CN108809336B - 用于射频滤波器的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本公开的实施例涉及用于射频滤波器的系统和方法。根据实施例，电路包括多个滤波器电路，滤波器电路具有第一端口、第二端口和第三端口，其中多个滤波器电路中的第一滤波器电路的第二端口耦合到多个滤波器电路中的第二滤波器电路的第一端口，并且多个滤波器电路中的每个滤波器电路包括第一无源滤波器、第二无源滤波器、第一耦合器以及组合网络。第一耦合器包括耦合到第一端口的输入端口、耦合到第二端口的隔离端口、耦合到第一无源滤波器的第一相移端口以及耦合到第二无源滤波器的第二相移端口，并且组合网络包括耦合到第一无源滤波器的第一输入、耦合到第二无源滤波器的第二输入、以及耦合到第三端口的输出。

Description

用于射频滤波器的系统和方法
本申请是申请日为2015年10月20日、国家申请号为201510684814.6、发明名称为“用于射频滤波器的系统和方法”的发明专利申请的分案申请。
本申请要求于2014年10月20日提交的美国临时申请No.62/066,201的优先权，该美国临时申请在此通过引用并入本文。
技术领域
本公开总体涉及一种电子设备，并且更特别地涉及一种用于射频滤波器的系统和方法。
背景技术
在很多RF系统中，例如便携式无线设备中，在单个无线电设备中可能有多于一个的接收频率或发射频率同时为活跃的。当相应频带彼此远离时和/或当利用不同的增益来处理频带时，不同的频率信道在频域中被分离并且在单独的信号路径中被处理。如今的很多系统要求对多于两个信道的灵活的频率规划和同时处理，其使得固定频率的解复用器滤波器设计(具有n个频带)对于设计带来了挑战。例如，第四代移动通信标准LTE使用了利用多个信道的载波聚合技术，其中同时处理多达三个接收(RX)信道和一个发射(TX)信道。在下一代LTE标准以及可能的其他标准中，具有不同频率的多个RX路径和具有不同频率的多个TX路径可以同时被操作。相应地，假设TX已经被滤除，则用户设备(UE)分离在频域中被拆分的多达三个RX信道。
发明内容
根据实施例，电路包括多个滤波器电路，滤波器电路具有第一端口、第二端口和第三端口，其中多个滤波器电路中的第一滤波器电路的第二端口耦合到多个滤波器电路中的第二滤波器电路的第一端口，并且多个滤波器电路中的每个滤波器电路包括第一无源滤波器、第二无源滤波器、第一耦合器以及组合网络。第一耦合器包括耦合到第一端口的输入端口、耦合到第二端口的隔离端口、耦合到第一无源滤波器的第一相移端口以及耦合到第二无源滤波器的第二相移端口，并且组合网络包括耦合到第一无源滤波器的第一输入、耦合到第二无源滤波器的第二输入、以及耦合到第三端口的输出。
附图说明
为了对本发明及其优势有更为全面的理解，现在结合附图对下述描述进行参考，其中：
图1a图示出利用了在去往LNA接口的天线处的双工器滤波器和三工器滤波器的切换集群以及在LNA之后的双工器滤波器和三工器滤波器的切换集群的常规的RF RX，并且图1b图示出利用了在去往LNA接口的天线处的双工器滤波器和三工器滤波器的切换集群以及在LNA之后的三工器的RF系统；
图2a和图2b图示出单个实施例调谐隔离的滤波器结构，并且图2c和图2d图示出其后跟随着常规调谐双工器的单个实施例调谐隔离的滤波器结构；
图3a至图3b图示出两个级联的实施例调谐隔离的滤波器结构，图3c图示出n-1个级联的实施例调谐隔离的滤波器结构，并且图3d图示出使用了调谐双工器连同实施例调谐隔离的滤波器结构的电路；
图4a至图4j图示出实施例调谐隔离的滤波器结构的各种实施方式；
图5a至图5g图示出具有旁路模式的实施例调谐隔离的滤波器结构的各种实施方式以及相对应的切换图表；
图6a和图6b图示出针对实施例隔离滤波器结构的仿真示意图；
图7a至图7d图示出针对低阻抗反射模式下的实施例隔离滤波器结构的s参数；
图8a至图8d图示出针对高阻抗反射模式下的实施例隔离滤波器结构的s参数；
图9a至图9c图示出实施例RF系统的框图以及相对应的LNA后的B隔离滤波器结构的s参数曲线；
图10a至图10c图示出实施例隔离滤波器结构的示意图；
图11图示出RF系统的框图；
图12图示出另一个RF系统的框图；
图13a至图13d图示出图12的RF系统的s参数曲线；
图14a至图14e图示出实施例隔离滤波器结构的示意图以及相对应的s参数曲线；
图15a至图15i图示出基于SAW滤波器的可旁路的实施例隔离滤波器结构的示意图以及相对应的s参数曲线；
图16a至图16b图示出实施例隔离滤波器结构的示例性布局图；
图17a图示出利用了在去往LNA接口的天线处的双工器滤波器和三工器滤波器的切换集群以及在LNA之后的隔离带通/带阻滤波器和双工器的RF系统，并且图17b图示出利用了在去往LNA接口的天线处的双工器滤波器和三工器滤波器的切换集群以及在LNA之后的调谐隔离的带通/带阻滤波器和调谐双工器的RF系统；
图18图示出实施例RF系统；
图19a和图19b图示出可以朝向发射和接收引导以用于载波聚合的RF系统；
图20a至图20c图示出配置为实施载波聚合的实施例RF系统；
图21a至图21c图示出配置为实施载波聚合的另一实施例RF系统；以及
图22a至图22d图示出实施例频率组合器。
在不同的图中，相对应的数字和符号通常指代相对应的部分，除非另外有所指示。绘制附图用以清楚地图示出优选实施例的相关方面并且并非必然按照比例绘制。为了更清楚地图示出特定的实施例，指示着相同结构、材料或处理步骤的变化的字母可以跟随着附图标号。
具体实施方式
下面将详细讨论当前优选的实施例的实现和利用。然而，应当理解的是，本发明提供了很多可应用的创新性构思，其可以体现在很多种特定的情境中。所讨论的特定实施例仅仅为对于实现并利用本发明的特定方式的描述，并且并不限制本发明的范围。
将在特定的情境中参照优选的实施例来描述本发明，即针对在多带RF系统中的使用的用于灵活RF滤波器的系统和方法。进一步的实施例可以应用到例如其他的RF系统。
对每个滤波器的通带进行调谐并且实现所有滤波器的相位/振幅关系从而在滤波器的通带内不向滤波器提供低阻抗是非常难以实现的。相应地，诸如在图1a中图示出的RF接收路径100之类的常规解决方案利用滤波器组，其中每个滤波器组映射一个使用情况。在每个使用情况中，滤波器在相位和振幅上被优化从而使得所有的滤波器彼此不成为负载。对于不同的使用情况来说，在相位和振幅上组合新的滤波器的集合从而使得其彼此不成为负载。因此，利用如图1a所示的三工器或双工器的组的使用情况组合的阵列经由RF开关进行切换从而映射需求。这导致了如果一个频带使用在各种使用情况中的硬件冗余。结果是，无线电设备很大并且昂贵。
如图1a所示，成对的天线102和104耦合到天线开关106，天线开关106之后跟随有第一滤波器组108，第一滤波器组108包括双工器和一个或多个三工器。第一滤波器组108的输出经由在LNA的输入处的RF开关110、112和114以及在这些LNA的输出处的RF开关116、118和120而被路由到三个LNA：低频带LNA A，中频带LNA B以及高频带LNA C。RF开关116、118和120其后跟随第二滤波器组122，第二滤波器组122包括类似于第一滤波器组108的双工器和三工器，其输出通过进一步的RF开关124进行选择。正如在图1a中明显的是，第一组双工器类似于第二组双工器，由此导致了冗余。
图1b图示出系统130，其中第一组双工器/三工器132经由天线开关106耦合到天线102和104并且经由RF开关110、112和114路由到低频带LNA A、中频带LNA B以及高频带LNAC，其后跟随着三工器134而不是冗余的滤波器组。虽然图1b的系统避免了使用冗余的滤波器组，但是三工器的设计带来了一些设计问题，包括在输入处的加载/失配、在载波聚合(CA)模式下的增益下降以及在CA模式下通过活跃LNA的RX噪声泄漏。理想地，三工器滤波器组件通过相位ΦA、ΦB、ΦC而彼此相位旋转，从而使得其彼此不成为负载。此外，这种LNA后多路复用可能需要非常高Q的三工器，如果三工器将是可调谐的从而支持灵活的频率计划，则该三工器的设计尤其具有挑战。在一个实施例中，利用隔离滤波器核心来实施可调谐的高Q带通滤波器(BPF)以及带阻滤波器(BSF)，其简化示例在图2a中被图示出。如所示出，可以利用诸如具有耦合到具有H1(s)的转移函数的BPF滤波器206的正交输出的-3dB混合器之类的耦合结构204来实施在第一输出处具有第一转移函数H1(s)并且在第二输出处具有第二转移函数1-H1(s)的带通/带阻滤波器202。如图2b所示，从端口1到端口3的转移函数H1(s)具有带通特性并且从端口1到端口2的转移函数1-H1(s)由于反射ΓH1(s)而具有带阻特性。为了简化方程式1-H1(s)，假设耦合结构204没有损耗，并且假设反射系数Γ对于全反射而言为1。
