專利名稱：具有內(nèi)置功率放大器的隔離裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種例如應(yīng)用在手提電話或移動通信終端的發(fā)射部分中的具有高頻功率放大器電路和隔離元件的隔離裝置。
近年來，通信裝置比如手提電話或移動通信終端的小型化和重量輕的競爭很激烈，因此要求進一步降低通信裝置的部件的尺寸、重量和厚度，同時對質(zhì)量和功率消耗要求越來越高。
在通信裝置比如手提電話或移動通信終端中，起非可逆電路元件作用的隔離元件通常連接到在發(fā)射部分中的高頻功率放大器電路的輸出端中以便通過隔離元件阻止由于天線的條件變化引起反射的高頻功率到達高頻功率放大器電路以及防止高頻功率放大器電路損壞或增加不需要的輸出。
常規(guī)的高頻功率放大器電路作為模塊形成在電介質(zhì)基片上并安裝在屏蔽的金屬外殼中。在另一方面，在隔離元件情況下由于該元件的結(jié)構(gòu)需要以高磁導率金屬覆蓋磁性材料。因此，由于它在材料和結(jié)構(gòu)上不同于形成在絕緣基片上的通常的電子電路，所以將隔離元件制造成一獨立的部件。這就是說常規(guī)的隔離元件安裝在與高頻功率放大器電路隔開的金屬外殼中。
因此，雖然高頻功率放大器電路和隔離元件都在功能上彼此高度相關(guān)，但是在將它們設(shè)置在手提電話或移動通信終端之前將它們作為彼此不同的部件處理。即，這些高頻功率放大器電路和隔離元件都作為獨立的部件制備，然后通過將它們焊接在由電介質(zhì)多層基片組成的母板上來安裝。
由于高頻功率放大器電路和隔離元件作為獨立的部件處理，因此很難降低它們的尺寸。因此當它們安裝在母板上時，相互增加母板的厚度和隔離元件的厚度，造成總的高度增加，因此不可能降低總的高頻輸出級的尺寸和厚度。
形成隔離元件的每個端口以使它的輸入/輸出阻抗為標準傳輸線阻抗50歐姆，而高頻功率放大器電路的輸出阻抗為30歐姆或更小。因此，為將高頻功率放大器電路與隔離元件連接，需要應(yīng)用阻抗匹配電路。通過將L和C芯片部件安裝在母板上或在母板的表面上形成L銅膜結(jié)構(gòu)來形成這種阻抗匹配電路。具有上述結(jié)構(gòu)的阻抗匹配電路也阻止了高頻輸出級降低尺寸和厚度。
需要分別實現(xiàn)這些部件作為高頻功率放大器電路和隔離元件，還需要分別設(shè)計耦合它們的阻抗匹配電路。因此，設(shè)計通信裝置比如手提電話或移動通信終端很復(fù)雜，并且每個部件的偏差都必須考慮。因此，不大可能確保整個通信裝置的性能。
因此本發(fā)明的一個目的是提供一種具有內(nèi)置功率放大器的隔離裝置，它能夠極大地降低高頻輸出級的尺寸和厚度。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種具有內(nèi)置功率放大器的隔離裝置，使得能夠很容易地設(shè)計通信裝置比如手提電話或移動通信終端，并且使整個通信裝置的性能偏差最小。
因此依據(jù)本發(fā)明，具有內(nèi)置功率放大器的隔離裝置包括單個電介質(zhì)多層基片、高頻功率放大器電路、隔離元件以及形成在該電介質(zhì)多層基片上的電路元件。高頻功率放大器電路和隔離元件通過該電路元件彼此連接并與單個電介質(zhì)多層基片結(jié)合在一起。
如下文詳細描述，依據(jù)本發(fā)明，高頻功率放大器電路和隔離元件通過形成在單個電介質(zhì)多層基片上的電路元件彼此連接，并且還與單個電介質(zhì)多層基片結(jié)合在一起。由于高頻輸出級與單個電介質(zhì)多層基片結(jié)合，因此能夠極大地減小高頻輸出級的尺寸和厚度。此外，由于結(jié)合在一起還能夠降低部件的數(shù)量。
依據(jù)本發(fā)明的具有內(nèi)置功率放大器的隔離裝置具有如下的優(yōu)點(1)降低了整個高頻輸出級的安裝面積，(2)由于通信裝置比如手提電話或移動通信終端的設(shè)計者不需要分別設(shè)計部件比如高頻功率放大器電路和隔離元件或分別設(shè)計阻抗匹配電路來連接這些部件，因此降低了通信裝置的設(shè)計勞動，以及(3)使整個通信裝置的性能偏差最小。
比較可取的是至少一部分電路元件嵌入在電介質(zhì)多層基片中。此外，可取的是電路元件包括隔離元件的電容部分，以及隔離元件的電容部分嵌入在電介質(zhì)多層基片中。
進一步可取的是至少一部分電路元件安裝在電介質(zhì)多層基片上。
可取的是，使高頻功率放大器電路的輸出阻抗與隔離元件的輸入阻抗相匹配的阻抗匹配電路嵌入在電介質(zhì)多層基片中或安裝在電介質(zhì)多層基片上。
可取的是隔離元件的主要部件(更具體地說環(huán)行元件和中心導體)整體地插入到通過除去電介質(zhì)多層基片的一部分所形成的裝配部分中。這種裝配部分可以是電介質(zhì)多層基片的切口或通孔。由于隔離元件的主要部件整體地插入到作為切口或通孔的裝配部分中，因此能夠?qū)⒏哳l功率放大器電路和隔離元件結(jié)合成一體而不增加總體高度，并且能夠降低殼體的厚度。
可取的是隔離元件具有電連接到高頻功率放大器電路的第一端口，并且第一端口具有標準的傳輸線阻抗。
