宽频带威尔金森分配器的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年6月26日提交的申请号为no.16/018,613,的美国申请的优先权，该申请要求于2018年1月8日提交的序号为no.62/614,666的美国临时专利申请的权益，该申请的全部内容通过引用的方式明确地并入本文。

本公开的某些方面总体上涉及电子电路，并且更具体地，涉及分配或组合射频(rf)功率的电路。

背景技术：

无线通信网络可以包括可以支持用于多个移动站的通信的多个基站。移动站(ms)可以经由下行链路和上行链路与基站(bs)通信。下行链路(或前向链路)是指从基站到移动站的通信链路，并且上行链路(或反向链路)是指从移动站到基站的通信链路。基站可以将在下行链路上的数据和控制信息发射到移动站和/或可以从移动站接收在上行链路上的数据和控制信息。基站和/或移动站可以包括一个或多个电路，用于组合或分配用于接收或发射的功率。

技术实现要素：

本公开的某些方面总体上涉及用于在宽频率范围上分配或组合射频(rf)功率的电路。

本公开的某些方面提供了用于分配或组合rf功率的电路。该电路总体上包括威尔金森(wilkinson)功率分配器、第一电容元件和与第一电容元件并联耦合的第一电阻元件，其中第一电容元件和第一电阻元件被耦合在电路的第一端口和威尔金森功率分配器的第一端口之间。

本公开的某些方面提供了用于分配或组合rf功率的电路。该电路总体上包括：威尔金森功率分配器；第一电阻元件，第一电阻元件具有耦合到电路的第一端口的第一端子和耦合到威尔金森功率分配器的第一端口的第二端子；以及第一旁路路径，第一旁路路径耦合在第一电阻元件的第一端子和第二端子之间，并且第一旁路路径被配置为基于在电路的第一节点处的信号的频率选择性地旁路第一电阻元件。

本公开的某些方面提供了用于分配或组合rf功率的方法。该方法通常包括选择性地旁路第一电阻元件，第一电阻元件的第一端子被耦合到用于分配或组合功率的电路的第一端口，并且第一电阻元件的第二端子被耦合到威尔金森功率分配器的第一端口。

附图说明

为了能够详细理解本公开的上述特征，可以通过参考在附图中图示的一些方面来获得(在上文中简要概述)更具体的描述。然而，要注意的是，附图仅图示本公开的某些通常方面，并且因此不应被视为限制本公开的范围，这是因为描述可以承认其它同样有效的方面。

图1是根据本公开的某些方面的示例无线通信网络的图。

图2是根据本公开的某些方面的示例访问点(ap)和示例用户终端的框图。

图3是根据本公开的某些方面的示例收发器前端的框图。

图4图示了根据本公开的某些方面的用于分配或组合功率的电路。

图5a和图5b图示了根据本公开的某些方面的具有第一层和第二层的印刷电路板(pcb)。

图6是根据本公开的某些方面的用于分配或组合功率的示例操作的流程图。

图7是根据本公开的某些方面的耦合到多个天线阵列的示例收发器前端电路的框图。

具体实施方式

下文参考附图更全面地描述本公开的各个方面。然而，本公开可以在许多不同的形式中被实施，并且本公开不应被解释为仅限于在本公开中呈现的任何特定结构或功能。而是，这些方面被提供使得本公开将是彻底和完整的，并且将充分向本领域技术人员传达本公开的范围。基于本文的教导，本领域技术人员应当认识到的是本公开的范围旨在涵盖本文公开的任何方面，无论是独立于本公开的任何其他方面实现的还是与本公开的任何其他方面结合的。例如，可以使用本文所述的任意数目的方面来实现装置或实践方法。此外，本公开的范围旨在涵盖除了本文所述的本发明的各个方面之外，使用其它结构、功能或结构和功能来实践的装置或方法。应当理解的是，本文所公开的本公开的任何方面可以由权利要求的一个或多个元件来实施。

本文使用的词语“示例性”意味着“用作示例、实例或说明”。本文描述为“示例性”的任何方面不必须被解释为优选的或优于其他方面。

如本文所使用的，在各种时态中的动词“连接”的术语“与……连接”可以意味着元件a被直接连接到元件b，或者其他元件可以被连接在元件a和元件b之间(即，元件a被间接连接到元件b)。在电部件的情况下，术语“与……连接”也可以在本文中被使用以意味着电线、迹线或其他导电材料被用于电连接元件a和b(以及在a和b之间电连接的任何部件)。

