CN105743519A - 一种射频发射电路、双向耦合器及定向耦合器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种射频发射电路，包括射频发射机、天线开关和天线。在天线开关和天线之间设置有双向耦合器和天线调谐器。所述双向耦合器包括一个定向耦合器和一个开关，并由开关切换对正向或反向传输功率的检测。所述定向耦合器采用多段相连的耦合线，分别位于主信号线的上方、下方、外侧、内侧的任意一个或多个位置。所述双向耦合器既用来检测发射功率，也用来检测反射功率，并将检测值输出给射频发射机。所述射频发射机既用来校准发射功率，也用来调节天线输入阻抗以实现天线阻抗匹配。本申请还公开了一种双向耦合器，结构简单、体积小、成本低、易于与集成电路制造工艺集成。本申请还公开了一种定向耦合器，耦合度高、插入损耗低。

Description

一种射频发射电路、双向耦合器及定向耦合器

技术领域

本申请涉及一种射频发射电路、组成所述射频发射电路的双向耦合器、组成所述双向耦合器的定向耦合器。

背景技术

请参阅图1，这是手机等移动终端中现有的射频收发电路的简化示意图，可以拆分为图1a所示的射频发射电路和图1b所示的射频接收电路。其中，射频收发机(transceiver)11可以替换为独立的射频发射机(transmitter)11a与射频接收机(receiver)11b，射频发射机11a与射频接收机11b的组合也可替换为射频收发机11。

请参阅图1a，射频发射电路的信号走向为：射频发射机11a输出经调制射频信号，经过发射通道元件13进行滤波和放大后得到经放大射频信号，天线开关15将发射通道连接到天线17，经放大射频信号就通过天线17对外发射。其中，发射通道元件13例如包括射频功率放大器、滤波器、双工器(Duplexer)等，主要用于对射频信号进行放大、滤波、对频分双工(FDD)系统进行双工切换等。

请参阅图1b，射频接收电路的信号走向为：天线17接收射频信号，天线开关15将天线17连接到接收通道，接收的射频信号经过接收通道元件19进行滤波和放大后，输入到射频接收机11b。其中，接收通道元件19例如包括滤波器、低噪声放大器(LNA)、双工器等，主要用于对射频信号进行滤波、放大、对频分双工系统进行双工切换等。

阻抗匹配(impedancematching)是指设计负载的输入阻抗(inputimpedance)和/或设计信号源的输出阻抗(outputimpedance，也称内阻，internalimpedance)，以使信号源到负载的功率传输最大化和/或使负载端的信号反射最小化。射频信号在电缆中传输时必须考虑其“电磁波”的特性，因此适用于传输线(transmissionlines)模型，这要求传输线两端元件的阻抗都与传输线的特性阻抗(characteristicimpedance，或surgeimpedance)相匹配。用于传输射频信号的传输线通常选用同轴电缆(coax)，其特性阻抗通常为50欧姆，此时就要求信号源的输出阻抗和负载的输入阻抗均为50欧姆以实现阻抗匹配。

使用手机等移动终端进行通讯时，外部环境的变化会影响手机通信质量。例如，当移动终端的外壳被使用者的手握持时、或者当移动终端处于楼宇、电梯轿厢、车辆中时，周边的人体或物体就会改变移动终端的天线的输入阻抗，这使得负载端(天线)出现反射波，进而使得信号源(射频发射机)与负载之间进行功率传输时出现较大的功率损耗。

为克服周边环境造成的移动终端的天线阻抗失配，已有一些技术方案被提出。

申请公布号CN103546188A、申请公布日2014年1月29日的中国发明专利申请公开了一种自调谐天线的无线移动终端，在射频收发芯片与天线之间设置了自适应调节网络和定向耦合器(directionalcoupler)。由处理器读取定向耦合器的耦合端的回波损耗值并与预设范围进行比较，当读取的回波损耗值不在预设范围内，则通过自适应调节网络来调节天线的输入阻抗以实现阻抗匹配。该方案并未给出定向耦合器的具体实现方式，可理解为采用现有的定向耦合器实现方式。

