CN112864639B - 射频接口的阻抗匹配网络设计方法、阻抗匹配装置及设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种射频接口的阻抗匹配网络设计方法、阻抗匹配装置、射频设备、天线设备及无线覆盖设备，涉及通信技术领域。该方法包括以下步骤：分别获取射频模块的第一S参数与天线单元的第二S参数，并将所述射频模块与天线单元分别匹配至标准阻抗；根据所述第一S参数和第二S参数进行仿真，得到与所述射频模块匹配的第一匹配单元和与所述天线单元匹配的第二匹配单元，将所述第一匹配单元和第二匹配单元级联形成一匹配单元电路；将所述匹配单元电路匹配至所述射频模块与天线单元的两个连接端口之间，形成级联匹配链路，使得所述级联匹配链路在传输过程中的反射叠加功率在设定范围内。本申请的技术方案能够达到改善天线的发射性能的目的。

Description

射频接口的阻抗匹配网络设计方法、阻抗匹配装置及设备

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体而言，本申请涉及一种射频接口的阻抗匹配网络设计方法、阻抗匹配装置、射频设备、天线设备及无线覆盖设备。

背景技术

在无线通信系统中，信号的传输的终端需要通过天线进行信号的收发。在相同的终端发射功率之下，射频模块与天线之间的良好匹配可以使得发射出的信号更强，覆盖范围更宽广。相反，如果射频模块与天线连接中出现接口电路不匹配的问题，会导致信号覆盖较差，更严重时会导致射频前端器件的损坏。

因此，为了保证无线通信系统的性能，射频模块与天线之间需要做到良好匹配，行业中通常会将这两部分分开提出驻波指标，从而来保证两部分级联时不会出现匹配问题进而保证系统的性能，这是由于传统的无线通信设备中，射频模块与天线之间的连接方式是通过射频接头与射频线缆来实现，通过驻波指标来衡量匹配没什么问题。但是，在小基站中射频模块、天线单元不能简单的分割成两部分提出驻波指标，这是由于驻波指标在Smith圆图上是一个等驻波圆，是一个标量，然而小基站中射频模块与天线单元是装在一个很小的结构上一体化呈现，它们的连接方式多样化。例如，由于结构尺寸等方面的限制会采用比如弹簧式探针(POGOPIN)的压触，而这类连接方式对盖板开腔和PCB射频走线等参数非常敏感并且调试难度大，如果仅仅通过驻波来描述它们之间的级联匹配不精确。

对于射频接口电路阻抗匹配优化问题，行业中已经有了较深的研究。例如，专利CN104092477A中讲述的射频接口电路的设计方法，该方法是通过优化射频连接器与微带线连接处的寄生电容电感效应，从而使得微带线的阻抗连续，进而改善接口链路的匹配问题，但该技术方案无法解决射频模块与天线级联之间的匹配状态，无线覆盖设备采用该技术来解决匹配问题时，难以发射出更强的通信信号，影响了覆盖范围的拓宽。

发明内容

为了解决现有的匹配链路中的射频接口电路阻抗匹配不良，影响通信系统的覆盖范围的问题，本申请提供一种射频接口的阻抗匹配网络设计方法、阻抗匹配装置、射频设备、天线设备及无线覆盖设备。

第一方面，本申请提供的一种射频接口的阻抗匹配网络设计方法，包括以下步骤：

分别获取射频模块的第一S参数与天线单元的第二S参数，并将所述射频模块与天线单元分别匹配至标准阻抗；

根据所述第一S参数和第二S参数进行仿真，得到与所述射频模块匹配的第一匹配单元和与所述天线单元匹配的第二匹配单元，将所述第一匹配单元和第二匹配单元级联形成一匹配单元电路；

