TW202133568A - Radio-frequency front end circuit, device, and system for millimeter waves and terahertz waves - Google Patents
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Abstract
Description
本發明有關於一種毫米波與太赫茲波的射頻前端電路、射頻前端裝置及射頻前端系統,尤指一種在不同頻段操作時,可達到功率差異大幅降低的毫米波與太赫茲波的射頻前端電路、射頻前端裝置及射頻前端系統。The present invention relates to a millimeter wave and terahertz wave radio frequency front-end circuit, radio frequency front-end device and radio frequency front-end system, in particular to a millimeter wave and terahertz wave radio frequency front-end circuit that can achieve a drastically reduced power difference when operating in different frequency bands , RF front-end devices and RF front-end systems.
隨著現代無線通訊技術(如雷達裝置、通訊裝置)的發展,射頻微波器件和功能模組的小型化需求日益迫切,可以基於微納電子學模組、微組裝、微機電系統等工藝,運用混合集成的方式,實現太赫茲發射前端電路的整體集成。 傳統的高頻毫米波與太赫茲波的射頻收發前端電路存在的問題是結構複雜設計難度大,且因有高頻毫米波頻段與太赫茲波頻段兩種不同頻段,使得射頻收發前端電路內會獨立各自分開設置不同頻段電路,例如射頻收發前端電路內設置有兩個不同頻段的毫米波收發電路與太赫茲波收發電路是獨立分開且隔開設置,且兩個不同頻段的毫米波收發電路與太赫茲波收發電路彼此之間沒電性連接且也沒有匹配電路設計,所以當射頻收發前端電路要接收或發送毫米波射頻訊號是通過毫米波收發電路的路徑並由其上所連接的天線接收或發送出去,當射頻收發前端電路要接收或發送太赫茲射波頻訊號是通過另一獨立太赫茲波收發電路的路徑並由其上所連接的天線接收或發送出去,因此使得習知射頻收發前端電路在不同頻段操作時,會導致兩個不同頻段的功率差異極大的問題,例如習知射頻收發前端電路內毫米波收發電路的發射(或接收)毫米波頻段(如3.5GHz~60GHz)的中心頻率的頻寬功率與太赫茲波收發電路的發射(或接收)太赫茲波頻段(如100GHz~200GHz)的中心頻率的頻寬功率的兩者功率差異會在0.5dB~8 dB之間。With the development of modern wireless communication technologies (such as radar devices and communication devices), the demand for miniaturization of radio frequency and microwave devices and functional modules has become increasingly urgent. They can be used based on micro-nanoelectronic modules, micro-assembly, and micro-electromechanical systems. The hybrid integration method realizes the overall integration of the terahertz transmitting front-end circuit. The traditional high-frequency millimeter wave and terahertz wave radio frequency transceiver front-end circuit has the problem that the structure is complex and the design is difficult, and because there are two different frequency bands, the high-frequency millimeter wave frequency band and the terahertz wave frequency band, the RF transceiver front-end circuit Separately set up circuits of different frequency bands, for example, two millimeter wave transceiver circuits of different frequency bands and terahertz wave transceiver circuits are arranged in the RF transceiver front-end circuit independently and separately, and the two millimeter wave transceiver circuits of different frequency bands and The terahertz wave transceiver circuits are not electrically connected to each other and there is no matching circuit design, so when the RF transceiver front-end circuit wants to receive or transmit millimeter wave radio frequency signals, it passes through the path of the millimeter wave transceiver circuit and is received by the antenna connected to it. Or send it out. When the radio frequency transceiver front-end circuit wants to receive or transmit the terahertz radio frequency signal, it passes through the path of another independent terahertz wave transceiver circuit and is received or transmitted by the antenna connected to it, thus making the conventional radio frequency transceiver When the front-end circuit operates in different frequency bands, it will cause the problem of great difference in power of the two different frequency bands. For example, the transmission (or reception) of the millimeter wave transceiver circuit in the conventional radio frequency transceiver front-end circuit transmits (or receives) the millimeter wave frequency band (such as 3.5GHz~60GHz) The power difference between the bandwidth power of the center frequency and the bandwidth power of the center frequency of the terahertz wave frequency band (such as 100GHz~200GHz) of the terahertz wave transceiver circuit transmitting (or receiving) will be between 0.5dB~8dB.
