DE112018007923T5

DE112018007923T5 - Doherty-Verstärker

Info

Publication number: DE112018007923T5
Application number: DE112018007923.6T
Authority: DE
Inventors: Katsuya Kato
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2018-08-20
Filing date: 2018-08-20
Publication date: 2021-05-06
Also published as: US11374539B2; JP7031751B2; TWI675547B; JPWO2020039474A1; WO2020039474A1; US20210013840A1; KR20210027485A; KR102564085B1; TW202010247A; CN112534712A

Abstract

Ein Gehäuse (1) enthält einen ersten und einen zweiten Eingangsanschluss (2, 3), die einander benachbart sind, und einen ersten und einen zweiten Ausgangsanschluss (4, 5), die einander benachbart sind. Innerhalb des Gehäuses (1) sind zwischen dem ersten Eingangsanschluss (2) und dem ersten Ausgangsanschluss (4) eine erste Eingangsanpassungsschaltung (6), eine erste Verzögerungsschaltung (7), eine zweite Eingangsanpassungsschaltung (8), ein erster Verstärker (9) und eine erste Ausgangsanpassungsschaltung (10) sequentiell verbunden. Innerhalb des Gehäuses (1) sind zwischen dem zweiten Eingangsanschluss (3) und dem zweiten Ausgangsanschluss (5) eine dritte Eingangsanpassungsschaltung (11), ein zweiter Verstärker (12), eine zweite Ausgangsanpassungsschaltung (13), eine zweite Verzögerungsschaltung (14) und eine dritte Ausgangsanpassungsschaltung (15) sequentiell verbunden. Außerhalb des Gehäuses (1) sind erste bis vierte Anpassungsschaltungen (16-19) mit dem ersten Eingangsanschluss (2), dem zweiten Eingangsanschluss (3), dem ersten Ausgangsanschluss (4) bzw. dem zweiten Ausgangsanschluss (5) verbunden.

Description

Gebiet
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf einen Doherty-Verstärker mit zwei Verstärkern in einem Gehäuse.
Hintergrund
In der Mobilkommunikation ist es typischerweise erforderlich, dass ein Übertragungsleistungsverstärker einen hohen Wirkungsgrad und eine geringe Verzerrung aufweist. Ferner wird in den letzten Jahren, um eine Kommunikation mit hoher Geschwindigkeit und großer Kapazität zu unterstützen, ein Modulationswellensignal mit einem hohen PAPR (Peak Average Power Ratio bzw. Spitze-Durchschnitt-Leistungsverhältnis) genutzt. Falls ein Signal mit einem hohem PAPR mit einem Leistungsverstärker verstärkt wird, lässt man, um Verzerrungsstandards zu erfüllen, den Leistungsverstärker bei einer niedrigen durchschnittlichen Ausgangsleistung arbeiten, die erhalten wird, indem ein Back-Off bei einer Sättigungsausgangsleistung vorgesehen wird. Da ein Back-Off-Betrag typischerweise mit einem Wirkungsgrad invers zusammenhängt, kann man in einem Fall, in dem ein hohes PAPR genutzt wird, keinen hohen Wirkungsgrad erwarten. Doherty-Verstärker genannte Verstärker, welche dieses Problem lösen können, werden vorwiegend bei Kommunikations-Basisstationen weithin verwendet.
Im Doherty-Verstärker sind ein Hauptverstärker, der auf die Klasse AB oder Klasse B vorgespannt ist, und ein Spitzenverstärker, der auf die Klasse C vorgespannt ist, unter Verwendung einer λ/4-Leitung parallel synthetisiert. Die λ/4-Leitung ist an einem Ausgang eines der Verstärker positioniert. Die λ/4-Leitung ist auch an einem Eingang des anderen Verstärkers positioniert. Da die beiden Verstärker in ähnlicher Art und Weise arbeiten und bei Einspeisung eines großen Signals in Phase synthetisiert sind, zeigen sich Charakteristiken, die Charakteristiken eines 2-synthetisierten Verstärkers (engl.: 2-synthesized amplifier) ähnlich sind, und kann eine große Sättigungsausgangsleistung realisiert werden. Bei Einspeisung eines kleinen Signals indes kann, da nur der Hauptverstärker arbeitet und die mit der Ausgangsseite des Hauptverstärkers verbundene λ/4-Leitung als Impedanzinverter fungiert, ein hoher Wirkungsgrad durch eine hohe Lastimpedanz erhalten werden. Daher kann der Doherty-Verstärker in einem weiten Ausgangsleistungsbereich einen hohen Wirkungsgrad realisieren.
