一种微波收发前端电路的制作方法

[0001]
本发明涉及微波收发前端电路技术领域，特别是一种微波收发前端电路。


背景技术：

[0002]
微波收发前端电路是雷达相控阵组件和无线通信系统中紧随天线的部分，对无线信号进行接收和发射，通常包括发射机的最末级功率放大器，接收机中最前级的低噪声放大器以及发射/接收开关，以支持时分双工（tdd）。通常，系统要求微波收发前端电路在发射模式下具有高线性度和高输出功率，在接收模式下具备低噪声系数，不仅要求宽频带、低插损和高隔离度，还要较小的尺寸来实现高集成度和低成本。
[0003]
现有的微波收发前端芯片，其电路如图1所示，通常包含接收通路的低噪声放大器，发射通路的高功率放大器，和大功率收发开关，采用定制的大功率收发开关实现收发切换。要求收发开关低损耗又要承受功率高，必然需要尺寸更大的晶体管，但是引入的寄生参数会限制开关的频率特性，特别是毫米波及以上频段收发开关的性能比较差。
[0004]
同时，随着相控阵组件和毫米波通信系统中阵列规模的增大，如何改进微波收发前端电路的结构，提高收发效能，提高芯片的集成度，成为亟待解决的问题。


技术实现要素：

[0005]
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种微波收发前端电路，采用发射平衡式功率合成的耦合器实现收发开关切换，可以减小电路损耗，提升电路性能，缩小电路占用面积和降低成本。
[0006]
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：根据本发明提出的一种微波收发前端电路，包括第一耦合器、第二耦合器、第一功率放大器、第二功率放大器、低噪声放大器、第一微带、第一到地开关、第二微带、第二到地开关和负载电阻；其中，第一耦合器的隔离端与低噪声放大器的输入端连接，低噪声放大器的输出端作为微波收发前端电路的接收输出端，第一耦合器的耦合端与第一微带的一端、第一功率放大器的输出端分别连接，第一微带的另一端与第一到地开关的输入端连接，第一到地开关的输出端接地，第一耦合器的直通端与第二微带的一端、第二功率放大器的输出端分别连接，第二微带的另一端与第二到地开关的输入端连接，第二到地开关的输出端接地，第一到地开关的控制端、第二到地开关的控制端作为微波收发前端电路的收发控制端，第一耦合器的输入端作为微波收发前端电路的公共端，第一功率放大器的输入端与第二耦合器的直通端连接，第二功率放大器的输入端与第二耦合器的耦合端连接，第二耦合器的隔离端与负载电阻的一端连接，负载电阻的另一端接地，第二耦合器的输入端作为微波收发前端电路的发射输入端；第一功率放大器的电源端和第二功率放大器的电源端连接。
[0007]
作为本发明所述的一种微波收发前端电路进一步优化方案，第一功率放大器的电源端与微波收发前端电路的第一电源端vt连接,低噪声放大器的电源端与微波收发前端电
路的第二电源端vr连接。
[0008]
一种微波收发前端电路，包括第一耦合器、第二耦合器、第一功率放大器、第二功率放大器、低噪声放大器和负载电阻；其中，第一耦合器的隔离端与低噪声放大器的输入端连接，低噪声放大器的输出端作为微波收发前端电路的输出端，第一耦合器的耦合端与第一功率放大器的输出端连接，第一耦合器的直通端与第二功率放大器的输出端连接，第一到地开关的控制端、第二到地开关的控制端作为微波收发前端电路的收发控制端，第一耦合器的输入端作为微波收发前端电路的公共端，第一功率放大器的输入端与第二耦合器的直通端连接，第二功率放大器的输入端与第二耦合器的耦合端连接，第二耦合器的隔离端与负载电阻的一端连接，负载电阻的另一端接地，第二耦合器的输入端作为微波收发前端电路的发射输入端；第一功率放大器的电源端和第二功率放大器的电源端连接；接收通道工作时，第一耦合器的耦合端和直通端匹配到开路点。
[0009]
作为本发明所述的一种微波收发前端电路进一步优化方案，第一功率放大器的电源端与微波收发前端电路的第一电源端vt连接,低噪声放大器的电源端与微波收发前端电路的第二电源端vr连接。
[0010]
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：（1）消除了发射通道由收发切换带来的损耗，输出功率为两路合成后的功率，提高了发射功率、发射线性度和效率；（2）天线端到低噪声放大器输入端引入的损耗比现有的功率开关小很多，减小了接收通道由收发切换带来的损耗，降低了收发切换对接收通道损耗和噪声的恶化；（3）利用耦合器实现收发切换，发射通道受天线端的牵引比较小；（4）不需要额外的收发开关结构，电路占用面积小，有利于集成和小型化设计；（5）总体而言，本发明提供的微波收发开关及收发前端电路，收发切换不降低发射态功率，接收态损耗，面积小，成本低，发射通道具有较好的抗负载牵引能力，可以广泛的应用于相控阵系统中。