可取的是隔離元件具有通過阻抗匹配電路電連接到高頻功率放大器電路的第一端口，并且第一端口具有與高頻功率放大器電路的輸出阻抗基本匹配的輸入阻抗。在這種情況下，可取的是，隔離元件的第一端口通過阻抗匹配電路電連接到高頻功率放大器電路。由于連接到高頻功率放大器電路的隔離元件的輸入端口的阻抗調(diào)整到接近于高頻功率放大器電路的輸出阻抗的阻抗，可以簡化阻抗匹配電路并能夠進一步降低尺寸。
可取的是高頻功率放大器電路具有第二端口，該第二端口具有不同于第一端口的阻抗。在這種情況下，更為可取的是第一端口的阻抗小于第二端口的阻抗。
第二端口的阻抗可以等于標準傳輸線的阻抗。
可取的是環(huán)行元件包括磁性材料塊和形成在磁性材料塊中的三角對稱的中心導體，并且連接到第一端口的中心導體的寬度不同于連接到其它端口的中心導體的寬度。
可取的是隔離元件具有環(huán)行元件，環(huán)行元件的上表面與電介質(zhì)多層基片的上表面幾乎在相同的平面中，并且環(huán)行元件的第一和第二端口的端電極設(shè)置在環(huán)行元件的上表面中。
可取的是隔離元件具有環(huán)行元件，環(huán)行元件的上表面與電介質(zhì)多層基片的上表面幾乎在相同的平面中，并且環(huán)行元件的第一和第二端口的端電極分別設(shè)置在環(huán)行元件的上表面和下表面中。
可取的是高頻功率放大器電路和隔離元件都通過由軟磁性材料比如鐵等制成的公共的單個屏蔽外殼覆蓋，以使在隔離裝置中所有功能部件都受到屏蔽并且在整個隔離裝置的周圍形成封閉的磁路以完全地起到隔離裝置的作用。
可取的是該裝置進一步包括安裝在電介質(zhì)多層基片上并耦合到高頻功率放大器電路的輸入中的SAW(表面聲波)裝置和嵌入或安裝在電介質(zhì)多層基片中以使SAw裝置的輸出阻抗與高頻功率放大器電路的輸入阻抗相比配的匹配電路。
從下文對如附圖中所示的本發(fā)明優(yōu)選實施例的描述中將會清楚本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點。
附

圖1所示為通信裝置的電路結(jié)構(gòu)實例的方塊圖，在該通信裝置中安裝有本發(fā)明的具有內(nèi)置功率放大器的隔離裝置；附圖2所示為具有如附圖1中所示的具有內(nèi)置功率放大器的集成隔離裝置的電路結(jié)構(gòu)實例的方塊圖；附圖3所示為在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中具有內(nèi)置功率放大器的隔離裝置的結(jié)構(gòu)的分解斜視圖；附圖4a所示為具有在附圖3所示的實施例中的具有內(nèi)置功率放大器的隔離裝置的外觀的斜視圖；附圖4b所示為沿著在附圖4a中的B-B線的剖視圖；附圖5a所示為在本發(fā)明的另一實施例中具有內(nèi)置功率放大器的隔離裝置的結(jié)構(gòu)的分解斜視圖；附圖5b所示為在附圖5a中所示的隔離元件的輸入端口的電感器和電容器(電容部分)的等效電路圖；附圖5c所示為在電介質(zhì)多層基片上形成的在附圖5a中所示的實施例的隔離元件的輸入端口的電容部分的結(jié)構(gòu)的剖視圖；附圖5d所示為在附圖5a中所示的實施例的整個隔離元件的等效電路圖；附圖6a所示為具有在附圖5a所示的實施例中的具有內(nèi)置功率放大器的隔離裝置的外觀的斜視圖；附圖6b所示為沿著在附圖6a中的B-B線的剖視圖；附圖7所示為在本發(fā)明的又一個實施例中具有內(nèi)置功率放大器的隔離裝置的結(jié)構(gòu)的分解斜視圖；附圖8所示為在本發(fā)明的再一個實施例中具有內(nèi)置功率放大器的隔離裝置的結(jié)構(gòu)的分解斜視圖；附圖8b所示為沿著在附圖8a中的B-B線的剖視圖；附圖9所示為在附圖8a和8b中所示的實施例中將環(huán)行元件的輸入/輸出端口的位置與連接導體連接的斜視圖；附圖10所示為作為本發(fā)明的變型環(huán)行元件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的分解斜視圖；附圖11所示為在附圖10的變型中高頻功率放大器電路的最后級輸出晶體管及其后續(xù)電路的電路圖；附圖12所示為常規(guī)的高頻功率放大器的最后級輸出晶體管及其后續(xù)電路的電路圖；附圖13a所示為在本發(fā)明的再一個實施例中具有內(nèi)置功率放大器的隔離裝置的結(jié)構(gòu)的分解斜視圖；附圖13b所示為沿著在附圖13a中的B-B線的剖視圖；以及附圖14所示為在附圖13a和13b中所示的實施例中將環(huán)行元件的輸入/輸出端口的位置與連接導體連接的斜視圖。
附圖1所示手提電話的電路結(jié)構(gòu)，在該手提電話中安裝了依據(jù)本發(fā)明的具有內(nèi)置功率放大器的隔離裝置。
在附圖中，參考標號10表示天線，11表示使傳輸和接收信號分支的天線共用器，12表示在接收器端的高頻輸入級，其具有多級低噪聲放大器電路和BPF(帶通濾波器)，13表示接收器端的混頻器，14表示由具有依據(jù)本發(fā)明的內(nèi)置功率放大器的隔離裝置組成的發(fā)射器端的高頻輸出級，15表示發(fā)射器端的混頻器，16表示分配器，17表示VCO(電壓控制振蕩器)，以及18表示PLL(鎖相環(huán))電路。高頻輸出級14由具有內(nèi)置功率放大器的隔離裝置組成，在本發(fā)明中這種隔離裝置由集成的單個部件形成。
