TWI655843B - 多路射頻功率放大裝置 - Google Patents

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Abstract

一種多路射頻功率放大裝置包含一N路功率分配器、N/2第一功率放大器、N/2第二功率放大器，及一N路功率結合器。該N路功率分配器根據一射頻輸入信號產生N/2差動轉換信號對，每一差動轉換信號對由一正相轉換信號及一負相轉換信號共同構成，N=2 R，R≧2，R為正整數，該等第一功率放大器分別將N/2正相轉換信號進行功率放大，以分別產生N/2第一放大信號，該等第二功率放大器分別將N/2負相轉換信號進行相位調整及功率放大，以分別產生N/2第二放大信號，該N路功率結合器將該等第一及第二放大信號進行結合以產生一射頻輸出信號。

Description

多路射頻功率放大裝置
本發明是有關於一種功率放大裝置，特別是指一種多路射頻功率放大裝置。
參閱圖1，現有多路射頻功率放大裝置用於將一射頻輸入信號Pi進行功率放大以產生一射頻輸出信號Po，且包含三個相同的威爾金森功率分配器（Wilkinson Power Divider）10、11、12、四個相同的功率放大器13、14、15、16，及三個相同的威爾金森功率結合器（Wilkinson Power Combiner）17、18、19。
進一步參閱圖2，該等威爾金森功率分配器10~12用來作功率分配，以該威爾金森功率分配器10來說，其包括一用於接收該射頻輸入信號Pi的輸入線101、二分配線102、103、二輸出線104、105，及一電阻器106。每一分配線102、103的線長L’皆必須控制在該射頻輸入信號Pi之一波長λ的四分之一（即，L’=λ/4）並形成分歧狀，以將來自該輸入線101的該射頻輸入信號Pi一分為二。該等輸出線104、105分別與該等分配線102、103連接，且分別輸出二個射頻信號Pio。該電阻器106電連接在該等分配線102、103之間，用以避免該等射頻信號Pio互相干擾並提升隔離度。該等威爾金森功率分配器11、12分別電連接該威爾金森功率分配器10的該等輸出線104、105以分別接收該等射頻信號Pio，並各自據以產生二個輸出信號P。每一輸出信號P的電壓大小相同且同相位。此外，該輸入線101及每一輸出線104、105為一端點連接線，實際上在設計及佈線時會儘可能將其最短化，所以該輸入線101及每一輸出線104、105的長度可忽略。
該等功率放大器13、14、15、16各自接收所對應的該輸出信號P，並將所對應的該輸出信號P進行功率放大後，再對應輸出一放大信號As。每一威爾金森功率結合器17~19為每一威爾金森功率分配器10~12的反向結構，並用以進行功率結合。該等威爾金森功率結合器17~19相配合來將四個放大信號As結合成該射頻輸出信號Po。
然而，在上述結構中，該多路射頻功率放大裝置需包含三個威爾金森功率分配器10~12及三個威爾金森功率結合器17~19，導致該多路射頻功率放大裝置的電路面積較大且對應的信號傳輸路徑較長，同時該等分配線102、103的結構連接設計為類似長方形結構，造成該等威爾金森功率分配器10~12及該等威爾金森功率結合器17~19中的直角較多（信號傳遞較不順暢），以致該多路射頻功率放大裝置根據該射頻輸入信號Pi產生該射頻輸出信號Po的過程具有較高的功率損耗，使得該射頻輸出信號Po及該射頻輸入信號Pi之間的一功率增益較低，進而造成該多路射頻功率放大裝置的一功率附加效率（Power Added Efficiency，PAE）較低。因此，如何設計出具有較小的電路面積及較高的功率增益與功率附加效率之多路射頻功率放大裝置為相關業者所致力的目標之一。
因此，本發明之目的，即在提供一種能夠克服先前技術之缺點中之至少一者的多路射頻功率放大裝置。
於是，本發明多路射頻功率放大裝置包含一個N路功率分配器、N/2個第一功率放大器、N/2個第二功率放大器，及一個N路功率結合器。
該N路功率分配器適用於接收一射頻輸入信號，並將該射頻輸入信號進行平衡至不平衡轉換及功率分配，以產生N/2個差動轉換信號對，每一差動轉換信號對由一正相轉換信號及一負相轉換信號共同構成，N=2 R，R≧2，R為正整數。
該N/2個第一功率放大器電連接該N路功率分配器以分別接收該N/2個差動轉換信號對中的N/2個正相轉換信號，並分別將該N/2個正相轉換信號進行功率放大，以分別產生N/2個第一放大信號。
