技术领域
[0001] 该技术涉及高速、高效、高功率的放大器，该放大器可以由在并行
电路路径中运行的多个晶体管构成，并且可以由
半导体材料(例如但不限于氮化镓)形成。
背景技术
[0002] 由半导体材料形成的高速
功率放大器具有多种有用的应用，例如射频(RF)通信、雷达、RF
能量、功率转换和
微波应用。氮化镓半导体材料由于其期望的
电子和电光性质而近年来受到了相当大的关注。由于其宽的带隙，因此GaN对
雪崩击穿的抵抗
力更高，并且与其他半导体(例如
硅)相比可以在更高的
温度下保持电性能。与硅相比，GaN还具有更高的载流子饱和速度，并且可以维持更高的功率
密度。另外，GaN具有纤锌矿
晶体结构，是非常稳定且坚硬的材料，具有高导热性，并且具有比诸如硅、锗和砷化镓之类的其他常规半导体高得多的熔点。因此，GaN可用于高速、高压和高功率应用。
[0003] 在当前和提议的通信标准(例如WiMax、4G和5G)下支持移动通信和无线互联网
访问的应用可能会对由半导体晶体管构成的高速放大器提出严格的性能要求。放大器可能需要满足与输出功率、
信号线性度、信号增益、带宽和效率有关的性能规格。
发明内容
[0004] 描述了用于放大
射频信号的设备和方法。多类功率放大器可以包括以不同的放大类并行工作并向公共输出提供放大的信号的多个放大器。主放大器可以放大
低信号水平和高信号水平的信号。辅助放大器可以在低信号水平时处于闲置状态(非放大)，并在信号水平增加时变为开启状态(放大)。不管辅助放大器是空闲还是开启，主放大器在其输出处都能看到相同的阻抗，从而避免了传统Doherty放大器常见的主放大器负载调制。
[0005] 一些
实施例涉及一种功率放大器，其包括：第一点路分支，具有并联的第一放大器和第二放大器，其中第一放大器被配置为以AB类工作，第二放大器被配置为以不同类工作；以及第二电路分支，与第一电路分支并联，第二电路分支包含配置为以不同类工作的第三放大器。功率放大器可以进一步包括：第一
节点，布置为从第一放大器和第二放大器接收
输出信号；第二节点，布置为从第三放大器接收输出信号；连接在第一节点和组合节点之间的第一阻抗逆变器；连接到第二节点和组合节点之间的第二阻抗逆变器；以及连接到组合节点并被配置为连接到具有阻抗值R的负载的输出端口。
[0006] 一些实施例涉及一种用于放大信号的方法。该方法可以包括以下动作：在以AB类工作的第一放大器处接收第一信号；在与第一放大器并联的第二放大器处接收第一信号的第一副本，其中第二放大器以不同的类工作；在以不同类工作的第三放大器处接收第一信号的第二副本；将第一放大器的输出与第二放大器的输出进行组合以产生第一输出；将第一输出提供给第一阻抗逆变器；将第三放大器的第二输出提供给第二阻抗逆变器；组合来自第一阻抗逆变器和第二阻抗逆变器的输出以产生组合输出。
[0007] 一些实施例涉及一种功率放大器，该功率放大器包括：主放大器，与第一峰值放大器并联在第一电路分支中；以及第二峰值放大器，与第三峰值放大器并联在第二电路分支中，第二电路分支与第一电路分支并联；其中，主放大器被配置为以第一放大器类工作，并且峰值放大器被配置为以与第一放大器类不同的放大器类工作，其中，当峰值放大器完全放大接收信号时以及当峰值放大器没有放大接收信号时，主放大器看到的负载阻抗是基本相同的值。
[0008] 一些实施例涉及一种用于操作功率放大器的方法，该方法包括以下动作：在第一时间：在功率放大器的第一电路分支中，利用与没有放大的第一峰值放大器并联的主放大器来放大第一接收信号的第一部分；在第二时间：利用主放大器放大第二接收信号的第一部分；利用处于完全导通状态的第一峰值放大器放大第二接收信号的第二部分；利用处于完全导通状态的第二峰值放大器来放大第二接收信号的第三部分；利用与第二峰值放大器并联在功率放大器的第二电路分支中的、处于完全导通状态的第三峰值放大器来放大第二接收信号的第四部分，其中，主放大器在第一时间和在第二时间看到的负载阻抗大致相同。
[0009] 一些实施例涉及一种功率放大器，该功率放大器包括：主放大器，与第一峰值放大器并联在第一电路分支中，以及第二峰值放大器，位于与第一电路分支并联的第二电路分支中，其中，主放大器被配置为以第一放大器类工作，并且第一和第二峰值放大器被配置为以与第一放大器类不同的放大器类工作，其中，当峰值放大器完全放大接收信号时以及当峰值放大器没有放大接收信号时，主放大器看到的负载阻抗基本相同。
[0010] 一些实施例涉及一种用于操作功率放大器的方法，该方法包括以下动作：在第一时间：在功率放大器的第一电路分支中，利用与没有放大的第一峰值放大器并联的主放大器来放大第一接收信号的第一部分；在第二时间：利用主放大器放大第二接收信号的第一部分；利用处于完全导通状态的第一峰值放大器来放大第二接收信号的第二部分；并且利用与功率放大器的第一电路分支并联的、处于完全接通状态的第二峰值放大器来放大第二接收信号的第三部分，其中主放大器在第一时间看到的负载阻抗为与主放大器在第二时间看到的负载阻抗大致相同。
[0011] 一些实施例涉及一种功率放大器，其包括：连接在第一电路分支中的主放大器；以及在与第一电路分支并联的第二电路分支中的第一峰值放大器，其中主放大器被配置为以第一放大器类工作，并且第一峰值放大器被配置为以与第一放大器类不同的放大器类工作；以及混合
耦合器，用于将来自第一电路分支的第一信号与来自第二电路分支的第二信号进行组合。
[0012] 一些实施例涉及一种用于操作功率放大器的方法，该方法包括以下动作：在第一时间：在功率放大器的第一电路分支中，利用主放大器放大第一接收信号的第一部分；在第二时间：利用主放大器放大第二接收信号的第一部分；利用在与所述第一电路分支并联的功率放大器的第二电路分支中的、处于完全导通状态的第一峰值放大器来放大第二接收信号的第二部分；利用混合耦合器将来自第一电路分支的信号与来自第二电路分支的信号进行组合。
[0013] 可以利用上文或下文进一步详细描述的方面、特征和动作的任何适当组合来实现前述设备和方法实施例。通过下面的描述并结合
附图，可以更充分地理解本教导的这些和其他方面、实施例和特征。
附图说明
[0014] 技术人员将理解，本文描述的附图仅用于说明目的。应当理解，在一些情况下，实施例的各个方面可以被夸大地示出或放大以促进对实施例的理解。附图不一定按比例绘制，而是将重点放在说明教导的原理上。在附图中，相似的附图标记通常在各个附图中指相似的特征、功能相似和/或结构相似的元件。在附图涉及微制造电路的情况下，仅示出一个器件和/或电路以简化附图。实际上，可以在衬底的大面积上或整个衬底上并行地制造大量的器件或电路。另外，所描绘的器件或电路可以集成在较大的电路内。
[0015] 当在以下详细描述中参考附图时，可以使用空间参考“顶部”、“底部”、“上部”、“下部”、“垂直”、“水平”等。这样的参考用于教导目的，并且不旨在作为所实施的设备的绝对参考。可以以与附图中所示的定向不同的任何适当方式在空间上定向所实施的设备。附图无意以任何方式限制本教导的范围。
[0016] 图1描绘了Doherty放大器的结构图；
[0017] 图2A描绘了当主放大器和峰值放大器完全开启时对称Doherty放大器的电路模型；
[0018] 图2B描绘了当主放大器开启并且峰值放大器处于空闲状态(非放大)时对称Doherty放大器的电路模型；
[0019] 图3示出了随Doherty放大器的输出功率变化的增益；
[0020] 图4示出了随输出功率变化的Doherty放大器的效率；
[0021] 图5A描绘了根据一些实施例的高效宽带空载调制功率放大器，并且示出了当放大器完全导通时的阻抗值；