本發明之一目的在提供一種在不同頻段操作時,可達到功率差異大幅降低的毫米波與太赫茲波的射頻前端電路。 本發明之另一目的在提供一種可簡化電路設計及降低成本的射頻前端電路。 本發明之另一目的在提供一種在不同頻段操作時,可達到功率差異大幅降低的射頻前端裝置。 本發明之另一目的在提供一種可簡化電路設計及降低成本的射頻前端裝置。 本發明之另一目的在提供一種在不同頻段操作時,可達到功率差異大幅降低的射頻前端系統。 本發明之另一目的在提供一種可簡化電路設計及降低成本的射頻前端系統。 為達上述目的,本發明提供一種毫米波與太赫茲波的射頻前端電路,包括一發送單元、一接收單元及一收發切換開關,該發送單元係用以發送一射頻輸出訊號,該發送單元具有複數彼此串接的功率放大器,該複數功率放大器設有一第一匹配電路、一第二匹配電路、一第一負載電路及一第一電晶體,該第一電晶體設有一第一端、一第二端及一第三端,該第一端與該第一、二匹配電路相電性連接,該第二、三端分別電性連接一接地端及該第一負載電路,該接收單元用以接收一射頻輸入訊號,該接收單元具有複數彼此串接的低雜訊放大器,該複數低雜訊放大器設有一第三匹配電路、一第四匹配電路、一第二負載電路及一第二電晶體,該第二電晶體設有一第一端、一第二端及一第三端,該第二電晶體的該第一端與該第三、四匹配電路相電性連接,該第二電晶體的該第二、三端分別電性連接該接地端及該第二負載電路,該收發切換開關電性連接一天線與該發送單元與該接收單元之間,用以選擇導通該發送單元與該天線的電性連接或導通該接收單元與該天線的電性連接。 本發明另提供一種射頻前端裝置,包括一收發處理單元及複數射頻前端電路,該收發處理單元具有複數收發處理組與一功率分配器,該功率分配器與對應該複數收發處理組的一端電性連接,該每一收發處理組設有一接收處理部分與一發送處理部分,該接收處理部分具有一第一可變增益放大器與一電性連接該第一可變增益放大器的第一移相器,該發送處理部分具有一第二可變增益放大器與一電性連接該第二可變增益放大器的第二移相器,該複數射頻前端電路係電性連接該複數收發處理組的另一端,該每一射頻前端電路包含一發送單元、一接收單元及一收發切換開關,該發送單元係電性連接對應的該發送處理部分,用以發送一射頻輸出訊號,該發送單元具有複數彼此串接的功率放大器,該複數功率放大器設有一第一匹配電路、一第二匹配電路、一第一負載電路及一第一電晶體,該第一電晶體設有一第一端、一第二端及一第三端,該第一端與該第一、二匹配電路相電性連接,該第二、三端分別電性連接一接地端及該第一負載電路,該接收單元電性連接對應的該接收處理部分,用以接收一射頻輸入訊號,該接收單元具有複數彼此串接的低雜訊放大器,該複數低雜訊放大器設有一第三匹配電路、一第四匹配電路、一第二負載電路及一第二電晶體,該第二電晶體設有一第一端、一第二端及一第三端,該第二電晶體的該第一端與該第三、四匹配電路相電性連接,該第二電晶體的該第二、三端分別電性連接該接地端及該第二負載電路,該收發切換開關電性連接一天線與該發送單元與該接收單元之間,用以選擇導通該發送單元與該天線的電性連接或導通該接收單元與該天線的電性連接。 本發明另提供一種射頻前端系統,包括一功率分配器及複數如上所述的射頻前端裝置,該複數射頻前端裝置與該功率分配器電性連接。 因此,上述各實施例透過本發明的設計,使得在不同頻段操作時,可達到功率差異大幅降低,且還有效簡化電路設計及降低成本的效果。An object of the present invention is to provide a millimeter wave and terahertz wave radio frequency front-end circuit that can achieve a significant reduction in power difference when operating in different frequency bands. Another object of the present invention is to provide a radio frequency front-end circuit that can simplify circuit design and reduce cost. Another object of the present invention is to provide a radio frequency front-end device that can achieve a significant reduction in power difference when operating in different frequency bands. Another object of the present invention is to provide a radio frequency front-end device that can simplify circuit design and reduce cost. Another object of the present invention is to provide a radio frequency front-end system that can achieve a significant reduction in power difference when operating in different frequency bands. Another object of the present invention is to provide a radio frequency front-end system that can simplify circuit design and reduce cost. To achieve the above objective, the present invention provides a millimeter wave and terahertz wave radio frequency front-end circuit, which