CN117749131A - 有源功率分离器和组合器电路 - Google Patents

Abstract

本公开涉及有源功率分离器和组合器电路。电子设备可包括具有诸如有源功率分离器电路和有源功率组合器电路的有源电路的无线电路。该有源功率分离器电路和该有源功率组合器电路可包括使用单端耦合线或差分耦合线彼此耦合的单端或差分放大器。每组差分耦合线可包括第一对耦合线和第二对耦合线。这些单端耦合线和这些差分耦合线可提供路由和阻抗匹配功能。在有源功率分离器电路中，多个发射放大器可用于驱动相控天线阵列中的多个天线。在有源功率组合器电路中，多个接收放大器可用于从该相控天线阵列中的该多个天线接收射频信号。

Description

有源功率分离器和组合器电路

本申请要求2023年6月22日提交的美国专利申请18/339,870号以及2022年9月20日提交的美国临时专利申请63/408,229号的优先权，这些专利申请据此全文以引用方式并入本文。

技术领域

本公开整体涉及电子设备，并且更具体地涉及具有无线通信电路的电子设备。

背景技术

电子设备常具备无线通信能力。具备无线通信能力的电子设备具有无线通信电路，该无线通信电路具有一个或多个天线。无线通信电路中的无线收发器电路使用天线来发射和接收射频信号。

可使用射频分配器将发射路径中的射频信号分离成多个通道，而可使用射频组合器合并接收路径中来自多个通道的射频信号。诸如威尔金森功率分配器和威尔金森功率组合器的常规射频分配器和组合器是无源电路，这些无源电路由于无源分离器/组合器机构以及由于传输线中的欧姆损耗而表现出大量的功率损耗。常规无源分离器和组合器还可占据大量电路面积。正是在这种情况下，产生本文的实施方案。

发明内容

电子设备可包括无线通信电路。该无线通信电路可包括：用于生成和接收基带(数字)信号的一个或多个处理器或信号处理块；具有用于基于这些基带信号生成对应射频信号的发射器并且具有用于基于所接收的射频信号生成对应基带信号的接收器的收发器；被配置为放大这些射频信号以供该电子设备中的一个或多个天线发射的一个或多个射频发射放大器；以及被配置为放大由该电子设备中的一个或多个天线接收的射频信号的一个或多个射频接收放大器。

本公开的一方面提供了一种功率分离器电路，该功率分离器电路包括：第一放大器级和第二放大器级，该第二放大器级被配置为从该第一放大器级接收射频信号，该第二放大器级包括耦合到第一输出通道和第二输出通道的第一输出放大器，以及耦合到第三输出通道和第四输出通道的第二输出放大器。各种输出通道可各自包括天线以及相位和幅度控制器。该第一输出放大器和该第二输出放大器可以是差分放大器。该功率分离器电路还可包括：第一组差分耦合线，该第一组差分耦合线将该第一输出放大器耦合到该第一输出通道和该第二输出通道；以及第二组差分耦合线，该第二组差分耦合线将该第二输出放大器耦合到该第三输出通道和该第四输出通道。每组差分耦合线可包括第一对耦合线和第二对耦合线。该第一放大器级可以是具有第一输入晶体管和第二输入晶体管以及两对共源共栅晶体管的差分放大器。

本公开的一方面提供了一种无线电路，该无线电路包括：混频器；多个天线；以及有源电路，该有源电路耦合在该混频器和该多个天线之间，该有源电路具有：第一放大器级；第二放大器级，该第二放大器级被配置为从该第一放大器级接收射频信号；以及至少第一组差分耦合线和第二组差分耦合线，该第一组差分耦合线和该第二组差分耦合线耦合在该第一放大器级和该第二放大器级之间并且被配置为提供该第一放大器级和该第二放大器级之间的阻抗匹配。该有源电路可以是有源分离器电路，该有源分离器电路还包括：第三组差分耦合线，该第三组差分耦合线将该第一差分放大器耦合到该多个天线中的第一天线和第二天线；以及第四组差分耦合线，该第四组差分耦合线将该第二差分放大器耦合到该多个天线中的第三天线和第四天线。另选地，该有源电路可以是有源组合器电路，该有源组合器电路还包括：第三组差分耦合线，该第三组差分耦合线将该多个天线中的第一天线和第二天线耦合到该第一差分放大器；以及第四组差分耦合线，该第四组差分耦合线将该多个天线中的第三天线和第四天线耦合到该第二差分放大器。

本公开的一方面提供了一种有源分离器电路，该有源分离器电路包括：第一放大器，该第一放大器被配置为经由一组输入耦合线接收信号并且被配置为驱动第一负载部件；第二放大器，该第二放大器被配置为经由该组输入耦合线接收信号并且被配置为驱动第二负载部件；第三放大器，该第三放大器被配置为经由该组输入耦合线接收信号并且被配置为驱动第三负载部件；以及第四放大器，该第四放大器被配置为经由该组输入耦合线接收信号并且被配置为驱动第四负载部件。各种负载部件可以是相控天线阵列中的不同天线。这些输入耦合线可以是一对单端耦合线或一组差分耦合线。该有源分离器电路还可包括：第一对单端耦合线或第一组差分耦合线，该第一对单端耦合线或该第一组差分耦合线耦合在该第一放大器和该第一负载部件之间；第二对单端耦合线或第二组差分耦合线，该第二对单端耦合线或该第二组差分耦合线耦合在该第二放大器和该第二负载部件之间；第三对单端耦合线或第三组差分耦合线，该第三对单端耦合线或该第三组差分耦合线耦合在该第三放大器和该第三负载部件之间；和/或第四对单端耦合线或第四组差分耦合线，该第四对单端耦合线或该第四组差分耦合线耦合在该第四放大器和该第四负载部件之间。

附图说明

图1是根据一些实施方案的具有无线电路的例示性电子设备的图示。

图2是根据一些实施方案的具有放大器的例示性无线电路的图示。

图3是根据一些实施方案的可被调节以形成在不同方向上定向的信号波束的例示性相控天线阵列的图示。

图4是根据一些实施方案的具有带有单端放大器输出的输出级的例示性有源功率分配器电路的图示。

图5是根据一些实施方案的具有带有单端放大器输入的输入级的例示性有源功率组合器电路的图示。

图6是根据一些实施方案的具有带有差分放大器输出的输出级的例示性有源功率分配器电路的图示。

图7是根据一些实施方案的具有带有差分放大器输入的输入级的例示性有源功率组合器电路的图示。

图8是根据一些实施方案的包括被配置为为放大器提供输出匹配的差分耦合线的例示性射频信号路径的图示。

图9是根据一些实施方案的例示性边缘耦合带状线的横截面侧视图。

图10是根据一些实施方案的例示性宽边耦合带状线的横截面侧视图。

图11是根据一些实施方案的包括第一放大器级、第二放大器级以及用于提供第一放大器级和第二放大器级之间的级间匹配的差分耦合线的例示性射频信号路径的图示。

具体实施方式

电子设备，诸如图1的设备10可具备无线电路。无线电路可包括耦合到有源功率分配器电路和有源功率组合器电路的一个或多个混频器。有源功率分配器电路可包括没有任何变压器的有源增益级。有源功率分配器电路可包括耦合线诸如差分耦合线，这些耦合线被配置为为各种有源增益级提供路由和输入/输出阻抗匹配两者，而不必依赖于任何变压器。与无源功率分配器相比，以此方式配置的有源功率分配器表现出相对较小的面积和降低的功率损耗。有源功率组合器可以类似方式实现。

图1的电子设备10可以是：计算设备，诸如膝上型计算机、台式计算机、包含嵌入式计算机的计算机监视器、平板电脑、蜂窝电话、媒体播放器或者其他手持式或便携式电子设备；较小的设备，诸如腕表设备、挂式设备、耳机或听筒设备、嵌入在眼镜中的设备；或者佩戴在用户头部上的其他装备；或者其他可佩戴式或微型设备、电视机、不包含嵌入式计算机的计算机显示器、游戏设备、导航设备、嵌入式系统(诸如其中具有显示器的电子装备安装在信息亭或汽车中的系统)、连接无线互联网的语音控制的扬声器、家庭娱乐设备、遥控设备、游戏控制器、外围用户输入设备、无线基站或接入点、实现这些设备中的两个或更多个设备的功能的装备；或者其他电子装备。

如图1中的功能框图所示，设备10可包括位于电子设备外壳诸如外壳12上或其内的部件。外壳12(有时可以称为壳体)可由塑料、玻璃、陶瓷、纤维复合材料、金属(例如，不锈钢、铝、金属合金等)、其他合适的材料、或这些材料的组合形成。在一些实施方案中，外壳12的部分或全部可由介电或其他低电导率材料(例如，玻璃、陶瓷、塑料、蓝宝石等)形成。在其他实施方案中，外壳12或构成外壳12的结构中的至少一些结构可由金属元件形成。

