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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Front-End-Schaltung, die mobilen Kommunikationsgeräten - wie etwa Mobiltelefonen - eine verbesserte Antennenleistungsfähigkeit verleiht, und Verfahren zum Ansteuern einer solchen Front-End-Schaltung.
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Mobile Kommunikationsgeräte benutzen im Allgemeinen Hochfrequenzsignale zur Kommunikation mit entfernten Geräten, wie etwa anderen mobilen Kommunikationsgeräten oder Basisstationen. Moderne mobile Kommunikationsgeräte müssen viele Anforderungen erfüllen. Zu diesen gehören Mehrbandoperationen und Multimodusoperationen. Moderne mobile Kommunikationsgeräte sind gewöhnlich in der Lage, Hochfrequenzsignale zu mehreren Sendern oder Empfängern zu senden bzw. diese von ihnen zu empfangen. Insbesondere Kommunikationsgeräte, die in verschiedenen Frequenzbändern operieren, umfassen in einigen Fällen mehrere verschiedene Antennen, um in verschiedenen Frequenzbändern betreibbar zu sein. Solche Kommunikationsgeräte können Stabantennen oder Patchantennen umfassen, wie PIFA (Planar Inverted F-Antenna) oder PILA (Planar Inverted L-Antenna). Da Antennen Hochfrequenzkomponenten sind, die mit Hochfrequenzsignalen in Wechselwirkung treten, scheint nachträgliche Wechselwirkung zwischen verschiedenen Antennen im Allgemeinen unvermeidbar zu sein.
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US 7,301,502 B2 betrifft eine Antennenanordnung, die in zwei verschiedenen Frequenzbändern betreibbar ist aber eine einzige Antenne benutzt. Um der einzigen Antenne die Möglichkeit zu verleihen, in zwei Frequenzbändern zu operieren, wird ein zusätzliches Antennenabstimmelement vorgesehen, das sich neben der Antenne befindet, um die Antennenleistungsfähigkeit mit Bezug auf Betrieb in zwei verschiedenen Frequenzbändern zu verbessern.
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Da jede Antenne jedoch im Allgemeinen nur ein Frequenzband um ihre Resonanzfrequenz herum mit einer optimalen Strahlungseffizienz aufweist, kann es bevorzugt sein, mindestens zwei verschiedene Antennen zu benutzen, um zufriedenstellende Antennenleistungsfähigkeit zu erzielen.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist deshalb die Bereitstellung einer Front-End-Schaltung zur Verwendung mit mindestens zwei verschiedenen Antennen in einem entsprechenden mobilen Kommunikationsgerät mit einer verbesserten Antennenleistungsfähigkeit.
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Die vorliegende Erfindung stellt eine Front-End-Schaltung bereit, die einen Signalpfad, einen ersten Antennenport und einen zweiten Antennenport umfasst. Mit dem ersten Antennenport ist ein erster Antennenschalter elektrisch verbunden. Mit dem Signalpfad ist ein zweiter Antennenport elektrisch verbindbar oder elektrisch verbunden. Mit dem ersten Antennenschalter ist eine Antennenabschlussschaltung elektrisch verbunden. Die Antennenabschlussschaltung besitzt ein Impedanzelement, das aus einem Widerstandselement, einem kapazitiven Element, einem induktiven Element und einer LCR-Schaltung ausgewählt wird. Der erste Antennenschalter verbindet den ersten Antennenport mit der Antennenabschlussschaltung elektrisch, wenn der Signalpfad elektrisch mit dem zweiten Antennenport verbunden ist.
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Wenn die zweite Antenne im Gebrauch ist und zum Beispiel elektrisch mit dem Signalpfad verbunden ist, indem sich Hochfrequenzsignale zu oder von der Antenne ausbreiten, wird die Antennenabschlussschaltung elektrisch mittels des ersten Antennenschalters mit der ersten Antenne verbunden. Die erste Antenne kann jedoch nicht in Gebrauch sein, was bedeutet, dass die erste Antenne möglicherweise keine Hochfrequenzsignale sendet oder empfängt. Die Erfinder erkannten, dass eine nachträgliche Verstimmung einer aktiven Antenne durch eine undefinierte inaktive Antenne verringert oder sogar verhindert werden kann. Die tatsächliche Menge der Verringerung der nachträglichen Wechselwirkung hängt von dem genauen Impedanzwert des Impedanzelements der Antennenabschlussschaltung ab.
