CN104079288B - 宽带耦合器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种耦合电路，包括：耦合器，包括第一导线和耦合到第一导线的第二导线；两输出信号分离器，在耦合器的第二导线的每个端部处；以及滤波功能单元，在每个分离器的每个输出处。

Description

宽带耦合器
相关申请的交叉引用
本申请要求2013年3月29日提交的第13/52892号法国专利申请的优先权，并且因此在法律允许的最大程度上通过引用将该申请并入本文。
技术领域
本公开总体涉及电子电路，并且更具体地涉及无线电发射-接收链。本公开更具体地涉及宽带耦合器的形成。
背景技术
耦合器是旨在为了测量的目的而提取由传输线传送的功率的一部分的电路。在应用于无线电传输链时，耦合器典型地具有根据天线的响应来控制发射放大器的增益或者阻抗匹配网络的参数的功能。
有两大类耦合器。所称谓的集总元件耦合器，其由电阻部件、电感部件和电容部件形成；和所称谓的分布式耦合器，其由耦合的导线形成。本公开涉及第二类耦合器。
能够由电信设备处理的频带的倍频产生了在专用于这些不同频带的天线之间的寄生耦合方面的问题，并且尤其当频带重叠时。
发明内容
本发明的一个实施例提供一种宽带耦合器，其克服了通常的耦合器的所有或部分缺点。
本发明的另一个实施例提供一种具有低传输损失的宽带耦合器。
本发明的另一个实施例提供一种耦合器，该耦合器更具体地适合于能够支持若干频带的移动通信设备。
本发明的一个实施例提供一种耦合电路，包括：
耦合器，包括第一导线和耦合到第一导线的第二导线；
两输出信号分离器，在耦合器的第二导线的每个端部处；以及
滤波功能单元，在每个分离器的每个输出处。
根据本发明的一个实施例，耦合器的第一导线旨在被插入在无线电发射-接收链的传输线上。
根据本发明的一个实施例，滤波功能单元的相应的输出连接到检测电路，该检测电路分别被指派到不同的无线电发射-接收路径。
根据本发明的一个实施例，每个分离器的第一输出由低通滤波器进行处理。
根据本发明的一个实施例，每个分离器的第二输出由校正滤波器进行处理。
本发明的一个实施例还提供一种无线电传输链，包括：
两个路径，共享相同的天线；以及
诸如上述耦合电路。
将根据附图在在对特定实施例的以下非限制性描述具体讨论前述以及其它特征和优点。
附图说明
图1是将要描述的实施例应用于的类型的无线电传输链的一个示例的方框形式的简化表示；
图2示出宽带耦合系统的一个示例；
图3A和图3B图示图2的系统的第一耦合器的操作；
图4A、图4B和图4C图示图2的系统的第二耦合器的操作；
图5是宽带耦合器的一个实施例的简化表示；
图6图示图5的耦合器的分离器的一个实施例；以及
图7图示图5的耦合器的分离器的一个实施例。
具体实施方式
在未按比例绘制的不同附图中，相同的元件用相同的标号标记。为了表述清晰，仅示出了并将描述对于理解实施例有用的那些步骤和元件。具体地，将不详细描述无线电发射-接收链的一般性的操作，所描述的实施例与常规操作兼容。此外，也没有详细描述对由耦合器提供的信号的解释和使用，这样的使用在此同样与常规使用兼容。
图1是为类型配备通信设备(例如，手机类型的移动通信设备)的无线电发射-接收链的一个示例的简化表示。用于生成将被发射的信号TX并且用于处理接收的信号RX的电子电路(在图1中由方框11代表)向匹配网络12(FEM-前端匹配)递送信号，并从该匹配网络12接收信号。尽管在图1的示例中，信号RX和TX被差分地处理，但是可以设想其它的实施例。负责分离接收信号与发射信号的开关13’被插入在网络12和发射-接收天线15’之间。此外，耦合器2被插入在开关13’和天线15’之间的传输线上。在示出的示例中，耦合器2的功能是提取在电路13和天线15’之间的传输线上存在的功率的一部分，以便控制传输功率。由耦合器2提取的信息被发送至负责向电路17(PA控制)提供测量的检测器16，该电路17用于设定发射放大器18(例如，差分的)的增益。检测器16、电路17和放大器18可以被集成到电路11。
分布式耦合器包括两个传输线连接端子IN和OUT以及对应于耦合线的端部的两个端子CPL和ISO，端子CPL在端子IN一侧。端子IN和OUT分别连接到电路13’和天线15’。端子CPL和ISO连接到检测器16。
耦合器由以下各项表征：
其插入损失，当端子CPL和ISO被加载有50Ω阻抗时，该插入损失对应于在端子IN和OUT之间的传输损失；
