专利名称：定向耦合器及包含该定向耦合器的射频功率放大器的制作方法
技术领域：
本发明涉及移动终端射频领域，尤其是定向耦合器及包含该定向耦合器的射频功 率放大器。
背景技术：
在现代无线通信系统中，射频功率放大器是实现射频信号无线传输的关键部件。 射频功率放大器的主要功能为将已调制的射频信号放大到所需的功率值，送到天线端进行 发射，保证在一定区域内的接收机可以收到足够大的信号电平。为了提高整个移动通信终 端的效率，通常需要对射频功率放大器的输出频率进行检测，并将检测结果反馈到通信终 端中的基带控制控制芯片，实现对射频功率放大器输出功率的动态调整。对射频功率放大 器输出功率进行检测的最常用方法之一是使用定向耦合器，将射频功率放大器输出功率耦 合一部分出来，并经过检波器将这部分功率转换为直流电压信号，如图1所示。图1中，基 带控制芯片109输出信号到前端芯片(射频收发器)103，射频收发器处理后将射频信号输 入射频功率放大器101，射频功率放大器101包括射频放大器管芯107、输出匹配网络113、 定向耦合器115和端接电阻111。射频放大器管芯107将射频信号放大后输入输出匹配网 络113，然后经定向耦合器115将具有大部分射频功率的射频信号发送至天线105 ；定向耦 合器115还将其余部分射频功率的射频信号耦合至检波器117，检波器117将这部分功率转 换成直流电压信号。检波器117输出的直流信号电平与射频功率放大器管芯107的输出功 率成正比，因此，根据该直流信号电平值即可得知射频功率放大器所输出的射频功率高低。传统的定向耦合器采用四分之一波长50欧姆传输线结构，将占用较大的芯片面 积；采用添加耦合电容的方法，可以有效减小定向耦合器所占面积，如图3所示。输出匹配 网络将射频功率放大器的输出阻抗匹配到50欧姆，并通过50欧姆传输线301将射频功率 传输到天线；50欧姆传输线302及耦合电容303将50欧姆传输线301上所传输射频功率耦 合一部分输出到检波器中；50欧姆传输线302的另外一端则采用端接电阻111进行端接。 如图3所示，50欧姆传输线301、50欧姆传输线302及耦合电容303，组成了定向耦合器。该 方案相比传统定向耦合器方案，由于加入了耦合电容，从而可以将两条50欧姆传输线的长 度缩短到四分之一波长以下。然而，这种基于传输线耦合机制的定向耦合器，仍然需要占用 较大的芯片面积。在现代无线通信终端不断小型化的趋势下，设计一种紧凑的新型定向耦 合器结构变得非常必要。
发明内容
本发明为了克服现有定向耦合器面积大的缺陷，提供了定向耦合器及包含该定向 耦合器的射频功率放大器。根据本发明的一个方面，提供了一种定向耦合器403、503、603，包括端接电阻 111，还包括互感耦合的至少两个电感L1、L2、L3和若干电容C1、C2、C3、C4、C5、C6，电容Cl、 C2、C3、C4、C5、C6与电感L1、L3组成射频功率放大器管芯401、501、601、505、605的输出阻抗匹配电路，电容C2、C5与电感L2组成功率耦合电路，功率耦合电路将从射频功率放大器 管芯401、501、601、505、605的输出功率中所耦合的功率输出至检波器117。根据本发明的一个方面，射频功率放大器管芯401、501、601的输出端分别接电容 Cl的一端、电容C2的一端和电感Ll的一端；电容Cl的另一端接地；电容C2的另一端分别 接检波器117和电感L2的一端；电感L2的另一端经端接电阻111接地；电感Ll的另一端 分别接天线105和电容C3的一端；电容C3的另一端接地。根据本发明的一个方面，射频功率放大器管芯501、601的输出端分别接电容Cl的 一端、电容C2的一端和电感Ll的一端；电容Cl的另一端接地；电容C2的另一端分别接检 波器117和电感L2的一端；电感L2的另一端经端接电阻111接地；电感Ll的另一端分别 接射频开关507的一端和电容C3的一端；射频开关507的另一端接天线105 ；电容C3的另
一端接地；射频功率放大器管芯505、605的输出端分别接电容C4的一端、电容C5的一端和 电感L3的一端；电容C4的另一端接地；电容C5的另一端分别接检波器117和电感L2的一 端；电感L2的另一端经端接电阻111接地；电感L3的另一端分别接射频开关509的一端和 电容C6的一端；射频开关509的另一端接天线105 ；电容C6的另一端接地。根据本发明的一个方面，提供了一种射频功率放大器201，包括射频功率放大器管 芯 401、501、601、505、605 和定向耦合器 403、503、603 ；定向耦合器403、503、603包括端接电阻111、互感耦合的至少两个电感Li、L2、L3 和若干电容(1、02、03、04、05、〇6，电容Cl、C2、C3、C4、C5、C6与电感L1、L3组成射频功率 放大器管芯401、501、601、505、605的输出阻抗匹配电路，电容C2、C5与电感L2组成功率耦 合电路，功率耦合电路将从射频功率放大器管芯401、501、601、505、605的输出功率中所耦 合的功率输出至检波器117。根据本发明的一个方面，射频功率放大器管芯401、501、601的输出端分别接电容 Cl的一端、电容C2的一端和电感Ll的一端；电容Cl的另一端接地；电容C2的另一端分别 接检波器117和电感L2的一端；电感L2的另一端经端接电阻111接地；电感Ll的另一端 分别接天线105和电容C3的一端；电容C3的另一端接地。根据本发明的一个方面，射频功率放大器管芯501、601的输出端分别接电容Cl的 一端、电容C2的一端和电感Ll的一端；电容Cl的另一端接地；电容C2的另一端分别接检 波器117和电感L2的一端；电感L2的另一端经端接电阻111接地；电感Ll的另一端分别 接射频开关507的一端和电容C3的一端；射频开关507的另一端接天线105 ；电容C3的另
