CN111162814A - 阻抗调节器、射频电路及电子设备 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种阻抗调节器、射频电路及电子设备。阻抗调节器包括：四个阻抗调节元件、与每个阻抗调节元件一一对应的第一开关、第二开关、第三开关、第四开关和第一控制器，第一控制器用于执行以下操作中的至少一者：控制四个阻抗调节元件调整电容值或电感值；控制第一开关动作；控制第二开关动作；控制第三开关动作；控制第四开关动作。由此，可实现负载端阻抗在史密斯图上的所有四个区域的连续调节，调节范围广、调节精度高，且支持更宽频段的调节，从而可保证负载端始终处于最佳工作状态，负载端工作效率高，进而降低能耗。此外，射频工程师通过软件的形式即可实现射频电路的阻抗匹配，省时省力，可以降低阻抗调节器的生产制造及测试的复杂度。

Description

阻抗调节器、射频电路及电子设备

技术领域

本公开涉及通信技术领域，具体地，涉及一种阻抗调节器、射频电路及电子设备。

背景技术

射频信号在传输过程中，输入源端阻抗与输出负载端阻抗匹配时，信号能够以最大功率传输。射频电路中通常用电容、电感进行阻抗匹配，但电容、电感的阻抗特性会随着信号频率的变化而变化，导致同时存在不同频率信号的射频系统中，阻抗匹配十分复杂。为解决该问题，目前在射频电路中普遍采用阻抗调节器进行源端与负载端之间的阻抗匹配。

现有的阻抗调节器主要由单刀多掷开关和一组电容(或者，电感)构成，通过控制单刀多掷开关动作，可以在射频电路中动态切换不同的电容，以实现阻抗匹配。但每次只能选通一个电容或电感，电容或电感的数量决定阻抗调节的精度和步进，造成阻抗调节进度低下，很难做到阻抗的精确调节，射频电路应用有限。另外，由于开关器件及元件布局的限制，阻抗调节器中只设置电容组、电感组中的一者，且电容组或电感组只能并联在射频电路中，因此，只有负载端阻抗失配到史密斯图的IV区(容性区)时，阻抗调节器才能起到调节作用，而负载端阻抗失配到其他区域(I区、II区、III区)时，阻抗调节器无法发挥调节效果。

发明内容

为了克服相关技术中存在的问题，本公开提供一种阻抗调节器、射频电路及电子设备。

为了实现上述目的，根据本公开实施例的第一方面，提供一种阻抗调节器，包括：

四个阻抗调节元件，包括第一可变电容组、第二可变电容组、第一可变电感组、第二可变电感组；

与每个所述阻抗调节元件一一对应的第一开关，其中，所述第一开关与相对应的所述阻抗调节元件连接；

第二开关，一端用于与射频信号输入端连接，另一端分别与所述第一可变电容组、所述第一可变电感组连接；

第三开关，一端分别与所述第一可变电容组对应的第一开关、所述第一可变电感组对应的第一开关连接，另一端分别与所述第二可变电容组、所述第二可变电感组连接；

第四开关，一端分别与所述第二可变电容组对应的第一开关、所述第二可变电感组对应的第一开关连接，另一端用于与射频信号输出端连接；以及

第一控制器，分别与所述四个阻抗调节元件、所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关以及所述第四开关连接，用于与射频电路中的第二控制器连接，根据从所述第二控制器接收到的控制信号，执行以下操作中的至少一者：

控制所述四个阻抗调节元件调整电容值或电感值；

控制所述第一开关动作，以使所述相对应的阻抗调节元件并联或串联于所述射频电路中；

控制所述第二开关动作，以使所述第一可变电容组、所述第一可变电感组中的一者与所述射频信号输入端连通；

控制所述第三开关动作，以使所述第二可变电容组、所述第二可变电感组中的一者与所述第一可变电容组、所述第一可变电感组中的一者连通；

控制所述第四开关动作，以使所述第二可变电容组、所述第二可变电感组中的一者与所述射频信号输出端连通。

可选地，所述第一开关为双刀四掷开关。

可选地，所述第二开关、所述第四开关均为单刀双掷开关。

可选地，所述第三开关为换向开关。

可选地，所述第一可变电容组或所述第二可变电容组包括至少两个并联的电容元件，其中，所述电容元件包括第五开关和电容。

可选地，所述第一可变电容组或所述第二可变电容组包括八个并联的电容元件，八个所述电容的电容值分别为0.05pF、0.1pF、0.2pF、0.75pF、1pF、1.25pF、1.5pF、4pF。

可选地，所述第一可变电感组或所述第二可变电感组包括至少两个串联的电感元件，其中，所述电感元件包括第六开关和电感。

可选地，所述第一可变电感组或所述第二可变电感组包括八个串联的电感元件，八个所述电感的电感值分别为0.05nH、0.1nH、0.2nH、0.75nH、1nH、1.25nH、1.5nH、4nH。

