DE102010011649B4

DE102010011649B4 - Frontend-Schaltung für ein mobiles Kommunikationsgerät mit verbesserter Impedanzanpassung

Info

Publication number: DE102010011649B4
Application number: DE102010011649.1A
Authority: DE
Inventors: Dr. Schmidhammer Edgar; Christian Block; Peter Hagn
Original assignee: SnapTrack Inc
Current assignee: SnapTrack Inc
Priority date: 2010-03-17
Filing date: 2010-03-17
Publication date: 2019-01-24
Anticipated expiration: 2030-03-18
Also published as: DE102010011649A1; WO2011113664A1

Abstract

Frontend-Schaltung (FES) für ein mobiles Kommunikationsgerät, umfassend
- eine Antenne (A), einen mit der Antenne (A) verschalteten Antennenanschluss (AA), eine mit dem Antennenanschluss (AA) verschaltete Frequenzweiche (FW) und ein Impedanzanpass-Netzwerk (IAN), das zwischen dem Antennenanschluss (AA) und der Frequenzweiche (FW) verschaltet ist, sowie
- einen ersten Duplexer (DU1), der in einem ersten Frequenzbereich arbeitet, und einen zweiten Duplexer (DU2), der in einem zweiten, vom ersten Frequenzbereich verschiedenen Frequenzbereich arbeitet, wobei
- die Frequenzweiche (FW) einen ersten Anschluss (AN1), über den sie mit dem ersten Duplexer (DU1) verschaltet ist, und einen zweiten Anschluss (AN2), über den sie mit dem zweiten Duplexer (DU2) verschaltet ist, umfasst,
- das Impedanzanpass-Netzwerk (IAN) die Antennenimpedanz an die Impedanz der Frequenzweiche (FW) oder weiterer mit der Frontend-Schaltung verschalteter Schaltungskomponenten des mobilen Kommunikationsgeräts anpasst,
- der erste Frequenzbereich ein 1 GHz Frequenzbereich und der zweite Frequenzbereich ein 2 GHz Frequenzbereich ist,
- die Frequenzweiche (FW) und der erste Duplexer (DU1) in einem ersten Modul (M1) angeordnet sind, und
- der zweite Duplexer (DU2) in einem von dem ersten Modul (M1) verschiedenen zweiten Modul (M2) angeordnet ist, wobei
- der erste Duplexer (DU1) und der zweite Duplexer (DU2) jeweils zwei Bandpassfilter aufweisen, von denen eines als Empfangsfilter und das andere als Sendefilter dient, wobei
- das Empfangsfilter jedes der beiden Duplexer (DU1, DU2) mit Gegentaksignalen arbeitet oder eine Konversion von Gegentaktsignalen zu Gleichtaktsignalen durchführt, während
- das Sendefilter jedes der beiden Duplexer (DU1, DU2) mit Gleichtaktsignalen arbeitet, und wobei die Frontend-Schaltung ferner umfasst:
- eine Logikschaltung (LS) und einen Impedanzanpassungs-Sensor (IAS), wobei
- der Impedanzanpassungs-Sensor (IAS) zur Detektion des Grades der Impedanzanpassung und zur Übermittlung des Grades der Anpassung an die Logikschaltung (LS) vorgesehen ist und
- die Logikschaltung (LS) zur Regelung der Impedanz des Impedanzanpass-Netzwerks (IAN) vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft Frontend-Schaltungen, zum Beispiel für mobile Kommunikationsgeräte, mit verbesserter Impedanzanpassung und reduziertem Strombedarf.
Moderne mobile Kommunikationsgeräte umfassen eine Frontend-Schaltung. Die Frontend-Schaltung verschaltet eine oder mehrere Antennen des mobilen Kommunikationsgeräts mit übrigen digitalen oder analogen Schaltungskomponenten des mobilen Kommunikationsgeräts.
Die Druckschrift US 2007/0207748 A1 betrifft eine Antennen-Schnittstelleneinheit, bei der ein Diplexer mit zwei verschiedenen Duplexern und über eine Antennen-Anpassschaltung mit einer Antenne verbunden ist.
Die Druckschrift JP 11251956 A betrifft eine Antennen-Anpassschaltung zur Anpassung einer Antenne an eine Sende-/Empfangsschaltung, wobei das Anpassverhalten der Antennen-Anpassschaltung geregelt werden kann.
Die Druckschrift DE 10 2006 031 548 A1 betrifft eine Sende-/Empfangsschaltung, bei der ein Duplexer über eine Antennenschaltung zur Dämpfung von antennenseitig empfangenen Störsignalen mit einer Antenne verbunden ist.
Die Druckschrift US 2009/0002097 A1 betrifft einen Duplexer mit einem Sendefilter in einer Ladder-Type-Konfiguration und einen Empfangsfilter mit longitudinal gekoppelten Oberflächenwellen-Resonatoren.
Die Druckschrift DE 103 60 996 A1 betrifft einen Handapparat, bei dem n-Plexer über einen Antennenschalter mit einer Antenne verbunden sind.
Die Druckschrift US 2004/0224643 A1 betrifft ein Frontend-Modul, bei dem ein Diplexer mit einer Antenne und über jeweils eine Schalteinheit mit einem Duplexer zum Empfang von N-CDMA-Signalen und zum Empfang von W-CDMA-Signalen verschaltet ist.
