TWI483543B - 寬帶功率放大器 - Google Patents

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TWI483543B TW097129633A TW97129633A TWI483543B TW I483543 B TWI483543 B TW I483543B TW 097129633 A TW097129633 A TW 097129633A TW 97129633 A TW97129633 A TW 97129633A TW I483543 B TWI483543 B TW I483543B
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Description

寬帶功率放大器 發明領域
本發明大致與寬帶功率放大器有關，以及更加特別地，與使用簡易電路結構而同時具有寬帶特性並且在整合和小型化層面有利的寬帶功率放大器有關。
 發明背景
近年來，由於行動通訊終端、中繼及基地台的小型化與多功能性，有關對消耗幾乎所有消耗功率的RF功率放大器效率改進的許多研究被執行以增加電池時間，其中對代表用於增加RF功率放大器的效率的解決方案的多厄悌(Doherty)功率放大器的研究被主要地執行。
第一個多厄悌放大器在1936年被W.H.Doherty提供，其中一載波放大器和一峰化放大器(peaking amplifier)使用一四分之一波長轉換器(λ/4線)被並聯地連接到彼此。該多厄悌放大器透過峰化放大器根據功率位準控制載波放大器的負載線路阻抗改變被供應給負載的電流量，藉此提高其效率。
用於在手機中使用的多厄悌功率放大器，即一用於行動通訊終端的根據先前技術的多厄悌放大器透過諸如包括一電感器L及一電容器C的一π網路的電路取代了四分之一波長轉換器。輸入匹配電路被連接到載波放大器和峰化放大器的輸入終端，以及輸出匹配電路被連接到載波放大器 和峰化放大器的輸出終端。
在對行動通訊終端實現多厄悌功率放大器中，由於其所增加的大小層面的重要性，所以其需要被小型化，在這種情況下，由於其大小及電感器損失，多厄悌放大器在PCB封包上被實現，但是它們需要在晶片上整合。
為了加寬頻率的帶寬以及獲取寬帶特性，透過習知地包括兩個或三個電感器、一電容器以及/或者一微帶線(micro－strip line)的一匹配電路，參考阻抗大致地被匹配到所期望的阻抗。在這種情況下，電路結構隨著匹配電路數目的增加變得複雜，從而使得晶片和電路的大小變得更大，因此由於額外使用被動裝置而使成本增加。因此，隨著被動裝置數目的增加，整個電路中的匹配電路損失由於被動裝置中的損失而增加，因此降低了電路的效率。
第1A圖是說明一根據先前技術的多厄悌功率放大器的第一實例的一電路圖，以及第1B圖是說明加寬在第1A圖中的多厄悌功率放大器的頻率的帶寬的一實例的一電路圖。在第1A及1B圖中的參考數字11代表一載波放大器，參考數字13、14、23及24代表輸出匹配電路、參考數字15代表一微帶線，以及參考數字21代表一峰化放大器。微帶線15作用如同一四分之一波長轉換器。負載阻抗RL 及特性阻抗Ro 不需要分別是50Ohm及100Ohm，但是需要滿足條件Ro ＝RL ×2。第1B圖實現了從負載阻抗RL 到具有兩部分輸出匹配電路13、14、23及24的功率裝置的一最佳功率源阻抗Ropt 匹配載波放大器11與峰化放大器21的輸出阻抗的程 式，藉此加寬頻率的帶寬。
第2A圖是說明一根據先前技術的多厄悌功率放大器的第二實例的一電路圖，以及第2B圖是說明加寬第2A圖的多厄悌功率放大器的頻率的帶寬的一實例的一電路圖。在第2A及2B圖中，參考數字31代表一載波放大器、參考數字33代表一微帶線、參考數字41代表一峰化放大器、參考數字43代表一偏置線、參考數字51及53代表輸出匹配電路。透過降低作用如同一四分之一波長轉換器的微帶線33的特性阻抗，第2A圖的多厄悌功率放大器具有在小型化及整合層面有利的一組態，第2B圖代表透過實現從負載阻抗RL 到具有兩部分輸出匹配電路51及53的功率裝置的一最佳功率源阻抗Ropt 匹配載波放大器31與峰化放大器41的輸出阻抗的程式加寬頻率的帶寬的結構。
第3圖是說明一根據先前技術的多厄悌功率放大器的第三實例的一電路圖。第3圖的參考數字61是一載波放大器；參考數字63、73及81是輸出匹配電路；參考數字65是作用如同四分之一波長轉換器的一微帶線；參考數字71是一峰化放大器；以及參考數字75是一偏置線。在第3圖的該兩部分輸出匹配電路63、73及81中的一階輸出匹配電路63及73被用於加寬頻率的帶寬，以及被設置在載波放大器61與峰化放大器71的輸出線上。第3圖的多厄悌功率放大器具有與第2B圖的多厄悌功率放大器幾乎相同的特性。