将所述匹配单元电路匹配至所述射频模块与天线单元的两个连接端口之间，形成级联匹配链路，使得所述级联匹配链路在传输过程中的反射叠加功率在设定范围内。

在第一方面的可选实施例中，所述根据所述第一S参数和第二S参数进行仿真，得到与所述射频模块匹配的第一匹配单元和与所述天线单元匹配的第二匹配单元的步骤，包括：

分别将所述第一S参数和第二S参数置于Smith圆图，得到第一圆心和第二圆心；

分别根据第一圆心和第二圆心的在所述Smith圆图的位置得到所述射频模块的容感特性，确定所述第一匹配单元和第二匹配单元的容感特性，得到所述第一匹配单元和第二匹配单元的结构。

在第一方面的可选实施例中，所述分别根据第一圆心和第二圆心的在所述Smith圆图的位置得到所述射频模块的第一容感特性，确定所述第一匹配单元和第二匹配单元的第二容感特性，得到所述第一匹配单元和第二匹配单元的结构的步骤，包括：

当所述射频模块和/或天线单元的第一容感特性为容性特性，将所述第一匹配单元和/或第二匹配单元设置为感性阶跃单元；以及，

当所述射频模块和/或天线单元的第一容感特性为感性特性，将所述第一匹配单元和/或第二匹配单元设置为容性阶跃单元。

在第一方面的可选实施例中，所述感性阶跃单元包括第一λ/4匹配线；

所述的方法还包括：

根据预设匹配的频率点调整所述第一λ/4匹配线的长度，直至所述级联匹配链路在传输过程中的反射叠加功率在设定范围内。

在第一方面的可选实施例中，所述的方法还包括：

对所述感性阶跃单元的第一λ/4匹配线的长度进行调整，所述级联匹配链路在传输过程中的反射叠加功率无法达到设定范围的情况下：

当所述感性阶跃单元与所述射频模块进行匹配，将至少一第一单支结调配器级联至所述第一匹配单元上；或，

当所述感性阶跃单元与所述天线单元进行匹配，将至少一第二单支结调配器级联至所述第二匹配单元上。

在第一方面的可选实施例中，所述容性阶跃单元包括第二λ/4匹配线；

所述的方法还包括：

根据预设匹配的频率点调整所述第二λ/4匹配线的长度，直至所述级联匹配链路在传输过程中的反射叠加功率在设定范围内。

在第一方面的可选实施例中，所述的方法还包括：

对所述容性阶跃单元的第二λ/4匹配线的长度进行调整，所述级联匹配链路在传输过程中的反射叠加功率无法达到设定范围的情况下：

当所述容性阶跃单元与所述射频模块进行匹配，将至少一第一单支结调配器级联至所述第一匹配单元上；或，

当所述容性阶跃单元与所述天线单元进行匹配，将至少一第二单支结调配器级联至所述第二匹配单元上。

在第一方面的可选实施例中，将所述第一单支结调配器与所述射频模块的连接端口的距离，或所述第二单支结调配器与所述天线单元的连接端口的距离的设置满足以下条件：

其中，d为所述第一单支结调配器与所述射频模块的连接端口的距离，或所述第二单支结调配器与所述天线单元的连接端口的距离；λ为天线发射信号的波长，β为相位常数，β＝2π/λ；

若所述第一单支结调配器的第一短截线或第二单支结调配的第二短截线为开路设置，其长度满足以下条件：

或，

所述第一短截线或第二短截线为短路设置，其长度满足以下条件：

其中，L_开路为第一短截线或第二短截线开路设置时的长度；L_短路为第一短截线或第二短截线短路设置时的长度，Z₀是微带线的标准特征阻抗，X为射频模块或天线单元的阻抗。

在第一方面的可选实施例中，所述的方法还包括：

当所述天线单元为宽频天线单元时，针对各个频段获取对应波长，得到对应频段的第一单支结调配器或第二单支结调配器，并将所述第一单支结调配器逐个级联至所述第一匹配单元上；和/或

