CN107453858A - 支持载波聚合的射频前端装置及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例涉及通信技术领域，公开了一种支持载波聚合的射频前端装置及电子设备。其包括：第一多工器、第二多工器、宽频多工器以及射频开关单元；第一多工器包括：用于通过第一频带的第一双工器以及用于通过第二频带的第二双工器，且第一多工器支持第一频带以及第二频带的载波聚合，第二多工器包括用于通过第三频带的第三双工器；第二多工器连接宽频多工器；宽频多工器以及第一多工器均连接射频开关单元，射频开关单元用于建立射频信号路径以实现第一多工器支持的至少一频带与第三频带的载波聚合。本实施方式不仅降低了射频前端装置的冗余度、降低设计以及使用难度，而且还使得成本显著降低，并有利于降低射频插损。

Description

支持载波聚合的射频前端装置及电子设备
技术领域
本发明实施例涉及通信技术领域，特别涉及一种支持载波聚合的射频前端装置及电子设备。
背景技术
随着通信技术的快速发展，人们对通信速度的要求越来越高。载波聚合(CarrierAggregation，简称CA)是在LTE(Long Term Evolution，长期演进，简称LTE)技术上的延伸，载波聚合的原理是聚合多种不同频率的载波，从而达到扩充有效传输带宽、实现提升传输数据率的目的。然而如何有效地实现不同频率的聚合在射频前端的实现中一直是核心技术和挑战。在现有的产品中，一般在射频前端中会采用四工器(quad-plexer)，甚至八工器(hex-plexer)的方式以快速实现载波聚合。如图1所示，为现有技术中一种支持载波聚合的射频前端装置(Radio Frequency Front End Module，简称RFFEM)的结构示意图，该射频前端装置包括第一四工器1以及第二四工器2。其中，第一四工器1例如用于实现第一频带(例如Band A)以及第二频带(例如Band B)的载波聚合，第二四工器2例如用于实现第一频带以及第三频带(例如Band C)的载波聚合，并通过射频开关单元3切换载波聚合射频信号路径。
发明人发现现有技术中至少存在如下问题：现有的射频前端装置一般是直接通过采用多个四工器或更多路工器(例如八工器)的方式实现载波聚合，由于四工器或者更多路工器支持的载波聚合方式有限，所以选择面非常有限，而且直接采用昂贵的四工器或者八工器会导致产品成本很高，难以满足用户需求。并且，当需要同时实现第一频带与第二频带以及第一频带与第三频带的载波聚合时，即使在第一四工器1已经包括了用于通过第一频带的双工器的情况下，仍然要求第二四工器2具备用于通过第一频带的双工器。这样，用于通过第一频带的双工器会在第一四工器1和第二四工器2中重复出现，这种设计上的冗余不必要的增加了成本。由于存在两路第一频带的传输支路，因此在进第一频带的传输支路前还需要额外增加切换开关进行切换，这又会增加设计和使用上的复杂性。随着载波聚合的发展，载波聚合的频带以及聚合的方式会越来越多，现有的这种存在冗余的载波聚合方案会使得冗余带来的成本难以接受，且使用和设计更加复杂。
发明内容
本发明实施方式的目的在于提供一种支持载波聚合的射频前端装置及电子设备，通过宽频多工器以及射频开关单元可复用第一多工器内部的双工器，从而使之与第二多工器内部的双工器结合实现载波聚合，这样不仅降低了载波聚合时双工器的冗余度，而且可以简化载波聚合电路设计，降低设计以及使用难度，同时还减少了昂贵的多工器的使用数量，使得成本显著降低且有利于降低射频插损，使得射频性能更优越。
为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种支持载波聚合的射频前端装置，包括：第一多工器、第二多工器、宽频多工器以及射频开关单元；其中，所述第一多工器包括：用于通过第一频带的第一双工器以及用于通过第二频带的第二双工器，且所述第一多工器支持所述第一频带以及所述第二频带的载波聚合，所述第二多工器包括用于通过第三频带的第三双工器；所述第二多工器连接所述宽频多工器；所述宽频多工器以及所述第一多工器均连接所述射频开关单元，所述射频开关单元用于建立射频信号路径以实现所述第一多工器支持的至少一频带与所述第三频带的载波聚合。
