CN107534451B - 射频电路以及具有射频电路的前端电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种射频电路，例如用于前端电路，其在载波聚合中具有改进的信号质量。为此，双工器和双讯器之间的信号路径包括移相器。

Description

射频电路以及具有射频电路的前端电路
本发明涉及在例如移动无线电设备的前端电路中使用的射频电路。
移动无线电设备的前端电路将一个或数个接收或发射放大器连接到一个或数个天线。该连接通过信号路径和射频滤波器实现，信号路径和射频滤波器以这样的方式相互连接，即能够满足移动无线电设备的信号质量的要求并且能够同时使用多个传输系统和传输频率。
美国专利No.7,212,789B2公开了具有可调谐的双工器的射频电路。
虽然在传统的FDD系统(FDD＝frequency divison duplexing＝频率双工)中已经同时使用发射和接收频率，但是为了提高数据传输速率，还可以同时使用不同的传输频率或同时使用不同的接收频率(载波聚合)。在带间载波聚合系统中，两个FDD接收频率可以与一个FDD发射频率一起同时使用。还可行的是，两个FDD发射频率与一个接收频率或数个接收频率一起同时使用(Tx载波聚合)。
然而，不同频带的这种共同使用在常规射频电路中会出问题，因为其尤其在不同信号路径的分离方面与额外的射频功率不匹配。
因此，本发明的目的是提供一种即使在电路经受不同频带的射频信号时也能实现信号路径之间良好分离的射频电路。特别地，由于互调产物引起的信号路径的干扰要得以降低。
本发明用以达成上述目的的解决方案为权利要求1所述的射频电路。本发明的有利实施方案参阅从属权利要求。
用于此目的的射频电路包括双讯器(Diplexer)、用于第一频带的第一双工器(Duplexer)和用于第二频带的第一双工器。双讯器具有第一端口、公共端口和第二端口。用于第一频带的第一双工器具有发射端口、公共端口和接收端口。用于第二频带的第一双工器同样具有发射端口、公共端口和接收端口。该电路还包括在第一频带的第一双工器的公共端口和双讯器的第一端口之间的第一信号路径。该射频电路还包括在第二频带的第一双工器的公共端口和双讯器的第二端口之间的第二信号路径。此外，该电路包括布置在第二信号路径中的移相器。移相器为此而设置，即针对频带中的一个的至少一个谐波，对第二频带的第一双工器的阻抗和双讯器的阻抗进行这样的匹配，使得减少至少一个互调产物。
阻抗匹配在此特别涉及第二信号路径的第一双工器的公共端口的阻抗和双讯器的第二端口的阻抗。
谐波在此尤其可以是发射频率、例如第一频带的发射频率的二次或三次谐波。
因此，这种射频电路的改进的信号分离被归因于互调产物的减少。已知的是，在前端电路的常规射频电路中，所使用的双讯器的隔离性能可能是不足的，这样不足的隔离性能可能使得信号路径中不期望出现的射频信号由于连接在双讯器下游的双工器中的非线性效应而导致形成互调产物。这种信号的频率位于双工器的通过范围内。因此，这种不期望的射频信号不会被常规射频滤波器进一步消除，因为它们的频率与期望的信号的频率相同。
通过移相器，这些互调产物的形成会被有效地阻止，或至少在一定程度上减弱，即使得不期望出现但明显更弱的互调产物不会再做出进一步干扰。
在此，该射频电路与前端电路的常规电路拓扑兼容，其中，相对较小的额外的电路复杂度与相对较高的信号质量的增益是相违背的。
可行的是，双讯器是陶瓷双讯器。
这种陶瓷双讯器可以在此包括由绝缘材料，例如陶瓷制成的基体。在该基体中，可以设置内表面被金属化层覆盖的凹部。这种双讯器典型地已经具有非常高的线性度。
可行的是，第一频带是2千兆赫兹频带，并且第二频带是1千兆赫兹频段。因此，第一频带基本上包括介于1Ghz和2Ghz之间的频率，特别是介于1.4Ghz和2.2GHz之间的频率。因此，第二频带基本上包括≤1GHz的频率。
还可行的是，第一频带和第二频带由三个频率范围组成：低频带(Low Band，LB，约650MHz至1000MHz)，中频带(Mid Band，MB，1700Mhz-2200MHz)和高频带(High Band，HB，频率f基本上>2500MHz)。
