本發(fā)明涉及一種放大器電路和方法，并且更具體地，涉及一種提供改進(jìn)的效率的放大器電路和方法，例如至少包括被配置為以Chireix和Doherty操作模式操作的第一和第二放大器的放大器電路。

背景技術(shù)：

在無線電基站和其他系統(tǒng)中，功率放大器經(jīng)常被用來對具有高的峰均功率比(peak to average power ratio，PAR或PAPR)的寬帶信號或信號組合進(jìn)行放大。放大器隨后必須能夠在每個非常短的周期內(nèi)反復(fù)輸出非常高的功率，即使輸出功率大部分是以明顯更低的平均功率水平所生成。在具有許多信號(沒有任何占主導(dǎo)信號)的隨機(jī)相位組合的系統(tǒng)中，信號的振幅遵循瑞利(Rayleigh)分布。

常規(guī)的單晶體管功率放大器(例如，B、AB或F型的功率放大器)具有固定的射頻(RF)負(fù)載電阻和固定的電壓供應(yīng)。B或AB型放大器中的偏差導(dǎo)致輸出電流具有接近于半波整流的正弦電流脈沖的脈沖序列的形式。直流(DC)電流(以及因此的DC功率)因而大幅地與RF輸出電流振幅(和電壓)成比例。然而，輸出功率與取其平方的RF輸出電流成比例。效率—即輸出功率除以DC功率—因此也與輸出振幅成比例。因此，在對與最大要求的輸出振幅(或功率)相比具有平均較低的輸出振幅(或功率)—即高的PAR—的信號進(jìn)行放大時，功率放大器的平均效率很低。

Chireix放大器(如在下文中所描述的：H.Chireix的“High power outphasing modulation”，Proc.IRE，vol.23，no.11，pp.1370-1392，1935年11月)或Doherty放大器(如在下文中所描述的：W.H.Doherty的“A new high efficiency power amplifier for modulated waves”，Proc.IRE，vol.24，no.9，pp.1163-1182，1936年9月)是基于具有被動輸出網(wǎng)絡(luò)交互和組合的多個晶體管的放大器的第一示例。

它們針對具有高的峰均比(PAR)的振幅調(diào)制信號具有高的平均效率，這是因?yàn)樗鼈冊诘驼穹幘哂衼碜跃w管的RF輸出電流大小的明顯更低的平均和值。這導(dǎo)致了高的平均效率，原因在于晶體管所獲取到的DC電流大幅地與RF電流大小成比例。

來自Doherty放大器中的“峰化”(peaking)子放大器的RF輸出電流需要在“變換點(diǎn)”從零起線性地上升至處于滿振幅的全電流?！爸饕弊臃糯笃骶哂型耆€性的輸出電流。這些電流的振幅之和遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離于(恒定效率放大器的)理想拋物線形狀，從而上方振幅區(qū)域中的效率下降十分顯著。另一種直觀地取得相同結(jié)果的方式是觀察到峰化子放大器處的RF電壓在轉(zhuǎn)換點(diǎn)處僅為中高水平，從而輸出電流脈沖在這里將會經(jīng)歷跨晶體管的大幅壓降。

Chireix放大器在上方振幅區(qū)域中具有高的效率，這是因?yàn)閮蓚€子放大器RF電壓振幅都高，并且在相位上接近于相應(yīng)的RF電流。由于輸出振幅的變化由子放大器RF電壓中的相移而得到補(bǔ)償，所以這個操作模式被稱作“異相”(outphasing)。在這個異相區(qū)域中，電流脈沖經(jīng)歷跨晶體管的低的壓降。變換點(diǎn)處的RF電流增大非常平緩，并且RF電流振幅之和的整體形狀明顯比Doherty放大器更接近于理想的拋物線形狀。使得兩個RF電壓都為高的缺陷在于：放大器的效率由于分流損耗而有所下降，上述分流損耗即表現(xiàn)為類似從晶體管輸出耦合至接地端(依RF)的晶體管的損耗。利用低損耗晶體管，Chireix異相非常有效。

本申請人較早的專利申請WO2004/023647和WO2004/057755描述了包含一個或多個Chireix級的可擴(kuò)展多放大器(具有3個或更多的子放大器)結(jié)構(gòu)。同樣屬于本申請人的較早專利申請WO2010/074615描述了“準(zhǔn)Chireix”放大器，其在3級和4級(以及更高)的變化形式中具有非常高的效率。

D.J.Perreault的標(biāo)題為“A new power combining and outphasing modulation system for high-efficiency power amplification”(IEEE Proc.MWSCAS，2010，pp.441–444)的論文描述了層級式的Chireix放大器，其在采用非常低損耗的晶體管(具體是低的分流損耗)時具有比WO2004/023647和WO2010/074615的4級變化形式更高的效率。然而，Perreault的論文中的放大器僅針對4、8、16…等(2的冪)的子放大器而存在。

同樣屬于本申請人的較早專利申請WO2013/087232描述了非對稱的層級式Chireix放大器，其能夠在需要其他數(shù)目(諸如3、5、6、7、9…等)的晶體管時被使用。WO2004/057755的“Chireix-Doherty”3級放大器已經(jīng)針對具有高分流損耗的晶體管而進(jìn)行了改進(jìn)，并且針對在同樣屬于本申請人的共同未決申請PCT/SE2013/050605中的具有非常高損耗的一個晶體管的情形也具有非常大的改進(jìn)。

WO2004/057755的第一Chireix-Doherty放大器以及共同未決申請PCT/SE2013/050605中改進(jìn)的變化形式都具有Chireix配對，該Chireix配對在中間振幅區(qū)域中以非常高效率而異相。在上方振幅區(qū)域(其比例由“峰化”子放大器的尺寸決定)，它們的表現(xiàn)類似于Doherty放大器的上方區(qū)域，并且因此在采用低分流損耗的晶體管時是次優(yōu)的。

WO2010/074615中的放大器增加了異相行為的比例，并且存在于3級和4級版本之中，但是要求不同尺寸的子放大器并且在具有非常低損耗晶體管的情況下具有稍顯次優(yōu)的效率。