本发明的实施方式还提供了一种电子设备，包括如前所述的支持载波聚合的射频前端装置。
本发明实施方式相对于现有技术而言，在通过第一多工器实现第一频带以及第二频带的载波聚合的基础上，还可以通过宽频多工器以及射频开关单元实现第一多工器内部的双工器(即用于通过第一频带的第一双工器或者用于通过第二频带的第二双工器)的复用，使之与第二多工器结合实现第一频带和/或第二频带与第三频带的载波聚合，从而不仅可以显著降低载波聚合时双工器的冗余度，而且可以简化射频前端设计，降低设计以及使用难度，并且还可以通过复用第一多工器减少昂贵的多工器的使用数量，使得成本显著降低的同时还有利于降低射频插损，使得射频性能更优越。
另外，射频开关单元包括：第一开关支路、第二开关支路以及第三开关支路；所述第一开关支路连接在所述第一多工器以及天线之间；所述第二开关支路连接在所述第一多工器以及所述宽频多工器之间；所述第三开关支路连接在所述宽频多工器以及所述天线之间；其中，所述第二开关支路以及所述第三开关支路的通断状态相同，所述第一开关支路与所述第二开关支路的通断状态相反。从而，通过少量的开关支路即可灵活实现多种载波聚合方案。
另外，所述第一开关支路以及所述第三开关支路采用单刀双掷开关。
另外，所述宽频多工器采用低温共烧陶瓷工艺实现。从而使得分频滤波器集成度高。
另外，所述宽频多工器采用整合式被动元件结构。
另外，所述第一多工器包括以下任意之一：四工器、六工器、八工器。
另外，所述第二多工器包括以下任意之一：双工器、四工器、六工器、八工器。
另外，所述第一多工器以及所述第二多工器均为采用以下任意结构之一的多工器：声表面波滤波器、体声波滤波器以及薄膜体声波谐振器。
另外，所述射频前端装置还包括：功率放大器、低噪声放大器以及收发机；所述第一多工器以及所述第二多工器分别连接所述功率放大器；所述第一多工器以及所述第二多工器还分别连接所述低噪声放大器；所述功率放大器以及所述低噪声放大器均连接所述收发机。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
图1是现有技术中支持载波聚合的射频前端装置的结构示意图；
图2是本发明第一实施方式的支持载波聚合的射频前端装置的一种结构示意图；
图3是本发明第一实施方式的支持载波聚合的射频前端装置的另一种结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。
本发明的第一实施方式涉及一种支持载波聚合的射频前端装置。举例而言，射频前端装置可以为4G-LTE或者5G射频前端。本实施方式对于射频前端装置不做限制。载波聚合(Carrier Aggregation，CA)技术是提高数据传输速率的重要途径，在当前的4G+(LTE-A)标准中，最高支持5个20MHz(兆赫兹)载波聚合，实现100MHz带宽，而进入5G时代后，为达到ITU(International Telecommunication Union的简称，国际电信联盟)为5G标准设定的最高20Gbps(每秒1000兆位)下行速率标准，载波聚合数量在5G标准中必将成倍增长，可能会达到32甚至64，而采用现有的存在滤波器冗余度设计的载波聚合方案，势必会带来非常高的成本，设计以及使用也更加复杂，本实施方式可以降低载波聚合射频前端的滤波器冗余度，减少昂贵的多工器使用数量，降低成本，同时还可以降低设计、使用难度以及射频插损损耗。本实施方式的支持载波聚合的射频前端装置包括：第一多工器、第二多工器、宽频多工器以及射频开关单元。其中，第一多工器包括：用于通过第一频带的第一双工器以及用于通过第二频带的第二双工器，且第一多工器支持第一频带以及第二频带的载波聚合，第二多工器包括用于通过第三频带的第三双工器，第二多工器连接宽频多工器。宽频多工器以及第一多工器均连接射频开关单元，射频开关单元用于建立射频信号路径以实现第一多工器支持的至少一频带与第三频带的载波聚合。