第1B圖、第2B圖以及第3圖的第一到第三實例使用兩部分輸出匹配電路來加寬頻率的帶寬，藉此獲取寬帶特 性，在這種情況下，其結構是複雜的，從而產生較大的晶片與電路大小，以及所有電路的匹配電路損失由於被動裝置中的損失而增加，從而降低了電路的效率。特別地，由於作用如同四分之一波長轉換器的微帶線被用作一行動通訊終端的功率放大器時的高特性阻抗，先前技術的第一實例在整合與小型化層面是有弱點的。
此外，即使當一多厄悌功率放大器被用在一印刷電路板的封包上以實現用於一行動通訊終端的一功率放大器時，由於使用了若干被動裝置，封包大小及製造成本會增加。
除了這樣的一個功率放大器在小型化層面上的優點之外，功率放大器的寬帶特性可能會限制採用要被用在下一代行動通訊系統中的功率放大器。
 發明概要
因此，本發明的一個目的是提供一功率放大器，其由於四分之一波長轉換器的低特性阻抗而在整合及小型化層面是有利的且具有簡易的電路結構而同時顯示出寬帶特性。
本發明的另外一個目的是提供一功率放大器，其透過使用一四分之一波長轉換器本身作為輸入匹配電路實現一實質上的兩部分輸入匹配電路具有簡易的電路結構而同時顯示出寬帶特性。
根據本發明的一個層面提供了一寬帶功率放大器，其 包括：被並聯連接的一第一放大器及一第二放大器；被連接到該第一放大器的一輸出終端的一第一四分之一波長轉換器，以透過控制該第一放大器的負載線路阻抗執行輸出匹配功能；被連接到該第二放大器的一輸出終端的一第二四分之一波長轉換器，以透過控制該第二放大器的負載線路阻抗執行輸出匹配功能；以及被連接到該第一四分之一波長轉換器及該第二四分之一波長轉換器的後端的一輸出匹配電路。
根據本發明的另外一個層面提供了一寬帶功率放大器，其包括：被並聯連接的一第一放大器及一第二放大器；被串聯連接到該第一放大器的一輸出終端的一第一阻抗控制線；被串聯連接到該第二放大器的一輸出終端的一第二阻抗控制線；並聯連接該第一阻抗控制線與該第二阻抗控制線的輸出端的一輸出線；被設置在該輸出線上以使一負載阻抗與Rout //Rout ' (其中)匹配的一輸出匹配電路，其中Rout 代表該第一阻抗控制線的輸出阻抗，以及Rout ' 代表該第二阻抗控制線的輸出阻抗；特性阻抗Ro 滿足條件Ropt <Ro <Rout 或Ropt >Ro >Rout 的一第一四分之一波長轉換器被設置在該第一阻抗控制線上，以使該第一阻抗控制線的輸出阻抗Rout 與Ropt 匹配，其中Ropt 代表載波放大器的最佳功率源阻抗；以及特性阻抗Ro ' 滿足條件Ropt ' <Ro ' <Rout ' 或Ropt ' >Ro ' >Rout ' 的一第二四分之一波長轉換器被設置在該第二阻抗控制線上，以使該第二阻抗控制線的輸出阻抗 Rout ' 與Ropt ' 匹配，其中Ropt ' 代表峰化放大器的最佳功率源阻抗。
根據本發明的又一個層面提供了一寬帶功率放大器，其包括：被並聯連接的一第一放大器及一第二放大器；被連接到該第一放大器的一輸入終端的一第一四分之一波長轉換器，以透過控制載波放大器的輸入阻抗執行輸入匹配功能；被連接到該第二放大器的一輸入終端的一第二四分之一波長轉換器，以透過控制載波放大器的負載線路阻抗執行輸入匹配功能；以及被連接到該第一四分之一波長轉換器以及該第二四分之一波長轉換器的前端的一輸入匹配電路。
根據本發明的再一個層面提供了一寬帶功率放大器，其包括：被並聯連接的一第一放大器及一第二放大器；被串聯連接到該第一放大器的一輸入終端的一第一阻抗控制線；被串聯連接到該第二放大器的一輸入終端的一第二阻抗控制線；並聯連接該第一阻抗控制線與該第二阻抗控制線的輸入端的一輸入線；被設置在該輸入線上以使一輸入阻抗與Rin //Rin ' (其中)匹配的一輸入匹配電路，其中Rin ' 代表該第二阻抗控制線的輸入阻抗，以及Rin 代表該第一阻抗控制線的輸入阻抗；特性阻抗Ri 滿足條件“Rin <Ri <Rin_out ”或“Rin >Ri >Rin_out ”的一第一四分之一波長轉換器被設置在該第一阻抗控制線上，以使該第一阻抗控制線的輸入阻抗Rin 與Rin_out 匹配，其中Rin_opt 代表該第一放大 器的最佳輸入阻抗；以及特性阻抗Ri ' 滿足條件“Rin ' <Ri ' <Rin_opt ' ”或“Rin ' >Ri ' >Rin_opt ' ”的一第二四分之一波長轉換器被設置在該第二阻抗控制線上，以使該第二阻抗控制線的輸入阻抗Rin ' 與Rin_opt ' 匹配，其中Rin_opt ' 代表第二放大器的最佳輸入阻抗。