includes a transmitting unit, a receiving unit, and a transceiver switch. The transmitting unit is used to transmit a radio frequency output signal, and the transmitting unit has A plurality of power amplifiers connected in series with each other. The plurality of power amplifiers are provided with a first matching circuit, a second matching circuit, a first load circuit and a first transistor. The first transistor is provided with a first terminal and a first transistor. Two ends and a third end. The first end is electrically connected to the first and second matching circuits. The second and third ends are electrically connected to a ground and the first load circuit, respectively. The receiving unit is used for Receiving a radio frequency input signal, the receiving unit has a plurality of low-noise amplifiers connected in series with each other, and the plurality of low-noise amplifiers are provided with a third matching circuit, a fourth matching circuit, a second load circuit and a second transistor , The second transistor is provided with a first end, a second end and a third end, the first end of the second transistor is electrically connected to the third and fourth matching circuits, the second transistor The second and third terminals are electrically connected to the ground terminal and the second load circuit, respectively, and the transceiver switch is electrically connected to an antenna and between the transmitting unit and the receiving unit to selectively conduct the transmitting unit and the receiving unit. The electrical connection of the antenna or the electrical connection between the receiving unit and the antenna is conducted. The present invention also provides a radio frequency front-end device, including a transceiving processing unit and a plurality of radio frequency front-end circuits. The transceiving processing unit has a complex transceiving processing group and a power divider. The power distributor is electrically connected to one end of the complex transceiving processing group. Connected, each of the transceiver processing groups is provided with a receiving processing part and a transmitting processing part, the receiving processing part has a first variable gain amplifier and a first phase shifter electrically connected to the first variable gain amplifier, The transmission processing part has a second variable gain amplifier and a second phase shifter electrically connected to the second variable gain amplifier, the complex radio frequency front-end circuit is electrically connected to the other end of the complex transceiver