Da der Doherty-Verstärker zwei Verstärker nutzt, ist es wünschenswert, die beiden Verstärker in einem Gehäuse unterzubringen, um eine Größe zu reduzieren. Falls der gesamte Doherty-Verstärker integriert wird, ist es indes schwierig, Charakteristiken fein einzustellen. Deshalb ist es wünschenswert, die beiden Verstärker und nur einen Teil von Anpassungsschaltungen in einem Gehäuse unterzubringen und einen einstellbaren Teil außerhalb des Gehäuses vorzusehen. Eine elektromagnetische Kopplung zwischen benachbarten Eingangsanschlüssen oder zwischen benachbarten Ausgangsanschlüssen beeinflusst jedoch Vorrichtungscharakteristiken. Man geht davon aus, dass dies der Fall ist, da verglichen mit einem Fall, in dem der Doherty-Verstärker mit je zwei Sätzen von Halbleitervorrichtungen aufgebaut ist, worin ein Verstärker in einem Gehäuse untergebracht ist, sowie ein Abstand zwischen Anschlüssen reduziert ist, ein Signal, das zwischen benachbarten Anschlüssen durchgeht, eine Phasendifferenz von 90 Grad aufweist. Obwohl ein Verfahren, bei dem eine elektrische Abschirmung innerhalb eines Gehäuses vorgesehen wird, vorgeschlagen wird, um dieses Problem anzugehen, ist eine Reduzierung der Größe aufgrund einer Größe der elektrischen Abschirmung beschränkt. Ferner wird auch vorgeschlagen, alle Komponenten mit Ausnahme einer Teilungsschaltung und einer Syntheseschaltung des Doherty-Verstärkers in einem Gehäuse unterzubringen (siehe zum Beispiel PTL 1).
Zitatliste
Patentliteratur
[PTL 1] JP 2005-303771 A
Zusammenfassung
Technisches Problem
Obwohl es möglich ist, eine elektromagnetische Kopplung zu unterdrücken, indem alle Komponenten mit Ausnahme einer Teilungsschaltung und einer Syntheseschaltung in einem Gehäuse untergebracht werden, besteht ein Problem, dass es schwierig ist, Charakteristiken wie oben beschrieben fein einzustellen.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um das Problem wie oben beschrieben zu lösen, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Doherty-Verstärker zu erhalten, der ermöglicht, dass eine feine Einstellung von Charakteristiken leicht durchgeführt wird, während eine elektromagnetische Kopplung unterdrückt wird.
Lösung für das Problem
Ein Doherty-Verstärker gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst: ein Gehäuse, das einen ersten und einen zweiten Eingangsanschluss, die einander benachbart sind, und einen ersten und einen zweiten Ausgangsanschluss, die einander benachbart sind, enthält; eine erste Eingangsanpassungsschaltung, eine erste Verzögerungsschaltung, eine zweite Eingangsanpassungsschaltung, einen ersten Verstärker und eine erste Ausgangsanpassungsschaltung, die zwischen dem ersten Eingangsanschluss und dem ersten Ausgangsanschluss sequentiell verbunden sind, innerhalb des Gehäuses; eine dritte Eingangsanpassungsschaltung, einen zweiten Verstärker, eine zweite Ausgangsanpassungsschaltung, eine zweite Verzögerungsschaltung und eine dritte Ausgangsanpassungsschaltung, die zwischen dem zweiten Eingangsanschluss und dem zweiten Ausgangsanschluss sequentiell verbunden sind, innerhalb des Gehäuses; erste bis vierte Anpassungsschaltungen, die mit dem ersten Eingangsanschluss, dem zweiten Eingangsanschluss, dem ersten Ausgangsanschluss bzw. den zweiten Ausgangsanschluss verbunden sind, außerhalb des Gehäuses; eine Teilungsschaltung, die außerhalb des Gehäuses vorgesehen ist, die ein Eingangssignal in zwei Signale gleich teilt und die beiden Signale über die erste und die zweite Anpassungsschaltung in den ersten bzw. den zweiten Eingangsanschluss einspeist; und eine Syntheseschaltung, die außerhalb des Gehäuses vorgesehen ist und von dem ersten und dem zweiten Ausgangsanschluss über die dritte und die vierte Anpassungsschaltung eingespeiste Signale in ein Signal synthetisiert.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Da die Verzögerungsschaltungen in das Gehäuse integriert sind, ist es in der vorliegenden Offenbarung möglich, Phasen zwischen den Eingangsanschlüssen und zwischen Ausgangsanschlüssen gleich einzurichten. Auf diese Weise ist es möglich, eine bei einem kleinen Gehäuse auftretende elektromagnetische Kopplung zu unterdrücken. Ferner ist es möglich, Charakteristiken des Doherty-Verstärkers an den Anpassungsschaltungen außerhalb des Gehäuses leicht fein einzustellen.
Figurenliste

1 ist eine Ansicht, die einen Doherty-Verstärker gemäß einer Ausführungsform 1 veranschaulicht.
2 ist eine Draufsicht, die ein Gehäuse eines Doherty-Verstärkers gemäß der Ausführungsform 1 veranschaulicht.
3 ist ein Querschnittsdiagramm, das das Gehäuse des Doherty-Verstärkers gemäß der Ausführungsform 1 veranschaulicht.
4 ist eine Ansicht, die eine Impedanztransformation einer Ausgangsanpassungsschaltung des zweiten Verstärkers gemäß der Ausführungsform 1 veranschaulicht.
5 ist ein Schaltungsdiagramm, das einen Doherty-Verstärker gemäß dem Vergleichsbeispiel veranschaulicht.
6 ist eine Ansicht, die ein Berechnungsergebnis eines Drain-Wirkungsgrads des Doherty-Verstärkers gemäß dem Vergleichsbeispiel veranschaulicht.
7 ist eine Ansicht, die ein Berechnungsergebnis einer Verstärkung des Doherty-Verstärkers gemäß dem Vergleichsbeispiel veranschaulicht.
8 ist eine Ansicht, die ein Berechnungsergebnis eines Drain-Wirkungsgrads des Doherty-Verstärkers gemäß der Ausführungsform 1 veranschaulicht.
9 ist eine Ansicht, die ein Berechnungsergebnis einer Verstärkung des Doherty-Verstärkers gemäß der Ausführungsform 1 veranschaulicht.