设备10可包括控制电路14。控制电路14可包括存储装置，诸如存储电路16。存储电路16可包括硬盘驱动器存储装置、非易失性存储器(例如，被配置为形成固态驱动器的闪存存储器或其他电可编程只读存储器)、易失性存储器(例如，静态随机存取存储器或动态随机存取存储器)等。存储电路16可包括集成在设备10内的存储装置和/或可移动存储介质。

控制电路14可包括处理电路，诸如处理电路18。处理电路18可用于控制设备10的操作。处理电路18可包括一个或多个微处理器、微控制器、数字信号处理器、主机处理器、基带处理器集成电路、专用集成电路、中央处理单元(CPU)等。控制电路14可被配置为使用硬件(例如，专用硬件或电路)、固件和/或软件在设备10中执行操作。用于在设备10中执行操作的软件代码可以存储在存储电路16(例如，存储电路16可以包括存储软件代码的非暂态(有形)计算机可读存储介质)上。该软件代码可有时被称为程序指令、软件、数据、指令、或代码。存储在存储电路16上的软件代码可由处理电路18来执行。

控制电路14可用于运行设备10上的软件，诸如卫星导航应用程序、互联网浏览应用程序、互联网语音协议(VOIP)电话呼叫应用程序、电子邮件应用程序、媒体回放应用程序、操作系统功能等。为了支持与外部装备进行交互，控制电路14可用于实现通信协议。可使用控制电路14实现的通信协议包括：互联网协议、无线局域网(WLAN)协议(例如，IEEE802.11协议——有时称为)、用于其他短距离无线通信链路的协议诸如/>协议或其他无线个人区域网(WPAN)协议、IEEE 802.11ad协议(例如，超宽带协议)、蜂窝电话协议(例如，3G协议、4G(LTE)协议、5G协议等)、天线分集协议、卫星导航系统协议(例如，全球定位系统(GPS)协议、全球导航卫星系统(GLONASS)协议等)、基于天线的空间测距协议(例如，在毫米和厘米波频率下传送的信号的无线电探测与测距(RADAR)协议或其他期望的距离检测协议)或任何其他期望的通信协议。每种通信协议可与对应的无线电接入技术(RAT)相关联，该无线电接入技术指定用于实现该协议的物理连接方法。

设备10可包括输入-输出电路20。输入-输出电路20可包括输入-输出设备22。输入-输出设备22可用于允许将数据供应给设备10并且允许将数据从设备10提供给外部设备。输入-输出设备22可包括用户接口设备、数据端口设备和其他输入-输出部件。例如，输入-输出设备22可包括触摸传感器、显示器(例如，触敏显示器和/或力敏显示器)、发光部件诸如没有触摸传感器能力的显示器、按钮(机械、电容、光学等)、滚轮、触摸板、小键盘、键盘、麦克风、相机、按钮、扬声器、状态指示器、音频插孔和其他音频端口部件、数字数据端口设备、运动传感器(加速度计、陀螺仪和/或检测运动的罗盘)、电容传感器、接近传感器、磁传感器、力传感器(例如，耦接到显示器以检测施加到显示器的压力的力传感器)等。在一些配置中，键盘、耳机、显示器、指向设备诸如触控板、鼠标和操纵杆以及其他输入-输出设备可使用有线或无线连接耦接至设备10(例如，输入-输出设备22中的一些可为经由有线或无线链路耦接至设备10的主处理单元或其他部分的外围设备)。

输入-输出电路20可包括无线电路24以支持无线通信。无线电路24(在本文中有时被称为无线通信电路24)可包括一个或多个天线。无线电路24还可包括基带处理器电路、收发器电路、放大器电路、滤波器电路、切换电路、射频传输线和/或用于利用天线发射和/或接收射频信号的任何其他电路。

无线电路24可以在无线电频率(在本文中有时称为通信频带或简称为“带”)的对应频带内发射和/或接收射频信号。由无线电路24处理的频带可以包括无线局域网(WLAN)频带(例如，(IEEE 802.11)或其他WLAN通信频带)诸如2.4GHz WLAN频带(例如，2400MHz至2480MHz)、5GHz WLAN频带(例如，5180MHz至5825MHz)、/>6E频带(例如，5925MHz至7125MHz)和/或其他/>频带(例如，1875MHz至5160MHz)；无线个人区域网(WPAN)频带诸如2.4GHz />频带或其他WPAN通信频带；蜂窝电话频带(例如，约600MHz至约5GHz的频带、3G频带、4G LTE频带、低于10GHz的5G新空口频率范围1(FR1)频带、在20GHz和60GHz之间的5G新空口频率范围2(FR2)频带等)；10GHz至300GHz之间的其他厘米或毫米波频带；近场通信频带(例如，13.56MHz)；卫星导航频带(例如，1565MHz至1610MHz的GPS频带、全球卫星导航系统(GLONASS)频带、北斗卫星导航系统(BDS)频带等)；在IEEE802.15.4协议和/或其他超宽带通信协议下工作的超宽带(UWB)频带；在3GPP无线通信标准族下的通信频带；在IEEE 802.XX标准族下的通信频带，和/或任何其他期望的感兴趣的频带。

图2是示出无线电路24内的例示性部件的图示。如图2所示，无线电路24可包括处理器诸如处理器26、射频(RF)收发器电路诸如射频收发器28、射频前端电路诸如射频前端模块(FEM)40以及天线42。处理器26可以是基带处理器、应用处理器、通用处理器、微处理器、微控制器、数字信号处理器、主机处理器、专用信号处理硬件或其他类型的处理器。处理器26可通过路径34耦合到收发器28。收发器28可经由射频传输线路径36耦接到天线42。射频前端模块40可设置在收发器28与天线42之间的射频传输线路径36上。

在图2的示例中，为了清楚起见，无线电路24被示出为仅包括单个处理器26、单个收发器28、单个前端模块40和单个天线42。一般来讲，无线电路24可包括任何期望数量的处理器26、任何期望数量的收发器28、任何期望数量的前端模块40以及任何期望数量的天线42。每个处理器26可通过相应路径34耦接到一个或多个收发器28。每个收发器28可包括被配置为将上行链路信号输出到天线42的发射器电路30，可包括被配置为从天线42接收下行链路信号的接收器电路32，并且可通过相应射频传输线路径36耦接到一个或多个天线42。每个射频传输线路径36可具有设置在其上的相应前端模块40。如果需要，两个或更多个前端模块40可设置在相同射频传输线路径36上。如果需要，可在其上没有设置任何前端模块的情况下实现无线电路24中的射频传输线路径36中的一个或多个射频传输线路径。

射频传输线路径36可耦接到天线42上的天线馈电部。天线馈电部可例如包括正天线馈电端子和接地天线馈电端子。射频传输线路径36可具有正传输线信号路径，该正传输线信号路径耦接到天线42上的正天线馈电端子。射频传输线路径36可具有接地传输线信号路径，该接地传输线信号路径耦接到天线42上的接地天线馈电端子。该示例仅仅是例示性的，并且一般来讲，天线42可使用任何期望的天线馈电方案来馈电。如果需要，天线42可具有耦接到一个或多个射频传输线路径36的多个天线馈电部。

射频传输线路径36可包括用于路由设备10(图1)内的射频天线信号的传输线。设备10中的传输线可包括同轴电缆、微带传输线、带状线传输线、边缘耦合的微带传输线、边缘耦合的带状线传输线、由这些类型的传输线的组合形成的传输线等。设备10中的传输线诸如射频传输线路径36中的传输线可集成到刚性和/或柔性印刷电路板中。

在执行无线发射时，处理器26可通过路径34向收发器28提供发射信号(例如，数字或基带信号)。收发器28还可包括用于将从处理器26接收的发射(基带)信号转换为对应射频信号的电路。例如，收发器电路28可包括用于在通过天线42传输之前将发射(基带)信号上变频(或调制)为射频的混频器电路54。其中处理器26与收发器28通信的图2的示例仅为例示性的。一般来讲，收发器28可以与基带处理器、应用处理器、通用处理器、微控制器、微处理器或电路18内的一个或多个处理器通信。收发器电路28还可包括用于在数字域与模拟域之间转换信号的数模转换器(DAC)电路和/或模数转换器(ADC)电路。收发器28可使用发射器(TX)30经由射频传输线路径36和前端模块40通过天线42传输射频信号。天线42可通过将射频信号辐射到自由空间中来将射频信号传输到外部无线装备。

