CN111211805A - 平衡式射频前端收发电路、系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种平衡式射频前端收发电路、系统及其控制方法，属于微波射频技术领域。该电路中的信号发射电路的输入端和信号接收电路的输出端与第一耦合器相连，信号发射电路的输出端和信号接收电路的输入端与第二耦合器相连；或，信号发射电路的输入端和信号接收电路的输出端与第三耦合器相连，信号发射电路的输出端与第四耦合器相连，信号接收电路的输入端与第五耦合器相连；或，信号发射电路的输入端与第六耦合器相连，信号接收电路的输出端与第七耦合器相连，信号发射电路的输出端和信号接收电路的输入端与第八耦合器相连。本发明实施例可以在不降低收发性能的前提下，简化电路复杂度，减小电路占用面积及实现成本。

Description

平衡式射频前端收发电路、系统及其控制方法

技术领域

本发明实施例涉及微波射频技术领域，特别涉及一种平衡式射频前端收发电路、系统及其控制方法。

背景技术

相控阵组件的快速发展对收发组件的小型化提出了越来越高的要求。在收发组件中，射频前端收发电路的集成是最具挑战的设计之一。通常，射频前端收发电路不仅要求宽频带、低插损、高隔离度等性能指标，还要求具有较小的尺寸来实现高集成度。

现有的采用平衡式结构的射频前端收发电路主要由平衡式功率放大器、限幅器、低噪声放大器、切换网络和耦合器组成，其电路结构如图1所示。其中，信号发射电路为：射频信号通过射频端口1经过耦合器coupler1转成两路信号，这两路信号分别经过两路功率放大器（Power Amplifier）PA1和PA2放大后输出到耦合器coupler2的两端，通过耦合器coupler2合路成单路信号，再通过切换网络接到天线端辐射出去。信号接收电路为：从天线端接收的信号通过切换网络经过耦合器coupler3转成两路信号，这两路信号分别经过两路限幅器和低噪声放大器（Low Noise Amplifier）LNA1和LNA2输出到耦合器coupler4的两端，通过耦合器coupler4合路成单路信号之后输出到射频端口2。其中，coupler1的隔离端口与负载网络1相连，coupler2的隔离端口与负载网络2相连，coupler3的隔离端口与负载网络3相连，coupler4的隔离端口与负载网络4相连。

现有的平衡式射频前端收发电路中，信号发射电路和信号接收电路均使用了两个耦合器，既增加了设计复杂度，也增大了电路占用面积，且随着阵列规模的增大，相控阵组件的成本也急剧提升。

发明内容

本发明实施例提供了一种平衡式射频前端收发电路、系统及其控制方法，用于解决现有的平衡式射频前端收发电路的设计复杂，电路占用面积大、成本高的问题。所述技术方案如下：

第一方面，提供了一种平衡式射频前端收发电路，所述平衡式射频前端收发电路包括：耦合器、切换网络、负载网络、平衡式信号发射电路、平衡式信号接收电路和天线；

所述耦合器包括第一耦合器和第二耦合器，所述切换网络包括第一切换网络和第二切换网络，且所述负载网络包括第一负载网络和第二负载网络，所述平衡式信号发射电路的输入端和所述平衡式信号接收电路的输出端通过所述第一切换网络与所述第一耦合器相连，所述第一耦合器的隔离端口与所述第一负载网络相连，所述平衡式信号发射电路的输出端和所述平衡式信号接收电路的输入端通过所述第二切换网络与所述第二耦合器相连，所述第二耦合器的隔离端口与所述第二负载网络相连，所述第二耦合器的输入输出端与所述天线相连，所述第一耦合器的输入输出端为所述平衡式射频前端收发电路的射频输入输出端；或者，

所述耦合器包括第三耦合器、第四耦合器和第五耦合器，所述切换网络包括第三切换网络和第四切换网络，且所述负载网络包括第三负载网络、第四负载网络和第五负载网络，所述平衡式信号发射电路的输入端和所述平衡式信号接收电路的输出端通过所述第三切换网络与所述第三耦合器相连，所述第三耦合器的隔离端口与所述第三负载网络相连，所述平衡式信号发射电路的输出端与所述第四耦合器相连，所述第四耦合器的隔离端口与所述第四负载网络相连，所述平衡式信号接收电路的输入端与所述第五耦合器相连，所述第五耦合器的隔离端口与所述第五负载网络相连，所述第四耦合器的输出端和所述第五耦合器的输入端通过所述第四切换网络与所述天线相连，所述第三耦合器的输入输出端为所述平衡式射频前端收发电路的射频输入输出端；或者，

所述耦合器包括第六耦合器、第七耦合器和第八耦合器，所述切换网络包括第五切换网络，且所述负载网络包括第六负载网络、第七负载网络和第八负载网络，所述平衡式信号发射电路的输入端与所述第六耦合器相连，所述第六耦合器的隔离端口与所述第六负载网络相连，所述平衡式信号接收电路的输出端与所述第七耦合器相连，所述第七耦合器的隔离端口与所述第七负载网络相连，所述平衡式信号发射电路的输出端和所述平衡式信号接收电路的输入端通过所述第五切换网络与所述第八耦合器相连，所述第八耦合器的隔离端口与所述第八负载网络相连，所述第八耦合器的输入输出端与所述天线相连，所述第六耦合器的输入端为所述平衡式射频前端收发电路的射频输入端，所述第七耦合器的输出端为所述平衡式射频前端收发电路的射频输出端。