10 ist eine Ansicht, die ein Ergebnis veranschaulicht, das erhalten wird, indem ein Einfluss des Abstands zwischen Anschlüssen in Bezug auf die Sättigungsausgangsleistung berechnet wird.
11 ist eine Ansicht, die ein Ergebnis veranschaulicht, das erhalten wird, indem eine Sättigungsausgangsleistung des Doherty-Verstärkers gemäß der Ausführungsform 1 berechnet wird, während die elektrische Länge der Verzögerungsschaltung geändert wird.
12 ist ein Ersatzschaltbild, das das Innere eines Gehäuses eines Doherty-Verstärkers gemäß einer Ausführungsform 2 veranschaulicht.
13 ist eine Draufsicht, die ein Layout innerhalb des Gehäuses des Doherty-Verstärkers gemäß der Ausführungsform 2 veranschaulicht.
14 ist eine Ansicht, die eine Impedanztransformation einer Ausgangsanpassungsschaltung eines zweiten Verstärkers gemäß der Ausführungsform 2 veranschaulicht.
15 ist eine Ansicht, die einen Doherty-Verstärker gemäß einer Ausführungsform 3 veranschaulicht.
16 ist ein Ersatzschaltbild, das das Innere des Gehäuses des Doherty-Verstärkers gemäß der Ausführungsform 3 veranschaulicht.
17 ist eine Ansicht, die eine Impedanztransformation der Ausgangsanpassungsschaltung des ersten Verstärkers gemäß der Ausführungsform 3 veranschaulicht.
18 ist eine Ansicht, die eine Impedanztransformation der Ausgangsanpassungsschaltung des zweiten Verstärkers gemäß der Ausführungsform 3 veranschaulicht.

Beschreibung von Ausführungsformen
Ein Doherty-Verstärker gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Die gleichen Komponenten werden mit den gleichen Symbolen bezeichnet, und deren wiederholte Beschreibung kann unterlassen werden.
Ausführungsform 1
1 ist eine Ansicht, die einen Doherty-Verstärker gemäß einer Ausführungsform 1 veranschaulicht. Ein Gehäuse 1 enthält einen ersten und einen zweiten Eingangsanschluss 2 und 3, die einander benachbart sind, und einen ersten und einen zweiten Ausgangsanschluss 4 und 5, die einander benachbart sind.
Innerhalb des Gehäuses 1 sind zwischen dem ersten Eingangsanschluss 2 und dem ersten Ausgangsanschluss 4 eine erste Eingangsanpassungsschaltung 6, eine erste Verzögerungsschaltung 7, eine zweite Eingangsanpassungsschaltung 8, ein erster Verstärker 9 und eine erste Ausgangsanpassungsschaltung 10 sequentiell verbunden. Innerhalb des Gehäuses 1 sind zwischen dem zweiten Eingangsanschluss 3 und dem zweiten Ausgangsanschluss 5 eine dritte Eingangsanpassungsschaltung 11, ein zweiter Verstärker 12, eine zweite Ausgangsanpassungsschaltung 13, eine zweite Verzögerungsschaltung 14 und eine dritte Ausgangsanpassungsschaltung 15 sequentiell verbunden.
Der erste Verstärker 9 und der zweite Verstärker 12 sind beispielsweise GaN-HEMTs. Der erste Verstärker 9 ist auf die Klasse AB oder Klasse B vorgespannt. Der zweite Verstärker 12 ist auf die Klasse C vorgespannt. Die zweite Eingangsanpassungsschaltung 8 oder dergleichen sind mit einem Gate des ersten Verstärkers 9 verbunden, und die erste Ausgangsanpassungsschaltung 10 ist mit einem Drain des ersten Verstärkers 9 verbunden. Die dritte Eingangsanpassungsschaltung 11 ist mit einem Gate des zweiten Verstärkers 12 verbunden, und die zweite Ausgangsanpassungsschaltung 13 oder dergleichen sind mit einem Drain des zweiten Verstärkers 12 verbunden.
Außerhalb des Gehäuses 1 sind erste bis vierte Anpassungsschaltungen 16 bis 19 mit dem ersten Eingangsanschluss 2, dem zweiten Eingangsanschluss 3, dem ersten Ausgangsanschluss 4 bzw. dem zweiten Ausgangsanschluss 5 verbunden. Die erste und die zweite Anpassungsschaltung 16 und 17 können Gate-Vorspannungsschaltungen enthalten. Die dritte und die vierte Anpassungsschaltung 18 und 19 können Drain-Vorspannungsschaltungen enthalten.
Außerhalb des Gehäuses 1 sind auch eine Teilungsschaltung 20 und eine Syntheseschaltung 21 vorgesehen. Die Teilungsschaltung 20 teilt ein Eingangssignal gleich in zwei Signale in Phase und speist die jeweiligen Signale über die erste und die zweite Anpassungsschaltung 16 und 17 in den ersten und den zweiten Eingangsanschluss 2 und 3 ein. Die Teilungsschaltung 20 ist eine Wilkinson-Teilungsschaltung mit Mikrostreifenleitungen 22 und 23, deren charakteristische Impedanz 70,71 Ω beträgt und die eine elektrische Länge von 1/4 einer Wellenlänge λ eines Eingangssignals aufweisen, und einem Widerstand 24 von 100 Ω.
