一种3dB正交混合耦合器及射频前端模块、通信终端制造技术

本发明专利技术公开了一种3dB正交混合耦合器及射频前端模块、通信终端。该3dB正交混合耦合器可以设置在基板上，通过直通金属线圈与耦合金属线圈采用层叠结构、共面结构或层叠结构与共面结构的组合形式，使得相应的射频信号输入端口和第一射频信号输出端口、隔离端口和第二射频信号输出端口连接。同时，根据3dB正交混合耦合器的工作频率和端口特征阻抗的要求，调整直通金属线圈与耦合金属线圈的匝数、层数，以降低耦合器插入损耗，优化3dB正交混合耦合器的端口反射系数、端口隔离度等射频性能。利用本发明专利技术，可以有效节省芯片面积，降低了射频前端模块的设计成本。

【技术实现步骤摘要】
一种3dB正交混合耦合器及射频前端模块、通信终端
本专利技术涉及一种3dB正交混合耦合器，同时也涉及包括该3dB正交混合耦合器的射频前端模块及相应的通信终端。
技术介绍
3dB正交混合耦合器是一种常用的四端口设备，可以在保持端口之间高隔离的同时均分输入信号，并且在两路输出信号之间产生90°相移，或者在保持端口之间高隔离的同时合并两个相位差为90°的输入信号。如图1所示，现有技术中的3dB正交混合耦合器包括两条交叉的四分之一波长传输线。理想情况下，当射频信号输入端口输入射频信号时，一半射频信号(相当于3dB)直通到射频信号输出1(相位为0°)端口，另一半射频信号耦合到射频信号输出2(相位为90°)端口。将3dB正交混合耦合器的端口因不匹配产生的反射能量引导流入隔离端口或在射频信号输入端口抵消，可以避免损坏驱动器设备(功率单元)。在4G/5G等移动终端所使用的射频前端模块中，空间比较有限。如果要实现较佳的射频性能，3dB正交混合耦合器一般都是通过芯片来实现，但受限于芯片上无源器件的Q值较低，使得3dB正交混合耦合器的插入损耗较大。此外，由于有些工艺制造的芯片只提供单层或者两层不同厚度的金属，使得3dB正交混合耦合器的端口出现阻抗失配、隔离度不好的问题。另外，在芯片上设计3dB正交混合耦合器会占用较大的芯片面积，进而增加射频前端模块的设计成本。
技术实现思路
本专利技术所要解决的首要技术问题在于提供一种在基板上实现的3dB正交混合耦合器。本专利技术所要解决的另一技术问题在于提供一种包括上述3dB正交混合耦合器的射频前端模块及通信终端。为了实现上述目的，本专利技术采用下述的技术方案：根据本专利技术实施例的第一方面，提供一种3dB正交混合耦合器，所述3dB正交混合耦合器设置在基板上，包括射频信号输入端口、第一射频信号输出端口、第二射频信号输出端口、隔离端口、连接于所述射频信号输入端口和所述第一射频信号输出端口之间的直通金属线圈，连接于所述隔离端口和所述第二射频信号输出端口之间的耦合金属线圈，所述隔离端口连接隔离电阻到地；当所述射频信号输入端口输入射频输入信号时，所述直通金属线圈与所述耦合金属线圈通过电磁耦合和电容耦合，一半的所述射频输入信号流向所述第一射频信号输出端口，另一半的所述射频输入信号耦合到所述第二射频信号输出端口，两路射频输出信号相位相差90度。其中较优地，所述直通金属线圈与所述耦合金属线圈采用层叠结构时，所述直通金属线圈与所述耦合金属线圈通过金属线圈表面进行电容耦合。其中较优地，在所述基板上，所述直通金属线圈与所述耦合金属线圈交错排布。其中较优地，当所述直通金属线圈与所述耦合金属线圈采用共面结构时，所述直通金属线圈与所述耦合金属线圈通过金属线圈边缘进行电容耦合。其中较优地，在所述基板上，每一层的所述直通金属线圈与所述耦合金属线圈等间距交错排布，相邻层之间的所述直通金属线圈与所述耦合金属线圈的位置相同。其中较优地，当所述直通金属线圈与所述耦合金属线圈采用层叠结构与共面结构的组合形式时，所述直通金属线圈与所述耦合金属线圈通过金属线圈表面与金属线圈边缘组合的形式进行电容耦合。其中较优地，在所述基板上，每一层的所述直通金属线圈与所述耦合金属线圈等间距交错排布，相邻层之间的所述直通金属线圈与所述耦合金属线圈的位置相反。其中较优地，各层之间的所述直通金属线圈与所述耦合金属线圈的连接关系为：位于首层的所述耦合金属线圈的一端连接所述第一射频信号输出端口，并通过第五通孔分别与位于奇数层的所述耦合金属线圈的一端连接，位于首层的所述耦合金属线圈的另一端通过第六通孔分别与位于偶数层的所述耦合金属线圈的一端、奇数层的所述耦合金属线圈的另一端连接，位于第二层的所述耦合金属线圈的另一端通过第七通孔分别与位于偶数层的所述耦合金属线圈的另一端连接，位于最后一层的所述耦合金属线圈的另一端还与所述隔离端口连接；位于首层的所述直通金属线圈的一端连接所述第一射频信号输出端口，并通过第八通孔分别与位于奇数层的所述直通金属线圈的一端连接，位于首层的所述直通金属线圈的另一端通过第九通孔分别与位于偶数层的所述直通金属线圈的一端、奇数层的所述直通金属线圈的另一端连接，位于第二层的所述直通金属线圈的另一端与所述射频信号输入端口连接，并通过第十通孔分别与位于偶数层的所述直通金属线圈的另一端连接。根据本专利技术实施例的第二方面，提供一种射频前端模块，所述射频前端模块中包括有上述的3dB正交混合耦合器。根据本专利技术实施例的第三方面，提供一种通信终端，所述通信终端中包括有上述的3dB正交混合耦合器。本专利技术所提供的3dB正交混合耦合器可以在基板上实现。为此，将直通金属线圈与耦合金属线圈采用层叠结构、共面结构或层叠结构与共面结构的组合形式，使得相应的射频信号输入端口和第一射频信号输出端口、隔离端口和第二射频信号输出端口连接。根据3dB正交混合耦合器的工作频率和端口特征阻抗的要求，调整直通金属线圈与耦合金属线圈的匝数、层数，以降低耦合器插入损耗，优化3dB正交混合耦合器的端口反射系数、端口隔离度等射频性能。利用本专利技术，可以有效节省芯片面积，降低了射频前端模块的设计成本。附图说明图1为现有技术中的3dB正交混合耦合器的结构示意图；图2为耦合线耦合器的结构示意图及偶模电容等效电路；图3为耦合线耦合器的结构示意图及奇模电容等效电路；图4为本专利技术所提供的3dB正交混合耦合器的层叠结构示意图；图5为本专利技术所提供的3dB正交混合耦合器中，单层金属线圈的共面结构示意图；图6为本专利技术所提供的3dB正交混合耦合器中，多层金属线圈的共面结构示意图；图7为本专利技术所提供的3dB正交混合耦合器中，两层金属线圈层叠共面的混合结构示意图；图8为本专利技术所提供的3dB正交混合耦合器中，多层金属线圈层叠共面的混合结构示意图；图9为本专利技术所提供的3dB正交混合耦合器中，三个端口发射系数的仿真结果示意图；图10为本专利技术所提供的3dB正交混合耦合器中，插入损耗的仿真结果示意图；图11为本专利技术所提供的3dB正交混合耦合器中，两路射频输出信号功率差的仿真结果示意图；图12为本专利技术所提供的3dB正交混合耦合器中，两路射频输出信号相位差的仿真结果示意图；图13为本专利技术所提供的3dB正交混合耦合器中，两路射频输出信号端口隔离度的仿真结果示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术的
技术实现思路
做进一步的详细说明。为了有效降低射频前端模块的设计成本，如图4～图6所示，本专利技术提供了一种可以在基板上实现的3dB正交混合耦合器。该3dB正交混合耦合器包括射频信号输入端口1，第一射频信号输出端口2，第二射频信号输出端口3，隔离端口4，连接于射频信号输入端口1和第一射频信号输出端口2之间的直通金属线圈，连接于隔离端口4和第二射频信号输出端口3之间的耦合金属线圈，隔离端口4连接隔离电阻到地。...

