CN107492699A - 一种频率合路器、设计方法及通信装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种频率合路器、设计方法及通信装置，该频率合路器包括至少两个输入支路，合路阻抗变换电路，与合路阻抗变换电路的输出端连接的负载电阻；至少一个输入支路包括旁路电路及隔离电路，旁路电路用于对带外频率进行短路抑制，隔离电路用于通过将短路阻抗转换为开路阻抗进行支路隔离，旁路电路在隔离电路的信号输入端与隔离电路并联。本发明实施例采用旁路电路对带外频率进行短路抑制，经过隔离电路将短路阻抗变换为开路阻抗，从而在合路点实现了两路隔离，该电路设计具有损耗小，输出带宽较宽、并相比其他的异频低损耗合路器具有占用PCB面积小布局灵活的特点。

Description

一种频率合路器、设计方法及通信装置

技术领域

本发明实施例涉及通信设备领域，尤其涉及一种频率合路器、设计方法及通信装置。

背景技术

随着通信技术的发展，多模多频段通信已经普及，针对这类通信装置，需要对放大链路的输入信号进行合成。现有异频合成技术包括采用腔体设计、采用3dB电桥合路设计、或者采用具备低通及带阻功能的滤波器设计这三种方式实现频率合路。

本发明发明人在进行本发明的过程中，发现现有异频合成技术存在这样的缺点：采用腔体设计，存在尺寸较大的问题；采用3dB电桥合路设计，这种合路方式设计简单，尺寸小，但是存在损耗很大的问题，一般超过3dB；合路采用滤波器设计，具有损耗小(约0.5dB)的特点，但是当待合成频率较近时，滤波器需要采用多阶设计，存在占用较大的PCB(Printed circuit board，印刷电路板)空间的问题。

发明内容

本发明实施例提供了一种频率合路器、设计方法及通信装置，至少一个实施例用于解决现有异频合成技术存在的损耗大的问题。

一方面，提供了一种频率合路器，包括：至少两个用于连接外部放大链路的输入支路，连接至少两个输入支路的输出端的合路阻抗变换电路，与合路阻抗变换电路的输出端连接的负载电阻；至少一个输入支路包括旁路电路及隔离电路，旁路电路用于对带外频率进行短路抑制，隔离电路用于通过将短路阻抗转换为开路阻抗进行支路隔离；外部放大链路的信号经过隔离电路传输至合路阻抗变换电路，旁路电路在隔离电路的信号输入端，与隔离电路并联。

另一方面，提供了一种通信装置，包括：至少一个本发明实施例提供的频率合路器。

另一方面，提供了一种频率合路器的设计方法，包括：获取各外部放大链路的输出频率；根据各外部放大链路的输出频率，设计对应输入支路的旁路电路及隔离电路，所述旁路电路用于对带外频率进行短路抑制，所述隔离电路用于通过将短路阻抗转换为开路阻抗进行支路隔离；将各输入支路的旁路电路与所属支路的隔离电路在隔离电路的信号输入端进行并列；将各输入支路的隔离电路的信号输出端，连接至合路阻抗变换电路；将合路阻抗变换电路的输出端连接至负载电阻。

本发明实施例的有益效果：

本发明实施例提供了一种频率合路器，通过在两路放大链路的输出微带上均采用旁路电路(例如LC旁路电路)对带外频率进行短路抑制，然后分别经过隔离电路(例如一段具有一定特征阻抗的λ/4波长线)将短路阻抗变换为开路阻抗，从而在合路点实现了两路隔离，该电路设计具有损耗小，输出带宽较宽、并相比其他的异频低损耗合路器具有占用PCB面积小布局灵活的特点，解决了现有异频合成技术存在的损耗大或者占用PCB面积过大的问题。

附图说明

图1为本发明第一实施例提供的频率合路器的示意图；

图2为现有电桥合路设计的电路示意图；

图3为现有滤波器设计的电路示意图；

图4为本发明第二实施例提供的频率合路器的电路示意图；

图5为本发明第三实施例提供的频率合路器的电路示意图；

图6为本发明第四实施例提供的频率合路器的电路示意图。

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，所描述的实施例只是本发明中一部分实施例，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。

