CN110011672A - 宽带通信系统的射频架构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了宽带通信系统射频架构由宽带收发机、宽带发射/接收模块和宽带天线组成，宽带发射模块主要包括宽带功率放大器和多个频段的带通滤波器、单刀N掷开关等，接收模块包括宽带低噪声放大器和多个频段的带通滤波器、单刀N掷开关，本发明提供了实现多频段的收发的结构简单，成本较低的宽带通信系统的射频架构。
Description
技术领域
本发明涉及射频前端领域，更具体的说，它涉及宽带通信系统的射频架构。
背景技术
当前，移动通信系统多种模式、多个频段共存，市场希望单个移动终端能够支持不同通信协议和频段。伴随着集成电路的迅猛发展，射频前端模块也正朝着小型化、宽带化和高频化方向发展，其性能的好坏直接关系到整个通信系统通信质量。
射频前端模块在通信系统中扮演着重要角色，发射信号时将数字信号转换成高频率的无线电磁波信号并进行信号功率放大，同时对干扰信号进行滤波和抑制；接收信号时将接收到的微弱电磁波信号进行放大并转换成数字信号，同时滤除杂波。
射频通信中，使用相对带宽来表示频带宽度，即频带范围与中心频率的比值。通常定义相对带宽≥20%的射频电路为宽带，否则为窄带。宽带射频前端模块工作时，在其宽频带范围内，存在着诸多的电磁干扰，恶化通信系统的性能。如发射机泄露信号和下行功率较强的邻信道干扰信号，造成的偶次谐波失真，其二阶非线性互调量以干扰信号的包络幅度的平方的形式出现在基带，落在信道带宽范围内，恶化信号的信噪比。此外还存在着共频干扰、阻塞干扰、杂散干扰、互调干扰等干扰信号。
传统的做法在发射支路上增加谐波抑制低通滤波器，降低谐波杂散产物的发射，或在接收支路上增加抗阻塞带通滤波器，降低带外干扰产物对信道的阻塞干扰风险，但该方法对滤波器的带外抑制等性能有着较高的要求，其生产成本极高。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供实现多频段的收发的结构简单，成本较低的宽带通信系统的射频架构。
本发明的技术方案如下：
宽带通信系统的射频架构，包括宽带收发机、宽带发射模块、宽带接收模块和宽带天线；宽带收发机与宽带发射模块、宽带接收模块电性连接，宽带发射模块、宽带接收模块与宽带天线电性连接；宽带发射模块包括宽带功率放大器、第一带通滤波器组和第一单刀多掷开关组，第一单刀多掷开关组包括第一单刀多掷开关和第二单刀多掷开关，第一单刀多掷开关的一端与宽带功率放大器连接，第一单刀多掷开关的另一端与第一带通滤波器组的一端连接，第一带通滤波器组的另一端与第二单刀多掷开关的一端连接；宽带接收模块包括宽带低噪声放大器、第二带通滤波器组、第二单刀多掷开关组，第二单刀多掷开关组包括第三单刀多掷开关和第四单刀多掷开关，第四单刀多掷开关的一端与宽带低噪声放大器连接，第四单刀多掷开关的另一端与第二带通滤波器组的一端连接，第二带通滤波器组的另一端与第三单刀多掷开关的一端连接；第一带通滤波器组包括多个发射级带通滤波器，第二带通滤波器组包括多个接收级带通滤波器，发射级带通滤波器、接收级带通滤波器数量相同，且带通频率相对应，带通频率的分布以倍频关系进行分布。
进一步的，第一单刀多掷开关组、第二单刀多掷开关的控制数量相同，且控制数量大于等于带通频率分布的数量。
进一步的，还包括单刀双掷开关，第一单刀多掷开关组、第二单刀多掷开关与单刀双掷开关电性连接。
