CN117526974A - 具有高镜像抑制度的5g双频双向收发机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开具有高镜像抑制度的5G双频双向收发机，包括：具有滤波响应的双频功率放大器与具有滤波响应的双频低噪声放大器；双频功率放大器与双频低噪声放大器通过功率分配/合成网络与双频收发单元连接；双频收发单元包括两个收发模块，沿信号发射方向，每个收发模块包括依次连接的宽带中频开关、宽带中频双向放大器、宽带中频正交信号发生器、镜像抑制双向混频器；功率分配/合成网络与镜像抑制双向混频器连接。本发明采用镜像抑制双向混频器构，配合双频功率放大器和双频低噪声放大器，可实现>60dB的超高镜像抑制度，适应用于5G的双频双向收发。

Description

具有高镜像抑制度的5G双频双向收发机
技术领域
本发明涉及通信技术领域，具体涉及一种具有高镜像抑制度的5G双频双向收发机。
背景技术
5G通信技术提高了通信速率，通信带宽，大幅降低了通信延时。5G毫米波通信频段主要分布在26/28/37/39GHz，为了使基站和手持移动设备支持5G毫米波多频段的切换，传统方案需要同时集成多个工作在不同频段的收发链路，增大了芯片的面积和成本。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种具有高镜像抑制度的5G双频双向收发机，采用基于镜像抑制双向混频器的架构，配合具有滤波响应的双频功率放大器和双频低噪声放大器，可以实现>60dB的超高镜像抑制度，适应用于5G的28/39GHz双频双向收发。
为实现本发明的目的所采用的技术方案是：
一种具有高镜像抑制度的5G双频双向收发机，包括：
具有滤波响应的双频功率放大器与具有滤波响应的双频低噪声放大器；
所述双频功率放大器与双频低噪声放大器通过功率分配/合成网络与双频收发单元连接；所述双频收发单元包括两个收发模块，沿信号发射方向，每个收发模块包括依次连接的宽带中频开关、宽带中频双向放大器、宽带中频正交信号发生器、镜像抑制双向混频器；所述功率分配/合成网络与所述镜像抑制双向混频器连接；
所述双频功率放大器，用于通过发射链路发射信号时，将由镜像抑制双向混频器通过功率分配/合成网络输入的射频信号放大后输出到天线发射出去；所述双频低噪声放大器，用于通过接收链路接收信号时，将天线接收到的射频信号放大后经功率分配/合成网络输出到镜像抑制双向混频器的射频端；
所述镜像抑制双向混频器，通过本振正交信号发生模块提供的正交本振信号，对输入的正交中频信号或对输入的射频信号进行混频后输出，得到镜像频率被抑制的信号，在发射状态下输出上变频的单边带射频信号以及在接收状态下输出下变频的单边带中频信号，所述双频功率放大器、双频低噪声放大器均可工作在两个频段，所述双频功率放大器与双频低噪声放大器通过切换偏置的动作，实现不同频段及收发的切换。
其中，所述本振信号发生模块包括依次连接的锁相环、本振正交信号发生器，所述本振正交信号发生器的输出端通过本振驱动放大器或本振相位切换驱动放大器连接镜像抑制双向混频器的本振端；所述锁相环生成本地振荡信号后，通过本振正交信号发生器转换为本振正交信号，通过本振驱动放大器或本振相位切换驱动放大器后，输入到镜像抑制双向混频器的本振端。
其中，所述本振正交信号发生器采用高阶级联耦合器的结构生成正交的本振信号。
其中，所述锁相环工作于30-37GHz，所述本振正交信号发生器工作于2-10.6GHz，所述本振驱动放大器工作于2-10.6GHz。
其中，所述镜像抑制双向混频器包括两个无源双向混频器，两个无源双向混频器工作在不同频段，实现镜像抑制结构的双频带覆盖；发射时，根据输入的本振正交信号将输入的正交中频信号转换为射频信号输出；接收时，根据输入的本振正交信号将输入的射频信号转为中频信号输出，然后两个无源双向混频器的输出信号进行混频后输出，得到镜像频率被抑制的信号。
其中，所述无源双向混频器采用双平衡架构，单平衡架构或者双双平衡架构。
