CN115173883A

CN115173883A - 一种收发机前端架构

Info

Publication number: CN115173883A
Application number: CN202210794624.XA
Authority: CN
Inventors: 不公告发明人
Original assignee: Chengdu Aich Technology Co Ltd
Current assignee: Chengdu Aich Technology Co Ltd
Priority date: 2022-07-05
Filing date: 2022-07-05
Publication date: 2022-10-11

Abstract

本发明公开一种收发机前端架构，涉及收发机技术领域，以解决现有收发机前端架构中发射通路的高阻关断限制了发射通路的性能提高的问题。所述收发机前端架构至少包括：射频开关、低阻开关以及变压器；所述变压器包括第一线圈和第二线圈，所述第一线圈的一端与天线连接，所述第一线圈的另一端串联连接接收通路，所述射频开关与所述接收通路并联；所述第二线圈与所述低阻开关并联，所述第一线圈和所述低阻开关均与发射通路连接；所述接收通路连通，所述发射通路关断时，所述射频开关断开，所述低阻开关闭合，所述发射通路被短路。本发明提供的收发机前端架构可以使收发机中的发射通路关断阻抗不受限，降低了收发机系统的设计难度，提高了收发性能。

Description

一种收发机前端架构

技术领域

本发明涉及收发机技术领域，尤其涉及一种收发机前端架构。

背景技术

收发机是可以兼具信号收发功能的电路。传统的收发机前端架构在工作时，一般都要求发射通路和接收通路中不工作的一个处于高阻抗的状态，认为这样可以最大程度的避免发射通路和接收通路之间的互相影响。

但是随着通信系统的性能提高，发射通路所需的工作频率越来越高且发射功率越来越大，发射通路的高关断阻抗要求限制了发射通路的性能提高，提升了设计的难度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种收发机前端架构，用于使发射通路的关断阻抗不受限从而提升收发机的收发性能。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种收发机前端架构，至少包括：射频开关、低阻开关以及变压器；

所述变压器包括第一线圈和第二线圈，所述第一线圈的一端与天线连接，所述第一线圈的另一端串联连接接收通路，所述射频开关与所述接收通路并联；所述第二线圈与所述低阻开关并联，所述第一线圈和所述低阻开关均与发射通路连接；