Aus der Druckschrift US 7,126,440 B2 ist eine Filterschaltung für den CDMA-Betrieb bekannt. Die Aufteilung in ein Lowband, dessen Frequenzen um 1 GHz herum liegen, und Highband, dessen Frequenzen oberhalb von 1,2 GHz liegen, erfolgt durch einen Phasenschieber und ein induktives Element.
Aus der Druckschrift US 7,501,912 B2 sind Möglichkeiten bekannt, um mehrere Einzelfilter mit einer Antenne zu verschalten.
Aus der Druckschrift US 2009/0233642 A1 sind Filter umfassende Schaltungen bekannt, wobei die Filter mit Antennen verschaltet sind.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Frontend-Schaltung mit geringerem Energieverbrauch durch eine verbesserte Impedanzanpassung anzugeben. Insbesondere ist die Verschlechterung der Performance einer solchen Frontend-Schaltung durch nachteilhafte Interaktion zwischen einem Nutzer und der Antenne vermindert.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Frontend-Schaltung nach Anspruch 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche geben weitere Ausgestaltungsformen der Erfindung an.
Die Erfindung gibt eine Frontend-Schaltung für ein mobiles Kommunikationsgerät an. Die Frontend-Schaltung umfasst eine Antenne, einen mit der Antenne verschalteten Antennenanschluss, eine mit dem Antennenanschluss verschaltete Frequenzweiche und ein Impedanzanpass-Netzwerk. Das Impedanzanpass-Netzwerk ist zwischen dem Antennenanschluss und der Frequenzweiche verschaltet. Die Frontend-Schaltung umfasst ferner einen ersten Duplexer und einen zweiten Duplexer. Der erste Duplexer arbeitet in einem ersten Frequenzbereich. Der zweite Duplexer arbeitet in einem zweiten, vom ersten Frequenzbereich verschiedenen Frequenzbereich. Die Frequenzweiche umfasst einen ersten Anschluss, über den sie mit dem ersten Duplexer verschaltet ist. Die Frequenzweiche umfasst ferner einen zweiten Anschluss, über den sie mit dem zweiten Duplexer verschaltet ist. Das Impedanzanpass-Netzwerk passt die Antennenimpedanz an die Impedanz der Frequenzweiche oder weiterer mit der Frontend-Schaltung verschalteter Schaltungskomponenten des mobilen Kommunikationsgeräts an.
Die Frontend-Schaltung kann auch weitere Duplexer oder Diplexer umfassen. Insbesondere kann ein Ausgang des Diplexers mit einem oder mehreren weiteren Diplexern verschaltet sein. So lassen sich leicht Frequenzweichen, die mit mehr als zwei getrennten Frequenzbereichen arbeiten, erstellen.
Analog kann die Frontend-Schaltung neben den o. g. Duplexern noch weitere Duplexer oder auch Triplexer oder Quadplexer oder Quintplexer umfassen.
Die Anpassung von Antennenimpedanz und Impedanz der Frequenzweiche oder weiterer Schaltungskomponenten der Frontend-Schaltung bewirkt eine verbesserte Signalübertragung von Sendesignalen von den Schaltungskomponenten des mobilen Kommunikationsgeräts zu der Antenne oder von Empfangssignalen von der Antenne an die Schaltungen des mobilen Kommunikationsgeräts. Das Impedanzanpass-Netzwerk der Frontend-Schaltung korrigiert eine etwaige Fehlanpassung der Impedanz an der Antenne. Somit ist die Fehlanpassung und daraus resultierende Verschlechterungen der Signalqualität oder eine Erhöhung des Energiebedarfs, zum Beispiel zum Senden, reduziert. Insbesondere das Stehwellenverhältnis (VSWR = Voltage Standing Wave Ratio) im Signalpfad, zum Beispiel im Sendesignalpfad, kann besser als 4,0 sein.
Durch eine verbesserte Impedanzanpassung ist auch der Reflexionskoeffizient von Sende- oder Empfangssignalen verringert, so dass einerseits weniger Energie aufgrund von Reflexionen verschwendet, d. h. dissipiert, wird, und andererseits die Schaltungen vor zu starken reflektierten Signalen geschützt werden, die ansonsten dadurch zerstört werden könnten.
In verschiedenen Ausführungsformen umfasst die Frequenzweiche entweder einen Diplexer mit einem Hochpassfilter und einem Tiefpassfilter oder einen Schalter. Umfasst die Frequenzweiche einen Diplexer, so hat der Diplexer ein mit dem ersten Duplexer verschaltetes Hochpassfilter und ein mit dem zweiten Duplexer verschaltetes Tiefpassfilter. Umfasst die Frequenzweiche einen Schalter, so kann der Schalter den Antennenanschluss wahlweise über einen ersten Anschluss mit dem ersten Duplexer oder über einen zweiten Anschluss mit dem zweiten Duplexer verschalten.
