功率分流/合并电路、大功率放大器和平衡不平衡转换电路

具体实施方式

从以下参照说明本发明实施例的附图给出对本发明的描述。

(实施例1)

图1示出根据本发明的第一实施例的大功率放大器的结构。参照图1，标号101、102表示平衡不平衡转换器，标号103、104表示具有相同特性的功率放大器，标号105表示输出功率为功率放大器103或104输出功率两倍的功率放大器，标号106表示输入端，标号107表示输出端。

在这一结构中，参照图2A至2C将详细描述本发明所采用的平衡不平衡转换器。图2A是表明由电介质多层板所形成的平衡不平衡转换器的截面图，图2B是表明每个导体图案层上导体图案的视图，图2C是说明平衡不平衡转换器工作情况的图。

参考图2A，标号201至203表示第一至第三导体图案层，标号204、205表示第一和第二电介质层。参考图2B，上图示出第一导体图案层201，中图示出第二导体图案层202，下图示出第三导体图案层203。标号206表示设置在第二导体图案层202上的向其输入信号的输入端。标号207表示与输入端连接的主线。在主线的另一端，形成第一通孔212。标号208表示设置在第一导体图案层201上的第一耦合线。标号209表示设置在第三导体图案层203上的第二耦合线。主线和耦合线形成在处于相互面对面关系并产生电磁耦合的位置上。标号210表示设置在第一导体图案层201上的第一接地导体，标号211表示设置在第三导体图案层203上的第二接地导体。接地导体210、211分别与耦合线208、209连接。标号212表示在主线207的另一端上形成的第一通孔，标号213表示在第二耦合线209的另一端上形成的第二通孔。标号214表示在第一导体图案层201上形成的与第一通孔连接的同相输出端。标号215表示在第一导体图案层201上第一耦合线的另一端形成的第一反相输出端。标号216表示在第一导体图案层201上形成的并与第二通孔213连接的第二反相输出端。参考图2C，标号217表示输入端，标号218表示主线，标号219、220分别表示第一和第二耦合线。标号221表示同相输出端，标号222、223分别表示第一和第二反相输出端。

参考图2C，从输入端217输入的射频信号按功率分流并传送到第一耦合线210和第二耦合线220，它们按一定的耦合程度相耦合。通过让第一和第二耦合线的输入端接地，第一和第二反相输出端的输出信号与输入信号位相相差180耦合程度是根据电介质的介电常数和厚度和主线和耦合线的宽度确定的。在本实施例中，在实施例的输入和输出端上采用具有上述结构并能够从一个输入获得一个同相输出和两个反相输出的平衡不平衡转换器。因此，在本实施例的大功率放大器中的元件数目可以少于图2D所示的传统大功率放大器的元件数目。它包括两个功率分流器电路和四个平衡不平衡转换器，由此可以使功率放大器的电路更小。

(实施例2)

图3示出根据本发明的第二实施例的大功率放大器的结构。参考图3，标号301、302表示4路功率分流器，标号303表示第一实施例中所述的大功率放大器，标号304表示输入端，标号305表示输出端。

在这一结构中，下面将参考图4A至4C详细描述本发明采用的4路功率分流器。图4A是表明由电介质多层板形成的4路功率分流器的截面图。图4B是表明多层板上各导体图案层的导体图案图。图4C是4路分流器的电路图。参考图4A，标号401至403表示第一至第三导体图案层，标号404、405表示第一和第二电介质层。参考图4B，标号406表示输入端，标号407至410表示第一至第四四分之一波长线，标号411至414表示第一至第四隔离电阻，标号415表示第一通孔，标号416表示公共端，标号417至419表示第二至第四通孔，标号420表示屏蔽导体，标号421至424表示第一至第四分流输出端。参考图4C，标号425表示输入端，标号426表示四分之一波长线，标号427表示隔离电阻，标号428表示分流输出端。

此外，标号407a表示第一四分之一波长线407的远离输入端406的一端。标号408a表示第二四分之一波长线408的远离输入端406的一端。标号429a表示第一输出线，标号429b表示第二输出线。

此外，标号409a表示第三四分之一波长线409的一端，设置在与第一通孔415相反一侧。标号410a表示第四四分之一波长线410的一端，设置在与第一通孔415相反一侧。标号430a表示第三输出线，标号430b表示第四输出线。

