CN107528554B - 紧凑的希莱克合并器和阻抗匹配电路 - Google Patents

紧凑的希莱克合并器和阻抗匹配电路 Download PDF

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Abstract

本公开涉及紧凑的希莱克合并器和阻抗匹配电路。例如，一种功率放大器包括异相放大器。异相放大器包括第一放大器和第二放大器，并且被配置为提供第一放大RF信号以及与第一放大RF信号相移的第二放大RF信号。功率放大器还包括输出电路，其被配置为在相加节点处合并第一和第二放大RF信号的RF功率。输出电路包括连接在第一放大器与相加节点之间的第一分支、以及连接在第二放大器与相加节点之间的第二分支。使用用于输出阻抗的匹配和异相操作的公共电抗部件，第一和第二分支均被配置为匹配第一和第二放大器的输出阻抗、并且相移第一和第二放大RF信号用于异相操作。

Description

紧凑的希莱克合并器和阻抗匹配电路
技术领域
本申请涉及一种RF(射频)放大器电路，并且具体地，涉及一种异相(outphasing)放大器设计。
背景技术
RF功率放大器被用于各种应用，诸如用于无线通信***的基站等。被RF功率放大器放大的信号通常包括具有高频调制载波的信号，其具有400兆赫(MHz)至4吉赫(GHz)范围内的频率。调制载波的基带信号通常处于相对较低的频率，并且根据应用可以达到300MHz以上。
RF功率放大器被设计为提供线性操作而没有失真。RF晶体管可以具有低输入和输出阻抗(例如，针对大功率器件为1欧姆以下)。输入和输出阻抗匹配电路被用于使RF晶体管的输入和输出阻抗与来自外部器件(诸如电路板)的阻抗匹配网络相匹配。
用于RF功率放大器的器件封装件可以包括晶体管裸片(例如，MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)、LDMOS(横向扩散金属氧化物半导体)、HMET(高电子迁移率晶体管))，其中结合有输入和输出阻抗匹配电路。输入和输出阻抗匹配电路通常包括LC网络，其提供阻抗匹配电路的至少一部分，被配置为使晶体管裸片的阻抗与固定值相匹配。器件封装件还可以包括被配置为过滤去除基频的高阶谐波分量以提高放大器效率的调谐电路。
希莱克放大器是越来越受到关注和欢迎的一种类型的RF功率放大器。希莱克放大器首先由H.Chireix在1935年提出，并且在“High power outphasing modulation”(Proc.IRE,Vol.23,No.11,pp.1370–1392,Nov.1935)中进行了描述，其全部内容结合于此作为参考。希莱克放大器利用异相技术来放大两个相位偏移的恒定包络信号。希莱克放大器提供高效且线性的放大而没有失真。然而，希莱克放大器中的效率低的一个根源在于输出电路的相对复杂度。包括阻抗匹配电路和功率合并器电路的传统希莱克放大器设计要求大量的部件(它们会劣化效率和性能)，并且在放大信号中引入显著的相位延迟。
发明内容
公开了一种功率放大器。根据一个实施例，该功率放大器包括异相放大器。异相放大器包括具有第一输出端子的第一放大器和具有第二输出端子的第二放大器。异相放大器被配置为在第一输出端子处提供第一放大RF信号以及在第二输出端子处提供第二放大RF信号。第二放大RF信号具有与第一放大RF信号相同的频率，并且相位与第一放大RF信号偏移。功率放大器还包括输出电路，其被配置为在相加节点处合并第一和第二放大RF信号的RF功率。输出电路包括连接在第一输出端子与相加节点之间的第一分支。使用用于输出阻抗的匹配和异相操作的公共电抗部件，第一分支被配置为使第一放大器的输出阻抗与固定阻抗值相匹配，并且针对异相操作对第一放大RF信号进行相位偏移。输出电路还包括连接在第二输出端子与相加节点之间的第二分支。使用用于输出阻抗的匹配和异相操作的公共电抗部件，第二分支被配置为使第二放大器的输出阻抗与固定阻抗值相匹配，并且针对异相操作对第二放大RF信号进行相位偏移。
公开了一种希莱克合并器电路，其被配置为合并来自幅度相等且相位相反的第一和第二放大RF信号的RF功率。希莱克合并器包括第一和第二输入端口、以及相加节点。希莱克合并器还包括连接在第一输入端口与相加节点之间的第一分支。第一分支包括第一LC网络和第一阻抗匹配网络。第一阻抗匹配网络被配置为使第一分支的输入阻抗与固定值相匹配。第一阻抗匹配网络和第一LC网络被共同配置为：使用用于第一分支的输入阻抗的匹配和异相操作的公共电抗部件，针对异相操作对第一放大RF信号进行相位偏移。希莱克合并器还包括连接在第二输入端口与相加节点之间的第二分支。第二分支包括第二LC网络和第二阻抗匹配网络。第二阻抗匹配网络被配置为使第二分支的输入阻抗与固定值相匹配。第二阻抗匹配网络和第二LC网络被共同配置为：使用用于第二分支的输入阻抗的匹配和异相操作的公共电抗部件，针对异相操作对第二放大RF信号进行相位偏移。
