专利名称：超材料功率放大器系统的利记博彩app
技术领域：
本文涉及基于超材料(metamaterial)结构的功率放大器系统以及其中的部件。
背景技术：
考虑电场E、磁场H和波向量β (或传播常数)，电磁波在大部分材料中的传播遵循(Ε，H, β)向量场的右手规则。相速度方向与信号能量传播(群速度)方向相同并且折射率是正数。这些材料被称为右手(Right Handed，RH)材料。大部分天然材料是RH材料。人造材料也可以是RH材料。超材料(MTM)具有人造结构。当设计为具有比超材料引导的电磁能量的波长小得多的结构平均单位单元尺寸(average unit cell size)时,对所引导的电磁能量,超材料可表现为同质介质。不同于RH材料，超材料可呈现负的折射率，并且相速度方向与信号能量传播方向相反，其中(E，H, β)向量场的相对方向遵循左手规则。具有负折射率且同时具有负介电常数(permittivity) ε和磁导率(permeability) μ的超材料称为纯左手(Left Handed, LH)超材料。许多超材料是LH超材料和RH材料的混合物并且因而是复合左右手(CompositeRight and Left Handed，CRLH)超材料。CRLH超材料的行为可在低频下如同LH材料并且在高频下如同RH材料。例如在Caloz和Itoh的"Electromagnetic Metamaterials:Transmission Line Theory and Microwave Applications, 〃 John Wiley & Sons (2006)中描述了各种CRLH超材料的实现和性质。Tatsuo Itoh在〃Invited paper: Prospectsfor Metamaterials, 〃 Electronics Letters, Vol. 40, No. 16 (August, 2004)中描述了 CRLH超材料及其在天线中的应用。CRLH超材料可以被构造和设计为呈现适合特定应用的电磁性质并且可以在其中使用其他材料可能是困难的、不实际的或不可行的应用中使用。此外，CRLH超材料可以用于开发新的应用并且构造新的设备，而这些对于RH材料可能是不可能的。在一些应用中，MTM和CRLH结构和部件基于应用左手(LH)结构的概念的技术。如这里使用的，术语“超材料”。“MTM”、“CRLH”和“CRLH MTM”指的是使用传统的电介质和传导材料设计的用以产生独特的电磁性质的复合LH和RH结构，其中该复合单位单元比传播的电磁波的波长小得多如这里使用的超材料技术包括技术手段、方法、设备、发明和设计工作，其允许由传导部件和电介质部件组成的紧凑设备并且用于接收和传送电磁波。较之竞争方法，使用MTM技术，可以非常紧凑地制造天线和RF部件，并且可以彼此间隔很近或者相对其它附近的部件间隔很近，而同时使不需要的干扰和电磁耦合最小。这些天线和RF部件进一步呈现由多种结构中的一个或多个结构导致的有用的和独特的电磁行为，以设计、集成并且优化无线通信设备内部的天线和RF部件。CRLH结构是这样的结构，其表现为在一个频率范围中呈现同时的负介电常数(ε )和负磁导率(μ )并且在另一频率范围中呈现同时的正ε和正μ的结构。基于传输线(TL)的CRLH结构是实现TL传播的结构并且表现为在一个频率范围中呈现同时的负介电常数(ε )和负磁导率(μ )并且在另一频率范围中呈现同时的正ε和正μ的结构。可以使用和不使用传统的RF设计结构来设计和实现基于CRLH的天线和TL。天线、RF部件和由传统的传导部分和电介质部分制成的其他设备在它们被设计为表现为MTM结构时，可以被称为“ΜΤΜ天线”、“ΜΤΜ部件”等。可以使用传统的传导和绝缘材料以及标准制造技术容易地制造MTM部件，这些标准制造技术包括但不限于印刷、刻蚀和去除诸如FR4、陶瓷、LTCC、丽1C、柔性膜、塑料或甚至纸张的基板上的传导层。
发明内容
本发明一方面涉及一种被配置为针对多个频带操作的功率放大系统，包括 输入匹配网络，被配置为针对所述多个频带中的输入信号执行输入阻抗匹配；
第一频率选择模块，耦合到所述输入匹配网络并且将所述多个频带中的每个频带中的输入信号引导到与所述频带相关联的输入信号路径；
一个或多个晶体管，接收所述多个频带中的输入信号并且放大所述输入信号以生成所述多个频带中的输出信号；
偏置电路，偏置所述一个或多个晶体管；
输出匹配网络，被配置为针对所述多个频带中的输出信号执行输出阻抗匹配；以及第二频率选择模块，耦合到所述输出匹配网络并且将所述多个频带中的每个频带中的输出信号引导到与所述频带相关联的输出信号路径。本发明另一方面涉及一种功率放大器，包括
输入匹配网络，被配置为针对频带中的输入信号执行输入阻抗匹配；
晶体管，耦合到所述输入匹配网络，所述晶体管接收所述频带中的输入信号并且放大所述输入信号以生成所述频带中的输出信号；
频率选择器，被配置为具有基于CRLH结构的分流元件和串联元件并且耦合到所述晶体管，所述频率选择器从所述晶体管接收输出信号并且处理所述输出信号。本发明另一方面涉及一种频率选择网络，包括
第一端口 ；