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Moderne mobile Kommunikationsgeräte, die in verschiedenen Frequenzbändern betreibbar sind und/oder Multimodusbetrieb bereitstellen und bei denen nachträgliche gegenseitige Wechselwirkung verschiedener Antennen auftritt, umfassen bereits intrinsisch Mittel, die zum Verringern der nachträglichen Wechselwirkung verwendet werden können: Die zweite Antenne, die Wechselwirkung verursacht, kann benutzt werden, um die primäre Wechselwirkung zu verringern oder zu verhindern. Das dargestellte Verfahren zum Verhindern oder Verringern unerwünschter Wechselwirkung zwischen zwei Antennen ist somit relativ günstig und einfach zu implementieren.
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In einer Ausführungsform stellt die Antennenabschlussschaltung einen auswählbaren Zustand oder mehrere individuelle auswählbare Zustände bereit, die aus einem offen abgeschlossenen Zustand, einem Kurzschluss-abgeschlossenen Zustand und einem individuell abgeschlossenen Zustand für die Antenne ausgewählt werden. Die Anzahl auswählbarer Zustände kann 1, 2, 3 oder mehr betragen. In dem individuell abgeschlossenen Zustand verbindet der erste Antennenschalter das Impedanzelement der Antennenabschlussschaltung elektrisch mit dem ersten Antennenport. Es wird bevorzugt, dass der eine oder die mehreren von mehreren individuell auswählbaren Zuständen einen 50-Ohm-Abschluss für die verbundene Antenne bereitstellen. Der mindestens eine auswählbare Zustand ist somit zusätzlich zu einer Verbindung mit dem Signalpfad auswählbar.
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Der Ausdruck „offen abgeschlossener Zustand“ bedeutet einen Abschluss, dessen Absolutwert der Abschlussimpedanz im Prinzip unendlich, d.h. in der Realität sehr groß ist. Im Gegensatz dazu bedeutet der Ausdruck „Kurzschlussabgeschlossener Zustand“ einen Abschlusszustand einer Impedanz von im Wesentlichen null. Der Kurzschlussabgeschlossene Zustand wird bei einer einfachen Ausführungsform durch eine direkte Verbindung des ersten Antennenports mit Masse realisiert. Der offen abgeschlossene Zustand wird durch elektrisches Isolieren des Antennenports von anderen elektrischen Schaltungskomponenten der Front-End-Schaltung realisiert.
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In vielen Fällen kann der wichtigste Abschlusszustand gemäß der Erfindung jedoch der individuell abgeschlossene Zustand sein. Der Ausdruck „individuell abgeschlossener Zustand“ bedeutet einen Abschlusszustand, der durch eine feste Impedanz endlichen Widerstands und endlicher Reaktanz gekennzeichnet ist. Die Front-End-Schaltung kann entsprechende Widerstands-, kapazitive oder induktive Elemente oder Netzwerke mit solchen Elementen bereitstellen, um einen optimalen individuellen Abschluss des ersten Antennenports zu erzielen. Die Front-End-Schaltung kann mehrere verschiedene LCR-Elemente oder LCR-Netzwerke und jeweilige Schalter umfassen, um verschiedene individuelle Abschlusszustände bereitzustellen. Eine optimierte Abschlussimpedanz der inaktiven Antenne kann von der Frequenz und/oder dem Übertragungsmodus der jeweiligen Antenne und der genauen geometrischen Form der ersten und der zweiten Antenne abhängen.
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In einer Ausführungsform umfasst die Front-End-Schaltung ferner ein Filter, das passive Elemente aufweist und aus den folgenden ausgewählt wird: einem Bandpassfilter, einem Hochpassfilter, einem Tiefpassfilter. Das Filter ist elektrisch mit dem Signalpfad verbunden. Das Filter ist mindestens Teil des Impedanzelements der Antennenabschlussschaltung. Das Filter kann das Impedanzelement der Antennenabschlussschaltung sein.
