宽带、高效、非调制功率放大器架构制造技术

描述了用于空载调制功率放大器的设备和方法。空载调制功率放大器可以包括多个并联的放大器，以放大划分到并行电路分支中的信号。放大器中的一个可以用作第一放大类的主放大器，其余的放大器可以用作第二放大类的峰值放大器。在功率放大器的完全开启和完全回退状态之间，主放大器基本上看不到负载调制。功率放大器可以对称和非对称模式工作。与传统的Doherty放大器相比，带宽和漏极效率得到了提高。通过组合来自放大器和混合耦合器的信号可以获得进一步的改进。

Broadband, high efficiency, non modulation power amplifier architecture

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】宽带、高效、非调制功率放大器架构
该技术涉及高速、高效、高功率的放大器，该放大器可以由在并行电路路径中运行的多个晶体管构成，并且可以由半导体材料(例如但不限于氮化镓)形成。
技术介绍
由半导体材料形成的高速功率放大器具有多种有用的应用，例如射频(RF)通信、雷达、RF能量、功率转换和微波应用。氮化镓半导体材料由于其期望的电子和电光性质而近年来受到了相当大的关注。由于其宽的带隙，因此GaN对雪崩击穿的抵抗力更高，并且与其他半导体(例如硅)相比可以在更高的温度下保持电性能。与硅相比，GaN还具有更高的载流子饱和速度，并且可以维持更高的功率密度。另外，GaN具有纤锌矿晶体结构，是非常稳定且坚硬的材料，具有高导热性，并且具有比诸如硅、锗和砷化镓之类的其他常规半导体高得多的熔点。因此，GaN可用于高速、高压和高功率应用。在当前和提议的通信标准(例如WiMax、4G和5G)下支持移动通信和无线互联网访问的应用可能会对由半导体晶体管构成的高速放大器提出严格的性能要求。放大器可能需要满足与输出功率、信号线性度、信号增益、带宽和效率有关的性能规格。
技术实现思路
描述了用于放大射频信号的设备和方法。多类功率放大器可以包括以不同的放大类并行工作并向公共输出提供放大的信号的多个放大器。主放大器可以放大低信号水平和高信号水平的信号。辅助放大器可以在低信号水平时处于闲置状态(非放大)，并在信号水平增加时变为开启状态(放大)。不管辅助放大器是空闲还是开启，主放大器在其输出处都能看到相同的阻抗，从而避免了传统Doherty放大器常见的主放大器负载调制。一些实施例涉及一种功率放大器，其包括：第一点路分支，具有并联的第一放大器和第二放大器，其中第一放大器被配置为以AB类工作，第二放大器被配置为以不同类工作；以及第二电路分支，与第一电路分支并联，第二电路分支包含配置为以不同类工作的第三放大器。功率放大器可以进一步包括：第一节点，布置为从第一放大器和第二放大器接收输出信号；第二节点，布置为从第三放大器接收输出信号；连接在第一节点和组合节点之间的第一阻抗逆变器；连接到第二节点和组合节点之间的第二阻抗逆变器；以及连接到组合节点并被配置为连接到具有阻抗值R的负载的输出端口。一些实施例涉及一种用于放大信号的方法。该方法可以包括以下动作：在以AB类工作的第一放大器处接收第一信号；在与第一放大器并联的第二放大器处接收第一信号的第一副本，其中第二放大器以不同的类工作；在以不同类工作的第三放大器处接收第一信号的第二副本；将第一放大器的输出与第二放大器的输出进行组合以产生第一输出；将第一输出提供给第一阻抗逆变器；将第三放大器的第二输出提供给第二阻抗逆变器；组合来自第一阻抗逆变器和第二阻抗逆变器的输出以产生组合输出。一些实施例涉及一种功率放大器，该功率放大器包括：主放大器，与第一峰值放大器并联在第一电路分支中；以及第二峰值放大器，与第三峰值放大器并联在第二电路分支中，第二电路分支与第一电路分支并联；其中，主放大器被配置为以第一放大器类工作，并且峰值放大器被配置为以与第一放大器类不同的放大器类工作，其中，当峰值放大器完全放大接收信号时以及当峰值放大器没有放大接收信号时，主放大器看到的负载阻抗是基本相同的值。一些实施例涉及一种用于操作功率放大器的方法，该方法包括以下动作：在第一时间：在功率放大器的第一电路分支中，利用与没有放大的第一峰值放大器并联的主放大器来放大第一接收信号的第一部分；在第二时间：利用主放大器放大第二接收信号的第一部分；利用处于完全导通状态的第一峰值放大器放大第二接收信号的第二部分；利用处于完全导通状态的第二峰值放大器来放大第二接收信号的第三部分；利用与第二峰值放大器并联在功率放大器的第二电路分支中的、处于完全导通状态的第三峰值放大器来放大第二接收信号的第四部分，其中，主放大器在第一时间和在第二时间看到的负载阻抗大致相同。