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CN1870555B - 高频电路和使用了该电路的通信装置 - Google Patents

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CN1870555B CN200610073226XA CN200610073226A CN1870555B CN 1870555 B CN1870555 B CN 1870555B CN 200610073226X A CN200610073226X A CN 200610073226XA CN 200610073226 A CN200610073226 A CN 200610073226A CN 1870555 B CN1870555 B CN 1870555B
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Abstract

一种高频电路，用于有选择地使用第一和第二频带来进行无线通信的双频段无线装置，包括：双工器，其将与功率放大器的输出侧相连的所述第一和第二频带的发送信号的其中之一送到天线；耦合器，其具有与所述双工器的公共端相连的主线路和副线路；检波器，其具有从来自所述耦合器的副线路的高频信号中检波发送功率的检波用二极管；和高次谐波降低电路，其设置在所述耦合器的副线路和所述检波用二极管之间。

Description

高频电路和使用了该电路的通信装置 
技术领域
本发明涉及可在至少两个通信系统中共用，具有发送功率的检波功能的高频电路和使用了该电路的电子设备间的无线传送用通信装置。 
背景技术
现在，广泛使用了基于以IEEE802.11标准为代表的无线LAN的数据通信。例如，作为代替个人计算机(PC)、打印机、硬盘、宽带路由器等的PC的外围设备、FAX、冰箱、标准电视(SDTV)、高清晰电视(HDTV)、数字相机、数字摄像机、便携电话等的电子设备、汽车内或飞机内的有线通信的信号传送单元而被采用，在各个电子设备之间进行无线数据传送。 
作为无线LAN的标准，有IEEE802.11a、IEEE802.11b和IEEE802.11g。IEEE802.11a使用OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiples：正交频分复用)调制方式，在5GHz的频带中支持最大54Mbps的高速数据通信。IEEE802.11b使用DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum：直接序列频谱扩散)方式，在不允许无线而可自由利用的2.4GHz的ISM(Industrial，Scientific and Medical：工业、科学和医疗)频带中支持5.5Mpbs和11Mbps的高速通信。另外，IEEE802.11g使用OFDM调制方式，与IEEE802.11b相同，在2.4GHz频带中最大支持54Mbps的高速数据通信。 
WO03/092997记载了这种无线LAN用多频带通信装置。用于该多频带通信装置的高频电路如图15所示，具有可在通信频带不同的两个通信系统(IEEE802.11a、IEEE802.11b)中发送接收的两个双波段天线、具有切换发送侧电路和接收侧电路之间的连接的4个端口的高频开关SW1、在高频开关SW1的一个端口和发送侧电路之间配置的双工器3、在高频开关SW1的另一端口和接收侧电路之间配置的双工器5，可以进行分集接收。 
作为即使在欧洲也使用的无线LAN的通信系统，有IEEE802.11h，其 例如在由于终端和基站接近，故在即使抑制发送功率也可进行良好的通信时，要求抑制发送功率的TPC(Transmission Power Control)功能。因此，需要比现有的无线LAN高精度地控制输出功率。 
现有的无线LAN用功率控制电路如WO03/092997的图15所示那样，在功率放大器PA1和发送的双工器3之间具有耦合器，通过由检波用二极管D2和平滑电路C2、R2构成的检波器来整流来自耦合器的检波信号，并根据所得到的检波电压来控制RFIC的输出信号。在该功率控制电路中，2.4GHz频带的PA1和5GHz频带的PA2两者需要耦合器和由检波用二极管和平滑电路构成的检波器，并且，还需要选择2.4GHz频带和5GHz频带的检波电压端子的模拟开关6。因此，部件数量多，通信装置的小型化困难。 