附图说明
[0011]
图1为现有微波收发前端结构框图。
[0012]
图2为本发明实施列中lange桥耦合器四个端口的示意图。
[0013]
图3a为本发明实施列工作在发射状态时耦合器1的信号流向示意图。
[0014]
图3b为本发明实施列工作在接收状态时耦合器1的信号流向示意图。
[0015]
图4为本发明实施例1的电路结构示意图。
[0016]
图5为本发明实施例2的电路结构示意图。
具体实施方式
[0017]
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：在本发明中，第一耦合器就是指图中的耦合器1，第二耦合器就是指图中的耦合器2，第一功率放大器就是指图中的功率放大器1，第二功率放大器就是指图中的功率放大器2。本发明公开了一种微波收发前端电路，其中该收发前端电路公共端和耦合器1的输入端相连，
耦合器1的隔离端和低噪声放大器输入端相连，该收发前端电路的接收输出端和低噪声放大器输出端相连，功率放大器1和功率放大器2的输出端分别与耦合器1的耦合端和直通端相连，可选的两路功率放大器的输出端并联匹配微带和到地开关；所述的微波收发前端电路工作在发射状态时，低噪声放大器电源端加电，该收发前端电路发射输出功率为功率放大器1和功率放大器2两路合成后的功率，没有额外的开关损耗，同时采用平衡式结构，提高放大器抗负载牵引能力；所述的微波收发前端电路接收通路工作时，功率放大器1和功率放大器2电源不加电，可选的并联匹配微带和到地开关打开，耦合器1的耦合端和直通端匹配到开路点，公共端信号通过耦合器1耦合到隔离端，到达低噪声放大器的输入端。
[0018]
所述的微波收发前端电路，工作在接收状态时，功率放大器1和功率放大器2电源不加电，功率放大器1和功率放大器2的关态驻波较大，耦合器1的耦合端和直通端接近匹配到开路点，功率放大器1和功率放大器2的输出端无需额外的匹配电路。
[0019]
图中的r为微波收发前端电路的接收输出端，vc为微波收发前端电路的收发控制端，com为微波收发前端电路的公共端，t为微波收发前端电路的发射输入端；vt为微波收发前端电路的第一电源端，vr为微波收发前端电路的第二电源端。
[0020]
实施例1：如图4所示，本实施例中微波收发前端电路的所述天线端和耦合器1的输入端相连，耦合器1的隔离端和低噪声放大器输入端相连，该收发前端电路的接收输出端和低噪声放大器输出端相连，功率放大器1和功率放大器2的输出端分别与耦合器1的耦合端和直通端相连。该收发前端电路的发射输入端与耦合器2的输入端相连，功率放大器1和功率放大器2的输入端分别与耦合器2的直通端和耦合端相连，耦合器2的隔离端匹配50欧姆到地。收发控制端控制到地开关导通，功率放大器1和功率放大器2的输出端并联匹配微带线。
[0021]
本实施例中耦合器1和耦合器2是lange桥耦合器，参考图2有四个端口，分别是输入端1,直通端2，耦合端3，隔离端4，隔离端50欧姆匹配到地时，信号从输入端输入，直通端输出-90
°
相差的信号，耦合端输出同相信号，幅度相同。该收发前端电路工作在发射状态时，接收低噪声放大器电源加电，其输入端关态驻波匹配到50欧姆，耦合器1的工作状态参考图3a；工作在接收状态时，功率放大器1和功率放大器2电源不加电，收发控制端控制到地开关导通，功率放大器1和功率放大器2的输出端并联匹配微带线，耦合器1的耦合端和直通端匹配到开路点，耦合器1的工作状态参考图3b，耦合器2不工作。
[0022]
实施例2：如图5所示，本实施例中微波收发前端电路的所述天线端和耦合器1的输入端相连，耦合器1的隔离端和低噪声放大器输入端相连，该收发前端电路的接收输出端和低噪声放大器输出端相连，功率放大器1和功率放大器2的输出端分别与耦合器1的耦合端和直通端相连。发射输入端与耦合器2的输入端相连，功率放大器1和功率放大器2的输入端分别与耦合器2的直通端和耦合端相连，耦合器2的隔离端匹配50欧姆到地。
[0023]
该收发前端电路工作在发射状态时，接收低噪声放大器电源加电，其低噪声放大器输入端关态驻波匹配到50欧姆，耦合器1的工作状态参考图3a；工作在接收状态时，功率放大器1和功率放大器2电源不加电，功率放大器1和功率放大器2的输入端驻波接近匹配到开路点，即耦合器1的耦合端和直通端匹配到开路点，耦合器1的工作状态参考图3b，耦合器2不工作。
[0024]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。