其中，所述双频功率放大器包括工作于不同频带的两个窄带驱动级和工作于宽带的一个宽带输出级，两个窄带驱动级在输出端并联后通过宽带级间匹配网络与宽带输出级的输入端连接；每个窄带驱动级包括一个窄带输入级放大器、与窄带输入级放大器通过级间匹配网络连接的一个窄带驱动级放大器。
其中，所述双频功率放大器具有28GHz单频滤波响应、39GHz单频滤波响应以及28GHz和39GHz宽带响应三种工作模式。
其中，所述双频低噪声放大器包括一个工作于宽带的宽带低噪声输入级和两个工作于不同频带的窄带驱动级；两个窄带驱动级的输入端并联后通过宽带级间匹配网络与宽带低噪声输入级的输出端连接，每个窄带驱动级包括一个窄带驱动级放大器，与窄带驱动级放大器通过级间匹配网络连接的一个窄带输出级放大器。
其中，所述双频低噪声放大器具有28GHz单频滤波响应、39GHz单频滤波响应以及28GHz和39GHz宽带响应三种工作模式。
其中，所述双频功率放大器的宽带输出级和双频低噪放的宽带低噪输入级采用双向放大器的设计，共用匹配网络。
其中，所述宽带中频双向放大器，用于根据信号的接收或发射的强度需要，对中频信号放大，采用两个宽带中频可增益放大器，分别用于双频双向收发机在接收模式下及发射模式下的信号放大，或是采用一个能双向信号放大的宽带中频双向放大器实现。
其中，所述中频宽带可变增益放大器采用基于晶体管寄生效应补偿的电流舵结构，实现低寄生相移。
其中，所述中频宽带可变增益放大器为差分电路，包括从输入端到输出端依次连接的差分共栅晶体管和数控共栅晶体管电路、寄生补偿电路、提供恒定电流的晶体管电路；所述差分共栅晶体管和数控共栅晶体管电路交叉耦合，用于实现数字控制的可变增益信号放大；所述寄生补偿电路用于补偿共栅晶体管和数控共栅晶体管的输出寄生参数；所述提供恒定电流的晶体管电路同时提供合适的输出阻抗，以便于匹配。
其中，所述中频宽带开关在切换接收模式和发射模式时选择对应的中频宽带可变增益放大器进行信号的放大。
其中，所述中频宽带开关工作于2-10.6GHz,覆盖卫星通信、4G、5G、WiFi、UWB频段。
其中，采用WLCSP封装工艺，采用焊球将双频双向收发机芯片的有源面倒装焊接在PCB板上。
本发明采用的镜像抑制无源双向混频器，两个工作在不同频段，实现镜像抑制结构的双频带覆盖。
本发明的镜像抑制双向双向混频器，在发射模式下，可以在中频端(IF)输入中频信号，射频端(RF)输出调制后的单边带射频信号，实现具有镜像抑制功能的上变频；在接收模式下，可以在射频端(RF)输入射频信号，中频端(IF)输出解调后的单边带中频信号，其输出状态通过开关选择。
本发明镜像抑制双向混频器混频器采用的无源双向混频器采用宽带双平衡的结构，输入信号间具有高隔离度，且可以抵消混频过程中产生的杂散信号。
本发明双频功率放大器的宽带输出级和双频低噪声放大器的输入级采用双向放大器的设计形式，共用匹配网络，有效提升发射效率和降低接收噪声系数。
本发明采用镜像抑制双向混频器，与具有选频功能的双频功率放大器和低噪声放大器结合，可大幅提升系统的镜像抑制度，实现60dB以上的镜像抑制。
本发明支持2-10.6GHz的较大中频带宽，覆盖卫星通信、4G、5G、WiFi、UWB等多个频段。
本发明具有高镜像抑制度的5G双频双向收发机，可工作在28/39GHz两个频段，支持28/39GHz非连续载波聚合的应用场景，大幅减小芯片面积，降低芯片成本，顺应了商用移动终端产品低成本、小型化、轻量化的发展趋势，有着医疗、雷达、VR等广泛的应用领域和应用前景。
附图说明
图1是本发明实施例提供的有高镜像抑制度的5G双频双向收发机的第一结构示意图；
图2是本发明实施例提供的有高镜像抑制度的5G双频双向收发机的第二结构示意图；
图3是本发明实施例提供的有高镜像抑制度的5G双频双向收发机的第三结构示意图；
图4是本发明实施例提供的有高镜像抑制度的5G双频双向收发机的第四结构示意图；
图5是本发明实施例提供的双频功率放大器的结构示意图；
图6是本发明实施例提供的双频低噪声放大器的结构示意图；