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Das Filter besitzt passive Elemente oder mehrere passive Elemente, die als ein Bandpassfilter, ein Hochpassfilter oder ein Tiefpassfilter für eines der Frequenzbänder des mobilen Kommunikationsgeräts dienen können. Wenn die aktive Antenne in einem Frequenzband operiert, das nicht das operative Frequenzband des Filters ist, zeigt das Filter möglicherweise kein resonierendes Verhalten, das im Allgemeinen durch „null“ oder „unendliche“ Impedanz (d.h. Resonanz bzw. Antiresonanz) gekennzeichnet ist. Somit kann das Filter eine Antennenabschlussschaltung für die inaktive Antenne bereitstellen, die eine Impedanz aufweist, die mit der Frequenz nicht viel variiert und somit gut dafür geeignet ist, eine stabile Abschlussschaltung bereitzustellen.
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In einer Ausführungsform umfasst die Antennenabschlussschaltung abstimmbare kapazitive Elemente. Solche Elemente können RF-MEMS-Kondensatoren mit einer einstellbaren Kapazität sein. Es sind aber auch Kondensatoren möglich, die BST (Barium-Strontium-Titanat) oder ein ferroelektrisches Material umfassen. Die Antennenabschlussschaltung kann auch eine Bank von Kondensatoren umfassen, die selektiv z.B. mittels MEMS-Schaltern, Halbleiterschaltern oder einem Festkörperschalter mit der Front-End-Schaltung verbindbar sind.
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In einer Ausführungsform umfasst die Front-End-Schaltung ein Filter, das ein Bandpassfilter ist, das mit akustischen Wellen arbeitet. Das Filter ist über den ersten Antennenschalter elektrisch mit einem inaktiven der zwei Antennenports verbindbar. Ein aktiver Antennenport sendet oder empfängt Signale in einem Frequenzband, das sich nicht mit dem Durchlassband des Filters überlappt.
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Filter wie Bandpassfilter, die mit akustischen Wellen (d.h. Oberflächenwellen, SAW; Bulk-Akustikwellen, BAW) arbeiten, umfassen gewöhnlich Elektroden, die auf einer oder zwei Oberflächen eines piezoelektrischen Substrats angeordnet sind. Das Impedanzverhalten eines mit akustischen Wellen in dem aktiven Frequenzbereich, d.h. in dem Durchlassband des Filters, arbeitenden Bandpassfilter ist aufgrund der elektroakustischen Wechselwirkungen mit Hochfrequenzsignalen komplex. In einem Frequenzbereich, der sich nicht mit dem Durchlassband eines Bandpassfilters überlappt, wirkt das jeweilige Filter jedoch als eine Impedanzkomponente, zum Beispiel als eine kapazitive Komponente, aufgrund der Elektronenstruktur, die als Elektroden eines kapazitiven Elements wirkt. Da solche Filter gewöhnlich in Front-End-Schaltungen zum Filtern von Hochfrequenzsignalen enthalten sind, ermöglicht die Verwendung solcher Filter in Antennenabschlussschaltungen eine Verbesserung der jeweiligen Antennenleistungsfähigkeit der aktiven Antenne, ohne dass weitere Integration zusätzlicher Impedanzkomponenten notwendig ist.
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Da Miniaturisierung ein wesentlicher Aspekt beim Entwurf von Front-End-Schaltungen ist, wird es bevorzugt, Schaltungskomponenten zu benutzen, die bereits in einer Front-End-Schaltung enthalten sind und die es nicht notwendig machen, weitere Schaltungselemente zu integrieren.
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In einer Ausführungsform umfasst die Front-End-Schaltung Signalleitungen und Schalter, wobei - wenn ein Antennenport inaktiv ist, während ein anderer Antennenport aktiv ist - mindestens ein inaktiver Antennenport über den ersten Antennenschalter elektrisch mit zwei Abschlusszuständen verbindbar ist, die aus einem ausschließlich offen abgeschlossenen Zustand, einem ausschließlich Kurzschluss-abgeschlossenen Zustand und einem ausschließlich individuell abgeschlossenen Zustand ausgewählt werden.
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Eine Front-End-Schaltung, die das Wählen des Abschlusszustands der inaktiven Antenne ermöglicht, führt ferner zu einer verbesserten Front-End-Schaltung und zu einem verbesserten Kommunikationsgerät, da der Freiheitsgrad des Abschlusszustands vergrößert wird.