在一个可选的实施方式中，所述平衡式信号发射电路包括第一信号发射电路和第二信号发射电路；所述第一信号发射电路包括第一功率放大器，所述第二信号发射电路包括第二功率放大器；所述第一功率放大器和所述第二功率放大器的输入端为所述平衡式信号发射电路的输入端，所述第一功率放大器和所述第二功率放大器的输出端为所述平衡式信号发射电路的输出端；

所述平衡式信号接收电路包括第一信号接收电路和第二信号接收电路；所述第一信号接收电路包括串联的第一限幅器和第一低噪声放大器，所述第二信号接收电路包括串联的第二限幅器和第二低噪声放大器；所述第一限幅器和所述第二限幅器的输入端为所述平衡式信号接收电路的输入端，所述第一低噪声放大器和所述第二低噪声放大器的输出端为所述平衡式信号接收电路的输出端。

在一个可选的实施方式中，所述耦合器包括第一耦合器和第二耦合器，所述切换网络包括第一切换网络和第二切换网络，且所述负载网络包括第一负载网络和第二负载网络，则所述第一切换网络包括第一切换元件和第二切换元件，所述第二切换网络包括第三切换元件和第四切换元件；

所述第一耦合器的直通端口与所述第一切换元件的公共端口相连，所述第一切换元件的两个射频端口分别与所述第一低噪声放大器的输出端和所述第一功率放大器的输入端相连；所述第一耦合器的耦合端口与所述第二切换元件的公共端口相连，所述第二切换元件的两个射频端口分别与所述第二低噪声放大器的输出端和所述第二功率放大器的输入端相连；

所述第二耦合器的耦合端口与所述第三切换元件的公共端口相连，所述第三切换元件的两个射频端口分别与所述第一限幅器的输入端和所述第一功率放大器的输出端相连；所述第二耦合器的直通端口与所述第四切换元件的公共端口相连，所述第四切换元件的两个射频端口分别与所述第二限幅器的输入端和所述第二功率放大器的输出端相连。

在一个可选的实施方式中，所述耦合器包括第三耦合器、第四耦合器和第五耦合器，所述切换网络包括第三切换网络和第四切换网络，且所述负载网络包括第三负载网络、第四负载网络和第五负载网络，则所述第三切换网络包括第五切换元件和第六切换元件，所述第四切换网络包括第七切换元件；

所述第三耦合器的耦合端口与所述第五切换元件的公共端口相连，所述第五切换元件的两个射频端口分别与所述第一低噪声放大器的输出端和所述第一功率放大器的输入端相连；所述第三耦合器的直通端口与所述第六切换元件的公共端口相连，所述第六切换元件的两个射频端口分别与所述第二低噪声放大器的输出端和所述第二功率放大器的输入端相连；

所述第一功率放大器的输出端与所述第四耦合器的直通端口相连，所述第二功率放大器的输出端与所述第四耦合器的耦合端口相连，所述第四耦合器的输出端与所述第七切换元件的一个射频端口相连；

所述第一限幅器的输入端与所述第五耦合器的耦合端口相连，所述第二限幅器的输入端与所述第五耦合器的直通端口相连，所述第五耦合器的输入端与所述第七切换元件的另一个射频端口相连；

所述第七切换元件的公共端口与所述天线相连。

在一个可选的实施方式中，所述耦合器包括第六耦合器、第七耦合器和第八耦合器，所述切换网络包括第五切换网络，且所述负载网络包括第六负载网络、第七负载网络和第八负载网络，则所述第五切换网络包括第八切换元件和第九切换元件；

所述第六耦合器的直通端口与所述第一功率放大器的输入端相连，所述第六耦合器的耦合端口与所述第二功率放大器的输入端相连；

所述第七耦合器的直通端口与所述第一低噪声放大器的输出端相连，所述第七耦合器的耦合端口与所述第二低噪声放大器的输出端相连；

所述第八耦合器的直通端口与所述第八切换元件的公共端口相连，所述第八切换元件的两个射频端口分别与所述第一限幅器的输入端和所述第二功率放大器的输出端相连；所述第八耦合器的耦合端口与所述第九切换元件的公共端口相连，所述第九切换元件的两个射频端口分别与所述第二限幅器的输入端和所述第一功率放大器的输出端相连。

在一个可选的实施方式中，每个负载网络由电阻、电感和电容中的至少一种组成。

第二方面，提供了一种雷达系统，所述雷达系统包括如第一方面所述的平衡式射频前端收发电路。

第三方面，提供了一种通信系统，所述通信系统包括如第一方面所述的平衡式射频前端收发电路。

第四方面，提供了一种平衡式射频前端收发电路的收发控制方法，用于如第一方面所述的平衡式射频前端收发电路中，所述方法包括：

当所述耦合器包括第一耦合器和第二耦合器，所述切换网络包括第一切换网络和第二切换网络，且所述负载网络包括第一负载网络和第二负载网络时，若所述第一切换网络和所述第二切换网络均处于第一状态，则所述第一耦合器、所述平衡式信号发射电路和所述第二耦合器之间接通；若所述第一切换网络和所述第二切换网络均处于第二状态，则所述第一耦合器、所述平衡式信号接收电路和所述第二耦合器之间接通；

