CN105210291B

CN105210291B - 可调滤波器系统、装置以及方法

Info

Publication number: CN105210291B
Application number: CN201480027304.5A
Authority: CN
Inventors: 约尔延·博耶尔
Original assignee: Wispry Inc
Current assignee: Wispry Inc
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2014-03-17
Publication date: 2018-10-02
Anticipated expiration: 2034-03-17
Also published as: EP2974011A2; EP2974011A4; CN105210291A; US9559659B2; WO2014145662A2; WO2014145662A3; US20140285286A1

Abstract

用于可调滤波器的系统、装置以及方法，被配置为支持诸如在蜂窝无线通信领域内之类的多频带，可以包括：被配置为在一个或多个频率范围内阻塞信号的第一谐振器和第二谐振器，以及连接至第一谐振器和第二谐振器的一个或多个耦合元件。一个或多个耦合元件可以被配置为在通带内提供低插入损耗。

Description

可调滤波器系统、装置以及方法

优先权要求

本申请要求于2013年3月15日提交的美国临时专利申请号61/793,089以及于2013年7月29日提交的美国临时专利申请号61/859,621的权益，这两个申请的全部内容通过引证结合于此。

技术领域

在本文中公开的主题总体上涉及电磁可调滤波器及其制造方法。更具体而言，在本文中公开的主题涉及用于可调滤波器的系统、装置以及方法，被配置为支持诸如在蜂窝无线电通信的领域内之类的多个频带。

背景技术

在用于蜂窝通信系统(例如，3GPP)的现代手持式装置中，可取地支持多个频带(例如，3GPP LTE频带7、1、2、3、8、5和13)。由于技术和尺寸约束的限制，所以传统上使用固定频率滤波器或双工滤波器(例如，电介质同轴谐振器滤波器、SAW、BAW、FBAR)的阵列，实现了支持多个频带，所述阵列在使用半导体开关之间切换。在本文中使用的术语“滤波器”应理解为描述任何硬件，该硬件生成频率选择性频率响应并且可以在接收与传输频率响应(例如，大于大约8dB)之间区分。然而，在系统的设计要求中，使用这种固定频率滤波器，引入多个限制。例如，对于每个操作频带，引入一组新的硬件。在扩展频带支持时，这些额外硬件要求造成增加滤波器和开关，每个带通滤波器在系统内占据额外空间，并且多路复用开关的每个投掷给每个带通滤波器的开关增加了损耗。

相反，随着在电气可调单谐振和多谐振滤波器(例如，RF MEMS、半导体开关电容阵列、BST)的尺寸和性能装置方面的最近技术发展，可调过滤系统可以用于在单个系统内支持多个频带。然而，可调系统示出了其自己的问题。最明显的是，由于调谐谐振器的损耗以及在通带与阻带衰减之间相关联的权衡，所以可调单谐振滤波器的性能不令一些蜂窝系统满意。相反，还报告了可调多谐振滤波器，以具有以下问题：所述滤波器不够小，所述滤波器没有功率处理能力，或者所述滤波器太复杂或者不可重复，用于在手持式蜂窝设备内适当地整合。结果，可调系统的问题在于使其划算并且较小，同时满足系统要求(例如，3GPP标准)。

而且，除了用于支持多频带的滤波器元件的类型的问题以外，还具有以下问题：传输器和接收器元件在频分双工系统内交互、传输器和接收器元件通过一个或变化的频率分离同时操作。具体而言，对于这种频分双工，由传输器的高功率引起称为双工自干扰的问题，质疑可通过高增益设置的接收器的线性度，以处理较低功率的接收电平。

处理这些问题的一种方法可以是产生接收器和传输器天线的空间分离(即，传输器和接收器具有单独天线，因此，在天线之间产生某种双工隔离)，但是这种配置并非在所有系统中优选，尤其在接收器和传输器天线不能在物理上隔开大量距离的系统中。

然而，将接收器和传输器天线定位成极为贴近，引入了进一步设备要求和/或其他考虑。例如，为了共同定位传输器和接收器(即，任何频分双工系统，其中，传输器和接收器在某个邻近内，以便在其间可以具有辐射的、板块、或电路产生的泄露路径)，在接收路径内需要滤波器，该路径主要抑制传输频率，以避免过度转向或者在接收器内抑制互调产物。例如，可以使用在接收器链内通过传输器频率的陷波滤波。同样，在传输分支内需要滤波器，该分支主要通过接收频率抑制传输器噪声。同样，为了将相同的天线共同用于传输器和接收器(即，任何系统，其中，接收器和传输器将相同的天线元件用于产生辐射)，可以使用双工滤波器。

除了在传输与接收信号之间提供隔离以外，在用于蜂窝应用(例如，LTE频带应用)的频域双工内的另一个问题在于，频带从具有高于传输频率的接收频率切换成具有低于传输频率的接收频率。例如，大部分3GPP标准的LTE频域双工频带1到25具有高于传输频率的接收频率(即，正双工间隔)，但是频带13、14、20以及24具有相反的顺序(即，负双工间隔)，以便接收频率低于传输频率。将系统配置为允许使用这两种类型的频带间隔来操作，可以进一步需要另外的滤波器和开关。

将滤波器放在现代的电话内的又一个问题在于，滤波器对小于1mm的部件高度具有设计约束，因此，可以与RF收发器集成电路、数字处理集成电路、以及多媒体处理集成电路放在一起。