以下将描述通过采用如图4A所示的三层电介质板实现如图4C所示的非平面威尔金森4路功率分流器的方法。

参考图4B将描述如图4A所示的第一至第三导体图案层。从输入端406输入的信号被分流并传送到第一四分之一波长线407和第二四分之一波长线408，二者具有相同的特性阻抗，通过第一通孔415还被分流和传送到第三四分之一波长线409和第四四分之一波长线410。此外，四分之一波长线407至410的另一端分别借助第一至第四隔离电阻411至414与公共端416-a和公共端416-b连接，公共端416-b通过第二通孔417与公共端416-a连接。这些分流输出从第一至第四分流输出端421至424传送出去。

此外，在第一导体图案层410与第三导体图案层403之间的第二导体图案层402上设置了环绕通孔挖空的屏蔽导体420，防止第一导体图案层401与第三导体图案层403之间信号干扰。采用具有上述结构的4路分流器和第一实施例中公开的平衡不平衡转换器在同一电介质多层板上形成大功率放大器。因此，本发明实施例的大功率放大器中元件数目可以比包括两个8路分流器电路(14个2路功率分流器)和16个平衡不平衡的传统大功率放大器中元件数目少，因此电路能够做得更小。此外，由于4路分流和4路合并是一次进行的，可以减少损失，提高功率放大器的效率。

上述第二实施例中采用的功率放大器是4路功率分流器型的。然而，通过增加电介质板的层数，能够获得4路或更多路分流。例如，图5示出由五层电介质板形成的6路功率分流器电路。

参考图5，标号451表示输入端，标号452至457表示第一至第六四分之一波长线，标号458至463表示第一至第六隔离电阻，标号464表示第一通孔，标号465-a、465-b表示公共端，标号466至472表示第二至第八通孔，标号473、474表示第一和第二屏蔽导体，标号475至480表示第一至第六分流输出端。

采用这一结构，与第二实施例的4路功率分流电路中恰好一样，从输入端451输入的信号被分流并经第一通孔464传送到六个四分之一线452至457。此外，四分之一线452至457的另一端分别通过第一至第六隔离电阻458至463与公共端465-a和公共端465-b连接，公共端465-b经第二通孔466与公共端465-a连接。第三导体图案层的隔离电阻460、461分别经第三和第四通孔467、468引至第一导体图案层并与公共端465-a连接。尽管在以上描述中第三和第四隔离电阻460、461被引至第一导体图案层，但是当把这些电阻引至第五导体图案层并与公共端465-b连接时可获得同样的电路。

此外，通过对这一结构进行扩展，能够形成特定分流数目的功率分流器。采用这种结构，与采用第二实施例的4路功率分流器电路的情况一样，能够使分流数目较大的大功率放大器做得更小，减少元件数目，由此能够进一步提高功率放大器的效率。

如上所述，在本发明的大功率放大器中，功率分流器电路及其平衡不平衡转换器是在电介质多层板上形成的，因此，提供了能够减少元件数目和使电路做得很小的优点，而不象传统的功率分流器电路和平衡不平衡转换器那样尺寸较大。

根据上述本发明高输出放大器电路的分流器(合并器)和平衡不平衡转换器以及传统的大输出放大器电路是相互独立形成的。

然而，需要具体实施的是具有分流器(合并器)功能的平衡不平衡转换器电路，而不是独立形成。

(实施例3)

图6示出根据本发明第三实施例的平衡不平衡转换器的结构。参考图6，标号1010、1020表示第一和第二电介质层，标号1030表示输入线，标号1040表示主线，标号1050、1060表示第一和第二耦合线，标号1070、1080表示第一和第二输出线对，标号1090、1100表示第一和第二通孔，标号1110至1130表示第一至第三接地导体。假设：第一至第三接地导体1110至1130经通孔或类似物(未示出)已经相互电连接。在上述电极和线路中，设置在同一平面上的电极和线路形成每一层，这些层对应于本发明的导体图案层。这些导体图案层与第一和第二电介质层交替层叠，形成本发明的多层。

