CN210609159U - 5g终端信号收发装置以及终端 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种5G终端信号收发装置以及终端，属于通信技术领域。其中所述装置包括：基带处理单元、射频信号收发信机、射频前端模块、匹配谐调芯片以及天线，其中，所述射频前端模块与所述匹配谐调芯片相连；所述射频信号收发信机与所述射频前端模块相连；所述基带处理单元与所述射频信号收发信机相连；所述匹配谐调芯片与所述天线相连。本实用新型可以能够保证通信信号具有最佳的传输性能，增强终端收发信号的强度。

Description

5G终端信号收发装置以及终端

技术领域

本实用新型涉及通信技术领域，特别涉及一种5G终端信号收发装置以及终端。

背景技术

随着经济的发展和社会的进步，消费者对通信技术的发展提出了新的需求，例如更高的通信速率、更低的网络延时、更大的网络容量等，现有移动通信技术难以满足未来需求，急需研发新一代通信技术，由此，第五代移动通信技术5th generation mobilenetworks、5th generation wireless systems、或5th-Generation，简称5G或5G技术)应运而生。第五代移动通信技术是最新一代蜂窝移动通信技术，也是继4G(LTE-A、WiMax)、3G(UMTS、LTE)和2G(GSM)***之后的延伸。5G的性能目标是高数据传输速率、减少延迟、节省能源、降低成本、提高***容量和大规模设备连接。

现有技术中，5G终端通常会工作在SUB-6GHz频段，同时还必须兼容2G/3G/4G通信。随着频段和带宽的增加以及手机对轻、薄化、高屏占比的要求，手机天线性能呈日趋下降趋势，影响到了用户对手机的最基本需求，不能保证通信信号的最佳传输性能，用户通信体验较差。

实用新型内容

本实用新型提供一种5G终端信号收发装置以及终端，以保证通信信号具有最佳的传输性能，增强终端收发信号的强度。

所述技术方案如下：

本实用新型实施例提供了一种5G终端信号收发装置，其包括：基带处理单元、射频信号收发信机、射频前端模块、匹配谐调芯片、以及用于收发入射信号和反射信号的天线，其中，所述射频前端模块与所述匹配谐调芯片相连；所述射频信号收发信机与所述射频前端模块相连；所述基带处理单元与所述射频信号收发信机相连；所述匹配谐调芯片与所述天线相连。

在本实用新型较佳的实施例中，所述射频前端模块的输出端连接微带或带状的射频传输线。

在本实用新型较佳的实施例中，所述射频前端模块包括至少一个，所述天线包括至少一根，所述5G终端信号收发装置还包括第一射频开关，所述匹配谐调芯片包括至少一个，至少一个射频前端模块中的每一射频前端模块与射频信号收发信机、第一射频开关、至少一个匹配谐调芯片中一个匹配谐调芯片相连，所述基带处理单元还与第一射频开关、匹配谐调芯片相连。

在本实用新型较佳的实施例中，所述射频前端模块包括低频射频前端模块、中频射频前端模块和高频射频前端模块，所述5G终端信号收发装置还包括第一射频开关，所述至少一个匹配谐调芯片包括第一匹配谐调芯片、第二匹配谐调芯片、第三匹配谐调芯片，所述低频射频前端模块与射频信号收发信机、第一射频开关、第一匹配谐调芯片相连，所述中频射频前端模块与射频信号收发信机、第一射频开关、第二匹配谐调芯片相连，所述高频射频前端模块与射频信号收发信机、第一射频开关、第三匹配谐调芯片相连。

在本实用新型较佳的实施例中，所述天线包括低频天线、中频天线和高频天线，所述低频天线与第一匹配谐调芯片相连，所述中频天线与第二匹配谐调芯片相连，所述高频天线与第三匹配谐调芯片相连，所述基带处理单元还与第一射频开关、第一匹配谐调芯片、第二匹配谐调芯片和第三匹配谐调芯片相连。