鉴于所有这些问题和设计考虑，系统、装置以及相关方法可取地包含可调滤波器，所述滤波器可以在宽频率范围之上调谐，同时，尽可能减少通带衰减并且尽可能增大阻带衰减。而且，这种滤波器还可取地改变滤波器容纳负双工间隔的特征，而非在不同的滤波器硬件之间切换。

发明内容

根据本公开，提供了用于可调滤波器的系统、装置以及方法，被配置为支持诸如在蜂窝无线通信领域内之类的多个频带。一方面，可调滤波器可以包括：第一谐振器和第二谐振器，第一谐振器和第二谐振器被配置为在一个或多个频率范围内阻塞(block)信号；以及一个或多个耦合元件，其连接至所述第一谐振器和所述第二谐振器，所述一个或多个耦合元件被配置为在通带内提供低插入损耗。

另一方面，一种调整可调滤波器的方法可以包括在第一谐振器和第二谐振器之间连接一个或多个耦合元件，其中，所述第一谐振器、所述第二谐振器中的一个或多个或所述一个或多个耦合元件电气可调。所述方法可以进一步包括：选择性调整所述第一谐振器或所述第二谐振器中的一个或多个的调谐设置，以阻塞在一个或多个频率范围内的信号；并且选择性调整所述一个或多个耦合元件的调谐设置，以在通带内提供低插入损耗。

虽然在上文中陈述了本文中公开的主题的一些方面，并且这些方面完全或部分由目前公开的主题实现，但是在结合在下文中最佳描述的附图进行时，随着描述的进展，其他方面显而易见。

附图说明

从以下详细描述中，更容易理解本主题的特征和优点，应结合仅仅通过解释性和非限制性示例提供的附图阅读所述详细描述，并且其中：

图1到图8均示出了根据目前公开的主题的实施方式的可调滤波器的配置的电气示意图；

图9到图15均示出了在各种调谐状态中的根据目前公开的主题的实施方式的可调滤波器的频率响应的示图；

图16是根据目前公开的主题的实施方式的可调滤波器的电感Q对电感直径的示图；

图17是根据目前公开的主题的实施方式的可调滤波器的衰减对电感线圈直径的示图；

图18是根据目前公开的主题的实施方式的智能电话平面图；

图19示出了根据目前公开的主题的实施方式的结合可调滤波器的天线双工系统的示意图；

图20示出了根据目前公开的主题的实施方式的结合可调滤波器的天线配置的示意图；

图21示出了根据目前公开的主题的实施方式的使用可调滤波器的各种基站和通信链路的示例的示意图；以及

图22示出了根据目前公开的主题的实施方式的结合可调滤波器的天线双工系统的示意图。

具体实施方式

本主题提供了使用可调滤波器的系统、装置以及相关方法，所述可调滤波器可以在宽频率范围之上调谐，同时，尽可能减少通带衰减并且尽可能增大阻带衰减。这种滤波器系统、装置以及方法可以减小可调解决方案的尺寸，使其更划算，同时，解决了去除不想要的干扰(例如，来自在无线通信终端内的传输器)的问题。在本文中使用的术语滤波器应广泛地理解为生成频率选择性频率响应并且可以在接收与传输频率响应(例如，大于大约8dB)之间区分的任何硬件。

具体而言，一方面，本主题提供可调滤波器系统、装置以及方法，其中，多个谐振器可以用于阻塞在一个或多个频率范围内的信号。例如，参照图1，通常表示为100的可调滤波器的一个配置可以包括通常表示为110的第一谐振器以及通常表示为120的第二谐振器，其在第一端口P1与第二端口P2之间连接。尤其地，在图1中示出的配置中，第一谐振器110包括在第一端口P1与地面之间连接的第一电容元件112以及在第二端口P2与地面之间以串联布置连接的第二电容元件122和第二电感元件124(即，双终端电感元件的特征在于，使(变化的)电流在其终端之间运行，从而能够储存磁场能量)。

电容元件(例如，第一电容元件112和第二电容元件122)可以是电气可调的电容。具体而言，例如，谐振器的电容元件可以是使用各种技术(例如，铁电、顺电、MEMS和/或固态技术)中的任一种实现的可变电容，以便通过改变电场或磁场，实现可变和/或可切换的电容(例如，在大约0.7与1.1pF之间)。与电容元件的特定实现方式无关，可变电容(例如，高寄生侧)的一个终端可以连接至与信号接地连接的谐振器的终端。在这个配置中，可调滤波器100可以给陷波滤波器提供低品质可调部件，其具有蜂窝和无线系统的适当性能。(例如，参照图2A、3以及4A)交替地，每个谐振器的电容的一个终端可以连接至与信号路径连接的谐振器的终端(即，与第一端口P1或第二端口P2中的一个通信)。(例如，参照图2B和4B)在这个配置中，虽然这个布置可以使谐振器更易受到寄生电容的寄生负荷的影响。

可调滤波器100的配置的优点可以扩展为包括上面讨论的多个谐振器(即，2个或多个)以及多个耦合元件，以合并包括电感和电容元件的耦合的谐振器阻带滤波器的优点。如图2A到4B中所示，例如，可调滤波器100可以再次包括第一谐振器110和第二谐振器120。尤其地，在这些配置中的每个中，第一谐振器110可以包括一个或多个电容元件112和一个或多个电感元件114的串联连接，所述电容元件可以被配置为耦合电场，所述电感元件可以具有固定电感(例如，大约44nH)并且可以被配置为与电容元件112谐振。同样，第二谐振器120可以包括一个或多个电容元件122和一个或多个电感元件124的串联连接。

