CN207896253U

CN207896253U - 射频前端及包含其的电子设备

Info

Publication number: CN207896253U
Application number: CN201820333595.6U
Authority: CN
Inventors: 倪建兴
Original assignee: Rui Chuang Chuang (shenzhen) Technology Co Ltd
Current assignee: Radrock Shenzhen Technology Co Ltd
Priority date: 2018-03-12
Filing date: 2018-03-12
Publication date: 2018-09-21
Anticipated expiration: 2028-03-12

Abstract

本实用新型实施例涉及射频技术领域，公开了一种射频前端及包含其的电子设备。该射频前端包括：射频基板、直通金属线以及耦合金属线；直通金属线以及耦合金属线均设置在射频基板的同一走线层上，且直通金属线以及耦合金属线以感性电磁耦合方式形成定向耦合器。本实施方式通过将定向耦合器的直通金属线以及耦合金属线形成在射频基板的同一走线层上，从而可以在满足耦合性能的前提下进一步降低射频前端成本。

Description

射频前端及包含其的电子设备

技术领域

本实用新型实施例涉及射频技术领域，特别涉及一种射频前端及包含其的电子设备。

背景技术

定向耦合器是把两根传输线近距离放置，使一根传输线上的功率可以通过电磁耦合传输到另外一根传输线上的一种射频微波无源器件。射频定向耦合器作为一种通用的射频器件，可用于信号的隔离、分离和混合，如功率的监测、源输出功率稳幅、信号源隔离、传输和反射的扫频测试等。射频定向耦合器的主要技术指标有方向性、驻波比、耦合度、插入损耗。定向耦合器由传输线构成，同轴线、矩形波导、圆波导、带状线和微带线等都可构成定向耦合器，所以从结构来看定向耦合器种类繁多，差异很大。但从它的耦合机理来看主要分为四种，即小孔耦合、平行耦合、分支耦合以及匹配双T。

由于在LTE(Long Term Evolution，长期演进，简称LTE)及5G等手机射频前端中，空间比较有限，要在满足优异的耦合器性能的前提下，同时保证小的尺寸及插入损耗，一直是业内设计难点。在现今大规模量产的LTE射频前端模块中，耦合器主要有三种：LTCC(LowTemperature Co-fired Ceramic，低温共烧陶瓷，简称LTCC)封装工艺等实现的独立器件、芯片上利用多层金属实现的耦合器以及PCB上通过多层金属实现的耦合器。然而，由于LTCC射频耦合器为独立封装器件，所以一般尺寸较大，较难集成到LTE以及5G等的射频前端模块中，同时，集成后由于不同器件间的互联较长，因此损耗一般较高。通过芯片上设计可以实现耦合器功能，但是芯片面积昂贵，而且容易与芯片中其他电路产生干扰。现今在无线模块中实现的耦合器，大都是多层金属(一般四层或以上)的绕线实现的耦合器。该种耦合器性能较好，成本相比其他现有方案更低。

发明人发现现有技术中至少存在如下问题：随着无线模块的商业化程度越来越高，成本控制的需求仍在增加，而现有定向耦合器的实现方式均不利于进一步降低射频前端实现成本。

实用新型内容

本实用新型实施方式的目的在于提供一种射频前端及包含其的电子设备，通过将定向耦合器的直通金属线以及耦合金属线形成在射频基板的同一走线层上，从而可以在满足耦合性能的前提下进一步降低射频前端成本。

为解决上述技术问题，本实用新型的实施方式提供了一种射频前端，包括：射频基板、直通金属线以及耦合金属线；所述直通金属线以及所述耦合金属线均设置在所述射频基板的同一走线层上，且所述直通金属线以及所述耦合金属线以感性电磁耦合方式形成定向耦合器。

本实用新型的实施方式还提供了一种电子设备，包括如上所述的射频前端。

本实用新型实施方式相对于现有技术而言，将定向耦合器的直通金属线以及耦合金属线均设置在射频基板的同一走线层上，即通过一层基板实现定向耦合器。因此，本实施方式突破现有定向耦合器设计方式，将定向耦合器与射频前端中的射频基板相结合，且形成在射频基板的同一走线层上，从而可以在满足射频前端性能的前提下，降低复杂度以及成本。

