CN101834332A - 一种耦合器和功放系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种耦合器及功放系统。所述耦合器的主信号线为阻抗变换线。所述功放系统包括，功放模块和耦合器，所述耦合器的主信号线为阻抗变换线，所述耦合器通过所述主信号线与所述功放模块相连接，用于对所述功放模块输出的大功率信号进行耦合，将所述功放模块的输出阻抗变换为系统所需要的预先设定的阻抗。本发明实施例的耦合器同时具有阻抗变换和功率耦合功能，能应用于同时需要阻抗变换和耦合功率的系统，能减少系统的布线空间，较少系统的链路插入损耗。

Description

一种耦合器和功放系统

技术领域

本发明涉及通信领域，特别涉及一种耦合器和功放系统。

背景技术

随着通信行业竞争的加剧，低成本、高性能、小型化的产品解决方案越来越成为占据市场先机、盈利的必然趋势。随着移动通信的发展，耦合器广泛应用在射频、微波系统中，进行信号功率分配合成、功率取样与检测等作用。一个典型的耦合器实际就是在特定的频率范围内将输入信号分成功率成特定比例的两个输出信号的四端口网络，同样，反过来使用就有功率合成的效果。耦合器的种类非常多，各有其特点，最常见的就是平行线耦合器

而现今的很多功放系统经常需要同时用到阻抗变换器，阻抗变换器是将输出端的负载阻抗变换为所需的输入端阻抗的一种装置，用来实现负载阻抗与传输线或两段不同特性阻抗变换线之间的阻抗匹配。

现有技术中还没有具有阻抗变化功能的耦合器，当同时需要阻抗变换和耦合功率时，都是将耦合器和阻抗变换器串联起来，这样就会造成很长的布线链路，浪费布线空间，增大了链路的插入损耗。

发明内容

本发明实施例提供一种耦合器和功放系统，将阻抗变换和信号功率耦合结合起来，使耦合器具有阻抗变换功能，减小了布线空间，减小了链路的插入损耗。

本发明一个实施例提供一种耦合器，包括：

主信号线和耦合信号线，所述主信号线和所述耦合信号线在同一电路板表面上，所述主信号线为阻抗变换线。

本发明一个实施例提供一种功放系统，包括：

功放模块和耦合器，所述功放模块用于将输入信号的功率进行放大，输出大功率信号；所述耦合器包括主信号线和耦合信号线，所述主信号线和所述耦合信号线在同一电路板表面上，所述主信号线为阻抗变换线，所述耦合器通过所述主信号线与所述功放模块相连接。

本发明实施例通过以上技术方案，通过将阻抗变换线作为耦合器的主信号线，使耦合器具有阻抗变换功能，减小了系统的布线空间，减小了链路的插入损耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1本发明实施例提供的耦合器基本原理图；

图2本发明实施例提供的耦合器结构示意图；

图3本发明实施例提供的耦合器结构示意图；

图4本发明实施例提供的耦合器结构示意图；

图5本发明实施例提供的耦合器结构示意图；

图6本发明实施例提供的耦合器结构示意图；

图7本发明实施例提供的功放系统结构示意图；

图8本发明实施例提供的功放系统结构示意图；

图9本发明实施例提供的功放系统结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本领域普通技术人员更好的理解本发明，本发明实施例首先介绍一下耦合器的基本原理。图1是本发明实施例提供的耦合器基本原理示意图。如图1所示，常规的耦合器由互相靠近的主信号线和耦合信号线组成。主信号线有两个端口，输入端和输出端；耦合信号线也有两个端口，耦合端和隔离端。

当从输入端输入信号到主信号线时，由于电磁感应现象，耦合信号线上会产生相应的耦合信号，从耦合端和隔离端输出。由于主信号线和耦合信号线之间存在的分布参数，即互电感和互电容，所以主信号线和耦合信号线之间存在两种耦合机制，通过分布电容耦合的是电场，通过分布电感耦合的是磁场。