一端接地；射频功率放大器管芯505、605的输出端分别接电容C4的一端、电容C5的一端和 电感L3的一端；电容C4的另一端接地；电容C5的另一端分别接检波器117和电感L2的一 端；电感L2的另一端经端接电阻111接地；电感L3的另一端分别接射频开关509的一端和 电容C6的一端；射频开关509的另一端接天线105 ；电容C6的另一端接地。根据本发明的一个方面，提供了一种移动终端，包括基带控制芯片109、前端芯片 103、射频功率放大器201、检波器117以及天线105，射频功率放大器201包括射频功率放大器管芯401、501、601、505、605和定向耦合 器 403、503、603 ；
定向耦合器403、503、603包括端接电阻111、互感耦合的至少两个电感Li、L2、L3 和若干电容(1、02、03、04、05、〇6，电容Cl、C2、C3、C4、C5、C6与电感L1、L3组成射频功率 放大器管芯401、501、601、505、605的输出阻抗匹配电路，电容C2、C5与电感L2组成功率耦 合电路，功率耦合电路将从射频功率放大器管芯401、501、601、505、605的输出功率中所耦 合的功率输出至检波器117。根据本发明的一个方面，射频功率放大器管芯401、501、601的输出端分别接电容 Cl的一端、电容C2的一端和电感Ll的一端；电容Cl的另一端接地；电容C2的另一端分别 接检波器117和电感L2的一端；电感L2的另一端经端接电阻111接地；电感Ll的另一端 分别接天线105和电容C3的一端；电容C3的另一端接地。根据本发明的一个方面，射频功率放大器管芯501、601的输出端分别接电容Cl的 一端、电容C2的一端和电感Ll的一端；电容Cl的另一端接地；电容C2的另一端分别接检 波器117和电感L2的一端；电感L2的另一端经端接电阻111接地；电感Ll的另一端分别 接射频开关507的一端和电容C3的一端；射频开关507的另一端接天线105 ；电容C3的另
一端接地；射频功率放大器管芯505、605的输出端分别接电容C4的一端、电容C5的一端和 电感L3的一端；电容C4的另一端接地；电容C5的另一端分别接检波器117和电感L2的一 端；电感L2的另一端经端接电阻111接地；电感L3的另一端分别接射频开关509的一端和 电容C6的一端；射频开关509的另一端接天线105 ；电容C6的另一端接地。根据本发明的一个方面，提供了一种移动终端，包括基带控制芯片109、前端芯片 103、多功率模式射频发射前端模块71、检波器117以及天线105，多功率模式射频发射前端模块71包括功率模式控制器801、射频功率放大器管 芯501、601、505、605、定向耦合器403、503、603和射频开关507、509 ；射频功率放大器管芯 501、601、505、605工作在同一频段；定向耦合器403、503、603包括端接电阻111、互感耦合的至少两个电感Li、L2、L3 和若干电容(1、02、03、04、05、〇6，电容Cl、C2、C3、C4、C5、C6与电感L1、L3组成射频功率 放大器管芯401、501、601、505、605的输出阻抗匹配电路，电容C2、C5与电感L2组成功率耦 合电路，功率耦合电路将从射频功率放大器管芯401、501、601、505、605的输出功率中所耦 合的功率输出至检波器117 ；功率模式控制器801根据功率模式控制射频功率放大器管芯501、601、505、605和 射频开关507、509的工作状态。根据本发明的一个方面，射频功率放大器管芯501、601的输出端分别接电容Cl的 一端、电容C2的一端和电感Ll的一端；电容Cl的另一端接地；电容C2的另一端分别接检 波器117和电感L2的一端；电感L2的另一端经端接电阻111接地；电感Ll的另一端分别 接射频开关507的一端和电容C3的一端；射频开关507的另一端接天线105 ；电容C3的另
一端接地；射频功率放大器管芯505、605的输出端分别接电容C4的一端、电容C5的一端和 电感L3的一端；电容C4的另一端接地；电容C5的另一端分别接检波器117和电感L2的一 端；电感L2的另一端经端接电阻111接地；电感L3的另一端分别接射频开关509的一端和 电容C6的一端；射频开关509的另一端接天线105 ；电容C6的另一端接地。
根据本发明的一个方面，在低功率模式下，功率模式控制器801控制射频功率放 大器管芯501工作而射频功率放大器管芯505不工作，并且控制射频开关507闭合而射频 开关509打开；在中功率模式下，功率模式控制器801控制射频功率放大器管芯505工作而射频 功率放大器管芯501不工作，并且控制射频开关507打开而射频开关509闭合；在高功率模式下，功率模式控制器801控制射频功率放大器管芯501和射频功率 放大器管芯505工作，并且控制射频开关507和射频开关509闭合。根据本发明的一个方面，提供了一种移动终端，包括基带控制芯片109、前端芯片 103、多功率模式射频发射前端模块71、检波器117以及天线105，多功率模式射频发射前端模块71包括频段控制器802、射频功率放大器管芯501、 601、505、605、定向耦合器403、503、603和射频开关507、509 ；射频功率放大器管芯501、601