申请公布号CN104081672A、申请公布日2014年10月1日的中国发明专利申请公开了一种组合的定向耦合器和阻抗匹配电路。其中的定向耦合器既用来检测信号源输入的射频信号功率，也用来检测负载反射的射频信号功率。但是该方案并未使用检测的反射信号来调节阻抗匹配电路。该方案公开了定向耦合器的多种实现方式，均由电感、电容以及可选的电阻实现，并特别强调定向耦合器与阻抗匹配电路至少共享一个电感。

授权公告号CN102739265B、授权公告日2015年4月8日的中国发明专利公开了一种改进天线匹配的装置，在发射路径与天线之间设置了分析电路和天线调谐器。所述分析电路包括双向定向耦合器(dualdirectionalcoupler)，用来测量向前传播的波和反射的波。该方案是由分析电路来确定发射路径与天线之间的阻抗失配，并以此来调节天线调谐器以限制阻抗失配。该方案并未给出定向耦合器的具体实现方式，可理解为采用现有的定向耦合器实现方式。

授权公告号CN204681375U、授权公告日2015年9月30日的中国实用新型专利公开了一种射频前端电路，在射频电路和天线匹配电路之间设置了定向耦合器。当射频电路通过天线发射信号时，定向耦合器将天线所产生的反射信号耦合到功率检测电路中。处理器通过检测发射信号的反射功率，从而判断射频电路与天线之间的阻抗匹配度，并可进一步通过天线匹配电路来调整天线阻抗。该方案并未给出定向耦合器的具体实现方式，可理解为采用现有的定向耦合器实现方式。

以上四种现有的射频发射电路均采用了定向耦合器进行单向或双向的信号检测。

定向耦合器是一种四端口的电路元件，常用于射频或微波频带对信号取样，可由微带(microstrip)、带状线(stripline)、同轴电缆或波导(waveguide)实现。定向耦合器的四个端口分别被称为输入(input)端、直通(through)端、耦合(coupled)端和隔离(isolated)端。其中的隔离端通常不连接外部电路，隔离端有时也隐藏在元件内部而使元件对外表现为三端口。定向耦合器的定向性表现在：当入射信号(incidentsignal)进入定向耦合器的输入端，大部分信号从直通端离开，一定比例的信号出现在耦合端，隔离端无信号。定向耦合器具有双向性(Bi-directionalproperty)，即当输入端和直通端互换，则耦合端和隔离端互换。当入射信号进入定向耦合器的直通端，大部分信号从输入端离开，一定比例的信号出现在隔离端，耦合端无信号。

定向耦合器可以是前向耦合器(forwardcoupler)或反向耦合器(backwardcoupler，reversecoupler)。

请参阅图2，这是前向耦合器的示意图。当信号从输入端进入从直通端离开，信号就在主信号线中传播，通过耦合机制在耦合线中形成与原信号具有相同传播方向的耦合信号。大多数波导耦合器都是前向耦合器。

请参阅图3，这是反向耦合器的示意图。当信号从输入端进入从直通端离开，信号就在主信号线中传播，通过耦合机制在耦合线中形成与原信号具有相反传播方向的耦合信号。微带或带状线耦合器都是反向耦合器。

现有的双向耦合器(即双向定向耦合器)通常是两个定向耦合器以相反的方向叠加而成。请参阅图4，这是由两个反向耦合器以相反方向叠加构成一个双向耦合器的示例，当然也可由两个前向耦合器以相反方向叠加构成一个双向耦合器。双向耦合器是一种六端口的电路元件，其中两个定向耦合器的隔离端通常不连接外部电路，这两个隔离端有时也隐藏在元件内部而使元件对外表现为四端口。

