本申請公開了一種射頻發(fā)射電路，包括射頻發(fā)射機(jī)、天線開關(guān)和天線。在天線開關(guān)和天線之間設(shè)置有雙向耦合器和天線調(diào)諧器。所述雙向耦合器包括一個定向耦合器和一個開關(guān)，并由開關(guān)切換對正向或反向傳輸功率的檢測。所述定向耦合器采用多段相連的耦合線，分別位于主信號線的上方、下方、外側(cè)、內(nèi)側(cè)的任意一個或多個位置。所述雙向耦合器既用來檢測發(fā)射功率，也用來檢測反射功率，并將檢測值輸出給射頻發(fā)射機(jī)。所述射頻發(fā)射機(jī)既用來校準(zhǔn)發(fā)射功率，也用來調(diào)節(jié)天線輸入阻抗以實(shí)現(xiàn)天線阻抗匹配。本申請還公開了一種雙向耦合器，結(jié)構(gòu)簡單、體積小、成本低、易于與集成電路制造工藝集成。本申請還公開了一種定向耦合器，耦合度高、插入損耗低。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本申請涉及一種射頻發(fā)射電路、組成所述射頻發(fā)射電路的雙向耦合器、組成所述雙向耦合器的定向耦合器。
技術(shù)介紹
請參閱圖1，這是手機(jī)等移動終端中現(xiàn)有的射頻收發(fā)電路的簡化示意圖，可以拆分為圖1a所示的射頻發(fā)射電路和圖1b所示的射頻接收電路。其中，射頻收發(fā)機(jī)(transceiver)11可以替換為獨(dú)立的射頻發(fā)射機(jī)(transmitter)11a與射頻接收機(jī)(receiver)11b，射頻發(fā)射機(jī)11a與射頻接收機(jī)11b的組合也可替換為射頻收發(fā)機(jī)11。
請參閱圖1a，射頻發(fā)射電路的信號走向?yàn)椋荷漕l發(fā)射機(jī)11a輸出經(jīng)調(diào)制射頻信號，經(jīng)過發(fā)射通道元件13進(jìn)行濾波和放大后得到經(jīng)放大射頻信號，天線開關(guān)15將發(fā)射通道連接到天線17，經(jīng)放大射頻信號就通過天線17對外發(fā)射。其中，發(fā)射通道元件13例如包括射頻功率放大器、濾波器、雙工器(Duplexer)等，主要用于對射頻信號進(jìn)行放大、濾波、對頻分雙工(FDD)系統(tǒng)進(jìn)行雙工切換等。
請參閱圖1b，射頻接收電路的信號走向?yàn)椋禾炀€17接收射頻信號，天線開關(guān)15將天線17連接到接收通道，接收的射頻信號經(jīng)過接收通道元件19進(jìn)行濾波和放大后，輸入到射頻接收機(jī)11b。其中，接收通道元件19例如包括濾波器、低噪聲放大器(LNA)、雙工器等，主要用于對射頻信號進(jìn)行濾波、放大、對頻分雙工系統(tǒng)進(jìn)行雙工切換等。
阻抗匹配(impedancematching)是指設(shè)計(jì)負(fù)載的輸入阻抗(inputimpedance)和/或設(shè)計(jì)信號源的輸出阻抗(outputimpedance，也稱內(nèi)阻，internalimpedance)，以使信號源到負(fù)載的功率傳輸最大化和/或使負(fù)載端的信號反射最小化。射頻信號在電纜中傳輸時必須考慮其“電磁波”的特性，因此適用于傳輸線(transmissionlines)模型，這要求傳輸線兩端元件的阻抗都與傳輸線的特性阻抗(characteristicimpedance，或surgeimpedance)相匹配。用于傳輸射頻信號的傳輸線通常選用同軸電纜(coax)，其特性阻抗通常為50歐姆，此時就要求信號源的輸出阻抗和負(fù)載的輸入阻抗均為50歐姆以實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。
使用手機(jī)等移動終端進(jìn)行通訊時，外部環(huán)境的變化會影響手機(jī)通信質(zhì)量。例如，當(dāng)移動終端的外殼被使用者的手握持時、或者當(dāng)移動終端處于樓宇、電梯轎廂、車輛中時，周邊的人體或物體就會改變移動終端的天線的輸入阻抗，這使得負(fù)載端(天線)出現(xiàn)反射波，進(jìn)而使得信號源(射頻發(fā)射機(jī))與負(fù)載之間進(jìn)行功率傳輸時出現(xiàn)較大的功率損耗。
為克服周邊環(huán)境造成的移動終端的天線阻抗失配，已有一些技術(shù)方案被提出。