在本实用新型较佳的实施例中，所述第一射频开关为三选一射频开关。

在本实用新型较佳的实施例中，所述低频为频率小于1GHz，所述中频为频率介于1GHz-3GHz之间，所述高频为频率介于3GHz-6GHz之间。

在本实用新型较佳的实施例中，所述高频射频前端模块、中频射频前端模块或低频射频前端模块均包括射频功率放大器、双工器组、多路射频开关、定向耦合器、至少一射频开关，所述射频功率放大器包括输入端和输出端，所述射频功率放大器的输入端与射频信号收发信机相连，所述射频功率放大器的输出端与双工器组相连，所述双工器组与多路射频开关相连，所述多路射频开关与相应射频前端模块的输出端相连，所述至少一射频开关之间相互连接。

在本实用新型较佳的实施例中，所述高频射频前端模块、中频射频前端模块或低频射频前端模块均还包括第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第一阻抗、第二阻抗、第三阻抗、第四阻抗，所述至少一射频开关包括第二射频开关、第三射频开关、第四射频开关，所述第四射频开关与第二射频开关的直通端和第三射频开关的直通端相连，所述第四射频开关还与定向耦合器的输出端相连，定向耦合器的输出端还与第一射频开关相连，所述第二射频开关的第一输出端通过第一电容、第一阻抗后接地；第二射频开关的第二输出端通过第二电容、第二阻抗后接地，所述第二射频开关还与定向耦合器的隔离端相连，所述第三射频开关的第一输出端通过第三电容、第三阻抗后接地，所述第三射频开关的第二输出端通过第四电容、第四阻抗后接地，所述第三射频开关还与定向耦合器的耦合端相连。

在本实用新型较佳的实施例中，所述第二和第三射频开关为单入多出射频开关，所述第四射频开关为二选一射频开关。

在本实用新型较佳的实施例中，所述第一电容、第二电容、第三电容均为电调可变电容，所述第一阻抗、第二阻抗、第三阻抗、第四阻抗均为电调可变阻抗。

在本实用新型较佳的实施例中，所述双工器组包括多个不同频段的双工器。

在本实用新型较佳的实施例中，所述定向耦合器为微带双定向耦合器，其尺寸小于十分之一的通信信号的波长，耦合度大于20dB，所述通信信号为入射信号或反射信号。

本实用新型实施例还提供了一种终端，其包括上述的5G终端信号收发装置。

本实用新型实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过射频前端模块输出入射信号和反射信号；射频信号收发信机检测射频前端模块输出的入射信号和反射信号后进行输出；基带处理单元控制匹配谐调芯片；匹配谐调芯片调整射频前端模块。从而保证终端在任何时间和状态下，通信信号均以最佳状态传输，增强了终端收发信号的强度，提升了用户在终端信号方面的体验。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的5G终端信号收发装置的结构框图；

图2是图1中的射频前端模块的电路结构框图。

具体实施方式

为更进一步阐述本实用新型为达成预定实用新型目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型提出的5G终端信号收发装置以及终端其具体实施方式、结构、特征及功效，详细说明如后。

有关本实用新型的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合参考图式的较佳实施例详细说明中将可清楚的呈现。通过具体实施方式的说明，当可对本实用新型为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而所附图式仅是提供参考与说明之用，并非用来对本实用新型加以限制。

图1是本实用新型实施例提供的5G终端信号收发装置的结构框图。所述5G终端信号收发装置能够保证通信信号具有最佳的传输性能，增强终端收发信号的强度。请参考图1，本实施例的5G终端信号收发装置包括：基带处理单元101、射频信号收发信机102、射频前端模块103、匹配谐调芯片10、天线11。

具体地，射频前端模块103，与射频信号收发信机102和匹配谐调芯片10相连，用于输出射频入射信号和反射信号。

优选地，射频前端模块103还用于对射频入射信号和反射信号进行放大、接收和滤波。射频前端模块103内有双定向耦合器，能对射频输入信号和反射信号进行输出。

射频信号收发信机102，与射频前端模块103相连，用于检测射频前端模块103输出的入射信号和反射信号后进行输出。优选地，射频信号收发信机102还用于将从射频前端模块103接收的射频信号转换为基带信号，送入基带处理单元101，还用于将基带处理单元101输出的基带信号转换为射频信号。