在图1中，如果从主信号线输入端输入电流，则通过互电容耦合的电流，会在耦合信号线上沿导体路径走，没有方向。互容耦合电流即向耦合端走，也向隔离端走，如图1虚线所示。但是，通过互电感耦合的电流，由于同名端相同，所以互感耦合电路方向很明确，就是从隔离端向耦合端走，如图1实线所示。

如图2所示，基于本发明是实施例中图1提供的耦合器原理，本发明实施例提供一种耦合器10，包括耦合信号线110和主信号线120，耦合信号线110和主信号线120在同一电路板的表面上。

如图2所示，耦合信号线110在本发明实施例中是一条具有弯折形状的耦合线，在本发明实施例中体现为形状的弯曲。可以理解的是，耦合信号线110在本实施例中是图2所示的形状的弯曲，在另一个实施例中也可以为其它形状的弯曲，比如将本实施例中矩形的弯曲改变为曲线性或者三角形的弯曲。

耦合信号线110包括两个端口，分别为耦合端111和隔离端112；主信号线120在本发明实施例中为阻抗变换线，具有阻抗变换的功能。主信号线120包括两个端口，输入端121和输出端122。主信号线120用于输入信号和将输入端121的负载阻抗变换为输出端122的负载阻抗。当从输入端121输入信号到主信号线120时，由于电磁感应现象，耦合信号线110上会产生相应的耦合信号，从耦合端111和隔离端112输出。

需要说明的是，本发明实施例中的主信号线120是阻抗变换线，在一个实施例中可以是低阻抗变换线，而在另一个实施例中也可以是高阻抗变换线。

本发明实施例中，耦合信号线形状的改变能提高耦合的方向性。常规的平行线耦合器的互容系数小于互感系数，方向性较差，通过对耦合信号线进行弯折等效于减小互感，使得互容系数接近等于互感系数，从而提高耦合的方向性。另外本发明实施例中的耦合器的主信号线为阻抗变换线，本发明实施例提供的耦合器即具有耦合功能又具有阻抗变换功能，可以应用于任意需要阻抗变换又需要耦合功率输出的系统和场景。

如图3所示，在另一个实施例中，在耦合器10中可以不对其耦合信号线210进行弯曲来改变其形状，而是在耦合信号线210靠近主信号线120的一侧加上耦合齿。耦合信号线210和主信号线120在同一电路板的表面上。

如图3所示，在本发明实施例中，耦合信号线210靠近主信号线120的一侧加有耦合齿。耦合信号线210包括两个端口，分别为耦合端211和隔离端212；主信号线120在本发明实施例中为阻抗变换线，具有阻抗变换的功能。主信号线120包括两个端口，输入端121和输出端122。主信号线120用于输入信号和将输入端121的负载阻抗变换为输出端122的负载阻抗。当从输入端121输入信号到主信号线120时，由于电磁感应现象，耦合信号线110上会产生相应的耦合信号，从耦合端111和隔离端112输出。

在本实施例中，耦合信号线210的耦合齿为矩形，可以理解的是，在另一个实施例中耦合信号线的耦合齿也可以为三角形，如图4所示，耦合信号线410靠近主信号线120的一侧加有三角形形状的耦合齿。

需要说明的是，本发明实施例中的主信号线120是阻抗变换线，在一个实施例中可以是低阻抗变换线，而在另一个实施例中也可以是高阻抗变换线。

本发明实施例中，在耦合信号线靠近主信号线的一侧加上耦合齿，能提高耦合的方向性。常规的平行线耦合器的互容系数小于互感系数，方向性较差，在耦合信号线加上耦合齿等效于增加了互容系数，使得互容系数接近等于互感系数。另外本发明实施例中的耦合器的主信号线为阻抗变换线，本发明实施例提供的耦合器即具有耦合功能又具有阻抗变换功能，可以应用于任意需要阻抗变换又需要耦合功率输出的系统和场景。