然而，除了这些元件以外，在图2A到4B中示出的配置中，可调滤波器100可以进一步包括一个或多个耦合元件130，其可以在通带内提供低插入损耗(例如，小于大约5-7dB)。可以在各种配置中的任一个中提供耦合元件130，但是每种情况至少包括阻抗元件，具有由导电材料连接至第一谐振器110和第二谐振器120的信号节点的两个终端，以便在谐振器之间产生耦合。具体而言，例如，由于耦合元件130在第一谐振器110和第二谐振器120之间连接，所以在可调滤波器100内的总通带损耗可以小于大约5-7dB的可取双工频率(例如，对于在接收信号路径内的滤波器，通带损耗小于大约5-7dB的接收功率)。此外，耦合元件130可以给在第一谐振器110上和在第二谐振器120上的阻抗提供同时共轭阻抗匹配。具体而言，通过将耦合元件130的阻抗编程，发生双共轭匹配的频率可以改变，从而可以改变通带的频率。

通过改变耦合元件130的形式，可以根据需要调整可调滤波器100的响应。具体而言，在一些实施方式中，例如，耦合元件130的阻抗元件包括电容元件。尤其地，耦合元件130的阻抗元件可以包括可变电容，通过改变电场或磁场(例如，MEMS电容)，实现电容(例如，在大约0.7与2.8pF之间)的变化。相反，在一些实施方式中，耦合元件130的阻抗元件包括电感元件(即，其特征在于，使(变化的)电流在其终端之间运行，从而能够储存磁场能量)。相反，在一些实施方式中，耦合元件130的电感元件可以具有固定阻抗(例如，大约20nH)。交替地或者此外，在一些实施方式中，耦合元件130可以是可变阻抗元件，其被配置通过改变电场或磁场，来改变耦合阻抗。

在图2A中示出的特定配置中，例如，耦合元件130包括第一耦合电容元件132，其在第一端口P1与第二端口P2之间连接。如图2B中所示，耦合电感元件134可以与在第一端口P1与第二端口P2之间的第一耦合电容元件132串联。在这个布置中，串联的电感和电容元件的组合式阻抗响应可以主要等于从串联LC电路中已知的阻抗响应，同样，在谐振时，可以具有低阻抗。交替地，在图3中示出的配置进一步包括第二耦合电容元件133，其与第一耦合电容元件132并联。在更进一步的交替布置中，在图4A和4B中示出的配置包括耦合电感元件134，其与第一耦合电容元件132并联。在这种配置中，耦合元件130可以具有阻抗功能，其主要等同于在谐振时具有高阻抗的并联LC电路。此外，第一耦合电容元件132可以是可变电容(例如，MEMS可变电容)，其中，通过调整第一耦合电容元件132的电容，可以有效地调谐耦合电感元件134的电感。

在这些示例性配置中的任一个中，通过调谐第一电容元件112和/或第二电容元件122，可以控制陷波滤波器或阻带频率。进一步，通带特征可以有在耦合元件130内的电感元件和电容元件的配置确定，通过调谐第一耦合电容元件132的值，这些特征可编程。在耦合元件130包括电感和电容元件(例如，参照图2B、4A以及4B)的配置中，通过期望的操作频带(即，RX和TX频率)，那些元件的组合阻抗可以选择性是主要电感式或主要电容式。在这方面，通过信号通带，耦合元件130的电感值和电容调谐范围可以被配置为使组合的阻抗可以选择性地证明是电感式(例如，C＝C_min)或电容式(例如，C＝C_max)。换言之，在一些实施方式中，1/ωC_min可以大于r·ωL，并且1/(ωC_max)可以小于1/r·ωL，其中，ω是信号通带频率，L是电感值，C_max是最大可调电容，C_min是最小可调电容，并且r是大于1的常数(例如，1.33)。

而且，阻抗元件能够在输入(即，第一端口P1)与输出(即，第二端口P2)之间做出可变频率响应。通过这种方式，通带和匹配可以相对于陷波频率移动。实际上，在一些实施方式中，通带可以移动到陷波的任一侧，从而允许正和负频率双工间距。在任何调谐状态中，然而，可调滤波器100可以依然被配置为尽可能减小总通带损耗(例如，小于大约5-7dB的总损耗)，并且通过相应的双工频率尽可能增大阻带衰减(例如，大于大约15-18dB的衰减)。

在图5到图8中示出的一系列交替配置中，可调滤波器100可以再次包括与第一端口P1通信的第一谐振器110、与第二端口通信的第二谐振器120、以及与第一谐振器110和第二谐振器120均通信的一个或多个耦合元件。与上面讨论的前述配置相比，然而，根据在图5到图8中示出的实施方式的可调滤波器100可以被配置为使第一谐振器110和第二谐振器120在第一端口P1与第二端口P2之间以串联布置连接，并且一个或多个耦合元件130连接至在第一谐振器110和第二谐振器120的串联之间的节点。

在这个通用布置中，第一谐振器110可以在第一端口P1与第三终端T3之间通过陷波频率提供最大隔离。同样，第二谐振器120可以在第四终端T4与第二端口P2之间通过陷波频率提供最大隔离。在一些实施方式中，例如，阻带衰减可以大于大约15-18dB。在第三终端T3与第四终端T4之间，耦合元件130用作可变阻抗网络，以通过期望的通带频率(例如，小于大约5-7dB的通带损耗)优化在第一端口P1与第二端口P2之间的总功率传输。通过控制电场或磁场(例如，与在MEMS装置、半导体切换阻抗网络、或磁场调制电介质(BST)中一样)，谐振器和耦合元件的频率可以改变。