基带处理单元101，与射频信号收发信机102相连，基带处理单元10用于控制匹配谐调芯片10。优选地，基带处理单元101可以具体用于得到入射信号、反射信号的参数，并根据参数实时计算因使用环境影响而变化的天线阻抗，并根据天线阻抗控制匹配谐调芯片10。

优选地，基带处理单元101还用于根据入射信号、反射信号(例如可以是射频前端模块输出的入射信号和反射信号)的幅度和相位，实时计算出反射系数(等于反射信号电压与入射信号电压比值)，并依此控制匹配谐调芯片10，以保证射频前端模块103与天线11之间最佳的阻抗匹配。基带处理单元101还用于完成通信信号(例如入射信号和反射信号)的调制、解调，编解码等。

匹配谐调芯片10，与天线11相连，用于调整射频前端模块103。优选地，匹配谐调芯片10用于调整射频前端模块103与天线11间的阻抗匹配。

天线11，用于收、发射频通信信号，例如收、发射频入射信号和反射信号。

在5G终端中，按照工作频率包括低频(频率<1GHz)、中频(频率介于1GHz-3GHz之间)、高频(频率介于3GHz-6GHz之间)，对应有三种射频前端(FEM)，因此，优选地，射频前端模块103可以包括至少一个，天线包括至少一根，匹配谐调芯片包括至少一个，至少一个射频前端模块中的每一射频前端模块与射频信号收发信机、第一射频开关、至少一个匹配谐调芯片中一个匹配谐调芯片相连，基带处理单元还与第一射频开关、匹配谐调芯片相连。

优选地，至少一个射频前端模块包括低频射频前端模块104、中频射频前端模块105和高频射频前端模块106。天线11相应可以包括低频天线114、中频天线115和高频天线116。5G终端信号收发装置还可以包括第一射频开关(例如可以是三选一射频开关)110。至少一个匹配谐调芯片10可以设置为三个，分别为第一匹配谐调芯片1170、第二匹配谐调芯片1171、第三匹配谐调芯片1172。

低频射频前端模块104与射频信号收发信机102、三选一射频开关110、第一匹配谐调芯片1170相连，中频射频前端模块105与射频信号收发信机102、三选一射频开关110、第二匹配谐调芯片1171相连，高频射频前端模块106与射频信号收发信机102、三选一射频开关110、第三匹配谐调芯片1172相连。

低频天线114与第一匹配谐调芯片1170相连，中频天线115与第二匹配谐调芯片1171相连，高频天线116与第三匹配谐调芯片1172相连，基带处理单元101还与三选一射频开关110、第一匹配谐调芯片1170、第二匹配谐调芯片1171、第三匹配谐调芯片1172相连。

图2是射频前端模块的结构框图，在这里需要说明的是，高频射频前端模块106、中频射频前端模块105、低频射频前端模块104中只是器件的工作频段不同，其模块的电路架构和结构是完全相同的，均是图2的电路结构。如图2所示，射频前端模块20中的高频射频前端模块106、中频射频前端模块105或低频射频前端模块104均可以包括射频功率放大器200、双工器组201、多路射频开关202、定向耦合器20、至少一射频开关(例如包括第二射频开关，例如可以是单入多出射频开关206、第三射频开关，例如可以是单入多出射频开关207、第四射频开关，例如可以是二选一射频开关208)，优选地高频射频前端模块106、中频射频前端模块105、低频射频前端模块104还可以包括：第一电容222、第二电容223、第三电容220、第四电容221、第一阻抗217、第二阻抗218、第三阻抗219、第四阻抗230。优选地，第一电容222、第二电容223、第三电容220均可以为电调可变电容，第一阻抗217、第二阻抗218、第三阻抗219、第四阻抗230均可以为电调可变阻抗。