本发明相比现有技术优点在于：本发明将多个倍频频段的带通滤波器应用于射频前端模块中，结合射频开关的切换通道功能，使宽带射频前端模块工作在同一个倍频频率范围内，并实现了多频段的收发，减小了信号收发时的谐波分量的干扰，同时降低了对射频带通滤波器的性能要求，相应的降低了射频前端电路的设计难度和设计成本，并提高了整体电路的集成度。
附图说明
图1为宽带通信系统射频架构图。
图中标识，宽带收发机1、宽带功率放大器2、第一单刀多掷开关3、第一带通滤波器组4、第二单刀多掷开关5、第三单刀多掷开关6、第二带通滤波器组7、第四单刀多掷开关8、宽带低噪声放大器9、单刀双掷开关10、宽带天线11。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明而不能作为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科技术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样的定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
宽带通信系统的射频架构，包括宽带收发机、宽带发射模块、宽带接收模块和宽带天线；宽带收发机与宽带发射模块、宽带接收模块电性连接，宽带发射模块、宽带接收模块与宽带天线电性连接。宽带发射模块包括宽带功率放大器、第一带通滤波器组和第一单刀多掷开关组，宽带接收模块包括宽带低噪声放大器、第二带通滤波器组、第二单刀多掷开关组，宽带收发机用于射频信号/模拟信号与数字信号的转换，宽带功率放大器用于射频信号的功率放大，宽带低噪声放大器用于射频信号的低噪声放大，宽带天线用于射频信号与电磁信号的相互转换。第一单刀多掷开关组、第二单刀多掷开关组主要用于传输信号的通道切换，第一带通滤波器组、第二带通滤波器组用于信号的滤波，同时抑制带外信号。
宽带发射模块的第一单刀多掷开关组包括第一单刀多掷开关和第二单刀多掷开关，第一单刀多掷开关的一端与宽带功率放大器连接，第一单刀多掷开关的另一端与第一带通滤波器组的一端连接，第一带通滤波器组的另一端与第二单刀多掷开关的一端连接。
宽带接收模块的第二单刀多掷开关组包括第三单刀多掷开关和第四单刀多掷开关，第四单刀多掷开关的一端与宽带低噪声放大器连接，第四单刀多掷开关的另一端与第二带通滤波器组的一端连接，第二带通滤波器组的另一端与第三单刀多掷开关的一端连接。
第一带通滤波器组包括多个发射级带通滤波器，第二带通滤波器组包括多个接收级带通滤波器，发射级带通滤波器、接收级带通滤波器数量相同，且带通频率相对应，带通频率的分布以倍频关系进行分布。第一单刀多掷开关组、第二单刀多掷开关的控制数量相同，且控制数量大于等于带通频率分布的数量。还包括单刀双掷开关，第一单刀多掷开关组、第二单刀多掷开关与单刀双掷开关电性连接。具体如下，第一带通滤波器组包括第一发射级带通滤波器T1、第二发射级带通滤波器T2、第三发射级带通滤波器T3、…第N发射级带通滤波器Tn，T1的带通频率范围为f0~2f0，T2的带通频率范围为2f0~4f0，T3的带通频率范围为4f0~8f0，则Tn的带通频率范围为2（n-1）*f0~2n*f0。第二带通滤波器组7包括第一接收级带通滤波器R1、第二接收级带通滤波器R2、第三接收级带通滤波器R3、…第N接收级带通滤波器Rn，R1的带通频率范围为f0~2f0，R2的带通频率范围为2f0~4f0，R3的带通频率范围为4f0~8f0，Rn的带通频率范围为2（n-1）*f0~2n*f0。第N发射级带通滤波器Tn的带通频率范围与第N接收级带通滤波器Rn的带通频率范围相同。