Als Frequenzweiche kann also ein Diplexer oder ein Schalter vorgesehen sein. Diplexer und Schalter haben im Allgemeinen unterschiedliche Impedanzen. Es wird daher erfindungsgemäß vorgesehen, die Antennenimpedanz auf die Impedanz der Frequenzweiche, sei sie ein Diplexer oder ein Schalter, abzustimmen.
In einer Ausführungsform ist der erste Frequenzbereich ein 1 GHz Frequenzbereich. Der zweite Frequenzbereich ist ein 2 GHz Frequenzbereich. Der 1 GHz Frequenzbereich bezeichnet Frequenzen welche im Wesentlichen kleiner als 1,2 GHz sind. Der zweite Frequenzbereich, der 2 GHz Frequenzbereich, bezeichnet Frequenzen, die höher als etwa 1,2 GHz und kleiner als etwa 3 GHz sind.
Auch die mit der Frequenzweiche verschalteten Duplexer beeinflussen die Impedanz der Frontend-Schaltung. Es ist deshalb vorgesehen, die Antennenimpedanz mit Hilfe der Impedanzanpass-Schaltung auch entsprechend den Impedanzen der Duplexer anzupassen.
In einer Ausführungsform sind die Frequenzweiche und der erste Duplexer in einem ersten Modul angeordnet. Das erste Modul kann ein Modulsubstrat umfassen. Auf dem Modulsubstrat können Schaltungen der Frequenzweiche angeordnet sein. Umfasst die Frequenzweiche einen Diplexer, so können die Schaltungen des Hochpassfilters und des Tiefpassfilters, zum Beispiel als passive Schaltungselemente, auf dem Modulsubstrat angeordnet sein. Der erste Duplexer kann in einem ersten Chip angeordnet sein, der auf dem ersten Modulsubstrat angeordnet ist. Der zweite Duplexer kann ebenfalls in oder auf dem ersten Modul angeordnet sein; er kann aber auch außerhalb des ersten Moduls und separat von diesem angeordnet sein.
In einer Ausführungsform ist der zweite Duplexer in einem vom ersten Modul verschiedenen zweiten Modul angeordnet.
Der erste Duplexer und der zweite Duplexer arbeiten in verschiedenen Frequenzbereichen. Je nach Frequenzbereichen oder Ausführungsformen der Duplexer kann die Impedanzanpassung für einen Duplexer leichter durchzuführen sein als für den anderen Duplexer. Es hat sich gezeigt, dass zu einer gegebenen Zeit immer nur ein Duplexer oder der Signalpfad mit dem Duplexer und einem Leistungsverstärker impedanzmäßig angepasst werden können. Dabei ist insbesondere die Länge der Leitung zwischen Duplexer und dem Leistungsverstärker von Bedeutung, da aufgrund der von der Leitung, welche eine endliche Länge aufweist, verursachten Phasenverschiebung die Impedanzanpassung deutlich verschlechtert sein kann. Sind beide Duplexer auf dem gleichen Modul angeordnet, so kann der andere Duplexer aufgrund äußerer Zwänge nicht gleichzeitig optimal an den Leistungsverstärker angepasst sein. Zum Beispiel kann die Gehäuseform des Moduls vorgegeben sein, um eine räumliche Integration des Moduls zu ermöglichen.
Versuche zeigen, dass insbesondere Duplexer, die im 2 GHz Frequenzbereich arbeiten, wesentlich empfindlicher auf Phasenänderungen reagieren, als dies bei Duplexern der Fall ist, welche im 1 GHz Frequenzbereich arbeiten. Es erweist sich daher als vorteilhaft, den zweiten Duplexer aus dem Modul zu separieren und in einem zweiten Modul unterzubringen.
Im ersten Modul kann der Diplexer zusammen mit dem ersten Duplexer sowie mit dem Impedanzanpass-Netzwerk und dem Antenneneingang angeordnet sein.
Der zweite Duplexer, der im zweiten Frequenzbereich arbeitet, ist dann weniger anfällig für Störungen, die sich aus einer nicht optimalen Führung des Signalpfads mit dem ersten Duplexer ergeben.
Ferner ist der Entwickler von Frontend-Schaltungen durch die Verwendung des Impedanzanpass-Netzwerks weniger in der Wahl der räumlichen Anordnung der die Duplexer umfassenden Bauelemente eingeschränkt.
In einer Ausgestaltung umfasst das Impedanzanpass-Netzwerk eine Kapazitätsbank mit einzeln zum Impedanzanpass-Netzwerk hinzu schaltbaren kapazitiven Elementen.
Alternativ ist es auch möglich, ein Impedanzanpass-Netzwerk vorzusehen, welches eines oder mehrere kapazitive Elemente variabler und stufenlos einstellbarer Kapazität umfasst.