示例无线系统

图1图示了具有访问点110和用户终端120的无线通信系统100，在其中可以实践本公开的各个方面。为了简单起见，在图1中仅示出了一个访问点110。访问点(ap)总体上是与用户终端通信的固定站，并且也可以被称为基站(bs)、演进节点b(enb)或一些其他术语。用户终端(ut)可以是固定的或移动的，并且用户终端也可以被称为移动站(ms)、访问端、用户装备(ue)、站(sta)、客户端、无线设备或一些其他术语。用户终端可以是无线设备，诸如蜂窝电话、个人数字助理(pda)、手持设备、无线调制解调器、膝上型计算机、平板式计算机、个人计算机等。

在下行链路和上行链路上的任何给定时刻处，访问点110可以与一个或多个用户终端120通信。下行链路(即，前向链路)是从访问点到用户终端的通信链路，并且上行链路(即，反向链路)是从用户终端到访问点的通信链路。用户终端也可以与另一个用户终端点对点通信。系统控制器130被耦合到访问点，并且系统控制器130提供针对访问点的协调和控制。

针对在下行链路和上行链路上的数据传输，系统100采用多个发射天线和多个接收天线。访问点110可以被装备有数目为nap的天线以实现用于下行链路传输的发射分集和/或用于上行链路传输的接收分集。一组nu个被选择的用户终端120可以接收下行链路传输和发射上行链路传输。每个被选择的用户终端发射用户专用数据到访问点和/或从访问点接收用户专用数据。总体上，每个被选择的用户终端可以被装备有一个或多个天线(即，nut≥1)。nu个被选择的用户终端可以具有相同或不同数目的天线。

无线系统100可以是时分双工(tdd)系统或是频分双工(fdd)系统。针对tdd系统，下行链路和上行链路共享相同的频带。针对dd系统，下行链路和上行链路使用不同的频带。系统100也可以针对传输而利用单个载波或多个载波。每个用户终端120可以被装备有单个天线(例如，为了保持低成本)或多个天线(例如，在可以支持附加成本时)。如将在本文中更详细地描述的，在本公开的某些方面中，访问点110和/或用户终端120可以包括用于分配或组合功率的电路。

图2示出了在无线系统100中的访问点110和两个用户终端120m和120x的框图。访问点110装备有nap个天线224a到224ap。用户终端120m装有nut,m个天线252ma至252mu，用户终端120x装备有nut,x个天线252xa至252xu。访问点110是用于下行链路的发射实体和用于上行链路的接收实体。每个用户终端120是用于上行链路的发送实体和用于下行链路的接收实体。如本文所使用的，“发射实体”是能够经由频率信道发射数据的独立操作的装置或设备，“接收实体”是能够经由频率信道接收数据的独立操作的装置或设备。在下面的描述中，下标“dn”表示下行链路，下标“up”表示上行链路，nup个用户终端被选择用于在上行链路上同时传输，ndn个用户终端被选择用于在下行链路上同时传输，nup可以等于或不等于ndn，nup和ndn可以是静态值，或者可以针对每个调度间隔被改变。可以在访问点和用户终端处使用波束操纵或其他一些空间处理技术。

在上行链路上，在被选择用于上行链路传输的每个用户终端120处，tx数据处理器288从数据源286接收业务数据，并且从控制器280接收控制数据。tx数据处理器288基于与针对用户终端所选择的速率相关联的编码和调制方案来处理(例如，编码、交织和调制)用户终端的业务数据{dup}，并且针对nut,m个天线的一个天线提供数据符号流{sup}。收发器前端(tx/rx)254(也称为射频前端(rffe))接收并且处理(例如，转换为模拟、放大、滤波和频率上转换)相应的符号流以生成上行链路信号。收发器前端254还可以将上行链路信号路由到nut,m个天线的一个天线，以便经由例如射频(rf)开关发射分集。控制器280可以控制在收发器前端254内的路由。存储器282可以储存用于用户终端120的数据和程序代码，并且存储器282可以与控制器280接口。

