CN206313756U - 一种可变阻抗调谐装置及带有该装置的射频系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种可变阻抗调谐装置及带有该装置的射频系统，所述射频系统包括收发器、射频前端开关、天线，及若干个功率放大器和双工器。所述射频系统还包括若干个可变阻抗调谐装置。所述可变阻抗调谐装置与所述天线、功率放大器或双工器相连接，用于通过所述可变阻抗调谐装置匹配所述天线的工作频段，或通过所述可变阻抗调谐装置调谐所述功率放大器的负载拉移，或通过所述可变阻抗调谐装置调谐所述双工器的阻抗。该射频系统中天线上的第二匹配网络把高带宽的工作频段拆分成多个频段进行单独匹配，实现了天线在高带宽下对整个频段的覆盖，降低了高带宽下天线的占用空间，适用于未来5G通信阻抗调谐。
Description
技术领域
本实用新型涉及通信技术领域，尤其涉及一种可变阻抗调谐装置及带有该装置的射频系统。
背景技术
随着通信技术的发展，移动设备覆盖的频率范围越来越广，现在4G LTE的频率覆盖范围是700MHz到2600MHz，到了5G之后，工作频率更高，达到60GHz，每个信道带宽达到2GHz。这将对整个射频系统的设计带来极大的挑战。比如射频器件特性无法在如此高带宽内的得到满足，PA的loadpull调试和双工的匹配调试将会变得更加复杂，天线的带宽也无法覆盖如此高的带宽。同时越来越多的终端采用全金属外壳设计，电池容量需求也越来越大，留给天线的可用空间也越来越小，给天线设计带来更大的挑战。采用传统的匹配调试会显得力不从心。如果整个射频系统调试不好，将会影响射频性能、天线信号辐射效率、提高产品功耗、影响客户体验。
在天线领域目前常用的解决方法是在天线和射频测试座之间增加匹配网络或者可变电容，对天线全频段进行调谐，从而提升天线带宽。在5G领域，由于标准化还没有完成，还没有相关应用。
现有的阻抗调谐装置是在天线端采用匹配网络或者可变电容串接在天线前端，或者应用在天线辐射体，通过改变匹配网络的参数或者可变电容参数来调整天线整体的谐振点，这种方案就是传统上讲的impedance tuning技术。此方案的缺点是：1.可变电容的变化范围不是很广，调谐范围有限；2.从思路上讲主要是对天线整体阻抗进行搬移，很有可能造成一个频段调好了，但是另外一个频段又变差，不能满足全频段范围内的天线要求，不够灵活。CA要求两个至少两个频段同时工作，目前的方案就不能满足了。未来的5G通信，工作频率更高，带宽更宽，现有方案更不适合。
实用新型内容
针对现有技术的不足，本实用新型提出了一种可变阻抗调谐装置及带有该装置的射频系统，该可变阻抗调谐装置由阻抗调谐开关和匹配网络组成，匹配灵活，更加适应当前的天线设计环节和CA的特性要求；并且可以应用到整个射频系统，解决了通信带宽更高时射频前端器件的阻抗匹配问题。
为了实现上述目的，本实用新型技术方案如下：
一种射频系统，包括收发器、射频前端开关、天线，及若干个功率放大器和双工器。所述功率放大器对收发器输出的射频信号进行功率放大；所述双工器将功率放大器输出的射频信号与收发器接收的射频信号相隔离；所述射频前端开关对双工器进行切换，并将一双工器与天线相导通。所述射频系统还包括若干个可变阻抗调谐装置。所述可变阻抗调谐装置与所述天线、功率放大器或双工器相连接，用于通过所述可变阻抗调谐装置匹配所述天线的工作频段，或通过所述可变阻抗调谐装置调谐所述功率放大器的负载拉移，或通过所述可变阻抗调谐装置调谐所述双工器的阻抗。
进一步地，所述可变阻抗调谐装置包含阻抗调谐开关、第二匹配网络。所述第二匹配网络经过阻抗调谐开关与所述天线、功率放大器或双工器相连接。
进一步地，还包括第一匹配网络。所述收发器包括若干个射频发射端口、射频接收端口。每个功率放大器的输入端口与收发器的一射频发射端口相连接；每个功率放大器的输出端口与一双工器的第一端口相连接。每个所述双工器的第二端口连接所述收发器的一射频接收端口；每个所述双工器的第三端口用于射频前端开关的切换及连接。所述射频前端开关通过第一匹配网络与天线相连接。
进一步地，所述天线包含天线辐射体、天线信号馈点、第一天线地馈点。天线辐射体为长条形结构；天线信号馈点、第一天线地馈点设置在该长条结构的一侧壁上；天线信号馈点、第一天线地馈点之间留有空隙。所述第二匹配网络经过阻抗调谐开关与天线辐射体、天线信号馈点或第一天线地馈点相连接。
