CN101371450A

CN101371450A - 多波段天线开关

Info

Publication number: CN101371450A
Application number: CNA2006800508455A
Authority: CN
Inventors: B·图多索尤; W·坎普
Original assignee: Sony Ericsson Mobile Communications AB
Current assignee: Sony Mobile Communications AB
Priority date: 2006-01-12
Filing date: 2006-12-14
Publication date: 2009-02-18
Also published as: CN101356739A; CN101356739B

Abstract

本发明涉及一种多波段天线开关，更具体地，涉及一种在移动电话设备的无线电接口中实现的天线开关。该天线开关包括：功率放大器模块，具有可连接到天线的天线端口(1)，以及可连接到收发信机(5)的发射机部分的至少一个输入端口；可连接到天线端口和收发信机的接收部分的前端模块；其中，所述功率放大器模块和所述前端模块能够覆盖多个频率波段。发射/接收双工功能借助于循环器(6，7)或者功率分离器装置获得。所述天线开关提供在同一个电话中使用四个GSM和八个WCDMA波段的打包的解决方案。

Description

多波段天线开关

发明领域

本发明涉及一种多波段天线开关，更具体地，涉及一种在移动电话设备的无线电接口中实现的天线开关.该天线开关提供在同一个电话中使用四个GSM和八个WCDMA波段的打包的解决方案。

发明背景

在WEDGE(GSM演进的宽带CDMA增强数据速率)的现有解决方案中，由于在不同波段之间切换的高复杂度、空间和成本，只有一对波段可以被使用。

目前，电话中包括的每一个WCDMA波段将需要它自己的双工器(duplexer)和功率放大器。这意味着对于有不同波段可用的不同市场需要多个版本的手机。

本发明的目的是提供一种多波段天线开关，只有一个无线电模块仅仅需要较小数量的功率放大器。

本发明的另一个目的是在天线端口和发射和接收分支之间提供一种宽带双工连接。

发明概述

本发明通过提供包括功率放大器模块和前端模块的宽带无线电模块解决了上述问题。

在第一个方面，本发明提供了一种多波段天线开关，包括：

功率放大器模块，具有可连接到天线的天线端口，以及可连接到收发信机的发射机部分的至少一个输入端口；

可连接到天线端口和收发信机的接收部分的前端模块；

其中，所述功率放大器模块和所述前端模块能够覆盖多个频率波段.

适当地，所述功率放大器模块包括至少两个分别用于低频和高频的具有滤波器和功率放大器的分支.

在一个实施例中，所述功率放大器模块的输入端口包括多个通道和开关装置，用于控制哪个信号从收发信机发射。

适当地，所述前端模块包括至少两个分别用于低频和高频的具有滤波器的分支.

在一个实施例中，所述前端模块包括多个通道和开关装置，用于控制哪个信号要发射到收发信机。

在另一个实施例中，发射/接收双工功能借助于循环器装置(circulator arrangement)来获得.

所述功率放大器模块和前端模块的分支可以借助于4端口循环器连接到天线端口，每个分支一个循环器，该循环器的一个端口被接在端头(terminate)以便提供接收机和发射机端口之间的隔离.

可替换地，所述功率放大器模块和前端模块的分支可以借助于3端口循环器连接到天线端口，一个3端口循环器提供发射/接收双工功能，另一个3端口循环器被安排在每个功率放大器模块分支中，并且该循环器的一个端口被接在端头(terminate)以便提供接收机和发射机端口之间的隔离。

另一个3端口循环器可以被安排在每个前端模块分支中，并且该循环器的一个端口被接在端头(terminate)以便提供接收机和发射机端口之间的隔离.

在另一个实施例中，发射/接收双工功能借助于功率分离器装置(power split terarrangement)来获得。

适当地，所述功率分离器在宽的波段上具有平坦的频率响应以及对所有端口具有受控的阻抗。

在第二个方面，本发明提供了一种包括如上定义的多波段天线开关的便携式无线电通信设备。

该解决方案解决了仅具有一个天线端口的十二波段电话的实现.该解决方案是最小的，还给出了“全”RX和TX分集的可能性，意味着两个完整的无线电分支可以被电话使用而没有空间限制.