Die Syntheseschaltung 21 synthetisiert von dem ersten und dem zweiten Ausgangsanschluss 4 und 5 über die dritte und die vierte Anpassungsschaltung 18 und 19 eingespeiste Signale in ein Signal. Die Anpassungsschaltung 25 und eine Last 26 sind mit einem Ausgang der Syntheseschaltung 21 verbunden. Ein Widerstandswert der Last 26 beträgt typischerweise 50 Ω. Die Anpassungsschaltung 25 ist eine Mikrostreifenleitung, deren charakteristische Impedanz 35,36 Ω beträgt und die eine elektrische Länge von 1/4 einer Wellenlänge λ eines Eingangssignals aufweist.
Schaltungen innerhalb des Gehäuses 1 sind mit beispielsweise einer Metallstruktur, die auf einem Harzsubstrat ausgebildet ist, dessen relative Permittivität zwischen 3 und 4 liegt und dessen Dicke zwischen annähernd 20 bis 30 Mils liegt, und SMD- (Surface Mount Device-) Komponenten aufgebaut. Anpassungsschaltungen innerhalb des Gehäuses 1 sind mit einer Induktivität eines Bondingdrahts, einem MIM- (Metall-Isolator-Metall-) Kondensator oder einer Mikrostreifenleitung aufgebaut, der oder die auf einem dielektrischen Substrat ausgebildet ist, dessen relative Permittivität zwischen 30 und 300 liegt. Die erste und die zweite Verzögerungsschaltung 7 und 14 sind Mikrostreifenleitungen, die auf einem dielektrischen Substrat ausgebildet sind, dessen relative Permittivität zwischen 30 und 300 liegt.
2 ist eine Draufsicht, die ein Gehäuse eines Doherty-Verstärkers gemäß der Ausführungsform 1 veranschaulicht. 3 ist ein Querschnittsdiagramm, das das Gehäuse des Doherty-Verstärkers gemäß der Ausführungsform 1 veranschaulicht. Der erste Verstärker 9, der zweite Verstärker 12 oder dergleichen sind auf einem Kühlkörper 27 montiert. Der erste und der zweite Eingangsanschluss 2 und 3, der erste und der zweite Ausgangsanschluss 4 und 5 und der Kühlkörper 27 sind mit einem Formmaterial 28 fixiert. Des Gehäuse 1 ist jedoch nicht auf ein geformtes Gehäuse beschränkt und kann ein Keramikgehäuse sein.
Die ersten bis dritten Eingangsanpassungsschaltungen 6, 8 und 11 und die erste und die zweite Anpassungsschaltung 16 und 17 sind so ausgelegt, dass Signale in Gates des ersten Verstärkers 9 und des zweiten Verstärkers 12 eingespeist werden können, ohne bei Einspeisung eines großen Signals reflektiert zu werden. Die ersten bis dritten Ausgangsanpassungsschaltungen 10, 13 und 15 und die dritte und die vierte Anpassungsschaltung 18 und 19 sind so ausgelegt, dass eine Impedanz einer Ausgangsseite, von Drains des ersten Verstärkers 9 und des zweiten Verstärkers 12 aus gesehen, eine optimale Lastimpedanz Zopt wird. Zopt wird typischerweise durch eine Load-Pull-Berechnung oder Load-Pull-Auswertung eines Transistors bestimmt und wird bei einer Last, bei der ein Sättigungs-Wirkungsgrad ein Maximum wird, einer Last, bei der ein Wirkungsgrad einer Leistungslast ein Maximum wird, einer Last, bei der eine Sättigungsausgangsleistung ein Maximum wird, oder dergleichen eingerichtet.
Eine Impedanz einer Eingangsseite, von einem Ausgangsende der ersten Eingangsanpassungsschaltung 6 aus gesehen, ist eine erste Impedanz Z_S1 bei einer Frequenz eines Eingangssignals. Eine Impedanz einer Ausgangsseite, von einem Eingangsende der dritten Ausgangsanpassungsschaltung 15 aus gesehen, ist eine zweite Impedanz Z_L1 bei einer Frequenz eines Eingangssignals. Z_S1 und Z_L1 haben keinen imaginären Teil. Die charakteristische Impedanz der ersten Verzögerungsschaltung 7 ist die gleiche wie Z_S1. Die charakteristische Impedanz der zweiten Verzögerungsschaltung 14 ist die gleiche wie Z_L1. Da die erste Verzögerungsschaltung 7 und die zweite Verzögerungsschaltung 14 nur eine Phase ohne Änderung der Impedanz verzögern, müssen die erste Verzögerungsschaltung 7 und die zweite Verzögerungsschaltung 14 mit einer Schaltung mit einer Impedanz, die keinen imaginären Teil hat, verbunden sein.
Eine Anpassungsschaltung vom Drain des ersten Verstärkers 9 zur Syntheseschaltung 21 ist so ausgelegt, dass eine Durchlassband-Phase 90 Grad + 180 x N Grad (wobei N eine natürliche Zahl ist) bei einer Frequenz eines Eingangssignals wird. Ferner ist eine Anpassungsschaltung vom Drain des zweiten Verstärkers 12 zur Syntheseschaltung 21 so ausgelegt, dass eine Durchlassband-Phase 0 Grad + 180 x M (M ist eine natürliche Zahl) bei einer Frequenz eines Eingangssignals wird. Hier wird ein Fall beschrieben, in dem N = 0 und M = 1 gelten. Indem man die Anpassungsschaltungen auf diese Weise auslegt, wird eine Impedanz bei einem kleinen Signal auf der Seite des zweiten Verstärkers 12, von der Syntheseschaltung 21 aus gesehen, offen. Ferner wird eine Lastimpedanz bei einem kleinen Signal des ersten Verstärkers 9 bei einer doppelt so hohen Impedanz wie derjenigen bei einem großen Signal eingerichtet.