进一步地，每个所述功率放大器的输出端口分别经过一阻抗调谐开关与一第二匹配网络相连接。
进一步地，每个所述双工器的第一端口、第二端口、第三端口分别经过一阻抗调谐开关与一第二匹配网络相连接。
进一步地，所述第二匹配网络包括若干个阻抗元件。每个所述阻抗元件的一端接地，另一端通过阻抗调谐开关的切换连接至所述天线、功率放大器或双工器。
进一步地，还包括还包括射频测试座。所述射频测试座连接在射频前端开关与第一匹配网络之间。
进一步地，所述第一匹配网络包括电感L1、可调电容C1、C2。电感L1连接在射频测试座与天线之间；电感L1的一端经过可调电容C1接地，电感L1的另一端经过可调电容C2接地。
进一步地，包括阻抗调谐开关、第二匹配网络。所述阻抗调谐开关为单刀多掷开关。所述第二匹配网络包括若干个阻抗元件。每个所述阻抗元件的一端接地，另一端用于阻抗调谐开关的切换及连接。
本实用新型的有益效果：
(1)该射频系统中天线上的第二匹配网络把高带宽的工作频段拆分成多个频段进行单独匹配，实现了天线在高带宽下对整个频段的覆盖，降低了高带宽下天线的占用空间，适用于未来5G通信阻抗调谐。
(2)该射频系统中功率放大器输出端口上的第二匹配网络把高带宽的工作频段拆分成多个频段进行单独匹配，实现了功率放大器在高带宽下对整个频段的loadpull收敛，降低了功率放大器loadpull的调节难度。
(3)该射频系统中双工器各端口上的第二匹配网络把高带宽的工作频段拆分成多个频段进行单独匹配，实现了双工器在高带宽下对整个频段的阻抗收敛，降低了双工器的阻抗匹配难度。
附图说明
图1为本实用新型中射频系统的第一实施例的电路结构示意图。
图2为本实用新型中射频系统的第二实施例的电路结构示意图。
图3为本实用新型中射频系统的第三实施例的电路结构示意图。
其中，图1至图3的附图标记为：功率放大器101、双工器102、射频前端开关103、射频测试座104、第一匹配网络105、天线106；阻抗调谐开关10、第二匹配网络11；天线辐射体1061、天线信号馈点1062、第二天线地馈点1063、第一天线地馈点1064。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，进一步阐述本实用新型。
实施例1：
如图1所示，一种射频系统，包括收发器、射频前端开关103、射频测试座104、第一匹配网络105、天线106、若干功率放大器(PA)101、若干双工器102、若干阻抗调谐开关10、若干第二匹配网络11。
收发器用于接收或发射若干个频段的射频信号；收发器包括若干个射频发射端口、射频接收端口。每个功率放大器101接在收发器的一射频发射端口与一双工器102的第一端口之间；具体地，每个功率放大器101的输入端口与收发器的一射频发射端口相连接；每个功率放大器101的输出端口与一双工器102的第一端口相连接。每个双工器102的第二端口连接收发器的一射频接收端口。每个双工器102的第三端口用于射频前端开关103的切换及连接。射频前端开关103、射频测试座104、第一匹配网络105、天线106依次连接。第二匹配网络11经过阻抗调谐开关10与天线106相连接。
功率放大器101对收发器输出的射频信号进行功率放大；双工器102将功率放大器101输出的射频信号与收发器接收的射频信号相隔离；射频前端开关103对双工器102进行切换，并将一双工器102与天线106相导通。
阻抗调谐开关10为单刀多掷开关；第二匹配网络11包含若干个阻抗元件，阻抗元件可以是电阻、电容、电感中的一种或多种；每个阻抗元件的一端接地，另一端通过阻抗调谐开关10切换连接至天线106。
若干个电阻包括不同的电阻值；若干个电容包括不同的电容值；若干个电感包括不同的电感值。每个电阻值、电容值或电感值可以匹配一个或多个相邻频段。
可以根据所选择的天线频段，经由阻抗调谐开关10将相应的第二匹配网络11中的一个阻抗元件连接至天线106。
天线106包含天线辐射体1061、天线信号馈点1062、第二天线地馈点1063、第一天线地馈点1064。天线辐射体1061为长条形结构；天线信号馈点1062、第二天线地馈点1063、第一天线地馈点1064设置在该长条结构的一侧壁上。天线信号馈点1062、第二天线地馈点1063、第一天线地馈点1064彼此之间留有空隙。天线信号馈点1062位于该长条结构靠近中间的位置；第一天线地馈点1064位于该长条结构的顶端；第二天线地馈点1063位于天线信号馈点1062和第一天线地馈点1064之间。