該N/2個第二功率放大器電連接該N路功率分配器以分別接收該N/2個差動轉換信號對中的N/2個負相轉換信號，並分別將該N/2個負相轉換信號進行相位調整及功率放大，以分別產生N/2個第二放大信號，每一第二放大信號的相位與每一第一放大信號的相位相同。
該N路功率結合器電連接該N/2個第一功率放大器與該N/2個第二功率放大器以分別接收該N/2個第一放大信號與該N/2個第二放大信號，並將該N/2個第一放大信號與該N/2個第二放大信號進行結合，以產生一射頻輸出信號。
本發明之功效在於：藉由單一個該四路功率分配器及單一個該四路功率結合器來分別取代習知三個威爾金森功率分配器及三個威爾金森功率結合器，可使本實施例該多路射頻功率放大裝置具有較小電路面積及較短信號傳輸路徑長度，使得本實施例該多路射頻功率放大裝置具有較低的功率損耗，如此可達到增加功率增益及功率附加效率之目的。
參閱圖3，本發明多路射頻功率放大裝置之實施例，適用於接收並放大來自一前級電路61的一射頻輸入信號RFi，以產生並輸出一射頻輸出信號RFo至一後級負載62。一般來說，該多路射頻功率放大裝置是應用於通訊系統的收發機中，該前級電路61為，例如，一混頻器（mixer），或是為另一功率放大器。該後級負載62為，例如，一天線。
該多路射頻功率放大裝置包含一個N路功率分配器2、N/2個第一功率放大器3、N/2個第二功率放大器4，及一個N路功率結合器5，N=2 R，R≧2，R為正整數。在本實施例中，舉R=2，N=4為例，但不限於此。
該四（N=4）路功率分配器2適用於接收該射頻輸入信號RFi，並將該射頻輸入信號RFi進行平衡至不平衡轉換及功率分配，以產生二個差動轉換信號對。每一差動轉換信號對由一正相轉換信號Sp（Sp’ ）及一負相轉換信號Sn（Sn’）共同構成，每一正相轉換信號Sp、Sp’與每一負相轉換信號Sn、Sn’的功率相同但相位相差180度。
參閱圖4，其顯示本實施例之該四路功率分配器2 (見圖3)的可實施態樣，但不限於此。在此實施例中，該四路功率分配器2為，例如，一雙式平衡對不平衡轉換器（Dual Balun）。該四路功率分配器2具有一微帶線結構，該微帶線結構包括一個底部微帶線21，及二個頂部微帶線22、23。
該底部微帶線21具有一適用於接收該射頻輸入信號RFi的輸入端211，及二輸出端212。該底部微帶線21的結構設計為T形結構。該等輸出端212各自與該輸入端211間的一直線距離相等。
每一頂部微帶線22、23具有一輸入端221及二輸出端222，且每一頂部微帶線22的結構設計為雙半橢圓形結構。該等頂部微帶線22、23的該等輸入端221分別電連接該底部微帶線21的該等輸出端212。每一頂部微帶線22、23的該等輸出端222共同輸出該二個差動轉換信號對中的一相對應者。在本實施例中，第一個頂部微帶線22的該等輸出端222分別輸出該負相轉換信號Sn及該正相轉換信號Sp。第二個頂部微帶線23的該等輸出端222分別輸出該正相轉換信號Sp’及該負相轉換信號Sn’ 。
參閱圖3及圖4，該二（N/2=2）個第一功率放大器3中的第一個第一功率放大器3是電連接該四路功率分配器2之該微帶線結構中該第一個頂部微帶線22的該等輸出端222中的一相對應者，以接收該正相轉換信號Sp，並將該正相轉換信號Sp進行功率放大，以產生一第一放大信號Sa1。第二個第一功率放大器3是電連接該四路功率分配器2之該微帶線結構中該第二個頂部微帶線23的該等輸出端222中的一相對應者，以接收該正相轉換信號Sp’，並將該正相轉換信號Sp’進行功率放大，以產生一第一放大信號Sa1’。
該二（N/2=2）個第二功率放大器4中的第一個第二功率放大器4是電連接該四路功率分配器2之該微帶線結構中該第一個頂部微帶線22的該等輸出端222中的一相對應者，以接收該負相轉換信號Sn，並將該負相轉換信號Sn進行相位調整及功率放大，以產生一第二放大信號Sa2。第二個第二功率放大器4是電連接該四路功率分配器2之該微帶線結構中該第二個頂部微帶線23的該等輸出端222中的一相對應者，以接收該負相轉換信號Sn’，並將該負相轉換信號Sn’ 進行相位調整及功率放大，以產生一第二放大信號Sa2’。該等第二放大信號Sa2、Sa2’中的每一者的電壓大小與該等第一放大信號Sa1、Sa1’中的每一者的電壓大小相同。該等第二放大信號Sa2、Sa2’中的每一者的相位與該等第一放大信號Sa1、Sa1’中的每一者的相位相同。
進一步參閱圖5，在本實施例中，每一第一功率放大器3 包括第一至第三放大單元31、32、33。
