CN115499028A - 匹配网络、天线电路和电子设备 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种匹配网络、天线电路和电子设备。该匹配网络包括:第一电感、第二电感和第三电感,所述第一电感的两端作为输出端,所述第二电感的两端作为第一输入端,所述第三电感的两端作为第二输入端,所述第一电感与所述第二电感的第一耦合系数大于所述第一电感与所述第三电感的第二耦合系数。该匹配网络能够在电感面积较小的情况下使得该匹配网络呈现较大幅度的电阻值转换比例、电路设计更加灵活、信号干扰更低。

Description

匹配网络、天线电路和电子设备
技术领域
本申请属于天线技术领域,具体涉及一种匹配网络、天线电路和电子设备。
背景技术
参考图1,在一些电子设备中,Wifi信号源S1通过功率放大电路PA1将Wifi信号施加在天线A,蓝牙信号源S2通过功率放大电路PA2将蓝牙信号施加在天线A。通常Wifi信号的功率是远大于蓝牙信号的功率的,如电子设备中Wifi信号和蓝牙信号通过同一个天线A进行发射,功率放大电路PA1的负载的等效阻抗的实部(即电阻值)远小于功率放大电路PA2的负载的等效阻抗的实部。如此,需要设置匹配网络使得天线A对功率放大器PA1、PA2呈现不同的阻抗。
在图1所示的方案中,功率放大电路PA1连接电感L2的两端,通过电感L1和电感L2的耦合将Wifi信号提供给天线A;为使得功率放大电路PA2看到的等效负载的实部足够大,需要设置电感L3、电感L4、电感L5以及电容C1、电容C2。通常,电感L3、L4和L5的电感值与电感L2的电感值相差一个或2个数量级,这些电感线圈占用的面积较大。
发明内容
本申请的目的在于针对现有技术的不足之处,提供一种匹配网络、天线电路和电子设备。
为解决上述技术问题,本申请采用如下技术方案:一种匹配网络,包括:第一电感、第二电感和第三电感,所述第一电感的两端作为输出端,所述第二电感的两端作为第一输入端,所述第三电感的两端作为第二输入端,所述第一电感与所述第二电感的第一耦合系数大于所述第一电感与所述第三电感的第二耦合系数。
在一些实施例中,所述第一电感、所述第二电感和所述第三电感制作在同一基底上,所述第一电感的绕线区域在所述基底所处平面的正投影为第一正投影,所述第二电感的绕线区域在所述基底所处平面的正投影为第二正投影,所述第三电感的绕线区域在所述基底所处的正投影为第三正投影,所述第一正投影与所述第二正投影的交叠面积大于所述第一正投影与所述第三正投影的交叠面积。
在一些实施例中,所述第三正投影环绕所述第一正投影且环绕所述第二正投影,所述第三正投影与所述第一正投影和所述第二正投影均无交叠。
在一些实施例中,所述第三电感的电感值大于所述第二电感的电感值。
在一些实施例中,还包括连接在所述第一电感两端的第一电容。
在一些实施例中,还包括连接在所述第三电感两端的第二电容。
在一些实施例中,所述第一电感与所述第二电感的第一耦合系数大于0.7,所述第一电感与所述第三电感的第二耦合系数小于0.5。
为解决上述技术问题,本申请采用如下技术方案:一种天线电路,包括:天线以及前述的匹配网络,所述第一电感的一个端口接地,所述第一电感的另一个端口连接所述天线,其中,在所述天线的工作频段内的同一频率,所述第一输入端的等效负载阻抗的电阻值为第一电阻值,所述第二输入端的等效负载阻抗的电阻值为第二电阻值,所述第一电阻值小于所述第二电阻值。
为解决上述技术问题,本申请采用如下技术方案:一种电子设备,包括:第一功率放大电路、第二功率放大电路、第一信号源、第二信号源以及前述天线电路,所述第一功率放大电路用于将所述第一信号源的信号功率放大并提供至所述第一输入端,所述第二功率放大电路用于将所述第二信号源的信号功率放大并提供至所述第二输入端。
在一些实施例中,所述第一信号源为Wifi信号源,所述第二信号源为蓝牙信号源。
与现有技术相比,本申请的有益效果为:在应用状态下,第一电感用于连接负载,从第一输入端的两个端口看负载,其等效负载受到第二电感与第一电感的第一耦合系数以及第二电感和第一电感各自的电感值的影响,从第二输入端的两个端口看负载看负载,其等效负载受第三电感与第一电感的第二耦合系数以及第三电感和第一电感各自的电感值的影响。由于上述两个耦合系数能够独立设计,这降低了对第二电感和第三电感的电感值的要求,全部电感线圈占用的总面积能够得到减少,同时该方案能够满足不同的功率放大电路对等效负载的差异化的需求,在电感面积较小的情况下使得该匹配网络呈现较大幅度的电阻值转换比例。
进一步,由于增加了前述两个耦合系数的设计参数,匹配网络的设计更加灵活。
进一步,第二电感与第三电感并不相连,二者各自所连接的信号之间的相互干扰得到降低,并且电路结构更加简单,易于进行设计以及仿真验证。