将所述第二单支结调配器逐个级联至所述第二匹配单元上。

第二方面，本申请还提供一种射频接口的阻抗匹配装置，其包括：连接在射频模块和天线单元之间的匹配单元电路；

所述射频模块、匹配单元电路与天线单元构成级联匹配链路，所述匹配单元电路分别将所述射频模块和天线单元匹配到标准阻抗，使得所述级联匹配链路在传输过程中的反射叠加功率在设定范围内；

其中，所述匹配单元电路包括串联的第一匹配单元和第二匹配单元；所述第一匹配单元是与所述射频模块的第一S参数对应的，所述第二匹配单元是与所述天线单元的第二S参数对应的。

在第二方面的可选实施例中，所述射频模块为容性特性，所述第一匹配单元采用感性阶跃单元；或，

所述射频模块为感性特性，所述第一匹配单元采用容性阶跃单元；

以及，

所述天线单元为容性特性，所述第二匹配单元采用感性阶跃单元；或，所述天线单元为感性特性，所述第二匹配单元采用容性阶跃单元。

在第二方面的可选实施例中，所述感性阶跃单元包括第一λ/4匹配线，所述第一λ/4匹配线的长度是根据所述射频模块或天线单元的频率点调整，使得所述级联匹配链路在传输过程中的反射叠加功率在设定范围内；

和/或，

所述容性阶跃单元包括第二λ/4匹配线，所述第二λ/4匹配线的长度是根据所述射频模块或天线单元的频率点调整，使得所述级联匹配链路在传输过程中的反射叠加功率在设定范围内。

在第二方面的可选实施例中，所述感性阶跃单元和容性阶跃单元的阻抗满足以下条件：

其中，R₁是匹配目标的阻抗，Z₀是微带线的标准特征阻抗。

在第二方面的可选实施例中，所述第一匹配单元还包括至少一第一单支结调配器，所述第一单支结调配器与第一匹配单元串联；所述第二匹配单元还包括至少一第二单支结调配器，所述第二单支结调配器与第二匹配单元串联；

所述第一单支结调配器包括与所述天线单元短路设置或开路设置的第一短截线，所述第二单支结调配器包括与所述天线单元短路设置或开路设置的第二短截线。

在第二方面的可选实施例中，所述第一单支结调配器与所述射频模块的连接端口的距离，或所述第二单支结调配器与所述天线单元的连接端口的距离满足以下条件：

其中，d为所述第一单支结调配器与所述射频模块的连接端口的距离，或所述第二单支结调配器与所述天线单元的连接端口的距离；λ为天线发射信号的波长，β为相位常数，β＝2π/λ。

在第二方面的可选实施例中，所述第一单支结调配器的第一短截线或第二单支结调配的第二短截线为开路设置，其长度满足以下条件：

或，

所述第一短截线或第二短截线为短路设置，其长度满足以下条件：

其中，L_开路为第一短截线或第二短截线开路设置时的长度；L_短路为第一短截线或第二短截线短路设置时的长度，Z₀是微带线的标准特征阻抗，X为射频模块或天线单元的阻抗。

在第二方面的可选实施例中，所述天线单元为宽频天线单元，所述第一匹配单元包括多个级联的第一单支结调配器，所述第二匹配单元包括多个级联的第二单支结调配器；

其中，所述第一单支结调配器和第二单支结调配器是针对各个频段的对应波长设置的。

第三方面，本申请提供一种射频设备，其包括第二方面任一实施例所述的阻抗匹配装置，以及与所述阻抗匹配装置链接的射频模块。

第四方面，本申请提供一种天线设备，其包括第二方面任一实施例所述的阻抗匹配装置，以及与所述阻抗匹配装置链接的天线单元。

第五方面，本申请提供一种无线覆盖设备，其包括第二方面任一实施例所述的阻抗匹配装置，以及分别与所述阻抗匹配装置链接的射频模块和天线单元。

本公开实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本申请所提供的射频接口的阻抗匹配网络设计方案，将匹配单元电路的两端分别匹配到标准阻抗的射频模块与天线单元之间，构成级联匹配链路。该级联匹配链路能够控制改善传输过程中的反射叠加功率在设定范围内，达到改善天线的发射性能的目的，进而提高通信系统的覆盖范围，有助于解决现有技术中级联链路的匹配特性不精确的技术问题。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本申请所提供的一种射频接口的阻抗匹配网络设计方法的流程示意图；