在一个实施例中，利用具有带有高通特性H2(s)和低通特性H3(s)的常规双工器和隔离滤波器核心的混合带通滤波器(BPF)和带阻滤波器(BSF)来实施可调谐的高Q三工器，其简化示例在图2c中被图示出。如所示出，可以利用诸如具有耦合到具有H1(s)的转移函数的BPF滤波器214的正交输出212的-3dB混合器之类的耦合结构来实施在第一输出处具有第一转移函数H1(s)并且在第二输出处具有第二转移函数1-H1(s)的带通/带阻滤波器210。如图2d所示，从端口1到端口3的转移函数H1(s)具有带通特性并且从端口1到端口2的转移函数1-H1(s)由于反射ΓH1(s)而具有带阻特性。为了简化方程式1-H1(s)，假设耦合结构212没有损耗，并且假设反射系数Γ对于全反射而言为1。
在实施例中，调谐隔离的滤波器核心的端口2连接到从端口2到端口4具有高通特性并且从端口2到端口5具有低通特性的常规双工器。正如在图2d中描述的，从端口1到端口5的整个级联的转移遵循具有转移函数[1-H1(s)]*H3(s)的低通滤波器以及从端口1到端口4具有其转移函数[1-H1(s)]*H2(s)的等同高通滤波器特性。从端口1到端口3的转移遵循带通函数H1(s)。所需要的双工器滤波器函数H2(s)和H3(s)可以非常弛缓，并且由于陡峭的隔离带阻转移函数1-H1(s)，仍然可以获得非常陡峭的LB(S51)到MB(S31)转换和MB(S31)到HB(S41)转换。
这种技术使得彼此成为负载的滤波器的数目每隔离带通的频带降低了1，从而使得可以利用隔离的核心以及(n-1)路复用器方案来实施n路复用器函数。相应地，从端口1到端口3的转换主要由滤波器转移函数H1(s)来定义而从端口1到端口2的转换主要由反射ΓH1(s)来定义。利用了这种隔离滤波器结构的实施例具有多个优势。例如，仅需要一种滤波器类型，其简化了对于布置的调谐，由于带通转移函数H1(s)和带阻转移函数1-H1(s)彼此自动追踪。此外，由于实施例三端口结构的隔离特性，带阻特性较之常规滤波器而言较少依赖于正确相位。
在一个实施例中，从端口1到端口3发生转移函数H1(s)并且针对从端口1到端口2的反射信号发生转移函数(1-H(s))。利用调谐的滤波器可以实施创建了带通/反射平面的滤波器。可以对路径2和路径3添加进一步的滤波，而不会在隔离滤波器核心处导致失配。这就允许了针对多个频带的同时操作的灵活的滤波器组设计。这种进一步的滤波的示例在图3a中示出，其中利用基于具有转移函数H1(s)和H2(s)的带通滤波器的滤波器结构224和226的实施例来实施具有转移函数H1(s)、1-H1(s)以及H2(s)、1-H2(s)的两个级联的隔离滤波器带通/带阻滤波器220和222。
正如在图3a中所示出的，第一隔离核心滤波器结构224的端口2耦合到第二隔离核心滤波器结构226的第一端口以形成三工器。相应地，从端口3到端口1的转移函数为带通转移函数H1(s)，并且从端口5到端口1的转移函数为滤波器函数[1-H1(s)]*H2(s)。然而，由于在两个带通滤波器的输入处的反射ΓH1(s)和ΓH2(s)，从端口4到端口1的转移函数具有两个阻带，并且具有的转移函数为[1-(1-H1(s))]*[1-H2(s))]。这些转移函数的振幅曲线如图3b所图示的。
如图3c所示，可以使用实施例隔离核心滤波器结构236、238和240对附加的实施例隔离核心滤波器结构230、232和234进行级联从而形成(n-2)级滤波器结构。
如在图3d中进一步示出的，可以将常规的滤波器添加到各个隔离滤波器核心中从而形成其他的滤波器结构(复杂度和加载标准允许时)。如所示出的，基于带通滤波器函数H1(s)的第一隔离滤波器结构250的端口2耦合到基于将在端口2处的频率成分划分为两个频带的转移函数H2(s)和H3(s)的常规的双工器242。在一个示例中，第一隔离滤波器结构250利用隔离滤波器结构的带阻特性去除中频带，并且常规的双工器242具有更为狭窄的频率响应特性。基于转移函数Hk-1(s)和Hn-1(s)的附加的隔离滤波器结构254和256可以用来隔离在由常规双工器划分的高频带和低频带中的进一步的频率集群。在一个实施例中，中频带频率成分在基于H1(s)的隔离滤波器结构250的端口3处可获得。
图4a和图4b图示出实施隔离滤波器结构的实施例的两种可能方法。例如，在图4a中，可以利用例如具有正交输出端口和隔离端口的-3dB混合器300的耦合器、随后跟随有相移元件
Figure GDA0002650520410000071
具有特性Hi(s)的两个相同的滤波器302和304或调谐滤波器、并且随后跟随有相移器306和308以及例如3dB组合器的功率分配器来实施隔离的滤波器结构的实施例(A0)。在一个实施例中，相移器306和308以及3dB组合器310可以利用超前滞后电路、多相位滤波器网络或其他本领域已知的电路来实施。相移
Figure GDA0002650520410000081
代表隐含在隔离的滤波器结构中的附加的相移。
在进一步的实施例中，如图4b所示，可以利用例如具有正交输出和隔离端口的-3dB混合器300的第一耦合器、随后跟随有相移元件
Figure GDA0002650520410000082
具有特性Hi(s)的两个相同的滤波器302和304或调谐滤波器、并且随后跟随有例如具有正交输出和终止隔离端口的-3dB混合器312的第二耦合器来实施隔离的滤波器结构的实施例(B0)。
在进一步的实施例中，图4a和图4b中示出的实施例隔离滤波器结构(A0)和(B0)可以如图4c到图4j所示进一步被修改。变形(Ai)利用超前滞后、多相位或相移网络随后跟着3dB组合器(RX)或3dB分配器(TX)将正交信号重新组合用于提供在RX中的从端口(1)到端口(3)的滤波后信号路径或针对TX的从端口(3)到端口(1)的滤波后信号路径；以及变形(Bi)利用第二-3dB混合器用以提供在RX中的从端口(1)到端口(3)的滤波后信号路径或针对TX的从端口(3)到端口(1)的滤波后信号路径。
例如，例如LNA 320的放大器的输入可以关于图4c中图示的隔离滤波器结构A1以及图4d中图示的隔离滤波器结构B1耦合到端口3。这些变形A1和B1提供了RX路径并且适于用作接收器。然而在一些情况下，对于端口1处的源牵引(source pulling)可能具有一些灵敏度。
在进一步的实施例中，放大器330的输出关于图4e中图示的隔离滤波器结构A2以及图4f中图示的隔离滤波器结构B2耦合到端口3。这些变形A2和B2提供了TX路径以及具有良好噪声特征的放大器。这种结构可以用于以下情况中，其中来自耦合到端口1的天线的阻挡器信号导致由TX放大器产生并且在RX频带中降低的互相调制结果反弹回端口(1)。相应地，频带的等效RX路径(带通滤波器+LNA)可以位于端口2处。
在一个实施例中，放大器342和344的输入可以关于图4g中图示的隔离滤波器结构A3以及图4h中图示的隔离滤波器结构B3耦合到带通滤波器302和304。这些变形A3和B3防止了RX放大器的源牵引但是可能由于两个平行的放大器的不相关的噪声属性而引入一些噪声特征的降级。