数目nup个用户终端120可以被调度以便在上行链路上同时传输。这些用户终端的每个用户终端在上行链路上将其经处理的信号流的集合发射给访问点。

在访问点110处，nap个天线224a到224ap接收来自所有nup个用户终端发射在上行链路上的上行链路信号。针对接收分集，收发器前端222可以选择从天线224的一个天线接收到的信号以便处理。从多个天线224接收的信号可以被组合以增强接收分集。访问点的收发器前端222还执行与用户终端的收发器前端254执行的处理互补的处理，并且提供经恢复的上行链路数据符号流。经恢复的上行链路数据符号流是由用户终端发射的数据符号流{sup}的估测。rx数据处理器242根据用于获取解码数据的速率来处理(例如，解调、解交织和解码)经恢复的上行链路数据符号流。用于每个用户终端的解码数据可以被提供给数据接收器244以便储存和/或控制器230以便进一步处理。在某些方面中，访问点110的收发器前端(tx/rx)222和/或用户终端120的收发器前端254可以包括用于分配或组合功率的电路，如本文中更详细地描述的。

在下行链路上，在访问点110处，tx数据处理器210从数据源208接收预定用于下行链路传输的ndn个用户终端的业务数据，从控制器230接收控制数据，并且可能从调度器234接收其他数据。各种类型的数据可以在不同的传输信道上发送。tx数据处理器210基于针对该用户终端选择的速率来处理(例如，编码、交织和调制)用于每个用户终端的业务数据。tx数据处理器210可以提供待从nap个天线的一个天线发射的、用于ndn个用户终端的一个或多个用户终端的下行链路数据符号流。收发器前端222接收并且处理(例如，转换为模拟、放大、滤波和频率上转换)符号流以生成下行链路信号。例如，收发器前端222还可以将下行链路信号路由到nap个天线224的一个或多个天线，以便经由rf开关发射分集。控制器230可以控制在收发器前端222内的路由。存储器232可以储存用于访问点110的数据和程序代码，并且存储器232可以与控制器230接口。

在每个用户终端120处，nut,m个天线252从访问点110接收下行链路信号。针对在用户终端120处的接收分集，收发器前端254可以选择从天线252的一个天线接收的信号以便处理。从多个天线252接收的信号可以被组合以便增强接收分集。用户终端的收发器前端254还执行与由访问点的收发器前端222执行的处理互补的处理，以及提供经恢复的下行链路数据符号流。rx数据处理器270处理(例如，解调、解交织和解码)经恢复的下行链路数据符号流，以获得用于用户终端的经解码数据。

图3是示例收发器前端300(诸如在图2中的收发器前端222、254)的框图，在其中可以实践本公开的方面。收发器前端300包括用于经由一个或多个天线发射信号的发射(tx)路径302(也称为发射链)和用于经由天线接收信号的接收(rx)路径304(也称为接收链)。当tx路径302和rx路径304共享天线303时，路径可以经由接口306与天线连接，接口306可以包括各种合适的rf设备的任何rf设备(诸如双工器(duplexer)、开关、双讯器(diplexer)等)。在某些方面中，如本文中更详细描述的，接口306可以包括用于分配或组合功率的电路。例如，接口306可以被耦合到多个天线，并且接口306可以包括用于分配或组合功率以便分配待经由多个天线发射的信号、或者组合经由多个天线接收的信号的功率的电路。

从数模转换器(dac)308接收同相(i)或正交(q)基带模拟信号时，tx路径302可以包括基带滤波器(bbf)310、混频器312、驱动器放大器(da)314和功率放大器(pa)316。bbf310、混频器312和da314可以被包括在射频集成电路(rfic)中，而pa316可以在rfic外部。bbf310滤波从dac308接收的基带信号，并且混频器312将经滤波的基带信号与发射本地振荡器(lo)信号混合，以将感兴趣的基带信号转换到不同的频率(例如，从基带上转换到rf)。该频率转换处理产生lo频率和感兴趣信号的频率的和频和差频。和频和差频被称为拍频。拍频通常在rf范围中，使得由混频器312输出的信号通常是rf信号，其在由天线303传输之前可以由da314和/或pa316放大。

