[发明专利]具有巴伦变压器的RF功率放大器

说明书

一种射频功率放大器(60)，包括巴伦变压器和以推挽式配置方式布置的多个功率晶体管对(61，62)。巴伦变压器包括不平衡线圈(14)和平衡线圈(11)，不平衡线圈在第一单端信号端子(142)与第一参考(141)之间延伸，并且平衡线圈在第一平衡信号端子(111)与第二平衡信号端子(112)之间延伸。巴伦变压器还包括与不平衡线圈和平衡线圈电隔离的至少一个辅助线圈(12)。至少一个辅助线圈电感耦合到不平衡线圈(14)并且在第三平衡信号端子(121)与第四平衡信号端子(122)之间延伸，从而形成平衡合成器‑分配器。多个功率晶体管对(61，62)中的第一功率晶体管对的输出耦合到第一和第二平衡信号端子(111，112)，并且多个功率晶体管对(61，62)中的第二功率晶体管对的输出耦合到第三和第四平衡信号端子(121，122)。

技术领域

本发明涉及一种巴伦(Balun，平衡-不平衡)变压器，该巴伦变压器是这样一种电气部件，其能够将不平衡信号转换成平衡信号，并且反之亦然。本发明更具体地涉及一种平面巴伦。甚至更具体地，本发明涉及一种用于功率合成的平面巴伦拓扑结构。本发明进一步涉及一种包括这种巴伦的功率放大器。本发明还涉及一种包括这种功率放大器的MRI系统。本发明进一步涉及一种用于功率合成的方法。

背景技术

诸如磁共振成像(MRI)等若干应用在高频区(例如，64MHz至128MHz)中需要高功率电平(例如，20kW)。通常，这种高功率电平是通过合成多个较小功率放大器来实现的。首先，两个功率RF晶体管(例如，MOSFET)用于推挽式配置，在所述推挽式配置中，同轴电缆传输线巴伦用于将平衡信号转换为不平衡信号。推挽式配置在阻抗匹配和宽带设计方面是有利的，因为与包括两个并联晶体管的类似功率放大器相比负载阻抗高四倍。

其次，应用(例如，威尔金森(Wilkinson)、吉塞尔(Gysel)或径向(Radial))功率合成技术来增大总系统功率。此外，在这些应用中，相同的技术用于功率分配。这些功率合成和分配技术本质上需要附加部件，这增加了损耗和成本。在高功率应用中尤其如此，因为这里需要多个功率合成器来实现期望的功率。

从CN 105933011，US 2013/0157587和US 2014/0084700知道，在用于无线应用的集成电路中实施巴伦变压器，即，在半导体基板上构建巴伦变压器。这些巴伦变压器的额定功率约为数mW至1W，比上述功率应用低多个数量级，并且用于具有GHz水平的更高频率的信号。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的高功率放大器的缺点。本发明的目的是提供一种满足长期以来对限制高功率应用中合成或分配功率所需的附加部件的数量的需要的RF功率放大器。

可替代地，目的是提供一种用于高功率应用的使得能够克服现有技术高功率放大器的缺点的巴伦变压器。

本文描述了巴伦变压器，该巴伦变压器包括：不平衡线圈，该不平衡线圈在第一单端信号端子与第一参考之间延伸；以及平衡线圈，该平衡线圈在第一平衡信号端子与第二平衡信号端子之间延伸。不平衡线圈和平衡线圈彼此电感耦合并且电隔离。巴伦变压器进一步包括与不平衡线圈和平衡线圈电隔离的至少一个辅助线圈。至少一个辅助线圈可以是以下之一：

(i)电感耦合到平衡线圈并且在第二单端信号端子与第二参考之间延伸，从而形成不平衡合成器-分配器，或者

(ii)电感耦合到不平衡线圈并且在第三平衡信号端子与第四平衡信号端子之间延伸，从而形成平衡合成器-分配器。

有利地，如前面段落所述的巴伦变压器中，平衡线圈、不平衡线圈和辅助线圈布置在多个间隔开的平行平面中。有利地，平衡合成器-分配器的辅助线圈与平衡线圈布置在同一个隔开的平行平面中，或者其中，不平衡合成器-分配器的辅助线圈与不平衡线圈布置在同一个隔开的平行平面中。有利地，多个平面形成印刷电路板的层。