CN106506027B - 一种无线射频收发电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无线射频收发电路，属于无线射频技术领域。该收发电路包括接收电路和发射电路。接收电路由接收输入阻抗匹配模块、低噪声放大器、接收输出阻抗匹配模块组成。发射电路中由发射输入阻抗匹配模块、功率放大器、发射输出阻抗匹配模块组成的发射电路。本发明中阻抗匹配电路采用分立元件进行匹配，利于参数调整。阻抗匹配电路采用分立元件进行匹配，节约了空间，方便其在无人机上的应用。利用简单的分立元件，电容，电感，电阻完成了宽带匹配，无需外加匹配芯片，节约了成本及功耗。收发电路的带宽范围覆盖了当前绝大多数的无线频段，可应用于其他通信电路中。

Description

一种无线射频收发电路
技术领域
本发明涉及一种无线射频收发电路，尤其是涉及一种采用宽带匹配的无线射频收发电路，属于无线射频技术领域。
背景技术
无线射频收发电路，包括接收电路和发射电路两个部分，接收电路作用是将天线接收下来的信号进行滤波放大，发射电路作用是将小功率信号放大至可供天线发射的装置。收发电路的性能很大程度上决定了整个通信系统的性能。而且本发明中的无线射频收发电路可工作带宽较大，通用型较强可用于本发明工作频段内的移动通信、卫星通信、物联网、智能交通等无线信号的接收，并且还可以应用于当下比较热门的软件无线电、无线信号监测、无线信号测量等领域。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种宽带0.5G～3G，噪声系数低于2dB，增益高于20dB的射频接受电路，和一种宽带0.5G～3G，功率增益高于11dB，最高输出功率达30dBm，噪声系数小于6dB输出的发射电路。所有输入输出端匹配至50Ω，即输入或输出回波损耗低于-10dB。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：
一种无线射频收发电路，该收发电路包括接收电路和发射电路。
接收电路由接收输入阻抗匹配模块、低噪声放大器、接收输出阻抗匹配模块组成。通过第一接收输入阻抗匹配模块，将低噪声放大器的输入端阻抗在0.5G～3G带宽内匹配至50欧姆附近，使接收到的信号在输入端不发生反射，接收信号进入低噪声放大器，在不过多加入噪声的前提下，低噪声放大器将接收信号幅度提高20dB。接收输出阻抗匹配模块使接收电路负载阻抗与低噪声放大器的输出端阻抗共轭匹配，与后级电路不发生反射，完成该收发电路中接收电路的设计。
发射电路中由发射输入阻抗匹配模块、功率放大器、发射输出阻抗匹配模块组成的发射电路。发射输入阻抗匹配模块将功率放大器的输入端阻抗匹配至50欧姆附近，使信号在几乎不发生反射的情况下进入功率放大器，功率放大器将信号提高11dB，达到最高30dBm的输出，发射输出阻抗匹配模块使发射电路的负载阻抗与功率放大器输出端阻抗共轭匹配，使信号几乎不发生反射输出至下一级。
所述的接收输入阻抗匹配模块采用分立元件阻抗匹配的形式。接收输入阻抗匹配模块包括第一电容、第一电感、第二电感、第一电阻组成。接收电路输入端与第一电容直接相连，第一电容另一端与第一电感相连，第一电感另一端和接地的第二电感相连，同时也与接地的第一电阻相连，第一电阻非接地端作为接收输入阻抗匹配模块的输出端，与下一级低噪声放大器的射频信号输入端相连。接收输入阻抗匹配模块的作用是，由第一电容隔离接收到的外界直流偏量，由第一电感使特征阻抗沿等电阻圆顺时针运动，由第二电感使特征阻抗沿等电导圆逆时针运动，第一电阻使特征阻抗沿等导纳圆向左移动，但其最重要的作用为降低整个输入匹配模块的品质因数。至此接收输入匹配模块完成将低噪声放大器的输入特征阻抗，在0.5～6GHz带宽内，尽可能接近50欧姆，使接收电路的输入回波损耗降低至-10dB以下，完成匹配任务。