关于在这些配置中的元件的特定布置，图6到图8中的每个示出了可调滤波器100的配置，其中，第一谐振器110包括在第一端口P1与第三终端T3之间彼此并联的第一电容元件112和第一电感元件114。同样，第二谐振器120包括在第四终端T4与第二端口P2之间彼此并联的第二电容元件122和第二电感元件124。然而，在图6到图8中示出的特定配置在耦合元件130的特定布置中不同。尤其地，例如，在图6中示出的配置中的耦合元件130包括单个耦合电容元件132(例如，可调电容)，其在第一谐振器110和/或第二谐振器120的信号节点与接地之间连接(即，与第三终端T3和/或第四终端T4通信)。在图7中示出的配置中，耦合元件130包括在信号节点与接地之间彼此并联的耦合电容元件132(例如，可调电容)和耦合电感元件134。在图8中，耦合元件130示出为包括在信号节点与接地之间连接的单个耦合电感元件134。

与可调滤波器100的特定配置无关，第一谐振器110、第二谐振器120、和/或耦合元件130中的一个或多个可以电气可调(例如，使用可变或可切换电容)。通过这种方式，可调滤波器100可以提供在通带与阻带之间的可变频率距离，同时与用于蜂窝和无线手持式部件中的传统滤波器配置相比，依然具有小尺寸。而且，包括耦合元件130，允许可调滤波器100给陷波滤波器提供可调电容，甚至在可调电容向信号接地示出高级寄生电容的配置中。而且，在一些实施方式中，可调阻带特征和可调通带特征能够将可调滤波器100编程，以便最小通带插入损耗可以在阻带的更高频侧上或者在阻带的低频侧上。

这个功能使可调滤波器100非常适用于无线通信系统内，例如，适用于蜂窝通信系统内。尤其地，可调滤波器100可以用于蜂窝通信系统的移动终端内，例如，用于具有单独的天线和分支的移动终端的传输路径内或者接收路径内，用于接收和传输。在用于无线通信系统内时，可调滤波器100可以调谐，用于在各种频带的任一个中操作。

尤其地，例如，图9示出了在用于3GPP LTE频带数量3(包括测度m8、m9、m10以及m11的曲线)、频带数量2(包括测度m4、m5、m12以及m13的曲线)、频带数量1(包括测度m1、m2、m6以及m7的曲线)以及频带数量7(包括测度m13、m14、m15以及m16的曲线)中时可调滤波器100的频率响应。图10示出了在3GPP LTE频带数量12(包括测度m3、m4、m5以及m12的曲线)、频带数量5(包括测度m1、m2、m6以及m7的曲线)、以及频带数量8(包括测度m13、m14、m15以及m16的曲线)中用于正双工间距的作为可调接收(RX)滤波器进行操作时可调滤波器100的频率响应的示例。图11示出了在用于负双工间距的作为可调RX滤波器进行操作时可调滤波器100的频率响应的示例。图12示出了在3GPP LTE频带数量5(包括测度m1、m2、m6以及m7的曲线)、频带数量8(包括测度m13、m14、m15以及m16的曲线)以及频带数量12(包括测度m3、m4、m5以及m12的曲线)中用于正双工间距以及在3GPP LTE频带数量13(包括测度m8、m9、m10以及m11的曲线)中用于负双工间距的作为可调RX滤波器进行操作时可调滤波器100的频率响应的示例。

可以监控可调阻带特征，作为在S21传输特征中的陷波频率的变化。同样，在S21传输中可以看出可调阻带特征，但是通带相对于在S11反射特征中的一个或多个移动陷波(即，阻带)更明显可监控。在图13中示出了这两个曲线，该图示出了用于固定的陷波频率布置的通带调谐的示例(在顶部的S21传输以及在底部的S11反射)。要注意的是，通带调谐在其反射响应中最明显。在这方面，图14和15示出了用于固定的陷波频率布置的通带调谐的示例实施方式。尤其地，图14示出了S21传输，并且图15示出了S11反射。相对于这些示例性频率响应，要注意的是，随着电容值的增大，调谐在耦合元件130内的电容的值(上面相对于在图2A-4B、6以及7中示出的实施方式讨论的第一电容元件132的电容值)，可以将通带和匹配频率从更高频率移动到更低频率(例如，在图14-15中，从右边移动到左边)，这可以将通带从传输陷波的一侧移动到传输陷波的另一侧。

关于可调滤波器100的单独元件的实现方式，电容元件(在谐振器和和/或在耦合元件内)可以包括可变电容，如上所述。通过改变电场或电流，可以控制这种可变电容。在一些实施方式中，使用半导体技术，例如，CMOS、SOI(绝缘硅片)、PHEMT、微机电系统(MEMS)技术或可调陶瓷(例如，BST)，生产可变电容。在这方面，使用机电驱动(例如，MEMS)或电场驱动(例如，销二极管、可调电介质，例如，BST)，可以实现调整这种可变电容的电容。交替地，使用连接至电容阵列的电气半导体开关，可以调整电容。在这种布置中，电气半导体开关可以基于电压场切换(例如，PHEMT、CMOS)或电流切换(例如，双极型晶体管，例如，GaAs HBT)。在一些实施方式中，可变电容可以使用串联总线(例如，SPI、RFFE、I2C)或通过半导体装置(例如，晶体管、栅极、ADC)控制可变电容的电容值的可编程寄存器可编程。在这种可编程配置中，可变电容可以可编程为整数个离散电容布置。例如，可变电容可以根据二进制加权方案可编程，或者可变电容可以根据线性加权方案可编程。