附圖2所示為在附圖1中所示的集成的隔離裝置的電路結(jié)構(gòu)。這種電路結(jié)構(gòu)對應(yīng)于在附圖7中所示的實施例中的具有內(nèi)置功率放大器的隔離裝置。
在附圖2中，參考標號20表示隔離元件，其輸出端子連接到共用器11(附圖1)，21表示連接到隔離元件20的輸入端的輸出阻抗匹配電路，22表示通過阻抗匹配電路21連接到隔離元件20的輸入端子的高頻功率放大器電路，23表示連接到高頻功率放大器電路22的輸入端子的輸入阻抗匹配電路，24表示由SAW(表面聲波)元件組成并通過阻抗匹配電路23連接到高頻功率放大器電路22的輸入端子的BPF，以及25表示從阻抗匹配電路21連接到高頻功率放大器電路22并起反饋裝置作用以控制高頻功率放大器電路22的輸出的APC(自動傳輸功率控制)電路。
根據(jù)信號的傳輸方向，通過給施加了直流靜態(tài)磁場的鐵氧體塊施加高頻信號，隔離元件20是一種其傳輸特性被改變的非可逆電路元件。為了降低由于高頻功率放大器電路22的載荷條件變化的影響，這種隔離元件20連接在高頻功率放大器電路22和天線側(cè)的共用器11之間。此外，為了使高頻功率放大器電路22的阻抗與隔離元件20的阻抗相匹配，輸出阻抗匹配電路21連接在電路22和元件20之間。
附圖3所示為在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中的具有內(nèi)置功率放大器的隔離裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，附圖4a所示為在附圖3中所示的實施例中的隔離裝置的外觀，附圖4b所示為沿著附圖4a的B-B線的剖面圖。
在這些附圖中，參考標號30表示單個電介質(zhì)多層基片，31表示安裝在基片30上以組成高頻功率放大器電路的主要部分的功率放大器MMIC(單片微波集成電路)芯片，32表示用于功率放大器MMIC芯片31的熱輻射隔片，33表示也安裝在基片30上的許多芯片部件，34表示形成在基片30中的高頻功率放大器電路的內(nèi)部連接導體，35表示本隔離裝置的輸入端電極，36表示本隔離裝置的輸出端電極，37表示基片30的圓形通孔，38表示插入在通孔37中的隔離元件的圓形環(huán)行元件，39表示繞在環(huán)行元件38周圍的中心導體，40表示圓形永磁體，41表示由軟磁材料制成并具有許多窗狀開口41a以便不與端電極接觸的金屬外殼部件，42表示由軟磁材料制成并與金屬外殼部件41配合以覆蓋整個隔離裝置的封蓋部件，43表示由電極、電介質(zhì)以及形成在電介質(zhì)多層基片30上的導體圖案組成以使在功率放大器MMIC芯片31和隔離元件之間的阻抗匹配的輸出阻抗匹配電路，44表示連接到隔離元件的輸入端口39a的輸出阻抗匹配電路43的輸出電極，45表示通過終端電阻46接地的電極，以及47至49分別表示接地端電極。
隔離元件的輸入端口39a、輸出端口39b以及虛(dummy)端口39c都形成在環(huán)行元件38的上表面，這些端口和輸出端電極36、輸出電極44和形成在基片30的上表面上的電極45都彼此幾乎連接在相同的平面上。
將通過具有中心導體39的鐵氧體塊形成的環(huán)行元件38插入在基片30的通孔36中。隔離元件的電容部分(即與環(huán)行元件38的電感器L并聯(lián)以組成諧振器的電容器)設(shè)置在基片30中。由于環(huán)行元件38不是安裝在基片30上而是環(huán)行元件38的一部分裝配在通孔36中并且隔離元件的電容部分內(nèi)置在基片30中，因此可以防止隔離裝置的整個高度增加。這就是說，可以降低隔離裝置的厚度。此外，由于功率放大器MMIC芯片31通過由電極、電介質(zhì)以及形成在基片30中的導體圖案組成的輸出阻抗匹配電路43與隔離元件的輸入端口39a相連接，因此主要由高頻功率放大器電路和隔離元件構(gòu)成的高頻輸出級集成在單個電介質(zhì)多層基片30中，因此能夠極大地使隔離裝置小型化。事實上通過應(yīng)用上述這種集成的高頻輸出級當然能夠減少通信裝置的部件的數(shù)量。
在這種連接中，在本實施例中的隔離裝置具有大約40平方毫米的安裝面積和高達2毫米的安裝高度。
因此，通過在本實施例中應(yīng)用隔離裝置，能夠減小整個高頻輸出級的安裝面積、減小該級的厚度、減少通信裝置比如手提電話或移動通信終端的設(shè)計勞動以及使整個通信裝置的性能偏差最小。
附圖5a所示為在本發(fā)明的另一個實施例中具有內(nèi)置功率放大器的隔離裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，附圖5b所示為在本實施例中的隔離元件的輸入端口的電感器和電容器(電容部分)的等效電路圖，附圖5c所示為在本實施例中的隔離元件的輸入端口的電容部分(形成在電介質(zhì)多層基片中)的結(jié)構(gòu)，附圖5d所示為在本實施例中的整個隔離元件的等效電路圖，附圖6a所示為在本實施例中的隔離裝置的外觀，附圖6b所示為沿著在附圖6a中的B-B線的剖視圖。