图4中的两个反向耦合器共用主信号线。当信号在主信号线中前向传输(从输入端进入从直通端离开)时，通过耦合机制在耦合线一与耦合线二中均形成耦合信号。耦合线一中的耦合信号可在耦合端一读取。耦合线二中的耦合信号可在隔离端二读取，由于隔离端二不连接外部电路，因此耦合线二中的耦合信号不被使用。当信号在主信号线中反向传输(从直通端进入从输入端离开)时，通过耦合机制在耦合线一与耦合线二中均形成耦合信号。耦合线一中的耦合信号可在隔离端一读取，由于隔离端一不连接外部电路，因此耦合线一中的耦合信号不被使用。耦合线二中的耦合信号可在耦合端二读取。因此，无论信号在主信号线中进行前向传输还是反向传输，均可由双向耦合器的一个耦合端读取出耦合信号从而进行信号取样。

现有的双向耦合器的结构较为复杂，不利于采用集成电路制造工艺在半导体晶圆(wafer)上制造实现。

发明内容

本申请所要解决的技术问题是提供射频发射电路，既能实时地校准发射功率，又能实时地实现天线的阻抗匹配以适应不断改变的使用环境。为此，本申请还要提供一种双向耦合器，其被包含在所述射频发射电路中。

为解决上述技术问题，本申请的射频发射电路包括射频发射机、天线开关和天线。在天线开关和天线之间设置有双向耦合器和天线调谐器。所述双向耦合器包括一个定向耦合器和一个开关，并由开关切换对正向或反向传输功率的检测。所述定向耦合器采用多段相连的耦合线，分别位于主信号线的上方、下方、外侧、内侧的任意一个或多个位置。所述双向耦合器既用来检测从射频发射机往天线方向的发射功率，也用来检测天线所产生的反射功率，并将检测值输出给射频发射机。所述射频发射机一方面比较双向耦合器测量的发射功率值与自身输出的发射功率值的偏差，并以此来校准调节自身输出的发射功率值。射频发射机另一方面根据双向耦合器测量的反射功率值判断天线是否阻抗匹配，并在天线阻抗失配时通过调节天线调谐器的阻抗实现天线阻抗匹配。与现有的射频发射电路相比，本申请的射频发射电路同时实现了校准发射功率与调节天线输入阻抗这两项任务。

进一步地，所述双向耦合器与天线开关集成在同一芯片中，且该芯片制造在绝缘体上硅(SOI)晶圆上。现有的天线开关芯片本身就具有多个开关，而本申请的双向耦合器主要由一个定向耦合器和一个开关组成，因此可以方便地集成在天线开关芯片中，提高了系统集成度。

本申请的双向耦合器包括一个定向耦合器和一个开关。所述定向耦合器采用多段相连的耦合线，分别位于主信号线的上方、下方、外侧、内侧的任意一个或多个位置。所述开关至少具有两种闭合状态，这两种闭合状态分别用来对正向和反向传输功率的检测。与现有的由两个定向耦合器以相反方向组合构成的双向耦合器相比，本申请的双向耦合器具有结构简单、体积小、成本低、易于与集成电路制造工艺集成的特点。

进一步地，所述定向耦合器大致呈环形，其中的主信号线、多段相连的耦合端的每一段均大致呈环形。大致呈环形是指未构成完整的环形，具有小缺口。环形的定向耦合器可使传输线两端紧挨在一起，从而便于与开关结合，避免了在芯片或基板中的冗余的射频走线，减小了面积。

作为一种实现方式，所述双向耦合器包括一个定向耦合器和一个两刀四掷开关。所述定向耦合器包括两段环形的传输线，其中耦合线是相连的多段且位于主信号线的上方、下方、外侧、内侧的任意一个或多个位置。主信号线的两端作为定向耦合器的输入端和直通端，耦合线的两端作为定向耦合器的隔离端和耦合端。所述两刀四掷开关用来将定向耦合器的隔离端和耦合端连接到终止端和耦合输出端，具有两种闭合状态：闭合状态一是将定向耦合器的隔离端、耦合端分别连接耦合输出端、终止端；闭合状态二是将定向耦合器的隔离端、耦合端分别连接终止端、耦合输出端。所述终止端连接定向耦合器内部的电阻，电阻值为传输线的特性阻抗。这种双向耦合器可以通过切换两刀四掷开关的两种闭合状态，分别实现对正向传输功率、反向传输功率的检测。

