阅读说明：本技术 放大器 (Amplifier with a high-frequency amplifier ) 是由 堀口健一 于 2018-01-22 设计创作，主要内容包括：具有：输入分配部,其具有将输入信号进行分支的第1路径和第2路径,该第1路径的通过相位与该第2路径的通过相位不同；第1放大元件,其对输入至该第1路径的信号进行放大；第2放大元件,其对输入至该第2路径的信号进行放大；输出合成部,其利用传输该第1放大元件的输出的第3路径和传输该第2放大元件的输出的第4路径将该第1放大元件和该第2放大元件的输出合成,该第3路径和该第4路径的通过相位不同；以及电磁耦合部,其使通过该输入分配部而输入至该第1放大元件和该第2放大元件的2个信号、或从该第1放大元件和该第2放大元件输出而输入至该输出合成部的2个信号电磁耦合。(Comprising: an input distributor having a 1 st path and a 2 nd path for branching an input signal, a passing phase of the 1 st path being different from a passing phase of the 2 nd path; a 1 st amplification element that amplifies a signal input to the 1 st path; a 2 nd amplification element that amplifies a signal input to the 2 nd path; an output combining section that combines outputs of the 1 st amplification element and the 2 nd amplification element by a 3 rd path that transmits an output of the 1 st amplification element and a 4 th path that transmits an output of the 2 nd amplification element, the 3 rd path and the 4 th path having different passing phases; and an electromagnetic coupling unit that electromagnetically couples 2 signals input to the 1 st and 2 nd amplification elements through the input distribution unit or 2 signals output from the 1 st and 2 nd amplification elements and input to the output combining unit.)

放大器

技术领域

本发明涉及放大器。

背景技术

伴随通信容量的增大，就无线通信而言，需要对频带更宽的信号或者跨多个频段的信号进行放大。另外，根据使散热设备小型化、或降低运行成本的要求，就无线用发射器而言，要求消耗电力的削减。因此，就高频放大器而言，在宽的频率范围内实现高效率是重要的。

在专利文献1中公开了高频放大器。在专利文献1中公开了如下技术，即，在将输入信号分支至2个路径而各自放大后进行合成的放大器中，在放大器与输出合成电路之间夹着90度混合器电路。由此，创建相对于输入信号的基波而开路、相对于2次谐波而短路的输出匹配，实现放大器的高效化。

专利文献1：日本特开平11-112252号公报

发明内容

就现有的高频放大器而言，根据包含半导体的电路的频率特性，得到高的效率的频带被限定得窄，无法遍及宽的频带而实现高的效率。

本发明就是为了解决上述问题而提出的，其目的在于提供在将输入信号分支至2个路径而各自放大后进行合成、输出的结构中，遍及宽的频带而高效地进行动作的放大器。

本发明涉及的放大器的特征在于，具有：输入分配部，其具有将输入信号进行分支的第1路径和第2路径，该第1路径的通过相位与该第2路径的通过相位不同；第1放大元件，其对输入至该第1路径的信号进行放大；第2放大元件，其对输入至该第2路径的信号进行放大；输出合成部，其利用传输该第1放大元件的输出的第3路径和传输该第2放大元件的输出的第4路径将该第1放大元件和该第2放大元件的输出合成，该第3路径与该第4路径的通过相位不同；以及

电磁耦合部，其使通过该输入分配部而输入至该第1放大元件和该第2放大元件的2个信号、或从该第1放大元件和该第2放大元件输出而输入至该输出合成部的2个信号电磁耦合。

本发明的其它特征在以下得以明确。

发明的效果

根据本发明，通过使分支后的2个信号电磁耦合，从而能够提供遍及宽的频带而高效地进行动作的放大器。

附图说明

图1是实施方式1涉及的放大器的结构图。

图2是变形例涉及的放大器的结构图。

图3是表示漏极效率的频率特性的图。

图4是实施方式2涉及的放大器的结构图。

图5是实施方式3涉及的放大器的结构图。

图6是表示耦合量的决定方法的图。

图7是实施方式4涉及的放大器的结构图。

图8是半导体封装件的俯视图。

图9是实施方式5涉及的放大器的结构图。

图10是半导体封装件的俯视图。

图11是变形例涉及的半导体封装件的俯视图。

图12是实施方式6涉及的放大器的结构图。

图13是半导体封装件的俯视图。

图14是对比例的放大器的结构图。

具体实施方式

参照附图，对实施方式涉及的放大器进行说明。对相同或相应的结构要素标注相同的标号，有时省略重复说明。

实施方式1.