工作在第一频段，射频功率放大器管芯505、605工作在第二频段；定向耦合器403、503、603包括端接电阻111、互感耦合的至少两个电感Li、L2、L3 和若干电容(1、02、03、04、05、〇6，电容Cl、C2、C3、C4、C5、C6与电感L1、L3组成射频功率 放大器管芯401、501、601、505、605的输出阻抗匹配电路，电容C2、C5与电感L2组成功率耦 合电路，功率耦合电路将从射频功率放大器管芯401、501、601、505、605的输出功率中所耦 合的功率输出至检波器117 ；频段控制器802根据工作频段控制射频功率放大器管芯501、601、505、605和射频 开关507、509的工作状态。根据本发明的一个方面，射频功率放大器管芯501、601的输出端分别接电容Cl的 一端、电容C2的一端和电感Ll的一端；电容Cl的另一端接地；电容C2的另一端分别接检 波器117和电感L2的一端；电感L2的另一端经端接电阻111接地；电感Ll的另一端分别 接射频开关507的一端和电容C3的一端；射频开关507的另一端接天线105 ；电容C3的另
一端接地；射频功率放大器管芯505、605的输出端分别接电容C4的一端、电容C5的一端和 电感L3的一端；电容C4的另一端接地；电容C5的另一端分别接检波器117和电感L2的一 端；电感L2的另一端经端接电阻111接地；电感L3的另一端分别接射频开关509的一端和 电容C6的一端；射频开关509的另一端接天线105 ；电容C6的另一端接地。根据本发明的一个方面，在第一频段，频段控制器802控制射频功率放大器管芯 501工作而射频功率放大器管芯505不工作，并且控制射频开关507闭合而射频开关509打 开；在第二频段，频段控制器802控制射频功率放大器管芯505工作而射频功率放大 器管芯501不工作，并且控制射频开关507打开而射频开关509闭合。本发明有效减小了定向耦合器的面积，进而有效缩小了射频功率放大器模块的尺 寸，从而极大地降低了无线通信终端的整体成本。
图1是现有技术中的包含定向耦合器的移动终端的结构示意图；图2是本发明提供的包含定向耦合器的移动终端的结构示意图3是现有技术中的定向耦合器结构图；图4是本发明实施例一的定向耦合器结构图；图5是本发明实施例二的定向耦合器结构图；图6是本发明实施例三的定向耦合器结构图；图7是本发明提供的另一包含定向耦合器的移动终端的结构示意图；图8是图7中多功率模式射频发射前端模块的结构图；图9是本发明提供的第三种包含定向耦合器的移动终端的结构示意图；图10是图9中双频模式射频发射前端模块的的结构图。
具体实施例方式本发明实现了基于互感耦合的定向耦合器，并且同时实现了射频功率放大器的输 出阻抗匹配。该定向耦合器可以采用砷化镓(GaAs)工艺、绝缘体硅(SOI)工艺、集成无源 器件(IPD)工艺、互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺等半导体工艺实现，也可以在聚四氟 乙烯等基板上实现；并且既可以单独实现，也可以与功率放大器管芯集成实现。实施例一本发明提出的第一种定向耦合器的结构如图4所示。定向耦合器403由电感Lp L2,电容Cp C2, C3以及端接电阻111组成。射频功率放大器管芯401输出连接到电容C1的 一端，电容C1的另外一端连接到地。同时，射频功率放大器管芯401的输出端还与电容C2 的一端、电感L1的一端相连。电容C2的另外一端连接到电感L2的一端及检波器；电感L1的 另外一端连接到电容C3的一端及天线105，电容C3的另外一端连接到地。电感L2的另外一 端连接到端接电阻111的一端，该端接电阻111的另外一端连接到地。电容CpCyC3及电 感L1组成了射频功率放大器的输出阻抗匹配网络，将射频功率放大器的输出阻抗匹配到天 线105的50欧姆。电感L1和L2在物理上邻近，电感L2和电容C2将电感L1上所通过的射 频功率耦合一部分输入到检波器中。因此，如图4所示的定向耦合器技术方案同时实现了 射频功率放大器输出阻抗匹配网络及定向耦合器。需要说明的是，电感LpL2的取值以及两 者之间的耦合系数和电容CpCyC3的取值需要根据射频功率放大器的具体情况而设计；电 感L1和L2之间的耦合系数可以通过调整两者的物理间距来进行调整。这对于本领域技术 人员来讲是易于理解的。端接电阻111通常取值为50欧姆，但是不限定于50欧姆，可以根 据实际应用需求进行调整。实施例二本发明所提出的第二种定向耦合器503的结构如图5所示。射频功率放大器管芯 501和射频功率放大器管芯505工作于同一频段，射频功率放大器管芯501为低功率模式射 频功率放大器管芯，射频功率放大器管芯505为高功率模式射频功率放大器管芯。射频功率放大器管芯501的定向耦合器由电感LpL2,电容CpCyC3以及端接电阻 111组成。射频功率放大器管芯501的输出端连接到电容C1的一端，电容C1的另外一端连 接到地。同时，射频功率放大器管芯501的输出端还与电容C2的一端、电感L1的一端相连。 电容C2的另外一端连接到电感L2的一端及检波器117 ；电感L1的另外一端连接到电容(3 的一端及射频开关507的一端，电容C3的另外一端连接到地。射频开关507的另外一端连 接到天线。电感L2的另外一端连接到端接电阻111的一端，该端接电阻111的另外一端连
10接到地。电容CpCyC3及电感L1组成了射频功率放大器管芯501的输出阻抗匹配网络，将 射频功率放大器501的输出阻抗匹配到天线105的50欧姆。电感L1和L2在物理上邻近， 电感L2和电容C2将电感L1上所通过的射频功率耦合一部分输入到检波器117中。因此， 如图5所示的定向耦合器技术方案同时实现了射频功率放大器管芯501的输出阻抗匹配网 络及定向耦合器。射频功率放大器管芯505的定向耦合器由电感L2、L3，电容C4、C5、C6以及端接电阻 111组成。射频功率放大器管芯505的输出端连接到电容C4的一端，电容C4的另外一端连 接到地。同时，射频功率放大器管芯505的输出端还与电容C5的一端、电感L3的一端相连。 电容C5的另外一端连接到电感L2的一端及检波器117 ；电感L3的另外一端连接到电容C6 的一端及射频开关509的一端，电容C6的另外一端连接到地。