申請公布號CN103546188A、申請公布日2014年1月29日的中國專利技術(shù)專利申請公開了一種自調(diào)諧天線的無線移動終端，在射頻收發(fā)芯片與天線之間設(shè)置了自適應(yīng)調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)和定向耦合器(directionalcoupler)。由處理器讀取定向耦合器的耦合端的回波損耗值并與預(yù)設(shè)范圍進(jìn)行比較，當(dāng)讀取的回波損耗值不在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，則通過自適應(yīng)調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)來調(diào)節(jié)天線的輸入阻抗以實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。該方案并未給出定向耦合器的具體實(shí)現(xiàn)方式，可理解為采用現(xiàn)有的定向耦合器實(shí)現(xiàn)方式。
申請公布號CN104081672A、申請公布日2014年10月1日的中國專利技術(shù)專利申請公開了一種組合的定向耦合器和阻抗匹配電路。其中的定向耦合器既用來檢測信號源輸入的射頻信號功率，也用來檢測負(fù)載反射的射頻信號功率。但是該方案并未使用檢測的反射信號來調(diào)節(jié)阻抗匹配電路。該方案公開了定向耦合器的多種實(shí)現(xiàn)方式，均由電感、電容以及可選的電阻實(shí)現(xiàn)，并特別強(qiáng)調(diào)定向耦合器與阻抗匹配電路至少共享一個電感。
授權(quán)公告號CN102739265B、授權(quán)公告日2015年4月8日的中國專利技術(shù)專利公開了一種改進(jìn)天線匹配的裝置，在發(fā)射路徑與天線之間設(shè)置了分析電路和天線調(diào)諧器。所述分析電路包括雙向定向耦合器(dualdirectionalcoupler)，用來測量向前傳播的波和反射的波。該方案是由分析電路來確定發(fā)射路徑與天線之間的阻抗失配，并以此來調(diào)節(jié)天線調(diào)諧器以限制阻抗失配。該方案并未給出定向耦合器的具體實(shí)現(xiàn)方式，可理解為采用現(xiàn)有的定向耦合器實(shí)現(xiàn)方式。
授權(quán)公告號CN204681375U、授權(quán)公告日2015年9月30日的中國技術(shù)專利公開了一種射頻前端電路，在射頻電路和天線匹配電路之間設(shè)置了定向耦合器。當(dāng)射頻電路通過天線發(fā)射信號時，定向耦合器將天線所產(chǎn)生的反射信號耦合到功率檢測電路中。處理器通過檢測發(fā)射信號的反射功率，從而判斷射頻電路與天線之間的阻抗匹配度，并可進(jìn)一步通過天線匹配電路來調(diào)整天線阻抗。該方案并未給出定向耦合器的具體實(shí)現(xiàn)方式，可理解為采用現(xiàn)有的定向耦合器實(shí)現(xiàn)方式。
以上四種現(xiàn)有的射頻發(fā)射電路均采用了定向耦合器進(jìn)行單向或雙向的信號檢測。
定向耦合器是一種四端口的電路元件，常用于射頻或微波頻帶對信號取樣，可由微帶(microstrip)、帶狀線(stripline)、同軸電纜或波導(dǎo)(waveguide)實(shí)現(xiàn)。定向耦合器的四個端口分別被稱為輸入(input)端、直通(through)端、耦合(coupled)端和隔離(isolated)端。其中的隔離端通常不連接外部電路，隔離端有時也隱藏在元件內(nèi)部而使元件對外表現(xiàn)為三端口。定向耦合器的定向性表現(xiàn)在：當(dāng)入射信號(incidentsignal)進(jìn)入定向耦合器的輸入端，大部分信號從直通端離開，一定比例的信號出現(xiàn)在耦合端，隔離端無信號。定向耦合器具有雙向性(Bi-directionalproperty)，即當(dāng)輸入端和直通端互換，則耦合端和隔離端互換。當(dāng)入射信號進(jìn)入定向耦合器的直通端，大部分信號從輸入端離開，一定比例的信號出現(xiàn)在隔離端，耦合端無信號。
定向耦合器可以是前向耦合器(forwardcoupler)或反向耦合器(backwardcoupler，reversecoupler)。
請參閱圖2，這是前向耦合器的示意圖。當(dāng)信號從輸入端進(jìn)入從直通端離開，信號就在主信號線中傳播，通過耦合機(jī)制在耦合線中形成與原信號具有相同傳播方向的耦合信號。大多數(shù)波導(dǎo)耦合器都是前向耦合器。
請參閱圖3，這是反向耦合器的示意圖。當(dāng)信號從輸入端進(jìn)入從直通端離開，信號就在主信號線中傳播，通過耦合機(jī)制在耦合線中形成與原信號具有相反傳播方向的耦合信號。微帶或帶狀線耦合器都是反向耦合器。
現(xiàn)有的雙向耦合器(即雙向定向耦合器)通常是兩個定向耦合器以相反的方向疊加而成。請參閱圖4，這是由兩個反向耦合器以相反方向疊加構(gòu)成一個雙向耦合器的示例，當(dāng)然也可由兩個前向耦合器以相反方向疊加構(gòu)成一個雙向耦合器。雙向耦合器是一種六端口的電路元件，其中兩個定向耦合器的隔離端通常不連接外部電路，這兩個隔離端有時也隱藏在元件內(nèi)部而使元件對外表現(xiàn)為四端口。