当所述耦合器包括第三耦合器、第四耦合器和第五耦合器，所述切换网络包括第三切换网络和第四切换网络，且所述负载网络包括第三负载网络、第四负载网络和第五负载网络时，若所述第三切换网络和所述第四切换网络均处于第一状态，则所述第三耦合器、所述平衡式信号发射电路和所述第四耦合器之间接通；若所述第三切换网络和所述第四切换网络均处于第二状态，则所述第三耦合器、所述平衡式信号接收电路和所述第五耦合器之间接通；

当所述耦合器包括第六耦合器、第七耦合器和第八耦合器，所述切换网络包括第五切换网络，且所述负载网络包括第六负载网络、第七负载网络和第八负载网络时，若所述第五切换网络处于第一状态，则所述第六耦合器、所述平衡式信号发射电路和所述第八耦合器之间接通；若所述第五切换网络处于第二状态，则所述第七耦合器、所述平衡式信号接收电路和所述第八耦合器之间接通。

本发明实施例提供的技术方案的有益效果至少包括：

由于平衡式射频前端收发电路中平衡式信号发射电路的输入端和平衡式信号接收电路的输出端与第一耦合器相连，平衡式信号发射电路的输出端和平衡式信号接收电路的输入端与第二耦合器相连，这样，平衡式射频前端收发电路中包含两个耦合器，可以在不降低收发性能的前提下，简化电路复杂度，减小电路占用面积及实现成本。

由于平衡式射频前端收发电路中平衡式信号发射电路的输入端和平衡式信号接收电路的输出端与第三耦合器相连，平衡式信号发射电路的输出端与第四耦合器相连，平衡式信号接收电路的输入端与第五耦合器相连，这样，平衡式射频前端收发电路中包含三个耦合器，可以在不降低收发性能的前提下，简化电路复杂度，减小电路占用面积及实现成本。

由于平衡式射频前端收发电路中平衡式信号发射电路的输入端与第六耦合器相连，平衡式信号接收电路的输出端与第七耦合器相连，平衡式信号发射电路的输出端和平衡式信号接收电路的输入端与第八耦合器相连，这样，平衡式射频前端收发电路中包含三个耦合器，可以在不降低收发性能的前提下，简化电路复杂度，减小电路占用面积及实现成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中的一种平衡式射频前端收发电路的示意图；

图2是本发明一个实施例中的耦合器的四个端口的示意图；

图3是本发明一个实施例中的一种平衡式射频前端收发电路的示意图；

图4是本发明一个实施例中的一种平衡式射频前端收发电路的示意图；

图5是本发明一个实施例中的一种平衡式射频前端收发电路的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明实施例中的平衡式射频前端收发电路包括：耦合器、切换网络、负载网络、平衡式信号发射电路、平衡式信号接收电路和天线。下面对平衡式射频前端收发电路中的元件进行介绍。

耦合器通常包括四个端口，分别是射频输入输出端口、直通端口、耦合端口和隔离端口，这四个端口之间的相位关系请参考图2。本实施例中的耦合器可以是兰格耦合器、平行线耦合器等等，本实施例不作限定。

需要说明的是，平衡式射频前端收发电路中可以包括两个或三个耦合器，这些耦合器可以相同，也可以不同。

切换网络是用于控制电路通断的元件。本实施例中的电路包括平衡式信号发射电路和平衡式信号接收电路，所以，切换网络可以在同一时刻控制平衡式信号发射电路通路、平衡式信号接收电路断路；或者，切换网络可以在同一时刻控制平衡式信号发射电路断路、平衡式信号接收电路通路。

需要说明的是，平衡式射频前端收发电路中可以包括多个切换网络，每个切换网络可以包括至少一个切换元件，这些切换元件可以相同，也可以不同。在一个具体的实施例中，切换元件可以是开关元件。当然，切换元件也可以是能够控制电路通断的其他元件，本实施例不作限定。

其中，平衡式射频前端收发电路中可以包括两个或三个负载网络，这些负载网络可以相同，也可以不同。

平衡式信号发射电路是采用平衡式结构的信号发射电路，电路结构详见下文中的描述，此处不作赘述。

平衡式信号接收电路是采用平衡式结构的信号接收电路，电路结构详见下文中的描述，此处不作赘述。

本实施例中，平衡式射频前端收发电路中各个元件之间的具有三种连接关系，下面分别对这三种平衡式射频前端收发电路进行介绍。

1）第一种平衡式射频前端收发电路中，耦合器包括第一耦合器和第二耦合器，切换网络包括第一切换网络和第二切换网络，且负载网络包括第一负载网络和第二负载网络，平衡式信号发射电路的输入端和平衡式信号接收电路的输出端通过第一切换网络与第一耦合器相连，第一耦合器的隔离端口与第一负载网络相连，平衡式信号发射电路的输出端和平衡式信号接收电路的输入端通过第二切换网络与第二耦合器相连，第二耦合器的隔离端口与第二负载网络相连，第二耦合器的输入输出端与天线相连，第一耦合器的输入输出端为平衡式射频前端收发电路的射频输入输出端。