在进一步的实施例中，放大器346和348的输出可以关于图4i中图示的隔离滤波器结构A4以及图4j中图示的隔离滤波器结构B4耦合到带通滤波器302和304。这些变形A4和B4防止了TX放大器的负载牵引但是可能由于两个平行的放大器的不相关的噪声属性而引入一些噪声特征的降级。这种实施例可以利用在例如如下系统中，其中耦合到端口1的天线的VSWR效应被2个TX放大器减轻，从而使得在端口1处的总和输出功率以及TX放大器电源电流并没有如同在例如变形A2和B2的其他方案中一样随着VSWR变化得多。在一个实施例中，随着在端口1处的VSWR改变，由两个功率放大器递送的相对功率改变。然而，递送到端口1的功率保持得相对或者基本上恒定。在一些实施例中，接收电路可以耦合到端口2。例如，双路复用器或双工器可以耦合到端口2，之后跟随有附加的滤波以及一个或多个LNA电路。在一个实施例中，双路复用器或双工器在端口处将频率成分划分成具有高于Hi(s)的通带的频率的频带以及另一个具有低于Hi(s)的通带的频率的频带。应当理解的是，参照图4a至图4j描述的隔离滤波器变形仅仅是隔离滤波器变形的示例。在可代替的实施例中，可以实施其他的变形。
在一个实施例中，上面所描述并且在图4a至图4j中图示的变形可以进一步修改为包括去激活模式，例如参照图5a至图5g图示的三态或旁路模式。虽然去激活模式变形应用到上面表述的变形A0以及B0，去激活模式可以应用到上面所描述的所有变形，以及其他未在此明示描述出来的实施例变形。
在一个实施例中，如果不使用端口3，可以对带通/带阻隔离滤波器核心302和304进行旁路，因此获得端口1到端口2传输中更好的性能。换句话说，对隔离滤波器核心302和304进行旁路或者断开连接降低加载端口1到端口2的传输路径。例如，隔离滤波器可能通过开关S2而断开连接，并且端口1可以如参照图5a中的变形A0sw1和图5b中的变形B0sw1经由开关SW1直接连接到端口2。利用在端口1和端口2之间的开关SW1提供了在未使用端口3时的低损耗路径。
在又一个实施例中，隔离滤波器核心可以经由耦合在输入混合器300和隔离滤波器结构302和304之间的开关SW2进行断开连接，如参照图5c的变形A0sw2和图5d的变形B0sw2所示出的。在一个实施例中，断开开关SW2在混合器结构300的输出处创建高度反射阻抗平面(即，RF开路)，由此创建在宽频上的低损耗路径。变形A0sw2和变形B0sw2尤其适于利用了电感器的实施例，由于断开开关SW2可以防止在这种电感器中的DC电流损耗。
隔离滤波器核心可以进一步经由在输入混合器和隔离滤波器结构之间耦合到接地的开关SW1进行断开连接，如参照图5e的变形A0sw3和图5f的变形B0sw3所示出的。在一个实施例中，闭合开关SW1在混合器结构300的输出处创建高度反射阻抗平面(即，RF短路)，由此创建在宽频上的低损耗路径。
图5g图示出描述了关于针对在图5a至图5f所图示并且如上所描述的实施例的模式设置的各种开关的设置的表格。
图6a至图6b分别图示出针对变形A0和B0的仿真图表。如所示出，处于频率f1的第一信号具有落入带通滤波器Hi(s)的通带内的频率并且处于频率f2的第二信号具有落入带通滤波器Hi(s)的阻带内的频率。相应地，频率f1通过带通滤波器Hi(s)从端口1发射到端口3。另一方面，频率f2被滤波器Hi(s)反射并且发射到端口2。换句话说，Hi(s)对于频率f1为透明的(通带)并且对于频率f2为反射的(阻带)。
在操作期间，施加到端口1的信号f1被左侧正交混合器300拆分成两个正交信号，其穿过通过带通滤波器302和304并且通过相位重组块310或312(位于右侧的第二正交混合器或者位于右侧的超前迟滞/多相位滤波器或相移器分配器组合)被重组到端口3。所有施加到端口1的位于滤波器Hi(s)的通带之外的非f1频率同样被拆分成正交信号但是在滤波器Hi(s)处被反射回来，并且在端口2处的左侧正交混合器处进行相位重新构建。相应地，频率可以从端口1到端口3被拆分成带通转换并且从端口1到端口2被拆分成逆向通带转换，其等于阻带转换。
在各种实施例中，Hi(s)可以利用固定频率滤波器或可调谐滤波器来实施。Hi(s)可以是低通滤波器，因此端口1到端口3的转换遵循低通特性并且端口1到端口2的转换遵循逆向低通，其等于高通特性。在另一个实施例中，Hi(s)可以是高通滤波器，因此端口1到端口3的转换遵循高通特性并且端口1到端口2的转换遵循逆向高通，其等于低通特性。在另一实施例中，Hi(s)可以是带通滤波器，因此端口1到端口3的转换遵循带通特性并且端口1到端口2的转换遵循逆向带通，其等于带阻特性。在另一个实施例中，Hi(s)可以是带阻滤波器，因此端口1到端口3的转换遵循带阻特性并且端口1到端口2的转换遵循逆向带阻，其等于带通特性。在上面所有的情境下，滤波器函数Hi(s)以及其逆向滤波器函数通过操纵Hi(s)而彼此追踪。
在一些实施例中，端口1和端口2较之传统的滤波器而言为良好匹配的。此外，端口3较之传统的滤波器而言具有非常优良的匹配，例如，当使用了第二混合器而不是超前滞后、多相位滤波器或者相位延迟元件以及功率分配器时。在一个实施例中，当不希望或者不需要端口3传输时，也可以添加上述的旁路模式从而保持非常优良的性能。
图7a至图7d以及图8a至图8d图示出实施例隔离滤波器结构的传输和反射曲线以说明其对于共同模式相位旋转
Figure GDA0002650520410000111
的依赖性。图9a至图9c图示出当混合器以非常低的阻抗终止于反射的频率f2处时的低阻抗反射模式的情况，并且图8a至图8d图示出当混合器以非常高的阻抗终止于反射的频率f2处时的高阻抗反射模式的情况。
图7a图示出在低阻抗反射模式下的S21和S31。如所示出的，S21针对低频和高频具有大约1.5dB的损耗。图7b为图7a的放大尺寸版本。图7c图示出Smith图表，该Smith图表示出了滤波器本身的输入反射系数(Sin_Iin)和端口3的输入反射系数(S33_lin)。从Smith图表中可见，针对端口3的输入反射系数较之滤波器本身的输入反射系数而言更为接近Smith图表的中心。图7d图示出针对在滤波器本身处见到的返回损耗(Sin_dB)和端口3处见到的返回损耗(S33_dB)。如所示出的，针对端口3的返回损耗在所有的频率上优于约12dB，代表着良好的宽频带输入匹配。
图8a图示出在高阻抗反射模式下的S21和S31。如所示出的，S21针对大部分的低频和高频具有大约1.0dB的损耗。图8b为图8a的放大尺寸版本。图8c图示出Smith图表，该Smith图表示出了滤波器本身的输入反射系数(Sin_Iin)和端口3的输入反射系数(S33_lin)。从Smith图表中可见，针对端口3的输入反射系数较之滤波器本身的输入反射系数而言更为接近Smith图表的中心。图8d图示出针对在滤波器本身处见到的返回损耗(Sin_dB)和端口3处见到的返回损耗(S33_dB)。如所示出的，针对端口3的返回损耗在所有的频率上优于约15dB，代表着良好的宽频带输入匹配。两种变形图示出当左侧的混合器由低阻抗终止时其具有更多的损耗。这与相对较低的Q有关，较之于通过具有高阻抗加载的电感器的相对低的电流/低损耗而言，所述相对较低的Q如果加载有导致通过电感器的大电流的低阻抗则导致串行电感器的电阻损耗及其在混合器中的相互耦合，这种耦合通过通常具有比电感器高的Q的混合器的电容器来保持。因此，在一些实施例中，通过设置相位
Figure GDA0002650520410000121
来细化和/或优化插入损耗，从而在主要的耦合机制中的低损耗区域中操作混合器。理论上，如果电感器Q远远优于电容器Q，其将会是低阻抗负载。
图9a至图9c图示出实施例RF系统和相对应的性能曲线。图9a图示出RF系统400，其中实施例隔离滤波器结构408在端口1处经由开关406耦合到天线402和404。中频带频率通过端口3穿过隔离滤波器结构408的通带并且由LNA B放大。从隔离滤波器结构408的端口4采获的高频和低频被常规的双工器410划分为高频带和低频带，由各个RF开关412、414、418和420以及滤波器组416进行选择和滤波、由LNA A和LNA C进行放大、并且接着利用第二常规双工器422进行重组。可代替地，两个常规的双工器可以利用实施例隔离滤波器结构来实施。利用实施例隔离滤波器结构424对LNA A和LNA C的重组的输出和LNA B的中频带输出进行组合。
图9b图示出针对S41和S31的传输曲线，其示出LNA B的多带输出如何相对于LNA A和LNA B的输出被选择性地滤波。图9c为图9b的放大尺寸版本，示出了多带S13响应相对于高和低频带S14响应具有小于1dB的衰减。应当理解图9b和图9c的传输曲线仅为实施例系统的性能的一个具体示例。其他实施例电路的传输响应可以在形状和振幅上不同。