附图说明
图1是现有的一种电子设备的等效电路图。
图2是本申请的实施例的匹配网络的等效电路图。
图3是本申请的实施例的天线电路的等效电路图。
图4是本申请的实施例的电子设备的等效电路图。
图5是图2所示匹配网络的版图。
具体实施方式
在本申请中,应理解,诸如“包括”或“具有”等术语旨在指示本说明书中存在所公开的特征、数字、步骤、行为、部件、部分或其组合的存在,但是并不排除存在一个或多个其他特征、数字、步骤、行为、部件、部分或其组合存在的可能性。
另外还需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
下面结合附图所示的实施例对本申请作进一步说明。
参考图2,本申请的实施例提供一种匹配网络,包括:第一电感L1’、第二电感L2’和第三电感L3’,所述第一电感L1’的两端作为输出端OT’,所述第二电感L2’的两端作为第一输入端IT1’,所述第三电感L3’的两端作为第二输入端IT2’,所述第一电感L1’与所述第二电感L2’的第一耦合系数K1大于所述第一电感L1’与所述第三电感L3’的第二耦合系数K2。
参考图3和图4,在应用状态下,第一电感L1’用于连接负载(例如是天线A’或其他类型的负载)。第二电感L2’用于连接第一功率放大电路PA1’。第三电感L3’用于连接第二功率放大电路PA2’。第一功率放大电路PA1’和第二功率放大电路PA2’对的输出功率的要求是不同的。
从第一输入端口IT1’看负载,得到的等效负载受到第二电感L2’与第一电感L1’的第一耦合系数K1以及第二电感L2’与第一电感L1’各自的电感值的影响。从第二输入端口IT2’看负载,得到的等效负载受第三电感L3’与第一电感L1’的第二耦合系数K2以及第三电感L3’与第一电感L1’各自的电感值的影响。由于上述两个耦合系数能够独立设计,这降低了对第二电感L2’和第三电感L3’的电感值的要求,全部电感线圈占用的总面积能够得到减少,同时该方案能够满足差异化的阻抗需求。
进一步,由于增加了前述两个耦合系数的设计参数,匹配网络的设计更加灵活。
进一步,第二电感L2’与第三电感L3’并不相连,二者各自所连接的信号源之间的相互干扰得到降低,并且电路结构更加简单,易于进行设计以及仿真验证。
在一些实施例中,参考图5,所述第一电感L1’、所述第二电感L2’和所述第三电感L3’制作在同一基底上,所述第一电感L1’的绕线区域在所述基底所处平面的正投影为第一正投影,所述第二电感L2’的绕线区域在所述基底所处平面的正投影为第二正投影,所述第三电感L3’的绕线区域在所述基底所处的正投影为第三正投影,所述第一正投影与所述第二正投影的交叠面积大于所述第一正投影与所述第三正投影的交叠面积。
图5中不同的线型表示不同的布线层,第一电感L1’、第二电感L2’和第三电感L3’同层设置,交叉部分通过过孔和跳线连接。
第一正投影与第二正投影的交叠面积更小,二者的耦合系数更低。这种情况下,第三电感L3’的电感值不需要特别大,也能使得从第三电感L3’的两端看负载的等效负载的电阻值相对较大。
本申请对基底的材质不做限定,例如是半导体衬底或者是玻璃基底等。
在一些实施例中,参考图5,所述第三正投影环绕所述第一正投影且环绕所述第二正投影,所述第三正投影与所述第一正投影和所述第二正投影均无交叠。
这种情况下,第三电电感L3’与第一电感L1’的第二耦合系数K2可以制作得足够小,从而进一步降低第三电感L3’的电感值。
在一些实施例中,所述第三电感L3’的电感值大于所述第二电感L2’的电感值。
这种情况下,第三电感L3’的两端看负载的等效阻抗中的电阻值与第二电感L2’的两端看负载的等效阻抗中的电阻值更大。
在一些实施例中,匹配网络还包括连接在所述第一电感L1’两端的第一电容C1’。
第一电容C1’的作用是调节谐振频率。
在一些实施例中,匹配网络还包括连接在所述第三电感L3’两端的第二电容C2’。
由于第三电感L3’与第一电感L1’的第二耦合系数K2较小,在一些实施例中,负载与匹配网络构成的等效电路中第一电容C1’的作用衰减较强,需要增加第二电容C2’进行补偿。
在一些实施例中,所述第一电感L1’与所述第二电感L2’的第一耦合系数K1大于0.7,所述第一电感L1’与所述第三电感L3’的第二耦合系数K2小于0.5。
这种情况下,两个耦合系数的差异足够大,能够适应不同的功率放大电路的更大差异的阻抗需求。
参考图3,本申请的实施例还提供一种天线电路,包括:天线A’以及前述的匹配网络,所述第一电感L1’的一个端口接地,所述第一电感L1’的另一个端口连接所述天线A’,其中,在所述天线A’的工作频段内的同一频率,所述第一输入端IT1’的等效负载阻抗的电阻值为第一电阻值,所述第二输入端IT2’的等效负载阻抗的电阻值为第二电阻值,所述第一电阻值小于所述第二电阻值。
