一种两发两收全双工通信射频前端电路的制作方法

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种两发两收全双工通信射频前端电路。

背景技术：

目前的双工通信系统中，主要包括频分双工通信和时分双工通信，分别通过频段划分和时隙划分来实现发射和接收的双工通信，但是，这两种通信技术会不可避免的造成频谱资源的浪费或吞吐量的下降，因此，共时同频段的全双工通信技术的研究一直饱受关注。

对于共时同频段的全双工通信的实现来说，最主要的问题是如何保证发射链路和接收链路之间有足够的隔离度。

技术实现要素：

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种两发两收全双工通信射频前端电路，能够通过射频前端电路的设计增加发射链路和接收链路之间的隔离度。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种两发两收全双工通信射频前端电路，包括第一耦合器、第二耦合器、第三耦合器、第四耦合器、第一可调衰减器、第二可调衰减器、第一可调移相器、第二可调移相器、第一环形器和第二环形器；

所述第一耦合器的输入端用于与第一发射链路端连接，所述第一耦合器的第一输出端通过所述第一可调衰减器与所述第一可调移相器的第一端连接，所述第一耦合器的第二输出端与所述第二环形器的第一端连接，所述第一耦合器的第四端接地；

所述第二耦合器的输入端用于与第二发射链路端连接，所述第二耦合器的第一输出端通过所述第二可调衰减器与所述第二可调移相器的第一端连接，所述第二耦合器的第二输出端与所述第一环形器的第一端连接，所述第二耦合器的第四端接地；

所述第三耦合器的输入端与所述第四耦合器的输出端连接，所述第三耦合器的第一输出端用于与第一接收链路端连接，所述第三耦合器的第二输出端用于与第二接收链路端连接，所述第三耦合器的第四端接地；

所述第四耦合器的第一输入端与所述第一环形器的第二端连接，所述第四耦合器的第二输入端与所述第二环形器的第二端连接，所述第四耦合器的第四端通过第一电阻接地；

所述第一可调移相器的第二端用于与第一天线连接；

所述第二可调移相器的第二端用于与第二天线连接；

所述第一环形器的第三端用于与第三天线连接；

所述第二环形器的第三端用于与第四天线连接。

进一步地，所述第一耦合器、所述第二耦合器、所述第三耦合器和所述第四耦合器均为3db等功率正交输出耦合器。

进一步地，所述第一可调衰减器和所述第二可调衰减器均用于调节信号的幅值。

进一步地，所述第一可调移相器和所述第二可调移相器均用于调节信号的相位。

进一步地，所述第一天线和所述第二天线均为发射天线；所述第三天线和所述第四天线均为发射和接收共用天线。

进一步地，所述第一天线、所述第二天线、所述第三天线和所述第四天线位于同一直线上，且所述第三天线位于所述第一天线和所述第二天线之间，所述第二天线位于所述第三天线和所述第四天线之间。

进一步地，所述第二天线和所述第三天线的间距为λ/4+nλ；其中，λ为信号传输频率对应的电磁波波长，n为自然数。

进一步地，所述第一天线和所述第三天线的间距为λ/2，所述第二天线和所述第四天线的间距为λ/2；其中，λ为信号传输频率对应的电磁波波长。

进一步地，所述第一天线和所述第三天线的间距为λ/4，所述第二天线和所述第四天线的间距为λ/4；其中，λ为信号传输频率对应的电磁波波长。

与现有技术相比，本发明实施例提供了一种两发两收全双工通信射频前端电路，该电路由第一耦合器、第二耦合器、第三耦合器、第四耦合器、第一可调衰减器、第二可调衰减器、第一可调移相器、第二可调移相器、第一环形器和第二环形器连接构成，通过射频前端电路的设计能够增加发射链路和接收链路之间的隔离度。

附图说明

图1是本发明提供的一种两发两收全双工通信射频前端电路的一个优选实施例的结构框图；

图2是本发明提供的一种两发两收全双工通信射频前端电路的第一接收零点区域相位分析示意图；

图3是本发明提供的一种两发两收全双工通信射频前端电路的第二接收零点区域相位分析示意图；

图4a至图4b是本发明提供的环形器的泄露信号和反射信号生成示意图；

图5是本发明提供的一种两发两收全双工通信射频前端电路的泄露信号和反射信号相位分析示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本技术领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种两发两收全双工通信射频前端电路，参见图1所示，是本发明提供的一种两发两收全双工通信射频前端电路的一个优选实施例的结构框图，所述电路包括第一耦合器101、第二耦合器102、第三耦合器103、第四耦合器104、第一可调衰减器201、第二可调衰减器202、第一可调移相器301、第二可调移相器302、第一环形器401和第二环形器402；