图10a图示出图9a所示出的第一隔离滤波器结构408的实施例实施方式。隔离滤波器结构408包括耦合到滤波器432的输入的第一混合变压器430以及耦合到滤波器432的输出的第二混合变压器434。在实施例中，滤波器432使用谐振器440,442,444,446,448,450,452和454来实现，并且经由磁性变压器456和458耦合到混合变压器430以及经由磁性变压器460和462耦合到混合变压器434。
图10b图示出可以作为谐振器元件用于图10a中所示的谐振器440,442,444,446,448,450,452和454的示例LC谐振器470的示意图。谐振器470包括电容器472和474以及电感器476。备选地，谐振器470还可以利用注入SAW滤波器、BAW滤波器、FBAR滤波器、松散耦合谐振器、LC滤波器、可调谐LC滤波器、微带滤波器或其他滤波器结构之类的结构来实施。
图10c图示出可以用来实施图10a中所图示的隔离滤波器结构408和424中的一个或者二者的基于变压器的电路的示意图。混合器480包括电容器482和484以及电感器486和488。在一些实施例中，电感器486和488可以例如使用公共磁芯相互耦合或者可以作为电感器486和488之间的紧密贴近的结果而被耦合。在一些实施例中，电感器486和488可以使用空间电感器变压器被实现在集成电路上。在备选实施例中，隔离滤波器结构408和424还可以利用现有技术已知的各种-3dB混合器结构来实施，例如Fisher耦合器、Collins耦合器，或者其他提供具有相同信号水平的正交的信号并且提供隔离端口的电路。这些例如为正交分支耦合器或者环形导波耦合器。
图11图示出RF系统500，其包括常规的LNA前滤波器集群电路502、常规的LNA集群504以及配置为耦合到无线电的双工器506。图12图示出实施例RF系统510，其包括常规的LNA前滤波器集群电路502、常规的LNA集群504以及利用实施例隔离滤波器结构512实施的双工器，在所述隔离滤波器结构512中中频带LNA的输出耦合到实施例隔离滤波器结构512的端口1并且常规LNA集群的双工器的输出耦合到实施例隔离滤波器结构的端口2。实施例隔离滤波器结构512的端口3配置为耦合到无线电。在图12的实施例中，隔离滤波器结构配置为具有窄带通函数，其使由中频带LNA放大的中频带频率通过。隔离滤波器结构的反射端口传递从端口2到端口3的所有剩余的频带(即，低频带和高频带)但是从常规的LNA集群504的输出中赢得中频带。这导致了对于常规LNA集群504的双工器的放松的要求。
图13a至图13b示出了图示出在图12中的隔离滤波器结构512的性能的曲线，其中滤波器谐振器通过格栅类型的SAW谐振器来实施。图13a图示出代表着实施例滤波器结构的带通信号路径的插入损耗S31，代表着带通信号路径的逆向的插入损耗S32，以及代表着在隔离滤波器结构之内的滤波器元件的转移函数的插入损耗S65。如所示，除了滤波器响应本身之外，S31仅仅具有约为1.3dB的损耗。图13b图示出在扩展尺度的插入损耗S32和S31。图13c图示出具有混合器的滤波器的返回损耗S22以及不具有混合器的滤波器的返回损耗S55的曲线。正如可以从图13c看见的，具有混合器的SAW滤波器比不具有混合器的SAW滤波器而言具有较好的返回损耗特性。图13d图示出Smith图表，该Smith图表示出了分别针对端口2和端口3的反射系数S22和S33。
图14a图示出实施例隔离滤波器550，其中利用现成的SAW滤波器552和554与传输线串连耦合在两个混合器556和558之间来实施滤波器。图14b图示出代表着实施例隔离滤波器结构550的带通信号路径的插入损耗S31，代表着带通信号路径的逆向的插入损耗S32。图14c图示出在扩展尺度的插入损耗S32和S31。图14d图示出具有混合器的滤波器的返回损耗S33以及不具有混合器的滤波器的返回损耗S55的曲线。图14e图示出Smith图表，该Smith图表示出了针对端口3的反射系数S33。在本发明的备选实施例中，滤波器552和554可以使用本领域已知的压电声、LC或空腔滤波器。
图15a图示出包括用于对隔离滤波器结构570的滤波器路径进行旁路的RF开关的隔离滤波器结构570的实施例。在旁路模式期间，RF开关1以及RF开关2断开并且RF开关3闭合。当滤波器被对接，RF开关1和RF开关2闭合并且RF开关3断开。图15b至图15e图示出当滤波器被对接，也即当RF开关1和RF开关2闭合并且RF开关3断开时针对图15a的实施例隔离滤波器结构的S参数曲线。另一方面，图15f至图15i图示出当滤波器被旁路，也即当RF开关1以及RF开关2断开并且RF开关3闭合时针对图15a的实施例隔离滤波器结构的S参数曲线。可以从图15g看出，当滤波器路径被对接时插入损耗S31小于3dB，但是当滤波器被旁路时具有大于20dB的插入损耗。无论滤波器是否为活跃或被旁路，如同在图15d、图15e、图15h以及图15i中所见，端口3都保持为匹配。
图16a图示出实施例隔离滤波器的布局，并且图16b图示出包括旁路开关的实施例隔离滤波器的示例性布局。在一个示例中，每个具有端口号(1)、(2)、(3)、(4)的结构对应于在图10c中描述具有其相对应的端口P1、P2、P3、P4的Fischer混合器核心的等效示意，而P1对应于(1)，P2对应于(2)，P3对应于(3)，并且P4对应于(4)。在一些实施例中，在端口(1)和端口(2)以及端口(3)和端口(4)之间添加附加的电容，从而创建针对适合频率的正交耦合器。
图17a图示出实施例系统600，其中第一组双工器/三工器632经由天线开关606耦合到天线602和天线604并且经由RF开关610、612、614路由到低频带LNA A、中频带LNA B以及高频带LNA C，其后跟随着双工器603和隔离滤波器核心605而不是如图1a所示出的冗余的滤波器组。图17a的系统600避免了在LNA输出处使用冗余滤波器组，并且由于借助于隔离滤波器核心，可以在一些参数上以较少的设计限制来完成双工器的设计，这些设参数影响着在输入处的加载/失配、在载波聚合(CA)模式下的增益下降以及在CA模式下通过活跃LNA的RX噪声泄漏。在双工器603之内的双工器滤波器组件通过相位ΦD而彼此相位旋转，从而使得其彼此不成为负载。隔离的滤波器核心605表现为与双工器603匹配，其简化了双工器603的设计。
图17b图示出实施例系统620，其类似于图17a的系统，但是显示出LNA后双工器622以及隔离滤波器核心624为可调谐的。这种可调谐性使得系统对准双工器和隔离滤波器核心，从而追踪等效的频率组合使用情况，从而导致较低复杂度的滤波器拓扑结构以及因此具有较少的损失。
图18图示出实施例系统640，其中调谐隔离的滤波器核心642以及双工器644经由天线开关652耦合到天线602和天线604并且路由到低频带LNA A、中频带LNA B以及高频带LNA C，其后跟随着双工器648和隔离滤波器结构650而不是冗余的滤波器组。输入双工器滤波器644的组件通过相位ΦΕ而彼此相位旋转，从而使得其彼此不成为负载。隔离的滤波器核心642表现为与双工器644匹配，其使得双工器设计简单。LNA后双工器滤波器648的组件通过相位ΦD而彼此相位旋转，从而使得其彼此不成为负载。隔离的滤波器核心650表现为与双工器滤波器648匹配，其使得双工器设计简单。该RF系统较之图1a和图1b所描述的常规方案而言在尺寸和成本上都显著降低。在各种实施例中，双工器644和648可以是LB/HB、LB/BP、BP、HB或者BP/BP实施方式。
图19a图示出实施例系统660，其可以用来实施在诸如LTE的系统中的载波聚合。如所示，该系统包括两个功率放大器PA1和PA3，两个功率放大器PA1和PA3经由具有其结构在下面讨论的隔离滤波器核心以及常规的RF开关和双工器的实施例混合带通/带阻滤波器耦合到天线ANT1和天线ANT2。多个接收路径示出为利用具有隔离滤波器核心以及低噪放大器和可调谐滤波器的附加的实施例混合带通/带阻滤波器666、668、670以及672耦合到每个功率放大器。图19a的实施例可以用来例如支持在具有三个接收RF路径以及一个发射或低频带、中频带以及高频带发射载波聚合的LTE系统中的载波聚合。
