CN111865351A - 具有微带和槽线耦接以及可控电容的阻抗补偿系统 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及具有微带和槽线耦接以及可控电容的阻抗补偿系统。公开了一种电路、系统和方法的实施例。在一个实施例中，电路包括第一微带传输线(230)、第二微带传输线(232)和槽线构造(236)，其中所述槽线构造在所述第一微带传输线与所述第二微带传输线之间延伸，使得所述槽线构造被配置成在所述电路的操作期间将所述第一微带传输线电磁耦接到所述第二微带传输线。此外，所述电路包括至少一个可控电容电路(238)，所述至少一个可控电容电路(238)电连接到所述第一微带传输线和所述第二微带传输线中的至少一条微带传输线，其中所述至少一个可控电容电路的电容的大小(例如，响应于在控制接口处接收到的电容控制信号)是可控的。

Description

具有微带和槽线耦接以及可控电容的阻抗补偿系统
技术领域
本文所述的标的物的实施例大体上涉及具有微带和槽线耦接以及可控电容的阻抗补偿电路。
背景技术
射频(RF)前端模块是RF系统中的重要组件，包括5G无线网络中的基地收发器站(BTS)。影响RF前端模块性能的重要操作参数是天线阻抗失配。已经使用了各种技术来管理天线阻抗失配，包括例如在天线与RF前端模块中的其它RF组件之间添加阻抗补偿网络或阻抗可调谐匹配网络(TMN)。此类阻抗补偿网络和阻抗可调谐匹配网络通常是用基于连接到微带传输线的可变电抗的部分的π和T结构实施的。这些实施方案通常依赖于大体积组件，所述大体积组件往往是高损耗的，并且在较高功率下可能无法很好地扩展。
发明内容
公开了一种电路、系统和方法的实施例。在一个实施例中，电路包括第一微带传输线、第二微带传输线、槽线构造，其中所述槽线构造在所述第一微带传输线与所述第二微带传输线之间延伸，使得所述槽线构造被配置成在所述电路的操作期间将所述第一微带传输线电磁耦接到所述第二微带传输线，并且至少一个可控电容电路电连接到所述第一微带传输线和所述第二微带传输线中的至少一条微带传输线，其中所述至少一个可控电容电路的电容的大小是可控的。
在一个实施例中，所述至少一个可控电容电路包括第一可控电容电路，所述第一可控电容电路电连接到所述第一微带传输线并且包括第一控制接口，其中所述第一可控电容电路的电容的大小响应于在所述第一控制接口处接收到的第一电容控制信号而可控；以及第二可控电容电路，所述第二可控电容电路电连接到所述第二微带传输线并且包括第二控制接口，其中所述第二可控电容电路的电容的大小响应于在所述第二控制接口处接收到的第二电容控制信号而可控。
在一个实施例中，所述第一微带传输线包括开放短截线，并且所述第一可控电容电路在所述第一微带传输线的所述开放短截线处电连接到所述第一微带传输线，并且所述第二微带传输线包括开放短截线，并且所述第二可控电容电路在所述第二微带传输线的所述开放短截线处电连接到所述第二微带传输线。
在一个实施例中，所述至少一个可控电容电路响应于在所述至少一个可控电容电路的控制接口处接收到的数字电容控制信号而被控制。
在一个实施例中，所述至少一个可控电容电路包括第一数字可控电容电路，所述第一数字可控电容电路电连接到所述第一微带传输线并且包括第一控制接口，其中所述第一数字可控电容电路的电容的大小响应于在所述第一控制接口处接收到的第一数字电容控制信号而可控；以及第二数字可控电容电路，所述第二数字可控电容电路电连接到所述第二微带传输线并且包括第二控制接口，其中所述第二数字可控电容电路的电容的大小响应于在所述第二控制接口处接收到的第二数字电容控制信号而可控。
在一个实施例中，从平面视图的角度来看，所述第一微带传输线的一部分与所述槽线构造的一部分相交，并且其中从平面视图的角度来看，所述第二微带传输线的一部分与所述槽线构造的一部分相交。
在一个实施例中，所述第一微带传输线包括开放短截线，并且所述第一微带传输线与所述槽线构造的靠近所述第一微带传输线的所述开放短截线的所述部分相交；并且所述第二微带传输线包括开放短截线，并且所述第二微带传输线与所述槽线构造的靠近所述第二微带传输线的所述开放短截线的所述部分相交。
在一个实施例中，所述第一微带传输线和所述槽线构造的相交部分由介电层分开，并且其中所述第二微带传输线和所述槽线构造的相交部分由所述介电层分开。
在一个实施例中，所述槽线构造形成为印刷电路板(PCB)的导电层中的间隙。
在一个实施例中，所述槽线构造的所述间隙的线性部分垂直于所述第一微带传输线的一部分和所述第二微带传输线的一部分延伸。
在一个实施例中，所述槽线构造的所述间隙包括处于所述线性部分的第一端部处的第一圆形端部部分和处于所述线性部分的第二端部处的第二圆形端部部分。
在一个实施例中，所述第一微带传输线包括具有第一线性部分和基本上垂直于所述第一线性部分的第二线性部分的L形部分，并且其中所述第二微带传输线包括具有第三线性部分和基本上垂直于所述第三线性部分的第四线性部分的L形部分。
在一个实施例中，所述第一微带传输线包括开放短截线，并且所述第一微带传输线与所述槽线构造的靠近所述第一微带传输线的所述开放短截线的一部分相交；并且所述第二微带传输线包括开放短截线，并且所述第二微带传输线与所述槽线构造的靠近所述第二微带传输线的所述开放短截线的一部分相交。