现通过具体实施方式结合附图的方式对本发明做出进一步的诠释说明。

第一实施例：

为了解决现有异频合路器存在的损耗大或者占用PCB面积过大的问题中的至少一个问题，提供本实施例。

图1为本发明第一实施例提供的频率合路器的示意图，由图1可知，在本实施例中，提供的频率合路器包括；至少两个用于连接外部放大链路的输入支路11，连接至少两个输入支路的输出端的合路阻抗变换电路12，与合路阻抗变换电路的输出端连接的负载电阻13；至少一个输入支路包括旁路电路111及隔离电路112，旁路电路111用于对带外频率进行短路抑制，隔离电路112用于通过将短路阻抗转换为开路阻抗进行支路隔离；外部放大链路的信号经过隔离电路112传输至合路阻抗变换电路12，旁路电路111在隔离电路112的信号输入端，与隔离电路112并联。

本实施例提供了一种频率合路器，通过在两路放大链路的输出微带上均采用旁路电路(例如LC旁路电路)对带外频率进行短路抑制，然后分别经过隔离电路(例如一段具有一定特征阻抗的λ/4波长线)将短路阻抗变换为开路阻抗，从而在合路点实现了两路隔离，该电路设计具有损耗小，输出带宽较宽、并相比其他的异频低损耗合路器具有占用PCB面积小布局灵活的特点，即便当合成频率较近时也可以实现低损耗小尺寸的功率合成，解决了现有异频合成技术存在的损耗大或者占用PCB面积过大的问题

为了提供一种可以快速进行频率合成的频率合路器，提供了本实施例，在本实施例中，图1所示实施例中的负载电阻13、隔离电路112及合路阻抗变换电路12的阻抗相同。这样就可以直接进行频率合成，不需要进行信号转换处理，可以快速进行频率合成。在实际应用中，合路阻抗变换电路12的微带线根据合成阻抗再次进行利用微带线阻抗变换原理或者ADS(Advanced Design System，先进设计系统)仿真软件阻抗变换到所需要的阻抗。

为了提供一种电路简单的频率合路器，提供了本实施例，在本实施例中，图1所示实施例中的合路阻抗变换电路12采用微带线印刷形成。采用微带线的方式实现合路阻抗变换电路12，不需要额外的电路元件，电路简单。

为了提供一种电路简单的频率合路器，提供了本实施例，在本实施例中，图1所示实施例中的隔离电路112采用微带线印刷形成。采用微带线的方式实现隔离电路112，不需要额外的电路元件，电路简单。

为了提供一种电路简单、实现成本低的频率合路器，提供了本实施例，在本实施例中，图1所示实施例中的隔离电路112采用长度为对应外部放大链路输入信号的四分之一波长的微带线印刷形成。采用四分之一波长的微带线的方式实现隔离电路112，不需要额外的电路元件，电路简单，且消耗的资源更少。

为了提供一种电路简单的频率合路器，提供了本实施例，在本实施例中，图1所示实施例中的旁路电路111包括LC并联谐振电路。采用LC并联谐振电路实现旁路电路111，电路简单。为了实现旁路电路的功能，具体实现时可以通过ADS或者HFSS(High FrequencyStructure Simulator，高频结构仿真)等设计软件辅助实现。

为了提供一种电路简单的LC并联谐振电路，提供了本实施例，在本实施例中，LC并联谐振电路采用电感元件及电容元件串联形成，电感元件的一端连接隔离电路的信号出入端，电感元件的另一端连接电容元件的一端，电容元件的另一端接地。采用电感元件及电容元件实现并联谐振电路，电路简单。

为了提高合路器的功率容量，实现大功率合成输出电路，提供了本实施例，在本实施例中，LC并联谐振电路采用微带线电感及电容元件串联形成，或者，采用微带线电感及扇形微带线电容串联形成。在实际应用中，采用电感及电容元件，误差较大，而采用微带线的方式实现电感或者电容元件的功能，在成本较低的基础上，误差更小，从而可以提高合路器的功率容量，实现大功率合成输出。

为了提高支路的输出带宽，提供了本实施例，在本实施例中，旁路电路包括多个依次串联的LC并联谐振电路。通过串联LC并联谐振电路，实现将多个LC并联谐振电路允许通过的带宽相加，从而获得较大的输出带宽。

对应的，本发明实施例提供了一种通信装置，包括图1所示实施例的频率合路器。

现结合具体应用场景对本发明做进一步的诠释说明。

在以下实施例中，采用支路为2条的频率合路器为例，可以预见的是，3条及3条以上支路的频率合路器，在以下实施例的基础上稍作改进即可实现，如3条支路的频率合路器，仅需为对应的放大链路设计新的输入支路，输入支路所保护的元器件及设置实现方式与本发明任意实施例的设置相同即可。