图7是本发明实施例提供的双频功率放大器和双频低噪声放大器的共用匹配网络的结构示意图；
图8是本发明实施例提供的双频功率放大器和双频低噪声放大器的另一个共用匹配网络的结构示意图；
图9是本发明实施例提供的中频宽带可变增益放大器的结构示意图；
图10是现有技术中频宽带可变增益放大器的连接结构示意图；
图11是本发明实施例提供的中频宽带变增益放大器的连接结构示意图；
图12是本发明实施例提供的中频正交信号发生器的一种结构示意图；
图13是本发明实施例提供的中频正交信号发生器另一种结构示意图；
图14是本发明实施例提供的双平衡结构的无源双向混频器结构示意图；
图15是本发明实施例提供的单衡结构的无源双向混频器结构示意图；
图16是本发明实施例提供的双双平衡结构的无源双向混频器结构示意图；
图17是本发明实施例提供的本振相位切换驱动放大器结构示意图；
图18是本发明实施例提供的WLCSP封装结构示意图；
附图标记说明：
1、双频功率放大器，2、双频低噪声放大器，3、镜像抑制双向混频器，4、宽带中频可变增益放大器，5、宽带中频正交信号发生器，6、本振正交信号发生器，7、宽带中频开关，8、本振驱动放大器，9、锁相环，11、功率分配/合成网络，12、本振相位切换驱动放大器，13、宽带中频双向放大器，14、天线，15、多路功率分配/合成网络，16、多个移相通道，17、天线阵列，18、第一频段窄带输入级放大器，19、第一频段窄带驱动级放大器，20、第二频段窄带输入级放大器，21、第二频段窄带驱动级放大器，22、宽带输出级放大器，23、第一频段级间匹配网络，24、第二频段级间匹配网络，25、宽带级间匹配网络，26、宽带低噪声输入级，27、第一频段窄带驱动级，28、第一频段窄带输出级，29、第二频段窄带驱动级，30、第二频段窄带输出级，31、宽带匹配网络，32、低噪声放大器第一频段级间匹配网络，33、低噪声放大器第二频段级间匹配网络，34、完全共用的匹配网络，35、不完全共用的匹配网络，36、第一耦合器单元，37、第二耦合器单元，38、第三耦合器单元，39、第四耦合器单元，40、第五耦合器单元41、第六耦合器单元，42、本振同相放大器，43、本振反相放大器。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例的具有高镜像抑制度的5G双频双向收发机，可以工作在两个频段，如28/39GHz，具有两个收发模块，每个收发模块具有发射链路，接收链路，实现双向发的功能，包括用于发射链路的双频功率放大器、用于接收链路的双频低噪声放大器、用于发射链路和接收链路的镜像抑制双向混频器、宽带中频可变增益放大器、宽带中频正交信号发生器、宽带中频开关、锁相环、本振正交信号发生器、本振驱动放大器；
双频功率放大器，用于发射信号时，放大由镜像抑制双向混频器输入的射频信号，将功率放大的射频信号输出到天线进行发射；双频低噪声放大器，用于接收信号时，将天线接收到的射频信号放大，输入到镜像抑制双向混频器的射频端。
所述镜像抑制双向混频器，用于转换射频和中频信号，支持上下变频，收发链路共用混频器：发射模式下，可以在中频端(IF)输入中频信号，射频端(RF)输出调制后的单边带射频信号，实现具有镜像抑制功能的上变频；接收模式下，可以在射频端(RF)输入射频信号，中频端(IF)输出解调后的单边带中频信号，单边带中频信号的输出状态通过宽带中频开关选择。
所述宽带中频可变增益放大器，可以是由两个可变增益放大器构成，用于发射信号时，一个可变增益放大器放大输入的中频信号以及接收信号时，另一个可变增益放大器放大由镜像抑制双向混频器输出的中频信号，以实现双向放大的功能；
所述宽带中频正交信号发生器，用于将宽带中频可变增益放大器输出的中频信号转换为宽带中频正交信号；
所述宽带中频开关，用于切换中频发射链路和接收链路；
其中，进行发射时，本振正交信号和宽带中频正交信号通过镜像抑制双向混频器产生所需的射频信号，经过双频功率放大器放大后输出至天线发射。