【技术保护点】
1.一种3dB正交混合耦合器，其特征在于设置在基板上，包括射频信号输入端口、第一射频信号输出端口、第二射频信号输出端口、隔离端口、连接于所述射频信号输入端口和所述第一射频信号输出端口之间的直通金属线圈，连接于所述隔离端口和所述第二射频信号输出端口之间的耦合金属线圈，所述隔离端口连接隔离电阻到地；/n当所述射频信号输入端口输入射频输入信号时，所述直通金属线圈与所述耦合金属线圈通过电磁耦合和电容耦合，一半的所述射频输入信号流向所述第一射频信号输出端口，另一半的所述射频输入信号耦合到所述第二射频信号输出端口，两路射频输出信号相位相差90度。/n

【技术特征摘要】
1.一种3dB正交混合耦合器，其特征在于设置在基板上，包括射频信号输入端口、第一射频信号输出端口、第二射频信号输出端口、隔离端口、连接于所述射频信号输入端口和所述第一射频信号输出端口之间的直通金属线圈，连接于所述隔离端口和所述第二射频信号输出端口之间的耦合金属线圈，所述隔离端口连接隔离电阻到地；
当所述射频信号输入端口输入射频输入信号时，所述直通金属线圈与所述耦合金属线圈通过电磁耦合和电容耦合，一半的所述射频输入信号流向所述第一射频信号输出端口，另一半的所述射频输入信号耦合到所述第二射频信号输出端口，两路射频输出信号相位相差90度。


2.如权利要求1所述的3dB正交混合耦合器，其特征在于：
所述直通金属线圈与所述耦合金属线圈采用层叠结构时，所述直通金属线圈与所述耦合金属线圈通过金属线圈表面进行电容耦合。


3.如权利要求2所述的3dB正交混合耦合器，其特征在于：
在所述基板上，所述直通金属线圈与所述耦合金属线圈交错排布。


4.如权利要求1所述的3dB正交混合耦合器，其特征在于：
当所述直通金属线圈与所述耦合金属线圈采用共面结构时，所述直通金属线圈与所述耦合金属线圈通过金属线圈边缘进行电容耦合。


5.如权利要求4所述的3dB正交混合耦合器，其特征在于：
在所述基板上，每一层的所述直通金属线圈与所述耦合金属线圈等间距交错排布，相邻层之间的所述直通金属线圈与所述耦合金属线圈的位置相同。


6.如权利要求1所述的3dB正交混合耦合器，其特征在于：
当所述直通金属线圈与所述耦合金属线圈采用层叠结构与共面结构的组合形式时，所述直通金...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈岗，白云芳，
申请(专利权)人：唯捷创芯天津电子技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12