传统的异频合成技术一般分为三种，一种是采用腔体设计，尺寸较大。如图2所示，第二种是采用3dB电桥合路，这种合路方式设计简单，尺寸小，但是损耗很大，一般超过3dB。如图3所示，还有一种是合路采用低通+带阻滤波器设计，这种方式具有损耗小(约0.5dB)的特点，当待合成频率较近时滤波器需要采用多阶设计，会占用较大的PCB空间。

第二实施例：

如图4所示，本发明实施例提供的合路器，是通过在两路放大链路的输出微带上均采用LC旁路电路对带外频率进行短路抑制，并分别经过一段λ/4波长线进行两路隔离。此方法具有损耗小，占用PCB面积小的特点。当合成频率较近时也可以实现低损耗小尺寸的功率合成。

具体的，本发明实施例所要解决的技术问题是：现有的低损耗微带合路器一般采用带通滤波器+带阻滤波器的形式实现，当待合成的频率较近时带通滤波器需要采用多阶设计，尺寸较大，微带走线灵活度降低。所以为了解决这个问题，本发明采用LC旁路电路+λ/4波长线技术方式实现异频率合路,主要包括以下几个模块：LC并联谐振电路，λ/4波长线和合路阻抗变换线。

本发明实施例采用以下技术方案：

本发明实施例提供合路器设计方法包括：获取各外部放大链路的输出频率；根据各外部放大链路的输出频率，设计对应输入支路的旁路电路及隔离电路，所述旁路电路用于对带外频率进行短路抑制，所述隔离电路用于通过将短路阻抗转换为开路阻抗进行支路隔离；将各输入支路的旁路电路与所属支路的隔离电路在隔离电路的信号输入端进行并列；将各输入支路的隔离电路的信号输出端，连接至合路阻抗变换电路；将合路阻抗变换电路的输出端连接至负载电阻。

结合图4所示，在实际应用中，包括以下步骤：

第一步：按照待合成的两个(或者多个)频段F1和F2，分别为各频段设计LC旁路电路，该旁路电路需要分别对F1、F2呈现短路，同时对F2、F1呈现开路。例如，针对频段F1设计的LC旁路电路，需要对F1呈现短路，同时对F2呈现开路。

第二步：在第一步的基础上将两个LC旁路电路分别和微带线并联，并联结点为A和B。并联节点A和B连接微带线L1和L2，长度分别为F1和F2的λ/4。

第三步：在第二步所描述的并联结点后微带线λ/4波处实现合成，合成点为C。合路后微带线根据合成阻抗进行阻抗变换。

采用本发明实施例的方法和设计得到的合路器，与现有技术相比，除了保证了较低的差损外还具有尺寸较小，布局灵活的特点。

第三实施例：

以F1＝1.8GHz和F2＝2.1GHz合路输出为例，如图5所示：

第一步：

为F1设计旁路电路L1C1，为F2设计旁路电路L2C2，其中L1C1需要同时满足对1.8GHz短路及对2.1GHz开路，L2C2需要同时满足对2.1GHz短路及对1.8GHz开路。

在实际设计LC旁路电路时，可以采用微带+电容的方式或者纯微带的方式实现，这样可以提高合路器的功率容量，实现大功率合成输出。在实际应用中，电感可以通过微带线形成，电容可以通过扇形的微带线形成，这是因为当印制线(微带线)上传输的信号速度超过100MHz时，必须将印制线看成是带有寄生电容和电感的传输线，那么对应的，微带线也就可以实现电感及电容元件的功能，并且误差很小。

第二步：

在第一步的基础上将两个LC旁路电路分别和阻抗为Z0的微带线，并联结点为A和B。

并联节点A和B连接微带线L1和L2，L1长度为1.8GHz的λ/4，L2长度为2.1GHz的λ/4。由于采用电容和电感本身精度较低，尤其在高频段这种现象更加明显，这会导致并联枝节短路特性出现偏差，影响设计精度。所以为了提高设计精度，这里实际采用微带线实现短路设计，如图5中的L1C1和L2C2。

