[发明专利]一种宽带低噪声高功率容限的准环形器有效

专利信息
申请号: 202010402687.7 申请日: 2020-05-13
公开(公告)号: CN111510108B 公开(公告)日: 2023-08-01
发明(设计)人: 陈文;舒一洋;邓至贤;钱慧珍;罗讯 申请(专利权)人: 电子科技大学
主分类号: H03H11/04 分类号: H03H11/04;H01P1/38
代理公司: 成都智弘知识产权代理有限公司 51275 代理人: 丁亮;陈春
地址: 611731 四川省成*** 国省代码: 四川;51
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摘要:
搜索关键词: 一种 宽带 噪声 功率 容限 环形
【说明书】:

本申请公开了一种宽带低噪声高功率容限的准环形器,宽带180°混合网络的求和端口与准环形器的发射端电连接,求差端口与准环形器的接收端电连接,第一输入端口与双向同相级电路的第一端电连接,第二输入端口与非互易反相级电路的第一端电连接,双向同相级电路的第二端和非互易反相级电路的第二端均与天线电连接,阻抗平衡电阻的第一端分别与非互易反相级电路第一端与第二输入端口电连接,第二端接地。利用双向同相级和非互易反相级电路结合宽带180°混合网络和阻抗平衡电阻实现准环形器。不仅实现了天线端到发射端的反向隔离,还实现了接收路径无基本的3‑dB路径损耗,进而在较宽频率范围内高的发射端功率容限和低的接收端噪声系数。

技术领域

本申请涉及准环形器技术领域,具体涉及一种宽带低噪声高功率容限的准环形器。

背景技术

随着现代无线通信中对高数据速率的不断增长的需求,近年来急剧需要和开发具有大容量的无线信道,同时需要提高信道的频谱利用率。在提高频谱利用率的各种技术中,引入了全双工系统以使频谱效率加倍。与频分双工或时分双工不同,这种全双工系统可以允许发射机(TX)和接收机(RX)同时以相同的频率工作。全双工收发器的关键挑战之一是从发射机发送的信号可以由其自身的接收机接收,这会引起自干扰。为了避免这种自干扰,发射机输出和接收机基带之间应该具有很高的隔离度。

微波环形器或准环形器是一个三端口器件,只允许信号在它的三个端口之间单向环行传输。准环形器作为在全双工系统中被广泛使用的核心部件,它具有将发射系统和接收系统连接和隔离的作用,使信号发射和信号接收共用一个天线,大大节省了系统尺寸和成本。准环形器的性能直接影响整个收发系统的质量,作为最常见的器件广泛应用于射频前端,单向放大器,单向移相器中。准环形器应用于全双工收发系统中,关键的是实现发射端口和接收端口之间高的隔离度,实现发射通道和接收通道两者各自完成其功能而不相互影响。同时,在较宽的工作频率范围内具有低的插入损耗,各端口之间良好的回波损耗性能,低的接收端噪声系数(NF)和高的发射端1dB压缩点(P1dB)等仍然决定着系统的优秀操作性能。

如图1所示,提供了一种具有高收发隔离度的有源准环形器电路。这种结构利用晶体管的非互易性来实现准环形器的单向功能,并结合相位抵消的原理来实现准环形器的发射端和接收端的隔离,另外通过利用可变电容器实现了工作中心频率的可调。这种结构可以实现较宽频带内发射端口和接收端口的高隔离度。但是这种结构拥有相对较高的回波损耗,并且由于过多地使用晶体管,接收端噪声系数较大,以及由于利用功率放大器级来实现天线端到发射端的反向隔离,限制了其发射端的功率容限,即1dB压缩点(P1dB)。图2和图3分别提供了采用单向放大器或隔离器和无源电路相结合的电路设计思想以实现设计灵活、性能优良的准环形器。包括基于无源Lange耦合器和放大器的准环形器电路(图2)、隔离器和无源功率分配器的准环形器电路(图3)。但是这种组合型准环形器存在无源器件引入的基本3-dB路径损耗,也使得接收路径的噪声系数较大,并且工作频率范围还需要进一步扩大。

因此,如何实现准环形器在宽的工作频率范围内接收端低的噪声系数和发射端高的功率容限是本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本申请为了解决上述技术问题,提出了如下技术方案:

第一方面,本申请实施例提供了一种宽带低噪声高功率容限的准环形器,包括:双向同相级电路、非互易反相级电路和宽带180°混合网络,所述宽带180°混合网络设置有求和端口、求差端口、第一输入端口和第二输入端口,所述求和端口与准环形器的发射端电连接,所述求差端口与所述准环形器的接收端电连接,所述第一输入端口与所述双向同相级电路的第一端电连接,所述第二输入端口与所述非互易反相级电路的第一端电连接,所述双向同相级电路的第二端和所述非互易反相级电路的第二端均与天线电连接,所述非互易反相级电路第一端与所述第二输入端口之间设置有阻抗平衡电阻,所述阻抗平衡电阻的第一端分别与所述非互易反相级电路第一端与所述第二输入端口电连接,所述阻抗平衡电阻的第二端接地。

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