另外，所述直通金属线包括M条直通段，所述耦合金属线包括N条耦合段；M、N均为大于或者等于1的自然数；所述M条直通段与所述N条耦合段间隔设置，且相互间隔的直通段或者耦合段分别通过跳线连接；所述射频前端还包括负载阻抗器件以及射频芯片；所述负载阻抗器件设置于所述射频基板或者所述射频芯片上，并与所述定向耦合器的负载端连接，从而有利于进一步降低成本。

另外，所述直通金属线为一个直通段，所述耦合金属线包括第一耦合段以及第二耦合段；所述直通段呈U形，所述第一耦合段呈U形，且位于所述直通段的外侧，所述第二耦合段位于所述直通段的内侧，且所述第一耦合段以及所述第二耦合段通过跳线连接；所述直通段的第一端形成所述定向耦合器的输入端，所述直通段的第二端形成所述定向耦合器的输出端，所述第一耦合段的空闲端形成所述定向耦合器的耦合端，所述第二耦合段的空闲端形成所述定向耦合器的负载端，从而为本实用新型提供了一种实现方式。

另外，所述直通金属线包括第一直通段以及第二直通段；所述第一直通段以及所述第二直通段均呈U型，且所述第一直通段以及所述第二直通段的一端通过跳线连接；所述耦合金属线包括：第三耦合段、第四耦合段以及第五耦合段；所述第三耦合段、第四耦合段以及第五耦合段均呈U形；所述第三耦合段、第四耦合段以及第五耦合段的一端分别通过跳线连接；其中，所述第二直通段位于所述第一直通段的外侧，所述第三耦合段位于所述第一直通段的内侧，所述第四耦合段位于所述第一直通段以及所述第二直通段之间，所述第五耦合段位于所述第二直通段的外侧，所述第一直通段的空闲端形成所述定向耦合器的输入端，所述第二直通段的空闲端形成所述定向耦合器的输出端；所述第三耦合段的空闲端形成所述定向耦合器的耦合端，所述第五耦合段的空闲端形成所述定向耦合器的负载端，从而为本实用新型提供了又一种实现方式。

另外，所述直通金属线为一个直线式直通段，所述耦合金属线包括第六耦合段以及第七耦合段；所述第六耦合段以及所述第七耦合段均沿直线方向延伸，所述第六耦合段以及所述第七耦合段平行分布在所述直线式直通段的两侧，所述第六耦合段以及所述第七耦合段的一端通过跳线连接；其中，所述直线式直通段的第一端形成所述定向耦合器的输入端，所述直线式直通段的第二端形成所述定向耦合器的输出端，所述第六耦合段以及所述第七耦合段的空闲端分别形成所述定向耦合器的耦合端以及负载端，从而为本实用新型提供了又一种实现方式。

另外，所述直通金属线包括第三直通段以及第四直通段；所述第三直通段以及所述第四直通段均沿直线方向延伸且相互平行；所述耦合金属线包括：第八耦合段、第九耦合段以及第十耦合段；所述第八耦合段、第九耦合段以及第十耦合段与所述第三直通段以及所述第四直通段平行间隔设置；所述第三直通段以及所述第四直通段的一端通过跳线连接，所述第三直通段以及所述第四直通段的空闲端分别形成所述定向耦合器的输入端以及输出端；所述第八耦合段、第九耦合段以及第十耦合段的一端分别通过跳线连接，其中，第九耦合段位于所述第三直通段以及所述第四直通段之间，所述第八耦合段以及所述第十耦合段的空闲端分别形成所述定向耦合器的耦合端以及负载端，从而为本实用新型提供了又一种实现方式。

另外，所述直通金属线的宽度大于所述耦合金属线的宽度，且所述直通金属线的厚度与所述耦合金属线的厚度相同。从而有利于降低插入损耗。

另外，所述射频基板为由顶层以及底层构成的双层结构；其中，所述顶层为信号层，所述底层为地层，相比现有的两层以上结构，成本更低。

另外，所述直通金属线以及所述耦合金属线均为微带线。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是根据本实用新型第一实施方式射频前端中的定向耦合器的结构示意图；

