CN107852142A - 射频双工器 - Google Patents

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CN107852142A CN201580081907.8A CN201580081907A CN107852142A CN 107852142 A CN107852142 A CN 107852142A CN 201580081907 A CN201580081907 A CN 201580081907A CN 107852142 A CN107852142 A CN 107852142A
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Abstract

本发明涉及一种射频双工器(100)，其包括：第一定向耦合器(101)，用于将输入接收信号划分为第一辅助接收信号和第二辅助接收信号，其中所述第一辅助接收信号和所述第二辅助接收信号包括位于接收频率的信号成分；第一滤波器(103)，用于对所述第一辅助接收信号进行滤波以获取第三辅助接收信号，其中所述第一滤波器(103)的通带包括所述接收频率；第二滤波器(105)，用于对所述第二辅助接收信号进行滤波以获取第四辅助接收信号，其中所述第二滤波器(105)的通带包括所述接收频率；以及第二定向耦合器(107)，用于合并所述第三辅助接收信号与所述第四辅助接收信号以获取输出接收信号。

Description

射频双工器
技术领域
本发明涉及射频双工器的领域，具体而言，涉及集成的射频双工器。
背景技术
射频双工器是移动通信系统或雷达系统等射频(radio frequency，RF)系统中的主要部件，并用于各种应用。射频双工器允许通过传输信道进行双向双工信号传输，其中接收器在共享共用天线时可与发射器隔离。
常规射频双工器使用大型谐振器或滤波器实施，例如，表面声波(surface-acoustic-wave，SAW)或体声波(bulk-acoustic-wave，BAW)滤波器。这些射频双工器可能不在单个半导体衬底上集成，并且可能无法调谐来覆盖不同频段。
其它常规射频双工器基于射频变压器，其中通常不应用滤波。基于变压器的射频双工器通常对天线阻抗变化非常敏感，并引起3dB的系统损耗以及射频双工器内的电阻性损耗。
在US2013083703A1中，使用简单滤波器描述射频双工器，其中传输频率可高于接收频率，从而导致适用频段的数量减少。
发明内容
本发明的目的是提供有效且灵活的射频双工器。
该目的由独立权利要求的特征来实现。另外的实施形式从从属权利要求、描述内容和附图中显而易见。
本发明基于以下发现：可使用利用两个滤波器和两个定向耦合器的架构，其中接收路径可通过经由所述滤波器传送接收信号来实现，传输路径可通过在所述滤波器处反射传输信号来实现。所述射频双工器可将传输端口和接收端口连接到天线端口，同时提供所述传输端口和所述接收端口之间的高隔离。所述射频双工器对于天线阻抗的变化可具有低灵敏度，并对例如由第三代合作伙伴计划(3rd generation partnership project，3GPP)定义的不同频段可调谐。此外，可提供大量阻断器滤波，且所述传输和接收路径中的功率损耗可保持较低。
所述射频双工器可实施为集成电路，其可使用半导体技术实现。所述射频双工器可视为可调谐集成双工滤波器，并可应用在任何射频系统内，例如移动通信系统或雷达系统。
根据第一方面，本发明涉及一种用于处理输入接收信号的射频双工器，所述射频双工器包括：第一定向耦合器，用于将所述输入接收信号划分为第一辅助接收信号和第二辅助接收信号，其中所述第一辅助接收信号和所述第二辅助接收信号包括位于接收频率的信号成分；第一滤波器，用于对所述第一辅助接收信号进行滤波以获取第三辅助接收信号，其中所述第一滤波器的通带包括所述接收频率；第二滤波器，用于对所述第二辅助接收信号进行滤波以获取第四辅助接收信号，其中所述第二滤波器的通带包括所述接收频率；以及第二定向耦合器，用于合并所述第三辅助接收信号与所述第四辅助接收信号以获取输出接收信号。这样，可提供有效且灵活的射频双工器。所述射频双工器可实现频率双工。
所述射频双工器可用于处理输入接收信号，所述输入接收信号包括多个频率的信号成分，例如，包括阻断器，其中所述接收频率是所述射频双工器的预期接收频率。所述第一滤波器和所述第二滤波器在所述接收频率可具有低传输损耗。