图1是实施方式1涉及的放大器的结构图。在输入端子10连接有输入分配部12。输入分配部12例如具有90度混合器电路。输入分配部12具有将输入信号分支的第1路径和第2路径。第1路径是从输入端子10朝向第1放大元件16的路径。第2路径是从输入端子10朝向第2放大元件18的路径。第1路径的通过相位与第2路径的通过相位不同。

在输入分配部12连接有电磁耦合部14。电磁耦合部14设置于输入分配部12与第1放大元件16及第2放大元件18之间。图1示出使用耦合电路作为电磁耦合部14的情况。电磁耦合部14具有第1部分14a和接近第1部分14a的第2部分14b。将通过第2部分14b的信号叠加于通过第1部分14a的信号，将通过第1部分14a的信号叠加于通过第2部分14b的信号。

在电磁耦合部14连接有第1放大元件16和第2放大元件18。输入至第1路径的信号经由电磁耦合部14被第1放大元件16放大，输入至第2路径的信号经由电磁耦合部14被第2放大元件18放大。

在第1放大元件16和第2放大元件18的输出连接有电磁耦合部20。电磁耦合部20设置于第1放大元件16及第2放大元件18与输出合成部22之间。图1示出使用耦合电路作为电磁耦合部20的情况。电磁耦合部20具有第3部分20a和接近第3部分20a的第4部分20b。将通过第4部分20b的信号叠加于通过第3部分20a的信号，将通过第3部分20a的信号叠加于通过第4部分20b的信号。

在电磁耦合部20的输出连接有输出合成部22。输出合成部22例如具有90度混合器电路。输出合成部22具有对第1放大元件16的输出进行传输的第3路径和对第2放大元件18的输出进行传输的第4路径。第3路径的通过相位与第4路径的通过相位不同。第3路径和第4路径相连，由此将第1放大元件16与第2放大元件18的输出进行合成。通过输出合成部22的信号被输出至输出端子24。

对以上述方式构成的放大器的信号的传输进行说明。输入至输入端子10的信号通过输入分配部12而分支至第1路径和第2路径，从第1路径输出相位滞后90度的信号，从第2路径输出相位滞后180度的信号。向第1路径输入的信号在电磁耦合部14中传输，被第1放大元件16放大，向第2路径输入的信号在电磁耦合部14中传输，被第2放大元件18放大。在电磁耦合部14中，信号的一部分从第1部分14a向第2部分14b泄露，信号的一部分从第2部分14b向第1部分14a泄露。

被第1放大元件16放大后的信号在电磁耦合部20中传输而输入至输出合成部22，被第2放大元件18放大后的信号在电磁耦合部20中传输而输入至输出合成部22。在电磁耦合部20中，信号的一部分从第3部分20a向第4部分20b泄露，信号的一部分从第4部分20b向第3部分20a泄露。并且，从第3部分20a向输出合成部22的输出端输出相位滞后180度的信号，从第4部分20b向输出合成部22的输出端输出相位滞后90度的信号。这些信号被合成，从输出端子24输出。

就本实施方式的放大器而言，由于电磁耦合部14的效果，流过第1部分14a的信号和从第2部分14b向第1部分14a泄露来的信号这两个信号成分输入至第1放大元件16。由于以90度混合器构成的输入分配部12的输入输出端口间的通过相位的不同，从第2部分14b泄露而输入至第1放大元件16的成分即耦合成分的通过相位与从第1部分14a输入至第1放大元件16的成分即通过成分的通过相位相比，相位相对地滞后。这是因为第2路径的通过相位比第1路径的通过相位大。

同样地，流过第2部分14b的信号和从第1部分14a向第2部分14b泄露来的信号这两个信号成分输入至第2放大元件18。由于以90度混合器构成的输入分配部12的输入输出端口间的通过相位的不同，从第1部分14a泄露而输入至第2放大元件18的成分即耦合成分的通过相位与从第2部分14b输入至第2放大元件18的成分即通过成分的通过相位相比，相位相对地超前。这是因为第2路径的通过相位比第1路径的通过相位大。