圖4中的兩個反向耦合器共用主信號線。當(dāng)信號在主信號線中前向傳輸(從輸入端進(jìn)入從直通端離開)時，通過耦合機(jī)制在耦合線一與耦合線二中均形成耦合信號。耦合線一中的耦合信號可在耦合端一讀取。耦合線二中的耦合信號可在隔離端二讀取，由于隔離端二不連接外部電路，因此耦合線二中的耦合信號不被使用。當(dāng)信號在主信號線中反向傳輸(從直通端進(jìn)入從輸入端離開)時，通過耦合機(jī)制在耦合本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種射頻發(fā)射電路，包括射頻發(fā)射機(jī)、天線開關(guān)和天線；其特征是，在天線開關(guān)和天線之間設(shè)置有雙向耦合器和天線調(diào)諧器；所述雙向耦合器包括一個定向耦合器和一個開關(guān)，并由開關(guān)切換對正向或反向傳輸功率的檢測；所述定向耦合器采用多段相連的耦合線，分別位于主信號線的上方、下方、外側(cè)、內(nèi)側(cè)的任意一個或多個位置；所述雙向耦合器既用來檢測從射頻發(fā)射機(jī)往天線方向的發(fā)射功率，也用來檢測天線所產(chǎn)生的反射功率，并將檢測值輸出給射頻發(fā)射機(jī)；所述射頻發(fā)射機(jī)一方面比較雙向耦合器測量的發(fā)射功率值與自身輸出的發(fā)射功率值的偏差，并以此來校準(zhǔn)調(diào)節(jié)自身輸出的發(fā)射功率值；另一方面根據(jù)雙向耦合器測量的反射功率值判斷天線是否阻抗匹配，并在天線阻抗失配時通過調(diào)節(jié)天線調(diào)諧器的阻抗實(shí)現(xiàn)天線阻抗匹配。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種射頻發(fā)射電路，包括射頻發(fā)射機(jī)、天線開關(guān)和天線；其特征是，在天線開關(guān)和
天線之間設(shè)置有雙向耦合器和天線調(diào)諧器；
所述雙向耦合器包括一個定向耦合器和一個開關(guān)，并由開關(guān)切換對正向或反向傳輸功率
的檢測；所述定向耦合器采用多段相連的耦合線，分別位于主信號線的上方、下方、外側(cè)、
內(nèi)側(cè)的任意一個或多個位置；所述雙向耦合器既用來檢測從射頻發(fā)射機(jī)往天線方向的發(fā)射功
率，也用來檢測天線所產(chǎn)生的反射功率，并將檢測值輸出給射頻發(fā)射機(jī)；
所述射頻發(fā)射機(jī)一方面比較雙向耦合器測量的發(fā)射功率值與自身輸出的發(fā)射功率值的
偏差，并以此來校準(zhǔn)調(diào)節(jié)自身輸出的發(fā)射功率值；另一方面根據(jù)雙向耦合器測量的反射功率
值判斷天線是否阻抗匹配，并在天線阻抗失配時通過調(diào)節(jié)天線調(diào)諧器的阻抗實(shí)現(xiàn)天線阻抗匹
配。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的射頻發(fā)射電路，其特征是，所述雙向耦合器與天線開關(guān)集成
在同一芯片中，且該芯片制造在絕緣體上硅晶圓上。
3.一種雙向耦合器，其特征是，所述雙向耦合器包括一個定向耦合器和一個開關(guān)；所
述定向耦合器采用多段相連的耦合線，分別位于主信號線的上方、下方、外側(cè)、內(nèi)側(cè)的任意
一個或多個位置；所述開關(guān)至少具有兩種閉合狀態(tài)，這兩種閉合狀態(tài)分別用來對正向和反向
傳輸功率的檢測。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙向耦合器，其特征是，所述定向耦合器大致呈環(huán)形，其中
的主信號線、多段相連的耦合端的每一段均大致呈環(huán)形。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙向耦合器，其特征是，所述雙向耦合器包括一個定向耦合
器和一個兩刀四擲開關(guān)；
所述定向耦合器包括兩段環(huán)形的傳輸線，其中耦合線是相連的多段且位于主信號線的上
方、下方、外側(cè)、內(nèi)側(cè)的任意一個或多個位置；主信號線的兩端作為定向耦合器的輸入端和
直通端，耦合線的兩端作為定向耦合器的隔離端和耦合端；
所述兩刀四擲開關(guān)用來將定向耦合器的隔離端和耦合端連接到終止端和耦合輸出端，具
有兩種閉合狀態(tài)：
閉合狀態(tài)一是將定向耦合器的隔離端、耦合端分別連接耦合輸出端、終止端；
閉合狀態(tài)二是將定向耦合器的隔離端、耦合端分別連接終止端、耦合輸出端；
所...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李嘯麟，韓克武，張旭光，賈斌，
申請(專利權(quán))人：銳迪科微電子上海有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：上海;31
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