In einer Ausführungsform umfasst die Frontend-Schaltung eine Logikschaltung mit einer Look-up-Tabelle zur Steuerung der Impedanz des Impedanzanpass-Netzwerks. Die Tabelle kann beispielsweise den ersten und den zweiten Frequenzbereich, die Art der verschalteten Antenne, und das verwendete Modulationssystem berücksichtigen und liefert die Impedanz, auf die das Impedanzanpass-Netzwerk einzustellen ist.
In einer Ausführungsform umfasst die Frontend-Schaltung eine Logikschaltung und einen Impedanzanpassungs-Sensor. Der Impedanzanpassungs-Sensor ist zur Detektion des Grads der Impedanzanpassung und zur Übermittlung des Grades der Anpassung an die Logikschaltung vorgesehen. Die Logikschaltung regelt die Impedanz des Impedanzanpass-Netzwerks auf der Basis des vom Sensor übermittelten Grads der Anpassung.
In einer Ausgestaltung arbeitet einer der Duplexer, der ausgewählt ist aus erstem Duplexer und zweitem Duplexer, mit akustischen Oberflächenwellen oder mit geführten akustischen Volumenwellen. Der jeweils andere Duplexer arbeitet mit akustischen Oberflächenwellen oder mit geführten akustischen Volumenwellen oder mit akustischen Volumenwellen. Mit akustischen Wellen arbeitende Bauelemente wie Filter ermöglichen eine hohe Flankensteilheit der Passbänder und, wenn sie zu Duplexern verschaltet sind, eine hohe Isolation der Signalpfade. Es ist möglich, dass der eine Duplexer mit akustischen Oberflächenwellen oder mit geführten akustischen Volumenwellen arbeitet, während der andere Duplexer mit akustischen Volumenwellen arbeitet.
Sind die beiden Duplexer auf verschiedenen Modulen angeordnet, so ist es leicht möglich, unterschiedliche Filtertechnologien für die verschiedenen Duplexer zu verwenden. Dadurch ist eine einfache Anpassung an die Anforderungen verschiedener Chipsatzhersteller bezüglich der Platzierung auf einer Platine oder bezüglich der einzuhaltenden Filtercharakteristiken zu erhalten.
Der im ersten Frequenzbereich arbeitende Duplexer kann ein BAW/SAW-Hybridduplexer sein (BAW = Bulk Acoustic Wave = akustische Volumenwelle; SAW = Surface Acoustic Wave = akustische Oberflächenwelle). Die beiden Filter eines solchen Hybridduplexers arbeiten also jeweils mit akustischen Volumenwellen bzw. mit akustischen Oberflächenwellen. Der im zweiten Frequenzbereich arbeitende Duplexer kann ein mit akustischen Oberflächenwellen arbeitender Duplexer sein.
Einer oder beide Duplexer können als Hybrid-Duplexer ausgeführt sein. Ein Hybrid-Duplexer kann beispielweise ein erstes, mit akustischen Oberflächenwellen arbeitendes und ein zweites, mit akustischen Volumenwellen arbeitendes Filter aufweisen.
In einer Ausführungsform umfasst einer der Duplexer, ausgewählt aus erstem Duplexer und zweitem Duplexer, ein CRF-Filter mit Balunfunktionalität (CRF = Coupled Resonator Filter).
In einer Ausführungsform ist der erste Duplexer oder der zweite Duplexer zur Verarbeitung von Gegentaktsignalen oder zur Konversion zwischen Gleichtaktsignalen und Gegentaktsignalen ausgebildet und wird zu diesem Zweck vorgesehen. Die Verwendung von Signalpfaden, in denen Gegentaktsignale propagieren, erfordert im Allgemeinen eine Verdoppelung der entsprechenden Signalleitungen und der mit den Signalleitungen verschalteten übrigen Komponenten wie Leistungsverstärker o. ä.. Trotzdem kann es bevorzugt sein, Gegentaktsignale zu verwenden, weil Gegentaktsignale weniger anfällig für Gleichtaktstörungen sind.
In einer Ausführungsform umfasst die Frontend-Schaltung ferner einen Balun. Der Balun oder Schaltungskomponenten des Baluns können in oder auf einem Modulsubtrat angeordnet sein. LTCC oder HTCC umfassende ein- oder mehrlagige Substrate kommen als Modulsubstrate in Frage.
Ein Balun oder dessen Schaltungskomponenten können aber auch in einem oder mehreren auf einem Modulsubtrat angeordneten Chips angeordnet sein.
In einer Ausführungsform umfasst der erste Duplexer ein erstes Bandpassfilter mit einem ersten Durchlassbereich und ein zweites Bandpassfilter mit einem zweiten Durchlassbereich.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst der zweite Duplexer ein drittes Bandpassfilter mit einem dritten Durchlassbereich und ein viertes Bandpassfilter mit einem vierten Durchlassbereich.
Einzelne der Durchlassbereiche können überlappen. Es ist aber auch möglich, dass keiner der vier Durchlassbereiche mit einem anderen der vier Durchlassbereiche überlappt.