射频功率放大器200，包括输入端Input和输出端，其输入端Input与射频信号收发信机102相连，其输出端与双工器组201相连，用于对通信信号进行功率放大。

双工器组201，与多路射频开关202相连，双工器组201包括多个不同频段的双工器，用于将发射通信信号和接收的入射通信信号相隔离，以保证接收和发射能同时正常工作。

多路射频开关202，与相应射频前端模块(例如高频射频前端模块106、中频射频前端模块105或低频射频前端模块104)的输出端(即定向耦合器20的输出端Out)相连。

优选地，射频前端模块的输出端连接微带或带状的射频传输线。

优选地，定向耦合器20为微带双定向耦合器，其能够使不同的多个频带的通信信号进行耦合并输出，其包括隔离端204、耦合端205和输出端Out。为了降低对主射频通路的影响以及能够集成到射频前端模块中，定向耦合器的尺寸需要小于十分之一的通信信号的波长，耦合度大于20dB，这样的定向耦合器工作带宽很窄，方向性也比较低，所述通信信号为入射信号或反射信号。

优选地，至少一射频开关之间相互连接，至少一射频开关中的一个射频开关通过第一电容、第一阻抗后接地，还通过第二电容、第二阻抗后接地，至少一射频开关中的另一个射频开关通过第三电容、第三阻抗后接地，还通过第四电容、第四阻抗后接地，具体地，二选一射频开关208与第一单入多出射频开关206的直通端213和第二单入多出射频开关207的直通端210相连，二选一射频开关208还与定向耦合器20的输出端Out相连，定向耦合器20的输出端Out还与三选一射频开关110相连，第一单入多出射频开关206的第一输出端214通过第一电容222、第一阻抗217后接地；第一单入多出射频开关206的第二输出端215通过第二电容223、第二阻抗218后接地，第一单入多出射频开关206还与定向耦合器20的隔离端204相连，第二单入多出射频开关207的第一输出端211通过第三电容220、第三阻抗219后接地，第二单入多出射频开关207的第二输出端212通过第四电容220、第四阻抗219后接地，第二单入多出射频开关207还与定向耦合器20的耦合端205相连。因为目前手机等终端的射频收发信机通常只有一个功率检测口，但双定向耦合器需要检测耦合端和隔离端两路信号参数，例如功率，因此需要二选一射频开关208来实现两路信号的检测。

以中频射频前端模块105支持B40、B41这两个频段为例，5G终端信号收发装置的工作原理如下：

在终端设计阶段，首先标定定向耦合器20的方向性，在标定B40频段的定向耦合器的隔离端204的方向性时，第一单入多出射频开关206设置为连接直通端213，定向耦合器的隔离端204通过第一单入多出射频开关206的直通端213连接至二选一射频开关208，经二选一射频开关208输出到三选一射频开关110，最后输入至射频信号收发信机102进行检测；第二单入多出射频开关207设置为连接单入多出射频开关207的输出端211，定向耦合器的耦合端205经第二单入多出射频开关207的输出端211连接第三电容220和第三阻抗219，通过调整电调可变电容220，使定向耦合器20的隔离端204的方向性在B40频段满足要求，电调可变电容220的值存入基带处理单元101。

标定B40频段的定向耦合器的耦合端205的方向性时，第二单入多出射频开关207设置为连接直通端210，耦合端205通过单入多出射频开关207的直通端210连接至二选一射频开关208，经二选一射频开关208输出到三选一射频开关110，最后输入至射频信号收发信机102进行检测；第一单入多出射频开关206设置为连接第一单入多出射频开关206的输出端214，定向耦合器的隔离端204经单入多出射频开关206的输出端214连接电调可变电容222和阻抗217，通过调整电调可变电容222，使定向耦合器的耦合端205的方向性在B40频段满足要求，电调可变电容222的值存入基带处理单元101。

需要说明的是，B41频段的标定流程和B40频段相同，只是连接第一单入多出射频开关206的输出端214时换成连接单入多出射频开关206的输出端215即可，连接第二单入多出射频开关207的输出端211时换成连接第二单入多出射频开关207的输出端212即可。