接收模式下，双频低噪声放大器输出的射频信号与放大的本振正交信号进入镜像抑制双向混频器，经镜像抑制双向混频器产生输出下变频后的单边带中频信号，经宽带中频可变增益放大器放大后，得到中频信号输出。
其中，所述双频功率放大器和双频低噪声放大器在关断状态时，双频功率放大器和双频低噪声放大器的寄生电容可用作匹配元件融入宽带匹配网络中。
其中，所述双频功率放大器、双频低噪声放大器均可工作在两个频段，通过切换偏置能改变双频功率放大器和双频低噪声放大器的工作状态，从而实现工作频段的切换以及收发通道的切换。
所述双频功率放大器具有两个信号输入端及一个信号输出端，其两个输入端分别与对应的功率分配/合成网络连接，所述双频低噪声放大器具有两个信号输出端以及一个信号输入端，其两个信号输出端分别与对应的功率分配/合成网络连接，两个功率分配/合成网络与对应的镜像抑制双向混频器相连接。
所述双频功率放大器的信号输出端与双频低噪声放大器的信号输入端，可以是并联后通过匹配网络与天线连接，输出射频信号或是接收射频信号。
作为一个实施例，所述宽带中频可变增益放大器形成的双向放大的结构，也可以采用宽带中频双向放大器13来替换，宽带中频双向放大器13可以是一个具有双向放大功能的双向放大器，如图2所示。
进一步的，所述的本振驱动放大器也可以是采用本振相位切换驱动放大器12来实现，使用该本振相位切换驱动放大器12，不但可以实现相位的驱动放大，而且还可以实现相位切换，如图2所示。
需要说明的是，在采用本振驱动放大器时，所述中频宽带正交信号发生器采用双向正交信号发生器，该双向正交信号发生器接收由镜像抑制双向混频器输出的中频信号时，对由镜像抑制双向混频器输出的中频信号进行正交处理；而采用本振相位切换驱动放大器时，所述中频宽带正交信号发生器可以采用单向正交信号发生器，本振相位切换驱动放大器用于在接收模式下接收信号时，对本振正交信号放大并进行反相处理后输入到镜像抑制双向混频器，在发射模式下发射信号时不需要反相处理。
在发射模式下，中频信号经过中频宽带双向放大器13放大后，由中频宽带正交信号发生器5产生正交中频信号，本振信号由本振正交信号发生器6产生正交本振信号，分别输入镜像抑制双向混频器3的两个无源双向混频器的中频端和本振端，两个无源双向混频器输出的射频信号经过功率分配/合成网络11合成后，得到上变频后的单边带射频信号，经过双频功率放大器1放大，由天线发射到空间中。
在接收模式下，天线将接收到的射频信号输入双频低噪声放大器，经过功率分配/合成网络11，输入到镜像抑制混频器3的两个无源双向混频器的射频端，本振相位切换驱动放大器12将输入的本振正交信号反相，得到下变频后的单边带中频信号，由中频宽带双向放大器13放大后输出。
作为一个实施例，包括依次连接的天线阵列17、多个移相通道(PS)16、多路功率分配网络15,双频低噪声放大器2的输入端与双频功率放大器1的输出端与多路功率分配网络15连接，如图4所示。
上述的实施例下，在发射模式下，中频信号经过中频宽带可变增益放大器4放大后，由宽带中频正交信号发生器5产生正交中频信号，本振信号由本振正交信号发生器6产生正交本振信号，分别输入镜像抑制双向混频器3的两个无源双向混频器的中频端和本振端，两个无源双向混频器输出的射频信号经过功率分配/合成网络11合成后，得到上变频后的单边带射频信号，经过双频功率放大器1放大，由多路功率分配网络15将信号分配到多个移相通道16移相，经过天线阵列17发射到空间中。
在接收模式下，天线阵列17将接收到的射频信号输入多个移相通道16，通过多路功率合成网络15将信号合成，输入双频低噪声放大器2，经过功率分配/合成网络11，输入到镜像抑制双向混频器3的两个无源双向混频器的射频端，本振驱动放大器8将输入的本振信号放大，在混频器中频端输出下变频后的单边带中频信号，由中频宽带可变增益放大器4放大后输出。
