高频功率放大器制造技术

一种用于对高频信号进行功率放大的具有温度补偿功能的高频功率放大器，包括：功率放大晶体管，其具有接地的发射极；高功率输出偏置电路，其将与高频功率放大器的高功率输出相对应的高功率输出电流提供给功率放大晶体管；以及低功率输出偏置电路，其将与高频功率放大器的低功率输出相对应的低功率输出电流提供给功率放大晶体管。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种在用于发送和接收高频信号的装置中使用的高频功率放大器。
技术介绍
近来，在数字系统(例如，UMTS通用移动发送标准)的蜂窝电话终端中，其性能提高和尺寸减小已经成为重要因素，因此要求在这种蜂窝电话终端中使用的用于放大高功率输出的功率的高频功率放大器在尺寸上紧凑，并且能够提供高效率和低失真。功率放大器是占用蜂窝电话终端的一半功耗的部分，因此，为了延长蜂窝电话终端的通话时间，能够以高效率来操作功率放大器是绝对必要的。作为功率放大器效率的指标，使用功率附加效率(PAE功率附加效率(PowerAdded Efficiency))。通常，功率放大器的输出功率在大约+30dBm到-50dBm的宽范围内扩展。特别是，在输出功率最大的+30dBm附近，功率放大器的功耗最大，因此，功率放大器能够提供高功率附加效率是有必要的。另一方面，表示功率放大器的输出功率的使用频率的功率放大器的概率密度函数(PDF概率密度函数)在+21dBm至+11dBm的范围内最高，而作为相对低的功率输出的+16dBm的附近提供了峰值。在此范围内，尽管功耗不那么高，但是由于使用频率高，因此在此范围内提高功率附加效率也是重要的。有鉴于此，在专利参考文献1、2等中，提出了一种传统的高频功率放大器，其可以在这样的低功率输出时间内将功率附加效率设置为高。在专利参考文献1中公开的高频功率放大器中，在高功率输出时间内，偏置电路和偏置电流控制电路将基极电流提供给RF放大器的功率放大晶体管的基极，而在低功率输出时间内，切换偏置电流控制电路，以由此切断从偏置电流控制电路提供的基极电流的分量，从而仅从偏置电路将基极电流提供给RF放大器的功率放大晶体管的基极，由此减小功率放大晶体管的集电极电流，以由此将功率附加效率设置为高。图15示出了在传统的高频功率放大器100中使用的电路的示例，在所述高频功率放大器100中，偏置电路和偏置电流控制电路并联连接到RF放大器。在图15中，将直流偏置电压DC从偏置电路102和偏置电流控制电路103施加到RF放大器101的功率放大晶体管的基极，并且将高频信号RF通过电容器C101输入到RF放大器101的功率放大晶体管的基极。通过电容器102输出要从RF放大器101的功率放大晶体管的集电极输出的放大信号。在图15所示的电路配置中，在高功率输出时间内，为了能够将电流提供给RF放大器101的功率放大晶体管的基极，偏置电路102的参考电压施加端Vref被设置为等于或高于2.5V的电压，并且还为了能够将电流从偏置电流控制电路103也提供给RF放大器101的功率放大晶体管的基极，偏置电流控制电路103的控制电压施加端Vcon被设置在2.8～3.3V的范围内。另一方面，在低功率输出时间内，在偏置电路102的参考电压施加端Vref仍然被设置为等于或高于2.5V的电压的同时，偏置电流控制电路103的控制电压施加端Vcon被设置在0～0.5V的范围内，由此关断在偏置电流控制电路103中使用的二极管D103，并且在偏置电流控制电路103中使用的有源偏置晶体管HBT2的集电极电压变得高于偏置端Vcon的电压，从而切断有源晶体管HBT的发射极电流，即到RF放大器101的功率放大晶体管的基极电流。因此，通过仅从偏置电路102将基极电流提供给RF放大器101的功率放大晶体管，可以减小集电极电流，并且可以将功率附加效率设置为高。专利参考文献1日本专利公开2003-347850专利参考文献2日本专利公开2004-40500然而，当在用于发送和接收高频信号的装置中使用上述构造的传统高频功率放大器100时，存在着这样的顾虑，即当该装置的周围温度变化时，在该装置中可能招致以下影响。例如，在UMTS系统的蜂窝电话系统中，通过扩散信号谱并且将特定符号赋予扩散后的信号谱上的数据来进行通信。