在执行无线接收时，天线42可从外部无线装备接收射频信号。可将所接收的射频信号经由射频传输线路径36和前端模块40传送到收发器28。收发器28可以包括用于从前端模块40接收信号和用于将所接收的射频信号转换为对应的基带信号的电路，诸如接收器(RX)32。例如，收发器28可包括用于在将接收信号通过路径34传送到处理器26之前将所接收的射频信号下变频(或解调)为基带频率的混频器电路54。

前端模块(FEM)40可包括对通过射频传输线路径36传送(发射和/或接收)的射频信号操作的射频前端电路。例如，FEM 40可包括前端模块(FEM)部件，诸如射频滤波器电路44(例如，低通滤波器、高通滤波器、陷波滤波器、带通滤波器、复用电路、双工器电路、天线共用器电路、三工器电路等)、切换电路46(例如，一个或多个射频开关)、射频放大器电路48(例如，一个或多个功率放大器电路50和/或一个或多个低噪声放大器电路52)、阻抗匹配电路(例如，帮助匹配天线42的阻抗与射频传输线36的阻抗的电路)、天线调谐电路(例如，调节天线42的频率响应的电容器、电阻器、电感器和/或开关的网络)、射频耦合器电路、电荷泵电路、电源管理电路、数字控制和接口电路，和/或对由天线42发射和/或接收的射频信号进行操作的任何其他期望的电路。可将前端模块部件中的每一者安装到公共(共享)衬底，诸如刚性印刷电路板衬底或柔性印刷电路衬底。如果需要，各种前端模块部件还可以集成到单个集成电路芯片中。如果需要，放大器电路48和/或前端40中的其他部件(诸如滤波器电路44)也可以被实现为收发器电路28的一部分。

滤波器电路44、切换电路46、放大器电路48和其他电路可以沿射频传输线路径36设置，可以结合到FEM 40中，和/或可以结合到天线42中(例如，以支持天线调谐、以支持在期望频带中的操作等)。可(例如，使用控制电路14)调节这些部件(在本文中有时被称为天线调谐部件)以随时间调节天线42的频率响应和无线性能。

收发器28可与前端模块40分开。例如，可在另一个衬底诸如设备10的主逻辑板、刚性印刷电路板或并非前端模块40的一部分的柔性印刷电路上形成收发器28。虽然为了清楚起见，在图1的示例中，控制电路14被示出为与无线电路24分开，但是无线电路24可包括处理电路和/或存储电路，该处理电路形成处理电路18的一部分，该存储电路形成控制电路14的存储电路16的一部分(例如，控制电路14的各部分可在无线电路24上实现)。作为一个示例，处理器26和/或收发器28的部分(例如，收发器28上的主机处理器)可形成控制电路14的一部分。控制电路14(例如，处理器26上形成的控制电路14的部分、收发器28上形成的控制电路14的部分和/或与无线电路24分开的控制电路14的部分)可提供控制前端模块40的操作的控制信号(例如，通过设备10中的一个或多个控制路径)。

收发器电路28可包括处理WLAN通信频带(例如，(IEEE 802.11)或其他WLAN通信频带)诸如2.4GHz WLAN频带(例如，2400MHz至2480MHz)、5GHz WLAN频带(例如，5180MHz至5825MHz)、/>6E频带(例如，5925MHz至7125MHz)和/或其他/>频带(例如，1875MHz至5160MHz)的无线局域网收发器电路；处理2.4GHz />频带或其他WPAN通信频带的无线个人区域网收发器电路；处理蜂窝电话频带(例如，约600MHz至约5GHz的频带、3G频带、4G LTE频带、低于10GHz的5G新空口频率范围1(FR1)频带、在20GHz和60GHz之间的5G新空口频率范围2(FR2)频带等)的蜂窝电话收发器电路；处理近场通信频带(例如，13.56MHz)的近场通信(NFC)收发器电路；处理卫星导航频带(例如，1565MHz至1610MHz的GPS频带、全球卫星导航系统(GLONASS)频带、北斗卫星导航系统(BDS)频带等)的卫星导航接收器电路；使用IEEE 802.15.4协议和/或其他超宽带通信协议来处理通信的超宽带(UWB)收发器电路；和/或用于覆盖任何其他期望的感兴趣通信频带的任何其他期望的射频收发器电路。

无线电路24可包括一个或多个天线，诸如天线42。可使用任何期望的天线结构来形成天线42。例如，天线42可以是具有谐振元件的天线，该天线由环形天线结构、贴片天线结构、倒F形天线结构、隙缝天线结构、平面倒F形天线结构、螺旋天线结构、单极天线、偶极、这些设计的混合等形成。两个或更多个天线42可被布置成一个或多个相控天线阵列(例如，用于在毫米波频率下传送射频信号)。寄生元件可包括在天线42中以调节天线性能。天线42可设置有导电腔，该导电腔支撑天线42的天线谐振元件(例如，天线42可以是背腔天线，诸如背腔隙缝天线)。

两个或更多个天线42可被布置在一个或多个相控天线阵列中。图3示出了可如何在对应的相控天线阵列62中形成天线42。如图3所示，相控天线阵列62(在本文中有时被称为阵列62、天线阵列62或天线42的阵列62)可耦合到射频传输线36。例如，相控天线阵列62中的第一天线42-1可耦合到第一射频传输线36-1，相控天线阵列62中的第二天线42-2可耦合到第二射频传输线36-2，...，并且相控天线阵列62中的第W天线42-W可耦合到第W射频传输线36-W等。虽然天线42在本文中被描述为形成相控天线阵列，但相控天线阵列62中的天线42有时也可被称为共同形成单个相控阵列天线(例如，其中天线42形成相控阵列天线的天线元件)。

相控天线阵列62中的天线42可被布置成任何期望数量的行和列或被布置成任何其他期望图案(例如，天线无需被布置成具有行和列的网格图案)。每个天线42可与相控天线阵列62中的一个或多个相邻天线分开预先确定的距离，诸如该阵列的有效工作波长的大约一半。在信号发射操作期间，射频传输线36可用于将信号(例如，射频信号，诸如毫米波和/或厘米波信号)从收发器电路供应给相控天线阵列62以用于无线发射。在信号接收操作期间，射频传输线36可用于将在相控天线阵列62处接收的信号(例如，从外部无线装备接收，或已被外部物体反射的发射信号)供应给收发器电路。

在相控天线阵列62中使用多个天线42允许通过控制由天线传送的射频信号的相对相位和幅度(振幅)来实现波束形成/转向布置。在图3的示例中，天线42各自具有对应的射频相位和幅度控制器60(例如，设置在射频传输线36-1上的第一相位和幅度控制器60-1可控制由天线42-1处理的射频信号的相位和幅度，设置在射频传输线36-2上的第二相位和幅度控制器60-2可控制由天线42-2处理的射频信号的相位和幅度，...，并且设置在射频传输线36-W上的第W相位和幅度控制器60-W可控制由天线42-W处理的射频信号的相位和幅度等)。

相位和幅度控制器60可各自包括用于调节射频传输线36上的射频信号的相位的电路(例如，相移器电路)和/或用于调节射频传输线36上的射频信号的幅度的电路(例如，功率放大器和/或低噪声放大器电路)。相位和幅度控制器60在本文中有时可被统称为波束转向电路或波束形成电路(例如，使相控天线阵列46所发射和/或接收的射频信号的波束转向/形成的波束转向/形成电路)。

相位和幅度控制器60可调节被提供给相控天线阵列62中的每个天线的发射信号的相对相位和/或幅度，并且可调节由相控天线阵列62接收的接收信号的相对相位和/或幅度。如果需要，相位和幅度控制器60可包括用于检测由相控天线阵列62接收的接收信号的相位的相位检测电路。本文中可使用术语“波束”或“信号波束”来统一指代由相控天线阵列62在特定方向上发射和/或接收的无线信号。每个波束可以表现出峰值增益，该峰值增益以对应的波束指向角度定向在相应的波束指向方向上(例如，基于来自相控天线阵列中的每个天线的信号组合的相长干涉和相消干涉)。相位和幅度控制器60的不同的相位和幅度设置组可配置相控天线阵列62以在不同的波束指向方向上形成不同的波束。

例如，如果调节相位和幅度控制器60以产生第一组相位和/或幅度，则信号将形成在点A的方向上定向的如图3的波束B1所示的波束。然而，如果调节相位和幅度控制器60以产生第二组相位和/或幅度，则信号将形成在点B的方向上定向的如波束B2所示的波束。可基于从图1的控制电路14接收的对应的控制信号S来控制每个相位和幅度控制器60以产生期望的相位和/或幅度(例如，可使用控制信号S1来控制由相位和幅度控制器60-1提供的相位和/或幅度，可使用控制信号S2来控制由相位和幅度控制器60-2提供的相位和/或幅度，...，并且可使用控制信号SW来控制由相位和幅度控制器60-W提供的相位和/或幅度等)。如果需要，控制电路可实时地主动调节控制信号S，以随时间推移转向(形成)在不同的期望方向上的波束。如果需要，相位和幅度控制器60可向控制电路14提供识别接收信号的相位的信息。