Die folgende Tabelle gibt mögliche Werte (in MHz) für die o. g. vier Durchlassbereiche an:

1920 -	1980	2110 -	2170
1850 -	1910	1930 -	1990
1710 -	1785	1805 -	1880
1710 -	1755	2110 -	2155
824 -	849	869 -	894
830 -	840	875 -	885
2500 -	2570	2620 -	2690
880 -	915	925 -	960
1749,9 -	1784,9	1844,9 -	1879,9
1710 -	1770	2110 -	2170
1427,9 -	1447,9	1475,9 -	1495,9
698 -	716	728 -	746
777 -	787	746 -	756
788 -	798	758 -	768
704 -	716	734 -	746
815 -	830	860 -	875
830 -	845	875 -	890
832 -	862	791 -	821
1447,9 -	1462,9	1495,9 -	1510,9
1900 -	1920	1900 -	1920
2010 -	2025	2010 -	2025
1850 -	1910	1850 -	1910
1930 -	1990	1930 -	1990
1910 -	1930	1910 -	1930
2570 -	2620	2570 -	1620
1880 -	1920	1880 -	1920
2300 -	2400	2300 -	2400

Insbesondere können die Durchlassbereiche übliche Mobilfunkfrequenzen umfassen.
In einer Ausgestaltung umfasst die Frontend-Schaltung ein weiteres Bandpassfilter -mit einem Eingangsanschluss und einem Ausgangsanschluss. Der Eingangsanschluss des weiteren Bandpassfilter ist mit der Frequenzweiche verschaltet. Das weitere Bandpassfilter arbeitet mit akustischen Oberflächenwellen, mit geführten akustischen Volumenwellen oder mit akustischen Volumenwellen. Das weitere Bandpassfilter lässt Satellitenempfangssignale zum Ausgangsanschluss passieren. Ein solches weiteres Bandpassfilter, welches parallel zu den beiden Duplexern verschaltet sein kann, ermöglicht den Empfang von Satellitensignalen, zum Beispiel von Satellitennavigationssystemen wie Galileo, GPS oder GLONASS.
In einer Ausführungsform umfasst die Frontend-Schaltung ferner einen Triplexer, der mit dem Diplexer oder mit einem der Duplexer verschaltet ist.
In einer Ausführungsform umfasst die Frontend-Schaltung ferner einen weiteren Duplexer, der mit dem Diplexer oder mit einem der Duplexer verschaltet ist.
In einer Ausführungsform umfasst die Frontend-Schaltung ferner ein Filter, das mit dem Diplexer oder mit einem der Duplexer verschaltet ist.
Diese weiteren Schaltungselemente wie Triplexer, Duplexer oder Filter können die Frontend-Schaltung um weitere Funktionen, wie etwa das Abdecken weiterer Frequenzbereiche, erweitern.
Im Folgenden wird die Frontend-Schaltung anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen schematischen Figuren näher erläutert.
Es zeigen:

1 eine Ausgestaltung der Frontend-Schaltung, wobei die Frequenzweiche als Diplexer ausgeführt ist,
2 eine Ausgestaltung der Frontend-Schaltung, wobei die Frequenzweiche als Schalter ausgeführt ist,
3 eine Ausgestaltung der Frontend-Schaltung, wobei die Frequenzweiche, der erste Duplexer und ein weiteres Bandpassfilter auf einem ersten Modul und der zweite Duplexer auf einem zweiten Modul angeordnet sind, 4 eine Ausgestaltung des Impedanzanpass-Netzwerks mit drei parallel schaltbaren kapazitiven Elementen,
5 eine Ausgestaltung mit einer Logikschaltung, welche die Impedanz des Impedanzanpass-Netzwerks regelt,
6 eine Ausgestaltung der Impedanzanpassung, wobei in einem Signalpfad ein Impedanzanpassungs-Sensor verschaltet ist, welcher die Impedanzanpassung an einen Logikschaltkreis übermittelt.

Im Folgenden werden verschiedene Ausgestaltungen einer Frontend-Schaltung aufgezeigt und besprochen.
Gemäß der beanspruchten Erfindung umfasst eine Frontend-Schaltung für ein mobiles Kommunikationsgerät:

- eine Antenne (A), einen mit der Antenne (A) verschalteten Antennenanschluss (AA), eine mit dem Antennenanschluss (AA) verschaltete Frequenzweiche (FW) und ein Impedanzanpass-Netzwerk (IAN), das zwischen dem Antennenanschluss (AA) und der Frequenzweiche (FW) verschaltet ist, sowie
- einen ersten Duplexer (DU1), der in einem ersten Frequenzbereich arbeitet, und einen zweiten Duplexer (DU2), der in einem zweiten, vom ersten Frequenzbereich verschiedenen Frequenzbereich arbeitet, wobei
- die Frequenzweiche (FW) einen ersten Anschluss (AN1), über den sie mit dem ersten Duplexer (DU1) verschaltet ist, und einen zweiten Anschluss (AN2), über den sie mit dem zweiten Duplexer (DU2) verschaltet ist, umfasst,
- das Impedanzanpass-Netzwerk (IAN) die Antennenimpedanz an die Impedanz der Frequenzweiche (FW) oder weiterer mit der Frontend-Schaltung verschalteter Schaltungskomponenten des mobilen Kommunikationsgeräts anpasst,
- der erste Frequenzbereich ein 1 GHz Frequenzbereich und der zweite Frequenzbereich ein 2 GHz Frequenzbereich ist,
- die Frequenzweiche (FW) und der erste Duplexer (DU1) in einem ersten Modul (M1) angeordnet sind, und
- der zweite Duplexer (DU2) in einem von dem ersten Modul (M1) verschiedenen zweiten Modul (M2) angeordnet ist, wobei
- der erste Duplexer (DU1) und der zweite Duplexer (DU2) jeweils zwei Bandpassfilter aufweisen, von denen eines als Empfangsfilter und das andere als Sendefilter dient, wobei
- das Empfangsfilter jedes der beiden Duplexer (DU1, DU2) mit Gegentaktsignalen arbeitet oder eine Konversion von Gegentaktsignalen zu Gleichtaktsignalen durchführt, während
- das Sendefilter jedes der beiden Duplexer (DU1, DU2) mit Gleichtaktsignalen arbeitet, und wobei die Frontend-Schaltung ferner umfasst:
- eine Logikschaltung (LS) und einen Impedanzanpassungs-Sensor (IAS), wobei
- der Impedanzanpassungs-Sensor (IAS) zur Detektion des Grades der Impedanzanpassung und zur Übermittlung des Grades der Anpassung an die Logikschaltung (LS) vorgesehen ist und
- die Logikschaltung (LS) zur Regelung der Impedanz des Impedanzanpass-Netzwerks (IAN) vorgesehen ist.