根据本公开实施例的第二方面，提供一种射频电路，包括：

依次连接的射频收发器、功率放大器、双工器、天线开关、双向耦合器、阻抗调节器、天线，其中，所述阻抗调节器为本公开第一方面提供的所述阻抗调节器；以及

所述第二控制器，分别与所述双向耦合器和所述阻抗调节器连接，用于接收所述双向耦合器发送的天线驻波比采样信号，并根据所述天线驻波比采样信号，生成所述控制信号，并将所述控制信号发送至所述阻抗调节器。

根据本公开实施例的第三方面，提供一种电子设备，包括壳体和电路板，所述电路板安装在所述壳体内部，所述电路板上设置有射频电路，所述射频电路为本公开第二方面提供的所述射频电路。

在上述技术方案中，阻抗调节器包括两个可变电容组和两个可变电感组，通过多开关组选的方式能够同时选择电容组和电感组，形成L型阻抗网络，可以实现负载端阻抗在史密斯图上的所有四个区域的连续调节，调节范围广、调节精度高，并且支持更宽频段的调节，从而可以保证负载端始终处于最佳工作状态，负载端工作效率高，进而降低能耗。此外，射频工程师通过软件的形式即可实现射频电路的阻抗匹配，省时省力，可以降低阻抗调节器的生产制造及测试的复杂度。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是根据一示例性实施例示出的一种射频电路的结构示意图。

图2是根据一示例性实施例示出的一种阻抗调节器的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

在本公开中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上”“下”、通常是指以相应附图的图面为基准定义的，“内”“外”是指相应部件轮廓的内和外，此外，本公开中使用的术语“第一”“第二”等是为了区别一个要素和另一个要素，不具有顺序性和重要性。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。

图1是根据一示例性实施例示出的一种射频电路的结构示意图。参照图1，该射频电路包括：射频收发器1、功率放大器2、双工器3、天线开关4、双向耦合器5、阻抗调节器6、天线7以及第二控制器8。其中，射频收发器1、功率放大器2、双工器3、天线开关4、双向耦合器5、阻抗调节器6、天线7依次连接，第二控制器8分别与双向耦合器5和阻抗调节器6连接。

具体来说，射频收发器1可以用于发射射频信号，也可以用于接收射频信号；功率放大器2可以对射频收发器1发射的射频信号进行放大，并将放大后的射频信号发送至双工器3；双工器3可以用于接收上述功率放大器2发送的放大后的射频信号，并对其进行滤波处理；天线开关4可以用于切换天线的信号源；双向耦合器5可以用于生成驻波比采样信号，并将该驻波比采样信号发送至第二控制器8；第二控制器8，可以用于接收双向耦合器5发送的天线驻波比采样信号，并根据该天线驻波比采样信号，生成相应的控制信号，并将该控制信号发送至阻抗调节器6；阻抗调节器6，可以用于接收该控制信号，并根据该控制信号进行阻抗调节，此外，该阻抗调节器6还可以用于通过天线7收发射频信号。

具体来说，如图2所示，上述阻抗调节器6可以包括：四个阻抗调节元件、与每个阻抗调节元件一一对应的第一开关、第二开关、第三开关、第四开关以及第一控制器。

在本公开中，上述四个阻抗调节元件分别为第一可变电容组、第二可变电容组、第一可变电感组、第二可变电感组。其中，第一可变电容组、第二可变电容组分别可以包括至少两个并联的电容元件，该电容元件可以包括第五开关和电容。当第五开关闭合时，对应的电容被选通，当第五开关断开时，对应的电容未被选通。

示例地，如图2所示，第一可变电容组、第二可变电容组均包括八个并联的电容元件，其中，每个电容元件包括一个电容和一个第五开关，即，第一可变电容组、第二可变电容组均可以包括八个电容和与该八个电容一一对于对应的第五开关。并且，如图2中所示，八个电容的电容值分别为0.05pF、0.1pF、0.2pF、0.75pF、1pF、1.25pF、1.5pF、4pF。这样，阻抗调节器6可以实现从0.05pF～8.7pF范围内的电容调节，且调节步进可以达到0.05pF。

另外，需要说明的是，上述第一可变电容组和第二可变电容组中所并联的电容元件的数量可以相同，也可以不同，并且，各电容元件中相应的电容值可以相同，也可以不同，在本公开中均不作具体限定。

上述第一可变电感组、第二可变电感组均可以包括至少两个串联的电感元件，其中，该电感元件可以包括第六开关和电感。当第六开关闭合时，对应的电感被选通，当第六开关断开时，对应的电感未被选通。