Perreault的4級放大器在具有非常低損耗晶體管的情況下非常接近于最優(yōu)，但是對于具有3個子放大器級的電路而言并不存在。該最優(yōu)性在采用不同尺寸的子放大器配對的情況下也基本上被打破。

WO2013/087232中的放大器存在于具有相等尺寸的子放大器的3級版本中，但是在最低變換點(diǎn)被置于過低振幅時在中間振幅區(qū)域中具有次優(yōu)的效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種排除或減少以上提及的至少一種或多種缺陷的方法和裝置。

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種放大器電路，該放大器電路包括第一放大器，被配置為放大第一輸入信號。第一放大器的輸出經(jīng)由第一傳輸線路耦合至輸出節(jié)點(diǎn)。第一傳輸線路包括具有第一特性阻抗和第一長度的第一部分以及具有第二特性阻抗和第二長度的第二部分。放大器電路進(jìn)一步包括第二放大器，被配置為放大第二輸入信號。第二放大器的輸出經(jīng)由第二傳輸線路耦合至輸出節(jié)點(diǎn)。第二傳輸線路包括具有第一特性阻抗和第一長度的第一部分以及具有第二特性阻抗和第二長度的第二部分。放大器電路進(jìn)一步包括輔助放大器，被配置為放大第三輸入信號。輔助放大器的輸出經(jīng)由輔助傳輸線路網(wǎng)絡(luò)耦合至第一傳輸線路的第一部分和第二部分之間的第一交點(diǎn)并且耦合至第二傳輸線路的第一部分和第二部分之間的第二交點(diǎn)。針對第一傳輸線路和第二傳輸線路中每一個，第一部分和第二部分組成較高阻抗部分和較低阻抗部分，其組合長度為半波長，其中第一傳輸線路和第二傳輸線路的相應(yīng)第一部分的長度之和為半波長，并且第一傳輸線路和第二傳輸線路的相應(yīng)第二部分的長度之和為半波長。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種放大器電路中的方法。該方法包括以下步驟：使用第一放大器放大第一輸入信號，并且將經(jīng)放大的第一輸入信號經(jīng)由第一傳輸線路耦合至輸出節(jié)點(diǎn)，第一傳輸線路包括具有第一特性阻抗和第一長度的第一部分以及具有第二特性阻抗和第二長度的第二部分。該方法進(jìn)一步包括以下步驟：使用第二放大器放大第二輸入信號，并且將經(jīng)放大的第二輸入信號經(jīng)由第二傳輸線路耦合至輸出節(jié)點(diǎn)，第二傳輸線路包括具有第一特性阻抗和第一長度的第一部分以及具有第二特性阻抗和第二長度的第二部分。該方法進(jìn)一步包括以下步驟：使用輔助放大器放大第三輸入信號，并且將輔助放大器的輸出經(jīng)由輔助傳輸線路網(wǎng)絡(luò)耦合至第一傳輸線路的第一部分和第二部分之間的第一交點(diǎn)并且耦合至第二傳輸線路的第一部分和第二部分之間的第二交點(diǎn)，其中針對第一傳輸線路和第二傳輸線路中每一個，第一部分和第二部分組成較高阻抗部分和較低阻抗部分，其組合長度為半波長，并且其中第一傳輸線路和第二傳輸線路的相應(yīng)第一部分的長度之和為半波長，并且第一傳輸線路和第二傳輸線路的相應(yīng)第二部分的長度之和為半波長。

附圖說明

為了更好地理解本發(fā)明的示例，并且更為清楚地示出這些示例如何實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)在將僅通過示例參照以下附圖，其中：

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的放大器電路；

圖2a示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施例的放大器電路；

圖2b至圖2f示出了涉及圖2a的實(shí)施例的相關(guān)聯(lián)的RF電流、電壓和效率曲線；

圖3a示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施例的放大器電路；

圖3b至圖3f示出了涉及圖3a的實(shí)施例的相關(guān)聯(lián)的RF電流、電壓和效率曲線；

圖4a示出了根據(jù)本發(fā)明另一個實(shí)施例的放大器電路；

圖4b至圖4f示出了涉及圖4a的實(shí)施例的相關(guān)聯(lián)的RF電流、電壓和效率曲線；

圖5a示出了根據(jù)本發(fā)明另一個實(shí)施例的放大器電路；

圖5b至圖5f示出了涉及圖5a的實(shí)施例的相關(guān)聯(lián)的RF電流、電壓和效率曲線；

圖6a示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施例的放大器電路；

圖6b至圖6f示出了涉及圖6a的實(shí)施例的相關(guān)聯(lián)的RF電流、電壓和效率曲線；

圖7a示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施例的放大器電路；

圖7b至圖7f示出了涉及圖7a的實(shí)施例的相關(guān)聯(lián)的RF電流、電壓和效率曲線；

圖8a示出了根據(jù)本發(fā)明另一個實(shí)施例的放大器電路；

圖8b至圖8f示出了涉及圖8a的實(shí)施例的相關(guān)聯(lián)的RF電流、電壓和效率曲線；以及

圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的方法所執(zhí)行的步驟。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的實(shí)施例旨在為非常低損耗的晶體管提供具有接近于最優(yōu)效率的3級放大器。本發(fā)明的其他實(shí)施例旨在提供在采用不同尺寸的子放大器時也具有良好效率的接近于最優(yōu)的4級放大器。

在晶體管中的低分流損耗的情況下，本發(fā)明的實(shí)施例旨在最小化串行損耗，包括由于電流脈沖期間跨晶體管的壓降所導(dǎo)致的損耗。本發(fā)明的實(shí)施例通過使得在相應(yīng)子放大器的輸出節(jié)點(diǎn)處的RF電流和電壓之間具有小幅相位差并且在拉動電流時具有高的RF電壓擺動來實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)。在本發(fā)明的實(shí)施例中，在子放大器之間的實(shí)現(xiàn)這種行為的有益交互通過新的電氣網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)而成為可能，這些子放大器通過上述電氣網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行交互并且被連接至輸出。

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的放大器電路。該放大器電路包括被配置為放大第一輸入信號10的第一放大器11。第一放大器11的輸出經(jīng)由第一傳輸線路13耦合至輸出節(jié)點(diǎn)15。第一傳輸線路13包括具有第一特性阻抗和第一長度的第一部分13₁以及具有第二特性阻抗和第二長度的第二部分13₂。