根據本發明，該寬帶功率放大器由於一四分之一波長轉換器的低特性阻抗而在整合及小型化層面是有利的且由於其簡易的電路結構而使晶片和電路的大小都減小，以及由於被減小的被動裝置數目而使成本減小，透過使用該四分之一波長轉換器本身作為輸入匹配電路或輸出匹配電路實現一實質上兩部分輸出匹配電路或一實質上兩部分輸入匹配電路。此外，該寬帶功率放大器透過減小由於被動裝置中的損失引起的整個電路的匹配電路損失使電路的效率提高。
此外，在效率及線性層面有利的寬帶功率放大器可在一寬頻率範圍中被操作並且可被小型化及被整合。
圖式簡單說明
本發明的以上及其他目的與特徵將從對連同所附圖式一起被提供的實施例的以下描述中變得顯而易見，其中：第1A及1B圖是說明一根據先前技術的多厄悌功率放大器的一第一實例的電路圖；第2A及2B圖是說明一根據先前技術的多厄悌功率放大器的一第二實例的電路圖；第3圖是說明一根據先前技術的多厄悌功率放大器的 一第三實例的一電路圖；第4A至4C圖是根據本發明的一第一到第三實施例的寬帶功率放大器的電路圖；第5A至5C圖是說明根據本發明的一第四到第六實施例的寬帶功率放大器的電路圖；第6A及6B圖分別說明代表在負載阻抗是50ohm的情況下的一根據先前技術的多厄悌放大器及一根據本發明的寬帶功率放大器的頻帶特性的曲線圖；第7圖是說明根據本發明的一第七實施例的一寬帶功率放大器的一電路圖，以及第8圖是說明根據本發明的一第八實施例的一寬帶功率放大器的一電路圖。
11‧‧‧載波放大器
13‧‧‧輸出匹配電路
14‧‧‧輸出匹配電路
15‧‧‧微帶線
21‧‧‧峰化放大器
23‧‧‧輸出匹配電路
24‧‧‧輸出匹配電路
31‧‧‧載波放大器
33‧‧‧微帶線
41‧‧‧峰化放大器
43‧‧‧偏置線
51‧‧‧輸出匹配電路
53‧‧‧輸出匹配電路
61‧‧‧載波放大器
63‧‧‧輸出匹配電路
65‧‧‧微帶線
71‧‧‧峰化放大器
73‧‧‧輸出匹配電路
75‧‧‧偏置線
81‧‧‧輸出匹配電路
111‧‧‧放大器
113‧‧‧四分之一波長轉換器
115‧‧‧π網路
117‧‧‧T網路
121‧‧‧放大器
123‧‧‧四分之一波長轉換器
125‧‧‧π網路
127‧‧‧T網路
131‧‧‧輸出匹配電路
211‧‧‧放大器
213‧‧‧四分之一波長轉換器
215‧‧‧π網路
217‧‧‧T網路
221‧‧‧放大器
223‧‧‧偏置線
225‧‧‧四分之一波長轉換器
227‧‧‧π網路
229‧‧‧T網路
231‧‧‧輸出匹配電路
311‧‧‧輸出匹配電路
321‧‧‧四分之一波長轉換器
323‧‧‧放大器
331‧‧‧四分之一波長轉換器
333‧‧‧放大器
411‧‧‧輸入匹配電路
421‧‧‧四分之一波長轉換器
441‧‧‧延遲補償電路
423‧‧‧放大器
431‧‧‧四分之一波長轉換器
433‧‧‧放大器
第1A及1B圖是說明一根據先前技術的多厄悌功率放大器的一第一實例的電路圖；第2A及2B圖是說明一根據先前技術的多厄悌功率放 大器的一第二實例的電路圖；第3圖是說明一根據先前技術的多厄悌功率放大器的一第三實例的一電路圖；第4A至4C圖是根據本發明的一第一到第三實施例的寬帶功率放大器的電路圖；第5A至5C圖是說明根據本發明的一第四到第六實施例的寬帶功率放大器的電路圖；第6A及6B圖分別說明代表在負載阻抗是50ohm的情況下的一根據先前技術的多厄悌放大器及一根據本發明的寬帶功率放大器的頻帶特性的曲線圖；第7圖是說明根據本發明的一第七實施例的一寬帶功率放大器的一電路圖，以及第8圖是說明根據本發明的一第八實施例的一寬帶功率放大器的一電路圖。
 較佳實施例之詳細說明
本發明的示範性實施例將在下文中參考該等所附圖式被詳細地描述。
第4A至4C圖是根據本發明的一第一到第三實施例的用於輸出匹配的寬帶功率放大器的電路圖；首先參考第4A圖，根據本發明的第一實施例的一寬帶功率放大器包括被並聯連接的一第一放大器111及一第二放大器121、被連接到該第一放大器111的一輸出終端的一第一四分之一波長轉換器113，以經由對該第一放大器111的負載線路阻抗的控制執行輸出匹配功能，被連接到該第二放大器121的一輸出終端的一第二四分之一波長轉換器 123，以經由對該第二放大器121的負載線路阻抗的控制執行輸出匹配功能，以及被連接到該第一微帶線113及該第二微帶線123的後端的一輸出匹配電路131。
根據本發明的第一實施例，該第一及該第二四分之一波長轉換器113及123分別包括第一及第二微帶線。此外，該第一放大器111及該第二放大器121可分別包括一載波放大器及一峰化放大器，反之亦然。
參考第4B圖，除了四分之一波長轉換器分別被用π網路115及125代替外，根據本發明的第二實施例的一寬帶功率放大器如同根據該第一實施例的寬帶功率放大器。每一該π網路115及125具有有電感器L及電容器C的一電感器一電容器電路。儘管在第4B圖中有一個電感器L及兩個電容器C被用來實現每一π網路115及125，但是兩個電感器L及一個電容器C可被用來實現一π網路。例如，一電容器C可被佈置在π網路115的電感器L的位置，而電感器L可被佈置在π網路115的電容器C的位置。
