空载调制高效功率放大器制造技术

描述了用于多类、宽带、空载调制功率放大器的装置和方法。功率放大器(500)可以包括以第一放大类操作的主放大器(532)和以第二放大类操作的多个峰值放大器(536，537，538)。主放大器(532)和峰值放大器(536，537，538)可以并行地对从待放大的输入信号得到的信号的部分进行操作。主放大器(532)在功率放大器的完全接通状态(所有放大器放大)和完全回退状态(峰值放大器空闲)之间可能看不到其负载阻抗的调制。通过避免负载调制，功率放大器(500)可以表现出相比于传统的多尔蒂放大器改进的带宽和效率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】空载调制高效功率放大器
本技术涉及高速高功率放大器，其可以由晶体管构成，该晶体管由例如但不限于氮化镓的半导体材料形成。
技术介绍
由半导体材料形成的高速功率放大器具有各种有用的应用，例如射频(RF)通信、雷达、射频能量、功率转换和微波应用。近年来，氮化镓半导体材料由于其理想的电子特性和电光特性而受到了相当大的关注。由于其宽带隙，GaN比其他半导体例如硅更能抵抗雪崩击穿，并能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，是非常稳定和坚硬的材料，具有高热导率，并且具有比其他传统的半导体例如硅、锗和砷化镓高得多的熔点。因此，GaN对于高速、高电压、和高功率应用是有用的。在当前和所提出的通信标准(例如WiMax、4G和5G)下支持移动通信和无线因特网接入的应用可能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、信号增益、带宽和效率有关的性能规范。
技术实现思路
描述了用于放大射频信号的装置和方法。多类、空载调制功率放大器可以包括多个放大器，这些放大器以不同的放大等级并行地对接收的信号的部分进行操作，并且向功率放大器的公共输出提供放大的信号。主放大器可以放大低信号电平和高信号电平的信号。次级放大器(称为峰值放大器)在低信号电平处可以是空闲的(非放大)，并且随着信号电平增加而变为激活的(放大)。不管次级放大器是空闲还是完全放大，主放大器可以在其输出处看到相同的阻抗，从而避免了主放大器的负载调制，而负载调制对于传统的多尔蒂(Doherty)放大器而言是常见的。多类空载调制功率放大器的峰值效率可能出现在比传统的多尔蒂放大器更深的回退功率处。一些实施方式涉及多类功率放大器。多类功率放大器可以包括：第一电路支路中的第一放大器，其被布置成以第一放大器类操作；第二电路支路中的第二放大器，其被布置成以不同于第一放大器的第二放大器类操作；以及阻抗逆变器，其被配置成接收来自第一放大器和第二放大器的组合输出。多类功率放大器还可以包括：在第三电路支路中的第三放大器，其被布置成以第二放大器类操作；以及组合节点，其被配置成接收来自阻抗逆变器和第三放大器的输出并且将组合的输出提供给多类功率放大器的输出端口以用于驱动负载。一些实施方式涉及操作多类功率放大器的方法。该方法可以包括以下动作：将待放大的信号划分为第一信号、第二信号和第三信号，第一信号被提供给第一电路支路、第二信号被提供给第二电路支路，第三信号被提供给第三信号支路；在第一电路支路中，利用以第一放大器类操作的第一放大器来放大第一信号；在第二电路支路中，利用以不同于第一放大器类的第二放大器类操作的第二放大器来放大第二信号；在第三电路支路中，利用以第二放大器类操作的第三放大器来放大第三信号；组合来自第一放大器和第二放大器的输出，并且将组合的输出提供给阻抗逆变器；在组合节点处组合来自阻抗逆变器的输出和来自第三放大器的输出；以及将来自组合节点的输出提供给多类功率放大器的输出端口。前述装置和方法实施方式可以用上文描述的或下文进一步详细描述的方面、特征和动作的任何合适的组合来实施。根据以下结合附图的描述，可以更全面地理解本教导的这些和其他方面、实施方式和特征。附图说明本领域技术人员将理解，本文描述的附图仅用于说明目的。要理解的是，在一些情况下，实施方式的各个方面可以被夸大或放大地示出以便于理解实施方式。附图不一定是按比例的，而是将重点放在说明本教导的原理上。在附图中，相同的附图标记通常表示各个附图中相同的特征、功能类似和/或结构类似的元件。在附图涉及微制造电路的情况下，为了简化附图，可以仅示出一个设备和/或电路。实际上，可以在基板的大的区域上或整个基板上并行地制造大量设备或电路。另外，所描绘的设备或电路可以集成在较大电路内。当在以下详细描述中参照附图时，可使用空间参考“顶部”、“底部”、“上部”、“下部”、“垂直”、“水平”等。这样的参考用于教导目的，并且不旨在作为嵌入式设备的绝对参考。可以以与附图中所示的定向不同的任何合适的方式在空间上定向嵌入式设备。图1描述了多尔蒂放大器的布置；图2A描述了当主放大器和峰值放大器完全放大时对称多尔蒂放大器的电路模型；图2B描述了当主放大器激活并且峰值放大器空闲(非放大)时对称多尔蒂放大器的电路模型；图3示出了根据多尔蒂放大器的输出功率的增益特性；图4示出了根据输出功率的多尔蒂放大器的效率；图5描述了根据一些实施方式的空载调制多类功率放大器；图6A描述了根据一些实施方式的当所有放大器都完全放大时用于空载调制多类功率放大器的第一电路模型；图6B描述了根据一些实施方式的当仅主放大器激活时用于空载调制多类功率放大器的第二电路模型；图7描述了根据一些实施方式的用于M路空载调制多类功率放大器的电路模型；以及图8描述了根据一些实施方式的用于(N+M+1)路空载调制多类功率放大器的电路模型。根据下面结合附图阐述的详细描述，所示的实施方式的特征和优点变得更加明显。具体实施方式一种将信号放大到用于通信的高功率水平的方法是使用多尔蒂放大器，其在图1中示意性地描述。为了帮助理解本技术，提供了多尔蒂放大的概述。多尔蒂放大器100可以包括主功率放大器132和峰值功率放大器138，其并行地对被划分到并联电路支路中的信号进行操作。峰值放大器138通常在低信号电平处空闲(不放大)，并且在主放大器132开始饱和时接通。来自两个放大器的输出随后被组合成单个射频输出。更详细地，90度功率耦合器110将接收的射频信号分成两个输出，所述两个输出连接至主放大器132和峰值放大器138的输入。功率耦合器110还使提供给峰值放大器的信号的相位相对于提供给主放大器的信号的相位延迟(大约90度)。阻抗匹配元件122、124可以放置在主放大器132和峰值放大器138之前。这些阻抗匹配元件可以变换阻抗，以将两个放大器132、138的输入阻抗与来自90度耦合器110的传输线的阻抗或耦合器110的输出阻抗相匹配。这种阻抗匹配可以减少来自放大器输入的信号反射的不期望的影响。附加的阻抗匹配元件142、144可以位于主放大器132和峰值放大器138的输出处，以匹配主放大器132的输出至阻抗逆变器150的输入之间(其可以设计为50欧姆)的阻抗以及峰值放大器138的输出和组合节点155处的阻抗(其也可以是50欧姆)之间的阻抗。阻抗逆变器150将从主放大器132接收的信号的相位旋转大约90度，使得来自主放大器和峰值放大器的信号在组合节点155处基本同相。输出阻抗匹配元件160可以用在组合节点155和多尔蒂放大器的射频输出之间，以将多尔蒂放大器100的输出阻抗与负载(未示出)的阻抗相匹配。在对称多尔蒂放大器中，主放大器132和峰值放大器138可以是非常相似或相同的半导体设备。例如，它们可以被配置成处理相同量的信号功率，并且当两个放大本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多类功率放大器，包括：/n第一电路支路中的第一放大器，被布置成以第一放大器类操作；/n第二电路支路中的第二放大器，被布置成以不同于所述第一放大器的第二放大器类操作；/n阻抗逆变器，被配置成接收来自所述第一放大器和所述第二放大器的组合输出；/n第三电路支路中的第三放大器，被布置成以所述第二放大器类操作；以及/n组合节点，被配置成接收来自所述阻抗逆变器和所述第三放大器的输出并且将组合的输出提供给所述多类功率放大器的输出端口以用于驱动负载。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种多类功率放大器，包括：
第一电路支路中的第一放大器，被布置成以第一放大器类操作；
第二电路支路中的第二放大器，被布置成以不同于所述第一放大器的第二放大器类操作；
阻抗逆变器，被配置成接收来自所述第一放大器和所述第二放大器的组合输出；
第三电路支路中的第三放大器，被布置成以所述第二放大器类操作；以及
组合节点，被配置成接收来自所述阻抗逆变器和所述第三放大器的输出并且将组合的输出提供给所述多类功率放大器的输出端口以用于驱动负载。