为了解决该问题，日本专利3371887号公开了如图16所示，在双工器3的公共端子上配置耦合器7的电路。该电路的部件数可以减小为图15所示的检波电路的1/2以下，且由于可以在接近于天线的位置上监视输出功率，所以可以期待检波精度的提高。但是，由于图16的电路需要检波2.4GHz频带和5GHz频带两者的发送功率，所以对耦合器的耦合度频率依赖性大的情况下，使输出功率和检波电压的关系一定非常困难。 
进一步，为了检波2.4GHz频带和5GHz频带两者的发送功率，需要设置检波用二极管(短路二极管)，但是因二极管的检波造成的失真，产生了高次谐波信号。高次谐波信号主要有发送信号的2倍或3倍的频率，这些高次谐波有向耦合器方向反射，并经过耦合器，大部分从天线发射的问题。对于耦合器的耦合度的频率依赖性，例如一般的小型、低损耗的层积耦合器的耦合度在2.4GHz频带和5GHz频带分别为-15dB和-10dB，该差直接反映在检波电压上。这时，如图14所示，例如相对于由天线端输出+20dBm时的检波电压在2.45GHz下为+0.5V，在5.4GHz下为+1V。为了实现了TPC功能，必需减少由这种频率造成的检波电压的偏差。 
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种降低检波用二极管产生的高次谐波信号，对多个频率的检波电压的偏差小，部件数量少的高频电路。 
本发明的另一目的是提供一种基于具有该高频电路的无线LAN的通信装置。 
本发明的第一高频电路，用于有选择地使用第一和第二频带来进行无线通信的双波段无线装置，其特征在于，包括： 
耦合器，其具有主线路和副线路，该主线路和副线路具有发送信号的输入端和输出端； 
检波器，其具有从来自所述耦合器的副线路的高频信号中检波发送功率的检波用二极管，并用于检波所述第一和第二频带的发送功率；和 
高次谐波降低电路，其设置在所述耦合器的副线路和所述检波用二极管之间， 
所述高次谐波降低电路是由一个以上的电阻构成的衰减器电路。 
本发明的第二高频电路，用于有选择地使用第一和第二频带来进行无线通信的双波段无线装置，其包括： 
双工器，其将与功率放大器的输出侧相连的所述第一和第二频带的发送信号的其中之一送到天线； 
耦合器，其具有与所述双工器的公共端相连的主线路和副线路； 
检波器，其具有从来自所述耦合器的副线路的高频信号中检波发送功率的检波用二极管；和 
高次谐波降低电路，其设置在所述耦合器的副线路和所述检波用二极管之间， 
所述高次谐波降低电路是由一个以上的电阻构成的衰减器电路。 
所述高次谐波降低电路最好是由一个以上的传送线路和一个以上的电容构成的低通滤波器电路或陷波滤波器电路，或由一个以上的电阻构成的衰减器电路。虽然现有技术中在发送接收信号通过的主路径上设置了高次谐波降低电路，但是本发明中，是配置在耦合器和检波用二极管之间。由此，可以大幅度减少发送接收信号通过的主路径的传送损失，结果，通信的高质量化和低消耗功率化成为可能。 
最好将构成本发明的高频电路的高次谐波降低电路的低通滤波电路或陷波滤波电路的衰减极点调整为通常频带的2倍或3倍的频率，而在通过频带的频率上不进行衰减。由此，可以使检波电压仍保持一定而仅降低高次谐波信号。 
所述低通滤波电路和陷波电路，在检波的信号的通过为较窄频带的情况下有效。 
在用于有选择地使用第一和第二频带来进行无线通信的双频段无线装置的情况下，由于由一个以上的电阻构成的衰减器电路在宽带中衰减信号，所以比低通滤波电路和陷波滤波电路更为优选。例如，在第一频带为2.4GHz频带，第二频带为5GHz频带的情况下，由于第一频带的2倍高次谐波信号大致为5GHz，所以在低通滤波电路和陷波滤波电路中5GHz频带的检波不充分，但是衰减器电路不仅衰减来自耦合器的检波信号，还衰减由检波用二极管产生的高次谐波信号的反射波。在使用衰减器电路的情况下，有为了使检波电压一定而增大耦合器的耦合度的需要，但是有在宽带中可确保充分的衰减量的优点。 
所述高次谐波降低电路作为使第一频带(例如2.4GHz频带)和第二频带(例如5GHz频带)的发送信号的2倍或3倍的频率衰减的陷波滤波器，最好由电感，二极管、电容、电阻和电源端子构成，使用通过向所述电源端子施加的电压进行衰减的谐振频率可变的可变陷波滤波器。通过可变陷波滤波器的电源端子的ON/OFF，在将第一频带的发送信号送到天线时，将衰减极点设置为第一发送信号的2倍的频率，将第二频带的发送信号送到天线，此时，由于可以设置为第二发送信号的2倍高次谐波的频率，所以通过切换两者的频带的衰减极点可以通过一个滤波器减少2倍高次谐波发生量。 