rx路径304包括低噪声放大器(lna)322、混频器324和基带滤波器(bbf)326。lna322、混频器324和bbf326可以被包括在射频集成电路(rfic)中，rfic可以是也可以不是包括tx路径部件的相同rfic。经由天线303接收的rf信号可由lna322放大，并且混频器324将经放大的rf信号与接收的本地振荡器(lo)信号混合以将感兴趣的rf信号转换到不同的基带频率(即，下转换)。由混频器324输出的基带信号在由模数转换器(adc)328转换到用于数字信号处理的数字i或q信号之前可以由bbf326滤波。

虽然将lo的输出在频率中保持稳定是被期望的，但是将lo调谐到不同的频率通常需要使用可变频率振荡器，这涉及到在稳定性和可调谐性之间的折衷。现有系统可以采用具有压控振荡器(vco)的频率合成器来生成具有特定调谐范围的稳定可调谐lo。因此，发射lo频率可以由tx频率合成器318产生，发射lo频率可以在与混频器312中的基带信号混合之前由放大器320缓冲或放大。类似地，接收lo频率可以由rx频率合成器330产生，接收lo频率可以在与混频器324中的rf信号混合之前由放大器332缓冲或放大。在图1至图3提供了一种作为示例应用的无线通信系统，在该应用中，可以实现本公开的某些方面以促进理解，同时，本文提供的某些方面可以被应用以在各种其它合适系统中的任何一个中组合/分配功率。

用于分配和/或组合功率的示例电路

现有通信收发器采用较宽的带宽和更高的频率来实施以实现高数据速率。收发器的一个重要部分是用于在接收或传输期间组合和/或分配宽带射频(rf)信号的电路系统。为了增强接收灵敏度和增加发射功率，期望低损耗的合并/分配。

在某些方面中，具有低插入损耗(例如，大约3db)的威尔金森功率分配器可以被用于窄带操作(例如，在相对较高的频率处)。针对宽带信号的分配/合并，电阻功率分配器可以被使用。与威尔金森功率分配器相比，电阻功率分配器具有更高的插入损耗(例如，约6db)。本公开的某些方面提供了允许将威尔金森功率分配器用于宽带信号的电路系统。

图4图示了根据本公开的某些方面的用于分配或组合功率的电路400。如图示的，电路400包括威尔金森功率分配器402，其具有三个端口(标记为“1”、“2”和“3”)和耦合在威尔金森功率分配器402的第一端口和第二端口之间的阻抗404。在某些方面中，阻抗404可以被实现为电阻元件。阻抗404使得第一端口和第二端口(例如，输出端口)能够阻抗匹配，并且提供在第一端口和第二端口之间的隔离。在一些情况下，威尔金森功率分配器402可以使用四分之一波长变换器来实现，该四分之一波长变换器可以包括四分之一波长线路或其他形式的传输线路，或者集总电路元件(例如，电感器或电容器)。

威尔金森功率分配器402被配置为在第三端口处分配信号的功率并且在第一端口和第二端口处生成信号，每个端口在第三端口处具有信号功率的一部分。例如，威尔金森功率分配器402可以将信号的功率分配以生成两个分隔的信号，以便经由分隔的天线传输。在一些情况下，威尔金森功率分配器402可以被用作功率组合器。例如，威尔金森功率分配器402被配置为组合在第一端口和第二端口接收的信号的功率，并且在第三端口处生成具有在第一端口和第二端口的信号的组合功率的信号。亦即，威尔金森功率分配器402将从多个天线接收的信号的功率组合以便由rf电路处理。

如上文所呈现的，威尔金森功率分配器可以用于相对较高频率处的窄带操作。电阻分配器可以用于宽带操作，但与威尔金森功率分配器相比具有更高的插入损耗。本公开的某些方面提供了可被配置为作为威尔金森功率分配器或电阻功率分配器操作的电路。例如，某些方面提供了耦合到威尔金森功率分配器的电阻元件和与每个电阻元件并联的旁路路径。旁路路径可以被配置为选择性地旁路电阻元件，允许电路被动态地配置为用于宽带操作的电阻功率分配器或用于窄带操作的威尔金森功率分配器。例如，旁路路径可以根据在电路的节点处的信号的频率内容而不同地操作。例如，当信号的频率分量相对较高时，电阻元件可以被旁路，并且电流通过旁路路径被路由，因此有效地将电路配置为用于该频率分量的威尔金森功率分配器。备选地，当信号的频率分量相对较低时，电阻元件不被旁路，从而有效地将电路配置为用于该频率分量的电阻功率分配器。