尤其地，移动无线电频带1、2、3、4、5、7、8、12、17、19、20、21、26或28可以作为第一频带或第二频带用于例如发射频率中的载波聚合。其中，移动无线电频带5、8、12、17、19、20、26和28被分配给LB。移动无线电频带1、2、3、4、21被分配给MB，并且频带7分配给HB。
因此，例如以下频带对可以一起使用：
LB和LB：5和12、5和17；
LB和MB：3和5、1和5、3和20、1和19、3和8、4和12、4和17、3和26、3和19、19和21；
MB和MB：1和21、2和4；
MB和HB：1和7、3和7、4和7；
LB和HB：7和20、7和28、5和7。
还可行的是，射频电路还包括第一频带的第二双工器或其他数个双工器。第一频带的第二双工器或其他数个双工器在此一方面可以并联连接到第一频带的第一双工器，另一方面可以连接到第一信号路径。于是，通过第一频带的不同双工器同时或相继地进行传输操作是可行的。
还可行的是，射频电路还包括开关装置，通过该开关装置，双讯器的第一端口可以连接到第一频带的第二或其他数个双工器。通过开关装置，可以在此个别地设置，将双工器中的哪一个连接到双讯器。可行的是，任何时候都始终有一个双工器连接到双讯器。然而，还可行的是，在某个时间点，根本没有双工器或同时有多个双工器连接到双讯器。
另外可行的是，射频电路包括第二频带的第二双工器或其他数个双工器。第二频带的第二双工器或其他双工器一方面可以并联连接到第二频带的第一双工器，另一方面可以连接到第二信号路径。
在此还可行的是，射频电路还包括另外的开关装置，通过该开关装置，双讯器的第二端口可以连接到第二频带的一个或数个双工器。
类似于上述第一频带的情况，也可以个别地设置连接到双讯器的第二频带的双工器的数量。
可行的是，移相器是可调谐的。可调谐的移相器可以被特别地理解为特征频率和/或相位偏移可以针对相关频率进行调节的移相器。
可行的是，在第二信号路径中为第二频带的每个双工器设置移相器。
如果射频电路包括多个移相器，则它们可以从上述替代方案中任意选择。当然，还可行的是，数个或所有移相器都采用相同的型号。
移相器可以将来自双工器的不期望的信号反射到双讯器。相应频率范围内的期望的信号可以经过双讯器，而不会出现明显的功率损失。特别地，移相器可以是可调谐的移相器，其中具有一定频率的信号的相位的位移程度是可调的。例如，由移相器引起的相位偏移优选随施加的信号的频率线性地变化。
特别地，构造成移相器的移相器可以是由电感和电容组成的全通滤波器。
使用带状导线作为移相器也是可行的。
特别可行的是，在移动无线电设备中连接射频电路，例如连接到移动无线电设备的前端电路中。前端电路包括这种射频电路的移动无线电设备为用户提供更高的数据速率，同时信号质量不会被影响。
在此，每个第一或第二频带的双工器数量不受限制。不管是第一频带还是第二频带，都可以相互独立地具有1个、2个、3个、4个或更多个双工器。
第一频带可以具有1个、2个、3个、4个、5个或更多个双工器。第二频带也可以具有1个、2个、3个、4个、5个或更多个双工器。
在下文中，射频电路的主要原理和一些非限制性实施例将通过例示性的附图进行更详细地说明。
其中：
图1示出了射频电路的基本结构，
图2示出了具有第一频带的数个双工器的构造方案，
图3示出了具有第二频带的数个双工器的构造方案，
图4示出了具有可调谐的移相器的构造方案，
图5示出了具有第一频带的数个双工器和第二频带的数个双工器的构造方案，
图6示出了典型的双讯器的特性传输曲线，
图7示出了具有更好的隔离性能的典型的双讯器的特性传输曲线，
图8借助不同曲线示出了移相器在射频电路内的效果，这些曲线分别表示互调产物在相位偏移的不同值时的量度，
图9借助不同曲线示出了移相器在具有改进的双讯器的射频电路内的效果，这些曲线分别表示互调产物在相位偏移的不同值时的量度，
图10示出了就中心频率而言互调产物的强度与移相器的相位旋转的相互关系。