当使用在诸如毫米波和厘米波频率的相对高频率下的射频信号执行无线通信时，通过相控天线阵列62和外部通信装备之间的视线路径传送射频信号。如果外部装备位于图3的点A处，则可调节相位和幅度控制器60以使信号波束朝向点A转向(例如，以使信号波束的指向方向朝向点A转向)。相控天线阵列62可在点A的方向上发射和接收射频信号。类似地，如果外部装备位于点B处，则可调节相位和幅度控制器60以使信号波束朝向点B转向(例如，以使信号波束的指向方向朝向点B转向)。相控天线阵列62可在点B的方向上发射和接收射频信号。

在图3的示例中，为了简单起见，波束转向被示为在单个自由度(例如，朝图3的页面上的左边和右边)上执行。然而，实际上，可在两个或更多个自由度(例如，在三维进入和离开页面以及在图3的页面上向左和向右)上转向波束。相控天线阵列62可具有在其上可执行(例如，在相控天线阵列上的半球或半球的区段中)波束转向的对应视场。

如果需要，设备10可包括多个相控天线阵列62，该多个相控天线阵列各自面向不同方向以提供来自设备的多个侧的覆盖。每个相控天线阵列62可被形成为设备10内的相应天线面板(AP)的一部分。如果需要，可将多个相控天线阵列62设置在单个天线面板上，和/或将单个相控天线阵列62分布在两个或更多个天线面板上。天线面板可设置在设备10上的不同位置处，用于在设备10周围提供全范围的波束覆盖。

相控天线阵列中的天线可耦合到功率分配器。例如，常规发射链可包括混频器、耦合到混频器的输出端的可变增益放大器、耦合到可变增益放大器的输出端的大前置放大器(即，前置放大器比在前可变增益放大器大或具有更大的驱动强度)，以及耦合在前置放大器的输出端和相控天线阵列的前端之间的无源功率分配器。射频波束形成电路中的前端可包含相移器和功率放大器。诸如威尔金森功率分配器的无源功率分配器可用于将前置放大器的输出端处的射频信号划分或分离成耦合到相控天线阵列中相应天线的多个隔离输出端口。此类类型的无源功率分配器在分配器链(树)内不具有任何有源放大器，并且可沿着分配器链表现出大量欧姆(功率)损耗。此外，驱动这种无源功率分配器所需的可变增益放大器和大前置放大器可占据大量芯片面积，并且可消耗大量功率。

根据一个实施方案，图4示出了相对于常规无源功率分离器表现出更低损耗和更高增益性能的有源功率分离器电路诸如有源功率分离器电路78。图4的有源功率分离器电路78可以是1:N有源功率分离器，并且有时被称为功率分配器、射频信号分配器或射频功率分配器。功率分离器电路78可被配置为将输入信号划分或分离成多个(N个)输出分支或通道，其中在各个输出通道之间具有高隔离度(即，确保不同通道之间的最小串扰)。

如图4所示，有源功率分离器78可包括具有N个放大器72(例如，第一放大器72-1、第二放大器72-2、...第N放大器72-N)的有源增益级。作为示例，放大器72各自具有被配置为经由输入耦合线74从发射混频器54接收射频信号的输入端。输入耦合线74可表示单端耦合线或差分耦合线(DCL)。根据一个实施方案，差分耦合线可用于提供阻抗匹配和路由功能两者。差分耦合线的双重目的可避免在射频信号路径中使用阻抗匹配变压器，这可帮助显著地减小芯片面积，同时最小化射频信号路径中的匹配/功率损耗。

图5是一组例示性差分耦合线120的图示。差分耦合线(DCL)120可包括第一对耦合线122-1a和122-1b以及第二对耦合线122-2a和122-2b。“差分”耦合线120可被定义为具有差分输入端口IN和差分输出端口OUT。线122-1a可以是具有耦合到差分输入端口IN的第一端子(第一远端)并且具有耦合到偏置电压线126的第二端子(第二远端)的导电路由路径。偏置电压线126可接收正电源电压或小于或大于正电源电压的某一其他偏置电压。线122-1b可以是具有耦合到接地线124(例如，在其上提供接地电压的接地电源线)的第一端子(第一远端)并且具有耦合到差分输出端口OUT的第二端子(第二远端)的导电路由路径。线124和126在差分操作中是AC接地，并且可方便地用于向在前和/之后电路块提供偏置或电源。

线122-1a和122-1b可彼此并行地布线。尽管在图5的示例中绘制为直线，但线122-1a和122-1b无需完全笔直并且可具有一个或多个转弯，可为弯曲的，可竖直地和/或水平地布线穿过集成电路芯片的表面，和/或可形成具有任何期望形状的路由路径。线122-1a和122-1b可具有相同的覆盖区。线122-1b通常应沿着或遵循线122-1a布线，并且因此具有与线122-1a相同或类似的长度。线122-1a和122-1b之间的电容和磁耦合的量应当通过选择它们之间的间隔来设计，以满足在前电路和在后电路之间所需的阻抗变换要求。线122-1a和122-1b可相当长。作为示例，线122-1a和122-1b可各自为至少50微米长、50微米-100微米长、100微米-200微米长、200微米-400微米长或超过400微米长。彼此靠近且并排布线的导电线122-1a和122-1b有时被统称为并被定义为“耦合线”或彼此电容和磁耦合的一对耦合线。

耦合线122-1a和122-1b可彼此横向相邻地形成(例如，使用边缘耦合线配置)，可竖直地形成在彼此之上(例如，使用宽边耦合线配置)，或可被实现为边缘耦合共面波导、具有接地的边缘耦合共面波导、边缘耦合接地共面波导、或其他类型的耦合波导、带状线或微带状线布置。

线122-2a可以是具有耦合到输入IN端口的第一端子(第一远端)并且具有耦合到偏置电压线126的第二端子(第二远端)的导电路由路径。线122-2b可以是具有耦合到接地线124的第一端子(第一远端)并且具有耦合到输出端口OUT的第二端子(第二远端)的导电路由路径。输出端口OUT(例如，差分接口)可耦合到另一集成电路芯片、一个或多个天线或某一其他负载部件的接口。

线122-2a和122-2b可彼此并行地布线。尽管在图5的示例中绘制为直线，但线122-2a和122-2b无需完全笔直并且可具有一个或多个转弯，可为弯曲的，可竖直地和/或水平地布线穿过集成电路芯片的表面，和/或可形成具有任何期望形状的路由路径。线122-2a和122-2b可具有相同的覆盖区。线122-2b通常应沿着或遵循线122-2a布线，并且因此具有与线122-2a相同或类似的长度。线122-2a和122-2b之间的电容和磁耦合的量应当通过选择它们之间的间隔来设计，以满足在前电路和在后电路之间所需的阻抗变换要求。

线122-2a和122-2b可相当长。作为示例，线122-2a和122-2b可各自为至少50微米长、50微米-100微米长、100微米-200微米长、200微米-400微米长或超过400微米长。彼此靠近且并排布线的导电线122-2a和122-2b有时被统称为并被定义为“耦合线”或一对耦合线。耦合线122-2a和122-2b可以是边缘耦合线、宽边耦合线、边缘耦合共面波导、具有接地的边缘耦合共面波导、边缘耦合接地共面波导、或其他类型的耦合波导、带状线或微带状线布置。

为了维持通过差分耦合线120路由的差分信号的适当平衡，第一对耦合线122-1a和122-1b以及第二对耦合线122-2a和122-2b通常应在相同方向上以相同方式(例如，以对称方式)布线。

如上所述，第一对耦合线122-1a和122-1b以及第二对耦合线122-2a和122-2b可被统称为并被定义为差分耦合线120。差分耦合线120不仅可用于提供路由，还可用于提供阻抗匹配。例如，考虑其中输出端口OUT连接到100欧姆负载的情形。在这种情形下，差分耦合线120可被设计和配置(例如，通过选择耦合线的长度、宽度、形状、覆盖区和其他物理特性)以使输出端口的阻抗与100欧姆负载匹配。仅使用差分耦合线120来提供阻抗匹配功能避免了对单独的输出变压器的需要，这可显著地减小原本将由输出变压器占据的电路面积，同时还最小化通过射频信号路径的匹配/功率损耗。使用差分耦合线120来匹配100欧姆负载的该示例是例示性的。一般来讲，差分耦合线120可用于提供与50欧姆负载、75欧姆负载、25欧姆负载、其他电阻性负载或其他类型的输出部件的阻抗匹配。如果需要，差分耦合线(连同任选的差分传输线)也可用于提供两个连续放大器之间的阻抗匹配，该两个连续放大器表现出包含虚部和实部两者的复阻抗。