參考第4C圖，除了四分之一波長轉換器分別被用T網路117及127代替外，根據本發明的第三實施例的一寬帶功率放大器如同根據該第一實施例的寬帶功率放大器。每一該T網路117及127具有有電感器L及電容器C的一電感器一電容器電路。儘管在第4C圖中有一個電感器L及兩個電容器C被用來實現每一T網路117及127，但是兩個電感器L及一個電容器C可被用來實現一T網路。例如，一電容器C可被佈置在T網路117的電感器L的位置，而電感器L可被佈置在 T網路117的電容器C的位置。
同時，儘管四分之一波長轉換器透過在第4B及4C圖的實施例中的π網路或T網路被實現，但是任何保證使用電感器及電容器的四分之一波長轉換器的特性的電路可被施加到根據本發明的寬帶功率放大器，而不是該π網路及T網路。
為了有助於理解分別根據本發明的第一到第三實施例的寬帶功率放大器的操作特性，一寬帶功率放大器將只參考第4A圖被詳細地描述。
被串聯連接到該第一放大器111的一輸出終端的一線作用如同一第一阻抗控制線，被串聯連接到該第二放大器121的一輸出終端的一線作用如同一第二阻抗控制線，以及並聯連接該第一阻抗控制線與該第二阻抗控制線的一線作用如同一輸出線。
假設Ropt 代表該第一放大器111的最佳功率源阻抗，Ropt ' 代表該第二放大器121的最佳功率源阻抗，Rout 代表該第一阻抗控制線的一輸出阻抗，以及Rout ' 代表該第二阻抗控制線的一輸出阻抗，則使一負載阻抗與Rout //Rout ' (其中)匹配的一輸出匹配電路被設置在該輸出線上，以及特性阻抗Ro 滿足條件Ropt <Ro <Rout 或Ropt >Ro >Rout 的一第一四分之一波長轉換器113被設置在該第一阻抗控制線上，以使該第一阻抗控制線的輸出阻抗Rout 與Rop t匹配。
特性阻抗Ro ' 滿足條件Ropt ' <Ro ' <Rout ' 或Ropt ' >Ro ' >Rout ' 的一第二四分之一波長轉換器123被設置在該第二阻抗控制 線上，以使該第二阻抗控制線的輸出阻抗Rout ' 與Ropt ' 匹配。
根據本發明的第一到第三實施例的寬帶功率放大器由於四分之一波長轉換器的低特性阻抗而在整合及小型化層面是有利的。
包括微帶線113及123的四分之一波長轉換器；π網路115及125；或T網路117及127被用在輸出匹配電路中，以實質上實現兩部分輸出匹配電路，藉此加寬頻率的帶寬，以獲得寬帶寬特性。此外，在電路的複雜性及成本以及匹配電路的損失層面，該兩部分輸出匹配電路實質上如同一個單一部分的輸出匹配電路。
選擇性地，在第二及第三實施例的π網路115及125及T網路117及127中的一或多個電感器L可透過諸如微帶線的小型電感器或透過對於MMIC晶片到模組的連接不可或缺的連接線電感器(bondwire inductor)(例如鍵合線電感器)被實現，以改善電路的複雜性、成本及匹配電路的損失。
第5A至5C圖是根據本發明的第四到第六實施例的用於輸出匹配的寬帶功率放大器的電路圖。
首先參考第5A圖，第四實施例的寬帶功率放大器包括被並聯連接的一第一放大器211及一第二放大器221以引起一多厄悌操作，被連接到該第一放大器211的一輸出終端的一第一四分之一波長轉換器213以經由對該第一放大器211的負載線路阻抗的控制執行一輸出匹配功能，以及被連接到該第二放大器221的一輸出終端的一第二四分之一波長轉換器225以經由對該第二放大器221的負載線路阻抗的控 制執行一輸出匹配功能。第四實施例的寬帶多厄悌功率放大器進一步包括被連接在該第二放大器221的輸出終端與該第二四分之一波長轉換器225之間的一偏置線223以使該第二放大器221的輸出阻抗足以較一輸出終端的阻抗及該第一放大器211的阻抗高，以及被連接在該第一四分之一波長轉換器213與該第二四分之一波長轉換器225後端的一輸出匹配電路231。
根據本發明的第四實施例，該第一及該第二四分之一波長轉換器213與225分別包括第一及第二微帶線。此外，該第一放大器211及該第二放大器221可分別包括一載波放大器及一峰化放大器，反之亦然。
現參考第5B圖，根據本發明的第五實施例的一寬帶功率放大器與該第四實施例的寬帶功率放大器相同，除了四分之一波長轉換器分別被π網路215及227實現外。每一該π網路215及227包括具有電感器L及電容器C的一電感器一電容器電路。儘管在第5B圖中有一個電感器L及兩個電容器C被用來實現每一π網路215及227，兩個電感器L及一個電容器C也可被用來實現一π網路。例如，一電容器C可被佈置在該π網路215的電感器L的位置，以及電感器L可被佈置在該π網路215的電容器C的位置。