本发明实施例，双频功率放大器1和双频低噪声放大器2均具有28GHz单频滤波响应、39GHz单频滤波响应以及28GHz和39GHz宽带响应三个工作模式。如图5所示，双频功率放大器1的驱动级包含工作于两个频段的链路，第一频段信号从RFin1端进入第一频段窄带输入级放大器18，经过第一频段级间匹配网络23连接到第一频段窄带驱动级放大器19；第二频段信号从RFin2端进入第二频段窄带输入级放大器20，经过第二频段级间匹配网络24连接到第二频段窄带驱动级放大器21。两个频段的驱动级放大器通过宽带级间匹配网络25连接到宽带功率级放大器22，由RFout端输出差分功率信号。
如图6所示，双频低噪声放大器2由宽带低噪声输入级26以及与宽带低噪声输入级26连接的工作于两个不同频段的链路构成，信号由RFin端进入宽带低噪声输入级26，由宽带匹配网络31连接到两个工作于不同频带的窄带驱动级。第一频段信号输入第一频段窄带驱动级27(放大器)，由低噪声放大器第一频段级间匹配网络32连接到第一频段窄带输出级28(放大器)，第二频段信号输入第二频段窄带驱动级29(放大器)，由低噪声放大器第二频段级间匹配网络33连接到第二频段窄带输出级30(放大器)。
如图7所示，双频功率放大器1的宽带功率级放大器22和双频低噪声放大器2的宽带低噪声输入级26采用双向放大器的设计形式，可以避免额外的开关和传输线，可以有效提升发射效率和降低接收噪声系数。
双频功率放大器1和双频低噪声放大器2采用双向放大器的设计，采用完全共用的匹配网络34进行网络匹配，处于关断状态的功率放大器和低噪声放大器放大管也作为匹配元件，避免了额外的开关和额外的无源传输线，最大化发射链路的效率和接收链路的噪声，图7所示的匹配网络为完全的双向匹配的网络。此外，双向放大器匹配还可采用不完全双向匹配的方式实现，如采用图8所示的不完全共用的匹配网络35，其传输线可采用微带线、CPW等形式实现。
本发明实施例，所述的中频宽带低寄生相移可变增益放大器4可以采用如图9所示的结构，该中频宽带可变增益放大器采用基于晶体管寄生效应补偿的电流舵结构实现低寄生相移技术。中频宽带可变增益放大器为差分电路，包括从输入端到输出端依次连接的共差分栅晶体管M4、M5和数控共栅晶体管电路M3、M6、寄生补偿电路Ld、提供恒定电流的晶体管电路M1、M2。
中频宽带可变增益放大器中，晶体管M4、M5的栅极通过电阻提供Vb偏置，数控晶体管M3、M6的栅极通过反相器和电阻提供Vb偏置，射频信号(RFin+，RFin-)由晶体管M3、M4、M5、M6的源极输入。
差分共栅晶体管M4、M5和数控共栅晶体管M3、M6电路交叉耦合连接，其中，共栅晶体管M3和M6由一组晶体管并联组成，导通数量由数字位控制，数字位输入高电平时，通过反相器后信号变为低电平，晶体管不导通；数字位输入低电平时，通过反相器后信号变为高电平，晶体管导通，放大器的增益与晶体管导通数量成比例，用于实现数字控制的可变增益信号放大功能。
中频宽带可变增益放大器中的寄生补偿电感Ld，用于补偿共栅晶体管M4、M5和数控共栅晶体管M3和M6的输出寄生参数。
如图10所示，现有技术中的中频宽带可变增益放大器中提供恒定电流的晶体管电路M1和M2接在RF输入端，RF信号由M1和M2的源极输入，Vb通过电阻为晶体管提供直流偏置，电容C1两端与M1栅极和M2源极连接，电容C2两端与M2栅极和M1源极连接。晶体管M1和M2的漏极连接到寄生补偿电感，寄生补偿电感的输出端连接共栅晶体管和共栅数控晶体管的源极。
本发明的实例中频宽带可变增益放大器中提供恒定电流的晶体管电路M1、M2、电容C1、电容C2置于寄生补偿电感Ld的输出端，同时可以提供合适的输出阻抗，便于输出匹配网络的设计，如图11所示。
本发明实施例，如图12所示，所述中频正交信号发生器，可以由多个正交信号发生器单元采用高阶级联耦合电感的结构，输入端和直通端、耦合端和隔离端之间连接耦合电感，输入端和耦合端、直通端和隔离端之间连接电容。
其中，第一耦合器单元36和第二耦合器单元37组成第一级差分结构，第三耦合器单元38、第四耦合器单元39、第五耦合器单元40、第六耦合器单元41组成第二级差分结构，第一耦合器单元36的直通端连接第三耦合器单元38的输入端，第一耦合器单元36的耦合端连接第四耦合器单元39的输入端，第二耦合器单元37的直通端连接第五耦合器单元40的输入端，第二耦合器单元37的耦合端连接第六耦合器单元41的输入端。