根据如上所述第一方面，在所述射频双工器的第一实施形式中，所述第一定向耦合器用于将输入传输信号划分为第一辅助传输信号和第二辅助传输信号，其中所述第一辅助传输信号和所述第二辅助传输信号包括位于传输频率的信号成分；所述第一滤波器用于反射所述第一辅助传输信号以获取第三辅助传输信号，其中所述第一滤波器的阻带包括所述传输频率；所述第二滤波器用于反射所述第二辅助传输信号以获取第四辅助传输信号，其中所述第二滤波器的阻带包括所述传输频率；以及所述第一定向耦合器用于合并所述第三辅助传输信号与所述第四辅助传输信号以获取输出传输信号。这样，所述射频双工器可有效地处理输入传输信号。
所述射频双工器允许降低3dB损耗限度，其中所述3dB损耗限度表示传输损耗和接收损耗的限度。与传输损耗和接收损耗的总和通常至少为6dB的基于变压器的双工器相比，可以实现相当大的改进。所述第一滤波器和所述第二滤波器在所述传输频率可具有低回波损耗。
根据如上所述第一方面或所述第一方面的所述第一实施形式，在所述射频双工器的第二实施形式中，所述第一定向耦合器和/或所述第二定向耦合器是正交混合耦合器。这样，可有效地实施所述第一定向耦合器和/或所述第二定向耦合器。
所述正交混合耦合器可提供一个隔离端口，其中两个端口可具有90°的相对相移和各自3dB的衰减。
根据如上所述第一方面或所述第一方面的任一前述实施形式，在所述射频双工器的第三实施形式中，所述第一滤波器和/或所述第二滤波器是带通滤波器、低通滤波器、高通滤波器或陷波滤波器。这样，可有效地实施所述第一滤波器和/或所述第二滤波器。
所述带通滤波器可具有一个通带和两个阻带。所述低通滤波器可具有一个通带和一个阻带，其中所述通带包括的频率低于所述阻带。所述高通滤波器可具有一个通带和一个阻带，其中所述通带包括的频率高于所述阻带。所述陷波滤波器涉及带阻滤波器，其可具有两个通带和一个阻带，其中所述阻带的频宽较窄。所述第一滤波器和/或所述第二滤波器可实现为低阶滤波器，例如，一阶或二阶滤波器。
根据如上所述第一方面或所述第一方面的任一前述实施形式，在所述射频双工器的第四实施形式中，所述第一定向耦合器和所述第二定向耦合器是相同的，和/或所述第一滤波器和所述第二滤波器是相同的。这样，可以利用所述射频双工器内的对称条件。
所述对称条件可引起所述射频双工器内信号的相长和/或相消干扰。因此，可实现各个端口之间的高隔离以及低损耗。
根据如上所述第一方面或所述第一方面的任一前述实施形式，在所述射频双工器的第五实施形式中，所述射频双工器还包括连接到所述第二定向耦合器的可调负载，所述可调负载具有可变阻抗。这样，可有效地补偿所述射频双工器内的例如由不匹配导致的缺陷和/或失衡。所述可调负载可依据天线或天线调谐器的阻抗而调谐。
根据如上所述第一方面或所述第一方面的任一前述实施形式，在所述射频双工器的第六实施形式中，所述第一定向耦合器和/或所述第二定向耦合器可调谐。这样，可实现所述射频双工器对例如3GPP频段等不同频段的有效自适应。
根据所述第一方面的所述第六实施形式，在所述射频双工器的第七实施形式中，所述第一定向耦合器和/或所述第二定向耦合器包括多个数字可调电容。这样，可有效地选择不同频段，例如，3GPP频段。所述第一定向耦合器和/或所述第二定向耦合器还可包括多个电感。
所述数字可调电容可使用绝缘体硅片(silicon-on-insulator，SOI)和/或微机电系统(micro-electro-mechanical-system，MEMS)技术来实施。所述电感可使用绝缘体硅片(silicon-on-insulator，SOI)、集成封装器件(integrated-package-device，IPD)和/或表面安装器件(surface-mount-device，SMD)技术来实施。所述数字可调电容和所述电感还可使用体效应互补型金属氧化物半导体(complementary-metal-oxide-semiconductor，CMOS)技术来实施，其中可考虑关于质量(Q)因数和线性的性能。
根据如上所述第一方面或所述第一方面的任一前述实施形式，在所述射频双工器的第八实施形式中，所述第一滤波器和/或所述第二滤波器可调谐。这样，可实现所述射频双工器对例如3GPP频段等不同频段的有效自适应。
根据所述第一方面的所述第八实施形式，在所述射频双工器的第九实施形式中，所述第一滤波器和/或所述第二滤波器包括其它多个数字可调电容。这样，可有效地选择不同频段，例如，3GPP频段。所述第一滤波器和/或所述第二滤波器还可包括其它多个电感。
所述数字可调电容可使用绝缘体硅片(silicon-on-insulator，SOI)和/或微机电系统(micro-electro-mechanical-system，MEMS)技术来实施。所述电感可使用集成封装器件(integrated-package-device，IPD)、表面安装器件(surface-mount-device，SMD)、表面声波(surface-acoustic-wave，SAW)和/或体声波(bulk-acoustic-wave，BAW)技术来实施。