下面对第一种平衡式射频前端收发电路的工作原理进行介绍。

在发射状态下，第一切换网络和第二切换网络均处于第一状态，第一耦合器、平衡式信号发射电路和第二耦合器之间接通。即，射频信号经过第一耦合器、平衡式信号发射电路、第二耦合器到达天线，经天线发射出去。在这种情况下，第一耦合器、平衡式信号接收电路和第二耦合器之间断开。

在接收状态下，第一切换网络和第二切换网络均处于第二状态，第一耦合器、平衡式信号接收电路和第二耦合器之间接通。即，天线接收到的信号经过第二耦合器、平衡式信号接收电路和第一耦合器输出。在这种情况下，第一耦合器、平衡式信号发射电路和第二耦合器之间断开。其中，第一状态和第二状态不同。

由于平衡式信号发射电路的输入端和平衡式信号接收电路的输出端通过第一切换网络共用第一耦合器，平衡式信号发射电路的输出端和平衡式信号接收电路的输入端通过第二切换网络共用第二耦合器，所以，平衡式射频前端收发电路包含两个耦合器，相比于现有技术中平衡式射频前端收发电路包含四个耦合器来说，可以减少耦合器的数量，从而可以在不降低收发性能的前提下，简化电路复杂度，减小电路占用面积及实现成本。

2）第二种平衡式射频前端收发电路中，耦合器包括第三耦合器、第四耦合器和第五耦合器，切换网络包括第三切换网络和第四切换网络，且负载网络包括第三负载网络、第四负载网络和第五负载网络，平衡式信号发射电路的输入端和平衡式信号接收电路的输出端通过第三切换网络与第三耦合器相连，第三耦合器的隔离端口与第三负载网络相连，平衡式信号发射电路的输出端与第四耦合器相连，第四耦合器的隔离端口与第四负载网络相连，平衡式信号接收电路的输入端与第五耦合器相连，第五耦合器的隔离端口与第五负载网络相连，第四耦合器的输出端和第五耦合器的输入端通过第四切换网络与天线相连，第三耦合器的输入输出端为平衡式射频前端收发电路的射频输入输出端。

下面对第二种平衡式射频前端收发电路的工作原理进行介绍。

在发射状态下，第三切换网络和第四切换网络均处于第一状态，第三耦合器、平衡式信号发射电路和第四耦合器之间接通。即，射频信号经过第三耦合器、平衡式信号发射电路、第四耦合器到达天线，经天线发射出去。在这种情况下，第三耦合器、平衡式信号接收电路和第五耦合器之间断开。

在接收状态下，第三切换网络和第四切换网络均处于第二状态，第三耦合器、平衡式信号接收电路和第五耦合器之间接通。即，天线接收到的信号经过第五耦合器、平衡式信号接收电路和第三耦合器输出。在这种情况下，第三耦合器、平衡式信号发射电路和第四耦合器之间断开。其中，第一状态和第二状态不同。

由于平衡式信号发射电路的输入端和平衡式信号接收电路的输出端通过第三切换网络共用第三耦合器，平衡式信号发射电路的输出端与第四耦合器相连，平衡式信号接收电路的输入端与第五耦合器相连，所以，平衡式射频前端收发电路包含三个耦合器，相比于现有技术中平衡式射频前端收发电路包含四个耦合器来说，可以减少耦合器的数量，从而可以在不降低收发性能的前提下，简化电路复杂度，减小电路占用面积及实现成本。

3）第三种平衡式射频前端收发电路中，耦合器包括第六耦合器、第七耦合器和第八耦合器，切换网络包括第五切换网络，且负载网络包括第六负载网络、第七负载网络和第八负载网络，平衡式信号发射电路的输入端与第六耦合器相连，第六耦合器的隔离端口与第六负载网络相连，平衡式信号接收电路的输出端与第七耦合器相连，第七耦合器的隔离端口与第七负载网络相连，平衡式信号发射电路的输出端和平衡式信号接收电路的输入端通过第五切换网络与第八耦合器相连，第八耦合器的隔离端口与第八负载网络相连，第八耦合器的输入输出端与天线相连，第六耦合器的输入端为平衡式射频前端收发电路的射频输入端，第七耦合器的输出端为平衡式射频前端收发电路的射频输出端。

下面对第三种平衡式射频前端收发电路的工作原理进行介绍。

在发射状态下，第五切换网络处于第一状态，第六耦合器、平衡式信号发射电路和第八耦合器之间接通。即，射频信号经过第六耦合器、平衡式信号发射电路、第八耦合器到达天线，经天线发射出去。在这种情况下，第八耦合器、平衡式信号接收电路和第七耦合器之间断开。

在接收状态，第五切换网络处于第二状态，第七耦合器、平衡式信号接收电路和第八耦合器之间接通。即，天线接收到的信号经过第八耦合器、平衡式信号接收电路和第七耦合器输出。在这种情况下，第八耦合器、平衡式信号发射电路和第六耦合器之间断开。其中，第一状态和第二状态不同。

