CN110739933B - 一种误差可控的超宽带紧凑型有源功率分配器 - Google Patents

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Abstract

一种误差可控的超宽带紧凑型有源功率分配器，由第一NMOS晶体管构成的具有一个输入端口和两个预输出端口的预输出级电路，由第二NMOS晶体管和第三NMOS晶体管分别构成具有一个输入端口和一个输出端口的第一输出级电路和第二输出级电路，预输出级电路的输入端口连接射频信号输入IN，第一输出级电路的输入端口连接预输出级电路的一个预输出端口，第二输出级电路的输入端口连接预输出级电路的另一个预输出端口，第一输出级电路和第二输出级电路的输出端口构成误差可控的超宽带紧凑型有源功率分配器的两个功率等分输出端，第一输出级电路和第二输出级电路分别设置有用于对电路进行微调的负载平衡可调器件。本发明适用于多频段且误差可控。

Description

一种误差可控的超宽带紧凑型有源功率分配器
技术领域
本发明涉及一种有源功率分配器。特别是涉及一种误差可控的超宽带紧凑型有源功率分配器。
背景技术
功率分配器是微波系统和电路的基础性器件，在微波、毫米波收发机系统中被广泛使用。基础的功率分配器主要有T型结功率分配器、威尔金森功率分配器、Bagley功率分配器等。其中T型结功率分配器结构简单，但端口隔离度差的问题限制了其进一步应用；威尔金森功率分配技术基于四分之一波长阻抗变换，具有结构简单、端口隔离独好、幅相一致性强等优点，但其面积不够紧凑，在较低频段下四分之一波长结构将占据大量芯片面积，即使在毫米波频段下仍不够紧凑。
在毫米波阵列型系统中需要大规模的功率分配网络来实现多阵元协同工作，如果单个功率分配器电路的面积过大，则难以大规模扩展设计，极大限制了系统成本。目前采用无源结构设计的超宽带功率分配器电路仍受限于无源结构本身的，即依赖工艺尺寸、工作频段，此外无源结构在高频应用中带来更多损耗，且在大规模应用时损耗叠加，需牺牲大量功耗进行补偿。因此设计一种误差可控的超宽带紧凑型有源功率分配器集成电路具有实际应用价值。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种超宽带、紧凑、有源的误差可控的超宽带紧凑型有源功率分配器。
本发明所采用的技术方案是：一种误差可控的超宽带紧凑型有源功率分配器，包括有由第一NMOS晶体管构成的具有一个输入端口和两个预输出端口的预输出级电路，分别对应由第二NMOS晶体管和第三NMOS晶体管构成的具有一个输入端口和一个输出端口的第一输出级电路和第二输出级电路，其中，所述预输出级电路的输入端口连接射频信号输入IN，所述的第一输出级电路的输入端口连接所述预输出级电路的一个预输出端口，所述的第二输出级电路的输入端口连接所述预输出级电路的另一个预输出端口，所述第一输出级电路和第二输出级电路的输出端口构成误差可控的超宽带紧凑型有源功率分配器的两个功率等分输出端，所述第一输出级电路和第二输出级电路分别设置有用于对电路进行微调的负载平衡可调器件。
所述的预输出级电路是：所述第一NMOS晶体管的栅极连接所述射频信号输入IN，所述第一NMOS晶体管的漏极构成第一预输出端口OUT1，源极构成第二预输出端口OUT2，所述的漏极还通过第一电阻RL1连接电源VDD，所述的源极还通过第二电阻RL2接地，所述第一电阻RL1和第二电阻RL2阻值相等。
所述的第一输出级电路是：所述第二NMOS晶体管的栅极连接预输出级电路的第一预输出端口OUT1，所述第二NMOS晶体管的源极为输出端口，构成误差可控的超宽带紧凑型有源功率分配器的一个功率等分输出端OUT3，该源极还通过第四电阻R4接地，所述第二NMOS晶体管的漏极通过第三电阻R3连接电源VDD，该漏极还通过一个负载平衡可调器件接地，所述第三电阻RL3和第四电阻RL4阻值相等。
所述的第二输出级电路是：所述第三NMOS晶体管的栅极连接预输出级电路的第二预输出端口OUT2，所述第三NMOS晶体管的漏极为输出端口，构成误差可控的超宽带紧凑型有源功率分配器的一个功率等分输出端OUT4，该漏极还通过第五电阻R5连接电源VDD，所述第三NMOS晶体管的源极通过第六电阻R6接地，该源极还通过一个负载平衡可调器件接地，所述第五电阻RL5和第六电阻RL6阻值相等。