在某些方面中，如在图4中图示的，可以使用电容元件来实现旁路路径。例如，电路400包括允许威尔金森功率分配器用于宽带操作的阻容(rc)电路。例如，如图示的，rc电路406a、406b和406c(统称为“rc电路406”)可以分别耦合到威尔金森功率分配器的第一端口、第二端口和第三端口。rc电路406的每个rc电路406包括电阻元件410a、410b或410c(统称为“电阻元件410”)，并且包括具有电容元件412a、412b或412c(统称为“电容元件412”)的旁路路径。在某些方面中，例如，rc电路406a和406b的每个电容元件412可以具有10pf的电容，并且rc电路406c的电容元件412c可以具有1pf的电容。

电容元件412用作高通滤波器，并且在通过相对高频的信号(例如，大于8.4ghz)时阻断(或至少衰减)相对低频的信号。因此，rc电路406的电容元件412对于相对低频的信号(例如，小于1.5ghz)具有高阻抗(例如，通过基本上表现为开路来限制电流流动)，因此，在端口408a和408b处接收(或在端口408c处接收)的信号的相对低频的分量通过rc电路406的电阻元件。此外，rc电路406的电容元件412相对于高频的信号具有相对较低的阻抗(例如，通过基本上表现为短路来允许电流流动)，因此，在端口408a和408b处接收(或在端口408c处接收)的信号的相对高频的分量通过rc电路406的电容元件。换言之，电容元件412相对于在端口408a和408b处接收(或在端口408c处接收)的信号的相对高频分量旁路电阻元件410。

在这样的方式中，电路400作为用于信号的相对高频分量的威尔金森功率分配器操作，并且作为用于信号的相对低频分量的电阻功率分配器操作，与仅使用电阻分配器相比，允许电路400被用于减少插入损耗的宽带信号。虽然电路400图示了单个功率分配器电路以促进理解，但是多个功率分配器可以被耦合在一起以分割和/或组合信号。在某些方面中，电路400可以被用于宽带毫米波(mmwave)通信。例如，电路400可以被实现为向天线阵列提供功率或从天线阵列接收功率，天线阵列可以被用于mmwave波束成形应用。例如，电路400可以被使用以分配从发射路径接收的功率，以及将被分配的功率提供给用于传输的天线阵列的多个天线。

图5a和图5b根据本公开的某些方面图示了具有第一层502和第二层504的电路板。如图示的，电阻元件506a(例如，对应于电阻元件410a)和电容元件506b(例如，对应于电容元件412a)可以被耦合在节点504a和504b之间以创建rc电路406a。rc电路406b和406c可以在与如图示的方式类似的方式中实现。

威尔金森功率分配器402的第一端口、第二端口和第三端口被耦合到rc电路406，每个rc电路406在第二层504(例如，电接地层)上具有被实现为与其相邻的接地切口，以减少对电接地的电容耦合，否则将减少本文所述的宽带威尔金森功率分配器的rf性能。例如，第二层504可以是布置在第一层之下的电接地平面层。电接地平面可以是导电材料(例如金属)片。在某些方面中，第二层504(例如，导电材料片)可以具有被分别定位在rc电路406a、406b和406c下方的一个或多个切口510a、510b和510c(统称为“切口510”)。通过在rc电路406的相应一个rc电路的下方布置切口510，可以减少在rc电路406和电接地平面之间的寄生电容。

图6是图示根据本公开的某些方面的用于分配或组合功率的示例操作600的流程图。操作600可以由用于分配或组合功率的电路(诸如图4的电路400)来执行。

在框602处，操作600通过选择性地旁路第一电阻元件(例如，电阻元件410a)开始，第一电阻元件的第一端子被耦合到电路的第一端口以便分配或组合功率，并且第一电阻元件的第二端子被耦合到威尔金森功率分配器(例如威尔金森功率分配器402)的第一端口。在某些方面中，基于在电路的第一端口处或在威尔金森功率分配器的第一端口处的第一信号的第一频率，第一电阻元件被选择性地旁路。

