[发明专利]功率分配单元电路及用于集成收发机系统的功率分配结构

说明书

一种功率分配单元电路及用于集成收发机系统的功率分配结构，包括有N个功率分配单元电路，每一个功率分配单元电路均有一个输入端两个输出端，第一个功率分配单元电路的输入端连接外部输入信号IN，每个功率分配单元电路的两个输出端都分别连接一个功率分配单元电路的输入端，共同构成具有2^N个相同输出的用于集成收发机系统的功率分配结构。本发明的功率分配单元电路及用于集成收发机系统的功率分配结构，可在占用较小芯片面积的情况下实现对信号功率的多通道均等分配。

技术领域

本发明涉及一种功率分配结构。特别是涉及一种功率分配单元电路及用于集成收发机系统的功率分配结构。

背景技术

随着无线通信技术的发展，频率资源日趋紧张，通信系统开始向更高频段扩展，毫米波频段拥有着丰富频率资源，同时频率的提升也能实现更高的传输速率。然而频率升高电磁波在传播介质中的衰减也增大，所以一般需要通过多输入多输出(Multiple-InputMultiple-Output，MIMO)天线阵列技术来提升通信系统的输出功率。

在MIMO系统中，需要将信号功率均等的分配到多个通道当中，目前实现这种功率分配的常用结构为威尔金森功率分配结构，这种结构的主要缺点包括由功率平分所造成的每一级功率分配3dB的固有损耗和难以压缩的大芯片面积，所以这种结构很不经济。除此以外，一些系统中还用到了威尔金森结构与功率放大器相结合的结构，这种结构可在一定程度上降低损耗并减小面积，但对面积的压缩效果并不显著。因而需要一种紧凑且低损耗的功率分配方案将有助于极大的降低系统成本，有利于集成收发机系统的大规模阵列应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种可在占用较小芯片面积的情况下实现对信号功率的多通道均等分配的功率分配单元电路及用于集成收发机系统的功率分配结构。

本发明所采用的技术方案是：一种功率分配单元电路，包括有结构相同的第一NMOS晶体管、第二NMOS晶体管和第三NMOS晶体管，所述第一NMOS晶体管、第二NMOS晶体管和第三NMOS晶体管的漏极均通过漏极阻性负载结构接电源，源极均通过源极阻性负载结构接地，所述第一NMOS晶体管的栅极构成功率分配单元电路的输入端连接外部输入的信号IN，漏极连接第二NMOS晶体管的栅极，源极连接第三NMOS晶体管的栅极，所述第二NMOS晶体管的漏极通过第一平衡电阻接地，源极构成功率分配单元电路的一个输出端OUT1，该源极还通过第一电阻接地，所述第三NMOS晶体管的源极通过第二平衡电阻接地，漏极构成功率分配单元电路的另一个输出端OUT2，该漏极还通过第二电阻接地。

所述的第一平衡电阻和第二平衡电阻(R4)的阻值均为50欧姆。

所述功率分配单元电路的输出端OUT1和输出端OUT2的输出信号增益Av₁和Av₂如下式：

其中，g_m为每个NMOS晶体管的跨导，R为每个NMOS晶体管漏级或源级所串联的漏极阻性负载结构或源极阻性负载结构的阻值。

一种由功率分配单元电路构成的用于集成收发机系统的功率分配结构，包括有N个功率分配单元电路，每一个功率分配单元电路均有一个输入端两个输出端，第一个功率分配单元电路的输入端连接外部输入信号IN，每个功率分配单元电路的两个输出端都分别连接一个功率分配单元电路的输入端，共同构成具有2^N个相同输出的用于集成收发机系统的功率分配结构。

本发明的功率分配单元电路及用于集成收发机系统的功率分配结构，可在占用较小芯片面积的情况下实现对信号功率的多通道均等分配。本发明的有益效果如下：

(1)采用有源结构来实现功率分配，避免了由于功率平分造成的每级3dB固有损耗，由晶体管组成的放大器工作模式不仅仅会补偿损耗，同时也会带来一定的增益。