即，在第1放大元件16和第2放大元件18的输入端，通过成分与耦合成分的相对性的相位关系各自不同。即使在放大器的输入侧阻抗匹配由于频率的不同而发生变化，由此带来的影响在第1放大元件16和第2放大元件18中也是不同的。因此，作为放大器整体，能够实现宽频带的特性。

实际上，在2个路径间信号耦合时，可能存在一定的相位变化。但是，该相位变化在从第1部分14a向第2部分14b的耦合和从第2部分14b向第1部分14a的耦合时同等地发生。因此，以下结论是不变的，即，在第1放大元件16的输入端通过成分与耦合成分的相对性的相位关系不同，在第2放大元件18的输入端通过成分与耦合成分的相对性的相位关系不同。

相同的现象也发生在电磁耦合部20与输出合成部22之间。在输出合成部22的一个输入端，通过成分与耦合成分的所设想的相位关系不同，在另一个输入端，通过成分与耦合成分的所设想的相位关系也不同。因此，即使在放大器的输出侧阻抗匹配由于频率的不同而发生变化，由此带来的影响在第1放大元件16和第2放大元件18中也是不同的。因此，作为放大器整体，能够实现宽频带的特性。

通过提供从第3路径起至输出端为止的通过相位比从第4路径起至输出端为止的通过相位大的输出合成部22，从而能够从输出端子24输出实质上相位一致的信号。

图2是变形例涉及的放大器的结构图。输入分配部12具有电力分配器30和相位线路34。相位线路34例如能够设为作为90度移相器起作用的90度线路。输入分配部12在第2路径具有相位线路34。输出合成部22具有相位线路36和电力合成器38。相位线路36例如能够设为作为90度移相器起作用的90度线路。输出合成部22在第3路径具有相位线路36。

根据图2所示的放大器，能够得到与上述图1所示的放大器相同的动作及效果。也可以将图1的输入分配部12置换为图2的输入分配部12，也可以将图1的输出合成部22置换为图2的输出合成部22。

图3是表示放大器漏极效率的频率特性的模拟结果的图。在图3中，实线示出关于本实施方式的放大器的模拟结果，虚线示出关于对比例的放大器的模拟结果。对比例的放大器例如是图14所示的放大器。对比例的放大器是如下放大器，即，由电力分配器90分支为2个的信号被第1放大元件16和第2放大元件18放大，通过90度混合器92和电力合成器94从输出端子24输出。就这样的对比例的放大器而言，能够在特定的频率下得到高的漏极效率，但表现出高的漏极效率的频带窄。与此相对，在由图3的实线所示的本实施方式的情况下，与对比例相比，漏极效率的最大值稍微下降，但与对比例相比，能够相比于对比例而将表现出一定漏极效率的带宽扩大。例如，就表现出大于或等于50％的漏极效率的带宽而言，本实施方式比对比例宽。

实施方式1涉及的放大器能够在不丧失其特征的范围进行各种变形。电磁耦合部14可以采用使通过输入分配部12而输入至第1放大元件16和第2放大元件18的2个信号电磁耦合的各种结构。另外，电磁耦合部20可以采用使从第1放大元件16和第2放大元件18输出而输入至输出合成部22的2个信号电磁耦合的各种结构。在本实施方式中，设置了2个电磁耦合部14、20。但是，也可以省略电磁耦合部14、20中的一者，即使在这种情况下，作为放大器整体也能够实现宽频带的特性。

实施方式2.

图4是实施方式2涉及的放大器的结构图。输入分配部12在第2路径具有相位线路34，输出合成部22在第3路径具有相位线路36。相位线路34、36能够设为90度线路。输入至输入端子10的信号由输入分配部12分支至第1路径和第2路径，通过第1路径的信号被原样地输出，通过第2路径的信号经由相位线路34而输出。

输入至第1路径的信号在电磁耦合部14中传输，被第1放大元件16放大，输入至第2路径的信号在电磁耦合部14中传输，被第2放大元件18放大。被第1放大元件16放大后的信号在电磁耦合部20中传输而输入至第3路径的相位线路36之后，与被第2放大元件18放大、在电磁耦合部20中传输而通过第4路径的信号合成，从输出端子24输出。

根据实施方式2涉及的放大器，通过与实施方式1同样地设置电磁耦合部14、20，从而能够提供遍及宽的频带而高效地进行动作的放大器。也可以省略电磁耦合部14、20中的任一者。

实施方式3.