processing group, the Each radio frequency front-end circuit includes a transmitting unit, a receiving unit and a transceiving switch. The transmitting unit is electrically connected to the corresponding transmitting processing part for transmitting a radio frequency output signal. The transmitting unit has a plurality of serially connected A power amplifier, the complex power amplifier is provided with a first matching circuit, a second matching circuit, a first load circuit and a first transistor, and the first transistor is provided with a first terminal, a second terminal and a first transistor. Three terminals, the first terminal is electrically connected to the first and second matching circuits, the second and third terminals are respectively electrically connected to a ground terminal and the first load circuit, and the receiving unit is electrically connected to the corresponding receiving circuit. The processing part is used to receive a radio frequency input signal. The receiving unit has a plurality of low noise amplifiers connected in series with each other. The complex low noise amplifiers are provided with a third matching circuit, a fourth matching circuit, a second load circuit and A second transistor, the second transistor is provided with a first end, a second end and a third end, the first end of the second transistor is electrically connected to the third and fourth matching circuits, The second and third terminals of the second transistor are electrically connected to the ground terminal and the second load circuit, respectively, and the transceiver switch is electrically connected to an antenna and the transmitting unit and the receiving unit for selective conduction The electrical connection between the transmitting unit and the antenna or the electrical connection between the receiving unit and the antenna is conducted. The present invention also provides a radio frequency front-end system, including a power divider and a plurality of radio frequency front-end devices as described above, and the plurality of radio frequency front-end devices are electrically connected to the power divider. Therefore, through the design of the present invention in the above embodiments, the power difference can be greatly reduced when operating in different frequency bands, and the circuit design is also effectively simplified and the cost is reduced.
本發明之上述目的及其結構與功能上的特性,將依據所附圖式之較佳實施例予以說明。