多个第二端口，分别与多个频带相关联；以及多个信号路径，分别耦合所述第一端口和所述多个第二端口，形成多分叉支路，所述多个信号路径分别耦合到多个频率选择器，
其中
每个频率选择器被配置为在与频带相关联的第二端口和所述第一端口之间传送与所述频率选择器相关联的所述频带中的信号，以及其中
至少一个频率选择器包括CRLH结构。本发明另一方面涉及一种使功率放大系统能够针对多个频带操作的方法，所述方法包括
形成输入匹配网络以针对所述多个频带中的输入信号执行输入阻抗匹配；
使接收所述多个频带中的输入信号的多个输入端口分别耦合到所述输入匹配网络；使第一频率选择模块耦合到所述输入匹配网络以将所述多个频带中的每个频带中的输入信号引导到与所述多个频带相关联的输入信号路径；
使多频带晶体管耦合到所述输入信号路径以接收所述多个频带中的输入信号并且放大所述输入信号以生成所述多个频带中的输出信号；
形成输出匹配网络以针对所述多个频带中的输出信号执行输出阻抗匹配；
使第二频率选择模块耦合在所述多频带晶体管和所述输出匹配网络之间以将所述多个频带中的每个频带中的输出信号引导到与所述频带相关联的输出信号路径；以及
使多个输出端口分别耦合到与所述多个频带相关联的所述输出信号路径以输出所述输出信号。
图I图示了具有至少三个串联连接的具有时段(period)p的CRLH单位单元的MTM传输线(TL)的等效电路。图IA至IE图示了 CRLH单位单元的各种配置。图IF图示了通过等效RH分流电容(shunt capacitance) Ck和RH串联电感Lk表述的串联RH TL。图IG图示了通过等效RH分流电容C’ E和RH分流电感L’ E表述的分流RH TL。图2图示了较之RH频散曲线(dispersion curve)和LH频散曲线的平衡CRLH单位单元的CRLH频散曲线。图3图示了分别由点线、点划线和实线指示的RH相位响应、LH相位响应和CRLH相位响应的示例。图4图示了用于偏置(bias)功率放大器(PA冲的晶体管的耦合到RF信号路径的传统的单频带偏置电路的示例。图5图不了使用图4中所不的传统的单频带偏置电路的关于WiFI应用的、关于两个频率2. 4GHz和5. 8GHz的史密斯图(Smith Chart)上的阻抗的仿真结果。图6图示了用于偏置PA中的晶体管的耦合到RF信号路径的双频带偏置电路的示例。图7图示了使用图6中所示的双频带偏置电路的关于两个频率2. 4GHz和5. 8GHz的史密斯图上的阻抗的测量结果。图8图示了具有分流CRLH TL配置的频率选择器的示例。图9图示了具有两个CRLH TL，即一个分流CRLH TL和另一个串联CRLH TL的频率选择器的示例。 图10图示了关于图9的频率选择器的实现示例的插入损耗的仿真结果。图11图示了具有串联RH TL和分流CRLH TL的频率选择器的示例。图12图示了图11的频率选择器的实现示例的版图(layout)。图13图示了图12的实现示例的回波损耗(return loss)和插入损耗的仿真和测
量结果。图14图示了具有串联CRLH TL和开路分流(open shunt) RH TL的频率选择器的示例。图15图示了具有串联CRLH TL和短路分流(shorted shunt)RH TL的频率选择器的示例。图16图示了用于传递具有一个频率的信号并且滤除具有两个不同频率的信号的频率选择器的示例。图17图不了具有开路的端口 P3的图16的频率选择器的实现不例的版图。图18图示了分别以实线、点线和划线指示的，较之RH和LH响应曲线的图17的实现示例中的CRLH TL的相位响应曲线。图19图示了图17的实现示例的回波损耗和插入损耗的测量和仿真结果。图20图示了用于传递具有一次频率(primary frequency)的信号并且滤除具有二次和三次谐波的信号的频率选择器的示例。图21图示了扩展CRLH (E-CRLH)单位单元。图22图示了如图16中配置的但是具有E-CRLH TL而非传统的CRLH (C-CRLH)TL的频率选择器的插入损耗的仿真结果。图23图示了具有串联元件X1,X2,…，Xn和分流元件Y1, Y2,…，Yn的多频带频率选择器的示例。图24图示了具有如Y1,Y2,…，YjPYla, Y2a,…，Yna指示的耦合到每个支路的两个分流元件的多频带频率选择器的示例。图25图示了具有频率选择器和高通滤波器(HPF)的双工器的实现示例的版图。图26图示了关于图25的实现示例的插入损耗P2-P1、插入损耗P3-P1和隔离(isolation) P3-P2 的测量结果。图27A至27C图示了并联连接的两个频率选择器的三个不同的开/关(0N/0FF)配置。图28图示了具有两个分流(in shunt)连接的CRLH TL的有源(active)频率选择器的示例。图29图示了具有两个分流连接的CRLH TL并且被用作有源去谐滤波器(harmonictrap)的有源频率选择器的示例。图30图示了关于多个频带的第一功率放大系统的框图。图31图示了关于多个频带的第二功率放大系统的框图。