一些实施例涉及一种功率放大器，该功率放大器包括：主放大器，与第一峰值放大器并联在第一电路分支中，以及第二峰值放大器，位于与第一电路分支并联的第二电路分支中，其中，主放大器被配置为以第一放大器类工作，并且第一和第二峰值放大器被配置为以与第一放大器类不同的放大器类工作，其中，当峰值放大器完全放大接收信号时以及当峰值放大器没有放大接收信号时，主放大器看到的负载阻抗基本相同。一些实施例涉及一种用于操作功率放大器的方法，该方法包括以下动作：在第一时间：在功率放大器的第一电路分支中，利用与没有放大的第一峰值放大器并联的主放大器来放大第一接收信号的第一部分；在第二时间：利用主放大器放大第二接收信号的第一部分；利用处于完全导通状态的第一峰值放大器来放大第二接收信号的第二部分；并且利用与功率放大器的第一电路分支并联的、处于完全接通状态的第二峰值放大器来放大第二接收信号的第三部分，其中主放大器在第一时间看到的负载阻抗为与主放大器在第二时间看到的负载阻抗大致相同。一些实施例涉及一种功率放大器，其包括：连接在第一电路分支中的主放大器；以及在与第一电路分支并联的第二电路分支中的第一峰值放大器，其中主放大器被配置为以第一放大器类工作，并且第一峰值放大器被配置为以与第一放大器类不同的放大器类工作；以及混合耦合器，用于将来自第一电路分支的第一信号与来自第二电路分支的第二信号进行组合。一些实施例涉及一种用于操作功率放大器的方法，该方法包括以下动作：在第一时间：在功率放大器的第一电路分支中，利用主放大器放大第一接收信号的第一部分；在第二时间：利用主放大器放大第二接收信号的第一部分；利用在与所述第一电路分支并联的功率放大器的第二电路分支中的、处于完全导通状态的第一峰值放大器来放大第二接收信号的第二部分；利用混合耦合器将来自第一电路分支的信号与来自第二电路分支的信号进行组合。可以利用上文或下文进一步详细描述的方面、特征和动作的任何适当组合来实现前述设备和方法实施例。通过下面的描述并结合附图，可以更充分地理解本教导的这些和其他方面、实施例和特征。附图说明技术人员将理解，本文描述的附图仅用于说明目的。应当理解，在一些情况下，实施例的各个方面可以被夸大地示出或放大以促进对实施例的理解。附图不一定按比例绘制，而是将重点放在说明教导的原理上。在附图中，相似的附图标记通常在各个附图中指相似的特征、功能相似和/或结构相似的元件。在附图涉及微制造电路的情况下，仅示出一个器件和/或电路以简化附图。实际上，可以在衬底的大面积上或整个衬底上并行地制造大量的器件或电路。另外，所描绘的器件或电路可以集成在较大的电路内。当在以下详细描述中参考附图时，可以使用空间参考“顶部”、“底部”、“上部”、“下部”、“垂直”、“水平”等。这样的参考用于教导目的，并且不旨在作为所实施的设备的绝对参考。可以以与附图中所示的定向不同的任何适当方式在空间上定向所实施的设备。附图无意以任何方式限制本教导的范围。图1描绘了Doherty放大器的结构图；图2A描绘了当主放大器和峰值放大器完全开启时对称Doherty放大器的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种功率放大器，包括：/n主放大器，其与第一峰值放大器并联在第一电路分支中；以及/n第二峰值放大器，其与第三峰值放大器并联在第二电路分支中，所述第二电路分支与所述第一电路分支并联，其中，所述主放大器被配置为以第一放大器类工作，并且峰值放大器被配置为以与所述第一放大器类不同的放大器类工作，其中/n当峰值放大器完全放大接收信号时以及当峰值放大器没有放大接收信号时，所述主放大器看到的负载阻抗是基本相同的值。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170814 FR 17576791.一种功率放大器，包括：
主放大器，其与第一峰值放大器并联在第一电路分支中；以及
第二峰值放大器，其与第三峰值放大器并联在第二电路分支中，所述第二电路分支与所述第一电路分支并联，其中，所述主放大器被配置为以第一放大器类工作，并且峰值放大器被配置为以与所述第一放大器类不同的放大器类工作，其中
当峰值放大器完全放大接收信号时以及当峰值放大器没有放大接收信号时，所述主放大器看到的负载阻抗是基本相同的值。