該第一放大單元31電連接該四路功率分配器2之該微帶線結構中該等輸出端222中的一相對應者以接收該二個正相轉換信號Sp、Sp’中的一相對應者（如，該正相轉換信號Sp），並將該二個正相轉換信號Sp、Sp’中的該相對應者進行功率放大，以產生一第一調整信號Vd11。在本實施例中，該第一放大單元31包括第一及第二電感器311、312、第一及第二電容器313、314、一電阻器315，及一電晶體316。
該第一電感器311具有一用以接收一電源電壓VD1的第一端，及一提供該第一調整信號Vd11的第二端。該第一電容器313電連接在該第一電感器311的該第一端與地之間。該第二電容器314與該電阻器315串聯連接在該第一電感器311的該第一端與地之間。該第二電容器314電連接該第一電感器311的該第一端，該電阻器315接地。該電晶體316具有一電連接該第一電感器311之該第二端的第一端、一電連接該四路功率分配器2之該微帶線結構中該等輸出端222中的該相對應者以接收該正相轉換信號Sp的第二端，及一用以接收一偏壓電壓Vb1的控制端。該第二電感器312電連接在該電晶體316的該第二端與地之間。
該第二放大單元32電連接該第一放大單元31之該第一電感器311的該第二端以接收該第一調整信號Vd11，並將該第一調整信號Vd11進行功率放大，以產生一第二調整信號Vd21。在本實施例中，該第二放大單元32包括第一及第二電感器321、322、第一至第三電容器323、324、325、第一及第二電阻器326、327，及一電晶體328。
該第一電感器321具有一用以接收一電源電壓VD2的第一端，及一提供該第二調整信號Vd21的第二端。該第一電容器323電連接在該第一電感器321的該第一端與地之間。該第二電容器324與該第一電阻器326串聯連接在該第一電感器321的該第一端與地之間，該第二電容器324電連接該第一電感器321的該第一端，該第一電阻器326接地。該第三電容器325具有一電連接該第一電感器311的該第二端以接收該第一調整信號Vd11的第一端，及一第二端。該第二電阻器327具有一電連接該第三電容器325之該第二端的第一端，及一用以接收一偏壓電壓Vb2的第二端。該電晶體328具有一電連接該第一電感器321之該第二端的第一端、一第二端，及一電連接該第三電容器325之該第二端的控制端。該第二電感器322電連接在該電晶體328的該第二端與地之間。
該第三放大單元33電連接該第二放大單元32之該第一電感器321的該第二端以接收該第二調整信號Vd21，並將該第二調整信號Vd21進行功率放大，以產生該二個第一放大信號Sa1、Sa1’中的一相對應者（如，該第一放大信號Sa1）。在本實施例中，該第三放大單元33包括一電感器331、第一至第四電容器332、333、334、335、第一及第二電阻器336、337，及一電晶體338。
該電感器331具有一用以接收一電源電壓VD3的第一端，及一第二端。該第一電容器332電連接在該電感器331的該第一端與地之間。該第二電容器333與該第一電阻器336串聯連接在該電感器331的該第一端與地之間，該第二電容器333電連接該電感器331的該第一端，該第一電阻器336接地。該第三電容器334具有一電連接該第一電感器321的該第二端以接收該第二調整信號Vd21的第一端，及一第二端。該第二電阻器337具有一電連接該第三電容器334之該第二端的第一端，及一用以接收一偏壓電壓Vb3的第二端。該電晶體338具有一電連接該電感器331之該第二端的第一端、一接地的第二端，及一電連接該第三電容器334之該第二端的控制端。該第四電容器335具有一電連接該電感器331之該第二端的第一端，及一提供該第一放大信號Sa1的第二端。
進一步參閱圖6，在本實施例中，每一第二功率放大器4 包括第一至第三放大單元41、42、43。
該第一放大單元41電連接該四路功率分配器2之該微帶線結構中該等輸出端222中的一相對應者以接收該二個負相轉換信號Sn、Sn’中的一相對應者（如，該負相轉換信號Sn），並將該二個負相轉換信號Sn、Sn’中的該相對應者進行功率放大，以產生一第一調整信號Vd12。在本實施例中，該第一放大單元41包括第一及第二電感器411、412、第一及第二電容器413、414、一電阻器415，及一電晶體416。