通过回路在平面技术中与缠绕的螺旋形电感、缠绕的方形螺旋形电感、平面电感、多层平面电感(例如，薄膜或厚膜电感)、或垂直电感分享相同磁场的方式，电感元件(在谐振器内和/或在耦合元件内)可以通过导电材料的回路(即，圈)实现。在一些实施方式中，例如，电感元件可以具有外部导体圈直径或有效的导体缠绕孔径(例如，x、y)，其大于大约0.7mm。交替地，可以使用导电材料(例如，铜、铝、金、银)的多圈单段绕线实现电感元件。在进一步的替换物中，使用引线接合技术(例如，用于形成螺旋形结构)，可以使用接合线的回路实现电感元件。在一些实施方式中，使用机械成形的、蚀刻的、印刷的或激光直接成型(LDS)结构，可以将电感元件作为阶梯电感实现。尤其参照用于谐振器内的电感元件，电感元件可以使用一部分电介质(例如，陶瓷)同轴电缆(例如，方形或圆形)实现。在其他实施方式中，电感元件可以是SMD/SMT部件，制造这些部件，以供SMD/SMT焊接工艺使用。

与电感元件的特定形式无关，第一谐振器110和第二谐振器120可以被配置为使在每个谐振器的电感元件之间减少磁性耦合。具体而言，例如，每个谐振器的电感元件可以尽可能远地彼此分离。交替地或者此外，电感元件可以通过接近90°(即，在大约45°与135°之间)的角度定位，以便使这两个电感元件的磁场尽可能正交，以进一步减少在谐振器之间的磁性耦合。

而且，在一些实施方式中，从第一谐振器110连接到耦合元件130的第一终端的第一导体可以被布置为使该第一导体与从第二谐振器120连接到耦合元件130的第二终端的第二导体大体上垂直，以尽可能减少在输入与输出之间的耦合。此外，在一些实施方式中，从第一端口P1连接至耦合元件130的第一终端的第三导体可以与从第二端口P2连接至耦合元件130的第二终端的第四导体大体上垂直，以尽可能减少在输入与输出之间的耦合。进一步关于这些元件的布置，由于其电气长度，所以第一和第三导体的共享路径(以及第二和第四导体的共享路径)可以通过操作频率(即，通过信号和抑制频率)具有比耦合电容元件132的阻抗更小的阻抗。这确保低通带损耗(例如，小于大约5-7dB)和相应的高阻带隔离(例如，大于大约15-18dB的衰减)。

进一步关于可调滤波器100的实现方式，可以在模块内或者在印刷电路板或印刷接线板上实现。例如，可调滤波器100可以使用模块技术实现，其特征在于具有共同载体(例如，用于平面电路半导体的晶片，例如，硅晶片；用于处理MEMS装置的晶片；或者通常用于封装和模块的“条带”，其中，使用封装层压板处理、印刷电路板(PCB)技术、或积层板处理，可以实现这个条带)，其中，多个模块的部件整合或者安装以及互连。通过将共同载体(例如，使用SAW或路由)分成单独模块，可以分离模块，而在分离之前，模块可以过度模制或者通过其他方式封闭，以屏蔽或者产生规定的顶面。在一些实施方式中，这种电路可以使用焊料球、焊膏和/或引线接合的连接。在一些实施方式中，电容元件(例如，第一电容元件112、第二电容元件122、第一耦合电容元件132、第二耦合电容元件133)均可以在单个制造流程中构造。例如，电容元件均可以存在于共同衬底(例如，半导体芯片)上。同样，在一些实施方式中，电感元件和电容元件可以在模块或其他混合组件内组装和连接。此外，可以提供连接点，外部电感可以连接至连接点，以完成可调滤波器频率特征。在一些实施方式中，电感元件和电容元件可以安装在规定的电路层压板的相同侧上，或者电感元件和电容元件可以安装在电路层压板的相反侧上。在进一步的替换物中，电感元件可以安装在电路层压板的边缘上(例如，用于边缘安装)。在任何布置中，电路层压版可以进一步焊接至连接多个模块(例如，PA、滤波器、收发器、电源)的系统印刷电路板，并且这种系统印刷电路板可以是蜂窝电话或调制解调器的一部分。

关于在蜂窝电话内的可调滤波器100的特定物理配置，例如，一个或多个可调滤波器100可以包含在电话内，以便可以允许可调滤波器100具有更大的相对高度(例如，高于1mm)，从而允许在可调滤波器100内的谐振器部件同样更高。通过低于1GHz的频率，这个额外间隙可以可取，以实现可调滤波器的足够高的品质。因此，可调滤波器100的实现方式可以提供一种组合的解决方案，该解决方案使将可调滤波器100放在允许更高的建筑高度(例如，具有超过大约1.0mm的高度)的手机板上的位置内可接受，因此，允许使用更高直径的电感，以提高电感品质，从而使可调频率滤波器特征对系统要求可接受。