該放大器電路還包括被配置為放大第二輸入信號20的第二放大器21。第二放大器21的輸出經(jīng)由第二傳輸線路23耦合至輸出節(jié)點(diǎn)15。第二傳輸線路23包括具有第一特性阻抗和第一長度的第一部分23₁以及具有第二特性阻抗和第二長度的第二部分23₂。

該放大器電路還包括被配置為放大第三輸入信號30的輔助放大器31(在本文中也被稱作峰化放大器)。輔助放大器31的輸出經(jīng)由輔助傳輸線路網(wǎng)絡(luò)(33₁，33₂)耦合至第一傳輸線路13的第一和第二部分13₁、13₂之間的第一交點(diǎn)17以及耦合至第二傳輸線路23的第一和第二部分13₂、23₂之間的第二交點(diǎn)27。

針對第一和第二傳輸線路13、23中每一個，第一部分和第二部分組成較高阻抗部分和較低阻抗部分，其組合長度為半波長。

例如，在圖1的實(shí)施例中，第一傳輸線路13包括具有電氣長度為0.2λ的第一部分13₁以及具有電氣長度為0.3λ的第二部分13₂，從而這些電氣長度之和為0.5λ。第一部分13₁的特性阻抗高于第二部分13₂的特性阻抗，如傳輸線路的相對厚度所表示(厚度越小特性阻抗就越高，反之亦然，這還應(yīng)用于如本文所描述的本發(fā)明的其他實(shí)施例)。

此外，第一和第二傳輸線路13、23的相應(yīng)第一部分13₁、23₁的長度之和還等于半波長，而第一和第二傳輸線路13、23的相應(yīng)第二部分13₂、23₂的長度之和也等于半波長。

例如，在圖1的示例中，第一和第二傳輸線路13、23的相應(yīng)第一部分13₁、23₁的長度—即分別為0.2λ和0.3λ—之和為半波長，而第一和第二傳輸線路13、23的相應(yīng)第二部分13₂、23₂之和、即0.3λ與0.2λ之和也為半波長。

還要注意的是，在圖1的示例中，第一傳輸線路13的第一部分13₁的長度基本上等于第二傳輸線路23的第二部分23₂的長度，和/或其中第二傳輸線路23的第一部分23₁的長度基本上等于第一傳輸線路13的第二部分13₂的長度。

從圖1的示例能夠看出，輔助放大器31直接地(或者通過半波長線路)耦合至輔助結(jié)合點(diǎn)37，該輔助放大器31從輔助結(jié)合點(diǎn)37起分支(經(jīng)由第一和第二輔助傳輸線路33₁和33₂)至Chireix配對中點(diǎn)結(jié)合點(diǎn)(即，第一和第二交點(diǎn)17、27)。第一和第二輔助傳輸線路33₁和33₂中每一個的長度是四分之三波長減去將該輔助傳輸線路連接至輸出的相應(yīng)傳輸線路的第二部分(即，傳輸線路中從該中點(diǎn)至輸出的部分)的長度。

這樣，從輔助放大器31通過任何路徑到輸出15的總長度等于四分之三波長(假設(shè)輔助放大器31直接地耦合至輔助結(jié)合點(diǎn)37)。

利用適當(dāng)?shù)某叽缭O(shè)定，這些新的放大器將從低振幅始終去往最大振幅的Chireix異相操作擴(kuò)展至寬闊且非常有效的區(qū)域。

注意，在圖1的示例以及本文所描述的其他實(shí)施例中的輸出網(wǎng)絡(luò)的特征是將單個子放大器(或在4級情況下的Chireix配對)連接到沿著將兩個其他放大器連接至輸出的線路的多個點(diǎn)的分支結(jié)構(gòu)。就此而言，它與共同未決申請PCT/SE2013/050605中所描述的放大器類似，但是其中不同的電氣長度關(guān)系的選擇導(dǎo)致了這些新的放大器具有完全不同的交互(正如Doherty和Chireix放大器之間的交互的差異僅是由兩種不同的電氣長度差異所導(dǎo)致)。

圖2a示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施例的放大器電路的示例。

該放大器電路包括被配置為放大第一輸入信號10的第一放大器11。第一放大器11的輸出經(jīng)由第一傳輸線路13耦合至輸出節(jié)點(diǎn)15。第一傳輸線路13包括具有第一特性阻抗和第一長度的第一部分13₁以及具有第二特性阻抗和第二長度的第二部分13₂。

該放大器電路還包括被配置為放大第二輸入信號20的第二放大器21。第二放大器21的輸出經(jīng)由第二傳輸線路23耦合至輸出節(jié)點(diǎn)15。第二傳輸線路23包括具有第一特性阻抗和第一長度的第一部分23₁以及具有第二特性阻抗和第二長度的第二部分23₂。

該放大器電路還包括被配置為放大第三輸入信號30的輔助放大器31(在本文中也被稱作峰化放大器)。輔助放大器31的輸出經(jīng)由輔助傳輸線路網(wǎng)絡(luò)(33₁，33₂)耦合至第一傳輸線路13的第一和第二部分13₁、13₂之間的第一交點(diǎn)17以及耦合至第二傳輸線路23的第一和第二部分23₁、23₂之間的第二交點(diǎn)27。

針對第一和第二傳輸線路13、23中每一個，第一部分和第二部分組成較高阻抗部分和較低阻抗部分，其組合長度為半波長。

此外，第一和第二傳輸線路13、23的相應(yīng)第一部分13₁、23₁的長度之和還等于半波長，而第一和第二傳輸線路13、23的相應(yīng)第二部分13₂、23₂的長度之和也等于半波長。

例如，在圖2a的實(shí)施例中，第一傳輸線路13包括具有電氣長度為0.3046λ的第一部分13₁以及具有電氣長度為0.1954λ的第二部分13₂，從而這些電氣長度之和為0.5λ。

而且，在圖2a的示例中，第一和第二傳輸線路13、23的相應(yīng)第一部分13₁、23₁的長度—即第一部分13₁的0.3046λ和第一部分23₁的0.1954λ—之和為半波長，而第一和第二傳輸線路13、23的相應(yīng)第二部分13₂、23₂的長度之和、即0.1954λ與0.3046λ之和也為半波長。

