CN114337710A - 一种用于射频信号接收的增益切换电路和射频接收器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于射频信号接收的增益切换电路和射频接收器，包括增益电路和第一开关电路。其中，增益电路包括第一连接端、第二连接端、第三连接端、第四连接端、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5和电阻R6。由于利用电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5和电阻R6电阻串并联，组成四端口网络，来代替现有技术中增益切换电路的一个SPDT开关，并能实现射频增益的切换控制。该增益切换电路的电路结构简单，电路稳定性高，端口驻波好，容错率大，成本低，利于大规模生产。

Description

一种用于射频信号接收的增益切换电路和射频接收器

技术领域

本发明涉及通信测试仪器仪表技术领域，具体涉及一种用于射频信号接收的增益切换电路和射频接收器。

背景技术

矢量网络分析仪作为一款通用的S参数测试仪器，广泛应用于各科研院校、实验室、生产产线，进行S参数测量，如应用于各种天线测试、腔体滤波器测试、介质滤波器测试、环形器测试、耦合器测试、分路器合路器测试等。其中腔体滤波器对矢量网络分析仪的动态范围、迹线噪声等指标有着很高的要求，特别是在小信号测量情况下，矢量网络分析仪动态范围、迹线噪声指标的好坏，将很大程度的影响测量结果的准确性。矢量网络分析仪端口输出功率一般都有一个比较宽的范围，比如-50dBm～+10dBm，当矢量网络分析仪端口输出功率设置为-30dBm，甚至-50dBm时，矢量网络分析仪的动态范围将变小，迹线噪声将变得很抖动，这样将不能准确测量腔体滤波器的带外抑制和带内插损指标。为了提高动态范围，仪器公司通常采取的方法是在中频信号链路上增加增益控制电路，使得到达ADC的中频信号幅度增大，到ADC的最大量程而不溢出为最好。射频增益切换电路是用来满足不同工作频段的射频信号需要不同的增益值，通过对射频信号的增益控制，改善电路系统的底噪、动态精度、功率精度以及压缩电平。请参考图1，为现有技术中网络分析仪的增益控制方框图，传统的射频增益切换电路是在中频主信号上通过一个功分器或者耦合器，取样得到一个小信号，检波器对此小信号进行检波，转换成数字信号，经比较器和预设值进行比较，通过比较结果控制衰减器的衰减幅度或者放大器的增益，从而改变中频信号的幅度。这种方法的缺点是电路比较庞大，控制过程比较复杂，包含模拟电路、数字电路，容易对中频信号引入新的干扰。

发明内容

本申请提供一种射频信号接收的增益切换电路，以解决现有技术中用于射频增益切换的电路复杂，且易引入新的干扰的技术问题。

第一方面，一实施例中提供一种用于射频信号接收的增益切换电路，包括增益电路和第一开关电路；

所述增益电路包括第一连接端、第二连接端、第三连接端、第四连接端、节点Q、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5和电阻R6；

所述增益电路的第一连接端用于射频信号的输入；所述增益电路的第二连接端用于连接负载电路；所述增益电路的第三连接端和第四连接端用于与所述第一开关电路连接；

电阻R1的一端与所述增益电路的第一连接端连接，另一端与所述增益电路的第三连接端连接；电阻R2的一端与所述增益电路的第三连接端连接，另一端与所述节点Q连接；电阻R3的一端与所述增益电路的第一连接端连接，另一端与所述节点Q连接；电阻R4的一端与所述增益电路的第二连接端连接，另一端与所述节点Q连接；电阻R5的一端与所述增益电路的第四连接端连接，另一端与所述节点Q连接；电阻R6的一端与所述增益电路的第二连接端连接，另一端与所述增益电路的第四连接端连接；