电容C4、C5、C6及电感L3组 成了射频功率放大器管芯505的输出阻抗匹配网络，将射频功率放大器管芯505的输出阻 抗匹配到天线105的50欧姆。电感L3和L2在物理上邻近，电感L2和电容C5将电感L3上 所通过的射频功率耦合一部分输入到检波器117中。因此，如图5所示的定向耦合器技术 方案同时实现了射频功率放大器管芯505的输出阻抗匹配网络及定向耦合器。需要说明的 是，电感L1、L2、L3取值以及L1和L2之间、L2和L3之间的耦合系数和电容C1、C2、C3、C4、C5、C6 的取值需要根据射频功率放大器管芯501和射频功率放大器管芯505的具体情况而设计； L1和L2之间、L2和L3之间的耦合系数可以通过调整L1和L2之间、L2和L3之间的物理间距 来进行调整。这对于本领域技术人员来讲是易于理解的。端接电阻111通常取值为50欧 姆，但是不限定于50欧姆，可以根据实际应用需求进行调整。射频功率放大器管芯501和射频功率放大器管芯505分别为低输出功率和高输出 功率的射频功率放大器管芯，两者工作于同一频段，并且两者的输入端连接在一起。根据射 频开关507、射频开关509状态的不同组合，该实施例可以实现高、中、低三种功率模式，功 率模式与射频开关507、射频开关509的状态对应关系如下表所示。 实施例三在不同频段工作的射频功率放大器管芯601和射频功率放大器管芯605的定向耦 合器603如图6所示。射频功率放大器管芯601工作在频段1，射频功率放大器管芯605工 作在频段2。射频功率放大器管芯601的定向耦合器由电感LpL2,电容CpCyC3以及端接电阻 111组成。射频功率放大器管芯601的输出端连接到电容C1的一端，电容C1的另外一端连 接到地。同时，射频功率放大器管芯601的输出端还与电容C2的一端、电感L1的一端相连。 电容C2的另外一端连接到电感L2的一端及检波器117 ；电感L1的另外一端连接到电容(3的一端及射频开关507的一端，电容C3的另外一端连接到地。射频开关507的另外一端连 接到天线105。电感L2的另外一端连接到端接电阻111的一端，该端接电阻111的另外一 端连接到地。电容Cp C2, C3及电感L1组成了射频功率放大器管芯601的输出阻抗匹配网 络，将射频功率放大器管芯601的输出阻抗匹配到天线105的50欧姆。电感L1和L2在物 理上邻近，电感L2和电容C2将电感L1上所通过的射频功率耦合一部分输入到检波器117 中。因此，如图6所示的定向耦合器技术方案同时实现了射频功率放大器管芯601的输出 阻抗匹配网络及定向耦合器。射频功率放大器管芯605的定向耦合器由电感L2、L3，电容C4、C5、C6以及端接电阻 111组成。射频功率放大器管芯605的输出端连接到电容C4的一端，电容C4的另外一端连 接到地。同时，射频功率放大器管芯605的输出端还与电容C5的一端、电感L3的一端相连。 电容C5的另外一端连接到电感L2的一端及检波器117 ；电感L3的另外一端连接到电容C6 的一端及射频开关509的一端，电容C6的另外一端连接到地。电容C4、C5、C6及电感L3组 成了射频功率放大器管芯605的输出阻抗匹配网络，将射频功率放大器管芯605的输出阻 抗匹配到天线105的50欧姆。电感L3和L2在物理上邻近，电感L2和电容C5将电感L3上 所通过的射频功率耦合一部分输入到检波器117中。因此，如图6所示的定向耦合器技术 方案同时实现了射频功率放大器管芯605的输出阻抗匹配网络及定向耦合器。需要说明的 是，电感L1、L2、L3取值以及L1和L2之间、L2和L3之间的耦合系数和电容C1、C2、C3、C4、C5、C6 的取值需要根据射频功率放大器管芯601和射频功率放大器管芯605的具体情况而设计； L1和L2之间、L2和L3之间的耦合系数可以通过调整L1和L2之间、L2和L3之间的物理间距 来进行调整。这对于本领域技术人员来讲是易于理解的。端接电阻111通常取值为50欧 姆，但是不限定于50欧姆，可以根据实际应用需求进行调整。射频功率放大器管芯601和射频功率放大器管芯605分别为工作于不同频段的射 频功率放大器管芯。根据射频开关507、射频开关509状态的不同组合，该实施例可以实现 两种不同频段(频段1、频段2)的射频功率放大器，工作频段与射频开关507、射频开关509 的状态对应关系如下表所示。 实施例四应用了本发明的定向耦合器的移动终端的结构如图2所示。基带控制芯片109输 出信号到前端芯片(射频收发器)103，射频收发器处理后将射频信号输入射频功率放大器 201，射频功率放大器201包括射频放大器管芯205、定向耦合器203和端接电阻111。射频 放大器管芯205将射频信号放大后输入定向耦合器203，定向耦合器203将具有大部分射频 功率的射频信号发送至天线105 ；定向耦合器203还将具有其余部分射频功率的射频信号 耦合至检波器117，检波器117将这部分功率转换成直流电压信号。检波器117输出的直流 信号电平与射频功率放大器管芯107的输出功率成正比，因此，根据该直流信号电平值即可得知射频功率放大器所输出的射频功率高低。实施例五应用了本发明提供的定向耦合器的另外一种移动终端的结构如图7所示，该移动 终端中的多功率模式射频发射前端使用了如图5所示的定向耦合器。图7中，移动终端包括基带控制芯片109、前端芯片(射频收发器)103、多功率模 式射频发射前端模块71、检波器117以及天线105。基带控制芯片109用于合成将要发射 的基带信号，或对接收到的基带信号进行解码；前端芯片103，对从基带控制芯片109传输 来的基带信号进行处理而生成射频信号，并将所生成的射频信号发送到多功率模式射频发 射前端模块71，或对从多功率模式射频发射前端模块71传输来的射频信号进行处理而生 成基带信号，并将所生成的基带信号发送到基带控制芯片109 ；多功率模式射频发射前端 模块71用于对从前端芯片103传输来的射频信号进行诸如功率放大的处理，或接收信号并 将该接收信号处理后发送至前端芯片103 ；检波器117用于将耦合器耦合出来的射频功率 转换为与这部分射频功率成正比的直流电压信号，并输入到基带控制芯片109 ；天线105， 其与多功率模式射频发射前端模块71相连接，用于从外界接收信号或发射从多功率模式 射频发射前端模块71传输来的信号。