如图5所示，在另一个实施例中，可以在主信号线320上加上耦合齿。耦合信号线210靠近主信号线320的一侧加有耦合齿，同样的，主信号线320靠近耦合信号线210的一侧也加油耦合齿。主信号线320的耦合齿和耦合信号线210的耦合齿相吻合，也就是说，主信号线320的耦合齿中凸的部分对应耦合信号线210的耦合齿的凹的部分。耦合信号线210和主信号线320在同一电路板的表面上。

耦合信号线210包括两个端口，分别为耦合端211和隔离端212；主信号线120在本发明实施例中为阻抗变换线，具有阻抗变换的功能。主信号线320包括两个端口，输入端321和输出端322。主信号线320用于输入信号和将输入端321的负载阻抗变换为输出端322的负载阻抗。当从输入端321输入信号到主信号线320时，由于电磁感应现象，耦合信号线210上会产生相应的耦合信号，从耦合端211和隔离端212输出。

在本实施例中，耦合信号线210和主信号线320的耦合齿为矩形，可以理解的是，在另一个实施例中耦合信号线的耦合齿也可以为三角形，如图6所示，耦合信号线410和主信号线520互相靠近的一侧加有三角形形状的耦合齿。

需要说明的是，本发明实施例中的主信号线120是阻抗变换线，在一个实施例中可以是低阻抗变换线，而在另一个实施例中也可以是高阻抗变换线。

本发明实施例中，在耦合信号线靠近主信号线的一侧加上耦合齿，能提高耦合的方向性。常规的平行线耦合器的互容系数小于互感系数，方向性较差，在耦合信号线加上耦合齿等效于增加了互容系数，使得互容系数接近等于互感系数。另外本发明实施例中的耦合器的主信号线为阻抗变换线，本发明实施例提供的耦合器即具有耦合功能又具有阻抗变换功能，可以应用于任意需要阻抗变换又需要耦合功率输出的系统和场景。

图7是本发明实施例提供的现有的需要阻抗变换和功率耦合的功放系统结构示意图。如图7所示，以通信系统中的Doherty功放系统为例，在现有通信系统中Doherty功放系统的功放模块710中，一般有两个功放单元，主功放单元711和辅助功放单元712。

主功放单元711和辅助功放单元712，分别经过隔直流电容713和714后，主功放单元711先经过一段延迟线701后与辅助功放单元712合路，延迟线701用于对所述主功放单元711输出的信号进行相位补偿。

延迟线701的长度一般为四分之一波长，当然可以理解的是在另一实施例中也可以为八分之一波长，二分之一波长或者预先设定的其它长度，具体长度取决于，主功放单元711输出的信号相对于辅助功放单元712输出的信号的相位延迟情况，如果相位延迟为90度，则延长线701的长度就为四分之一波长，如果相位延迟为30度，则延长线701的长度为十二分之一波长，由于相位延迟一般为90度，所以延长线701一般为四分之一波长。所述波长为在一个周期内，电磁波在传输线上的传播距离。

主功放单元711通过延迟线701与辅助功放单元712合路后，通过一段低阻抗变换线700，将功放模块710的输出阻抗变换到一个系统所需要的阻抗值，这个阻抗值为预先设定的，在一个实施例中这个值可以为50Ohm，在另一个实施例中也可以为40Ohm、30Ohm或者其它的值，本发明实施例仅以50Ohm为例进行说明。这段低阻抗变换线700在图7中为功放单元710与现有耦合器720中的加粗的黑线所示。需要说明的是低阻抗变换线700是指这段阻抗变换线的阻抗小于或者等于50Ohm，在一个实施例中50Ohm这个值允许有个正负10％的范围波动。