在圖2a的實(shí)施例中，輔助傳輸線路網(wǎng)絡(luò)包括第一和第二輔助傳輸線路33₁和33₂以用于將輔助放大器31分別耦合至第一和第二傳輸線路13、23的第一和第二交點(diǎn)17、27。第一和第二輔助傳輸線路33₁、33₂中每一個的長度是四分之三波長減去將該輔助傳輸線路連接至輸出的相應(yīng)傳輸線路的第二部分13₂、23₂的長度。

在圖2a的示例中，輔助傳輸線路33₁因此為0.5546λ(即，0.75λ減去第一傳輸線路13的第二部分13₂的長度0.1954λ)。同樣，輔助傳輸線路33₂因此為0.4454λ(即，0.75λ減去第二傳輸線路23的第二部分23₂的長度0.3046λ)。

圖2b至圖2f示出了涉及圖2a的實(shí)施例的相關(guān)聯(lián)的RF電流、電壓和效率曲線。注意，在圖2d中，標(biāo)記為11₁的曲線是在0至1的標(biāo)度中的效率曲線，而曲線11₂是相同的效率曲線、但是其有所放大以助于對其特征進(jìn)行圖示。

在圖2a的示例中，所有三個放大器(即，第一放大器11、第二放大器21和輔助放大器31)的尺寸基本相同。輔助放大器31是在最低振幅區(qū)域中活動的放大器。約1/3以上的整個上方區(qū)域由幾乎完美的異相行為所組成，其中子放大器電流和電壓之間具有極低的相位差。輔助放大器的RF電流振幅首先發(fā)生減小直至在振幅0.5處它開始再次增大。在高于滿振幅的0.34的整個區(qū)域內(nèi)，相對效率(線性模型)高于99.9％。

通過改變長度參數(shù)，可以改變效率峰值的位置。中間振幅區(qū)域中的效率并不像在效率“拐角”被置于較低振幅的情況下那樣是最優(yōu)的。第三子放大器的尺寸也能夠在這個過程中有所變化。在圖3a和圖4a的實(shí)施例中，示出了電氣長度參數(shù)與圖2a的之前示例相比增加約0.01的示例，并且在圖3a的示例中，輔助放大器的尺寸還是第一和第二放大器的尺寸的80％。注意，兩個分支中的長度在圖2a和圖3a之間已經(jīng)被“鏡像”，從而使得“相同”部分(例如，圖2a的第二傳輸線路23的第一部分23₁的0.195λ)已經(jīng)被增大為圖3a的第一傳輸線路13的第一部分13₁中的0.21λ。還要注意，這些值僅是作為示例，并且可以使用其他數(shù)值而并不背離如所附權(quán)利要求中所限定的本發(fā)明的范圍。

圖3a示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施例的放大器電路。

該放大器電路包括被配置為放大第一輸入信號10的第一放大器11。第一放大器11的輸出經(jīng)由第一傳輸線路13耦合至輸出節(jié)點(diǎn)15。第一傳輸線路13包括具有第一特性阻抗和第一長度的第一部分13₁以及具有第二特性阻抗和第二長度的第二部分13₂。

該放大器電路還包括被配置為放大第二輸入信號20的第二放大器21。第二放大器21的輸出經(jīng)由第二傳輸線路23耦合至輸出節(jié)點(diǎn)15。第二傳輸線路23包括具有第一特性阻抗和第一長度的第一部分23₁以及具有第二特性阻抗和第二長度的第二部分23₂。

該放大器電路還包括被配置為放大第三輸入信號30的輔助放大器31(在本文中也被稱作峰化放大器)。輔助放大器31的輸出經(jīng)由輔助傳輸線路網(wǎng)絡(luò)(33₁，33₂)耦合至第一傳輸線路13的第一和第二部分13₁、13₂之間的第一交點(diǎn)17以及耦合至第二傳輸線路23的第一和第二部分23₁、23₂之間的第二交點(diǎn)27。

針對第一和第二傳輸線路13、23中每一個，第一部分和第二部分組成較高阻抗部分和較低阻抗部分，其組合長度為半波長。

此外，第一和第二傳輸線路13、23的相應(yīng)第一部分13₁、23₁的長度之和還等于半波長，而第一和第二傳輸線路13、23的相應(yīng)第二部分13₂、23₂的長度之和也等于半波長。

在圖3a的示例中，第一放大器11和第二放大器21的尺寸基本相同，并且輔助放大器31與第一和第二放大器相比在尺寸上有所減小，例如是這些其他放大器的尺寸的80％。

例如，在圖3a的實(shí)施例中，第一傳輸線路13包括具有電氣長度為0.21λ的第一部分13₁以及具有電氣長度為0.29λ的第二部分13₂，從而這些電氣長度之和為0.5λ。

而且，在圖3a的示例中，第一和第二傳輸線路13、23的相應(yīng)第一部分13₁、23₁的長度—即第一部分13₁的0.21λ和第一部分23₁的0.29λ—之和為半波長，而第一和第二傳輸線路13、23的相應(yīng)第二部分13₂、23₂的長度之和、即0.29λ與0.21λ之和也為半波長。

在圖3a的實(shí)施例中，輔助傳輸線路網(wǎng)絡(luò)包括第一和第二輔助傳輸線路33₁和33₂以用于將輔助放大器31耦合至第一和第二傳輸線路13、23的第一和第二交點(diǎn)。第一和第二輔助傳輸線路33₁、33₂中每一個的長度是四分之三波長減去將該輔助傳輸線路連接至輸出的相應(yīng)傳輸線路的第二部分13₂、23₂的長度。

在圖3a的示例中，輔助傳輸線路33₁因此為0.46λ(即，0.75λ減去第一傳輸線路13的第二部分13₂的長度0.29λ)。同樣，輔助傳輸線路33₂因此為0.54λ(即，0.75λ減去第二傳輸線路23的第二部分23₂的長度0.21λ)。

圖3b至圖3f示出了涉及圖3a的實(shí)施例的相關(guān)聯(lián)的RF電流、電壓和效率曲線。注意，在圖3d中，標(biāo)記為11₁的曲線是在0至1的標(biāo)度中的效率曲線，而曲線11₂是相同的效率曲線，但是其有所放大以助于對其特征進(jìn)行圖示。