具体而言，进行信号发射时，基带控制芯片109把要发射的信息编译成基带码(基 带信号)并将其传输给前端芯片103，前端芯片103对该基带信号进行处理生成射频信号， 并将该射频信号传输到多功率模式射频发射前端模块71，多功率模式射频发射前端模块 71将从前端芯片103传输来的射频信号进行功率放大并通过天线105向外发射；进行信号 接收时，多功率模式射频发射前端模块71将通过天线105接收的射频信号传输给前端芯片 103，前端芯片103将从多功率模式射频发射前端模块71传输来的射频信号转换为基带信 号，并将该基带信号传输到基带控制芯片109，最后由基带控制芯片109将从前端芯片103 传输来的基带信号解译为接收信息。多功率模式射频发射前端模块71的结构如图8所示(检波器117 —般来说不属 于多功率模式射频发射前端模块71的一部分，但本领域技术人员应当明了也可以将检波 器117作为多功率模式射频发射前端模块71的一部分)，包括功率放大器管芯501、505，定 向耦合器503，射频开关507、509，以及功率模式控制器801。功率模式控制器根据功率模式 控制功率放大器管芯501、505的工作状态(工作或不工作)，还控制射频开关507、509的工 作状态(打开或闭合)。射频功率放大器管芯501和射频功率放大器管芯505工作于同一 频段。射频功率放大器管芯501的定向耦合器由电感LpL2,电容CpCyC3以及端接电阻 111组成。射频功率放大器管芯501的输出端连接到电容C1的一端，电容C1的另外一端连 接到地。同时，射频功率放大器管芯501的输出端还与电容C2的一端、电感L1的一端相连。 电容C2的另外一端连接到电感L2的一端及检波器117 ；电感L1的另外一端连接到电容(3 的一端及射频开关507的一端，电容C3的另外一端连接到地。射频开关507的另外一端连 接到天线。电感L2的另外一端连接到端接电阻111的一端，该端接电阻111的另外一端连 接到地。电容CpCyC3及电感L1组成了射频功率放大器管芯501的输出阻抗匹配网络，将 射频功率放大器501的输出阻抗匹配到天线105的50欧姆。电感L1和L2在物理上邻近， 电感L2和电容C2将电感L1上所通过的射频功率耦合一部分输入到检波器117中。因此，如图5所示的定向耦合器技术方案同时实现了射频功率放大器501的输出阻抗匹配网络及 定向耦合器。射频功率放大器管芯505的定向耦合器由电感L2、L3，电容C4、C5、C6以及端接电阻 组成。射频功率放大器管芯505的输出端连接到电容C4的一端，电容C4的另外一端连接到 地。同时，射频功率放大器管芯505的输出端还与电容C5的一端、电感L3的一端相连。电 容。5的另外一端连接到电感L2的一端及检波器117 ；电感L3的另外一端连接到电容(6的 一端及射频开关509的一端，电容C6的另外一端连接到地。电容C4、C5、C6及电感L3组成了 射频功率放大器管芯505的输出阻抗匹配网络，将射频功率放大器管芯505的输出阻抗匹 配到天线105的50欧姆。电感L3和L2在物理上邻近，电感L2和电容C5将电感L3上所通 过的射频功率耦合一部分输入到检波器117中。因此，如图5所示的定向耦合器技术方案 同时实现了射频功率放大器管芯505的输出阻抗匹配网络及定向耦合器。需要说明的是， 电感L1、L2、L3取值以及L1和L2之间、L2和L3之间的耦合系数和电容C1、C2、C3、C4、C5、C6的 取值需要根据射频功率放大器管芯501和射频功率放大器管芯505的具体情况而设计；Li 和L2之间、L2和L3之间的耦合系数可以通过调整L1和L2之间、L2和L3之间的物理间距来 进行调整。这对于本领域技术人员来讲是易于理解的。端接电阻111通常取值为50欧姆， 但是不限定于50欧姆，可以根据实际应用需求进行调整。实施例六应用了本发明提供的定向耦合器的第三种移动终端的结构如图9所示，该移动终 端中的双频模式射频发射前端使用了如图6所示的定向耦合器。图9中，移动终端包括基带控制芯片109、前端芯片(射频收发器)103、双频模式 射频发射前端模块91、检波器117以及天线105。基带控制芯片109用于合成将要发射的 基带信号，或对接收到的基带信号进行解码；前端芯片103，对从基带控制芯片109传输来 的基带信号进行处理而生成射频信号，并将所生成的射频信号发送到双频模式射频发射前 端模块91，或对从双频模式射频发射前端模块91传输来的射频信号进行处理而生成基带 信号，并将所生成的基带信号发送到基带控制芯片109 ；双频模式射频发射前端模块91用 于对从前端芯片103传输来的射频信号进行诸如功率放大的处理，或接收信号并将该接收 信号处理后发送至前端芯片103 ；检波器117用于将耦合器耦合出来的射频功率转换为与 这部分射频功率成正比的直流电压信号，并输入到基带控制芯片109 ；天线105，其与双频 模式射频发射前端模块91相连接，用于从外界接收信号或发射从双频模式射频发射前端 模块91传输来的信号。具体而言，进行信号发射时，基带控制芯片109把要发射的信息编译成基带码(基 带信号)并将其传输给前端芯片103，前端芯片103对该基带信号进行处理生成射频信号， 并将该射频信号传输到双频模式射频发射前端模块91，双频模式射频发射前端模块91将 从前端芯片103传输来的射频信号进行功率放大并通过天线105向外发射；进行信号接收 时，双频模式射频发射前端模块91将通过天线105接收的射频信号传输给前端芯片103，前 端芯片103将从双频模式射频发射前端模块91传输来的射频信号转换为基带信号，并将该 基带信号传输到基带控制芯片109，最后由基带控制芯片109将从前端芯片103传输来的基 带信号解译为接收信息。双频模式射频发射前端模块91的结构如图10所示(检波器117 —般来说不属于