从第一输入端IT1’看天线A’以及从第二输入端IT2’看天线A’分别呈现不同的阻抗,满足不同的发射功率的需求。
参考图4,本申请的实施例还提供一种电子设备,包括:第一功率放大电路PA1’、第二功率放大电路PA2’、第一信号源S1’、第二信号源S2’以及前述天线电路,所述第一功率放大电路PA1’用于将所述第一信号源S1’的信号功率放大并提供至所述第二电感L2’的两端(即第一输入端IT1’),所述第二功率放大电路PA2’用于将所述第二信号源S2’的信号功率放大并提供至所述第三电感L3’的两端(即第二输入端IT2’)。
在一些实施例中,所述第一信号源S1’为Wifi信号源,所述第二信号源S2’为蓝牙信号源。
Wifi信号的辐射功率要远大于蓝牙信号的辐射功率。例如在一些应用场景中,第一功率放大电路PA1’的负载的等效阻抗的实部应在5Ω左右,第二功率放大电路PA2’的负载的等效阻抗的实部应在150Ω左右。由于第三电感与第一电感的第二耦合系数可以设计得相对较小,第三电感的电感值不需要制作地特别大,也能使得第二功率放大电路PA2’的负载的等效阻抗的实部足够大。如此,能够大大节省用于制作电感的基底面积。
本申请中的各个实施例均采用递进的方式描述,各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
本申请的保护范围不限于上述的实施例,显然,本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变形而不脱离本申请的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本申请权利要求及其等同技术的范围,则本申请的意图也包含这些改动和变形在内。

Claims (10)

1.一种匹配网络,其特征在于,包括:第一电感(L1’)、第二电感(L2’)和第三电感(L3’),所述第一电感(L1’)的两端作为输出端(OT’),所述第二电感(L2’)的两端作为第一输入端(IT1’),所述第三电感(L3’)的两端作为第二输入端(IT2’),所述第一电感(L1’)与所述第二电感(L2’)的第一耦合系数大于所述第一电感(L1’)与所述第三电感(L3’)的第二耦合系数。
2.根据权利要求1所述的匹配网络,其特征在于,所述第一电感(L1’)、所述第二电感(L2’)和所述第三电感(L3’)制作在同一基底上,所述第一电感(L1’)的绕线区域在所述基底所处平面的正投影为第一正投影,所述第二电感(L2’)的绕线区域在所述基底所处平面的正投影为第二正投影,所述第三电感(L3’)的绕线区域在所述基底所处的正投影为第三正投影,所述第一正投影与所述第二正投影的交叠面积大于所述第一正投影与所述第三正投影的交叠面积。
3.根据权利要求2所述的匹配网络,其特征在于,所述第三正投影环绕所述第一正投影且环绕所述第二正投影,所述第三正投影与所述第一正投影和所述第二正投影均无交叠。
4.根据权利要求1所述的匹配网络,其特征在于,所述第三电感(L3’)的电感值大于所述第二电感(L2’)的电感值。
5.根据权利要求1所述的匹配网络,其特征在于,还包括连接在所述第一电感(L1’)两端的第一电容(C1’)。
6.根据权利要求5所述的匹配网络,其特征在于,还包括连接在所述第三电感(L3’)两端的第二电容(C2’)。
7.根据权利要求1所述的匹配网络,其特征在于,所述第一电感(L1’)与所述第二电感(L2’)的第一耦合系数大于0.7,所述第一电感(L1’)与所述第三电感(L3’)的第二耦合系数小于0.5。
8.一种天线电路,其特征在于,包括:天线(A’)以及根据权利要求1至7任意一项所述的匹配网络,所述第一电感(L1’)的一个端口接地,所述第一电感(L1’)的另一个端口连接所述天线(A’),其中,在所述天线的工作频段内的同一频率,所述第一输入端(IT1’)的等效负载阻抗的电阻值为第一电阻值,所述第二输入端(IT2’)的等效负载阻抗的电阻值为第二电阻值,所述第一电阻值小于所述第二电阻值。
9.一种电子设备,其特征在于,还包括:第一功率放大电路(PA1’)、第二功率放大电路(PA2’)、第一信号源(S1’)、第二信号源(S2’)和根据权利要求8所述的天线电路,所述第一功率放大电路(PA1’)用于将所述第一信号源(S1’)的信号功率放大并提供至所述第一输入端(IT1’),所述第二功率放大电路(PA2’)用于将所述第二信号源(S2’)的信号功率放大并提供至所述第二输入端(IT2’)。
10.根据权利要求9所述的电子设备,其特征在于,所述第一信号源(S1’)为Wifi信号源,所述第二信号源(S2’)为蓝牙信号源。
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