根据如上所述第一方面或所述第一方面的任一前述实施形式，在所述射频双工器的第十实施形式中，所述第一定向耦合器、所述第二定向耦合器、所述第一滤波器和/或所述第二滤波器包括多个传输线。这样，可有效地实施所述射频双工器。
所述传输线可为四分之一波长(λ/4)传输线和/或慢波传输线。所述传输线可实现为例如单片微波集成电路(monolithic microwave integrated circuit，MMIC)上的微带、带线或共面波导。
根据第二方面，本发明涉及一种射频前端，所述射频前端包括：根据如上所述第一方面或所述第一方面的任一实施形式的射频双工器，所述射频双工器用于处理输入接收信号以及提供输出接收信号；以及低噪声放大器，用于放大所述输出接收信号。这样，可提供有效且灵活的射频前端。
所述射频前端可利用所述射频双工器的特定特征。所述射频前端可在单个单片微波集成电路(monolithic microwave integrated circuit，MMIC)上实现。所述射频前端可形成射频前端模块(frontend module，FEM)。
所述射频前端还可包括天线调谐器和/或天线，其中所述天线调谐器可以连接到所述天线。所述天线调谐器可用于将所述天线的阻抗匹配到所述射频双工器的阻抗。所述输入接收信号可以由所述天线调谐器或由所述天线提供。
根据如上所述第二方面，在所述射频前端的第一实施形式中，所述射频前端还包括用于提供输入传输信号的功率放大器，其中所述射频双工器用于处理所述输入传输信号以及提供输出传输信号。这样，所述射频前端可有效地提供输入传输信号。
根据如上所述第二方面或所述第二方面的所述第一实施形式，在所述射频前端的第二实施形式中，所述射频前端还包括射频开关，用于将所述输出接收信号从所述射频双工器路由到所述低噪声放大器。这样，可有效地操作所述射频前端。
所述射频前端可包括另一个射频开关，用于将所述输入接收信号从天线调谐器和/或天线路由到所述射频双工器。所述射频前端可包括附加射频开关，用于路由所述输入传输信号和/或所述输出传输信号。因此，所述射频前端可包括至少一个射频开关。
如果所述射频前端包括至少一个，最好一个以上，低噪声放大器，那么使用射频开关可特别有利。
根据第三方面，本发明涉及一种用于处理输入接收信号的方法，所述方法包括：第一定向耦合器将所述输入接收信号划分为第一辅助接收信号和第二辅助接收信号，其中所述第一辅助接收信号和所述第二辅助接收信号包括位于接收频率的信号成分；第一滤波器对所述第一辅助接收信号进行滤波以获取第三辅助接收信号，其中所述第一滤波器的通带包括所述接收频率；第二滤波器对所述第二辅助接收信号进行滤波以获取第四辅助接收信号，其中所述第二滤波器的通带包括所述接收频率；以及第二定向耦合器合并所述第三辅助接收信号与所述第四辅助接收信号以获取输出接收信号。这样，可提供有效且灵活的双工。所述方法可实现频率双工。
所述方法可由所述射频双工器和/或所述射频前端执行。所述方法的其它特性直接来自所述射频双工器和/或所述射频前端的功能。
根据如上所述第三方面，在所述方法的第一实施形式中，所述方法还包括：所述第一定向耦合器将输入传输信号划分为第一辅助传输信号和第二辅助传输信号，其中所述第一辅助传输信号和所述第二辅助传输信号包括位于传输频率的信号成分；所述第一滤波器反射所述第一辅助传输信号以获取第三辅助传输信号，其中所述第一滤波器的阻带包括所述传输频率；所述第二滤波器反射所述第二辅助传输信号以获取第四辅助传输信号，其中所述第二滤波器的阻带包括所述传输频率；以及所述第一定向耦合器合并所述第三辅助传输信号与所述第四辅助传输信号以获取输出传输信号。这样，可有效地处理输入传输信号。
本发明可应用在任何射频系统内，例如移动通信系统或雷达系统。
附图说明
本发明的实施例将结合以下附图进行描述，其中：
图1所示为根据一实施例的射频双工器的图；
图2所示为根据一实施例的射频前端的图；
图3所示为根据一实施例的方法的图；
图4所示为根据一实施例的射频前端的图；
图5所示为根据一实施例的射频前端的图；
图6所示为根据一实施例的第一定向耦合器和/或第二定向耦合器的图；
图7所示为根据不同实施例的第一定向耦合器和/或第二定向耦合器的图；
图8所示为根据不同实施例的第一定向耦合器和/或第二定向耦合器的图；
图9所示为根据一实施例的第一定向耦合器和/或第二定向耦合器的图；
图10所示为根据不同实施例的第一定向耦合器和/或第二定向耦合器的图；
图11所示为根据不同实施例的第一滤波器和/或第二滤波器的图；
图12所示为根据一实施例的射频双工器的性能图；
图13所示为根据一实施例的射频双工器的性能图；以及
图14所示为具有不同接收端口的基于变压器的射频双工器的图。
具体实施方式