在這些附圖中，參考標號50表示單個電介質(zhì)多層基片，51表示安裝在基片50上以組成高頻功率放大器電路的主要部分的功率放大器MMIC芯片，52表示用于功率放大器MMIC芯片51的熱輻射隔片，53表示也安裝在基片50上的許多芯片部件，54表示形成在基片50中的高頻功率放大器電路的內(nèi)部連接導體，55表示本隔離裝置的輸入端電極，56表示本隔離裝置的輸出端電極，57表示基片50的矩形通孔，58表示插入在通孔57中的隔離元件的矩形環(huán)行元件，60表示矩形永磁體，61表示由軟磁材料制成并具有許多窗狀開口61a以便不與端電極接觸的金屬外殼部件，62表示由軟磁材料制成并與金屬殼體部件61配合以覆蓋整個隔離裝置的封蓋部件，63表示由電極、電介質(zhì)以及形成在電介質(zhì)多層基片50中的導體圖案組成以使在功率放大器MMIC芯片51和隔離元件之間的阻抗匹配的輸出阻抗匹配電路，64表示連接到隔離元件的輸入端口58a的輸出阻抗匹配電路63的輸出電極，65表示通過終端電阻66接地的電極，以及67至69分別表示接地端電極。
如附圖5b至5d所示，分別與三個電感器L并聯(lián)并組成環(huán)行元件58的三個諧振電容器C(電容部分)形成在電介質(zhì)多層基片50中。也就是說通過在基片50表面上的電極64,56’和65、通過電介質(zhì)以及通過在基片50中的內(nèi)部電極構(gòu)成這些電容器。例如，如附圖5b和5c所示，通過在基片50中的五層電容器構(gòu)成在隔離元件的輸入端口58a中的匹配電容器C64。在附圖5b中所示的在環(huán)行元件側(cè)的輸入端口58a和在基片50的表面上的電極64以及還有在環(huán)行元件側(cè)的接地電極58d和在基片50上的接地電極68’都例如通過焊接彼此電連接在一起。
隔離元件的輸入端口58a、輸出端口58b以及虛端口58c都形成在環(huán)行元件58的上表面和側(cè)表面。這些端口與輸出電極64、輸出端電極56’和分別形成在基片50的上表面和通孔57的內(nèi)表面的電極65相連接。接地電極58d形成在環(huán)行元件58的幾乎整個底部表面上。
將由鐵氧體塊形成并具有中心導體的環(huán)行元件58插入在基片50的通孔56中。由于環(huán)行元件58不是安裝在基片50上而是環(huán)行元件58的一部分裝配在通孔56中，因此可以防止隔離裝置的整個高度增加。這就是說，可以進一步降低隔離裝置的厚度。
在常規(guī)的隔離裝置中，隔離元件本身通過獨立使用的屏蔽外殼包圍，通過另一個屏蔽外殼將被屏蔽的隔離元件和結(jié)合了該隔離元件的功率放大器MMIC芯片包圍。然而在本實施例中，將沒有屏蔽外殼的隔離元件和功率放大器MMIC芯片結(jié)合在一個殼體中，然后通過屏蔽外殼包圍。因此，本實施例能夠進一步降低厚度。在本實施例中的屏蔽外殼由軟磁材料比如鐵制成并且還能夠起通過在隔離元件中的環(huán)行元件的封閉磁路的一部分的作用。
此外，由于功率放大器MMIC芯片51通過輸出阻抗匹配電路63與隔離元件的輸入端口連接，該輸出阻抗匹配電路63由電極、電介質(zhì)以及形成在基片50中的導體圖案構(gòu)成，主要由高頻功率放大器電路和隔離元件構(gòu)成的高頻輸出級集成在單個電介質(zhì)多層基片50中，因此能夠極大地減小隔離裝置的尺寸。
這里，在本實施例中的隔離裝置具有大約40平方毫米的安裝面積，安裝高度達2毫米。
因此，通過在本實施例中應(yīng)用隔離裝置，能夠減小整個高頻輸出級的安裝面積、減小該級的厚度、減少通信裝置比如手提電話或移動通信終端的設(shè)計勞動以及使整個通信裝置的性能偏差最小。
附圖7所示為在本發(fā)明的進一步實施例中具有內(nèi)置功率放大器的隔離裝置的結(jié)構(gòu)的示意圖。
在本實施例中，通過在附圖7中沒有示出的輸入阻抗匹配電路將SAW元件70連接到在附圖5a中所示的實施例的功率放大器MMIC芯片51的輸入端來形成BPF，該BPF整個地安裝在隔離裝置中。例如通過C-L-C或L-C-L的π型或T型電路構(gòu)成輸入阻抗匹配電路并形成在具有導體和電介質(zhì)的基片50中。如上所述，在本實施例中的隔離裝置具有與附圖2中所示的結(jié)構(gòu)相同的電路結(jié)構(gòu)。
本實施例中的其它結(jié)構(gòu)都與在附圖5a中所示的實施例的結(jié)構(gòu)相同。因此，在附圖7中，與在附圖5a中相同的參考標號都用于表示相同的部件。此外，本發(fā)明實施例的操作和優(yōu)點都與在附圖5a中所示的實施例的操作和優(yōu)點相同。
附圖8a所示為在本發(fā)明的再一實施例中具有內(nèi)置功率放大器的隔離裝置的結(jié)構(gòu)的示意圖，附圖8b所示為沿著附圖8a的B-B線的剖視圖。
在這些附圖中，參考標號80表示單個電介質(zhì)多層基片，81表示安裝在基片80上以組成高頻功率放大器電路的主要部分的功率放大器MMIC芯片，83表示也安裝在基片80上的許多芯片部件，85和86表示包括隔離裝置的輸入端電極和輸出端電極的外部連接端電極，87表示基片80的切口，88表示插入在切口87中的隔離元件的圓形環(huán)行元件，89表示環(huán)行元件88的隔片，90表示圓形永磁體，91表示由軟磁材料制成以覆蓋整個隔離裝置的金屬外殼部件，92表示由軟磁材料制成金屬磁扼板，以及93、94和95分別表示連接到隔離元件的端口的連接導體。