图2为本申请所提供的一种匹配单元电路的组合示意图；

图3为本申请实施例所提供的感性阶跃单元的结构示意图；

图4为本申请实施例所提供的容性阶跃单元的结构示意图；

图5为本申请实施例所提供的单支结调配器的结构示意图；

图6为本申请实施例所提供的优化后的第一匹配单元和第二匹配单元级联所形成的匹配单元电路的组合示意图；

图7为本申请实施例所提供的射频设备和天线单元的组合示意图；

图8为本申请实施例所提供的天线设备与射频模块的组合示意图；

图9为本申请实施例所提供的无线覆盖设备的组合示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，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具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，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被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

图1为本申请所提供的一种射频接口的阻抗匹配网络设计方法的流程示意图，图2为本申请所提供的一种匹配单元电路的组合示意图。

所述射频接口的阻抗匹配网络设计方法，包括以下步骤：

S110、分别获取射频模块的第一S参数与天线单元的第二S参数，并将射频模块与天线单元分别匹配至标准阻抗。

在本申请实施例中，S参数为散射参量的简称，英文全称为scatteringparameter。该S参数是一个矢量，用于衡量通信系统中的匹配程度。

在本步骤中，分别对射频模块和天线单元进行测试，得到对应的第一S参数和第二S参数。并将射频模块和天线单元分别匹配至标准阻抗，在本实施例中，该射频模块和天线单元的标准阻抗均为50欧姆标准阻抗。

S120、根据第一S参数和第二S参数进行仿真，得到与射频模块匹配的第一匹配单元和与天线单元匹配的第二匹配单元，将第一匹配单元和第二匹配单元级联形成一匹配单元电路。

基于步骤S110所得到的第一S参数和第二S参数，对射频模块和天线单元的容感特性，根据该容感特性，得到各自对应匹配的第一匹配单元和第二匹配单元，并将该第一匹配单元和第二匹配单元进行串联，形成一匹配单元电路。而该第一匹配单元和第二匹配单元相互之间的设置顺序不做限定。

在本实施例中，对于上述的仿真过程，可以将得到的第一S参数和第二S参数置于Smith圆图中，一个频率在Smith圆图对应一个点，若对于一个频段而言，则在Smith圆图中的多个点。对于该多个点所集中分布的圆心区域为与第一S参数和第二S参数对应的第一圆心和第二圆心。根据该第一圆心和第二圆心在Smith圆图中的位置，得到射频模块和天线单元是呈容性时，则将对应的匹配单元设置为感性阶跃单元；若射频模块和天线单元是呈感性时，则将对应的匹配单元设置为容性阶跃单元。

即当射频模块的第一圆心呈容性时，将第一匹配单元设置为感性；当射频模块的第一圆心呈感性时，将第一匹配单元设置为容性。当天线单元的第二圆心呈容性时，将第二匹配单元设置为感性；当天线单元的第二圆心呈感性时，将第一匹配单元设置为容性。

参照图3-4，图3为本申请实施例所提供的感性阶跃单元的结构示意图，图4为本申请实施例所提供的容性阶跃单元的结构示意图。

根据射频模块的第一圆心在Smith圆图中的位置，将第一匹配单元设置为感性阶跃单元或容性阶跃单元，以及，根据天线单元的第二圆心在Smith圆图中的位置，将第二匹配单元设置为感性阶跃单元或容性阶跃单元。