在某些方面中，在框604处，操作600还包括选择性地旁路第二电阻元件(例如，电阻元件410b)。例如，第二电阻元件的第一端子可以被耦合到电路的第二端口，并且第二电阻元件的第二端子可以被耦合到威尔金森功率分配器的第二端口。在某些方面中，基于在电路的第二端口处或在威尔金森功率分配器的第二端口处的第二信号的第二频率，第二电阻元件被选择性地旁路。

在某些方面中，在框606处，操作600还包括选择性地旁路第三电阻元件(例如，电阻元件410c)。例如，第三电阻元件的第一端子可以被耦合到电路的第三端口，并且第三电阻元件的第二端子可以被耦合到威尔金森功率分配器的第三端口。在某些方面中，基于在电路的第三端口处或在威尔金森功率分配器的第三端口处的第三信号的第三频率，第三电阻元件被选择性地旁路。

在某些方面中，针对信号的第一频率范围，第一电阻元件不被旁路，并且电路被配置为作为电阻功率分配器操作。在某些方面中，针对高于第一频率范围的第二频率范围的信号，第一电阻元件被旁路，并且电路被配置为等效于威尔金森功分器来操作。在某些方面中，选择性地配置电路以使其针对具有在第一频率范围中的频率的信号作为电阻功率分配器来操作，并且选择性地配置电路以使其等效于用于具有在第二频率范围中的频率的信号的、不具有电阻功率分配器的威尔金森功率分配器操作，第二频率范围高于第一频率范围。

图7是根据本公开的某些方面被耦合到多个天线阵列704和706的示例收发器前端电路700的框图。例如，收发器前端电路700包括收发器702，其可以包括发射和接收路径(例如，如关于图3描述的tx路径302和rx路径304)，其可以通过如关于图4所描述的用于分配或组合功率的电路400耦合到天线阵列704和706。例如，在接收期间，由电路400可以组合从天线阵列704和706接收的信号。由电路400生成的组合信号可以被提供到收发器702的接收路径以便处理。在某些方面中，电路400可以是如关于图3所描述的接口306的一部分，电路400用于组合(或分割)经由多个天线接收(或待发送)的信号。

上述方法的各种操作可以通过能够执行对应功能的任何适当装置来执行。装置可以包括(一个或多个)各种硬件部件和/或模块，包括但不限于一个或多个电路。通常，在图中示出存在操作的地方，那些操作可以有具有类似编号的对应配对(counterpart)装置-加-功能部件。

如本文所使用的，术语“确定”涵盖各种各样的动作。例如，“确定”可包括算数、计算、处理、推导、调查、查找(例如，在表格、数据库或另一数据结构中查找)、确定等。此外，“确定”可以包括接收(例如，接收信息)、访问(例如，访问在存储器中的数据)等。此外，“确定”可以包括解决、选择、挑选、建立等。

如在本文中所使用的，提及项目列表中的“至少一个”的短语是指这些项目的任何组合，包括单个成员。例如，“a、b或c的至少一个”旨在涵盖：a、b、c、a-b、a-c、b-c和a-b-c，以及与多个相同元件(例如，a-a、a-a-a、a-a-b、a-a-c、a-b-b、a-c、a-c-c、b-b、b-b-b、b-b-c、c-c和c-c或a、b和c的任何其他次序)的任何组合。

结合本公开描述的各种说明性逻辑块、模块和电路可以利用被设计为执行本文所描述的功能的离散硬件部件来实现或执行。

本文公开的方法包括用于实现所述方法的一个或多个步骤或动作。方法步骤和/或动作可以彼此互换而不脱离权利要求的范围。换言之，除非指定了步骤或动作的特定顺序，否则可以在不脱离权利要求的范围的情况下修改特定步骤和/或动作的顺序和/或使用。

应当理解的是，权利要求不限于上述的精确配置和部件。在不脱离权利要求的范围的情况下，可以对上述方法和装置的布置、操作和细节进行各种修改、改变和变化。