放大器电路和方法技术

一种放大器装置包括N个放大器级101至10N，其中，N是等于或大于五的整数。该放大器装置包括在第一放大器级的放大器的输出与放大器装置的输出节点15之间耦合的四分之一波长传输线节段111至11M的级联。四分之一波长传输线节段的级联中的至少一个中间接合部包括∶直接耦合到中间接合部12的第一放大器；和经由进行连接的四分之一波长传输线131耦合到相同中间接合部12的第二放大器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术大体涉及一种放大器电路和方法，并且更特别地，涉及一种提供改善效率的放大器电路和方法，例如，包括被配置为在操作的多尔蒂(Doherty)模式中操作的至少第一放大器和第二放大器的放大器电路。
技术介绍
宽带无线电系统中的功率放大器常常被用于放大具有高峰均功率比PAR的宽带信号或信号组合。放大器因此必须能够重复地针对非常短周期输出非常高的功率，即使输出功率的大部分是在低得多的平均功率水平处生成的。在具有许多信号(在没有任何主导信号的情况下)的随机相位组合的系统中，信号的幅度遵循瑞利分布。常规单晶体管功率放大器(例如，B类、AB类或F类功率放大器)具有固定的射频(RF)负载电阻和固定的供电电压。B类或AB类放大器中的偏置使得输出电流具有的形式接近半波整流正弦电流脉冲的脉冲群的形式。直流(DC)电流(和因此DC功率)因此基本上与RF输出电流幅度(和电压)成正比。然而，输出功率与RF输出电流的平方成正比。效率(即，输出功率除以DC功率)因此也与输出幅度成正比。当放大与最大所要求的输出幅度(或功率)(即，高PAR)相比较而言平均具有低输出幅度(或功率)的信号时，功率放大器的平均效率因此是低的。在“new high efficiency power amplifier for modulated waves”(W.H.Doherty,Proc.IRE,第24卷,第9号,第1163-1182页,1936年9月)中描述了多尔蒂放大器的示例。由于其具有低幅度处来自晶体管的RF输出电流幅度的低得多的平均和，因而诸如此的多尔蒂放大器具有对于具有高峰均比(PAR)的幅度调制信号的高的平均效率。由于由晶体管汲取的DC电流基本上与RF电流幅值成比例，因而这引起高的平均效率。通过具有从至少一个晶体管到输出的高互阻抗而获得降低的RF输出电流，同时具有同相组合所有晶体管输出来获得全输出功率的可能。较高的互阻抗意味着针对相同量的电流在输出处的较高的电压。这在多尔蒂放大器中通过使主晶体管(“载波放大器”)与输出节点偏移特征阻抗Ropt的四分之一波长传输线来实现(其中，晶体管的Ropt是用于实现最大输出功率的最佳负载电阻)。由于负载Rload具有比Ropt更低的值(通常Rload＝Ropt/2)，因而该线充当四分之一波变压器。从主晶体管到输出的互阻抗等于四分之一线的特定阻抗(即，Ropt)而不是如将是直接耦合到负载的一个晶体管的情况下的Rload。主晶体管处的自阻抗与特征阻抗的平方除以Rload(亦称负载的“阻抗反演”)平方地增加。如果峰晶体管(也被称为“辅助放大器”或“峰值放大器”)具有与主晶体管的Ropt平行组合给定Rload的Ropt，则全组合输出功率通过同相组合是可能的(即，调节主驱动信号与峰值驱动信号之间的相位(时间、电气长度)差，因此来自这两者的输出波在输出Rload处是同相的)。载波放大器输出电流在幅度上是线性的，即，遵循期望的输出信号。峰值放大器输出电流对于低幅度而言是零，并且从转换点线性地上升(节段地)。对于两个相等大小晶体管设计的2级多尔蒂的转换点在最大输出幅度的一半处。在一些情况下，通过向栅极施加低偏压并且增加RF驱动电压(被称为C类操作)来完成输出RF电流幅度的成形。还可以通过模拟或数字信号成形电路先前在处理链中全部或部分地完成该成形。F.H.Raab在题为“Efficiency of Doherty RF Power Amplifier Systems”(IEEE Trans.Broadcasting,第BC-33卷,第3号,第77-83页,1987年9月)的论文中示出了将多尔蒂放大器延伸到更多级(晶体管、构成放大器)的第一方式。