图5是实施方式3涉及的放大器的结构图。在输入分配部12的第1路径与第1放大元件16之间设置有第1输入匹配电路42。在输入分配部12的第2路径与第2放大元件18之间设置有第2输入匹配电路43。在第1放大元件16与输出合成部22的第3路径之间设置有第1输出匹配电路44。在第2放大元件18与输出合成部22的第4路径之间设置有第2输出匹配电路45。第1输入匹配电路42和第2输入匹配电路43相邻，第1输出匹配电路44和第2输出匹配电路45相邻。

第1输入匹配电路42的一部分和第2输入匹配电路43的一部分以不夹着GND图案的方式相对，由此设置耦合量大于或等于-20dB而小于或等于-3dB的部分，将该部分作为电磁耦合部。具体地说，在第1输入匹配电路42与第2输入匹配电路43最接近的部位不夹着GND图案，在相对的2个输入匹配电路之间高频信号在空间上进行电磁场耦合，由此输入匹配电路之间的耦合量成为大于或等于-20dB而小于或等于-3dB。因此，能够说是电磁耦合部设置于第1输入匹配电路42和第2输入匹配电路43。

第1输出匹配电路44的一部分和第2输出匹配电路45的一部分以不夹着GND图案的方式相对，由此设置耦合量大于或等于-20d而小于或等于-3dB的部分，将该部分作为电磁耦合部。具体地说，在第1输出匹配电路44与第2输出匹配电路45最接近的部位不夹着GND图案，在相对的2个输出匹配电路之间高频信号在空间上进行电磁场耦合，由此输出匹配电路之间的耦合量成为大于或等于-20dB而小于或等于-3dB。因此，能够说是电磁耦合部也设置于第1输出匹配电路44和第2输出匹配电路45。

输入分配部12的结构不特别限定，但采用在第2路径具有相位线路34的结构。输出合成部22的结构不特别限定，但采用在第3路径具有相位线路36的结构。

图6示出在输入匹配电路之间产生的耦合量的定义。2个匹配电路之间的耦合量通过如下参数定义，即，在使匹配电路的输入输出端子以实际电路的阻抗Z1、Z2、Z3、Z4终止的状态下，一个匹配电路的输入端口与另一个匹配电路的输出端口之间的通过特性。在图6所示的例子中，事先通过实测或者模拟而求出图5所示的电路的从第1输入匹配电路42向第1放大元件16的方向观察的阻抗Z2、以及从第2输入匹配电路43向第2放大元件18的方向观察的阻抗Z4，将该值用作输出端口52、53的终端阻抗。同样地，在图5所示的电路中，通过实测或模拟而求出从第1输入匹配电路42观察输入侧的阻抗Z1、以及从第2输入匹配电路43观察输入侧的阻抗Z3，将该值用作图6的输入端口50、51的终端阻抗。

在测定时，例如取代终端阻抗Z1、Z4而将网络分析仪等测定器与输入端口50以及输出端口53进行连接，测量其之间的S参数。将测量出的S参数读入至电路模拟器，在使输入端口50、51以及输出端口52、53以阻抗Z1、Z3以及阻抗Z2、Z4终止的状态下，通过模拟器计算输入端口50与输出端口53的路径间的通过特性，计算耦合量。考虑到测定误差或近似表示复阻抗时的误差，如果反射误差即回波损耗在-10dB以内，则终端阻抗Z1、Z2、Z3、Z4的再现精度是有效的。在图6中，以输入匹配电路为例进行了说明，但在输出匹配电路的情况下也以同样的方法求出耦合量。

在本实施方式中，通过第1路径而行进至第1输入匹配电路42的信号与经由第2路径的相位线路34而行进至第2输入匹配电路43的信号电磁耦合。另外，通过第1放大元件16而行进至第1输出匹配电路44的信号与通过第2放大元件18而行进至第2输出匹配电路45的信号电磁耦合。由此，能够提供遍及宽的频带而高效地进行动作的放大器。

在本实施方式中，对在放大元件的输入匹配电路和输出匹配电路这两者存在电磁耦合的情况进行了说明，但也可以仅对其中一者提供有效的电磁耦合。

实施方式4.