当所述接收通路连通，所述发射通路关断时，所述射频开关断开，所述低阻开关闭合，所述发射通路被短路。

可选的，所述变压器为巴伦变压器；所述巴伦变压器用于合成功率。

可选的，所述第一线圈为一个线圈；所述第一线圈为M个线圈；所述第二线圈为N个线圈，M和N均大于等于1。

可选的，所述接收通路包括低噪声放大器，所述发射通路包括功率放大器，所述功率放大器与所述低阻开关差分连接。

可选的，所述接收通路连通时，所述低噪声放大器将外来信号接收并放大；所述发射通路连通时，所述功率放大器将信号放大并发射。

可选的，所述接收通路与所述发射通路外接控制信号产生设备；所述控制信号产生设备用于发出控制所述接收通路和所述发射通路的工作状态的控制信号。

可选的，所述接收通路关断，所述发射通路连通时，所述射频开关闭合，所述低阻开关断开，所述发射通路发射信号并通过所述变压器传输给所述天线完成信号发射。

可选的，所述低阻开关闭合时，所述变压器的两个输入端端口之间呈低阻状态。

可选的，所述射频开关接地。

可选的，所述射频开关与所述发射通路接收第一指令，并基于所述第一指令执行相应的任务，所述低阻开关与所述接收通路接收第二指令，并基于所述第二指令执行相应的任务。

与现有技术相比，本发明提供的一种收发机前端架构中，至少包括：射频开关、低阻开关以及变压器；所述变压器包括第一线圈和第二线圈，所述第一线圈的一端与天线连接，所述第一线圈的另一端串联连接接收通路，所述射频开关与所述接收通路并联；所述第二线圈与所述低阻开关并联，所述第一线圈和所述低阻开关均与发射通路连接；所述接收通路连通，所述发射通路关断时，所述射频开关断开，所述低阻开关闭合，所述发射通路被短路。通过设置射频开关可以实现收发机前端架构在接收信号工作状态和发射信号工作状态之间的转换；所述第二线圈与所述低阻开关并联，所述第一线圈和所述低阻开关均与发射通路连接，使得在接收通路连通，发射通路关断时，低阻开关闭合，使得在接收信号工作状态时，发射通路被短路，不仅削弱了发射通路的关断阻抗对接收通路的影响，还降低了由发射通路关断阻抗造成的路径损耗和噪声影响，同时降低了对发射通路的关断阻抗的限制，有利于进一步提高发射通路的性能，提升通讯系统的收发能力。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例提供的一种收发机前端架构电路图；

图2为本发明实施例提供的低阻关断原理图；

图3为本发明实施例提供的收发机前端架构工作流程图。

附图标记：

11-射频开关，12-低阻开关，13-变压器，14-天线，15-功率放大器，16-低噪声放大器。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

收发机分为接收信号和发射信号两种状态，当收发机处于接收状态时，为了避免发射通路的关断阻抗对接收通路造成影响，一般在设计时会将收发机前端的发射通路的关断阻抗设置成高阻抗，然而对于一些对发射通路关断电阻有要求的通信装置来说，很难实现既达到发射通路的关断电阻要求又尽可能的降低发射通路的关断阻抗对接收通路的影响。

基于上述问题，本发明提供了一种收发机前端架构，可以使发射通路的关断阻抗不受限，有利于提高收发机的收发性能。接下来，结合附图对本说明书的实施例进行说明。

收发机内部集成了完整的发射电路和接收电路，收发机前端架构是收发机中用于实现信号的接收和发射的电路结构。收发机前端架构用于放大微弱的接收信号，输出足够的发射功率。

图1为本发明说明书提供的一种收发机前端架构电路图，如图1所示，本发明提供了一种收发机前端架构，包括：射频开关11、低阻开关12以及变压器13，所述变压器13包括第一线圈和第二线圈，第一线圈的线圈数量可以为一个也可以为多个，第二线圈的线圈数量可以为一个也可以为多个，所述第一线圈的一端与天线14连接，所述第一线圈的另一端串联连接接收通路，如图1中RX为接收通路，接收通路包括低噪声放大器16，用于接收信号，所述射频开关11与所述接收通路并联，所述射频开关11接地；射频开关11串联连接所述第一线圈，所述第二线圈与所述低阻开关12并联，所述第一线圈和所述低阻开关12均与发射通路连接，如图1中的TX为发射通路，发射通路包括功率放大器15，低阻开关12与功率放大器15的输出端差分连接；

所述接收通路连通，所述发射通路关断时，所述射频开关11断开，所述低阻开关12闭合，所述发射通路被短路。

低阻开关12可以选用电阻小于10欧姆的开关，低阻开关12可以通过无线或者电路连接的方式与低噪声放大器16接收相同的控制指令，以达到当接收通路连通时，低阻开关12闭合；当接收通路关断时，低阻开关12断开。当低阻开关12闭合时，变压器13的两个输入端端口之间呈低阻状态，发射通路被短路。

射频开关11又称微波开关，可以用于控制微波信号通道转换，射频开关11接地，通过控制电路中的电流方向控制收发中的信号走向，当射频开关11闭合时，信号从发射通路传输到变压器13，信号直接通过射频信号流向地，不通过接收通路，当射频开关11断开时，信号流向接收通路。射频开关11可以接通过无线或电路连接的方式与功率放大器15接收的相同的控制指令，以达到当发射通路关断时，射频开关11断开，发射通路连通时，射频开关11闭合。射频开关11可以选用MOSFET或PIN二极管。

变压器13是利用电磁感应原理，从一个电路向另一个电路传递电能或传输信号的一种电器。在收发机前端结构中，用于将功率放大器15输出射频信号的功率进行合成并输出，在实际应用中，需要输出功率很大的情况下，功率放大器15需要设计成多个晶体管并联才可以达到设计所需的输出功率，所以变压器13可以采用巴伦变压器，通过增加巴伦变压器第二线圈的线圈个数，并将第二线圈中的线圈分别与多个晶体管连接，从而实现多路功率的合成，达到设计要求的输出功率。变压器13还可以起到滤波作用，可以将天线14接收的干扰信号的频率滤除。变压器13还可以起到阻抗变换的作用。