公开了一种放大RF信号的方法。根据一个实施例，该方法包括：使用第一和第二放大器将RF信号分离并放大为第一和第二放大RF信号，第二放大RF信号具有与第一放大RF信号相同的频率但相位与第一放大RF信号的偏移。该方法还将第一和第二放大RF信号馈送到合并器电路中。合并器电路包括连接在第一放大器的第一输出端子与相加节点之间的第一分支、以及连接在第二放大器的第二输出端子与相加节点之间的第二分支。第一分支包括第一LC网络和第一输出匹配网络，第一输出匹配网络被配置为使第一分支的输入阻抗与第一放大器的输出阻抗相匹配。第二分支包括第二LC网络和第二输出匹配网络，第二输出匹配网络被配置为使第二分支的输入阻抗与第二放大器的输出阻抗相匹配。该方法还包括：使用合并器电路将来自第一和第二放大RF信号的RF功率合并到相加节点中。合并RF功率包括：使用第一LC网络和第一输出匹配网络，针对第一输出节点与相加节点之间的异相操作对第一放大RF信号进行相位偏移，以及使用第二LC网络和第二输出匹配网络，针对第二输出节点与相加节点之间的异相操作对第二放大RF信号进行相位偏移。
附图说明
附图中的元件没有必要相对于彼此按比例绘制。类似的参考标号表示对应的类似部分。各个所示实施例的特征可以进行组合，除非它们相互排除。以下在附图中示出且在说明书中详述实施例。
图1示出了根据一个实施例的希莱克放大器的局部示图。
图2示出了根据一个实施例的标称希莱克合并器负载调制阻抗响应。
图3示出了根据一个实施例的包括信号分量分离器、功率放大器和希莱克合并器的希莱克放大器的示意图。
图4示出了根据一个实施例的包括阻抗匹配电路和谐振滤波电路的输出匹配电路。
图5示出了根据一个实施例的被配置为提供负载调制阻抗响应和输出阻抗匹配的输出电路。
图6示出了根据另一实施例的被配置为提供负载调制阻抗响应和输出阻抗匹配的输出电路。
具体实施方式
本文描述的实施例包括异相放大器和用于异相放大器的输出电路。输出电路利用最小部件计数和相移执行提供功率合并和阻抗匹配。根据一个实施例，输出电路具有馈送到相加节点中的两个分支。每个分支都接收彼此相移的第一和第二放大RF信号。每个分支都包括LC网络和阻抗匹配网络。LC网络和阻抗匹配网络用于双重目的。首先，LC网络将功率放大器的输出阻抗与固定值相匹配。LC网络还去掉谐振频率分量以增加效率。第二，LC网络为希莱克合并器提供相移和效率补偿电抗，以提供希莱克调制负载响应。典型地，希莱克合并器电路要求相移电路(例如，1/4波长传输线)，以适当地合并相位调制信号的RF功率。在这种情况下，输出电路使用由高通匹配网络拓扑提供的固有相移来提供所需的相移。通过以这种方式组合电路的功能，在放大器输出和相加节点之间具有最小相移(例如，90度)。
参照图1，根据一个实施例示出了希莱克放大器电路100。希莱克放大器电路100生成彼此相移的两个放大RF信号102、104。相移根据输入信号的信号幅度而变化。根据一个实施例，放大RF信号102、104之间的相位差是输入信号的信号幅度的反余弦函数的两倍。
合并器电路106将两个放大RF信号102、104馈送到相加节点108中，并且被配置为在相加节点108处提供具有两个放大RF信号的合并功率的RF信号。合并器电路106包括两个四分之一波长传输线110、112。四分之一波长传输线110、112被调谐到放大RF信号的中心频率。合并器电路106还包括效率补偿电感器114，其相对于合并器电路106的第一分支以分路配置来布置。合并器电路102还包括效率补偿电容器106，其参照合并器电路106的第二分支以分路配置进行布置。效率补偿电感器和效率补偿电容器改进了希莱克放大器电路100的回退效率(back-off efficiency)，如在F.H.Raab的“Efficiency of outphasing RFpower-amplifier systems”(IEEE Trans.On communications,Vol.Com-33,No.10,pp.1094-1099,Oct.1985)中所描述的，其全部内容结合于此作为参考。
参照图2，以史密斯原图格式示出了希莱克合并器电路106的标称阻抗响应。针对从大功率(HP)(例如，全功率)等级到小功率等级(LP)的功率回退示出了阻抗响应。这种阻抗响应被称为负载调制阻抗，是因为所呈现的阻抗根据放大RF信号的功率等级而变化。
参照图3，根据一个实施例示出了功率放大器电路200。功率放大器电路200可以被配置为异相放大器，并且更具体地可以配置为希莱克放大器。功率放大器电路200包括：异相放大器电路202，其使用第一和第二放大器功率206、208将RF信号204分离并放大为第一和第二放大RF信号；以及合并器电路210，其将第一和第二放大RF信号重新构建为单个放大信号。
异相放大器电路202包括信号分量分离器212以及第一和第二放大器功率206、208。信号分量分离器212接收RF信号204(例如，AM信号)，并且将RF信号204***为频率和幅度相同的第一和第二RF信号。信号分量分离器212包括两个不相同的四分之一波长传输线214、216。两个不相同的四分之一波长传输线214、216可以相对于RF信号204的中心频率进行设计。
