CN115940985A - 一种可实现通路选择的匹配网络 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可实现通路选择的匹配网络，应用于射频收发通路结构中，包括匹配单元，谐振单元和控制单元；当射频收发通路需要导通时，控制单元控制谐振单元不工作，同时使得匹配单元在射频收发通路中起到匹配作用，射频输入信号经匹配单元后输出，实现射频收发通路的匹配和导通；当射频收发通路需要断开时，控制单元控制谐振单元与匹配单元产生并联谐振，阻挡射频信号通过，从而实现通路断开。本发明可以有效减小通路插损，提高发射通路的发射功率，降低接收通路的噪声系数。

Description

一种可实现通路选择的匹配网络

技术领域

本发明属于无限通信技术领域。

背景技术

在射频系统，通常需要在多个通道之间进行切换，如相控阵系统、移动通信射频系统等。图1给出了典型的射频收发通路构图。该收发系统共有三个端口，公共端、发射端和接收端。发射通道和接收通道的路径如图中箭头所示。发射通道工作时，通路切换开关T2闭合，T1断开，发射信号由发射端先经过PA(功率放大器)，再经过匹配网络，最后经过T2到达输出端；接收通道工作时，通路切换开关T1闭合，T2断开，接收射频信号由公共端先经过T1，再经过LNA(低噪声放大器)到达接收端。

在射频系统，发射通道希望发射功率越大越好，以满足覆盖要求，而通路切换开关会引入损耗，在>5GHz时，损耗甚至大于1dB。这会严重影响发射通道的覆盖范围。为了补偿这1dB的损耗，PA必须提供更大的功率，这就增加了PA的设计难度，同时带来成本和功耗的增加。而接收通道希望噪声越小越好，通路切换开关引入的插损同样会恶化接收通道噪声，影响接收灵敏度。

发明内容

发明目的：为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种可实现通路选择的匹配网络。

技术方案：本发明提供了一种可实现通路选择的匹配网络，应用于射频收发通路结构中，包括匹配单元，谐振单元和控制单元；

当射频收发通路需要导通时，控制单元控制谐振单元不工作，同时使得匹配单元在射频收发通路中起到匹配作用，射频输入信号经匹配单元后输出，实现射频收发通路的匹配和导通；当射频收发通路需要断开时，控制单元控制谐振单元与匹配单元产生并联谐振，阻挡射频信号通过，从而实现通路断开。

进一步的，所述匹配单元包括电感和第一电容；所述谐振单元包括第二电容；

当电感和第一电容的谐振频率小于射频收发通路的工作频率时，控制单元包括第一、第二开关；电感的一端连接第二开关的一端，电感的另外一端连接第一电容的一端；第一电容的另外一端连接第二电容的一端和第一开关的端，所述第一开关的另外一端接地，第二电容的另外一端连接第二开关的另外一端；

当电感和第一电容的谐振频率大于射频收发通路的工作频率时，控制单元包括第三～五开关；电感的一端连接第五开关的一端，电感的另外一端连接第一电容的一端和第二电容的一端，第一电容的另外一端连接第三开关的一端和第四开关的一端，所示第四开关的一端还连接第五开关的另外一端；所述第三开关的另外一端接地；第四开关的另外一端连接第二电容的另外一端。

有益效果：

1、本发明可以有效减小通路插损，提高发射通路的发射功率，降低接收通路的噪声系数。

2、由于通路插损的降低，对PA和LNA的性能需求同样降低，本发明降低了PA和LNA的成本。

3、本发明对PA发射功率需求的降低，从而显著地降低了系统的能耗。

附图说明

图1为现有技术中射频收发通路结构图；

图2为当匹配单元中的谐振频率小于射频收发通路的工作频率时本发明的电路原理图；

图3为本发明电路工作原理图，其中(a)为通路导通时电路各个开关的状态图，(b)为图(a)的等效电路图，(c)为通路断开时电路各个开关的状态图，(d)为图(c)的等效电路图；

图4为本发明和现有技术的插损对比图；

图5为本发明和现有方案隔离对比图；

图6为当匹配单元中的谐振频率大于等于射频收发通路的工作频率时本发明的电路原理图。

具体实施方式

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，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。