所述第一耦合器101的输入端用于与第一发射链路端501连接，所述第一耦合器101的第一输出端通过所述第一可调衰减器201与所述第一可调移相器301的第一端连接，所述第一耦合器101的第二输出端与所述第二环形器402的第一端连接，所述第一耦合器101的第四端接地；

所述第二耦合器102的输入端用于与第二发射链路端601连接，所述第二耦合器102的第一输出端通过所述第二可调衰减器202与所述第二可调移相器302的第一端连接，所述第二耦合器102的第二输出端与所述第一环形器401的第一端连接，所述第二耦合器102的第四端接地；

所述第三耦合器103的输入端与所述第四耦合器104的输出端连接，所述第三耦合器103的第一输出端用于与第一接收链路端502连接，所述第三耦合器103的第二输出端用于与第二接收链路端602连接，所述第三耦合器103的第四端接地；

所述第四耦合器104的第一输入端与所述第一环形器401的第二端连接，所述第四耦合器104的第二输入端与所述第二环形器402的第二端连接，所述第四耦合器104的第四端通过第一电阻r1接地；

所述第一可调移相器301的第二端用于与第一天线701连接；

所述第二可调移相器302的第二端用于与第二天线702连接；

所述第一环形器401的第三端用于与第三天线703连接；

所述第二环形器402的第三端用于与第四天线704连接。

具体的，当两路发射和两路接收全部工作时(即全双工通信状态下)：

第一路发射信号通过第一发射链路端传输到第一发射链路上，在通过天线辐射出去之前，经过第一耦合器(第一路发射信号从第一耦合器的输入端输入)分为两路等功率正交信号(两路信号分别从第一耦合器的第一输出端和第二输出端输出)，其中一路信号(从第一耦合器的第一输出端输出的信号)依次经过第一可调衰减器和第一可调移相器发送至第一天线，并通过第一天线辐射出去；另一路信号(从第一耦合器的第二输出端输出的信号)经过第二环形器(从第二环形器的第一端输入，第三端输出)发送至第四天线，并通过第四天线辐射出去。

同理，第二路发射信号通过第二发射链路端传输到第二发射链路上，在通过天线辐射出去之前，经过第二耦合器(第二路发射信号从第二耦合器的输入端输入)分为两路等功率同相信号(两路信号分别从第二耦合器的第一输出端和第二输出端输出)，其中一路信号(从第二耦合器的第一输出端输出的信号)依次经过第二可调衰减器和第二可调移相器发送至第二天线，并通过第二天线辐射出去；另一路信号(从第二耦合器的第二输出端输出的信号)经过第一环形器(从第一环形器的第一端输入，第三端输出)发送至第三天线，并通过第三天线辐射出去。

第一路接收信号通过第三天线接收，经过第一环形器(从第一环形器的第三端输入，第二端输出)发送至第四耦合器的第一输入端，第二路接收信号通过第四天线接收，经过第二环形器(从第二环形器的第三端输入，第二端输出)发送至第四耦合器的第二输入端，两路接收信号先经过第四耦合器合成，并通过第四耦合器的输出端发送至第三耦合器的输入端，再经过第三耦合器等分为两路信号，其中一路信号通过第三耦合器的第一输出端传输到第一接收链路端，另一路信号通过第三耦合器的第二输出端传输到第二接收链路端。

两路发射信号分别经过耦合器和环形器的作用，通过4根天线辐射出去，并且通过该射频前端电路中各器件的参数设置以及走线布局设计，能够在第三天线和第四天线处形成接收零点区域，从而达到增加发射链路和接收链路之间的隔离度的目的。

作为优选方案，所述第一耦合器、所述第二耦合器、所述第三耦合器和所述第四耦合器均为3db等功率正交输出耦合器。

需要说明的是，3db等功率正交输出耦合器在一输入时，两个输出端分别输出功率相等、相位相差90°的信号(例如从第一耦合器的输入端输入，从第一耦合器的第一输出端和第二输出端等功率正交输出)，相应的，如果两路正交等幅输入，会在一个端口叠加输出，在另一个端口隔离(例如从第四耦合器的第一输入端和第二输入端输入，在第四耦合器的输出端叠加输出，在第四耦合器的第四端隔离)。

作为优选方案，所述第一可调衰减器和所述第二可调衰减器均用于调节信号的幅值。

可以理解的，为了消除多路信号间的干扰，需要对多路信号的幅值进行调节，以便多路信号叠加时幅值相互抵消，从而优化天线之间的隔离度，同时，采用可调衰减器使得信号的幅值单独可调，增加了设计的灵活度。