由于平衡式信号发射电路的输出端和平衡式信号接收电路的输入端通过第五切换网络共用第八耦合器，平衡式信号发射电路的输入端与第六耦合器相连，平衡式信号接收电路的输出端与第七耦合器相连，所以，平衡式射频前端收发电路包含三个耦合器，相比于现有技术中平衡式射频前端收发电路包含四个耦合器来说，可以减少耦合器的数量，从而可以在不降低收发性能的前提下，简化电路复杂度，减小电路占用面积及实现成本。

本实施例中的平衡式信号发射电路包括第一信号发射电路和第二信号发射电路；第一信号发射电路包括第一功率放大器，第二信号发射电路包括第二功率放大器；第一功率放大器和第二功率放大器的输入端为平衡式信号发射电路的输入端，第一功率放大器和第二功率放大器的输出端为平衡式信号发射电路的输出端；平衡式信号接收电路包括第一信号接收电路和第二信号接收电路；第一信号接收电路包括串联的第一限幅器和第一低噪声放大器，第二信号接收电路包括串联的第二限幅器和第二低噪声放大器；第一限幅器和第二限幅器的输入端为平衡式信号接收电路的输入端，第一低噪声放大器和第二低噪声放大器的输出端为平衡式信号接收电路的输出端。

其中，可以根据平衡式射频前端收发电路的应用场景选择合适的功率放大器、限幅器和低噪声功率放大器。

针对上述平衡式信号发射电路和平衡式信号接收电路，下面对三种平衡式射频前端收发电路的具体结构进行介绍。

第一种平衡式射频前端收发电路中，耦合器包括第一耦合器和第二耦合器，切换网络包括第一切换网络和第二切换网络，且负载网络包括第一负载网络和第二负载网络，则第一切换网络包括第一切换元件和第二切换元件，第二切换网络包括第三切换元件和第四切换元件；

第一耦合器的直通端口与第一切换元件的公共端口相连，第一切换元件的两个射频端口分别与第一低噪声放大器的输出端和第一功率放大器的输入端相连；第一耦合器的耦合端口与第二切换元件的公共端口相连，第二切换元件的两个射频端口分别与第二低噪声放大器的输出端和第二功率放大器的输入端相连；

第二耦合器的耦合端口与第三切换元件的公共端口相连，第三切换元件的两个射频端口分别与第一限幅器的输入端和第一功率放大器的输出端相连；第二耦合器的直通端口与第四切换元件的公共端口相连，第四切换元件的两个射频端口分别与第二限幅器的输入端和第二功率放大器的输出端相连。

其中，第一耦合器的隔离端口与第一负载网络相连，第二耦合器的隔离端口与第二负载网络相连，且第一负载网络和第二负载网络可以相同，也可以不同。

本实施例中的每个负载网络可以由电阻、电感和电容中的至少一种组成。比如，负载网络可以由电阻组成，或者，由电感组成，或者，由电容组成，或者，由电阻和电容组成，或者，由电感和电容组成等等。其中，可以根据平衡式射频前端收发电路的应用场景选择合适的负载网络。

若将第一耦合器记为Coupler1，第二耦合器记为Coupler2，第一至四切换元件记为切换元件1-4，第一功率放大器记为PA1，第二功率放大器记为PA2，第一限幅器记为Limiter1，第二限幅器记为Limiter2，第一低功耗放大器记为LNA1，第二低功耗放大器记为LNA2，且耦合器的①记为输入端/输出端，②记为直通端口，③记为耦合端口，④记为隔离端口，第一负载网络记为负载网络1，第二负载网络记为负载网络2，则请参考图3所示的第一种平衡式射频前端收发电路。

在发射状态下，射频信号经过Coupler1的射频输入输出端口后被转成两路信号，其中一路信号经过切换元件1输入到PA1，该信号经过PA1放大后，经过切换元件3输入到Coupler2的耦合端口；另一路信号经过切换元件2输入到PA2，该信号经过PA2放大后，经过切换元件4输入到Coupler2的直通端口，通过Coupler2将两路信号合路成单路信号，再通过天线辐射出去。

在接收状态下，天线接收到的信号经过Coupler2转成两路信号，其中一路信号经过Coupler2的耦合端口和切换元件3输入到Limiter1，该信号经过Limiter1限幅和LNA1放大后输入到切换元件1，经过切换元件1输入到Coupler1的直通端口；另一路信号经过Coupler2的直通端口和切换元件4输入到Limiter2，该信号经过Limiter2限幅和LNA2放大后输入到切换元件2，经过切换元件2输入到Coupler1的耦合端口，通过Coupler1将两路信号合路成单路信号后输出到射频信号输入输出端口。

第二种平衡式射频前端收发电路，耦合器包括第三耦合器、第四耦合器和第五耦合器，切换网络包括第三切换网络和第四切换网络，且负载网络包括第三负载网络、第四负载网络和第五负载网络，则第三切换网络包括第五切换元件和第六切换元件，第四切换网络包括第七切换元件；