图32图示了使用有 源频率选择器的基于图30的功率放大系统的双频带PA的示例。图33图示了基于图30的功率放大系统并且具有两个输入端口和两个输出端口的双频带PA的示例。图34图示了基于图30的功率放大系统并且具有两个输入端口和两个输出端口的双频带PA的示例。图35图示了具有各类操作的偏置点的MESFET的I-V特性。图36A至36B图示了用于移除PA中的谐波的三种不同配置的示意图。图37图示了具有图36B的MTM去谐滤波器的J类(class J) MTM PA的实现示例的版图。图38图示了图37的实现示例的作为输入功率(Pin)的函数的功率附加效率(PAE)和输出功率(Pout)的测量结果。图39图示了具有图36C的输出匹配阻抗(OMN)-集成MTM去谐滤波器的J类MTMPA的实现示例的版图。图40图示了关于图39的实现示例的Pout相对Pin的测量结果。图41图示了关于图39的实现示例的PAE相对Pout的测量结果。图42图示了关于图39的实现示例的PAE相对Pin的测量结果。图43图示了关于图39的J类MTM PA的单片微波集成电路(丽IC)实现方案的PAE相对频率的仿真结果。图44图示了使用具有变容二极管的CRLH TL的功率放大器配置示例的示意图。
具体实施例方式在现代通信系统中，通常优选的是功率放大器(PA)具有高的线性和/或效率以便满足各种规范并且实现特定的性能水平。高效率对于延长手持机电池寿命是重要的，从而手持机工作较长的时间段。高线性对于以最小失真维持信号完整性是重要的。MTM结构可以用于构造天线、传输线和其他RF部件和设备，允许范围宽的技术进步，诸如功能增强、尺寸减小和性能改进。本文描述了 PA以及其中使用的部件的设计，其通过使用MTM结构实现高效率和高线性。MTM结构具有一个或多个单位单元。可以基于这些单位单元设计基于MTM的部件和设备，这些单位单元可以使用分布式电路元件、集总电路元件或者此两者的组合来实现。图I图示了具有至少三个串联连接的具有时段P的CRLH单位单元的MTM传输线(TL)的等效电路10。用I表示MTM TL的长度并且用N表示CRLH单位单元的数目，关系I=NXp通常成立。每个单位单元12的等效电路具有RH串联电感LK、RH分流电容CK、LH串联电容Q和LH分流电感U。LH分流电感U和LH串联电容Q可以被构造和连接为向单位单元12提供LH性质，而RH串联电感Lk和RH分流电容Ck可以被构造和连接为向单位单元12提供RH性质。图IA至IE图示了 CRLH单位单元的各种配置。串联RH块100表示RH TL，诸如传统的微带(microstrip)，如图IF中所示，其可以等效地由RH分流电容Ck 102和RH串联电感Lk 104表述。当在如图IG中所示的分流配置中使用RH TL时，分流RH TL 106可以等效地由RH分流电容C’K 108和RH分流电感L’K 110表述。注意，当串联RH TL 100和分流RH TL 106以相似的TL尺寸组合时，Lk值比L’ E值更占优势，并且C’ κ值比Ck值更占优势。这指示了串联和分流RH TL的组合仍通过一个整体RH分流电容和一个整体RH串联电感提供RH性质。图ID和IE图示了 Ck和Lk被替换为RH TL的图I中的原始CRLH单位单元的示例。图IA至IC中的“RH/2”指的是RH TL的长度除以2。图IA图示了 Ck和Lk被替换为RH TL的图I中示出的CRLH单位单元的对称表示，其出于对称性而被分为两个RH/2。变型方案包括如图IA中所示的配置，但是RH/2和Q互换；以及如图IA至IC中所示的配置，但是RH/4位于一侧而3RH/4位于另一侧，而非RH/2位于两侧。可替选地，其他互补分数可用于划分RH传输线。可以通过使用分布式电路元件、集总电路元件或此两者的组合基于这些CRLH单位单元实现MTM结构。这些MTM结构可以在各种电路平台上制造，包括诸如FR-4印刷电路板(PCB)或柔性印刷电路(FPC)板的电路板。其他制造技术的示例包括薄膜制造技术、芯片上系统(SOC)技术、低温共烧陶瓷(LTCC)技术、单片微波集成电路(MMIC)技术和MEMS (微机电系统)技术。在2007年4月27日提交的题为“Antennas, Devices andSystems Based on Metamaterial Structures” 的美国专利申请第 11/741，674 号；2009年9月22日授权的题为“Antennas Based on Metamaterial Structures”的美国专利第7，592，957 号；和 2007 年 12 月 21 日提交的题为 “Power Combiners and Dividers Basedon Composite Right and Left Handed Metamaterial Structures，，的美国专利申请第11/963，710号中描述了天线结构、传输线和基于MTM结构的其他RF部件的一些示例和实现方案。