本发明实施方式相对于现有技术而言，在通过第一多工器实现第一频带以及第二频带的载波聚合的基础上，还可以通过宽频多工器以及射频开关单元实现第一多工器内部的双工器(即用于通过第一频带的第一双工器或者用于通过第二频带的第二双工器)的复用，使之与第二多工器结合实现第一频带和/或第二频带与第三频带的载波聚合，从而不仅可以显著降低载波聚合时双工器的冗余度，而且可以简化射频前端设计，降低设计以及使用难度，并且还可以通过复用第一多工器减少昂贵的多工器的使用数量，使得成本显著降低的同时还有利于降低射频插损，使得射频性能更优越。下面对本实施方式的支持载波聚合的射频前端装置的实现细节进行具体的说明，以下内容仅为方便理解提供的实现细节，并非实施本方案的必须。
如图2所示，本实施方式中，支持载波聚合的射频前端装置包括：收发机、若干功率放大器(Power Amplifier，简称PA)、若干低噪声放大器(Low Noise Amplifier，简称LNA)、第一多工器1，第二多工器2、射频开关单元3以及宽频多工器4。第一多工器1以及第二多工器2分别连接功率放大器，第一多工器以及第二多工器还分别连接低噪声放大器，功率放大器以及低噪声放大器还连接收发机。第二多工器2连接宽频多工器4，宽频多工器4以及第一多工器1均连接射频开关单元。其中，第一多工器包括用于通过第一频带的第一双工器以及用于通过第二频带的第二双工器，且第一多工器1支持第一频带以及第二频带的载波聚合，第二多工器2例如包括用于通过第三频带的第三双工器。射频开关单元3用于建立射频信号路径以实现第一多工器支持的至少一频带与第三频带的载波聚合。
其中，本实施方式的第一多工器1例如为支持Band A(第一频带)以及Band B(第二频带)的载波聚合的四工器，因此，第一多工器1实质包含了用于通过第一频带的第一双工器(亦可称Band A双工器)以及用于通过第二频带的第二双工器(亦可称Band B双工器)，应当理解，由于第一多工器用于实现Band A以及Band B的载波聚合，所以其结构远较Band A以及Band B双工器复杂，因此成本居高不下，价格昂贵。第二多工器2用于通过第三频带(例如Band C)，因此，第二多工器2可以采用Band C双工器(即第三双工器)。第一多工器1中的Band A RX以及Band B RX均通过低噪声放大器LNA连接收发机，第一多工器1中的Band ATX以及Band B TX均通过功率放大器PA连接收发机，从而形成Band A以及Band B的射频收发信号路径。第二多工器2中的Band C RX以及Band C TX亦分别通过低噪声放大器以及功率放大器连接收发机。其中，第一双工器的Band A RX、第二双工器的Band B RX以及第二多工器的Band C RX部分均用于过滤出相应频带的接收信号，而第一双工器的Band A TX、第二双工器Band B TX以及第二多工器Band C TX部分均用于将相应频带的功放放大的发射信号推送到天线。包含第一多工器以及第二多工器的射频信号收发路径为本领域技术人员熟知，此处不再赘述。在实际应用中，第一多工器1还可以是六工器、八工器等，从而使得第一多工器可以支持更多频带的载波聚合。第二多工器还可以为四工器、六工器以及八工器等，相应地，第二多工器亦可以实现载波聚合。本实施方式对第一多工器以及第二多工器不作具体限制。第一多工器包含多个频带的双工器的这一特点为本实施方式的复用技术提供了基础。在实际应用中，第一多工器1以及第二多工器2可以采用以下任意结构之一的多工器：声表面波滤波器(Surface Acoustic Wave，SAW)、体声波滤波器(Bulk Acoustic WaveFilter，简称BAW)以及薄膜体声波谐振器(Film Bulk Acoustic Resonator，简称FBAR)，即双工器、四工器、八工器等的多路工器的核心部件可以是SAW、BAW或者FBAR等。本实施方式对于第一多工器以及第二多工器的结构不作具体限制。