重新参照图7，输入耦合线74可以是图5所示类型的差分耦合线或单端耦合线。与包括两对耦合线的差分耦合线不同，单端耦合线可包括仅一对耦合线(如图4的示例所示)，该对耦合线中的一者具有耦合到在前电路的第一远端和连接到接地的第二远端，并且该对耦合线中的另一者具有耦合到接地的第一远端和连接到在后电路的第二远端。这两条线之间的电容和磁耦合的量应当通过选择它们之间的间隔来设计，以满足在前电路和在后电路之间所需的阻抗变换要求。

术语“耦合线”在本文中可被定义为两个或更多个细长路径，该两个或更多个细长路径彼此并行地布线并且由满足在前电路和在后电路之间的所需的阻抗变换要求的间隔分开。从一组线74分出或分支成多个并行路径的路径74有时被称为“扇出”路由路径。在图4的示例中，输入耦合线74可经由1:N扇出或1:N分离器路径耦合到放大器72。

放大器72可以是单端放大器单元(级)或差分放大器单元(级)。图6是差分放大器单元130的电路图。如图6所示，差分放大器单元130可包括第一输入晶体管132、第二输入晶体管134、第一电容性设备诸如金属氧化物半导体电容器(MOSCAP)136以及第二电容性设备诸如金属氧化物半导体电容器(MOSCAP)138。第一输入晶体管132可具有耦合到接地线124的第一源极-漏极端子、耦合到放大器差分输入端口IN的栅极端子以及耦合到放大器差分输出端口OUT的第二源极-漏极端子。类似地，第二输入晶体管134可具有耦合到接地线124的第一源极-漏极端子、耦合到放大器差分输入端口IN的栅极端子以及耦合到放大器差分输出端口OUT的第二源极-漏极端子。第一MOSCAP 136可交叉耦合在晶体管132的栅极端子和晶体管134的第二源极-漏极端子之间。第二MOSCAP 138可交叉耦合在晶体管134的栅极端子和晶体管132的第二源极-漏极端子之间。交叉耦合的MOSCAP 136和138可被配置为抵消或中和与输入晶体管132和134相关联的任何寄生栅极电容。以此方式配置，放大器130有时被称为中和差分对(NDP)单元。

重新参照图4，放大器72可耦合到相控天线阵列62(作为示例)。例如，第一放大器72-1可经由第一耦合线76以及第一相位和幅度控制器60-1(有时被称为第一发射通道)耦合到阵列62中的第一天线42-1；第二放大器72-2可经由第二耦合线76以及第二相位和幅度控制器60-2(有时被称为第二发射通道)耦合到阵列62中的第二天线42-2；...；并且放大器72-N可经由耦合线76以及第N相位和幅度控制器60-N(有时被称为第N发射通道)耦合到阵列62中的第N天线42-N。放大器72的输出端处的每组耦合线76可表示单端耦合线(如图4的示例所示)或差分耦合线(如图5所示)。在放大器72的输出端处连接的耦合线76在本文中有时被称为输出耦合线。在图4的示例中，每个天线42由不同的放大器72单独驱动。

有源功率分离器电路78被配置为驱动相控天线阵列62的该示例是例示性的。在其他实施方案中，有源功率分离器电路78可用于驱动其他射频前端电路或其他负载部件(例如，放大器72各自具有耦合到单独的负载部件的输出端子)。示出1:N有源功率分配器的图4的实施方案是示例性的。一般来讲，N可以是二的任意幂。

与所有分支都是有源的无源分配器不同，有源功率分离器电路78可选择性地激活和去激活输出通道的子集。作为示例，图4的有源功率分离器电路78可被配置为仅激活(接通)通道中的一者，同时去激活(断开)(N-1个)剩余未使用通道(例如，通过选择性地仅激活八个放大器72中的一者)。作为另一个示例，有源功率分离器电路78可被配置为仅激活(启用)通道中的两者，同时去激活(停用)(N-2个)剩余未使用通道(例如，通过选择性地仅接通N个放大器72中的两者)。作为另一个示例，有源功率分离器电路78可被配置为仅启用通道中的三者，同时停用(N-3个)未使用通道(例如，通过选择性地仅接通N个放大器72中的三者)。如果需要，可断开所有输出放大器72，以停止来自相控天线阵列62的所有发射。

图7示出了有源功率分离器电路78的实施方案，其中输入耦合线和输出耦合线被实现为差分耦合线(例如，参见图5所示类型的差分耦合线)。图7中的每个放大器72可以是差分放大器，诸如图6所示类型的NDP单元(作为示例)。如图7所示，一组差分耦合线74’可耦合在混频器54和1:N扇出/分离器路径之间。差分耦合线74’因此可提供混频器54和放大器72之间的阻抗匹配和路由两者。每个放大器72的输出端可经由相应的一组差分耦合线76’(例如，参见如图5所示的一组差分耦合线120)耦合到相控天线阵列62。以此方式布置，差分耦合线76’可因此提供放大器72和阵列62中的对应天线之间的阻抗匹配和路由两者。

用于驱动相控天线阵列62以用于无线发射的图4的1:N有源功率分离器电路78是示例性的。类似的有源扇入架构也可应用于有源功率组合器以用于无线接收。图8是相对于常规无源功率组合器表现出更低损耗和更高增益性能的有源功率组合器电路88的图示。图8的有源功率组合器架构类似于图4的架构，不同之处在于在相反方向上采用放大器82以用于从相控天线阵列62接收无线信号。例如，阵列62中的第一天线可经由第一输入耦合线77耦合到放大器82-1，阵列62中的第二天线可经由第二输入耦合线77耦合到放大器82-2，...，并且阵列62中的第N天线可经由第N输入耦合线77耦合到放大器82-N。输入耦合线77可表示单端耦合线或差分耦合线(例如，参见图5的差分耦合线120)。放大器82可以是单端放大器单元或差分放大器单元(例如，参见图6的NDP单元130)。

每个放大器82的输出端可耦合到一组公共输出耦合线75。合并在一起成为较少数量的下游路径的多个路径有时被称为“扇入”路由路径。输出耦合线75可表示单端耦合线或差分耦合线(例如，参见图5的差分耦合线120)。混频器54’是接收(解调)混频电路。图8的有源功率组合器电路88可以是N:1有源功率组合器，并且有时被称为组合器、射频组合器或射频功率组合器。

与所有分支都是有源的无源组合器不同，有源功率组合器电路88可选择性地激活和去激活输入通道的子集。作为示例，图8的有源功率组合器电路88可被配置为仅激活(接通)通道中的一者，同时去激活(断开)(N-1个)剩余未使用通道(例如，通过选择性地仅激活N个放大器82中的一者)。作为另一个示例，有源功率组合器电路88可被配置为仅激活(启用)通道中的两者，同时去激活(停用)(N-2个)剩余未使用通道(例如，通过选择性地仅接通N个放大器82中的两者)。如果需要，可断开或闲置所有放大器82以暂时中止经由相控天线阵列62的接收。

具有用于驱动N个相应通道的N个放大器的图4和图7的有源功率分离器电路78是示例性的。图9示出了具有仅N/2个输出放大器102的有源功率分离器电路108的另一个实施方案。相对于常规无源功率分配器，有源分离器电路108可表现出更低损耗和更高增益性能。图9的有源功率分配器电路108可以是1:8有源功率分配器，并且有时被称为分离器、射频分离器或射频功率分离器。功率分配器电路108可被配置为将输入信号划分成多个输出分支或通道，其中在各个输出通道之间具有高隔离度(即，确保不同通道之间的最小串扰)。有源功率分配器电路108可包括第一放大器级(有时被称为输入级)和第二放大器级(有时被称为输出级)。

有源功率分配器电路108的第一放大器级可包括单个(仅一个)输入放大器100，该输入放大器具有经由输入耦合线98耦合到发射混频器54的输出端的输入端口。放大器100的输入端处的输入耦合线98可表示一对单端耦合线(如图9的示例所示)或一组差分耦合线(如图5所示)。放大器100可表示单端放大器单元或差分放大器单元(例如，参见图6的NDP单元130)。

放大器100可具有经由一个或多个分流(扇出路径)耦合到第二放大器级的输出端口。如图9所示，放大器100的输出端处的第一1:2分流(S1)通过第一耦合线104路由输出信号的第一半部并且通过第二耦合线104路由输出信号的第二半部。在S1分流之后的每组耦合线104可表示一对单端耦合线(如图9的示例所示)或一组差分耦合线(如图5的示例所示)。

