[發明專利]高頻功率放大器

無效

• 申請號: 200910130771.1
• 申請日: 2009-02-12
• 公開（公告）號: CN101510758A
• 公開（公告）日: 2009-08-19
• 發明（設計）人: 川鍋史壯;大久保陽一;世良泰雄;中村學;野島俊雄;伊藤太造
• 申請（專利權）人: 株式會社日立國際電氣
• 主分類號: H03F1/02
• 分類號: H03F1/02;H03F1/07
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司
• 代理人: 陳松濤

技術領域

本發明涉及一種用于放大高頻信號的高頻功率放大器，并且更具體而言，本發明涉及一種能夠提高功率轉換效率的高頻功率放大器。

背景技術

用于進行傳輸的功率放大器將高頻信號的功率放大至所期望的傳輸功率水平。在大多數無線電設備中，功率放大器是設備中消耗最大功率的部件。

功率放大器消耗的功率不僅被轉換為高頻輸出功率，而且功率放大器消耗的功率也作為熱量而耗散(內部損耗)。

相應地，可以通過減少熱量耗散來減少功率消耗并提高可靠性。為此，需要增大功率放大器的功率轉換效率并減少內部損耗。

為了滿足這一需要，具有能夠執行各種高效操作的放大器，例如，F類放大器。

(常規的F類放大器：圖7A和圖7B)

將參照圖7A和圖7B描述常規的F類放大器。圖7A和圖7B是示出了常規F類放大器的示意性結構的方框圖。

如圖7A所示，常規的F類放大器包括輸入端11、輸出端12、輸入匹配電路13、場效應晶體管(FET)14、輸出匹配電路15以及諧波反射電路(HRC)16。

輸入匹配電路13是用于使FET?14的輸入阻抗與輸入信號的特性阻抗Z0相匹配的阻抗變換電路。

此外，輸出匹配電路15是用于在基頻f0處使FET?14的輸出阻抗與特性阻抗Z0相匹配的阻抗變換電路。

FET?14是用于對輸入信號進行放大以便輸出所放大的信號的有源器件。輸入信號被施加到柵極端，并且源極端接地。此外，雙極晶體管或電子管可替代FET來用作有源器件。

諧波反射電路16連接到FET?14的漏極端。諧波反射電路16具有如下阻抗特性，即該電路對于基波頻率和奇次諧波頻率而言是開路的(open)，而該電路對于偶次諧波頻率而言是短路的。相應地，FET?14的輸出端(漏極端)上的負載阻抗特性在基頻處是“匹配的”，在偶次諧波頻率處是“短路的”并且在奇次諧波頻率處是“開路的”。

此外，輸入信號從輸入端11經由輸入匹配電路13輸入到FET?14的柵極端。由FET?14放大的信號通過FET?14的漏極端和輸出匹配電路15輸出到輸出端12。此外，FET?14中生成的奇次諧波被諧波反射電路16反射，并且隨后輸入到FET?14且也被放大。

接著，參考圖8描述F類放大器中的電壓和電流的理論波形。圖8示出了F類放大器中的電壓和電流的理論波形。

如圖8所示，當圖7A所示的放大器的FET?14工作在B類偏置條件下并且基頻的正弦波輸入到其中時，理論上，漏極端和源極端之間的電壓-時間波形是僅具有基波和奇次諧波成分的方波。

此外，漏極端和源極端之間的電流-時間波形是僅具有基波和偶次諧波成分的半波。

在FET?14的操作中，當漏極電流流過時漏極電壓為零，而當施加漏極電壓時漏極電流為零。相應地，漏極端和源極端之間消耗的功率能夠始終為零。

換言之，如圖8所示，當電壓和電流時間波形沒有相互交迭時，FET?14不消耗功率并且可以防止內部損耗。這是F類放大器的原理。

此外，具有與上述F類放大器的操作相反的放大器。在這種放大器中，阻抗特性在基頻處是“匹配的”，在偶次諧波頻率處是“開路的”并且在奇次諧波頻率處是“短路的”。相應地，可以獲得與圖8中的波形相反的波形。這種放大器的諧波反射電路反射偶次諧波。同樣在這種情況下，當漏極電流流過時漏極電壓為零，而當施加漏極電壓時漏極電流為零。相應地，漏極端和源極端之間消耗的功率同樣可以始終為零。

然而，在高頻F類放大器具有位于其封裝之外的諧波反射電路的情況下，不僅在基頻處而且在二次諧波頻率處，需要考慮由FET封裝、引線鍵合等引起的電抗或FET芯片的自身阻抗來設計電路。

存在另一種常規F類放大器，其采用二次諧波頻率并且通過消除由FET或FET封裝所引起的各種類型的浮動電抗(floating?reactance)的影響來提高效率。

參照圖7B來對使用二次諧波頻率提高效率的F類放大器進行介紹。

如圖7B所示，該另一種常規F類放大器包括輸入端11、輸出端12、輸入匹配電路13、FET?14、輸出匹配電路15和諧波反射電路(HRC)16。

諧波反射電路16是并聯在輸出匹配電路15和輸出端12之間的端接電路(termination?circuit)。諧波反射電路16在輸入信號頻率處具有高輸入阻抗而在二次諧波頻率處具有低輸入阻抗。