在一个实施例中，所述第一微带传输线和所述第二微带传输线是共面的。
在一个实施例中，所述第一微带传输线和所述第二微带传输线处于不同的平面上。
在一个实施例中，RF前端包括上述电路。
在另一个实施例中，公开了一种系统。所述系统包括第一微带传输线、第二微带传输线、槽线构造，其中所述槽线构造在所述第一微带传输线与所述第二微带传输线之间延伸，以将所述第一微带传输线电磁耦接到所述第二微带传输线，并且至少一个可控电容电路电连接到所述第一微带传输线和所述第二微带传输线中的至少一条微带传输线并且包括控制接口，其中所述至少一个可控电容电路的电容的大小响应于在所述控制接口处接收到的电容控制信号而可控。
在一个实施例中，所述至少一个可控电容电路包括第一可控电容电路，所述第一可控电容电路电连接到所述第一微带传输线并且包括第一控制接口，其中所述第一可控电容电路的电容的大小响应于在所述第一控制接口处接收到的第一电容控制信号而可控；以及第二可控电容电路，所述第二可控电容电路电连接到所述第二微带传输线并且包括第二控制接口，其中所述第二可控电容电路的电容的大小响应于在所述第二控制接口处接收到的第二电容控制信号而可控。
也公开了一种用于为RF前端提供阻抗补偿的方法。所述方法涉及在第一微带传输线和第二微带传输线中的一条微带传输线处接收RF信号，其中槽线构造在所述第一微带传输线与所述第二微带传输线之间延伸，以将所述第一微带传输线电磁耦接到所述第二微带传输线；以及调节所述第一微带传输线和所述第二微带传输线中的至少一条微带传输线的开放短截线处的电容，以提供阻抗补偿。
在一个实施例中，调节所述第一微带传输线和所述第二微带传输线中的所述至少一条微带传输线的开放短截线处的所述电容涉及响应于接收第一电容控制信号而调节电连接到所述第一微带传输线的开放短截线的第一可控电容电路处的电容，以及响应于接收第二电容控制信号而调节电连接到所述第二微带传输线的开放短截线的第二可控电容电路处的电容。
根据结合附图进行的通过对本发明的原理进行举例来说明的以下详细描述，根据本发明的其它方面将变得明显。
附图说明
图1是包括阻抗补偿系统的示例RF前端的框图。
图2描绘了可以用于图1的RF前端以为天线阻抗失配提供补偿的电路。
图3A描绘了如图2所示出的第一微带传输线、第二微带传输线和槽线构造。
图3B是图3A所示出的组件的等效电路的例子。
图3C是图3B的等效电路变换到端口1侧的等效电路。
图4描绘了可以用作图2所示出的可控电容电路的至少一个组件的数字可控电容器的实施例。
图5描绘了RF前端中的被配置成为天线阻抗失配提供补偿的系统的实施例。
图6是在三个射频3.4GHz、3.5GHz和3.6GHz下在360°相位角上，在反射系数Г＝0.2时，回波损耗(RL)(以dB计)与相位(以度计)的曲线图。
图7A是包括第一微带传输线、第二微带传输线和槽线构造的组件的示例布局的俯视平面图，其中所述第一微带传输线和所述第二微带传输线在组件的同一侧。
图7B是图7A的组件在横截面A-A处的侧视剖视图。
图8A是包括第一微带传输线、第二微带传输线和槽线构造的组件的另一示例布局的俯视平面图，其中所述第一微带传输线和所述第二微带传输线不在组件的同一侧。
图8B是图8A的组件在A-A横截面处的侧视剖视图。
图9是槽线构造的例子，其中短接的短截线是径向形状的短截线。
图10是一种用于为RF前端提供阻抗补偿的方法的过程流程图。
贯穿本说明书，类似附图标记可以用于标识类似元件。
具体实施方式
应当容易理解的是，如本文概括性描述的且在附图中示出的实施例的组件可以以各种各样的不同配置进行布置和设计。因此，如附图中所表示的，以下对各种实施例的更详细说明并非旨在限制本公开的范围，而是仅在于代表各种实施例。虽然附图中呈现了实施例的各方面，但是除非特别指示，否则附图不一定按比例绘制。
在不脱离本发明的精神或必要特征的情况下，可以以其它具体形式体现本发明。所描述的实施例将在所有方面被认为仅是说明性的而非限制性的。因此，本发明的范围由所附权利要求书而非此详细描述来指示。权利要求书中的同等意义和范围内的所有变化均应涵盖在其范围内。
贯穿本说明书对特征、优点或类似语言的引用并非暗示可以利用本发明实现的所有特征和优点应当处于或已经处于本发明的任何单个实施例中。相反，提及特征和优点的语言应被理解为意味着结合实施例描述的具体特征、优点或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书对特征和优点以及类似语言的讨论可以但不一定是指同一个实施例。
此外，本发明的所描述特征、优点和特性可以通过任何适合的方式组合在一个或多个实施例中。鉴于本文中的描述，相关领域的技术人员将认识到，可以在没有特定实施例的具体特征或优点中的一个或多个具体特征或优点的情况下实践本发明。在其它情况下，在某些实施例中可以认识到可能并不存在于在本发明的所有实施例中的另外特征和优点。