所述的接收输出阻抗匹配模块采用分立元件阻抗匹配的形式。接收输出阻抗匹配模块包括第二电容、第三电容、第三电感、第四电感、第五电感、第二电阻。放大器射频信号输出端与第二电阻相连，第二电阻另一端与第三电感相连，第三电感另一端连接低噪声放大器的直流电源。放大器射频信号输出端与接地的第四电感相连，第四电感非接地端与第二电容相连，第二电容另一端与接地的第五电感相连，第五电感非接地端与第三电容相连，第三电容另一端与接收电路射频输出端相连。该模块的作用是，第三电感使接收电路输出端50欧姆负载的阻抗沿等电导圆逆时针运动，第二电阻降低了整个匹配模块的Q值。第二电容使负载阻抗沿着等电阻圆逆时针运动，第三电容的作用是隔离直流偏量，几乎不改变阻抗，至此接收输出匹配模块完成将接收电路输出端50欧姆负载的阻抗与低噪声放大器的输出特性阻抗完成匹配，在0.5～3GHz带宽内，使接收电路输出回波损耗降低至-10dB以下，输出阻抗匹配，最后输出已经放大的射频信号。
所述的发射输入阻抗匹配模块采用分立元件阻抗匹配的形式。其中包括第四电容、第五电容和第六电感。发射电路输入端与第四电容相连，第四电容的另一端与第五电容相连，第五电容另一端与第六电感相连，第六电感另一端与功率放大器芯片输入端相连。该模块的作用是，第四电容隔离发射电路输入端引入的直流偏量，第五电容使功率放大器输入端特征阻抗沿等电阻圆逆时针移动，第六电感使功率放大器输入端特征阻抗沿等电阻圆顺时针运动，在第五电容和第六电感的共同作用下使功率放大器输入端特性阻抗运动至史密斯圆图的中心50欧姆附近，输入回波损耗低于-10dB完成匹配。
所述的发射输出阻抗匹配模块采用分立元件阻抗匹配的形式。发射输出阻抗匹配模块包括第六电容、第七电容和第七电感。第七电感一端与功率放大器的直流电源相连，另一端与功率放大器芯片输出端相连，功率放大器芯片输出端同样与第六电容相连，第六电容另一端与第七电容相连，第七电容另一端作为发射电路输出端。发射输出阻抗匹配模块的作用是第七电感使发射电路输出端50欧姆负载的阻抗沿等电导圆逆时针运动，第六电容使负载阻抗沿等电阻圆逆时针运动，第七电容隔离芯片的直流。在第七电感和第六电容的共同作用下将发射电路输出端50欧姆负载的阻抗变换至与芯片输出端共轭匹配的状态，使输出回波损耗低于-10dB完成功率放大器输出端的匹配。
本发明的有益效果是：(1)本发明中阻抗匹配电路采用分立元件进行匹配，利于参数调整。(2)本发明中阻抗匹配电路采用分立元件进行匹配，节约了空间，方便其在无人机上的应用。(3)本发明利用简单的分立元件，电容，电感，电阻完成了宽带匹配，无需外加匹配芯片，节约了成本及功耗。(4)本发明中收发电路的带宽范围覆盖了当前绝大多数的无线频段，可应用于其他通信电路中。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的总体框图。
图2是本发明的接收电路原理图，其中包括接收输入阻抗匹配模块，低噪声放大器(图中简称低噪放)，接收输出阻抗匹配模块。
图3是本发明的发射电路原理图，其中包括发射输入阻抗匹配模块，功率放大器(图中简称功放)，发射输出阻抗匹配模块。
具体实施方式