S130、将匹配单元电路匹配至射频模块与天线单元的两个连接端口之间，形成级联匹配链路，使得级联匹配链路在传输过程中的反射叠加功率在设定范围内。

将第一匹配单元和第二匹配单元级联所形成的匹配单元电路匹配至该射频模块与天线单元之间，形成优化后的级联匹配链路。根据天线发射功率对接口链路对阻抗匹配的要求，当级联匹配链路在传输过程中的反射叠加功率为零时，能够达到最大的天线发射功率。但是，在实际情况下，级联匹配链路在传输过程中的反射叠加功率只能无限接近于零。对此，对级联匹配链路在传输过程中的反射叠加功率设定范围，保证经过阻抗匹配后，得到的天线发射功率能够实现良好的匹配特性。

本申请所提供的射频接口的阻抗匹配网络设计方法，将匹配单元电路的两端分别匹配至匹配到标准阻抗的射频模块与天线单元之间，构成级联匹配链路。该级联匹配链路能够控制改善传输过程中的反射叠加功率在设定范围内，达到改善天线的发射性能的目的，进而提高通信系统的覆盖范围，有助于解决现有技术中级联链路的匹配特性不精确的技术问题。

参照图3，上述实施例所提供的感性阶跃单元属于λ/4交换器，其包括位于中部的第一λ/4匹配线和其两端的第一无阶跃匹配线，第一无阶跃匹配线的宽度大于第一λ/4匹配线的宽度。

对应天线发射信号的频段，预设的频率点，根据该频率点对第一λ/4匹配线的长度进行调整。直至当前的级联匹配链路在对该频段的传输过程中，所反射叠加功率在上述的设定范围内。其中，该预设的频类点是折中获取对应的天线发射信号的频段的中心频点。

参照图4，上述实施例所提供的容性阶跃单元属于λ/4交换器，其包括位于中部的第二λ/4匹配线和其两端的第二无阶跃匹配线，第二无阶跃匹配线的宽度小于第二λ/4匹配线的宽度。

对应天线发射信号的频段，预设匹配的频率点，根据该频率点对第二λ/4匹配线的长度进行调整。直至当前的级联匹配链路在对该频段的传输过程中，所反射叠加功率在上述的设定范围内。

参照图5，图5为本申请实施例所提供的单支结调配器的结构示意图。

在上述两个实施例中，对感性阶跃单元的第一λ/4匹配线和/或容性阶跃单元的第二λ/4匹配线进行调整后，所构成的级联匹配链路在传输过程中的反射叠加功率无法达到设定范围时，则无法满足天线对发射信号的要求时，对上述所提供的射频模块或天线单元的第一匹配单元和第二匹配单元上级联至少一单支结调配器。

参照图6，图6为本申请实施例所提供的优化后的第一匹配单元和第二匹配单元级联所形成的匹配单元电路的组合示意图。

参考图6，第一单支结调配器与射频模块的连接端口的距离，或第二单支结调配器与天线单元的连接端口的距离d满足以下条件：

其中，d为第一单支结调配器与射频模块的连接端口的距离，或第二单支结调配器与天线单元的连接端口的距离，λ为单支结调配器处理的信号波长，β为相位常数，β＝2π/λ。

若第一单支结调配器的第一短截线或第二单支结调配的第二短截线为开路设置，其长度满足以下条件：

或，

第一短截线或第二短截线为短路设置，其长度满足以下条件：

其中，L_开路为第一短截线或第二短截线在开路设置时的长度；L_短路为第一短截线或第二短截线在短路设置时的长度，Z₀是微带线的标准特征阻抗，X为射频模块或天线单元的阻抗。

对于在包括第一匹配单元和第二匹配单元级联所形成的匹配单元电路的基础上添加单支结调配器，是通过对单支结调配器的与射频模块或天线单元的连接端口的距离d和其短截线的长度L进行调节，对该匹配单元电路的信号波形的调节，使得分别通过第一单支结调配器优化后的第一匹配单元，或通过第二单支结调配优化后的第二匹配单元，经过重新级联后得到的级联匹配链路在传输过程中的反射叠加功率在设定范围内，实现更优的天线覆盖效果。