所述的负载平衡可调器件是一个可调电阻。
所述的负载平衡可调器件是一个可调电容。
所述的负载平衡可调器件是由一个可调电阻和可调电容并联连接构成。
第一NMOS晶体管漏极和源极所串接的第一电阻RL1和第二电阻RL2、第二NMOS晶体管漏极和源极所串接第三电阻RL3和第四电阻RL4以及第三NMOS晶体管漏极和源极所串接第五电阻RL5和第六电阻RL6阻值相等。
本发明的一种误差可控的超宽带紧凑型有源功率分配器，具有超宽带、紧凑、有源，同时误差可控的特点，适用于多频段且误差可控。本发明具有如下有益效果：
(1)电路采用有源结构实现，避免了由于功率平分造成的每级3dB固有损耗，可以保持低损耗，甚至产生部分增益。
(2)电路主体由晶体管和小电阻构成，因此结构紧凑，降低了成本。
(3)引入可调器件，通过可调电阻或(和)可变电容实现电路平衡度的调整，再加上对称性的电路拓扑，从而实现了两个输出端功率等幅同相且误差可控。
附图说明
图1是本发明一种误差可控的超宽带紧凑型有源功率分配器的电路原理图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明的一种误差可控的超宽带紧凑型有源功率分配器做出详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
本发明的一种误差可控的超宽带紧凑型有源功率分配器，可在CMOS工艺下实现，由于其高对称性结构使得该电路对工艺敏感度低。
如图1所示，本发明的一种误差可控的超宽带紧凑型有源功率分配器，包括有由第一NMOS晶体管M1构成的具有一个输入端口和两个预输出端口的预输出级电路，分别对应由第二NMOS晶体管M2和第三NMOS晶体管M3构成的具有一个输入端口和一个输出端口的第一输出级电路和第二输出级电路，其中，所述预输出级电路的输入端口连接射频信号输入IN，所述的第一输出级电路的输入端口连接所述预输出级电路的一个预输出端口，所述的第二输出级电路的输入端口连接所述预输出级电路的另一个预输出端口，所述第一输出级电路和第二输出级电路的输出端口构成误差可控的超宽带紧凑型有源功率分配器的两个功率等分输出端，所述第一输出级电路和第二输出级电路分别设置有用于对电路进行微调的负载平衡可调器件。
所述的预输出级电路是：所述第一NMOS晶体管M1的栅极连接所述射频信号输入IN，所述第一NMOS晶体管M1的漏极构成第一预输出端口OUT1，源极构成第二预输出端口OUT2，所述的漏极还通过第一电阻RL1连接电源VDD，所述的源极还通过第二电阻RL2接地，所述第一电阻RL1和第二电阻RL2阻值相等。
所述的第一输出级电路是：所述第二NMOS晶体管M2的栅极连接预输出级电路的第一预输出端口OUT1，所述第二NMOS晶体管M2的源极为输出端口，构成误差可控的超宽带紧凑型有源功率分配器的一个功率等分输出端OUT3，该源极还通过第四电阻R4接地，所述第二NMOS晶体管M2的漏极通过第三电阻R3连接电源VDD，该漏极通过一个负载平衡可调器件接地，所述第三电阻RL3和第四电阻RL4阻值相等。
所述的第二输出级电路是：所述第三NMOS晶体管M3的栅极连接预输出级电路的第二预输出端口OUT2，所述第三NMOS晶体管M3的漏极为输出端口，构成误差可控的超宽带紧凑型有源功率分配器的一个功率等分输出端OUT4，该漏极还通过第五电阻R5连接电源VDD，所述第三NMOS晶体管M3的源极通过第六电阻R6接地，该源极通过一个负载平衡可调器件接地，所述第五电阻RL5和第六电阻RL6阻值相等。
上述的第一NMOS晶体管M1漏极和源极所串接的第一电阻RL1和第二电阻RL2、第二NMOS晶体管M2漏极和源极所串接第三电阻RL3和第四电阻RL4以及第三NMOS晶体管M3漏极和源极所串接第五电阻RL5和第六电阻RL6阻值相等。
所述的负载平衡可调器件是一个可调电阻R。或者，所述的负载平衡可调器件是一个可调电容C。或者，所述的负载平衡可调器件是由一个可调电阻R和可调电容C并联连接构成。由于本发明电路结构对称，可用负载平衡可调器件对电路进行微调，因此可实现输入信号的等幅、同相均分；电路工作状态出现偏差后可通过负载平衡可调器件进行校准，所以误差可控；本发明的电路主体由晶体管和小电阻构成，因此结构紧凑；同时有源电路也使得电路保持低损耗(或提供一定增益)。