本發明提供一種毫米波與太赫茲波的射頻前端電路、射頻前端裝置及射頻前端系統。請參閱第1A圖係本發明之第一實施例之射頻前端電路的收發切換開關的一切換態樣示意圖;第1B圖係本發明之第一實施例之射頻前端電路的收發切換開關的另一切換態樣示意圖;第2A圖係本發明之第一實施例之複數功率放大器的電路示意圖;第2B圖係本發明之第一實施例之複數低雜訊放大器的電路示意圖。該射頻前端電路1是應於一毫米波與太赫茲波的系統(圖中未示),例如胎壓偵測系統、車用雷達偵測系統、汽車防撞雷達系統、無線通信系統(如5G或6G系統)、醫療掃描系統或類似者。該射頻前端電路1包括一發送單元11、一接收單元12及一收發切換開關13,該發送單元11用以發送一經放大後的射頻輸出訊號,該發送單元11具有複數功率放大器111,該複數功率放大器111於本實施例表示四個功率放大器111(Power Amplifier,PA),用以將接收該射頻輸出訊號做放大處理,且如第1A圖中由左至右依序為第一、二、三、四個功率放大器111共四級功率放大器111串接說明,但不侷限於此,於具體實施,該功率放大器111可為二個以上或四個以上的功率放大器111。
該複數功率放大器111設有一第一匹配電路112、一第二匹配電路113、一第一負載電路114、一第一輸入端1111、一第一輸出端1112及一第一電晶體115,其中四個功率放大器111彼此串接一起,且該每兩相鄰功率放大器111中前一功率放大器111的第一輸出端1112與後一功率放大器111的該第一輸入端1111相電性連接,例如該第一個功率放大器11的第一輸入端1111用以接收一收發處理單元(圖中未示)傳送的射頻輸出訊號,該第一個功率放大器111的第一輸出端1112與第二個功率放大器111的第一輸入端1111電性連接,第二個功率放大器111的第一輸出端1112與第三個功率放大器111的第一輸入端1111電性連接,依此類推。並該第一電晶體115於本實施例表示為如一場效電晶體(Field Effect Transistor,FET)為如NMOS電晶體,但並不侷限於此, 於具體實施時,凡是可具放大功能的半導體元件(如PMOS電晶體),即為本發明所稱之第一電晶體115。
該第一電晶體115有一第一端1151、一第二端1152及一第三端1153,該第一電晶體115的第一、二、三端1151、1152、1153於本實施例依序為一閘極端、一源極端及一汲極端,該第一端1151(即閘極端)與該第一、二匹配電路112、113相電性連接,該第二、三端1152、1153 (即源極端、汲極端)分別電性連接一接地端Gnd與該第一負載電路114。該第一、二匹配電路112、113只能讓特定一個頻段的訊號通過,而阻絕此頻段以外之訊號通過,並該第一匹配電路112包含一第一電容件C1與一第一電感件L1,該第一電容件C1的一端電性連接自身該第一輸入端1111,該第一電容件C1的另一端電性連接該第一電感件L1的一端(即第一電容件C1與該第一電感件L1相串聯連接),該第一電感件L1的另一端電性連接該第一電晶體115的該第一端1151(即閘極端),該第一電晶體115的第三端1153 (即汲極端)電性連接自身該第一輸出端1112。
該第二匹配電路113包含一第二電容件C2與一第二電感件L2,該第二電容件C2的一端、該第二電感件L2的一端、該第一電感件L1的另一端及該第一電晶體115的第一端1151 (即閘極端)共同電性連接一起,該第二電容件C2的另一端與該第二電感件L2的另一端及該接地端Gnd相電性連接(即第二電容件C2與第二電感件L2相並聯連接)。於本實施例的第一、二電容件C1、C2與該第一、二電感件的數量不侷限於上述1個,於具體實施時,使用者可以根據發送單元11的發送功率及所需多頻段與頻率範圍需求設計,調整該第一、二電容件C1、C2與第一、二電感件L1、L2的數量,例如複數第一電容件C1(如2個以上第一電容件C1)與複數第一電感件L1(如2個以上第一電感件L1)相串聯連接,和複數第二電容件C2(如2個以上第二電容件C2)與複數第二電感件L2(如2個以上第二電感件L2)相並聯連接。該第一負載電路114可為匹配電路或直流雜訊隔絕電路,且該第一負載電路114包含一第一電阻件R1與一第一負載電感件L1′,該第一電阻件R1的兩端分別電性連接一參考電源Vc (如5伏特(V)或12伏特(V))與該第一負載電感件L1′的一端,該第一負載電感件L1′的另一端與該第一電晶體115的第三端電性連接。所以透過調整該發送單元11的第一、二匹配電路112、113內的阻抗匹配值(如第一、二電容件C1、C2的電容值與第一、二電感件L1、L2的電感值)搭配該第一負載電路114內的阻抗匹配值(如第一電阻件R1的電阻值與第一負載電感件L1′的電感值)的設計,使得在同一電路中可輸出不同頻段(如毫米波頻段為3.5GHz~60GHz範圍或太赫茲頻段為100GHz~200GHz範圍),以有效達到輸出(或發送)毫米波射頻輸出訊號或太赫茲波射頻輸出訊號。
該接收單元12用以接收一射頻輸入訊號,該接收單元12具有複數低雜訊放大器121,該複數低雜訊放大器121於本實施例表示四個低雜訊放大器121(low noise amplifier, LNA),用以對從一天線4接收到的射頻輸入訊號做放大及減少(或抑制)雜訊處理,且如第1B圖中由左至右依序為第一、二、三、四個低雜訊放大器121共四級低雜訊放大器121串接說明,但不侷限於此,於具體實施,該低雜訊放大器121可為二個以上或四個以上的功率放大器111。該複數低雜訊放大器121設有一第三匹配電路122、一第四匹配電路123、一第二負載電路124、一第二輸入端1211、一第二輸出端1212及一第二電晶體125,其中該複數低雜訊放大器121彼此串接一起,且該每兩相鄰低雜訊放大器121中前一低雜訊放大器121的第二輸入端1211與後一低雜訊放大器121的第二輸出端1212相電性連接,例如該第一個低雜訊放大器121的第二輸出端1212傳送經放大後的射頻輸入訊號給該收發處理單元(圖中未示),該第一個低雜訊放大器121的第二輸入端1211與第二個低雜訊放大器121的第二輸出端1212電性連接,第二個低雜訊放大器121的第二輸入端1211與第三個低雜訊放大器121的第二輸出端1212電性連接,依此類推。並該第二電晶體125於本實施例表示為如一場效電晶體(Field Effect Transistor,FET)為如NMOS電晶體,但並不侷限於此, 於具體實施時,凡是可具放大功能的半導體元件(如PMOS電晶體),即為本發明所稱之第二電晶體125。在一實施例,前述第一、二電晶體115、125為互補式金氧半電晶體(Complementary Metal-.Oxide semiconductor,CMOS)、矽鍺(SiGe)電晶體、砷化鎵(GaAs)電晶體、氮化鎵(GaN)電晶體或雙極性(BJT)電晶體。