作为优选方式，在所述耦合器的副线路和所述高次谐波降低电路之间，设有由与所述耦合器的耦合线路连接的分流电感构成的匹配电路、和/或由分流电感及在所述耦合器的耦合线路与所述检波用二极管之间连接的相位电路构成的匹配电路。该匹配电路最好进行调整，使得第一频带(例如2.4GHz频带)中耦合器的耦合线侧的阻抗和检波用二极管侧的阻抗匹配。由此，在耦合器的耦合度小，检波电压也小的2.4GHz频带中，可以使检波电压增加，可以减少与5GHz频带的检波电压的偏差。通过该匹配电路在史密斯圆图上可以分别调整基于分流电感的振幅方向的阻抗匹配、和基于相位电路的相位方向的阻抗匹配。结果在2.4GHz频带中可以简单调整耦合器的耦合线路和检波用二极管的阻抗匹配。 
本发明的高频电路，优选具有发送接收信号切换用开关电路，所述开关电路分别具有一个以上的输入输出发送接收信号的天线端、输入发送信 号的发送端、输出接收信号的接收端，将所述开关电路的所述发送端连接到所述耦合器的主线路上。通过该电路结构，在第一频带为2.4GHz频带，第二频带为5GHz频带的情况下，可以得到能适应于IEEE802.11a、IEEE802.11b和IEEE802.11g的通信系统的双频段RF前置电路。另外，通过该电路结构，也能得到2.4GHz频带或5GHz频带的单一频段用的RF前置电路。 
本发明的通信装置，其具有上述高频电路。 
附图说明
图1是表示具有基于本发明的一实施例的高次谐波降低电路的高频电路的框图； 
图2是表示具有基于本发明的另一实施例的高次谐波降低电路的高频电路的框图； 
图3是表示具有基于本发明的又一实施例的高次谐波降低电路的高频电路的框图； 
图4是表示具有基于本发明的又一实施例的高次谐波降低电路和匹配电路的高频电路的框图； 
图5是表示在图4的高频电路上添加开关电路和分波电路后构成的本发明的另一实施例的高频电路的框图； 
图6是表示具有本发明的又一实施例的高次谐波降低电路的高频电路的框图； 
图7是表示用于本发明的高次谐波降低电路的低通滤波器的一例的图； 
图8是表示用于本发明的高次谐波降低电路的陷波滤波器的一例的图； 
图9是表示用于本发明的高次谐波降低电路的衰减器的一例的图； 
图10是表示图1的高次谐波降低电路的高次谐波衰减特性的曲线； 
图11是表示图2的高次谐波降低电路的高次谐波衰减特性的曲线； 
图12是表示图3的高次谐波降低电路的高次谐波衰减特性的曲线； 
图13是表示图4的高频电路中的输出功率和检波电压的关系的曲线； 
图14是表示现有的高频电路中的输出功率和检波电压的关系的曲线； 
图15是表示具有现有的检波功能的高频电路的一例的框图； 
图16是表示具有现有的检波功能的高频电路的另一例的框图。 
具体实施方式
图1表示本发明的一实施例的高频电路。该高频电路由双工器3、耦合器2、由检波用二极管D1和平滑电路4’构成的检波器4、在耦合器2和检波用二极管D1之间连接的高次谐波降低电路1构成。双工器3通过例如由LC电路构成的低通滤波器和高通滤波器的组合构成。耦合器2由主线路L3、副线路L2和电阻R1构成。在耦合器2的副线路L2侧的耦合线路CL上串联连接高次谐波降低电路1和检波器4。将检波器4内的检波用二极管D1的阳极端子1g连接到高次谐波降低电路1，将阴极端子1h连接到平滑电路4’。 
向双工器3的输入端1a和1b分别输入2.4GHz频带(IEEE802.11b)的发送信号和5GHz频带(IEEE802.11a)的发送信号，将从双工器3向天线发送的发送信号从输入端1e输入到耦合器2，并从耦合器2的输出端1c输出。由于主线路L3和副线路L2高频耦合，所以将发送信号的一部分输出到耦合线路CL的耦合端1f。 
将经过了耦合器2和高次谐波降低电路1的高频信号输入到检波用二极管，仅向阴极端子1h传播超过了检波用二极管D1的顺电压的高频信号，并通过平滑电路4’转换为直流后，作为耦合器的直流电压输出到检波端子1d。反馈该检波信号，并经RFIC电路等用于发送功率放大器的控制。 