图19b图示出系统的又一个实施例680，其也可以用来实施例如LTE系统中的载波聚合。图19b的系统类似于图19a的系统，除了两个进一步的功率放大器PA2和PA4及其相关联的实施例混合带通/带阻滤波器666和668之外。图19b的实施例可以用来支持例如在具有多达五个接收路径和多达四个发射路径的射频的LTE系统中的载波聚合。
图20a图示出RF系统700，其提供了经由单个馈送天线的天线1和天线2的去往和来自中频带和高频带电路702以及低频带电路704的接收和发射。如所示，高频带和中频带电路702包括经由滤波器708和710选择性地耦合到天线1和天线2的功率放大器PA1和PA2、频率组合器1和2以及DPDT RF开关706。高频带和中频带电路702进一步包括具有经由滤波器F1A、F2A以及F3A耦合到开关706的LNA(即LNA1A、LNA2A以及LNA3A)和频率组合器1的第一接收路径。类似地，高频带和中频带电路702进一步包括具有经由滤波器F1B、F2B以及F3B耦合到开关706的LNA(即LNA1B、LNA2B以及LNA3B)和频率组合器1的第二接收路径。
低频带电路704包括经由滤波器714和716选择性地耦合到天线1和天线2的功率放大器PA3和PA4、频率组合器3和4以及DPDT RF开关712。低频带电路704进一步包括具有经由滤波器F4A和F5A耦合到开关712的LNA(即LN4A、LNA5A)和频率组合器3的第三接收路径。类似地，低频带电路704进一步包括具有经由滤波器F4B、F5B耦合到开关712的LNA(即LNA4B、LNA5B)和频率组合器4的第四接收路径。
在操作中，从高频带和中频带电路702的一个发射路径和从低频带电路704的一个发射路径可以同时被激活。例如，功率放大器PA1可以经由开关706耦合到天线1并且功率放大器TX3可以经由开关712耦合到天线2。在实施例中，发射滤波器708、710、714以及716和频率组合器1、2、3和4可以利用在此所描述的实施例隔离滤波器结构来实施。此外，可以利用双工器648和图18中所示出的实施例隔离滤波器结构650来实施耦合到频率组合器1的中频带和高频带滤波器752、754和756以及耦合到频率组合器2的中频带和高频带滤波器758、760和762。例如，可以使用利用了其后跟随有具有窄防护频带过渡的调谐双工器滤波器的实施例调谐带通/带阻滤波器的实施例隔离滤波器结构。
图20b图示出RF系统720，其提供了经由双馈天线1和双馈天线2去往和来自中频带和高频带电路702以及低频带电路704的接收和发射。如所示，双馈天线1包括用于中频带和高频带信号路径的天线1MB/HB以及用于低频带信号路径的天线1LB。类似地，双馈天线2包括用于中频带和高频带信号路径的天线2MB/HB以及用于低频带信号路径的天线2LB。在实施例中，中频带和高频带电路702以及低频带电路704类似于图20a中所示的中频带和高频带电路702以及低频带电路704。然而，通过使用双馈天线，所有四个功率放大器PA1、PA2、PA3和PA4可以同时发射。在一个示例中，功率放大器PA1的输出可以经由开关706耦合到天线1MB/HB，功率放大器PA2的输出可以经由开关706耦合到天线2MB/HB，功率放大器PA3的输出可以经由开关712耦合到天线1LB，并且功率放大器PA4的输出可以经由开关712耦合到天线2LB。备选地，功率放大器PA1、PA2、PA3和PA4的输出可以被路由到不同的天线。系统720的一个有利的方面是能够提供多个发射信道，而不需要高选择性的滤波器。这是因为，在各个实施例中，每个天线由于空间分离以及在一些实施方式中由于天线的正交极化而引起的隔离而在频率和隔离方面具有选择性。
图20c图示出RF系统770，其包括耦合到包括高频带天线1HB和低频带和中频带天线1LB/MB的第一双馈天线以及包括高频带天线2HB和低频带和中频带天线2LB/MB的第二双馈天线的多发射和接收路径。
在一个实施例中，高频带RF开关776选择性地将高频带接收电路790和高频带发射/接收电路784耦合到天线1HB和天线2HB。开关776或者将高频带接收电路790路由到天线1HB以及将高频带发射/接收电路784路由到天线2HB或者将高频带接收电路790路由到天线2HB以及将高频带发射/接收电路784路由到天线1HB。
中频带开关RF开关772分别经由双工器792和794选择性地将中频带发射/接收电路780和中频带接收电路782耦合到天线1LB/MB以及天线2LB/MB。开关772或者将中频带发射/接收电路780路由到天线1LB/MB以及将中频带接收电路路由到天线2LB/MB，或者将中频带发射/接收电路780路由到天线2LB/MB以及将中频带接收电路路由到天线1LB/MB。
类似地，低频带开关RF开关774分别经由双工器792和794选择性地将低频带发射/接收电路788和低频带发射/接收电路786耦合到天线1LB/MB以及天线2LB/MB。开关774或者将低频带发射/接收电路788路由到天线1LB/MB以及将低频带发射/接收电路路由到天线2LB/MB，或者将低频带发射/接收电路788路由到天线2LB/MB以及将低频带发射/接收电路路由到天线1LB/MB。
系统770可以例如用于将各种信号路径的组合路由到天线。例如，关于高频带，发射/接收电路784的功率放大器PA2可以选择性地路由到天线1HB或天线2HB，而高频带接收电路790路由到另一HB天线。类似地，关于中频带，发射/接收电路780的功率放大器PA1可以选择性地路由到天线1LB/MB或天线2LB/MB，而中频带接收电路782路由到另一LB/MB天线。另一方面，低频带功率放大器PA3和PA4二者可以经由双工器792和794路由到不同的LB/MB天线1和2并且同时发射。
图20a至图20c的实施例可以例如用于诸如LTE增进的蜂窝标准，其提供用于多达三个的频率上可以改变的独立RX频带的接收载波聚合能力。
图21a图示出RF系统800，其可以配置为在两个载波聚合模式下进行发射。RF系统800包括第一中频带/高频带发射/接收电路802、第二中频带/高频带发射/接收电路804、第一中低频带发射/接收电路806、第二低频带发射/接收电路808。在一个实施例中，第一中频带/高频带发射/接收电路802可以路由到天线1和天线2中的一个并且第二中频带/高频带发射/接收电路804可以路由到天线1和天线2中的另一个。这种配置可以通过闭合开关826从而将第一中频带/高频带发射/接收电路802路由到开关810的顶部端口并且断开开关824来实现。在这种配置中，每个中频带/高频带信号路径耦合到分离的天线，从而允许高度线性以及低损耗。
图21b图示了如下示意图，其示出了当图21b的中频带/高频带电路802和804处于这种高度线性以及低损耗配置中时，RF系统800的中频带/高频带电路802和804的路由配置。如所示出，第一中频带/高频带电路802耦合到开关810的一个端口并且第二中频带/高频带电路804耦合到开关810的另一个端口。
在一个实施例中，开关820、822、824以及826可以重新配置为将RF系统800置于阻挡路径模式，其中在另一个天线被阻挡或者被加载的情况下，将同一天线用于低频带发射和接收信号二者和/或中频带/高频带发射和接收信号二者。例如，开关824可以被闭合从而将中频带/高频带发射/接收电路804路由到开关810的一个端口，开关826可以断开，开关822可以配置为将中频带/高频带发射/接收电路802耦合到中频带/高频带发射/接收电路804的混合器，并且开关820可以配置为将中频带/高频带发射/接收电路804耦合到开关810的另一个端口。图21c图示了如下示意图，其示出了当图21a的中频带/高频带电路802和804处于这种阻挡路径模式时RF系统800的中频带/高频带电路802和804的路由配置。
类似地，低频带发射/接收电路806和808可以配置为在任何高线性度低损耗模式下耦合到天线1和天线2并且在阻挡路径模式下以与上面所描述的中频带和高频带发射/接收电路802和804相似的方式进行配置。这种配置可以经由开关830、832、834、836和812进行设置。由于天线1和2经由双工器814和816耦合到开关810和812，高线性度低损耗配置以及阻挡路径模式可以针对中频带/高频带路径和低频带路径独立地进行选择。例如，中频带和高频带路径可以配置在阻挡路径模式下而低频带路径配置在高线性度/低损耗模式下。在另一个示例中，中频带和高频带路径可以配置在高线性度/低损耗模式下而低频带路径配置在阻挡路径模式下。在一些实施例中，中频带/高频带路径和低频带路径可以配置在高线性度/低损耗模式下或者可以二者配置在阻挡路径模式下。应当理解的是图21a至图21c的实施例仅为具有在高线性度/低损耗模式和阻挡路径模式之间可选择的信号路径的系统的特定示例。
