DE69727110T2

DE69727110T2 - Linearer Leistungsverstärker mit hohem Wirkungsgrad für unterschiedliche Frequenzbänder und Leistungsverstärker mit hohem Wirkungsgrad

Info

Publication number: DE69727110T2
Application number: DE69727110T
Authority: DE
Inventors: Masayuki Takarazuka-shi Miyaji; Kaoru Shijyonawate-shi Ishida; Hiroaki Hirakata-shi Kosugi; Yoichi Hodogayaku Morinaga; Hidenobu Yokohama-shi Kato; Takashi Yokohama-shi Enoki
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 1996-10-18
Filing date: 1997-10-16
Publication date: 2004-06-09
Anticipated expiration: 2017-10-17
Also published as: DE69727110D1; KR19980032905A; EP0837559B1; US5973557A; CN1183673A; EP0837559A1; KR100451010B1; CN1119857C

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen linearen Leistungsverstärker für mehrere Frequenzbänder, der in der Lage ist, zwei oder mehr unterschiedliche Frequenzbänder durch Umschaltung zu verwenden, und einen Leistungsverstärker mit hohem Wirkungsgrad, der in Mobiltelefonen, PHS-Geräten und anderen mobilen Übertragungsgeräten verwendet wird.
Bislang war als linearer Leistungsverstärker hohen Wirkungsgrades für mehrere Frequenzbänder der im Blockschaltbild von 7 gezeigte Aufbau bekannt. In 7 wird in einen Eingangsanschluss 20 für das Frequenzband A beispielsweise ein Signal des 950-MHz-Bandes (940 bis 956 MHz) eingegeben, in der Impedanz in einem Anpassnetzwerk 21 angepasst, in einem Vorverstärker 22 verstärkt, in der Impedanz in einem Anpassnetzwerk 23 angepasst, in einem Nachverstärker 24 verstärkt, in der Impedanz in einem Anpassnetzwerk 25 angepasst und als Signalausgabe eines Frequenzbandes A von 940 bis 956 MHz an einem Ausgangsanschluss 26 erhalten.
In gleicher Weise wird in einen Eingangsanschluss 27 eines Frequenzbandes B, beispielsweise ein Signal des 1900-MHz-Bandes (1895,15 bis 1917,95 MHz) eingegeben, in der Impedanz in einem Anpassnetzwerk 28 angepasst, in einem Vorverstärker 29 verstärkt, in der Impedanz in einem Anpassnetzwerk 30 angepasst, in einem Nachverstärker 31 verstärkt, in der Impedanz in einem Anpassnetzwerk 32 angepasst und als ein Ausgabesignal des Frequenzbandes B von 1895,15 bis 1917,95 MHz an einem Ausgangsanschluss 33 erhalten.
Bei einem solchen konventionellen linearen Leistungsverstärker hohen Wirkungsgrades für mehrere Frequenzbänder sind Schaltungen ähnlichen Aufbaus in beiden Frequenzbändern A und B erforderlich, und die Anzahl der Teile ist groß und der Raumbedarf ist bedeutend. Dementsprechend wird, wie in 8 gezeigt, versucht, ein Signal des Bandes A, d. h. 940 bis 956 MHz, oder ein Signal des Bandes B, d. h. 1895,15 bis 1917,95 MHz in einen Eingangsanschluss 34 einzugeben, ein Breitband-Anpassnetzwerk 35 so einzustellen, dass die Impedanz bei den Frequenzen in beiden Frequenzbändern angepasst wird, beide Frequenzbänder in einem Breitband-Vorverstärker 36 zu verstärken, die Impedanz in gleicher Weise in beiden Frequenzbändern A und B in einem Breitband-Anpassnetzwerk 37 anzupassen, in einem Breitband-Nachverstärker 38 zu verstärken, die Impedanz wieder in beiden Frequenzbändern in einem Breitband-Anpassnetzwerk 39 anzupassen, die Frequenzbänder in einer Umschaltschaltung 40 umzuschalten und eine Umschaltung entweder auf einen Ausgangsanschluss 41 für Band A oder einen Ausgangsanschluss 42 für Band B vorzunehmen.
Obgleich bei diesem Verfahren die Anzahl der Teile vermindert werden kann, besteht jedoch das Problem, dass die Einstellung des Breitband-Anpassnetzwerkes (insbesondere an der letzten Stufe) in der Wirksamkeit nicht extrem verbessert werden kann. 9 ist ein Beispiel der Ausgangsimpedanz und der Lastimpedanz des FET des Nachverstärkers 38. Allgemein ist die Lastimpedanz bei maximaler Verstärkung konjugiert-komplex zur Ausgangsimpedanz des FET. Zufällig weichen die Lastimpedanz bei maximaler Verstärkung, die Lastimpedanz bei maximalem Wirkungsgrad und die Lastimpedanz bei minimaler Verzerrung in jedem Frequenzband voneinander ab.
Im Allgemeinen wird im Nachverstärker 38 das Schwergewicht auf geringe Verzerrung oder hohen Wirkungsgrad gelegt, und bezüglich des Breitband-Anpassnetzwerks 39 ist es daher notwendig, das Anpassnetzwerk so aufzubauen, dass diese Eigenschaften realisiert werden, jedoch ist es schwierig zu gestalten, und die Eigenschaften werden leicht schlecht, weil mehrere einschränkende Bedingungen in mehreren Frequenzbändern vorhanden sind. In einer Schalterschaltung 40, die eine elektronische Schaltung verwendet, müssen indessen wegen der großen elektrischen Durchgangsleistung die verwendeten Elemente eine große Kapazität haben, und der Verlust ist groß, weil sie an einer Stelle hohen Leistungspegels verwendet wird, und der Wirkungsgrad des Leistungsverstärkers kann nicht verbessert werden.
In letzter Zeit hat bei Mobiltelefonen der Trend zu geringerer Größe, leichterem Gewicht und niedrigeren Kosten schnell zugenommen. Dementsprechend wird aufgrund der einschränkenden Vorgaben der in den Mobiltelefonen verwendeten Batterie ein Leistungsverstärker benötigt, der sowohl hohen Wirkungsgrad aufweist, als auch bei niedriger Spannung betriebsfähig ist.
19 zeigt ein Beispiel eines Aufbaus eines konventionellen Leistungsverstärkers. In 19 ist das Bezugszeichen 194 ein Eingangsanschluss, 195 ist ein Ausgangsanschluss, 196 ist ein Transistor, 197 ist ein Gate-Vorspannungsanschluss, 198 ist ein Drain-Vorspannungsanschluss, 199 ist ein Eingangsanpassnetzwerk, 200 ist ein Ausgangsanpassnetzwerk und 201, 202 sind erste und zweite Gleichspannungsblockkondensatoren.
Nachfolgend wird ein konventionelles Verfahren zur Verbesserung des Wirkungsgrades eines so aufgebauten Leistungsverstärkers beschrieben.
Bei dem konventionellen Leistungsverstärker wird ein hoher Wirkungsgrad erreicht, indem das Ausgangsanpassnetzwerk 200, das mit dem Transistor 196 verbunden ist, so eingestellt wird, dass die Lastimpedanz des Transistors 196 den maximalen Wirkungsgrad bei der gewünschten Ausgangsgleistung erbringt.
Wenn jedoch bei diesem Aufbau die Ausgangsleistung niedriger ist, als die Ausgangsnennleistung, fällt der Wirkungsgrad ab, wie in 20 gezeigt ist.
Weitere technische Beispiele der letzten Zeit galten dem Gebiet der Leistungsverstärker.
US-A-5 541 554 beschreibt einen Verstärker mit zwei Verstärkungswegen, die parallel an einen Verstärkereingangsabschnitt angekoppelt sind. Der Eingangsabschnitt enthält einen Vorverstärker. Jeder der Verstärkungswege enthält Verstärkungseinrichtungen und ein Impedanztransformationsnetzwerk.
US-A-5 256 987 richtet sich auf eine Leistungsverstärkervorrichtung, die den Ausgang mehrerer Verstärker zusammenfasst, um ein verstärktes Ausgangssignal zu erzeugen. Die Leistungsverstärkervorrichtung enthält mehrere Verstärkerblöcke, die einander parallel geschaltet sind, wobei jeder Verstärkungsblock einen Leistungsverstärker enthält. Die Vorrichtung enthält weiterhin Vor-Anpasseinrichtungen sowie Nach-Anpasseinrichtungen zum Anpassen einer Impedanz der Leistungsverstärker. Weiterhin werden Umschalteinrichtungen verwendet, um die Leistungsverstärker selektiv anzuschließen oder abzutrennen.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Leistungsverstärker hohen Wirkungsgrades anzugeben, der speziell mit Rücksicht auf Änderungen einer benötigten Ausgangsleistung verbessert ist.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch einen Verstärker gelöst, der die Merkmale von Anspruch 1 hat. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Ein Leistungsverstärker gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält wenigstens zwei Leistungsverstärker, die parallel geschaltet sind, und schließt eine notwendige Anzahl der Leistungsverstärker in Abhängigkeit von einer benötigten Ausgangsleistung durch die Eingangszweigeinrichtungen und Ausgangswähleinrichtungen an, und schaltet solche Stromquellen entsprechend den angeschlossenen Leistungsverstärkern an und die anderen durch die Stromquellenumschalteinrichtungen aus. Wenn dementsprechend die Ausgangsleistung von der maximalen Ausgangsleistung ausgehend abgesenkt wird, wird der Stromverbrauch im Verhältnis zum abgesenkten Teil der Ausgangsleistung geringer, so dass ein Betrieb mit gleichem Wirkungsgrad wie im Falle der Ausgabe bei maximalen Wirkungsgrad realisiert wird. Die Erfindung ist daher als Schaltungsaufbau zum Verändern der Ausgangsleistung wirkungsvoll.
1 ist ein Blockschaltbild eines linearen Leistungsverstärkers hohen Wirkungsgrads für mehrere Frequenzbänder.
2 ist sein spezielles Schaltungsprogramm.
3 ist ein Blockschaltbild eines linearen Leistungsverstärkers hohen Wirkungsgrades für mehrere Frequenzbänder.
4 ist sein spezielles Schaltbild.