第一和第二RF信号从信号分量分离器212的输出馈送到第一和第二功率放大器206、208的输入。第一和第二功率放大器206、208均包括放大器设备218以及输入匹配电路220和输出匹配电路222。根据一个实施例，第一和第二功率放大器206、208被设置为分立的封装设备。这些分立封装设备中的每一个都可以被设计为与接口电路(例如，印刷电路板)普遍兼容。
信号分量分离器212与第一和第二放大器功率206、208的输入匹配电路协作来根据希莱克函数提供用于第一和第二RF信号的相移。
放大器设备218被配置为放大输入端子和输出端子之间的RF信号。在各个实施例中，放大器设备可以是功率晶体管，诸如MOSFET(金属-氧化物半导体场效应晶体管)、DMOS(双扩散金属-氧化物半导体)晶体管、GaN HEMT(氮化镓高电子迁移率晶体管)、GaN MESFET(氮化镓金属-半导体场效应晶体管)、LDMOS晶体管等，并且更一般地为任何类型的RF晶体管设备。放大器设备218和功率放大器206、208可以是多载体放大器、多频带放大器、LTE(长期演进)兼容放大器、WCDMA(宽带码分多址)兼容放大器、802.11(x)兼容放大器等。
输入匹配电路220在放大器设备218的输入端子(例如，栅极端子)与功率放大器206、208的输入端子(例如，RF输入引线)之间接合。输出匹配电路222在放大器设备218的输出端子(例如，漏极端子)与功率放大器206、208的输出端子(例如，RF输出引线)之间接合。放大器设备218通常具有低输入和输出阻抗(例如，对于大功率设备来说约为1欧姆或者更小)。输入和输出匹配电路220、222被用于将放大器设备218的输入和输出阻抗与外部设备(诸如电路板)的阻抗匹配网络相匹配。以这种方式，针对优化功率传输来对电路进行均衡。典型地，输入和输出匹配电路220、222包括电抗部件(例如，电容器和电感器)的网络，它们被修整以在第一和第二RF信号的中心频率处实现期望的阻抗(例如，最佳功率转移值(power transfer value))。这些电抗部件可以通过结合到第一和第二功率放大器206、208的封装设计中的分立的芯片电容器和电感接合线来提供。附加地或备选地，这些电抗部件可以设置在封装件外部的印刷电路板上。
由放大器设备218生成的第一和第二放大RF信号从第一和第二功率放大器206、208的输出馈送到功率合并器电路210的输入端口中。功率合并器电路210被配置为提供希莱克合并器阻抗响应(例如，如参照图2所描述的)，并且可以具有与参照图1描述的合并器电路106的拓扑基本相似或相同的电路拓扑。功率合并器电路210利用两个不相同的四分之一波长传输线224、226(它们被调谐以提供相反的相移)，作为信号分量分离器212中的配对四分之一波长传输线214、216。
参照图4，示出了一个输出匹配电路222的更加详细的示图。输出匹配电路222包括输出阻抗匹配网络228。输出阻抗匹配网络228包括传输线和多个电抗部件，它们被配置为以上述方式使放大器设备218的寄生阻抗与固定值相匹配。这些部件可以结合到功率放大器206、208的封装外形内。备选地，这些部件可以设置在设备封装件外部，例如在与表面可安装部件组合的使用微带线的电路板层级处。
输出匹配电路222还包括高通匹配网络230。诸如LDMOS或GaN设备的商业功率设备在设备的输出端子之间具有不可忽略的输出寄生电容，其在图4中表示为CDS。此外，将放大器设备218的输出连接到封装层级端子的输出接合线具有不可忽略的寄生电感，其在图4中表示为LDrain。这些寄生阻抗CDS和LDrain创建LC电路，该LC电路将放大器设备218看到的阻抗偏离参照图2描述的标称希莱克阻抗，并且劣化放大器的效率。高通匹配网络230被配置为创建在RF信号的中心频率处具有输出寄生电容CDS的谐振电路，以有效地将RF信号传送到输出端口。为此，高通匹配网络230包括相对于放大器218的输出信号线以分路配置来布置的第一电感器232。第一电容器234与第一电感器232串联以将DC电流与地隔离。
由于输出匹配电路222配置为具有串联匹配网络228的所谓的“高通”网络拓扑，所以其在放大器设备218的输出(即，固有设备参考面)和输出匹配电路222的输出端子之间的放大RF信号中提供90度的相移。在图4中示出该相移。这种90度的相移意味着信号不能直接连接至功率合并器电路210来用于适当的再合并。即，要求附加的测量措施来确保进入功率合并器电路210的信号被适当地相移来用于功率再合并。用于确保适当相移的一种技术涉及使用四分之一波长传输线来提供另一相移。再次参照图3的电路，为了放大RF信号的适当再合并，可以在功率放大器206、208与功率合并器电路210之间设置附加的四分之一波长传输线。所得到的电路在固有设备参考面与功率合并器电路210的相加节点236之间包括总共270度的相移。因此，该电路包括不需要的延迟和附加电路元件，这不利地增加了功率损失并降低了效率。