作为另一种实现方式，所述双向耦合器包括一个定向耦合器和一个三刀五掷开关。所述定向耦合器包括两段环形的传输线，其中耦合线是相连的多段且位于主信号线的上方、下方、外侧、内侧的任意一个或多个位置。主信号线的两端作为定向耦合器的输入端和直通端，耦合线的两端作为定向耦合器的隔离端和耦合端。所述三刀五掷开关用来将定向耦合器的隔离端和耦合端连接到终止端、耦合输出端和耦合终止端，具有四种闭合状态：闭合状态一是将定向耦合器的隔离端、耦合端分别连接耦合输出端、终止端；闭合状态二是将定向耦合器的隔离端、耦合端分别连接终止端、耦合输出端；闭合状态三是将定向耦合器的隔离端、耦合端分别连接耦合终止端、终止端；闭合状态四是将定向耦合器的隔离端、耦合端分别连接终止端、耦合终止端。所述终止端连接定向耦合器内部的电阻，电阻值为传输线的特性阻抗。所述耦合终止端也连接定向耦合器内部的电阻，电阻值为传输线的特性阻抗。这种双向耦合器可以通过切换三刀五掷开关的四种闭合状态，不仅实现对正向传输功率、反向传输功率的检测，还额外提供了两种闭合状态用于双向耦合器不进行取样检测时不影响射频发射电路的阻抗。

进一步地，所述两刀四掷开关包括四个开关器件；第一开关器件的两端分别连接耦合端和终止端；第二开关器件的两端分别连接耦合端和耦合输出端；第三开关器件的两端分别连接隔离端和终止端；第四开关器件的两端分别连接隔离端和耦合输出端。当第一开关器件和第四开关器件均导通、而第二开关器件和第三开关器件均关断时，相当于闭合状态一。当第一开关器件和第四开关器件均关断、而第二开关器件和第三开关器件均导通时，相当于闭合状态二。基于相同原理，可用多个开关器件实现诸如三刀五掷开关等多刀多掷开关，且易于与集成电路制造工艺集成。

本申请的定向耦合器包括一条主信号线与一条耦合线，所述耦合线为多段相连，分别位于主信号线的上方、下方、外侧、内侧的任意一个或多个位置。传统的耦合线仅为一段，只能与主信号线的一侧位置相邻。本申请将耦合线采用多段相连的设计，构成耦合线的每一段组成部分都可设置在主信号线的相同或不同位置，从而大大增强了耦合线与主信号线之间的耦合度。对于定向耦合器而言，主信号线越长，插入损耗(insertionloss)就越大。上述设计还能在不增加主信号线长度的前提下，尽可能地提高耦合度，并取得最小的信号损耗。