圖4a示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施例的放大器電路。

該放大器電路包括被配置為放大第一輸入信號10的第一放大器11。第一放大器11的輸出經(jīng)由第一傳輸線路13耦合至輸出節(jié)點(diǎn)15。第一傳輸線路13包括具有第一特性阻抗和第一長度的第一部分13₁以及具有第二特性阻抗和第二長度的第二部分13₂。

該放大器電路還包括被配置為放大第二輸入信號20的第二放大器21。第二放大器21的輸出經(jīng)由第二傳輸線路23耦合至輸出節(jié)點(diǎn)15。第二傳輸線路23包括具有第一特性阻抗和第一長度的第一部分23₁以及具有第二特性阻抗和第二長度的第二部分23₂。

該放大器電路還包括被配置為放大第三輸入信號30的輔助放大器31(在本文中也被稱作峰化放大器)。輔助放大器31的輸出經(jīng)由輔助傳輸線路網(wǎng)絡(luò)(33₁，33₂)耦合至第一傳輸線路13的第一和第二部分13₁、13₂之間的第一交點(diǎn)17以及第二傳輸線路23的第一和第二部分23₁、23₂之間的第二交點(diǎn)27。

針對第一和第二傳輸線路13、23中每一個，第一部分和第二部分組成較高阻抗部分和較低阻抗部分，其組合長度為半波長。

此外，第一和第二傳輸線路13、23的相應(yīng)第一部分13₁、23₁的長度之和還等于半波長，而第一和第二傳輸線路13、23的相應(yīng)第二部分13₂、23₂的長度之和也等于半波長。

在圖4a的示例中，第一放大器11、第二放大器21和輔助放大器31的尺寸基本相同。

在圖4a的示例中，第一傳輸線路13包括具有電氣長度為0.21λ的第一部分13₁以及具有電氣長度為0.29λ的第二部分13₂，從而這些電氣長度之和為0.5λ。

而且，在圖4a的示例中，第一和第二傳輸線路13、23的相應(yīng)第一部分13₁、23₁的長度—即第一部分13₁的0.21λ和第一部分23₁的0.29λ—之和為半波長，而第一和第二傳輸線路13、23的相應(yīng)第二部分13₂、23₂的長度之和、即0.29λ與0.21λ之和也為半波長。

圖4b至圖4f示出了涉及圖4a的實(shí)施例的相關(guān)聯(lián)的RF電流、電壓和效率曲線。注意，在圖4d中，標(biāo)記為11₁的曲線是在0至1的標(biāo)度中的效率曲線，而曲線11₂是相同的效率曲線、但是其有所放大以助于對其特征進(jìn)行圖示。

在圖4a的實(shí)施例中，輔助傳輸線路網(wǎng)絡(luò)包括第一和第二輔助傳輸線路33₁和33₂以用于將輔助放大器31耦合至第一和第二傳輸線路13、23的第一和第二交點(diǎn)。第一和第二輔助傳輸線路33₁、33₂中每一個的長度是四分之三波長減去將該輔助傳輸線路連接至輸出的相應(yīng)傳輸線路的第二部分13₂、23₂的長度。

在圖4a的示例中，輔助傳輸線路33₁因此為0.46λ(即，0.75λ減去第一傳輸線路13的第二部分13₂的長度0.29λ)。同樣，輔助傳輸線路33₂因此為0.54λ(即，0.75λ減去第二傳輸線路23的第二部分23₂的長度0.21λ)。

在圖5a的實(shí)施例中，輔助放大器31由Chireix配對31₁、31₂替換，從而形成有效的4級放大器。

因此，在圖5a的示例中，輔助放大器31包括第一和第二輔助放大器31₁、31₂，并且其中第一輔助放大器31₁經(jīng)由第三輔助傳輸線路33₃耦合至輔助結(jié)合點(diǎn)37，并且第二輔助放大器31₂經(jīng)由第四輔助傳輸線路33₄耦合至輔助結(jié)合點(diǎn)37。第三輔助傳輸線路33₃和第四輔助傳輸線路33₄的長度之和為半波長。例如，在圖5a的實(shí)施例中，第三輔助傳輸線路33₃的長度為0.13λ而第四輔助傳輸線路33₄的長度為0.37λ，從而相加為0.5λ。

如之前的3級配置的實(shí)施例，該輔助傳輸線路網(wǎng)絡(luò)還包括第一和第二輔助傳輸線路33₁和33₂以用于將第一和第二輔助放大器31₁、31₂耦合至第一和第二傳輸線路13、23的第一和第二交點(diǎn)。第一和第二輔助傳輸線路33₁、33₂中每一個的長度是四分之三波長減去將該輔助傳輸線路連接至輸出的相應(yīng)傳輸線路的第二部分13₂、23₂的長度。

在圖5a的示例中，第一輔助傳輸線路33₁因此為0.46λ(即，0.75λ減去第一傳輸線路13的第二部分13₂的長度0.29λ)。同樣，第二輔助傳輸線路33₂因此為0.54λ(即，0.75λ減去第二傳輸線路23的第二部分23₂的長度0.21λ)。

在圖5a的示例中，第一放大器11、第二放大器21、第一輔助放大器31₁和第二輔助放大器31₂的尺寸基本相同。

Chireix配對31₁、31₂使得可能將高效率的區(qū)域擴(kuò)展至較低振幅，這對于高PAR信號而言提高了效率。

如之前圖4a中的實(shí)施例，在圖5a的示例中，該放大器電路包括被配置為放大第一輸入信號10的第一放大器11。第一放大器11的輸出經(jīng)由第一傳輸線路13耦合至輸出節(jié)點(diǎn)15。第一傳輸線路13包括具有第一特性阻抗和第一長度的第一部分13₁以及具有第二特性阻抗和第二長度的第二部分13₂。

該放大器電路還包括被配置為放大第二輸入信號20的第二放大器21。第二放大器21的輸出經(jīng)由第二傳輸線路23耦合至輸出節(jié)點(diǎn)15。第二傳輸線路23包括具有第一特性阻抗和第一長度的第一部分23₁以及具有第二特性阻抗和第二長度的第二部分23₂。