14双频模式射频发射前端模块91的一部分，但本领域技术人员应当明了也可以将检波器117 作为双频模式射频发射前端模块91的一部分)，包括功率放大器管芯501、505，定向耦合器 503，射频开关507、509，以及频段控制器802。频段控制器802根据工作频段控制功率放大 器501、505的工作状态(工作或不工作)，还控制射频开关507、509的工作状态(打开或闭 合)。射频功率放大器管芯501和射频功率放大器管芯505工作于不同频段。射频功率放大器管芯501的定向耦合器由电感LpL2,电容CpCyC3以及端接电阻 111组成。射频功率放大器管芯501的输出端连接到电容C1的一端，电容C1的另外一端连 接到地。同时，射频功率放大器管芯501的输出端还与电容C2的一端、电感L1的一端相连。 电容C2的另外一端连接到电感L2的一端及检波器117 ；电感L1的另外一端连接到电容(3 的一端及射频开关507的一端，电容C3的另外一端连接到地。射频开关507的另外一端连 接到天线。电感L2的另外一端连接到端接电阻111的一端，该端接电阻111的另外一端连 接到地。电容CpCyC3及电感L1组成了射频功率放大器管芯501的输出阻抗匹配网络，将 射频功率放大器501的输出阻抗匹配到天线105的50欧姆。电感L1和L2在物理上邻近， 电感L2和电容C2将电感L1上所通过的射频功率耦合一部分输入到检波器117中。因此， 如图5所示的定向耦合器技术方案同时实现了射频功率放大器501的输出阻抗匹配网络及 定向耦合器。射频功率放大器管芯505的定向耦合器由电感L2、L3，电容C4、C5、C6以及端接电阻 111组成。射频功率放大器管芯505的输出端连接到电容C4的一端，电容C4的另外一端连 接到地。同时，射频功率放大器管芯505的输出端还与电容C5的一端、电感L3的一端相连。 电容C5的另外一端连接到电感L2的一端及检波器117 ；电感L3的另外一端连接到电容C6 的一端及射频开关509的一端，电容C6的另外一端连接到地。电容C4、C5、C6及电感L3组 成了射频功率放大器管芯505的输出阻抗匹配网络，将射频功率放大器管芯505的输出阻 抗匹配到天线105的50欧姆。电感L3和L2在物理上邻近，电感L2和电容C5将电感L3上 所通过的射频功率耦合一部分输入到检波器117中。因此，如图5所示的定向耦合器技术 方案同时实现了射频功率放大器管芯505的输出阻抗匹配网络及定向耦合器。需要说明的 是，电感L1、L2、L3取值以及L1和L2之间、L2和L3之间的耦合系数和电容C1、C2、C3、C4、C5、C6 的取值需要根据射频功率放大器管芯501和射频功率放大器管芯505的具体情况而设计； L1和L2之间、L2和L3之间的耦合系数可以通过调整L1和L2之间、L2和L3之间的物理间距 来进行调整。这对于本领域技术人员来讲是易于理解的。端接电阻111通常取值为50欧 姆，但是不限定于50欧姆，可以根据实际应用需求进行调整。在此技术方案中，可以实现在两种频段下工作，即频段1和频段2。在频段1， 频段控制器802控制射频功率放大器管芯501工作而射频功率放大器管芯505不工作， 并且控制射频开关507闭合而射频开关509打开。此时，来自于移动终端中射频收发器 (Transceiver)的输入射频信号(RFin)经射频功率放大器501放大再经过射频开关507之 后连接到天线105，而射频功率放大器管芯505不工作。在频段2，频段控制器802控制射 频功率放大器管芯505工作、射频功率放大器管芯501不工作，并且控制射频开关507打开 而射频开关509闭合；此时，射频功率放大器管芯112工作。显而易见，在此描述的本发明可以有许多变化，这种变化不能认为偏离本发明的 精神和范围。因此，所有对本领域技术人员显而易见的改变，比如，在具体电路和芯片布局实现形式上的变化，都包括在本权利要求书的涵盖范围之内。
权利要求
一种定向耦合器(403、503、603)，包括端接电阻(111)，其特征在于，还包括互感耦合的至少两个电感(L1、L2、L3)和若干电容(C1、C2、C3、C4、C5、C6)，电容(C1、C2、C3、C4、C5、C6)与电感(L1、L3)组成射频功率放大器管芯(401、501、601、505、605)的输出阻抗匹配电路，电容(C2、C5)与电感(L2)组成功率耦合电路，功率耦合电路将从射频功率放大器管芯(401、501、601、505、605)的输出功率中所耦合的功率输出至检波器(117)。
2.如权利要求1所述的定向耦合器，其特征在于，射频功率放大器管芯(401、501、601) 的输出端分别接电容(C1)的一端、电容(C2)的一端和电感(L1)的一端；电容(C1)的另一 端接地；电容(C2)的另一端分别接检波器(117)和电感(L2)的一端；电感(L2)的另一端经 端接电阻(111)接地；电感(L1)的另一端分别接天线(105)和电容(C3)的一端；电容(C3) 的另一端接地。