該第一電感器411具有一用以接收該電源電壓VD1的第一端，及一提供該第一調整信號Vd12的第二端。該第一電容器413電連接在該第一電感器411的該第一端與地之間。該第二電容器414與該電阻器415串聯連接在該第一電感器411的該第一端與地之間。該第二電容器414電連接該第一電感器411的該第一端，該電阻器415接地。該電晶體416具有一電連接該第一電感器411之該第二端的第一端、一電連接該四路功率分配器2之該微帶線結構中該等輸出端222中的該相對應者以接收該負相轉換信號Sn的第二端，及一用以接收該偏壓電壓Vb1的控制端。該第二電感器412電連接在該電晶體416的該第二端與地之間。
第二放大單元42電連接該第一放大單元41之該第一電感器411的該第二端以接收該第一調整信號Vd12，並將該第一調整信號Vd12進行相位調整及功率放大，以產生一第二調整信號Vd22，該第二調整信號Vd22的相位與該第二調整信號Vd21的相位相同。在本實施例中，該第二放大單元42包括第一及第二電感器421、422、第一至第三電容器423、424、425、第一及第二電阻器426、427，及一電晶體428。
該第一電感器421具有一用以接收該電源電壓VD2的第一端，及一第二端。該第一電容器423電連接在該第一電感器421的該第一端與地之間。該第二電容器424與該第一電阻器426串聯連接在該第一電感器421的該第一端與地之間，該第二電容器424電連接該第一電感器421的該第一端，該第一電阻器426接地。該第三電容器425具有一電連接該第一電感器411的該第二端以接收該第一調整信號Vd12的第一端，及一第二端。該第二電阻器427具有一電連接該第三電容器425之該第二端的第一端，及一用以接收該偏壓電壓Vb2的第二端。該電晶體428具有一電連接該第一電感器421之該第二端的第一端、一提供該第二調整信號Vd22的第二端，及一電連接該第三電容器425之該第二端的控制端。該第二電感器422電連接在該電晶體428的該第二端與地之間。
該第三放大單元43電連接該第二放大單元42之該電晶體428的該第二端以接收該第二調整信號Vd22，並將該第二調整信號Vd22進行功率放大，以產生該二個第二放大信號Sa2、Sa2’中的一相對應者（如，該第二放大信號Sa2）。在本實施例中，該第三放大單元43包括一電感器431、第一至第四電容器432、433、434、435、第一及第二電阻器436、437，及一電晶體438。
該電感器431具有一用以接收該電源電壓VD3的第一端，及一第二端。該第一電容器432電連接在該電感器431的該第一端與地之間。該第二電容器433與該第一電阻器436串聯連接在該電感器431的該第一端與地之間，該第二電容器433電連接該電感器431的該第一端，該第一電阻器436接地。該第三電容器434具有一電連接該電晶體428的該第二端以接收該第二調整信號Vd22的第一端，及一第二端。該第二電阻器437具有一電連接該第三電容器434之該第二端的第一端，及一用以接收該偏壓電壓Vb3的第二端。該電晶體438具有一電連接該電感器431之該第二端的第一端、一接地的第二端，及一電連接該第三電容器434之該第二端的控制端。該第四電容器435具有一電連接該電感器431之該第二端的第一端，及一提供該第二放大信號Sa2的第二端。
該四（N=4）路功率結合器5電連接該二個第一功率放大器3之該等第四電容器335的該等第二端以分別接收該二個第一放大信號Sa1、Sa1’，及電連接該二個第二功率放大器4之該等第四電容器435的該等第二端以分別接收該二個第二放大信號Sa2、Sa2’，並將該二個第一放大信號Sa1、Sa1’與該二個第二放大信號Sa2、Sa2’進行結合，以產生一射頻輸出信號RFo。
進一步參閱圖7，其顯示本實施例之該四路功率結合器5（見圖3）的可實施態樣，但不限於此。在此實施例中，該四路功率結合器5為，例如，一雙式U形結合器（Dual U-shaped Combiner）。該四路功率結合器5具有一微帶線結構，該微帶線結構包括三個U形微帶線51、52、53，及一個線條狀微帶線54。
每一U形微帶線51、52、53具有二輸入端511及一輸出端512。每一U形微帶線51、52、53中，該等輸入端511位於所對應的該U形微帶線的開口處，該二輸入端511各自與所對應的該輸出端512間的一直線距離相等。第一個及第二個U形微帶線51、52彼此平行，且每一U形微帶線51、52、53的開口同方向。該第一個U形微帶線51的第一個及第二個輸入端511分別電連接該第一個第二功率放大器4之該第四電容器435與該第一個第一功率放大器3之該第四電容器335的該等第二端，以分別接收該第二放大信號Sa2與該第一放大信號Sa1。該第二個U形微帶線52的第一個及第二個輸入端511分別電連接該第二個第一功率放大器3之該第四電容器335與該第二個第二功率放大器4之該第四電容器435的該等第二端，以分別接收該第一放大信號Sa1’與該第二放大信號Sa2’。第三個U形微帶線53的第一個及第二個輸入端511分別電連接該等第一及第二個U形微帶線51、52的該等輸出端512。