图1所示为根据一实施例的用于处理输入接收信号的射频双工器100的图。射频双工器100包括：第一定向耦合器101，用于将输入接收信号划分为第一辅助接收信号和第二辅助接收信号，其中第一辅助接收信号和第二辅助接收信号包括位于接收频率的信号成分；第一滤波器103，用于对第一辅助接收信号进行滤波以获取第三辅助接收信号，其中第一滤波器的通带包括接收频率；第二滤波器105，用于对第二辅助接收信号进行滤波以获取第四辅助接收信号，其中第二滤波器的通带包括接收频率；以及第二定向耦合器107，用于合并第三辅助接收信号与第四辅助接收信号以获取输出接收信号。
在射频双工器100的一实施例中，第一定向耦合器101用于将输入传输信号划分为第一辅助传输信号和第二辅助传输信号，其中第一辅助传输信号和第二辅助传输信号包括位于传输频率的信号成分；第一滤波器103用于反射第一辅助传输信号以获取第三辅助传输信号，其中第一滤波器103的阻带包括传输频率；第二滤波器105用于反射第二辅助传输信号以获取第四辅助传输信号，其中第二滤波器105的阻带包括传输频率；以及第一定向耦合器101用于合并第三辅助传输信号与第四辅助传输信号以获取输出传输信号。
为了简单起见，射频双工器100的图着重于从天线端口延伸到射频双工器100的接收端口的接收路径。输入接收信号可在天线端口处提供，输出接收信号可在接收端口处提供。类似地，射频双工器100可包括用于提供输入传输信号的传输端口，其中传输路径可从传输端口延伸到天线端口。输出传输信号可在天线端口处提供。
图2所示为根据一实施例的射频前端200的图。射频前端200包括：射频双工器100，其中射频双工器100用于处理输入接收信号以及提供输出接收信号；以及低噪声放大器201，用于放大输出接收信号。射频双工器100是如结合图1所描述的射频双工器100的可能实施方式。
在射频前端200的一实施例中，射频前端200还包括用于提供输入传输信号的功率放大器，其中射频双工器100用于处理输入传输信号以及提供输出传输信号。
为了简单起见，射频前端200的图着重于射频双工器100的接收路径，其中输出接收信号提供给低噪声放大器201。类似地，可以提供射频双工器100的传输路径，其中输入传输信号可以由功率放大器提供。
图3所示为根据一实施例的方法300的图。方法300可处理输入接收信号。方法300可由如结合图1所描述的射频双工器100和如结合图2所描述的射频前端200执行。方法300包括：第一定向耦合器101将输入接收信号划分301为第一辅助接收信号和第二辅助接收信号，其中第一辅助接收信号和第二辅助接收信号包括位于接收频率的信号成分；第一滤波器103对第一辅助接收信号进行滤波303以获取第三辅助接收信号，其中第一滤波器103的通带包括接收频率；第二滤波器105对第二辅助接收信号进行滤波305以获取第四辅助接收信号，其中第二滤波器105的通带包括接收频率；以及第二定向耦合器107合并307第三辅助接收信号与第四辅助接收信号以获取输出接收信号。
在方法300的一实施例中，方法300还包括：第一定向耦合器101将输入传输信号划分为第一辅助传输信号和第二辅助传输信号，其中第一辅助传输信号和第二辅助传输信号包括位于传输频率的信号成分；第一滤波器103反射第一辅助传输信号以获取第三辅助传输信号，其中第一滤波器103的阻带包括传输频率；第二滤波器105反射第二辅助传输信号以获取第四辅助传输信号，其中第二滤波器105的阻带包括传输频率；以及第一定向耦合器101合并第三辅助传输信号与第四辅助传输信号以获取输出传输信号。
方法300的步骤可以任何顺序执行，并可依次和/或并行执行。例如，对第一辅助接收信号进行滤波303和对第二辅助接收信号进行滤波305可同时执行，并可因此形成图中的两个并行路径。类似地，反射第一辅助传输信号和反射第二辅助传输信号可同时执行，并可因此形成图中的两个并行路径。
射频双工器100、射频前端200和方法300的更多实施例在下文中更详细地描述。
图4所示为根据一实施例的射频前端200的图。射频前端200包括射频双工器100，其中射频双工器100包括第一定向耦合器101、第一滤波器103、第二滤波器105、第二定向耦合器107和可调负载(tunable load，TL)401。第一定向耦合器101和第二定向耦合器107可为正交混合(quadrature hybrid，QH)耦合器。射频双工器还包括天线端口(antenna port，ANT)、接收端口(reception port，RX)和传输端口(transmissionport，TX)。射频前端200还包括低噪声放大器(low noise amplifier，LNA)201、功率放大器(power amplifier，PA)403、天线调谐器(antenna tuner，AT)405和天线407。射频前端200形成如结合图2所描述的射频前端200的可能实施方式。