2.根据权利要求1所述的多类功率放大器，其中，当所述第二放大器和所述第三放大器空闲时以及当所述第二放大器和所述第三放大器完全放大时，所述第一放大器在其输出处看到相同的阻抗。


3.根据权利要求1或2所述的多类功率放大器，其中，所述第一放大器以AB类模式操作，并且所述第二放大器和所述第三放大器以C类模式操作。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的多类功率放大器，其中，所述负载具有近似R/α的阻抗，并且所述阻抗逆变器的特性阻抗近似为R/(α1/2)。


5.根据权利要求4所述的多类功率放大器，其中，所述α的值是4。


6.根据权利要求1至5中任一项所述的多类功率放大器，其中，所述阻抗逆变器被配置成以近似等于90度的奇数倍的载波频率提供相位延迟。


7.根据权利要求1至6中任一项所述的多类功率放大器，其中，所述阻抗逆变器包括微带传输线。


8.根据权利要求4或5所述的多类功率放大器，其中，R是由所述第一放大器看到的阻抗，并且所述R近似等于从所述第一放大器传送最大功率量时的阻抗值。


9.根据权利要求1至8中任一项所述的多类功率放大器，其中，所述多类功率放大器的峰值效率发生在6dB至12dB的输出功率回退之间。


10.根据权利要求1至9中任一项所述的多类功率放大器，还包括阻抗匹配元件，所述阻抗匹配元件连接在所述组合节点与所述多类功率放大器的输出之间。


11.根据权利要求1至10中任一项所述的多类功率放大器，还包括第四放大器，所述第四放大器被布置成以所述第二放大器类操作，具有耦接至所述组合节点的输出，其中，当完全放大时，所述第二放大器的平均功率水平、所述第三放大器的平均功率水平和所述第四放大器的平均功率水平近似等于所述第一放大器的平均功率水平。


12.根据权利要求1至11中任一项所述的多类功率放大器...

【专利技术属性】
技术研发人员：格拉尔德·布伊斯，
申请(专利权)人：镁可微波技术有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US