图2是根据本实用新型第一实施方式射频前端中的定向耦合器的第二耦合段的结构示意图；

图3是根据本实用新型第二实施方式射频前端中的定向耦合器的结构示意图；

图4是根据本实用新型第三实施方式射频前端中的定向耦合器的结构示意图；

图5是根据本实用新型第四实施方式射频前端中的定向耦合器的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本实用新型各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。

本实用新型的第一实施方式涉及一种射频前端。请参阅图1，射频前端包括：射频基板1、直通金属线2以及耦合金属线3。直通金属线2以及耦合金属线3均设置在射频基板1的同一走线层上，且直通金属线2以及耦合金属线3以感性电磁耦合方式形成定向耦合器。本实用新型实施方式相对于现有技术而言，将定向耦合器的直通金属线以及耦合金属线均设置在射频基板的同一走线层上，即通过一层基板实现定向耦合器。因此，本实施方式突破现有定向耦合器设计方式，将定向耦合器与射频前端中的射频基板相结合，且形成在射频基板的同一走线层上，从而可以在满足射频前端性能的前提下，降低复杂度以及成本。下面对本实施方式的射频前端的实现细节进行具体的说明，以下内容仅为方便理解提供的实现细节，并非实施本方案的必须。

具体而言，直通金属线包括M条直通段，耦合金属线包括N条耦合段。M、N均为大于或者等于1的自然数。M条直通段与N条耦合段间隔设置，且相互间隔的直通段或者耦合段分别通过跳线连接。射频前端还包括负载阻抗器件以及射频芯片。负载阻抗器件设置于射频基板或者射频芯片上，并与定向耦合器的负载端连接。其中，射频基板1可以用于射频前端中的各功能器件的电路互联。本实施方式对于直通金属线以及耦合金属线的形状、数量以及具体排布方式均不作具体限制，只要能够满足设计所需的耦合性能即可。在实际应用中，负载阻抗器件一般为阻抗为50欧姆的电阻器，该负载阻抗器件可以在射频芯片中实现，从而可以进一步节约射频基板面积，同时，通过第二跳线41将定向耦合器的负载端Z_L与射频芯片连接。在一个例子中，该电阻器也可以通过表面贴装技术(Surface MountTechnology，简称SMT)焊接在射频基板走线层表面，本实施方式对于负载阻抗器件实现以及安装方式均不作具体限制。

请继续参阅图1所示的集成在射频前端中的射频基板1上的定向耦合器。其中，直通金属线2为一个直通段，该直通段为连续的直通段，即直通段本身在空间分布上连续，未被断开。耦合金属线3包括第一耦合段301以及第二耦合段302。其中，直通段大致呈U形，例如图1所示的直角U形。第一耦合段301亦呈U形，且位于直通段的外侧，这样可以在节约PCB面积占用的情况下提高耦合度。需要说明的是，在实际应用中，直通金属线2以及耦合金属线3还可以采用其他形状，本实用新型对此不作具体限制，只要能够满足设计所需的耦合性能即可。图1中U形直通段的开口向右，然对于直通段的开口位置不作具体限制。第二耦合段302位于直通段的内侧。第一耦合段301以及第二耦合段302通过跳线连接。具体地，图1中第一耦合段301以及第二耦合段302通过第一跳线40连接。其中，直通段的第一端形成定向耦合器的输入端In，直通段的第二端形成定向耦合器的输出端Out，第一耦合段301的空闲端形成定向耦合器的耦合端CPL_O，第二耦合段302的空闲端形成定向耦合器的负载端Z_L。其中，第一耦合段301的空闲端，即定向耦合器的耦合端CPL_O与直通段的输入端In相邻。

请参阅图2，第二耦合段302包括：依次沿逆时针方向连接的第一子段3021、第二子段3022、第三子段3023、第四子段3024以及第五子段3025。其中，第二子段3022与第一子段3021垂直连接，第四子段3024与第二子段3022平行，第三子段3023垂直连接于第二子段3022以及第四子段3024的一端，第五子段3025与第三子段3023平行，且连接在第四子段3024的另一端。本实施方式中，第五子段3025的空闲端与第一耦合段301相邻的一端通过第一跳线40连接。