該第二電晶體125設有一第一端1251、一第二端1252及一第三端1253,該第二電晶體125的第一、二、三端1251、1252、1253於本實施例依序為一閘極端、一源極端及一汲極端,該第二電晶體125的第一端1251 (即閘極端)與該第三、四匹配電路122、123相電性連接,該第二電晶體125的第二、三端1252、1253 (即源極端、汲極端)分別電性連接該接地端Gnd及該第二負載電路124。該第三、四匹配電路122、123只能讓特定一個頻段的訊號通過,而阻絕此頻段以外之訊號通過,並該第三匹配電路122包含一第三電容件C3與一第三電感件L3,該第三電容件C3的一端電性連接自身該第二輸入端1211,該第三電容件C3的另一端電性連接該第三電感件L3的一端(即第三電容件C3與該第三電感件L3相串聯連接),該第三電感件L3的另一端電性連接該第二電晶體125的第一端1251(即閘極端),該第二電晶體125的第三端1253 (即汲極端)電性連接自身該第二輸出端1212。
該第四匹配電路123包含一第四電容件C4與一第四電感件L4,該第四電容件C4的一端與該第四電感件L4的一端、第三電感件L3的另一端及該第二電晶體125的第一端1251共同電性連接一起,該第四電容件C4的另一端與該第四電感件L4的另一端及該接地端Gnd相電性連接(即第四電容件C4與第四電感件L4相並聯連接)。於本實施例的第三、四電容件C3、C4與該第三、四電感件L3、L4的數量不侷限於上述1個,於具體實施時,使用者可以根據接收單元12的接收功率及所需多頻段與頻率範圍需求設計,調整該第三、四電容件C3、C4與第三、四電感件L3、L4的數量,例如複數第三電容件C3(如2個以上第三電容件C3)與複數第三電感件L3(如2個以上第三電感件L3)相串聯連接,和複數第四電容件C4(如2個以上第四電容件C4)與複數第四電感件L4(如2個以上第四電感件L4)相並聯連接。該第二負載電路124可為匹配電路或直流雜訊隔絕電路,且該第二負載電路124包含一第二電阻件R2與一第二負載電感件L2′,該第二電阻件R2的兩端分別電性連接該參考電源Vc (如 5伏特(V)或12伏特(V))與該第二負載電感件L2′的一端,該第二負載電感件L2′的另一端與該第二電晶體125的第三端1253電性連接。所以透過調整該接收單元12的第三、四匹配電路122、123內的阻抗匹配值(如第三、四電容件C3、C4的電容值與第三、四電感件L3、L4的電感值)搭配該第二負載電路124內的阻抗匹配值(如第二電阻件R2的電阻值與第二負載電感件L2′的電感值)的設計,使得在同一電路中可接收不同頻段(如毫米波頻段為3.5GHz~60GHz範圍或太赫茲頻段為100GHz~200GHz範圍),以有效達到接收毫米波射頻輸入訊號或太赫茲波射頻輸入訊號。
另外,該收發切換開關13於本實施例為如單刀雙擲射頻開關,但並不侷限於此,該收發切換開關13係電性連接該天線4與該發送單元11與該接收單元12之間(即該收發切換開關13位於該接收單元12與天線4之間和位於該發送單元11與該天線4之間),該收發切換開關13是用以選擇導通該發送單元11與該天線4的電性連接或導通該接收單元12與該天線4的電性連接,該天線4為一多輸入多輸出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)陣列天線,於本實施例的天線4為4個MIMO陣列天線。並該收發切換開關13設有一第一切換端131、一第二切換端132及一連接端133,該第一切換端131電性連接該複數功率放大器111中最後一個功率放大器111(如第四個功率放大器111)的第一輸出端1112,該第二切換端132電性連接該複數低雜訊放大器121中最後一個低雜訊放大器121(如第四個低雜訊放大器121)的第二輸入端1211,該連接端133電性連接該天線4。並該收發切換開關13藉由切換選擇導通該第一、二切換端131、132其中任一切換端與該連接端133的電性連接,從選擇導通該發送單元11與該天線4的電性連接或導通該接收單元12與該天線4的電性連接, 例如當發送單元11要發出經放大後的射頻輸出訊號(如毫米波射頻輸出訊號或太赫茲波射頻輸出訊號)時,該收發切換開關13可受一訊號處理單元(如數位訊號處理器或基頻晶片,圖中未示)傳送的一控制訊號控制使該第一切換端131與連接端133電性連接,使該射頻輸出訊號通過該收發切換開關13並透過該天線4發送出去;當該接收單元12透過該天線4接收該射頻輸入訊號(如毫米波射頻輸入訊號或太赫茲波射頻輸入訊號)時,該收發切換開關13可受該訊號處理單元傳送的另一控制訊號控制使該第二切換端132與連接端133電性連接,使該天線4將收到的該射頻輸入訊號通過該收發切換開關13而傳送到該接收單元12上。
因此,透過本創作的發送單元11、接收單元12及收發切換開關13的設計,使得可運用在毫米波頻段到太赫茲波頻段使用,且在不同頻段操作時,可達到將功率差異大幅降低的效果,且還有效簡化電路設計及降低成本的效果。此外,藉由本發明其內設有第一、二、三、四匹配電路112、113、122、123的射頻前端電路1,使發射(或接收)為如3.5 GHz(赫茲)、28GH或60 GHz的射頻訊號(如毫米波射頻輸出訊號或毫米波射頻輸入訊號)的中心頻率的頻寬功率與發射(或接收)為如100GHz、120 GHz、150 GHz、180 GHz或200GHz的射頻訊號(如太赫茲波射頻輸出訊號或太赫茲波射頻輸入訊號)的中心頻率的頻寬功率的功率差異會小於0.1dB(分貝),所以透過本發明其內設有匹配電路的射頻前端電路1相較於習知其內沒有匹配電路的射頻收發前端電路,本發明的頻寬功率差異可從習知0.5dB~8dB(分貝)間減少到0.1dB (或0.1dB以下)的效果。