其耦合因子，当端子OUT和ISO被加载有50Ω阻抗时，该耦合因子对应于在端子IN和CPL之间的传输损失；
其匹配，该匹配对应于在四个端子上的反射损失；
其隔离因子，当端子OUT和CPL被加载有50Ω阻抗时，该隔离因子对应于在端子IN和ISO之间的传输损失；以及
其指向性，该指向性定义为以dB表示的在其隔离因子与耦合因子之间的差异。
耦合器的操作是本身已知的，并且不将详述。
就它们能够处理的频带而言，越来越多的便携通信设备具有增加的功能性。具体地，越来越多的手机不仅具有在移动电话网络(1G、2G和3G)之上的，而且具有其它网络上的通信功能性。此外，移动设备现在集成了附加的网络(4G或LTE)。
所提出的一个问题是由这样的网络处理的频带的重叠。因此，在专用于不同通信系统的天线之间有不利的寄生耦合。具体地，这可能干扰耦合器2所提供的效果。
当前的解决方案是针对不同的频带使用从端到端(包括不同的天线)不同的发射-接收链。
然而，为了在设备中获得空间，需要在这些频带中的若干频带之间合并(pool)发射-接收链的元件。例如，可能希望将相同的天线用于1G至4G的所有频带。
图2是在两个发射-接收路径A和B之间共享相同的天线15的常规解决方案的方框形式的简化表示。为了简化，电路11未在图2中图示，这一或者这些电路有与图1的电路相同的类型。
两个路径共用开关13，然而每个路径具有其自己的网络12A和12B、其自己的发射放大器18A和18B、以及其自己的检测电路16A、16B和其自己的幅度控制电路17A、17B。
宽带天线(在这一示例中为频带1G至4G共用的天线15’)的使用可能导致耦合器(图1中的2)不能正确地提供希望的信息，并且从而导致不可能在端子CPL和ISO上提供任何信号。例如，对于频带1G至3G，有必需去除非功能性的频率(即大于2GHz的频率)，尤其为了避免受另一频带干扰。事实上，耦合的信号具有低幅度并且不会被具有不可忽略的幅度的寄生信号干扰，即使它是在天线15和旨在用于另一个频带的天线(未示出)之间的耦合。然而，在频带4G中，使用在2.7GHz的整个700MHz频带。由于它是有用频带，因此由于与相同设备的另一个频带的可能耦合而造成的干扰可以忽略。
如在图2中图示的那样，两个耦合器2A和2B可以被串联提供，每一个耦合器都适合于如下应用(发射-接收路径)，针对该应用应该调整发射放大器(或匹配网络或任何其它特定功能)。
被指派到范围从700MHz到2GHz(频带1G、2G和3G)的频带的耦合器2A不仅包括分布式耦合器，而且还包括分别在耦合线的每个输出上的旨在对超出2GHz的频率滤波的滤波器21、22。因此，相对传输信号具有低幅度的耦合信号不被另外将不可忽略的寄生信号干扰，因为它们在有用频带之外。相反地，在有用频带中存在的信号不进行干扰，因为如果它们源于在天线之间的耦合，那么它们被显著地衰减。
图3A和3B图示耦合器2A的操作。图3A示出相对于频率的以分贝(dB)为单位的、由耦合器部分单独(耦合线)生成的耦合CP。图3B图示在耦合器的输出CPLA(或ISOA)处的(即滤波后的)耦合。路径A的操作范围大约在1和2GHz之间，并且在该频带中的耦合系数的变化在6dB的数量级上(图3A)。当设备在给定的频带(例如GSM)上操作时，它的操作频率范围进一步减小，从而耦合器的耦合在操作范围内几乎不变化。滤波器21和22是低通型的，并且意在衰减超过2GHz的信号，从而使得检测器16A只察看到有用信号。
图4A、4B和4C图示被指派到路径B(频带4G)的耦合器2B的操作。耦合器的分布式部分类似于耦合器2A的分布式部分。它的响应(耦合)由图4A图示。可以观察到，在形成频带4G操作范围的从700MHz至2.7GHz的频率范围内，耦合系数的变化超过几十个dB，该变化对于检测而言太多以致不可用。因此，在到达相应的端子CPLB和ISOB之前，耦合线的每一端与意在衰减耦合系数的变化的无源网络关联。图4B图示形成耦合器响应的校正器的电路23和24中的每个电路的响应。事实上，网络23或24中的每一个的频率响应都对应于随频率的增加而增加的衰减，以具有与耦合系数的变化相反的斜率。这使得能够平滑耦合器响应。作为结果，在输出CPL和ISO处，所获得的耦合系数相对平坦(在本示例中，在700MHz和2.7GHz之间在2dB的数量级上变化)。这样的响应对应于被指派到频带4G的耦合器所需的响应。
然而，诸如在图2中图示的实施例需要串联的两个耦合器，这就增加了在主线上的传输损失。