图1是本发明“一种无线射频收发电路”的系统框图，其中包括接收，发射两路。所述的接收电路，接收输入阻抗匹配模块作为接收电路的输入端，另一端与低噪声放大器相连，低噪声放大器输出端与接收输出阻抗匹配模块相连，所述的发射电路，发射输入阻抗匹配模块作为发射电路的输入端，另一端与功率放大器相连，功率放大器输出端与发射输出阻抗匹配模块相连。
上述具体实施中，接收电路如图2所示，接受输入阻抗匹配模块由第一电容、第一电感、第二电感、第一电阻、第一微带线、第二微带线、第三微带线、第一T型结、第二T型结组成。接收电路输入端与第一电容直接相连，第一电容另一端与第一微带线相连、第一微带线另一端与第一电感相连，第一电感另一端和第一T型结的一端口相连，第一T型结第三端口与并联接地的第二电感相连，第一T型结第二端口与第二微带线相连，第二微带线另一端与第二T型结第一端口相连，第二T型结第三端口与并联接地的第一电阻相连，第二T型结第二端口与第三微带线相连，第三微带线另一端作为输入阻抗匹配模块的输出端，与下一级低噪声放大器的射频信号输入端相连。
接收输出阻抗匹配模块包括第二电容、第三电容、第三电感、第四电感、第五电感、第二电阻、第三至第六微带线、第一十字结和第三T型结。低噪声放大器信号输出端与第四微带线相连，第四微带线的另一端与十字结的第一端口相连，十字结第二端口连接第二电阻，第二电阻另一端与第五微带线相连，第五微带线与第三电感相连，第三电感另一端连接功率放大器的直流电源。十字结第四接口与并联接地的第四电感相连。十字结第三接口与第二电容相连、第二电容另一端与第三T型结第一接口相连，第三接口与并联接地的第五电感相连，第三T型结第二接口与第三电容相连，第三电容另一端与第六微带线相连，第六微带线另一端与接收电路射频输出端相连。
发射电路如图3所示，发射输入阻抗匹配模块由第四电容、第五电容、第六电感和第七至第九微带线组成，发射电路射频信号输入端与第四电容相连，第四电容另一端与第七微带线相连，第七微带线另一端与第五电容相连，第五电容另一端与第八微带线相连，第八微带线另一端与第六电感相连，第六电感另一端与第九微带线相连，第九位带线另一端连接功率放大器的信号输入端。
发射输出阻抗匹配模块包括第六电容、第七电容、第七电感、第十至第十三微带线和第四T型结。功率放大器射频输出端与第十微带线相连，第十微带线与第四T型结的一端口相连，连接功率放大器直流电源的第七电感与第十一微带线相连，第十一微带线另一端与第四T型结的二端口相连，第四T型结的三端口与第十二微带线相连，第十二微带线另一端与第六电容相连，第六电容微带线与第十三微带线相连，第十三微带线另一端与第七电容相连，第七电容另一端作为发射输出阻抗匹配模块的输出端。

Claims (4)

1.一种无线射频收发电路，其特征在于：该收发电路包括接收电路和发射电路；
接收电路由接收输入阻抗匹配模块、低噪声放大器、接收输出阻抗匹配模块组成；通过接收输入阻抗匹配模块，将低噪声放大器的输入端阻抗在0.5G～3G带宽内匹配至50欧姆，使接收到的信号在输入端不发生反射，接收信号进入低噪声放大器，在不加入噪声的前提下，低噪声放大器将接收信号幅度提高20dB；接收输出阻抗匹配模块使接收电路负载阻抗与低噪声放大器的输出端阻抗共轭匹配，与后级电路不发生反射，完成该收发电路中接收电路的设计；
发射电路中由发射输入阻抗匹配模块、功率放大器、发射输出阻抗匹配模块组成的发射电路；发射输入阻抗匹配模块将功率放大器的输入端阻抗匹配至50欧姆附近，使信号在不发生反射的情况下进入功率放大器，功率放大器将信号提高11dB，达到最高30dBm的输出，发射输出阻抗匹配模块使发射电路的负载阻抗与功率放大器输出端阻抗共轭匹配，使信号不发生反射输出至下一级；