第一匹配网络105与天线信号馈点1062相连接。
阻抗调谐开关10与第二匹配网络11构成可变阻抗调谐装置，应用灵活。第二匹配网络11经过阻抗调谐开关10可以与天线辐射体1061相连接；较佳地，连接在天线辐射体1061的末端。第二匹配网络11也可以经过阻抗调谐开关10与天线信号馈点1062、第二天线地馈点1063或/和第一天线地馈点1064相连接（图1中只示意出两个第二匹配网络11各经过一阻抗调谐开关10分别与天线信号馈点1062、第一天线地馈点1064一一相连接的情况）。
根据工作频段的变化，动态切换阻抗调谐开关10，使得第二匹配网络11切换到适合当前工作频段匹配的通路。通过若干个不同的阻抗元件把高带宽的工作频段拆分成多个频段进行单独匹配，当移动终端工作在A频段时，控制阻抗调谐开关10，使得第二匹配网络11切到满足A频段特性的阻抗元件；当移动终端工作在B频段时，控制阻抗调谐开关10，使得第二匹配网络11切到满足B频段特性的阻抗元件；从而实现整个LTE频段、CA、5G频段的阻抗匹配，解决天线106带宽无法覆盖整个频段的问题，更加适应当前的天线106设计环境和CA的特性要求。
LTE和CA要求至少两个频段同时工作，这个时候就可以同时使用两组或多组第二匹配网络11合阻抗调谐开关10在天线106分别进行匹配工作，同时调谐多个频段。
如图1，为了辅助第二匹配网络11的频段匹配范围，可以在阻抗调谐开关10与天线106之间加一辅助电容C0。
第一匹配网络105包括电感L1、可调电容C1、C2。电感L1连接在射频测试座104与天线信号馈点1062之间；电感L1的一端经过可调电容C1接地，电感L1的另一端经过可调电容C2接地。第一匹配网络105通过改变电感L1、可调电容C1、C2的参数来调整天线整体的谐振点。
实施例2：
如图2所示，一种射频系统，包括收发器、射频前端开关103、射频测试座104、第一匹配网络105、天线106、若干功率放大器(PA)101、若干双工器102、若干阻抗调谐开关10、若干第二匹配网络11。
收发器包括若干个射频发射端口、射频接收端口；收发器包括若干个射频发射端口、射频接收端口。每个功率放大器101接在收发器的一射频发射端口与一双工器102的第一端口之间；具体地，每个功率放大器101的输入端口与收发器的一射频发射端口相连接；每个功率放大器101的输出端口与一双工器102的第一端口相连接。每个双工器102的第二端口连接收发器的一射频接收端口。每个双工器102的第三端口用于射频前端开关103的切换及连接。射频前端开关103、射频测试座104、第一匹配网络105、天线106依次连接。
功率放大器101对收发器输出的射频信号进行功率放大；双工器102将功率放大器101输出的射频信号与收发器接收的射频信号相隔离；射频前端开关103对双工器102进行切换，并将一双工器102与天线106相导通。
每个功率放大器101的输出端口分别经过一阻抗调谐开关10与一第二匹配网络11相连接。（图2仅示意了一个功率放大器101的输出端口与阻抗调谐开关10的连接方式）。
阻抗调谐开关10为单刀多掷开关；第二匹配网络11包含若干个阻抗元件，阻抗元件可以是电阻、电容、电感中的一种或多种；每个阻抗元件的一端接地，另一端通过阻抗调谐开关10切换连接至功率放大器101。
若干个电阻包括不同的电阻值；若干个电容包括不同的电容值；若干个电感包括不同的电感值。每个电阻值、电容值或电感值可以匹配一个或多个相邻频段。
可以根据所选择的天线频段，经由阻抗调谐开关10将相应的第二匹配网络11中的一个阻抗元件连接至功率放大器101的输出端口。
阻抗调谐开关10与第二匹配网络11构成可变阻抗调谐装置。根据工作频段的变化，动态切换阻抗调谐开关10，使得第二匹配网络11切换到适合当前工作频段匹配的通路。通过若干个不同的阻抗元件把高带宽或未来5G的工作频段拆分成多个频段进行单独匹配，当移动终端工作在A频段时，控制阻抗调谐开关10，使得第二匹配网络11切到满足A频段特性的阻抗元件；当移动终端工作在B频段时，控制阻抗调谐开关10，使得第二匹配网络11切到满足B频段特性的阻抗元件；从而解决功率放大器101在高带宽或未来5G下的loadpull（负载拉移）不收敛的问题。