第三耦合器的耦合端口与第五切换元件的公共端口相连，第五切换元件的两个射频端口分别与第一低噪声放大器的输出端和第一功率放大器的输入端相连；第三耦合器的直通端口与第六切换元件的公共端口相连，第六切换元件的两个射频端口分别与第二低噪声放大器的输出端和第二功率放大器的输入端相连；

第一功率放大器的输出端与第四耦合器的直通端口相连，第二功率放大器的输出端与第四耦合器的耦合端口相连，第四耦合器的输出端与第七切换元件的一个射频端口相连；

第一限幅器的输入端与第五耦合器的耦合端口相连，第二限幅器的输入端与第五耦合器的直通端口相连，第五耦合器的输入端与第七切换元件的另一个射频端口相连；

第七切换元件的公共端口与天线相连。

其中，第三耦合器的隔离端口与第三负载网络相连，第四耦合器的隔离端口与第四负载网络相连，第五耦合器的隔离端口与第五负载网络相连，每个负载网络的结构详见第一种平衡式射频前端收发电路中的描述。

若将第三至五耦合器记为Coupler3-5，第五至七切换元件记为切换元件5-7，第一功率放大器记为PA1，第二功率放大器记为PA2，第一限幅器记为Limiter1，第二限幅器记为Limiter2，第一低功耗放大器记为LNA1，第二低功耗放大器记为LNA2，且耦合器的①记为输入端/输出端，②记为直通端口，③记为耦合端口，④记为隔离端口，第三至五负载网络记为负载网络3-5，则请参考图4所示的第二种平衡式射频前端收发电路。

在发射状态下，射频信号经过Coupler3的射频输入输出端口后被转成两路信号，其中一路信号经过切换元件5输入到PA1，该信号经过PA1放大后输入到Coupler4的直通端口；另一路信号经过切换元件6输入到PA2，该信号经过PA2放大后输入到coupler4的耦合端口，通过Coupler4将两路信号合路成单路信号，Coupler4的输出端口输出的该单路信号经过切换元件7输入到天线，再通过天线辐射出去。

在接收状态下，天线接收到的信号通过切换元件7输入到Coupler5的输入端，经过Coupler5转成两路信号，其中一路信号经过Coupler5的耦合端口输入到Limiter1，该信号经过Limiter1限幅和LNA1放大后输入到切换元件5，经过切换元件5输入到Coupler3的耦合端口；另一路信号经过Coupler5的直通端口输入到Limiter2，该信号经过Limiter2限幅和LNA2放大后输入到切换元件6，经过切换元件6输入到Coupler3的直通端口，通过Coupler3将两路信号合路成单路信号后输出到射频信号输入输出端口。

第三种平衡式射频前端收发电路，耦合器包括第六耦合器、第七耦合器和第八耦合器，切换网络包括第五切换网络，且负载网络包括第六负载网络、第七负载网络和第八负载网络，则第五切换网络包括第八切换元件和第九切换元件；

第六耦合器的直通端口与第一功率放大器的输入端相连，第六耦合器的耦合端口与第二功率放大器的输入端相连；

第七耦合器的直通端口与第一低噪声放大器的输出端相连，第七耦合器的耦合端口与第二低噪声放大器的输出端相连；

第八耦合器的直通端口与第八切换元件的公共端口相连，第八切换元件的两个射频端口分别与第一限幅器的输入端和第二功率放大器的输出端相连；第八耦合器的耦合端口与第九切换元件的公共端口相连，第九切换元件的两个射频端口分别与第二限幅器的输入端和第一功率放大器的输出端相连。

其中，第六耦合器的隔离端口与第六负载网路相连，第七耦合器的隔离端口与第七负载网络相连，第八耦合器的隔离端口与第八负载网络相连，每个负载网络的结构详见第一种平衡式射频前端收发电路中的描述。

若将第六至八耦合器记为Coupler6-8，第八至九切换元件记为切换元件8-9，第一功率放大器记为PA1，第二功率放大器记为PA2，第一限幅器记为Limiter1，第二限幅器记为Limiter2，第一低功耗放大器记为LNA1，第二低功耗放大器记为LNA2，且耦合器的①记为输入端/输出端，②记为直通端口，③记为耦合端口，④记为隔离端口，第六至八负载网络记为负载网络6-8，则请参考图5所示的第三种平衡式射频前端收发电路。

在发射状态下，射频信号经过Coupler6的输入端口后被转成两路信号，其中一路信号经过Coupler6的直通端口输入到PA1，该信号经过PA1放大后，经过切换元件9输入到Coupler8的耦合端口；另一路信号经过Coupler6的耦合端口输入到PA2，该信号经过PA2放大后，经过切换元件8输出到Coupler8的直通端口，通过Coupler8将两路信号合路成单路信号，再通过天线辐射出去。

在接收状态下，天线接收到的信号经过Coupler8转成两路信号，其中一路信号经过Coupler8的直通端口和切换元件8输入到Limiter1，该信号经过Limiter1限幅和LNA1放大后输入到Coupler7的直通端口；另一路信号经过Coupler8的耦合端口和切换元件9输入到Limiter2，该信号经过Limiter2限幅和LNA2放大后输入到Coupler7的耦合端口，通过Coupler7将两路信号合路成单路信号后输出到Coupler7的输出端口。