贯穿本说明书对“一个实施例(one embodiment)”、“实施例(an embodiment)”或类似语言的引用意味着结合所指示实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书的短语“在一个实施例中(in one embodiment)”、“在实施例中(in an embodiment)”和类似语言可以但不一定都指同一个实施例。
图1是示例RF前端100的框图，所述RF前端100包括发射信号功率放大器(PA)102、接收信号低噪声放大器(LNA)104、发射器/接收器开关(Tx/Rx开关)106、定向耦合器108、入射功率监测器110、反射功率监测器112、监测和控制系统114、阻抗补偿系统120和天线122。在发射操作中，Tx/Rx开关被设置为发射状态(如图1所示)，并且发射信号(Tx)传递到功率放大器，通过或经过定向耦合器、通过Tx/Rx开关、通过阻抗补偿系统并且到达天线，以作为RF信号发射。在接收操作中，Tx/Rx开关将被设置为接收状态(图1中未示出)，并且接收信号(Rx)将从天线传递，通过阻抗补偿系统、通过开关并且到达低噪声放大器。在发射操作期间，入射功率和反射功率分别可以由入射功率监测器和反射功率监测器通过定向耦合器监测。监测和控制系统可以通过控制信号来控制功率放大器、Tx/Rx开关和阻抗补偿系统的各方面，并且可以响应于来自入射功率监测器的功率信息和/或来自反射功率监测器的功率信息而控制阻抗补偿系统。在一个实施例中并且如下面更详细地描述的，监测和控制系统向阻抗补偿系统提供数字电容控制信号来补偿天线阻抗失配。
根据本发明的实施例，公开了一种电路。所述电路可以用于RF前端，以为天线阻抗失配提供阻抗补偿。在一个实施例中，电路包括第一微带传输线、第二微带传输线和槽线构造。槽线构造在第一微带传输线与第二微带传输线之间延伸，并且槽线构造电磁耦接到第一微带传输线和第二微带传输线两者的端部。电路还包括至少一个可控电容电路，所述至少一个可控电容电路电连接到第一微带传输线和第二微带传输线中的至少一条微带传输线并且包括控制接口，其中响应于在控制接口处接收到的电容控制信号至少一个可控电容电路的电容的大小是可控的。在一个实施例中，第一可控电容电路电连接到第一微带传输线的开放短截线，并且第二可控电容电路电连接到第二微带传输线的开放短截线，并且电容的大小是数字控制的。在一个实施例中，从平面视图的角度来看，第一微带传输线的一部分与槽线构造的一部分相交或越过槽线构造的一部分，但不直接电连接到槽线构造的一部分，以产生微带到槽线的过渡，并且第二微带传输线的一部分与槽线构造的不同部分相交或越过槽线构造的不同部分，但不直接电连接到槽线构造的不同部分，以产生槽线到微带的过渡。采用具有电连接到微带传输线中的至少一条微带传输线的一个或多个可控电容的微带到槽线的过渡和槽线到微带的过渡实现了用紧凑组件以提供在宽频率范围之上的宽动态范围的可调节性的方式实施动态阻抗补偿。例如，实施这种电路的系统可以在大约200兆赫兹(MHz)的瞬时带宽上调节，但是也可以实现在更窄或更宽的带宽之上的调节。
图2描绘了可以用于例如RF前端以为天线阻抗失配提供补偿的电路200(例如，图1的阻抗补偿系统120)。电路包括第一微带传输线230、第二微带传输线232、槽线构造236和电连接到第一微带传输线和第二微带传输线的可控电容电路238。图2所描绘的第一微带传输线和第二微带传输线为形成于多层衬底(未示出)上的导电(例如，金属)材料的L形平面微带传输线，所述多层衬底可以包括具有多个图案化导电层和一个或多个介电层的印刷电路板(PCB)。更具体地说，L形第一微带传输线包括第一线性部分和第二线性部分，所述第二线性部分在第一部分与第二部分之间的肘部处从第一线性部分基本上垂直地延伸。类似地，L形第二微带传输线包括第三线性部分和第四线性部分，所述第四线性部分在第三部分与第四部分之间的肘部处从第三线性部分基本上垂直地延伸。第一微带传输线和第二微带传输线两者均可以形成于PCB的第一图案化导电层中，或者第一微带传输线和第二微带传输线可以形成于PCB的两个不同的图案化导电层(例如，在各个实施例中，槽线构造236上方的一层和槽线构造236下方的另一层)中。第一微带传输线包括开放短截线240(即，大致位于图2的中心的第一微带传输线的第二线性部分的端部)，并且第二微带传输线包括开放短截线242(即，大致位于图2的中心的第二微带传输线的第四线性部分的端部)。在一个实施例中，开放短截线240和242是本领域已知的开放电路短截线。