2.根据权利要求1所述的功率放大器，还包括：
组合节点，所述第一电路分支在所述组合节点处连接到所述第二电路分支；
所述功率放大器的输出端口，其连接到所述组合节点，并被配置为连接到阻抗值为R的负载；
所述第一电路分支中的第一阻抗逆变器，其特征阻抗值为R±0.05R；以及
所述第二电路分支中的第二阻抗逆变器，其特征阻抗值为R±0.05R，其中，所述功率放大器用于驱动所述阻抗值为R的负载。


3.根据权利要求2所述的功率放大器，其中，当峰值放大器完全放大接收信号时以及当峰值放大器没有放大接收信号时，所述主放大器看到的负载阻抗约为R。


4.根据权利要求2所述的功率放大器，其中，R的值具有10欧姆到100欧姆的实数阻抗值。


5.根据权利要求2所述的功率放大器，还包括：第一阻抗变换器，其连接在所述第一峰值放大器与所述第一阻抗逆变器之间。


6.根据权利要求2所述的功率放大器，其中，所述组合节点包括电容器的电极。


7.根据权利要求1至6中任一项所述的功率放大器，其中，所述主放大器、第一峰值放大器、第二峰值放大器和第三峰值放大器由氮化镓材料形成。


8.根据权利要求7所述的功率放大器，还包括多条键合线，其将来自所述主放大器、第一峰值放大器、第二峰值放大器和第三峰值放大器的输出连接至电容器的同一电极。


9.根据权利要求8所述的功率放大器，其中，所述多条键合线的一部分、所述主放大器和第一峰值放大器的漏极-源极电容以及所述电容器形成阻抗逆变器。


10.根据权利要求7所述的功率放大器，组装在微波单片集成电路中或组装在电路板上。


11.根据权利要求7所述的功率放大器，其中，所述主放大器、第一峰值放大器、第二峰值放大器和第三峰值放大器均包括至少一个高电子迁移率晶体管。


12.根据权利要求1至6中任一项所述的功率放大器，其中，来自峰值放大器中的一个峰值放大器的最大输出电流与来自所述主放大器的最大电流相差超过20％。


13.根据权利要求1至6中任一项所述的功率放大器，还包括：信号划分电路，其将接收的输入信号划分为被提供给所述主放大器和峰值放大器的四个输出信号，其中，所述四个输出信号中的被提供给峰值放大器的至少一个输出信号相对于被提供给所述主放大器的输出信号的相位在相位上延迟80度至100度的量。


14.根据权利要求1至6中任一项所述的功率放大器，其中，所述功率放大器对于-10dB到-6.5dB的输出功率回退值表现出效率峰值。


15.根据权利要求1至6中任一项所述的功率放大器，其中，当所述主放大器和所述第二峰值放大器完全放大时，从所述第二峰值放大器传送的最大电流是从所述主放大器传送的最大电流的1至3倍。


16.根据权利要求1至6中任一项所述的功率放大器，其中，峰值放大器的电流比r1、r2和r3满足以下关系



其中，r1是当主放大器和第一峰值放大器完全放大时，所述第一峰值放大器传送的最大电流与所述主放大器传送的最大电流的比值；r2是当所述主放大器和所述第二峰值放大器完全放大时，所述第二峰值放大器传送的最大电流与所述主放大器传送最大电流的比值；r3是当所述主放大器和所述第三峰值放大器完全放大时，所述第三峰值放大器传送的最大电流与由所述主放大器传送的最大电流的比值。


17.一种操作功率放大器的方法，包括：
在第一时间：在所述功率放大器的第一电路分支中，利用与没有放大的第一峰值放大器并联的主放大器来放大第一接收信号的第一部分；
在第二时间：利用所述主放大器放大第二接收信号的第一部分；
利用处于完全导通状态的所述第一峰值放大器来放大所述第二接收信号的第二部分；
利用处于完全导通状态的第二峰值放大器来放大所述第二接收信号的第三部分；以及
利用与所述第二峰值放大器并联在所述功率放大器的第二电路分支中的处于完全导通状态的第三峰值放大器来放大所述第二接收信号的第四部分，其中，
所述主放大器在所述第一时间看到的负载阻抗与所述主放大器在所述第二时间看到的负载阻抗是基本相同的值。


