功率放大器300与上述第2实施方式的高频功率放大器200同样是3级结构的功率放大器，但是在输入部配置具有衰减电路3的功率放大器101，在其后配置第2级放大器8、最后一级放大器9。漏极电压提供部件2控制最后一级放大器9的漏极偏压，衰减量控制部件4根据上述漏极偏压来控制功率放大器101中的衰减电路3的衰减量。

如上所述，多级结构的高频功率放大器越是后级则功耗越大，所以在控制多级放大器的输出功率的情况下，像本实施方式的放大器这样至少控制最后一级的漏极电压，对降低3级放大器整体的功耗很有效。再者，在最后一级的前级的至少某一个放大级上配置上述功率放大器101，控制衰减电路3的衰减量，如上所述，降低高频功率放大器的功耗的效果很显著。此外，在此情况下，最后一级以外的放大器的漏极电压也可以恒定。

在本实施方式的高频功率放大器300中，放大元件采用场效应晶体管，但是也可以是双极型晶体管。即，在放大元件采用双极型晶体管的情况下，在低集电极电压时也使增益降低，所以能有效地发挥效果。

此外，在本实施方式的高频功率放大器300中，记载了电压提供部件的输出电压可变的情况，但是即使在只有通信终端内置的电池、不含电压可变部件的情况下，也有效果。电池的输出电压随着电池的消耗而降低，所以在现有高频放大器中，发生增益变化、输出功率偏离设定值这一问题，而根据本实施方式的高频放大器300，根据电池的输出电压来控制上述衰减电路3的衰减量，从而输出功率不会偏离设定值。

(实施例)

图7是使用本发明的高频功率放大器的通信终端的结构方框图。如图7所示，通信终端1001包括：本发明的高频功率放大器1002及电压提供部件1003、作为通信装置的主电源的电池1004、滤波器1005和驱动放大器级1006等发送部RF电路、将RF信号变换为IF信号的变频部1007、低噪声放大器或滤波器等构成的接收RF部1008、IF/基带部1009、双工器1010及天线1011。高频功率放大器1002由与用于得到规定的天线输出的增益对应的N级功率放大器10021～1002N构成，驱动放大器级1006、功率放大器10021～1002N中的至少一个采用上述实施方式的高频功率放大器。

此外，电压提供部件1003提供用于使功率放大器工作的偏压V1～VM。在功率放大器1002由双极型晶体管构成的情况下，通过这些偏压V1、V2、...、VM向双极型晶体管的基极或集电极提供偏置。

驱动放大器1006或功率放大器级1002构成的发送部在终端内处理最大的信号功率，所以放大器的功耗大，而且输出功率控制时也容易产生失真，而在本实施例的通信装置1001中，发送部的功率放大器采用上述实施方式的低失真、输出功率的控制精度高的高频功率放大器，所以能够在规定的天线输出之前实现发送信号的低失真而且低功耗的放大，能够降低通信装置的功耗。此外，像本实施方式这样通信装置1001为电池驱动型的情况下，能够延长电池用完之前的通信时间。相反，如果通信时间与以往相同，则能够使用更小型的电池，能够使通信装置1001小型化或轻型化。

再者，在将通信装置1001用于CDMA、W-CDMA、PDC、PHS、IMT-2000、无线LAN(HYPERLAN、HiSWAN、IEEE802.11)等要求发送功率放大器具有以相邻信道泄漏功率标准为代表的严格的低失真特性的通信系统的情况下，发送功率放大器的低失真和高效率可以并行不悖，更加适合。再者，如上所述，能够实现输出功率的控制精度高、低失真、功耗低的通信终端，所以特别适用于低失真、要求输出功率控制的CDMA或W-CDMA、HYPERLAN、HiSWAN等通信终端。

如上所述，根据本发明，能够实现输出功率的控制精度高、低失真、功耗低的高频功率放大器及通信终端。

其中，本发明不限于上述实施方式，可以以其他各种形式来实施。

Claims (10)

1、一种高频功率放大器，其特征在于，具备：

第1功率放大部、衰减电路、衰减量控制部件和电压提供部件，

所述第1功率放大部在其输入部连接所述衰减电路；

所述衰减量控制部件依赖所述电压提供部件的输出电压来控制所述衰减电路的衰减量；以及

所述电压提供部件提供所述第1功率放大部的集电极或漏极电压；

所述衰减电路根据所述衰减量控制部件的控制而改变输入到所述第一功率放大部的信号的衰减量。

2、如权利要求1所述的高频功率放大器，其特征在于，根据高频功率放大器的输出电压来控制所述电压提供部件的输出电压。

3、如权利要求1所述的高频功率放大器，其特征在于，所述衰减量被控制得随着所述电压提供部件的输出电压减少而降低。

4、一种通信装置，使用权利要求1所述的高频功率放大器。

5、一种多级高频功率放大器，由多个放大级构成，其特征在于，在至少某一个放大级中包含高频功率放大器，

所述高频功率放大器具备：

第1功率放大部、衰减电路、衰减量控制部件和电压提供部件，

所述第1功率放大部在其输入部或者输出部连接所述衰减电路；

所述衰减量控制部件依赖所述电压提供部件的输出电压来控制所述衰减电路的衰减量；以及

所述电压提供部件提供所述第1功率放大部的集电极或漏极电压；

所述衰减电路根据所述衰减量控制部件的控制而改变输入或者输出到所述第一功率放大部的信号的衰减量。

6、如权利要求5所述的多级高频功率放大器，由多个放大级构成，其特征在于，根据所述第1功率放大部以外的放大级的集电极或漏极电压提供部件的输出电压来控制所述衰减电路的衰减量。

7、如权利要求5或6所述的多级高频功率放大器，其特征在于，所述第1功率放大部被配置在最后的放大级以外。

8、如权利要求5所述的多级高频功率放大器，其特征在于，根据高频功率放大器的输出电压来控制所述电压提供部件的输出电压。

9、如权利要求5所述的多级高频功率放大器，其特征在于，所述衰减量被控制得随着所述电压提供部件的输出电压减少而降低。

10、一种通信装置，使用权利要求5所述的多级高频功率放大器。

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