槽线构造236形成于PCB的与第一微带传输线和第二微带传输线所形成的一个或多个层不同的图案化导电层(在下文中称为“导电槽线层”)中。槽线构造236包括通过细长线性部分254连接的两个圆形形状的短接短截线250和252。在一个实施例中，短接短截线250和252是本领域已知的短接电路短截线。如图2所示出的，从平面视图的角度来看，第一微带传输线230与槽线构造的靠近第一微带传输线(例如，在L形微带传输线的肘部与开放短截线之间)的开口短截线240的第一部分电磁相交(即，越过而未直接电连接)，并且第二微带传输线232与槽线构造的靠近第二微带传输线(例如，在L形微带传输线的肘部与开放短截线之间)的开放短截线242的第二部分电磁相交(即，越过而未直接电连接)。如本文所使用的，术语“间隙”意指图案化平面导电层的移除部分。此外，术语“附近”在用于微带传输线接近槽线构造的上下文中时，意指位于微带传输线的处于相应的L形微带传输线的肘部与开放短截线之间的位置处。在一个实施例中，槽线构造包括形成于诸如PCB的第一导电层(例如，导电接地层)的导电槽线层内的细长、基本上线性间隙(即，细长线性部分254)。例如，槽线构造包括在第一圆形端部间隙部分(或简单的圆形端部或短截线250)与第二圆形端部间隙部分(或简单的圆形端部或短截线252)之间延伸的线性间隙部分，并且形成为第一导电层(即，导电槽线层)的第一内部侧壁、第一导电层的第二内部侧壁、第一导电层的第一圆形内部端壁与第一导电层的第二圆形内部端壁之间的区域。例如，短接短截线250和252的电气长度可以是在操作期间由发射信号功率放大器(参见图1)提供/生成的RF信号的波长的约四分之一，或者功率放大器的基本操作频率的波长的四分之一。在各个实施例中，功率放大器的基本操作频率的范围为约800MHz到约6千兆赫(GHz)，但是基本操作频率也可以更低或更高。在其它实施例中，槽线构造可以具有其它长度或特性，包括例如本文其它地方所描述的那些长度或特性。
参考图2，第一微带传输线230电连接到例如RF前端的其它前端组件，例如，如图1所示出的Tx/Rx开关106和放大器102和104，并且第二微带传输线232电连接到例如图1所示出的天线122。第一微带传输线和第二微带传输线的开放短截线240和242电连接(例如，通过导电金属)到可控电容电路238。尽管第一微带传输线230和第二微带传输线232被描绘为L形微带传输线，但是其它形状的第一微带传输线和第二微带传输线也是可能的，这例如取决于RF输入和输出端口的位置。尽管在图2的例子中，槽线构造的短接短截线250和252是圆形形状的，但是其它形状的短接短截线和/或槽线构造通常是可能的。此外，尽管槽线构造被示出为是对称的(例如，因为短接短截线250、252的形状和大小相同)，但是槽线构造可以是不对称的。
尽管从图2的俯视平面图可能不明显，但是第一微带传输线230和第二微带传输线232以及槽线构造236在物理上(和电流上)彼此由介电层分开(例如，在竖直方向上，即在垂直于图纸平面的方向上)。因为微带传输线与槽线构造物理是由介电材料分开的，所以在第一微带传输线或第二微带传输线中的任意一条微带传输线与槽线构造之间不存在直接电连接(即，电流可以通过如金属等导电材料传送的耦接)。然而，第一微带传输线和第二微带传输线例如通过电感耦接而电磁耦接到槽线构造，并且因此，微带传输线通过槽线构造而彼此电磁耦接。例如，关于传输(例如，从第一微带传输线到第二微带传输线)中的RF能量，RF能量会遇到涉及电磁耦接的微带到槽线的过渡，以及然后也涉及电磁耦接的槽线到微带的过渡。
在一个实施例中，可控电容电路238包括可变电容器(例如，数字可控微机电系统(MEMS)电容器)，所述可变电容器电连接到每条微带传输线的开放短截线，例如，通过每个组件的导电元件之间的直接物理接触而电连接。例如，第一可变电容器260电连接到第一微带传输线230的开放短截线240，并且第二可变电容器262电连接到第二微带传输线232的开放短截线242。尽管在图2的例子中，可控电容器电路电连接到第一微带传输线和第二微带传输线两者，但是在其它实施例中，微带传输线中的至少一条微带传输线没有电连接到可控电容器电路。在微带传输线中的至少一条微带传输线未电连接到可控电容器电路的情况下，为了实现阻抗补偿系统的最小插入损耗，相交点处的开放短截线阻抗应为零或接近零。期望的简单的四分之一波长开放短截线的阻抗为约零，并且在一个实施例中短截线的物理长度大约等于RF信号的波长的四分之一。因此，使电容器连接到每个开放短截线可以在相交点处提供所期望的低阻抗，其中物理短截线长度相比于没有附接电容器短得多。
在操作中，由从例如监测和控制系统(参见图1，监测和控制系统114)接收到的电容控制信号对可控电容电路238进行控制和/或调节。例如，电容控制信号由监测和控制系统响应于所监测的入射功率和/或响应于所监测的反射功率而生成，并且电容控制信号被动态地调节以补偿天线阻抗失配。在一个实施例中，监测和控制系统被配置成实施优化算法，以试图实现最大入射功率或最小反射功率。例如，功率放大器(参见图1，PA 102)仅在最佳匹配条件下(例如，当来自负载的反射最小时(在天线处Г＝0))才向天线(参见图1，天线122)供应最大功率。当天线不匹配(例如，Г＝0.2)时，入射功率将下降，并且对可控电容电路的电容进行调节以恢复入射功率，直到天线失配得到补偿以在功率放大器的输出处提供Г→0。在操作中，功率放大器期望地产生最大功率，并且在经过补偿的阻抗失配的条件下，将全部生成的功率递送到天线。
如上所述，对可控电容电路238的电容进行控制，以补偿天线阻抗失配。下面参考图3A-3C提供了对一些设计和操作理论的描述。图3A描绘了如图2所示出的第一微带传输线330、第二微带传输线332和槽线构造336，并且图3B是图3A所示出的组件的等效电路300的例子。在图3A和3B中，到第一微带传输线的接口被标识为“端口1”，到第二微带传输线的接口被标识为“端口2”。图3B所示出的等效电路的组件包括：