作为一种优选的实现方式，所述耦合线为两段相连，分别位于主信号线的上方和下方。

作为另一种优选的实现方式，所述耦合线为两段相连，分别位于主信号线的外侧和内侧。

本申请的射频发射电路可同时实现校准发射功率、调节天线输入阻抗以实现阻抗匹配两项任务，比传统的射频发射电路实现更多的功能。

本申请的双向耦合器具有结构简单、体积小、成本低、易于与集成电路制造工艺集成的特点。

本申请的定向耦合器具有耦合度高、插入损耗低的特点。

附图说明

图1是现有的射频收发电路的简化示意图。

图1a是现有的射频发射电路的简化示意图。

图1b是现有的射频接收电路的简化示意图。

图2是前向耦合器的示意图。

图3是反向耦合器的示意图。

图4是现有的双向耦合器的示意图。

图5是本申请的射频收发电路的简化示意图。

图5a是本申请的射频发射电路的简化示意图。

图6是本申请的双向耦合器的第一种实现方式的原理示意图。

图7是本申请的双向耦合器的第二种实现方式的原理示意图。

图7a是图7中的三刀五掷开关的闭合状态示意图。

图8是图6中的两刀四掷开关的具体实现电路图。

图9是本申请的定向耦合器的第一种实现方式的示意图。

图10是本申请的定向耦合器的第二种实现方式的示意图。

图中附图标记说明：11为射频收发机；11a为射频发射机；11b为射频接收机；13为发射通道元件；15为天线开关；17为天线；19为接收通道元件；21为双向耦合器；23为天线调谐器；3为定向耦合器；31为上层金属线；32为中层金属线；33为下层金属线；35为通孔金属柱；36为外圈金属线；37为中圈金属线；38为内圈金属线；39为下层金属连接线；4为两刀四掷开关；41至44均为开关器件；5为三刀五掷开关。

具体实施方式

请参阅图5，这是本申请的射频收发电路的简化示意图，可以拆分为图5a所示的本申请的射频发射电路和图1b所示的现有的射频接收电路。其中，射频收发机11可以替换为独立的射频发射机11a与射频接收机11b，射频发射机11a与射频接收机11b的组合也可替换为射频收发机11。

请参阅图5a，本申请的射频发射电路包括射频发射机11a、发射通道元件13、天线开关15、双向耦合器21、天线调谐器23和天线17。其中，其中，发射通道元件13例如包括射频功率放大器、滤波器、双工器等，主要用于对射频信号进行放大、滤波、对频分双工系统进行双工切换等。天线开关15用来切换发射通道和接收通道。双向耦合器21既用来检测从射频发射机11a往天线17方向的发射功率，也用来检测天线17所产生的反射功率，并将检测值输出给射频发射机11a。射频发射机11a一方面比较双向耦合器21测量的发射功率值与自身输出的发射功率值的偏差，并以此来校准调节自身输出的发射功率值。射频发射机11a另一方面根据双向耦合器21测量的反射功率值判断天线17的阻抗匹配情况，并以此向天线调谐器23发出指令来实时地调节天线调谐器23的阻抗，进而实时地调节天线17的输入阻抗，最终实现天线17与传输线之间的实时地阻抗匹配。

与现有的射频发射电路相比，本申请新增了双向耦合器21和天线调谐器23，并对射频发射机11a提出了校准发射功率与调节天线输入阻抗这两项新任务。校准发射功率是利用双向耦合器21对发射功率的检测，调节天线输入阻抗是利用双向耦合器21对反射功率的检测，使双向耦合器21的双向检测分别实现不同功能是现有的技术方案均未披露的。

进一步地，本申请对双向耦合器提供了全新的实现方式。现有的双向耦合器是由两个定向耦合器以相反的方向叠加而成，本申请的双向耦合器主要是由一个定向耦合器和一个开关所构成。

请参阅图6，这是本申请的双向耦合器的第一种实现方式。所述双向耦合器21包括一个定向耦合器3和一个两刀四掷(2P4T，2pole4throw)开关4。所述定向耦合器3包括主信号线和耦合线，均大致呈环形，其中耦合线可以是一段或相连的多段且位于主信号线的上方、下方、外侧、内侧的一个或多个位置。图6中示例性地以主信号线包围在耦合线的外侧。主信号线的两端分别是定向耦合器3的输入端和直通端。耦合线的两端分别是定向耦合器3的隔离端和耦合端。所述两刀四掷开关4用来将定向耦合器3的隔离端和耦合端分别连接到终止端和耦合输出端，或相反。所述终止端通常是连接定向耦合器3内部的电阻，该内部电阻通常取传输线的特性阻抗例如为50欧姆。所述耦合输出端用来输出耦合信号进行取样检测。