参照图5，根据一个实施例示出了示例性输出电路300。输出电路300被配置为提供图2所示的希莱克合并器负载调制阻抗响应。此外，输出电路300被配置为提供输出匹配功能，包括参照图4描述的输出匹配电路222的阻抗匹配。有利地，输出电路300提供用于异相操作的所需相移，并且使用公共电抗部件提供阻抗匹配。即，输出电路300使用相同的电抗部件来在合并器输入参考面与相加节点236之间产生90相移，用于执行阻抗匹配。这通过对电抗部件的双重使用来实现，以提供参照图4描述的输出匹配电路222的阻抗匹配功能、以及参照图1描述的四分之一波长传输线110、112的相移功能。以这种方式，可以减少电路的部件计数，并且可以从电路消除180度的相移。
输出电路300是三端口网络，其中第一输入端口连接至第一放大器设备218的第一输出端子238，第二输入端口连接至第二放大器设备218的第二输出端子240，以及输出端口设置在相加节点236处。输出电路300包括连接在第一输出端子238与相加节点236之间的第一分支242、以及连接在第二输出端子240与相加节点236之间的第二分支244。第一分支242被配置为使第一放大器218的输出阻抗与固定阻抗值(例如，50欧姆)相匹配。从三端口网络的输入角度来看，第一分支242被配置为将第一端口的输入阻抗与固定值相匹配。此外，第一分支242被配置为在合并器输入参考面与相加节点236之间将第一放大器设备218提供的第一放大RF信号相移90度。第二分支244被配置为使第二放大器218的输出阻抗与固定阻抗值相匹配，并且在合并器输入参考面与相加节点236之间以对应的方式将第二放大RF信号相移90度。
第一和第二分支242、244包括阻抗匹配网络。第一分支242包括连接在第一输出端子238与相加节点236之间的第一LC网络250、彼此串联且相对于第一输出端子238和相加节点236以分路配置布置的第一电感器232和第一电容器234、以及连接在第一输出端子238和相加节点236之间的第一阻抗匹配网络246。类似地，第二分支244包括连接在第一输出端子238与相加节点236之间的第二LC网络252、彼此串联且相对于第二输出端子240和相加节点236以分路配置布置的第二电感器232和第二电容器234、以及连接在第二输出端子240和相加节点236之间的第二阻抗匹配网络248。
第一和第二LC网络250、252中的每一个都包括参照图4描述的高通匹配网络230作为它们拓扑的一部分。在第一LC网络250中，高通匹配网络230拓扑通过第一电感器232和第一电容器234来提供。在第二LC网络252中，高通匹配网络230拓扑通过第二电感器232和第二电容器234来提供。
第一和第二LC网络250、252进一步包括与高通匹配网络230并联的电抗部件。在图5的实施例中，第一LC网络250包括与第一LC网络250的第一电感器232和第一电容器234并联的第三电感器254。第二LC网络252包括与第二LC网络252的第二电感器232和第二电容器234并联的第三电容器256。
除了提供输出匹配并谐振第一和第二放大器218的CDS之外，第一和第二分支242、244的高通匹配网络拓扑的第二目的在于复制来自参照图1描述的合并器电路106的四分之一波长传输线110、112的功能。即，具有串联电感器LDRAIN和246、248的高通匹配网络230拓扑被用于提供第一和第二放大RF信号的90度相移。这可以通过适当地修整高通匹配网络230和阻抗匹配网络的参数来实现，使得总体电路共同地产生90度相移。参照图1描述的希莱克合并器电路106中的效率补偿电感器114通过第三电感器254来提供，并且参照图1描述的希莱克合并器电路106中的效率补偿电容器通过第三电容器256来提供。第三电感器254和第三电容器256的参数被设置为针对第一和第二放大器218呈现负载调制希莱克合并器阻抗响应的值，例如如图2所示。
通过在254、256之后使用高通匹配网络拓扑以相移放大信号，第一和第二输出端子之间的第一和第二放大信号的整体相移分别根据输入信号幅度针对异相保持为所需的相位差。
参照图6，根据另一实施例示出了示例性输出电路400。图6的实施例可以与图5的实施例基本相似或相同，除了在这种情况下，参照图1描述的希莱克合并器的效率补偿部件已经结合到第一和第二分支242、244的第一和第二电感器258、259中。即，不提供效率补偿部件作为第一分支242中的分立第三电感器254和第二分支244中的分立第三电容器256，而是这些部件的阻抗被结合到第一和第二分支242、244的第一和第二电感器258、259中。
图6的电路中的第一和第二分支242、244的第一和第二电感器258、259的合并电感值可以使用线性电路分析来得到。可以根据以下等式确定第一分支242的第一电感器258的电感Lt2：
等式1：
Figure BDA0001320678650000101