第三耦合器单元38的直通端与第六耦合器单元41的耦合端相连、第四耦合器单元39的耦合端与第五耦合器单元40的直通端相连，构成一组差分输出信号OUT1；
第三耦合器单元38的耦合端与第四耦合器单元39的直通端相连、第五耦合器单元40的耦合端与第六耦合器单元41的直通端相连，构成与输出信号OUT1正交的差分输出信号OUT2，信号OUT1和OUT2为混频器提供正交的中频信号。
其中，中频正交信号发生器的耦合电感可以采用厚金属传输线实现。
本发明实施例中，所述中频正交信号发生器可以上述的基于耦合电感的集总元件结构，也可以采用分支线、耦合线等方式实现，如图13所示的三耦合线结构，42为三阶耦合线，θ是耦合线的电长度，C1、C2和C3分别为第一阶、第二阶和第三阶耦合线的耦合系数。
本发明实施例，所述镜像抑制无源双向混频器采用的无源双向混频器，可以采用图14所示的结构，如图14所示，无源双向混频器采用宽带双平衡的结构，晶体管M1、晶体管M4的栅极接本振信号VL0+信号，晶体管M2与晶体管M4的栅极接本振信号VL0-信号，晶体管M1与晶体管M3的漏极相连后接一个射频信号输出端VRF，晶体管M2与晶体管M4的漏极相连后接另一个射频信号输出端VRF，晶体管M1与晶体管M2的源极相接后中频信号一端VIF+，晶体管M1与晶体管M2的源极相接后接中频信号另一端VIF-，输入信号间具有很高的隔离度，且可以抵消混频过程中产生的杂散信号。
在发射模式下，中频信号从晶体管M1、晶体管M2、晶体管M3和晶体管M4的源极输入，本振信号由栅极输入，射频信号由晶体管漏极输出。
在接收模式下，射频信号从晶体管M1、晶体管M2、晶体管M3和晶体管M4的漏极输入，本振信号由栅极输入，中频信号由晶体管源极输出。
本发明实施例，无源双向混频器也可以采用单平衡架构，如图15所示，由晶体管M1，晶体管M2级成，晶体管M1，晶体管M2的栅极接本振信号VL0信号，晶体管M1，晶体管M2的源极通过电感接地且源极接中频信号VIF，晶体管M1，晶体管M2的漏极输出射频信号VRF。
在发射模式下，中频信号从晶体管M1、晶体管M2的源极输入，本振信号由栅极输入，射频信号由晶体管漏极输出。在接收模式下，射频信号从晶体管M1、M2的漏极输入，本振信号由栅极输入，中频信号由晶体管源极输出。
本发明实施例中，所述的无源双向混频器也可以采用双双平衡架构，如图16所示，晶体管M1、晶体管M2、晶体管M5、晶体管M6在源极相连，晶体管M3、晶体管M4、晶体管M7、晶体管M8在源极相连，晶体管M1、晶体管M2、晶体管M7、晶体管M8在漏极相连，晶体管M3、晶体管M4、晶体管M5、晶体管M6在漏极相连抵消高次谐波信号，漏极作为射频信号输出或输入端，栅级作为不同相位的本振信号的输入端，晶体管源极作为本振信号的输入或输出端。
在发射模式下，中频信号从晶体管的源极输入，不同相位的本振信号由栅极输入，射频信号由晶体管漏极输出。在接收模式下，射频信号从晶体管的漏极输入，不同相位的本振信号由栅极输入，中频信号由晶体管源极输出。
本发明实施例，本振相位切换驱动放大器12用于放大本振信号以及切换接收与发射状态时本振相位的翻转。如图17所示，本振驱动放大器由一个差分同相放大器42和一个差分反相放大器43组成。晶体管M1、晶体管M2、晶体管M3、晶体管M4的源极接地，输入信号通过隔直电容C1、电容C2、电容C3、电容C4分别连接到晶体管M1、晶体管M2、晶体管M3、晶体管M4的栅极，中和电容C5、中和电容C6跨接晶体管M1、晶体管M2的栅极和漏极，中和电容C7、中和电容C8跨接晶体管M3、晶体管M4的栅极和漏极，用于提升放大电路的增益和稳定性，放大后的信号从晶体管的漏极输出。
在发射模式下，本振驱动放大器分别为两个镜像抑制双向混频器提供同相和反相放大的本振信号；在接收模式下，本振驱动器放大器分别为两个镜像抑制双向混频器提供反相和同相放大的本振信号，其发射和接收模式可通过改变晶体管的偏置电压切换。