所述的接收输入阻抗匹配模块采用分立元件阻抗匹配的形式；接收输入阻抗匹配模块包括第一电容、第一电感、第二电感、第一电阻；接收电路输入端与第一电容直接相连，第一电容另一端与第一电感相连，第一电感另一端和接地的第二电感相连，同时也与接地的第一电阻相连，第一电阻非接地端作为接收输入阻抗匹配模块的输出端，与下一级低噪声放大器的射频信号输入端相连；接收输入阻抗匹配模块的作用是，由第一电容隔离接收到的外界直流偏量，由第一电感使特征阻抗沿等电阻圆顺时针运动，由第二电感使特征阻抗沿等电导圆逆时针运动，第一电阻使特征阻抗沿等导纳圆向左移动，但其最重要的作用为降低整个输入匹配模块的品质因数；至此接收输入匹配模块完成将低噪声放大器的输入特征阻抗，在0.5～6GHz带宽内及50欧姆情况下，使接收电路的输入回波损耗降低至-10dB以下，完成匹配任务。
2.根据权利要求1所述的一种无线射频收发电路，其特征在于：所述的接收输出阻抗匹配模块采用分立元件阻抗匹配的形式；接收输出阻抗匹配模块包括第二电容、第三电容、第三电感、第四电感、第五电感、第二电阻；低噪声放大器射频信号输出端与第二电阻相连，第二电阻另一端与第三电感相连，第三电感另一端连接低噪声放大器的直流电源；低噪声放大器射频信号输出端与接地的第四电感相连，第四电感非接地端与第二电容相连，第二电容另一端与接地的第五电感相连，第五电感非接地端与第三电容相连，第三电容另一端与接收电路射频输出端相连；该模块的作用是，第三电感使接收电路输出端50欧姆负载的阻抗沿等电导圆逆时针运动，第二电阻降低了整个匹配模块的Q值；第二电容使负载阻抗沿着等电阻圆逆时针运动，第三电容的作用是隔离直流偏量，不改变阻抗，至此接收输出匹配模块完成将接收电路输出端50欧姆负载的阻抗与低噪声放大器的输出特性阻抗完成匹配，在0.5～3GHz带宽内，使接收电路输出回波损耗降低至-10dB以下，输出阻抗匹配，最后输出已经放大的射频信号。
3.根据权利要求1所述的一种无线射频收发电路，其特征在于：所述的发射输入阻抗匹配模块采用分立元件阻抗匹配的形式；其中包括第四电容、第五电容和第六电感；发射电路输入端与第四电容相连，第四电容的另一端与第五电容相连，第五电容另一端与第六电感相连，第六电感另一端与功率放大器芯片输入端相连；该模块的作用是，第四电容隔离发射电路输入端引入的直流偏量，第五电容使功率放大器输入端特征阻抗沿等电阻圆逆时针移动，第六电感使功率放大器输入端特征阻抗沿等电阻圆顺时针运动，在第五电容和第六电感的共同作用下使功率放大器输入端特性阻抗运动至史密斯圆图的中心50欧姆附近，输入回波损耗低于-10dB完成匹配。
4.根据权利要求1所述的一种无线射频收发电路，其特征在于：所述的发射输出阻抗匹配模块采用分立元件阻抗匹配的形式；发射输出阻抗匹配模块包括第六电容、第七电容和第七电感；第七电感一端与功率放大器的直流电源相连，另一端与功率放大器芯片输出端相连，功率放大器芯片输出端同样与第六电容相连，第六电容另一端与第七电容相连，第七电容另一端作为发射电路输出端；发射输出阻抗匹配模块的作用是第七电感使发射电路输出端50欧姆负载的阻抗沿等电导圆逆时针运动，第六电容使负载阻抗沿等电阻圆逆时针运动，第七电容隔离芯片的直流；在第七电感和第六电容的共同作用下将发射电路输出端50欧姆负载的阻抗变换至与芯片输出端共轭匹配的状态，使输出回波损耗低于-10dB完成功率放大器输出端的匹配。
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