Im Folgenden gezeigte und besprochene Ausgestaltungen einer Frontend-Schaltung, die nicht unter den so definierten Gegenstand der Erfindung fallen, sind als Hintergrundinformation aufzufassen, die einem erleichterten Verständniss der Erfindung dienen.
1 zeigt schematisch eine Frontend-Schaltung FES mit einem Impedanzanpass-Netzwerk IAN, einer Frequenzweiche FW, einem ersten Duplexer DU1 und einem zweiten Duplexer DU2. Über einen Antennenanschluss AA ist das Impedanzanpass-Netzwerk IAN mit einer Antenne A verschaltet. Das Impedanzanpass-Netzwerk IAN ist zwischen dem Antennenanschluss AA und der Frequenzweiche FW verschaltet. Die Frequenzweiche FW umfasst einen Diplexer DI mit einem Hochpassfilter HPF und einem Tiefpassfilter LPF. Der Ausgang des Hochpassfilters HPF ist mit dem ersten Duplexer DU1 verschaltet. Das Tiefpassfilter LPF ist mit dem zweiten Duplexer DU2 verschaltet. Der erste Duplexer DU1 ist mit dem ersten Anschluss AN1 des Hochpassfilters HPF verschaltet. Der zweite Duplexer DU2 ist mit dem zweiten Anschluss AN2 des Tiefpassfilters LPF verschaltet. Das Impedanzanpass-Netzwerk IAN passt die Antennenimpedanz der Antenne A beziehungsweise die Antennenfußimpedanz am Antennenanschluss AA an die Impedanz übriger Schaltungselemente der Frontend-Schaltung, zum Beispiel die der Frequenzweiche, des Duplexers, oder anderer Schaltungskomponenten des entsprechenden Mobilfunkgeräts.
Der Duplexer DU2 umfasst einen erd-symmetrisch (balanced) geführten Port. Dieser Port kann zum Beispiel ein Empfangsport (Rx-Port) sein.
Im Allgemeinen gilt: Einzelne oder mehrere Duplexer können sowohl erd-unsymmetrisch (single-ended) als auch erd-symmetrisch (balanced) ausgeführt sein.
2 zeigt eine Ausgestaltung der Frontend-Schaltung, wobei die Frequenzweiche FW als Schalter SW ausgeführt ist. Das Impedanzanpass-Netzwerk IAN kann dabei wahlweise mit dem ersten Anschluss AN1 oder mit dem zweiten Anschluss AN2 verschaltet sein. Der erste Anschluss AN1 ist mit dem ersten Duplexer verschaltet; der zweite Anschluss AN2 ist mit dem zweiten Duplexer DU2 verschaltet.
Der erste Duplexer DU1 umfasst ein erstes Bandpassfilter BPF1 und ein zweites Bandpassfilter BPF2. Der zweite Duplexer DU2 umfasst ein drittes Bandpassfilter BPF3 sowie ein viertes Bandpassfilter BPF4.
3 zeigt schematisch eine Frontend-Schaltung FES, wobei ein weiteres Bandpassfilter WBPF mit dem ersten Anschluss AN1 der Frequenzweiche FW verschaltet ist. Das weitere Bandpassfilter WBPF umfasst einen Eingangsanschluss EIA und einen Ausgangsanschluss AUA. Mit dem Eingangsanschluss EIA ist das weitere Bandpassfilter WBPF mit dem ersten Anschluss AN1 der Frequenzweiche FW verschaltet. Das weitere Bandpassfilter WBPF ist zum Empfang von Satellitenempfangssignalen vorgesehen.
Satellitensignale, zum Beispiel Satellitennavigationssignale wie GPS, Galileo oder GLONASS, können in einem Frequenzbereich zum Beispiel zwischen 1,1 und 1,7 GHz, empfangen werden.