这些放大器可以被描述为具有朝向输出(负载)的连续较低的特征阻抗的四分之一传输线的级联，其中，RF晶体管被连接在传输线之间的接合部处。所得的放大器使在后退的较宽范围中具有高的效率。US 8,022,760公开了一种用于3晶体管多尔蒂放大器的备选装置，其主要益处是对于相等大小的晶体管的转换点的更好放置(对应于效率vs.幅度曲线中的高点)。US 8,022,760中的3晶体管多尔蒂放大器的高阶版本由具有作为峰值放大器的高阶四分之一级联多级多尔蒂组成。仅具有奇数总数N个晶体管(5,7,9等)的那些工作(即，具有偶数数目N-1个四分之一线的四分之一级联的那些)。EP2,403,135公开了四晶体管多尔蒂放大器。这基本上是具有输出节点处的添加的峰值放大器的US 8,022,760的3级放大器并且基本上关于晶体管大小方面具有与US 8,022,760相同的优点。EP2,403,135的高阶版本由偶数数目N个晶体管组成，在输出节点处具有直接连接的晶体管和四分之一连接的晶体管二者。峰值放大器分支中的四分之一级联将因此具有总长度N-2(即，与对于US 8,022,760中的放大器相同的长度)。Raab提出的多级多尔蒂放大器一般使其转换点太高以致于不能在晶体管级具有相同大小的情况下给出具有高PAR信号的良好平均效率。图1a、图1b和图1c示出了其中最低转换点在全输出的0.37处的4级实施方式的曲线。具有较高数目的级的放大器一般与装置具有相同的问题，其中小数目的不同的晶体管大小可用对于若干不同的限幅的驱动信号的要求可能具有一些实现技术中的问题(例如，增加的实现复杂度)。参考图2a至图2c，由于关于五个相同大小的晶体管的最低转换点在全输出幅度(-14dB)的0.2处，因而根据US 8,022,760的5级放大器相对于供高PAR信号使用的Raab提出的那些具有优势。然而，其具有低幅度处的转换点的稀疏分布。对于六级和更高数目级而言，US 8,022,760和EP2,403,135的具有相同大小晶体管的实施方式全部存在低输出幅度处的太稀疏的转换点的问题，如由对于根据EP2,403,135的6级装置的图3a至图3c和对于根据US 8,022,760的7级放大器的图4a至图4c所图示的。因此，图2、图3和图4中所描述的放大器装置中的每一个具有要求若干限幅驱动信号的缺点，并且还具有转换点的欠佳分布的缺点。
技术实现思路
本专利技术的目标是提供一种减轻或降低上文所提到的缺点中的至少一个或多个的方法和装置。根据本专利技术的第一方面，提供了一种包括N个放大器级的放大器装置，其中，N是等于或大于五的整数。该放大器装置包括在第一放大器级的放大器的输出与放大器装置的输出节点之间耦合的四分之一波长传输线节段的级联。四分之一波长传输线节段的级联中的至少一个中间接合部包括直接耦合到中间接合部的第一放大器和经由进行连接的四分之一波长传输线耦合到相同中间接合部的第二放大器。以这种方式，相同接合部(即，至少一个中间接合部)具有直接连接到其的一个放大器和经由进行连接的四分之一波长传输线连接的另一放大器。这具有与先前多级多尔蒂放大器相比而言带来新电流、电压效率曲线行为的优点，并且提供当仅晶体管大小(或仅一个大小)的有限集合可用时实现期望的效率曲线的另外的方式。根据本专利技术的另一方面，提供了一种改进包括N个放大器级的放大器装置的效率的方法，其中，N是等于或大于五的整数，并且其中放大器装置包括在第一放大器级的放大器的输出与放大器装置的输出节点之间耦合的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包括N个放大器级(101至10N)的放大器装置，其中N是等于或大于五的整数；所述放大器装置包括：四分之一波长传输线节段(111至11M)的级联，其耦合在第一放大器级(101)的放大器的输出与所述放大器装置的输出节点(15)之间；其