3.如权利要求1所述的定向耦合器，其特征在于，射频功率放大器管芯(501、601)的输出端分别接电容(C1)的一端、电容(C2)的一端和 电感(L1)的一端；电容(C1)的另一端接地；电容(C2)的另一端分别接检波器(117)和电感 (L2)的一端；电感(L2)的另一端经端接电阻(111)接地；电感(L1)的另一端分别接射频开 关507的一端和电容(C3)的一端；射频开关507的另一端接天线(105)；电容(C3)的另一 端接地；射频功率放大器管芯(505、605)的输出端分别接电容(C4)的一端、电容(C5)的一端和 电感(L3)的一端；电容(C4)的另一端接地；电容(C5)的另一端分别接检波器(117)和电感 (L2)的一端；电感(L2)的另一端经端接电阻(111)接地；电感(L3)的另一端分别接射频开 关(509)的一端和电容(C6)的一端；射频开关(509)的另一端接天线(105)；电容(C6)的 另一端接地。
4.一种射频功率放大器(201)，其特征在于，包括射频功率放大器管芯(401、501、601、 505,605)和定向耦合器(403、503、603)；定向耦合器(403、503、603)包括端接电阻(111)、互感耦合的至少两个电感(LpLpL3) 和若干电容和、(2、(3、(；、(5、(6)，电容((^、(2、(3、(；、(5、(6)与电感(L^L3)组成射频功率 放大器管芯(401、501、601、505、605)的输出阻抗匹配电路，电容(C2、C5)与电感(L2)组成 功率耦合电路，功率耦合电路将从射频功率放大器管芯(401、501、601、505、605)的输出功 率中所耦合的功率输出至检波器(117)。
5.如权利要求4所述的射频功率放大器(201)，其特征在于，射频功率放大器管芯 (401,501,601)的输出端分别接电容(C1)的一端、电容(C2)的一端和电感(L1)的一端；电 容(C1)的另一端接地；电容(C2)的另一端分别接检波器(117)和电感(L2)的一端；电感 (L2)的另一端经端接电阻(111)接地；电感(L1)的另一端分别接天线(105)和电容(C3)的 一端；电容(C3)的另一端接地。
6.如权利要求4所述的射频功率放大器(201)，其特征在于，射频功率放大器管芯(501、601)的输出端分别接电容(C1)的一端、电容(C2)的一端和 电感(L1)的一端；电容(C1)的另一端接地；电容(C2)的另一端分别接检波器(117)和电感 (L2)的一端；电感(L2)的另一端经端接电阻(111)接地；电感(L1)的另一端分别接射频开 关507的一端和电容(C3)的一端；射频开关507的另一端接天线(105)；电容(C3)的另一 端接地；射频功率放大器管芯(505、605)的输出端分别接电容(C4)的一端、电容(C5)的一端和 电感(L3)的一端；电容(C4)的另一端接地；电容(C5)的另一端分别接检波器(117)和电感 (L2)的一端；电感(L2)的另一端经端接电阻(111)接地；电感(L3)的另一端分别接射频开 关(509)的一端和电容(C6)的一端；射频开关(509)的另一端接天线(105)；电容(C6)的 另一端接地。
7.一种移动终端，包括基带控制芯片(109)、前端芯片(103)、射频功率放大器(201)、 检波器(117)以及天线(105)，其特征在于，射频功率放大器(201)包括射频功率放大器管芯(401、501、601、505、605)和定向耦合 器(403、503、603)；定向耦合器(403、503、603)包括端接电阻(111)、互感耦合的至少两个电感(LpLpL3) 和若干电容和、(2、(3、(；、(5、(6)，电容((^、(2、(3、(；、(5、(6)与电感(L^L3)组成射频功率 放大器管芯(401、501、601、505、605)的输出阻抗匹配电路，电容(C2、C5)与电感(L2)组成 功率耦合电路，功率耦合电路将从射频功率放大器管芯(401、501、601、505、605)的输出功 率中所耦合的功率输出至检波器(117)。
8.如权利要求7所述的移动终端，其特征在于，射频功率放大器管芯(401、501、601)的 输出端分别接电容(C1)的一端、电容(C2)的一端和电感(L1)的一 端；电容(C1)的另一端 接地；电容(C2)的另一端分别接检波器(117)和电感(L2)的一端；电感(L2)的另一端经端 接电阻(111)接地；电感(L1)的另一端分别接天线(105)和电容(C3)的一端；电容(C3)的 另一端接地。
9.如权利要求7所述的移动终端，其特征在于，射频功率放大器管芯(501、601)的输出端分别接电容(C1)的一端、电容(C2)的一端和 电感(L1)的一端；电容(C1)的另一端接地；电容(C2)的另一端分别接检波器(117)和电感 (L2)的一端；电感(L2)的另一端经端接电阻(111)接地；电感(L1)的另一端分别接射频开 关507的一端和电容(C3)的一端；射频开关507的另一端接天线(105)；电容(C3)的另一 端接地；射频功率放大器管芯(505、605)的输出端分别接电容(C4)的一端、电容(C5)的一端和 电感(L3)的一端；电容(C4)的另一端接地；电容(C5)的另一端分别接检波器(117)和电感 (L2)的一端；电感(L2)的另一端经端接电阻(111)接地；电感(L3)的另一端分别接射频开 关(509)的一端和电容(C6)的一端；射频开关(509)的另一端接天线(105)；电容(C6)的 另一端接地。
10.一种移动终端，包括基带控制芯片(109)、前端芯片(103)、多功率模式射频发射前 端模块(71)、检波器(117)以及天线(105)，其特征在于，多功率模式射频发射前端模块(71)包括功率模式控制器(801)、射频功率放大器管芯 (501、601、505、605)、定向耦合器(403,503,603)和射频开关(507,509)；射频功率放大器 管芯(501、601、505、605)工作在同一频段；定向耦合器(403、503、603)包括端接电阻(111)、互感耦合的至少两个电感(U、L2、L3) 和若干电容和、(2、(3、(；、(5、(6)，电容((^、(2、(3、(；、(5、(6)与电感(L^L3)组成射频功率 放大器管芯(401、501、601、505、605)的输出阻抗匹配电路，电容(C2、C5)与电感(L2)组成 功率耦合电路，功率耦合电路将从射频功率放大器管芯(401、501、601、505、605)的输出功率中所耦合的功率输出至检波器(117)；功率模式控制器(801)根据功率模式控制射频功率放大器管芯(501、601、505、605)和 射频开关(507、509)的工作状态。