具体的运行顺序包括信号发射过程和信号接收过程。
信号发射过程如下：
1.1）通过宽带发射模块进行端口切换，即第一带通滤波器组的第一发射级带通滤波器的a端口与第一单刀多掷开关的a1相连，第一发射级带通滤波器的b端口与第二单刀多掷开关的b1相连，第二带通滤波器组的第一接收级带通滤波器的c端口与第三单刀多掷开关的c1相连，第一接收级带通滤波器的d端口与第四单刀多掷开关的d1相连，单刀双掷开关的e端口与e1相连。从而形成宽带收发机处理后的信号通过宽带功率放大器放大，经过第一发射级带通滤波器T1滤波处理后，传送至宽带天线，由宽带天线将f0~2f0频率范围内的信号发射出去。发射信号时，接收信号和发射信号的线路需要对应，由于接收和发射线路上同频率范围滤波器的存在，减小了二次及高次谐波分量对工作电路带来的影响，接收信号时也是这样。
1.2）通过宽带发射模块进行端口切换，即第一带通滤波器组的第二发射级带通滤波器的a端口与第一单刀多掷开关的a2相连，第二发射级带通滤波器的b端口与第二单刀多掷开关的b2相连，第二带通滤波器组的第二接收级带通滤波器的c端口与第三单刀多掷开关的c2相连，第二接收级带通滤波器的d端口与第四单刀多掷开关的d2相连，单刀双掷开关的e端口与e1相连。从而形成宽带收发机处理后的信号通过宽带功率放大器放大，经过第二发射级带通滤波器T2滤波处理后，传送至宽带天线，由宽带天线将2f0~4f0频率范围内的信号发射出去。
1.3）通过宽带发射模块进行端口切换，即第一带通滤波器组的第三发射级带通滤波器的a端口与第一单刀多掷开关的a3相连，第三发射级带通滤波器的b端口与第二单刀多掷开关的b3相连，第二带通滤波器组的第三接收级带通滤波器的c端口与第三单刀多掷开关的c3相连，第三接收级带通滤波器的d端口与第四单刀多掷开关的d3相连，单刀双掷开关的e端口与e1相连。从而形成宽带收发机处理后的信号通过宽带功率放大器放大，经过第三发射级带通滤波器T3滤波处理后，传送至宽带天线，由宽带天线将4f0~8f0频率范围内的信号发射出去。
1.4）通过宽带发射模块进行端口切换，即第一带通滤波器组的第N发射级带通滤波器的a端口与第一单刀多掷开关的an相连，第N发射级带通滤波器的b端口与第二单刀多掷开关的bn相连，第二带通滤波器组的第N接收级带通滤波器的c端口与第三单刀多掷开关的cn相连，第N接收级带通滤波器的d端口与第四单刀多掷开关的dn相连，单刀双掷开关的e端口与e1相连。从而形成宽带收发机处理后的信号通过宽带功率放大器放大，经过第N发射级带通滤波器Tn滤波处理后，传送至宽带天线，由宽带天线将2（n-1）*f0~2n*f0频率范围内的信号发射出去。
信号接收过程如下：
2.1）通过宽带发射模块进行端口切换，即第一带通滤波器组的第一发射级带通滤波器的a端口与第一单刀多掷开关的a1相连，第一发射级带通滤波器的b端口与第二单刀多掷开关的b1相连，第二带通滤波器组的第一接收级带通滤波器的c端口与第三单刀多掷开关的c1相连，第一接收级带通滤波器的d端口与第四单刀多掷开关的d1相连，单刀双掷开关的e端口与e2相连。宽带天线接收到的信号通过第一接收级带通滤波器R1滤波处理后，再经过宽带低噪声放大器放大，传送至宽带收发机对f0~2f0频率范围内的信号进行处理。
2.2）通过宽带发射模块进行端口切换，即第一带通滤波器组的第二发射级带通滤波器的a端口与第一单刀多掷开关的a2相连，第二发射级带通滤波器的b端口与第二单刀多掷开关的b2相连，第二带通滤波器组的第二接收级带通滤波器的c端口与第三单刀多掷开关的c2相连，第二接收级带通滤波器的d端口与第四单刀多掷开关的d2相连，单刀双掷开关的e端口与e2相连。宽带天线接收到的信号通过第二接收级带通滤波器R2滤波处理后，再经过宽带低噪声放大器放大，传送至宽带收发机对2f0~4f0频率范围内的信号进行处理。