針對第一和第二傳輸線路13、23中每一個，第一部分和第二部分組成較高阻抗部分和較低阻抗部分，其組合長度為半波長。

此外，第一和第二傳輸線路13、23的相應(yīng)第一部分13₁、23₁的長度之和還等于半波長，而第一和第二傳輸線路13、23的相應(yīng)第二部分13₂、23₂的長度之和也等于半波長。

在圖5a的示例中，第一傳輸線路13包括具有電氣長度為0.21λ的第一部分13₁以及具有電氣長度為0.29λ的第二部分13₂，從而這些電氣長度之和為0.5λ。

而且，在圖5a的示例中，第一和第二傳輸線路13、23的相應(yīng)第一部分13₁、23₁的長度—即第一部分13₁的0.21λ和第一部分23₁的0.29λ—之和為半波長，而第一和第二傳輸線路13、23的相應(yīng)第二部分13₂、23₂的長度之和、即0.29λ與0.21λ之和也為半波長。

在圖5a的示例中，在使用四個相等尺寸的子放大器時能夠看到這個類型放大器的一種版本的特性。

圖5b至圖5f示出了涉及圖5a的實(shí)施例的相關(guān)聯(lián)的RF電流、電壓和效率曲線。注意，在圖5d中，標(biāo)記為11₁的曲線是在0至1的標(biāo)度中的效率曲線，而曲線11₂是相同的效率曲線，但是其有所放大以助于對其特征進(jìn)行圖示。

參考圖6a的實(shí)施例，也可以具有使用不同尺寸的Chireix配對的放大器結(jié)構(gòu)，即其中第一和第二輔助放大器31₁、31₂在尺寸上不同于第一和第二放大器11、21。

在圖6a的示例中，第一放大器11和第二放大器21的尺寸基本相同，并且其中第一輔助放大器31₁和第二輔助放大器31₂的尺寸基本相同但是小于第一和第二放大器11、21。例如，第一輔助放大器31₁和第二輔助放大器31₂的尺寸是第一和第二放大器11、21的尺寸的約80％。注意，也可以使用其他比率。

在圖6a的示例中，該放大器電路包括被配置為放大第一輸入信號10的第一放大器11。第一放大器11的輸出經(jīng)由第一傳輸線路13耦合至輸出節(jié)點(diǎn)15。第一傳輸線路13包括具有第一特性阻抗和第一長度的第一部分13₁以及具有第二特性阻抗和第二長度的第二部分13₂。

該放大器電路還包括被配置為放大第二輸入信號20的第二放大器21。第二放大器21的輸出經(jīng)由第二傳輸線路23耦合至輸出節(jié)點(diǎn)15。第二傳輸線路23包括具有第一特性阻抗和第一長度的第一部分23₁以及具有第二特性阻抗和第二長度的第二部分23₂。

針對第一和第二傳輸線路13、23中每一個，第一部分和第二部分組成較高阻抗部分和較低阻抗部分，其組合長度為半波長。

此外，第一和第二傳輸線路13、23的相應(yīng)第一部分13₁、23₁的長度之和還等于半波長，而第一和第二傳輸線路13、23的相應(yīng)第二部分13₂、23₂的長度之和也等于半波長。

在圖6a的示例中，第一傳輸線路13包括具有電氣長度為0.208λ的第一部分13₁以及具有電氣長度為0.292λ的第二部分13₂，從而這些電氣長度之和為0.5λ。

而且，在圖6a的示例中，第一和第二傳輸線路13、23的相應(yīng)第一部分13₁、23₁的長度—即第一部分13₁的0.208λ和第一部分23₁的0.292λ—之和為半波長，而第一和第二傳輸線路13、23的相應(yīng)第二部分13₂、23₂之和、即0.292λ與0.208λ之和也為半波長。

輔助傳輸線路網(wǎng)絡(luò)包括第一和第二輔助傳輸線路33₁和33₂以用于將輔助放大器31耦合至第一和第二傳輸線路13、23的第一和第二交點(diǎn)17、27。第一和第二輔助傳輸線路33₁、33₂中每一個的長度是四分之三波長減去將該輔助傳輸線路連接至輸出的相應(yīng)傳輸線路的第二部分13₂、23₂的長度。

在圖6a的示例中，輔助傳輸線路33₁因此為0.458λ(即，0.75λ減去第一傳輸線路13的第二部分13₂的長度0.292λ)。同樣，輔助傳輸線路33₂因此為0.542λ(即，0.75λ減去第二傳輸線路23的第二部分23₂的長度0.208λ)。

在圖6a的示例中，如圖5a那樣，輔助放大器31包括第一和第二輔助放大器31₁、31₂，并且其中第一輔助放大器31₁經(jīng)由第三輔助傳輸線路33₃耦合至輔助結(jié)合點(diǎn)37，并且第二輔助放大器31₂經(jīng)由第四輔助傳輸線路33₄耦合至輔助結(jié)合點(diǎn)37。在該示例中，第三輔助傳輸線路33₃和第四輔助傳輸線路33₄的長度之和為半波長，其中第三輔助傳輸線路33₃的長度為0.118λ而第四輔助傳輸線路33₄的長度為0.382λ，從而相加為0.5λ。

因此，在圖5a和6a的這些示例中，從輔助結(jié)合點(diǎn)37至輸出節(jié)點(diǎn)15的長度是“恒定的”，例如這些實(shí)施例中為0.75λ，而從Chireix配對放大器31₁和31₂至輔助結(jié)合點(diǎn)37的長度之和為0.5λ。

使用如圖6a的示例中所示的不同尺寸的配對有時候能夠針對具體信號振幅分布產(chǎn)生更高的效率。

圖6b至圖6f示出了涉及圖6a的實(shí)施例的相關(guān)聯(lián)的RF電流、電壓和效率曲線。注意，在圖6d中，標(biāo)記為11₁的曲線是在0至1中標(biāo)度中的效率曲線，而曲線11₂是相同的效率曲線，但是其有所放大以助于對其特征進(jìn)行圖示。