本实施方式中，第一耦合段301以及第二耦合段302与直通金属线2相互平行的部分之间的距离均相同。

本实施方式中，直通金属线2以及耦合金属线3均采用微带线实现，即将微带线设置在射频基板1的同一走线层上。本实施方式对于直通金属线2以及耦合金属线3的实现方式不作具体限制，在实际应用中，直通金属线2以及耦合金属线3也可采用带状线实现，只要能够满足设计要求的性能即可。

直通金属线2以及耦合金属线3的宽度对定向耦合器的性能有一定的影响，本实施方式中，直通金属线2的宽度大于耦合金属线3的宽度，从而使得定向耦合器的插入损耗更低。

直通金属线2以及耦合金属线3的厚度对定向耦合器的性能有一定的影响，在一个例子中，直通金属线2以及耦合金属线3的厚度相同，从而使得射频前端中的定向耦合器具有较佳的耦合性能。

本实施方式中，为了满足500Mhz以及2.7Ghz之间的频段(即LTE以及5G频段)的射频前端应用要求，发明人在前述基于同一层射频基板的定向耦合器结构的基础之上，进一步提出了定向耦合器的优选尺寸。具体地，直通金属线2的宽度为80微米，耦合金属线3的宽度为50微米，即第一耦合段301以及第二耦合段302的宽度均为50微米，直通金属线2以及耦合金属线3的厚度均为20微米，第一耦合段301以及第二耦合段302与直通金属线2之间的距离为50微米，且直通金属线2的总长度为1.5毫米(mm)。具有上述优选尺寸的定向耦合器能够完全胜任LTE以及5G频段的应用要求，并且具有较佳的性能。其中，由于直通金属线2的传输路径只有一条，而且长度很短，所以损耗很低，例如，该射频前端的定向耦合器的插入损耗仅为0.1dB(分贝)，插入损耗非常低。同时，该定向耦合器的方向性为15-20dB，耦合度为20-25dB。因此，该定向耦合器为一种低成本、高性能器件，尤其适用于LTE以及5G频段的射频前端。

在实际应用中，射频基板可以为由顶层以及底层构成的双层结构。其中，顶层为信号层，底层为地层，然本实用新型对于射频基板的结构不做具体限制。这样，定向耦合器的直通金属线2以及耦合金属线3均形成在射频基板的信号层上。该种实现方式可以进一步降低射频前端成本，并且使得定向耦合器的集成以及实现复杂度大大降低，具有极强的应用前景。

本实施方式相对于现有技术而言，通过将定向耦合器的直通金属线以及耦合金属线均形成在射频基板的同一走线层上，从而可以在射频基板的层数更少的前提下实现定向耦合器，进而有利于降低射频前端成本，同时与LTCC结构的定向耦合器相比，不仅更易于集成，而且性能更佳，与集成在芯片中的定向耦合器相比，成本更低。因此，本实施方式的射频前端在集成定向耦合器时，成本更低且性能更高，极具应用前景。

本实用新型的第二实施方式涉及一种射频前端。第二实施方式与第一实施方式大致相同，主要区别之处在，在第二实施方式中，增加了直通金属线以及耦合金属线的段数，从而丰富了本实用新型的实施方式。

请参阅图3，本实施方式射频前端中的直通金属线2包括第一直通段201以及第二直通段202。第一直通段201以及第二直通段202均呈U型。耦合金属线3包括：第三耦合段303、第四耦合段304以及第五耦合段305。第三耦合段303、第四耦合段304以及第五耦合段305均呈U形。其中，第二直通段202位于第一直通段201的外侧，第三耦合段303位于第一直通段201的内侧，第四耦合段304位于第一直通段201以及第二直通段202之间，第五耦合段305位于第二直通段202的外侧。第一直通段201以及第二直通段202的一端通过跳线连接，第三耦合段303、第四耦合段304以及第五耦合段305的一端分别通过跳线连接。具体地，第一直通段201以及第二直通段202通过第三跳线42连接，第三耦合段303以及第四耦合段304的一端通过第四跳线43连接，第四耦合段304以及第五耦合段305的一端通过第五跳线44连接。第一直通段201的空闲端形成定向耦合器的输入端In，第二直通段202的空闲端形成定向耦合器的输出端Out，第三耦合段303的空闲端形成定向耦合器的耦合端CPL_O，第五耦合段305的空闲端形成定向耦合器的负载端Z_L。