在对定向耦合器的隔离端204、定向耦合器的耦合端205输出信号的幅度和相位差异进行标定时，以B40频段为例，首先检测入射的通信信号，定向耦合器20的隔离端204经第一单入多出射频开关206的输出端214连接电调可变电容222和阻抗217，定向耦合器的耦合端205的输出经第二单入多出射频开关207的直通端210、二选一射频开关208、三选一射频开关110，输入至射频收发信机102进行检测，并输出到基带处理单元101。

然后，检测反射的通信信号时，定向耦合器20的耦合端205经第二单入多出射频开关207的输出端211连接电调可变电容220和阻抗219，定向耦合器20的隔离端204的输出经第一单入多出射频开关206的直通端213、二选一射频开关208、定向耦合器的输出端Out、三选一射频开关110，输入至射频收发信机102进行检测，并输出到基带处理单元101；基带处理单元101计算两者(入射通信信号和反射通信信号)的幅度、相位差、反射系数等参数并存储。

上述装置中入射通信信号和反射通信信号可以采用分时检测方法。

需要说明的是，定向耦合器的方向性是通过端接的可变阻抗(例如第一至第四阻抗)来改善的。设置多组阻抗用于扩展定向耦合器的带宽，移动终端的工作频率是非连续的，而是分频段的，多组阻抗分别对应不同的频段。如果定向耦合器的性能一致性不好，可在终端生产线上对阻抗进行校准，并将校准值存储在相应的终端中；如果定向耦合器在单个频段内的工作带宽不足，可将这个频段再细分为几个子频段，在实验室或终端生产线上针对这些子频段对阻抗进行校准，并将校准值存储在相应的终端中。终端在开机工作后将这些值设置到射频前端模块中。本实用新型的双定向耦合器是一种可芯片集成，宽频段，高方向性的，基带处理单元根据双定向耦合器的输出信号，可以实时计算天线的阻抗，并根据该阻抗控制匹配调谐芯片，实现射频前端模块与天线间的最佳信号传输，以达到增强终端收发信号强度的目的。

终端工作时，通过射频信号收发信机102检测射频前端模块(例如高频射频前端模块106、中频射频前端模块105或低频射频前端模块104)输出的入射通信信号和反射通信信号，基带处理单元101可以利用一个已知阻抗代替天线对入射信号、反射信号的幅度和相位进行校准，校准值(例如反射系数的幅度和相位)存在终端(例如手机)中，实际工作中，基带处理单元101就可以利用校准值和射频前端模块中的定向耦合器的输出信号实时检测和计算因使用环境影响而变化的天线阻抗，并根据天线阻抗控制匹配调谐芯片，以使匹配调谐芯片调整各个射频前端模块与相应天线间的阻抗匹配，以实现射频前端模块与天线间信号的最佳传输。

根据以上实施例，本实用新型实施例还公开了一种终端，包括上述实施例中的5G终端信号收发装置。

综上所述，本实用新型实施例提供的5G终端信号收发装置以及终端，通过射频前端模块输出入射信号和反射信号；射频信号收发信机检测射频前端模块输出的入射信号和反射信号后进行输出；基带处理单元控制匹配谐调芯片；匹配谐调芯片调整射频前端模块与天线间的阻抗匹配。从而保证终端在任何时间和状态下，通信信号均以最佳状态传输，增强了终端收发信号的强度，提升了用户在终端信号方面的体验。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (14)

1.一种5G终端信号收发装置，其特征在于，其包括：基带处理单元、射频信号收发信机、射频前端模块、匹配谐调芯片、以及用于收发入射信号和反射信号的天线，其中，所述射频前端模块与所述匹配谐调芯片相连；所述射频信号收发信机与所述射频前端模块相连；所述基带处理单元与所述射频信号收发信机相连；所述匹配谐调芯片与所述天线相连。

2.根据权利要求1所述的5G终端信号收发装置，其特征在于，所述射频前端模块的输出端连接微带或带状的射频传输线。

3.根据权利要求1所述的5G终端信号收发装置，其特征在于，所述射频前端模块包括至少一个，所述天线包括至少一根，所述5G终端信号收发装置还包括第一射频开关，所述匹配谐调芯片包括至少一个，至少一个射频前端模块中的每一射频前端模块与射频信号收发信机、第一射频开关、至少一个匹配谐调芯片中一个匹配谐调芯片相连，所述基带处理单元还与第一射频开关、匹配谐调芯片相连。