Im Allgemeinen gilt: Der erste Duplexer DU1 umfasst zwei Bandpassfilter. Ein Bandpassfilter arbeitet mit Gleichtaktsignalen, das andere Bandpassfilter arbeitet mit Gegentaktsignalen, bzw. führt eine Konversion von Gegentaktsignalen zu Gleichtaktsignalen durch. Insbesondere kann das mit Gegentaktsignalen arbeitende Bandpassfilter das Empfangsfilter des ersten Duplexers DU1 sein. Es ist aber auch möglich, dass beide Bandpassfilter mit Gegentakt oder beide Bandpassfilter mit Gleichtaktsignalen arbeiten. Analog umfasst der zweite Duplexer DU2 ein Bandpassfilter, das mit Gegentaktsignalen arbeitet und ein Bandpassfilter, das mit Gleichtaktsignalen arbeitet. Vorzugsweise ist der antennenseitige Anschluss von Duplexern immer single-ended. Auch beim zweiten Duplexer DU2 kann es vorgesehen sein, dass das mit Gegentaktsignalen arbeitende Bandpassfilter ein Empfangsfilter der Frontend-Schaltung ist.
4 illustriert das Prinzip einer Kapazitätsbank KB, die im Impedanzanpass-Netzwerk IAN verschaltet sein kann. Eine solche Kapazitätsbank KB umfasst parallel angeordnete kapazitive Elemente KE, welche über Schalter individuell zum Impedanzanpass-Netzwerk hinzu geschaltet werden können. Die Kapazität des Impedanzanpass-Netzwerks entspricht im Wesentlichen der Summe der Kapazitäten der zur Bank hinzu geschalteten kapazitiven Elemente. Die Zahl der kapazitiven Elemente KE ist nicht auf drei beschränkt. Ebenso sind zwei, vier, fünf, sechs, sieben, acht, neun oder zehn oder noch mehr parallel zusammenschaltbare kapazitive Elemente KE oder nur ein einziges kapazitives Element KE möglich. Die Schalter der Kapazitätsbank KB können MEMS-Schalter oder Halbleiterschalter sein. Bei der Auslegung der Kapazität der kapazitiven Elemente KE ist gegebenenfalls die intrinsische Kapazität der Schalter zu berücksichtigen.
Alternativ zur Kapazitätsbank KB ist es auch möglich, stufenlos einstellbare kapazitive Elemente, zum Beispiel Kapazitätsdioden, im Impedanzanpass-Netzwerk IAN zu verschalten.
5 zeigt eine Ausgestaltung, wobei die Impedanz des Impedanzanpass-Netzwerks IAN von einer Logikschaltung LS gesteuert wird. Die Logikschaltung LS ist dazu mit dem Impedanzanpass-Netzwerk IAN verschaltet. Das Impedanzanpass-Netzwerk ist im Signalpfad SP des mobilen Kommunikationsgeräts verschaltet. Die Logikschaltung LS kann die Impedanz des Impedanzanpass-Netzwerks zum Beispiel unter Verwendung einer Look-up-Tabelle steuern.
6 zeigt eine Ausgestaltung, wobei die Impedanz des Impedanzanpass-Netzwerks IAN regelbar ist. Im Signalpfad SP ist ein Impedanzanpassungs-Sensor IAS in Serie zum Impedanzanpass-Netzwerk IAN verschaltet. Eine Logikschaltung LS ist sowohl mit dem Impedanzanpass-Netzwerk IAN als auch mit dem Impedanzanpassungs-Sensor IAS verschaltet. Der Impedanzanpassungs-Sensor IAS meldet die momentane Impedanzanpassung im Signalpfad an die Logikschaltung LS. Unter Verwendung dieser Information und durch Anwendung üblicher und bekannter Algorithmen regelt die Logikschaltung die Impedanz des Impedanzanpass-Netzwerks IAN. Der Unterschied zur Ausgestaltung der 5 ist also der, dass die Impedanz des Impedanzanpass-Netzwerks nicht von vorgegebenen Werten gesteuert sondern in Abhängigkeit von variablen Messwerten geregelt wird.
Eine Frontend-Schaltung ist nicht auf eine der beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Variationen der Frontend-Schaltung, welche zum Beispiel noch weitere Schaltungselemente wie Duplexer, Diplexer, Schalter oder Bandpassfilter oder weitere Signalpfade oder beliebige Kombinationen daraus umfassen, stellen ebenso erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele dar.
Bezugszeichenliste