現參考第5C圖，根據本發明的第六實施例的一寬帶功率放大器與該第四實施例的寬帶功率放大器相同，除了四分之一波長轉換器分別用T網路217及229被實現外。每一該T網路217及229具有有電感器L及電容器C的一電感器一電 容器電路。儘管在第5C圖中有一個電感器L及兩個電容器C被用來實現每一T網路217及229，兩個電感器L及一個電容器C也可被用來實現一T網路。例如，一電容器C可被佈置在該T網路217的電感器L的位置，以及電感器L可被佈置在該T網路217的電容器C的位置。
同時，儘管在第5B及5C圖的實施例中的四分之一波長轉換器被π網路或T網路實現，但是任何保證使用電感器及電容器的四分之一波長轉換器的特性的電路可被施加到根據本發明的寬帶功率放大器，而不是π網路及T網路。
為了用助於理解分別根據本發明第四至第六實施例的寬帶功率放大器的操作特性，對寬帶功率放大器的描述將只參考第5A圖進行。
被串聯連接到該第一放大器211的一輸出終端的一線作用如同一第一阻抗控制線，被串聯連接到該第二放大器221的一輸出終端的一線作用如同一第二阻抗控制線，以及並聯連接該第一阻抗控制線與該第二阻抗控制線的一線作用如同一輸出線。
假設Ropt 代表該第一放大器211的一最佳功率源阻抗；Ropt ' 代表該第二放大器221的一最佳功率源阻抗；Rout 代表該第一阻抗控制線的一輸出阻抗；以及Rout ' 代表該第二阻抗控制線的一輸出阻抗，使負載阻抗與Rout //Rout ' 匹配的一輸出匹配電路被設置在輸出線上，以及特性阻抗Ro 滿足條件Ropt <Ro <Rout 或Ropt >Ro >Rout 的一第一四分之一波長轉換器213被設置在該第一阻抗控制線上，以使該第一阻抗控制 線的輸出阻抗Rout 與Ropt 匹配。
特性阻抗Ro ' 滿足條件Ropt ' <Ro ' <Rout ' 或Ropt ' >Ro ' >Rout ' 的一第二四分之一波長轉換器225被設置在該第二阻抗控制線上，以使該第二阻抗控制線的輸出阻抗Rout ' 與Ropt ' 匹配。
根據本發明第四至第六實施例的寬帶功率放大器由於四分之一波長轉換器的低特性阻抗在整合及小型化層面是有利的，其可包括微帶線213及225；π網路215及227；或者T網路217及229。
四分之一波長轉換器被用在輸出匹配電路中，以實質上實現兩部分輸出匹配電路，藉此加寬頻率的帶寬以獲取寬的帶寬特性。此外，在電路的複雜性及製造成本以及匹配電路的損失層面，該兩部分輸出匹配電路實質上如同一個單一部分的輸出匹配電路。
此外，在第五和第六實施例的π網路215及227以及T網路217及229中的一或多個電感器L可透過諸如微帶線的小型電感器或透過對於MMIC晶片到模組的連接不可或缺的連接線電感器(例如鍵合線電感器)被實現，以改善電路的複雜性、成本及匹配電路的損失。
在於第2A圖中被說明的屬於先前技術的寬帶多厄悌功率放大器中，當一負載阻抗RL 被決定時，用於將阻抗RL 轉換到Ropt /2的阻抗轉換(或阻抗匹配)需要對輸出匹配電路51執行，以使從第一放大器31及第二放大器41的輸出終端觀察到的阻抗為Ropt 。
為了比較根據本發明的第五實施例的寬帶多厄悌放大 器與上述的先前技術，假設在第5B圖中所說明的根據本發明的第五實施例的寬帶多厄悌放大器中的該第一放大器和該第二放大器的阻抗特性相同。
在根據本發明的第五實施例的寬帶功率放大器中，當一負載阻抗RL 被決定時，用於將阻抗RL 轉換到Ropt /2的阻抗轉換(或阻抗匹配)需要對輸出匹配電路231執行，以使從第一放大器211及第二放大器221的輸出終端觀察到的阻抗為Ropt 。原因是作用如同四分之一波長轉換器的π網路215及227執行從阻抗Rout 到Ropt 的轉換。
為了實現上述比例的阻抗匹配，在本發明的實施例中有兩部分匹配被執行。在第2A圖中的相對應部分中的匹配比例是Ropt /2RL ，並且如果在第5B圖中的Ropt ＝Ropt ' 和Rout ＝Rout ' ，則匹配比例是Rout /2RL 和Ropt /Rout 。一般而言，由於Ropt <Rout <RL 的關係，第5B圖中的頻率特性較優於第2A圖中的頻率特性。原因是，在設計微波電路中，阻抗匹配電路的頻率特性，即阻抗轉換器所期望的操作頻率範圍隨著匹配比例變得較大而變得較窄。
第6A及6B圖分別說明代表在第2B及5B圖中所示的功率放大器的頻帶特性的曲線圖。我們可從說明兩個功率放大器的頻率特性的類比結果的曲線圖中看出，第5B圖的寬帶功率放大器較優於在第2B圖中的寬帶功率放大器。
同時，如在一功率放大器的一RF電路中，電路操作頻率的帶寬被阻抗匹配比例最大的電路的一部分決定。因此，有必要注意輸入匹配電路、外部匹配電路以及輸出匹 配電路的阻抗匹配比例。