图22a至图22d图示出频率组合电路的实施例，这些频率组合电路被示出为与各种LNA以及PA进行对接，并且可以用来实施图20a至图20c以及图21a至图21c图示的系统中的频率组合器。图22a图示了系统900，其中频率组合器902经由可调整的滤波器920对接到低噪声放大器LNA3A或LNA3B，经由可调整的滤波器922对接到低噪声放大器LNA2A或LNA2B，经由实施例的滤波器结构部分924对接到低噪声放大器LNA1A或LNA1B，并且经由实施例的隔离滤波器结构部分926对接到功率放大器PA1或PA2。隔离滤波器部分924和926的每一个包括3dB分配器、+45度相移器、-45度相移器以及可调整的滤波器，使得当与频率组合器902中的-3dB混合器914和916以及相移器906、908、910和912进行组合时，形成了实施例的隔离滤波器。在接收操作期间，-3dB混合器916连同隔离滤波器部分926用作发射频带中的带阻滤波器，用于从混合器916的-45度端口向混合器916的+45度端口传播的信号。接着，在由隔离滤波器部分924和混合器914中的滤波器的频率响应限定的接收频带的能量被发送到LNA1A或LNA1B的输入，而在此接收频带之外的能量经由滤波器920被发送到LNA3A或LNA3B的输入或者经由相移器904以及滤波器922被发送到LNA2A或LNA2B的输入。一些实施例中，在发射操作期间，在由隔离滤波器部分926的滤波器所限定的频带之内的能量被发送到混合器916的-45度端口并且被发送到天线。
图22b的系统930类似于图22a的系统900，除了实施例的隔离滤波器部分940、相移器936和938以及混合器934之外，其提供了到LNA2A或LNA2B的额外程度的滤波和隔离。例如，在操作期间，所接收到的具有分派到LNA1A或LNA2B的操作频率的信号的频率成分被由隔离滤波器部分940、相移器936和928以及混合器934所形成的隔离滤波器所拒绝。
图22c图示出系统950，其中频率组合器952经由可调整的滤波器950对接到低噪声放大器LNA5A或LNA5B，经由可调整的滤波器953对接到低噪声放大器LNA4A或LNA4B，并且经由实施例的隔离滤波器结构部分954对接到功率放大器PA3或PA4。隔离滤波器部分954包括3dB分配器、+45度相移器、-45度相移器以及可调整的滤波器，使得当与频率组合器952中的-3dB混合器958以及相移器960和962进行组合时，形成了实施例的隔离滤波器。在接收操作期间，-3dB混合器958连同隔离滤波器部分954用作发射频带中的带阻滤波器，用于从混合器916的-45度端口向混合器958的+45度端口传播的信号。接着，在此频带之外的经由滤波器951被发送到LNA5A或LNA5B的输入或者经由相移器956以及滤波器953被发送到LNA4A或LNA4B的输入。一些实施例中，在发射操作期间，在由隔离滤波器部分954的滤波器所限定的频带之内的能量被发送到混合器958的-45度端口并且被发送到天线。
图22b的系统970类似于图22a的系统900，除了实施例的隔离滤波器部分940、相移器936和938以及混合器934之外，其提供了到LNA2A或LNA2B的额外程度的滤波和隔离。例如，在操作期间，所接收到的具有分派到LNA1A或LNA2B的操作频率的信号的频率成分被由隔离滤波器部分940、相移器936和928以及混合器934所形成的隔离滤波器所拒绝。
在此总结了本发明的实施例。从这里所提交的说明书和权利要求还可以理解其他的实施例。一个总体方面包括一种电路，其包括：多个滤波器电路，所述滤波器电路包括第一端口、第二端口和第三端口，其中所述多个滤波器电路中的第一滤波器电路的第二端口耦合到所述多个滤波器电路中的第二滤波器电路的第一端口，其中所述多个滤波器电路中的每个滤波器电路包括：第一无源滤波器；第二无源滤波器；第一耦合器，具有耦合到所述第一端口的输入端口、耦合到所述第二端口的隔离端口、耦合到所述第一无源滤波器的第一相移端口以及耦合到所述第二无源滤波器的第二相移端口；以及组合网络，具有耦合到所述第一无源滤波器的第一输入、耦合到所述第二无源滤波器的第二输入、以及耦合到所述第三端口的输出。
实施方式可以包括下述特征中的一个或多个。该电路中的所述第一耦合器包括具有正交输出的第一-3dB混合器。该电路中的组合网络包括具有正交输出和隔离端口的第二-3dB混合器。在一些实施例中，所述组合网络包括：功率分配器；耦合在第一无源滤波器和功率分配器之间的第一相移器；以及耦合在第二无源滤波器和功率分配器之间的第二相移器。所述第一无源滤波器和第二无源滤波器为可调谐滤波器。在一些实施例中，所述多个滤波器电路中的第二滤波器电路的第二端口耦合到所述多个滤波器电路中的第三滤波器电路的第一端口。
另一个总体方面包括一种电路，其包括：滤波器电路，具有第一端口、第二端口以及第三端口，所述滤波器电路包括：第一无源滤波器；第二无源滤波器；第一耦合器，具有耦合到第一端口的输入端口、耦合到第二端口的隔离端口、耦合到第一无源滤波器的第一相移端口以及耦合到第二无源滤波器的第二相移端口，其中所述第一耦合器包括具有正交输出的-3dB混合器；以及组合网络，具有耦合到第一无源滤波器的第一输入、耦合到第二无源滤波器的第二输入、以及耦合到第三端口的输出，其中所述组合网络包括功率分配器、耦合在第一无源滤波器和功率分配器之间的第一相移器、以及耦合在第二无源滤波器和功率分配器之间的第二相移器；以及包括耦合到第三端口的输出的放大器。
实施方式可以包括下述特征中的一个或多个。在一些实施例中，滤波器电路配置为：利用带通转移函数将第一频带从第三端口传递到第一端口；并且将第二频带和第三频带从第一端口传递到第二端口，并且从第一端口到第二端口对第一频带进行滤波，其中所述第二频带低于第一频带并且第三频带高于第一频带。所述第一频带包括在约2110MHz与约2170MHz之间的频率范围。在一些实施例中，所述电路进一步包括耦合到第二端口的双工器，其中所述双工器配置为将第二频带与第三频带分开。所述双工器可以包括具有比滤波器电路更浅的交叉响应的转移函数。
在一些实施例中，所述放大器包括功率放大器，所述第一端口可以耦合到天线和/或所述第一无源滤波器以及第二无源滤波器为可调谐滤波器。在一些实施例中，所述放大器包括低噪放大器(LNA)。
进一步的总体方面包括一种电路，具有：第一滤波器电路，具有配置为耦合到天线的第一端口、第二端口以及第三端口，所述第一滤波器电路包括：第一无源滤波器；第二无源滤波器；第一耦合器，具有耦合到第一端口的输入端口、耦合到第二端口的隔离端口、耦合到第一无源滤波器的第一相移端口以及耦合到第二无源滤波器的第二相移端口，其中所述第一耦合器包括具有正交输出的-3dB混合器；以及第一组合网络，具有耦合到第一无源滤波器的第一输入、耦合到第二无源滤波器的第二输入、以及耦合到第三端口的输出，其中所述第一滤波器电路配置为利用带通转移函数将第一频带从第一端口传递到第三端口，并且配置为将第二频带和第三频带从第一端口传递到第二端口，并且从第一端口到第二端口拒绝第一频带，其中所述第一频带包括高于第一频带的频率并且所述第三频带包括低于第一频带的频率；以及第一LNA，包括耦合到第三端口的输入；第一频率分配电路，耦合到第一滤波器电路的第一端口，所述第一频率分配电路配置为将第三频带与第二频带分离；第二LNA，具有耦合到第一频率分配电路的第二频带输出的输入；以及第三LNA，具有耦合到第一频率分配电路的第三频带输出的输入。