参考图2，本申请还提供一种射频接口的阻抗匹配装置，其包括：连接在射频模块和天线单元之间的匹配单元电路；射频模块、匹配单元电路与天线单元构成级联匹配链路，匹配单元电路分别将射频模块和天线单元匹配到标准阻抗，使得级联匹配链路在传输过程中的反射叠加功率在设定范围内；其中，匹配单元电路包括串联的第一匹配单元和第二匹配单元；第一匹配单元是与射频模块的第一S参数对应的，第二匹配单元是与天线单元的第二S参数对应的。

若射频模块为容性特性，第一匹配单元采用感性阶跃单元；或，射频模块为感性特性，第一匹配单元采用容性阶跃单元。

若天线单元为容性特性，第二匹配单元采用感性阶跃单元；或，天线单元为感性特性，第二匹配单元采用容性阶跃单元。

参考图3-4，感性阶跃单元和容性阶跃单元分别为λ/4变换器的感性阶跃单元和容性阶跃单元；其中，感性阶跃单元包括位于中部的第一λ/4匹配线和其两端的第一无阶跃匹配线，第一无阶跃匹配线的宽度大于第一λ/4匹配线的宽度；容性阶跃单元包括位于中部的第二λ/4匹配线和其两端的第二无阶跃匹配线，第二无阶跃匹配线的宽度小于第二λ/4匹配线的宽度。

感性阶跃单元包括第一λ/4匹配线，第一λ/4匹配线的长度是根据射频模块或天线单元的频率点调整，使得级联匹配链路在传输过程中的反射叠加功率在设定范围内。

和/或，

容性阶跃单元包括第二λ/4匹配线，第二λ/4匹配线的长度是根据射频模块或天线单元的频率点调整，使得级联匹配链路在传输过程中的反射叠加功率在设定范围内。

感性阶跃单元和容性阶跃单元的阻抗满足以下条件：

其中，R₁是匹配目标的阻抗，Z₀是微带线的标准特征阻抗。

根据上述公式，能够得到图3中的感性阶跃单元的微带线阻抗Z₁，和图4中的容性阶跃单元的微带线阻抗Z₂。

参考图6，第一匹配单元还包括至少一第一单支结调配器，第一单支结调配器与第一匹配单元串联；第二匹配单元还包括至少一第二单支结调配器，第二单支结调配器与第二匹配单元串联。

第一单支结调配器包括与天线单元短路设置或开路设置的第一短截线，第二单支结调配器包括与天线单元短路设置或开路设置的第二短截线。

参考图5，第一单支结调配器与射频模块的连接端口的距离，或第二单支结调配器与天线单元的连接端口的距离满足以下条件：

其中，d为第一单支结调配器与射频模块的连接端口的距离，或第二单支结调配器与天线单元的连接端口的距离；λ为天线发射信号的波长，β为相位常数，β＝2π/λ。

第一单支结调配器的第一短截线或第二单支结调配的第二短截线为开路设置，其长度满足以下条件：

或，

第一短截线或第二短截线为短路设置，其长度满足以下条件：

其中，L_开路为第一短截线或第二短截线开路设置时的长度；L_短路为第一短截线或第二短截线短路设置时的长度，Z₀是微带线的标准特征阻抗，X为射频模块或天线单元的阻抗。

天线单元为宽频天线单元，第一匹配单元包括多个级联的第一单支结调配器，第二匹配单元包括多个级联的第二单支结调配器；

其中，第一单支结调配器和第二单支结调配器是针对各个频段的对应波长设置的。

参考图7，图7为本申请实施例所提供的射频设备和天线单元的组合示意图。

射频设备，包括上述任一实施例的阻抗匹配装置，以及与阻抗匹配装置链接的射频模块。在图7中的虚线圆圈中为该射频设备，其与天线单元组合形成一无线覆盖设备。

参考图8，图8为本申请实施例所提供的天线设备与射频模块的组合示意图。

天线设备，包括上述任一实施例的阻抗匹配装置，以及与阻抗匹配装置链接的天线单元。天线设备与射频模块组合，形成一无线覆盖设备。在图8中的虚线圆圈中为该天线设备，其与射频模块组合形成一无线覆盖设备。