需要说明的是，上述三种平衡式射频前端收发电路可以采用片上集成工艺实现，也可以采用分立元器件工艺实现。当采用片上集成工艺时，可以通过砷化镓（GaAs）或互补金属氧化物半导体（Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS）等工艺。当采用分立元器件工艺时，可以将平衡式射频前端收发电路中的每个元器件看作一个芯片，通过微组装方式集成为一个框图中的子系统或模块。

在一个实施例中，本实施例还提供了一种雷达系统，该雷达系统包括如图3至5任一所示的平衡式射频前端收发电路。

其中，雷达系统中可以包括相控阵组件，该相控阵组件中包括如图3至5任一所示的平衡式射频前端收发电路。

在一个实施例中，本实施例还提供了一种通信系统，该通信系统包括如图3至5任一所示的平衡式射频前端收发电路。

其中，通信系统中可以包括相控阵组件，该相控阵组件中包括如图3至5任一所示的平衡式射频前端收发电路。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述并不用以限制本发明实施例，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明实施例的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种平衡式射频前端收发电路，其特征在于，所述平衡式射频前端收发电路包括：耦合器、切换网络、负载网络、平衡式信号发射电路、平衡式信号接收电路和天线；

所述耦合器包括第一耦合器和第二耦合器，所述切换网络包括第一切换网络和第二切换网络，且所述负载网络包括第一负载网络和第二负载网络，所述平衡式信号发射电路的输入端和所述平衡式信号接收电路的输出端通过所述第一切换网络与所述第一耦合器相连，所述第一耦合器的隔离端口与所述第一负载网络相连，所述平衡式信号发射电路的输出端和所述平衡式信号接收电路的输入端通过所述第二切换网络与所述第二耦合器相连，所述第二耦合器的隔离端口与所述第二负载网络相连，所述第二耦合器的输入输出端与所述天线相连，所述第一耦合器的输入输出端为所述平衡式射频前端收发电路的射频输入输出端；或者，

所述耦合器包括第三耦合器、第四耦合器和第五耦合器，所述切换网络包括第三切换网络和第四切换网络，且所述负载网络包括第三负载网络、第四负载网络和第五负载网络，所述平衡式信号发射电路的输入端和所述平衡式信号接收电路的输出端通过所述第三切换网络与所述第三耦合器相连，所述第三耦合器的隔离端口与所述第三负载网络相连，所述平衡式信号发射电路的输出端与所述第四耦合器相连，所述第四耦合器的隔离端口与所述第四负载网络相连，所述平衡式信号接收电路的输入端与所述第五耦合器相连，所述第五耦合器的隔离端口与所述第五负载网络相连，所述第四耦合器的输出端和所述第五耦合器的输入端通过所述第四切换网络与所述天线相连，所述第三耦合器的输入输出端为所述平衡式射频前端收发电路的射频输入输出端；或者，

所述耦合器包括第六耦合器、第七耦合器和第八耦合器，所述切换网络包括第五切换网络，且所述负载网络包括第六负载网络、第七负载网络和第八负载网络，所述平衡式信号发射电路的输入端与所述第六耦合器相连，所述第六耦合器的隔离端口与所述第六负载网络相连，所述平衡式信号接收电路的输出端与所述第七耦合器相连，所述第七耦合器的隔离端口与所述第七负载网络相连，所述平衡式信号发射电路的输出端和所述平衡式信号接收电路的输入端通过所述第五切换网络与所述第八耦合器相连，所述第八耦合器的隔离端口与所述第八负载网络相连，所述第八耦合器的输入输出端与所述天线相连，所述第六耦合器的输入端为所述平衡式射频前端收发电路的射频输入端，所述第七耦合器的输出端为所述平衡式射频前端收发电路的射频输出端。

2.根据权利要求1所述的平衡式射频前端收发电路，其特征在于，所述平衡式信号发射电路包括第一信号发射电路和第二信号发射电路；所述第一信号发射电路包括第一功率放大器，所述第二信号发射电路包括第二功率放大器；所述第一功率放大器和所述第二功率放大器的输入端为所述平衡式信号发射电路的输入端，所述第一功率放大器和所述第二功率放大器的输出端为所述平衡式信号发射电路的输出端；

所述平衡式信号接收电路包括第一信号接收电路和第二信号接收电路；所述第一信号接收电路包括串联的第一限幅器和第一低噪声放大器，所述第二信号接收电路包括串联的第二限幅器和第二低噪声放大器；所述第一限幅器和所述第二限幅器的输入端为所述平衡式信号接收电路的输入端，所述第一低噪声放大器和所述第二低噪声放大器的输出端为所述平衡式信号接收电路的输出端。

3.根据权利要求2所述的平衡式射频前端收发电路，其特征在于，所述耦合器包括第一耦合器和第二耦合器，所述切换网络包括第一切换网络和第二切换网络，且所述负载网络包括第一负载网络和第二负载网络，则所述第一切换网络包括第一切换元件和第二切换元件，所述第二切换网络包括第三切换元件和第四切换元件；