4.根据权利要求1所述的5G终端信号收发装置，其特征在于，所述射频前端模块包括低频射频前端模块、中频射频前端模块和高频射频前端模块，所述5G终端信号收发装置还包括第一射频开关，所述至少一个匹配谐调芯片包括第一匹配谐调芯片、第二匹配谐调芯片、第三匹配谐调芯片，所述低频射频前端模块与射频信号收发信机、第一射频开关、第一匹配谐调芯片相连，所述中频射频前端模块与射频信号收发信机、第一射频开关、第二匹配谐调芯片相连，所述高频射频前端模块与射频信号收发信机、第一射频开关、第三匹配谐调芯片相连。

5.根据权利要求4所述的5G终端信号收发装置，其特征在于，所述天线包括低频天线、中频天线和高频天线，所述低频天线与第一匹配谐调芯片相连，所述中频天线与第二匹配谐调芯片相连，所述高频天线与第三匹配谐调芯片相连，所述基带处理单元还与第一射频开关、第一匹配谐调芯片、第二匹配谐调芯片和第三匹配谐调芯片相连。

6.根据权利要求4所述的5G终端信号收发装置，其特征在于，所述第一射频开关为三选一射频开关。

7.根据权利要求4所述的5G终端信号收发装置，其特征在于，所述低频为频率小于1GHz，所述中频为频率介于1GHz-3GHz之间，所述高频为频率介于3GHz-6GHz之间。

8.根据权利要求4所述的5G终端信号收发装置，其特征在于，所述高频射频前端模块、中频射频前端模块或低频射频前端模块均包括射频功率放大器、双工器组、多路射频开关、定向耦合器、至少一射频开关，所述射频功率放大器包括输入端和输出端，所述射频功率放大器的输入端与射频信号收发信机相连，所述射频功率放大器的输出端与双工器组相连，所述双工器组与多路射频开关相连，所述多路射频开关与相应射频前端模块的输出端相连，所述至少一射频开关之间相互连接。

9.根据权利要求8所述的5G终端信号收发装置，其特征在于，所述高频射频前端模块、中频射频前端模块或低频射频前端模块均还包括第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第一阻抗、第二阻抗、第三阻抗、第四阻抗，所述至少一射频开关包括第二射频开关、第三射频开关、第四射频开关，所述第四射频开关与第二射频开关的直通端和第三射频开关的直通端相连，所述第四射频开关还与定向耦合器的输出端相连，定向耦合器的输出端还与第一射频开关相连，所述第二射频开关的第一输出端通过第一电容、第一阻抗后接地；第二射频开关的第二输出端通过第二电容、第二阻抗后接地，所述第二射频开关还与定向耦合器的隔离端相连，所述第三射频开关的第一输出端通过第三电容、第三阻抗后接地，所述第三射频开关的第二输出端通过第四电容、第四阻抗后接地，所述第三射频开关还与定向耦合器的耦合端相连。

10.根据权利要求9所述的5G终端信号收发装置，其特征在于，所述第二和第三射频开关为单入多出射频开关，所述第四射频开关为二选一射频开关。

11.根据权利要求9所述的5G终端信号收发装置，其特征在于，所述第一电容、第二电容、第三电容均为电调可变电容，所述第一阻抗、第二阻抗、第三阻抗、第四阻抗均为电调可变阻抗。

12.根据权利要求9所述的5G终端信号收发装置，其特征在于，所述双工器组包括多个不同频段的双工器。

13.根据权利要求9所述的5G终端信号收发装置，其特征在于，所述定向耦合器为微带双定向耦合器，其尺寸小于十分之一的通信信号的波长，耦合度大于20dB，所述通信信号为入射信号或反射信号。

14.一种终端，其特征在于，其包括：如权利要求1-13中任一项所述的5G终端信号收发装置。

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