其中，L1＝分路电感器254的补偿电感，Lt＝第一LC电路250中的第一电感器232的滤波电感，CSH＝第一LC电路250中的分路电容器234的电容，以及ω＝第一放大RF信号的角频率。
可以根据以下等式确定第二分支244的第二电感器259的电感Lt3：
等式2：
Figure BDA0001320678650000111
其中，C1＝分路电容器256的补偿电容，Lt＝第二LC电路252中的第一电感器232的滤波电感，CSH＝第二LC电路252中的分路电容器234的电容，以及ω＝第二放大RF信号的角频率。
有利地，图6的拓扑使得第一和第二分支242、244提供阻抗匹配，并且本文描述的希莱克合并器阻抗响应具有最小部件计数。
本文使用的诸如“相同”、“匹配”的术语用于表示相同、近似相同或近似，使得在不背离本发明的精神的情况下预期一些合理量的变化。术语“恒定”表示不改变或变化，或者稍稍改变或变化，使得在不背离本发明的精神的情况下预期一些合理量的变化。此外，诸如“第一”、“第二”等的术语用于描述各种元件、区域、部分等，并且也不用于限制。在说明书中，类似的术语表示类似的元件。
术语“直接电连接”或“电连接”描述了电连接元件之间的永久低欧姆连接；例如，所关注元件之间的线连接。相反，术语“电耦合”表示在电耦合元件之间设置被配置为以一些有形方式影响电信号的一个或多个中间元件。这些中间元件包括有源元件(诸如晶体管)以及无源元件(诸如电感器、电容器、二极管、电阻器等)。
诸如“下方”、“之下”、“下部”、“之上”、“上部”等的空间相对术语用于描述的方便以解释一个元件相对于第二元件的定位。这些术语用于包括除了图中所示定向之外的不同设备定向。此外，诸如“第一”、“第二”等的术语也用于描述各种元件、区域、部分等，并且也不用于限制。类似的术语在说明书中表示类似的元件。
如本文所使用的，术语“具有”、“包含”、“包括”等的术语是开放性术语，其表示所提元件或特征的存在，但是不排除附件的元件或特征。冠词“一个”和“该”用于包括多个和单个，除非另有明确指定。
考虑变形例和申请的上述范围，应该理解，本发明不通过前面的描述来限制，也不通过附图来限制。相反地，本发明仅通过以下权利要求及其法律等效物来限制。

Claims (22)

1.一种功率放大器，包括：
异相放大器，包括：
第一放大器，包括第一输出端子；和
第二放大器，包括第二输出端子，
其中所述异相放大器被配置为在所述第一输出端子处提供第一放大RF信号以及在所述第二输出端子处提供第二放大RF信号，所述第二放大RF信号具有与所述第一放大RF信号相同的频率并且与所述第一放大RF信号相位偏移；
输出电路，被配置为在相加节点处合并所述第一放大RF信号和所述第二放大RF信号的RF功率，所述输出电路包括：
第一分支，连接在所述第一输出端子与所述相加节点之间，所述第一分支被配置为使用用于所述第一放大器的输出阻抗的匹配和异相操作的公共电抗部件，使所述第一放大器的输出阻抗与固定阻抗值相匹配，并且相移所述第一放大RF信号来用于所述异相操作；和
第二分支，连接在所述第二输出端子与所述相加节点之间，所述第二分支被配置为使用用于所述第二放大器的输出阻抗的匹配和异相操作的公共电抗部件，使所述第二放大器的输出阻抗与固定阻抗值相匹配，并且相移所述第二放大RF信号来用于所述异相操作。
2.根据权利要求1所述的功率放大器，其中所述第一分支包括连接在所述第一输出端子与所述相加节点之间的第一LC网络，其中所述第二分支包括连接在所述第二输出端子与所述相加节点之间的第二LC网络，并且其中所述第一LC网络和所述第二LC网络均包括高通匹配网络拓扑，所述高通匹配网络拓扑被配置为谐振去除所述第一放大器和所述第二放大器的输出寄生电容。
3.根据权利要求2所述的功率放大器，其中所述第一分支还包括被配置为使所述第一放大器的输出阻抗与固定值相匹配的第一阻抗匹配网络，并且其中所述第二分支还包括被配置为使所述第二放大器的输出阻抗与所述固定值相匹配的第二阻抗匹配网络。
4.根据权利要求3所述的功率放大器，其中所述第一LC网络和所述第一阻抗匹配网络被配置为共同地在所述第一放大RF信号的中心频率处相移所述第一放大RF信号90度，并且其中所述第二LC网络和所述第二阻抗匹配网络被配置为共同地在所述第二放大RF信号的中心频率处相移所述第二放大RF信号90度。
5.根据权利要求4所述的功率放大器，其中所述第一LC网络包括彼此串联的第一电感器和第一电容器，相对于所述第一输出端子和所述相加节点以分路配置来布置，并且被配置为过滤由所述第一放大器的寄生电容引起的所述第一放大RF信号的谐振分量，并且其中所述第二LC网络包括彼此串联的第二电感器和第二电容器，相对于所述第二输出端子和所述相加节点以分路配置来布置，并且被配置为过滤由所述第二放大器的寄生电容引起的所述第二放大RF信号的谐振分量。
