TWI542141B - RF power amplifier - Google Patents

RF power amplifier Download PDF

Info

Publication number
TWI542141B
TWI542141B TW103129194A TW103129194A TWI542141B TW I542141 B TWI542141 B TW I542141B TW 103129194 A TW103129194 A TW 103129194A TW 103129194 A TW103129194 A TW 103129194A TW I542141 B TWI542141 B TW I542141B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
output
input
power
matching unit
impedance
Prior art date
Application number
TW103129194A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201608822A (zh
Inventor
Yo Sheng Lin
Xin-Chen Lin
Zong-Hua Li
Original Assignee
Univ Nat Chi Nan
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Univ Nat Chi Nan filed Critical Univ Nat Chi Nan
Priority to TW103129194A priority Critical patent/TWI542141B/zh
Priority to US14/624,841 priority patent/US9473079B2/en
Publication of TW201608822A publication Critical patent/TW201608822A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI542141B publication Critical patent/TWI542141B/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F1/00—Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/56—Modifications of input or output impedances, not otherwise provided for
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/60—Amplifiers in which coupling networks have distributed constants, e.g. with waveguide resonators
    • H03F3/602—Combinations of several amplifiers
    • H03F3/604—Combinations of several amplifiers using FET's
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F2200/00—Indexing scheme relating to amplifiers
    • H03F2200/451—Indexing scheme relating to amplifiers the amplifier being a radio frequency amplifier