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In einer Ausführungsform besitzt die Antennenabschlussschaltung der Front-End-Schaltung mindestens zwei Kurzschlussabgeschlossene Verbindungen mit Masse, ferner umfassend Signalleitungen und Antennenschalter zum elektrischen Verbinden eines inaktiven Antennenports mit mindestens zwei Kurzschluss-abgeschlossenen Verbindungen.
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Es kann bevorzugt sein, dass die Abschlussimpedanz einen Absolutwert aufweisen kann, der so niedrig wie möglich ist. Obwohl Masse als ein elektromagnetisches Potential mit der Impedanz null betrachtet werden kann, weisen jeweilige elektrische Verbindungen gewöhnlich parasitäre Kapazitäten, parasitär und endliche Widerstandswerte auf. Durch gleichzeitiges Verbinden des inaktiven Antennenports mit mindestens zwei Kurzschluss-abgeschlossenen Verbindungen wird der Widerstand zwischen dem Antennenport und Masse verringert.
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In einer Ausführungsform umfasst die Front-End-Schaltung zwei Antennen, die mit den jeweiligen Antennenports verbunden sind, wobei die Antennen aus den folgenden ausgewählt werden: einer Patch-Antenne, einer Umgedrehtes-L-Antenne (ILA: Inverted L Antenna), einer Umgedrehtes-F-Antenne (IFA: Inverted F Antenna), einer planaren Umgedrehtes-L-Antenne (PILA: Planar Inverted L Antenna), einer planaren Umgedrehtes-F-Antenne (PIFA: Planar Inverted F Antenna) und einer Stabantenne.
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Insbesondere besitzen Patch-Antennen wie PILAs oder PIFAs aufgrund ihres jeweiligen großen Patches im Vergleich zu Stabantennen eine stärkere elektromagnetische Wechselwirkung.
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In einer Ausführungsform wird die Front-End-Schaltung in einem Mehrband-Kommunikationsgerät implementiert und benutzt.
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In einer Ausführungsform besitzt die Front-End-Schaltung eine Antennenabschlussschaltung, die verschiedene individuelle abgeschlossene Zustände bereitstellt. Das Wählen und Auswählen des tatsächlichen individuellen abgeschlossenen Zustands kann von der Frequenz eines aktiven Antennenports, dem Übertragungsmodus, den Arten von aktiven und inaktiven Antennen, der Frage, ob eine Antenne Daten sendet oder empfängt, dem Ausmaß der Wechselwirkung zwischen aktiven und inaktiven Antennen abhängen.
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In einer Ausführungsform der Front-End-Schaltung werden Schalter aus der folgenden Gruppe ausgewählt: FET-Schalter (FET = Feldeffekttransistor), MEMS-Schalter (MEMS = mikroelektromechanisches System), CMOS-Schalter (CMOS = Komplementär-Metalloxidhalbleiter), HEMTs (HEMT = Hochelektronenmobilitätstransistor), PHEMTs (PHEMT = pseudomorpher Hochelektronenmobilitätstransistor), JPHEMTs (JPHEMT = pseudomorphischer Sperrschicht-Hochelektronenmobilitätstransistor), SOS-Schalter (Silizium auf Saphir) und galvanische Schalter.
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In einer Ausführungsform werden die Antennenschalter der Front-End-Schaltung durch eine Logikschaltung gesteuert, die in einem Chipsatz des jeweiligen mobilen Kommunikationsgeräts über GPIO (General Purpose Input Output = Vielzweck-Eingabe-Ausgabe) oder SPI (Serial Peripheral Interface bus = serieller Peripherie-Schnittstellenbus) oder RF-Bus implementiert wird. Der Chipsatz ist Teil der Front-End-Schaltung.
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In einer Ausführungsform werden die Antennenschalter der Front-End-Schaltung durch Verwendung einer Modustabelle gesteuert.
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Modustabellen lehren, wie ein jeweiliger Antennenabschluss abhängig von bestimmten Kriterien auszuwählen ist. Sie erlauben es einer Logikschaltung, zu bestimmen, ob die inaktive Antenne elektrisch durch Schalter mit einem offen abgeschlossenen Zustand, einem Kurzschluss-abgeschlossenen Zustand oder einem von mehreren individuell abgeschlossenen Zuständen verbunden wird. Eine Modustabelle kann Betriebsfrequenzen der inaktiven oder der aktiven Antenne berücksichtigen. Sie kann ferner die geometrischen Details und die jeweilige Distanz zwischen den Antennen berücksichtigen und sie kann ferner den Ladezustand der Batterie berücksichtigen. Wenn z.B. der Batteriezustand niedrig ist, kann der Prozess des Abstimmens der inaktiven Antenne abgebrochen werden, um Energie zu sparen. Oder wenn der Batteriezustand niedrig ist, kann der Prozess des Abstimmens der inaktiven Antenne intensiviert werden, um nicht durch fehlangepasste Antenne Energie zu verschwenden. Beide Fälle sind möglich und können von den genauen Umständen abhängen.