6.根据权利要求5所述的功率放大器，其中所述第一LC网络包括相对于所述第一输出端子和所述相加节点以分路配置进行布置的第一电抗效率补偿部件，其中所述第二LC网络包括相对于所述第二输出端子和所述相加节点以分路配置进行布置的第二电抗效率补偿部件，其中所述第一电抗效率补偿部件和所述第二电抗效率补偿部件被配置为横跨所述第一放大RF信号和所述第二放大RF信号的变化功率等级来优化所述输出电路的功率效率。
7.根据权利要求6所述的功率放大器，其中所述第一电抗效率补偿部件通过与所述第一电感器和所述第一电容器并联的第三电感器来提供，并且其中所述第二电抗效率补偿部件通过与所述第二电感器和所述第二电容器并联的第三电容器来提供。
8.根据权利要求6所述的功率放大器，其中所述第一电抗效率补偿部件被结合到所述第一电感器中，并且其中所述第二电抗效率补偿部件被结合到所述第二电感器中。
9.根据权利要求1所述的功率放大器，其中所述异相放大器和所述输出电路共同地形成希莱克放大器，其中所述输出电路被配置为用于所述希莱克放大器的功率合并器，并且其中所述输出电路不具有四分之一波长传输线。
10.根据权利要求1所述的功率放大器，其中所述输出电路不具有四分之一波长传输线。
11.一种希莱克合并器电路，被配置为合并来自第一放大RF信号和第二放大RF信号的RF功率，所述第一放大RF信号和所述第二放大RF信号的幅度相同且相位相反，所述希莱克合并器电路包括：
第一输入端口和第二输入端口；
相加节点；
第一分支，连接在所述第一输入端口与所述相加节点之间，所述第一分支包括第一LC网络和第一阻抗匹配网络，所述第一阻抗匹配网络被配置为使所述第一分支的输入阻抗与固定值相匹配，所述第一阻抗匹配网络和所述第一LC网络被共同地配置为使用用于所述第一分支的输入阻抗的匹配和异相操作的公共电抗部件，来相移所述第一放大RF信号以用于所述异相操作；以及
第二分支，连接在所述第二输入端口与所述相加节点之间，所述第二分支包括第二LC网络和第二阻抗匹配网络，所述第二阻抗匹配网络被配置为使所述第二分支的输入阻抗与固定值相匹配，所述第二阻抗匹配网络和所述第二LC网络被共同地配置为使用用于所述第二分支的输入阻抗的匹配和异相操作的公共电抗部件，来相移所述第二放大RF信号以用于所述异相操作。
12.根据权利要求11所述的希莱克合并器电路，其中所述第一LC网络包括彼此串联的第一电感器和第一电容器，相对于所述第一输入端口和所述相加节点以分路配置来布置，并且被配置为过滤所述第一放大RF信号的谐振分量，并且其中所述第二LC网络包括彼此串联的第二电感器和第二电容器，相对于所述第二输入端口和所述相加节点以分路配置来布置，并且被配置为过滤所述第二放大RF信号的谐振分量。
13.根据权利要求12所述的希莱克合并器电路，其中所述第一LC网络包括相对于所述第一输入端口和所述相加节点以分路配置进行布置的第一电抗效率补偿部件，其中所述第二LC网络包括相对于所述第二输入端口和所述相加节点以分路配置进行布置的第二电抗效率补偿部件，并且其中所述第一电抗效率补偿部件和所述第二电抗效率补偿部件被配置为横跨所述第一放大RF信号和所述第二放大RF信号的变化功率等级来优化所述希莱克合并器电路的效率。
14.根据权利要求13所述的希莱克合并器电路，其中所述第一电抗效率补偿部件通过与所述第一电感器和所述第一电容器并联的第三电感器来提供，并且其中所述第二电抗效率补偿部件通过与所述第二电感器和所述第二电容器并联的第三电容器来提供。
15.根据权利要求13所述的希莱克合并器电路，其中所述第一电抗效率补偿部件被结合到所述第一电感器中，并且其中所述第二电抗效率补偿部件被结合到所述第二电感器中。
16.根据权利要求11所述的希莱克合并器电路，其中所述第一分支包括连接在第一输出端子与所述相加节点之间的第一LC网络，其中所述第二分支包括连接在第二输出端子与所述相加节点之间的第二LC网络，并且其中所述第一LC网络和所述第二LC网络均包括高通匹配网络拓扑，所述高通匹配网络拓扑被配置为谐振去除所述第一放大器和所述第二放大器的输出寄生电容。
17.一种放大RF信号的方法，包括：
使用第一放大器和第二放大器将所述RF信号分离并放大为第一放大RF信号和第二放大RF信号，所述第二放大RF信号具有与所述第一放大RF信号相同的频率并且与所述第一放大RF信号相位偏移；
将所述第一放大RF信号和所述第二放大RF信号馈送到合并器电路中，所述合并器电路包括连接在所述第一放大器的第一输出端子和相加节点之间的第一分支、以及连接在所述第二放大器的第二输出端子与所述相加节点之间的第二分支，所述第一分支包括第一LC网络和第一输出匹配网络，所述第一输出匹配网络被配置为使所述第一分支的输入阻抗与所述第一放大器的最佳负载阻抗相匹配，所述第二分支包括第二LC网络和第二输出匹配网络，所述第二输出匹配网络被配置为使所述第二分支的输入阻抗与所述第二放大器的最佳负载阻抗相匹配；以及
使用所述合并器电路将来自所述第一放大RF信号和所述第二放大RF信号的RF功率合并到所述相加节点中，其中合并所述RF功率包括：使用所述第一LC网络和所述第一输出匹配网络来相移所述第一放大RF信号，以用于所述第一输出节点与所述相加节点之间的异相操作；以及使用所述第二LC网络和所述第二输出匹配网络来相移所述第二放大RF信号，以用于所述第二输出节点与所述相加节点之间的异相操作，