作为优选方案，所述第一可调移相器和所述第二可调移相器均用于调节信号的相位。

可以理解的，为了消除多路信号间的干扰，需要对多路信号的相位进行调节，以便多路信号叠加时相位相互抵消，从而优化天线之间的隔离度，同时，采用可调移相器使得信号的相位单独可调，增加了设计的灵活度。

作为优选方案，所述第一天线和所述第二天线均为发射天线；所述第三天线和所述第四天线均为发射和接收共用天线。

作为优选方案，所述第一天线、所述第二天线、所述第三天线和所述第四天线位于同一直线上，且所述第三天线位于所述第一天线和所述第二天线之间，所述第二天线位于所述第三天线和所述第四天线之间。

作为优选方案，所述第二天线和所述第三天线的间距为λ/4+nλ；其中，λ为信号传输频率对应的电磁波波长，n为自然数。

作为优选方案，所述第一天线和所述第三天线的间距为λ/2，所述第二天线和所述第四天线的间距为λ/2；其中，λ为信号传输频率对应的电磁波波长。

作为优选方案，所述第一天线和所述第三天线的间距为λ/4，所述第二天线和所述第四天线的间距为λ/4；其中，λ为信号传输频率对应的电磁波波长。

需要说明的是，结合上述实施例，为了保证该射频前端电路的设计能够增加发射链路和接收链路之间的隔离度，抵消发射信号在第三天线和第四天线处的接收干扰，在实际射频前端电路的布局时，需要设置第一天线、第二天线、第三天线和第四天线处在同一条直线上，第一天线、第二天线、第三天线和第四天线的位置依次排列为第一天线、第三天线、第二天线和第四天线(如图1的位置所示)，第一天线和第三天线的间距为λ/2(或者λ/4)，第二天线和第三天线的间距为λ/4+nλ，第二天线和所述第四天线的间距为λ/2(或者λ/4)，并且根据天线间距相应调整可调衰减器和可调移相器的参数(例如，当第一天线和第三天线的间距为λ/4，第二天线和第三天线的间距为λ/4，第二天线和所述第四天线的间距为λ/4时，设置第一可调移相器和第二可调移相器的移相为0°；当第一天线和第三天线的间距为λ/2，第二天线和第三天线的间距为λ/4，第二天线和所述第四天线的间距为λ/2时，设置第一可调移相器和第二可调移相器的移相为90°)，同时，在pcb布线时采用差分走线、蛇形走线等，这样可以保证每一路链路上的相位延迟相同，优化隔离效果。

本发明实施例所提供的一种两发两收全双工通信射频前端电路，可以在共时同频段的全双工通信时增加发射链路和接收链路之间的隔离度，消除同频自干扰。

下面结合具体的信号分析对本发明实施例所提供的一种两发两收全双工通信射频前端电路的工作原理进行说明：

参见图2所示，是本发明提供的一种两发两收全双工通信射频前端电路的第一接收零点区域相位分析示意图，天线01和天线21的间距设为λ/2，天线21和天线22的间距设为λ/4，天线22和天线02的间距设为λ/2，一个λ对应360°，此时可调移相器01和可调移相器02的移相均为0°，每一路传输链路上的信号传输相位延迟用a表示(通过射频前端电路中各器件的参数设置以及走线布局设计保证四条路径相位延迟相同)，环形器01和环形器02均包括三个端口，当信号从第一个端口输入时，只能沿着箭头方向传输到第二个端口，并在第三个端口隔离。

具体的，第一路发射01发出的发射信号经过发射链路传输到耦合器01，经过耦合器01生成两路等功率正交信号，相位分别为-180°和-90°，-180°对应的信号依次经过可调衰减器01和可调移相器01到达天线01，通过天线01辐射出的信号相位为-180°+a(称为第一路信号)，第一路信号相对于接收天线21处所对应的相位延迟为-180°+a-λ/2＝-180°+a-180°＝-360°+a；-90°对应的信号通过环形器02到达天线02，通过天线02辐射出的信号相位为-90°+a(称为第二路信号)，第二路信号相对于接收天线21处所对应的相位延迟为-90°+a-λ/2-λ/4＝-90°+a-180°-90°＝-360°+a。

第二路发射22发出的发射信号经过发射链路传输到耦合器02，经过耦合器02生成两路等功率正交信号，相位分别为-180°和-90°，-90°对应的信号依次经过可调衰减器21和可调移相器22到达天线22，通过天线22辐射出的信号相位为-90°+a(称为第三路信号)，第三路信号相对于接收天线21处所对应的相位延迟为-90°+a-λ/4＝-90°+a-90°＝-180°+a；-180°对应的信号通过环形器01到达天线21，通过天线21辐射出的信号相位为-180°+a(称为第四路信号)。