第7圖是說明根據本發明的一第七實施例的用於輸入匹配的一寬帶功率放大器的一電路圖。
首先參考第7圖，本發明的第七實施例的寬帶功率放大器包括被並聯連接的一第一放大器323以及一第二放大器333，被連接到該第一放大器323的一輸出終端的一第一四分之一波長轉換器321以經由對該第一放大器323的負載線路阻抗的控制執行輸出匹配功能，以及被連接到該第二放大器333的一輸入終端的一第二四分之一波長轉換器331以經由對該第二放大器333的負載線路阻抗的控制執行輸入匹配功能，以及被連接到該第一四分之一波長轉換器321及該第二四分之一波長轉換器331的前端的一輸出匹配電路311。
在該第七實施例中，該第一及該第二四分之一波長轉換器321及331分別包括第一及第二微帶線。此外，該第一放大器323及該第二放大器333可分別包括一載波放大器及一峰化放大器，反之亦然。
該第七實施例的寬帶功率放大器的阻抗匹配特性將詳細地被描述。
被串聯連接到該第一放大器323的一輸入終端的一線作用如同一第一阻抗控制線，被串聯連接到該第二放大器333的一輸入終端的一線作用如同一第二阻抗控制線，以及並聯連接該第一阻抗控制線與該第二阻抗控制線的一線作用如同一輸入線。
假設Rin_opt 代表該第一放大器323的一最佳輸入阻抗；Rin_opt ' 代表該第二放大器333的一最佳輸入阻抗；Rin 代表該第一阻抗控制線的一輸入阻抗；以及Rin ' 代表該第二阻抗控制線的一輸入阻抗；使一輸入阻抗與Rin //Rin ' 匹配的一輸入匹配電路被設置在輸入線上，以及特性阻抗Ri 滿足條件Rin_opt <Ri <Rin 或Rin_opt >Ri >Rin 的第一四分之一波長轉換器321被設置在該第一阻抗控制線上，以使該第一阻抗控制線的輸入阻抗Rin 與Rin_opt 匹配。
特性阻抗Ri ' 滿足條件Rin_opt ' <Ri ' <Rin ' 或Rin_opt ' >Ri ' >Rin ' 的第二四分之一波長轉換器331被設置在該第二阻抗控制線上，使該第二阻抗控制線的輸出阻抗Rout ' 與Rin ' 匹配。
選擇性地，微帶線的四分之一波長轉換器321及331可透過諸如π網路和T網路的各自具有電感器L及電容器C的電感器一電容器電路被實現。
此外，在該π網路和T網路中的一或多個電感器L可透過諸如微帶線的小型電感器或透過對於MMIC晶片到模組的連接不可或缺的連接線電感器(例如鍵合線電感器)被實現，以改善電路的複雜性、成本及匹配電路的損失。
第8圖是說明根據本發明的一第八實施例的用於輸入匹配的一寬帶功率放大器的一電路圖。
參考第8圖，根據本發明的第八實施例的一寬帶功率放大器包括被並聯連接的一第一放大器423及一第二放大器433，被連接到該第一放大器423的一輸入終端的一第一四分之一波長轉換器421以經由對該第一放大器423的負載線 路阻抗的控制執行輸入匹配功能，以及被連接到該第二放大器433的一輸入終端的一第二四分之一波長轉換器431以經由對該第二放大器433的負載線路阻抗的控制執行輸入匹配功能，其中該第一及該第二四分之一波長轉換器421及431分別包括第一及第二微帶線。
根據該第八實施例的寬帶功率放大器進一步包括一延遲補償電路441，其被連接到在該第一四分之一波長轉換器421與該第一放大器423之間的一位置以及在該第二四分之一波長轉換器431與該第二放大器433之間的一位置其中的一個或全部，以補償該第一放大器423及該第二放大器433與連接到該第一及該第二四分之一波長轉換器421及431的前端的一輸入匹配電路411之間的延遲。
該第八實施例的寬帶功率放大器的阻抗匹配特性將被描述。在這裡，該延遲補償電路441的結構及佈線在本技術領域中是被熟知的，因此其詳細描述將被省略。
被串聯連接到該第一放大器423的一輸入終端的一線作用如同一第一阻抗控制線，被串聯連接到該第二放大器433的一輸入終端的一線作用如同一第二阻抗控制線，以及並聯連接該第一阻抗控制線與該第二阻抗控制線的一線作用如同一輸入線。
在該第八實施例中，該第一放大器423及該第二放大器433可分別包括一載波放大器及一峰化放大器，反之亦然。
假設Rin_opt 代表該第一放大器423的一最佳輸入阻抗；Rin_opt ' 代表該第二放大器433的一最佳輸入阻抗；Rin 代表該 第一阻抗控制線的一輸入阻抗；以及Rin ' 代表該第二阻抗控制線的一輸入阻抗；使一輸入阻抗與Rin //Rin ' 匹配的一輸入匹配電路被設置在輸入線上，以及特性阻抗Ri 滿足條件Rin_opt <Ri <Rin 或Rin_opt >Ri >Rin 的第一四分之一波長轉換器421被設置在該第一阻抗控制線上，以使該第一阻抗控制線的輸入阻抗Rin 與Rin_opt 匹配。