FES: Frontend-Schaltung
A: Antenne
AA: Antennenanschluss
FW: Frequenzweiche
IAN: Impedanzanpass-Netzwerk
DU1, DU2: erster Duplexer, zweiter Duplexer
AN1, AN2: erster Anschluss der Frequenzweiche, zweiter Anschluss der Frequenzweiche
DI: Diplexer
HPF, LPF: Hochpassfilter, Tiefpassfilter des Diplexers
SW: Schalter
M1, M2: erstes Modul, zweiter Modul
KB: Kapazitätsbank
KE: kapazitives Element
LS: Logikschaltung
IAS: Impedanzanpassungs-Sensor
WBPF: weiteres Bandpassfilter
EIA, AUA: Eingangsanschluss, Ausgangsanschluss der Frequenzweiche
BPF1, BPF2, BPF3, BPF4: erstes, zweites, drittes, viertes Bandpassfilter
SP: Signalpfad

Claims

Frontend-Schaltung (FES) für ein mobiles Kommunikationsgerät, umfassend - eine Antenne (A), einen mit der Antenne (A) verschalteten Antennenanschluss (AA), eine mit dem Antennenanschluss (AA) verschaltete Frequenzweiche (FW) und ein Impedanzanpass-Netzwerk (IAN), das zwischen dem Antennenanschluss (AA) und der Frequenzweiche (FW) verschaltet ist, sowie - einen ersten Duplexer (DU1), der in einem ersten Frequenzbereich arbeitet, und einen zweiten Duplexer (DU2), der in einem zweiten, vom ersten Frequenzbereich verschiedenen Frequenzbereich arbeitet, wobei - die Frequenzweiche (FW) einen ersten Anschluss (AN1), über den sie mit dem ersten Duplexer (DU1) verschaltet ist, und einen zweiten Anschluss (AN2), über den sie mit dem zweiten Duplexer (DU2) verschaltet ist, umfasst, - das Impedanzanpass-Netzwerk (IAN) die Antennenimpedanz an die Impedanz der Frequenzweiche (FW) oder weiterer mit der Frontend-Schaltung verschalteter Schaltungskomponenten des mobilen Kommunikationsgeräts anpasst, - der erste Frequenzbereich ein 1 GHz Frequenzbereich und der zweite Frequenzbereich ein 2 GHz Frequenzbereich ist, - die Frequenzweiche (FW) und der erste Duplexer (DU1) in einem ersten Modul (M1) angeordnet sind, und - der zweite Duplexer (DU2) in einem von dem ersten Modul (M1) verschiedenen zweiten Modul (M2) angeordnet ist, wobei - der erste Duplexer (DU1) und der zweite Duplexer (DU2) jeweils zwei Bandpassfilter aufweisen, von denen eines als Empfangsfilter und das andere als Sendefilter dient, wobei - das Empfangsfilter jedes der beiden Duplexer (DU1, DU2) mit Gegentaksignalen arbeitet oder eine Konversion von Gegentaktsignalen zu Gleichtaktsignalen durchführt, während - das Sendefilter jedes der beiden Duplexer (DU1, DU2) mit Gleichtaktsignalen arbeitet, und wobei die Frontend-Schaltung ferner umfasst: - eine Logikschaltung (LS) und einen Impedanzanpassungs-Sensor (IAS), wobei - der Impedanzanpassungs-Sensor (IAS) zur Detektion des Grades der Impedanzanpassung und zur Übermittlung des Grades der Anpassung an die Logikschaltung (LS) vorgesehen ist und - die Logikschaltung (LS) zur Regelung der Impedanz des Impedanzanpass-Netzwerks (IAN) vorgesehen ist.
Frontend-Schaltung nach dem vorherigen Anspruch, wobei die Frequenzweiche (FW) - entweder einen Diplexer (DI) mit einem mit dem ersten Duplexer (DU1) verschalteten Hochpassfilter (HPF) und einem mit dem zweiten Duplexer (DU2) verschalteten Tiefpassfilter (LPF) umfasst - oder einen Schalter (SW), der den Antennenanschluss (AA) wahlweise über einen ersten Anschluss (AN1) mit dem ersten Duplexer (DU1) oder über einen zweiten Anschluss (AN2) mit dem zweiten Duplexer (DU2) verschalten kann, umfasst.
Frontend-Schaltung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Impedanzanpass-Netzwerk (IAN) eine Kapazitätsbank (KB) mit einzeln zum Impedanzanpass-Netzwerk (IAN) hinzuschaltbaren kapazitiven Elementen (KE) umfasst.
Frontend-Schaltung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Impedanzanpass-Schaltung (IAS) ein kapazitives Element (KE) mit stufenlos einstellbarer Kapazität umfasst.
Frontend-Schaltung nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner umfassend eine Logikschaltung (LS) mit einer Look-up-Tabelle zur Steuerung der Impedanz des Impedanzanpass-Netzwerks (IAN).
Frontend-Schaltung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei einer der Duplexer (DU1, DU2), ausgewählt aus erstem Duplexer (DU1) und zweitem Duplexer (DU2), mit akustischen Oberflächenwellen oder mit geführten akustischen Volumenwellen arbeitet und der jeweils andere Duplexer (DU2, DU1) mit akustischen Oberflächenwellen, mit geführten akustischen Volumenwellen oder mit akustischen Volumenwellen arbeitet.
Frontend-Schaltung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei einer der Duplexer (DU1, DU2), ausgewählt aus erstem Duplexer (DU1) und zweitem Duplexer (DU2), ein CRF-Filter mit Balun-Funktionalität umfasst.
Frontend-Schaltung nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner umfassend einen Balun, wobei der Balun oder Schaltungskomponenten des Baluns in oder auf einem Modulsubstrat angeordnet sind.
Frontend-Schaltung nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner umfassend - ein weiters Bandpassfilter (WBPF) mit einem Eingangsanschluss (EIA) und einem Ausgangsanschluss (AUA), wobei - der Eingangsanschluss (EIA) des weiteren Bandpassfilters (WBPF) mit der Frequenzweiche (FW) verschaltet ist, - das weitere Bandpassfilter (WBPF) mit akustischen Oberflächenwellen, mit geführten akustischen Volumenwellen oder mit akustischen Volumenwellen arbeitet und - das weitere Bandpassfilter (WBPF) Satellitenempfangssignale zum Ausgangsanschluss (AUA) passieren lässt.
Frontend-Schaltung nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner umfassend einen Triplexer, der mit dem Diplexer oder mit einem der Duplexer verschaltet ist.
Frontend-Schaltung nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner umfassend einen weiteren Duplexer, der mit dem Diplexer oder mit einem der Duplexer verschaltet ist.
Frontend-Schaltung nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner umfassend ein Filter, das mit dem Diplexer oder mit einem der Duplexer verschaltet ist.