本發(fā)明涉及通信系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其是一種基于耦合線的射頻前端。

背景技術(shù)：

1、功率放大器(pa，power?amplifier)是射頻收發(fā)機(jī)中的核心器件，其效率對(duì)整體功耗有很大的影響。在時(shí)分雙工(tdd，time?division?duplexing)通信系統(tǒng)及相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)中，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)工作在不同的時(shí)隙，共用同一副天線，這樣就要求使用單刀雙擲(spdt，single?pole?double?throw)開關(guān)作為收發(fā)開關(guān)，切換pa及低噪聲放大器(lna,lownoise?amplifier)與天線的連接。pa、lna及收發(fā)spdt開關(guān)構(gòu)成的電路被稱為射頻前端。傳統(tǒng)射頻前端的設(shè)計(jì)相對(duì)比較簡單，獨(dú)立完成pa、lna和spdt開關(guān)設(shè)計(jì)后，將三者連接起來即可。然而，spdt開關(guān)會(huì)引入額外的插入損耗，而且隨著頻率的升高其插損急劇增加，導(dǎo)致發(fā)射模式下pa的效率(下面簡稱發(fā)射效率)顯著下降。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)傳統(tǒng)射頻前端存在的發(fā)射效率惡化問題，本發(fā)明提出了一種基于耦合線的射頻前端，并通過移除發(fā)射支路的開關(guān)顯著了改善發(fā)射效率。

2、一種基于耦合線的射頻前端，包括發(fā)射支路和接收支路，所述發(fā)射支路包括一差分功率放大器、第一耦合線和第二耦合線，所述差分功率放大器包括第一晶體管和第二晶體管，所述第一晶體管的輸出端連接所述第一耦合線，所述第二晶體管的輸出端連接所述第二耦合線，所述第一耦合線后連接天線，所述第一耦合線和所述第二耦合線連接；所述接收支路包括低噪聲放大器和收發(fā)開關(guān)，所述第二耦合線與所述收發(fā)開關(guān)連接。

3、進(jìn)一步的，所述第一晶體管和所述第二晶體管為場效應(yīng)管或雙極型晶體管。

4、進(jìn)一步的，所述差分功率放大器的第一晶體管和第二晶體管的漏極分別連接一寄生電容，所述寄生電容的另一端接地；所述第一晶體管和所述第二晶體管的源極均接地。

5、更進(jìn)一步的，所述第一耦合線包括相互耦合的第一傳輸線和第二傳輸線，所述第一晶體管的漏極連接所述第一傳輸線，所述第一傳輸線的另一端接地；所述第二傳輸線一端連接所述第二耦合線，另一端連接所述天線，在天線和第二傳輸線之間還設(shè)有一負(fù)載電容cl，所述負(fù)載電容cl的另一端接地。

6、更進(jìn)一步的，所述第二耦合線包括相互耦合的第三傳輸線和第四傳輸線，所述第二晶體管的漏極連接所述第三傳輸線，所述第三傳輸線的另一端接地；所述第四傳輸線一端連接所述第二傳輸線，另一端連接所述收發(fā)開關(guān)。

7、優(yōu)選的，所述收發(fā)開關(guān)包括開關(guān)和與其并聯(lián)的寄生電容。

8、優(yōu)選的，所述收發(fā)開關(guān)連接所述低噪聲放大器的輸入端。

9、所述射頻前端被設(shè)置為，在發(fā)射模式下，所述收發(fā)開關(guān)閉合，所述低噪聲放大器關(guān)閉，所述第一耦合線、第二耦合線和差分功率放大器中晶體管的輸出寄生電容，以及負(fù)載電容cl構(gòu)成耦合線巴倫，天線阻抗zant被所述耦合線巴倫轉(zhuǎn)換為第一晶體管和第二晶體管的最佳負(fù)載阻抗ropt。

10、所述射頻前端被設(shè)置為，在接收模式下，所述收發(fā)開關(guān)斷開，所述差分功率放大器關(guān)閉，所述第一晶體管和所述第二晶體管的輸出阻抗呈現(xiàn)短路，所述第一耦合線、第二耦合線、開關(guān)的寄生電容和負(fù)載電容cl組成電容加載傳輸線。

11、進(jìn)一步的，所述第一晶體管和第二晶體管的輸出阻抗呈現(xiàn)短路通過關(guān)閉漏壓并提高柵壓實(shí)現(xiàn)。

12、與傳統(tǒng)射頻前端相比，本發(fā)明提出的基于耦合線的射頻前端結(jié)構(gòu)具有明顯的優(yōu)勢(shì)。首先，通過移除發(fā)射開關(guān)降低了發(fā)射損耗，進(jìn)而可以顯著改善發(fā)射效率。其次，耦合線巴倫可以充分吸收晶體管的寄生參數(shù)，并且提供阻抗變換功能，因此可以避免使用額外的pa輸出網(wǎng)絡(luò)，有助于pa效率的進(jìn)一步改善。最后，耦合線具有寬帶、低損耗、尺寸緊湊的優(yōu)勢(shì)，能夠提升射頻前端的綜合性能，在tdd通信系統(tǒng)及相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)中具有很好的應(yīng)用前景。