下面将描述具有上述结构的平衡不平衡转换器的工作情况。

当射频信号输入到输入线1030时，在主线1040与第一耦合线1050之间以及主线1040与第二耦合线1060之间产生电磁耦合，第一和第二耦合线1050、1060设置在主线1040附近。当二者的耦合程度相同时，射频信号被等量地分流并传送到第一和第二耦合线1050、1060。分流信号被进一步分流成两个相等的信号，这两个信号被传送到分别与第一耦合线1050两端连接的第一输出线对1070的两条线上。两个信号间相位相互相差180度。以同样的方式，两个等量的相互间相位相差180度的分流射频信号也被传送到分别与第二耦合线1060两端连接的第二输出线对1080的两条线上。换句话说，如图6所示的平衡不平衡转换器电路具有2路功率分流器的功能以及平衡不平衡转换器的功能。此外，主线1040与第一和第二耦合线1050、1060之间的耦合程度是根据主线1040与第一和第二耦合线1050、1060之间第一电介质层的介电常数和厚度以及主线1040和第一和第二耦合线1050、1060的宽度确定的。

采用如图6所示的结构，同分流器(合并器)和平衡不平衡转换器相互单独形成的结构相比，能够进一步使电路做得小得多。

在本发明的上述实施例中采用两条耦合线，根据本发明的平衡不平衡转换器具有2路分流的功能，对此已作说明。然而，除了这些结构以外，也可以采用具有三条或更多条耦合线和N路分流功能的平衡不平衡转换器电路。

此外，已经说明，根据本发明的本实施例的两条耦合线是在同一导体图案层上形成的。然而，除了这种结构外，两条耦合线可以分别在形成有主线的导体图案层之外的不同导体图案层上形成。

另外，已经说明，根据本发明的本实施例的主线仅仅在一个导体图案层上形成。然而，主线也可以在多个导体图案层上形成。

再有，已经说明，主线与两条耦合线中一条耦合线之间的耦合程度同主线与另一条耦合线之间的耦合程度相同。然而，可以采用不同的耦合程度来形成具有非对称分流功能的平衡不平衡转换器。

(实施例4)

接着，将参考附图说明本发明的第四实施例。图7示出根据本发明第四实施例的平衡不平衡转换器。参考图7，标号2010至2040表示第一至第四电介质层，标号2050表示输入线，标号2060、2070表示第一和第二主线部分，标号2080、2090表示第一和第二耦合线，标号2100、2110表示第一和第二输出线对，标号2120至2160表示第一至第五通孔，标号2170至2210表示第二至第五接地导体。第一至第五接地导体2170至2210应当经通孔或类似物(未示出)相互电连接。在上述电极和线路中，设置在同一平面上的电极和线路形成每一层，这些层对应于本发明的导体图案层。这些导体图案层与第一至第四电介质层2010至2040交替层叠，形成本发明的多层。此外，第一和第二主线部分2060、2070和用于连接第一和第二主线部分的第二通孔2130形成本发明的主线。第一主线部分2060与第一耦合线2080之间的耦合程度应当同第二主线部分2070与第二耦合线2090之间的耦合程度相同。

具有上述结构的平衡不平衡转换器的工作情况与第三实施例的情况相同。

采用如图7所示的结构，平衡不平衡转换器的安装面积可以比第一和第二耦合线形成在同一平面上的第三实施例的平衡不平衡转换器电路更小。

在本发明的上述实施例中采用两条耦合线，根据本发明的平衡不平衡转换器具有2路分流的功能，对此已作说明。然而，除了这些结构以外，也可以采用具有三条或更多条耦合线和N路分流功能的平衡不平衡转换器电路。在这种情况下，可以把多个主线部分设置在同一个导体图案层上，其中多个主线部分在该导体图案层上可以不直接相互连接。

此外，在本发明的上述实施例中，已经说明在一个导体图案层上仅形成一条耦合线。然而，除了这种结构外，在一个导体图案层上可以形成两条或更多条耦合线。

另外，在上述实施例中已经说明，主线部分和耦合线全都形成在不同导体图案层上。然而，可以将相互不耦合的主线部分和耦合线形成在同一导体图案层上。采用这一结构，可以减少相互层叠的电介质层的数目和导体图案层的数目。

再有，已经说明，两个主线部分中一个主线部分与两条耦合线中一条耦合线之间的耦合程度同另一主线部分与另一条耦合线之间的耦合程度相同。然而，可以采用不同的耦合程度来形成具有非对称分流功能的平衡不平衡转换器。

(实施例5)