請參閱第3圖係本發明之第二實施例之射頻前端裝置之方塊示意圖;第3A圖係本發明之第二實施例之射頻前端裝置之另一方塊示意圖;第3B圖係本發明之第二實施例之射頻前端裝置之另一方塊示意圖,並輔以參閱第1A、1B圖式。如圖所示,該本實施例的射頻前裝置2是適用於前述毫米波與太赫茲波的系統(圖中未示,如汽車防撞雷達系統、無線通信系統(如5G或6G系統),並該射頻前端裝置2包括一收發處理單元21及複數射頻前端電路1,該複數射頻前端電路1於本實施例表示為四個射頻前端電路1,且本實施例的射頻前端電路1的結構及連結關係及其功效與前述第一實施例的射頻前端電路1的結構及連結關係及其功效相同,故在此不重新贅述。
該收發處理單元21係電性連接該複數射頻前端電路1,且該收發處理單元21具有複數收發處理組211與一功率分配器212,該複數收發處理組211的一端與另一端分別與該功率分配器212和該複數射頻前端電路1電性連接,該功率分配器212於本實施表示為如採用一對四功率分配器,但不侷限於此,於具體實施時,該功率分配器212也可選擇為一多對的功率分配器,例如一對二或一對八。且該功率分配器212用以將複數個射頻訊號(如射頻輸入訊號)併合成單一射頻訊號,或是將單一射頻訊號(如射頻輸出訊號)分配成多個射頻訊號,例如參閱第3B圖,該功率分配器212根據四個收發處理組211接收到各自天線4傳送的射頻輸入訊號(如毫米波或太赫茲波射頻輸入訊號)併合成單一射頻輸入訊號,並傳送給一訊號處理單元5,或是該功率分配器212根據該訊號處理單元5傳送的單一射頻輸出訊號(如毫米波或太赫茲波射頻輸出訊號)分配成如四路的射頻輸出訊號給對應的如四個收發處理組211。此外,本創作的功率分配器212也可稱為功率分配器/結合器(如Wilkinson功率分配器/結合器)。其中前述訊號處理單元5用以對接收或輸出該射頻輸入訊號或射頻輸出訊號做訊號處理、儲存或其他處理的功能。
該複數收發處理組211於本實施例表示為四個收發處理組211說明,但並不侷限於此。該每一收發處理組211設有一接收處理部分212與一發送處理部分213,該接收處理部分212電性連接對應的接收單元12,該發送處理部分213電性連接對應的發送單元11,例如該第一個收發處理組211的接收處理部分212電性連接該第一個射頻前端電路1的接收單元12,該第一個收發處理組211的發送處理部分213電性連接該第一個射頻前端電路1的發送單元11,其餘第二、三、四個收發處理組21與對應第二、三、四個射頻前端電路1的電性連接,依此類推。並該接收處理部分212具有一第一可變增益放大器2121與一第一移相器2122,該第一移相器2122 (如第一個收發處理組211的第一移相器2122)分別與對應該功率分配器212和該第一可變增益放大器2121 (如第一個收發處理組211的第一可變增益放大器2121)的一端相電性連接,而該第一可變增益放大器2121的另一端與對應該複數射頻前端電路1中的一射頻前端電路1(如第一個射頻前端電路1)的接收單元12的第一個低雜訊放大器121的第二輸出端1212電性連接,且該第一可變增益放大器2121是用以對所接收的訊號(如該天線4接收到的射頻輸入訊號)進行增益調整,該第一移相器2122用以對所接收經過的訊號(如該第一可變增益放大器2121傳送的射頻輸入訊號)進行相位調整。
該發送處理部分213具有一第二可變增益放大器2131與一電性連接該第二可變增益放大器2131的第二移相器2132,該第二可變增益放大器2131 (如第一個收發處理組211的第二可變增益放大器2131)分別與對應該功率分配器212和該第二移相器2132的一端電性連接,而該第二移相器2132 (如第一個收發處理組211的第二移相器2132)的另一端與對應該複數射頻前端電路1中的一射頻前端電路1(如第一個射頻前端電路1)的發送單元11的第一個功率放大器111的第一輸入端1111電性連接,並該第二可變增益放大器2131是用以對所接收的訊號(如該功率分配器212傳送的射頻輸出訊號)進行增益調整,該第二移相器2132用以對所接收經過的訊號(如該第二可變增益放大器2131傳送的射頻輸出訊號)進行相位調整。
因此,透過本發明此射頻前端裝置2的設計,使得可運用在毫米波頻段到太赫茲波頻段使用,且在不同頻段操作時,可達到將功率差異大幅降低的效果,且還有效簡化電路設計及降低成本的效果。
請參閱第4圖係本發明之第三實施例之射頻前端系統之方塊示意圖,並輔以參閱第1A、1B、3A圖式。本發明還提供一種射頻前端系統3,如圖所示中,該射頻前端系統3包括一功率分配器31與複數射頻前端裝置2,該功率分配器31為一對多的功率分配器(如一對六或一對八功率分配器),且本實施例的功率分配器31的功效與前述第二實施例的功率分配器212的功效相同,用以將複數個射頻訊號(如射頻輸入訊號)併合成單一射頻訊號,或是將單一射頻訊號(如該訊號處理單元5傳送的射頻輸出訊號)分配成多個射頻訊號,例如該功率分配器31根據多個射頻前端裝置2收到各自天線4傳送的射頻輸入訊號併合成單一射頻輸入訊號,並傳送給該訊號處理單元5,或是該功率分配器31根據該訊號處理單元5傳送的單一射頻輸出訊號分配成如多路(或多個)的射頻輸出訊號給對應的該複數射頻前端裝置2。且本實施例上述功率分配器31也稱為功率分配器/結合器(如Wilkinson功率分配器/結合器。並該功率分配器31與該複數射頻前端裝置2電性連接。其中前述射頻前端裝置2採用本發明提供上述第二實施例的上述射頻前端裝置2。
所以透過本發明的射頻前端系統3,其採用本發明提供上述射頻前端裝置2的設計,以應用於前述毫米波與太赫茲波的系統中(圖中未示),使前述毫米波與太赫茲波的系統(如車用雷達偵測系統或無線通信系統)可運用在毫米波頻段到太赫茲波頻段使用,且在不同頻段操作時,可達到將功率差異大幅降低的效果,且還有效簡化電路設計及降低成本的效果。The above-mentioned objects and structural and functional characteristics of the present invention will be described based on the preferred embodiments of the accompanying drawings.