所述第一耦合器的直通端口与所述第一切换元件的公共端口相连，所述第一切换元件的两个射频端口分别与所述第一低噪声放大器的输出端和所述第一功率放大器的输入端相连；所述第一耦合器的耦合端口与所述第二切换元件的公共端口相连，所述第二切换元件的两个射频端口分别与所述第二低噪声放大器的输出端和所述第二功率放大器的输入端相连；

所述第二耦合器的耦合端口与所述第三切换元件的公共端口相连，所述第三切换元件的两个射频端口分别与所述第一限幅器的输入端和所述第一功率放大器的输出端相连；所述第二耦合器的直通端口与所述第四切换元件的公共端口相连，所述第四切换元件的两个射频端口分别与所述第二限幅器的输入端和所述第二功率放大器的输出端相连。

4.根据权利要求2所述的平衡式射频前端收发电路，其特征在于，所述耦合器包括第三耦合器、第四耦合器和第五耦合器，所述切换网络包括第三切换网络和第四切换网络，且所述负载网络包括第三负载网络、第四负载网络和第五负载网络，则所述第三切换网络包括第五切换元件和第六切换元件，所述第四切换网络包括第七切换元件；

所述第三耦合器的耦合端口与所述第五切换元件的公共端口相连，所述第五切换元件的两个射频端口分别与所述第一低噪声放大器的输出端和所述第一功率放大器的输入端相连；所述第三耦合器的直通端口与所述第六切换元件的公共端口相连，所述第六切换元件的两个射频端口分别与所述第二低噪声放大器的输出端和所述第二功率放大器的输入端相连；

所述第一功率放大器的输出端与所述第四耦合器的直通端口相连，所述第二功率放大器的输出端与所述第四耦合器的耦合端口相连，所述第四耦合器的输出端与所述第七切换元件的一个射频端口相连；

所述第一限幅器的输入端与所述第五耦合器的耦合端口相连，所述第二限幅器的输入端与所述第五耦合器的直通端口相连，所述第五耦合器的输入端与所述第七切换元件的另一个射频端口相连；

所述第七切换元件的公共端口与所述天线相连。

5.根据权利要求2所述的平衡式射频前端收发电路，其特征在于，所述耦合器包括第六耦合器、第七耦合器和第八耦合器，所述切换网络包括第五切换网络，且所述负载网络包括第六负载网络、第七负载网络和第八负载网络，则所述第五切换网络包括第八切换元件和第九切换元件；

所述第六耦合器的直通端口与所述第一功率放大器的输入端相连，所述第六耦合器的耦合端口与所述第二功率放大器的输入端相连；

所述第七耦合器的直通端口与所述第一低噪声放大器的输出端相连，所述第七耦合器的耦合端口与所述第二低噪声放大器的输出端相连；

所述第八耦合器的直通端口与所述第八切换元件的公共端口相连，所述第八切换元件的两个射频端口分别与所述第一限幅器的输入端和所述第二功率放大器的输出端相连；所述第八耦合器的耦合端口与所述第九切换元件的公共端口相连，所述第九切换元件的两个射频端口分别与所述第二限幅器的输入端和所述第一功率放大器的输出端相连。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的平衡式射频前端收发电路，其特征在于，每个负载网络由电阻、电感和电容中的至少一种组成。

7.一种雷达系统，其特征在于，所述雷达系统包括如权利要求1至6中任一项所述的平衡式射频前端收发电路。

8.一种通信系统，其特征在于，所述通信系统包括如权利要求1至6中任一项所述的平衡式射频前端收发电路。

9.一种平衡式射频前端收发电路的收发控制方法，其特征在于，用于如权利要求1至6中任一项所述的平衡式射频前端收发电路中，所述方法包括：

当所述耦合器包括第一耦合器和第二耦合器，所述切换网络包括第一切换网络和第二切换网络，且所述负载网络包括第一负载网络和第二负载网络时，若所述第一切换网络和所述第二切换网络均处于第一状态，则所述第一耦合器、所述平衡式信号发射电路和所述第二耦合器之间接通；若所述第一切换网络和所述第二切换网络均处于第二状态，则所述第一耦合器、所述平衡式信号接收电路和所述第二耦合器之间接通；

当所述耦合器包括第三耦合器、第四耦合器和第五耦合器，所述切换网络包括第三切换网络和第四切换网络，且所述负载网络包括第三负载网络、第四负载网络和第五负载网络时，若所述第三切换网络和所述第四切换网络均处于第一状态，则所述第三耦合器、所述平衡式信号发射电路和所述第四耦合器之间接通；若所述第三切换网络和所述第四切换网络均处于第二状态，则所述第三耦合器、所述平衡式信号接收电路和所述第五耦合器之间接通；

当所述耦合器包括第六耦合器、第七耦合器和第八耦合器，所述切换网络包括第五切换网络，且所述负载网络包括第六负载网络、第七负载网络和第八负载网络时，若所述第五切换网络处于第一状态，则所述第六耦合器、所述平衡式信号发射电路和所述第八耦合器之间接通；若所述第五切换网络处于第二状态，则所述第七耦合器、所述平衡式信号接收电路和所述第八耦合器之间接通。

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