能夠容納主要由具有中心導體的鐵氧體塊構(gòu)成的環(huán)行元件88的切口87形成在基片80的端部。環(huán)行元件88連同位置控制隔片89插入在切口87中。由于環(huán)行元件88不安裝在基片80上而是裝配在切口87中，因此能夠防止隔離裝置的整個高度增加。這就是說能夠降低隔離裝置的厚度。
功率放大器MMIC芯片81的輸出電極通過輸出阻抗匹配電路(未示)以及通過帶狀連接導體93連接到形成在環(huán)行元件88的上表面的輸入端口。環(huán)行元件88的輸出端口88b連接到在元件88的下表面上的連接導體95。連接導體95與耦合到天線電路的印刷電路板連接。
輸出阻抗匹配電路可以通過如下的方式形成如在附圖3、5a和7中所示的實施例通過在基片80中的導體和電介質(zhì)形成或通過安裝在基片80的頂表面的芯片部件83形成。
附圖9所示為在本實施例中具有連接導體的環(huán)行元件的輸入/輸出端口的連接位置。
如該附圖所示，環(huán)行元件88的接收高頻功率的輸入端口88a和在許多端口之中的虛端口都與環(huán)行元件88的上部表面(與激勵永磁體90相接觸的表面)上的連接導體93和94連接，然而發(fā)射高頻功率的輸出端口88b與在環(huán)行元件88的下部表面上的連接導體95相連接。
如上文所述，在本實施例中，環(huán)行元件88設(shè)置得靠近電介質(zhì)多層基片80，并且通過輸出阻抗匹配電路連接到功率放大器MMIC芯片81的導體形成在基片80的上表面。此外，形成在環(huán)行元件88的上表面上的輸入端口88a通過連接導體93連接到上述的導體上，環(huán)行元件88的上表面與基片80的上表面幾乎在同一平面中，環(huán)行元件88的輸出端口88b從環(huán)行元件88的下表面通過連接導體95連接到印刷電路板的導體上。
雖然在本實施例中應(yīng)用帶狀連接導體來連接環(huán)行元件88的每個端口，但是也可以應(yīng)用其它的連接裝置比如柔性印刷電路板。
激勵永磁體90安裝在環(huán)行元件88上。整個隔離裝置由具有高導磁率的金屬外殼部件91和具有高導磁率的金屬磁扼板92覆蓋，并且連接到隔離裝置的下表面以便通過外殼部件91和扼板92形成封閉磁路。
因此，依據(jù)本發(fā)明，通過將高頻功率放大器電路和隔離元件結(jié)合成一體能夠極大地減小隔離裝置的尺寸而不顯著地改變隔離裝置的厚度。
在本實施例中，組成封閉磁路的金屬外殼部件91還起功率放大器MMIC芯片81的屏蔽外殼的作用。然而，可以應(yīng)用具有高磁導率的金屬外殼來僅包圍隔離元件，并可以單獨提供另一個屏蔽外殼來屏蔽功率放大器MMIC芯片81。
本實施例的其它結(jié)構(gòu)與在附圖3、5a和7中所示的實施例中的結(jié)構(gòu)基本相同。此外，本實施例的操作和優(yōu)點與在附圖3、5a和7中所示的這些實施例的操作和優(yōu)點相同。
在上述的實施例中，每個環(huán)行元件的所有端口的阻抗都相等地設(shè)計為50歐姆。然而，為簡化或省略輸出阻抗匹配電路的結(jié)構(gòu)，可以將接收環(huán)行元件的高頻功率的輸入端口的阻抗設(shè)置為30歐姆或更小，特別是設(shè)置為25歐姆，并將在天線端的輸出端口88b的阻抗設(shè)置為等于標準的傳輸線阻抗的50歐姆。
附圖10所示為作為本發(fā)明的變型獲得上述阻抗的結(jié)構(gòu)的環(huán)行元件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
如圖所示，環(huán)行元件具有中心導體101、102和103，這些中心導體形成在鐵氧體塊100中并具有通過通孔導體彼此連接的三角對稱結(jié)構(gòu)。
連接到在高頻功率放大器電路端的輸入端口104的中心導體101的寬度設(shè)置為比連接到其它的端口105和106的中心導體102和103的寬度更大的值以使端口104的阻抗為25歐姆。其它的端口105和106的阻抗設(shè)置為50歐姆。通過由此使隔離元件的阻抗不對稱，除了提供它的功率傳輸方向的非可逆功能外還能夠提供阻抗轉(zhuǎn)換的功能。
附圖11所示為連接到25歐姆的阻抗的端口的高頻功率放大器電路及其后續(xù)電路的最后級輸出晶體管的電路結(jié)構(gòu)，作為對比，附圖12所示為連接到50歐姆的阻抗的端口的常規(guī)高頻功率放大器電路及其后續(xù)電路的最后級輸出晶體管的電路結(jié)構(gòu)。
在這些附圖中，參考標號Tr表示高頻功率放大器電路的最后級的輸出晶體管，110和120表示隔離元件，111和121表示阻抗匹配電路，C1至C4表示電容器，L1至L4分別表示通過微波傳輸帶導體形成的電感器。