Zμ–微带传输线特性阻抗；
Zoμ–微带传输线短截线特性阻抗；
Θομ-微带传输线短截线电气长度；
Cομ-微带传输线短截线电容；
Zs–槽线构造特性阻抗；
Zos–槽线构造短截线特性阻抗；
Θοs–槽线构造短截线电气长度；
Los–槽线构造短截线电感；以及
n–变压器匝数比，所述变压器匝数比表示微带传输线与槽线构造之间的耦接幅度。
在图3B所示出的等效电路300中，第一微带传输线到槽线构造的过渡处的电感耦接由形成于电感器360和361的变压器表示(n:1耦接)，并且槽线构造到第二微带传输线的过渡处的电感耦接由形成于电感器362和363的变压器表示(1:n耦接)。虚线圆“A”内标识的并且对应于微带传输线开放短截线340和342的等效电路元件包括Zoμ、Θομ和Cομ，并且虚线圆“B”内标识的并且对应于槽线构造短接短截线350和352的等效电路元件包括Zos、Θοs和Los。使用等效电路并且使电路的组件变换到端口1侧(例如，第一微带传输线)，得出如图3C所示出的等效电路301，其中：
Figure BDA0002451096250000121
Figure BDA0002451096250000122
Xμ＝Xinμ (3)
在图3C中，“j”表示传输线复数特性阻抗的虚部。因此，“jXμ”是微带传输线特性阻抗的虚部，并且“jXs”是槽线构造特性阻抗的虚部。
如果两个微带传输线开放短截线340和342相同，并且两个槽线构造短接短截线350和352相同，则输入反射系数Γin可以表示为：
Figure BDA0002451096250000123
以及
Figure BDA0002451096250000124
其中n是相交点处的微带线特性阻抗与槽线特性阻抗的比。
因此，改变等式(3)中的微带传输线开放短截线参数Xinμ以及等式(2)和(3)中的变压器匝数比n，可以在端口1处在宽范围的阻抗和瞬时RF带宽中对端口2阻抗进行补偿。也就是说，可以通过改变微带传输线短截线电容Cομ来控制输入反射系数Γin(等式4)。因此，通过改变微带传输线短截线电容Cομ，可以控制Rs(等式1)、Xs(等式2)、Xμ(等式3)和变压器匝数比n(等式5)。尽管两个微带传输线开放短截线340、342可以是相同的(例如，具有相同的电气和/或物理特性)，但是应当理解，在一些实施例中，微带传输线开放短截线340、342不需要是相同的。
图4描绘了可以用作图2所示出的可控电容电路238的至少一个组件的数字可控电容器438的实施例。数字可控电容器包括控制接口470、控制电路472、可调(可变)电容器474(例如，可调MEMS电容器)、RF接地接口476(RFGND)和RF接口478。在图4的例子中，控制接口包括电压输入(VIO)、时钟信号输入(SCLK)、控制数据输入(SDATA)和接地接口(GND)，并且电容器474的电容的大小可以响应于控制数据输入(SDATA)的数字值而控制。在一个实施例中，数字可控电容器的RF接口478是物理地且电气地连接到微带传输线之一的开放短截线的，例如，用如导电焊料等导电材料耦接到线330、332中的一条线的端部的导电元件，所述导电材料将微带传输线的开放短截线物理地结合到并电流地连接到数字可控电容器的RF接口。接地接口476可以物理地连接到并且电连接到接地参考电压(例如，系统接地)。包括例如可调MEMS电容器的数字可控电容器是本领域已知的。在一个实施例中，数字可控电容器可以是表面安装到PCB的离散封装半导体装置(例如，其物理大小为约1-1.5mm×1-1.5mm并且为0.4-0.5mm厚)。在示例实施例中，电容器474可以具有在0.5-1.6皮法(pF)的范围内的可调电容以及在约700MHz下的约400的品质因子(Q)。在替代性实施例中，电容器474可以具有更宽、更窄和/或不同范围的电容，和/或更高或更低的Q。
图5描绘了RF前端中的被配置成为天线阻抗失配提供补偿的系统500的实施例，如上文参考图1-4所描述的。在图5的实施例中，系统(被称为“阻抗补偿系统”)包括第一微带传输线530、第二微带传输线532、槽线构造536和与参考图2-4所描述的电路类似的可控电容电路538。在图5的例子中，可控电容电路包括数字可控电容器560和562，如上文参考图4所描述的数字可控电容器电路的两个实例，所述可控电容器560和562各自在相应的RF接口578处电连接到第一微带传输线530和第二微带传输线532的开放短截线540和542中的一个开放短截线。每个数字可控电容器560、562的控制接口570连接到不同的控制信号线582，并且每个控制信号线连接到系统控制接口584，数字电容控制信号可以通过所述系统控制接口584行进。在操作中，响应于数字电容控制信号而对微带传输线的开放短截线处的电容进行控制，以补偿天线阻抗失配。例如，响应于例如从RF前端的监测和控制系统接收到的数字电容控制信号而对可调电容器的电容独立地进行控制和/或调节(参见图1)。在一个实施例中，数字电容控制信号包括过渡特定控制信号，所述过渡特定控制信号用于独立地控制连接到第一微带传输线到槽线构造的过渡的第一数字可控电容器560和连接到第二微带传输线到槽线构造的过渡的第二数字可控电容器562。在任何给定时间，电容器560、562可以被控制成具有基本相同的电容值或不同的电容值。