該線條狀微帶線54具有一電連接該第三個U形微帶線53之該輸出端512的輸入端541，及一輸出該射頻輸出信號RFo的輸出端542。
需說明的是，在本實施例中，該等電晶體316、328、338、416、428、438各自為，例如，一N型金氧半場效電晶體，且該N型金氧半場效電晶體的汲極、源極及閘極分別為該等電晶體316、328、338、416、428、438中的每一者的該第一端、該第二端及該控制端。該四路功率分配器2之每一輸出端222的一輸出阻抗Ro1為50Ω且與該等第一及第二功率放大器3、4中的一相對應者之該第一放大單元的一輸入阻抗Ri1相匹配。每一第一及第二功率放大器3、4的一輸出阻抗Ro2為35.4-j56.2Ω，該四路功率結合器5之每一輸入端511的一輸入阻抗Ri2為35.4+j56.2Ω。
此外，本實施例多路射頻功率放大裝置的一功率附加效率（Power Added Efficiency，PAE）可由下述式（1）獲得： 式（1）， 其中，參數Pin是該射頻輸入信號RFi的一輸入功率，參數Pout是該射頻輸出信號RFo的一輸出功率（Pout=G×Pin），參數P DC是一外部電源供應器（圖未示）所提供給該多路射頻功率放大裝置運作的一直流功率，參數G是該多路射頻功率放大裝置的一功率增益。根據上述式（1）可以瞭解，當該功率增益G增加時（即該射頻輸出信號RFo的該輸出功率Pout增加），該功率附加效率PAE也會隨之增加。
需說明的是，該底部微帶線21為一端點連接線，實際上在設計及佈線時會儘可能將其最短化，所以該底部微帶線21的長度及面積可忽略不計，而每一頂部微帶線22、23呈雙半橢圓形結構使其面積約等於習知每一威爾金森功率分配器10~12（見圖1）的面積。因此，該四路功率分配器2之一總面積Ar1約為習知該等威爾金森功率分配器10~12的一總面積Ar2的2/3倍（即，Ar1≒Ar2×2/3）。再者，由於每一第三放大單元33、43是將最大功率輸出，所以其最佳負載阻抗（即，該四路功率結合器5之每一輸入端511的該輸入阻抗Ri2）不是50Ω，舉本實施例為例，每一輸入端511的該輸入阻抗Ri2為35.4+j56.2Ω，其相當於一電阻電感串聯電路，因此只需將該四路功率結合器5設計成一小段微帶線（相當於電感）來電連接該後級負載62中的一負載電阻（圖未示），如此一來，該四路功率結合器5的信號傳輸路徑長度遠小於該射頻輸入信號RFi的一波長λ除以四（即，λ/4），及遠小於習知多路射頻功率放大裝置的三個威爾金森功率結合器17~19的信號傳輸路徑長度，以致該四路功率結合器5的一總面積遠小於該等威爾金森功率結合器17~19的一總面積。
此外，該四路功率分配器2將該射頻輸入信號RFi分配成四個等功率的轉換信號Sp、Sp’、Sn、Sn’之每一者的一信號傳輸路徑僅經過該底部微帶線21（長度很短，可忽略）及該頂部微帶線22（或該頂部微帶線23），而習知多路射頻功率放大裝置將該射頻輸入信號Pi分配成四個等功率的輸出信號P之每一者的一信號傳輸路徑是經過該威爾金森功率分配器10及該威爾金森功率分配器11（或該威爾金森功率分配器12）。由於每一頂部微帶線22、23的信號傳輸路徑約等於每一威爾金森功率分配器10~12的信號傳輸路徑，因此，相較之下，該四路功率分配器2產生每一轉換信號Sp、Sp’、Sn、Sn’所經之每一信號傳輸路徑TL1約為習知多路射頻功率放大裝置產生每一輸出信號P所經之每一信號傳輸路徑TL1’的一半(即，TL1≒TL1’/2)。
因此，簡單來說，本實施例藉由具有較小電路面積及較短信號傳輸路徑的該四路功率分配器2及該四路功率結合器5，來分別取代習知該等威爾金森功率分配器10~12及該等威爾金森功率結合器17~19，可使本實施例該多路射頻功率放大裝置根據該射頻輸入信號RFi產生該射頻輸出信號RFo的過程相較於習知多路射頻功率放大裝置具有較低的功率損耗，使得本實施例該多路射頻功率放大裝置的該功率增益G較高，進而具有較高的該功率附加效率PAE。