图6中的两刀四掷开关4具有两种闭合状态。闭合状态一如图6中的实线所示，定向耦合器3的隔离端、耦合端分别连接耦合输出端、终止端。闭合状态二如图6中的虚线所示，定向耦合器3的隔离端、耦合端分别连接终止端、耦合输出端。如果定向耦合器3是采用微带实现的反向耦合器，且发射信号是从输入端向直通端传输，那么反射信号就是从直通端向发射端传输。此时，将两刀四掷开关4处于闭合状态一可用于检测反射功率，将两刀四掷开关4处于闭合状态二可用于检测发射功率。通过切换两刀四掷开关4的闭合状态，就可以实时地检测发射功率和反射功率的值。

请参阅图7，这是本申请的双向耦合器的第二种实现方式。所述双向耦合器21包括一个定向耦合器3和一个三刀五掷(3P5T，3pole5throw)开关5。所述定向耦合器3与图6中的定向耦合器3完全相同。所述三刀五掷开关5用来将定向耦合器3的隔离端和耦合端连接到终止端、耦合输出端和耦合终止端，其连接方式如图7a所示有四种。所述终止端和耦合终止端通常是连接定向耦合器3内部的电阻，所连接的内部电阻通常取传输线的特性阻抗例如均为50欧姆。所述耦合输出端用来输出耦合信号进行取样检测。

图7中的三刀五掷开关5具有四种闭合状态，如图7a所示。闭合状态一是将定向耦合器3的隔离端、耦合端分别连接耦合输出端、终止端。闭合状态二是将定向耦合器3的隔离端、耦合端分别连接终止端、耦合输出端。以上两种闭合状态与图6中的两刀四掷开关4完全相同。闭合状态三是将定向耦合器3的隔离端、耦合端分别连接耦合终止端、终止端。闭合状态四是将定向耦合器3的隔离端、耦合端分别连接终止端、耦合终止端。实际上，闭合状态三与闭合状态四的效果相同。如果定向耦合器3是采用微带实现的反向耦合器，且发射信号是从输入端向直通端传输，那么反射信号就是从直通端向输入端传输。此时，将三刀五掷开关5处于闭合状态一可用于检测反射功率，将三刀五掷开关5处于闭合状态二可用于检测发射功率，将三刀五掷开关5处于闭合状态三或闭合状态四则不进行取样检测且对发射通道的阻抗无影响。

请参阅图8，这是图6中的两刀四掷开关4的一种具体实现方式。所述两刀四掷开关4包括四个开关器件41至44，例如采用二极管、双极型晶体管、MOS晶体管等。第一开关器件41的两端分别连接耦合端和终止端。第二开关器件42的两端分别连接耦合端和耦合输出端。第三开关器件43的两端分别连接隔离端和终止端。第四开关器件44的两端分别连接隔离端和耦合输出端。当第一开关器件41和第四开关器件44均导通、而第二开关器件42和第三开关器件43均关断时，相当于闭合状态一。当第一开关器件41和第四开关器件44均关断、而第二开关器件42和第三开关器件43均导通时，相当于闭合状态二。图8仅为两刀四掷开关4的一种示例，基于相同原理可以设计三刀五掷开关5或其他多刀多掷开关。如果开关器件采用兼容于集成电路制造工艺的半导体器件，则多刀多掷开关可在半导体晶圆上制造实现。

请参阅图9，这是图6和图7中的定向耦合器3的第一种具体实现方式，可用于在晶圆或基板中以微带或带状线实现。所述定向耦合器3包括上层金属线31、中层金属线32和下层金属线33，这三层金属线均大致呈环形且位置关系是上下对应。中层金属线32作为主信号线，其两端32a、32b分别是定向耦合器3的输入端、直通端。下层金属线33的一端33a略延长到上层金属线31的一端31b的正下方，且由通孔金属柱35相连接。因此，上层金属线31和下层金属线33被通孔金属柱35连为一条耦合线，其两端31a、33b分别是定向耦合器3的耦合端、隔离端。这种定向耦合器3之所以将耦合线分两层分别设计在主信号线的上方和下方，首先是为了加强耦合线与主信号线之间的耦合度。其次，主信号线越长，插入损耗就越大。上述设计还能在不增加主信号线长度的前提下，尽可能地提高耦合度，并取得最小的信号损耗。