可以理解的是阻抗变换线700的长度在一个实施例中为四分之一波长，该波长为在一个周期内，电磁波在传输线上的传播距离。在另一个实施例中还可以为小于四分之一波长，如八分之一波长，十二分之一波长等，但是为了达到更好的效果，阻抗变换线700的长度一般为四分之一波长。

经过功放单元710放大后的大功率信号由于电平太高，直接测量就会击穿烧毁电子测量仪器或检波器，接入设备在运行阶段是不能接入大功率衰减器进行测量的，必须通过耦合器10耦合出少量的信号，才能用电子测量装置或传感器检测出来。参看图2，如果知道耦合器的耦合度，只需检测耦合线110中的耦合端111的输出信号功率电平，就可简单计算出在主信号线120的输入端121的输入的信号电平。

经过阻抗变换后，需要一个现有耦合器720做功率检测和功放保护单元720防止输出开路烧毁功放。如图7所示，现有技术中，这段低阻抗变换线和现有耦合器720是串联结构，而且一般都是四分之一波长，该波长为在一个周期内，电磁波在传输线上的传播距离。这里说的耦合器是四分之一波长，指的是耦合器的耦合长度为四分之一波长。这样就会浪费布线空间，并且链路较长增加了功放模块后端的链路插入损耗。

如图8所示，本发明实施例提供一种功放系统，包括功放模块710。由图9可知本实施例与图7所提供的通信系统相比，将图7中的那段低阻抗变换线700作为耦合器10的主信号线，提供一种新的具有阻抗变换功能的耦合器10。

放模块710中，一般有两个功放单元，主功放单元711和辅助功放单元712。

主功放单元711和辅助功放单元712，分别经过隔直流电容713和714后，主功放单元711先经过一段延迟线701后与辅助功放单元712合路，这段延迟线701的长度一般为四分之一波长，当然可以理解的是在另一实施例中也可以为八分之一波长，二分之一波长或者预先设定的其它长度，具体长度取决于，主功放单元711输出的信号相对于辅助功放单元712输出的信号的相位延迟情况，如果相位延迟为90度，则延长线701的长度就为四分之一波长，如果相位延迟为30度，则延长线701的长度为十二分之一波长，由于相位延迟一般为90度，所以延长线701一般为四分之一波长。所述波长为在一个周期内，电磁波在传输线上的传播距离。

主功放单元711通过延迟线701与辅助功放单元712合路后，通过耦合器10的主信号线也就是图7中的低阻抗传输线700，将功放模块710的输出阻抗变换到一个系统所需要的阻抗值，这个阻抗值为预先设定的，在一个实施例中这个值可以为50Ohm，在另一个实施例中也可以为40Ohm、45Ohm或者其它的值，本发明实施例仅以50Ohm为例进行说明。需要说明的是，作为耦合器10主信号线的低阻抗变换线是指，这段阻抗变换线的阻抗小于或者等于50Ohm，就称之为低阻抗变换线，在一个实施例中50Ohm这个值允许有个正负10％的范围波动。

耦合器10中，由于将低阻抗变换线作为其主信号线，耦合器10既具有功率耦合功能又具有阻抗变换功能，耦合器10用于对功放模块710输出的大功率信号进行耦合，将功放模块710的输出阻抗变换为系统所需要的预先设定的阻抗值。在一个实施例中这个预先设定的阻抗值可以为50Ohm，在另一个实施例中也可以为40Ohm、30Ohm或者其它的值。

耦合器10的具体结构在一个实施例中如图2所示，在另一个实施例中耦合器10的结构也可以如图3-图6所示，由于耦合器的功能在前面实施例中已经详细描述，在此不再赘述。

由于图7中的低阻抗变换线700长度为四分之一波长，所以在图8中，耦合器10的主信号线的长度为四分之一波长。可以理解的是，在另一个实施例中图7中的低阻抗变换线700的长度还可以为八分之一波长或者六分之一波长，那么相应的耦合器10的主信号线的长度为八分之一波长或者六分之一波长。为了达到更好的效果，本发明实施例中的阻抗变换线700的长度一般为四分之一波长，相应的耦合器10的的主信号线的长度为四分之一波长。