图6是在三个射频3.4GHz、3.5GHz和3.6GHz下在360°相位角上，在反射系数Г＝0.2时，回波损耗(RL)(以分贝(dB)计)与相位(以度计)的曲线图。图6的曲线图示出了，在某些操作条件下并且使用本发明主题的实施例，等于Г＝0.2(RL＝-20lgГ≈-14dB)的天线失配可以被补偿到在3.5GHz下高于-25dB(Г<0.014)并在200MHz带宽的边缘(例如，在3.4GHz和3.6GHz下)处高于-20dB(Г<0.04)。
图7A是包括第一微带传输线730(例如，微带传输线230)、第二微带传输线732(例如，微带传输线232)和槽线构造736(例如，槽线构造236)的组件700的示例布局的俯视平面图，如上文关于组件的占用空间所描述的。图7B是图7A的组件在横截面A-A处的侧视剖视图。在图7A和7B的例子中，第一微带传输线730和第二微带传输线732位于组件的同一侧(例如，第一微带传输线和第二微带传输线是共面的)。例如，第一微带传输线730和第二微带传输线732可以是衬底(例如，PCB)的第一图案化导电层的两个导电特征。从顶部到底部，图7B的横截面示出了PCB(或其它衬底)包括第一图案化导电层786(所述第一图案化导电层786对应于第一微带传输线和第二微带传输线)、介电层788、第二图案化导电层790(所述第二图案化导电层790对应于槽线构造)和底部介电层792。参考图7A，在示例实施例中，组件700为大约10毫米(mm)×6mm，并且微带传输线730、732的宽度为约0.25mm并且总长度为约15mm，槽线构造的细长部分754的宽度在约0.25-0.3mm的范围内并且长度在约2.5-3mm的范围内，并且槽线构造的短接短截线750、752的直径为约3.5mm的。在其它实施例中，先前的句子中列出的实际或相对尺寸可以更小和/或更大。参考图7B，在一个实施例中，微带层786大约25微米厚(竖直尺寸)，介电层788大约75微米厚，槽线构造的导电层790大约20微米厚，并且底部介电层792大约200微米厚，介电常数为约εr＝3.3。在其它实施例中，先前的句子中列出的实际或相对尺寸或数值可以更小和/或更大。虽然图7A和7B描绘了具有某种占用空间尺寸的组件700，但是在一些其它实施例中，第一微带传输线和第二微带传输线、槽线构造以及可控电容电路被集成到包括其它组件(例如，RF前端的组件)的衬底(如PCB)中。换言之，组件700可以是形成于不同衬底上的离散组件，或者组件700可以与RF系统的其它部分一体地形成于PCB中。
图8A是包括第一微带传输线830(例如，微带传输线230)、第二微带传输线832(例如，微带传输线232)和槽线构造836(例如，槽线构造236)的组件800的示例布局的俯视平面图，其中第一微带传输线和第二微带传输线不在槽线构造836的同一侧。图8B是图8A的组件在横截面A-A处的侧视剖视图。在图8A和8B的例子中，第一微带传输线和第二微带传输线位于组件衬底的相对侧上(例如，第一微带传输线和第二微带传输线由不同平面上的不同图案化导电层的导电部分形成)。例如，第一微带传输线830和第二微带传输线832可以是衬底(例如，PCB)的两个不同的图案化导电层的两个导电特征，并且槽线构造836可以形成于衬底的第三导电层中，所述第三导电层定位在包括第一微带传输线830和第二微带传输线832的两个导电层之间。从顶部到底部，横截面示出了第一图案化导电层886(所述第一图案化导电层886对应于第一微带传输线830)、第一介电层888、第二图案化导电层890(所述第二图案化导电层890对应于槽线构造836)、第二介电层892和第三图案化导电层894(所述第三图案化导电层894对应于第二微带传输线832)。参考图8A，在示例实施例中，组件为大约10mm×6mm，并且微带传输线的宽度为约0.25mm并且总长度为约15mm，槽线构造的细长部分的宽度在约0.25-0.3mm的范围内并且长度在约2.5-3mm的范围内，并且槽线构造的短接短截线的直径为约3.5mm。参考图8B，在一个实施例中，微带层886和894大约25微米厚，介电层888大约75微米厚，槽线构造的导电层890大约20微米厚，并且底部介电层892大约200微米厚。在其它实施例中，先前两个句子中列出的实际或相对尺寸可以更小和/或更大。尽管第二微带传输线被示出为暴露在开放环境中，但是第二微带传输线可以嵌入在介电常数为约εr＝3.3或某些其它值的介电层中或被所述介电层围绕。另外，虽然图8A和8B描绘了具有某种占用空间尺寸的组件，但是在一些其它实施例中，第一微带传输线和第二微带传输线、槽线构造以及可控电容电路被集成到包括其它组件(例如，RF前端的组件)的衬底(例如，PCB)中。换言之，组件800可以是形成于不同衬底上的离散组件，或者组件800可以与RF系统的其它部分一体地形成于PCB中。