5 ist ein Diagramm zur Erläuterung des Betriebs eines Anpassnetzwerks desselben.
6 ist ein Diagramm zur Erläuterung des Betriebs eines Hilfsanpassnetzwerks desselben.
7 ist ein Blockschaltbild eines linearen Leistungsverstärkers hohen Wirkungsgrades für mehrere Frequenzbänder nach dem Stand der Technik.
8 ist ein Blockschaltbild eines linearen Leistungsverstärkers hohen Wirkungsgrades für mehrere Frequenzbänder eines anderen Standes der Technik.
9 ist ein Impedanzdiagramm, die Ausgangsimpedanz und die Lastimpedanz eines Nachverstärkers zeigt.
10 ist ein Blockschaltbild, das einen Aufbau der Ausführungsform 1 der Erfindung zeigt.
11 ist ein Blockschaltbild, das den Aufbau der Ausführungsform 2 der Erfindung zeigt.
12 ist ein Blockschaltbild, das den Aufbau der Ausführungsform 3 der Erfindung zeigt.
13 ist ein Smith-Diagramm durch Ein/Aus-Schalten der Vorspannung eines Leistungsverstärkers.
14 ist ein Blockschaltbild, das den Aufbau eines Leistungsverstärkers zeigt.
15 ist ein Blockschaltbild der Verwendung des Leistungsverstärkers von 15 in einer Sendeschaltung eines Mobiltelefons.
16 ist ein Blockschaltbild, das einen Aufbau einer Ausführungsform 4 der Erfindung zeigt.
17 ist ein Blockschaltbild, das einen Aufbau einer Ausführungsform 5 der Erfindung zeigt.
18 ist ein Blockschaltbild, das einen Aufbau einer Ausführungsform 6 der Endung zeigt.
19 ist ein Diagramm, das ein Beispiel des Aufbaus eines konventionellen Leistungsverstärkers zeigt.
20 ist ein Diagramm, das die Beziehung einer Ausgangsleistung und des Wirkungsgrades bei einem konventionellen Leistungsverstärker zeigt.
21 ist ein Blockschaltbild, das einen anderen Aufbau der Ausführungsform 5 der Erfindung zeigt.
Ein als Beispiel 1 bezeichneter Verstärker wird unten unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben. In 1, das ein Blockschaltbild eines linearen Leistungsverstärkers hohen Wirkungsgrades für mehrere Frequenzbänder zeigt, ist ein Eingangsanschluss 1, der dem Frequenzband A oder erstem Frequenzband und dem Frequenzband B oder zweitem Frequenzband gemeinsam ist, mit dem Eingang eines Breitband-Anpassnetzwerks 2 oder Breitband-Anpasseinrichtung verbunden, und der Ausgang des Breitband-Anpassnetzwerks 2 ist mit dem Eingang eines Vorverstärkers 3 oder Vorverstärkungseinrichtung zur gemeinsamen Verstärkung der Frequenzbänder A und B verbunden, während der Ausgang des Vorverstärkers 3 mit einem gemeinsamen Anschluss 4a einer Schalterschaltung 4 oder Umschalteinrichtung für mehrere Frequenzbänder verbunden ist.
Ein Umschaltanschluss 4b der Schalterschaltung 4 ist mit dem Eingang eines Anpassnetzwerks 5 für das Frequenzband A oder Einzelfrequenzband-Anpasseinrichtung verbunden, und der Ausgang des Anpassnetzwerks 5 ist mit dem Eingang eines Nachverstärkers 6 oder Nachverstärkungseinrichtung für das Band A verbunden, und der Ausgang des Nachverstärkers 6 ist mit einem Ausgangsanschluss 8 für das Frequenzband A über ein Nachanpassnetzwerk 7 oder Nach-Anpasseinrichtung exklusiv für das Frequenzband A verbunden. Das Anpassnetzwerk 5, der Nachverstärker 6 und das Nach-Anpassnetzwerk 7 für das Frequenzband A bilden einen Nachverstärkerblock für das Frequenzband A.
Andererseits ist der andere Umschaltanschluss 4c der Schalterschaltung 4 mit dem Eingang eines Anpassnetzwerks 9 oder Signalfrequenzband-Anpasseinrichtung für das Frequenzband B verbunden, und der Ausgang der Anpassschaltung 9 ist mit Eingang eines Nachverstärkers 10 für das Frequenzband B als Nachverstärkungseinrichtung verbunden, während der Ausgang des Nachverstärkers 10 mit einem Ausgangsanschluss 12 für das Frequenzband B über ein Nach-Anpassnetzwerk 11 oder Nachpasseinrichtung exklusiv für das Frequenzband B verbunden ist. Das Anpassnetzwerk 9, der Nachverstärker 10 und das Nach-Anpassnetzwerk 11 für das Frequenzband B bilden einen Nachverstärkerblock für das Frequenzband B.
Der Betrieb wird unten beschrieben. Als Band A wird beispielsweise ein Signal von 940 bis 956 MHz in der gleichen Weise wie im Stand der Technik behandelt, und als Band B wird vergleichbar ein Signal von 1895,15 bis 1917,95 MHz behandelt. Wenn das Frequenzband A durch Umschalten des gemeinsamen Anschlusses 4a der Schalterschaltung 4 auf die Seite des Umschaltanschlusses 4b und Zuführung eines Signals von 940 bis 956 MHz vom Eingangsanschluss 1 verstärkt wird, dann wird es in diesem Falle in der Impedanz durch das Breitband-Anpassnetzwerk 2 angepasst, das in der Lage ist, Impedanz in einem Frequenzbereich von 940 bis 1917,95 MHz anzupassen, und durch den Vorverstärker 3 verstärkt, und sein Ausgang wird zur Seite des Umschaltanschlusses 4b vom gemeinsamen Anschluss 4a der Schalterschaltung 4 gesandt, so dass die Impedanz im Anpassnetzwerk 5 für das Frequenzband A, d. h. 940 bis 956 MHz, angepasst wird. Der Ausgang des Anpassnetzwerks 5 gelangt in den Nachverstärker 6 für Band A, um verstärkt zu werden, und sein Ausgang wird in der Impedanz durch die Nach-Anpassschaltung 7 exklusiv für das Frequenzband A angepasst und an den Ausgangsanschluss 8 für das Frequenzband A abgegeben.
Wenn das Band B verstärkt wird, hier nun durch Umschaltung des gemeinsamen Anschlusses 4a der Schalterschaltung 4 auf die Schalte des Umschaltanschlusses 4c, und Zuführung eines Signals von 1895,15 bis 1917,95 MHz vom Eingangsanschluss 1, wird es in der Impedanz durch das Breitband-Anpassnetzwerk 2 angepasst, das in der Lage ist, Impedanz in einem Frequenzbereich von 940 bis 1917,95 MHz anzupassen, und wird im Vorverstärker 3 verstärkt, und sein Ausgang wird zur Seite des Umschaltanschlusses 4c vom gemeinsamen Anschluss 4a der Schalterschaltung 4 gesandt, und wird in der Frequenz durch das Anpassnetzwerk 9 für das Frequenzband B, d. h. 1895,15 bis 1917,95 MHz, angepasst. Der Ausgang des Anpassnetzwerks 9 gelangt in den Nachverstärker 10 für Band B und wird verstärkt, und sein Ausgang wird in der Impedanz im Nach-Anpassnetzwerk 11 exklusiv für das Frequenzband B angepasst und wird an den Ausgangsanschluss 12 für das Frequenzband B abgegeben. Die dem Eingangsanschluss 1 zugeführten Eingangssignale können getrennt für die Frequenzbänder A und B er zeugt werden oder können für mehrere Bänder wie bei dieser Ausführungsform gemeinsam sein.
2 zeigt ein detailliertes Schaltbild des Blockschaltbilds von 1. In 2 ist der Eingangsanschluss 1, der für die Frequenzbänder A und B gemeinsam ist, mit einer Serienschaltung aus einem Kopplungskondensator C1 und einem Kondensator C2 verbunden, C2 ist geerdet, und vom Verbindungspunkt von C1 und C2 ist eine Spule L1 mit dem Gate eines Transistors TR1 verbunden. Nachfolgend sind alle Transistoren Feldeffekttransistoren (FETs) für hohe Frequenz.
Die Source-Elektrode des Transistors TR1 ist geerdet, das Gate ist über eine Spule S2 mit einer Vorspannung Vg1 verbunden, die über einen Kondensator C3 abgeblockt ist, und das Drain über eine Lastspule L3 mit einer Spannung Vd1 versorgt, die über einen Kondensator C5 abgeblockt ist, wodurch ein Vorverstärker 3 gebildet ist. Zwischen dem Drain und dem Gate erfolgt eine negative Rückkopplung über einen Kondensator C4 und einen Widerstand R1, das Band der Impedanzanpassung des Anpassnetzwerks durch den eingangsseitigen Kondensator C2 und die Spule L3 ist breit und stabilisiert, und beide sind kombiniert, um das Breitband-Anpassnetzwerk 2 zu bilden.
Die Schalterschaltung 4 besteht aus Transistoren TR2 bis TR4 und Widerständen R2 bis R5, die einzelnen Drains der Transistoren Tr2 bis TR4 sind verbunden, um den gemeinsamen Anschluss 4a zu bilden, und ein Kondensator C6 ist zwischen sie und das Drain des Transistors TR1 geschaltet. In der Schalterschaltung 4, wie sie in 2 angeschlossen ist, wird durch Anlegen von Spannung an den Anschluss Vcont1 der Transistor TR2 eingeschaltet, um eine Leitung zwischen dem gemeinsamen Anschluss 4a und dem Umschaltanschluss 4b einzurichten, und durch Einschalten des Transistors TR3 wird der Kriechweg vom gemeinsamen Anschluss 4a zum Umschaltanschluss 4c geerdet, um die Verbindung zwischen dem gemeinsamen Anschluss 4a und dem Anschluss 4c zu unterbrechen. Durch Anlegen von Spannung an Vcont2 wird der Transistor TR4 eingeschaltet, um eine Leitung zwischen dem gemeinsamen Anschluss 4a und dem Umschaltanschluss 4c einzurichten, und durch Einschalten des Transistors TR5 wird der Kriechweg vom gemeinsamen Anschluss 4a zum Umschaltanschluss 4b geerdet, um die Leitung zwischen dem gemeinsamen Anschluss 4a und dem Umschaltanschluss 4b zu unterbrechen.
