CN1647311A - 对无线终端或与之相关的改进 - Google Patents

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Abstract

一种在一个频率双工系统的发射和接收频带中使用的无线终端，包括发射和接收级(Tx，Rx)和与发射和接收级连接的信号传播装置(22，24，26)。信号传播装置包括一个窄带天线结构(24)，例如一个平面倒F天线(PIFA)，其带宽足以覆盖发射和接收频带中较大的一个，以及通过各自的馈电端与天线结构(24)连接的一个BAW接收滤波器(26)和一个BAW发射滤波器(22)。滤波器(22，26)使天线结构具有较小的体积并能在不同的FDD频率重复使用。

Description

对无线终端或与之相关的改进
技术领域
本发明涉及对无线终端或与无线终端相关的改进，具体地讲，但并非排他地，涉及依照包括诸如GSM、DCS和UMTS这样的频分双工(FDD)系统的协议进行操作、具有独立的发射与接收频带的无线终端。
背景技术
一般来说，蜂窝电话具有一个共用天线，用于在一个相对宽的带宽内接收和发射信号。在本领域中，已知各种不同的天线设计方案，这些天线设计方案都具有足够宽的带宽，以便覆盖FDD系统所使用的发射机和接收机频率。
美国专利说明书5659886在它的导言中公开了在用于数字无线通信的传统移动单元中，接收机和发射机通过一个发射带通滤波器和一个接收带通滤波器与一个共用的接收/发射天线相连。可以将这些滤波器制造成介质滤波器或声波滤波器。由于很难将这些部件制做成集成电路，并且它们的体积也相对较大，因此这份专利说明书提出，使用一个隔离器代替发射带通滤波器，以减小体积。在所介绍的具体实例中，共用天线包括一个外部鞭状天线。隔离器本身视为无效装置，因为它们能够消耗掉从天线反射回来的能量。
无线终端，例如移动电话手机，有时具有一个内部天线，比如一个平面倒F天线(PIFA)或类似的天线。这些天线较小(相对于波长)，并且因此(由于小型天线的固有限制)带宽较窄。然而，诸如UMTS之类的蜂窝无线通信系统会要求PIFA具有13.3％的分数带宽。为了由PIFA获得这一带宽，例如会需要相当大的体积，天线的带宽及其体积之间存在着正比关系，但是在当前朝向小型手机方向发展的趋势下，这样的体积是不太容易实现的。因此，由于上述提到的限制，不可能从当今无线终端中的小型天线中获得有效的宽带辐射。
发明内容
本发明的目的是用一个相对较小体积的共用接收/发射天线在相对宽的频带内覆盖所需要的频带。
依照本发明的一个方面，提供了一个在频率双工系统的发射和接收频带内使用的无线终端，它包括发射级和接收级，以及与发射级和接收级连接的信号传播装置，其中信号传播装置包括一个天线结构，其带宽足以覆盖发射和接收频带中较大的一个，接收滤波器和发射滤波器通过各自的馈电端与天线结构连接。
依照本发明的第二个方面，提供一个工作在频率双工系统发射和接收频带的无线终端所使用的模块，它包含了包括一个具有足以覆盖发射和接收频带中较大之一的带宽的天线结构的信号传播装置、通过各自的馈电端与天线结构连接并且与无线终端RF级连接的接收滤波器和发射滤波器。
本发明基于对如下事实的认识：在跨越FDD系统的发射机和接收机通带的通带中，滤波器能使得一个窄带天线结构可以在不同频率上使用。
在本发明的一个实施例中，天线结构包括一个PIFA。PIFA可以包括两个差动槽，它们将PIFA分成一个中间元件和两个外部元件，它们在一端互相连接。中间元件的另一端与地平面连接，而两个外部单元的另一端分别与发射和接收滤波器连接。
这些滤波器可以是固态滤波器，例如体声波(BAW)和声表面波(SAW)滤波器。
附图说明
本发明将通过实例的方式，并参考相应的附图来进行描述，其中：
图1是与本发明一致的一个无线终端的实施例的方框图。
图2是具有一个PIFA以及发射和接收滤波器的电路板图。
图3是解释PIFA的辐射模式(或共模)和平衡模式(或差模)模式的图形。
图4是分别与BAW发射和接收滤波器连接的天线结构图，以及
图5是天线结构和BAW滤波器的S11响应。
在附图中，相同的附图标记被用于表示对应的技术特征。
具体实施方式
参照附图1，收发机包括一个发射机部分Tx，该发射机部分Tx包括与输入信号处理级(SPT)12连接的信号输入端子10。级12和一个调制器(MOD)14连接，该调制器14为一个上变频器提供调制信号，该上变频器包括一个乘法器16，该乘法器16还与一个信号发生器18(例如频率合成器)相连接。所述上变频信号借助功率放大器20、发射机滤波器22和匹配/频率调谐网络23与一个信号传播结构24连接。
收发机的接收机部分Rx包括一个低噪声放大器28，该低噪声放大器28借助匹配/频率调谐网络25和接收机滤波器26而与信号传播结构24连接。低噪声放大器28的输出端与一个下变频器连接，该下变频器包括乘法器30和信号发生器32，例如频率合成器。下变频信号在解调器(DEMOD)34中得到解调，并且该解调器34的输出应用于信号处理级(SPR)36，该信号处理级36将输出信号提供到端子38上。收发机的操作由处理器40控制。