另外，需注意的是，由於微帶線結構中的直角越多功率損耗也會越高，故微帶線結構中的直角越少越好。因此，本實施例藉由該雙式平衡對不平衡轉換器作為該四路功率分配器2來取代習知該等威爾金森功率分配器10~12，及藉由該雙式U形結合器作為該四路功率結合器5來取代習知該等威爾金森功率結合器17~19，可降低該四路功率分配器2與該四路功率結合器5中微帶線結構的直角的數量，使得本實施例的功率損耗更可有效降低。
參閱圖8，為本實施例該多路射頻功率放大裝置的該射頻輸出信號RFo與習知多路射頻功率放大裝置的該射頻輸出信號Po中每一者的輸出功率與功率附加效率各自對頻率變化的模擬示意圖。由圖8可知，當該射頻輸入信號RFi的頻率位於90~100GHz的頻段中，本實施例該多路射頻功率放大裝置之該射頻輸出信號RFo的輸出功率約為15dBm，且功率附加效率約在15~17%之間，而習知多路射頻功率放大裝置之該射頻輸出信號Po的輸出功率約在11~12.5dBm之間，且功率附加效率約在5.5~8%之間，本實施例該多路射頻功率放大裝置相較於習知多路射頻功率放大裝置確實具有較高的輸出功率與功率附加效率。
綜上所述，藉由該四路功率分配器2來取代習知該等威爾金森功率分配器10~12，及藉由該四路功率結合器5來取代習知該等威爾金森功率結合器17~19，可使本實施例該多路射頻功率放大裝置具有較小電路面積及較短信號傳輸路徑，且該四路功率分配器2及該四路功率結合器5所具有之微帶線結構中的直角數量較少，使得本實施例該多路射頻功率放大裝置根據該射頻輸入信號RFi產生該射頻輸出信號RFo的過程相較於習知多路射頻功率放大裝置具有較低的功率損耗，並使得本實施例該多路射頻功率放大裝置具有較高的該功率增益G及該功率附加效率PAE。
惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是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。
2‧‧‧四路功率分配器
21‧‧‧底部微帶線
211‧‧‧底部微帶線的輸入端
212‧‧‧底部微帶線的輸出端
22、23‧‧‧頂部微帶線
221‧‧‧頂部微帶線的輸入端
222‧‧‧頂部微帶線的輸出端
3‧‧‧第一功率放大器
31‧‧‧第一放大單元
311、312‧‧‧第一及第二電感器
313、314‧‧‧第一及第二電容器
315‧‧‧電阻器
316‧‧‧電晶體
32‧‧‧第二放大單元
321、322‧‧‧第一及第二電感器
323~325‧‧‧第一至第三電容器
326、327‧‧‧第一及第二電阻器
328‧‧‧電晶體
33‧‧‧第三放大單元
331‧‧‧電感器
332~335‧‧‧第一至第四電容器
336、337‧‧‧第一及第二電阻器
541‧‧‧線條狀微帶線的輸入端
542‧‧‧線條狀微帶線的輸出端
61‧‧‧前級電路
62‧‧‧後級負載
RFi‧‧‧射頻輸入信號
RFo‧‧‧射頻輸出信號
Ro1、Ro2‧‧‧輸出阻抗
Ri1、Ri2‧‧‧輸入阻抗
338‧‧‧電晶體
4‧‧‧第二功率放大器
41‧‧‧第一放大單元
411、412‧‧‧第一及第二電感器
413、414‧‧‧第一及第二電容器
415‧‧‧電阻器
416‧‧‧電晶體
42‧‧‧第二放大單元
421、422‧‧‧第一及第二電感器
423~425‧‧‧第一至第三電容器
426、427‧‧‧第一及第二電阻器
428‧‧‧電晶體
43‧‧‧第三放大單元
431‧‧‧電感器
432~435‧‧‧第一至第四電容器
436、437‧‧‧第一及第二電阻器
438‧‧‧電晶體
5‧‧‧四路功率結合器
51~53‧‧‧U形微帶線
511‧‧‧U形微帶線的輸入端
512‧‧‧U形微帶線的輸出端
54‧‧‧線條狀微帶線
Sa1、 Sa1’‧‧‧第一放大信號
Sa2、Sa2’‧‧‧第二放大信號
Sn、Sn’‧‧‧負相轉換信號
Sp、Sp’‧‧‧正相轉換信號
Vb1~ Vb3‧‧‧偏壓電壓
Vd11‧‧‧第一調整信號
Vd21‧‧‧第二調整信號
Vd12‧‧‧第一調整信號
Vd22‧‧‧第二調整信號
VD1~ VD3‧‧‧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，說明習知多路射頻功率放大裝置； 圖2是一結構圖，說明該習知多路射頻功率放大裝置之一威爾金森功率分配器的實施態樣； 圖3是一方塊圖，說明本發明多路射頻功率放大裝置之一實施例； 圖4是一結構圖，說明該實施例之一四路功率分配器的實施態樣； 圖5是一電路圖，說明該實施例之一第一功率放大器； 圖6是一電路圖，說明該實施例之一第二功率放大器； 圖7是一結構圖，說明該實施例之一四路功率結合器的實施態樣；及 圖8是一模擬圖，說明該實施例與該習知多路射頻功率放大裝置的輸出功率與功率附加效率各自對頻率的變化。