Der Umschaltanschluss 4b der Schalterschaltung 4 ist mit dem Anpassnetzwerk 5 für das Frequenzband A, bestehend aus der Spule L4 und dem Kondensator C8, verbunden, und das andere Ende des Kondensators C8 ist geerdet, während das andere Ende der Spule L4 mit dem Gate des Nach-Transistors TR6 über einen Kondensator C9 verbunden ist. Die Source des Transistors TR6 ist geerdet, und durch Überbrückung von Spannung Vg2 über den Kondensator C10 ist eine Vorspannung an das Gate über die Spule L5 angelegt, und andererseits ist durch Überbrückung von Spannung Vd2 durch Kondensator C11 eine Spannung an das Drain über eine Lastspule L6 angelegt, wodurch ein Nachverstärker 6 für das Band A gebildet wird. Im Nachverstärker ist, da eine nicht lineare Verzerrung eine unvorteilhafte, unerwünschte Abstrahlung hervorruft, lineare Verstärkung mit letzter Linearität von Eingang und Ausgang durch Einstellung des Nach-Anpassnetzwerks 7 oder durch Anpassung des Schalterzustandes erforderlich.
Hier ist das Drain des Transistors TR6 mit dem einen Ende der Spule L7 verbunden, um das Nach-Anpassnetzwerk 7 exklusiv für das Frequenzband A zusammen mit dem Kondensator C11 zu bilden, und das andere Ende der Spule L7 ist über den Kondensator C12 geerdet und ist auch mit einem Ausgangsanschluss 8 für das Frequenzband A über einen Kondensator C13 verbunden.
Zwischen dem Umschaltanschluss 4c der Schalterschaltung 4 und dem Ausgangsanschluss 12 für das Frequenzband A ist ein ähnlicher Aufbau ausgebildet, und der andere Umschaltanschluss 4c der Schalterschaltung 4 ist mit der Spule L8 und dem Kondensator C14 verbunden, um das Anpassnetzwerk 9 für das Frequenzband B zu bilden, das andere Ende des Kondensators C14 ist geerdet, und das andere Ende der Spule L8 ist mit dem Gate des Nachtransistors TR7 über den Kondensator C15 verbunden. Der Nachtransistors TR7 bildet, wie der Transistor TR6, einen Nachverstärker 10 für das Band B zusammen mit den Kondensatoren C16, C17 und Spulen L9, L10, und das Drain des Transistors TR7 ist mit einer Spule L11 zur Bildung eines Nach-Anpassnetzwerks 11 exklusiv für das Frequenzband B zusammen mit dem Kondensator C8 verbunden, während das andere Ende der Spule L11 am Kondensator C18 geerdet ist und mit dem Ausgangsanschluss 12 für das Frequenzband B über den Kondensator C19 verbunden.
Der Betrieb wird nachfolgend beschrieben. Zur Verstärkung des Bandes A wird zunächst eine Spannung an den Anschluss Vcont1 gelegt, dann werden die Transistoren TR2, TR3 über die Widerstände R2, R3 eingeschaltet, so dass der gemeinsame Anschluss 4a der Schalterschaltung 4 auf die Seite des Umschaltanschlusses 4b umgeschaltet wird. Bei der Zuführung eines Signals von 940 bis 956 MHz vom Eingangsanschluss 1 wird die Impedanz in einem breiten Frequenzbereich von 940 bis 1917,95 MHz durch den gate-seitigen Kondensator C2 und Spule L1 angepasst, und durch das Breitbandanpassnetzwerk 2, das durch negative Rückkopplung durch Widerstand R1 und Kondensator C2 gebildet ist, der mit dem Gate vom Drain des Transi stors TR1 verbunden ist. Verstärkt im Vorverstärker 3, der vom Transistor TR1 gebildet ist, wird der Ausgang vom gemeinsamen Anschluss 4a der Schalterschaltung 4 zur Seite des Umschaltanschlusses 4b gesandt, und die Impedanz wird im Anpassnetzwerk 5 für das Frequenzband A angepasst, d. h. für 940 bis 956 MHz, das vom Kondensator C8 und der Spule L4 gebildet ist. Der Ausgang des Anpassnetzwerks 5 wird dem Nachverstärker 6 für das Band a, gebildet vom Transistor CR6, über den Kondensator C9 zugeführt und verstärkt, und dessen Ausgang wird in den Ausgangsanschluss 8 für das Frequenzband A abgegeben, nachdem es in der Impedanz durch das Anpassnetzwerk 7, das aus der Spule L7 und dem Kondensator C12 besteht, exklusiv für das Frequenzband A angepasst worden ist.
Zur Verstärkung des Frequenzbandes B wird eine Steuerspannung an den Anschluss Vcont2 angelegt, die Transistoren TR4, TR5 werden dann über die Widerstände R4, R5 eingeschaltet, so dass der gemeinsame Anschluss 4a der Schalterschaltung 4 auf die Seite des Umschaltanschlusses 4c umgeschaltet wird, und durch Zuführung eines Signals von 1895,15 bis 1917,95 MHz vom Eingangsanschluss 1 wird die Impedanz in einem Frequenzbereich von 940 bis 1917,95 MHz durch das Anpassnetzwerk aus dem Kondensator C2 und der Spule L1 angepasst, und durch das Breitband-Anpassnetzwerk 2, das durch die negative Rückkopplung durch Widerstand R1 und Kondensator C4 gebildet ist, die mit dem Gate vom Drain des Transistors TR1 verbunden sind. Verstärkt im Vorverstärker 3 aus dem Transistors TR1 wird der Ausgang vom gemeinsamen Anschluss 4a der Schalterschaltung 4 zur Seite des Umschaltanschlusses 4c gesandt, und die Impedanz wird im Anpassnetzwerk 9 für das Frequenzband B, d. h. 1895,15 bis 1917,95 MHz, gebildet vom Kondensator C14 und der Spule L15, angepasst. Der Ausgang des Anpassnetzwerks 9 wird dem Nachverstärker 10 für das Band B zugeführt, der aus dem Transistors TR7 besteht, und wird verstärkt, und der Ausgang wird den Ausgangsanschluss 12 für das Frequenzband B nach Anpassung in der Impedanz durch das Nach-Anpassnetzwerk 11 exklusiv für das Frequenzband B, bestehend aus Spule L11 und Kondensator C18, abgegeben.
Bei der Anpassung jedes Anpassnetzwerks sind die Anpassnetzwerke 5, 9 zur Anpassung der Ausgangsimpedanz und der Lastimpedanz des Vorverstärkers 3 jeweils exklusiv für jedes einzelne Frequenzband, und die Anpassnetzwerke 7, 11 zur Anpassung der Nachverstärker 6, 10 sind ebenfalls exklusiv für jedes einzelne Frequenzband, und daher werden die einschränkenden Bedingungen erleichtert und ist die Gestaltung einfacher, so dass eine große Verstärkung im Vorverstärker 3 erhalten werden kann, und darüber hinaus können die Anpassnetzwerke 5, 9 so aufgebaut werden, dass sie eine Last zur Erzielung maximaler Verstärkung bei einer einzigen Frequenz bilden, während die Nach-Anpassnetzwerke 7, 11 zum Anpassen der Nachverstärker 6, 10 so aufgebaut werden können, dass sie Eigenschaften erzeugen, deren Hauptzweck in der niedrigen Verzerrung oder im hohen Wirkungsgrad liegt.
In dem Beispiel sind zwei Frequenzbänder betrachtet, jedoch kann durch Steigerung der Anzahl der Kreise der Schalterschaltung 4 und durch Hinzufügen der Anpassnetzwerke und Nachverstärker die Erfindung auf drei oder mehr oder n Frequenzbänder angewendet werden, so dass die Wirkung der Verminderung der Anzahl von Bauelementen weiter verbessert werden kann.
Der Aufbau ist somit bis zum Vorverstärker 3 in allen Frequenzbändern gleich, und die Anzahl der Schaltungselemente kann vermindert werden und die Schaltungsstruktur kann vereinfacht werden, und die Umschalt-Schaltung 5 ist an einer Stelle niedrigen Leistungspegels angeordnet, und die Elemente der Umschalt-Schaltung können klein sein, und da die Anpassnetzwerke bei hohem Pegel, der zu einer Zunahme unerwünschter Abstrahlung aufgrund einer Zunahme von Verlusten und Verschlechterung der Linearität wegen Fehlanpassung der Lastimpedanz führt, in jedem Frequenzband vorgesehen sind, können die Anpassnetzwerke einfach gestaltet werden, und der Schaltungsaufbau kann bei Aufrechterhaltung einer maximalen Schaltungsleistung vereinfacht werden.
Ein weiterer Verstärker, der als Beispiel 2 bezeichnet wird, soll nun unter Bezugnahme auf 3 und 4 beschrieben werden. 3 ist ein Blockschaltbild eines linearen Leistungsverstärkers hohen Wirkungsgrades für mehrere Frequenzbänder, der sich von dem Beispiel 1 in 1 in einer Veränderung des Aufbaus des Breitband-Anpassnetzwerks 2a und durch den Einsatz eines Hilfsanpassnetzwerks 13 direkt hinter dem Vorverstärker 3a und somit durch den veränderten Aufbau der Anpassnetzwerke 5a, 9a in jedem Frequenzband unterscheidet. Als Folge ist ein Teil der Anpasselemente der Anpassnetzwerke 5a, 9a von Band A und Band B auch im Hilfsanpassnetzwerk 13 verwendet, und die Anzahl der Anpasselemente ist vermindert. Dieses wird besonders weiter unten zusammen mit dem detaillierten Schaltbild in 4 beschrieben.