本发明实施例双频双向收发机，其芯片采用WLCSP封装工艺，如图18所示，采用焊球将芯片的有源面倒装焊接在PCB板上，减小芯片的封装体积。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明；
因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (17)

1.具有高镜像抑制度的5G双频双向收发机，其特征在于，包括：
具有滤波响应的双频功率放大器与具有滤波响应的双频低噪声放大器；
所述双频功率放大器与双频低噪声放大器通过功率分配/合成网络与双频收发单元连接；所述双频收发单元包括两个收发模块，沿信号发射方向，每个收发模块包括依次连接的宽带中频开关、宽带中频双向放大器、宽带中频正交信号发生器、镜像抑制双向混频器；所述功率分配/合成网络与所述镜像抑制双向混频器连接；
所述双频功率放大器，用于通过发射链路发射信号时，将由镜像抑制双向混频器通过功率分配/合成网络输入的射频信号放大后输出到天线发射出去；所述双频低噪声放大器，用于通过接收链路接收信号时，将天线接收到的射频信号放大后经功率分配/合成网络输出到镜像抑制双向混频器的射频端；
所述镜像抑制双向混频器，通过本振正交信号发生模块提供的正交本振信号，对输入的正交中频信号或对输入的射频信号进行混频后输出，得到镜像频率被抑制的信号，在发射状态下输出上变频的单边带射频信号以及在接收状态下输出下变频的单边带中频信号，所述双频功率放大器、双频低噪声放大器均可工作在两个频段，所述双频功率放大器与双频低噪声放大器通过切换偏置的动作，实现不同频段及收发的切换。
2.根据权利要求1所述的具有高镜像抑制度的5G双频双向收发机，其特征在于，所述本振信号发生模块包括依次连接的锁相环、本振正交信号发生器，所述本振正交信号发生器的输出端通过本振驱动放大器或本振相位切换驱动放大器连接镜像抑制双向混频器的本振端；所述锁相环生成本地振荡信号后，通过本振正交信号发生器转换为本振正交信号，通过本振驱动放大器或本振相位切换驱动放大器后，输入到镜像抑制双向混频器的本振端。
3.根据权利要求2所述的具有高镜像抑制度的5G双频双向收发机，其特征在于，所述本振正交信号发生器采用高阶级联耦合器的结构生成正交的本振信号。
4.根据权利要求2所述的具有高镜像抑制度的5G双频双向收发机，其特征在于，所述锁相环工作于30-37GHz，所述本振正交信号发生器工作于2-10.6GHz，所述本振驱动放大器工作于2-10.6GHz。
5.根据权利要求1所述的具有高镜像抑制度的5G双频双向收发机，其特征在于，所述镜像抑制双向混频器包括两个无源双向混频器，两个无源双向混频器工作在不同频段，实现镜像抑制结构的双频带覆盖；发射时，根据输入的本振正交信号将输入的正交中频信号转换为射频信号输出；接收时，根据输入的本振正交信号将输入的射频信号转为中频信号输出，然后两个无源双向混频器的输出信号进行合成后输出，得到镜像频率被抑制的信号。
6.据权利要求5所述的具有高镜像抑制度的5G双频双向收发机，其特征在于，所述无源双向混频器采用双平衡架构，单平衡架构或者双双平衡架构。
7.根据权利要求1所述的具有高镜像抑制度的5G双频双向收发机，其特征在于，所述双频功率放大器包括工作于不同频带的两个窄带驱动级和工作于宽带的一个宽带输出级，两个窄带驱动级在输出端并联后通过宽带级间匹配网络与宽带输出级的输入端连接；每个窄带驱动级包括一个窄带输入级放大器、与窄带输入级放大器通过级间匹配网络连接的一个窄带驱动级放大器。
8.根据权利要求1所述的具有高镜像抑制度的5G双频双向收发机，其特征在于，所述双频功率放大器具有28GHz单频滤波响应、39GHz单频滤波响应以及28GHz和39GHz宽带响应三种工作模式。
9.根据权利要求7所述的具有高镜像抑制度的5G双频双向收发机，其特征在于，所述双频低噪声放大器包括一个工作于宽带的宽带低噪声输入级和两个工作于不同频带的窄带驱动级；两个窄带驱动级的输入端并联后通过宽带级间匹配网络与宽带低噪声输入级的输出端连接，每个窄带驱动级包括一个窄带驱动级放大器，与窄带驱动级放大器通过级间匹配网络连接的一个窄带输出级放大器。