中所述四分之一波长传输线节段的级联中的至少一个中间接合部(12)包括：第一放大器，其直接耦合到所述中间接合部(12)；以及第二放大器，其经由进行连接的四分之一波长传输线(131)耦合到相同的所述中间接合部(12)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种包括N个放大器级(101至10N)的放大器装置，其中N是等于或大于五的整数；所述放大器装置包括：四分之一波长传输线节段(111至11M)的级联，其耦合在第一放大器级(101)的放大器的输出与所述放大器装置的输出节点(15)之间；其中所述四分之一波长传输线节段的级联中的至少一个中间接合部(12)包括：第一放大器，其直接耦合到所述中间接合部(12)；以及第二放大器，其经由进行连接的四分之一波长传输线(131)耦合到相同的所述中间接合部(12)。2.根据权利要求1所述的放大器，其中：所述第一放大器包括第三级的放大器(103)；并且所述第二放大器包括第四级的放大器(104)。3.根据权利要求2所述的放大器，其中所述放大器包括五个放大器级(101至105)，并且所述级联包括N-2个四分之一波长传输线节段(111至113)，并且其中第五级的放大器(105)：直接耦合到所述输出节点(15)；或者经由进行连接的四分之一波长传输线(132)耦合到所述输出节点(15)。4.根据权利要求2所述的放大器，其中所述放大器包括六个放大器级(101至106)，并且所述级联包括N-2个四分之一波长传输线节段(111至114)，并且其中：第五级的放大器(105)直接耦合到所述四分之一波长传输线节段的级联的相应接合部(123)，并且第六级的放大器(106)直接耦合到所述输出节点(15)；或者所述第五级的放大器(105)经由进行连接的四分之一波长传输线(132)耦合到所述四分之一波长传输线节段的级联的相应接合部(123)，并且所述第六级的放大器(106)经由进行连接的四分之一波长传输线(133)耦合到所述输出节点(15)。5.根据权利要求2所述的放大器，其中所述放大器包括六个放大器级(101至106)，并且所述级联包括N-3个四分之一波长传输线节段(111至113)，并且其中：第五级的放大器(105)直接耦合到所述输出节点(15)，并且第六级的放大器(106)经由进行连接的四分之一波长传输线(132)耦合到所述输出节点(15)。6.根据权利要求1所述的放大器，其中所述放大器包括七个放大器级(101至107)，并且其中：所述第一放大器包括第五级的放大器(105)；并且所述第二放大器包括第六级的放大器(106)。7.根据权利要求6所述的放大器，其中所述级联包括N-2个四分之一波长传输线节段(111至115)，并且其中第七级的放大器(107)：直接耦合到所述输出节点(15)；或者经由进行连接的四分之一波长传输线(132；134；133)耦合到所述输出节点(15)。8.根据权利要求6或7所述的放大器，其中：第三级的放大器(103)和第四级的放大器(104)直接耦合到所述四分之一波长传输线节段的级联的相应接合部(122、123)；或者所述第三级的放大器(103)和所述第四级的放大器(104)经由相应的进行连接的四分之一波长传输线(132、133)耦合到所述四分之一波长传输线节段的级联的相应接合部(122、123)。9.根据权利要求1所述的放大器，其中所述放大器包括七个放大器级(101至107)，并且所述级联包括N-2个四分之一波长传输线节段(111至115)，并且其中：所述第一放大器包括第三级的放大器(103)；并且所述第二放大器包括第四级的放大器(104)。10.根据权利要求9所述的放大器，其中第七级的放大器(107)：直接...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·赫尔贝格，
申请(专利权)人：瑞典爱立信有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞典;SE