Chireix配對之間(即，第一和第二輔助放大器31₁/31₂和其他第一和第二放大器11/21之間)的反向尺寸關(guān)系也是可能的。在可用晶體管尺寸并未利用4等分尺寸設(shè)定來提供正確峰值功率時，不同尺寸的配對也是有用的。圖7a中示出了反向配置的一個示例，其中放大器具有與子放大器的2比1的尺寸關(guān)系。根據(jù)這個示例的放大器電路已經(jīng)針對更大的可能PAR值進(jìn)行尺寸設(shè)定。

參考圖7a，該放大器電路包括被配置為放大第一輸入信號10的第一放大器11。第一放大器11的輸出經(jīng)由第一傳輸線路13耦合至輸出節(jié)點(diǎn)15。第一傳輸線路13包括具有第一特性阻抗和第一長度的第一部分13₁以及具有第二特性阻抗和第二長度的第二部分13₂。

該放大器電路還包括被配置為放大第二輸入信號20的第二放大器21。第二放大器21的輸出經(jīng)由第二傳輸線路23耦合至輸出節(jié)點(diǎn)15。第二傳輸線路23包括具有第一特性阻抗和第一長度的第一部分23₁以及具有第二特性阻抗和第二長度的第二部分23₂。

針對第一和第二傳輸線路13、23中每一個，第一和第二部分組成較高阻抗部分和較低阻抗部分，其組合長度為半波長。

此外，第一和第二傳輸線路13、23的相應(yīng)第一部分13₁、23₁的長度之和還等于半波長，而第一和第二傳輸線路13、23的相應(yīng)第二部分13₂、23₂的長度之和也等于半波長。

在圖7a的示例中，第一傳輸線路13包括具有電氣長度為0.228λ的第一部分13₁以及具有電氣長度為0.272λ的第二部分13₂，從而這些電氣長度之和為0.5λ。

而且，在圖7a的示例中，第一和第二傳輸線路13、23的相應(yīng)第一部分13₁、23₁的長度—即第一部分13₁的0.228λ和第一部分23₁的0.272λ—之和為半波長，而第一和第二傳輸線路13、23的相應(yīng)第二部分13₂、23₂之和也為半波長，即0.272λ與0.228λ之和。

輔助傳輸線路網(wǎng)絡(luò)包括第一和第二輔助傳輸線路33₁和33₂以用于將輔助放大器31耦合至第一和第二傳輸線路13、23的第一和第二交點(diǎn)17、27。第一和第二輔助傳輸線路33₁、33₂中每一個的長度是四分之三波長減去將該輔助傳輸線路連接至輸出的相應(yīng)傳輸線路的第二部分13₂、23₂的長度。

在圖7a的示例中，輔助傳輸線路33₁因此為0.478λ(即，0.75λ減去第一傳輸線路13的第二部分13₂的長度0.272λ)。同樣，輔助傳輸線路33₂因此為0.522λ(即，0.75λ減去第二傳輸線路23的第二部分23₂的長度0.228λ)。

在圖7a的示例中，如圖5a和圖6a那樣，輔助放大器31包括第一和第二輔助放大器31₁、31₂，并且其中第一輔助放大器31₁經(jīng)由第三輔助傳輸線路33₃耦合至輔助結(jié)合點(diǎn)37，并且第二輔助放大器31₂經(jīng)由第四輔助傳輸線路33₄耦合至輔助結(jié)合點(diǎn)37。在圖7a的示例中，第三輔助傳輸線路33₃的長度為0.164λ，并且第四輔助傳輸線路33₄的長度為0.336λ。第三輔助傳輸線路33₃和第四輔助傳輸線路33₄的長度之和為半波長。

因此，根據(jù)圖7a的實(shí)施例，第一放大器11和第二放大器21的尺寸基本相同，并且其中第一輔助放大器31₁和第二輔助放大器31₂的尺寸基本相同但是大于第一和第二放大器11、21。例如，第一放大器11和第二輔助放大器21的尺寸可以為第一和第二輔助放大器31₁、31₂的尺寸的約50％。

注意，以Chireix配對(即，第一和第二輔助放大器31₁和31₂)替代單個輔助放大器31并不是將本發(fā)明實(shí)施例的放大器擴(kuò)展至更高階的僅有的可能方式。

圖8a示出了根據(jù)另一個實(shí)施例的示例，其中在類似于圖1的放大器電路中，第四放大器41直接連接(或者通過半波長線路連接)至輸出15。

在圖8a中，該放大器電路包括被配置為放大第一輸入信號10的第一放大器11。第一放大器11的輸出經(jīng)由第一傳輸線路13耦合至輸出節(jié)點(diǎn)15。第一傳輸線路13包括具有第一特性阻抗和第一長度的第一部分13₁以及具有第二特性阻抗和第二長度的第二部分13₂。

該放大器電路還包括被配置為放大第二輸入信號20的第二放大器21。第二放大器21的輸出經(jīng)由第二傳輸線路23耦合至輸出節(jié)點(diǎn)15。第二傳輸線路23包括具有第一特性阻抗和第一長度的第一部分23₁以及具有第二特性阻抗和第二長度的第二部分23₂。

該放大器電路還包括被配置為放大第三輸入信號30的輔助放大器31(在本文中也被稱作峰化放大器)。輔助放大器31的輸出經(jīng)由輔助傳輸線路網(wǎng)絡(luò)(33₁，33₂)耦合至第一傳輸線路13的第一和第二部分13₁、13₂之間的第一交點(diǎn)17以及第二傳輸線路23的第一和第二部分23₁、23₂之間的第二交點(diǎn)27。

該放大器電路還包括直接耦合(或者通過半波長線路連接)至輸出15的第四放大器41。

針對第一和第二傳輸線路13、23中每一個，第一部分和第二部分組成較高阻抗部分和較低阻抗部分，其組合長度為半波長。

此外，第一和第二傳輸線路13、23的相應(yīng)第一部分13₁、23₁的長度之和還等于半波長，而第一和第二傳輸線路13、23的相應(yīng)第二部分13₂、23₂的長度之和也等于半波長。