The invention provides a millimeter wave and terahertz wave radio frequency front end circuit, radio frequency front end device and radio frequency front end system. Please refer to Figure 1A for a schematic diagram of a switching state of the transceiver switch of the RF front-end circuit of the first embodiment of the present invention; Figure 1B is another of the transceiver switch of the RF front-end circuit of the first embodiment of the present invention Schematic diagram of the switching mode; Fig. 2A is a schematic circuit diagram of the complex power amplifier of the first embodiment of the present invention; Fig. 2B is a schematic circuit diagram of the complex low noise amplifier of the first embodiment of the present invention. The RF front-
1:射頻前端電路 11:發送單元 111:功率放大器 1111、1211:第一、二輸入端 1112、1212:第一、二輸出端 112、113、122、123:第一、二、三、四匹配電路 C1、C2、C3、C4:第一、二、三、四電容件 L1、L2、L3、L4:第一、二、三、四電感件 114、124:第一、二負載電路 R1、R2:第一、二電阻件 L1′、L2′:第一、二負載電感件 115、125:第一、二電晶體 1151、1152、1153、1251、1252、1253:第一、二、三端 12:接收單元 121:低雜訊放大器 13:收發切換開關 131、132:第一、二切換端 133:連接端 2:射頻前端裝置 21:收發處理單元 211:收發處理組 212:接收處理部分 2121、2131:第一、二可變增益放大器 2122、2132:第一、二移相器 213:發送處理部分 212、31:功率分配器 3:射頻前端系統 4:天線 5:訊號處理單元 Gnd:接地端 Vc:參考電源1: RF front-end circuit 11: Sending unit 111: power amplifier 1111, 1211: first and second input terminals 1112, 1212: the first and second output terminals 112, 113, 122, 123: first, second, third, fourth matching circuit C1, C2, C3, C4: the first, second, third, fourth capacitive element L1, L2, L3, L4: the first, second, third and fourth inductor 114, 124: first and second load circuits R1, R2: the first and second resistors L1′, L2′: the first and second load inductance components 115, 125: first and second transistors 1151, 1152, 1153, 1251, 1252, 1253: first, second, third end 12: receiving unit 121: Low Noise Amplifier 13: Transceiver switch 131, 132: the first and second switching end 133: connection end 2: RF front-end device 21: Send and receive processing unit 211: Send and receive processing group 212: Receiving and processing part 2121, 2131: the first and second variable gain amplifiers 2122, 2132: the first and second phase shifters 213: Send processing part 212, 31: Power divider 3: RF front-end system 4: antenna 5: Signal processing unit Gnd: ground terminal Vc: Reference power
第1A圖係本發明之第一實施例之射頻前端電路的收發切換開關的一切換態樣示意圖。 第1B圖係本發明之第一實施例之射頻前端電路的收發切換開關的另一切換態樣示意圖。 第2A圖係本發明之第一實施例之複數功率放大器的電路示意圖。 第2B圖係本發明之第一實施例之複數低雜訊放大器的電路示意圖。 第3圖係本發明之第二實施例之射頻前端裝置之方塊示意圖。 第3A圖係本發明之第二實施例之射頻前端裝置之另一方塊示意圖。 第3B圖係本發明之第二實施例之射頻前端裝置之另一方塊示意圖。 第4圖係本發明之第三實施例之射頻前端系統之方塊示意圖。FIG. 1A is a schematic diagram of a switching state of the transceiver switch of the radio frequency front-end circuit according to the first embodiment of the present invention. FIG. 1B is a schematic diagram of another switching state of the transceiver switch of the radio frequency front-end circuit of the first embodiment of the present invention. FIG. 2A is a circuit diagram of the complex power amplifier of the first embodiment of the present invention. FIG. 2B is a circuit diagram of the complex low noise amplifier of the first embodiment of the present invention. FIG. 3 is a block diagram of the radio frequency front-end device of the second embodiment of the present invention. FIG. 3A is another block diagram of the RF front-end device of the second embodiment of the present invention. FIG. 3B is another block diagram of the RF front-end device of the second embodiment of the present invention. Figure 4 is a block diagram of the RF front-end system of the third embodiment of the present invention.
1:射頻前端電路1: RF front-end circuit
11:發送單元11: Sending unit
111:功率放大器111: power amplifier
1111、1211:第一、二輸入端1111, 1211: first and second input terminals
1112、1212:第一、二輸出端1112, 1212: the first and second output terminals
12:接收單元12: receiving unit
121:低雜訊放大器121: Low Noise Amplifier
13:收發切換開關13: Transceiver switch
131、132:第一、二切換端131, 132: the first and second switching end
133:連接端133: connection end
4:天線4: antenna
Claims (19)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW109106298A TW202133568A (en) | 2020-02-26 | 2020-02-26 | Radio-frequency front end circuit, device, and system for millimeter waves and terahertz waves |
Applications Claiming Priority (1)
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| TW109106298A TW202133568A (en) | 2020-02-26 | 2020-02-26 | Radio-frequency front end circuit, device, and system for millimeter waves and terahertz waves |
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| TW109106298A TW202133568A (en) | 2020-02-26 | 2020-02-26 | Radio-frequency front end circuit, device, and system for millimeter waves and terahertz waves |
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