本实施方式与前述实施方式相比，通过增加直通金属线以及耦合金属线的分段的数量，进一步丰富了定向耦合器的实现方式。

本实用新型第三实施方式涉及一种射频前端。第三实施方式与第一实施方式大致相同，主要区别之处在，第三实施方式中的直通金属线以及耦合金属线的形状与第一实施方式中的不同，从而丰富了本实用新型的实施方式。

请参阅图4，本实施方式射频前端中的直通金属线2为一个直线式直通段，耦合金属线3包括第六耦合段306以及第七耦合段307。第六耦合段306以及第七耦合段307均沿直线方向延伸，第六耦合段306以及第七耦合段307平行分布在直线式直通段的两侧。第六耦合段306以及第七耦合段307的一端通过跳线连接，具体地，第六耦合段306以及第七耦合段307的相邻端通过第六跳线45连接。其中，直线式直通段的第一端形成定向耦合器的输入端In，直线式直通段的第二端形成定向耦合器的输出端Out，第六耦合段306的空闲端形成定向耦合器的负载端Z_L，第七耦合段307的空闲端形成定向耦合器的耦合端CPL_O。

本实施方式与第一实施方式相比，提供了一种直线式结构的定向耦合器，进一步丰富了定向耦合器的实现方式。

本实用新型第四实施方式涉及一种射频前端。第四实施方式与第三实施方式大致相同，主要区别之处在，第四实施方式中增加了直线式的直通金属线以及耦合金属线的分段的数量，从而丰富了本实用新型的实施方式。

请参阅图5，本实施方式射频前端中的直通金属线2包括第三直通段203以及第四直通段204。第三直通段203以及第四直通段204均沿直线方向延伸且相互平行。耦合金属线3包括：第八耦合段308、第九耦合段309以及第十耦合段310。第八耦合段308、第九耦合段309以及第十耦合段310与第三直通段203以及第四直通段204平行间隔设置。第三直通段203以及第四直通段204的一端通过跳线连接，第八耦合段308、第九耦合段309以及第十耦合段310的一端分别通过跳线连接。具体地，第三直通段203以及第四直通段204的一端通过第七跳线46连接，第八耦合段308以及第九耦合段309的一端通过第九跳线48连接，第九耦合段309以及第十耦合段310的一端通过第八跳线47连接。第三直通段203的空闲端形成定向耦合器的输入端In，第四直通段204的空闲端形成定向耦合器的输出端Out，第八耦合段308的空闲端形成定向耦合器的负载端Z_L，第十耦合段310的空闲端形成定向耦合器的耦合端CPL_O。

本实施方式与第三实施方式相比，通过增加直通金属线以及耦合金属线的分段的数量，进一步丰富了定向耦合器的实现方式。

本实用新型第五实施方式涉及一种电子设备，包括如第一至第四实施方式中任一实施方式所述的射频前端。其中，电子设备例如为智能手机、平板电脑以及车载影音等，本实施方式对于电子设备的类型不作具体限制。

本实施方式与现有技术相比，由于电子设备的射频前端中集成了低成本、高性能的定向耦合器，因此有利于降低电子设备整体的成本，且不影响电子设备的射频性能，从而使得电子设备极具市场竞争力。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本实用新型的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本实用新型的精神和范围。