18.根据权利要求17所述的方法，还包括：
将来自所述主放大器和所述第一峰值放大器的信号提供给所述第一电路分支中的特征阻抗值为R±0.05R的第一阻抗逆变器；
将来自所述第二峰值放大器和所述第三峰值放大器的信号提供给所述第二电路分支中的特征阻抗值为R±0.05R的第二阻抗逆变器；
在组合节点处组合来自所述第一电路分支和所述第二电路分支的信号；以及
将组合信号从所述组合节点提供给所述功率放大器的输出端口，所述输出端口被配置为连接到阻抗值为R的负载。


19.根据权利要求18所述的方法，其中，当峰值放大器在所述第二时间完全放大时以及当峰值放大器在所述第一时间没有放大时，所述主放大器看到的负载阻抗约为R。


20.根据权利要求18所述的方法，其中，R的值具有10欧姆到100欧姆的实数阻抗值。


21.根据权利要求18所述的方法，还包括：将从所述第一峰值放大器输出的信号提供给连接在所述第一峰值放大器与所述第一阻抗逆变器之间的第一阻抗变换器。


22.根据权利要求18所述的方法，其中，所述组合节点包括电容器的电极。


23.根据权利要求17至22中任一项所述的方法，其中，所述主放大器、第一峰值放大器、第二峰值放大器和第三峰值放大器由氮化镓材料形成。


24.根据权利要求23所述的方法，其中，所述主放大器、第一峰值放大器、第二峰值放大器和第三峰值放大器均包括至少一个高电子迁移率晶体管。


25.根据权利要求17至22中任一项所述的方法，其中，来自峰值放大器中的一个峰值放大器的最大输出电流与来自所述主放大器的最大电流相差超过20％。


26.根据权利要求17至22中任一项所述的方法，还包括：
将所述第二接收信号划分为被提供给所述主放大器和峰值放大器的四个输出信号；以及
相对于提供给所述主放大器的输出信号的相位，将所述四个输出信号中被提供给峰值放大器的至少一个输出信号的相位延迟80度至100度的量。


27.根据权利要求17至22中任一项所述的方法，其中，所述功率放大器对于-10dB到-6.5dB的输出功率回退值表现出效率峰值。


28.根据权利要求17至22中任一项所述的方法，还包括：当所述主放大器和所述第二放大器完全放大时，从所述第二峰值放大器传送的最大电流为从所述主放大器传送的最大电流的1至3倍。


29.一种功率放大器，包括：
主放大器，其与第一峰值放大器并联在第一电路分支中；以及
第二峰值放大器，其在与所述第一电路分支并联的第二电路分支中，其中，所述主放大器被配置为以第一放大器类工作，并且所述第一峰值放大器和第二峰值放大器被配置为以与所述第一放大器类不同的放大器类工作，其中
当峰值放大器完全放大接收信号时以及当峰值放大器没有放大接收信号时，所述主放大器看到的负载阻抗是基本相同的值。


30.根据权利要求29所述的功率放大器，还包括：
组合节点，所述第一电路分支在所述组合节点处连接至所述第二电路分支；
所述功率放大器的输出端口，其连接到所述组合节点，并被配置为连接到阻抗值为R的负载；
所述第一电路分支中的第一阻抗逆变器，其特征阻抗值为R±0.05R；以及
所述第二电路分支中的第二阻抗逆变器，其特征阻抗值为其中，所述功率放大器适于驱动所述阻抗值为R的负载，并且其中，由下式给出



其中，r1是所述第一峰值放大器在完全放大时传送的最大电流与所述主放大器在完全放大时传送的最大电流的比值，r2是所述第二峰值放大器在完全放大时传送的最大电流与所述主放大器在完全放大时传送的最大电流的比值。


31.根据权利要求30所述的功率放大器，其中，当峰值放大器完全放大接收信号时以及当峰值放大器没有放大接收信号时，所述主放大器看到的负载阻抗约为R。


32.根据权利要求30所述的功率放大器，其中，R的值具有10欧姆到100欧姆的实数阻抗值。


33.根据权利要求30所述的功率放大器，还包括：第一阻抗变换器，其连接在所述第一峰值放大器与所述第一阻抗逆变器之间。


34.根据权利要求30所述的功率放大器，其中，所述组合节点包括电容器的电极。


35.根据权利要求29至34中任一项所述的功率放大器，其中，所述主放大器、第一峰值放大器和第二峰值放大器由氮化镓材料形成。


36.根据权利要求35所述的功率放大器，还包括：多条键合线，其将来自所述主放大器、第一峰值放大器和第二峰值放大器的输出连接至电容器的同一电极。


37.根据权利要求36所述的功率放大器，其中，所述多条键合线的一部分、所述主放大器和所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：范比玉，杰拉德·布伊斯，
申请(专利权)人：麦克姆技术解决方案控股有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US