[0022] 图5B描绘了根据一些实施例的高效宽带空载调制功率放大器中的主放大器的操作，并且示出了当峰值放大器为空闲且没有放大时主放大器看到的阻抗值；
[0023] 图6示出了根据一些实施例的高效宽带空载调制功率放大器的不同配置的效率曲线；
[0024] 图7描绘了根据一些实施例的高效宽带空载调制功率放大器的替代配置；
[0025] 图8是根据一些实施例的高效宽带空载调制功率放大器的增益和幅度-
相位调制随输出功率变化的曲线图；
[0026] 图9比较了根据一些实施例的高效宽带空载调制功率放大器和Doherty放大器的负载阻抗能力和漏极效率；
[0027] 图10比较了根据一些实施例的高效宽带空载调制功率放大器和Doherty放大器的视频带宽能力；
[0028] 图11描绘了根据一些实施例的高效宽带空载调制功率放大器的实施例，该功率放大器在放大器电路内包括阻抗匹配部件；
[0029] 图12示出了根据一些实施例的可用于在
电路板或单片微波集成电路(MMIC)上构造高效宽带空载调制功率放大器的结构；
[0030] 图13描绘了根据一些实施例的高效宽带空载调制功率放大器，其中混合耦合器用于组合来自主放大器和峰值放大器的信号；
[0031] 图14描绘了混合耦合器的实施例；
[0032] 图15描绘了混合耦合器的另一实施例；和
[0033] 图16绘制了用于两个空载调制功率放大器的主放大器和峰值放大器的回波损耗，一个使用传统的T结组合器，另一个使用混合耦合器。
[0034] 当结合附图考虑时，根据以下阐述的详细描述，所示实施例的特征和优点将变得更加明显。
具体实施方式
[0035] 将信号放大到高功率水平以进行通信的一种方法是使用Doherty放大器，该放大器在图1中进行了示意性描绘。为了帮助理解本技术，提供了Doherty放大的简要概述。
[0036] Doherty放大器100可以包括在被划分到并行电路分支中的信号上并行操作的主功率放大器132和
峰值功率放大器138。峰值放大器138通常在低信号水平下是空闲的(不放大)，并且在主放大器132开始饱和时导通。随后将两个放大器的输出组合为单个RF输出。
[0037] 更详细地，90度功率耦合器110将接收到的RF信号分成两个输出，该两个输出连接到主放大器132和峰值放大器138。功率耦合器110还将提供给峰值放大器的信号的相位相对于提供给主放大器的信号
相位延迟(大约90度)。阻抗匹配部件122、124可以设置在主放大器132和峰值放大器138之前。这些阻抗匹配部件可以变换阻抗，以使两个放大器132、138的输入阻抗与连接到放大器输入端的传输线的阻抗匹配或与来自90度耦合器110的输出阻抗匹配。这样的阻抗匹配可以减少来自放大器的信号反射的不良影响。
[0038] 额外的阻抗匹配部件142、144可以位于主放大器132和峰值放大器138的输出处，以使主放大器132的输出与阻抗逆变器150的输入之间的阻抗匹配(设计上可以为50欧姆)以及峰值放大器138的输出与组合节点155处的阻抗(也可以是50欧姆)之间的阻抗匹配。阻抗逆变器150将从主放大器132接收的信号的相位旋转大约90度，使得来自主放大器和峰值放大器的信号在组合节点155处将基本上同相。输出阻抗匹配元件160可以在组合节点155和Doherty放大器的RF输出之间使用以将Doherty放大器100的输出阻抗与负载的阻抗(未示出)匹配。
[0039] 在对称Doherty放大器中，主放大器132和峰值放大器138可以是非常相似或相同的半导体器件。例如，它们可以被配置为在两个放大器都完全导通并以其上限进行放大时处理相同量的信号功率，并将信号放大至相同的功率水平。因为
输入信号被均等地分配给两个放大器，所以与输入RF信号相比，在耦合器110的每个输出端口处，到主放大器132和峰值放大器的信号通常被衰减3dB。以“dB”表示的信号值是指相对功率水平。
[0040] Doherty放大器的工作方面在图2A至图4中进一步详细示出。图2A是当主放大器132和峰值放大器138两者都完全开启(以全功率值放大它们各自的信号)时的Doherty放大器的简化电路模型。可以将以AB类模式工作的主放大器132及其输出阻抗匹配部件142建模为具有内部阻抗R并且不向放大的信号提供相位延迟的
电流源CSm。可以将在C类模式下工作的峰值放大器138、其输出阻抗匹配部件144以及耦合器110的相位延迟建模为具有内部阻抗R但向放大的信号提供90度相位延迟的第二电流源CSp。阻抗逆变器150可以被建模为具有特征阻抗R并且提供90度的相位延迟的传输线。根据一些实施例，由Doherty放大器驱动的负载可以具有R/2的阻抗。
[0041] 本文描述的相位延迟是用于射频信号的载波的延迟，该射频信号被调制以将信息编码到载波上。例如，取决于所使用的通信协议(例如，2G、3G、4G等)，载波可以以在0.7吉赫兹(GHz)和7GHz之间的范围内的值的
频率下振荡。主放大器132和峰值放大器138可以被设计用于特定的
载波频率和通信协议。作为一个非限制性示例，可以根据一种协议将配置为处理4G通信的信号的放大器设计用于2.6GHz的载波频率，并且放大器部件的
指定相位延迟是相对于2.6GHz的。作为另一个非限制性示例，可以根据另一协议将被配置为处理4G通信的信号的放大器设计用于1.9GHz的载波频率，并且放大器部件的指定相位延迟是相对于1.9GHz的。
[0042] 当主放大器132和峰值放大器138两者都处于开启状态并且以大致相等的电流I驱动R/2的负载时，如图2A所示，简单的计算表明主放大器132在其输出端具有阻抗R，如图2A中的V字形符号所示。这被称为Doherty放大器的“1：1负载”条件。该阻抗值可以分两步计算。首先，计算从阻抗逆变器150看进组合节点155中的阻抗。其次，根据四分之一波阻抗逆变器150的特性来变换看进组合节点的阻抗，以找到看进阻抗逆变器150的阻抗(在这种情况下为R)。
[0043] 图2B描绘了当峰值放大器138空闲(非放大)时Doherty放大器的工作状态的电路模型。当待由Doherty放大器放大的输入RF信号降至
阈值以下时，峰值放大器138变为空闲(非放大)，并且实质上被建模为开路。对于该模型，在空闲状态下，峰值放大器的阻抗从R变为无穷大。重新计算看进组合节点155的阻抗和从主放大器看进阻抗逆变器150的阻抗表明，看进阻抗逆变器150的阻抗值上升到2R。该工作条件称为Doherty放大器的“2：1负载”条件。在这种情况下，主放大器的阻抗R不再与其试图驱动的阻抗完全匹配。这种不匹配会导致信号反射和Doherty放大器的低效工作。
[0044] 由主放大器132看到的、取决于峰值放大器138的状态的阻抗变化(由输入RF信号水平确定)被称为“负载调制”。负载调制必然会对放大器的功率处理能力和放大器的RF分数带宽产生不利影响。例如，阻抗不匹配会引起功率反射，而这种对主放大器的反射可能会限制主放大器的安全工作极限，使其明显低于在没有功率反射的情况下本来可以处理的功率水平。反射功率的大小可能还取决于频率，与没有反射功率的情况相比，反射功率随频率的变化会使放大器不符合规格的速度更快(导致带宽更窄)。
[0045] 图3和图4示出了Doherty放大器的增益和效率动态的其他细节。在图3中，第一增益曲线210(虚线)描绘了当峰值放大器138空闲(非放大)时，随输出功率Pout变化的主放大器132的增益。曲线210对应于所谓的2：1负载条件。峰值放大器通常在低输入信号功率