In 4 sind gleiche Funktionsteile wie in 2, die sich auf die Ausführungsform 1 bezieht, mit gleichen Bezugszeichen versehen, und ein Erläuterung ist weggelassen. Am anderen Ende eines Kopplungskondensators C1, der mit einem Eingangsanschluss 1 verbunden ist, sind eine Spule L1a und ein Kondensator C2a angeschlossen, das andere Ende eines Kondensators C2a ist geerdet, eine Spule L1 b und ein Kondensator C2b sind mit dem anderen Ende der Spule L1 a verbunden, das andere Ende des Kondensators C2b ist geerdet, und das andere Ende der Spule L1b ist mit dem Gate des Transistors TR1 verbunden. Anders als bei der Ausführungsform 1 wird ein Breitband-Anpassnetzwerk 2a von Spulen L1a, L1b und Kondensatoren C2a, 2b gebildet. In 2, die sich auf Beispiel 1 bezieht, ist der Transistor TR1 rückgekoppelt, um Breitbandigkeit und Stabilität zu erzielen, jedoch ist die Verstärkung größer, wenn keine Rück kopplung angewendet wird. In diesem Falle ist jedoch die Gestaltung schwierig und sollte daher unter Berücksichtigung von Vorteilen und Nachteilen ausgewählt werden.
Zwischen das Drain des Transistors TR1 und Erde ist ein Kondensator C20 als Kapazität der Hilfsanpasseinrichtung 13 geschaltet, und ein Kopplungskondensator C6a ist zwischen das Drain des Transistors TR1 und einem gemeinsamen Anschluss 4a der Schalterschalter 4d geschaltet. An einem Anschluss 4b der Schalterschaltung 4d ist eine Spule L4 als eine Induktivität einer Einzelfrequenzband-Anpasseinrichtung angeschlossen. Das andere Ende der Spule L4 ist mit dem Gate des Transistors TR6 über einen Koppelkondensator C9a verbunden. Andererseits ist an den Umschaltanschluss 4c der Schalterschaltung 4d eine Spule L8 als eine Induktivität einer Einzelfrequenzband-Anpasseinrichtung angeschlossen, und das andere Ende der Spule L8 ist mit dem Gate des Transistors TR7 über einen Koppelkondensator C15a verbunden. Ein Anpassnetzwerk 5a für Band A besteht aus Kondensator C20 und Spule L4. Ein Anpassnetzwerk 9a für Band B besteht aus Kondensator C20 und Spule L8. Da der Kondensator C20 in beiden Anpassnetzwerken gemeinsam verwendet wird, ist er somit als Hilfsanpassnetzwerk 13 ausgebildet. Da der Kondensator 20 beiden Anpassnetzwerken gemeinsam ist, kann die Anzahl der Kondensatoren um eins vermindert werden, und da der Kondensator 20 an dieser Stelle angeordnet ist, kann der Verlust aufgrund niedriger Ausgangsimpedanz des Transistors TR1 verbessert werden.
Dieser Grund wird unter Bezugnahme auf 5 erläutert. Allgemein ist die Ausgangsimpedanz des Vorstufen-FET oder des Nachstufen-FET eine niedrige Impedanz nahe einem Kurzschluss. Nimmt man an, dass die Ausgangsimpedanz des FET gleich 5Ω ist, wird durch Abstimmung des Anpassnetzwerks zur Erzielung einer konjugierten Impedanz einschließlich des Anpassnetzwerks an der Last von 50Ω am Punkt X1 in 5(a), wenn die Ausgangslast auf 5Ω eingestellt ist, wie in der Impedanzschaltung von 5(b) gezeigt, eine maximale Verstärkung erzielt. Da jedoch, wie in 3 und 4 gezeigt, die Schalterschaltung 4d hinter dem Vorverstärker 3a vorgesehen ist, und wenn dieser Verlust wie in 5(c) ausgedrückt ist, kann wegen der niedrigen Ausgangsimpedanz des FET der Verlust in der Schalterschaltung 4d nicht vernachlässigt werden. Nimmt man an, dass dieser Widerstandswert gleich 2,5Ω ist, dann ist wegen der Ausgangslastimpedanz des FET von 5Ω, wie in der Äquivalenzschaltung von 5(d) gezeigt, die Impedanz der Schalterschaltung gleich 2,5Ω, und die wirksame Impedanz des Anpassnetzwerks, das die Last enthält, ist 2,5Ω, und die Verstärkung ist auf die Hälfte herabgesetzt.
In diesem Beispiel, das das Hilfsanpassnetzwerk 13 durch den Kondensator C20 verwendet, ist die Ausgangsimpedanz, wie vom Punkt X3 in 5(e) zur FET-Seite gesehen, höher, und nimmt man an, sie sei auf 20Ω erhöht, ist die wirksame Lastimpedanz ohne den Verlust der Schalterschaltung maximal 17,5Ω, und der entsprechende Verlust der Schalterschaltung ist im Verhältnis kleiner im Vergleich zu 5(d), wie in der Äquivalenzschaltung in 5(f) angedeutet, so dass der Verlust der Schalterschaltung nicht stark eingeht.
Unter Bezugnahme auf 6 wird nun ein Verfahren zum Erhöhen der Ausgangsimpedanz des FET durch das Hilfsanpassnetzwerk 13 erläutert. Wenn in 6 die Ausgangsimpedanz des FET eine niedrige Impedanz ist (beispielsweise 5Ω), was an einer Stelle des kapazitiven Punktes g im Smith-Diagramm liegt, wird sie in eine Impedanz am Punkt h in der oberen Seite (induktiven Seite) des Diagramms aufgrund der Wirkung der Übertragungsleitung (Schaltungsstift oder Bonddraht des FET) umgewandelt. Durch Anordnen des Kondensators C20 parallel dazu, wird sie weiterhin in eine Impedanz am Punkt i (beispielsweise 20Ω) an der Innenseite des Smith-Diagramms umgewandelt, wie im Diagramm gezeigt.
Tatsächlich besteht der Unterschied zwischen der Schalterschaltung 4d und der Schalterschaltung 4 in 2 darin, Steuerspannung über einen Inverter In1 an die Widerstände R4, R5 anzulegen, und was sich daher gegenüber 2 unterscheidet besteht darin, dass die Verbindung der Schalterschaltung verändert ist, indem die Steuerspannung auf positiv oder negativ eingestellt wird, und der Unterschied zwischen Beiden ist nicht wesentlich.
Die Vorspannung an den Gates der Transistoren TR1, TR6, TR7 kann auch über die Widerstände anstelle über die Spulen L2, L5, L9 in 4 angelegt werden, soweit eine hohe Impedanz erzielt wird. Es ist unnötig zu sagen, dass wenn bei den dargestellten Spulen die Frequenz hoch wird, sie durch Mikrostripleitungen oder andere Induktanzelemente ersetzt werden können.
Somit ist im Beispiel 2 zusätzlich zum Betrieb und der Wirkung des Beispiels 1 das Hilfsanpassnetzwerk 13 direkt hinter dem Vorverstärker 3a angeordnet, und die Schaltungselemente, d. h. die Kondensatoren, des Anpassnetzwerks 5a, 9a, die für Band A und Band B vorgesehen sind, nachdem das Hilfsanpassnetzwerk 13 die Schalterschaltung 4d durchläuft, werden gemeinsam verwendet, und die Anzahl der Schaltungselemente kann vermindert werden, und weil weiterhin die Ausgangsimpedanz des FET durch den Kondensator C20 am Ausgang des Vorverstärkers 3a angehoben wird, ist der Verlust an der Schalterschaltung 4d relativ vermindert, und der Verlust aufgrund einer niedrigen Ausgangsimpedanz des FET kann verbessert werden. In diesem Falle kann anstelle des Kondensators C20 eine Leitung großer Breite mit niedriger Impedanz verwendet werden, und diese Leitung niedriger Impedanz wirkt als Kapazität, nicht als Induktivität, so dass die gleiche Wirkung wie durch den Kondensator erhalten werden kann.
Auch in diesem Beispiel wird von zwei Frequenzbändern ausgegangen, jedoch kann durch Steigerung der Anzahl der Kreise der Schalterschaltung und durch Hinzufügung der Anpassnetzwerke und Nachverstärker die Erfindung auf drei oder mehr oder n Frequenzbänder angewendet werden, so dass die Wirkung der Verminderung der Anzahl von Bauelementen weiter verbessert werden kann.
In beiden Beispielen 1 und 2 kann das Breitband-Anpassnetzwerk, das gleich hinter dem Eingangsanschluss 1 vorgesehen ist, weggelassen werden, wenn der Verlust an Verstärkung vernachlässigt werden kann.
Die Schaltung der Beispiele 1 und 2 ist in diesem Beispiel 3 als integrierte Schaltung ausgebildet. Der gesamte Block in 1, d. h. der durch die gestrichelte Linie 14 umschlossene Bereich, oder der gesamte Block in 3, d. h. der durch die gestrichelte Linie 17 umschlossene Bereich, ist auf einem einzigen Halbleiterchip realisiert. Durch einen solchen Aufbau wird der Zwischenraum zwischen Teilen schmäler, das Auftreten unnötiger Induktanz oder Kapazität ist verhindert, der Schaltungsbetrieb ist stabilisiert, und die Anzahl der Einzelteile ist vermindert, so dass dieses bevorzugt ist, wenn Erzeugnisse gleichen Zustandes in großer Menge hergestellt werden.
Um den unterschiedlichen äußeren Bedingungen der Ausgangsanschlüsse 8, 12 Rechnung zu tragen, sind die Nach-Anpassnetzwerke 7, 18 hier als äußere Teile vorgesehen, und der mit gestrichelter Linie 15 in 1 umgrenzte Bereich, d. h. der Block mit dem Breitband-Anpassnetzwerk 2, dem Vorverstärker 3, der Schalterschaltung 4, den Anpassnetzwerken 5, 9 und den Nachverstärkern 6, 10, oder der durch die gestrichelte Linie 18 in 3 umschlossene Bereich, d. h. der Block mit dem Breitband-Anpassnetzwerk 2a, dem Vorverstärker 3a, dem Hilfsanpassnetzwerk 13, der Schalterschaltung 4d, den Anpassnetzwerken 5a, 9a und den Nachverstärkern 6, 10, ist auf dem gleichen Halbleiterchip realisiert, und dieses Verfahren ist als vielseitig und für eine große Vielfalt von Modellen geeignet, wobei die Herstellungsmenge und weitere Bedingungen Berücksichtigung finden. In gleicher Weise können der mit gestrichelter Linie 16 in 1 umschlossene Bereich, d. h. der Block mit dem Breitband-Anpassnetzwerk 2, dem Vorverstärker 4 und der Schalterschaltung 4, oder der durch gestrichelte Linie 19 in 3 umgrenzte Bereich, d. h. der Block mit dem Breitband-Anpassnetzwerk 2a, dem Vorverstärker 3a, dem Hilfsanpassnetzwerk 13 und der Schalterschaltung 4d, nur auf dem gleichen Halbleiterchip realisiert werden. Dieser Fall ist auf verschiedene Frequenzbereiche oder Ausgänge anwendbar, und er ist auch im Falle bevorzugt, wo die Leistung des Nachverstärkers hoch ist und die Wärmeerzeugung Einwirkungen auf andere Teile hat.