功率放大器15，用于对发射通路输入端输入的射频信号进行无失真放大，由于该射频信号频率很小，需要功率放大器15对该信号进行频率放大以获得足够的射频输出功率，才能发送到天线14上辐射出去。功率放大器15可以采用能放大信号的电路结构、双极型晶体管、场效应晶体管或大功率发射电子管等。

低噪声放大器16用于将天线14接收的射频信号进行放大，由于天线14接收的射频信号很微弱，且放大器自身的噪声对信号的干扰很严重，为了减小噪声，以提高输出的信噪比所以选用低噪声放大器16。低噪声放大器16可以采用能放大信号并具有提高信噪比的电路结构、晶体管或场效应晶体管等。

功率放大器15和低噪声放大器16外接控制信号产生设备，低噪声放大器16通过EN端接入控制信号，功率放大器15通过ENB端接入控制信号，当收发机前端架构工作时，控制信号产生设备分别给功率放大器15和低噪声放大器16传输相位相反的电平控制信号，使功率放大器15和低噪声放大器16处于一个工作另一个不工作的状态，从而使得收发机前端处于接收信号状态或者发射信号状态。

图1中的上述结构，通过设置射频开关11可以实现收发机前端架构在接收信号工作状态和发射信号工作状态之间的转换；所述第二线圈与所述低阻开关12并联，所述第一线圈和所述低阻开关12均与发射通路连接，使得在接收通路连通，发射通路关断时，低阻开关12闭合，使得在接收信号工作状态时，发射通路被短路，不仅削弱了发射通路的关断阻抗对接收通路的影响，还降低了由发射通路关断阻抗造成的路径损耗和噪声影响，同时降低了对发射通路的关断阻抗的限制，有利于进一步提高发射通路的性能，提升通讯系统的收发能力。

图1的上述结构中，通过设置低阻开关使发射通路的阻抗不受限且不对接收通路产生影响的原理可以结合图2进行说明，如图2所示，u₁为输入电压，u₂为输出电压，L₁为输入线圈电感，i₁为输入线圈回路的电流，L₂为次级线圈电感，i₂为次级线圈回路的电流，M为两线圈间的互感，Load为发射通路的负载。

当Load趋于零时，u₂处Load为短路，即低阻开关闭合时的情况，可以得到公式1：

根据公式1可以得到与天线连接的一端的等效电感L₁₁，如公式2：

根据互感M的定义，可知M＝k(L₁L₂)^0.5，当耦合系数k为1时，L₁₁＝0

当Load趋于无穷大时，u₂处Load为断路，即低阻开关断开时，此时i₂＝0，根据公式1和公式2可得L₁₁＝L₁。

而当Load有数值时，可以得到公式3，如公式3：

根据公式3可以计算得到阻抗Z₁₁，如公式4：

根据公式4对Load求偏导可知，当大约在Load＝ωL₂时，Z₁₁的实部最大，此时意味着最大的插损，即收发信号的能量损耗最大，也就意味着此时发射通路关断阻抗对接收通路的性能影响最大。

根据公式4对ω求偏导可知，随着收发机前端架构的工作频率的增加，高阻关断方式的损耗是越来越大的，最后会以反比的关系贴近一个稳定的值。

根据上述计算推导，为了不对接收通路产生影响，发射通路采用高阻关断的方式时，随着收发机前端架构的工作频率的增加，高关断阻抗导致收发信号的能量的损耗会越大。而采用本收发机前端架构中的低阻关断的方式时，不管是低阻开关闭合时还是断开时都可以使收发信号的能量损耗很小，且当低阻开关闭合时，变压器相当于一根导线，天线接收的信号直接传输给接收通路，当低阻开关闭合时，与天线连接的输入端的等效电感与L₁相同，即低阻开关闭合时，发射通路的阻抗不对接收通路产生影响，低阻开关断开时，对发射通路也没有影响。

