[發明專利]功率分配單元電路及用于集成收發機系統的功率分配結構

有效

• 申請號: 201910907320.8
• 申請日: 2019-09-24
• 公開（公告）號: CN110535502B
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 馬建國;楊圣輝
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H04B7/0426
• 分類號: H04B7/0426;H03L5/02
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 杜文茹

一種功率分配單元電路及用于集成收發機系統的功率分配結構，包括有N個功率分配單元電路，每一個功率分配單元電路均有一個輸入端兩個輸出端，第一個功率分配單元電路的輸入端連接外部輸入信號IN，每個功率分配單元電路的兩個輸出端都分別連接一個功率分配單元電路的輸入端，共同構成具有2^N個相同輸出的用于集成收發機系統的功率分配結構。本發明的功率分配單元電路及用于集成收發機系統的功率分配結構，可在占用較小芯片面積的情況下實現對信號功率的多通道均等分配。

技術領域

本發明涉及一種功率分配結構。特別是涉及一種功率分配單元電路及用于集成收發機系統的功率分配結構。

背景技術

隨著無線通信技術的發展，頻率資源日趨緊張，通信系統開始向更高頻段擴展，毫米波頻段擁有著豐富頻率資源，同時頻率的提升也能實現更高的傳輸速率。然而頻率升高電磁波在傳播介質中的衰減也增大，所以一般需要通過多輸入多輸出(Multiple-InputMultiple-Output，MIMO)天線陣列技術來提升通信系統的輸出功率。

在MIMO系統中，需要將信號功率均等的分配到多個通道當中，目前實現這種功率分配的常用結構為威爾金森功率分配結構，這種結構的主要缺點包括由功率平分所造成的每一級功率分配3dB的固有損耗和難以壓縮的大芯片面積，所以這種結構很不經濟。除此以外，一些系統中還用到了威爾金森結構與功率放大器相結合的結構，這種結構可在一定程度上降低損耗并減小面積，但對面積的壓縮效果并不顯著。因而需要一種緊湊且低損耗的功率分配方案將有助于極大的降低系統成本，有利于集成收發機系統的大規模陣列應用。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，提供一種可在占用較小芯片面積的情況下實現對信號功率的多通道均等分配的功率分配單元電路及用于集成收發機系統的功率分配結構。

本發明所采用的技術方案是：一種功率分配單元電路，包括有結構相同的第一NMOS晶體管、第二NMOS晶體管和第三NMOS晶體管，所述第一NMOS晶體管、第二NMOS晶體管和第三NMOS晶體管的漏極均通過漏極阻性負載結構接電源，源極均通過源極阻性負載結構接地，所述第一NMOS晶體管的柵極構成功率分配單元電路的輸入端連接外部輸入的信號IN，漏極連接第二NMOS晶體管的柵極，源極連接第三NMOS晶體管的柵極，所述第二NMOS晶體管的漏極通過第一平衡電阻接地，源極構成功率分配單元電路的一個輸出端OUT1，該源極還通過第一電阻接地，所述第三NMOS晶體管的源極通過第二平衡電阻接地，漏極構成功率分配單元電路的另一個輸出端OUT2，該漏極還通過第二電阻接地。

所述的第一平衡電阻和第二平衡電阻(R4)的阻值均為50歐姆。

所述功率分配單元電路的輸出端OUT1和輸出端OUT2的輸出信號增益Av₁和Av₂如下式：

其中，g_m為每個NMOS晶體管的跨導，R為每個NMOS晶體管漏級或源級所串聯的漏極阻性負載結構或源極阻性負載結構的阻值。

一種由功率分配單元電路構成的用于集成收發機系統的功率分配結構，包括有N個功率分配單元電路，每一個功率分配單元電路均有一個輸入端兩個輸出端，第一個功率分配單元電路的輸入端連接外部輸入信號IN，每個功率分配單元電路的兩個輸出端都分別連接一個功率分配單元電路的輸入端，共同構成具有2^N個相同輸出的用于集成收發機系統的功率分配結構。

本發明的功率分配單元電路及用于集成收發機系統的功率分配結構，可在占用較小芯片面積的情況下實現對信號功率的多通道均等分配。本發明的有益效果如下：

(1)采用有源結構來實現功率分配，避免了由于功率平分造成的每級3dB固有損耗，由晶體管組成的放大器工作模式不僅僅會補償損耗，同時也會帶來一定的增益。