因此，当在基站中接收要分别从同一小区内的各个蜂窝电话终端发送的信号时，它们必须是恒定的输入。换言之，即使在蜂窝电话终端的运动或其无线电状态的改变均未发生、但是其周围温度变化的时候，要从在蜂窝电话终端中使用的高频功率放大器发送的输出也必须是恒定的。具体地说，在-10℃至+55℃的周围温度范围内，相对于从基站接收的信号信息的输出设置值，来自蜂窝电话终端的输出功率必须等于或小于±1dB。图16示出了上述构造的传统高频功率放大器100的、相对于周围温度变化的在空闲(idle)时间内的高功率输出模式和低功率输出模式的集电极电流特性。为了减小相对于温度变化的高频功率放大器100的输出功率的变化，减小空闲时间内的集电极电流的变化(variation)是非常重要的。为了在-10℃至+55℃的周围温度范围内使输出功率等于或小于±1dB，必须将空闲时间内的集电极电流的变化控制为±20％或更小。因此，如图16所示，在高功率输出模式下，在空闲时间内的集电极电流的变化被设置在180mA(在-10℃时)至220mA(+55℃)的范围内，以便将集电极电流的变化大致控制到相对于+25℃时的200mA为-10％～+10％的范围。换言之，当周围温度变化时，通过使用分别在偏置电路102中提供的电阻器Rb和二极管D101、D102的正向电压Vf的温度补偿电路，来补偿RF放大器101的功率放大晶体管的基极-发射极间电压Vbe的变化以及有源偏置晶体管HBT1、HBT2的基极-发射极间电压Vbe的变化，以由此控制RF放大器101的功率放大晶体管的基极电流的变化。现在，图17示出了当在级联型两级功率放大器的后级中使用上述传统高频功率放大器100时，相对于周围温度变化的、在高功率输出模式(28dBm)下和在低功率输出模式(16dBm)下的输出功率(功率增益)特性。在-10℃至+55℃的周围温度范围内，在高功率输出模式下，如上所述，因为集电极电流的变化被控制为±20％或小于±20％，所以高频功率放大器100的输出功率从27.3dBm变化到28.3dBm，也就是说，可以将输出功率控制为±1dB或小于±1dB。因此，即使不从外部调节输出功率，也可以防止蜂窝电话终端的通话质量变差。另一方面，在低功率输出模式下，从偏置电流控制电路103中的有源偏置晶体管HBT2到RF放大器101中的功率放大晶体管的基极电流被切断；并且，RF放大器的功率放大晶体管的基极-发射极间电压Vbe以及有源偏置晶体管HBT1的基极-发射极间电压Vbe由于温度导致的电压变化与高功率输出模式下的电压变化不同，而由于分别在偏置电路102中提供的电阻器Rb和二极管D101、D102的正向电压Vf导致的温度补偿电路的补偿电压宽度与高功率输出模式下的补偿电压宽度相同，这使得不可能提供足够的温度补偿。因此，RF放大器101的功率放大晶体管的基极电流的变化增大，并且如图16所示，空闲时间内的集电极电流在9mA(在-10℃时)至110mA(在55℃时)的范围内变化，使得相对于84mA，集电极电流变化具有处于-89％～+31％的范围内的宽度，所述宽度大于±20％的宽度。因此，如图17所示，对于-10℃至+55℃的周围温度范围，在低功率输出模式下，高频功率放大器101的输出功率在室温附近为16.0dBm，但是它在+55℃时减小为大约15.0dBm，并且在-10℃时进一步减小本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于对高频信号进行功率放大、具有温度补偿功能的高频功率放大器，该放大器包括：　　　　功率放大晶体管，其具有接地的发射极；　　　　高功率输出偏置电路，其将与高频功率放大器的高功率输出相对应的高功率输出电流提供给功率放大晶体管；以及　　　　低功率输出偏置电路，其将与高频功率放大器的低功率输出相对应的低功率输出电流提供给功率放大晶体管。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：稻森正彦，立冈一树，牧原弘和，松田慎吾，松井谦太，榎本真悟，小泉治彦，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]