纯LH超材料遵循向量三元组(E，H, β )的左手规则，并且相速度方向与信号能量传播方向相反。LH材料的介电常数ε和磁导率μ同时为负。CRLH超材料根据操作体制(regime)或频率而呈现左手和右手电磁性质。此外，CRLH结构可以在信号的波向量β(或传播常数)为零时呈现非零群速度。在其中CKk ^ ClLe的不平衡情况下，存在其中禁止电磁波传播的带隙。在其中CkK=QLk的平衡情况下，频散曲线不会在LH和RH区域之间的传播常数β (ωα)=0的过渡点(transition point)处显现不连续性,其中引导波长是无穷的，SP λβ=2π/| β I —c ，同时群速度是正的
d(0 Λ V,, =— >0 式(I)。
B dP1",该状态对应于TL实现方案中的零次(zeroth order)模式。图2图示了较之RH频散曲线β κ和LH频散曲线的，其中CkK=QLk的平衡CRLH单位单元的CRLH频散曲线β。该情况的CRLH频散曲线可以由下式近似
,fI^
^...................γ— 式(2)。
P \L: Ci j在其中CA Φ ClLe的不平衡情况下，频散曲线β可以被表述为
权利要求
1.一种被配置为针对多个频带操作的功率放大系统，包括 输入匹配网络，被配置为针对所述多个频带中的输入信号执行输入阻抗匹配； 第一频率选择模块，耦合到所述输入匹配网络并且将所述多个频带中的每个频带中的输入信号引导到与所述频带相关联的输入信号路径； 一个或多个晶体管，接收所述多个频带中的输入信号并且放大所述输入信号以生成所述多个频带中的输出信号； 偏置电路，偏置所述一个或多个晶体管； 输出匹配网络，被配置为针对所述多个频带中的输出信号执行输出阻抗匹配；以及第二频率选择模块，耦合到所述输出匹配网络并且将所述多个频带中的每个频带中的输出信号引导到与所述频带相关联的输出信号路径。
2.根据权利要求I所述的功率放大系统,进一步包括 多个输入端口，耦合到所述输入匹配网络并且分别接收所述多个频带中的输入信号；以及 多个输出端口，耦合到所述输出匹配网络并且分别输出所述多个频带中的输出信号， 其中 所述一个或多个晶体管包括多频带晶体管，该多频带晶体管被配置为针对所述多个频带操作； 所述输入匹配网络从所述多个输入端口接收输入信号并且处理所述输入信号并且将其发送到所述第一频率选择模块； 所述第一频率选择模块将所述多个频带中的每个频带中的输入信号引导到与所述多个频带相关联并且耦合到所述多频带晶体管的输入信号路径；以及 所述第二频率选择模块将所述多个频带中的每个频带中的输出信号引导到与所述频带相关联并且通过所述输出匹配网络耦合到所述多个输出端口中的输出所述频带中的输出信号的一个输出端口的输出信号路径。
3.根据权利要求I所述的功率放大系统,进一步包括 输入端口，耦合到所述第一频率选择模块并且接收所述多个频带中的输入信号；以及 输出端口，耦合到所述第二频率选择模块并且输出所述多个频带中的输出信号， 其中 所述一个或多个晶体管包括多个单频带晶体管，该多个单频带晶体管分别被配置为针对所述多个频带操作； 所述第一频率选择模块从所述输入端口接收所述多个频带中的输入信号，并且将所述多个频带中的每个频带中的输入信号引导到与所述频带相关联并且通过所述输入匹配网络耦合到所述多个单频带晶体管中的针对所述频带操作的一个单频带晶体管的输入信号路径； 所述输出匹配网络从所述多个单频带晶体管接收输出信号并且处理所述输出信号并且将其发送到第二频率选择模块；以及 所述第二频率选择模块将所述多个频带中的每个频带中的输出信号引导到与所述多个频带相关联并且耦合到所述输出端口的输出信号路径。
4.根据权利要求I所述的功率放大系统，其中所述偏置电路包括CRLH结构。
5.根据权利要求I所述的功率放大系统，其中 所述第一和第二频率选择模块包括多个频率选择器，每个频率选择器被配置为传送与所述频率选择器相关联的频带中的信号，并且移除与所述频率选择器所关联的频带不同的一个或多个频带中的信号。
6.根据权利要求5所述的功率放大系统，其中 所述多个频率选择器中的至少一个频率选择器被配置为被有源地控制以形成有源频率选择器以传送与所述频率选择器相关联的频带中的信号，其中与所述频率选择器相关联的频带根据时间变化。
7.根据权利要求5所述的功率放大系统，其中 所述频率选择器中的至少一个包括复合左右手(CRLH)结构。
8.根据权利要求5所述的功率放大系统，其中 所述第一和第二频率选择模块包括一个或多个频率选择网络，每个频率选择网络包括 第一端口 ； 多个第二端口，分别与所述多个频带相关联；以及 多个信号路径，分别耦合所述第一端口和所述多个第二端口，形成多分叉支路，所述多个信号路径分别耦合到所述多个频率选择器， 其中 每个频率选择器被配置为在与频带相关联的第二端口和所述第一端口之间传送与所述频率选择器相关联的所述频带中的信号。
9.根据权利要求8所述的功率放大系统，其中 所述第一端口被配置为依次地以时间间隔接收所述多个频带中的信号；以及 所述多个第二端口被配置为输出所述信号。
10.根据权利要求8所述的功率放大系统，其中 所述多个第二端口被配置为分别接收依次地以时间间隔输入的所述多个频带中的信号；以及 所述第一端口被配置为输出所述信号。
11.根据权利要求6所述的功率放大系统，其中 所述有源频率选择器包括 第一端口，用于同时地或者依次地以时间间隔接收所述多个频带中的信号； 第二端口，用于以预定时间间隔输出预定频带中的信号，其中所述预定频带随时间间隔变化而依次变化； 信号路径，耦合所述第一端口和第二端口 ；以及 多个有源部件，耦合到所述信号路径并且被控制为随时间间隔变化而接通和断开，用于选择随时间间隔变化而变化的预定频带。