Claims

1.一种射频前端，其特征在于，包括：射频基板、直通金属线以及耦合金属线；

所述直通金属线以及所述耦合金属线均设置在所述射频基板的同一走线层上，且所述直通金属线以及所述耦合金属线以感性电磁耦合方式形成定向耦合器。

2.根据权利要求1所述的射频前端，其特征在于，所述直通金属线包括M条直通段，所述耦合金属线包括N条耦合段；M、N均为大于或者等于1的自然数；

所述M条直通段与所述N条耦合段间隔设置，且相互间隔的直通段或者耦合段分别通过跳线连接；

所述射频前端还包括负载阻抗器件以及射频芯片；

所述负载阻抗器件设置于所述射频基板或者所述射频芯片上，并与所述定向耦合器的负载端连接。

3.根据权利要求2所述的射频前端，其特征在于，所述直通金属线为一个直通段，所述耦合金属线包括第一耦合段以及第二耦合段；

所述直通段呈U形，所述第一耦合段呈U形，且位于所述直通段的外侧，所述第二耦合段位于所述直通段的内侧，且所述第一耦合段以及所述第二耦合段通过跳线连接；

所述直通段的第一端形成所述定向耦合器的输入端，所述直通段的第二端形成所述定向耦合器的输出端，

所述第一耦合段的空闲端形成所述定向耦合器的耦合端，所述第二耦合段的空闲端形成所述定向耦合器的负载端。

4.根据权利要求2所述的射频前端，其特征在于，所述直通金属线包括第一直通段以及第二直通段；

所述第一直通段以及所述第二直通段均呈U型，且所述第一直通段以及所述第二直通段的一端通过跳线连接；

所述耦合金属线包括：第三耦合段、第四耦合段以及第五耦合段；

所述第三耦合段、第四耦合段以及第五耦合段均呈U形；

所述第三耦合段、第四耦合段以及第五耦合段的一端分别通过跳线连接；

其中，所述第二直通段位于所述第一直通段的外侧，所述第三耦合段位于所述第一直通段的内侧，所述第四耦合段位于所述第一直通段以及所述第二直通段之间，所述第五耦合段位于所述第二直通段的外侧，所述第一直通段的空闲端形成所述定向耦合器的输入端，所述第二直通段的空闲端形成所述定向耦合器的输出端；

所述第三耦合段的空闲端形成所述定向耦合器的耦合端，所述第五耦合段的空闲端形成所述定向耦合器的负载端。

5.根据权利要求2所述的射频前端，其特征在于，所述直通金属线为一个直线式直通段，所述耦合金属线包括第六耦合段以及第七耦合段；

所述第六耦合段以及所述第七耦合段均沿直线方向延伸，所述第六耦合段以及所述第七耦合段平行分布在所述直线式直通段的两侧，所述第六耦合段以及所述第七耦合段的一端通过跳线连接；

其中，所述直线式直通段的第一端形成所述定向耦合器的输入端，所述直线式直通段的第二端形成所述定向耦合器的输出端，所述第六耦合段以及所述第七耦合段的空闲端分别形成所述定向耦合器的耦合端以及负载端。

6.根据权利要求2所述的射频前端，其特征在于，所述直通金属线包括第三直通段以及第四直通段；

所述第三直通段以及所述第四直通段均沿直线方向延伸且相互平行；

所述耦合金属线包括：第八耦合段、第九耦合段以及第十耦合段；

所述第八耦合段、第九耦合段以及第十耦合段与所述第三直通段以及所述第四直通段平行间隔设置；

所述第三直通段以及所述第四直通段的一端通过跳线连接，所述第三直通段以及所述第四直通段的空闲端分别形成所述定向耦合器的输入端以及输出端；

所述第八耦合段、第九耦合段以及第十耦合段的一端分别通过跳线连接，其中，第九耦合段位于所述第三直通段以及所述第四直通段之间，所述第八耦合段以及所述第十耦合段的空闲端分别形成所述定向耦合器的耦合端以及负载端。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的射频前端，其特征在于，所述直通金属线的宽度大于所述耦合金属线的宽度，且所述直通金属线的厚度与所述耦合金属线的厚度相同。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的射频前端，其特征在于，所述射频基板为由顶层以及底层构成的双层结构；其中，所述顶层为信号层，所述底层为地层。

9.根据权利要求1至6中任一项所述的射频前端，其特征在于，所述直通金属线以及所述耦合金属线均为微带线。

10.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1-9中任一项所述的射频前端。