如附图2所示，一个印刷电路板PCB在一面具有元件(未示出)，在相反一面具有接地平面GP。一个PIFA 24被安装在PCB上，或PCB带有一个PIFA 24。可以采用多种可选方式来实现该PIFA，比如实现为由使用绝缘材料柱的PCB支撑的预制金属板、实现为由PCB支撑的一块预先蚀刻的印刷电路板、或者实现为一块绝缘材料(通过有选择地蚀刻绝缘材料上的导电层或通过在绝缘块上有选择地印刷导电层)、或实现为移动电话机壳上的天线。为了在UMTS频率上使用，PIFA24的尺寸是长(尺寸“a”)30mm，高(尺寸“b”)10mm和深(尺寸“c”)4mm。这些尺寸使得PIFA 24能够具有足够的带宽从而覆盖较大的FDDUMTS频带。该带宽实际为3.1％。这比要求覆盖整个UMTS频带的带宽(大约13.3％)的1/4还要少。名义上，PIFA 24在发射和接收频带之间谐振。
PIFA 24有两个差动槽42，44，它们在长度方向上延伸从一个边缘到另一个边缘的距离的一部分。其结果与具有一端相互连接而另一端开放的三个梳齿或元件PR1，PR2和PR3的梳状电路类似。中间元件PR2通过一个公用的短路引线46与PCB的PCB的接地平面GP连接。元件PR1通过引线48与发射机滤波器22(附图1)的输出端连接，而元件PR3通过引线50与接收机滤波器26(附图1)的输入端连接。
差动槽42，44也可用于调节天线的谐振频率。不对称的槽，就是说，不同长度和/或不同形状的槽，会为两个馈电端，即引线48，50，给出不同的谐振频率。
差动槽42，44不是必要的，但没有它们，就会在向短路引线46馈电的滤波器的连接中存在一个潜在的电感问题。槽增大了差模电抗，并有利于未使用端口的隔离，即，发射模式下的接收机端口，和反之接收模式下的发射机端口。这在附图3中得到说明，其中左边的图表示了PIFA 24的一个实施例，元件PF2与地短接，而信号源S1与元件PR1连接。箭头52指示出这个馈电结构组成了一个差动端口。照这种方式连接的PIFA 24可以看作与辐射模式(或共模)24R和平衡模式(或者差模)24B的组合相等价。在辐射模式24R中，同相信号源S2和S3分别与元件PR1和PR2连接，而PIFA看起来仅是一个整片天线。就平衡模式24B而言，反相信号源S4和S5分别与单元PR1和PR2连接，从而电流沿PR1流向PR2，如箭头54，56所示，并在槽42上存在场。在这个模式下，差模电抗得到了增加，并较易于通过将滤波器调谐成呈现为反射终端(比如对于天线断路或短路)来隔离不使用的端口。
参照附图4，发射机滤波器22包括一个4单元不平衡BAW梯式滤波器，该滤波器借助匹配/频率调谐网络23与天线元件PR1连接。这种类型的滤波器能提供发射机通常所需要的不平衡的输入和输出。由50欧姆的阻抗60代表的源阻抗通过2nH的电感62与滤波器22的输入连接。6nH的电感64将滤波器22的输出与天线单元PR1连接起来。电感62和64用于调谐的用途，而且对电感64的值进行了优化，从而它还将PIFA 24的谐振频率减小到发射机频带所要求的频率。除此而外，它被设计成使与BAW滤波器的输出静态电容(未示出)的连接在接收机频率上近似为短路。
接收机滤波器2 4包括一个平衡的BAW格型滤波器，该滤波器具有一个用于和50欧姆源阻抗70相连的平衡输入端，该接收机滤波器26在如附图1所示的实施例中包括低噪声放大器28和一个与PIFA 24的元件PR3连接的不平衡输出端。一个串联的1.5nH的电感72和一个旁路的2.4pF的电容74设置在滤波器26的输出电路中，组成了匹配/频率调谐网络25。电容74增大了天线的谐振频率，而电感72保证接收机侧是匹配的，并且发射机滤波器的静态电容(未示出)和外部电路的组合对接收机而言呈现为与天线近似短路。
附图5表示对附图4所示的组合PIFA和滤波器的组合的S11响应，以及用点划线表示的工作在UMTS频带上的宽带天线的理想化特性曲线84。S11响应包括一条用实线表示的发射机特性曲线80和一条用虚线表示的接收机特性曲线82。参照发射机特性曲线80，标记为r1和r2的点分别表示在频率1.920GHz的衰减为-18.428dB和在频率1.980GHz的衰减为-6.282dB。参照接收机特性曲线82，标记为r3和r4的点分别表示在频率2.110GHz的衰减为-14.057dB和在频率2.170GHz的衰减为-13.471dB。
显然，使用尺寸小到不能同时覆盖发射机和接收机频带的天线，能在这两个频带获得令人满意的性能。在附图4的组合结构中，首先对接收机进行优化，结果表现出较好的性能，栅格滤波器24固有的更优越的性能对其起到了促进的作用。然而，相信通过进一步的设计迭代还能够提高发射机性能。
附图5证实了本发明的想法是有效的，即，使用滤波器促使一个紧致天线可以在不同频率的双工频率上使用。有可能采用除BAW滤波器之外的其它滤波器，如SAW和陶瓷滤波器，来获得相似的结果。
在本发明的说明书和权利要求书中，一个组件之前的“一”或“一个”并不排除多个这种组件的存在。而且，词语“包括”并不排除除了列举之外的其它组件和步骤的存在。
除了本发明所公开的，其它修改对本领域的技术人员来说是显而易见的。这些修改包括可以包括在无线终端的设计，制造和使用以及组成部分中的已经公知的其它特征，和可以用来替代或增加在此已经描述的特征的其它特征。