12.—种功率放大器,包括 输入匹配网络，被配置为针对频带中的输入信号执行输入阻抗匹配； 晶体管，耦合到所述输入匹配网络，所述晶体管接收所述频带中的输入信号并且放大所述输入信号以生成所述频带中的输出信号； 频率选择器，被配置为具有基于CRLH结构的分流元件和串联元件并且耦合到所述晶体管，所述频率选择器从所述晶体管接收输出信号并且处理所述输出信号。
13.根据权利要求12所述的功率放大器，其中以AB类偏置所述晶体管。
14.根据权利要求12所述的功率放大器，进一步包括 输出匹配网络，被配置为针对所述频带中的输出信号执行输出阻抗匹配， 其中 所述分流元件基于CRLH结构配置以具有移除与所述频带中的输出信号相关联的谐波的相位响应并且将所述输出信号发送到所述输出匹配网络；以及 串联元件，被配置为具有调整包括传输和反射的信号性质的相位响应。
15.根据权利要求14所述的功率放大器，其中 所述串联元件基于右手(RH)结构配置以在所述频率选择器的输入端处具有对于奇数次谐波开路并且对于偶数次谐波短路的相位响应。
16.根据权利要求12所述的功率放大器，其中 所述分流元件基于CRLH结构配置以具有移除与所述频带中的输出信号相关联的谐波的相位响应并且针对所述输出信号执行输出阻抗匹配；以及 所述串联元件被配置为具有调整包括传输和反射的信号性质的相位响应。
17.根据权利要求16所述的功率放大器，其中 所述串联元件基于RH结构配置以在所述频率选择器的输入端处具有对于奇数次谐波开路并且对于偶数次谐波短路的相位响应。
18.—种功率放大器,包括 晶体管，具有第一端子和第二端子，所述晶体管在所述第一端子处接收输入信号，放大所述输入信号以生成输出信号，并且在所述第二端子处输出所述输出信号； CRLH传输线(TL)，耦合到所述晶体管的所述第一端子，所述CRLH TL包括具有变容二极管的CRLH结构；以及 检测器，耦合到所述晶体管的所述第二端子用于检测输出信号并且向所述CRLH TL发送与所述输出信号的相位失真相关联的信号， 其中 由从所述检测器发送的与相位失真相关联的信号控制的所述变容二极管使与输入信号相关联的相位变化。
19.根据权利要求18所述的功率放大器，进一步包括输出匹配网络，该输出匹配网络耦合在所述第二端子和所述检测器之间。
20.根据权利要求18所述的功率放大器，所述CRLH结构被配置为进一步执行输入阻抗匹配。
21.—种频率选择网络，包括 第一端口 ； 多个第二端口，分别与多个频带相关联；以及 多个信号路径，分别耦合所述第一端口和所述多个第二端口，形成多分叉支路，所述多个信号路径分别耦合到多个频率选择器，其中 每个频率选择器被配置为在与频带相关联的第二端口和所述第一端口之间传送与所述频率选择器相关联的所述频带中的信号，以及 其中 至少一个频率选择器包括CRLH结构。
22.根据权利要求21所述的频率选择网络，其中 所述至少一个频率选择器包括具有CRLH结构的分流元件，其中所述分流元件基于所述CRLH结构配置以具有在所述频率选择器中在预定位置处产生预定阻抗的相位响应，用于传送与所述频率选择器相关联的频带中的信号。
23.根据权利要求22所述的频率选择网络，其中 所述至少一个频率选择器进一步包括具有第二 CRLH结构的第二分流元件。
24.根据权利要求21所述的频率选择网络，其中 所述至少一个频率选择器包括具有所述CRLH结构的串联元件。
25.根据权利要求22所述的频率选择网络，其中 所述至少一个频率选择器进一步包括具有RH结构的串联元件。
26.—种频率选择器，包括 输入端口，用于接收多个频带中的信号； 输出端口，用于输出从所述多个频带中选择的预定频带中的信号； 信号路径，耦合所述输入端口和所述输出端口 ；以及 TL，具有第一端和第二端，所述第一端是所述TL的远端并且所述第二端是分流耦合到所述信号路径的近端； 其中 所述TL被配置为具有如下相位响应对于预定频带在所述第二端处提供开路，并且对于与所述预定频带不同的频带在所述第二端处提供短路。
27.根据权利要求26所述的频率选择器，其中 所述TL包括CRLH结构并且基于所述CRLH结构配置以当所述第一端被配置为具有开路时，具有如下相位响应对于所述预定频带，提供0°±(kX180°)之一，其中k=0，I, 2，…，并且对于与所述预定频带不同的频带，提供90°±(kX180°)之一，其中k=0，I, 2，…；以及 所述TL包括CRLH结构并且基于所述CRLH结构配置以当所述第一端被配置为具有短路时，具有如下相位响应对于所述预定频带，提供90° ±(kX 180°)之一，其中k=0，I, 2，…，并且对于与所述预定频带不同的频带，提供0°±(kX180°)之一，其中k=0，I, 2，…。
28.根据权利要求26所述的频率选择器，进一步包括 第二 TL，与所述信号路径串联耦合，其中所述第二 TL被配置为具有调整包括传输和反射的信号性质的相位响应。