反射基于检波用二极管D1的整流时产生的高次谐波信号，并经耦合2器从天线发射。为了防止该情况，如图1所示，设置了高次谐波降低电路1。高次谐波降低电路1由将衰减极点设置为例如5GHz频带的2倍波即10GHz频带的π型低通滤波器构成。衰减极点根据电路结构设置为2.4GHz频带的3倍高次谐波频带或5GHz频带的2倍或3倍的高次谐波频带。作为高次谐波降低电路1的另一例，举出由图7(a)和(b)所示的LC电路构成的低通滤波器和图8(a)和图8(b)所示的陷波滤波器。低通滤波器在超过衰减极点的频率上得到了大的衰减量，但是由于元件数 多，所以不适合于小型化。然而，陷波滤波器在超过了衰减极点的频率上的衰减量小，但是由于元件少，所以小型化容易。通过将高次谐波降低电路1连接到检波用二极管D1的阳极，可以检测出正的检波电压。 
图2表示由衰减器(attenuator)AT构成高次谐波降低电路1的例子。衰减器AT因由电阻形成的电压降而降低了高次谐波信号的强度。图9(a)和(b)表示由多个电阻构成的衰减器的具体例。一般由多个电阻构成的衰减器与由一个电阻构成的衰减器相比，在宽带得到了高衰减量，但是对小型化不利。 
对于由图1所示的π型低通滤波器构成的高次谐波降低电路1和由图2所示的衰减器AT构成的高次谐波降低电路1，来测量2.4GHz频带和5GHz频带中的2倍高次谐波发生量(dBm)的特性值。图10和图11分别表示结果。从图10和图11可以看出，在图10的2.4GHz频带之外，可以确认10dB以上的高次谐波产生抑制效果。关于低通滤波器中2.4GHz频带的高次谐波抑制效果没有提高是因为将低通滤波器的衰减极点设置为10GHz。 
图3表示高次谐波降低电路1由可变陷波滤波器构成的高频电路的例子。可变陷波滤波器VNF由传送线路或电感L6、扼流线圈17、电容C1、二极管开关D5和电阻R1构成。传送线路L6、二极管D5和电容C1形成串联谐振电路，其谐振频率根据二极管D5的ON/OFF状态而变化。即，通常二极管在ON状态下接近于短路，在OFF状态下具有0.1～1.0pF的电容值。因此，在ON状态下，形成L6和C1的串联谐振电路，在OFF状态下形成L6和C1及二极管D5的电容值的串联谐振电路。因此，可以通过二极管D5的ON/OFF改变谐振电路的衰减极点。 
图12表示图3所示的可变陷波滤波器VNF的特性。可变陷波滤波器VNF在二极管D5为ON状态下，在作为第一发送信号的2.4GHz的2倍频率(约5GHz)具有衰减极点，在二极管D5OFF状态下在作为第二发送信号的5GHz的2倍的频率(约10GHz)具有衰减极点。由于二极管D5在ON和OFF的情况下各自的谐振频率可以通过L6和C1的组合来任意调整，所以还可以将衰减极点设置为3倍波的频率。为了使二极管D5为ON状态，需要向二极管D5施加约0.5V以上的电压并流过直流电流，为 了流过该直流电流，需要轭流线圈L7。轭流线圈L7最好为2nH以上，使其对2.4GHz和5GHz频带的信号，阻抗变大。在本实施例中使用了5.6nH。在二极管D5的阳极和电源端子V1之间设置电阻R1，来限制在二极管D5中流过的电流值。在本实施例中电阻R1为2kΩ。 
图4表示本发明的又一实施例的高频电路。该高频电路在耦合器2的副线路L2和高次谐波降低电路1之间具有匹配电路5。匹配电路5由分流电感L1和相位电路L4构成，从耦合端1f输入耦合信号，并经衰减器AT输出到检波用二极管D1。分流电感L1和相位电路L4的常数被设置成，2.4GHz频带中的耦合端1f的阻抗和检波用二极管D1侧的耦合端li的阻抗匹配。通过匹配电路5在史密斯圆图上可以分别调整基于分流电感L1的振幅方向的阻抗匹配和基于相位电路L4的相位方向的阻抗匹配。因此，可以简单调整2.4GHz频带中的耦合端和检波用二极管D1的阻抗匹配。由此，在图13所示的现有电路中，即使在耦合器的耦合度小，检波电压也小的2.4GHz频带中，也可以使检波电压增加，由此，也可减少与5GHz频带的检波电压的偏差。 
图13表示图4所示的高频电路中的输出功率和检波电压的关系。与图14所示的现有电路的情况相比，显著减少了2.4GHz频带的检波电压和5GHz频带的检波电压的差。 
根据图4所示的实施例，实现了由高次谐波降低电路1进行的高次谐波的降低、由匹配电路5进行的耦合度的频率偏差的抑制及对应于检波电压的频率的偏差的抑制两者。 
在图4所示的实施例中，虽然匹配电路5具有分流电感L1和相位电路L4两者，但是还可通过耦合端1f和检波用二极管D1之间的阻抗匹配来改变。例如，作为匹配电路5，可以仅插入分流电感L1，也可仅插入相位电路L4。由此，实现了阻抗匹配和两者的小型化。 