其中使用来自所述第一输出匹配网络的公共电抗部件来执行所述第一放大RF信号的相移，以用于所述第一输出节点与所述相加节点之间的异相操作，以及
其中使用来自所述第二输出匹配网络的公共电抗部件来执行所述第二放大RF信号的相移，以用于所述第一输出节点与所述相加节点之间的异相操作。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述第一LC网络包括彼此串联、且相对于所述第一输出端子和所述相加节点以分路配置进行布置的第一电感器和第一电容器，其中所述第二LC网络包括彼此串联、且相对于所述第二输出端子和所述相加节点以分路配置进行布置的第二电感器和第二电容器，所述方法还包括：
使用所述第一电感器和所述第一电容器，过滤由所述第一放大器的寄生电容引起的所述第一放大RF信号的谐振分量；以及
使用所述第二电感器和所述第二电容器，过滤由所述第二放大器的寄生电容引起的所述第二放大RF信号的谐振分量。
19.根据权利要求18所述的方法，还包括：使用相对于所述第一输出端子和所述相加节点以分路配置进行布置的第一电抗效率补偿部件、以及相对于所述第二输出端子和所述相加节点以分路配置进行布置的第二电抗效率补偿部件，以便横跨所述第一放大RF信号和所述第二放大RF信号的变化功率等级来优化所述合并器电路的效率。
20.根据权利要求19所述的方法，其中使用所述第一电抗效率补偿部件包括使用与所述第一电感器和所述第一电容器并联的第三电感器，并且其中使用所述第二电抗效率补偿部件包括使用与所述第二电感器和所述第二电容器并联的第三电容器。
21.根据权利要求19所述的方法，其中使用所述第一电抗效率补偿部件包括使用所述第一电感器，并且其中使用所述第二电抗效率补偿部件包括使用所述第二电感器。
22.根据权利要求17所述的方法，其中所述第一分支包括连接在所述第一输出端子与所述相加节点之间的第一LC网络，其中所述第二分支包括连接在所述第二输出端子与所述相加节点之间的第二LC网络，并且其中所述第一LC网络和所述第二LC网络均包括高通匹配网络拓扑，所述高通匹配网络拓扑被配置为在放大RF信号期间谐振去除所述第一放大器和所述第二放大器的输出寄生电容。
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Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10236833B2 (en) 2017-08-02 2019-03-19 Infineon Technologies Ag RF amplifier with dual frequency response capacitor
US10122336B1 (en) 2017-09-20 2018-11-06 Cree, Inc. Broadband harmonic matching network
US11336253B2 (en) 2017-11-27 2022-05-17 Wolfspeed, Inc. RF power amplifier with combined baseband, fundamental and harmonic tuning network
CN108336975B (zh) * 2018-01-05 2022-02-22 中兴通讯股份有限公司 异相功率放大器及其实现输出匹配的方法和装置、功放支路
US10411659B2 (en) 2018-01-25 2019-09-10 Cree, Inc. RF power amplifier with frequency selective impedance matching network
US10742178B2 (en) * 2018-05-18 2020-08-11 Nxp Usa, Inc. Broadband power transistor devices and amplifiers and methods of manufacture thereof
CN109274343B (zh) * 2018-11-09 2024-05-31 华南理工大学 一种具有能量可叠加的功率放大器
JP6949281B2 (ja) * 2019-07-05 2021-10-13 三菱電機株式会社 アウトフェージング増幅器及び通信装置
US11621322B2 (en) * 2020-07-30 2023-04-04 Wolfspeed, Inc. Die-to-die isolation structures for packaged transistor devices
CN116157997A (zh) 2020-07-31 2023-05-23 麻省理工学院 射频功率发生器和控制方法