Claims (8)

1.一种误差可控的超宽带紧凑型有源功率分配器，其特征在于，包括有由第一NMOS晶体管(M1)构成的具有一个输入端口和两个预输出端口的预输出级电路，分别对应由第二NMOS晶体管(M2)和第三NMOS晶体管(M3)构成的具有一个输入端口和一个输出端口的第一输出级电路和第二输出级电路，其中，所述预输出级电路的输入端口连接射频信号输入IN，所述的第一输出级电路的输入端口连接所述预输出级电路的一个预输出端口，所述的第二输出级电路的输入端口连接所述预输出级电路的另一个预输出端口，所述第一输出级电路和第二输出级电路的输出端口构成误差可控的超宽带紧凑型有源功率分配器的两个功率等分输出端，所述第一输出级电路和第二输出级电路分别设置有用于对电路进行微调的负载平衡可调器件。
2.根据权利要求1所述的一种误差可控的超宽带紧凑型有源功率分配器，其特征在于，所述的预输出级电路是：所述第一NMOS晶体管(M1)的栅极连接所述射频信号输入IN，所述第一NMOS晶体管(M1)的漏极构成第一预输出端口OUT1，源极构成第二预输出端口OUT2，所述的漏极还通过第一电阻RL1连接电源VDD，所述的源极还通过第二电阻RL2接地，所述第一电阻RL1和第二电阻RL2阻值相等。
3.根据权利要求1所述的一种误差可控的超宽带紧凑型有源功率分配器，其特征在于，所述的第一输出级电路是：所述第二NMOS晶体管(M2)的栅极连接预输出级电路的第一预输出端口OUT1，所述第二NMOS晶体管(M2)的源极为输出端口，构成误差可控的超宽带紧凑型有源功率分配器的一个功率等分输出端OUT3，该源极还通过第四电阻RL4接地，所述第二NMOS晶体管(M2)的漏极通过第三电阻RL3连接电源VDD，该漏极还通过一个负载平衡可调器件接地，所述第三电阻RL3和第四电阻RL4阻值相等。
4.根据权利要求1所述的一种误差可控的超宽带紧凑型有源功率分配器，其特征在于，所述的第二输出级电路是：所述第三NMOS晶体管(M3)的栅极连接预输出级电路的第二预输出端口OUT2，所述第三NMOS晶体管(M3)的漏极为输出端口，构成误差可控的超宽带紧凑型有源功率分配器的一个功率等分输出端OUT4，该漏极还通过第五电阻RL5连接电源VDD，所述第三NMOS晶体管(M3)的源极通过第六电阻RL6接地，该源极还通过一个负载平衡可调器件接地，所述第五电阻RL5和第六电阻RL6阻值相等。
5.根据权利要求1或3或4所述的一种误差可控的超宽带紧凑型有源功率分配器，其特征在于，所述的负载平衡可调器件是一个可调电阻(R)。
6.根据权利要求1或3或4所述的一种误差可控的超宽带紧凑型有源功率分配器，其特征在于，所述的负载平衡可调器件是一个可调电容(C)。
7.根据权利要求1或3或4所述的一种误差可控的超宽带紧凑型有源功率分配器，其特征在于，所述的负载平衡可调器件是由一个可调电阻(R)和可调电容(C)并联连接构成。
8.根据权利要求1所述的一种误差可控的超宽带紧凑型有源功率分配器，其特征在于，第一NMOS晶体管(M1)漏极所串接的第一电阻RL1和第一NMOS晶体管(M1)源极所串接的第二电阻RL2、第二NMOS晶体管(M2)漏极所串接的第三电阻RL3和第二NMOS晶体管(M2)源极所串接的第四电阻RL4以及第三NMOS晶体管(M3)漏极所串接的第五电阻RL5和第三NMOS晶体管(M3)源极所串接的第六电阻RL6阻值相等。
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