所述第一开关电路包括第一连接端、第二连接端和第三连接端，所述第一开关电路的第一连接端与所述增益电路的第三连接端连接，所述第一开关电路的第二连接端与所述增益电路的第四连接端连接，所述第一开关电路的第三连接端用于射频信号的输出；所述第一开关电路用于连通所述增益电路的第四连接端和所述第一开关电路的第三连接端，或连通所述增益电路的第三连接端和所述第一开关电路的第三连接端。

一实施例中，增益切换电路还包括ADSP电路，所述ADSP电路与所述第一开关电路连接；所述ADSP电路用于依据接收的射频信号的功率设置值向所述第一开关电路发送开关控制信号，所述第一开关电路响应所述开关控制信号连通所述增益电路的第四连接端和所述第一开关电路的第三连接端，或连通所述增益电路的第三连接端和所述第一开关电路的第三连接端。

一实施例中，所述开关控制信号包括第一开关信号和第二开关信号；

当接收的所述射频信号的功率设置值大于第一预设值时，所述ADSP电路向所述第一开关电路发送所述第一开关信号，所述第一开关电路响应所述第一开关信号连接所述增益电路的第四连接端和所述第一开关电路的第三连接端；

当接收的所述射频信号的功率设置值不大于第一预设值时，所述ADSP电路向所述第一开关电路发送所述第二开关信号，所述第一开关电路响应所述第二开关信号连接所述增益电路的第三连接端和所述第一开关电路的第三连接端。

一实施例中，增益切换电路还包括电路板，所述增益电路和第一开关电路设置在所述电路板上。

一实施例中，电阻R1、电阻R2和电阻R3呈三角形设置在所述电路板上，且电阻R1、电阻R2和电阻R3形成的三角形为等边三角形；

和/或，所述电阻R4、电阻R5和电阻R6呈三角形设置在所述电路板上，且电阻R4、电阻R5和电阻R6形成的三角形为等边三角形。

一实施例中，所述电路板上的连接线为微带线。

一实施例中，在所述电路板上，所述增益电路的第一连接端与所述第一开关电路的第四连接端之间用于电连接的微带线的长度与所述增益电路的第一连接端与所述第一开关电路的第三连接端之间用于电连接的微带线的长度相同。

一实施例中，在所述电路板上，所述第一开关电路的外围设置至少一个金属过孔，所述金属过孔用于增加所述增益切换电路中各个连接端间的隔离度；所述各个连接端包括所述增益电路10的第一连接端、第二连接端、第三连接端和/或第四连接端。

一实施例中，所述第一开关电路包括电子开关芯片。

第二方面，一实施例中提供一种射频接收器，包括如第一方面所述的增益切换电路。

依据上述实施例的一种增益切换电路，由于利用电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5和电阻R6电阻串并联，组成四端口网络，来代替现有技术中增益切换电路的一个SPDT开关，并能实现射频增益的切换控制。该增益切换电路的电路结构简单，电路稳定性高，只需一个SPDT开关就能实现增益切换，端口驻波好，容错率大，成本低，利于大规模生产。

附图说明

图1为现有技术中网络分析仪的增益控制方框图；

图2为一种实施例中射频增益切换电路的结构示意图；

图3为一种实施例中增益切换电路的电路示意图；

图4为一种实施例中增益切换电路的电路板连接示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接（联接）。

需要说明的是，为了描述方便，也为了使本领域技术人员更清楚地理解本申请的技术方案，本申请文件中引入节点Q对电路结构相关部分进行标识，不能认定为电路中额外引入的端子。