WO2022118445A1 (ja) * 2020-12-03 2022-06-09 三菱電機株式会社 ドハティ増幅器
CN114123994A (zh) * 2021-11-30 2022-03-01 东南大学 一种基于开关e类模式功放的有源多电抗补偿输出拓扑结构

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102237853A (zh) * 2010-05-04 2011-11-09 Nxp股份有限公司 可重新配置希莱克斯放大器的电源控制及方法
CN104378074A (zh) * 2013-08-14 2015-02-25 恩智浦有限公司 用于e类异相功率放大器的组合电路
CN104620500A (zh) * 2012-09-14 2015-05-13 日本电气株式会社 发射器、信号合成电路和信号合成方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4859049B2 (ja) * 2006-11-27 2012-01-18 ルネサスエレクトロニクス株式会社 Ｒｆ電力増幅装置およびそれを搭載した無線通信端末装置
EP2215716B1 (en) * 2007-11-19 2019-04-24 Telefonaktiebolaget LM Ericsson (publ) A composite amplifier, a radio terminal and a method for improving the efficiency of the composite amplifier
FR2926417B1 (fr) * 2008-01-15 2010-01-08 Commissariat Energie Atomique Filtre d'amplification de puissance de signaux radiofrequence
US8269555B2 (en) * 2008-05-05 2012-09-18 Nxp B.V. Efficient linear LINC power amplifier
US8180303B2 (en) * 2008-05-28 2012-05-15 Hollinworth Fund, L.L.C. Power amplifier architectures
US8611834B2 (en) * 2010-11-01 2013-12-17 Cree, Inc. Matching network for transmission circuitry
JP5720545B2 (ja) * 2011-11-24 2015-05-20 富士通株式会社 電力増幅器
US10193508B2 (en) * 2014-04-17 2019-01-29 Texas Instruments Incorporated Multi-branch outphasing system and method
US9531328B2 (en) * 2014-12-16 2016-12-27 Nxp Usa, Inc. Amplifiers with a short phase path, packaged RF devices for use therein, and methods of manufacture thereof
US9515613B2 (en) * 2014-12-17 2016-12-06 Freescale Semiconductor, Inc. Dual-band doherty amplifier and method therefor

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102237853A (zh) * 2010-05-04 2011-11-09 Nxp股份有限公司 可重新配置希莱克斯放大器的电源控制及方法
CN104620500A (zh) * 2012-09-14 2015-05-13 日本电气株式会社 发射器、信号合成电路和信号合成方法
CN104378074A (zh) * 2013-08-14 2015-02-25 恩智浦有限公司 用于e类异相功率放大器的组合电路

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A New Impedance Match Method in Serial Chireix Combiner;Tao Ni 等;《2008 Asia-Pacific Microwave Conference》;20090526;第1-4页 *
LINC发射机效率和线性特性研究;李红宝;《中国优秀硕士学位论文全文数据库》;20091115;第I136-36页 *

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