例如，在圖8a的示例中，第一傳輸線路13包括具有電氣長度為0.2λ的第一部分13₁以及具有電氣長度為0.3λ的第二部分13₂，從而這些電氣長度之和為0.5λ。

而且，在圖8a的示例中，第一和第二傳輸線路13、23的相應(yīng)第一部分13₁、23₁的長度—即第一部分13₁的0.2λ和第一部分23₁的0.3λ—之和為半波長，而第一和第二傳輸線路13、23的相應(yīng)第二部分13₂、23₂的長度之和、即0.3λ與0.2λ之和也為半波長。

在圖8a的實(shí)施例中，輔助傳輸線路網(wǎng)絡(luò)包括第一和第二輔助傳輸線路33₁和33₂以用于將輔助放大器31耦合至第一和第二傳輸線路13、23的第一和第二交點(diǎn)17、27。第一和第二輔助傳輸線路33₁和33₂中每一個的長度是四分之三波長減去將該輔助傳輸線路連接至輸出的相應(yīng)傳輸線路的第二部分13₂、23₂的長度。

在圖8a的示例中，輔助傳輸線路33₁因此為0.45λ(即，0.75λ減去第一傳輸線路13的第二部分13₂的長度0.3λ)。同樣，輔助傳輸線路33₂因此為0.55λ(即，0.75λ減去第二傳輸線路23的第二部分23₂的長度0.2λ)。

圖8b至圖8f示出了涉及圖8a的實(shí)施例的相關(guān)聯(lián)的RF電流、電壓和效率曲線。注意，在圖8d中，標(biāo)記為11₁的曲線是在0至1的標(biāo)度中的效率曲線，而曲線11₂是相同的效率曲線，但是其有所放大以助于對其特征進(jìn)行圖示。

注意，使用如以上在本發(fā)明實(shí)施例中描述的相同概念，可以使用另外的示例來配置四級和更高階放大器。

圖9示出了由根據(jù)本發(fā)明的另一個實(shí)施例的方法在放大器電路中執(zhí)行的步驟

該方法包括步驟：使用第一放大器11放大第一輸入信號10，并且將經(jīng)放大的第一輸入信號經(jīng)由第一傳輸線路13耦合至輸出節(jié)點(diǎn)15，第一傳輸線路13包括具有第一特性阻抗和第一長度的第一部分13₁以及具有第二特性阻抗和第二長度的第二部分13₂，步驟1001。該方法進(jìn)一步包括步驟：使用第二放大器放大第二輸入信號20，并且將經(jīng)放大的第二輸入信號經(jīng)由第二傳輸線路耦合至輸出節(jié)點(diǎn)，第二傳輸線路包括具有第一特性阻抗和第一長度的第一部分以及具有第二特性阻抗和第二長度的第二部分，步驟1003。該方法進(jìn)一步包括步驟：使用輔助放大器放大第三輸入信號30，并且將輔助放大器的輸出經(jīng)由輔助傳輸線路網(wǎng)絡(luò)耦合至第一傳輸線路的第一和第二部分之間的第一交點(diǎn)并且耦合至第二傳輸線路的第一和第二部分之間的第二交點(diǎn)，步驟1005。針對第一和第二傳輸線路中每一個，第一和第二部分組成較高阻抗部分和較低阻抗部分，其組合長度為半波長，步驟1007。第一和第二傳輸線路中的相應(yīng)第一部分的長度之和為半波長，并且第一和第二傳輸線路中的相應(yīng)第二部分的長度之和為半波長，步驟1009。

晶體管通常充當(dāng)受控RF電流源，從而根據(jù)輸出振幅的RF電流的振幅和相位(相對于輸出)的形狀還指示能夠針對輸入信號(柵極驅(qū)動電壓)執(zhí)行的所期望電壓整形。實(shí)際形狀可以考慮到晶體管中的電壓至電流轉(zhuǎn)換(跨導(dǎo))或多或少是非線性的，并且RF電壓擺動也會影響到輸出電流(特別是在接近于上限時經(jīng)由飽和而影響)。

注意，針對以上的示例實(shí)施例中所示出的所有傳輸線路，這些都能夠被諸如集中元件的組合之類的等同電路所替換。例如，四分之一波線路能夠被LC、pi或T型網(wǎng)絡(luò)所替代，這些LC、pi或T型網(wǎng)絡(luò)具有大小等于被替換的四分之一波線路的特性阻抗的電抗。也能夠使用單獨(dú)或級聯(lián)的T型網(wǎng)絡(luò)、L型網(wǎng)絡(luò)，例如比四分之一波長稍短的線路能夠由在每一側(cè)具有分流電感器(耦合至RF接地端)的四分之一波長線路所合成，而比四分之一波長更長的線路則能夠由在每一側(cè)具有分流電容器的四分之一波長線路所合成。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的3級放大器電路在上方9.5dB振幅范圍內(nèi)在所有三個放大器(子放大器)之間提供了最優(yōu)的Chireix異相，其具有優(yōu)于99.9％的線性模型效率。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的4級放大器電路在寬的振幅范圍內(nèi)而且在采用不同尺寸的子放大器配對時具有非常好的效率。

本發(fā)明的放大器電路在采用具有非常低的分流損耗的晶體管時特別適用，上述晶體管諸如處于相對低頻率的橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體(LDMOS)晶體管，或者在較高頻率下利用氮化鎵(GaN)或砷化鎵晶體管。

注意，在以上所描述的實(shí)施例中，如傳輸線路的相對厚度所表示的(厚度越小特性阻抗就越高，反之亦然)，傳輸線路的第一部分—例如13₁—的特性阻抗高于第二部分—例如13₂—的特性阻抗。第一傳輸線路的第一部分的特性阻抗可以基本為第一傳輸線路的第二部分的特性阻抗的N倍，和/或第二傳輸線路的第一部分的特性阻抗可以基本為第二傳輸線路的第二部分的特性阻抗的N倍。

應(yīng)當(dāng)注意的是，以上所提到的實(shí)施例是對本發(fā)明進(jìn)行說明而非限制，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員將能夠設(shè)計出許多備選實(shí)施例而并不背離所附權(quán)利要求的范圍。詞語“包括”并不排除存在權(quán)利要求中所列出的那些要素或步驟之外的要素或步驟，“一個”并不排除多個，并且單個處理器或其他單元可以實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求中所記載的多個單元的功能。權(quán)利要求中的附圖標(biāo)記并不應(yīng)當(dāng)被理解為對其范圍有所限制。