本实施方式在通过第一多工器1实现载波聚合的基础上，还通过射频开关单元3以及宽频多工器复用第一多工器1，使第一多工器1与第二多工器2相结合，从而实现第一多工器支持的第一频带和/或第二频带与第二多工器支持的第三频带的载波聚合。具体地说，射频开关单元包括：第一开关支路、第二开关支路以及第三开关支路。其中，第一开关支路连接在第一多工器1以及天线5之间，第二开关支路连接在第一多工器1以及宽频多工器4之间，第三开关支路连接在宽频多工器4以及天线5之间。举例而言，第一开关支路以及第三开关支路可以采用单刀双掷开关实现。具体地，单刀双掷开关包括动端k1以及不动端k2、k3。其中，单刀双掷开关的动端k1连接天线5，单刀双掷开关的不动端k2连接第一多工器1的输出端，单刀双掷开关的不动端k3连接宽频多工器的输出端。第二开关支路可以采用单刀单掷开关实现。其中，单刀单掷开关的一端可以与单刀双掷开关的不动端k2重合，单刀单掷开关的另一端k4连接宽频多工器的输入端。本实施方式对于射频开关单元不作具体限制。通过第一开关支路、第二开关支路以及第三开关支路的通断状态实现不同的载波聚合。其中，第二开关支路以及第三开关支路的通断状态相同，第一开关支路与第二开关支路的通断状态相反。如图2所示，当单刀双掷开关的动端k1与不动端k2接通时(即第一开关支路导通时)，单刀单掷开关断开(即第二开关支路断开)，同时第三开关支路亦断开，此时，射频前端装置通过第一多工器实现Band A以及Band B的载波聚合。如图3所示，当单刀双掷开关的动端k1与不动端k3接通(即第三开关支路导通)时，则第一开关支路断开，第二开关支路导通(即单刀单掷开关接通)，此时，射频前端装置通过第一多工器、第二多工器以及宽频多工器可以实现以下三种载波聚合方案：Band A以及Band C双载波聚合，Band B以及Band C双载波聚合，或者Band A、Band B以及Band C三载波聚合。
本实施方式的宽频多工器用于射频信号分频滤波，由于宽频多工器工作的频率间隔一般相对较大，因此宽频多工器的实现非常容易，实现方式也灵活多样，可以由无源器件实现。举例而言，宽频多工器可以在射频基板上通过电容电感等的分立元件实现，或者通过整合式被动元件(Integrated Passive Device，简称IPD)结构实现，又或者采用低温共烧陶瓷(Low Temperature Co-fired Ceramic，简称LTCC)工艺等方式实现。相比制造难度极大的第一多工器以及第二多工器，宽频多工器的成本大幅降低且设计灵活度也更大。在实际应用中，本领域技术人员可以根据实际需要设计具体的宽频多工器(例如宽频双工器、三工器等)，本实施方式对于宽频多工器不作具体限制。
本实施方式中，当需要实现Band A+Band B的载波聚合时，与现有技术相同，如图2所示，可以单独通过第一多工器(Band A+Band B的四工器)实现，此时，第一开关支路导通。当需要实现第一多工器与第二多工器支持的载波聚合时，第一开关支路断开，第二开关支路以及第三开关支路导通，从而形成第一多工器以及第二多工器支持的频带的上下行载波聚合路径。以上不难发现，当实现Band A+Band C以及Band A+Band B的载波聚合时，本实施方式相比现有技术减少了一个Band A+Band C的四工器的使用，仅使用一个Band C的双工器、宽频多工器以及开关支路就可实现Band A+Band C四工器的功能，从而通过复用第一多工器避免了射频前端装置中多个四工器中重复设计相同频带的双工器，降低了双工器冗余度。在实际应用中，还可以根据本实施方式的发明构思，适当增加多工器以及开关支路的数目，从而实现更多载波聚合。由于双工器、四工器等的多路工器具有极高的技术门槛，量产难度极大，价格昂贵，供应不足，所以本实施方式通过减少其在载波聚合射频前端装置中的使用数量，可以明显降低成本，且简化设计以及使用难度。
本实施方式通过如图2、3所示的示例描述对第一多工器的复用，在实际应用中，当第二多工器也是四工器等的多工器时，亦可以通过增加适当的开关支路实现第二多工器的复用。本实施方式对这些均不作具体限制。