请参阅图10，这是图6和图7中的定向耦合器3的第二种具体实现方式，可用于在晶圆或基板中以微带或带状线实现。所述定向耦合器3包括外圈金属线36、中圈金属线37和内圈金属线38，这三圈金属线位于同一层且均大致呈环形。外圈金属线36包围在中圈金属线37的外侧，中圈金属线37包围在内圈金属线38的外侧。中圈金属线37作为主信号线，其两端37a、37b分别是定向耦合器3的输入端、直通端。外圈金属线36的一端36a通过通孔金属柱35连接另一层(例如下层)金属连接线39，内圈金属线38的一端38b通过另一个通孔金属柱35连接下层金属连接线39。因此，外圈金属线36和内圈金属线38被两个通孔金属柱35和位于另一层的金属连接线39连为一条耦合线，其两端38a、36b分别是定向耦合器3的耦合端、隔离端。这种定向耦合器3之所以将耦合线分两圈分别设计在主信号线的外侧和内侧，首先是为了加强耦合线与主信号线之间的耦合度。其次，主信号线越长，插入损耗就越大。上述设计还能在不增加主信号线长度的前提下，尽可能地提高耦合度，并取得最小的信号损耗。

根据图9和图10所示的本申请的定向耦合器的两种实现方式可知，本申请可以采用一段耦合线或者是多段相连的耦合线，与唯一的一段主信号线均大致呈环形。这一段或多段相连的耦合线可以设置在主信号线的上方、下方、外侧、内侧的任意一个或多个位置。

例如，耦合线可以由四段相连，这四段耦合线的组成部分分别位于主信号线的上方、下方、外侧、内侧。

又如，耦合线可以由三段相连，这三段耦合线的组合部分分别位于主信号线的上方、下方、外侧、内侧的任意三个位置。

再如，耦合线可以由两段相连，这两段耦合线的组合部分分别位于主信号线的上方、下方、外侧、内侧的任意两个位置，共有六种情形。这六种情形分别是：这两段耦合线的组成部分分别位于主信号线的上方和下方(即图9)、或者分别位于主信号线的外侧和内侧(即图10)、或者分别位于主信号线的上方和外侧、或者分别位于主信号线的上方和内侧、或者分别位于主信号线的下方和外侧、或者分别位于主信号线的下方和内侧。

基于相同原理，构成耦合线的多段也可以位于主信号线的同一侧。例如，耦合线可以由三段相连，其中两段耦合线的组合部分均位于主信号线的上方，另一段耦合线的组成部分位于主信号线的外侧。又如，耦合线可以由两段相连，这两段耦合线的组合部分均位于主信号线的内侧。

以上将耦合线设计为多段相连的结构，均能在不增加主信号线长度的前提下，尽可能地提高耦合度，并取得最小的信号损耗。

以上仅为本申请的优选实施例，并不用于限定本申请。对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种射频发射电路，包括射频发射机、天线开关和天线；其特征是，在天线开关和天线之间设置有双向耦合器和天线调谐器；

所述双向耦合器包括一个定向耦合器和一个开关，并由开关切换对正向或反向传输功率的检测；所述定向耦合器采用多段相连的耦合线，分别位于主信号线的上方、下方、外侧、内侧的任意一个或多个位置；所述双向耦合器既用来检测从射频发射机往天线方向的发射功率，也用来检测天线所产生的反射功率，并将检测值输出给射频发射机；

所述射频发射机一方面比较双向耦合器测量的发射功率值与自身输出的发射功率值的偏差，并以此来校准调节自身输出的发射功率值；另一方面根据双向耦合器测量的反射功率值判断天线是否阻抗匹配，并在天线阻抗失配时通过调节天线调谐器的阻抗实现天线阻抗匹配。