实施方式可以包括下述特征中的一个或多个。所述电路进一步包括频率组合电路，其具有耦合到第二LNA的输出的第一输入，以及耦合到第三LNA的输出的第二输入。在一些实施例中，所述电路进一步包括第二滤波器电路，其具有配置为提供组合频率输出的第一端口、耦合到所述频率组合电路的输出的第二端口、以及耦合到第一LNA的输出的第三端口。所述第二滤波器电路包括：第三无源滤波器；第四无源滤波器；第二耦合器，具有耦合到第一端口的输入端口、耦合到第二端口的隔离端口、耦合到第三无源滤波器的第一相移端口以及耦合到第四无源滤波器的第二相移端口，其中所述第一耦合器包括具有正交输出的-3dB混合器，以及第二组合网络，具有耦合到第三无源滤波器的第一输出、耦合到第四无源滤波器的第二输出、以及耦合到第三端口的输出，其中所述第二滤波器电路配置为利用带通转移函数将第一频带从第一端口传递到第三端口，并且配置为将第二频带和第三频带从第一端口传递到第二端口，并且从第一端口到第二端口拒绝第一频带。
在一些实施例中，所述第一无源滤波器、第二无源滤波器、第三无源滤波器以及第四无源滤波器包括可调谐滤波器和/或所述第一频率分配电路以及频率组合电路是可调谐的。
在一个实施例中，第一组合网络包括第一功率分配器、耦合到第一无源滤波器与第一功率分配器之间的第一相移器、以及耦合在第二无源滤波器与功率分配器之间的第二相移器；以及第二组合网络包括第二功率分配器，耦合在第三无源滤波器与第二功率分配器之间的第三相移器、以及耦合在第四无源滤波器与第二功率分配器之间的第四相移器。在一些实施例中，所述第一频率分配电路和频率组合电路均包括双路复用器或者双工器。该电路可以进一步包括耦合在第一频率分配电路与第二LNA和第三LNA之间的平行滤波器组。在一些实施例中，所述平行滤波器组包括可调谐滤波器组。
一个进一步的总体方面包括一种电路，其具有滤波器电路，所述滤波器电路具有配置为耦合到天线的第一端口、第二端口和第三端口。所述滤波器电路包括：第一无源滤波器；第二无源滤波器；第一功率放大器，具有耦合到第一无源滤波器的输出；第二功率放大器，具有耦合到第二无源滤波器的输出；第一耦合器，具有耦合到第一端口的输入端口、耦合到第二端口的隔离端口、耦合到第一无源滤波器的第一相移端口以及耦合到第二无源滤波器的第二相移端口，其中所述第一耦合器包括具有正交输出的-3dB混合器；以及分配网络，具有耦合到第一功率放大器的输入的第一输出、耦合到第二功率放大器的输入的第二输出、以及耦合到第三端口的输入。
实施方式可以包括下述特征中的一个或多个。该电路其中所述分配网络包括功率分配器、耦合在第一功率放大器和功率分配器之间的第一相移器、以及耦合在第二功率放大器和功率分配器之间的第二相移器。在一些实施例中，所述电路配置为对于在第一端口上的电压驻波比(VSWR)的变化而稳定在第一端口上的输出功率。所述滤波器电路配置为提供用于所述第一功率放大器和所述第二功率放大器的发射滤波并且对在所述第一端口中去往所述天线的接收频带中的并且在第二端口处去往所述第一无源滤波器和所述第二无源滤波器的通带的TX噪声进行滤波。
进一步的总体方面包括一种电路，其包括：第一频带的第一RF前端；第一频带的第二RF前端；第一多馈天线；第二多馈天线；以及第一RF开关，其配置为在第一配置中将所述第一RF前端耦合到所述第一多馈天线的第一元件并且将所述第二RF前端耦合到所述第二多馈天线的第一元件，并且配置为在第二配置中将所述第一RF前端耦合到所述第二多馈天线的所述第一元件并且将所述第二RF前端耦合到所述第一多馈天线的所述第一元件。
实施方式可以包括下述特征中的一个或多个。该电路其中：所述第一RF前端包括第一功率放大器并且第二RF前端包括第二功率放大器。在一些实施例中，所述第一RF前端进一步包括第一接收路径并且第二RF前端进一步包括第二接收路径。所述第一接收路径可以包括第一多个滤波器，所述第一多个滤波器与对应的第一多个低噪声放大器串联耦合，并且所述第二接收路径可以包括第一多个滤波器，所述第一多个滤波器与对应的第一多个低噪声放大器串联耦合。所述电路可以进一步包括第二频带的第三RF前端，第二频带的第四RF前端，以及第二RF开关，配置为在第三配置中将所述第三RF前端耦合到所述第一多馈天线的第二元件并且将所述第四RF前端耦合到所述第二多馈天线的第二元件，并且配置为在第四配置中将所述第三RF前端耦合到所述第二多馈天线的所述第二元件并且将所述第四RF前端耦合到所述第一多馈天线的所述第二元件。在一些实施例中，所述第一频带在频率上高于第二频带。
在一些实施例中，所述电路进一步包括：第二频带的第三RF前端；第二频带的第四RF前端；第二RF开关，配置为在第三配置中将所述第三RF前端耦合到所述第一多馈天线的所述第一元件并且将所述第四RF前端耦合到所述第二多馈天线的所述第一元件，并且配置为在第四配置中将所述第三RF前端耦合到所述第二多馈天线的所述第一元件并且将所述第四RF前端耦合到所述第一多馈天线的所述第一元件；第一双工器，具有耦合到所述第一RF开关和所述第二RF开关的输入以及耦合到所述第一多馈天线的所述第一元件的输出；以及第二双工器，具有耦合到所述第一RF开关和所述第二RF开关的输入以及耦合到所述第二多馈天线的所述第一元件的输出。
所述电路可以进一步包括：第三频带的第五RF前端；第三频带的第六RF前端；第三RF开关，配置为在第五配置中将所述第五RF前端耦合到所述第一多馈天线的第二元件并且将所述第六RF前端耦合到所述第二多馈天线的第二元件，并且配置为在第六配置中将所述第五RF前端耦合到所述第二多馈天线的所述第二元件并且将所述第六RF前端耦合到所述第一多馈天线的所述第二元件。在一些实施例中，所述第一频带在频率上高于第二频带，并且第三频带在频率上高于第一频带和第二频带。
在一些实施例中，第一RF前端包括第一接收路径，第一发射路径，以及第一频率组合器，其配置为将所述第一接收路径的输入以及所述第一发射路径的输出耦合到第一端；并且第二RF前端包括第二接收路径，第二发射路径，以及第二频率组合器，其配置为在第一模式中，将所述第二接收路径的输入以及所述第二发射路径的输出耦合到第二端口，并且在第二模式中，将所述第二接收路径的输入、所述第二发射路径的输出、以及所述第一RF前端的所述第一端口耦合到所述第二端口，其中所述第一端口耦合到所述第一RF开关的第一输入并且所述第二端口耦合到所述第一RF开关的第二输入。
在各种实施例中，第一频率组合器包括：具有耦合到第一发射路径的输入的第一功率分配器；耦合到第一功率分配器的第一输出的第一相移器；耦合到第一功率分配器的第二输出的第二相移器；耦合到第一相移器的第一滤波器；耦合到第二相移器的第二滤波器；以及混合器电路，具有耦合到所述第一滤波器的输入端口、耦合到所述第二滤波器的隔离功率、耦合到所述第一接收路径的第一相移输出以及耦合到所述第一端口的第二相移输出。所述电路进一步包括：第二频带的第三RF前端；第二频带的第四RF前端；第二RF开关，配置为在第三配置中将所述第三RF前端耦合到所述第一多馈天线的所述第一元件并且将所述第四RF前端耦合到所述第二多馈天线的所述第一元件，并且配置为在第四配置中将所述第三RF前端耦合到所述第二多馈天线的所述第一元件并且将所述第四RF前端耦合到所述第一多馈天线的所述第一元件；第一双工器，具有耦合到所述第一RF开关和所述第二RF开关的输入以及耦合到所述第一多馈天线的所述第一元件的输出；以及第二双工器，具有耦合到所述第一RF开关和所述第二RF开关的输入以及耦合到所述第二多馈天线的所述第一元件的输出。
在一个实施例中，第三RF前端包括第三接收路径，第三发射路径，以及第三频率组合器，其配置为将所述第三接收路径的输入以及所述第三发射路径的输出耦合到第三端口；第四RF前端包括第四接收路径，第四发射路径，第四频率组合器，其配置为在第三模式中，将所述第四接收路径的输入以及所述第四发射路径的输出耦合到第四端口，并且在第四模式中，将所述第四接收路径的输入、所述第四发射路径的输出、以及所述第二RF前端的所述第三端口耦合到所述第四端口，其中所述第三端口耦合到所述第二RF开关的第一输入并且所述第四端口耦合到所述第二RF开关的第二输入。
利用了这种隔离滤波器结构的实施例的优势包括仅利用一种类型滤波器执行选择性滤波的能力，由于带通转移函数H1(s)和带阻转移函数1-H1(s)彼此自动追踪。此外，由于实施例的三端口结构的隔离特性，带阻特性较之常规滤波器而言较少依赖于正确相位。
实施例的进一步的优势包括在RF前端实施多频带滤波而无需使用冗余滤波器组的能力。这降低了实施多频带RF前端所需要的硬件的数量，从而使得可以获得较小的形状因数以及较低的系统实施成本。