4 ist eine Ansicht, die eine Impedanztransformation einer Ausgangsanpassungsschaltung des zweiten Verstärkers gemäß der Ausführungsform 1 veranschaulicht. Die Impedanz wird von 50 Ω auf Z_L1 bei der dritten Ausgangsanpassungsschaltung 15 und der vierten Anpassungsschaltung 19 transformiert. Die zweite Verzögerungsschaltung 14 ist mit einer Position verbunden, an der eine Impedanz dieses Z_L1 wird, das keinen imaginären Teil hat, und ist mit einer Mikrostreifenleitung aufgebaut, die eine elektrische Länge von 1/4 einer Wellenlänge λ eines Signals bei einer charakteristischen Impedanz Z_L1 hat. Die erste Verzögerungsschaltung 7 ist ebenfalls mit einer Position verbunden, an der eine Impedanz die Impedanz Z_S1 wird, die in ähnlicher Art und Weise keinen imaginären Teil hat, und ist mit einer Mikrostreifenleitung aufgebaut, die eine elektrische Länge von 1/4 einer Wellenlänge λ eines Signals bei der charakteristischen Impedanz Z_S1 hat.
Anschließend werden Effekte der vorliegenden Ausführungsform im Vergleich mit einem Vergleichsbeispiel beschrieben. 5 ist ein Schaltungsdiagramm, das einen Doherty-Verstärker gemäß dem Vergleichsbeispiel veranschaulicht. Im Vergleichsbeispiel sind die erste Verzögerungsschaltung 7 und die zweite Verzögerungsschaltung 14 außerhalb des Gehäuses 1 vorgesehen. Eine charakteristische Impedanz der Mikrostreifenleitung der ersten Verzögerungsschaltung 7 und der zweiten Verzögerungsschaltung 14 beträgt 50 Ω. Daher tritt eine Phasendifferenz von 90 Grad zwischen dem ersten und dem zweiten Eingangsanschluss 2 und 3 oder zwischen dem ersten und dem zweiten Ausgangsanschluss 4 und 5 des Gehäuses 1 auf. Dementsprechend ist ein Einfluss aufgrund einer Interferenz zwischen Pfaden groß.
6 ist eine Ansicht, die ein Berechnungsergebnis eines Drain-Wirkungsgrads des Doherty-Verstärkers gemäß dem Vergleichsbeispiel veranschaulicht. 7 ist eine Ansicht, die ein Berechnungsergebnis einer Verstärkung des Doherty-Verstärkers gemäß dem Vergleichsbeispiel veranschaulicht. Eine dicke Linie gibt einen Fall an, in dem ein Abstand zwischen Anschlüssen 1 mm beträgt, und eine dünne Linie gibt einen Fall an, in dem ein Abstand zwischen Anschlüssen 100 mm beträgt. Im Vergleichsbeispiel erkennt man eine Abnahme in der Sättigungsausgangsleistung und eine Abnahme im Wirkungsgrad bei einem Back-Off aufgrund einer Abnahme im Abstand zwischen den Anschlüssen. 8 ist eine Ansicht, die ein Berechnungsergebnis des Drain-Wirkungsgrads des Doherty-Verstärkers gemäß der Ausführungsform 1 veranschaulicht. 9 ist eine Ansicht, die ein Berechnungsergebnis einer Verstärkung des Doherty-Verstärkers gemäß der Ausführungsform 1 veranschaulicht. Man kann verstehen, dass sich in der Ausführungsform 1 Charakteristiken nicht verschlechtern, selbst wenn der Abstand zwischen den Anschlüssen auf 1 mm abnimmt.
10 ist eine Ansicht, die ein Ergebnis veranschaulicht, das erhalten wird, indem ein Einfluss des Abstands zwischen Anschlüssen bezüglich der Sättigungsausgangsleistung berechnet wird. Eine horizontale Achse gibt den Abstand zwischen Anschlüssen an. Eine vertikale Achse gibt eine relative Änderung der Sättigungsausgangsleistung basierend auf einer Sättigungsausgangsleistung bei dem Abstand zwischen Anschlüssen von 100 mm an, bei dem eine elektromagnetische Kopplung zwischen Anschlüssen ignoriert werden kann. Man kann im Vergleichsbeispiel verstehen, dass, falls der Abstand zwischen Anschlüssen kleiner als etwa 10 mm wird, man eine Abnahme in der Sättigungsausgangsleistung sehen kann, und, falls der Abstand zwischen Anschlüssen mehrere Millimeter beträgt, eine Sättigungsausgangsleistung stark abnimmt. Indes nimmt in der Ausführungsform 1, selbst wenn der Abstand zwischen Anschlüssen 1 mm beträgt, eine Sättigungsausgangsleistung nur geringfügig ab.