Hier ist der durch die gestrichelte Linie hinter dem Eingangsanschluss 1 umschlossene Bereich auf einem gleichen Halbleiterchip ausgebildet, jedoch wenigstens einschließlich dieses Bereichs kann die Schaltung vor dem Eingangsanschluss 1 zusammen auf einem gleichen Halbleiterchip ausgebildet sein.
Die dargestellte Anzahl von Teilen und die numerischen Impedanzwerte oder die Frequenz sind willkürlich gewählt und nicht einschränkend.
In den vorangehenden Ausführungsformen können Details des Schaltungsaufbaus frei modifiziert oder durch andere Schaltung ersetzt werden, die vergleichbare Funktionen hat, und Details können innerhalb des Umfangs der Ansprüche der Erfindung verändert werden und sind nicht auf den dargestellten Schaltungsentwurf allein beschränkt.
10 zeigt einen Leistungsverstärker hohen Wirkungsgrads der Ausführungsform 1 der Erfindung. In 10 bezeichnet das Bezugszeichen 111 einen Eingangsanschluss, 112 ist ein Ausgangsanschluss, 113, 114 sind erste und zweite Leistungsverstärker, 115, 116 sind erste und zweite Schalterschaltungen als Stromquellen-Umschalteinrichtungen zum Einschalten oder Ausschalten der Vorspannung der ersten und zweiten Leistungsverstärker 113, 114, das Bezugszeichen 117 bezeichnet eine dritte Schalterschaltung als Eingangsabzweigeinrichtung, 118 ist eine vierte Schalterschaltung als Ausgangswähleinrichtung, 119, 129 sind erste und zweite Impedanzwandlerschaltungen und 121 ist eine Steuerschaltung zum Steuern der ersten bis vierten Schalterschaltungen 115 bis 118 und der ersten und zweiten Impedanzwandlerschaltungen 119, 120. Ein Anschluss 117a der dritten Schalterschaltung 117 ist ein erster gemeinsamer Anschluss, und ein Anschluss 118a der vierten Schalterschaltung 118 ist ein zweiter gemeinsamer Anschluss.
Der Betrieb des Leistungsverstärkers hohen Wirkungsgrades des vorgenannten Aufbaus wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert.
In der Schaltung in 10 wird der erste Leistungsverstärker 113 in einen aktiven Zustand versetzt, wenn die Anschlüsse 117a und 117b der dritten Schalterschaltung 117 und die Anschlüsse 118a und 118b der vierten Schalterschaltung 118 jeweils verbunden sind, und die erste Schalterschaltung 115 eingeschaltet ist, um Vorspannung anzulegen. Andererseits wird der zweite Leistungsverstärker 114 in einen aktiven Zustand versetzt, wenn die Anschlüsse 117a und 117c der dritten Schalterschaltung 117 und die Anschlüsse 118a und 118c der vierten Schalterschaltung 118 jeweils verbunden sind und die zweite Schalterschaltung 116 eingeschaltet ist, um Vorspannung anzulegen. Oder durch Verbinden der Anschlüsse 117a, 117b und 117c der dritten Schalterschaltung 117 gleichzeitig und durch Verbinden der Anschlüsse 118a, 118b und 118c der vierten Schalterschaltung 118 ebenfalls gleichzeitig und durch Einschalten der ersten und zweiten Schalterschaltungen 115, 116 werden beide ersten und zweiten Leistungsverstärker 113, 114 in den aktiven Zustand versetzt, und der Ausgang vom ersten Leistungsverstärker 113 und der Ausgang vom zweiten Leistungsverstärker 114 werden kombiniert, und der doppelte Ausgang erscheint am Ausgangsanschluss 112. Die Schalter in den ersten bis vierten Schalterschaltungen 115 bis 118 schalten auf Empfang eines Signals von der Steuerschaltung 121 um.
Die ersten und zweiten Impedanzwandlerschaltungen 119, 120 ändern die Impedanz, wie sie vom Anschluss 117a zur Leistungsverstärkerseite gesehen wird, und die Impedanz, wie sie vom Anschluss 118a zur Leistungsverstärkerseite gesehen wird, in Abhängigkeit von der Anzahl angeschlossener Leistungsverstärker, und diese Schaltungen sollen dazu dienen, die Impedanz in Abhängigkeit solcher Veränderungen umzuwandeln und entsprechend dem Signal von der Steuerschaltung 121 zu steuern.
Es sei beispielsweise angenommen, dass die Ausgangsleistung 500 mW ist, die Spannung sei 5 Volt und der Stromverbrauch sei 200 mA bei maximalem Wirkungsgrad der ersten und zweiten Leistungsverstärker 113, 114. Beim Einstellen der Ausgangsleistung auf den maximalen Ausgang von 1 W werden zunächst die beiden ersten und zweiten Leistungsverstärker 113, 114 in den aktiven Zustand versetzt. Der Wirkungsgrad wird dabei nach der Formel Wirkungsgrad = Ausgangsleistung/(Spannung × Stromverbrauch) × 100 (%) berechnet, und da die Spannung 5V und der Stromverbrauch 400 mA ist, beträgt der 50%. Wenn andererseits die Ausgangsleistung auf 500 mW herabgesetzt wird, dann wird einer der ersten zweiten Leistungsverstärker 113, 114 in den aktiven Zustand versetzt, während der andere ausgeschaltet wird, und da die Ausgangsleistung die Hälfte ist, d. h. 500 mW, ist der Stromverbrauch ebenfalls die Hälfte, 200 mA, so dass der maximale Wirkungsgrad aufrechterhalten werden kann.
11 zeigt einen Leistungsverstärker hohen Wirkungsgrads in der Ausführungsform 2 der Erfindung. In 11 bezeichnet das Bezugszeichen 122 einen Eingangsanschluss, 123 ist ein Ausgangsanschluss, 124, 125, 126 sind erste, zweite und dritte Leistungsverstärker, 127, 128, 129 sind erste, zweite und dritte Schalterschaltungen als Stromquellen-Umschalteinrichtungen zum Ein- oder Ausschalten der Vorspannung der ersten, zweiten und dritten Leistungsverstärker 124, 125 und 126, mit 130 ist eine vierte Schalterschaltung als Eingangszweigeinrichtung bezeichnet, 131 ist eine fünfte Schalterschaltung als Ausgangswähleinrichtung, 132, 133 sind erste und zweite Impedanzwandlerschaltungen, und 134 ist eine Steuerschaltung zum Steuern der ersten bis fünften Schalterschaltungen 127 bis 131 und der ersten und zweiten Impedanz wandlerschaltungen 132, 133. Ein Anschluss 130a der vierten Schalterschaltung 130 ist ein erster gemeinsamer Anschluss, und ein Schalter 131a der fünften Schalterschaltung 131 ist ein zweiter gemeinsamer Anschluss.
Der so aufgebaute Leistungsverstärker hohen Wirkungsgrades wird in seinem Betrieb nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert.
In der Schaltung von 11 wird der erste Leistungsverstärker 124 in den aktiven Zustand gesetzt, wenn die Anschlüsse 130a und 130b der vierten Schalterschaltung 130 und die Anschlüsse 131a und 131b der fünften Schalterschaltung 131 jeweils miteinander verbunden sind und die erste Schalterschaltung 127 eingeschaltet ist, um Vorspannung anzulegen. Andererseits wird der zweite Leistungsverstärker 125 in den aktiven Zustand versetzt, wenn die Anschlüsse 130a und 130c der vierten Schalterschaltung 130 und die Anschlüsse 131a und 131c der fünften Schalterschaltung 131 jeweils miteinander verbunden werden und die zweite Schalterschaltung 128 eingeschaltet wird, um Vorspannung anzulegen. In gleicher Weise wird der dritte Leistungsverstärker 126 in den aktiven Zustand versetzt, wenn die Anschlüsse 130a und 130d der vierten Schalterschaltung 130 und die Anschlüsse 131a und 131d der fünften Schalterschaltung 131 jeweils miteinander verbunden werden und die dritte Schalterschaltung 129 eingeschaltet wird, um Vorspannung anzulegen. In den vierten und fünften Schalterschaltungen 130, 131 können mehrere Leistungsverstärker gleichzeitig angeschlossen sein.
Um andererseits die Ausgangsleistung gegenüber der maximalen Ausgangsleistung der ersten bis dritten Leistungsverstärker 124, 125, 126 durch Betrieb nur von 124 und 125 oder von 124 und 126 oder von 125 und 126 oder nur von 124, 125 oder 126 und Ausschalten der übrigen zu verringern, wird die Ausgangsleistung herabgesetzt, und der Stromverbrauch ist proportional geringer, so dass der Wirkungsgrad der maximalen Ausgangsleistung aufrechterhalten werden kann.
In dieser Erläuterung sind drei Leistungsverstärker parallel geschaltet, doch gilt dieses auch, wenn vier oder mehr Leistungsverstärker parallel geschaltet sind, und wenn die Ausgangsleistung herabgesetzt wird, ist evident, dass der Wirkungsgrad der maximalen Ausgangsleistung erhalten bleiben kann.