参考图9，图9为本申请实施例所提供的无线覆盖设备的组合示意图。

无线覆盖设备，包括上述任一实施例的阻抗匹配装置，以及分别与阻抗匹配装置链接的射频模块和天线单元。

基于阻抗匹配装置的匹配单元电路设置，且其与射频模块和/或天线单元的结合得到射频设备、天线设备和无线覆盖设备，能够控制改善传输过程中的反射叠加功率在设定范围内，达到改善天线的发射性能的目的，进而提高通信系统的覆盖范围，有助于解决现有技术中级联链路的匹配特性不精确的技术问题。

以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，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的保护范围。

Claims (12)

1.一种射频接口的阻抗匹配网络设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

分别获取射频模块的第一S参数与天线单元的第二S参数，并将所述射频模块与所述天线单元分别匹配至标准阻抗；

在Smith圆图上针对多个频率，分别就所述第一S参数和所述第二S参数得到对应的点，将该点集中分布的圆心区域作为与第一S参数和第二S参数对应的第一圆心和第二圆心；

根据各圆心在所述Smith圆图的位置得到所述射频模块和天线单元的第一容感特性；基于所述射频模块和所述天线单元的第一容感特性，设置与所述射频模块匹配的第一匹配单元和与所述天线单元匹配的第二匹配单元，所述第一匹配单元和所述第二匹配单元为感性阶跃单元或容性阶跃单元，并对所述感性阶跃单元的第一λ/4匹配线或容性阶跃单元的第二λ/4匹配线的长度进行调整；其中，感性阶跃单元包括位于中部的第一λ/4匹配线和其两端的第一无阶跃匹配线，第一无阶跃匹配线的宽度大于第一λ/4匹配线的宽度；容性阶跃单元包括位于中部的第二λ/4匹配线和其两端的第二无阶跃匹配线，第二无阶跃匹配线的宽度小于第二λ/4匹配线的宽度；所述第一匹配单元和第二匹配单元的匹配单元电路匹配在所述射频模块与所述天线单元的两个连接端口之间，形成级联匹配链路；若级联匹配链路在传输过程中的反射叠加功率无法达到设定范围的情况下：则利用所述感性阶跃单元或容性阶跃单元与所述射频模块进行匹配，将至少一第一单支结调配器级联至所述第一匹配单元上；或，利用所述感性阶跃单元或容性阶跃单元与所述天线单元进行匹配，将至少一第二单支结调配器级联至所述第二匹配单元上，使得所述级联匹配链路在传输过程中的反射叠加功率在设定范围。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

将所述第一单支结调配器与所述射频模块的连接端口的距离，或所述第二单支结调配器与所述天线单元的连接端口的距离的设置满足以下条件：

其中，d为所述第一单支结调配器与所述射频模块的连接端口的距离，或所述第二单支结调配器与所述天线单元的连接端口的距离；λ为天线发射信号的波长，β为相位常数，β＝2π/λ；

若所述第一单支结调配器的第一短截线或第二单支结调配的第二短截线为开路设置，其长度满足以下条件：

或，

所述第一短截线或第二短截线为短路设置，其长度满足以下条件：

其中，L_开路为第一短截线或第二短截线开路设置时的长度；L_短路为第一短截线或第二短截线短路设置时的长度，Z₀是微带线的标准特征阻抗，X为射频模块或天线单元的阻抗。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：

当所述天线单元为宽频天线单元时，针对各个频段获取对应波长，得到对应频段的第一单支结调配器或第二单支结调配器，并将所述第一单支结调配器逐个级联至所述第一匹配单元上；和/或