图7是实施方式4涉及的放大器的结构图。该放大器具有安装第1放大元件16和第2放大元件18的半导体封装件60。图8是半导体封装件60的俯视图。半导体封装件60具有第1输入引线L1、第2输入引线L2、第1输出引线L3、第2输出引线L4、固定这些引线的框体62以及GND图案63。第1输入引线L1、第2输入引线L2、第1输出引线L3以及第2输出引线L4是封装引线。

半导体封装件60还具有第1输入导线W1、第2输入导线W2、第1输出导线W3以及第2输出导线W4。第1输入导线W1将第1输入引线L1与第1放大元件16连接。第2输入导线W2将第2输入引线L2与第2放大元件18连接。第1输出导线W3将第1输出引线L3与第1放大元件16连接。第2输出导线W4将第2输出引线L4与第2放大元件18连接。

第1放大元件16和第2放大元件18由不同的芯片构成。第1放大元件16和第2放大元件18例如是晶体管芯片。第1输入导线W1与第1输入引线L1的第2输入引线L2侧连接，第2输入导线W2与第2输入引线L2的第1输入引线L1侧连接。由此，使第1输入导线W1和第2输入导线W2接近，将第1输入导线W1和第2输入导线W2作为放大元件的输入侧的电磁耦合部。例如，第1输入导线W1与第2输入导线W2的距离能够设为小于或等于2mm，或者小于或等于信号频带的中心频率的1/100波长。

第1输出导线W3与第1输出引线L3的第2输出引线L4侧连接，第2输出导线W4与第2输出引线L4的第1输出引线L3侧连接。由此，使第1输出导线W3和第2输出导线W4接近，将第1输出导线W3和第2输出导线W4作为放大元件的输出侧的电磁耦合部。例如，第1输出导线W3与第2输出导线W4的距离能够设为小于或等于2mm，或小于或等于信号频带的中心频率的1/100波长。

例如，以第1放大元件16的中心线比第1输入引线L1和第1输出引线L3的中心线靠内侧的方式配置第1放大元件16，以第2放大元件18的中心线比第2输入引线L2和第2输出引线L4的中心线靠内侧的方式配置第2放大元件18。各引线的中心线定义为各引线的伸出至框体62外侧的部分的中心线。这样，能够使第1输入导线W1和第2输入导线W2接近，使第1输出导线W3和第2输出导线W4接近。

对实施方式4涉及的放大器的信号的传输进行说明。从输入分配部12的第1路径起在第1输入匹配电路42中传输的信号经由第1输入引线L1和第1输入导线W1而被第1放大元件16放大。另外，从输入分配部12的第2路径起在第2输入匹配电路43中传输的信号经由第2输入引线L2和第2输入导线W2而被第2放大元件18放大。被第1放大元件16放大后的信号经由第1输出导线W3和第1输出引线L3而输入至由例如90度线路构成的相位线路36，与被第2放大元件18放大、经由第2输出导线W4和第2输出引线L4而输出的信号进行合成、输出。

在本实施方式中，使第1输入导线W1和第2输入导线W2接近而使它们作为电磁耦合部起作用，使第1输出导线W3和第2输出导线W4接近而使它们作为电磁耦合部起作用。由此，能够实现放大器的宽频带化。也可以省略2个电磁耦合部中的一者。此外，在实施方式4中，由半导体封装件60的导线形成电磁耦合部，因而不需要在匹配电路中形成电磁耦合部。

实施方式5.

图9是实施方式5涉及的放大器的结构图。第1输入匹配电路42具有第1外部匹配电路42a和第1预匹配电路42b。第2输入匹配电路43具有第2外部匹配电路43a和第2预匹配电路43b。第1预匹配电路42b和第2预匹配电路43b是作为半导体封装件60的一部分而设置的。

图10是图9的半导体封装件60的俯视图。半导体封装件60具有第1输入引线L1、第2输入引线L2、第1输出引线L3、第2输出引线L4、固定这些引线的框体62以及GND图案63。第1输入引线L1、第2输入引线L2、第1输出引线L3以及第2输出引线L4是封装引线。