图1示出了具有第一频带DU-HB-1的第一双工器、第二频带DU-LB-1的第一双工器和双讯器DI的射频电路HF-S的简单实施例。第二频带DU-LB-1的第一双工器将第二信号路径SP2连接到双讯器DI的第二端口P2。在第二信号路径SP2中连接有移相器PS。第一频带DU-HB-1的第一双工器的公共端口PG将第一信号路径SP1连接到双讯器DI的第一端口P1。双讯器DI的公共端口PG可以连接到通信设备的天线。两个双工器中的每一个都具有发射端口TX和接收端口RX。通过发射端口和接收端口，两个双工器可以连接到移动无线电设备的一个或数个收发器电路。
以下情况在常规射频电路的操作中至关重要：通过信号路径SP1和SP2到达双讯器DI的发射信号通过两个双工器的发射端口TX耦合。由于双讯器DI的端到端隔离，来自第一频带的发射信号的一部分在第二频带的双工器的方向上耦合到第二信号路径SP2中。典型情况下，双工器本身就是并非仅具有线性行为的电路，在这样的情况下，不同的TX信号在第二频带DU-LB-1的双工器的TX滤波器上相遇。由于第二频带的双工器的非线性效应会形成互调产物，该产物在可能的情况下可以经过接收滤波器RX，并且干扰甚至阻碍通信设备同时发生的接收操作。如果通信设备例如同时向频带3和5发射信号，则可能形成1710MHz-824MHz＝886MHz的互调产物。该产物位于频带5接收频带(RX)内，因此可以几乎不受抑制地经过接收滤波器。
在本发明的射频电路HF-S中，由双讯器DI泄漏到第二信号路径2中的信号被移相器这样移动其相位，即使其与第二信号路径SP2的发射信号不会在双工器上发生混合。这样就阻止了886MHz的互调产物的形成或减弱了互调产物的强度，从而毫无问题地实现接收操作。
图2示出了为第一频带设置了三个双工器DU-HB-1、DU-HB-2、DU-HB-3的实施例。通过单独的开关SW，双工器中的每一个都可以被耦合到第一信号路径SP1。
与此大体上类似地，图3示出了为第二频带设置了三个双工器DU-LB-1、DU-LB-2、DU-LB-3的射频电路HF-S的实施例。通过开关，三个双工器中的每一个都可以被单独地耦合到第二信号路径SP2。在此，三个双工器中的每一个都可以具有专门分配给它的移相器PS。开关优选地连接在移相器和双工器之间。
图4示出了如何能够在第二信号路径SP2中连接一个单独的移相器，来代替三个不同的移相器。该移相器PS为此而设置并适用于阻止或减弱第二频带的所有三个双工器的互调产物。
图5示出了在第一频带以及第二频带中分别设置三个双工器的实施例。
图6示出了具有相对较低的隔离性能的典型双讯器的特性曲线。
图7显示了具有较高的隔离性能的典型双讯器的特性曲线。
图8示出了当使用图6所示的双讯器时，两个Tx频带B5和B7在载波聚合时互调扰动的强度。各曲线在此分别表示另一种由于移相器导致的相位偏移。互调产物的频率分量约为880MHz：
B7-Tx(2540MHz)-2×B5-Tx(2×830MHz)＝B5-Rx(880MHz)。射频电路包括作为移相器的可调谐移相器，其相位偏移可调。根据所选择的相位偏移，互调干扰的降低程度最大可达30dB。
相应地，图9示出了射频电路的不同的隔离值，该射频电路包含比图7中的双讯器“更好的”双讯器，其除了作为移相器的可调谐移相器之外，还具有提高的隔离性能。图8中所示的不同曲线在此表示由移相器导致的变化的相位偏移时的隔离值。和图7类似地，可以通过选择合适的相位偏移改进互调干扰的降低程度，降低程度最大可达30dB。
图6至图9总体上表示，不管是较差还是更好的双讯器，射频电路都能从新的电路拓扑中得到很大的益处。
图10示出了射频电路的互调产物的强度，射频电路分别具有图6所示的两个双讯器中的一个以及构造为移相器的移相器。这里指出，改进的隔离性能实际上会导致互调产物的减少，但是前提是，移相器被相应地设计为最佳的尺寸或被进行了最佳的调节。
射频电路在此不限于所描述的或示出的实施例。特别地，射频电路可以包含其他的电路组件、信号路径、滤波器、开关。
附图标记说明
DB-HP：双讯器的高通滤波器的通过范围
DB-LP：双讯器的低通滤波器的通过范围
DI：双讯器
DU：双工器
DU-HB-1：第一频段的第一双工器
DU-HB-2：第一频带的第二双工器
DU-HB-3：第一频段的第三双工器
DU-LB-1：第二频段的第一双工器
DU-LB-2：第二频带的第二双工器
DU-LB-3：第二频段的第三双工器