2.3）通过宽带发射模块进行端口切换，即第一带通滤波器组的第三发射级带通滤波器的a端口与第一单刀多掷开关的a3相连，第三发射级带通滤波器的b端口与第二单刀多掷开关的b3相连，第二带通滤波器组的第三接收级带通滤波器的c端口与第三单刀多掷开关的c3相连，第三接收级带通滤波器的d端口与第四单刀多掷开关的d3相连，单刀双掷开关的e端口与e2相连。宽带天线接收到的信号通过第三接收级带通滤波器R3滤波处理后，再经过宽带低噪声放大器放大，传送至宽带收发机对4f0~8f0频率范围内的信号进行处理。
2.4）通过宽带发射模块进行端口切换，即第一带通滤波器组的第N发射级带通滤波器的a端口与第一单刀多掷开关的an相连，第N发射级带通滤波器的b端口与第二单刀多掷开关的bn相连，第二带通滤波器组的第N接收级带通滤波器的c端口与第三单刀多掷开关的cn相连，第N接收级带通滤波器的d端口与第四单刀多掷开关的dn相连，单刀双掷开关的e端口与e2相连。宽带天线接收到的信号通过第N接收级带通滤波器Rn滤波处理后，再经过宽带低噪声放大器放大，传送至宽带收发机对2（n-1）*f0~2n*f0频率范围内的信号进行处理。
与传统射频前端系统架构相比，本方案将多个倍频频段的带通滤波器应用于射频前端模块中，结合射频开关的切换通道功能，使宽带射频前端模块工作在同一个倍频频率范围内，并实现了多频段的收发，减小了信号收发时的谐波分量的干扰，同时降低了对射频带通滤波器的性能要求，相应的降低了射频前端电路的设计难度和设计成本，并提高了整体电路的集成度。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明保护范围内。
Claims (3)
1.宽带通信系统的射频架构，其特征在于，包括宽带收发机、宽带发射模块、宽带接收模块和宽带天线；宽带收发机与宽带发射模块、宽带接收模块电性连接，宽带发射模块、宽带接收模块与宽带天线电性连接；宽带发射模块包括宽带功率放大器、第一带通滤波器组和第一单刀多掷开关组，第一单刀多掷开关组包括第一单刀多掷开关和第二单刀多掷开关，第一单刀多掷开关的一端与宽带功率放大器连接，第一单刀多掷开关的另一端与第一带通滤波器组的一端连接，第一带通滤波器组的另一端与第二单刀多掷开关的一端连接；宽带接收模块包括宽带低噪声放大器、第二带通滤波器组、第二单刀多掷开关组，第二单刀多掷开关组包括第三单刀多掷开关和第四单刀多掷开关，第四单刀多掷开关的一端与宽带低噪声放大器连接，第四单刀多掷开关的另一端与第二带通滤波器组的一端连接，第二带通滤波器组的另一端与第三单刀多掷开关的一端连接；第一带通滤波器组包括多个发射级带通滤波器，第二带通滤波器组包括多个接收级带通滤波器，发射级带通滤波器、接收级带通滤波器数量相同，且带通频率相对应，带通频率的分布以倍频关系进行分布。
2.根据权利要求1所述的宽带通信系统的射频架构，其特征在于：第一单刀多掷开关组、第二单刀多掷开关的控制数量相同，且控制数量大于等于带通频率分布的数量。
3.根据权利要求1所述的宽带通信系统的射频架构，其特征在于：还包括单刀双掷开关，第一单刀多掷开关组、第二单刀多掷开关与单刀双掷开关电性连接。
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