從這些附圖中可以清楚地看出，由于高頻功率放大器電路的輸出阻抗通常為30歐姆或更小，與連接到50歐姆端口的情況相比，在連接到25歐姆端口的情況下，極大地降低輸出阻抗匹配電路的尺寸。具體地說，由于僅要求較小數(shù)量的電感器(每個電感器占非常大的面積)，因此能夠極大地減小輸出阻抗匹配電路的尺寸。這里，在附圖11所示的輸出阻抗匹配電路尺寸顯著地減小，對于在附圖11中所示的電路在基片上的結(jié)構(gòu)面積大約為在附圖12中所示的電路的結(jié)構(gòu)面積的40％。
在附圖11中所示的高頻功率放大器電路中所使用的輸出晶體管的輸出阻抗大約為18歐姆，這種放大器電路連接到匹配電路，該匹配電路作為在目標頻率下運行的阻抗轉(zhuǎn)換器而作為在比目標頻率更高的頻率下運行的低通濾波器。如果隔離元件的阻抗設(shè)置得完全與輸出晶體管的阻抗相等，則可以省去這種輸出阻抗匹配電路。然而，實際上，優(yōu)選應(yīng)用匹配電路以執(zhí)行上述的運行從而吸收輸出晶體管的特性波動并防止異常的振動。
附圖13a所示為在本發(fā)明的進一步實施例中具有內(nèi)置功率放大器的隔離裝置的結(jié)構(gòu)的示意圖，附圖13b所示為沿著附圖13a的B-B線的剖視圖。
在這些附圖中，參考標號130表示單個電介質(zhì)多層基片，131表示安裝在基片130上以組成高頻功率放大器電路的主要部分的功率放大器MMIC芯片，133表示也安裝在基片130上的許多芯片部件，135和136表示包括隔離裝置的輸入端電極和輸出端電極的外部連接端電極，137表示基片130的矩形通孔，138表示插入在通孔137中的隔離元件的圓形環(huán)行元件，140表示圓形永磁體，141表示由軟磁材料制成以覆蓋整個隔離裝置的金屬外殼部件，142表示由軟磁材料制成金屬磁扼板，以及143、144和145分別表示連接到隔離元件的端口的連接導體。
能夠容納主要由具有中心導體的鐵氧體塊構(gòu)成的環(huán)行元件138的通孔137形成在基片130中。環(huán)行元件138插入在這個通孔137中。由于環(huán)行元件138不安裝在基片130上而是插入在通孔137中，因此能夠防止隔離裝置的整個高度增加。這就是說能夠降低隔離裝置的厚度。
功率放大器MMIC芯片131的輸出電極通過輸出阻抗匹配電路(未示)以及通過帶狀連接導體143連接到形成在環(huán)行元件138的上表面的輸入端口。環(huán)行元件138的輸出端口還連接到在元件138的上部表面上的連接導體145。連接導體145與耦合到天線電路的印刷電路板連接。
輸出阻抗匹配電路可以通過如下的方式形成如在附圖3、5a和7中所示的實施例通過在基片130中的導體和電介質(zhì)形成或通過安裝在基片130的頂部表面上的芯片部件133形成。
附圖14所示為在本實施例中具有連接導體的環(huán)行元件的輸入/輸出端口的連接位置。
如該附圖所示，環(huán)行元件138的所有端口都與環(huán)行元件138的上部表面(與激勵永磁體140相接觸的表面)上的連接導體143至145連接。
如上文所述，在本實施例中，環(huán)行元件138設(shè)置得靠近電介質(zhì)多層基片130，并且通過輸出阻抗匹配電路連接到功率放大器MMIC芯片131的導體形成在基片130的上表面。此外，形成在環(huán)行元件138的上表面上的輸入端口138a通過連接導體143連接到上述的導體上，環(huán)行元件138的上表面與基片130的上表面幾乎在相同平面中，環(huán)行元件138的輸出端口138b也從環(huán)行元件138的上表面通過連接端口145連接到印刷電路板的導體上。
雖然在本實施例中應(yīng)用帶狀連接導體來連接環(huán)行元件138的每個端口，但是也可以應(yīng)用其它的連接裝置比如柔性印刷電路板。
激勵永磁體140安裝在環(huán)行元件138上。整個隔離裝置由具有高導磁率的金屬外殼部件141和具有高導磁率的金屬磁扼板142覆蓋，并且連接到隔離裝置的下表面以便通過外殼部件141和扼板142形成封閉磁路。
因此，依據(jù)本實施例，通過將高頻功率放大器電路和隔離元件結(jié)合在一個殼體中能夠極大地減小隔離裝置的尺寸，而且不顯著地改變隔離裝置的厚度。
在本實施例中，組成封閉磁路的金屬外殼部件141還起功率放大器MMIC芯片131的屏蔽外殼的作用。然而，可以應(yīng)用具有高磁導率的金屬外殼來僅包圍隔離元件，并可以單獨提供另一個屏蔽外殼來屏蔽功率放大器MMIC芯片131。
本實施例的其它結(jié)構(gòu)與在附圖3、5a、7和8a和8b中所示的實施例中的結(jié)構(gòu)基本相同。此外，本實施例的操作和優(yōu)點與在附圖3、5a、7和8a和8b中所示的實施例的操作和優(yōu)點相同。
在本實施例中以及在附圖10所示的變型實施例中，可以將接收環(huán)行元件138的高頻功率的輸入端口的阻抗設(shè)置為30歐姆或更小，特別是設(shè)置為25歐姆，并將在天線側(cè)的輸出端口的阻抗設(shè)置為等于標準傳輸線阻抗的50歐姆。獲得上述阻抗結(jié)構(gòu)的環(huán)行元件138的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能以及優(yōu)點都完全與在附圖10中所示的變型實施例的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能以及優(yōu)點完全相同。