2.根据权利要求1所述的射频发射电路，其特征是，所述双向耦合器与天线开关集成在同一芯片中，且该芯片制造在绝缘体上硅晶圆上。

3.一种双向耦合器，其特征是，所述双向耦合器包括一个定向耦合器和一个开关；所述定向耦合器采用多段相连的耦合线，分别位于主信号线的上方、下方、外侧、内侧的任意一个或多个位置；所述开关至少具有两种闭合状态，这两种闭合状态分别用来对正向和反向传输功率的检测。

4.根据权利要求3所述的双向耦合器，其特征是，所述定向耦合器大致呈环形，其中的主信号线、多段相连的耦合端的每一段均大致呈环形。

5.根据权利要求3所述的双向耦合器，其特征是，所述双向耦合器包括一个定向耦合器和一个两刀四掷开关；

所述定向耦合器包括两段环形的传输线，其中耦合线是相连的多段且位于主信号线的上方、下方、外侧、内侧的任意一个或多个位置；主信号线的两端作为定向耦合器的输入端和直通端，耦合线的两端作为定向耦合器的隔离端和耦合端；

所述两刀四掷开关用来将定向耦合器的隔离端和耦合端连接到终止端和耦合输出端，具有两种闭合状态：

闭合状态一是将定向耦合器的隔离端、耦合端分别连接耦合输出端、终止端；

闭合状态二是将定向耦合器的隔离端、耦合端分别连接终止端、耦合输出端；

所述终止端连接定向耦合器内部的电阻，电阻值为传输线的特性阻抗。

6.根据权利要求5所述的双向耦合器，其特征是，所述两刀四掷开关包括四个开关器件；

第一开关器件的两端分别连接耦合端和终止端；

第二开关器件的两端分别连接耦合端和耦合输出端；

第三开关器件的两端分别连接隔离端和终止端；

第四开关器件的两端分别连接隔离端和耦合输出端；

当第一开关器件和第四开关器件均导通、而第二开关器件和第三开关器件均关断时，相当于闭合状态一；

当第一开关器件和第四开关器件均关断、而第二开关器件和第三开关器件均导通时，相当于闭合状态二。

7.根据权利要求3所述的双向耦合器，其特征是，所述双向耦合器包括一个定向耦合器和一个三刀五掷开关；

所述定向耦合器包括两段环形的传输线，其中耦合线是相连的多段且位于主信号线的上方、下方、外侧、内侧的任意一个或多个位置；主信号线的两端作为定向耦合器的输入端和直通端，耦合线的两端作为定向耦合器的隔离端和耦合端；

所述三刀五掷开关用来将定向耦合器的隔离端和耦合端连接到终止端、耦合输出端和耦合终止端，具有四种闭合状态：

闭合状态一是将定向耦合器的隔离端、耦合端分别连接耦合输出端、终止端；

闭合状态二是将定向耦合器的隔离端、耦合端分别连接终止端、耦合输出端；

闭合状态三是将定向耦合器的隔离端、耦合端分别连接耦合终止端、终止端；

闭合状态四是将定向耦合器的隔离端、耦合端分别连接终止端、耦合终止端；

所述终止端连接定向耦合器内部的电阻，电阻值为传输线的特性阻抗；所述耦合终止端也连接定向耦合器内部的电阻，电阻值为传输线的特性阻抗。

8.一种定向耦合器，其特征是，包括一条主信号线与一条耦合线，所述耦合线为多段相连，分别位于主信号线的上方、下方、外侧、内侧的任意一个或多个位置。

9.根据权利要求8所述的定向耦合器，其特征是，所述耦合线为两段相连，分别位于主信号线的上方和下方。

10.根据权利要求8所述的定向耦合器，其特征是，所述耦合线为两段相连，分别位于主信号线的外侧和内侧。