本发明旨在利用放大器已有匹配网络，通过不同的谐振特性来实现通路的导通和截止，省去传统结构中的开关器件，减少通路损耗，提高发射功率。

当射频收发通路需要导通时，控制单元控制谐振单元不工作，同时使得匹配单元在射频收发通路中起到匹配作用，射频输入信号经匹配单元后输出，实现射频收发通路的匹配和导通；当射频收发通路需要断开时，控制单元控制谐振单元与匹配单元产生并联谐振，阻挡射频信号通过，从而实现通路断开。

本发明的匹配单元由电感L1和C1组成。当匹配单元中的电感L1和C1的谐振频率小于射频收发通路的工作频率，则本发明的具体结构如图2所示：匹配单元由电感L1和电容C1组成，L1端口1接射频端口RF2(也即图1中PA的输出端)，L1的端口2接射频端口RF1(也即图1中的公共端)；C1端口1接L1端口1，C1端口2接控制单元中T1端口1。谐振单元由电容C2组成，C2端口1接控制单元中T2端口1，C2端口2接匹配单元中C1端口2以及控制单元中T1端口1。控制单元由开关T1和开关T2组成，开关T1端口1接匹配单元中C1端口2以及谐振单元中C2端口2，开关T1端口2接地；开关T2端口1接谐振单元中C2端口1，开关T2端口2接射频端口RF1以及匹配单元中L1端口2。

本发明具体工作原理如图3所示。图3中的(a)给出了通路导通时各个开关的状态，其中T1闭合，T2断开，等效电路如图3中的(b)所示，为一个L形匹配网络，此时谐振单元不工作，匹配单元实现正常电路匹配功能。图3中的(c)给出了通路断开时各个开关的状态，其中T1断开，T2闭合，等效电路如图3中的(d)所示，为并联谐振电路，此时谐振单元与匹配单元产生并联谐振Ce为C1和C2的串联等效电容，通过调整C2的值，使得Ce和L1谐振在工作频率上，实现断开通路的功能。

在移动通信N41频段，本发明与现有方案实现射频通路性能对比如图4和图5所示。图4给出了通路导通时的插损对比，现有方案的插损为0.75dB，本发明的插损为0.45dB，使用本发明插损减小了0.3dB；图5给出了通路断开时的隔离对比，从图中可以看出现有方案隔离度为-21.9dB，本发明的隔离度为21.5-29dB，隔离度性能最差点与现有方案相当，最优点比现有方案提高7dB。

本发明是基于匹配网络现有器件进行改进实现通路选择，图2原理适用于匹配器件L1和C1的谐振频率小于工作频率的情况。如果L1和C1谐振频率大于工作频率(射频收发通路的工作频率)，图2原理图不再适用，图6给出了这种情况下适用的原理图，通路导通时图6中的开关T1导通，T2，T3断开(也即第五开关导通，第三、第四开关断开)；通路断开时图6中的开关T1断开，T2，T3导通(也即第五开关断开，第三、第四开关导通)，其等效原理图与图3中的(b)(d)一致。在图6中，通路关断时的等效电容Ce为C2与C1的并联，使得Ce大于C1，进而使得原本L1和C1的并联谐振频率降低到工作频率。

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，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (2)

1.一种可实现通路选择的匹配网络，应用于射频收发通路结构中，其特征在于：包括匹配单元，谐振单元和控制单元；

当射频收发通路需要导通时，控制单元控制谐振单元不工作，同时使得匹配单元在射频收发通路中起到匹配作用，射频输入信号经匹配单元后输出，实现射频收发通路的匹配和导通；当射频收发通路需要断开时，控制单元控制谐振单元与匹配单元产生并联谐振，阻挡射频信号通过，从而实现通路断开。

2.根据权利要求1所述的一种可实现通路选择的匹配网络，其特征在于：所述匹配单元包括电感和第一电容；所述谐振单元包括第二电容；

当电感和第一电容的谐振频率小于射频收发通路的工作频率时，控制单元包括第一、第二开关；电感的一端连接第二开关的一端，电感的另外一端连接第一电容的一端；第一电容的另外一端连接第二电容的一端和第一开关的端，所述第一开关的另外一端接地，第二电容的另外一端连接第二开关的另外一端；

当电感和第一电容的谐振频率大于射频收发通路的工作频率时，控制单元包括第三～五开关；电感的一端连接第五开关的一端，电感的另外一端连接第一电容的一端和第二电容的一端，第一电容的另外一端连接第三开关的一端和第四开关的一端，所示第四开关的一端还连接第五开关的另外一端；所述第三开关的另外一端接地；第四开关的另外一端连接第二电容的另外一端。

Images