Description

射頻功率放大器
本發明是有關於一種功率放大器(Power Amplifier；PA)，特別是指一種射頻(RF)功率放大器。
參閱圖1，習知的一種射頻功率放大器，包含一威爾金生功率分配器(Wilkinson Power Divider)81、二功率放大模組82、及一威爾金生功率結合器(Wilkinson Power Combiner)83。
該威爾金生功率分配器81包括一輸入端811及二輸出端812、813，其中，由該輸入端811看到的輸入阻抗Z91為50歐姆，分別由該二輸出端812、813看到的輸出阻抗Z94、Z95也都為50歐姆。該威爾金生功率分配器81從該輸入端811接收一功率為P1的射頻輸入信號，再將該射頻輸入信號分成二功率都為P2的第一射頻信號，進而於該二輸出端812、813分別輸出該二第一射頻信號。
該二功率放大模組82分別電連接該威爾金生功率分配器81的該二輸出端812、813，並分別接收該二第一射頻信號，進而分別將該二第一射頻信號的功率放大一預定倍率後，再分別輸出該二功率都為P3的第二射頻信號。
該威爾金生功率結合器83包括二輸入端831、832及一輸出端833，其中，分別由該二輸入端831、832看到的輸入阻抗Z92、Z93都為50歐姆，由該輸出端833看到的輸出阻抗Z96也為50歐姆。該威爾金生功率結合器83的該二輸入端831、832分別電連接該二功率放大模組82，並分別接收該二第二射頻信號。該威爾金生功率結合器83將該二第二射頻信號結合，並於該輸出端833輸出一功率為P4的射頻輸出信號。
由於威爾金生功率分配器81及威爾金生功率結合器83各自在全部的輸入端811、831、832及輸出端812、813、833都阻抗匹配的情況時，才會具有良好的隔離度(isolation)，即二第一射頻信號之間的S參數及二第二射頻信號之間的S參數都為零。但在達成阻抗匹配的條件下，威爾金生功率分配器81的二輸出端之間及威爾金生功率結合器83的二輸入端之間各自具有一電阻性的阻抗元件。由於該等電阻性的阻抗元件必定造成能量損失，使得威爾金生功率分配器81及威爾金生功率結合器83都具有損耗能量(lossy)的特性(即2*P2<P1且P4<2*P3)，進而導致該射頻輸出信號及射頻輸入信號之間的功率增益降低(即小於該預定倍率)。因此，該習知的射頻功率放大器無法兼顧良好的隔離度及較高的功率增益。
因此，本發明之目的，即在提供一種隔離度較佳且功率增益較高的射頻功率放大器。
於是本發明射頻功率放大器，適用於接收且放大一射頻輸入信號，以產生一射頻輸出信號，並包含N個功率放大模組，N為正整數且大於1。
每一功率放大模組包括一輸入端及一輸出端。對於該等功率放大模組而言，分別由該等輸入端看到的輸入阻抗都相同，分別由該等輸出端看到的輸出阻抗都相同。該等輸入端耦接在一起以共同接收該射頻輸入信號，該等輸出端耦接在一起以共同輸出該射頻輸出信號。每一功率放大模組放大該射頻輸入信號的部分功率，以得到該射頻輸出信號的部分功率。
本發明之功效是藉由並聯複數個輸入阻抗相同且輸出阻抗相同的功率放大模組，而能同時兼顧良好的隔離度及較高的功率增益。
1‧‧‧功率放大模組
11‧‧‧輸入端
12‧‧‧輸出端
13‧‧‧第一匹配單元
14‧‧‧主動電晶體單元
15‧‧‧第二匹配單元
16‧‧‧第三匹配單元
17‧‧‧第四匹配單元
81‧‧‧威爾金生功率分配器
82‧‧‧功率放大模組
83‧‧‧威爾金生功率結合器
811‧‧‧輸入端
812‧‧‧輸出端
813‧‧‧輸出端
831‧‧‧輸入端
832‧‧‧輸入端
833‧‧‧輸出端
Z1‧‧‧輸入阻抗
Z2‧‧‧輸出阻抗
Z91~Z93‧‧‧輸入阻抗
Z94~Z96‧‧‧輸出阻抗
M1‧‧‧電晶體
Cby‧‧‧旁路電容
TL1~TL4‧‧‧傳輸線
VDD‧‧‧電源電壓
本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一方塊圖，說明一習知射頻功率放大器；圖2是一方塊圖，說明本發明射頻功率放大器之一實施例；及圖3是一電路圖，說明本發明實施例的電路。
參閱圖2，本發明射頻功率放大器之實施例，適用於接收且放大來自一前級電路(圖未示)的一射頻輸入信 號，以產生且輸出一射頻輸出信號至一後級電路(圖未示)。一般來說，該射頻功率放大器是應用於一通訊系統的收發機中，而該前級電路可以是一混頻器(Mixer)，也可以是另一個功率放大器，而該後級電路可以是一天線。
本實施例的射頻功率放大器包含N個功率放大模組1，N為正整數且大於1。每一功率放大模組1包括一輸入端11及一輸出端12。對於該等功率放大模組1而言，分別由該等輸入端11看到的輸入阻抗Z1都相同，分別由該等輸出端12看到的輸出阻抗Z2都相同。該等輸入端11耦接在一起以共同接收該射頻輸入信號，該等輸出端12耦接在一起以共同輸出該射頻輸出信號。每一功率放大模組1放大該射頻輸入信號的部分功率，以得到該射頻輸出信號的部分功率。
較佳地，由每一功率放大模組1的輸入端11看入的輸入阻抗Z1是該前級電路之輸出阻抗的N倍，由每一功率放大模組1的輸出端12看入的輸出阻抗Z2是該後級電路之輸入阻抗的N倍。在本實施例中，該前級電路的輸出阻抗及該後級電路的輸入阻抗都是50歐姆(即純電阻性的)。但在其他實施例中，該前級電路的輸出阻抗及該後級電路的輸入阻抗的阻抗值也可以包含實部和虛部(即不是純電阻性的)。
每一功率放大模組1還包括一第一匹配單元13、一第二匹配單元15、一第三匹配單元16、一第四匹配單元17、及一主動電晶體單元14。
該第一匹配單元13電連接該輸入端11，且用於決定由該輸入端11看到的該輸入阻抗Z1。該第二匹配單元15電連接該輸出端12，且用於決定由該輸出端12看到的該輸出阻抗Z2。該主動電晶體單元14電連接於該第一匹配單元13及該第二匹配單元15之間，用於放大經由該第一匹配單元13從該輸入端11接收到之該射頻輸入信號的該部分功率，以得到經由該第二匹配單元15從該輸出端12輸出之該射頻輸出信號的該部分功率。該第三匹配單元16電連接於一供應電壓源(圖未示)及該主動電晶體單元14之間，該供應電壓源用以提供一電源電壓VDD。該第四匹配單元17電連接於該主動電晶體單元14及一接地點之間。
參閱圖3，為方便說明起見，以下以N=2為例作說明。在本實施例中，每一功率放大模組1的該主動電晶體單元14包含一具有一第一端、一第二端及一控制端的電晶體M1，且該電晶體是一N型金屬氧化物半導體(NMOS)場效電晶體。該控制端電連接該第一匹配單元13，該第一端電連接該第二匹配單元15及該第三匹配單元16，該第二端電連接該第四匹配單元17。在其他實施例中，每一功率放大模組1的該主動電晶體單元14也可以包含複數個電晶體M1，且這些電晶體M1以例如疊接(cascode)或串接(cascade)形式連接。
對於每一功率放大模組1而言，該第一匹配單元13包括一電連接於該主動電晶體單元14及該輸入端11之間的傳輸線TL1，該傳輸線TL1被設計成使得由該輸入端 11看入的輸入阻抗Z1為2*50=100歐姆。該第二匹配單元15包括一電連接於該主動電晶體單元14及該輸出端12之間的傳輸線TL2，該傳輸線TL2被設計成使得由該輸出端12看入的輸出阻抗Z2為2*50=100歐姆。該第三匹配單元16包括一旁路電容Cby及一電連接於該主動電晶體單元14及該供應電壓源之間的傳輸線TL3，該旁路電容Cby具有一電連接該傳輸線TL3之鄰近該供應電壓源的一端的第一端，及一電連接該接地點的第二端。在本實施例中，該旁路電容Cby的大小是1.23pF。該第四匹配單元17包括一電連接於該主動電晶體單元14及該接地點之間的傳輸線TL4。
由於從該二功率放大模組1的輸入端11看入的輸入阻抗Z1都為100歐姆，使得該射頻功率放大器的等效輸入阻抗為100//100=50歐姆，與該前級電路的輸出阻抗(50歐姆)相匹配。又從該二功率放大模組1的輸出端12看入的輸出阻抗Z2都為100歐姆，使得該射頻功率放大器的等效輸出阻抗為100//100=50歐姆，與該後級電路的輸入阻抗(50歐姆)相匹配。
由於從該二功率放大模組1的輸入端11看入的輸入阻抗Z1都為100歐姆，每一主動電晶體單元14會經由該第一匹配單元13從該輸入端11接收該射頻輸入信號的二分之一功率。每一主動電晶體單元14藉由該供應電壓源所提供的電源電壓VDD而獲得能量，進而將該射頻輸入信號的二分之一功率放大，以得到該射頻輸出信號的二分之一功率，並經由該第二匹配單元15從該輸出端12輸出 該射頻輸出信號的二分之一功率。由於該二功率放大模組1的輸入端11耦接在一起，該二主動電晶體單元14所輸出的該射頻輸出信號的二分之一功率會在此處被加總。
特別值得一提的是：在本實施例中，每一第三匹配單元16包括該旁路電容Cby，但在其他實施例中，每一第三匹配單元16也可以不包含該旁路電容Cby。
綜上所述，本實施例是藉由並聯複數個輸入阻抗Z1相同及輸出阻抗Z2相同的功率放大模組1，且任兩功率放大模組1之間不需要一電阻性的阻抗元件來達成阻抗匹配，而能同時兼顧良好的隔離度及較高的功率增益。此外，本實施例藉由每一功率放大模組1的該第一匹配單元13至該第四匹配單元17都是由傳輸線所組成而具有無損耗的特性，可以更進一步提高功率增益。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
1‧‧‧功率放大模組
11‧‧‧輸入端
12‧‧‧輸出端
13‧‧‧第一匹配單元
14‧‧‧主動電晶體單元
15‧‧‧第二匹配單元
16‧‧‧第三匹配單元
17‧‧‧第四匹配單元
Z1‧‧‧輸入阻抗
Z2‧‧‧輸出阻抗