特性阻抗Ri ' 滿足條件Rin_opt ' <Ri ' <Rin ' 的第二四分之一波長轉換器431被設置在該第二阻抗控制線上，以使該第二阻抗控制線的輸入阻抗Rin ' 與Rin_opt ' 匹配。
選擇性地，該四分之一波長轉換器421及431可透過諸如π網路或T網路的電感器一電容器電路被實現。
此外，在該π網路及該T網路中的一或多個電感器L可透過諸如微帶線的小型電感器或透過對於MMIC晶片到模組的連接不可或缺的連接線電感器(例如鍵合線電感器)被實現，以改善電路的複雜性、成本及匹配電路的損失。
儘管本發明已相關示範性的實施例被顯示及描述，但是在本技術領域的那些通常知識者將理解的是，系統及方法僅是本發明的範例，以及各種變化及修改可在不脫離如在以下申請專利範圍中所定義的本發明的範圍的前提下被實現。
211‧‧‧放大器
215‧‧‧π網路
221‧‧‧放大器
223‧‧‧偏置線
227‧‧‧π網路
231‧‧‧輸出匹配電路

Claims (20)

  1. 一種寬帶功率放大器，其包含：並聯連接的一第一放大器及一第二放大器；一第一四分之一波長轉換器，其連接到該第一放大器的一輸出終端，以透過控制該第一放大器的一負載線路阻抗執行一輸出匹配功能；一第二四分之一波長轉換器，其連接到該第二放大器的一輸出終端，以透過控制該第二放大器的一負載線路阻抗執行一輸出匹配功能；以及一輸出匹配電路，其連接到該第一四分之一波長轉換器及該第二四分之一波長轉換器的後端；其中該第一四分之一波長轉換器執行該輸出匹配使得一載波放大器的該負載線路阻抗與該載波放大器的一最佳電力源阻抗匹配，且該第二四分之一波長轉換器執行該輸出匹配使得一峰值放大器的該負載線路阻抗與該峰值放大器的一最佳電力源阻抗匹配。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之功率放大器，其中該第一放大器包括一載波放大器，以及該第二放大器包括一峰化放大器，以及被並聯連接的該載波放大器與該峰化放大器引起一多厄悌操作，進一步包含一偏置線，其連接在該峰化放大器的一輸出終端與該第二四分之一波長轉換器之間。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之功率放大器，其中該第一及該第二四分之一波長轉換器各包括一微帶線 或一電感器-電容器電路。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之功率放大器，其中該電感器-電容器電路包括一π型網路或一T型網路。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之功率放大器，其中在該電感器-電容器電路中的一或多個電感器包括一微帶線或一連接線電感器。
  6. 一種寬帶功率放大器，其包含：並聯連接的一第一放大器及一第二放大器；一第一阻抗控制線，其串聯連接到該第一放大器的一輸出終端；一第二阻抗控制線，其串聯連接到該第二放大器的一輸出終端；一輸出線，其並聯連接該第一阻抗控制線與該第二阻抗控制線的輸出端；一輸出匹配電路，設置在該輸出線上以使一負載阻抗與Rout //Rout ' (其中)匹配，其中Rout 代表該第一阻抗控制線的一輸出阻抗，以及Rout ' 代表該第二阻抗控制線的一輸出阻抗；一第一四分之一波長轉換器，其特性阻抗Ro 滿足條件Ropt <Ro <Rout 或Ropt >Ro >Rout 且被設置在該第一阻抗控制線上，以使該第一阻抗控制線的該輸出阻抗Rout 與Ropt 匹配，其中Ropt 代表該第一放大器的一最佳電力源阻抗；以及 一第二四分之一波長轉換器，其特性阻抗Ro ' 滿足條件Ropt ' <Ro ' <Rout ' 或Ropt ' >Ro ' >Rout ' 且被設置在該第二阻抗控制線上，以使該第二阻抗控制線的該輸出阻抗Rout ' 與Ropt ' 匹配，其中Ropt ' 代表該第二放大器的一最佳電力源阻抗；其中該第一四分之一波長轉換器執行該輸出匹配使得一載波放大器的該負載線路阻抗與該載波放大器的一最佳電力源阻抗匹配，且該第二四分之一波長轉換器執行該輸出匹配使得一峰值放大器的該負載線路阻抗與該峰值放大器的一最佳電力源阻抗匹配。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之功率放大器，其中該第一放大器包括一載波放大器，以及該第二放大器包括一峰化放大器，以及被並聯連接的該載波放大器與該峰化放大器引起一多厄悌操作，進一步包含一偏置線，其連接在該峰化放大器與該第二四分之一波長轉換器之間。