图5表示基于本发明的又一实施例的高频电路。该高频电路包括发送接收信号的切换DPDT(dual-pole，dual-throw)开关电路8，开关电路8具有可在2.4GHz频带和5GHz频带下进行发送接收的至少两个多波段天线端子5a、5b、输入2.4GHz频带和5GHz频带的发送信号的发送端1c、和输出2.4GHz频带和5GHz频带的接收信号的接收端子5c。开关电路8 的接收端子5c连接到对2.4GHz频带和5GHz频带的接收信号进行分波的的接收用双工器5。发送端1c连接到与图4所示相同的高频电路的耦合器2的输出端。比发送用双工器3的输入端1a、1b后级的电路结构和比接收用双工器5的输出端5d、5e后级的电路结构如图15所示。 
根据该电路结构，得到了可适用于IEEE802.11a、IEEE802.11b和IEEE802.11g的多波段通信系统的RF前端电路。该高频电路由于对于频率的检波电压的偏差小，部件数量少，所以可进行小型化。因此，最适合于具有TPC功能的IEEE802.11h的多波段通信装置。另外图5中，将图4所示的高频电路连接到发送端子1c上，但是即使连接图1～3的高频电路的其中之一也可得到相同的效果。 
以上，虽然说明了与2.4GHz频带和5GHz频带两个频带对应的高频电路，但是本发明并不限于此。例如如图6所示，还可用于通过设置SPDT(Single-pole，dual-throw)开关电路9来切换一个频带的发送接收信号的通信系统，所述开关电路9切换天线端子5a、输入来自功率放大器(poweramplifier)的发送信号的发送端1c、和向低噪声放大器输出接收信号的接收端子5c。在该系统中，由于发送端1c连接到图4所示的高频电路的耦合器2的输出端，所以可得到本发明的效果。 
发明的效果 
本发明的高频电路由于在耦合器的副线路上连接高次谐波降低电路，所以具有对应于两个发送路径的检波功能，可以降低从检波用二极管反射的高次谐波发生量。进一步，通过设置匹配电路，由于对于两个频率的检波电压的偏差变小，且由于部件数目少，所以得到了小型化成为可能的高频电路。若使用这种高频电路，则可以得到最适合于具有TPC功能的IEEE802.11h的通信系统的无线LAN等的通信装置。 

Claims (7)

1.一种高频电路，用于有选择地使用第一和第二频带来进行无线通信的双波段无线装置，其包括：
耦合器，其具有主线路和副线路，该主线路和副线路具有发送信号的输入端和输出端；
检波器，其具有从来自所述耦合器的副线路的高频信号中检波发送功率的检波用二极管，并用于检波所述第一和第二频带的发送功率；和
高次谐波降低电路，其设置在所述耦合器的副线路和所述检波用二极管之间，
所述高次谐波降低电路是由一个以上的电阻构成的衰减器电路。
2.根据权利要求1所述的高频电路，其特征在于：
所述高次谐波降低电路是由一个电阻构成的衰减器电路。
3.一种高频电路，用于有选择地使用第一和第二频带来进行无线通信的双波段无线装置，其包括：
双工器，其将与功率放大器的输出侧相连的所述第一和第二频带的发送信号的其中之一送到天线；
耦合器，其具有与所述双工器的公共端相连的主线路和副线路；
检波器，其具有从来自所述耦合器的副线路的高频信号中检波发送功率的检波用二极管；和
高次谐波降低电路，其设置在所述耦合器的副线路和所述检波用二极管之间，
所述高次谐波降低电路是由一个以上的电阻构成的衰减器电路。
4.根据权利要求2所述的高频电路，其特征在于：
所述高次谐波降低电路是由一个电阻构成的衰减器电路。
5.根据权利要求1-4中的任一项所述的高频电路，其特征在于：
所述第一频带比所述第二频带低，在所述耦合器的副线路和所述高次谐波降低电路之间，为了实现所述第一频带下的所述耦合器的副线路和所述检波用二极管之间的阻抗匹配，而设有由与所述耦合器的耦合线路连接的分流电感构成的匹配电路、和/或由分流电感及在所述耦合器的耦合线路与所述检波用二极管之间连接的相位电路构成的匹配电路，
所述第一频带的检波电压和所述第二频带的检波电压之差通过所述匹配电路降低。
6.根据权利要求1-4中的任一项所述的高频电路，其特征在于：
具有发送接收信号切换用开关电路，所述开关电路分别具有一个以上的输入输出发送接收信号的天线端子、输入发送信号的发送端、输出接收信号的接收端，将所述开关电路的所述发送端连接到所述耦合器的主线路上。
7.一种通信装置，其具有权利要求1-4中的任一项所述的高频电路。
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