图9是导电层990中的槽线构造936的例子，在所述导电层990中短接短截线950和952是径向形状的短截线。槽线构造936可以用于例如代替图2、3、5、7和8所示出的槽线构造。在图9的例子中，径向形状的短接短截线的径向扩散为约90度，但是其它径向扩散也是可能的。
微带传输线和/或槽线构造的与图7A-9所示出的配置不同的配置是可能的。例如，微带传输线的配置可以包括仅直的微带传输线和/或多臂短截线。槽线构造的配置可以包括例如“Y”形短接短截线、多臂短截线或简单的统一槽线。
如上所述，采用具有电连接到微带传输线中的至少一条微带传输线的可控电容的微带到槽线的过渡和槽线到微带的过渡实现了用紧凑组件以提供在宽频率范围之上的宽动态范围的可调节性的方式实施动态阻抗补偿。这种技术的一些益处可以包括增加阻抗补偿的范围、增加阻抗补偿的瞬时频带、抑制低频下由于滤波形状的频率响应而引起的系统增益、阻抗补偿系统的紧凑性、从功率放大器侧衬底到天线侧的RF功率传递、RF前端与天线的电流隔离以及到更高输出功率的扩展。
尽管微带传输线和槽线构造的导电层被描述为由一个或多个介电层分开，但是微带传输线和槽线构造可替代地彼此可以由填充有气体(如空气)的开放空间分开。在一个实施例中，如参考图1-9所描述的而实施的阻抗补偿系统可以在两层PCB或多层PCB上实现，或者在能够以范围为例如800MHz-6GHz的、不排除较低或较高频率的RF频率下操作的任何其它衬底上实现。5G无线应用的示例性能参数可以包括：操作频率-带42(3.4-3.6GHz)；信号带宽-200MHz；平均输出功率-5瓦特；以及负载失配-14dB回波损耗(RL)。性能参数也可以在不同的范围内和/或也可以更低或更高。
如以上已经讨论的，本公开旨在涵盖除了本文关于图1-9中的任何图所描述的那些实施例之外的许多实施例。例如，可以设想，许多不同的实施例可以采用具有各种配置、大小和形状中的任何一种的各种不同类型的槽线构造中的任何一种槽线构造，包括不同大小和形状的端部间隙部分。尽管上述几个实施例采用了槽线构造形成于其中并且在槽线构造上方或下方的一个或多个层或一个或多个层级处提供了多条微带传输线的PCB，但是将微带传输线描述为位于槽线构造的上方或下方仅是为了方便，并且微带传输线在其它实施例中也可以定位在槽线构造的侧，或者相对于其中提供有槽线构造的导电层以其它不同的方式布置。
此外，如从图1-9中应显而易见的，本公开旨在涵盖具有任何任意数量的层和/或具有任何各种不同类型的输入或输出结构或组件中的各种不同实施例和布置。例如，如以上已经讨论的，在一些实施例中，采用了两层PCB，其中第一图案化导电层和第二图案化导电层由介电层分开，一条或多条微带传输线由导电层中的一个导电层的部分形成，并且槽线构造由其它导电层的去除部分(或其它的导电层中的间隙)形成。此外，例如，在其它实施例中，可以采用具有多于两个导电层并且介电层定位在其间的多层PCB(例如，具有第一导电层、第二导电层和第三导电层的，第一介电层定位在第一导电层与第二导电层之间并且第二介电层定位在第二导电层与第三导电层之间的PCB)。在此类实施例中，可以在导电层中的任何一个导电层中提供一个槽线构造(或者可以在导电层中的一个或多个导电层中提供多个槽线构造)。另外，例如，应当理解，根据实施例，图1-9的实施例中的任何实施例可以在两层PCB或多层PCB上实施(或被修改为在所述衬底上实施)。仍另外，应该理解的是，根据实施例，图1-9的实施例中的任何实施例可以在除了PCB型衬底之外的衬底中实施(或被修改为在所述衬底中实施)，如多层陶瓷衬底(例如，共烧陶瓷衬底)、半导体材料衬底等。
图10是一种用于为RF前端提供阻抗补偿的方法的过程流程图。根据方法，在框1002处，在第一微带传输线和第二微带传输线中的一条微带传输线处接收RF信号，其中槽线构造在第一微带传输线与第二微带传输线之间延伸，以将第一微带传输线电磁耦接到第二微带传输线。在框1004处，对第一微带传输线和第二微带传输线中的至少一条微带传输线的开放短截线处的电容进行调节，以提供阻抗补偿。在所述方法的一个实施例中，调节第一微带传输线和第二微带传输线中的至少一条微带传输线的开放短截线处的电容涉及响应于接收第一电容控制信号而调节电连接到第一微带传输线的开放短截线的第一可控电容电路(或可变电容器)处的电容，以及响应于接收第二电容控制信号而调节电连接到第二微带传输线的开放短截线的第二可控电容电路(或可变电容器)处的电容。
尽管以特定顺序示出和描述了本文中的一种或多种方法的操作，但是可以改变每种方法的操作的顺序，使得某些操作可以以相反的顺序执行，或者使得某些操作可以至少部分地与其它操作同时执行。在另一个实施例中，不同操作的指令或子操作可以以间歇和/或交替的方式实施。
还应当指出的是，本文中描述的对于方法的操作中的至少一些操作可以使用存储在计算机可使用存储介质上供计算机执行的软件指令来实施。举例来说，计算机程序产品的实施例包括用于存储计算机可读程序的计算机可使用存储介质。