现阶段，射频增益切换电路是利用两个SPDT开关，通过控制引脚电平，实现不同工作频段信号的增益控制。请参考图2，为一种实施例中射频增益切换电路的结构示意图，射频增益切换电路包括第一级衰减网络、第二级衰减网络、第三级衰减网络、放大器和两个SPDT开关，第一级衰减网络由不同衰减量的两个衰减器组成，分别连接在SPDT开关之间，第二级衰减网络与第一级衰减网络输出端的SPDT开关相连，放大器连接在第二级衰减网络和第三级衰减网络之间。该射频增益切换电路适用于矢量网络分析仪接收端实现射频增益自动切换控制的电路结构，对矢量网络分析仪接收机的射频信号进行增益控制处理。该射频增益切换电路采用两个SPDT开关来实现射频增益的自动切换，通过两个SPDT开关选择不同的衰减网络，对射频信号进行增益控制处理。在不改变大信号指标的情况下通过对射频小信号进行功率补偿,提高了小信号时对应的中频信号幅度,从而提高了小信号状态下的动态范围,且可以改善迹线噪声，进而实现射频增益的自动切换，完成了一个射频增益自动切换电路（参见中国专利申请号为202011467020.1-适用于矢量网络分析仪接收端实现射频增益自动切换控制的电路结构）。但是这种射频增益切换电路受工作频段的局限性大，且设计成本昂贵，占PCB空间大，不利于企业生产，其原因是实现射频增益自动切换这一性能指标与其SPDT开关器件息息相关，一般开关的工作频段是9KHz-13GHz，或者是9KHz-30GHz等。随着工作频段的提高，对开关的指标要求越来越严格，高性能指标SPDT开关的价格将是低性能指标SPDT开关的数十倍，而且高性能指标SPDT开关的引脚设计、偏置电源设计以及引脚滤波电路设计等都将比一般SPDT开关复杂。这种自动切换电路的形式使用范围广，设计相对简单。但是其工作使用的SPDT开关需要占据PCB一定的空间，并且其工作带宽有限，受工作频段的影响较大，需要根据不同的工作频段来选择不同性能的SPDT开关，设计成本会不断增高。

在本申请实施例中，为了使射频增益切换电路既要能够正常地为射频信号提供增益补偿，又不能因为高性能的SPDT开关而提高设计成本、复杂电路系统，提出了一种射频增益切换电路，在射频线一端利用电阻组成四端口网络，一端口接射频输入，一端口接负载，另外两个端口分别是两个不同的增益控制；然后利用单个SPDT开关来连接增益控制端口，进行接收不同的射频增益信号。最后只需通过控制单个SPDT开关引脚电平，就能实现射频增益自动切换的电路。

实施例一

请参考图3，为一种实施例中增益切换电路的电路示意图，该增益切换电路用于射频信号接收的，包括增益电路10和第一开关电路20。增益电路10包括第一连接端IN、第二连接端Load、第三连接端P2、第四连接端P1、节点Q、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5和电阻R6。增益电路10的第一连接端IN用于射频信号的输入，增益电路10的第二连接端Load用于连接负载电路。增益电路10的第三连接端P2和第四连接端P1用于与第一开关电路20连接。电阻R1的一端与增益电路10的第一连接端IN连接，另一端与增益电路10的第三连接端P2连接。电阻R2的一端与增益电路10的第三连接端P2连接，另一端与节点Q连接。电阻R3的一端与增益电路10的第一连接端IN连接，另一端与节点Q连接。电阻R4的一端与增益电路10的第二连接端Load连接，另一端与节点Q连接。电阻R5的一端与增益电路10的第四连接端P1连接，另一端与节点Q连接。电阻R6的一端与增益电路10的第二连接端Load连接，另一端与增益电路的第四连接端P1连接。第一开关电路20包括第一连接端1、第二连接端2和第三连接端3，第一开关电路20的第一连接端1与增益电路10的第三连接端P2连接，第一开关电路20的第二连接端2与增益电路10的第四连接端P1连接，第一开关电路20的第三连接端3用于射频信号的输出。第一开关电路20用于连通增益电路10的第四连接端P1和第一开关电路20的第三连接端3，或连通增益电路10的第三连接端P2和第一开关电路20的第三连接端3。