半导体封装件60还具有第1预匹配电路42b、第2预匹配电路43b、第1连接导线W5、第1输入导线W1、第1输出导线W3、第2连接导线W6、第2输入导线W2以及第2输出导线W4。第1预匹配电路42b和第2预匹配电路43b由不同的芯片构成。

第1连接导线W5将第1输入引线L1与第1预匹配电路42b连接。第1输入导线W1将第1预匹配电路42b与第1放大元件16连接。第1输出导线W3将第1输出引线L3与第1放大元件16连接。第2连接导线W6将第2输入引线L2与第2预匹配电路43b连接。第2输入导线W2将第2预匹配电路43b与第2放大元件18连接。第2输出导线W4将第2输出引线L4与第2放大元件18连接。

第1放大元件16和第2放大元件18由不同的芯片构成。将第1连接导线W5连接至第1输入引线L1的第2输入引线L2侧，将第2连接导线W6连接至第2输入引线L2的第1输入引线L1侧。由此，使第1连接导线W5和第2连接导线W6接近，将第1连接导线W5和第2连接导线W6作为电磁耦合部。

例如，以第1预匹配电路42b的中心线比第1输入引线L1和第1输出引线L3的中心线靠内侧的方式配置第1预匹配电路42b。并且，以第2预匹配电路43b的中心线比第2输入引线L2和第2输出引线L4的中心线靠内侧的方式配置第2预匹配电路43b。各引线的中心线定义为各引线的伸出至框体62外侧的部分的中心线。这样，能够使第1连接导线W5和第2连接导线W6接近。

在本实施方式中，使第1连接导线W5和第2连接导线W6接近，使它们作为电磁耦合部起作用。由此，能够实现放大器的宽频带化。在实施方式5中，由半导体封装件60的导线形成电磁耦合部，因而不需要在输入匹配电路中形成电磁耦合部。为了在第1放大元件16和第2放大元件18的输出侧也设置电磁耦合部，能够设置在到此为止的实施方式中说明过的任意电磁耦合部。

图11是变形例涉及的半导体封装件的俯视图。第1预匹配电路和第2预匹配电路形成于1个芯片49。即，将图10的第1预匹配电路42b和第2预匹配电路43b进行了一体化。该结构适用于使第1连接导线W5和第2连接导线W6进一步接近。

实施方式6.

图12是实施方式6涉及的放大器的结构图。该放大器是将在实施方式5中说明过的将与预匹配电路连接的导线作为电磁耦合部这一特征应用于放大元件的输出侧。第1输出匹配电路44具有第1外部匹配电路44a和第1预匹配电路44b。第2输出匹配电路45具有第2外部匹配电路45a和第2预匹配电路45b。第1预匹配电路44b和第2预匹配电路45b是作为半导体封装件60的一部分而设置的。

图13是图12的半导体封装件60的俯视图。半导体封装件60具有第1预匹配电路44b、第2预匹配电路45b、第1连接导线W5、第1输入导线W1、第1输出导线W3、第2连接导线W6、第2输入导线W2以及第2输出导线W4。第1预匹配电路44b和第2预匹配电路45b由不同的芯片构成。

如图13所示的这样，第1输入导线W1将第1输入引线L1与第1放大元件16连接。第2输入导线W2将第2输入引线L2与第2放大元件18连接。第1输出导线W3将第1放大元件16与第1预匹配电路44b连接。第1连接导线W5将第1预匹配电路44b与第1输出引线L3连接。第2输出导线W4将第2放大元件18与第2预匹配电路45b连接。第2连接导线W6将第2预匹配电路45b与第2输出引线L4连接。

通过将第1连接导线W5连接至第1输出引线L3的第2输出引线L4侧，将第2连接导线W6连接至第2输出引线L4的第1输出引线L3侧，从而能够将第1连接导线W5和第2连接导线W6作为电磁耦合部。也可以将上述的中心线的讨论应用于该结构。此外，也可以使第1预匹配电路44b和第2预匹配电路45b形成于不同的芯片，也可以如图11的芯片49那样形成于1个芯片。

上述各实施方式涉及的放大器能够用作在无线通信用发射器中对宽频带的无线信号进行放大、或者对跨多个频段的信号进行放大的高频放大器。

标号的说明

10输入端子，12输入分配部，14、20电磁耦合部，16第1放大元件，18第2放大元件