这个解决方案不是按照当今所使用的相同方式来使用切换，它降低了十二波段电话解决方案的复杂等级。

附图简述

下面将参考附图来详细描述本发明，在附图中：

图1是包括4端口循环器的根据本发明的天线开关的第一实施例的示意图；

图2是包括3端口循环器的根据本发明的天线开关的第二实施例的示意图；

图3是包括功率分离器的根据本发明的天线开关的第二实施例的示意图。

优选实施例详述

正如在引言中提到的，本发明涉及一种多波段天线开关，它可以在诸如移动电话、通信器、电子组织器和智能电话等等之类的便携式通信设备的无线电接口中实现.本说明书将集中于与本发明相关的组件，而移动电话设备其它组件可以是常规的.

这里是WCDMA在25.101 UTRAN FDD中定义的波段：

UL＝上行链路

DL＝下行链路

UE＝用户设备

为了覆盖这九个波段中的八个加上四个GSM波段，要求高的设计等级、巨大的成本和许多面积.今天使用的许多设计是对于WCDMA波段中的仅仅一个或两个中的每一个使用双工器和功率放大器PA：s。使用传统开关的天线开关正在变得越来越复杂，因为更多的WCDMA波段被组合到一个无线电设备中。

根据本发明的装置将最小化面积，降低成本并且给出对于相同的射频RF模块使用几乎所有波段组合的可能性.

首先，所述解决方案基于能够覆盖GPRS(通用分组无线电服务)以及EDGE/WDMA标准的PA(低波段和高波段两者)。这种类型的PA：s在市场上是存在的。

根据将要提出的设计，可以在PA模块PAM中具有这些PA：s。

多波段天线开关的第一实施例在图1中示出.在所有的图中，相同的组件用相同的参考数字来表示。天线开关连接到示意性示出包括功率放大器的收发信机5，它可以通过EDGE、WCDMA和GSMK调制来发送和接收信号。

从天线端口1(ANT)开始，天线分离滤波器(diplexer)9被用于将低波段(WCDMA 5，6，8和GSM900和850)和高波段(WCDMA 1，2，3，4，7，9，DCS 1800和PCS 1900以及蓝牙、WLAN等)分开。

这种天线分离滤波器可以具有大约0.3dB的插入损耗和确实高的隔离，这将最小化谐波和寄生发射。

在天线端口1之后，对于如上定义的低波段和高波段，两个分支被循环器组合分裂为接收RX和发射TX.正如已知的，循环器是具有多个端子的RF组件，具有这样的特性，进入一个端子的能量被发射到下一个相邻的端子(按箭头方向).该循环器在相反方向提供隔离.因此，循环器也可以根据在某些情况中想要的功能而被称之为隔离器.具有所要求宽带特性的循环器如今在商业上是可获得的.

图1示出了多波段天线开关的第一实施例，它具有循环器装置来实现发射/接收双工功能.第一循环器/隔离器6位于低频率波段，第二循环器/隔离器7位于高频率波段。在这里，隔离器6、7提供端口之间所需的隔离，从而这些端口的阻抗将保持在50欧姆。这对于所有的滤波器和功率放大器正常工作而言都是必须的。循环器被示出为4端口设备，它具有接在端头的端口10从而功率放大器21、22看不到接收滤波器35、36、37、38、39的带外阻抗.RF信号仅仅在一个方向围绕该循环器的端口传播.收发信机5的接收机部分可以看到来自收发信机5的发射机部分的RF功率，它反射掉少于天线的理想负载.因此，在相应的发射波段，接收机滤波器必须在50dB的量级上具有阻带衰减.

在RX分支上继续下去，该设计以用于每个分支的允许切换可能性的开关继续。用于低RX波段分支的开关43在WCDMA 5&6/GSM 850和WCDMA8/GSM 900之间切换，用于高RX分支的开关44在WCDMA 3&9/DCS1800；WCDMA 2/PCS和WCDMA 4和1(如上所定义的WCDMA波段)之间切换.总体而言，有五个通道覆盖十二个波段。

RF开关必须具有低的插入损耗(典型为0.5dB)和低的交叉调制失真IMD(低于-100dBm)，以便满足阻塞要求。

对于低RX波段，开关43可以被实现为单刀双掷SP2T(single pole 2throughput)，对于高RX波段，开关44以被实现为SP3T，这意味着需要三个控制信号来控制RX开关。

控制信号可以由基带来切换以获得GSM和对于WCDMA保持闭合.到开关的控制信号被适当地在与无线电接口的无线电相关联的基带ASIC中产生。当无线电设备作为WCDMA收发信机操作时，开关对于期望的波段保持接通，因为WCDMA模式是全双工的。当无线电作为GSM收发信机操作时，用于期望接收波段的开关仅仅在GSM信号的接收脉冲串期间闭合，并且当发射机脉冲串被产生时断开。

在RX开关之后，该设计使用带通滤波器35，36，37，38，39(SAW；BAW或者FBAR)，用于在带外得到高的衰减，而在带内得到低的波动.