  8. 如申請專利範圍第6或7項所述之功率放大器，其中該第一及該第二四分之一波長轉換器各包括一微帶線或一電感器-電容器電路。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之功率放大器，其中該電感器-電容器電路包括一π型網路或一T型網路。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之功率放大器，其中在該電感器-電容器電路中的一或多個電感器包括一微帶線或一連接線電感器。
  11. 一種寬帶功率放大器，其包含：並聯連接的一第一放大器及一第二放大器；一第一四分之一波長轉換器，其連接到該第一放大器的一輸入終端，以透過控制該第一放大器的一輸入阻抗執行一輸入匹配功能；一第二四分之一波長轉換器，其連接到該第二放大器的一輸入終端，以透過控制該第一放大器的一負載線路阻抗執行一輸入匹配功能；以及一輸入匹配電路，其連接到該第一四分之一波長轉換器及該第二四分之一波長轉換器的前端；其中該第一四分之一波長轉換器執行該輸出匹配使得一載波放大器的該負載線路阻抗與該載波放大器的一最佳電力源阻抗匹配，且該第二四分之一波長轉換器執行該輸出匹配使得一峰值放大器的該負載線路阻抗與該峰值放大器的一最佳電力源阻抗匹配。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之功率放大器，其中該第一放大器包括一載波放大器，以及該第二放大器包括一峰化放大器，以及被並聯連接的該載波放大器與該峰化放大器引起一多厄悌操作，進一步包含一延遲補償電路，其連接到在該第一四分之一波長轉換器與該載波放大器之間的一位置以及在該第二四分之一波長轉換器與該峰化放大器之間的一位置中的一個或全部，以補償在該載波放大器與該峰化放大器之間的延遲。
  13. 如申請專利範圍第11或12項所述之功率放大器，其中該第一及該第二四分之一波長轉換器各包括一微帶線或一電感器-電容器電路。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之功率放大器，其中該電感器-電容器電路包括一π型網路或一T型網路。
  15. 如申請專利範圍第13項所述之功率放大器，其中在該電感器-電容器電路中的一或多個電感器包括一微帶線或一連接線電感器。
  16. 一種寬帶功率放大器，其包含：並聯連接的一第一放大器及一第二放大器；一第一阻抗控制線，其串聯連接到該第一放大器的一輸入終端；一第二阻抗控制線，其串聯連接到該第二放大器的一輸入終端；一輸入線，其並聯連接該第一阻抗控制線與該第二阻抗控制線的輸入端；一輸入匹配電路，其被設置在該輸入線上以使一輸入阻抗與Rin //Rin ' (其中)匹配，其中Rin ' 代表該第二阻抗控制線的一輸入阻抗，以及Rin 代表該第一阻抗控制線的一輸入阻抗；一第一四分之一波長轉換器，其特性阻抗Ri 滿足條件Rin <Ri <Rin_opt 或Rin >Ri >Rin_opt 且被設置在該第一阻抗控制線上，以使該第一阻抗控制線的該輸入阻抗Rin 與 Rin_opt 匹配，其中Rin_opt 代表該第一放大器的一最佳輸入阻抗；以及一第二四分之一波長轉換器，其特性阻抗Ri ' 滿足條件Rin ' <Ri ' <Rin_opt ' 或Rin ' >Ri ' >Rin_opt ' 且被設置在該第二阻抗控制線上，以使該第二阻抗控制線的該輸入阻抗Rin ' 與Rin_opt ' 匹配，其中Rin_opt ' 代表該第二放大器的一最佳輸入阻抗；其中該第一四分之一波長轉換器執行該輸出匹配使得一載波放大器的該負載線路阻抗與該載波放大器的一最佳電力源阻抗匹配，且該第二四分之一波長轉換器執行該輸出匹配使得一峰值放大器的該負載線路阻抗與該峰值放大器的一最佳電力源阻抗匹配。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之功率放大器，其中該第一放大器包括一載波放大器，以及該第二放大器包括一峰化放大器，以及被並聯連接的該載波放大器與該峰化放大器引起一多厄悌操作，進一步包含一延遲補償電路，其連接在該第一四分之一波長轉換器與該載波放大器之間的一位置以及在該第二四分之一波長轉換器與該峰化放大器之間的一位置中的一個或全部，以補償在該載波放大器和該峰化放大器之間的延遲。
  18. 如申請專利範圍第16或17項所述之功率放大器，其中該第一及該第二四分之一波長轉換器各包括一微帶線或一電感器-電容器電路。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之功率放大器，其中該電感器-電容器電路包括一π型網路或一T型網路。
  20. 如申請專利範圍第18項所述之功率放大器，其中在該電感器-電容器電路中的一或多個電感器包括一微帶線或一連接線電感器。
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