则天线22在天线21处的信号，与天线01和天线02在天线21处的信号相位相反，相差180°，在接收天线21处，即有第一路信号+第二路信号与第三路信号+第四路信号之间的相位差为【-360°+a+(-360°+a)】-【-180°+a+(-180°+a)】＝0°，因此产生相位抵消效果，也就是说，在天线21处形成了第一接收零点区域。

参见图3所示，是本发明提供的一种两发两收全双工通信射频前端电路的第二接收零点区域相位分析示意图，与上述分析过程同理，第一路发射01发出的发射信号相对于接收天线02处所对应的相位延迟分别为-180°+a-λ/2-λ/4-λ/2＝-180°+a-180°-90°-180°＝-270°+a和-90°+a，第二路发射22发出的发射信号相对于接收天线02处所对应的相位延迟分别为-180°+a-λ/4-λ/2＝-180°+a-90°-180°＝-90°+a和-90°+a-λ/2＝-90°+a-180°＝-270°+a，则天线01在天线02处的信号，与天线21和天线22在天线02处的信号相位相反，相差180°，即有【-270°+a+(-90°+a)】-【-90°+a+(-270°+a)】＝0°，因此产生相位抵消效果，也就是说，在天线02处形成了第二接收零点区域。

由于天线02和天线21均为发射和接收共用天线，为了使发射链路和接收链路隔离，在射频前端电路中加入了环形器01和环形器02，利用环形器信号单向传输的特点，可以使发射和接收隔离。

需要说明的是，天线01、天线02和天线22与天线21的间距不一样，信号经过的空间衰减也不一样，通过可调衰减器01和可调衰减器21可以调节信号幅值，使得信号在接收天线21处的幅值抵消，天线01和天线21的间距、天线02和天线22的间距取其他值时，通过可调移相器01和可调移相器22可以调节信号相位，使得信号在接收天线21处的相位抵消，因此通过调节天线间距可以获得最优抵消效果。

但是，在实际使用中，由于环形器无法做到理想情况，当信号从第一个端口输入时，沿着箭头方向的第二个端口有信号输出，此时第三个端口并不能完全隔离，会有很少部分能量泄露到第三个端口，如图4a所示，是本发明提供的环形器的泄露信号生成示意图，环形器从端口1接收到发射信号，通过端口2传输到天线端，会在端口3相应产生泄露信号，由于实际中有用的接收信号往往比发射信号弱几十db，因此即使有极少部分的能量泄露，也会对信号接收造成明显的影响。

另外，对信号接收影响较大的还有天线端的反射，如图4b所示，是本发明提供的环形器的反射信号生成示意图，环形器从端口1接收到发射信号，通过端口2传输到天线端，发射信号传输到天线端口时，由于阻抗不连续会产生反射信号，并通过端口3输出，反射信号与环形器接收到的发射信号的传输方向一致，一般难以消除。

在本发明实施例所提供的一种两发两收全双工通信射频前端电路中，通过在发射端和接收端引入耦合器，可以有效消除发射信号的泄露信号和反射信号，进一步提高发射链路和接收链路的隔离度，具体的，参见图5所示，是本发明提供的一种两发两收全双工通信射频前端电路的泄露信号和反射信号相位分析示意图，结合上述分析过程可知：

第一路发射01发出的发射信号依次经过耦合器01和环形器02后产生第一泄露信号①，相位为-90°+b(b表示从耦合器01的-90°输出，到环形器02，再到耦合器04的相位延迟)，并且产生第一反射信号②，相位为-90°+c(c表示从耦合器01的-90°输出，到环形器02，在天线02处引起反射，再回到耦合器04的相位延迟)。

第二路发射22发出的发射信号依次经过耦合器02和环形器01后产生第二泄露信号③，相位为-180°+b(b表示从耦合器02的-180°输出，到环形器01，再到耦合器04的相位延迟)，并且产生第二反射信号④，相位为-180°+c(c表示从耦合器02的-180°输出，到环形器01，在天线21处引起反射，再回到耦合器04的相位延迟)。

两路接收链路上的第一泄露信号①和第二泄露信号③的相位相差90°，幅值相同，两路接收链路上的第一反射信号②和第二反射信号④的相位相差90°，幅值相同；其中，两路相位延迟b相同、两路相位延迟c相同以及信号幅值相同的条件为：保证两路器件性能一致，走线相位延迟相同；则根据耦合器原理，第一反射信号②和第二反射信号④将在耦合器04的端口4叠加输出，并通过负载到地消除反射，在端口3相抵消；第一泄露信号①和第二泄露信号③的消除原理与反射信号一致，不再赘述；因此，经过耦合器04后，有用的接收信号从耦合器04的端口3输出到耦合器03，然后经过耦合器03分为两路信号传输到对应的接收链路。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。