在这方面，在一些实施方式中，可调滤波器100可以放在具有高于1mm的隔室的电话的隔室内的电路板上，这可以允许可调滤波器100具有1mm或更大的高度。交替地或者此外，可调滤波器100可以位于与显示器所在的区域没有垂直重叠的电话的隔室内的PCB上。而且，可调滤波器100可以位于与电池所在的区域没有垂直重叠的电话的隔室内的PCB上。在图16和17中示出了将系统配置成允许这种增大的谐振器尺寸的一些优点，其中，使用商用电感，示出电感Q与电感直径(图16)的比较以及陷波改进对电感直径(图17)的所产生的改进。在图18中示出了一个示例性智能电话平面图，其示出了组合的可调滤波器/天线模块、RF收发器TRX、数字信号处理器/微控制器单元DSP/MCU、以及多媒体控制器MMC。尤其地，在图18中示出的实施方式中，在具有提高的垂直间隙，以允许使用更大的谐振器的位置中，第一接收可调滤波器100a-1、第二接收可调滤波器100a-2以及传输可调滤波器100b布置在系统的外围周围。

与特定的配置无关，可调滤波器100可以在无线通信系统内实现，例如，在蜂窝通信系统中，以制造使滤波器响应适合于所选择的无线电通信要求的无线频分双工系统。如上所述，传统的解决方案要求系统在多个滤波器之间切换(即，在匹配的系统中，例如，50欧姆)，以允许调整穿过或阻塞的频率范围。相反，图19示出了两个天线双工系统，可调滤波器100的实施方式可以在所述系统内实现，以用作多个频带，不需要多个滤波器。在配置(a)中，例如，可以提供第一可调滤波器100a和第二可调滤波器100b，分别与接收天线Rx ANT和传输天线Tx ANT中的每个通信。根据传输和接收的期望的操作频率，可以调谐第一和第二可调滤波器100a和100b，以给相应的天线提供最小通带衰减和最大阻带衰减。交替地，在图19中的配置(b)示出了一个实施方式，其中，第一可调滤波器100a和第二可调滤波器100b通过多频带天线实现。调整第一和第二可调滤波器100a和100b的调谐状态，分别可以再次调整接收和传输的操作频率，并且可以进一步使其滤波器特征适合于正和负接收到传输双工间距。因此，这个配置允许第一和第二可调滤波器100a和100b的谐振器重新用于正和负双工间距。在这方面，第一和第二可调滤波器100a和100b可以被配置为用于调谐在一个或多个输入与输出之间调谐信号路径频率响应。

在任何配置中，并未在多个滤波器之间切换，可调滤波器100可以通过改变滤波器的特征，在宽频率范围之上调谐。具体而言，例如，可调滤波器100可以改变在滤波器电路内的电抗阻抗，而非通过位于滤波器电路外面的非电抗阻抗切换。例如，在图20中示出的一般配置中，例如，天线ANT连接至信号传输块STB、可调滤波器100以及信号处理链SPC，并且被配置为与远程无线通信单元通信。例如，远程无线通信单元可以是基站(例如，蜂窝基站)。在此处，将术语“基站”用于使用固定的位置天线(即，基底)的任何转发单元，以在区域内用作一个或多个用户或装置。例如，如在图20中所示，虽然其他单元(例如，NB和eNB)可以根据这个术语被视为基站，但是远程无线通信单元可以是3GPP收发器基站BTS。图21示出了用于3GPP标准的各种基站(例如，BTS、NB以及eNB)和通信链路的示例。

在这个布置中，天线ANT通过直接耦合(例如，自辐射天线)或者通过耦合或另一个金属表面(例如，终端接地底盘)朝着远程无线通信单元提供传输或接收信号的电磁耦合。在一些配置中，天线ANT可以包含一个或多个信号路径输入/输出以及一个或多个连接点，用于负荷调谐。而且，在一些配置中，天线ANT可以本身包含可选地可调的匹配电路。

信号传输块STB在天线ANT与可调滤波器100之间提供信号连接。在这个配置中，信号传输块可以包括固定的频率滤波器(例如，谐波滤波器)、被配置为放大在输入与输出之间的电平的放大器、电磁耦合路径(电感或电容)、用于尽可能增大信号带宽的电路、在输入与输出之间的导电连接(例如，短或传输线类型)中的一个或多个或其组合。信号处理链SPC是进入进一步处理接收信号的单元的信号路径的输入和/或进入处理传输信号的信号路径的输出。在这方面，处理接收信号的单元可以包括低噪声放大器(LNA)、频率选择下变频混频器、可变增益放大器(VGA)、信号选择过滤的系统、ADC系统以及数字处理系统(例如，DSP)中的一个或多个。处理传输信号的单元可以包括数字处理系统、振荡器、调制器以及一个或多个放大器级中的一个或多个。在这个布置中，该系统可以被配置为根据标准化组织(例如，3GPP)根据无线标准与调制信号通信。

在一些实施方式中，例如，可调滤波器100的配置可以选择性允许信号在阻带的任一侧上穿过。换言之，可调滤波器100可以调谐成具有包括传输或接收频率的阻带，并且可调滤波器100可以编程为在第一操作模式或第二操作模式中操作，在第一操作模式中，具有接收或传输频率的主要通带高于阻带频率，在第二操作模式中，主要通带低于接收或传输频率(即，可逆双工顺序)。而且，除了相对于阻带可逆以外，通带也可以可调成在阻带的一个或多个侧上具有不止一个频率(即，可调双工间距)。同样，阻带的频率可以同样可调。在任何配置中，如上所述，通过应用伪静态电场或磁场，可以实现改变阻抗和/或频率特征所需要的阻抗的变化。