本发明实施例中的电容713和714，可以为集总电容，包括贴片电容、插装电容或分布参数电容等。

本发明实施例中，通过将现有耦合器的主信号线用低阻抗变换线来代替，提供具有阻抗变换功能的耦合器，通过整合，可以减小布线空间，减小功放后端的链路插入损耗。

可以理解的是，在另一个实施例中，本发明实施例提供的耦合器还可以用在另外一些既需要阻抗变换又需要耦合功率输出的系统，如无线基站中的Doherty功放系统中，将Doherty功放系统中那一段必不可少的低阻抗变换线作为耦合器的主信号线(这段低阻抗变换线在图7中体现未700)，提供具有阻抗变换功能的耦合器，通过整合，可以减小布线空间，减小功放后端的链路插入损耗。

如图9所示，本发明实施例提供的功放系统在另一个实施例中还可以包括匹配单元730，匹配单元730主要用于对耦合器10的输出信号进行匹配，对耦合器10的输出信号的回波进行过滤，从而提高耦合器10的方向性和减少耦合器10输出的信号的回波，从而使整个系统具有更高的效率。匹配单元730在一个实施例中可以为匹配节，在另一个实施例中也可以为其它具有功率匹配功能的器件。

本发明实施例中的电容713和714，可以为集总电容，包括贴片电容、插装电容或分布参数电容等。

本发明实施例中，通过将现有耦合器的主信号线用低阻抗变换线来代替，提供具有阻抗变换功能的耦合器，通过整合，可以减小布线空间，减小功放后端的链路插入损耗，并且通过匹配单元，提高耦合器10的方向性和减少耦合器10输出的信号的回波，从而使整个功放系统具有更高的效率。

可以理解的是，在另一个实施例中，本发明实施例提供的耦合器还可以用在另外一些既需要阻抗变换又需要耦合功率输出的系统，如无线基站中的Doherty功放系统中。

以上所述仅为本发明的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的可以对本发明进行各种改动或变型而不脱离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种耦合器，其特征在于，包括：主信号线和耦合信号线，所述主信号线和所述耦合信号线在同一电路板表面上，所述主信号线为阻抗变换线。

2.如权利要求1所述的耦合器，其特征在于，所述耦合信号线具有弯曲形状。

3.如权利要求1所述的耦合器，其特征在于，所述耦合信号线在靠近所述主信号线的一侧加有耦合齿。

4.如权利要求3所述的耦合器，其特征在于，所述主信号线在靠近耦合信号线的一侧加有耦合齿，所述主信号线的耦合齿与所述耦合信号线的耦合齿相吻合。

5.一种功放系统，包括：功放模块和耦合器，所述功放模块用于将输入信号的功率进行放大，输出大功率信号；所述耦合器包括主信号线和耦合信号线，所述主信号线和所述耦合信号线在同一电路板表面上，所述主信号线为阻抗变换线，所述耦合器通过所述主信号线与所述功放模块相连接。

6.如权利要求5所述的功放系统，其特征在于，所述耦合器的主信号线为低阻抗的阻抗变换线。

7.如权利要求5所述的功放系统，其特征在于，所述耦合器的耦合信号线具有弯曲形状。

8.如权利要求5所述的功放系统，其特征在于，所述耦合器的耦合信号线加有耦合齿。

9.如权利要求5所述的功放系统，其特征在于，所述耦合器的主信号线长度为四分之一波长。

10.如权利要求5所述的功放系统，其特征在于，所述功放模块包括：

主功放单元，用于将输入的信号进行放大，输出大功率信号；

辅助功放单元，用于将输入的信号进行放大，输出大功率信号，所述辅助功放单元通过延迟线与所述主功放单元相连，所述延迟线用于对所述主功放单元输出的信号进行相位补偿。

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