In den Ausführungsformen 1 und 2 haben die einzelnen Leistungsverstärker identische Eigenschaften, jedoch kann wenigstens ein Leistungsverstärker in der Ausgangsleistung abweichen. Wenn beispielsweise drei Leistungsverstärker verwendet werden, die den gleichen maximalen Wirkungsgrad und unterschiedliche Ausgangsleistungen von 100 mW, 200 mW und 300 mW ha ben, dann kann die Kombination der miteinander zu verbindenden Leistungsverstärker die Ausgangsleistung in sechs Stufen von dem maximalen Ausgang von 600 mW über 500 mW, 400 mW, 300 mW, 200 mW und 100 mW variiert werden, und bei jeder Ausgangsleistung ist der Wirkungsgrad auf dem gleichen Wirkungsgrad aufrechterhalten, wie bei der maximalen Ausgangsleistung.
12 zeigt einen Leistungsverstärker hohen Wirkungsgrads in der Ausführungsform 3 der Erfindung. In 12 bezeichnet das Bezugszeichen 135 einen Eingangsanschluss, 136 ist ein Ausgangsanschluss, 137, 138 sind erste und zweite Leistungsverstärker, 139, 140 sind erste und zweite Schalterschaltungen als Stromversorgungs-Umschalteinrichtungen zum Ein- oder Ausschalten der Vorspannung der ersten und zweiten Leistungsverstärker 137, 138, mit 141, 142 sind erste und zweite Streifenleitungen als Sendeleitungen bezeichnet, 143 ist eine dritte Schalterschaltung als Eingangsabzweigeinrichtung, 144, 145 sind erste und zweite Impedanzwandlerschaltungen, und 146 ist eine Steuerschaltung zum Steuern der ersten bis dritten Schalterschaltungen 139, 140, 143 und der ersten und zweiten Impedanzwandlerschaltungen 144, 145. Diese Ausführungsform ist ähnlich der Ausführungsform 1 mit der Ausnahme der Schalterschaltung an der Ausgangsseite. Ein Anschluss 143a der dritten Schalterschaltung 143 ist ein gemeinsamer Anschluss.
Der Betrieb des so aufgebauten Leistungsverstärkers hohen Wirkungsgrades wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert.
In 12 wird der erste Leistungsverstärker 137 in den aktiven Zustand versetzt, wenn die Anschlüsse 143a und 143b der dritten Schalterschaltung 143 miteinander verbunden sind und die erste Schalterschaltung 139 angeschaltet wird, um Vorspannung zuzuführen. Andererseits wird der zweite Leistungsverstärker 138 in den aktiven Zustand versetzt, wenn die Anschlüsse 143a und 143c der dritten Schalterschaltung 143 miteinander verbunden sind und die zweite Schalterschaltung 140 eingeschaltet wird, um Vorspannung zuzuführen. In der dritten Schalterschaltung 143 können die ersten und zweiten Leistungsverstärker 137, 138 gleichzeitig angeschlossen sein.
Allgemein gilt, wenn eine Drain-Vorspannung an die ersten und zweiten Leistungsverstärker 137, 138 angelegt wird, dann hat die Ausgangsimpedanz des FET, der alle in in dem Leistungsverstärker verwendet wird, seine Betriebsfrequenz am Punkt A im Smith-Diagramm in 13. Dabei ist das Ausgangsanpassnetzwerk im Leistungsverstärker so eingestellt, dass die Ausgangsimpedanz des Leistungsverstärkers in die Position des Punktes C zu liegen kommen kann. Wenn andererseits die Drain-Vorspannung der ersten und zweiten Leistungsverstärker 137, 138 ausgeschaltet ist, dann hat die Ausgangsimpedanz des FET, der allein im Leistungsverstärker verwendet wird, seine Betriebsfrequenz am Punkt D im Smith-Diagramm in 13. Die Ausgangsimpedanz des Leistungsverstärkers ist dabei auf die Position des Punktes F durch das Ausgangsanpassungsnetzwerk eingestellt.
Es sei zunächst angenommen, dass nur der erste Leistungsverstärker 137 in den aktiven Zustand versetzt ist. Ein Teil des Signals, das über die erste Streifenleitung 141 läuft, koppelt auf die Seite des zweiten Leistungsverstärkers 138 über, was einen Verlust hervorruft, weil die Ausgangsseite stets angeschlossen ist. Da jedoch die Stromquelle im zweiten Leistungsverstärker 138 ausgeschaltet ist, liegt die Ausgangsimpedanz des zweiten Leistungsverstärkers 138 im Punkt F in 13, und daher kann durch Abstimmen der Länge der zweiten Streifenleitung 142 derart, dass die von der Ausgangsseite der zweiten Streifenleitung 142 zur Eingangsseite gesehene Impedanz hoch ist (Punkt G in 13), der durch Überkopplung hervorgerufene Verlust vermindert werden. In gleicher Weise kann, wenn nur der zweite Leistungsverstärker 138 sich im aktiven Zustand befindet, durch Abstimmung der Länge der ersten Streifenleitung 141 der durch die Überkopplung hervorgerufene Verlust vermindert werden.
Bei diesen Aufbau wird der gleiche Erfolg wie bei der Ausführungsform 1 erreicht. Da der ausgangsseitige Schalterkreis fehlt, ist darüber hinaus die Steuerschaltung 146 gegenüber der Ausführungsform 1 vereinfacht.
Bei diesem Aufbau sind zwei Leistungsverstärker parallel angeschlossen, jedoch können drei oder mehr angeschlossen sein, wie bei der Ausführungsform 2. Wenigstens der Leistungsverstärker kann eine von den anderen abweichende Ausgangsleistung haben.
In der Ausführungsform werden Streifenleitungen verwendet, der Betrieb ist jedoch der gleiche, wie wenn andere Übertragungsleitungen anstelle der Streifenleitungen verwendet wären.
14 zeigt einen Leistungsverstärker hohen Wirkungsgrades. In 14 ist das Bezugszeichen 147 ein Eingangsanschluss, 148 ist ein Ausgangsanschluss, 149 ist eine Streifenleitung als Sendeleitung, 150 ist ein Leistungsverstärker, 151 ist eine erste Schalterschaltung als Stromquellen-Umschalteinrichtung zum Ein- oder Ausschalten der Vorspannung des Leistungsverstärkers 150, mit 152 ist eine zweite Schalterschaltung als Eingangsabzweigeinrichtung bezeichnet, 153 ist eine dritte Schalterschaltung als Ausgangswähleinrichtung und 154 ist eine Steuerschaltung zum Steuern der ersten bis dritten Schalterschaltungen 151, 152, 153. Ein Anschluss 152s der zweiten Schalterschaltung 152 ist ein erster gemeinsamer Anschluss, und ein Anschluss 153a der dritten Schalterschaltung 153 ist ein zweiter gemeinsamer Anschluss.
Der Betrieb des so aufgebauten Leistungsverstärkers hohen Wirkungsgrades wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert.
In der Schaltung von 14 wird der Leistungsverstärker 150 in den aktiven Zustand versetzt, wenn die Anschlüsse 152a und 152c der zweiten Schalterschaltung 152 und die Anschlüsse 153a und 153c der dritten Schalterschaltung 153 jeweils miteinander verbunden werden und die erste Schalterschaltung 151 eingeschaltet wird, um Vorspannung zuzuführen. Wenn andererseits 152a und 152b der zweiten Schalterschaltung 152 und die Anschlüsse 153a und 153b der dritten Schalterschaltung 153 jeweils miteinander verbunden werden, dann wird die Streifenleitung 149 in den leitfähigen Zustand versetzt, und das am Eingangsanschluss 147 eingegebene Signal wird nicht verstärkt, sondern direkt zum Ausgangsanschluss 148 ausgesandt.
Der Leistungsverstärker von 14 ist in einer Sendeschaltung eines Mobiltelefons von 15 angewendet. In 15 ist das Bezugszeichen 155 ein Eingangsanschluss, 156 ist ein Ausgangsanschluss, 157 ist der Leistungsverstärker hohen Wirkungsgrades der Ausführungsform, 158 ist Modulator und 159 ist ein Pufferverstärker. Der Betrieb wird unten beschrieben.
Es sei angenommen, die Leistung des Signals nach dem Durchlauf des Pufferverstärkers 159 sei Pa (dBm), und die Verstärkung des Leistungsverstärkers 157b des Leistungsverstärkers 157 hohen Wirkungsgrades der Ausführungsform sei G (dB). Wenn der Leistungsverstärker 157b des Leistungsverstärkers 157 hohen Wirkungsgrades der Ausführungsform angeschlossen ist, dann ist die Ausgangsleistung, die am Ausgangsanschluss 156 erscheint, gleich Pa + G (dBm). Wenn die Ausgangsleistung auf Pa (dBm) verändert wird, dann wird bei dem konventionellen Leistungsverstärker, der nicht mit der Streifenleitung 157a wie bei dem Leistungsverstärker 157 hohen Wirkungsgrades der Ausführungsform versehen ist, ein Dämpfungsglied zwischen dem Pufferverstärker 159 und den Leistungsverstärker eingefügt, oder die Signalleistung nach Durchlaufen des Pufferverstärkers 159 muss auf Pa-G (dBm) herabgesetzt werden, und daher ist der Gesamtwirkungsgrad der Sendeschaltung herabgesetzt. Bei dem Leistungsverstärker 157 hohen Wirkungsgrades der Ausführungsform kann hingegen wegen des Anschlusses der Streifenleitung 157a das Signal hinter dem Pufferverstärker 159 direkt an den Ausgangsanschluss 156 abgegeben werden, ohne verstärkt zu werden, und der Gesamtwirkungsgrad der Sendeschaltung ist verbessert, weil der Leistungsverstärker 157b ausgeschaltet ist.
Es wird hier eine Streifenleitung beschrieben, der Betrieb ist jedoch der gleiche, wenn eine andere Sendeleitung anstelle einer Streifenleitung verwendet wird.