使用在图22中示出的一个示例性配置，无线系统可以包括包含在接收信号路径内的第一可调滤波器100a和第一控制器150a，该路径可以进一步包括LNA、频率选择正交下变频混频器、VGA、信号选择过滤的系统、ADC系统以及数字处理系统(例如，DSP)中的一个或多个。此外，第一控制器150a可以在信号链路内连接至天线，其中，天线从基站中接收信号，并且第一可调滤波器100a的输出将现在过滤的信号传输给无线装置(例如，LNA输入)的接收分支。同样，第二可调滤波器100b和第二控制器150b可以包含在传输信号路径内。此外，第二可调滤波器100b可以从无线装置的传输分支中(例如，从功率放大器(PA)预先驱动器中)接收信号，并且通过信号传输路径(例如，PA)，开业井传输信号传输给天线元件，所述天线元件进一步将该信号传输给基站。

第一可调滤波器100a和/或第二可调滤波器100b中的一个或两个可以被配置为提供可调阻带和相对于相应的阻带的可调通带。在这方面，第一控制器和第二控制器150a和150b中的一个或两个可以包括数字控制接口(例如，SPI、I2C或RFFE接口)，该接口可以包括锁存寄存器以及能够读取锁存寄存器信息的解码和连接电路，并且应用这个信息，以改变分别在第一可调滤波器100a或第二可调滤波器100b内的可变元件的阻抗。在一些实施方式中第一可调滤波器100a和/或第二可调滤波器100b中的一个或两个可以响应于(例如，基于UE下行链路协议堆栈信息)由无线基站控制器提供的命令。通过这种方式，第一可调滤波器100a或第二可调滤波器100b中相应的一个可以根据为了接收或传输而分配的频带，布置频率响应。

交替地，第一可调滤波器100a或第二可调滤波器100b中相应的一个可以根据为了接收或传输而分配的物理频率信道，布置频率响应。在这种情况下，在没有解码下行链路协议链路或广播信息的情况下(例如，以便电路进入通过频率建立功率扫描的工艺内)，第一控制器150a和/或第二控制器150b被配置为根据为功率扫描的信道、频率或频带(例如，搜索高功率广播信道)布置第一可调滤波器100a和/或第二可调滤波器100b中相应的一个的频率响应。可以从层状UE协议堆栈(例如，3GPP信道数量)中或者从在不将信道数量转变成PLL布置的处理链内的某个地方提取关于信道或频率的这个信息。通过这种方式，第一控制器150a或第二控制器150b中相应的一个可以分布根据为了接收或传输而分配的物理频率信道，布置相应电路或子电路的频率响应。

第一控制器和第二控制器150a和150b均可以从主控制单元200中接收控制输入，以控制进入和来自基站BTS的通信协议。可以提供多媒体控制器或应用处理器210，与主控制单元200通信，以控制用户操作系统(例如，具有图形接口)、用户应用程序等。在一些实施方式中，DSP、主控制单元200以及多媒体控制器或应用处理器210可以具有共享硬件和处理器。

与连接的设备的特定配置无关，可调滤波器100可以根据与可调滤波器100通信地提供的控制单元的布置，在其输入与输出终端(例如，在上面讨论的实施方式中，第一端口P1和第二端口P2)之间提供频率选择过滤响应。具体而言，可调滤波器100可以被配置为提供可调带阻特征和编程模式，允许移动这个或这些主要抑制频率(例如，用于抑制双工自干涉仪的活动陷波)。例如，可调滤波器100可以提供可调通带特征和编程模式，允许相对于阻带频率移动通带频率，和/或可以提供允许主要通带在一种情况下高于主要阻带频率的可调通带特征以及允许主要通带在这个模式中低于主要阻带频率的另一个模式。

在这方面，提供了一种操作可调滤波器的方法，以支持多个频带。参照在图22中示出的系统配置，例如，该方法可以由主控制单元200运行。在搜索信号功率的同时，该方法可以涉及查找扫描频率。可以远离PLL扫描频率，调谐第一可调滤波器100a，并且第一可调滤波器100a可以进一步编程为使通带与PLL扫描频率对准。可以通过扫描频率执行扫描，并且可以查找下一个扫描频率。如果在具有扫描频率时(或者甚至作为默认)，在第一可调滤波器100a内测量的损耗太高，那么可以再次重新布置通带和阻带布置。否则，通带和阻带布置可以保持用于下一个扫描。

一旦建立下行链路BTS信息，该方法就可以涉及查找接收带频率，远离接收带频率(或者交替地，朝着传输带频率)调谐第一可调滤波器100a的阻带，并且将第一可调滤波器100a的通带编程为与接收频率对准。

如果系统在频域双工模式中操作，那么该方法可以涉及从基站BTS重接收信道和频带信息。主控制单元200可以计算(或查找)双工间距(即，正或负间距)的标记，并且将第一可调滤波器100a的阻带布置为传输频率(例如，与插入损耗所允许的一样，尽可能接近接收频率)。如果双工间距是负数(例如，在频带13、14、20、24中操作)，那么第一可调滤波器100a的通带可以布置为低于传输频率。否则，第一可调滤波器100a的通带可以布置为高于传输频率。在任一种情况下，可以将这些滤波器布置发送给第一控制器150a。

同样，第二可调滤波器100b的阻带可以布置为接收频率(例如，与插入损耗所允许的一样，尽可能接近接收频率)。如果双工间距是负数(例如，在频带13、14、20、24中操作)，那么第二可调滤波器100b的通带可以布置为高于接收频率。否则，第二可调滤波器100b的通带可以布置为低于接收频率。在任一种情况下，可以将这些滤波器布置发送给第二控制器150b。