第一耦合线104的输出端处的第二1:2分流(S2)将到达信号的第一半部路由到放大器102-1，同时将到达信号的第二半部路由到放大器102-2。第二耦合线104的输出端处的第三1:2分流(S2)将到达信号的第一半部路由到放大器102-3，同时将到达信号的第二半部路由到放大器102-4。放大器102可各自表示单端放大器单元或差分放大器单元(例如，参见图6的NDP单元130)。第二输出放大器级中的放大器102有时被称为输出放大器。

有源分离器电路108的第二放大器级可耦合到相控天线阵列62(作为示例)。例如，第一输出放大器102-1可经由第一耦合线106以及第一相位和幅度控制器60-1(有时被称为第一发射通道)耦合到阵列62中的第一天线42-1，并且可经由第一耦合线106以及第二相位和幅度控制器60-2(有时被称为第二发射通道)耦合到阵列62中的第二天线42-1。第四1:2分流(S3)可发生在第一耦合线106的输出端处。第一耦合线106可表示一对单端耦合线(如图9的示例所示)或一组差分耦合线(如图5的示例所示)。

第二输出放大器102-1可经由第二耦合线106以及第三相位和幅度控制器60-3(有时被称为第三发射通道)耦合到阵列62中的第三天线42-3，并且可经由第二耦合线106以及第四相位和幅度控制器60-4(有时被称为第四发射通道)耦合到阵列62中的第四天线42-4。第五1:2分流(S3)可发生在第二耦合线106的输出端处。第二耦合线106可表示一对单端耦合线(如图9的示例所示)或一组差分耦合线(如图5的示例所示)。

第三输出放大器102-3可经由第三耦合线106以及第五相位和幅度控制器60-5(有时被称为第五发射通道)耦合到阵列62中的第五天线42-5，并且可经由第三耦合线106以及第六相位和幅度控制器60-6(有时被称为第六发射通道)耦合到阵列62中的第六天线42-6。第六1:2分流(S3)可发生在第三耦合线106的输出端处。第三耦合线106可表示一对单端耦合线(如图9的示例所示)或一组差分耦合线(如图5的示例所示)。

第四输出放大器102-4可经由第四耦合线106以及第七相位和幅度控制器60-7(有时被称为第七发射通道)耦合到阵列62中的第七天线42-7，并且可经由第四耦合线106以及第八相位和幅度控制器60-8(有时被称为第八发射通道)耦合到阵列62中的第八天线42-8。第七1:2分流(S3)可发生在第四耦合线106的输出端处。第四耦合线106可表示一对单端耦合线(如图9的示例所示)或一组差分耦合线(如图5的示例所示)。在使用差分耦合线来实现每组耦合线106的输出端处的S3分流的情形中，由每个输出放大器102驱动的两个输出通道以180度相位偏移来驱动。与图4的实施方案相比，图9的实施方案利用更少的放大器，并且因此降低了总体设计和布线复杂性。

有源功率分离器电路108被配置为驱动相控天线阵列62的该示例是例示性的。在其他实施方案中，有源功率分离器电路108可用于驱动其他射频前端电路或其他负载部件(例如，每个输出放大器102可具有耦合到不同负载部件的第一输出端子和第二输出端子)。示出1:8有源功率分配器的图9的实施方案是示例性的。如果需要，在第一级中具有一个放大器100并且在第二级中具有N/2个放大器102的这种类型的双级扇出布置可扩展到1:2有源功率分配器架构、1:4有源功率分配器架构、1:16有源功率分配器架构、1:32有源功率分配器架构，或通常1:N有源功率分配器架构，其中N为二的幂。

与所有分支都是有源的无源分配器不同，有源功率分离器电路108可选择性地激活和去激活输出通道的子集。作为示例，图9的有源功率分配器电路108可被配置为仅激活(接通)一对通道，同时去激活(断开)六个剩余通道(例如，通过选择性地仅激活四个输出放大器102中的一者)。作为另一个示例，有源功率分配器电路108可被配置为仅激活(启用)两对通道，同时去激活(停用)四个剩余通道(例如，通过选择性地仅接通四个输出放大器102中的两者)。作为另一个示例，有源功率分配器电路108可被配置为仅启用三对通道，同时停用两个剩余通道(例如，通过选择性地仅接通四个输出放大器102中的三者)。如果需要，可断开所有输出放大器102，以暂时暂停来自相控天线阵列62的所有发射。

图10示出了有源功率分离器电路108的实施方案，其中第一耦合线和第二耦合线104使用差分耦合线来实现，并且其中第一耦合线、第二耦合线、第三耦合线和第四耦合线106’也使用差分耦合线来实现。如图10所示，输入放大器100可以是使用输入晶体管110和112以及共源共栅晶体管114和116实现的差分放大器。其源极节点连接到接地的输入晶体管110和112可被称为并定义为“共源极”晶体管，而其栅极节点连接到静态偏置电压的共源共栅晶体管114和116可被称为并定义为“共栅极”晶体管。2:1S1分流可被实现为共源极晶体管和共栅极晶体管之间的平衡电流分流。

第一耦合线104可包括第一组差分耦合线150。第一组差分传输线148可任选地耦合到第一组差分耦合线150的输入端。第一组差分传输线152可任选地耦合到第一组差分耦合线150的输出端。类似地，第二耦合线104可包括第二组差分耦合线150。第二组差分传输线148可任选地耦合到第二组差分耦合线150的输入端。第二组差分传输线152可任选地耦合到第二组差分耦合线150的输出端。

放大器102可被实现为差分放大器(例如，参见图6所示类型的NDP单元130)。2:1S2分流可发生在这些差分放大器102的输入端处。每个输出放大器102可经由相应组的差分耦合线来驱动一对输出通道。在图10的示例中，第一输出放大器102-1可被配置为经由第一组差分耦合线106’驱动相控天线阵列62中的通道CH1和CH2；第二输出放大器102-2可被配置为经由第二组差分耦合线106’驱动相控天线阵列62中的通道CH3和CH4；第三输出放大器102-3可被配置为经由第三组差分耦合线106’驱动相控天线阵列62中的通道CH5和CH6；并且第四输出放大器102-4可被配置为经由第四组差分耦合线106’驱动相控天线阵列62中的通道CH7和CH8。最终2:1S3分流可使用每组不同耦合线106’的差分输出连接而发生(例如，通过将差分输出的一个相位路由到第一通道并且通过将差分输出的相反相位路由到第二通道)。可使用相控天线阵列62内的相移器(例如，诸如相位控制器60的180度相移器)来校正两个通道之间的任何相位差。

用于驱动相控天线阵列62以用于无线发射的图9的1:N有源功率分离器电路108是示例性的。类似的有源扇入架构也可应用于有源功率组合器以用于无线接收。图11是相对于常规无源功率组合器表现出更低损耗和更高增益性能的有源功率组合器电路109的图示。图11的有源功率组合器架构类似于图9的架构，不同之处在于在相反方向上采用放大器101和103以用于从相控天线阵列62接收无线信号。

例如，第一对通道(例如，CH1和CH2)可在2:1组合节点C3处组合并且经由第一组耦合线107传送到第一输入放大器103-1。第一组耦合线107可表示单端耦合线(如图11的示例所示)或差分耦合线(如图5的示例所示)。放大器103-1可表示单端放大器单元或差分放大器单元(例如，参见图6的NDP单元130)。

第二对通道(例如，CH3和CH4)可在另一个2:1组合节点C3处组合并且经由第二组耦合线107传送到第二输入放大器103-2。第二组耦合线107可表示单端耦合线(如图11的示例所示)或差分耦合线(如图5的示例所示)。放大器103-2可表示单端放大器单元或差分放大器单元(例如，参见图6的NDP单元130)。

第三对通道(例如，CH5和CH6)可在另一个2:1组合节点C3处组合并且经由第三组耦合线107传送到第三输入放大器103-3。第三组耦合线107可表示单端耦合线(如图11的示例所示)或差分耦合线(如图5的示例所示)。放大器103-3可表示单端放大器单元或差分放大器单元(例如，参见图6的NDP单元130)。

第四对通道(例如，CH7和CH8)可在另一个2:1组合节点C3处组合并且经由第四组耦合线107传送到第四输入放大器103-4。第四组耦合线107可表示单端耦合线(如图11的示例所示)或差分耦合线(如图5的示例所示)。放大器103-4可表示单端放大器单元或差分放大器单元(例如，参见图6的NDP单元130)。放大器103可被称为有源组合器电路109中的第一放大器级的一部分。