此外，这还增加了体积，因为耦合器线占用了相当大的空间。
图5是关于图2的耦合器的串联关联的、具有减少的传输损失的宽带耦合电路的方框图，并且该电路保持与使用单个天线以处理两个无线电传输路径兼容。
电路3旨在替换耦合器2A和2B，并且从而旨在在输出CPLA和ISOA、相应地CPLB和ISOB上向路径A和B的检测器16A和16B提供将被检测的信号。
根据该实施例，电路3包括两个耦合线的单个结构31，其与耦合器2A的或耦合器2B的结构类似。第一线312形成主线，其端部限定耦合器的端子IN和OUT，主线旨在被插入在开关13(图2)和天线15之间的传输链中。结构31的耦合线或次级线314使其相应的端部CPL和ISO连接到分离器32和33(SPLIT)，分离器32和33优选地是相同的，分离器32和33负责在用于每个分离器的两个输出322、324和332、334上分布信号，每个输出被指派到传输的路径A或B中的一个，即被指派到检测器的16A或16B中的一个。输出322和332分别通过第一滤波功能单元(FCT1)(例如相应地低通滤波器34、35)连接到电路3的输出CPLA和ISOA。输出324和334分别通过第二滤波功能单元(FCT2)(例如校正滤波器36和37)连接到耦合器3的输出CPLB和ISOB。
低通滤波器34和35以及校正滤波器36和37的形成由关于图3A、图3B、图4A、图4B和图4C图示的响应所激励。在实践中，电路34至37可以分别对应于图2的电路21至24。
图6图示由电阻元件形成的分离器电路32或33的一个实施例。它看起来是有三个分支的星形结构，使它的每个分支包括相同阻值的电阻元件，每个分支的端部旨在连接到端子CPL(相应地ISO)、322(相应地342)、332(相应地334)。电阻值R是根据希望的阻抗(例如，50欧姆)以通常方式选择的，并且每个都对应于该标准化阻抗值的三分之一。
图7示出由电阻网络、电感网络和电容网络形成的分离器32’、33’的另一个示例。在该示例中，端子CPL(或ISO)分别通过电感L1、L2连接到端子322(324)和332(334)。端子322和332(324和334)由电阻元件2R(R代表阻抗匹配值)连接。最后，每个电感元件L1、L2的相应的端部通过电容元件C接地。
图6和图7的分离器的操作是本身已知的。
更普遍地，用于操作图5的耦合电路3的原理可以转换到用于具有不同特征的若干无线电路径的单个分布式耦合器31的使用上。在该情况下，被插入在耦合线的端部与电路3的输出端子之间的方框34和35、相应地36和37，执行根据在有关路径的操作频带中的希望的频率响应来选择的不同功能。
所述实施例的一个优点是，单个分布式耦合器的使用减少了插入损失，同时使得能够使用不同性质的若干发射-接收路径共用的天线。
已经描述了各种实施例。本领域技术人员将想到各种变化、修改和改进。具体地，尽管已经对用于在频带1G至4G中的电信的示例做出参考，但是所述实施例易于转换到其它频带。此外，基于上文给出的功能指示以及通过使用当前的滤波器和耦合器制造技术，所述实施例的具体实施方式在本领域技术人员的能力范围内。
这样的备选、修改和改进意在是本公开的一部分，并且意在在本发明的精神和范围内。因此，上文所述仅是示例性的而非意在是限制性的。本发明仅如在所附权利要求及其等效物中所限定的那样进行限制。

Claims (4)

1.一种耦合电路，包括：
耦合器，包括第一导线和耦合到所述第一导线的第二导线；
两输出信号分离器，在所述耦合器的所述第二导线的每个端部处；以及
滤波功能单元，在每个分离器的每个输出处；
其中每个分离器的第一输出由低通滤波器处理，并且每个分离器的第二输出由校正滤波器处理。
2.根据权利要求1所述的电路，其中所述耦合器的所述第一导线旨在被插入在无线电发射-接收链的传输线上。
3.根据权利要求1所述的电路，其中所述滤波功能单元的相应的输出连接到检测电路，所述检测电路分别被指派到不同的无线电发射-接收路径。
4.一种无线电传输链，包括：
两个路径，共享相同的天线；以及
耦合电路，包括：
耦合器，包括第一导线和耦合到所述第一导线的第二导线；
两输出信号分离器，在所述耦合器的所述第二导线的每个端部处；以及
滤波功能单元，在每个分离器的每个输出处；
其中每个分离器的第一输出由低通滤波器处理，并且每个分离器的第二输出由校正滤波器处理。
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