29.根据权利要求28所述的频率选择器，其中 所述第二 TL被配置为具有如下相位响应对于与所述预定频带不同的频带中的信号在所述输入端口处提供开路。
30.根据权利要求28所述的频率选择器，其中所述第二 TL包括RH结构。
31.根据权利要求28所述的频率选择器，其中 所述第二 TL包括CRLH结构。
32.根据权利要求26所述的频率选择器，其中 所述TL包括扩展CRLH结构并且基于所述扩展CRLH结构配置以具有如下相位响应对于与所述预定频带不同的超过三个频带在所述第二端处提供短路。
33.根据权利要求26所述的频率选择器，其中 所述TL被配置为具有如下相位响应对于所述预定频带在所述第二端处提供开路，并且对于所述预定频带的谐波在所述第二端处提供短路。
34.根据权利要求28所述的频率选择器，进一步包括 第三TL，具有第三端和第四端，所述第三端是所述第三TL的远端并且所述第四端是分流耦合到所述信号路径的近端，其中 所述第三TL被配置为具有如下相位响应对于预定频带在所述第四端处提供开路，并且对于与所述预定频带不同的频带在所述第四端处提供短路。
35.一种有源频率选择器，包括 输入端口，用于接收多个频带中的信号； 输出端口，用于输出第一预定频带中的第一信号和第二预定频带中的第二信号，所述第一和第二频带选自所述多个频带； 信号路径，耦合所述输入端口和所述输出端口 ； 第一 TL,具有第一端和第二端,所述第一端是所述第一 TL的远端； 第一有源部件，分流耦合所述第二端和所述信号路径； 第二 TL，具有第三端和第四端，所述第三端是所述第二 TL的远端；以及 第二有源部件，分流耦合所述第四端和所述信号路径， 其中 所述第一 TL被配置为具有如下相位响应对于第一预定频带在所述第二端处提供开路，并且对于所述第二频带在所述第二端处提供短路；以及 所述第二 TL被配置为具有如下相位响应对于第二预定频带在所述第四端处提供开路，并且对于所述第一频带在所述第二端处提供短路； 以及其中 所述第一有源部件被控制为处于接通状态以使所述第一 TL耦合到所述信号路径并且所述第二有源部件被控制为处于断开状态以使所述第二 TL解耦以将所述第一预定频带中的第一信号引导到所述输出端口 ；以及 所述第二有源部件被控制为处于接通状态以使所述第二 TL耦合到所述信号路径并且所述第一有源部件被控制为处于断开状态以使所述第一 TL解耦以将所述第二预定频带中的第二信号引导到所述输出端口。
36.根据权利要求35所述的有源频率选择器，其中 所述第一和第二 TL包括CRLH结构。
37.根据权利要求35所述的有源频率选择器，其中 在所述输入端口处同时接收所述多个频带中的信号。
38.根据权利要求35所述的有源频率选择器，其中 依次地以时间间隔接收所述多个频带中的信号。
39.根据权利要求35所述的有源频率选择器，进一步包括 第三TL，与所述信号路径串联耦合，其中所述第三TL被配置为具有调整包括传输和反射的信号性质的相位响应。
40.根据权利要求35所述的有源频率选择器，其中 所述第一 TL被配置为具有如下相位响应对于所述第一预定频带在所述第二端处提供开路并且对于所述第二预定频带和所述第一预定频带的谐波在所述第二端处提供短路；以及 所述第二 TL被配置为具有如下相位响应对于所述第二预定频带在所述第四端处提供开路并且对于所述第一频带和所述第二预定频带的谐波在所述第二端处提供短路。
41.一种用于偏置晶体管的偏置电路，包括 第一 TL,具有第一端和第二端； 第二 TL，具有第三端和第四端； 第三TL，包括CRLH结构并且具有第五端和第六端； 其中 所述第一 TL、所述第二 TL和所述第三TL放射状地耦合以形成具有所述第一端、第三端和所述第五端的公共部分； 所述第一 TL被配置为通过所述第二端从外部源接收偏置信号；以及所述第二 TL被配置为通过所述第四端向RF信号路径发送所述偏置信号以偏置耦合到所述RF信号路径的晶体管。
42.根据权利要求41所述的偏置电路，其中 所述第二 TL和所述第三TL被配置为分别具有对于多个频带中的信号在所述第二 TL的所述第四端处提供开路的第二相位响应和第三相位响应。
43.根据权利要求42所述的偏置电路，其中 所述第二 TL被配置为具有所述第二相位响应以对于所述多个频带中的信号在所述公共部分处提供任意阻抗；以及 所述第三TL基于CRLH结构配置以具有所述第三相位响应以补偿所述任意阻抗。
44.根据权利要求43所述的偏置电路，其中 当所述第六端开路时，所述第三相位响应对于所述多个频带在所述第四端和所述第六端之间提供选自kX 180°的相位，其中k=0，±1，±2···，以补偿所述任意阻抗，以便对于所述多个频带在所述第四端处具有开路；以及 当所述第六端短路时，所述第三相位响应对于所述多个频带在所述第四端和所述第六端之间提供选自kX90°的相位，其中k=0，±1，±2···，以补偿所述任意阻抗，以便对于所述多个频带在所述第四端处具有开路。
