[发明专利]功率组合器/分离器及其操作方法

说明书

本发明实施例提供一种功率组合器/分离器及其操作方法，其中功率组合器/分离器包括公共端口，多个输入/输出端口，第一四分之一波长元件，第一开关，第二四分之一波长元件和第二开关；其中，该多个输入/输出端口，包括第一输入/输出端口和第二输入/输出端口；该第一四分之一波长元件，耦接在公共端口和第一输入/输出端口之间；该第一开关，耦接在第一输入/输出端口和参考电压节点之间；该第二四分之一波长元件耦接在公共端口和第二输入/输出端口之间；该第二开关耦接在第二输入/输出端口和参考电压节点之间。使用该方法，有利于减少功率组合器/分离器的损耗。

技术领域

本发明总体涉及功率组合器和分离器装置及操作功率组合器和分离器装置的方法。特别的，本发明关于射频(radio frequency，RF)或者微波(例如毫米波(MillimeterWave，mmW))的功率组合器和分离器电路。

背景技术

功率组合器(combiner)通常用于在多个输入端口处接收电信号并在公共端口处生成组合信号。功率分离器(splitter)，也称为分配器(divider)，通常用于在公共端口处接收电信号并在多个输出端口处产生多个信号。功率组合器和分离器是通常用作处理射频(RF)信号的组件。组合器/分离器可以具有一个公共端口以及多个输入/输出端口，该公共端口用作分离器的输入和组合器的输出，该多个输入/输出端口用作分离器的输出和组合器的输入。

一种已知的功率组合器/分离器结构是威尔金森Wilkinson功率组合器/分离器。图1A是双向Wilkinson功率组合器/分离器100的示意图。图1B示出了双向Wilkinson功率组合器/分离器100相应的s参数矩阵。组合器/分离器具有公共端口P1，两个输入/输出端口P2和P3，以及耦接在P1与P2之间和P1与P3之间的四分之一波长元件102。输入/输出端口P2和P3与具有阻抗值2Z₀的电阻器104耦接。作为组合器，组合器/分离器100将在输入端口P2，P3处施加的相等相位信号组合成公共端口P1处的一个信号。作为分离器，组合器/分离器100将公共端口P1处的输入信号分成在输出端口P2，P3处的两个功率和相位都相等的信号。四分之一波长(λ/4)元件102也可以称为90°相移元件，并且被配置为在发送的射频信号中引起90°相移。四分之一波长元件102可以是具有特征阻抗和长度λ/4的传输线，其中λ是在电路中传播的电磁波的波长，Z₀是连接到P1，P2和P3的RF系统的特征阻抗，N是输入/输出端口的数量。或者使用集总(lumped)LC电路，该LC电路等效于具有特征阻抗和长度λ/4的传输线。

Wilkinson组合器/分离器的一个优点是所有端口都是阻抗匹配的，并且由于电阻器104输入/输出端口P2与输入/输出端口P3之间相互隔离。在理想的Wilkinson组合器/分离器中，没有反射引起的功率损失，并且在P2和P3之间的电阻器104中没有功率损失。

图2A是广义N路Wilkinson功率组合器/分离器200的示意图，而图2B示出了Wilkinson功率组合器/分离器200相应的s参数矩阵。N个输入/输出端口P2和P3各自通过四分之一波长元件102与公共端口P1耦接。每个输入/输出端口还经由具有阻抗值Z₀的电阻器204耦接到其余输入/输出端口中的每一个，其中在一对输入/输出端口之间串联连接有两个电阻器204。功率组合器/分离器200与双向功率组合器/分离器100类似地工作，并且具有匹配所有端口和N个输入/输出端口P₂，P₃，...，P_N+1之间的完全隔离的优点。因此，对于理想情况，没有反射引起的功率损耗，并且在电阻器204中没有功率损耗。

发明内容