本发明实施方式相对于现有技术而言，通过射频开关单元以及宽频多工器实现对于支持载波聚合的四工器、八工器等的多工器的复用，从而可以灵活实现更多方式的载波聚合。因此，不仅可以显著降低载波聚合时射频前端装置中双工器的冗余度，使得射频前端装置的成本显著减低，而且可以简化射频前端装置设计，降低设计以及使用难度，同时还可以降低射频插损，使得射频性能更优越。
本发明的第二实施方式涉及一种电子设备。该电子设备包括如第一实施方式所述的支持载波聚合的射频前端装置。作为举例而非限制，本实施方式的电子设备可以为智能手机、平板电脑、车载影音、可穿戴设备以及物联网设备等。本实施方式对于电子设备不作具体限制。
本实施方式与现有技术相比，通过复用射频前端装置中的多工器实现载波聚合，从而不仅可以简化设计以及使用难度，而且可以降低电子设备的整体成本，提高电子设备的通信性能，进而提高用户体验。
值得一提的是，本实施方式中所涉及到的各模块均为逻辑模块，在实际应用中，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现。此外，为了突出本发明的创新部分，本实施方式中并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，但这并不表明本实施方式中不存在其它的单元。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种支持载波聚合的射频前端装置，其特征在于，包括：第一多工器、第二多工器、宽频多工器以及射频开关单元；其中，所述第一多工器包括：用于通过第一频带的第一双工器以及用于通过第二频带的第二双工器，且所述第一多工器支持所述第一频带以及所述第二频带的载波聚合，所述第二多工器包括用于通过第三频带的第三双工器；
所述第二多工器连接所述宽频多工器；所述宽频多工器以及所述第一多工器均连接所述射频开关单元，所述射频开关单元用于建立射频信号路径以实现所述第一多工器支持的至少一频带与所述第三频带的载波聚合。
2.根据权利要求1所述的支持载波聚合的射频前端装置，其特征在于，射频开关单元包括：第一开关支路、第二开关支路以及第三开关支路；
所述第一开关支路连接在所述第一多工器以及天线之间；
所述第二开关支路连接在所述第一多工器以及所述宽频多工器之间；
所述第三开关支路连接在所述宽频多工器以及所述天线之间；
其中，所述第二开关支路以及所述第三开关支路的通断状态相同，所述第一开关支路与所述第二开关支路的通断状态相反。
3.根据权利要求2所述的支持载波聚合的射频前端装置，其特征在于，所述第一开关支路以及所述第三开关支路采用单刀双掷开关。
4.根据权利要求1所述的支持载波聚合的射频前端装置，其特征在于，所述宽频多工器采用低温共烧陶瓷工艺实现。
5.根据权利要求1所述的支持载波聚合的射频前端装置，其特征在于，所述宽频多工器采用整合式被动元件结构。
6.根据权利要求1所述的支持载波聚合的射频前端装置，其特征在于，所述第一多工器包括以下任意之一：四工器、六工器、八工器。
7.根据权利要求1所述的支持载波聚合的射频前端装置，其特征在于，所述第二多工器包括以下任意之一：双工器、四工器、六工器、八工器。
8.根据权利要求1所述的支持载波聚合的射频前端装置，其特征在于，所述第一多工器以及所述第二多工器均为采用以下任意结构之一的多工器：声表面波滤波器、体声波滤波器以及薄膜体声波谐振器。
9.根据权利要求1所述的支持载波聚合的射频前端装置，其特征在于，所述射频前端装置还包括：功率放大器、低噪声放大器以及收发机；
所述第一多工器以及所述第二多工器分别连接所述功率放大器；
所述第一多工器以及所述第二多工器还分别连接所述低噪声放大器；
所述功率放大器以及所述低噪声放大器均连接所述收发机。
10.一种电子设备，其特征在于，包括：如权利要求1至9中任一项所述的支持载波聚合的射频前端装置。
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