水电平下是空闲的，例如，不会开始使主放大器132饱和的输入信号水平。这些低输入信号水平对应的输出功率水平比Doherty放大器的峰值输出功率水平低大约6dB。这些低水平信号只能由主放大器132处理。在更高的信号水平下，主放大器132的增益将开始饱和并进入“压缩”，该压缩在功率压缩点Pc处开始，并由图3中的衰减(fall-off)区域212表示。在该点上，主放大器132开始非线性地放大，否则将使输入RF信号失真。主放大器132的功率压缩点将取决于其设计(例如，放大器的晶体管中的有源区的大小)，并且对于在通信系统中使用的放大器而言，可以为1瓦(30dBm)至100瓦(50dBm)的任何值。在一些实施例中，功率压缩点的值可以较小或较大。
[0046] 对于Doherty放大器，峰值放大器138在功率压缩点Pc上开始放大输入RF信号，并对Doherty放大器的输出作出贡献。在图3中还描绘了用于峰值放大器138的示例性增益曲线230。如图所示，峰值放大器138弥补了主放大器132在高功率下的饱和，直到峰值放大器开始饱和，进入压缩和衰减为止。峰值放大器138的动作可以使Doherty放大器的线性在高功率的范围上扩展到超过单独的主放大器132的能力，直到峰值放大器开始饱和。
[0047] 图3包括当峰值放大器138开启(放大)时主放大器132的第二增益曲线220。曲线220对应于1：1负载条件。当峰值放大器138开启时，它有效地增加了主放大器132的负载阻抗(有效地将主放大器的增益降低了约3dB)，而且还有助于放大高功率水平(将Doherty的压缩扩展到更高的功率)。图3还描绘了随Doherty放大器的输出功率变化的增益曲线310(实心暗曲线)。Doherty增益曲线310是如上所述的主放大器132和峰值放大器138的组合动作的结果。
[0048] 在图4中示出了用于Doherty放大器的效率曲线410。Doherty的效率上升到峰值效率Ep，该峰值效率大约在峰值放大器138的增益达到其最大值时发生。理想情况下，在Doherty放大器中，峰值效率Ep会出现在最大输出功率Pmax下方约6dB的地方，即所谓的“输出功率回退”(OBO，但有时表示为OPO)区域。在峰值放大器从低增益水平(峰值放大器主要为主放大器加载)过渡到其最大增益的区域中(参考图3)，对于低于6dB的OBO点的输出功率水平平，效率降至峰值Ep以下。
[0049] 实际上，由于传统Doherty放大器中存在多种影响，Doherty的峰值效率在6dB的OBO时不会出现。第一个影响涉及功率回退中的峰值放大器138的隔离。尽管以上将峰值放大器建模为在回退中具有无限阻抗(开路)，但在实际应用中，阻抗在6dB的OBO时是有限的。此外，阻抗逆变器150和/或输出匹配元件142、144可以表现出可能不大的损耗。另外，主放大器132和峰值放大器138通常具有不理想的I-V曲线和/或拐点
电压。所有这些影响都可能导致峰值效率出现在小于6dB的OBO(例如，约5dB的OBO或更小)的值上，这进而导致Doherty放大器的效率在约8dB的OBO至约9dB的OBO的区域中比图4所示的进一步降低。
[0050]
发明人已经认识并意识到，Doherty放大器中的负载调制会不利地影响Doherty放大器的功率处理和带宽能力。发明人还认识到并意识到，传统的Doherty放大器在约5dB的OBO到约6dB的OBO的区域中表现出峰值效率。发明人进一步认识到并且意识到，当前开发的信号协议可以将通信信号中的
峰均功率比(PAPR)提高到7dB或更高，以高
频谱效率处理
大数据速率。因此，为了保持放大器的线性度，Doherty放大器可能会在其大部分工作时间中在相应区域(7dB的OBO或更高)中工作，该区域是传统Doherty放大器效率下降的区域。
[0051] 发明人已经构想了一种空载调制、效率提高的宽带多类功率放大器，该放大器可以在6dB或更高的回退功率裕度下展现出峰值效率。主放大器基本上没有由于峰值放大器从“导通”状态到“空闲”状态的转换而引起的负载调制效应。在图5A中描绘了空载调制功率放大器500的示例。
[0052] 空载调制功率放大器500可以包括在接收信号的一部分上工作的多个放大器M、P1、P2、P3，例如，接收到的RF信号被划分到并联电路分支中。放大器的输入端口处的接收信号可以由信号划分电路510划分到并联电路分支中，并提供给多个放大器M、P1、P2、P3。第一电路分支可以包括并联的主放大器M和第一峰值放大器P1。第二电路分支可以包括并联的第二峰值放大器P2和第三峰值放大器P3。来自第一和第二电路分支中的放大器的输出可以在组合节点155处被组合，并且随后被提供给空载调制功率放大器的输出端口或
端子590。输出端口可以连接到负载(在所示示例中具有R的阻抗值)。
[0053] 并联电路分支可以包括如图所示连接的第一四分之一波阻抗逆变器522和第二四分之一波阻抗逆变器524。第一和第二阻抗逆变器522、524的特征阻抗可以相同(在示例实施方式中为R)，或者在其他实施例中可以不同。在一些实施方式中，第一和第二阻抗逆变器522、524的特征阻抗是误差在5％以内的相同的值R(即，R±0.05R)。在一些情况下，第一和第二阻抗逆变器522、524的特征阻抗为误差在20％以内的相同值R。在实施例中，R可以具有从10欧姆到100欧姆的阻抗的实数值，并且可以由功率放大器被设计为驱动的负载的阻抗来确定。
[0054] 多个放大器中的第一放大器M可以被配置作为第一放大类的主放大器工作。例如，第一放大类可以是A类、B类或AB类。其余的放大器P1、P2、P3(可以称为峰值放大器)可以被配置为作为第二类(例如，C类)的峰值放大器工作。根据一些实施例，多个放大器的第一部分M、P1可以对待放大的接收信号的部分进行操作，其中，接收信号的这些部分具有第一相位。多个放大器的第二部分P2、P3可以对接收信号的具有与第一相位不同的第二相位的部分进行操作。在一些实施例中，相对于第一相位，第二相位可以延迟80°到100°。在一些实施例中，第二相位可以不相对于第一相位被延迟，或者可以被延迟360°的整数倍。当提供给第一部分放大器M、P1的信号相对于提供给第二部分放大器P2、P3的信号之间存在相位延迟(不是大约360°的整数倍)时，则一个或更多个补偿相位延迟信号可以被连接到多个放大器中的至少一些的输出，以使得信号在组合节点155处同相组合或基本同相地组合。
[0055] 空载调制功率放大器500可以包括信号划分电路510，该信号划分电路可以包括布置在网络中的将输入信号划分到不同信号路径中的任何合适的
功率分配器和/或耦合器。在某些情况下，可以将输入信号分为提供给多个放大器的大致相等的功率水平(对称配置)。在其他情况下，可以将输入信号划分为提供给多个放大器的不相等的功率水平(不对称配置)。在一些实施方式中，信号划分电路510可以包括将多个放大器M、P1、P2、P3的输入阻抗与上游部件匹配的阻抗匹配部件。为了简化附图，在空载调制功率放大器的替代实施例中可能未示出信号划分电路510。在某些情况下，信号划分电路可以在输出到放大器的至少两个信号之间引入
相位差。例如，信号划分电路可以在提供给主放大器的信号与提供给峰值放大器的信号中的至少一个之间引入大约90°的相位差。在一些实施方式中，由信号划分电路引入的相位差可以为80°到100°。
[0056] 在一些实施例中，放大器M、P1、P2、P3中的每一个可以实施为包括一个或更多个晶体管的集成电路。在一些情况下，晶体管可以由氮化镓材料形成为