射频双工器100包括可实现为正交混合耦合器的两个定向耦合器101、107，以及两个滤波器103、105。这两个定向耦合器101、107和两个滤波器103、105可分别相同。ANT到RX路径可依赖于通过滤波器103、105进行的传输，TX到ANT路径可依赖于滤波器103、105处的反射。这个架构使用适度频率选择性组件，具体而言是滤波器103、105。这样，可解决系统3dB损耗限度。此外，增加了滤波，这可帮助对天线阻抗变化不那么敏感。
两个定向耦合器101、107可将通过滤波器103、105传输的辅助信号与反射的辅助信号分开。两个定向耦合器101、107可提供传输端口(transmission port，TX)与接收端口(reception port，RX)之间的隔离，尤其是当实现为正交混合耦合器时。可实现例如40dB或更高的隔离。具体而言，射频双工器100内第三和第四辅助传输信号的相消叠加可允许这么高的隔离量。另外，滤波器103、105可在RX到ANT路径和ANT到RX路径中提供滤波。可实现例如5dB至20dB的滤波。
图5所示为根据一实施例的射频前端200的图。射频前端200包括射频双工器100，其中射频双工器100包括第一定向耦合器101、第一滤波器103、第二滤波器105、第二定向耦合器107和可调负载401。第一定向耦合器101和第二定向耦合器107可为正交混合耦合器。射频前端200还包括低噪声放大器(low noise amplifier，LNA)201、功率放大器(poweramplifier，PA)403、天线调谐器(antenna tuner，AT)405和天线407。射频前端200形成如结合图2所描述的射频前端200的可能实施方式。
本图所示为射频双工器100和射频前端200的低成本实施方式，其中使用了多达18个数字可调电容(digitally tunable capacitor，DTC)，即，每个定向耦合器101、107使用多达七个且每个滤波器103、105使用两个。射频双工器100和射频前端200可在绝缘体硅片(silicon-on-insulator，SOI)和/或微机电系统(micro-electro-mechanical-system，MEMS)芯片上实现。两个定向耦合器101、107和/或两个滤波器103、105的部件可使用表面安装器件(surface-mount-device，SMD)技术来实现。在一实施例中，射频双工器的传输损耗和接收损耗之和小于4dB。
定向耦合器101、107的电感可在绝缘体硅片(silicon-on-insulator，SOI)芯片上和/或集成封装器件(integrated-package-device，IPD)技术中实现。滤波器103、105的电感可在集成封装器件(integrated-package-device，IPD)和/或表面安装器件(surface-mount-device，SMD)技术中实现。数字可调电容(digitally tunable capacitor，DTC)可在绝缘体硅片(silicon-on-insulator，SOI)技术中实现。
在高性能实施方式中，定向耦合器101、107的电感可在表面安装器件(surface-mount-device，SMD)和/或集成封装器件(integrated-package-device，IPD)技术中实现。滤波器103、105的电感和/或谐振器也可在集成封装器件(integrated-package-device，IPD)技术中实现，或使用表面声波(surface-acoustic-wave，SAW)或体声波(bulk-acoustic-wave，BAW)技术来实现。数字可调电容(digitally tunable capacitor，DTC)可在绝缘体硅片(silicon-on-insulator，SOI)或微机电系统(micro-electro-mechanical-system，MEMS)技术中实现。
在射频双工器100的一实施例中，数字可调电容由处理器数字控制。处理器可由射频双工器100或射频前端200组成。这可允许频段的有效调整或选择。
图6所示为根据一实施例的第一定向耦合器101和/或第二定向耦合器107的图。第一定向耦合器101和/或第二定向耦合器107包括四个端口。第一定向耦合器101和/或第二定向耦合器107可为正交混合耦合器。
第一定向耦合器101和/或第二定向耦合器107可包括多个传输线，例如微带。假定电感和电容的给定质量因数(Q)，使用传输线可产生较低损耗。传输线具有不同的特性阻抗Zp和Zr。传输线可形成串联支路和并联支路。