16 zeigt einen Leistungsverstärker hohen Wirkungsgrades in der Ausführungsform 4 der Erfindung. In 16 ist das Bezugszeichen 161 ein Eingangsanschluss, 162 ist ein Ausgangsanschluss, 163 ist eine Streifenleitung als Sendeleitung, 164, 165 sind erste und zweite Leistungsverstärker, 166, 167 sind erste und zweite Schalterschaltungen als Stromquellen-Umschalteinrichtungen zum Ein- und Ausschalten der Vorspannung der ersten und zweiten Leistungsverstärker 164, 165, mit 168 ist eine dritte Schalterschaltung als Eingangszweigeinrichtung bezeichnet, 169 ist eine vierte Schalterschaltung als Ausgangswähleinrichtung, 170, 171 sind erste und erste Impedanzwandlerschaltungen und 172 ist eine Steuerschaltung zum Steuern der ersten bis vierten Schalterschaltungen 166 bis 169 und der ersten und zweiten Impedanzwandlerschaltungen 170, 171. Ein Anschluss 168a der dritten Schalterschaltung 168 ist ein erster gemeinsamer Anschluss, und ein Anschluss 169a der vierten Schalterschaltung 169 ist ein zweiter gemeinsamer Anschluss.
Der Betrieb des so aufgebauten Leistungsverstärkers hohen Wirkungsgrades wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert.
In der Schaltung von 16 ist der Betrieb der gleiche, wie bei der Ausführungsform 1, wenn die Anschlüsse 168a und 168b der dritten Schalterschaltung 168 und die Anschlüsse 169a und 169b der vierten Schalterschaltung 169 nicht miteinander verbunden sind und die Streifenleitung 163 ausgeschaltet ist. Andererseits, wenn nur die Anschlüsse 168a und 168b der dritten Schalterschaltung 168 und die Anschlüsse 169a und 169b der vierten Schalterschaltung 169 verbunden sind und die Streifenleitung 163 leitet, wie bei einem Verstärker mit der Verstärkung 0 dB, dann wird das dem Eingangsanschluss 161 zugeführte Signal nicht verstärkt, sondern direkt in den Ausgangsanschluss 162 ausgesandt.
Wie bei 14, wenn der Leistungsverstärker hohen Wirkungsgrades der Ausführungsform nach 16 in einer Sendeschaltung eines Mobiltelefons angewendet wird, dann wirkt die Streifenleitung 163 im Sinne einer Verbesserung des Gesamtwirkungsgrades der Sendeschaltung, und die ersten und zweiten Leistungsverstärker 164, 165 halten den Wirkungsgrad bei der Maximalleistung aufrecht, wenn die Ausgangsleistung gegenüber der maximalen Ausgangsleistung herabgesetzt wird.
In der Ausführungsform sind zwei Leistungsverstärker parallel geschaltet, jedoch können wie bei der Ausführungsform 2 beschrieben, drei oder mehr Leistungsverstärker angeschlossen sein. Wenigstens einer der Leistungsverstärker kann eine von den anderen abweichende Ausgangsleistung haben.
Hier ist eine Streifenleitung erläutert, der Betrieb ist jedoch derselbe, wenn eine andere Sendeleitung anstelle der Streifenleitung verwendet wird.
17 zeigt einen Leistungsverstärker hohen Wirkungsgrades in der Ausführungsform 5 der Erfindung. In 17 bezeichnet das Bezugszeichen 173 einen Eingangsanschluss, 174 ist ein Ausgangsanschluss, 175 ist eine erste Streifenleitung als erste Sendeleitung, 178 ist eine zweite Streifenleitung als zweite Sendeleitung, 176 ist ein Leistungsverstärker, 177 ist eine erste Schalterschaltung als Stromquellen-Umschalteinrichtung zum Ein- oder Ausschalten der Vorspannung des Leistungsverstärkers 176, mit 179 ist eine zweite Schalterschaltung als Eingangszweigeinrichtung bezeichnet, und 180 ist eine Steuerschaltung zum Steuern der ersten und zweiten Schalterschaltungen 177, 179. Diese Ausführungsform ist ähnlich der 14 mit der Ausnahme der ausgangsseitigen Schalterschaltung.
Der Betrieb des so aufgebauten Leistungsverstärkers hohen Wirkungsgrades wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
Wenn ein Potential hohen Pegels (H) an dem Anschluss 179a und ein Potential niedrigen Pegels (L) am Anschluss 179b anliegen, wird ein Transistor 179e eingeschaltet, ein Transistor 179f ausgeschaltet und die erste Streifenleitung 175 mit dem Eingangsanschluss 173 verbunden. Wenn andererseits L am Anschluss 179a und H am Anschluss 179b anliegen, wird der Transistor 179e ausgeschaltet und der Transistor 179f wird eingeschaltet, und daher wird die erste Streifenleitung 175 abgeschaltet, und die Impedanz am Eingangsende der ersten Streifenleitung 175 ist kurzgeschlossen.
In gleicher Weise gilt, daß wenn N an einem Anschluss 179c anliegt und L an einem Anschluss 179d anliegt, der Leistungsverstärker 176 mit dem Eingangsanschluss 173 verbunden ist, wenn hingegen L am Anschluss 179c anliegt und N am Anschluss 179d anliegt, der Leistungsverstärker 176 ausgeschaltet ist.
Wenn zunächst nur die erste Streifenleitung 175 angeschlossen ist, um den Verlust aufgrund Überkoppelns des Signals in die Seite des Leistungsverstärkers 176 zu vermindern, wie bei der Ausführungsform 6, wird die Länge der Streifenleitung 178 so eingestellt, dass die Impedanz, wie von der Ausgangsseite der zweiten Streifenleitung 178 zur Eingangsseite gesehen, eine hohe Impedanz sein kann. Wenn andererseits nur der Leistungsverstärker 176 angeschlossen ist und sich in aktivem Zustand befindet, da das Eingangsende der ersten Streifenleitung 175 kurzgeschlossen ist, dann wird durch Einstellen der Länge der ersten Streifenleitung 175 auf eine Viertelwellenlänge der Betriebsfrequenz die Impedanz, wie von der Ausgangsseite der ersten Streifenleitung 175 zur Eingangsseite hin gesehen, eine hohe Impedanz.
Durch diesen Aufbau kann somit die gleiche Wirkung wie in 14 erzielt werden. Da außerdem die ausgangsseitige Schalterschaltung fehlt, ist die Steuerschaltung 180 gegenüber 14 vereinfacht.
Diese Ausführungsform ist an der Schaltung von 14 angewendet. Ein ähnlicher Schaltungsaufbau kann jedoch auch bei der Ausführungsform 4 angewendet werden. Ein Beispiel ist in 21 angegeben. Eine erste Schalterschaltung 680 als Eingangszweigeinrichtung ist mit einem Eingangsanschluss 610 über eine erste Impedanzwandlerschaltung 710 verbunden, und eine erste Streifenleitung 630 als erste Sendeleitung und erste und zweite Leistungsverstärker 640, 650 sind mit Umschaltanschlüssen 680b, 680c, 680d der ersten Schalterschaltung 680 verbunden. An die Ausgänge der ersten und zweiten Leistungsverstärker 640, 650 sind zweite Streifenleitungen 690, 700 jeweils als zweite Sendeleitungen angeschlossen, und die zweiten Streifenleitungen 690, 670 und die erste Streifenleitung 630 sind miteinander verbunden. Weiterhin ist an der gemeinsamen Verbindung der Streifenleitungen ein Ausgangsanschluss 620 über eine zweite Impedanzschaltung 720 angeschlossen. Ein Anschluss 680a der ersten Schalterschaltung 680 ist ein gemeinsamer Anschluss.
Weiterhin gibt es zweite und dritte Schalterschaltungen 660, 670 als Stromquellen-Umschalteinrichtungen zum Ein- oder Ausschalten der Vorspannung der ersten und zweiten Leistungsverstärker 640, 650, und die zweiten und dritten Schalterschaltungen 660, 670, erste Schalterschaltung 680 und erste und zweite Impedanzwandlerschaltungen 710, 720 werden durch eine Steuerschaltung 730 gesteuert. Dieser Aufbau erlaubt die Auswahl, ob das Eingangssignal ohne Verstärkung abgegeben werden soll, oder nicht, oder ab maximale Ausgangsleistung oder herabgesetzte Ausgangsleitung bei Aufrechterhaltung des maximalen Wirkungsgrades abgegeben werden soll.
Es ist hier die Streifenleitung erläutert, jedoch ist der Betrieb bei Verwendung einer anderen Sendeleitung anstelle der Streifenleitung der gleiche.
18 zeigt einen Leistungsverstärker hohen Wirkungsgrades in der Ausführungsform 6 der Erfindung. In 18 ist das Bezugszeichen 181 ein Eingangsanschluss, 182 ist ein Ausgangsanschluss, 183, 184 sind erste und zweite Leistungsverstärker, 185, 186 sind erste und zweite Schalterschaltungen zum Ein- oder Ausschalten oder Vorspannung der ersten und zweiten Leistungsverstärker 183, 184, mit 187 ist eine dritte Schalterschaltung als Eingangszweigeinrich tung bezeichnet, 188 ist eine vierte Schalterschaltung als Ausgangswähleinrichtung, 189, 190 sind Vorspannungseinheiten der dritten und vierten Schalterschaltungen 187, 188, mit 191, 192 sind erste und zweite Impedanzwandlerschaltungen bezeichnet, und 193 ist eine Steuerschaltung zum Steuern der ersten bis vierten Schalterschaltungen 185 bis 188 und der ersten und zweiten Impedanzwandlerschaltungen 191, 192.
Der Betrieb des so aufgebauten Leistungsverstärkers hohen Wirkungsgrades wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert.
Grundsätzlich ist der Betrieb der gleiche, wie bei der Ausführungsform 1. Wenn ein Potential hohen Pegels (H) an einem Anschluss 189a anliegt und ein Potential niedrigen Pegels (L) an einem Anschluss 189b anliegt, sind die Transistoren 187a und 188a eingeschaltet, die Transistoren 187b und 188b sind ausgeschaltet und der erste Leistungsverstärker 183 ist mit dem Eingangsanschluss 181 und dem Ausgangsanschluss 182 verbunden. Wenn andererseits L am Anschluss 189a anliegt und N am Anschluss 189b anliegt, sind die Transistoren 187a und 188a ausgeschaltet, die Transistoren 187b und 188b sind eingeschaltet, und der erste Leistungsverstärker 183 ist ausgeschaltet.
In gleicher Weise gilt, wenn H am Anschluss 190a anliegt und L an einem Anschluss 190b, dann ist der zweite Leistungsverstärker 184 mit dem Eingangsanschluss 181 und dem Ausgangsanschluss 182 verbunden, wenn hingegen L am Anschluss 190a anliegt und H am Anschluss 190b anliegt, dann ist der zweite Leistungsverstärker 184 ausgeschaltet.