计算机可使用或计算机可读存储介质可以是电子、磁性、光学、电磁、红外或半导体系统(或设备或装置)。非暂时性计算机可使用和计算机可读存储介质的例子包括半导体或固态存储器、磁带、可移除计算机磁盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、硬质磁盘和光盘。光盘的当前例子包括压缩盘只读存储器(CD-ROM)、压缩盘读/写(CD-R/W)和数字视盘(DVD)。
可替换的是，本发明的实施例可以完全以硬件或以包含硬件和软件元件两者的实施方案实施。在使用软件的实施例中，软件可以包括但不限于固件、驻留软件、微代码等。
尽管已经描述并且示出了本发明的具体实施例，但是本发明将不限于如此描述和示出的部分的具体形式或布置。本发明的范围将由在此所附权利要求书和其等同物限定。

Claims (10)

1.一种电路，其特征在于，包括：
第一微带传输线(230)；
第二微带传输线(232)；
槽线构造(236)，
其中所述槽线构造在所述第一微带传输线与所述第二微带传输线之间延伸，以使得所述槽线构造被配置成在所述电路的操作期间将所述第一微带传输线电磁耦接到所述第二微带传输线；以及
至少一个可控电容电路(238)，所述至少一个可控电容电路(238)电连接到所述第一微带传输线和所述第二微带传输线中的至少一条微带传输线，其中所述至少一个可控电容电路的电容的大小是可控的。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述至少一个可控电容电路包括：
第一可控电容电路(260)，所述第一可控电容电路(260)电连接到所述第一微带传输线并且包括第一控制接口，其中所述第一可控电容电路的电容的大小响应于在所述第一控制接口处接收到的第一电容控制信号而可控；以及
第二可控电容电路(262)，所述第二可控电容电路(262)电连接到所述第二微带传输线并且包括第二控制接口，其中所述第二可控电容电路的电容的大小响应于在所述第二控制接口处接收到的第二电容控制信号而可控。
3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于：
所述第一微带传输线包括开放短截线(240)，并且所述第一可控电容电路在所述第一微带传输线的所述开放短截线处电连接到所述第一微带传输线；并且
所述第二微带传输线包括开放短截线(242)，并且所述第二可控电容电路在所述第二微带传输线的所述开放短截线处电连接到所述第二微带传输线。
4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述至少一个可控电容电路(260)响应于在所述至少一个可控电容电路的控制接口(470)处接收到的数字电容控制信号而被控制。
5.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述至少一个可控电容电路包括：
第一数字可控电容电路(260，560)，所述第一数字可控电容电路(260，560)电连接到所述第一微带传输线并且包括第一控制接口，其中所述第一数字可控电容电路的电容的大小响应于在所述第一控制接口(570)处接收到的第一数字电容控制信号而可控；以及
第二数字可控电容电路(262，562)，所述第二数字可控电容电路(262，562)电连接到所述第二微带传输线并且包括第二控制接口，其中所述第二数字可控电容电路的电容的大小响应于在所述第二控制接口(570)处接收到的第二数字电容控制信号而可控。
6.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，从平面视图的角度来看，所述第一微带传输线(230)的一部分与所述槽线构造(236)的一部分相交，并且其中从平面视图的角度来看，所述第二微带传输线(232)的一部分与所述槽线构造的一部分相交。
7.根据权利要求6所述的电路，其特征在于：
所述第一微带传输线包括开放短截线(240)，并且所述第一微带传输线与所述槽线构造的靠近所述第一微带传输线的所述开放短截线的部分相交；并且
所述第二微带传输线包括开放短截线(242)，并且所述第二微带传输线与所述槽线构造的靠近所述第二微带传输线的所述开放短截线的部分相交。
8.根据权利要求6所述的电路，其特征在于，所述第一微带传输线(230)和所述槽线构造(236)的相交部分由介电层(788)分开，并且其中所述第二微带传输线和所述槽线构造的相交部分由所述介电层分开。
9.根据权利要求8所述的电路，其特征在于，另外包括印刷电路板(PCB)，其中所述槽线构造(236)形成为所述PCB的导电层中的间隙。
10.一种用于为射频(RF)前端提供阻抗补偿的方法，其特征在于，所述方法包括：
在第一微带传输线(230)和第二微带传输线(232)中的一条微带传输线处接收RF信号(1002)，其中槽线构造(236)在所述第一微带传输线与所述第二微带传输线之间延伸以将所述第一微带传输线电磁耦接到所述第二微带传输线；以及
调节所述第一微带传输线和所述第二微带传输线中的至少一条微带传输线的开放短截线(240，242)处的电容以提供阻抗补偿(1004)。
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