Claims (12)

1.一种用于一个频率双工系统的发射和接收频带上的无线终端，包括发射级和接收级以及和所述发射级和接收级连接的信号传播装置，其中所述信号传播装置包括一个具有足以覆盖发射和接收频带中较大的带宽的天线结构、以及通过各自的馈电端与天线结构相连接的一个接收滤波器和一个发射滤波器。
2.如权利要求1所述的终端，其特征在于天线结构包括一个平面倒F天线(PIFA)。
3.如权利要求2所述的终端，其特征在于PIFA包括两个差动槽。
4.如权利要求3所述的终端，其特征在于两个差动槽将PIFA分成一个中间元件和两个外侧元件，中间和外侧元件互相连接，其中中间元件的自由端与接地平面连接，并且其中两个外侧元件的自由端分别与接收机和发射机的滤波器连接。
5.如权利要求3或4所述的终端，其特征在于差动槽具有基本相同的大小和形状。
6.如权利要求3或4所述的终端，其特征在于差动槽是非对称的。
7.如权利要求1到6任一项所述的终端，其特征在于发射机和接收机滤波器是体声波(BAW)滤波器。
8.一种在无线终端中使用的模块，所述无线终端可以工作在一个频率双工系统的发射和接收频带上，该模块包括信号传播装置，该信号传播装置包括一个具有足以覆盖发射和接收频带中的较大带宽的天线结构、以及通过各自的馈电端与天线结构连接并且具有与无线终端RF级连接的端子的一个接收滤波器和一个发射滤波器。
9.如权利要求8所述的模块，其特征在于天线结构包括一个平面倒F天线(PIFA)。
10.如权利要求9所述的模块，其特征在于PIFA包括两个差动槽。
11.如权利要求10所述的模块，其特征在于两个差动槽将PIFA分成一个中间元件和两个外侧元件，中间和外侧元件互相连接，其中中间元件的自由端与接地平面连接，并且其中两个外侧元件的自由端分别与接收机和发射机滤波器连接。
12.如权利要求8到11之任一项所述的模块，其特征在于发射机和接收机滤波器是体声波(BAW)滤波器。
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