天线106包含天线辐射体1061、天线信号馈点1062、第二天线地馈点1063、第一天线地馈点1064。天线辐射体1061为长条形结构；天线信号馈点1062、第二天线地馈点1063、第一天线地馈点1064设置在该长条结构的一侧壁上。天线信号馈点1062、第二天线地馈点1063、第一天线地馈点1064彼此之间留有空隙。天线信号馈点1062位于该长条结构靠近中间的位置；第一天线地馈点1064位于该长条结构的顶端；第二天线地馈点1063位于天线信号馈点1062和第一天线地馈点1064之间。
第一匹配网络105与天线信号馈点1062相连接。
第一匹配网络105包括电感L1、可调电容C1、C2。电感L1连接在射频测试座104与天线信号馈点1062之间；电感L1的一端经过可调电容C1接地，电感L1的另一端经过可调电容C2接地。第一匹配网络105通过改变电感L1、可调电容C1、C2的参数来调整天线整体的谐振点。
实施例3：
如图3所示，一种射频系统，包括收发器、射频前端开关103、射频测试座104、第一匹配网络105、天线106、若干功率放大器(PA)101、若干双工器102、若干阻抗调谐开关10、若干第二匹配网络11。
收发器包括若干个射频发射端口、射频接收端口；收发器包括若干个射频发射端口、射频接收端口。每个功率放大器101接在收发器的一射频发射端口与一双工器102的第一端口之间；具体地，每个功率放大器101的输入端口与收发器的一射频发射端口相连接；每个功率放大器101的输出端口与一双工器102的第一端口相连接。每个双工器102的第二端口连接收发器的一射频接收端口。每个双工器102的第三端口用于射频前端开关103的切换及连接。射频前端开关103、射频测试座104、第一匹配网络105、天线106依次连接。
功率放大器101对收发器输出的射频信号进行功率放大；双工器102将功率放大器101输出的射频信号与收发器接收的射频信号相隔离；射频前端开关103对双工器102进行切换，并将一双工器102与天线106相导通。
每个双工器102的第一端口、第二端口、第三端口分别经过一阻抗调谐开关10与一第二匹配网络11相连接（图3仅示意了若干个双工器中的一个双工器与三个阻抗调谐开关10的连接方式）。
阻抗调谐开关10为单刀多掷开关；第二匹配网络11包含若干个阻抗元件，阻抗元件可以是电阻、电容、电感中的一种或多种；每个阻抗元件的一端接地，另一端通过阻抗调谐开关10切换连接至双工器102。
若干个电阻包括不同的电阻值；若干个电容包括不同的电容值；若干个电感包括不同的电感值。每个电阻值、电容值或电感值可以匹配一个或多个相邻频段。
可以根据所选择的天线频段，经由阻抗调谐开关10将相应的第二匹配网络11中的一个阻抗元件连接至双工器102的第一端口、第二端口、第三端口。
阻抗调谐开关10与第二匹配网络11构成可变阻抗调谐装置。根据工作频段的变化，动态切换阻抗调谐开关10，使得第二匹配网络11切换到适合当前工作频段匹配的通路。通过若干个不同的阻抗元件把高带宽或未来5G的工作频段拆分成多个频段进行单独匹配，当移动终端工作在A频段时，控制阻抗调谐开关10，使得第二匹配网络11切到满足A频段特性的阻抗元件；当移动终端工作在B频段时，控制阻抗调谐开关10，使得第二匹配网络11切到满足B频段特性的阻抗元件；从而解决双工器在高带宽下的阻抗不收敛的问题。
天线106包含天线辐射体1061、天线信号馈点1062、第二天线地馈点1063、第一天线地馈点1064。天线辐射体1061为长条形结构；天线信号馈点1062、第二天线地馈点1063、第一天线地馈点1064设置在该长条结构的一侧壁上。天线信号馈点1062、第二天线地馈点1063、第一天线地馈点1064彼此之间留有空隙。天线信号馈点1062位于该长条结构靠近中间的位置；第一天线地馈点1064位于该长条结构的顶端；第二天线地馈点1063位于天线信号馈点1062和第一天线地馈点1064之间。
第一匹配网络105与天线信号馈点1062相连接。