HF-S：射频电路
IS：双工器的隔离
PG：公共端口
RX：接收端口
PS：移相器
SD：开关
SP1：第一信号路径
SP2：第二信号路径
TX：发射端口

Claims (12)

1.一种射频RF电路，其包括：
具有第一端口、公共端口和第二端口的双讯器；
具有发射端口、公共端口和接收端口的用于第一频带的第一双工器；
具有发射端口、公共端口和接收端口的用于第二频带的第一双工器；
在用于所述第一频带的所述第一双工器的所述公共端口与所述双讯器的所述第一端口之间的第一信号路径；
在用于所述第二频带的所述第一双工器的所述公共端口与所述双讯器的所述第二端口之间的第二信号路径；以及
在所述第二信号路径中的移相器，其中所述第二信号路径中具有的所述移相器减少了由用于所述第二频带的所述第一双工器产生的至少一个互调产物，所述至少一个互调产物由泄漏到所述第二信号路径中的所述第一信号路径上的发射信号所导致，所述发射信号被提供至用于所述第一频带的所述第一双工器的所述发射端口。
2.根据权利要求1所述的射频电路，其中，所述双讯器是陶瓷双讯器。
3.根据权利要求1所述的射频电路，其中，所述第一频带为2GHz频带，所述第二频带为1GHz频带。
4.根据权利要求1所述的射频电路，其中，所述第一频带是2.5GHz频带，所述第二频带是1GHz频带。
5.根据权利要求1所述的射频电路，还包括用于所述第一频带的第二个双工器或其他数个双工器，其可以并联连接到用于所述第一频带的所述第一双工器，并且可以连接到所述第一信号路径。
6.根据权利要求5所述的射频电路，还包括开关装置，通过所述开关装置，所述双讯器的所述第一端口可以连接到用于所述第一频带的所述第二个双工器或所述其他数个双工器中的一个或多个。
7.根据权利要求1所述的射频电路，还包括用于所述第二频带的第二个双工器或其他数个双工器，其可以并联连接到用于所述第二频带的所述第一双工器，并且可以连接到所述第二信号路径。
8.根据权利要求7所述的射频电路，还包括开关装置，通过所述开关装置，所述双讯器的所述第二端口可以连接到用于所述第二频带的所述第二个双工器或所述其他数个双工器中的一个或多个。
9.根据权利要求1所述的射频电路，其中，所述移相器在相位偏移方面是可以调谐的。
10.根据权利要求7所述的射频电路，其中，在所述第二信号路径中为用于所述第二频带的每个所述双工器设置一个所述移相器。
11.一种移动无线电设备，其包括射频RF电路，所述射频电路包括：
具有第一端口、公共端口和第二端口的双讯器；
具有发射端口、公共端口和接收端口的用于第一频带的第一双工器；
具有发射端口、公共端口和接收端口的用于第二频带的第一双工器；
在用于所述第一频带的所述第一双工器的所述公共端口与所述双讯器的所述第一端口之间的第一信号路径；
在用于所述第二频带的所述第一双工器的所述公共端口与所述双讯器的所述第二端口之间的第二信号路径；以及
在所述第二信号路径中的移相器，其中所述第二信号路径中具有的所述移相器减少了由用于所述第二频带的所述第一双工器产生的至少一个互调产物，所述至少一个互调产物由泄漏到所述第二信号路径中的所述第一信号路径上的发射信号所导致，所述发射信号被提供至用于所述第一频带的所述第一双工器的所述发射端口。
12.一种无线通信方法，其包括：
将第一发射信号提供至用于第一频带的第一双工器的发射端口，其中用于所述第一频带的所述第一双工器包含所述发射端口、公共端口和接收端口，第一信号路径位于用于所述第一频带的所述第一双工器的所述公共端口和具有第一端口、公共端口和第二端口的双讯器的所述第一端口之间；
将第二发射信号提供至用于第二频带的第一双工器的发射端口，用于所述第二频带的所述第一双工器具有所述发射端口、公共端口和接收端口，第二信号路径位于用于所述第二频带的所述第一双工器的所述公共端口和所述双讯器的所述第二端口之间；以及
通过在所述第二信号路径中配置移相器来减少由用于所述第二频带的所述第一双工器产生的至少一个互调产物，所述至少一个互调产物由泄漏到所述第二信号路径中的所述第一信号路径上的所述第一发射信号所导致。
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