传输线可为四分之一波长(λ/4)传输线和/或慢波传输线，其中慢波传输线可人为地增加每个长度的串联电感和/或并联电容。当在单片微波集成电路(monolithicmicrowave integrated circuit，MMIC)内实施时，传输线可特别有利。
图7所示为根据不同实施例的第一定向耦合器101和/或第二定向耦合器107的图。第一定向耦合器101和/或第二定向耦合器107包括四个端口P1、P2、P3和P4并相对于地电位gnd。第一定向耦合器101和/或第二定向耦合器107使用集总部件来实现。
左图描绘了使用集总部件的等效电路。等效电路可视为基于传输线的定向耦合器到使用集总部件的电路的直接转换，其中各个传输线被包括并联电容、串联电感和并联电容的pi网络取代。
中图描绘了使用集总部件的等效电路，其中垂直线相对于左图可翻转。水平线使用并联C、串联L、并联C pi网络。垂直线可以使用并联L、串联C、并联L pi网络，其中并联L可通过减少电容C1在水平pi网络的并联C中吸收。中图构成左图和右图的混合。
右图描绘了使用集总部件的等效电路，其中水平线相对于中图可翻转。右图构成左图的翻转版，其中各个电容由电感取代，反之亦然。行为可以相同，其中，与输入信号相比，输出信号可引起90°和180°的相位，而与左图相比，它们可能较滞后。
图8所示为根据不同实施例的第一定向耦合器101和/或第二定向耦合器107的图。第一定向耦合器101和/或第二定向耦合器107为基于变压器的定向耦合器。第一定向耦合器101和/或第二定向耦合器107可为正交混合耦合器。第一定向耦合器101和/或第二定向耦合器107包括四个端口1、2、3和4。
上图描绘了包括单个变压器阶段的等效电路。下图描绘了包括两个变压器阶段的等效电路。
图9所示为根据一实施例的第一定向耦合器101和/或第二定向耦合器107的图。第一定向耦合器101和/或第二定向耦合器107包括四个端口1、2、3和4。第一定向耦合器101和/或第二定向耦合器107可为正交混合耦合器。第一定向耦合器101和/或第二定向耦合器107可为多段定向耦合器，具体而言为双段定向耦合器。与单段定向耦合器相比，多段定向耦合器的带宽可增加。
第一定向耦合器101和/或第二定向耦合器107可包括多个传输线，例如微带。假定电感和电容的给定质量因数(Q)，使用传输线可产生较低损耗。传输线具有不同的特性阻抗。
传输线可为四分之一波长(λ/4)传输线和/或慢波传输线，其中慢波传输线可人为地增加每个长度的串联电感和/或并联电容。当在单片微波集成电路(monolithicmicrowave integrated circuit，MMIC)内实施时，传输线可特别有利。
图10所示为根据不同实施例的第一定向耦合器101和/或第二定向耦合器107的图。第一定向耦合器101和/或第二定向耦合器107包括四个端口P1、P2、P3和P4并相对于地电位gnd。第一定向耦合器101和/或第二定向耦合器107使用集总部件来实现。
左图描绘了使用集总部件的等效电路。左图涉及图9中的图到集总电路的转换，其中各个线由并联C、串联L和并联C等效电路取代。这里，使用了七个电感和六个电容。
右图描绘了使用集总部件的等效电路，其中垂直线相对于左图可翻转。当翻转三条垂直线时，可以使用较少电感，例如，四个电感而非七个电感。
图11所示为根据不同实施例的第一滤波器103和/或第二滤波器105的图。第一滤波器103和/或第二滤波器105包括两个端口P1、P2并相对于地电位gnd。第一滤波器103和/或第二滤波器105使用集总部件来实现。
左图涉及具有并联和串联共振的并联滤波器。其可在具有低并联阻抗的串联谐振频率反射，并可在具有高并联阻抗的并联谐振频率传输。
中图涉及特定滤波器。其可在具有高串联阻抗的并联谐振器的谐振频率反射，并可在稍低频率传输，其中并联电容补偿电感谐振器的阻抗转换。
右图涉及特定滤波器。其可在具有低并联阻抗的串联谐振器的谐振频率反射，并可在稍低频率传输，其中串联电感补偿并联谐振器的电容。
更多的实施方式是可能的，具体而言为pi拓扑而非T拓扑，以及高阶滤波器。通常，滤波器103、105具有的最大反射频率低于最大传输频率。
图12所示为根据一实施例的射频双工器100的性能图。图中表明过频的射频双工器100的接收端口(RX)、传输端口(TX)与天线端口(ANT)之间的散射参数(S参数)的大小。图中还表明接收频率(fRX)和传输频率(fTX)。
散射参数对于3GPP频段1模拟，具有传输频率fTX＝1.95GHz和接收频率fRX＝2.13GHz。在本例中，与例如使用基于变压器的双工器的3dB至4dB相比，传输损耗和接收损耗分别低至1.25dB和1.72dB。
图13所示为根据一实施例的射频双工器100的性能图。图中表明过频的射频双工器100的接收端口(RX)、传输端口(TX)与天线端口(ANT)之间的散射参数(S参数)的大小。图中还表明接收频率(fRX)和传输频率(fTX)。