场效应晶体管、双极晶体管或高电子迁移率晶体管(HEMT)，尽管在某些实施例中可以使用其他类型的晶体管。例如，主放大器M可以被微制造在被切割以提供至少一个芯片的
晶圆上，该至少一个芯片包括GaN HEMT器件的阵列。在一些实施方式中，芯片可以附接到电路板或微波单片集成电路(MMIC)，该电路板或微波单片集成电路还包括峰值放大器P1、P2、P3、信号划分电路510以及阻抗逆变器522、524。峰值放大器中的每个都可以制造在被切割以形成单个芯片的半导体晶圆上。可以在电路板或MMIC上包括其他电路元件(例如，阻抗匹配部件、相位延迟元件、微带传输线等)。
[0057] 如本文所用，短语“氮化镓材料”是指氮化镓(GaN)及其任何
合金，例如氮化
铝镓(AlxGa(1-x)N)，氮化铟镓(InyGa(1-y)N)，氮化铝铟镓(AlxInyGa(1-x-y)N)，氮化砷化镓磷(GaAsxPyN(1-x-y))，氮化砷化铝铟镓砷化镓(AlxInyGa(1-x-y)AsaPbN(1-a-b))等。通常，当存在时，砷和/或磷的浓度低(即，小于重量的5％)。在某些优选实施例中，氮化镓材料具有高浓度的镓，并且包含很少或不包含铝和/或铟。在高镓浓度的实施例中，(x+y)的总和在一些实施方式中可以小于0.4，在一些实施方式中小于0.2，在一些实施方式中小于0.1，或者在其他实施方式中甚至更小。在某些情况下，优选至少一个氮化镓材料层具有GaN成分(即，x＝y＝a＝b＝0)。例如，其中发生大部分电流传导的有源层可以具有GaN成分。多层堆叠中的氮化镓材料可以是n型或p型掺杂的，也可以是不掺杂的。合适的氮化镓材料在美国
专利No.6,649,287号中有所描述，该专利在此全文引入作为参考。
[0058] 可以针对两种放大器操作情况来计算多个放大器M、P1、P2、P3看到的阻抗值：(1)完全导通(图5A中所示)，以及(2)峰值放大器空闲的情况下的完全回退(在图5B中示出)。该计算部分地基于负载阻抗(在该示例中为R)和阻抗逆变器522、524的特征阻抗(在该示例中为R)。该示例的计算考虑多个放大器M、P1、P2、P3的功率能力相等(例如，它们在完全导通时输出相同量的电流)。该计算还假设当峰值放大器处于空闲状态而不进行放大时，它们的输出处实际上呈现无限大的阻抗。
[0059] 在前一段落的条件下，在空载调制功率放大器500的完全导通状态下，主放大器M看到的负载阻抗被计算为R，并在图中用直
角箭头表示。在该示例中，峰值放大器P1、P2、P3在其各自的输出处均看到相同的阻抗。具有实数值R的该阻抗是在峰值放大器P1、P2、P3空闲时所看见的相同的数值，这可以从图5B的图中理解(未示出输入信号划分电路和峰值放大器)。由于峰值放大器P1、P2、P3是空闲的并且存在开路，因此它们对输出没有贡献并且在图5B中未示出。因此，在完全导通和完全回退(峰值放大器空闲)状态之间，空载调制功率放大器500中的主放大器M没有负载调制。在实际应用中，由于功率放大器中部件的非理想特性，主放大器可能会看见少量的负载调制。在某些实际应用中，主放大器看到的负载阻抗值Zm可以在功率放大器的完全导通和完全回退状态之间调制不超过5％(例如，幅度)。在某些实际应用中，主放大器看到的阻抗值Zm可以在功率放大器的完全导通和完全回退状态之间调制不超过10％。在某些情况下，主放大器看到的负载阻抗值Zm可以在功率放大器的完全导通和完全回退状态之间调制不超过20％。
[0060] 在图6中示出了空载调制功率放大器500的实施例的效率曲线。绘制的效率曲线可以表示随放大器输出功率变化的功率放大器的漏极效率(DE)或功率附加效率(PAE)。漏极效率定义为从功率放大器输出的RF功率与输入到功率放大器的DC功率的比值。功率附加效率是从功率放大器输出的净RF功率(RF功率输出减去RF功率输入)与输入到功率放大器的DC功率的比值。
[0061] 峰值回退效率(Pbackoff)的
位置可能部分取决于空载调制功率放大器500的对称性。对称的空载调制功率放大器是其中放大器M、P1、P2、P3中的每个具有相同的功率处理能力的放大器。非对称的空载调制功率放大器是其中放大器M、P1、P2、P3中两个或更多个具有不同的功率处理能力的功率放大器。例如并且参考图5A，每个放大器在完全导通状态下传送的电流Im、Ip1、Ip2、Ip3可以不同。在实施例中，处于完全导通状态的非对称空载调制功率放大器可能从至少一个峰值放大器提供的功率或电流的最大值与从主放大器提供的功率或电流的最大值相差超过20％。
[0062] 完全导通和完全回退状态之间的效率行为可能取决于峰值放大器P1、P2、P3的导通配置。如果峰值放大器被布置为以相同的方式同时导通，则完全导通状态和完全回退状态之间的效率行为会表现为如图6中下部的黑色曲线在放大器的Pbackoff和Pmax功率水平之间所示。如果将峰值放大器配置为在不同水平的输入信号功率下导通，则完全导通和完全回退状态之间的效率行为可能会表现为如图6中的上部灰色曲线所示。依次导通峰值放大器可以在整个放大器的回退范围内提高空载调制功率放大器500的整体效率。
[0063] 非对称空载调制功率放大器500的特征可以在于如下的器件比Rdev：
[0064] Rdev＝1∶r1∶r2∶r3 (1)
[0065] 其中ri＝Ipi/Im表示峰值放大器P1、P2、P3提供的最大电流Ipi(i＝1，2，3)与放大器处于完全导通状态且正在完全放大状态时主放大器M传送的电流的最大值的比值。对于非对称的空载调制功率放大器500，可以通过求解功率放大器500完全导通状态下主放大器M看到的阻抗来获得相对电流约束方程。如图5A所示，对于负载阻抗R和具有特征阻抗R的阻抗逆变器，由主放大器M看到的阻抗Zm可以由以下表达式表示。
[0066]
[0067] 该方程式可以重写如下。
[0068] Zm＝βR (3)
[0069] 为了避免或减少负载调制，使β的值等于或大致等于一。在某些情况下，可以使β等于0至2之间的值。例如，β可以具有除1以外的值，以通过允许一些负载调制来改善功率放大器500的性能。例如，在一些实施例中，β可以具有在0.5到0.98之间的范围内的值。可替代地，在一些实施例中，β可以具有在1.02到1.5之间的范围内的值。在某些情况下，β＝1±0.2，意味着β可以是介于0.8到1.2之间的值。在某些情况下，β＝1±0.1。在一些实施方案中，β＝1±0.05。在某些情况下，β＝1±0.02。本文中使用符号“±”表示在由后续值限定的值的范围内。
[0070] 还可以示出对于非对称空载调制功率放大器500，还可以通过以下公式给出峰值回退效率(Pbackoff)与最大功率输出(Pmax)的相对位置，称为OBO。
[0071]
[0072] 当β＝1时，OBO的值由相对电流值r1、r2、r3确定。对于对称的空载调制功率放大器500，r1≈r2≈r3≈1，并且OBO约为-6dB。下表示出了对于其他相对电流值的OBO值和由放大器M、P1、P2、P3看到的阻抗。
[0073] 表1：非对称空载调制功率放大器的OBO值
[0074]OBO Zm Zp1 Zp2、Zp3 r1 r2、r3
-8 50 33.3 60.1 1.5 1.8
-9.5 50 25 66.7 2 3
[0075] 可以理解，相对电流比r1、r2、r3为空载调制功率放大器提供了设计灵活性。对于非对称实现，可以选择一个电流比(例如r1)来主要影响功率放大器OBO，而可以选择其余电流比来抑制或消除主放大器M的负载调制。在某些情况下，当主放大器和第二峰值放大器正在完全放大时，从峰值放大器中的一个(例如，第二峰值放大器)传送的最大电流可以为从主放大器传送的电流的最大值的1到3倍。通过选择相对电流比，对于-6dB到-10dB的输出功率回退(OBO)值，功率放大器可以表现出效率峰值。在一些实施方式中，可以选择相对电流比以对于-6.5dB到-10dB的输出功率回退(OBO)值提供效率峰值。
[0076] 空载调制功率放大器的其他配置也是可能的。图7示出了空载调制功率放大器700的实施例，其中两个单独的峰值放大器P2、P3被单个峰值放大器P2代替，并且阻抗逆变器524中的一个被具有特征阻抗 的阻抗逆变器724替代，其中 是待确定的值。根据一些实施例，P2可以具有约为峰值放大器P1的两倍的功率处理能力。空载调制功率放大器700可以被配置为对称或非对称功率放大器。对称配置是这样一种配置，其中主放大器M和第一峰值放大器P1具有相同的功率处理能力，第二峰值放大器P2具有两倍于第一峰值放大器P1的功率处理能力。在非对称配置中，主放大器M可以具有与峰值放大器P1、P2中的一个或两个不同的功率处理能力。
[0077] 除了β表示如下以外，图7中所示的功率放大器700的空载条件可以从与上述方程3相同的方程式获得。
[0078]
[0079] 其中，r1是当两个放大器都正在完全放大时第一峰值放大器P1传送的最大电流与主放大器M传送的最大电流的比值(r1＝Ip1/Im)，并且r2是当两个放大器都正在完全放大时第二峰值放大器P2传送的最大电流与主放大器M传送的最大电流的比值(r2＝Ip2/Im)。选择r1和r2的值以使β＝1导致主放大器的空载调制或基本上空载调制。在对于图7中所示的实施例的某些情况下，β＝1±0.2。在某些情况下，β＝1±0.1。在一些实施方案中，β＝1±
0.05。在某些情况下，β＝1±0.02。对于图7中所示的实施例，由主放大器M看到的负载调制可以与图5A所示的实施例中的主放大器的负载调制相同并且不大于该负载调制。
[0080] 对于图7中所示的空载调制功率放大器700的非对称配置，可以通过将由第二峰值放大器看到的阻抗Zp2设置为期望值(例如，负载阻抗R或任何其他期望值)来确定 的值。阻抗Zp2可由下式表示：
[0081]
[0082] 其中r1和r2分别是如上所述的第一和第二峰值放大器的相对电流比。设置Zp2＝R给出 的以下表达式。
[0083]
[0084] 设计人员可以选择r1和r2的值，以获得第二个峰值放大器的所需阻抗Zp2。
[0085] 图8绘制了根据图7所示的实施例构造的对称空载调制功率放大器700的增益性能和幅度调制到相位调制(AM/PM)失真。对于三个不同频率绘制了随输出功率变化的增益和AM/PM值。该放大器显示出良好的增益均匀性和高达44dBm的输出功率的AM/PM性能。
[0086] 图9绘制了在空载调制功率放大器700和为相同功率规格设计的常规Doherty放大器之间的放大器输出阻抗和漏极效率的比较。漏极效率(DE)值绘制为轮廓线(轮廓上列出了DE值)，并指出哪些阻抗值产生了绘制的DE。对于高达Doherty放大器可以处理的负载阻抗三倍的负载阻抗，空载调制功率放大器700显示漏极效率提高了约10％。两个放大器均配置为输出相同量的最大功率，并且对于47.5dBm的输出功率值生成了漏极效率曲线。Doherty放大器的工作频率为1.88GHz，而空载调制放大器的工作频率为1.90GHz。还应注意，对于相同的整体功率放大器规格，主放大器和第一峰值放大器的功率处理要求分别约为Doherty主放大器的功率处理要求的一半，这是因为，在空载调制功率放大器中，存在两个放大器(M、P1)来处理完全导通状态下的Doherty中的单个主放大器的功率。
[0087] 图10绘制了随空载调制功率放大器700和常规Doherty放大器之间的基带频率变化的输入阻抗值的比较。绘制的曲线反映了基带频率下输入的模拟谐振特性。这些谐振主要由并联LC电路确定，该并联LC电路包括例如连接在主放大器的栅极和偏置节点之间的电感L和主放大器的漏-源电容。通常，谐振发生在整个功率放大器系统视频带宽(也称为瞬时带宽)的两倍的频率值上。这些结果表明，空载调制功率放大器的视频带宽提高了约32％。图10的结果表明空载调制功率放大器的视频带宽可以为大约285MHz，这表示相对于Doherty实施例(大约215MHz的视频带宽)的显著改进。
[0088] 再次参考表1和图5A，可以构造空载调制功率放大器500的非对称形式，其中不同的放大器处理不同量的功率。根据表1，不同放大器P1、P2、P3在其输出处看到的阻抗可以具有不同的值。峰值放大器所看到的阻抗变化可能是不希望的，这是因为放大器可以被构造为驱动典型的负载阻抗(例如50欧姆)。在一些实施例中，阻抗变换器1110、1120、1130可以连接到峰值放大器的输出，如图11所示，以将下游阻抗(在表1中列出)变换为期望的阻抗(例如50欧姆)。对于图7所示的实施例，阻抗变换器也可以连接到峰值放大器的输出。
[0089] 图12描绘了例如可以在电路板或MMIC上实现的用于空载调制功率放大器的放大器芯片和输出网络的实施例。所描绘的实施例可以应用于图5A中描绘的四放大器的空载调制功率放大器，以及图7中描绘的三放大器的空载调制功率放大器。例如，主放大器M和峰值放大器P1、P2和P3可以连接到电路板或MMIC(未显示)，并具有通过键合线1210连接到电容器C(例如，条形电容器)的第一
电极的输出焊盘。电容器可以连接在键合线和参考电位(例如地)之间。附加的键合线可以连接在电容器的第一电极和输出焊盘之间。在这样的实施例中，电容器C的电极可以用作功率放大器的组合节点155。
[0090] 对于图12所示的实施例，各个放大器的漏-源电容(Cds)可以用作包括键合线1210和电容器C的网络的一部分。所得网络可以形成位于放大器的输出和组合节点之间的阻抗逆变器(例如，参照图5A的逆变器522、524)。例如，主放大器芯片M和第一峰值放大器芯片P1的漏源电容、键合线Lm和Lp1以及电容器C可以形成第一阻抗逆变器。以这种方式，功率放大器可以被组装为紧凑的封装。
[0091] 图13示出了空载调制功率放大器1300的实施例，其中例如使用混合耦合器1320而不是常规的T型结来组合来自放大器M、P1、P2、P3的输出，。发明人已经认识并意识到，混合耦合器可以进一步显著改善空载调制功率放大器的带宽特性。可以使用的混合耦合器的示例包括但不限于兰格耦合器、图14所示的分支线耦合器和图15所示的
正交线耦合器。这些耦合器中的任何一个都可以是添加到电路板或MMIC上的分立器件，也可以在电路板或MMIC上作为集成电路的一部分进行印刷和制造。发明人还认识到，诸如此类的混合耦合器可以用于改进其他功率放大器配置中的带宽性能，在其他功率放大器配置中，来自两个或更多个并行工作的放大器(例如Doherty放大器)的信号被组合。
[0092] 与T型结相比，混合耦合器可以提供更小的尺寸，尤其是在较低频率下。当峰值放大器处于空闲状态时，混合耦合器还可以更好地将峰值放大器与主放大器隔离。更好的隔离可以减少放大器回退时的信号损耗和功率损耗。在一些实施方式中，混合耦合器可抑制互调产物的量，否则，该互调产物将绕过T型结型组合器。
[0093] 使用混合耦合器进行的仿真表明，基于功率放大器的设计，在载波频率下RF分数带宽可提高25％或更多。分数带宽可以象征性地表示为Δω/ωο，并且表示器件相对于施加到器件的载波频率ωο的-20dB回波损耗点之间的带宽。示例仿真的结果在图16中示出。在此示例中，载波频率为2GHz。这些图线比较了两个组合器的主放大器的回波损耗：传统的T型结组合器(上方的虚线)和正交线混合耦合器(下方的实线)。仿真均针对如图5A所示的本实施例的四放大器空载调制功率放大器。该制图表明混合耦合器的RF分数带宽显著增加。对于此仿真，T型结组合器的RF分数带宽约为17％。当使用混合耦合器组合来自放大器的信号时，同一功率放大器的RF分数带宽约为73％。
[0094] 发明人还考虑了操作空载调制功率放大器的方法。一种方法可以包括将信号划分为多个信号，并将划分出的信号部分提供给并联的多个放大器。放大器中的一个可以用作第一放大器类(例如，AB类)中的主放大器。其余的放大器可以用作第二放大器类(例如，C类)中的峰值放大器。来自放大器的第一部分的输出可以被组合并且被提供给第一阻逆变器，并且来自放大器的第二部分的输出可以被组合并且被提供给第二阻抗逆变器。可以将阻抗逆变器的输出进行组合并提供给输出端口，该输出端口可以连接到具有阻抗R的负载。可以如上所述确定阻抗逆变器的特征阻抗和峰值放大器的相对电流比，以提供一个功率放大器，其中主放大器在功率放大器的完全开启状态和完全回退状态之间看不到或几乎看不到负载调制。在某些实施例中，主放大器在功率放大器的完全导通状态和完全回退状态之间的负载调制少于20％。在某些情况下，主放大器在功率放大器的完全导通状态和完全回退状态之间的负载调制少于5％。
[0095] 本文描述的功率放大器可以实施为各种配置。示例性配置包括如下所述的配置(1)到(16)的组合。
[0096] (1)一种功率放大器，包括：主放大器，其与第一峰值放大器并联在第一电路分支中；以及第二峰值放大器，其与第三峰值放大器并联在第二电路分支中，所述第二电路分支与所述第一电路分支并联，其中，所述主放大器被配置为以第一放大器类工作，并且峰值放大器被配置为以与所述第一放大器类不同的放大器类工作，其中，当峰值放大器完全放大接收信号时以及当峰值放大器没有放大接收信号时，所述主放大器看到的负载阻抗是基本相同的值。
[0097] (2)根据配置(1)所述的功率放大器，还包括：组合节点，所述第一电路分支在所述组合节点处连接到所述第二电路分支；所述功率放大器的输出端口，其连接到所述组合节点，并被配置为连接到阻抗值为R的负载；所述第一电路分支中的第一阻抗逆变器，其特征阻抗值为R±0.05R；以及所述第二电路分支中的第二阻抗逆变器，其特征阻抗值为R±0.05R，其中，所述功率放大器用于驱动所述阻抗值为R的负载。
[0098] (3)根据配置(1)或(2)所述的功率放大器，其中，当峰值放大器完全放大接收信号时以及当峰值放大器没有放大接收信号时，所述主放大器看到的负载阻抗约为R。
[0099] (4)根据配置(1)至(3)中任一项所述的功率放大器，其中，R的值具有10欧姆到100欧姆的实数阻抗值。
[0100] (5)根据配置(1)至(4)中的任一项所述的功率放大器，还包括：第一阻抗变换器，其连接在所述第一峰值放大器与所述第一阻抗逆变器之间。
[0101] (6)根据配置(1)至(5)中的任一项所述的功率放大器，其中，所述组合节点包括电容器的电极。
[0102] (7)根据配置(1)至(6)中的任一项所述的功率放大器，其中，所述主放大器、第一峰值放大器、第二峰值放大器和第三峰值放大器由氮化镓材料形成。
[0103] (8)根据配置(1)至(7)中任一项所述的功率放大器，还包括多条键合线，其将来自所述主放大器、第一峰值放大器、第二峰值放大器和第三峰值放大器的输出连接至电容器的同一电极。
[0104] (9)根据配置(8)所述的功率放大器，其中，所述多条键合线的一部分、所述主放大器和第一峰值放大器的漏极-源极电容以及所述电容器形成阻抗逆变器。
[0105] (10)根据配置(1)至(9)中任一项的功率放大器，组装在微波单片集成电路中或组装在电路板上。
[0106] (11)根据配置(1)至(10)中任一项所述的功率放大器，其中，所述主放大器、第一峰值放大器、第二峰值放大器和第三峰值放大器均包括至少一个高电子迁移率晶体管。
[0107] (12)根据配置(1)至(11)中的任一项所述的功率放大器，其中，，来自峰值放大器中的一个峰值放大器的最大输出电流与来自所述主放大器的最大电流相差超过20％。
[0108] (13)根据配置(1)至(12)中的任一项所述的功率放大器，还包括：信号划分电路，其将接收的输入信号划分为被提供给所述主放大器和峰值放大器的四个输出信号，其中，所述四个输出信号中的被提供给峰值放大器的至少一个输出信号相对于被提供给所述主放大器的输出信号的相位在相位上延迟80度至100度的量。
[0109] (14)根据配置(1)至(13)中任一项所述的功率放大器，其中，所述功率放大器对于-10dB到-6.5dB的输出功率回退值表现出效率峰值。
[0110] (15)根据配置(1)至(14)中的任一项所述的功率放大器，其中，，当所述主放大器和所述第二峰值放大器完全放大时，从所述第二峰值放大器传送的最大电流是从所述主放大器传送的最大电流的1至3倍。
[0111] (16)根据配置(1)至(15)中任一项所述的功率放大器，其中，峰值放大器的电流比r1、r2和r3满足以下关系
[0112]
[0113] 其中，r1是当主放大器和第一峰值放大器完全放大时，所述第一峰值放大器传送的最大电流与所述主放大器传送的最大电流的比值；r2是当所述主放大器和所述第二峰值放大器完全放大时，所述第二峰值放大器传送的最大电流与所述主放大器传送最大电流的比值；r3是当所述主放大器和所述第三峰值放大器完全放大时，所述第三峰值放大器传送的最大电流与由所述主放大器传送的最大电流的比值。
[0114] 操作前述配置的功率放大器的方法包括如以下方法(17)至(28)中所述的动作的不同组合。
[0115] (17)一种操作功率放大器的方法，该方法包括：在第一时间：在所述功率放大器的第一电路分支中，利用与没有放大的第一峰值放大器并联的主放大器来放大第一接收信号的第一部分；在第二时间：利用所述主放大器放大第二接收信号的第一部分；利用处于完全导通状态的所述第一峰值放大器来放大所述第二接收信号的第二部分；利用处于完全导通状态的第二峰值放大器来放大所述第二接收信号的第三部分；以及利用与所述第二峰值放大器并联在所述功率放大器的第二电路分支中的处于完全导通状态的第三峰值放大器来放大所述第二接收信号的第四部分，其中，所述主放大器在所述第一时间看到的负载阻抗与所述主放大器在所述第二时间看到的负载阻抗是基本相同的值。
[0116] (18)根据(17)所述的方法，还包括：将来自所述主放大器和所述第一峰值放大器的信号提供给所述第一电路分支中的特征阻抗值为R±0.05R的第一阻抗逆变器；
[0117] 将来自所述第二峰值放大器和所述第三峰值放大器的信号提供给所述第二电路分支中的特征阻抗值为有R±0.05R的第二阻抗逆变器；
[0118] 在组合节点处组合来自所述第一电路分支和所述第二电路分支的信号；以及[0119] 将组合信号从所述组合节点提供给所述功率放大器的输出端口，所述输出端口被配置为连接到阻抗值为R的负载。
[0120] (19)根据(17)或(18)所述的方法，其中，当峰值放大器在所述第二时间完全放大时以及当峰值放大器在所述第一时间没有放大时，所述主放大器看到的负载阻抗约为R。
[0121] (20)根据(17)至(19)中的任一项所述的方法，其中，R的值具有10欧姆到100欧姆的实数阻抗值。
[0122] (21)根据(17)至(20)中任一项所述的方法，还包括：将从所述第一峰值放大器输出的信号提供给连接在所述第一峰值放大器与所述第一阻抗逆变器之间的第一阻抗变换器。
[0123] (22)根据(17)至(21)中任一项所述的方法，其中，所述组合节点包括电容器的电极。
[0124] (23)根据(17)至(22)中任一项所述的方法，其中，所述主放大器、第一峰值放大器、第二峰值放大器和第三峰值放大器由氮化镓材料形成。
[0125] (24)根据(17)至(23)中任一项所述的方法，其中，所述主放大器、第一峰值放大器、第二峰值放大器和第三峰值放大器均包括至少一个高电子迁移率晶体管。
[0126] (25)根据(17)至(24)中任一项所述的方法，其中，来自峰值放大器中的一个峰值放大器的最大输出电流与来自所述主放大器的最大电流相差超过20％。
[0127] (26)根据(17)至(25)中任一项所述的方法，还包括：
[0128] 将所述第二接收信号划分为被提供给所述主放大器和峰值放大器的四个输出信号；以及
[0129] 相对于提供给所述主放大器的输出信号的相位，将所述四个输出信号中被提供给峰值放大器的至少一个输出信号的相位延迟80度至100度的量。
[0130] (27)根据(17)至(26)中的任一项所述的方法，其中，所述功率放大器对于-10dB到-6.5dB的输出功率回退值表现出效率峰值。
[0131] (28)根据(17)至(27)中的任一项所述的方法，还包括：当所述主放大器和所述第二放大器完全放大时，从所述第二峰值放大器传送的最大电流为从所述主放大器传送的最大电流的1至3倍。
[0132] 其他实施例包括下面的构造(29)至(44)。
[0133] (29)一种功率放大器，包括：主放大器，其与第一峰值放大器并联在第一电路分支中；以及第二峰值放大器，其在与所述第一电路分支并联的第二电路分支中，其中，所述主放大器被配置为以第一放大器类工作，并且所述第一峰值放大器和第二峰值放大器被配置为以与所述第一放大器类不同的放大器类工作，其中，当峰值放大器完全放大接收信号时以及当峰值放大器没有放大接收信号时，所述主放大器看到的负载阻抗是基本相同的值。
[0134] (30)根据配置(29)所述的功率放大器，还包括：组合节点，所述第一电路分支在所述组合节点处连接至所述第二电路分支；所述功率放大器的输出端口，其连接到所述组合节点，并被配置为连接到阻抗值为R的负载；所述第一电路分支中的第一阻抗逆变器，其特征阻抗值为R±0.05R；以及所述第二电路分支中的第二阻抗逆变器，其特征阻抗值为其中，所述功率放大器适于驱动所述阻抗值为R的负载，并且其中，由下式给出
[0135]
[0136] 其中，r1是所述第一峰值放大器在完全放大时传送的最大电流与所述主放大器在完全放大时传送的最大电流的比值，r2是所述第二峰值放大器在完全放大时传送的最大电流与所述主放大器在完全放大时传送的最大电流的比值。
[0137] (31)根据配置(29)或(30)所述的功率放大器，其中，当峰值放大器完全放大接收信号时以及当峰值放大器没有放大接收信号时，所述主放大器看到的负载阻抗约为R。
[0138] (32)根据配置(29)至(31)中的任一项所述的功率放大器，其中，R的值具有10欧姆到100欧姆的实数阻抗值。
[0139] (33)根据配置(29)至(32)中的任一项所述的功率放大器，还包括：第一阻抗变换器，其连接在所述第一峰值放大器与所述第一阻抗逆变器之间。
[0140] (34)根据配置(29)至(33)中的任一项所述的功率放大器，其中，所述组合节点包括电容器的电极。
[0141] (35)根据配置(29)至(34)中的任一项所述的功率放大器，其中，所述主放大器、第一峰值放大器和第二峰值放大器由氮化镓材料形成。
[0142] (36)根据配置(29)至(35)中的任一项所述的功率放大器，还包括：多条键合线，其将来自所述主放大器、第一峰值放大器和第二峰值放大器的输出连接至电容器的同一电极。
[0143] (37)根据配置(36)所述的功率放大器，其中，所述多条键合线的一部分、所述主放大器和所述第一峰值放大器的漏极-源极电容以及所述电容器形成阻抗逆变器。
[0144] (38)根据(29)至(37)中任一项所述的功率放大器，组装在微波单片集成电路中或组装在电路板上。
[0145] (39)根据配置(29)至(38)中的任一项所述的功率放大器，其中，所述主放大器、第一峰值放大器和第二峰值放大器均包括至少一个高电子迁移率晶体管。
[0146] (40)根据配置(29)至(39)中任一项所述的功率放大器，其中，来自峰值放大器中的一个峰值放大器的最大输出电流与来自所述主放大器的最大电流相差超过20％。
[0147] (41)根据配置(29)至(40)中的任一项所述的功率放大器，还包括：信号划分电路，其将接收的输入信号划分为被提供给所述主放大器和峰值放大器的三个输出信号，其中，所述三个输出信号中被提供给峰值放大器的至少一个输出信号相对于被提供给所述主放大器的输出信号的相位在相位上延迟80度至100度的量。
[0148] (42)根据配置(29)至(41)中的任一项所述的功率放大器，其中，所述功率放大器对于-10dB到-6.5dB的输出功率回退值表现出效率峰值。
[0149] (43)根据配置(29)至(42)中的任一项所述的功率放大器，其中，当所述主放大器和所述第二放大器完全放大时，从所述第二峰值放大器传送的最大电流是从所述主放大器传送的最大电流的1至3倍。
[0150] (44)根据(29)至(43)中任一项所述的功率放大器，其中，所述峰值放大器的电流比r1和r2满足以下关系
[0151]
[0152] 其中，r1是当主放大器和第一峰值放大器完全放大时，所述第一峰值放大器传送的最大电流与所述主放大器传送的最大电流的比值；r2是当所述主放大器和所述第二峰值放大器完全放大时，所述第二峰值放大器传送的最大电流与所述主放大器传送的最大电流的比值。
[0153] 操作配置(29)至(44)的功率放大器的方法包括如以下方法(45)至(56)中所述的动作的不同组合。
[0154] (45)一种操作功率放大器的方法，包括：在第一时间：在所述功率放大器的第一电路分支中，利用与没有放大的第一峰值放大器并联的主放大器来放大第一接收信号的第一部分；在第二时间：利用所述主放大器放大第二接收信号的第一部分；利用处于完全导通状态的所述第一峰值放大器来放大所述第二接收信号的第二部分；以及利用与所述功率放大器的第一电路分支并联的处于完全导通状态的第二峰值放大器来放大所述第二接收信号的第三部分，其中，所述主放大器在所述第一时间看到的负载阻抗与所述主放大器在所述第二时间看到的负载阻抗是基本相同的值。
[0155] (46)根据(45)所述的方法，还包括：将来自所述主放大器和所述第一峰值放大器的信号提供给所述第一电路分支中的特征阻抗值为R±0.05R的第一阻抗逆变器；将来自所述第二峰值放大器的信号提供给特征阻抗值为 的的第二阻抗逆变器，其中，由以下表达式给出
[0156]
[0157] 其中，r1是所述第一峰值放大器在完全放大时传送的最大电流与所述主放大器在完全放大时传送的最大电流的比值，r2是所述第二峰值放大器在完全放大时传送的最大电流与所述主放大器在完全放大时传送的最大电流的比值；将来自所述第一电路分支和所述第二阻抗逆变器的信号在组合节点处组合；以及将组合信号从所述组合节点提供给所述功率放大器的输出端口，所述输出端口被配置为连接到阻抗值为R的负载。
[0158] (47)根据(45)或(46)所述的方法，其中，当峰值放大器在所述第二时间完全放大时以及当峰值放大器在所述第一时间没有放大时，所述主放大器看到的负载阻抗约为R。
[0159] (48)根据(45)至(47)中的任一项所述的方法，其中，R的值具有10欧姆到100欧姆的实数阻抗值。
[0160] (49)根据(45)至(48)中任一项所述的方法，还包括：将从所述第一峰值放大器输出的信号提供给连接在所述第一峰值放大器与所述第一阻抗逆变器之间的第一阻抗变换器。
[0161] (50)根据(45)至(49)中任一项所述的方法，其中，所述组合节点包括电容器的电极。
[0162] (51)根据(45)至(50)中的任一项所述的方法，其中，所述主放大器、第一峰值放大器和第二峰值放大器由氮化镓材料形成。
[0163] (52)根据(45)至(51)中任一项所述的方法，其中，所述主放大器、第一峰值放大器和第二峰值放大器均包括至少一个高电子迁移率晶体管。
[0164] (53)根据(45)至(52)中任一项所述的方法，其中，来自峰值放大器中的一个峰值放大器的最大输出电流与来自所述主放大器的最大电流相差超过20％。
[0165] (54)根据(45)至(53)中的任一项所述的方法，还包括：将所述第二接收信号划分为被提供给所述主放大器和峰值放大器的三个输出信号；以及相对于提供给所述主放大器的输出信号的相位，将所述三个输出信号中的提供给峰值放大器的至少一个输出信号的相位延迟80度到100度的量。
[0166] (55)根据(45)至(54)中的任一项所述的方法，其中，所述功率放大器对于-10dB到-6.5dB的输出功率回退值表现出效率峰值。
[0167] (56)根据(45)至(55)中任一项所述的方法，还包括：当所述主放大器和所述主放大器完全放大时，从所述第二峰值放大器传送的最大电流为从所述主放大器传送的最大电流的1至3倍。
[0168] 功率放大器的其他实施例包括以下描述的配置(57)至(67)。
[0169] (57)一种功率放大器，包括：主放大器，连接在第一电路分支中；
[0170] 第一峰值放大器，其在与所述第一电路分支并联的第二电路分支中，其中，所述主放大器被配置为以第一放大器类工作，并且所述第一峰值放大器被配置为以与所述第一放大器类不同的放大器类工作；以及混合耦合器，设置为将来自所述第一电路分支的第一信号与来自所述第二电路分支的第二信号进行组合。
[0171] (58)根据配置(57)所述的功率放大器，其中，所述混合耦合器是分支线耦合器或正交线耦合器。
[0172] (59)根据配置(57)所述的功率放大器，其中，所述混合耦合器是兰格耦合器。
[0173] (60)根据配置(57)至(59)中的任一项所述的功率放大器，还包括：第二峰值放大器，其与所述主放大器并联在所述第一电路分支中，其中，当峰值放大器完全放大接收信号时以及当峰值放大器没有放大接收信号时，所述主放大器看到的负载阻抗是基本相同的值。
[0174] (61)根据(57)至(60)中任一项所述的功率放大器，还包括：所述功率放大器的输出端口，其连接至所述混合耦合器并被配置为连接至阻抗值为R的负载；所述第一电路分支中的第一阻抗逆变器，其特征阻抗值为R±0.05R；以及所述第二电路分支中的第二阻抗逆变器，其特征阻抗值为 其中，所述功率放大器适于驱动所述阻抗值为R的负载，并且其中，由下式给出
[0175]
[0176] 其中，r1是所述第一峰值放大器在完全放大时传送的最大电流与所述主放大器在完全放大时传送的最大电流的比值，r2是所述第二峰值放大器在完全放大时传送的最大电流与所述主放大器在完全放大时传送的最大电流的比值。
[0177] (62)根据配置(57)至(61)中的任一项所述的功率放大器，其中，当峰值放大器完全放大接收信号以及当峰值放大器没有放大接收信号时，所述主放大器看到的负载阻抗约为R。
[0178] (63)根据配置(57)至(62)中的任一项所述的功率放大器，其中，R的值具有10欧姆到100欧姆的实数阻抗值。
[0179] (64)根据(57)至(59)中任一项所述的功率放大器，还包括：第二峰值放大器，其与所述主放大器并联在所述第一电路分支中；以及第三峰值放大器，其与所述第一峰值放大器并联在所述第二电路分支中，其中，当峰值放大器完全放大接收信号时以及当峰值放大器没有放大接收信号时，所述主放大器看到的负载阻抗是基本相同的值。
[0180] (65)根据(64)所述的功率放大器，还包括：所述功率放大器的输出端口，其连接至所述混合耦合器并被配置为连接至阻抗值为R的负载；所述第一电路分支中的第一阻抗逆变器，其特征阻抗值为R±0.05R；以及所述第二电路分支中的第二阻抗逆变器，其特征阻抗值为R±0.05R，其中，所述功率放大器用于驱动所述阻抗值为R的负载。
[0181] (66)根据配置(57)至(59)、(64)和(65)中的任一项所述的功率放大器，其中，当峰值放大器完全放大接收信号时以及当峰值放大器不放大接收信号时，所述主放大器看到的负载阻抗约为R。
[0182] (67)根据配置(57)至(59)和(64)至(66)中的任一项所述的功率放大器，其中，R的值具有在10欧姆和100欧姆的实数阻抗值。
[0183] 配置(57)至(67)的功率放大器的操作方法包括以下所述的方法(68)至(72)。
[0184] (68)一种操作功率放大器的方法，包括：在第一时间：在所述功率放大器的第一电路分支中，利用主放大器放大第一接收信号的第一部分；在第二时间：利用所述主放大器放大第二接收信号的第一部分；以及利用在与所述第一电路分支并联的所述功率放大器的第二电路分支中的处于完全导通状态的第一峰值放大器来放大所述第二接收信号的第二部分；以及利用混合耦合器将来自所述第一电路分支的信号与来自所述第二电路分支的信号进行组合。
[0185] (69)根据(68)所述的方法，其中，所述混合耦合器是分支线耦合器或正交线耦合器。
[0186] (70)根据(68)所述的方法，其中，所述混合耦合器是兰格耦合器。
[0187] (71)根据(68)至(70)中的任一项所述的方法，还包括：在第二时间，利用与所述主放大器并联的处于完全导通状态的第二峰值放大器来放大所述第二接收信号的第三部分，其中，所述主放大器在所述第一时间和第二时间看到的负载阻抗基本相同。
[0188] (72)根据(68)至(70)中的任一项所述的方法，还包括：在第二时间：利用与所述主放大器并联的处于完全导通状态的第二峰值放大器来放大所述第二接收信号的第三部分，以及利用与所述第一峰值放大器并联的处于完全导通状态的第三峰值放大器来放大所述第二接收信号的第四部分，其中所述主放大器在所述第一时间和第二时间看到的负载阻抗基本相同。
[0189] 结论
[0190] 在一些实施例中，术语“大致”和“大约”可以用来表示在目标值的±20％之内，在一些实施例中，是在目标值的±10％之内，在一些实施例中，是在目标值的±5％之内，并且在一些实施例中甚至在目标值的±2％以内。术语“大致”和“大约”可以包括目标值。术语“基本上”用于表示目标值的±3％以内并且包括目标值。
[0191] 本文描述的技术可以实施为一种方法，已经描述了该方法的至少一些动作。作为该方法的一部分执行的动作可以以任何合适的方式排序。因此，可以构造这样的实施例，其中，以与所描述的顺序不同的顺序来执行动作，即使在说明性实施例中被描述为顺序动作，其也可以包括同时执行一些动作。另外，在一些实施例中，一种方法可以包括比所描述的动作更多的动作，并且比在其他实施例中所描述的动作更少的动作。
[0192] 因此，已经描述了本发明的至少一个说明性实施例，本领域技术人员将容易想到各种改变、
修改和改进。这样的改变、修改和改进旨在本发明的精神和范围内。因此，前面的描述仅是示例性的，并不意在限制。本发明仅由所附
权利要求书及其等效物所限定。