Claims (3)

  1. 一種射頻功率放大器，適用於接收且放大一射頻輸入信號，以產生一射頻輸出信號，並包含：N個功率放大模組，N為正整數且大於1，每一功率放大模組包括一輸入端及一輸出端，對於該等功率放大模組而言，分別由該等輸入端看到的輸入阻抗都相同，分別由該等輸出端看到的輸出阻抗都相同，該等輸入端耦接在一起以共同接收該射頻輸入信號，該等輸出端耦接在一起以共同輸出該射頻輸出信號，每一功率放大模組放大該射頻輸入信號的部分功率，以得到該射頻輸出信號的部分功率，每一功率放大模組包括：一電晶體，具有一第一端、一第二端及一控制端；一第一匹配單元，用於決定由該輸入端看到的該輸入阻抗且具有一電連接於該電晶體的控制端及該輸入端間的傳輸線；一第二匹配單元，用於決定由該輸出端看到的該輸出阻抗且具有一電連接於該電晶體的第一端及該輸出端之間的傳輸線；一第三匹配單元，具有一電連接於該電晶體的第一端及一供應電壓源間的傳輸線；一第四匹配單元，具有一電連接於該電晶體的第二端及一接地點間的傳輸線。
  2. 如請求項1所述的射頻功率放大器，其中，每一功率放大模組的該第三匹配單元還包括一旁路電容，該旁路電 容具有一電連接該傳輸線之鄰近該供應電壓源的一端的第一端，及一電連接該接地點的第二端。
  3. 如請求項1所述的射頻功率放大器，適用於從一前級電路接收該射頻輸入信號，且輸出該射頻輸出信號到一後級電路，其中，對於每一功率放大模組而言，由該輸入端看到的該輸入阻抗是該前級電路的輸出阻抗的N倍，由該輸出端看到的該輸出阻抗是該後級電路的輸入阻抗的N倍。
TW103129194A 2014-08-25 2014-08-25 RF power amplifier TWI542141B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW103129194A TWI542141B (zh) 2014-08-25 2014-08-25 RF power amplifier
US14/624,841 US9473079B2 (en) 2014-08-25 2015-02-18 Power amplifier