将上述方法提供给使用第一可调滤波器100a(例如，RX)和第二可调滤波器100b(例如，TX)的系统。系统的其他实施方式包含一个或多个可调滤波器100，其中，如本领域的技术人员可以认识到的，实现仅仅接收信号滤波器或者仅仅传输信号滤波器。

在不背离精神及其基本特征的情况下，可以通过其他形式体现本主题。因此，所描述的实施方式在各方面要被视为进行说明而非限制。虽然在某些优选的实施方式方面描述了本主题，但是对于本领域的技术人员显而易见的其他实施方式也在本主题的范围内。

Claims

1.一种可调滤波器，包括：

连接在第一端口和第二端口之间的第一谐振器和第二谐振器，所述第一谐振器和第二谐振器能够被调谐以便在阻带频率谐振，从而在所述第一端口和第二端口之间阻塞所述阻带频率内的信号；以及

一个或多个耦合元件，连接在所述第一谐振器和所述第二谐振器之间，其中所述一个或多个耦合元件能够被调谐以便调整实现所述第一谐振器和第二谐振器的同时共轭阻抗匹配的频率，从而定义不同于所述阻带频率的通带频率。

2.根据权利要求1所述的可调滤波器，其中，所述一个或多个耦合元件连接在所述第一端口与第二端口之间；

其中，所述第一谐振器连接在所述第一端口与地面之间；以及

其中，所述第二谐振器连接在所述第二端口与所述地面之间。

3.根据权利要求1所述的可调滤波器，其中，所述第一谐振器和所述第二谐振器在所述第一端口与第二端口之间以串联布置连接在一起；以及

其中，所述一个或多个耦合元件连接至在所述第一谐振器和所述第二谐振器的串联连接之间的节点并且连接至地面。

4.根据权利要求1所述的可调滤波器，其中，所述一个或多个耦合元件中的每一者包括一个或多个电容。

5.根据权利要求4所述的可调滤波器，其中，所述一个或多个耦合元件中的每一者包括一个或多个电感。

6.根据权利要求5所述的可调滤波器，其中，所述一个或多个电容和所述一个或多个电感以串联布置连接。

7.根据权利要求5所述的可调滤波器，其中，所述一个或多个电容和所述一个或多个电感以并联布置连接。

8.根据权利要求1所述的可调滤波器，其中，所述第一谐振器、所述第二谐振器中的一个或多个或所述一个或多个耦合元件电气可调。

9.根据权利要求8所述的可调滤波器，其中，所述第一谐振器、所述第二谐振器中的一个或多个或所述一个或多个耦合元件包括可变或可切换的电容。

10.根据权利要求9所述的可调滤波器，其中，所述可变或可切换的电容包括铁电电容、顺电电容、MEMS电容或固态电容中的一个或多个。

11.根据权利要求1所述的可调滤波器，其中，所述第一谐振器、所述第二谐振器中的一个或两个包括电感和电容。

12.根据权利要求11所述的可调滤波器，其中，所述电感和所述电容以并联布置连接。

13.根据权利要求1所述的可调滤波器，其中，所述第一谐振器的导体迹线或电感中的一者或多者被布置为与所述第二谐振器的导体迹线或电感中的一者或多者成45度与135度之间的角度。

14.根据权利要求1所述的可调滤波器，其中，所述第一谐振器、所述第二谐振器以及所述一个或多个耦合元件被配置为使得在所述通带内的损耗小于5dB，并且在所述第一谐振器和所述第二谐振器内的阻塞隔离大于15dB。

15.一种调整可调滤波器的方法，所述方法包括：

在第一谐振器和第二谐振器之间连接一个或多个耦合元件，所述第一谐振器和第二谐振器连接在第一端口和第二端口之间，其中，所述第一谐振器和所述第二谐振器中的一个或两者以及所述一个或多个耦合元件电气可调；

选择性地调整所述第一谐振器或所述第二谐振器中的一个或多个的调谐设置，以调整所述第一谐振器和第二谐振器配置为谐振的阻带频率，从而在所述第一端口和第二端口之间阻塞所述阻带频率内的信号；以及

选择性地调整所述一个或多个耦合元件的调谐设置，以便调整通过所述一个或多个耦合元件定义的通带频率，使得实现对所述第一谐振器的第一阻抗和所述第二谐振器的第二阻抗的同时共轭匹配。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，选择性地调整所述第一谐振器或所述第二谐振器中的一个或多个的调谐设置，以阻塞在所述阻带频率内的信号包括选择性地调整所述第一谐振器或所述第二谐振器中的一个或多个的调谐设置，以提供在所述第一谐振器和所述第二谐振器内的大于15dB的阻塞隔离。

17.根据权利要求15所述的方法，其中，选择性地调整所述第一谐振器或所述第二谐振器中的一个或多个的调谐设置包括改变进入所述第一谐振器或所述第二谐振器中的一个或多个的电场或电流。

18.根据权利要求15所述的方法，其中，选择性地调整所述一个或多个耦合元件的调谐设置以调整所述通带频率包括选择性地调整所述一个或多个耦合元件的调谐设置，以在通带内提供小于5dB的损耗。

19.根据权利要求15所述的方法，其中，选择性地调整所述一个或多个耦合元件的调谐设置包括改变进入所述一个或多个耦合元件的电场或电流。