一实施例中，增益切换电路还包括ADSP电路30，ADSP电路30与第一开关电路20连接。ADSP电路30用于依据接收的射频信号的功率设置值向第一开关电路20发送开关控制信号，第一开关电路20响应开关控制信号连通增益电路10的第四连接端P1和第一开关电路20的第三连接端3，或连通增益电路10的第三连接端P2和第一开关电路20的第三连接端3。一实施例中，该开关控制信号包括第一开关信号和第二开关信号。当接收的射频信号的功率设置值大于第一预设值时，ADSP电路30向第一开关电路20发送第一开关信号，第一开关电路20响应第一开关信号连接增益电路10的第四连接端P1和第一开关电路20的第三连接端3。当接收的射频信号的功率设置值不大于第一预设值时，ADSP电路30向第一开关电路20发送第二开关信号，第一开关电路20响应第二开关信号连接增益电路10的第三连接端P2和第一开关电路20的第三连接端3。

请参考图4，为一种实施例中增益切换电路的电路板连接示意图，一实施例中，增益切换电路还包括电路板，增益电路10和第一开关电路20设置在电路板上。一实施例中，电阻R1、电阻R2和电阻R3呈三角形设置在电路板上，且电阻R1、电阻R2和电阻R3形成的三角形为等边三角形。一实施例中，电阻R4、电阻R5和电阻R6呈三角形设置在电路板上，且电阻R4、电阻R5和电阻R6形成的三角形为等边三角形。一实施例中，该电路板上的连接线为微带线。

一实施例中，在该电路板上，增益电路10的第一连接端80与第一开关电路20的第四连接端之间用于电连接的微带线的长度与增益电路10的第一连接端80与第一开关电路20的第三连接端之间用于电连接的微带线的长度相同。即微带线61、微带线90至微带线52的长度与微带线61、微带线90至微带线62的长度相同。一实施例中，在该电路板上，第一开关电路20的外围设置至少一个金属过孔，该金属过孔用于增加增益切换电路中各个连接端间的隔离度。一实施例中，各个连接端包括增益电路10的第一连接端80、第二连接端70、第三连接端和\第四连接端。一实施例中，第一开关电路20包括电子开关芯片。

在本申请一实施例中，电阻采用三角形对称式排布，减小工作在高频时的电磁干扰，并且每个电阻间的距离分布均匀，可以有效减小由焊接产生的寄生参数。电阻组成的射频增益网络的四个端口的驻波参数良好，负载匹配，极大减小了电路插入损耗。一实施例中，第一开关电路与增益电路的布局选择平行放置，可以有效减小开关引脚上的偏置电路对电阻增益网络的电磁干扰。电路板上的微带线的电长度和位置布局都是经过精密设计，保持其位置对称，电长度相等。微带线61、微带线90至微带线52的长度与微带线61、微带线90至微带线62的长度相同保证射频信号到达第一开关电路20的第一连接端和第二连接相位角度是相等的，可以有效避免信号在传输的过程中产生相位失真，对信号产生干扰。在第一开关电路20四周设置金属过孔，可以有效增加射频端口间的隔离度。该射频增益切换电路的PCB面积小，设计简单，隔离度好。该射频增益切换电路适用工作频段范围为9KHz-40GHz，插入损耗小，端口驻波好。该射频增益切换电路的增益值控制简单，只需要改变电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5和电阻R6的电阻阻值即可。该射频增益切换电路省去一个SPDT开关，成本低，且占PCB空间小，易集成，系统容错率高、可大规模生产，适用范围广泛。

在本申请一实施例中还公开了一种射频接收器，包括如上所述的增益切换电路。

在申请实施例中公开的增益切换电路，包括增益电路和第一开关电路。其中，增益电路包括第一连接端、第二连接端、第三连接端、第四连接端、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5和电阻R6。由于利用电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5和电阻R6电阻串并联，组成四端口网络，来代替现有技术中增益切换电路的一个SPDT开关，并能实现射频增益的切换控制。该增益切换电路的电路结构简单，电路稳定性高，端口驻波好，容错率大，成本低，利于大规模生产。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (10)