Zunächst, um die Ausgangsleistung zu maximieren, wird Potential H an den Anschluss 189a angelegt, L an 189b, H an 190a und L an 190b, und die ersten und zweiten Schalterschaltungen 185, 186 sind eingeschaltet, um Vorspannung zuzuführen, um dadurch die ersten und zweiten Leistungsverstärker 183, 184 in aktiven Zustand zu versetzen. Um die Ausgangsleistung auf die Hälfte der maximalen Ausgangsleistung zu reduzieren, wird N an den Anschluss 189a angelegt, L an 189b, L an 190a und N an 190b, und die erste Schalterschaltung 185 ist eingeschaltet, um nur den ersten Leistungsverstärker 183 in den antiken Zustand zu versetzen oder Potential L wird an den Anschluss 189A angelegt, H an 189b, H an 190a und L 190b, und die zweite Schalterschaltung 186 ist eingeschaltet um nur den zweiten Leistungsverstärker 184 in den aktiven Zustand zu versetzen.
Wenn in der ersten Impedanzwandlerschaltung 191 zwei Leistungsverstärker angeschlossen sind, dann wird der Schalter, der an einer Position angeordnet ist, wo das Übersetzungsverhältnis 1 : 2^–1/2 ( = 1 : 0,707) ist, eingeschaltet, oder wenn durch Ausschalten desselben Schalters nur einer eingeschaltet ist, dann wird die Impedanz gewandelt. In der zweiten Impedanzwandlerschaltung 192 gilt in gleicher Weise, wenn zwei Leistungsverstärker angeschlossen sind, wird der Schalter, der an einer Stelle angeordnet ist, wo das Übersetzungsverhältnis 2^–1/2 1 (= 0,707 1) ist, eingeschaltet, oder wenn durch Ausschalten dieses Schalters nur einer angeschlossen ist, die Impedanz gewandelt. Durch eine solche Steuerung wird die gleiche Wirkung wie bei der Ausführungsform 4 erhalten.
Die Ausführungsform wird in der Schaltung der Ausführungsform 1 angewandt, jedoch kann ein ähnlicher Schaltungsaufbau auch bei den Ausführungsformen 2 bis 5 angewendet werden.
Darüber hinaus besteht in der Ausführungsform die Schalterschaltung als Eingangszweigeinrichtung oder Ausgangswähleinrichtung nur aus FETs und Widerständen, jedoch ist die Schalterschaltung nicht auf diesen Aufbau beschränkt und kann beispielsweise aus wenigstens einem FET und einer peripheren Schaltung aus Widerstand, Spule und Kondensator bestehen. Nicht beschränkt auf einen solchen Aufbau können auch zahlreiche Halbleiterschalter verwendet werden. Dieses gilt auch in 17 und anderen Ausführungsformen.
Ausführungsform 7 kann beispielsweise in dem Leistungsverstärker hohen Wirkungsgrades für mehrere Frequenzbänder nach 1 verwendet werden, indem ein Nachverstärkerblock für das Frequenzband A, bestehend aus dem Anpassnetzwerk 5, dem Nachverstärker 6 und dem Nach-Anpassnetzwerk 7 und ein Nachverstärkerblock für das Frequenzband B aus dem Anpassnetzwerk 9, dem Nachverstärker 10 und dem Nach-Anpassnetzwerk 11 aus irgendeinem der Leistungsverstärker hohen Wirkungsgrades der Ausführungsformen 4 bis 10 bestehen kann. Dieses gilt auch für 3 und ein solcher Aufbau ist bei mehreren Frequenzen dann anwendbar, und weiterhin kann der maximale Wirkungsgrad erhalten werden, wenn eine herabgesetzte Ausgangsleistung verwendet wird. Durch Verwendung des Leistungsverstärkers der Erfindung ist es daher wirkungsvoll, ein drahtloses Gerät, wie ein Mobiltelefon und ein PHS zu schaffen, das kompakt ist, hohen Wirkungsgrad hat und in mehreren Frequenzbändern verwendbar ist

Claims

Leistungsverstärker mit hohem Wirkungsgrad, enthaltend: wenigstens einen ersten Pfad mit einem ersten Leistungsverstärker (114; 650); wenigstens eine Stromquellenumschalteinrichtung (116; 670) zum Ein- oder Ausschalten der Stromquelle des ersten Leistungsverstärkers (114; 650); einen zweiten Pfad, der parallel zu dem wenigstens einen ersten Pfad angeordnet ist und der eine erste Sendeleitung (630) oder einen zweiten Leistungsverstärker (113) enthält; eine Eingangsverzweigungseinrichtung (117; 680) mit einer ersten Schaltfunktion zwischen einem ersten gemeinsamen Anschluss (117a; 680a) und den genannten Pfaden; eine Ausgangskombiniereinrichtung (118; 690, 700) zum Verbinden des Ausgangs der Pfade mit einem zweiten gemeinsamen Anschluss (118a); eine erste Impedanzwandlereinrichtung (119; 710) zum Anpassen der Impedanz des ersten gemeinsamen Anschlusses (117a; 680a), von der ein Eingangsanschluss zur Aufnahme eines Eingangs von dem Leistungsverstärker hohen Wirkungsgrades und ein Ausgangsanschluss mit dem ersten gemeinsamen Anschluss (117a; 680a) verbunden ist; eine zweite Impedanzwandlereinrichtung (120; 720) zum Anpassen der Impedanz des zweiten Eingangsanschlusses (118a), von der ein Eingangsanschluss mit dem zweiten gemeinsamen Anschluss (118a) und ein Ausgangsanschluss zur Abgabe eines Ausgangs des Leistungsverstärkers hohen Wirkungsgrades verbunden ist; und eine Steuereinrichtung (121; 730) zum Steuern der Eingangsverzweigungseinrichtung (117; 680) in Abhängigkeit von einer geforderten Ausgangsleistung, die jene Stromquellenumschalteinrichtung (116; 670) einschaltet, die den angeschlossenen Leistungsverstärkern entspricht, und die anderen ausschaltet; dadurch gekennzeichnet, dass jede der Impedanzwandlereinrichtungen (119, 120; 710, 720) durch die Steuereinrichtung (121; 730) zum Anpassen der Impedanz des jeweiligen gemeinsamen Anschlusses in Abhängigkeit vom Verbindungszustand des Leistungsverstärkers hohen Wirkungsgrades gesteuert ist.
Leistungsverstärker hohen Wirkungsgrades nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kombiniereinrichtung (118) durch Ausgangswähleinrichtungen gebildet ist, die von der Steuereinrichtung (121; 730) gesteuert sind, um wahlweise die Ausgangsanschlüsse der Leistungsverstärker (113, 114; 640, 650) mit dem zweiten gemeinsamen Anschluss (118a) entsprechend dem Verbindungszustand der Leistungsverstärker zu verbinden.
Leistungsverstärker hohen Wirkungsgrades nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangskombiniereinrichtung durch eine Ausgangssendeleitung (690, 700) für jeden ersten Leistungsverstärker (640, 650) gebildet ist, wobei die Ausgangssendeleitung (690, 700) mit einem Ende in Serie mit dem Ausgangsanschluss des jeweiligen Leistungsverstärkers (640, 650) geschaltet ist, und das andere Ende mit dem zweiten gemeinsamen Anschluss verbunden ist.
Leistungsverstärker hohen Wirkungsgrades nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Impedanz einer jeden Ausgangssendeleitung (690, 700) von der Ausgangsseite zur Eingangsseite gesehen so eingestellt ist, dass sie eine hohe Impedanz ist, wenn die Stromquellenumschalteinrichtung (660, 670) eines jeden der ersten Leistungsverstärker (640, 650) ausgeschaltet ist.
Leistungsverstärker hohen Wirkungsgrades nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung in Abhängigkeit von der geforderten Ausgangsleistung eine notwendige Anzahl von Leistungsverstärkern anschließt.
Leistungsverstärker hohen Wirkungsgrades nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass er zwei erste Leistungsverstärker (640, 650 aufweist und die erste Sendeleitung (630) parallel angeordnet ist.
Leistungsverstärker hohen Wirkungsgrades nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Impedanzwandlereinrichtung einen Transformator mit umschaltbarem Windungsverhältnis aufweist.
Leistungsverstärker hohen Wirkungsgrades nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Leistungsverstärker ein Leistungsverstärker mit anderer Ausgangsleistung als die anderen Leistungsverstärker ist.
Linearer Leistungsverstärker hohen Wirkungsgrades für mehrere Frequenzbänder, enthaltend den Leistungsverstärker hohen Wirkungsgrades nach einem der Ansprüche 1 bis 8; und Vorverstärkereinrichtungen (3), die mit einem Eingangsanschluss (1) zur Aufnahme von Signalen in mehreren Frequenzbändern verbunden sind, um die Eingangssignale mehrerer Frequenzbänder zu verstärken.
Linearer Leistungsverstärker hohen Wirkungsgrades nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang der Vorverstärkungseinrichtungen (3) mit dem Leistungsverstärker hohen Wirkungsgrades über Hilfsanpasseinrichtungen (13) verbunden ist, die die Impedanz der Eingänge der Vorverstärkungseinrichtung und des Leistungsverstärkers hohen Wirkungsgrades als Nachverstärkungseinrichtung in dem Betriebsfrequenzband durch Zusammenwirkung mit der ersten Impedanzwandlereinrichtung in jedem Frequenzband anpassen.
Linearer Hochfrequenzverstärker hohen Wirkungsgrades nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Breitbandanpasseinrichtung (2) zum Anpassen der Impedanz zwischen dem Ausgang einer Vorstufe und dem Eingang der Vorverstärkereinrichtung (3) in mehreren Frequenzbändern zwischen dem Eingangsanschluss (1) und der Vorverstärkereinrichtung (3) angeordnet ist.
Drahtloses Gerät, enthaltend den Leistungsverstärker hohen Wirkungsgrades nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
Drahtloses Gerät, enthaltend den linearen Leistungsverstärker hohen Wirkungsgrades nach einem der Ansprüche 9 bis 11.