接着，将参考附图说明本发明的第五实施例。图8示出根据本发明第五实施例的平衡不平衡转换器的结构。参考图8，标号3010至3050表示第一至第五电介质层，标号3060表示输入线，标号3070、3080表示第一和第二主线部分，标号3090、3100表示第一和第二耦合线，标号3110、3120表示第一和第二输出线对，标号3130至3170表示第一至第五通孔，标号3180至3220表示第二至第五接地导体，标号3230表示屏蔽导体层。第一至第五接地导体应当经通孔或类似物(未示出)与屏蔽导体层3230电连接。在上述电极和线路中，设置在同一平面上的电极和线路形成每一层，这些层对应于本发明的导体图案层。这些导体图案层和屏蔽导体层3230与第一至第五电介质层3010至3050交替层叠，形成本发明的多层。此外，第一和第二主线部分3070、3080和用于相互连接第一和第二主线部分的第二通孔3140形成本发明的主线。第一主线部分3070与第一耦合线3090之间的耦合程度同第二主线部分3080与第二耦合线3100之间的耦合程度相同。

具有上述结构的平衡不平衡转换器的工作情况同第三实施例的情况相同，不同的只是有关屏蔽导体层3230的工作情况。

本发明设置屏蔽导体层3230是为了阻止第一主线部分3070与第二主线部分3080之间不希望有的耦合、第一主线部分3070与第二耦合线3100之间不希望有的耦合、以及第二主线部分3080与第一耦合线3090之间不希望有的耦合。

在本发明的上述实施例中采用了两条耦合线，根据本发明的平衡不平衡转换器具有2路分流的功能，对此已作说明。然而，除了这些结构以外，也可以采用具有三条或更多条耦合线和N路分流功能的平衡不平衡转换器电路。在这种情况下，可以把多个主线部分设置在同一个导体图案层上，其中多个主线部分在该导体图案层上可以不直接相互连接。

此外，在上述实施例中，已经说明在一个导体图案层上仅形成一条耦合线。然而，除了这种结构外，在一个导体图案层上可以形成两条或更多条耦合线。

另外，在上述实施例中已经说明，主线部分和耦合线全都形成在不同导体图案层上。然而，可以将相互不耦合的主线部分和耦合线形成在同一导体图案层上。采用这一结构，可以减少层叠的电介质层的数目和导体图案层的数目。

再有，已经说明，两个主线部分中一个主线部分与两条耦合线中一条耦合线之间的耦合程度同另一主线部分与另一条耦合线之间的耦合程度相同。然而，可以采用不同的耦合程度来形成具有非对称分流功能的平衡不平衡转换器。

还有，已经说明根据本发明上述实施例的屏蔽导体层是在一个导体图案层的整个表面上形成的，然而，除了这种结构外，屏蔽导体可以形成在多个导体图案层上，或者形成在其上形成有其它电极和线路的一个导体图案层的部分表面上，只要将设置屏蔽导体的导体图案层夹在设置主线的多个导体图案层中至少两个层当中。

此外，已经说明在上述本发明第三至第五实施例中所有的主线和耦合线部分由直线形成。然而，除了这种结构外，这些线路的部分或全部可以由曲线形成，只要设置一部分的主线与耦合线相互构成面对面的关系，从而在垂直导体图案层表面的方向上相互重叠，象图9中所示的主线部分7040与耦合线7050之间的关系那样。另外，可以将相互构成面对面的关系的一部分主线和耦合线如此设置，从而当耦合线在垂直主线长度方向的方向上平移但不旋转时相互重叠，象图10中所示的主线部分8040与耦合线8050之间的关系那样。总之，面向一部分主线的耦合线应当仅设置在除了设置有该部分主线的导体图案层之外的导体图案层上，从而与耦合线面向的该部分主线产生电磁耦合。然而，在将耦合线设置成当耦合线在垂直部分主线长度方向的方向上平移但不旋转时相互重叠的情况中，其耦合程度要比耦合线与部分主线在垂直导体图案层表面方向上完全相互重叠的情况中的耦合程度小。

通过以上描述作了清楚地公开，本发明提供一种通过注入分流器(合并器)功能而使电路做得很小的平衡不平衡转换器。因此，本发明在使大功率放大器小型化方面是有效的，其中将多个推挽放大器并行组合。