11 ist eine Ansicht, die ein Ergebnis veranschaulicht, das erhalten wird, indem eine Sättigungsausgangsleistung des Doherty-Verstärkers gemäß der Ausführungsform 1 berechnet wird, während die elektrische Länge der Verzögerungsschaltung geändert wird. Eine horizontale Achse gibt elektrische Längen der ersten Verzögerungsschaltung 7 und der zweiten Verzögerungsschaltung 14 an, die bei einer elektrischen Länge von 1/4 eines Eingangssignals normiert sind. In einer einem typischen Doherty-Verstärker ähnlichen Art und Weise müssen die elektrischen Längen der ersten Verzögerungsschaltung 7 und der zweiten Verzögerungsschaltung 14 nicht genau λ/4 sein, und, falls die elektrischen Längen innerhalb eines Bereichs von 1/4 ± 20 % einer Wellenlänge λ des Eingangssignals liegen, können ähnliche Effekte erwartet werden.
Wie oben beschrieben wurde, ist es in der vorliegenden Ausführungsform, da die Verzögerungsschaltungen in das Gehäuse integriert sind, möglich, Phasen zwischen den Eingangsanschlüssen und zwischen Ausgangsanschlüssen des Gehäuses gleich einzurichten. Auf diese Weise ist es möglich, eine bei einem kleinen Gehäuse auftretende elektromagnetische Kopplung zu unterdrücken. Ferner ist es möglich, Charakteristiken des Doherty-Verstärkers an den Anpassungsschaltungen außerhalb des Gehäuses leicht fein einzustellen.
Ausführungsform 2
12 ist ein Ersatzschaltbild, das das Innere eines Gehäuses eines Doherty-Verstärkers gemäß einer Ausführungsform 2 veranschaulicht. 13 ist eine Draufsicht, die ein Layout des Inneren des Gehäuses des Doherty-Verstärkers gemäß der Ausführungsform 2 veranschaulicht. Im Gegensatz zur Ausführungsform 1 sind die erste Verzögerungsschaltung 7 und die zweite Verzögerungsschaltung 14 statt mit Mikrostreifenleitungen mit konzentrierten Parametern (engl.: lumped parameters) aufgebaut. Induktoren 29 bis 36 sind mit Bondingdrähten aufgebaut. Kondensatoren 37 bis 40 sind Parallelplattenkondensatoren oder dergleichen, die mit einem MIM-Kondensator aufgebaut sind, der auf einem Halbleitersubstrat oder einer Metallstruktur und einem Kühlkörper auf einem dielektrischen Substrat ausgebildet ist.
Eine Schaltung vom T-Typ, mit der der Kondensator 40 zwischen zwei Induktoren 35 und 36, die in Reihe geschaltet sind, im Nebenschluss verbunden ist, entspricht der zweiten Verzögerungsschaltung 14 in der Ausführungsform 1. 14 ist eine Ansicht, die eine Impedanztransformation einer Ausgangsanpassungsschaltung eines zweiten Verstärkers gemäß der Ausführungsform 2 veranschaulicht. Diese Schaltung vom T-Typ trägt nicht zu einer Impedanztransformation bei und ist so ausgelegt, dass nur eine Durchlassband-Phase um 90 Grad verzögert wird. In einer ähnlichen Art und Weise entspricht eine Schaltung vom T-Typ, mit der der Kondensator 37 zwischen zwei Induktoren 29 und 30, die in Reihe geschaltet sind, im Nebenschluss verbunden ist, der ersten Verzögerungsschaltung 7.
Während in der Ausführungsform 1 die erste Verzögerungsschaltung 7 und die zweite Verzögerungsschaltung 14 mit Substraten mit hoher Dielektrizitätskonstante aufgebaut sind, sind in der Ausführungsform 2 die erste Verzögerungsschaltung 7 und die zweite Verzögerungsschaltung 14 mit konzentrierten Parametern aufgebaut. Daher können Schaltungsgrößen der ersten Verzögerungsschaltung 7 und der zweiten Verzögerungsschaltung 14 leichter verkleinert werden. Wie in 13 veranschaulicht ist, sind ferner der erste Verstärker 9 und der zweite Verstärker 12 in Bezug auf eine Signallaufrichtung an verschiedenen Positionen montiert. Daher ist es möglich, eine Interferenz zwischen Bondingdrähten sowie eine Interferenz zwischen Eingangsanschlüssen und zwischen Ausgangsanschlüssen zu unterdrücken.
Ausführungsform 3
15 ist eine Ansicht, die einen Doherty-Verstärker gemäß einer Ausführungsform 3 veranschaulicht. In der vorliegenden Ausführungsform sind innerhalb des Gehäuses 1 zwischen dem ersten Eingangsanschluss 2 und dem ersten Ausgangsanschluss 4 die erste Eingangsanpassungsschaltung 41, der erste Verstärker 9 und die erste Ausgangsanpassungsschaltung 42 sequentiell verbunden. Innerhalb des Gehäuses 1 sind zwischen dem zweiten Eingangsanschluss 3 und dem zweiten Ausgangsanschluss 5 die zweite Eingangsanpassungsschaltung 43, der zweite Verstärker 12 und die zweite Ausgangsanpassungsschaltung 44 sequentiell verbunden.
Eine elektrische Länge vom ersten Eingangsanschluss 2 bis zum ersten Verstärker 9 ist innerhalb eines Bereichs von 1/4 ± 20 % einer Wellenlänge λ eines Eingangssignals länger als eine elektrische Länge vom zweiten Eingangsanschluss 3 bis zum zweiten Verstärker 12. Daher wird eine Durchlassband-Phase der ersten Eingangsanpassungsschaltung 41 in Bezug auf eine Durchlassband-Phase der zweiten Eingangsanpassungsschaltung 43 um 90 Grad verzögert.