图中示出了对于3GPP频段3和7的散射参数，并表明单个射频双工器100可以处理从1.7至2.7GHz的所有3GPP频段。对于相同的射频双工器100已执行两个模拟(3GPP频段3和3GPP频段7)，其中模拟之间的唯一不同在于各个数字可调电容的数字设置。
图14所示为具有不同接收端口的基于变压器的射频双工器的图。基于变压器的射频双工器包括接收端口(RX)、传输端口(TX)和天线端口(ANT)，并连接到低噪声放大器(low-noise amplifier，LNA)、功率放大器(power amplifier，PA)和具有天线阻抗ZANT的天线(antenna，ANT)。基于变压器的射频双工器还包括平衡阻抗ZBAL。变压器的初级绕组与次级绕组之间的耦合系数用k表示。基于变压器的射频双工器可调谐。
左图描绘了具有差分接收端口的基于变压器的射频双工器。在这个基于变压器的射频双工器内，可能存在到RX端口的高共模TX泄漏，即使RX端口处的传输信号完全差异性抵消。这可压缩，或至少降低，LNA的线性。
右图描绘了具有单端接收端口的基于变压器的射频双工器。平衡阻抗ZBAL可以随时间和频率跟踪天线阻抗ZANT。在这种情况下，PA的信号可在LNA的输入处撤销，而其可分解50％给天线以及50％到平衡阻抗ZBAL中。类似地，RX信号可分解，50％给LNA的输入，50％给平衡阻抗ZBAL。该50％，或3dB，功率分解可以是本拓扑的损耗下限。
总而言之，本发明涉及射频双工器100，其包括两个定向耦合器101、107，例如可调正交混合耦合器，以及两个滤波器103、105，例如相似或相同的可调滤波器。射频双工器100可使用多芯片集成到单个封装中。射频双工器100可使用单芯片集成到半导体技术中。定向耦合器101、107可使用任意描述的选项实现。滤波器103、105可使用任意描述的选项实现。射频双工器100可包括可调负载401，其连接到第二定向耦合器107的隔离端口，而非终端电阻。
本发明还涉及射频前端200，例如，包括射频双工器100和任何以下部件的前端模块(frontend module，FEM)：连接到射频双工器100的RX端口的低噪声放大器(low-noiseamplifier，LNA)201、连接到射频双工器100的TX端口的功率放大器(power amplifier，PA)403、连接到射频双工器100的天线端口的天线调谐器(antenna tuner，AT)405和/或连接到射频双工器100的任意端口的射频(radio frequency，RF)开关。
射频双工器100和射频前端200可使用不同技术实现。具体而言，数字可调电容(digitally tunable capacitor，DTC)可在绝缘体硅片(silicon-on-insulator，SOI)或微机电系统(micro-electro-mechanical-system，MEMS)技术中实施。电感可在绝缘体硅片(silicon-on-insulator，SOI)技术中实施，可使用焊线，并可在封装内部，例如在球栅阵列(ball-grid-array，BGA)封装中，使用路由层。它们还可在集成封装器件(integrated-package-device，IPD)和/或表面安装器件(surface-mount-device，SMD)技术中实施。滤波器103、105可包括在表面声波(surface-acoustic-wave，SAW)、体声波(bulk-acoustic-wave，BAW)或集成封装器件(integrated-package-device，IPD)技术中实施的谐振器。定向耦合器101、107，例如正交混合耦合器，可为基于传输线的耦合器并可使用慢波传输线。与基于变压器的射频双工器相比，本发明可允许多种优势。
虽然已详细地描述了本发明及其优点，但是应理解，可以在不脱离如所附权利要求书所界定的本发明的精神和范围的情况下对本发明做出各种改变、替代和更改。

Claims (16)

1.一种用于处理输入接收信号的射频双工器(100)，其特征在于，所述射频双工器(100)包括：
第一定向耦合器(101)，用于将所述输入接收信号划分为第一辅助接收信号和第二辅助接收信号，其中所述第一辅助接收信号和所述第二辅助接收信号包括位于接收频率(fRX)的信号成分；
第一滤波器(103)，用于对所述第一辅助接收信号进行滤波以获取第三辅助接收信号，其中所述第一滤波器(103)的通带包括所述接收频率(fRX)；
第二滤波器(105)，用于对所述第二辅助接收信号进行滤波以获取第四辅助接收信号，其中所述第二滤波器(105)的通带包括所述接收频率(fRX)；以及