45.一种被配置为针对多个频带操作的功率放大系统，包括 输入匹配网络，被配置为针对所述多个频带中的输入信号执行输入阻抗匹配； 频率选择模块，耦合到所述输入匹配网络并且将所述多个频带中的每个频带中的输入信号引导到与所述频带相关联的输入信号路径；一个或多个晶体管，接收所述多个频带中的输入信号并且放大所述输入信号以生成所述多个频带中的输出信号； 偏置电路，偏置所述一个或多个晶体管； 输出匹配网络，被配置为针对所述多个频带中的输出信号执行输出阻抗匹配并且输出所述输出信号。
46.根据权利要求45所述的功率放大系统，其中 所述偏置电路包括CRLH结构。
47.根据权利要求45所述的功率放大系统，其中 所述频率选择模块包括至少一个频率选择器，所述至少一个频率选择器被配置为传送与所述频率选择器相关联的频带中的信号，并且移除与所述频率选择器所关联的频带不同的一个或多个频带中的信号。
48.根据权利要求47所述的功率放大系统，其中 所述至少一个频率选择器被配置为被有源地控制以形成有源频率选择器以传送与所述频率选择器相关联的频带中的信号，其中与所述频率选择器相关联的频带根据时间变化。
49.根据权利要求47所述的功率放大系统，其中所述至少一个频率选择器包括CRLH结构。
50.一种被配置为针对多个频带操作的功率放大系统，包括 输入匹配网络，被配置为针对所述多个频带中的输入信号执行输入阻抗匹配； 一个或多个晶体管，接收所述多个频带中的输入信号并且放大所述输入信号以生成所述多个频带中的输出信号； 偏置电路，偏置所述一个或多个晶体管； 输出匹配网络，被配置为针对所述多个频带中的输出信号执行输出阻抗匹配；以及频率选择模块，耦合到所述输出匹配网络并且将所述多个频带中的每个频带中的输出信号引导到输出信号路径以输出所述输出信号。
51.根据权利要求50所述的功率放大系统，其中 所述偏置电路包括CRLH结构。
52.根据权利要求50所述的功率放大系统，其中 所述频率选择模块包括至少一个频率选择器，所述至少一个频率选择器被配置为传送与所述频率选择器相关联的频带中的信号，并且移除与所述频率选择器所关联的频带不同的一个或多个频带中的信号。
53.根据权利要求52所述的功率放大系统，其中 所述至少一个频率选择器被配置为被有源地控制以形成有源频率选择器以传送与所述频率选择器相关联的频带中的信号，其中与所述频率选择器相关联的频带根据时间变化。
54.根据权利要求52所述的功率放大系统，其中所述至少一个频率选择器包括CRLH结构。
55.一种使功率放大系统能够针对多个频带操作的方法，所述方法包括 形成输入匹配网络以针对所述多个频带中的输入信号执行输入阻抗匹配；使接收所述多个频带中的输入信号的多个输入端口分别耦合到所述输入匹配网络；使第一频率选择模块耦合到所述输入匹配网络以将所述多个频带中的每个频带中的输入信号引导到与所述多个频带相关联的输入信号路径； 使多频带晶体管耦合到所述输入信号路径以接收所述多个频带中的输入信号并且放大所述输入信号以生成所述多个频带中的输出信号； 形成输出匹配网络以针对所述多个频带中的输出信号执行输出阻抗匹配； 使第二频率选择模块耦合在所述多频带晶体管和所述输出匹配网络之间以将所述多个频带中的每个频带中的输出信号引导到与所述频带相关联的输出信号路径；以及 使多个输出端口分别耦合到与所述多个频带相关联的所述输出信号路径以输出所述输出信号。
56.根据权利要求55所述的方法，进一步包括 通过包括多个频率选择器形成所述第一和第二频率模块；以及将所述多个频率选择器中的每个频率选择器配置为传送与所述频率选择器相关联的频带中的信号，并且移除与所述频率选择器所关联的频带不同的一个或多个频带中的信号。
57.根据权利要求56所述的方法，进一步包括 将至少一个频率选择器配置为被有源地控制以传送与所述频率选择器相关联的频带中的信号，此时与所述频率选择器相关联的频带根据时间变化。
58.根据权利要求55所述的方法，进一步包括 基于CRLH结构形成至少一个频率选择器。
59.一种用于使功率放大系统能够针对多个频带操作的方法，所述方法包括 形成输入匹配网络以针对所述多个频带中的输入信号执行输入阻抗匹配； 使第一频率选择模块耦合到所述输入匹配网络以将所述多个频带中的每个频带中的输入信号引导到与所述频带相关联的输入信号路径； 使接收所述多个频带中的输入信号的输入端口耦合到所述频率选择模块； 耦合多个晶体管，所述多个晶体管分别通过与所述多个频带相关联的所述输入信号路径接收输入信号，并且放大所述输入信号以生成所述多个频带中的输出信号； 形成输出匹配网络以针对所述多个频带中的输出信号执行输出阻抗匹配； 使第二频率选择模块耦合到所述输出匹配网络以将所述多个频带中的每个频带中的输出信号引导到与所述多个频带相关联的输出信号路径；以及使输出端口耦合到所述输出信号路径以输出所述输出信号。
60.根据权利要求59所述的方法，进一步包括 通过包括多个频率选择器形成所述第一和第二频率模块；以及将所述多个频率选择器中的每个频率选择器配置为传送与所述频率选择器相关联的频带中的信号，并且移除与所述频率选择器所关联的频带不同的一个或多个频带中的信号。
61.根据权利要求60所述的方法，进一步包括 将至少一个频率选择器配置为被有源地控制以传送与所述频率选择器相关联的频带中的信号，此时与所述频率选择器相关联的频带根据时间变化。