开关和带通滤波器可以一起用在前端模块(FEM)中，并相应地进行设计(见图3)。RX分支可以通过RX缓冲器53、54、55、56、57连接到收发信机5。

对于低和高波段以及LNA输入的预期插入损耗是最大4dB.

对于TX分支，收发信机可以使用TX缓冲器51、52.缓冲器应当是宽带缓冲器，它将覆盖：用于如上定义的所有低波段TX(WCDMA 5，6&8)+GSM 850/GSM 900的一个缓存器51以及用于(WCDMA1，2，3，4，9)和DCS 1800和PCS 1900的另一个TX缓冲器52.

收发信机TX缓冲器51、52的输出将通过两个开关进入功率放大器模块的输入端口：一个用于低波段的开关41和一个用于高波段的开关42。

开关41和42将能够处理WCDMA(该开关将仅仅对于相应的波段闭合)或者它们可以在诸如GMSK和8PSK之类的TDD(时分双工)调制之间切换.

开关41和42适当地是具有低插入损耗的RF开关类型，损耗优选地最大为0.6dB.

对于低TX波段，开关41可以实现为SP2T，对于高TX波段，开关42可以实现为SP3T.这意味着需要三个控制信号来控制TX开关。

在TX开关41和42之后，在两个滤波器组11，12中使用五个带通滤波器30、31、32、33、34，每个组具有一个到功率放大器21、22的输出和来自相应开关端子的若干个输入.

在开关41之后的用于低波段TX的滤波器组11将在一个带通滤波器30中覆盖WCDMA 5，6/GSM 850和在另一个带通滤波器31中覆盖WCDMA 8和GSM 900。对这个滤波器组的要求：在带外大的衰减以及在波段上低的波动。插入损耗并不是一个关键因素并且可以非常高.

在开关42之后的用于高波段TX的滤波器组12将在一个带通滤波器32中覆盖DCS 1800/WCDMA 3，4和在另一个带通滤波器33中覆盖WCDMA2/PCS 1900，并且带通滤波器33将覆盖WCDMA 1.对这个滤波器组的要求：在带外大的衰减以及在波段上低的波动。插入损耗并不是一个关键因素并且可以非常高.

滤波器组11、12在两个分支中连接到用于它们每一个的一个功率放大器。功率放大器21覆盖低TX波段：如上定义的(WCDMA 5，6&8)+GSM850/GSM 900，功率放大器22覆盖高TX波段：(WCDMA 1，2，3，4，9)和DCS1800/PCS 1900。

市场上现存的PA：s可以接纳EDGE/GMSK+WCDMA标准两者。开关和滤波器组以及功率放大器一起可以是一个还可以包括功率控制的PA模块解决方案.

图2示出了具有另一个循环器/隔离器装置的多波段天线开关的第二实施例.如果构建具有四个端口的循环器并不像构建具有三个端口的循环器那样实际，那么可以使用本发明的下列实施例.

在这个实施例中，仅仅使用3端口循环器。借助于分别用于低波段和高波段的循环器16和17来获得发射/接收双工功能.接收机端口和发射机端口之间的隔离通过用作隔离器的第二对循环器18和19来实现.这是通过将第二循环器18、19的适当端口接在端头以便防止反射的RF能量从接收机回到功率放大器并且代之以在终端10中被吸收来实现的.

第二实施例可以像第一实施例那样包括滤波器组11，12中的滤波器30-39以及开关41-44的相同配置.

通过这种方式，通过单向连接点的任何一个实现或者任何组合，隔离主要在接收机和发射机的功率放大器之间实现了，次之在端口的所有其它组合之间实现，到反射功率离开负载且在单向连接点中实现隔离的程度.