第三步：

在第二步所描述的并联结点后微带线λ/4波处实现合成，合成点为C。合路后微带线根据合成阻抗进行阻抗变换。

在实际应用中，若负载阻抗为Z0、λ/4线L1和L2的阻抗为Z0，则合路输出微带线阻抗Z1＝Z0。

第四实施例：

以F1＝1.8GHz和F2＝2.1GHz合路输出为例，如图6所示：

第一步：

为F1设计多个旁路电路L1C1，为F2设计多个旁路电路L2C2，其中L1C1需要同时满足对1.8GHz短路及对2.1GHz开路，L2C2需要同时满足对2.1GHz短路及对1.8GHz开路，其中多个旁路电路L1C1需要同时满足1.8GHz短路2.1GHz开路，多个旁路电路L2C2需要同时满足2.1GHz短路1.8GHz开路。多个L1C1依次串联，多个L2C2依次串联，图6仅示意出了2个L1C1(图6中的L1C1及L1’C1’)串联的示意图，3个及以上的L1C1的串联方式与其相同，不再赘述。

第二步：

在第一步的基础上将两个LC旁路电路分别和阻抗为Z0的微带线，并联结点为A和B。并联节点A和B连接微带线L1和L2，L1长度为1.8GHz的λ/4，L2长度为2.1GHz的λ/4。由于采用电容和电感本身精度较低，尤其在高频段这种现象更加明显，这会导致并联枝节短路特性出现偏差，影响设计精度。所以为了提高设计精度，这里实际采用微带线实现短路设计。

第三步：

在第二步所描述的并联结点后微带线λ/4波处实现合成，合成点为C。合路后微带线根据合成阻抗进行阻抗变换。

综上可知，通过本发明的实施，至少一个实施例存在以下有益效果：

本发明实施例提供了一种频率合路器，通过在两路放大链路的输出微带上均采用旁路电路(例如LC旁路电路)对带外频率进行短路抑制，然后分别经过隔离电路(例如一段具有一定特征阻抗的λ/4波长线)将短路阻抗变换为开路阻抗，从而在合路点实现了两路隔离，该电路设计具有损耗小，输出带宽较宽、并相比其他的异频低损耗合路器具有占用PCB面积小布局灵活的特点，即便当合成频率较近时也可以实现低损耗小尺寸的功率合成，解决了现有异频合成技术存在的损耗大或者占用PCB面积过大的问题。

以上仅是本发明的具体实施方式而已，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任意简单修改、等同变化、结合或修饰，均仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种频率合路器，包括：至少两个用于连接外部放大链路的输入支路，连接所述至少两个输入支路的输出端的合路阻抗变换电路，与所述合路阻抗变换电路的输出端连接的负载电阻；至少一个所述输入支路包括旁路电路及隔离电路，所述旁路电路用于对带外频率进行短路抑制，所述隔离电路用于通过将短路阻抗转换为开路阻抗进行支路隔离；所述外部放大链路的信号经过所述隔离电路传输至所述合路阻抗变换电路，所述旁路电路在所述隔离电路的信号输入端，与所述隔离电路并联。

2.如权利要求1所述的频率合路器，其特征在于，所述合路阻抗变换电路采用微带线印刷形成。

3.如权利要求1所述的频率合路器，其特征在于，所述隔离电路采用微带线印刷形成。

4.如权利要求3所述的频率合路器，其特征在于，所述隔离电路采用长度为对应外部放大链路输入信号的四分之一波长的微带线印刷形成。

5.如权利要求1至4任一项所述的频率合路器，其特征在于，所述旁路电路包括LC并联谐振电路。

6.如权利要求5所述的频率合路器，其特征在于，所述LC并联谐振电路采用电感元件及电容元件串联形成，所述电感元件的一端连接所述隔离电路的信号出入端，所述电感元件的另一端连接所述电容元件的一端，所述电容元件的另一端接地。

7.如权利要求5所述的频率合路器，其特征在于，所述LC并联谐振电路采用微带线电感及电容元件串联形成，或者，采用微带线电感及扇形微带线电容串联形成。

8.如权利要求5所述的频率合路器，其特征在于，所述旁路电路包括多个依次串联的LC并联谐振电路。

9.一种通信装置，包括：如权利要求1至8任一项所述的频率合路器。

10.一种频率合路器的设计方法，包括：

获取各外部放大链路的输出频率；

根据各外部放大链路的输出频率，设计对应输入支路的旁路电路及隔离电路，所述旁路电路用于对带外频率进行短路抑制，所述隔离电路用于通过将短路阻抗转换为开路阻抗进行支路隔离；

将各输入支路的旁路电路与所属支路的隔离电路在所述隔离电路的信号输入端进行并列；

将各输入支路的隔离电路的信号输出端，连接至合路阻抗变换电路；

将合路阻抗变换电路的输出端连接至负载电阻。