Claims (10)

  1. 一種多路射頻功率放大裝置，包含：一個N路功率分配器，適用於接收一射頻輸入信號，並將該射頻輸入信號進行平衡至不平衡轉換及功率分配，以產生N/2個差動轉換信號對，每一差動轉換信號對由一正相轉換信號及一負相轉換信號共同構成，N=2R，R≧2，R為正整數；N/2個第一功率放大器，電連接該N路功率分配器以分別接收該N/2個差動轉換信號對中的N/2個正相轉換信號，並分別將該N/2個正相轉換信號進行功率放大，以分別產生N/2個第一放大信號，每一第一功率放大器包括一個第一放大單元，電連接該N路功率分配器以接收該N/2個差動轉換信號對的該N/2個正相轉換信號中的一相對應者，並將該N/2個正相轉換信號中的該相對應者進行功率放大，以產生一第一調整信號，一個第二放大單元，電連接該第一放大單元以接收該第一調整信號，並將該第一調整信號進行功率放大，以產生一第二調整信號，及一個第三放大單元，電連接該第二放大單元以接收該第二調整信號，並將該第二調整信號進行功率放大，以產生該N/2個第一放大信號中的一相對應者；N/2個第二功率放大器，電連接該N路功率分配器以分別接收該N/2個差動轉換信號對中的N/2個負相轉換信號，並分別將該N/2個負相轉換信號進行相位調整及功率放大，以分別產生N/2個第二放大信號，每一第二放大信號的電壓大小及相位分別相同於每一第一放大信號的電壓大小及相位；及一個N路功率結合器，電連接該N/2個第一功率放大器與該N/2個第二功率放大器以分別接收該N/2個第一放大信號與該N/2個第二放大信號，並將該N/2個第一放大信號與該N/2個第二放大信號進行結合，以產生一射頻輸出信號。
  2. 如請求項1所述的多路射頻功率放大裝置，其中，R=2，N=4，該N路功率分配器為一雙式平衡對不平衡轉換器(Dual Balun)且具有一微帶線結構，該微帶線結構包括一個底部微帶線，具有一適用於接收該射頻輸入信號的輸入端，及二輸出端，該底部微帶線的結構設計為T形結構，該等輸出端各自與該輸入端間的一直線距離相等，及二個頂部微帶線，每一頂部微帶線具有一輸入端及二輸出端，該等頂部微帶線的該等輸入端分別電連接該底部微帶線的該等輸出端，每一頂部微帶線的該等輸出端共同輸出該N/2個差動轉換信號對中的一相對應者，且每一頂部微帶線的結構設計為雙半橢圓形結構。
  3. 如請求項1所述的多路射頻功率放大裝置，其中，R=2，N=4，該N路功率結合器為一雙式U形結合器(Dual U-shaped Combiner)且具有一微帶線結構，該微帶線結構包括三個U形微帶線，每一U形微帶線具有二輸入端及一輸出端，該等輸入端位於所對應的該U形微帶線的開口處，該二輸入端各自與所對應的該輸出端間的一直線距離相等，第一個及第二個U形微帶線彼此平行，且每一U形微帶線的開口同方向，該等第一個及第二個U形微帶線中每一者的該等輸入端分別電連接該N/2個第一功率放大器中的一相對應者與該N/2個第二功率放大器中的一相對應者，以分別接收該N/2個第一放大信號中的一相對應者與該N/2個第二放大信號中的一相對應者，第三個U形微帶線的該等輸入端分別電連接該等第一及第二個U形微帶線的該等輸出端，及一個線條狀微帶線，具有一電連接該第三個U形微帶線之該輸出端的輸入端，及一輸出該射頻輸出信號的輸出端。
  4. 如請求項1所述的多路射頻功率放大裝置，其中，該第一放大單元包括一第一電感器，具有一用以接收一電源電壓的第一端，及一提供該第一調整信號的第二端，一第一電容器，電連接在該第一電感器的該第一端與地之間，一第二電容器與一電阻器，串聯連接在該第一電感器的該第一端與地之間，該第二電容器電連接該第一電感器的該第一端，該電阻器接地，一電晶體，具有一電連接該第一電感器之該第二端的第一端、一電連接該N路功率分配器以接收該N/2個差動轉換信號對的該N/2個正相轉換信號中的該相對應者的第二端，及一用以接收一偏壓電壓的控制端，及一第二電感器，電連接在該電晶體的該第二端與地之間。