本说明书还提供了一些具体的实施方式，下面进行说明。

具体的，所述接收通路与所述发射通路外接控制信号产生设备；所述控制信号产生设备用于发出控制所述接收通路和所述发射通路的工作状态的控制信号。

所述射频开关与所述发射通路接收第一指令，并基于所述第一指令执行相应的任务，所述低阻开关与所述接收通路接收第二指令，并基于所述第二指令执行相应的任务。

控制信号产生设备可以是组合逻辑控制器、微程序控制器或CPU等。控制信号产生设备发出的指令可以是0/1序列或者电平信号。控制信号产生设备产生的控制信号令接收通路和发射通路处于不同的工作状态。结合图3对本收发机前端架构的工作流程进行说明，如图3所示，控制信号产生设备发出第一指令给射频开关和发射通路；发出第二指令给低阻开关和接收通路。当控制信号产生设备发出发射信号的控制信号时，第一指令为工作指令，即射频开关闭合，发射通路连通，第二指令为不工作指令，即低阻开关断开，接收通路关断。当控制信号产生设备发出接收信号的控制信号时，第一指令为不工作指令，即射频开关断开，发射通路关断；第二指令为工作指令，即低阻开关闭合，接收通路连通。

在实际应用中，收发机前端架构有两种工作状态，接收信号状态和发射信号状态，当处于接收信号状态时，接收通路中的低噪声放大器16工作，接收通路连通，发射通路中的功率放大器15不工作，发射通路关断，此时射频开关11断开，低阻开关12闭合，发射通路被短路，信号从天线14接入并通过变压器13传输到接收通路，低噪声放大器16接收信号并将信号放大，完成信号接收；当处于发射信号工作状态时，接收通路中的低噪声放大器16不工作，接收通路关断，发射通路中的功率放大器15工作，发射通路连通，此时射频开关11闭合，低阻开关12断开，功率放大器15将信号放大并通过变压器13传输到天线14完成信号发射。通过本收发机前端架构，发射通路中的关断阻抗可以不受限制，因此功率放大器15可以选择低电阻的元件，不仅可以减小路径损耗，还可以提高功率放大器的性能。同时结构简单，成本低。

在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种收发机前端架构，其特征在于，至少包括：射频开关、低阻开关以及变压器；

2.根据权利要求1所述的收发机前端架构，其特征在于，所述变压器为巴伦变压器；所述巴伦变压器用于合成功率。

3.根据所述权利要求1所述的收发机前端架构，其特征在于，所述第一线圈为M个线圈；所述第二线圈为N个线圈，M和N均大于等于1。

4.根据权利要求1所述的收发机前端架构，其特征在于，所述接收通路包括低噪声放大器，所述发射通路包括功率放大器，所述功率放大器与所述低阻开关差分连接。

5.根据权利要求4所述的收发机前端架构，其特征在于，所述接收通路连通时，所述低噪声放大器将外来信号接收并放大；所述发射通路连通时，所述功率放大器将待发射信号放大并发射。

6.根据权利要求1所述的收发机前端架构，其特征在于，所述接收通路与所述发射通路外接控制信号产生设备；所述控制信号产生设备用于发出控制所述接收通路和所述发射通路的工作状态的控制信号。

7.根据权利要求1所述的收发机前端架构，其特征在于，当所述接收通路关断，所述发射通路连通时，所述射频开关闭合，所述低阻开关断开，所述发射通路发射信号并通过所述变压器传输给所述天线完成信号发射。

8.根据权利要求1所述的收发机前端架构，其特征在于，所述低阻开关闭合时，所述变压器的两个输入端端口之间呈低阻状态。

9.根据权利要求1所述的收发机前端架构，其特征在于，所述射频开关接地。

10.根据权利要求1所述的收发机前端架构，其特征在于，所述射频开关与所述发射通路接收第一指令，并基于所述第一指令执行相应的任务，所述低阻开关与所述接收通路接收第二指令，并基于所述第二指令执行相应的任务。