示例地，如图2所示，第一可变电感组、第二可变电感组均可以包括八个串联的电感元件，其中，每个电感元件包括一个电感和一个第六开关，即，第一可变电感组、第二可变电感组均可以包括八个电感和与该八个电感一一对于对应的第六开关。并且，如图2中所示，该八个电感的电感值分别为0.05nH、0.1nH、0.2nH、0.75nH、1nH、1.25nH、1.5nH、4nH。这样，阻抗调节器6可以实现从0.05nH～8.7nH范围内的电感调节，且调节步进可以达到0.05nH。

另外，需要说明的是，上述第一可变电感组和第二可变电感组中所串联的电感元件的数量可以相同，也可以不同，并且，各电感元件中相应的电感值可以相同，也可以不同，在本公开中均不作具体限定。

如图2所示，上述第一开关可以与相对应的阻抗调节元件连接；第二开关的一端可以用于与射频信号输入端连接，另一端可以分别与第一可变电容组、第一可变电感组连接；第三开关的一端可以分别与第一可变电容组对应的第一开关、第一可变电感组对应的第一开关连接，另一端可以分别与第二可变电容组、第二可变电感组连接；第四开关的一端可以分别与第二可变电容组对应的第一开关、第二可变电感组对应的第一开关连接，另一端可以用于与射频信号输出端连接；第一控制器，可以分别与上述四个阻抗调节元件、第一开关、第二开关、第三开关以及第四开关连接，还可以与射频电路中的第二控制器8连接。

其中，上述第一控制器可以根据从上述第二控制器接收到的控制信号，执行以下操作中的至少一者：

(1)控制四个阻抗调节元件调整电容值或电感值。具体来说，第一控制器可以通过控制第一可变电容组或第二可变电容组中各电容元件中的第五开关的闭合或断开来选通相应的电容，以达到调整第一可变电容组或第二可变电容组的电容值的目的。其中，当第五开关闭合时，对应的电容被选通，当第五开关断开时，对应的电容未被选通。第一控制器可以通过控制第一可变电感组或第二可变电感组中各电感元件中的第六开关的闭合或断开来选通相应的电感，以达到调整第一可变电感组或第二可变电感组的电感值的目的。其中，当第六开关闭合时，对应的电感被选通，当第六开关断开时，对应的电感未被选通。

(2)控制第一开关动作，以使相对应的阻抗调节元件并联或串联于射频电路中。示例地，如图2所示，该第一开关可以为双刀四掷开关，其中，当该双刀四掷开关的两个刀均位于上端时，相应的阻抗调节元件串联于射频电路中，当该双刀四掷开关的两个刀均位于下端时，相应的阻抗调节元件并联于射频电路中。另外，上述第一开关除了可以是图2中所示的双刀四掷开关以外，它还可以为两个连接的单刀双掷开关、可编程的逻辑控制单元等，在本公开中不作具体限定。

(3)控制第二开关动作，以使第一可变电容组、第一可变电感组中的一者与射频信号输入端连通，即第二开关可以用于选择第一可变电容组、第一可变电感组中的一者。示例地，如图2所示，该第二开关可以为单刀双掷开关，其中，当该单刀双掷开关的单刀位于上端时，第一可变电容组与射频信号输入端连通，即第一可变电容组被选中，第一可变电感组未被选中，而当该单刀双掷开关的单刀位于下端时，第一可变电感组与射频信号输入端连通，即第一可变电容组未被选中，第一可变电感组被选中。

(4)控制第三开关动作，以使第二可变电容组、第二可变电感组中的一者与第一可变电容组、第一可变电感组中的一者连通，即第三开关可以用于选择第二可变电容组、第二可变电感组中的一者。示例地，如图2所示，该第三开关可以为换向开关，其中，当该换向开关的两个刀均位于上端时，第二可变电容组与第一可变电容组、第一可变电感组中的一者连通，即第二可变电容组被选中，第二可变电感组未被选中，而当该换向开关的两个刀均位于下端时，第二可变电感组与第一可变电容组、第一可变电感组中的一者连通，即第二可变电容组未被选中，第二可变电感组被选中。

(5)控制第四开关动作，以使第二可变电容组、第二可变电感组中的一者与射频信号输出端连通。示例地，如图2所示，该第四开关可以为单刀双掷开关，其中，当该单刀双掷开关的单刀位于上端时，第二可变电容组与射频信号输出端连通，而当该单刀双掷开关的单刀位于下端时，第二可变电感组与射频信号输出端连通。

在上述技术方案中，阻抗调节器包括两个可变电容组和两个可变电感组，通过多开关组选的方式能够同时选择电容组和电感组，形成L型阻抗网络，可以实现负载端阻抗在史密斯图上的所有四个区域的连续调节，调节范围广、调节精度高，并且支持更宽频段的调节，从而可以保证负载端始终处于最佳工作状态，负载端工作效率高，进而降低能耗。此外，射频工程师通过软件的形式即可实现射频电路的阻抗匹配，省时省力，可以降低阻抗调节器的生产制造及测试的复杂度。