如上文的詳細描述，依據(jù)本發(fā)明，高頻功率放大器電路和隔離元件通過形成在單個電介質(zhì)多層基片上的電路元件彼此連接并且還與單個電介質(zhì)多層基片結(jié)合。由于高頻輸出級與單個電介質(zhì)多層基片結(jié)合，因此能夠極大地減小高頻輸出級的尺寸和厚度。此外，還由于結(jié)合在一起能夠減少部件的數(shù)量。
依據(jù)本發(fā)明的具有內(nèi)置功率放大器的隔離裝置具有如下的優(yōu)點(1)降低了整個高頻輸出級的安裝面積，(2)由于通信裝置比如手提電話或移動通信終端的設(shè)計者不需要分別設(shè)計部件比如高頻功率放大器電路和隔離元件或分別設(shè)計阻抗匹配電路來連接這些部件，因此降低了通信裝置的設(shè)計勞動，以及(3)使整個通信裝置的性能偏差最小。
在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下可以構(gòu)造出本發(fā)明的許多不同的實施例。應(yīng)該理解的是本發(fā)明并不限于在說明書中所述的具體的實施例，而是以所附加的權(quán)利要求限定本發(fā)明。
權(quán)利要求書按照條約第19條的修改1．一種具有內(nèi)置功率放大器的隔離裝置，包括單個電介質(zhì)多層基片、高頻功率放大器電路、隔離元件以及形成在電介質(zhì)多層基片上的電路元件，所說的高頻功率放大器電路和所說的隔離元件通過所說的電路元件彼此連接，所說的電路元件包括所說的隔離元件的電容部分，所說的隔離元件的所說的電容部分嵌入在所說的電介質(zhì)多層基片中，所說的高頻功率放大器電路和所說的隔離元件與具有所說的嵌入的電容部分的所說的單個電介質(zhì)多層基片結(jié)合。
2．如權(quán)利要求1所說的的裝置，其中至少一部分所說的電路元件嵌入在所說的電介質(zhì)多層基片中。
3．如權(quán)利要求1所說的的裝置，其中至少一部分所說的的電路元件安裝在所說的電介質(zhì)多層基片上。
4．如權(quán)利要求1所說的的裝置，其中使所說的高頻功率放大器電路的輸出阻抗與所說的隔離元件的輸入阻抗相匹配的阻抗匹配電路嵌入在所說的電介質(zhì)多層基片中。
5．如權(quán)利要求1所說的的裝置，其中使所說的高頻功率放大器電路的輸出阻抗與所說的隔離元件的輸入阻抗相匹配的阻抗匹配電路安裝在所說的電介質(zhì)多層基片上。
6．如權(quán)利要求1所說的的裝置，其中所說的隔離元件的主要部件整體地插入在安裝部分中，通過除去一部分所說的電介質(zhì)多層基片形成該裝配部分。
7．如權(quán)利要求6所說的的裝置，其中所說的裝配部分是所說的電介質(zhì)多層基片的切口。
8．如權(quán)利要求6所說的的裝置，其中所說的裝配部分是所說的電介質(zhì)多層基片的通孔。
9．如權(quán)利要求1所說的的裝置，其中所說的隔離元件具有通過阻抗匹配電路電連接到所說的高頻功率放大器電路的第一端口，以及其中所說的第一端口具有標準的傳輸線阻抗。
10．如權(quán)利要求1所說的的裝置，其中所說的隔離元件具有電連接到所說的高頻功率放大器電路的第一端口，以及其中所說的第一端口具有與所說的高頻功率放大器電路的輸出阻抗基本相匹配的輸入阻抗。
11．如權(quán)利要求10所說的的裝置，其中所說的隔離元件的所說的第一端口通過阻抗匹配電路電連接到所說的高頻功率放大器電路。
12．如權(quán)利要求10所說的的裝置，其中所說的隔離元件具有第二端口，該第二端口的阻抗不同于所說的第一端口的阻抗。
13．如權(quán)利要求12所說的的裝置，其中所說的第一端口的阻抗低于所說的第二端口的阻抗。
14．如權(quán)利要求12所說的的裝置，其中所說的第二端口的阻抗等于標準的傳輸線阻抗。
15．如權(quán)利要求12所說的的裝置，其中所說的環(huán)行元件包括磁性材料塊和形成在所說的磁性材料塊上的三角對稱的中心導體，以及其中連接到所說的第一端口的所說的中心導體的寬度不同于連接到其它的端口的中心導體的寬度。
16．如權(quán)利要求1所說的的裝置，其中所說的隔離元件具有環(huán)行元件，所說的環(huán)行元件的上表面與所說的電介質(zhì)多層基片的上表面幾乎在相同的平面中，以及其中所說的環(huán)行元件的第一和第二端口的端電極都設(shè)置在所說的環(huán)行元件的上表面上。
17．如權(quán)利要求1所說的的裝置，其中所說的隔離元件具有環(huán)行元件，所說的環(huán)行元件的上表面與所說的電介質(zhì)多層基片的上表面幾乎在相同的平面中，以及其中所說的環(huán)行元件的第一和第二端口的端電極分別設(shè)置在所說的環(huán)行元件的上表面和下表面上。
18．如權(quán)利要求1所說的的裝置，其中通過共同的單個屏蔽外殼覆蓋所說的高頻功率放大器電路和所說的隔離元件。
19．如權(quán)利要求1所說的的裝置，其中所說的裝置進一步包括安裝在所說的電介質(zhì)多層基片上并耦合到所說的高頻功率放大器電路的輸入中的表面聲波裝置和嵌入在所說的電介質(zhì)多層基片中以使所說的表面聲波裝置的輸出阻抗與所說的高頻功率放大器電路的輸入阻抗相匹配的匹配電路。