11.如权利要求10所述的移动终端，其特征在于，射频功率放大器管芯(501、601)的输出端分别接电容(C1)的一端、电容(C2)的一端和 电感(L1)的一端；电容(C1)的另一端接地；电容(C2)的另一端分别接检波器(117)和电感 (L2)的一端；电感(L2)的另一端经端接电阻(111)接地；电感(L1)的另一端分别接射频开 关507的一端和电容(C3)的一端；射频开关507的另一端接天线(105)；电容(C3)的另一 端接地；射频功率放大器管芯(505、605)的输出端分别接电容(C4)的一端、电容(C5)的一端和 电感(L3)的一端；电容(C4)的另一端接地；电容(C5)的另一端分别接检波器(117)和电感 (L2)的一端；电感(L2)的另一端经端接电阻(111)接地；电感(L3)的另一端分别接射频开 关(509)的一端和电容(C6)的一端；射频开关(509)的另一端接天线(105)；电容(C6)的 另一端接地。
12.如权利要求11所述的移动终端，其特征在于，在低功率模式下，功率模式控制器(801)控制射频功率放大器管芯(501)工作而射频 功率放大器管芯(505)不工作，并且控制射频开关(507)闭合而射频开关(509)打开；在中功率模式下，功率模式控制器(801)控制射频功率放大器管芯(505)工作而射频 功率放大器管芯(501)不工作，并且控制射频开关(507)打开而射频开关(509)闭合；在高功率模式下，功率模式控制器(801)控制射频功率放大器管芯(501)和射频功率 放大器管芯(505)工作，并且控制射频开关(507)和射频开关(509)闭合。
13.—种移动终端，包括基带控制芯片(109)、前端芯片(103)、多功率模式射频发射前 端模块(71)、检波器(117)以及天线(105)，其特征在于，多功率模式射频发射前端模块(71)包括频段控制器(802)、射频功率放大器管芯 (501、601、505、605)、定向耦合器(403,503,603)和射频开关(507,509)；射频功率放大器 管芯(501、601)工作在第一频段，射频功率放大器管芯(505、605)工作在第二频段；定向耦合器(403、503、603)包括端接电阻(111)、互感耦合的至少两个电感(LpLpL3) 和若干电容和、(2、(3、(；、(5、(6)，电容((^、(2、(3、(；、(5、(6)与电感(L^L3)组成射频功率 放大器管芯(401、501、601、505、605)的输出阻抗匹配电路，电容(C2、C5)与电感(L2)组成 功率耦合电路，功率耦合电路将从射频功率放大器管芯(401、501、601、505、605)的输出功 率中所耦合的功率输出至检波器(117)；频段控制器(802)根据工作频段控制射频功率放大器管芯(501、601、505、605)和射频 开关(507、509)的工作状态。
14.如权利要求13所述的移动终端，其特征在于，射频功率放大器管芯(501、601)的输出端分别接电容(C1)的一端、电容(C2)的一端和 电感(L1)的一端；电容(C1)的另一端接地；电容(C2)的另一端分别接检波器(117)和电感 (L2)的一端；电感(L2)的另一端经端接电阻(111)接地；电感(L1)的另一端分别接射频开 关507的一端和电容(C3)的一端；射频开关507的另一端接天线(105)；电容(C3)的另一 端接地；射频功率放大器管芯(505、605)的输出端分别接电容(C4)的一端、电容(C5)的一端和 电感(L3)的一端；电容(C4)的另一端接地；电容(C5)的另一端分别接检波器(117)和电感 (L2)的一端；电感(L2)的另一端经端接电阻(111)接地；电感(L3)的另一端分别接射频开 关(509)的一端和电容(C6)的一端；射频开关(509)的另一端接天线(105)；电容(C6)的 另一端接地。
15.如权利要求14所述的移动终端，其特征在于，在第一频段，频段控制器(802)控制射频功率放大器管芯(501)工作而射频功率放大 器管芯(505)不工作，并且控制射频开关(507)闭合而射频开关(509)打开；在第二频段，频段控制器(802)控制射频功率放大器管芯(505)工作而射频功率放大 器管芯(501)不工作，并且控制射频开关(507)打开而射频开关(509)闭合。
全文摘要
本发明定向耦合器及包含该定向耦合器的射频功率放大器。定向耦合器(403、503、603)，包括端接电阻(111)，其特征在于，还包括互感耦合的至少两个电感(L1、L2、L3)和若干电容(C1、C2、C3、C4、C5、C6)，电容(C1、C2、C3、C4、C5、C6)与电感(L1、L3)组成射频功率放大器管芯(401、501、601、505、605)的输出阻抗匹配电路，电容(C2、C5)与电感(L2)组成功率耦合电路，功率耦合电路将从射频功率放大器管芯(401、501、601、505、605)的输出功率中所耦合的功率输出至检波器(117)。本发明有效减小了定向耦合器的面积，进而有效缩小了射频功率放大器模块的尺寸，从而极大地降低了无线通信终端的整体成本。
文档编号H03K19/14GK101908881SQ20101023998
公开日2010年12月8日 申请日期2010年7月28日 优先权日2010年7月28日
发明者赵冬末, 黄清华 申请人:锐迪科创微电子(北京)有限公司