Eine elektrische Länge vom zweiten Verstärker 12 bis zum zweiten Ausgangsanschluss 5 ist innerhalb eines Bereichs von 1/4 ± 20 % einer Wellenlänge λ eines Eingangssignals länger als eine elektrische Länge vom ersten Verstärker 9 bis zum ersten Ausgangsanschluss 4. Daher wird eine Durchlassband-Phase der zweiten Ausgangsanpassungsschaltung 44 in Bezug auf eine Durchlassband-Phase der ersten Ausgangsanpassungsschaltung 42 um 90 Grad verzögert.
Die zweite Ausgangsanpassungsschaltung 44 und die vierte Anpassungsschaltung 19 sind so ausgelegt, dass eine Impedanz einer Abgabe, von einem Drainende des zweiten Verstärkers 12 aus gesehen, in einer der Ausführungsform 1 ähnlichen Art und Weise eine optimale Lastimpedanz Zopt wird. Jedoch trägt die zweite Ausgangsanpassungsschaltung 44 zu einer Impedanztransformation bei und ist so ausgelegt, dass eine Durchlassband-Phase in Bezug auf die erste Ausgangsanpassungsschaltung 42 um 90 Grad verzögert wird. Die erste Eingangsanpassungsschaltung 41 und die zweite Eingangsanpassungsschaltung 43 sind ebenfalls ähnlich ausgelegt.
16 ist ein Ersatzschaltbild, das das Innere des Gehäuses des Doherty-Verstärkers gemäß der Ausführungsform 3 veranschaulicht. Die erste Eingangsanpassungsschaltung 41 enthält Induktoren 45 bis 47, einen Kondensator 48 und eine Mikrostreifenleitung 49. Die zweite Eingangsanpassungsschaltung 43 enthält Induktoren 50 und 51 und einen Kondensator 52. Die erste Ausgangsanpassungsschaltung 42 enthält einen Induktor 53. Die zweite Ausgangsanpassungsschaltung 44 enthält Induktoren 54 und 55 und eine Mikrostreifenleitung 56.
17 ist eine Ansicht, die eine Impedanztransformation der Ausgangsanpassungsschaltung des ersten Verstärkers gemäß der Ausführungsform 3 veranschaulicht. 18 ist eine Ansicht, die eine Impedanztransformation der Ausgangsanpassungsschaltung des zweiten Verstärkers gemäß der Ausführungsform 3 veranschaulicht. Eine Impedanz des ersten Verstärkers 9 und des zweiten Verstärkers 12 wird jeweils von 50 Ω auf Zopt transformiert. Man beachte, dass eine Phase bei der Mikrostreifenleitung 56 an der zweiten Ausgangsanpassungsschaltung 44 um 90 Grad verzögert wird. Dies tritt ähnlich in der ersten Eingangsanpassungsschaltung 41 auf. Daher werden in einer der Ausführungsform 1 ähnlichen Art und Weise Phasen von Signalen zwischen Eingangsanschlüssen und zwischen Ausgangsanschlüssen gleich. Man beachte, dass, falls eine Differenz einer Durchlassband-Phase zwischen der ersten Ausgangsanpassungsschaltung 42 und der zweiten Ausgangsanpassungsschaltung 44 90 Grad beträgt und eine Differenz einer Durchlassband-Phase zwischen der ersten Eingangsanpassungsschaltung 41 und der zweiten Eingangsanpassungsschaltung 43 90 Grad beträgt, ähnliche Effekte auch in anderen Schaltungen als den in 16 veranschaulichten Schaltungen erhalten werden können.
Während die erste Verzögerungsschaltung 7 und die zweite Verzögerungsschaltung 14 in der Ausführungsform 1 nicht zu einer Impedanztransformation beitragen, tragen die erste Eingangsanpassungsschaltung 41 und die zweite Ausgangsanpassungsschaltung 44 in der vorliegenden Ausführungsform zu einer Impedanztransformation bei. Daher kann man zusätzlich zu den Effekten der Ausführungsform 1, da es möglich ist, eine Durchführung einer Transformation einer Impedanz in mehreren Stufen zu ermöglichen, Breitband-Charakteristiken erwarten.