20．如權(quán)利要求1所說的的裝置，其中所說的裝置進一步包括安裝在所說的電介質(zhì)多層基片上并耦合到所說的高頻功率放大器電路的輸入中的表面聲波裝置和安裝在所說的電介質(zhì)多層基片上以使所說的表面聲波裝置的輸出阻抗與所說的高頻功率放大器電路的輸入阻抗相匹配的匹配電路。
權(quán)利要求
1．一種具有內(nèi)置功率放大器的隔離裝置，包括單個電介質(zhì)多層基片、高頻功率放大器電路、隔離元件以及形成在該電介質(zhì)多層基片上的電路元件，所說的高頻功率放大器電路和所說的隔離元件通過所說的電路元件彼此連接并與所說的單個電介質(zhì)多層基片結(jié)合。
2．如權(quán)利要求1所說的的裝置，其中至少一部分所說的電路元件嵌入在所說的電介質(zhì)多層基片中。
3．如權(quán)利要求1所說的的裝置，其中所說的電路元件包括所說的隔離元件的電容部分，其中所說的隔離元件的所說的電容部分嵌入在所說的電介質(zhì)多層基片中。
4．如權(quán)利要求1所說的的裝置，其中至少一部分所說的的電路元件安裝在所說的電介質(zhì)多層基片上。
5．如權(quán)利要求1所說的的裝置，其中使所說的高頻功率放大器電路的輸出阻抗與所說的隔離元件的輸入阻抗相匹配的阻抗匹配電路嵌入在所說的電介質(zhì)多層基片中。
6．如權(quán)利要求1所說的的裝置，其中使所說的高頻功率放大器電路的輸出阻抗與所說的隔離元件的輸入阻抗相匹配的阻抗匹配電路安裝在所說的電介質(zhì)多層基片上。
7．如權(quán)利要求1所說的的裝置，其中所說的隔離元件的主要部件整體地插入在裝配部分中，通過除去一部分所說的電介質(zhì)多層基片形成該裝配部分。
8．如權(quán)利要求7所說的的裝置，其中所說的裝配部分是所說的電介質(zhì)多層基片的切口。
9．如權(quán)利要求7所說的的裝置，其中所說的裝配部分是所說的電介質(zhì)多層基片的通孔。
10．如權(quán)利要求1所說的的裝置，其中所說的隔離元件具有通過阻抗匹配電路電連接到所說的高頻功率放大器電路的第一端口，以及其中所說的第一端口具有標準的傳輸線阻抗。
11．如權(quán)利要求1所說的的裝置，其中所說的隔離元件具有電連接到所說的高頻功率放大器電路的第一端口，以及其中所說的第一端口具有與所說的高頻功率放大器電路的輸出阻抗基本相匹配的輸入阻抗。
12．如權(quán)利要求11所說的的裝置，其中所說的隔離元件的所說的第一端口通過阻抗匹配電路電連接到所說的高頻功率放大器電路。
13．如權(quán)利要求11所說的的裝置，其中所說的隔離元件具有第二端口，該第二端口的阻抗不同于所說的第一端口的阻抗。
14．如權(quán)利要求13所說的的裝置，其中所說的第一端口的阻抗低于所說的第二端口的阻抗。
15．如權(quán)利要求13所說的的裝置，其中所說的第二端口的阻抗等于標準的傳輸線阻抗。
16．如權(quán)利要求13所說的的裝置，其中所說的環(huán)行元件包括磁性材料塊和形成在所說的磁性材料塊中的三角對稱的中心導體，以及其中連接到所說的第一端口的所說的中心導體的寬度不同于連接到其它的端口的中心導體的寬度。
17．如權(quán)利要求1所說的的裝置，其中所說的隔離元件具有環(huán)行元件，所說的環(huán)行元件的上表面與所說的電介質(zhì)多層基片的上表面幾乎在相同的平面中，以及其中所說的環(huán)行元件的第一和第二端口的端電極都設(shè)置在所說的環(huán)行元件的上表面上。
18．如權(quán)利要求1所說的的裝置，其中所說的隔離元件具有環(huán)行元件，所說的環(huán)行元件的上表面與所說的電介質(zhì)多層基片的上表面幾乎在相同的平面中，以及其中所說的環(huán)行元件的第一和第二端口的端電極分別設(shè)置在所說的環(huán)行元件的上表面和下表面上。
19．如權(quán)利要求1所說的的裝置，其中通過共同的單個屏蔽外殼覆蓋所說的高頻功率放大器電路和所說的隔離元件。
20．如權(quán)利要求1所說的的裝置，其中所說的裝置進一步包括安裝在所說的電介質(zhì)多層基片上并耦合到所說的高頻功率放大器電路的輸入中的表面聲波裝置和嵌入在所說的電介質(zhì)多層基片中以使所說的表面聲波裝置的輸出阻抗與所說的高頻功率放大器電路的輸入阻抗相匹配的匹配電路。
21．如權(quán)利要求1所說的的裝置，其中所說的裝置進一步包括安裝在所說的電介質(zhì)多層基片上并耦合到所說的高頻功率放大器電路的輸入中的表面聲波裝置和安裝在所說的電介質(zhì)多層基片上以使所說的表面聲波裝置的輸出阻抗與所說的高頻功率放大器電路的輸入阻抗相匹配的匹配電路。
全文摘要
一種隔離裝置包括電介質(zhì)多層基片、高頻功率放大器電路、隔離元件以及形成在電介質(zhì)多層基片上的電路元件。該高頻功率放大器電路和隔離元件整體地形成在多層電介質(zhì)基片上并通過電路元件互相連接。
文檔編號H01P1/36GK1319277SQ00801565
公開日2001年10月24日 申請日期2000年7月27日 優(yōu)先權(quán)日1999年7月29日
發(fā)明者近藤良一, 倉橋孝秀, 中井信也, 加藤一 申請人:Tdk株式會社