实施例的进一步优势包括实施灵活的载波聚合方案的能力。例如，在一些实施例中，两个发射路径可以选择性地被路由到两个分离的天线，从而达到较高线性度和低损耗。然而，在存在阻挡路径时，系统可以再次配置为在相同的天线上发射两个频带。
虽然参照着描述性的实施例对本发明进行了描述，这种描述并不意在于构成限制性的意义。对于本领域的技术人员来说在参考了本描述后，所描述的实施例的各种修改和组合以及本发明的其他实施例将是明显的。

Claims (14)

1.一种电路，包括：
第一频带的第一RF前端；
所述第一频带的第二RF前端；
第一多馈天线；
第二多馈天线；以及
第一RF开关，被配置为在第一配置中将所述第一RF前端耦合到所述第一多馈天线的第一元件并且将所述第二RF前端耦合到所述第二多馈天线的第一元件，并且被配置为在第二配置中将所述第一RF前端耦合到所述第二多馈天线的所述第一元件并且将所述第二RF前端耦合到所述第一多馈天线的所述第一元件，其中：
所述第一RF前端包括第一接收路径、第一发射路径和第一频率组合器，所述第一频率组合器被配置为耦合所述第一接收路径和所述第一发射路径；并且
所述第二RF前端包括第二接收路径、第二发射路径和第二频率组合器，所述第二频率组合器被配置为在第一模式中耦合所述第二接收路径和所述第二发射路径，并且被配置为在第二模式中耦合所述第二接收路径、所述第二发射路径和所述第一频率组合器。
2.根据权利要求1所述的电路，其中：
所述第一RF前端包括第一功率放大器；并且
所述第二RF前端包括第二功率放大器。
3.根据权利要求1所述的电路，其中：
所述第一接收路径包括第一多个滤波器，所述第一多个滤波器与对应的第一多个低噪声放大器串联耦合；并且
所述第二接收路径包括第一多个滤波器，所述第一多个滤波器与对应的第一多个低噪声放大器串联耦合。
4.根据权利要求1所述的电路，进一步包括：
第二频带的第三RF前端；
所述第二频带的第四RF前端；以及
第二RF开关，被配置为在第三配置中将所述第三RF前端耦合到所述第一多馈天线的第二元件并且将所述第四RF前端耦合到所述第二多馈天线的第二元件，并且被配置为在第四配置中将所述第三RF前端耦合到所述第二多馈天线的所述第二元件并且将所述第四RF前端耦合到所述第一多馈天线的所述第二元件。
5.根据权利要求4所述的电路，其中所述第一频带在频率上高于所述第二频带。
6.根据权利要求1所述的电路，进一步包括：
第二频带的第三RF前端；
所述第二频带的第四RF前端；
第二RF开关，被配置为在第三配置中将所述第三RF前端耦合到所述第一多馈天线的所述第一元件并且将所述第四RF前端耦合到所述第二多馈天线的所述第一元件，并且被配置为在第四配置中将所述第三RF前端耦合到所述第二多馈天线的所述第一元件并且将所述第四RF前端耦合到所述第一多馈天线的所述第一元件；
第一双工器，具有耦合到所述第一RF开关和所述第二RF开关的输入以及耦合到所述第一多馈天线的所述第一元件的输出；以及
第二双工器，具有耦合到所述第一RF开关和所述第二RF开关的输入以及耦合到所述第二多馈天线的所述第一元件的输出。
7.根据权利要求6所述的电路，进一步包括：
第三频带的第五RF前端；
所述第三频带的第六RF前端；以及
第三RF开关，被配置为在第五配置中将所述第五RF前端耦合到所述第一多馈天线的第二元件并且将所述第六RF前端耦合到所述第二多馈天线的第二元件，并且被配置为在第六配置中将所述第五RF前端耦合到所述第二多馈天线的所述第二元件并且将所述第六RF前端耦合到所述第一多馈天线的所述第二元件。
8.根据权利要求7所述的电路，其中：
所述第一频带在频率上高于所述第二频带；以及
所述第三频带在频率上高于所述第一频带和所述第二频带。
9.根据权利要求1所述的电路，其中：
所述第一频率组合器被配置为将所述第一接收路径的输入以及所述第一发射路径的输出耦合到所述第一RF前端的第一端口；以及
所述第二频率组合器被配置为：
在所述第一模式中，将所述第二接收路径的输入以及所述第二发射路径的输出耦合到第二端口，以及
在所述第二模式中，将所述第二接收路径的所述输入、所述第二发射路径的所述输出、以及所述第一RF前端的所述第一端口耦合到所述第二端口，其中所述第一端口耦合到所述第一RF开关的第一输入并且所述第二端口耦合到所述第一RF开关的第二输入。
10.根据权利要求9所述的电路，其中所述第一频率组合器包括：
第一功率分配器，具有耦合到所述第一发射路径的输入；
第一相移器，耦合到所述第一功率分配器的第一输出；
第二相移器，耦合到所述第一功率分配器的第二输出；
第一滤波器，耦合到所述第一相移器；
第二滤波器，耦合到所述第二相移器；以及
混合器电路，具有耦合到所述第一滤波器的输入端口、耦合到所述第二滤波器的隔离功率、耦合到所述第一接收路径的第一相移输出以及耦合到所述第一端口的第二相移输出。
11.根据权利要求9所述的电路，进一步包括：
第二频带的第三RF前端；
所述第二频带的第四RF前端；
第二RF开关，被配置为在第三配置中将所述第三RF前端耦合到所述第一多馈天线的所述第一元件并且将所述第四RF前端耦合到所述第二多馈天线的所述第一元件，并且被配置为在第四配置中将所述第三RF前端耦合到所述第二多馈天线的所述第一元件并且将所述第四RF前端耦合到所述第一多馈天线的所述第一元件；
第一双工器，具有耦合到所述第一RF开关和所述第二RF开关的输入以及耦合到所述第一多馈天线的所述第一元件的输出；以及
第二双工器，具有耦合到所述第一RF开关和所述第二RF开关的输入以及耦合到所述第二多馈天线的所述第一元件的输出。
12.根据权利要求11所述的电路，其中
所述第三RF前端包括：
第三接收路径，
第三发射路径，以及
第三频率组合器，被配置为将所述第三接收路径的输入以及所述第三发射路径的输出耦合到第三端口；以及
所述第四RF前端包括：
第四接收路径，
第四发射路径，以及
第四频率组合器，被配置为在第三模式中，将所述第四接收路径的输入以及所述第四发射路径的输出耦合到第四端口，以及
在第四模式中，将所述第四接收路径的输入、所述第四发射路径的输出、以及所述第二RF前端的所述第三端口耦合到所述第四端口，其中所述第三端口耦合到所述第二RF开关的第一输入并且所述第四端口耦合到所述第二RF开关的第二输入。
13.一种操作电路的方法，所述电路包括第一频带的第一RF前端、所述第一频带的第二RF前端、第一多馈天线和第二多馈天线，所述方法包括：
在第一配置中，将所述第一RF前端耦合到所述第一多馈天线的第一元件，并且将所述第二RF前端耦合到所述第二多馈天线的第一元件；
在第二配置中，将所述第一RF前端耦合到所述第二多馈天线的所述第一元件，并且将所述第二RF前端耦合到所述第一多馈天线的所述第一元件；
将所述第一RF前端的第一接收路径和所述第一RF前端的第一发射路径耦合至所述第一RF前端的节点；
在第一模式中，耦合所述第二RF前端的第二接收路径和所述第二RF前端的第二发射路径；以及
在第二模式中，耦合所述第二RF前端的所述第二接收路径、所述第二RF前端的所述第二发射路径和所述第一RF前端的所述节点。
14.一种电路，包括：
第一频带的第一RF前端；
所述第一频带的第二RF前端；
第一多馈天线；
第二多馈天线；以及
RF开关，被配置为在第一配置中将所述第一RF前端耦合到所述第一多馈天线的第一元件并且将所述第二RF前端耦合到所述第二多馈天线的第一元件，并且被配置为在第二配置中将所述第一RF前端耦合到所述第二多馈天线的所述第一元件并且将所述第二RF前端耦合到所述第一多馈天线的所述第一元件，其中：
所述第一RF前端包括：
第一接收路径，
第一发射路径，以及
第一频率组合器，被配置为将所述第一接收路径的输入以及所述第一发射路径的输出耦合到所述第一RF前端的第一端口；以及
所述第二RF前端包括：
第二接收路径，
第二发射路径，以及
第二频率组合器，被配置为在第一模式中，将所述第二接收路径的输入以及所述第二发射路径的输出耦合到第二端口，以及
在第二模式中，将所述第二接收路径的所述输入、所述第二发射路径的所述输出、以及所述第一RF前端的所述第一端口耦合到所述第二端口，其中所述第一端口耦合到所述RF开关的第一输入并且所述第二端口耦合到所述RF开关的第二输入。
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