  5. 如請求項1所述的多路射頻功率放大裝置，其中，該第二放大單元包括一第一電感器，具有一用以接收一電源電壓的第一端，及一提供該第二調整信號的第二端，一第一電容器，電連接在該第一電感器的該第一端與地之間，一第二電容器與一第一電阻器，串聯連接在該第一電感器的該第一端與地之間，該第二電容器電連接該第一電感器的該第一端，該第一電阻器接地，一第三電容器，具有一電連接該第一放大單元以接收該第一調整信號的第一端，及一第二端，一第二電阻器，具有一電連接該第三電容器之該第二端的第一端，及一用以接收一偏壓電壓的第二端，一電晶體，具有一電連接該第一電感器之該第二端的第一端、一第二端，及一電連接該第三電容器之該第二端的控制端，及一第二電感器，電連接在該電晶體的該第二端與地之間。
  6. 如請求項1所述的多路射頻功率放大裝置，其中，該第三放大單元包括一電感器，具有一用以接收一電源電壓的第一端，及一第二端，一第一電容器，電連接在該電感器的該第一端與地之間，一第二電容器與一第一電阻器，串聯連接在該電感器的該第一端與地之間，該第二電容器電連接該電感器的該第一端，該第一電阻器接地，一第三電容器，具有一電連接該第二放大單元以接收該第二調整信號的第一端，及一第二端，一第二電阻器，具有一電連接該第三電容器之該第二端的第一端，及一用以接收一偏壓電壓的第二端，一電晶體，具有一電連接該電感器之該第二端的第一端、一接地的第二端，及一電連接該第三電容器之該第二端的控制端，及一第四電容器，具有一電連接該電感器之該第二端的第一端，及一提供該N/2個第一放大信號中的該相對應者的第二端。
  7. 如請求項1所述的多路射頻功率放大裝置，其中，每一第二功率放大器包括一個第一放大單元，電連接該N路功率分配器以接收該N/2個差動轉換信號對的該N/2個負相轉換信號中的一相對應者，並將該N/2個負相轉換信號中的該相對應者進行功率放大，以產生一第一調整信號，一個第二放大單元，電連接該第一放大單元以接收該第一調整信號，並將該第一調整信號進行相位調整及功率放大，以產生一第二調整信號，及一個第三放大單元，電連接該第二放大單元以接收該第二調整信號，並將該第二調整信號進行功率放大，以產生該N/2個第二放大信號中的一相對應者。
  8. 如請求項7所述的多路射頻功率放大裝置，其中，該第一放大單元包括一第一電感器，具有一用以接收一電源電壓的第一端，及一提供該第一調整信號的第二端，一第一電容器，電連接在該第一電感器的該第一端與地之間，一第二電容器與一電阻器，串聯連接在該第一電感器的該第一端與地之間，該第二電容器電連接該第一電感器的該第一端，該電阻器接地，一電晶體，具有一電連接該第一電感器之該第二端的第一端、一電連接該N路功率分配器以接收該N/2個差動轉換信號對的該N/2個負相轉換信號中的該相對應者的第二端，及一用以接收一偏壓電壓的控制端，及一第二電感器，電連接在該電晶體的該第二端與地之間。
  9. 如請求項7所述的多路射頻功率放大裝置，其中，該第二放大單元包括一第一電感器，具有一用以接收一電源電壓的第一端，及一第二端，一第一電容器，電連接在該第一電感器的該第一端與地之間，一第二電容器與一第一電阻器，串聯連接在該第一電感器的該第一端與地之間，該第二電容器電連接該第一電感器的該第一端，該第一電阻器接地，一第三電容器，具有一電連接該第一放大單元以接收該第一調整信號的第一端，及一第二端，一第二電阻器，具有一電連接該第三電容器之該第二端的第一端，及一用以接收一偏壓電壓的第二端，一電晶體，具有一電連接該第一電感器之該第二端的第一端、一提供該第二調整信號的第二端，及一電連接該第三電容器之該第二端的控制端，及一第二電感器，電連接在該電晶體的該第二端與地之間。
  10. 如請求項7所述的多路射頻功率放大裝置，其中，該第三放大單元包括一電感器，具有一用以接收一電源電壓的第一端，及一第二端，一第一電容器，電連接在該電感器的該第一端與地之間，一第二電容器與一第一電阻器，串聯連接在該電感器的該第一端與地之間，該第二電容器電連接該電感器的該第一端，該第一電阻器接地，一第三電容器，具有一電連接該第二放大單元以接收該第二調整信號的第一端，及一第二端，一第二電阻器，具有一電連接該第三電容器之該第二端的第一端，及一用以接收一偏壓電壓的第二端，一電晶體，具有一電連接該電感器之該第二端的第一端、一接地的第二端，及一電連接該第三電容器之該第二端的控制端，及一第四電容器，具有一電連接該電感器之該第二端的第一端，及一提供該N/2個第二放大信號中的該相對應者的第二端。
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