将所述第二单支结调配器逐个级联至所述第二匹配单元上。

4.一种射频接口的阻抗匹配装置，其特征在于，包括：连接在射频模块和天线单元之间的匹配单元电路；

所述射频模块、匹配单元电路与天线单元构成级联匹配链路，所述匹配单元电路分别将所述射频模块和天线单元匹配到标准阻抗，使得所述级联匹配链路在传输过程中的反射叠加功率在设定范围内；

其中，所述匹配单元电路包括串联的第一匹配单元和第二匹配单元；所述第一匹配单元是与所述射频模块的第一S参数对应的，所述第二匹配单元是与所述天线单元的第二S参数对应的；所述匹配单元电路是在Smith圆图上针对多个频率，分别就所述第一S参数和所述第二S参数得到对应的点，将该点集中分布的圆心区域作为与第一S参数和第二S参数对应的第一圆心和第二圆心；根据各圆心在所述Smith圆图的位置得到所述射频模块和天线单元的第一容感特性；基于所述第一容感特性确定与所述射频模块匹配的第一匹配单元和与所述天线单元匹配的第二匹配单元的第二容感特性，基于所述第二容感特性得到所述第一匹配单元和所述第二匹配单元的结构；

若所述射频模块为容性特性，则所述第一匹配单元对应采用感性阶跃单元，以及，所述天线单元为容性特性，则所述第二匹配单元对应采用感性阶跃单元；

所述感性阶跃单元包括位于中部的第一λ/4匹配线和其两端的第一无阶跃匹配线，第一无阶跃匹配线的宽度大于第一λ/4匹配线的宽度；容性阶跃单元包括位于中部的第二λ/4匹配线和其两端的第二无阶跃匹配线，第二无阶跃匹配线的宽度小于第二λ/4匹配线的宽度，所述第一λ/4匹配线和第二λ/4匹配线的长度是根据所述射频模块或天线单元的频率点调整，使得所述级联匹配链路在传输过程中的反射叠加功率在设定范围内；

其中，所述天线单元为宽频天线单元，所述匹配单元电路还包括：至少一第一单支结调配器和至少一第二单支结调配器，所述第一单支结调配器与第一匹配单元串联，所述第二单支结调配器与第二匹配单元串联。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，

所述感性阶跃单元和容性阶跃单元的阻抗满足以下条件：

其中，R₁是匹配目标的阻抗，Z₀是微带线的标准特征阻抗。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，

所述第一单支结调配器包括与所述天线单元短路设置或开路设置的第一短截线，所述第二单支结调配器包括与所述天线单元短路设置或开路设置的第二短截线。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，

所述第一单支结调配器与所述射频模块的连接端口的距离，或所述第二单支结调配器与所述天线单元的连接端口的距离满足以下条件：

其中，d为所述第一单支结调配器与所述射频模块的连接端口的距离，或所述第二单支结调配器与所述天线单元的连接端口的距离；λ为天线发射信号的波长，β为相位常数，β＝2π/λ。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，

所述第一单支结调配器的第一短截线或第二单支结调配的第二短截线为开路设置，其长度满足以下条件：

或，

所述第一短截线或第二短截线为短路设置，其长度满足以下条件：

其中，L_开路为第一短截线或第二短截线开路设置时的长度；L_短路为第一短截线或第二短截线短路设置时的长度，Z₀是微带线的标准特征阻抗，X为射频模块或天线单元的阻抗。

9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，

所述第一单支结调配器和第二单支结调配器是针对各个频段的对应波长设置的。

10.一种射频设备，其特征在于，包括权利要求4-9任一项所述的阻抗匹配装置，以及与所述阻抗匹配装置链接的射频模块。

11.一种天线设备，其特征在于，包括权利要求4-9任一项所述的阻抗匹配装置，以及与所述阻抗匹配装置链接的天线单元。

12.一种无线覆盖设备，其特征在于，包括权利要求4-9任一项所述的阻抗匹配装置，以及分别与所述阻抗匹配装置链接的射频模块和天线单元。

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