放大器103-1和103-2可具有连接到2:1组合节点C2的输出端，该组合节点经由第一组耦合线105耦合到2:1组合节点C1。第一组耦合线105可表示单端耦合线(如图11的示例所示)或差分耦合线(如图5的示例所示)。类似地，放大器103-3和103-4可具有连接到另一个2:1组合节点C2的输出端，该组合节点经由第二组耦合线105耦合到2:1组合节点C1。第二组耦合线105可表示单端耦合线(如图11的示例所示)或差分耦合线(如图5的示例所示)。输出放大器101可表示单端放大器单元或差分放大器单元(例如，参见图6的NDP单元130)。连接到放大器101的输出端口的输出耦合线99可表示单端耦合线(如图11的示例所示)或差分耦合线(如图5的示例所示)。放大器101可被称为有源组合器电路109中的第二放大器级的一部分。

图11的有源功率组合器电路109的架构可扩展到N:1有源功率组合器并且有时被称为组合器、射频组合器或射频功率组合器。与所有分支都是有源的无源组合器不同，有源功率组合器电路109可选择性地激活和去激活输入通道或的子集或全部。

以上结合图1至图11描述的方法和操作可由设备10的部件使用软件、固件和/或硬件(例如，专用电路或硬件)来执行。用于执行这些操作的软件代码可存储在非暂态计算机可读存储介质(例如，有形计算机可读存储介质)上，该非暂态计算机可读存储介质存储在设备10的部件中的一个或多个部件上(例如，图1的存储电路16和/或无线通信电路24)。该软件代码有时可被称为软件、数据、指令、程序指令或代码。非暂态计算机可读存储介质可包括驱动器、非易失性存储器诸如非易失性随机存取存储器(NVRAM)、可移动闪存驱动器或其他可移动介质、其他类型的随机存取存储器等。存储在非暂态计算机可读存储介质上的软件可由设备10的部件中的一个或多个部件上的处理电路(例如，无线通信电路24中的处理电路、图1的处理电路18等)来执行。处理电路可包括微处理器、应用处理器、数字信号处理器、中央处理单元(CPU)、具有处理电路的专用集成电路或其他处理电路。

根据一个实施方案，提供了一种功率分离器电路，该功率分离器电路包括：第一放大器级和第二放大器级，该第二放大器级被配置为从该第一放大器级接收射频信号，该第二放大器级包括耦合到第一输出通道和第二输出通道的第一输出放大器，以及耦合到第三输出通道和第四输出通道的第二输出放大器。

根据另一个实施方案，该第一输出通道包括第一天线，该第二输出通道包括第二天线，该第三输出通道包括第三天线，并且该第四输出通道包括第四天线。

根据另一个实施方案，该第一输出通道还包括耦合在该第一输出放大器和该第一天线之间的第一相位和幅度控制器，该第二输出通道还包括耦合在该第一输出放大器和该第二天线之间的第二相位和幅度控制器，该第三输出通道还包括耦合在该第二输出放大器和该第三天线之间的第三相位和幅度控制器，并且该第四输出通道还包括耦合在该第二输出放大器和该第四天线之间的第四相位和幅度控制器。

根据另一个实施方案，该第二放大器级还包括耦合到第五输出通道和第六输出通道的第三输出放大器，以及耦合到第七输出通道和第八输出通道的第四输出放大器。

根据另一个实施方案，该第一输出放大器、该第二输出放大器、该第三输出放大器和该第四输出放大器包括差分放大器。

根据另一个实施方案，该功率分离器电路包括：第一组差分耦合线，该第一组差分耦合线将该第一输出放大器耦合到该第一输出通道和该第二输出通道；第二组差分耦合线，该第二组差分耦合线将该第二输出放大器耦合到该第三输出通道和该第四输出通道；第三组差分耦合线，该第三组差分耦合线将该第三输出放大器耦合到该第五输出通道和该第六输出通道；以及第四组差分耦合线，该第四组差分耦合线将该第四输出放大器耦合到该第七输出通道和该第八输出通道。

根据另一个实施方案，该第一组差分耦合线包括：第一对耦合线，该第一对耦合线耦合在该第一输出放大器和该第一输出通道之间；以及第二对耦合线，该第二对耦合线耦合在该第一输出放大器和该第二输出通道之间。

根据另一个实施方案，该第一对耦合线包括：第一导电路径，该第一导电路径具有耦合到该第一输出放大器的第一远端并且具有耦合到偏置电压线的第二远端；以及第二导电路径，该第二导电路径沿着该第一导电路径布线并且具有耦合到接地线的第一远端并且具有耦合到该第一输出通道的第二远端，并且该第二对耦合线包括：第三导电路径，该第三导电路径具有耦合到该第一输出放大器的第一远端并且具有耦合到该偏置电压线的第二远端；以及第四导电路径，该第四导电路径沿着该第三导电路径布线并且具有耦合到该接地线的第一远端并且具有耦合到该第二输出通道的第二远端。

根据另一个实施方案，该功率分离器电路包括：第一组差分耦合线，该第一组差分耦合线耦合在该第一放大器级与该第一输出放大器和该第二输出放大器之间；以及第二组差分耦合线，该第二组差分耦合线耦合在该第一放大器级与该第三输出放大器和该第四输出放大器之间。

根据另一个实施方案，该第一放大器级包括具有第一输入晶体管和第二输入晶体管以及两对共源共栅晶体管的差分放大器。

根据另一个实施方案，该第一输出放大器、该第二输出放大器、该第三输出放大器和该第四输出放大器包括单端放大器，该功率分离器电路还包括将该第一输出放大器耦合到该第一输出通道和该第二输出通道的第一组单端耦合线、将该第二输出放大器耦合到该第三输出通道和该第四输出通道的第二组单端耦合线、将该第三输出放大器耦合到该第五输出通道和该第六输出通道的第三组单端耦合线以及将该第四输出放大器耦合到该第七输出通道和该第八输出通道的第四组单端耦合线。

根据一个实施方案，提供了一种无线电路，该无线电路包括：混频器；多个天线；以及有源电路，该有源电路耦合在该混频器和该多个天线之间，该有源电路具有：第一放大器级；第二放大器级，该第二放大器级被配置为从该第一放大器级接收射频信号；以及至少第一组差分耦合线和第二组差分耦合线，该第一组差分耦合线和该第二组差分耦合线耦合在该第一放大器级和该第二放大器级之间并且被配置为提供该第一放大器级和该第二放大器级之间的阻抗匹配。

根据另一个实施方案，该有源电路包括有源分离器电路，并且该第一组差分耦合线包括：第一对耦合线，该第一对耦合线耦合在该第一放大器级和该第二放大器级中的该第一差分放大器和该第二差分放大器之间；以及第二对耦合线，该第二对耦合线耦合在该第一放大器级和该第二放大器级中的该第一差分放大器和该第二差分放大器之间。

根据另一个实施方案，该有源分离器电路包括：第三组差分耦合线，该第三组差分耦合线将该第一差分放大器耦合到该多个天线中的第一天线和第二天线；以及第四组差分耦合线，该第四组差分耦合线将该第二差分放大器耦合到该多个天线中的第三天线和第四天线。

根据另一个实施方案，该有源电路包括有源组合器电路，并且该第一组差分耦合线包括：第一对耦合线，该第一对耦合线耦合在该第一放大器级中的第一差分放大器和第二差分放大器与该第二放大器级之间；以及第二对耦合线，该第二对耦合线耦合在该第一放大器级中的该第一差分放大器和该第二差分放大器与该第二放大器级之间。

根据另一个实施方案，该有源组合器电路包括：第三组差分耦合线，该第三组差分耦合线将该多个天线中的第一天线和第二天线耦合到该第一差分放大器；以及第四组差分耦合线，该第四组差分耦合线将该多个天线中的第三天线和第四天线耦合到该第二差分放大器。

根据一个实施方案，提供了一种有源分离器电路，该有源分离器电路包括：第一放大器，该第一放大器被配置为经由一组输入耦合线接收信号并且被配置为驱动第一负载部件；第二放大器，该第二放大器被配置为经由该组输入耦合线接收信号并且被配置为驱动第二负载部件；第三放大器，该第三放大器被配置为经由该组输入耦合线接收信号并且被配置为驱动第三负载部件；以及第四放大器，该第四放大器被配置为经由该组输入耦合线接收信号并且被配置为驱动第四负载部件。

根据另一个实施方案，该第一负载部件包括相控天线阵列中的第一天线，该第二负载部件包括该相控天线阵列中的第二天线，该第三负载部件包括该相控天线阵列中的第三天线，并且该第四负载部件包括该相控天线阵列中的第四天线。

根据另一个实施方案，这些输入耦合线包括一对单端耦合线或一组差分耦合线。

根据另一个实施方案，该有源分离器电路包括：第一对单端耦合线或第一组差分耦合线，该第一对单端耦合线或该第一组差分耦合线耦合在该第一放大器和该第一负载部件之间；第二对单端耦合线或第二组差分耦合线，该第二对单端耦合线或该第二组差分耦合线耦合在该第二放大器和该第二负载部件之间；第三对单端耦合线或第三组差分耦合线，该第三对单端耦合线或该第三组差分耦合线耦合在该第三放大器和该第三负载部件之间；以及第四对单端耦合线或第四组差分耦合线，该第四对单端耦合线或该第四组差分耦合线耦合在该第四放大器和该第四负载部件之间。