另外，为了便于四个阻抗调节元件、第一开关、第二开关、第三开关以及第四开关的控制，减轻第一控制器的负担，可以针对每个部件分别设置一个控制单元，以控制相应部件工作。示例地，可以针对第二开关设置一个控制单元，这样，上述第一控制器通过该控制单元与第二开关连接，这样，第一控制器可以将相应的开关控制信号发送至该控制单元，该控制单元接收该开关控制信号，并根据该开关控制信号控制第二开关动作。

此外，本公开还提供一种电子设备，该电子设备可以包括壳体和电路板。其中，电路板安装在壳体内部，电路板上设置有射频电路，该射频电路本公开提供的上述射频电路。其中，该电子设备可以经由射频电路通过无线网络与网络设备(例如，服务器)或其他电子设备(例如，智能手机)通信，完成与网络设备或其他电子设备之间的信息交换。示例地，该电子设备可以为智能手机、平板电脑等设备。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (10)

1.一种阻抗调节器，其特征在于，包括：

四个阻抗调节元件，包括第一可变电容组、第二可变电容组、第一可变电感组、第二可变电感组；

与每个所述阻抗调节元件一一对应的第一开关，其中，所述第一开关与相对应的所述阻抗调节元件连接；

第二开关，一端用于与射频信号输入端连接，另一端分别与所述第一可变电容组、所述第一可变电感组连接；

第三开关，一端分别与所述第一可变电容组对应的第一开关、所述第一可变电感组对应的第一开关连接，另一端分别与所述第二可变电容组、所述第二可变电感组连接；

第四开关，一端分别与所述第二可变电容组对应的第一开关、所述第二可变电感组对应的第一开关连接，另一端用于与射频信号输出端连接；以及

第一控制器，分别与所述四个阻抗调节元件、所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关以及所述第四开关连接，用于与射频电路中的第二控制器连接，根据从所述第二控制器接收到的控制信号，执行以下操作中的至少一者：

控制所述四个阻抗调节元件调整电容值或电感值；

控制所述第一开关动作，以使所述相对应的阻抗调节元件并联或串联于所述射频电路中；

控制所述第二开关动作，以使所述第一可变电容组、所述第一可变电感组中的一者与所述射频信号输入端连通；

控制所述第三开关动作，以使所述第二可变电容组、所述第二可变电感组中的一者与所述第一可变电容组、所述第一可变电感组中的一者连通；

控制所述第四开关动作，以使所述第二可变电容组、所述第二可变电感组中的一者与所述射频信号输出端连通。

2.根据权利要求1所述的阻抗调节器，其特征在于，所述第一开关为双刀四掷开关。

3.根据权利要求1所述的阻抗调节器，其特征在于，所述第二开关、所述第四开关均为单刀双掷开关。

4.根据权利要求1所述的阻抗调节器，其特征在于，所述第三开关为换向开关。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的阻抗调节器，其特征在于，所述第一可变电容组或所述第二可变电容组包括至少两个并联的电容元件，其中，所述电容元件包括第五开关和电容。

6.根据权利要求5所述的阻抗调节器，其特征在于，所述第一可变电容组或所述第二可变电容组包括八个并联的电容元件，八个所述电容的电容值分别为0.05pF、0.1pF、0.2pF、0.75pF、1pF、1.25pF、1.5pF、4pF。

7.根据权利要求1-4中任一项所述的阻抗调节器，其特征在于，所述第一可变电感组或所述第二可变电感组包括至少两个串联的电感元件，其中，所述电感元件包括第六开关和电感。

8.根据权利要求7所述的阻抗调节器，其特征在于，所述第一可变电感组或所述第二可变电感组包括八个串联的电感元件，八个所述电感的电感值分别为0.05nH、0.1nH、0.2nH、0.75nH、1nH、1.25nH、1.5nH、4nH。

9.一种射频电路，其特征在于，包括：

依次连接的射频收发器、功率放大器、双工器、天线开关、双向耦合器、阻抗调节器、天线，其中，所述阻抗调节器为根据权利要求1-8中任一项所述的阻抗调节器；

所述第二控制器，分别与所述双向耦合器和所述阻抗调节器连接，用于接收所述双向耦合器发送的天线驻波比采样信号，并根据所述天线驻波比采样信号，生成所述控制信号，并将所述控制信号发送至所述阻抗调节器。

10.一种电子设备，包括壳体和电路板，所述电路板安装在所述壳体内部，所述电路板上设置有射频电路，所述射频电路为权利要求9所述的射频电路。

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