62.根据权利要求60所述的方法，其中 配置所述多个频率选择器中的每个频率选择器包括基于CRLH结构形成频率选择器以具有相位响应以便传送与所述频率选择器相关联的频带中的信号，并且移除与所述频率选择器所关联的频带不同的一个或多个频带中的信号。
63.一种制造J类功率放大器的方法，包括 形成输入匹配网络以针对频带中的输入信号执行输入阻抗匹配； 使晶体管耦合到输入匹配网络以接收所述频带中的输入信号并且放大所述输入信号以生成所述频带中的输出信号； 形成偏置电路以按AB类偏置所述晶体管； 形成频率选择器以具有基于CRLH结构的分流元件以及基于RH结构的串联元件；以及 使所述频率选择器耦合到所述晶体管以接收和处理所述输出信号。
64.根据权利要求63所述的方法，进一步包括 形成输出匹配网络以针对所述频率中的输出信号执行输出阻抗匹配； 其中形成所述频率选择器包括 基于CRLH结构配置所述分流元件以具有移除与所述频带中的输出信号相关联的谐波并且向所述输出匹配网络发送所述输出信号的相位响应；以及 基于RH结构配置所述串联元件以具有调整包括传输和反射的信号性质的相位响应。
65.根据权利要求64所述的方法，其中 配置所述串联元件包括基于RH结构配置所述串联元件以在所述频率选择器的输入端处具有如下相位响应对于奇数次谐波具有开路并且对于偶数次谐波具有短路。
66.根据权利要求63所述的方法， 其中形成所述频率选择器包括 基于CRLH结构配置所述分流元件以具有相位响应以便移除与所述频带中的输出信号相关联的谐波并且针对所述输出信号执行输出输入阻抗匹配；以及 基于RH结构配置所述串联元件以具有调整包括传输和反射的信号性质的相位响应。
67.根据权利要求66所述的方法，其中 配置所述串联元件包括基于RH结构配置所述串联元件以在所述频率选择器的输入端处具有如下相位响应对于奇数次谐波具有开路并且对于偶数次谐波具有短路。
68.一种制造频率选择器的方法，包括 形成输入端口以接收多个频带中的信号； 形成输出端口以输出从所述多个频带中选择的预定频带中的信号； 形成所述输入端口和所述输出端口之间的信号路径； 形成TL，该TL具有第一端和第二端； 将所述TL的所述第二端分流耦合到所述信号路径；以及 配置所述TL以具有如下相位响应对于所述预定频带在所述第二端处提供开路，并且对于与所述预定频带不同的频带在所述第二端处提供短路。
69.根据权利要求68所述的方法，其中 配置所述TL包括 基于CRLH结构形成所述TL以当所述第一端被配置为具有开路时，具有如下相位响应对于所述预定频带，提供0°±(kX180°)之一，其中k=0，I, 2，…，并且对于与所述预定频带不同的频带，提供90°±(kX180°)之一，其中k=0，I, 2，…；以及当所述第一端被配置为具有短路时，具有如下相位响应对于所述预定频带，提供90° 土(kX180°)之一，其中k=0，I, 2，…，并且对于与所述预定频带不同的频带，提供0°±(kX180°)之一，其中k=0, I, 2,…。
70.根据权利要求68所述的方法，进一步包括 配置第二 TL以具有调整包括传输和反射的信号性质的相位响应；以及 使所述第二 TL与所述信号路径串联耦合。
71.一种使用能够针对多个频带操作的功率放大系统的方法，所述方法包括 接收所述多个频带中的输入信号； 基于输入匹配网络针对所述多个频带中的输入信号执行输入阻抗匹配； 通过将第一频率选择模块耦合到所述输入匹配网络，将所述多个频带中的每个频带中的输入信号引导到与所述频带相关联的输入信号路径； 使用一个或多个晶体管放大所述输入信号以生成所述多个频带中的输出信号； 基于输出匹配网络针对所述多个频带中的输出信号执行输出阻抗匹配； 通过使第二频率选择模块耦合到所述输出匹配网络，将所述多个频带中的每个频带中的输出信号引导到与所述频带相关联的输出信号路径；以及输出所述输出信号。
72.根据权利要求71所述的方法，其中 引导输入信号包括在所述第一频率模块中使用CRLH结构的相位响应。
73.根据权利要求71所述的方法，其中 引导输出信号包括在所述第二频率模块中使用CRLH结构的相位响应。
74.一种使用J类功率放大器的方法，包括 接收频带中的输入信号； 针对所述频带中的输入信号执行输入阻抗匹配； 通过使所述晶体管耦合到所述输入匹配网络，使用晶体管放大所述输入信号以生成所述频带中的输出信号； 以AB类偏置所述晶体管；以及 通过使频率选择器耦合到所述晶体管来处理所述输出信号，所述频率选择器被形成为具有基于CRLH结构的分流元件和基于RH结构的串联元件。
75.根据权利要求74所述的方法，其中 处理输出信号包括通过使用CRLH结构的相位响应移除与所述频带中的输出信号相关联的谐波。
76.根据权利要求75所述的方法，其中 处理输出信号进一步包括针对所述输出信号执行输出输入阻抗匹配。
全文摘要
基于CRLH结构设计功率放大系统以及其中的模块和部件，提供高效率和高线性。
文档编号H01P5/18GK102640350SQ201080017104
公开日2012年8月15日 申请日期2010年2月18日 优先权日2009年2月18日
发明者A.古马拉, A.迪皮伊, M.阿楚尔 申请人:豪沃基金有限责任公司