1.一种用于射频信号接收的增益切换电路，其特征在于，包括增益电路和第一开关电路；

所述增益电路包括第一连接端、第二连接端、第三连接端、第四连接端、节点Q、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5和电阻R6；

所述增益电路的第一连接端用于射频信号的输入；所述增益电路的第二连接端用于连接负载电路；所述增益电路的第三连接端和第四连接端用于与所述第一开关电路连接；

电阻R1的一端与所述增益电路的第一连接端连接，另一端与所述增益电路的第三连接端连接；电阻R2的一端与所述增益电路的第三连接端连接，另一端与所述节点Q连接；电阻R3的一端与所述增益电路的第一连接端连接，另一端与所述节点Q连接；电阻R4的一端与所述增益电路的第二连接端连接，另一端与所述节点Q连接；电阻R5的一端与所述增益电路的第四连接端连接，另一端与所述节点Q连接；电阻R6的一端与所述增益电路的第二连接端连接，另一端与所述增益电路的第四连接端连接；

所述第一开关电路包括第一连接端、第二连接端和第三连接端，所述第一开关电路的第一连接端与所述增益电路的第三连接端连接，所述第一开关电路的第二连接端与所述增益电路的第四连接端连接，所述第一开关电路的第三连接端用于射频信号的输出；所述第一开关电路用于连通所述增益电路的第四连接端和所述第一开关电路的第三连接端，或连通所述增益电路的第三连接端和所述第一开关电路的第三连接端。

2.如权利要求1所述的增益切换电路，其特征在于，还包括ADSP电路，所述ADSP电路与所述第一开关电路连接；所述ADSP电路用于依据接收的射频信号的功率设置值向所述第一开关电路发送开关控制信号，所述第一开关电路响应所述开关控制信号连通所述增益电路的第四连接端和所述第一开关电路的第三连接端，或连通所述增益电路的第三连接端和所述第一开关电路的第三连接端。

3.如权利要求2所述的增益切换电路，其特征在于，所述开关控制信号包括第一开关信号和第二开关信号；

当接收的所述射频信号的功率设置值大于第一预设值时，所述ADSP电路向所述第一开关电路发送所述第一开关信号，所述第一开关电路响应所述第一开关信号连接所述增益电路的第四连接端和所述第一开关电路的第三连接端；

当接收的所述射频信号的功率设置值不大于第一预设值时，所述ADSP电路向所述第一开关电路发送所述第二开关信号，所述第一开关电路响应所述第二开关信号连接所述增益电路的第三连接端和所述第一开关电路的第三连接端。

4.如权利要求1所述的增益切换电路，其特征在于，还包括电路板，所述增益电路和第一开关电路设置在所述电路板上。

5.如权利要求4所述的增益切换电路，其特征在于，电阻R1、电阻R2和电阻R3呈三角形设置在所述电路板上，且电阻R1、电阻R2和电阻R3形成的三角形为等边三角形；

和/或，所述电阻R4、电阻R5和电阻R6呈三角形设置在所述电路板上，且电阻R4、电阻R5和电阻R6形成的三角形为等边三角形。

6.如权利要求5所述的增益切换电路，其特征在于，所述电路板上的连接线为微带线。

7.如权利要求6所述的增益切换电路，其特征在于，在所述电路板上，所述增益电路的第一连接端与所述第一开关电路的第四连接端之间用于电连接的微带线的长度与所述增益电路的第一连接端与所述第一开关电路的第三连接端之间用于电连接的微带线的长度相同。

8.如权利要求4所述的增益切换电路，其特征在于，在所述电路板上，所述第一开关电路的外围设置至少一个金属过孔，所述金属过孔用于增加所述增益切换电路中各个连接端间的隔离度；所述各个连接端包括所述增益电路的第一连接端、第二连接端、第三连接端和/或第四连接端。

9.如权利要求1所述的增益切换电路，其特征在于，所述第一开关电路包括电子开关芯片。

10.一种射频接收器，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的增益切换电路。

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