第二定向耦合器(107)，用于合并所述第三辅助接收信号与所述第四辅助接收信号以获取输出接收信号。
2.根据权利要求1所述的射频双工器(100)，其特征在于：
所述第一定向耦合器(101)用于将输入传输信号划分为第一辅助传输信号和第二辅助传输信号，其中所述第一辅助传输信号和所述第二辅助传输信号包括位于传输频率(fTX)的信号成分；
所述第一滤波器(103)用于反射所述第一辅助传输信号以获取第三辅助传输信号，其中所述第一滤波器(103)的阻带包括所述传输频率(fTX)；
所述第二滤波器(105)用于反射所述第二辅助传输信号以获取第四辅助传输信号，其中所述第二滤波器(105)的阻带包括所述传输频率(fTX)；以及
所述第一定向耦合器(101)用于合并所述第三辅助传输信号与所述第四辅助传输信号以获取输出传输信号。
3.根据任一前述权利要求所述的射频双工器(100)，其特征在于，所述第一定向耦合器(101)或所述第二定向耦合器(107)是正交混合耦合器。
4.根据任一前述权利要求所述的射频双工器(100)，其特征在于，所述第一滤波器(103)或所述第二滤波器(105)是带通滤波器、低通滤波器、高通滤波器或陷波滤波器。
5.根据任一前述权利要求所述的射频双工器(100)，其特征在于，所述第一定向耦合器(101)和所述第二定向耦合器(107)是相同的，或所述第一滤波器(103)和所述第二滤波器(105)是相同的。
6.根据任一前述权利要求所述的射频双工器(100)，其特征在于，还包括：
连接到所述第二定向耦合器(107)的可调负载(401)，所述可调负载(401)具有可变阻抗。
7.根据任一前述权利要求所述的射频双工器(100)，其特征在于，所述第一定向耦合器(101)或所述第二定向耦合器(107)可调谐。
8.根据权利要求7所述的射频双工器(100)，其特征在于，所述第一定向耦合器(101)或所述第二定向耦合器(107)包括多个数字可调电容。
9.根据任一前述权利要求所述的射频双工器(100)，其特征在于，所述第一滤波器(103)或所述第二滤波器(105)可调谐。
10.根据权利要求9所述的射频双工器(100)，其特征在于，所述第一滤波器(103)或所述第二滤波器(105)包括其它多个数字可调电容。
11.根据任一前述权利要求所述的射频双工器(100)，其特征在于，所述第一定向耦合器(101)、所述第二定向耦合器(107)、所述第一滤波器(103)或所述第二滤波器(105)包括多个传输线。
12.一种射频前端(200)，其特征在于，包括：
根据权利要求1至11中任一权利要求所述的射频双工器(100)，所述射频双工器(100)用于处理输入接收信号以及提供输出接收信号；以及
低噪声放大器(201)，用于放大所述输出接收信号。
13.根据权利要求12所述的射频前端(200)，其特征在于，还包括：
功率放大器(403)，用于提供输入传输信号；
其中所述射频双工器(100)用于处理所述输入传输信号以及提供输出传输信号。
14.根据权利要求12或13所述的射频前端(200)，其特征在于，还包括：
射频开关，用于将所述输出接收信号从所述射频双工器(100)路由到所述低噪声放大器(201)。
15.一种用于处理输入接收信号的方法(300)，其特征在于，所述方法(300)包括：
第一定向耦合器(101)将所述输入接收信号划分(301)为第一辅助接收信号和第二辅助接收信号，其中所述第一辅助接收信号和所述第二辅助接收信号包括位于接收频率(fRX)的信号成分；
第一滤波器(103)对所述第一辅助接收信号进行滤波(303)以获取第三辅助接收信号，其中所述第一滤波器(103)的通带包括所述接收频率(fRX)；
第二滤波器(105)对所述第二辅助接收信号进行滤波(305)以获取第四辅助接收信号，其中所述第二滤波器(105)的通带包括所述接收频率(fRX)；以及
第二定向耦合器(107)合并(307)所述第三辅助接收信号与所述第四辅助接收信号以获取输出接收信号。
16.根据权利要求15所述的方法(300)，其特征在于，还包括：
所述第一定向耦合器(101)将输入传输信号划分为第一辅助传输信号和第二辅助传输信号，其中所述第一辅助传输信号和所述第二辅助传输信号包括位于传输频率(fTX)的信号成分；
所述第一滤波器(103)反射所述第一辅助传输信号以获取第三辅助传输信号，其中所述第一滤波器(103)的阻带包括所述传输频率(fTX)；
所述第二滤波器(105)反射所述第二辅助传输信号以获取第四辅助传输信号，其中所述第二滤波器(105)的阻带包括所述传输频率(fTX)；以及
所述第一定向耦合器(101)合并所述第三辅助传输信号与所述第四辅助传输信号以获取输出传输信号。
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