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW103129194A TWI542141B (zh) 2014-08-25 2014-08-25 RF power amplifier

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201608822A TW201608822A (zh) 2016-03-01
TWI542141B true TWI542141B (zh) 2016-07-11

Family

ID=55349163

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW103129194A TWI542141B (zh) 2014-08-25 2014-08-25 RF power amplifier

Country Status (2)

Country Link
US (1) US9473079B2 (zh)
TW (1) TWI542141B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102533538B1 (ko) * 2019-12-11 2023-05-17 한국전자기술연구원 Mmic 전력증폭기 안정도 판별 방법 및 이를 이용한 mmic 전력증폭기 설계 방법

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63299513A (ja) * 1987-05-29 1988-12-07 Toshiba Corp 出力回路
US5834975A (en) * 1997-03-12 1998-11-10 Rockwell Science Center, Llc Integrated variable gain power amplifier and method
US6069525A (en) * 1997-04-17 2000-05-30 Qualcomm Incorporated Dual-mode amplifier with high efficiency and high linearity
EP1573904B1 (en) * 2002-12-12 2010-06-02 Nxp B.V. Preserving linearity of an isolator-free power amplifier by dynamically switching active devices
US7053700B2 (en) * 2003-06-02 2006-05-30 Nortel Networks Limited High-efficiency amplifier and method
US7102444B2 (en) * 2004-01-20 2006-09-05 Anadigics, Inc. Method and apparatus for compensating and improving efficiency in a variable power amplifier
JPWO2010084544A1 (ja) * 2009-01-26 2012-07-12 日本電気株式会社 高周波増幅器、無線装置及び制御方法
KR101758086B1 (ko) * 2011-04-12 2017-07-17 숭실대학교산학협력단 개선된 선형적 특징을 가지는 전력 증폭기
JP5799767B2 (ja) * 2011-11-18 2015-10-28 三菱電機株式会社 電力増幅器
JP5720545B2 (ja) * 2011-11-24 2015-05-20 富士通株式会社 電力増幅器
CN102427332B (zh) * 2011-11-28 2015-04-08 华为技术有限公司 Doherty功率放大器及提高其功放效率的方法、设备

Also Published As

Publication number Publication date
US20160056773A1 (en) 2016-02-25
TW201608822A (zh) 2016-03-01
US9473079B2 (en) 2016-10-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103117712B (zh) 一种cmos高增益宽带低噪声放大器
US9276536B2 (en) Amplification apparatus
KR20120116104A (ko) 개선된 선형적 특징을 가지는 전력 증폭기
TW201742370A (zh) 多路射頻功率放大電路
TWI655843B (zh) 多路射頻功率放大裝置
WO2015127610A1 (zh) 一种功率放大的方法及功率放大器
WO2017055172A3 (en) A doherty-type rf power amplifier for magnetic resonance imaging
TW201626712A (zh) 平衡式升頻混頻器
CN103633947A (zh) 一种无电感高增益cmos宽带低噪声放大器
Ledezma Doherty power amplifier with lumped non-foster impedance inverter
CN109391236A (zh) 一种信号放大电路及毫米波信号放大电路
TWI542141B (zh) RF power amplifier
KR101101515B1 (ko) 전력 증폭기
CN111193477B (zh) 一种复合放大器
TW201541859A (zh) 射頻功率放大器與提高功率附加效率及線性度的方法
TWI676349B (zh) 放大電路
TWI231645B (en) Power amplifier having active bias circuit
JP5390495B2 (ja) 高周波増幅器
TWI571048B (zh) High Power Additional Efficiency RF Power Amplifier
JP5349119B2 (ja) 高周波増幅器
US8207791B2 (en) Amplifier circuit with a first and a second output line
Baylis et al. LINC power amplifiers for reducing out-of-band spectral re-growth: A comparative study
KR101637672B1 (ko) 고주파 신호 생성 장치
US9401770B1 (en) Broadband integrated single ended to differential active balun with an n-Way power splitter, DC power shutdown circuit, and /or a default-on port
Dakua et al. Study on design and performance analysis of low noise high speed amplifier

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees