DE10158791B4

DE10158791B4 - Hochfrequenzverstärker und Funkübertragungsvorrichtung

Info

Publication number: DE10158791B4
Application number: DE10158791A
Authority: DE
Inventors: Akira Ohta; Akira Inoue
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2001-06-08
Filing date: 2001-11-30
Publication date: 2011-03-03
Anticipated expiration: 2021-12-01
Also published as: TWI271921B; US20020186088A1; KR100427154B1; US6876258B2; DE10158791A1; JP2002368553A; CN1391354A; KR20020095035A; CN100423456C

Abstract

Hochfrequenzverstärker (101), zum Anschluss an einen Isolator (103), dessen Eingangsimpedanz einen niedrigeren Wert als seine Ausgangsimpedanz aufweist, umfassend:
– ein Substrat (4),
– ein Verstärkerelement (105, 107), welches zum Empfangen und Verstärken eines Eingangssignals auf dem Substrat vorgesehen ist,
– eine auf dem Substrat vorgesehene Ausgangsanpassungsschaltung (108'),
wobei
die Ausgangsanpassungsschaltung (108')
– eine Harmonischen-Verarbeitungsschaltung (109) zum Entfernen von harmonischen Oberwellen, welche in einem Ausgangssignal des Verstärkerelements enthalten sind, und
– einen Tiefpassfilter (1), der auf dem Substrat angeordnet ist,
wobei der Tiefpassfilter (1) direkt hinter der Harmonischen-Verarbeitungsschaltung (109) an diese angeschlossen ist, um ein Signal selektiv passieren zu lassen, welches an den Isolator (103) geliefert wird,
umfasst,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein erstes und ein zweites Durchgangsloch (VH1, VH2) in dem Substrat gebildet sind, um die Vorderseite des Substrates mit einer auf der Rückseite des Substrates angebrachten Erdungselektrode (BP) zu...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft den Aufbau eines Hochfrequenzhalbleiterverstärkers, welcher einen Hochfrequenztransistor verwendet, wie etwa einen Feldtransistor (von nun an „FET” genannt), und eine Funkübertragungsvorrichtung, in welcher dieser Hochfrequenzhalbleiterverstärker eingesetzt wird. Im einzelnen handelt die vorliegende Erfindung von dem Aufbau eines Hochfrequenzverstärkers, welcher in einem mobilen Kommunikationsgerät und in einem Mikrowellenkommunikationsgerät, abgesehen von dem mobilen Kommunikationsgerät, eingesetzt wird und von einer Funkübertragungsvorrichtung, in welcher der Hochfrequenzverstärker eingesetzt wird.
Zum Beispiel ist eine Funkübertragungseinheit einer mobilen Terminalvorrichtung derart konstruiert, daß ein Chip auf einem Substrat als isolierendes Material angeordnet ist, welcher einen Hochfrequenztransistor, wie etwa ein FET, umfaßt, der aus einem Halbleitermaterial gebildet ist.
15 zeigt ein schematisches Blockdiagramm, welches den Aufbau einer Funkübertragungseinheit 9000 darstellt, die in einer konventionellen mobilen Terminalvorrichtung gemäß der oben beschriebenen Ausführung eingesetzt wird.
Gemäß 15 umfaßt die Funkübertragungseinheit 9000 einen Hochfrequenzverstärker 1010, welcher hinsichtlich einer hocheffizienten Arbeitsweise ausgelegt ist (und von nun an „Hocheffizienzverstärker” genannt wird), ein nicht reziprokes Schaltelement 1030 und eine Übertragungsleitung 1020, welche den Hocheffizienzverstärker 1010 mit dem nicht reziproken Schaltelement 1030 verbindet.
Der Hocheffizienzverstärker 1010 ist in einem Leistungsverstärkermodul 100 angeordnet, welches ein Eingangsterminal 10 und ein Ausgangsterminal 20 aufweist. Das Eingangsterminal 10 empfängt ein Übertragungssignal, welches für die Übertragung ein zuvor bestimmtes Modulations- und Aufkonvertierungsverfahren auf eine hohen Frequenz durchlaufen hat. Ein Ausgang des nicht reziproken Schaltelementes 1030 ist letztendlich mit einer Antenne (nicht dargestellt) verbunden.
Der Hocheffizienzverstärker 1010 ist auf einem Substrat ausgebildet, welches metallische wellenleitende Leitungen (Übertragungsleitungen) aufweist, wie etwa Mikrostreifenleiter auf einem Isolator, etwa Keramik oder Synthetikharz gemäß der obigen Beschreibung. Im einzelnen ist der Hocheffizienzverstärker 1010 auf dem Substrat aus den folgenden Komponenten aufgebaut: eine Eingangsanpassungsschaltung 104, ein Chip des Erststufenverstärkers 105, ein Zwischenstufenanpassungsschaltung 106, ein Chip des Zweitstufenverstärkers 107 und eine Ausgangsanpassungsschaltung 1080, wobei die Komponenten in dieser Reihenfolge zwischen dem Eingangsterminal 10 und dem Ausgangsterminal 20 des Moduls 100 angeordnet sind. Diese Bauteile auf dem Substrat sind mit den metallischen wellenleitenden Leitungen verbunden, welche vorab auf das Substrat aufgebracht wurden. Neben den Bauteilen auf dem Substrat mögen passive Elemente, d. h. die Eingangsanpassungsschaltung 104, die Zwischenstufenanpassungsschaltung 106 und die Ausgangsanpassungsschaltung 1080, vorab aus einer metallischen Ebene auf dem Substrat, wie die metallischen wellenleitenden Leitungen, ausgebildet sein. An diesen derart ausgebildeten passiven Elementen wurden anschließend feine Anpassungen durchgeführt, indem während des Zusammenbauvorganges Leitungsverbindungen oder ähnliches verändert wurden.
Die Ausgangsanpassungsschaltung 1080 umfaßt eine Harmonischen-Verarbeitungsschaltung 111 und eine Grundschwingungs-Anpassungsschaltung 114. Die Harmonischen-Verarbeitungsschaltung 111 bearbeitet die Harmonischen, indem eine Impedanzanpassung für die Harmonischen durchgeführt wird. Die Grundschwingungs-Anpassungsschaltung 114 führt eine Impedanzanpassung für die Grundschwingung durch.
Das nicht reziproke Schaltelement 1013 umfaßt beispielsweise einen Isolator 130. Ein Ausgangsterminal 40 des nicht reziproken Schaltelementes 1030 ist mit einer Antenne eines mobilen Kommunikationsgerätes oder ähnlichem verbunden. Das nicht reziproke Schaltelement 1030 in solch einem mobilen Kommunikationsgerät ermöglicht es, daß der Verstärker unabhängig von dem Zustand der Antenne effizient arbeitet.
Ein Beispiel für ein nicht reziprokes Schaltelement, welches einen Isolator einsetzt, ist im folgenden beschrieben.
Das nicht reziproke Schaltelement 1030 umfaßt eine Eingangsanpassungsschaltung 120, welche mit der Übertragungsleitung 1020 und dem Isolationskörper 130 verbunden ist, wobei der Isolationskörper 130 zwischen der Eingangsanpassungsschaltung 120 und dem Ausgangsterminal 40 verbunden ist.
Der Hocheffizienzverstärker 1010 hat eine Ausgangsimpedanz von 50 Ω, und der Isolator 103 hat eine Eingangs-/Ausgangsimpedanz von 50 Ω, da die Übertragungsleitung, welche normalerweise in Hochfrequenzgeräten eingesetzt wird, diese charakteristische Impedanz aufweist, die durch 50 Ω-Abschlüsse gebildet wird. Der Zweitstufenverstärker 107 hat eine Ausgangsimpedanz zwischen 1 bis 10 Ω. Folglich ist die Grundschwingungs-Anpassungsschaltung 114 als ein Konverterschaltkreis konstruiert, welcher die Ausgangsimpedanz (1 bis 10 Ω) des Zweitstufenverstärkers 107 auf 50 Ω konvertiert.
Ein Signal, welches an dem Eingangsterminal 10 anliegt, wird über den Hocheffizienzverstärker 1010 verstärkt. Das verstärkte Signal läuft durch die Übertragungsleitung 1020 mit der charakteristischen Impedanz von 50 Ω und durch den Isolator 1030, um an die Antenne ausgegeben zu werden. Sämtliche reflektierten Wellen, welche hinter dem Isolator 1030 generiert werden, werden durch den Isolator 1030 unterbrochen, so daß die reflektierten Wellen jeweils zu dem Hocheffizienzverstärker 1010 zurücklaufen. Dann kann der Hocheffizienzverstärker 1010 in einem stabilen Zustand in seiner festen hocheffizienten Arbeitsweise arbeiten.
In den vergangenen Jahren wurden mobile Terminalgeräte bemerkenswert hinsichtlich ihres Gewichtes und ihrer Größe reduziert. Ein wichtiger Punkt bei der Entwicklung von Terminalgeräten ist die Reduktion der Größe und des Gewichtes. Die Größe und das Gewicht der Geräte werden hauptsächlich durch eine Verkleinerung der zugehörigen Batterien reduziert. Während eine bestimmte Gesprächzeit vorausgesetzt wird, ist es bei der Verkleinerung der Batterie wichtig, die Arbeitseffizienz des Verstärkers in Hinblick auf dessen Leistungsverbrauch zu steigern, da der Verstärker einen großen Anteil des gesamten Leistungsverbrauches des mobilen Terminalgerätes beansprucht, und folglich ist es wichtig, den Leistungsverbrauch des mobilen Terminalgerätes als solches zu reduzieren.
Wenn jedoch eine wie oben beschriebene Bauweise für die Funkübertragungseinheit 9000 vorliegt, ist es schwierig, die Verstärkereffizienz zu steigern, da an der Grundschwingungs-Anpassungsschaltung 114 ein großer Verlust abfällt.
Beispielsweise behandelt die japanische Patentschrift Nr. 10-327003 mit dem Titel „Irrevesible Circuit Element and Composit Electronic Component” das Problem der Effizienzsteigerung. Das Dokument offenbart einen Aufbau, bei dem es einer Impedanz Z möglich ist, die Beziehung 2 Ω < Z < 12,5 Ω zu erfüllt, wobei Z sowohl die Ausgangsimpedanzen des Hocheffizienzverstärkers, als auch die Eingangsimpedanz des nicht reziproken Schaltelementes (Isolator) und die charakteristische Impedanz der Leitung, welche den Hocheffizienzverstärker und das nicht reziproke Schaltelement verbindet, darstellt.
16 zeigt ein Blockdiagramm, in welchem der Aufbau einer Funkübertragungseinheit 9200 dargestellt ist, welche einen in dem oben genannten Dokument offenbarten Niedrigimpedanz-Isolator verwendet.
Gemäß 16 setzt sich die Funkübertragungseinheit 9200 aus einem Niedrigimpedanz-Hocheffizienzverstärker 101, einer Niedrigimpedanz-Übermittlungsleitung 102 und einem Niedrigimpedanz-Isolator 103 zusammen.
Der Niedrigimpedanz-Hocheffizienzverstärker 101 hat eine Ausgangsimpedanz, welche niedriger als die charakteristische Impedanz von 50 Ω einer normalen und obig beschriebenen Übermittlungsleitung ist, und der Niedrigimpedanz-Isolator 103 hat eine Eingangsimpedanz, welche auch niedriger als 50 Ω ist. Andererseits ist die Ausgangsimpedanz des Isolators 103 so ausgelegt, daß sie die normale charakteristische Impedanz von 50 Ω aufweist.
In der in 16 gezeigten Bauweise liegt beispielsweise die Ausgangsimpedanz des Hocheffizienzverstärkers 101 in einem Bereich zwischen 1 bis 10 Ω (gemäß der Ausgangsimpedanz des Zweitstufenverstärkers 107). Eine Eingangsanpassungsschaltung 111 des Isolators 103 reguliert die Eingangsimpedanz des Niedrigimpedanz-Isolators 103 auf die Ausgangsimpedanz des Hocheffizienzverstärkers 101.
Daher ist es in der in 16 dargestellten Bauweise möglich, einen Hocheffizienzverstärker 101 ohne eine Grundschwingungs-Anpassungsschaltung aufzubauen. Folglich kann der in der Ausgangsanpassungsschaltung anfallende Leistungsverlust verhindert werden, wobei sich der Leistungsverbrauch der gesamten Baugruppe, einschließlich des Hocheffizienzverstärkers 101 und des Isolators 103, reduziert.
Die Eingangsanpassungsschaltung 111 des Niedrigimpedanz-Isolators 103 hat einen Tiefpaßfilter 113 vom sogenannten C-L-C π-Typ.
Der Tiefpaßfilter 113 beseitigt Komponenten von Harmonischen aus dem Ausgangssignal des Niedrigimpedanz-Hocheffizienzverstärkers 101.
Die in 16 gezeigte Bauweise weist das im folgenden diskutierte Problem auf. Die Niedrigimpedanz-Übermittlungsleitung 102 liegt zwischen dem als Leistungsverstärkungsmodul dienenden Hocheffizienzverstärker 101 und dem Niedrigimpedanz-Isolator 103. Die Eingangsimpedanz des Niedrigimpedanz-Isolators 103 in der in 16 gezeigten Bauweise verändert sich innerhalb eines Frequenzbandes.
Hierbei werde angenommen, daß bei der im Frequenzband niedrigsten Frequenz fl die Impedanz den Wert 10 Ω annehme, und die Impedanz bei der höchsten Frequenz fh auf den Wert von 11 Ω wechsle. Es sei ferner angenommen, daß die Übertragungsleitung 102 eine durch L repräsentierte Induktivität aufweise. Dann weist mit Bezug auf den Isolator der Hocheffizienzverstärker 101 am Ausgangsende eine Impedanz auf, die bei der Frequenz fl den Wert (10 + j2πflL) Ω annimmt (j = Imaginärer Anteil), während die Impedanz bei der Frequenz fh den Wert (11 + j2πfhL) Ω erreicht. Die Variation der Impedanz innerhalb des Frequenzbandes wird anhand der folgenden Gleichung (1) ausgedrückt: √{1 + 2π·L·(fl – fh)²} (1)
Folglich wächst die Variation der Impedanz bei ansteigender Induktivität L innerhalb des Frequenzbandes an. Daraus resultiert, daß sich aufgrund der – verglichen mit der Ausgangsimpedanz des Verstärkers 101 – relativ großen Impedanzvariation die Verstärkungseffizienz, welche eine der Merkmale des Hocheffizienzverstärkers 101 darstellt, verschlechtert.
Die DE 197 52 216 A1 beschreibt eine Mikrowellen- und Millimeterschaltung mit einem Verstärker mit einem Bandsperrfilter, die als integrierte Schaltung ausgeführt sind. Der Bandsperrfilter ist zwischen einem Eingangsanschluss und einem Ausgangsanschluss der Mikrowellen- und Millimeterschaltung angeordnet. Ein Nachteil hiervon ist, dass die Herstellung einer solchen Schaltung sehr aufwendig ist.
Die US 5,412,347 A beschreibt eine Mikrowellenschaltung mit einer Verstärkerschaltung mit einer Eingangskoppelschaltung und einer Ausgangskoppelschaltung, die jeweils ein Bandpass- bzw. Bandpassfilternetzwerk aus Parallelkondensatoren und induktiven Stichleitungen umfassen. Die Schaltung beinhaltet keinen Isolator und keinen Tiefpass. Somit müssen zusätzliche externe Bauteile angeordnet werden, um harmonische Oberwellen zu entfernen. Dadurch wird die Herstellung sehr aufwendig.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen hocheffizienten Hochfrequenzverstärker vorzuschlagen, welcher möglicht einfach hergestellt werden kann; und ferner ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Funkübertragungsvorrichtung vorzuschlagen, in welcher der Hochfrequenzverstärker eingesetzt wird.
Zusammenfassend gesagt hegt ein Aspekt der vorliegenden Erfindung darin, einen Hochfrequenzverstärker an einen Isolator anzuschließen, wobei dieser eine Eingangsimpedanz aufweist, welche niedriger ist, als seine Ausgangsimpedanz. Der Hochfrequenzverstärker umfaßt ein Substrat, ein Verstärkerelement, eine Harmonischen-Verarbeitungsschaltung und einen Tiefpassfilter, der direkt hinter der Harmonischen-Verarbeitungsschaltung an diese angeschlossen ist.
Das Verstärkerelement ist zum Empfangen und Verstärken eines Eingangssignals auf dem Substrat aufgebracht. Die Harmonischen-Verarbeitungsschaltung ist zum Entfernen der harmonischen Oberwellen, welche in dem Ausgangssignal des Verstärkerelements vorliegen, auf das Substrat aufgebracht. Der Tiefpassfilter ist auf dem Substrat aufgebracht, um ein ein Signal selektiv passieren zu lassen, welches an den Isolator geliefert wird. Ein erstes und ein zweites Durchgangsloch sind in dem Substrat gebildet, um die Vorderseite des Substrates mit einer auf der Rückseite des Substrates angebrachten Erdungselektrode zu verbinden, der Hochfrequenzverstärker umfasst ferner die Erdungselektrode, und der Tiefpassfilter schließt folgendes ein: eine erste Signalleitung, welche auf dem Substrat so angeordnet ist, dass sie sich von einem Ausgang der Harmonischen-Verarbeitungsschaltung zu dem Isolator erstreckt; eine an der ersten Signalleitung angeordnete Induktivität; eine zweite, an der ersten Signalleitung vorgesehene Signalleitung, die von einem ersten Knotenpunkt an der Eingangsseite der Induktivität zu der Erdungselektrode durch das erste Durchgangsloch verläuft; eine erste, in der zweiten Signalleitung auf dem Substrat vorgesehene Kapazität; eine dritte, an der ersten Signalleitung vorgesehene Signalleitung, welche von einem zweiten Knotenpunkt an einer Ausgangsseite der Induktivität zu der Erdungselektrode durch das zweite Durchgangsloch verläuft; und eine zweite, in der dritten Signalleitung auf dem Substrat vorgesehene Kapazität.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Funkübertragungsvorrichtung als Quelle eines Hochfrequenzsignals vorgesehen. Die Funkübertragungsvorrichtung umfasst ein Verstärkerelement, ein Substrat, eine Harmonischen-Verarbeitungsschaltung, einen Tiefpassfilter, der direkt hinter der Harmonischen-Verarbeitungsschaltung an diese angeschlossen ist, eine erste Übertragungsleitung und einen Isolator.
Das Verstärkerelement, welches ein Eingangssignal empfängt und verstärkt, ist auf dem Substrat angeordnet. Die Harmonischen-Verarbeitungsschaltung ist auf dem Substrat vorgesehen, um harmonische Oberwellen zu entfernen, die in dem Ausgangssignal des Verstärkerelements vorkommen. Als letztes Teil ist der Tiefpassfilter auf dem Substrat vorgesehen, um ein Signal selektiv passieren zu lassen. Die erste Übertragungsleitung überträgt das Ausgangssignal von dem Tiefpassfilter. Der Isolator empfängt von der Übertragungsleitung ein Signal, um das Signal in die Richtung zu übertragen, in welche das Signal von der Übertragungsleitung übertragen wird, wobei der Isolator eine Eingangsimpedanz aufweist, welche niedriger als dessen Ausgangsimpedanz ist. Zum Verbinden der Vorderseite des Substrates mit einer auf der Rückseite des Substrates vorgesehenen Erdungselektrode sind in dem Substrat ein erstes und zweites Durchgangsloch gebildet. Die Funkübertragungsvorrichtung umfasst ferner diese Erdungselektrode und der Tiefpassfilter schließt folgendes ein: eine erste, auf dem Substrat vorgesehene Signalleitung, welche sich von einem Ausgang der Harmonischen-Verarbeitungsschaltung zu dem Isolator erstreckt; eine an der ersten Signalleitung angeordnete Induktivität; eine zweite, an der ersten Signalleitung vorgesehene Signalleitung, welche von einem ersten Knotenpunkt an einer Eingangsseite der Induktivität zu der Erdungselektrode durch das erste Durchgangsloch verläuft; eine erste, innerhalb der zweiten Signalleitung an dem Substrat vorgesehene Kapazität; eine dritte, an der ersten Signalleitung vorgesehene Signalleitung, welche von einem zweiten Knotenpunkt an einer Ausgangsseite der Induktivität zu der Erdungselektrode durch das zweite Durchgangsloch verläuft; und eine zweite, in der dritten Signalleitung auf dem Substrat vorgesehene Kapazität.
Von daher bietet die vorliegende Erfindung die im Folgenden beschriebenen Vorteile. Der Hochfrequenzverstärker und die Funkübertragungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfassen einen Tiefpassfilter, der direkt hinter der Harmonischen-Verarbeitungsschaltung an diese angeschlossen ist, wobei der Tiefpassfilter dazu dient, Harmonische Oberwellen zu entfernen. Die Anzahl der Elemente, welche notwendig sind, um Harmonische Oberwellen zu entfernen, können reduziert werden, um eine Vergrößerung der Skalierung der Schaltung und eine Verschlechterung der Charakteristiken vorzubeugen. Demzufolge ist es möglich, ein Hochfrequenzsignal mit hoher Effizienz und geringem Stromverbrauch zu verstärken.
Die bereits diskutierten und andere Gegenstände, Besonderheiten, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung unter der Zuhilfenahme der beigefügten Zeichnungen besser verständlich.
1 stellt ein schematisches Blockdiagramm dar, welches den Aufbau einer Funkübertragungsvorrichtung 1000 zeigt.
2 stellt eine Schaltung dar, welche als ein mögliches Beispiel für eine Grundschwingungs-Anpassungsschaltung 110 in Frage kommt.
3 zeigt ein schematisches Blockdiagramm, welches als ein mögliches Beispiel für eine Harmonischen-Verarbeitungsschaltung 109 in Frage kommt.
4 zeigt den Aufbau der Harmonischen-Verarbeitungsschaltung 109 in einer genaueren Ausführung.
5 stellt ein schematisches Blockdiagramm dar, welches den Aufbau einer Funkübertragungsvorrichtung 2000 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
6 stellt ein schematisches Blockdiagramm dar, welches den Aufbau eines Hocheffizienzverstärkers 101 und einer Funkübertragungsvorrichtung 3000 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
7 zeigt konzeptionell den Aufbau in Draufsicht, welcher den Hocheffizienzverstärker 101 einschließt, der auf dem Substrat 4 montiert ist.
8 stellt ein schematisches Blockdiagramm dar, welches den Aufbau des Hocheffizienzverstärkers 101 und einer Funkübertragungsvorrichtung 4000 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
9 stellt ein Schaltdiagramm dar, welches die Bauweise eines Tiefpaßfilters 1 zusammen mit strahlungsgekoppelten Impedanzkomponenten zeigt, die in dem Hocheffizienzverstärker 101 der ersten Ausführungsform gemäß 5 benutzt werden.
10 ist eine Draufsicht, bei welcher der Tiefpaßfilter 1 gemäß 9 auf einem Substrat angeordnet gezeigt wird.
11 stellt eine Ansicht des Schnittes entlang der Linie XI-XI' in 10 dar.
12 stellt ein Schaltdiagramm dar, welches die Bauweise eines Tiefpaßfilters 1 zusammen mit strahlungsgekoppelten Impedanzkomponenten zeigt, die in dem Hocheffizienzverstärker 101 gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung benutzt werden.
13 ist eine Draufsicht, bei welcher der Tiefpaßfilter 1 gemäß 12 auf einem Substrat angeordnet gezeigt wird.
14 ist eine Ansicht des Schnittes entlang der Linie XIV-XIV' von 13.
15 stellt ein schematisches Blockdiagramm dar, welches den Aufbau einer Funkübertragungsvorrichtung 9000 zeigt, die in konventionellen mobilen Terminalgeräten eingesetzt wird.
16 stellt ein Blockdiagramm dar, welches ein Beispiel für den Aufbau einer Funkübertragungsvorrichtung 9200 zeigt, bei dem ein Niedrigimpedanz-Isolator eingesetzt wird.
Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben, wobei hier gleiche oder ähnliche Komponenten mit gleichen Referenznummern bezeichnet werden, und eine wiederholende Beschreibung nicht durchgeführt wird.
1 stellt ein schematisches Blockdiagramm dar, welches den Aufbau einer Funkübertragungsvorrichtung 1000 zeigt, wobei bei dieser das Problem der konventionellen Vorrichtung gemäß 15 gelöst ist.
Die Funkübertragungsvorrichtung 1000 wird im folgenden als eine Vorrichtung zur Übermittlung eines Hochfrequenzsignales beschrieben, das Frequenzen aufweist, die innerhalb oder oberhalb des Mikrowellenfrequenzbandes liegen, wobei insbesondere das Hochfrequenzsignal nicht im einzelnen durch solch ein Signal begrenzt wird.
In Bezug auf 1 umfaßt die Funkübertragungsvorrichtung 1000 einen Hocheffizienzverstärker 101, ein nicht reziprokes Schaltelement 103 und zur Verbindung des Hocheffizienzverstärkers 101 mit dem nicht reziproken Schaltelement 103 eine Niedrigimpedanz-Übermittlungsleitung 102.
Der Hocheffizienzverstärker 101, welcher in einem Leistungsverstärkermodul 100 angeordnet ist, umfaßt eine Eingangsanpassungsschaltung 104, einen Erststufenverstärker 105, eine Zwischenstufenanpassungsschaltung 106, einen Zweitstufenverstärker 107 und eine Ausgangsanpassungsschaltung 108. Die Ausgangsanpassungsschaltung 108 umfaßt eine Harmonischen-Verarbeitungsschaltung 109 und eine Grundschwingungs-Anpassungsschaltung 110.
Obwohl, wie in 1 gezeigt, der Hocheffizienzverstärker aus zweistufigen Verstärkern aufgebaut ist, kann aber auch – abhängig von dem erforderlichen Verstärkungsfaktor – die Anzahl der Stufen noch vergrößert oder verkleinert werden.
Das nicht reziproke Schaltelement 103 umfaßt eine Eingangsanpassungsschaltung 111 und einen Isolatorkörper 112.
Der Hocheffizienzverstärker 101 weist eine Eingangsimpedanz auf, welche nahezu gleich der normalen Impedanz von nämlich 50 Ω ist, und seine Ausgangsimpedanz liegt unterhalb des normalen Wertes von 50 Ω, nämlich beispielsweise in einem Bereich zwischen 3 bis 30 Ω. Das nicht reziproke Schaltelement 103 weist einen Eingangsimpedanzwert auf, welcher unterhalb des normalen Wertes von 50 Ω liegt, und einen Ausgangsimpedanzwert, welcher in etwa dem normalen Wert von 50 Ω entspricht. Von daher wird das nicht reziproke Schaltelement 103 von nun an als „Niedrigimpedanz-Isolator 103” bezeichnet.
Um den Verstärker unabhängig von dem Zustand einer Antenne, zum Beispiel in einem mobilen Kommunikationsgerät, effizient betreiben zu können, ist der Niedrigimpedanz-Isolator 103, wie es auch in dem konventionellen Gerät der Fall ist, zwischen der Antenne und dem Hocheffizienzverstärker angeordnet.
Ein Signal an dem Eingangsterminal 10 wird mit dem Hocheffizienzverstärker 101 verstärkt, das verstärkte Signal läuft anschließend über die Übermittlungsleitung 102 durch den Niedrigimpedanz-Isolator 103 und liegt schließlich an dem Ausgangsterminal 40 an. Dieses Ausgangssignal wird letztendlich vom Ausgangsterminal 40 an eine Antenne (nicht gezeigt) abgegeben.
Eine am Ausgangsterminal 40 generierte, reflektierte Welle wird durch den Niedrigimpedanz-Isolator 103 unterbrochen, so daß diese reflektierte Welle niemals zu dem Ausgang des Hocheffizienzverstärkers 101 zurückkehren kann. Für den Hocheffizienzverstärker 101 ist es dann möglich, in einer stabilen Weise unter Aufrechterhaltung seiner hocheffizienten Arbeitsweise zu operieren.
Die Grundschwingungs-Anpassungsschaltung 110 wird im folgenden beschrieben. Wie bereits oben erwähnt, weist die Ausgangsimpedanz des Niedrigimpedanz-Isolators 103 den normalen Wert von 50 Ω auf, während die Eingangsimpedanz hierbei beispielsweise zwischen 3 bis 30 Ω liegt. In diesem Fall wird die Grundschwingungs-Anpassungsschaltung 110 der Ausgangsanpassungsschaltung 108 in dem Hocheffizienzverstärker 101 nicht beansprucht, um die Impedanz auf einen annehmbaren Wert zu konvertieren.
Mit anderen Worten, wenn die Eingangsimpedanz des nicht reziproken Schaltelementes 103, wie oben diskutiert, nicht in einem Bereich zwischen 3 bis 30 Ω liegt, sondern dem normalen Wert von 50 Ω entspricht, muß eine Impedanzkonverterschaltung in der Grundschwingungs-Anpassungsschaltung 110 die Ausgangsimpedanz des Hocheffizienzverstärkers 101, welche beispielsweise in einem Bereich zwischen 1 bis 10 Ω liegt, auf den Wert der charakteristischen Impedanz von 50 Ω einer normalen Übermittlungsleitung konvertieren.
Jedoch ist der in 1 gezeigte Aufbau mit solch einer Impedanzkonverterschaltung ausgelegt. In diesem Fall hat das Bauteil keinen weiteren Leistungsverlust als den, welcher in der Impedanzkonverterschaltung anfällt, und das Bauteil verbraucht folglich zum Erreichen einer hocheffizienten Arbeitsweise weniger Strom.
Andererseits könnte eine Fehlanpassung aufgrund von Schwankungen der Eingangsimpedanz des Niedrigimpedanz-Isolators 103, aber auch aufgrund von Schwankungen in der Impedanzcharakteristik der Übermittlungsleitung, welche den Niedrigimpedanz-Hocheffizienzverstärker 101 mit dem Niedrigimpedanz-Isolator 103 verbindet, anwachsen. Folglich benutzt die Funkübertragungsvorrichtung 1000 zum Konvertieren der Ausgangsimpedanz des Zweitstufenverstärkers 107 von einem Bereich zwischen 1 bis 10 Ω auf 50 Ω, anstelle der Grundschwingungs-Anpassungsschaltung 114 eine Grundschwingungs-Anpassungsschaltung 101, um eine Feinabstimmung der Impedanzen unter Berücksichtigung der Grundschwingungen zu gewährleisten.
2 stellt ein Schaltdiagramm dar, welches ein Beispiel einer Grundschwingungs-Anpassungsschaltung 110 zeigt.
Die in 2 gezeigte Grundschwingungs-Anpassungsschaltung 110 ist aus einem Induktor (Drosselspule) L10 aufgebaut, welcher zwischen einem an diesem angeschlossenen Eingangsterminal und Ausgangsterminal liegt, und wobei ferner eine Kapazität C10 zwischen dem Ausgangsterminal und einem Erdungspunkt GND, welcher mit dem Grundpotential verbunden ist, angeordnet ist. Der Induktor L10 und die Kapazität C10 bilden einen Tiefpaßfilter.
Die Grundschwingungs-Anpassungsschaltung 110 konvertiert die Impedanz um einen Betrag, welcher etwa bei einigen Ohm liegt, was geringer ist als der Betrag, um welchen die Impedanz bei der konventionellen Grundschwingungs-Anpassungsschaltung 114 konvertiert wird. Die Grundschwingungs-Anpassungsschaltung 110 hat von daher einen geringeren Leistungsverlust als die in 15 dargestellte konventionelle Grundschwingungs-Anpassungsschaltung 114.
Falls eine solche Feinabstimmung nicht notwendig ist, ist die Grundschwingungs-Anpassungsschaltung 110 nicht erforderlich.
Im folgenden wird die Harmonischen-Verarbeitungsschaltung 109 beschrieben.
In der in 1 gezeigten Bauweise, wird die Harmonischen-Verarbeitungsschaltung 109 durch LC-Schwingkreise gebildet und dient dazu, Harmonische zu entfernen, wobei zum Eliminieren der Harmonischen-Leckleistung die Schwingkreise zwischen den Ausgängen des Zweitstufenverstärkers 107 und der Grundschwingungs-Anpassungsschaltung 110 angeordnet sind.
In der Ausgangsanpassungsschaltung 108 ist die Harmonischen-Verarbeitungsschaltung 109 zur Anpassung von Harmonischen vorgesehen. Beispielsweise weist die Harmonischen-Verarbeitungsschaltung 109 eine Schaltungsstruktur zum Anpassen der Harmonischen-Impedanz, eine Schaltungsstruktur zum Reduzieren der Harmonischen-Leckleistung und weitere Schaltungsstrukturen auf. Unter Rücksicht auf die Impedanzanpassung der Harmonischen, hat beispielsweise die Harmonischen-Verarbeitungsschaltung 109 eine Schaltungsstruktur, welche einen kurzgeschlossenen Betriebszustand mit einer vernachlässigbar kleinen Impedanz für höhere Harmonische (gerade oder ungerade Harmonische) oder eine Schaltungsstruktur, welche keinen kurzgeschlossenen Betriebszustand mit einer großen Impedanz für höhere Harmonische aufweist. Die Schwingkreise, die in der Harmonischen-Verarbeitungsschaltung 109 angeordnet sind, werden später beschrieben.
Ein Grund, warum die Harmonischen-Verarbeitungsschaltung 109 zwischen dem Zweitstufenverstärker 107 (der Verstärker der letzten Stufe) und dem Niedrigimpedanz-Isolator 103 angeordnet ist, wird im folgenden diskutiert. Hier wird ein Vergleich getroffen zwischen der Harmonischen-Verarbeitungsschaltung 109, welcher mit dem Ausgang des Isolators verbunden ist, und dem Harmonischen-Schaltkreis 109, welcher mit dem Eingang des Isolators (gemäß der Bauweise in 1) verbunden ist. Wenn die Harmonischen-Verarbeitungsschaltung 109 mit dem Ausgang des Isolators verbunden ist, erlaubt die charakteristische Impedanz von 50 Ω des verbindenden Teiles eine Harmonischen-Leckleistung, welche geringer als die in der Bauweise gemäß 1 ist, bei der die charakteristische Impedanz einen kleineren Wert annimmt. Jedoch ist das Reflexionsvermögen der Harmonischen am Zweitstufenverstärker 107 geringer, wenn die Harmonischen-Verarbeitungsschaltung 109 mit dem Ausgang des Isolators verbunden ist. In diesem Fall kann das Bearbeiten der Harmonischen die Effizienz des Zweitstufenverstärkers 107 nicht verbessern.
Andererseits ist in der in 1 gezeigten Bauweise die Harmonischen-Verarbeitungsschaltung 109 zwischen dem Zweitstufenverstarker 107 und dem Niedrigimpedanz-Isolator 103 verbunden, so daß gleichzeitig einerseits durch das Bearbeiten der Harmonischen die Effizienz des Zweitstufenverstärkers 107 verbessert und andererseits die Harmonischen-Leckleistung reduziert wird.
3 stellt ein schematisches Blockdiagramm dar, welches ein Beispiel für die Harmonischen-Verarbeitungsschaltung 109 zeigt. Die Harmonischen-Verarbeitungsschaltung 109 gemäß 3 umfaßt eine dritte Harmonischen-Anpassungsschaltung 219 und eine zweite Harmonischen-Anpassungsschaltung 220, wobei diese zwischen dem Zweitstufenverstärker 107 und der Grundschwingungs-Anpassungsschaltung 110 angeschlossen sind.
Beispielsweise ist die zweite Harmonischen-Anpassungsschaltung 220 so strukturiert, daß sie in einem nicht kurzgeschlossenen Betriebszustand mit einer genügend hohen Impedanz für gerade Harmonische vorliegt, wobei die dritte Harmonischen-Anpassungsschaltung 219 derart strukturiert ist, daß sie einen kurzgeschlossenen Betriebszustand mit einer hinreichend niedrigen Impedanz für ungerade Harmonische vorweist. In diesem Fall weist der Zweitstufenverstärker eine verbesserte Effizienz auf, und demzufolge kann der Stromverbrauch reduziert werden. In 4 ist der Aufbau der Harmonischen-Verarbeitungsschaltung 109 in einer detaillierteren Ausführung gezeigt.
Gemäß 4 umfaßt die dritte Harmonischen-Anpassungsschaltung 219 eine Drain-Vorspannungsleitung 311, eine Signalleitung 312 und eine Kapazität 313, wobei die zweite Harmonischen-Anpassungsschaltung 220 die Signalleitungen 314 und 315 und eine Kapazität 316 umfaßt. Der Drain-Anschluß eines FET's 302, welcher in dem Zweitstufenverstärker 107 integriert ist, ist mit der Signalleitung 312 verbunden, und die Quelle hiervon ist geerdet.
Die Signalleitung 312 ist mit dem Drain-Vorspannungsterminal 325 verbunden und stellt über die Drain-Vorspannungsleitung 311 eine Vorspannung zur Verfügung. Die Kapazität 313 ist zwischen dem Drain-Vorspannungsterminal 325 und dem Erdungspotential eingebunden. Zwischen der Signalleitung 312 und dem Grundpotential ist eine Signalleitung 315 und eine Kapazität 316 integriert. Diese Signalleitungen werden äquivalent durch Induktivitäten repräsentiert.
Die Harmonischen-Verarbeitungsschaltung, welche aus Schwingkreisen mit Induktivitäten und Kapazitäten aufgebaut ist, ist spezifisch mittels Chipkapazitäten und Induktionselementen, welche auf das Substrat aufgebracht sind, oder mittels Kapazitätselementen und strahlungsgekoppelten Induktivitäten, wie etwa Chipkapazitäten und Mikrostreifen-Übertragungsleitern oder Chipkapazitäten und Zwischengitterplätzen in Form von Löchern, welche in dem Substrat gebildet sind, aufgebaut.
Obwohl in 4 zwei Schaltungen zur Unterdrückung von Harmonischen vorgesehen sind, ist die Anzahl der Schaltungen nicht auf diese Zahl begrenzt, und auch eine Vielzahl von solchen Schaltungen, beispielsweise drei oder mehrere Schaltungen, können zur Unterdrückung von Harmonischen angeordnet werden.
Obwohl die Bearbeitung einer Harmonischen auf eine Frequenz beschränkt ist, mag ferner die Bearbeitung von Harmonischen für eine Vielzahl von Frequenzen durchgeführt werden.
Der in 1 gezeigte Aufbau kann dazu benutzt werden, um einen hocheffizienten Betriebszustand zu erreichen. Jedoch benötigt die Harmonischen-Verarbeitungsschaltung 109 LC-Schwingkreise zum Entfernen von Harmonischen, wobei die Anzahl der Schwingkreise gleich der Anzahl der zu entfernenden Harmonischen sein muß.
Um beispielsweise die zweite, dritte und vierte Harmonische zu entfernen, werden LC-Schwingkreise benötigt, wobei jeder Schwingkreis aus zwei Komponenten aufgebaut ist, nämlich aus einer Chipinduktivität und einer aus Chipkapazität, und folglich sind sechs Chipkomponenten (3 × 2 = 6) erforderlich. Ein daraus resultierendes Problem besteht darin, daß das Verkleinern eines Hocheffizienzverstärkers sehr schwierig ist.
5 stellt ein schematisches Blockdiagramm dar, in dem der Aufbau einer Funkübertragungsvorrichtung 2000 gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung gezeigt ist, wobei der Aufbau dazu benutzt wird, das oben genannte Problem zu lösen, d. h. das Problem des Verkleinerns von Hocheffizienzverstärkern, was obig im Zusammenhang mit dem Leistungsverstärkermodul 100 gemäß 1 diskutiert wurde.
Die Funkübertragungsvorrichtung 2000 unterscheidet sich von der Funkübertragungsvorrichtung 1000 gemäß 1 insofern, inwiefern die erstgenannte Vorrichtung eine Ausgangsanpassungsschaltung 108' anstelle einer Ausgangsanpassungsschaltung 108 einschließt.
In Bezug auf 5 umfaßt die Ausgangsanpassungsschaltung 108' des Hocheffizienzverstärkers 101 eine Harmonischen-Verarbeitungsschaltung 109 und einen Tiefpaßfilter 1. Mit anderen Worten, der Hocheffizienzverstärker 101 der ersten Ausführungsform ist so konstruiert, daß er unmittelbar hinter der Harmonischen-Verarbeitungsschaltung 109 mit dem Tiefpaßfilter 1 verbunden ist, welcher mit dem Ausgang eines Zweitstufenverstärkers 107 verbunden ist. In dem in 1 gezeigten Aufbau sind zum Reduzieren der Harmonischen-Leckleistung Harmonischen-Dämpfungsschaltungen erforderlich, welche aus einer Vielzahl von LC-Schwingkreisen aufgebaut sind, die in der Harmonischen-Verarbeitungsschaltung 109 angeordnet sind.
Andererseits ist in dem Hocheffizienzverstärker 101 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nach 5 nur ein einziger Tiefpaßfilter 1 erforderlich, um alle Harmonischen-Komponenten zu dämpfen, so daß die Größe des Schaltkreises reduziert werden kann.
Darüber hinaus ist der Tiefpaßfilter 1 als ein sogenannter C-L-C-π Filtertyp ausgebildet, welcher aus den Kapazitäten C1 und C2 und der Induktivität L1 aufgebaut ist, und folglich kann der Aufwand, mit dem die Impedanz durch den Tiefpaßfilter 1 konvertiert wird, klein gehalten werden. Demzufolge kann die Effektivität des Hocheffizienzverstärkers 101 vergrößert werden.
In dem in 5 gezeigten Aufbau ist der Tiefpaßfilter 1 direkt hinter der Harmonischen-Verarbeitungsschaltung 109 angeschlossen, wobei die Harmonischen-Verarbeitungsschaltung 109 an dem Ausgang des Zweitstufenverstärkers angeschlossen ist. In dieser Form wird der Umfang der Impedanzvariationen in dem Operationsfrequenzband, welche zwischen Hocheffizienzverstärker 101 und Isolator auftreten, niemals anwachsen, das Anwachsen ist durch die Induktivität der Übermittlungsleitung 102 begründet, wie im Beispiel gemäß 16 diskutiert. Von daher kann der Hocheffizienzverstärker 101 so aufgebaut werden, daß er mit nur geringen Abweichungen effizient arbeitet, wobei sich seine Charakteristiken, wie etwa die Effektivität und die Verzerrung, nicht verschlechtern.
Der obig diskutierte Tiefpaßfilter 1 habe, falls Harmonische doppelter oder höherer Frequenz unterdrückt werden sollen, eine Grenzfrequenz fc in einem Bereich zwischen f₀ < fc < 2f₀. Hierbei repräsentiert f₀ die Frequenz der Grundschwingung.
6 stellt ein schematisches Blockdiagramm dar, in dem der Aufbau eines Hocheffizienzverstärkers 101 und einer Funkübertragungsvorrichtung 3000, welche in dem Verstärker gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird, gezeigt wird. In der Funkübertragungsvorrichtung 3000 gemäß 6 befindet sich, neben den Bauteilen im Tiefpaßfilter 1 der ersten Ausführungsform, welche innerhalb des Substrates angeordnet sind, auf welches der Hocheffizienzverstärker 101 sich befindet, nur eine Kapazität C1, welche an der Seite der Harmonischen-Verarbeitungsschaltung 109 angeordnet ist. Die Induktivität L1 und die Kapazität C2 der ersten Ausführungsform sind entlang einer Signalleitung zwischen einem Ausgangsterminal 20 des Leistungsverstärkungsmoduls 100 und dem Isolator 103 angeordnet. Die Induktivität L1 und die Kapazität C2 sind über eine Chipinduktivität und eine Chipkapazität implementiert, wobei die Induktivität L1 und die Kapazität C2 hierauf nicht partiell beschränkt sind.
Der Hocheffizienzverstärker 101 wird so zusammengebaut, indem Chipkomponenten auf einem isolierendem Substrat, wie etwa Kunststoff oder Keramik, wie oben beschrieben angeordnet werden. 7 stellt eine Struktur dar, welche in Draufsicht den Hocheffizienzverstärker 101 zeigt, der auf dem Substrat 4 montiert ist. Hier ist der Hocheffizienzverstärker 101 eine oberflächengehalterte Komponente.
In dem Aufbau gemäß 6 und 7 liegt die Anzahl der Komponenten, welche der Hocheffizienzverstärker 101 umfaßt, die Fläche des Hocheffizienzverstärkers 101 und folglich die Fläche des Substrates 4 fest. Beim Aufbau des Hocheffizienzverstärkers 101 führt hier eine vergrößerte Fläche des Substrates 4 zu einem Anwachsen der Kosten. Folglich ist zum Verkleinern der Substratsfläche und Vermindern der Kosten es notwendig, die Anzahl der Komponenten, welche der Hocheffizienzverstärker 101 umfaßt, zu reduzieren.
Der Aufbau der Funkübertragungsvorrichtung 3000 gemäß 6 kann eine geringere Anzahl von Komponenten des Hocheffizienzverstärkers 101 umfassen als bei der ersten Ausführungsform gemäß 5. Die Anzahl der Komponenten, betreffend die Chipkapazität und die Chipinduktivität, kann nämlich um mindestens zwei verringert werden. Folglich kann der Hocheffizienzverstärker in der Größe reduziert werden. Dann kann die Fläche des Substrates 4 für den Hocheffizienzverstärker 101 verringert werden, wobei die Kosten reduziert werden.
Hier habe der Tiefpaßfilter 1, falls Harmonische doppelter oder höherer Frequenz unterdrückt werden sollen, ebenso eine Grenzfrequenz fc in einem Bereich zwischen f₀ < fc < 2f₀.
Darüber hinaus ist es möglich, die Harmonischen-Leckleistung dadurch zu reduzieren, indem die Chipkapazität des Tiefpaßfilters 1 so angeordnet wird, daß diese an der Seite des Isolators liegt, welcher sich näher an dem Eingangsterminal des Isolators befindet. 8 stellt ein schematisches Blockdiagramm dar, welches den Aufbau eines Hocheffizienzverstärkers 101 und einer Funkübertragungsvorrichtung 4000 unter Verwendung des Verstärkers gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Als Unterschied bezüglich des Aufbaus der zweiten Ausführungsform wird bei dem Aufbau der Funkübertragungsvorrichtung 4000 gemäß der dritten Ausführungsform für die Induktivität des Tiefpaßfilters 1 die Induktivität L der Übermittlungsleitung 102 verwendet, welche zwischen dem Hocheffizienzverstärker 101 und der Kapazität C2 an der Seite des Isolators 103 anstelle der Chipinduktivität in der zweiten Ausführungsform vorgesehen ist. Folglich kann dieser Aufbau eine geringere Anzahl von Chipkomponenten aufweisen, als es bei der Funkübertragungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der Fall ist, so daß Größe und Herstellungskosten der Funkübertragungsvorrichtung weiter reduziert werden können.
Hier habe der oben genannte Tiefpaßfilter 1, falls Harmonische doppelter oder höherer Frequenz unterdrückt werden sollen, ebenso eine Grenzfrequenz fc in einem Bereich zwischen f₀ < fc < 2f₀.
9 stellt ein Schaltdiagramm dar, welches den Aufbau eines Tiefpaßfilters 1 zusammen mit strahlungsgekoppelten Impedanzkomponenten zeigt, welche in dem Hocheffizienzverstärker 101 des ersten Ausführungsbeispieles gemäß 5 benutzt werden.
10 zeigt eine Draufsicht auf den auf das Substrat aufgebrachten Tiefpaßfilter 1 gemäß 9, und 11 stellt eine Schnittansicht entlang der Linie XI-XI' in 10 dar.
Wie in 9 gezeigt wird, sind die beiden Kapazitäten C1 und C2 in dem C-L-C-Filter vom π-Typ der ersten Ausführungsform geerdet.
In diesem Fall können die Kapazitäten C1 und C2 wie in 10 und 11 gezeigt, dadurch geerdet sein, indem jeweils ein Ende der Kapazitäten C1 und C2 mit dem Substrat verbunden sind, wobei diese dann mit der Erdungsplatte BP auf einer tieferen Ebene unter der Verwendung eines Loches VH, welches in dem Substrat gebildet wurde, in Verbindung stehen.
Folglich sind die strahlungsgekoppelten Induktivitäten Lp1 und Lp2 auf einem Bereich auf der Oberfläche des Substrates in Reihe mit den Kapazitäten C1 und C2 verbunden, wie es anhand der äquivalenten Schaltung gemäß 9 gesehen werden kann.
Darüber hinaus ist die strahlungsgekoppelte Induktivität LVH der Leitung in dem Durchgangsloch in Reihe zwischen der Erde und dem Kupplungsknoten der strahlungsgekoppelten Induktivitäten Lp1 und Lp2 des Leitungsbereiches auf der Substratoberfläche verbunden.
Daraus resultierend steigert diese strahlungsgekoppelte Induktivität Lvh den Verlust in dem Tiefpaßfilter.
Dann wird, gemäß einer vierten Ausführungsform, der Tiefpaßfilter 1, welcher in dem Hocheffizienzverstärker 101 beim ersten Ausführungsbeispiel gemäß 5 einer in den 9 bis 11 dargestellten Bauweise entspricht, durch einen Tiefpaßfilter der obig beschriebenen Bauweise ersetzt.
12 stellt ein Schaltdiagramm dar, welches den Aufbau des Tiefpaßfilters 1 zusammen mit strahlungsgekoppelten Impedanzkomponenten, welche in dem Hocheffizienzverstärker 101 gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden, zeigt.
13 ist eine Aufsicht, welche den auf das Substrat aufgebrachten Tiefpaßfilter 1 gemäß 12 zeigt, und 14 ist eine Schnittansicht entlang der Linie XIV-XIV' gemäß 13.
Der π-Typ C-L-C Filter der vierten Ausführungsform gemäß 12 bis 14 weist einen Aufbau auf, der zwei Kapazitäten C1 und C2 umfaßt, wobei jeweils ein Ende mit der Erdungsplatte BP auf der Unterseite des Substrates über Metalleitungen durch den in das Substrat eingebrachten Durchlaßlöchern verbunden ist. Folglich können die strahlungsgekoppelten Induktivitätskomponenten Lp1' oder Lp2' pro Kapazität C1 oder Kapazität C2 des Tiefpaßfilters 101 kleiner ausgeführt werden, als es bei dem Aufbau gemäß der 9 bis 11 der Fall ist. Selbst dann, wenn das Ausgangssignal des Zweitstufenverstärkers sich vermindert, kann die gewünschte Leistung am Ausgang erreicht werden. Mit anderen Worten, die gewünschte Leistung am Ausgang kann erreicht werden, selbst wenn der Zweitstufenverstärker so arbeitet, daß er einen geringeren Ausgangswert liefert, was nützlich zum Steigern der Effizienz und Reduktion der Verzerrung ist.

Claims

Hochfrequenzverstärker (101), zum Anschluss an einen Isolator (103), dessen Eingangsimpedanz einen niedrigeren Wert als seine Ausgangsimpedanz aufweist, umfassend: – ein Substrat (4), – ein Verstärkerelement (105, 107), welches zum Empfangen und Verstärken eines Eingangssignals auf dem Substrat vorgesehen ist, – eine auf dem Substrat vorgesehene Ausgangsanpassungsschaltung (108'), wobei die Ausgangsanpassungsschaltung (108') – eine Harmonischen-Verarbeitungsschaltung (109) zum Entfernen von harmonischen Oberwellen, welche in einem Ausgangssignal des Verstärkerelements enthalten sind, und – einen Tiefpassfilter (1), der auf dem Substrat angeordnet ist, wobei der Tiefpassfilter (1) direkt hinter der Harmonischen-Verarbeitungsschaltung (109) an diese angeschlossen ist, um ein Signal selektiv passieren zu lassen, welches an den Isolator (103) geliefert wird, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes und ein zweites Durchgangsloch (VH1, VH2) in dem Substrat gebildet sind, um die Vorderseite des Substrates mit einer auf der Rückseite des Substrates angebrachten Erdungselektrode (BP) zu verbinden, und wobei der Hochfrequenzverstärker ferner die Erdungselektrode (BP) umfasst, und der Tiefpassfilter (1) folgendes einschließt: – eine erste Signalleitung, welche auf dem Substrat so angeordnet ist, dass sie sich von einem Ausgang der Harmonischen-Verarbeitungsschaltung zu dem Isolator (103) erstreckt; – eine an der ersten Signalleitung angeordnete Induktivität (L1); – eine zweite, an der ersten Signalleitung vorgesehene Signalleitung, die von einem ersten Knotenpunkt an der Eingangsseite der Induktivität (L1) zu der Erdungselektrode (BP) durch das erste Durchgangsloch (VH1) verläuft; – eine erste, in der zweiten Signalleitung auf dem Substrat vorgesehene Kapazität (C1); – eine dritte, an der ersten Signalleitung vorgesehene Signalleitung, welche von einem zweiten Knotenpunkt an einer Ausgangsseite der Induktivität (L1) zu der Erdungselektrode durch das zweite Durchgangsloch (VH2) verläuft; und – eine zweite, in der dritten Signalleitung auf dem Substrat vorgesehene Kapazität (C2).
Hochfrequenzverstärker gemäß Anspruch 1, wobei die Ausgangsimpedanz des Isolators (103) im wesentlichen 50 Ω beträgt, und die Ausgangsimpedanz des Hochfrequenzverstärkers und die Eingangsimpedanz des Isolators (103) im wesentlichen in einem Bereich zwischen 3 bis 30 Ω liegen.
Hochfrequenzverstärker gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verstärkerelement eine durch f0 repräsentierte Grundfrequenz verstärkt, und eine vorbestimmte Grenzfrequenz des Tiefpassfilters fc die Beziehung f0 < fc < 2f0 erfüllt.
Funkübertragungsvorrichtung (2000, 3000, 4000) zum Liefern eines Hochfrequenzsignals, umfassend: – ein Verstärkerelement (105, 107), zum Empfangen und zum Verstärken eines Eingangssignals, – ein Substrat (4), auf dem das Verstärkerelement angeordnet ist, – eine auf dem Substrat vorgesehene Ausgangsanpassungsschaltung (108'), mit – einer Harmonischen-Verarbeitungsschaltung (109) zum Entfernen von harmonischen Oberwellen, welche in einem Ausgangssignal des Verstärkerelements enthalten sind, und – einen Tiefpassfilter (1), der auf dem Substrat angeordnet ist, wobei der Tiefpassfilter (1) direkt hinter der Harmonischen Verarbeitungsschaltung (109) an diese angeschlossen ist, um das Ausgangssignal selektiv passieren zu lassen, – eine erste Übertragungsleitung zum Übertragen des Ausgangssignals des Tiefpassfilters (1), und – einen Isolator (103), welcher von der Übertragungsleitung ein Signal empfängt, und welcher dafür vorgesehen ist, das Signal nichtreziprok in die Richtung zu übertragen, in welche das Signal von der Übertragungsleitung übertragen wird, wobei der Isolator (103) eine Eingangsimpedanz aufweist, welche niedriger als die Ausgangsimpedanz ist, und wobei zum Verbinden der Vorderseite des Substrates mit einer auf der Rückseite des Substrates vorgesehenen Erdungselektrode (BP) ein erstes und zweites Durchgangsloch (VH1, VH2) in dem Substrat gebildet sind und wobei die Funkübertragungsvorrichtung (2000, 3000, 4000) ferner diese Erdungselektrode (BP) umfasst und der Tiefpassfilter (1) folgendes einschließt: – eine erste, auf dem Substrat vorgesehene Signalleitung, welche sich von einem Ausgang der Harmonischen-Verarbeitungsschaltung zu dem Isolator (103) erstreckt; – eine an der ersten Signalleitung angeordnete Induktivität (L1); – eine zweite, an der ersten Signalleitung vorgesehene Signalleitung, welche von einem ersten Knotenpunkt an einer Eingangsseite der Induktivität zu der Erdungselektrode (BP) durch das erste Durchgangsloch (VH1) verläuft; – eine erste, innerhalb der zweiten Signalleitung an dem Substrat vorgesehene Kapazität (C1); – eine dritte, an der ersten Signalleitung vorgesehene Signalleitung, welche von einem zweiten Knotenpunkt an einer Ausgangsseite der Induktivität (L1) zu der Erdungselektrode (BP) durch das zweite Durchgangsloch (VH2) verläuft; und – eine zweite, in der dritten Signalleitung auf dem Substrat vorgesehene Kapazität (C2).
Funkübertragungsvorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei die Ausgangsimpedanz des Isolators (103) im wesentlichen 50 Ω beträgt und die Eingangsimpedanz des Isolators (103) im wesentlichen in einem Bereich zwischen 3 bis 30 Ω liegt.
Funkübertragungsvorrichtung gemäß Anspruch 4 oder 5, wobei das Verstärkerelement (105, 107) eine durch f0 repräsentierte Grundfrequenz verstärkt, und eine vorbestimmte Grenzfrequenz des Tiefpassfilters fc die Beziehung f0 < fc < 2f0 erfüllt.