前述内容仅为示例性的并且可对所述实施方案作出各种修改。前述实施方案可独立实施或可以任意组合实施。

Claims (20)

1.一种功率分离器电路，包括：

第一放大器级；和

第二放大器级，所述第二放大器级被配置为从所述第一放大器级接收射频信号，所述第二放大器级包括

第一输出放大器，所述第一输出放大器耦合到第一输出通道和第二输出通道，以及

第二输出放大器，所述第二输出放大器耦合到第三输出通道和第四输出通道。

2.根据权利要求1所述的功率分离器电路，其中：

所述第一输出通道包括第一天线；

所述第二输出通道包括第二天线；

所述第三输出通道包括第三天线；并且

所述第四输出通道包括第四天线。

3.根据权利要求2所述的功率分离器电路，其中：

所述第一输出通道还包括耦合在所述第一输出放大器和所述第一天线之间的第一相位和幅度控制器；

所述第二输出通道还包括耦合在所述第一输出放大器和所述第二天线之间的第二相位和幅度控制器；

所述第三输出通道还包括耦合在所述第二输出放大器和所述第三天线之间的第三相位和幅度控制器；并且

所述第四输出通道还包括耦合在所述第二输出放大器和所述第四天线之间的第四相位和幅度控制器。

4.根据权利要求1所述的功率分离器电路，其中所述第二放大器级还包括：

第三输出放大器，所述第三输出放大器耦合到第五输出通道和第六输出通道，和

第四输出放大器，所述第四输出放大器耦合到第七输出通道和第八输出通道。

5.根据权利要求4所述的功率分离器电路，其中所述第一输出放大器、所述第二输出放大器、所述第三输出放大器和所述第四输出放大器包括差分放大器。

6.根据权利要求5所述的功率分离器电路，还包括：

第一组差分耦合线，所述第一组差分耦合线将所述第一输出放大器耦合到所述第一输出通道和所述第二输出通道；

第二组差分耦合线，所述第二组差分耦合线将所述第二输出放大器耦合到所述第三输出通道和所述第四输出通道；

第三组差分耦合线，所述第三组差分耦合线将所述第三输出放大器耦合到所述第五输出通道和所述第六输出通道；和

第四组差分耦合线，所述第四组差分耦合线将所述第四输出放大器耦合到所述第七输出通道和所述第八输出通道。

7.根据权利要求6所述的功率分离器电路，其中所述第一组差分耦合线包括：

第一对耦合线，所述第一对耦合线耦合在所述第一输出放大器和所述第一输出通道之间；和

第二对耦合线，所述第二对耦合线耦合在所述第一输出放大器和所述第二输出通道之间。

8.根据权利要求7所述的功率分离器电路，其中：

所述第一对耦合线包括

第一导电路径，所述第一导电路径具有耦合到所述第一输出放大器的第一远端并且具有耦合到偏置电压线的第二远端，和

第二导电路径，所述第二导电路径沿着所述第一导电路径布线并且具有耦合到接地线的第一远端并且具有耦合到所述第一输出通道的第二远端；并且

所述第二对耦合线包括

第三导电路径，所述第三导电路径具有耦合到所述第一输出放大器的第一远端并且具有耦合到所述偏置电压线的第二远端，和

第四导电路径，所述第四导电路径沿着所述第三导电路径布线并且具有耦合到所述接地线的第一远端并且具有耦合到所述第二输出通道的第二远端。

9.根据权利要求5所述的功率分离器电路，还包括：

第一组差分耦合线，所述第一组差分耦合线耦合在所述第一放大器级与所述第一输出放大器和所述第二输出放大器之间；和

第二组差分耦合线，所述第二组差分耦合线耦合在所述第一放大器级与所述第三输出放大器和所述第四输出放大器之间。

10.根据权利要求9所述的功率分离器电路，其中所述第一放大器级包括具有第一输入晶体管和第二输入晶体管以及两对共源共栅晶体管的差分放大器。

11.根据权利要求4所述的功率分离器电路，其中所述第一输出放大器、所述第二输出放大器、所述第三输出放大器和所述第四输出放大器包括单端放大器，所述功率分离器电路还包括：

第一组单端耦合线，所述第一组单端耦合线将所述第一输出放大器耦合到所述第一输出通道和所述第二输出通道；

第二组单端耦合线，所述第二组单端耦合线将所述第二输出放大器耦合到所述第三输出通道和所述第四输出通道；

第三组单端耦合线，所述第三组单端耦合线将所述第三输出放大器耦合到所述第五输出通道和所述第六输出通道；和

第四组单端耦合线，所述第四组单端耦合线将所述第四输出放大器耦合到所述第七输出通道和所述第八输出通道。

12.一种无线电路，包括：

混频器；

多个天线；和

有源电路，所述有源电路耦合在所述混频器和所述多个天线之间，所述有源电路具有

第一放大器级，

第二放大器级，所述第二放大器级被配置为从所述第一放大器级接收射频信号，和

至少第一组差分耦合线和第二组差分耦合线，所述第一组差分耦合线和所述第二组差分耦合线耦合在所述第一放大器级和所述第二放大器级之间并且被配置为提供所述第一放大器级和所述第二放大器级之间的阻抗匹配。

13.根据权利要求12所述的无线电路，其中所述有源电路包括有源分离器电路，并且其中所述第一组差分耦合线包括：

第一对耦合线，所述第一对耦合线耦合在所述第一放大器级和所述第二放大器级中的所述第一差分放大器和所述第二差分放大器之间；和

第二对耦合线，所述第二对耦合线耦合在所述第一放大器级和所述第二放大器级中的所述第一差分放大器和所述第二差分放大器之间。

14.根据权利要求13所述的无线电路，所述有源分离器电路还包括：

第三组差分耦合线，所述第三组差分耦合线将所述第一差分放大器耦合到所述多个天线中的第一天线和第二天线；和

第四组差分耦合线，所述第四组差分耦合线将所述第二差分放大器耦合到所述多个天线中的第三天线和第四天线。

15.根据权利要求12所述的无线电路，其中所述有源电路包括有源组合器电路，并且其中所述第一组差分耦合线包括：

第一对耦合线，所述第一对耦合线耦合在所述第一放大器级中的第一差分放大器和第二差分放大器与所述第二放大器级之间；和

第二对耦合线，所述第二对耦合线耦合在所述第一放大器级中的所述第一差分放大器和所述第二差分放大器与所述第二放大器级之间。

16.根据权利要求15所述的无线电路，所述有源组合器电路还包括：

第三组差分耦合线，所述第三组差分耦合线将所述多个天线中的第一天线和第二天线耦合到所述第一差分放大器；和

第四组差分耦合线，所述第四组差分耦合线将所述多个天线中的第三天线和第四天线耦合到所述第二差分放大器。

17.一种有源分离器电路，包括：

第一放大器，所述第一放大器被配置为经由一组输入耦合线接收信号并且被配置为驱动第一负载部件；

第二放大器，所述第二放大器被配置为经由所述一组输入耦合线接收信号并且被配置为驱动第二负载部件；

第三放大器，所述第三放大器被配置为经由所述一组输入耦合线接收信号并且被配置为驱动第三负载部件；和

第四放大器，所述第四放大器被配置为经由所述一组输入耦合线接收信号并且被配置为驱动第四负载部件。

18.根据权利要求17所述的有源分离器电路，其中：

所述第一负载部件包括相控天线阵列中的第一天线；

所述第二负载部件包括所述相控天线阵列中的第二天线；

所述第三负载部件包括所述相控天线阵列中的第三天线；并且

所述第四负载部件包括所述相控天线阵列中的第四天线。

19.根据权利要求17所述的有源分离器电路，其中所述输入耦合线包括一对单端耦合线或一组差分耦合线。

20.根据权利要求17所述的有源分离器电路，还包括：

第一对单端耦合线或第一组差分耦合线，所述第一对单端耦合线或所述第一组差分耦合线耦合在所述第一放大器和所述第一负载部件之间；

第二对单端耦合线或第二组差分耦合线，所述第二对单端耦合线或所述第二组差分耦合线耦合在所述第二放大器和所述第二负载部件之间；

第三对单端耦合线或第三组差分耦合线，所述第三对单端耦合线或所述第三组差分耦合线耦合在所述第三放大器和所述第三负载部件之间；和

第四对单端耦合线或第四组差分耦合线，所述第四对单端耦合线或所述第四组差分耦合线耦合在所述第四放大器和所述第四负载部件之间。