Bezugszeichenliste

[0039] 1: Gehäuse;
2: erster Eingangsanschluss;
3: zweiter Eingangsanschluss;
4: erster Ausgangsanschluss;
5: zweiter Ausgangsanschluss;
6: erste Eingangsanpassungsschaltung;
7: erste Verzögerungsschaltung;
8: zweite Eingangsanpassungsschaltung;
9: erster Verstärker;
10: erste Ausgangsanpassungsschaltung;
11: dritte Eingangsanpassungsschaltung;
12: zweiter Verstärker;
13: zweite Ausgangsanpassungsschaltung;
14: zweite Verzögerungsschaltung;
15: dritte Ausgangsanpassungsschaltung;
16: erste Anpassungsschaltung;
17: zweite Anpassungsschaltung;
18: dritte Anpassungsschaltung;
19: vierte Anpassungsschaltung;
20: Teilungsschaltung;
21: Syntheseschaltung;
29, 30, 35, 36: Induktor;
37, 40: Kondensator;
41: erste Eingangsanpassungsschaltung;
42: erste Ausgangsanpassungsschaltung;
43: zweite Eingangsanpassungsschaltung;
44: zweite Ausgangsanpassungsschaltung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2005303771 A [0005]

Claims

Doherty-Verstärker, aufweisend: ein Gehäuse, das einen ersten und einen zweiten Eingangsanschluss, die einander benachbart sind, und einen ersten und einen zweiten Ausgangsanschluss, die einander benachbart sind, enthält; eine erste Eingangsanpassungsschaltung, eine erste Verzögerungsschaltung, eine zweite Eingangsanpassungsschaltung, einen ersten Verstärker und eine erste Ausgangsanpassungsschaltung, die zwischen dem ersten Eingangsanschluss und dem ersten Ausgangsanschluss sequentiell verbunden sind, innerhalb des Gehäuses; eine dritte Eingangsanpassungsschaltung, einen zweiten Verstärker, eine zweite Ausgangsanpassungsschaltung, eine zweite Verzögerungsschaltung und eine dritte Ausgangsanpassungsschaltung, die zwischen dem zweiten Eingangsanschluss und dem zweiten Ausgangsanschluss sequentiell verbunden sind, innerhalb des Gehäuses; erste bis vierte Anpassungsschaltungen, die mit dem ersten Eingangsanschluss, dem zweiten Eingangsanschluss, dem ersten Ausgangsanschluss bzw. dem zweiten Ausgangsanschluss verbunden sind, außerhalb des Gehäuses; eine Teilungsschaltung, die außerhalb des Gehäuses vorgesehen ist, ein Eingangssignal in zwei Signale gleich teilt und die beiden Signale über die erste und die zweite Anpassungsschaltung in den ersten bzw. den zweiten Eingangsanschluss einspeist; und eine Syntheseschaltung, die außerhalb des Gehäuses vorgesehen ist und von dem ersten und dem zweiten Ausgangsanschluss über die dritte und die vierte Anpassungsschaltung eingespeiste Signale in ein Signal synthetisiert.
Doherty-Verstärker nach Anspruch 1, wobei eine Impedanz einer Eingangsseite, von einem Ausgangsende der ersten Eingangsanpassungsschaltung aus gesehen, eine erste Impedanz bei einer Frequenz des Eingangssignals ist, eine Impedanz einer Ausgangsseite, von einem Eingangsende der dritten Ausgangsanpassungsschaltung aus gesehen, eine zweite Impedanz bei der Frequenz des Eingangssignals ist, die erste und die zweite Impedanz keinen imaginären Teil haben, eine charakteristische Impedanz der ersten Verzögerungsschaltung die gleiche wie die erste Impedanz ist, eine charakteristische Impedanz der zweiten Verzögerungsschaltung die gleiche wie die zweite Impedanz ist und elektrische Längen der ersten und der zweiten Verzögerungsschaltung innerhalb eines Bereichs von 1/4 ± 20 % einer Wellenlänge des Eingangssignals liegen.
Doherty-Verstärker nach Anspruch 2, wobei die erste und die zweite Verzögerungsschaltung Mikrostreifenleitungen sind.
Doherty-Verstärker nach Anspruch 2, wobei jede der ersten und der zweiten Verzögerungsschaltung eine Schaltung ist, mit der ein Kondensator zwischen zwei, in Reihe geschalteten Induktoren im Nebenschluss verbunden ist.
Doherty-Verstärker, aufweisend: ein Gehäuse, das einen ersten und einen zweiten Eingangsanschluss, die einander benachbart sind, und einen ersten und einen zweiten Ausgangsanschluss, die einander benachbart sind, enthält; eine erste Eingangsanpassungsschaltung, einen ersten Verstärker und eine erste Ausgangsanpassungsschaltung, die zwischen dem ersten Eingangsanschluss und dem ersten Ausgangsanschluss sequentiell verbunden sind, innerhalb des Gehäuses; eine zweite Eingangsanpassungsschaltung, einen zweiten Verstärker und eine zweite Ausgangsanpassungsschaltung, die zwischen dem zweiten Eingangsanschluss und dem zweiten Ausgangsanschluss sequentiell verbunden sind, innerhalb des Gehäuses; erste bis vierte Anpassungsschaltungen, die mit dem ersten Eingangsanschluss, dem zweiten Eingangsanschluss, dem ersten Ausgangsanschluss bzw. dem zweiten Ausgangsanschluss verbunden sind, außerhalb des Gehäuses; eine Teilungsschaltung, die außerhalb des Gehäuses vorgesehen ist, ein Eingangssignal in zwei Signale gleich teilt und die beiden Signale über die erste und die zweite Anpassungsschaltung in den ersten bzw. den zweiten Eingangsanschluss einspeist; und eine Syntheseschaltung, die außerhalb des Gehäuses vorgesehen ist und von dem ersten und dem zweiten Ausgangsanschluss über die dritte und die vierte Anpassungsschaltung eingespeiste Signale in ein Signal synthetisiert, wobei eine elektrische Länge vom ersten Eingangsanschluss bis zum ersten Verstärker innerhalb eines Bereichs von 1/4 ± 20 % einer Wellenlänge des Eingangssignals länger als eine elektrische Länge vom zweiten Eingangsanschluss bis zum zweiten Verstärker ist und eine elektrische Länge vom zweiten Verstärker bis zum zweiten Ausgangsanschluss innerhalb eines Bereichs von 1/4 ± 20 % der Wellenlänge des Eingangssignals länger als eine elektrische Länge vom ersten Verstärker bis zum ersten Ausgangsanschluss ist.