10.根据权利要求1所述的具有高镜像抑制度的5G双频双向收发机，其特征在于，所述双频低噪声放大器具有28GHz单频滤波响应、39GHz单频滤波响应以及28GHz和39GHz宽带响应三种工作模式。
11.根据权利要求9所述的具有高镜像抑制度的5G双频双向收发机，其特征在于，所述双频功率放大器的宽带输出级和双频低噪放的宽带低噪输入级采用双向放大器的设计，共用匹配网络。
12.根据权利要求1所述的具有高镜像抑制度的5G双频双向收发机，其特征在于，所述宽带中频双向放大器，用于根据信号的接收或发射的强度需要，对中频信号放大，采用两个宽带中频可增益放大器，分别用于双频双向收发机在接收模式下及发射模式下的信号放大，或是采用一个能双向信号放大的宽带中频双向放大器实现。
13.根据权利要求12所述的具有高镜像抑制度的5G双频双向收发机，其特征在于，所述中频宽带可变增益放大器采用基于晶体管寄生效应补偿的电流舵结构，实现低寄生相移。
14.根据权利要求13所述的具有高镜像抑制度的5G双频双向收发机，其特征在于，所述中频宽带可变增益放大器为差分电路，包括从输入端到输出端依次连接的差分共栅晶体管和数控共栅晶体管电路、寄生补偿电路、提供恒定电流的晶体管电路；所述差分共栅晶体管和数控共栅晶体管电路交叉耦合，用于实现数字控制的可变增益信号放大；所述寄生补偿电路用于补偿共栅晶体管和数控共栅晶体管的输出寄生参数；所述提供恒定电流的晶体管电路同时提供合适的输出阻抗，以便于匹配。
15.根据权利要求1所述的具有高镜像抑制度的5G双频双向收发机，其特征在于，所述中频宽带开关在切换接收模式和发射模式时选择对应的中频宽带可变增益放大器进行信号的放大。
16.根据权利要求1所述的具有高镜像抑制度的5G双频双向收发机，其特征在于，所述中频宽带开关工作于2-10.6GHz,覆盖卫星通信、4G、5G、WiFi、UWB频段。
17.根据权利要求1所述的具有高镜像抑制度的5G双频双向收发机，其特征在于，采用WLCSP封装工艺，采用焊球将双频双向收发机芯片的有源面倒装焊接在PCB板上。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080068052A1 (en) * 2006-09-20 2008-03-20 Ee Solutions, Inc Frequency doubler using dual gilbert mixers
US9634717B2 (en) * 2015-03-20 2017-04-25 Huawei Technologies Co., Ltd. Single local oscillator architecture for dual-band microwave/millimeter-wave transceiver
CN106533490A (zh) * 2016-10-19 2017-03-22 扬州万事通通讯电子发展有限公司 一种集成rfid和北斗导航功能的无线物联网终端
US10051488B1 (en) * 2017-10-19 2018-08-14 At&T Intellectual Property I, L.P. Dual mode communications device with remote device feedback and methods for use therewith
CN109164446B (zh) * 2018-09-19 2023-01-06 天津大学 基于超外差与低中频结构的双频段生命体征探测雷达系统
CN109581417A (zh) * 2018-11-29 2019-04-05 金石临(广州)科技有限公司 一种双模射频信号接收装置和接收方法

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