技術(shù)特征：

1.一種基于耦合線的射頻前端，包括發(fā)射支路和接收支路，其特征在于，所述發(fā)射支路包括一差分功率放大器、第一耦合線和第二耦合線，所述差分功率放大器包括第一晶體管和第二晶體管，所述第一晶體管的輸出端連接所述第一耦合線，所述第二晶體管的輸出端連接所述第二耦合線，所述第一耦合線后連接天線，所述第一耦合線和所述第二耦合線連接；所述接收支路包括低噪聲放大器和收發(fā)開關(guān)，所述第二耦合線與所述收發(fā)開關(guān)連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的射頻前端，其特征在于，所述第一晶體管和所述第二晶體管為場效應(yīng)管或雙極型晶體管。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的射頻前端，其特征在于，所述差分功率放大器的第一晶體管和第二晶體管的漏極分別連接一寄生電容，所述寄生電容的另一端接地；所述第一晶體管和所述第二晶體管的源極均接地。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的射頻前端，其特征在于，所述第一耦合線包括相互耦合的第一傳輸線和第二傳輸線，所述第一晶體管的漏極連接所述第一傳輸線，所述第一傳輸線的另一端接地；所述第二傳輸線一端連接所述第二耦合線，另一端連接所述天線，在天線和第二傳輸線之間還設(shè)有一負(fù)載電容cl，所述負(fù)載電容cl的另一端接地。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的射頻前端，其特征在于，所述第二耦合線包括相互耦合的第三傳輸線和第四傳輸線，所述第二晶體管的漏極連接所述第三傳輸線，所述第三傳輸線的另一端接地；所述第四傳輸線一端連接所述第二傳輸線，另一端連接所述收發(fā)開關(guān)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的射頻前端，其特征在于，所述收發(fā)開關(guān)包括開關(guān)和與其并聯(lián)的寄生電容。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的射頻前端，其特征在于，所述收發(fā)開關(guān)連接所述低噪聲放大器的輸入端。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的射頻前端，其特征在于，所述射頻前端被設(shè)置為，在發(fā)射模式下，所述收發(fā)開關(guān)閉合，所述低噪聲放大器關(guān)閉，所述第一耦合線、第二耦合線和差分功率放大器中晶體管的輸出寄生電容，以及負(fù)載電容cl構(gòu)成耦合線巴倫，天線阻抗zant被所述耦合線巴倫轉(zhuǎn)換為第一晶體管和第二晶體管的最佳負(fù)載阻抗ropt。

9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的射頻前端，其特征在于，所述射頻前端被設(shè)置為，在接收模式下，所述收發(fā)開關(guān)斷開，所述差分功率放大器關(guān)閉，所述第一晶體管和所述第二晶體管的輸出阻抗呈現(xiàn)短路，所述第一耦合線、第二耦合線、開關(guān)的寄生電容和負(fù)載電容cl組成電容加載傳輸線。

10.根據(jù)根據(jù)權(quán)利要求9所述的射頻前端，其特征在于，所述第一晶體管和第二晶體管的輸出阻抗呈現(xiàn)短路通過關(guān)閉漏壓并提高柵壓實(shí)現(xiàn)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開一種基于耦合線的射頻前端，包括發(fā)射支路和接收支路，發(fā)射支路包括一差分功率放大器、第一耦合線和第二耦合線，差分功率放大器包括第一晶體管和第二晶體管，第一晶體管的輸出端連接第一耦合線，第二晶體管的輸出端連接第二耦合線，第一耦合線后連接天線，第一耦合線和第二耦合線連接；接收支路包括低噪聲放大器和收發(fā)開關(guān)，第二耦合線與收發(fā)開關(guān)連接。本發(fā)明通過移除發(fā)射開關(guān)降低了發(fā)射損耗，進(jìn)而可以顯著改善發(fā)射效率。其次，耦合線巴倫充分吸收晶體管的寄生參數(shù)，并且提供阻抗變換功能，因此可以避免使用額外的PA輸出網(wǎng)絡(luò)，有助于PA效率的進(jìn)一步改善。

技術(shù)研發(fā)人員：呂關(guān)勝
受保護(hù)的技術(shù)使用者：優(yōu)鎵科技（蘇州）有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/24