天线可以具有相对差的负载阻抗。作为进一步的替换，如果接收机滤波器要求非常好的受控阻抗以便实现所需的阻带衰减，那么配置为隔离器16＇、17＇的第三连接点(具有一个接在端头的端口的循环器)可以分别插入在循环器16和17以及接收机滤波器开关43和44之间线路中。

通过所描述的这种方式，功率放大器和天线以及接收机滤波器和天线之间的损耗将被降低到1到1.5dB的范围.这实际上优于在发射和接收频率波段之间具有窄频率间隙的许多双工器中的情况.

所需的组合频率波段在15-20％的范围内，并且具有这个分数的带宽的循环器连接点是非常实际的。

图3示出了具有功率分离器装置的多波段天线开关的第三实施例。在第三实施例中，在天线端口1之后，在接收RX和发射TX中对于如上定义的低波段和高波段，两个分支将借助于两个功率分离器被分离为接收RX和发射TX，一个功率分离器26用于低波段，一个功率分离器27用于高波段。低波段功率分离器26应当覆盖TX低波段(824-915MHz)和RX低波段(869-960MHz)。高波段功率分离器27应当覆盖TX高波段(1710-1980)MHz和RX波段(1805-2180)MHz.功率分离器将在宽的波段上呈现平坦的频率响应和对所有端口呈现受控的阻抗(例如50欧姆).功率分离器将为接收机滤波器提供所需的隔离以便正常工作，但是是以对于所有GSM/EDGE和WCDMA在所有的RX和TX模式中在每个路径(假定一个输入和两个输出)增加3dB的插入损耗为代价的.

第三实施例也可以包括与第一实施例相同的滤波器组11、12中的滤波器30-39、功率放大器21、22以及开关41-44的相同配置

所提出的解决方案提供了关于成本和空间最小的解决方案来提供四个GSM(GPRS和EDGE两者)与八个WCDMA波段.代替在天线端口切换，我们接近于收发信机切换模式，以便能够接收和发送GSMTDD和WCDMA两者。

本发明可以应用在便携式无线电通信中，例如移动电话、通信器、电子组织器、智能电话等等.本领域技术人员能够理解，组件的具体选择可以在本发明的框架内改变，本发明的范围仅仅由以下的权利要求来限定。

Claims

1.一种多波段天线开关，包括：

可连接到天线端口和收发信机的接收部分的前端模块；

其中，所述功率放大器模块和所述前端模块能够覆盖多个波段。

2.根据权利要求1所述的多波段天线开关，其中，所述功率放大器模块包括至少两个分别用于低频和高频的具有滤波器和功率放大器的分支。

3.根据权利要求2所述的多波段天线开关，其中，所述功率放大器模块的输入端口包括多个通道和开关装置，用于控制哪个信号从收发信机发射。

4.根据权利要求1所述的多波段天线开关，其中，所述前端模块包括至少两个分别用于低频和高频的具有滤波器的分支。

5.根据权利要求4所述的多波段天线开关，其中，所述前端模块包括多个通道和开关装置，用于控制哪个信号发射到收发信机。

6.根据权利要求1所述的多波段天线开关，其中，发射/接收双工功能借助于循环器装置来获得。

7.根据权利要求6所述的多波段天线开关，其中，所述功率放大器模块和前端模块的分支借助于4端口循环器连接到天线端口，每个分支一个循环器，该循环器的一个端口被接在端头以便提供接收机和发射机端口之间的隔离。

8.根据权利要求6所述的多波段天线开关，其中，所述功率放大器模块和前端模块的分支借助于3端口循环器连接到天线端口，一个3端口循环器提供发射/接收双工功能，另一个3端口循环器被安排在每个功率放大器模块分支中，并且该循环器的一个端口被接在端头以便提供接收机和发射机端口之间的隔离。

9.根据权利要求8所述的多波段天线开关，其中，另一个3端口循环器被安排在每个前端模块分支中，并且该循环器的一个端口被接在端头以便提供接收机和发射机端口之间的隔离。

10.根据权利要求1所述的多波段天线开关，其中，发射/接收双工功能借助于功率分离器装置来获得。

11.根据权利要求10所述的多波段天线开关，其中，所述功率分离器在宽的波段上具有平坦的频率响应以及对所有端口具有受控的阻抗。

12.一种包括如上权利要求中任何一个所述的多波段天线开关的便携式无线电通信设备。