第一匹配网络105包括电感L1、可调电容C1、C2。电感L1连接在射频测试座104与天线信号馈点1062之间；电感L1的一端经过可调电容C1接地，电感L1的另一端经过可调电容C2接地。第一匹配网络105通过改变电感L1、可调电容C1、C2的参数来调整天线整体的谐振点。
以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本实用新型的基本构思的前提下直接导出或联想到的其它改进和变化均应认为包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种射频系统，包括收发器、射频前端开关(103)、天线(106)，及若干个功率放大器(101)和双工器(102)；所述功率放大器(101)对收发器输出的射频信号进行功率放大；所述双工器(102)将功率放大器(101)输出的射频信号与收发器接收的射频信号相隔离；所述射频前端开关(103)对双工器(102)进行切换，并将一双工器(102)与天线(106)相导通；所述射频系统的特征在于：
还包括若干个可变阻抗调谐装置；
所述可变阻抗调谐装置与所述天线(106)、功率放大器(101)或双工器(102)相连接，用于通过所述可变阻抗调谐装置匹配所述天线(106)的工作频段，或
通过所述可变阻抗调谐装置调谐所述功率放大器(101)的负载拉移，或
通过所述可变阻抗调谐装置调谐所述双工器(102)的阻抗。
2.根据权利要求1所述的射频系统，其特征在于：
所述可变阻抗调谐装置包含阻抗调谐开关(10)、第二匹配网络(11)；
所述第二匹配网络(11)经过阻抗调谐开关(10)与所述天线(106)、功率放大器(101)或双工器(102)相连接。
3.根据权利要求2所述的射频系统，其特征在于：
还包括第一匹配网络(105)；
所述收发器包括若干个射频发射端口、射频接收端口；
每个功率放大器(101)的输入端口与收发器的一射频发射端口相连接；每个功率放大器(101)的输出端口与一双工器(102)的第一端口相连接；
每个所述双工器(102)的第二端口连接所述收发器的一射频接收端口；每个所述双工器(102)的第三端口用于射频前端开关(103)的切换及连接；
所述射频前端开关(103)通过第一匹配网络(105)与天线(106)相连接。
4.根据权利要求2所述的射频系统，其特征在于：
所述天线(106)包含天线辐射体(1061)、天线信号馈点(1062)、第一天线地馈点(1064)；
天线辐射体(1061)为长条形结构；天线信号馈点(1062)、第一天线地馈点(1064)设置在该长条结构的一侧壁上；天线信号馈点(1062)、第一天线地馈点(1064)之间留有空隙；
所述第二匹配网络(11)经过阻抗调谐开关(10)与天线辐射体(1061)、天线信号馈点(1062)或第一天线地馈点(1064)相连接。
5.根据权利要求3所述的射频系统，其特征在于：
每个所述功率放大器(101)的输出端口分别经过一阻抗调谐开关(10)与一第二匹配网络(11)相连接。
6.根据权利要求3所述的射频系统，其特征在于：
每个所述双工器(102)的第一端口、第二端口、第三端口分别经过一阻抗调谐开关(10)与一第二匹配网络(11)相连接。
7.根据权利要求2所述的射频系统，其特征在于：
所述第二匹配网络(11)包括若干个阻抗元件；
每个所述阻抗元件的一端接地，另一端通过阻抗调谐开关(10)的切换连接至所述天线(106)、功率放大器(101)或双工器(102)。
8.根据权利要求3所述的射频系统，其特征在于：
还包括还包括射频测试座(104)；
所述射频测试座(104)连接在射频前端开关(103)与第一匹配网络(105)之间。
9.根据权利要求8所述的射频系统，其特征在于：
所述第一匹配网络(105)包括电感L1、可调电容C1、C2；
电感L1连接在射频测试座(104)与天线(106)之间；电感L1的一端经过可调电容C1接地，电感L1的另一端经过可调电容C2接地。
10.一种可变阻抗调谐装置，其特征在于：
包括阻抗调谐开关(10)、第二匹配网络(11)；
所述阻抗调谐开关(10)为单刀多掷开关；
所述第二匹配网络(11)包括若干个阻抗元件；
每个所述阻抗元件的一端接地，另一端用于阻抗调谐开关(10)的切换及连接。
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