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In einer Ausführungsform besitzt die Front-End-Schaltung eine erste Antenne, die elektrisch mit dem ersten Antennenport verbunden ist, und eine zweite Antenne, elektrisch mit dem zweiten Antennenport verbunden. Die zweite Antenne besitzt eine Resonanzfrequenz in einem ersten Frequenzband. Die erste Antenne besitzt eine Resonanzfrequenz in einem anderen Frequenzband. Das erste Frequenzband kann aus dem 1-GHz-Frequenzband und dem 2-GHz-Frequenzband ausgewählt sein. Dann besitzt die erste Antenne eine Resonanzfrequenz in dem jeweiligen anderen Frequenzband.
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Ein mobiles Kommunikationsgerät, das in einem Frequenzband des 1-GHz-Bereichs und in einem Frequenzband des 2-GHz-Bereichs betreibbar sein soll, kann für jedes Frequenzband eine Antenne, aber mindestens zwei Antennen umfassen. Die Frequenzbänder können sich mindestens teilweise überlappen. Die Frequenzbänder brauchen sich aber nicht zu überlappen.
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In einer Ausführungsform wird die Front-End-Schaltung in einem Gerät für drahtlose Anwendungen implementiert. Das Gerät kann ein Mobiltelefon, ein Smartphone, ein Bluetooth-Gerät, ein GPS-Empfänger (GPS = Global Positioning System), ein DVB-T-Empfänger (DVB-T = Digital Video Broadcasting - Terrestrial = digitale Videoausstrahlung - terrestrisch) oder ein DVB-H-Empfänger (DVB-H = Digital Video Broadcasting - Handheld = digitale Videoausstrahlung - Handgeräte) sein. Im Allgemeinen kann das Gerät ein Diversitätsempfänger sein, der zusätzlich zu Audioinformationen Informationen empfängt. Das Gerät kann ein MIMO-Gerät (Multiple Input Multiple Output = mehrere Eingänge, mehrere Ausgänge) sein.
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Ein Verfahren zum Ansteuern einer entsprechenden Front-End-Schaltung umfasst die folgenden Schritte:
- - Bestimmen mindestens eines aktiven Antennenports,
- - Bestimmen mindestens eines inaktiven Antennenports,
- - Konsultieren einer Modustabelle hinsichtlich optimaler Antennenleistungsfähigkeit,
- - Abschließen mindestens eines inaktiven Antennenports auf offene, Kurzschluss- oder individuelle Weise gemäß der Modustabelle über Auswählen und Setzen des entsprechenden Schaltzustands der jeweiligen Antennenschalter.
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Die vorliegende Erfindung wird aus der nachfolgend angegebenen ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen besser verständlich. Es zeigen:
- 1 Schaltkreise gemäß der Grundidee der vorliegenden Erfindung,
- 2 die Anordnung von nachteilig gekoppelten Antennen,
- 3 eine Ausführungsform der Antennenabschlussschaltung,
- 4 eine komplexere Ausführungsform der Antennenabschlussschaltung,
- 5 Einzelheiten hinsichtlich der Schalter,
- 6 eine Ausführungsform mit einer zusätzlichen Antenne
- 7 die frequenzabhängigen Strahlungseffizienzen (dB) an dem Abschlusszustand.
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Ausführliche Beschreibung
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1 zeigt Schaltkreise gemäß der Grundidee der Erfindung. Eine Front-End-Schaltung FEC ist in einem Front-End-Modul FEM gebildet. Die Front-End-Schaltung FEC umfasst eine Antennenabschlussschaltung ATC, einen ersten Antennenschalter AS1 und einen zweiten Antennenschalter AS2. Der erste Antennenschalter AS1 verbindet die Antennenabschlussschaltung ATC elektrisch mit einem ersten Antennenport AP1. Der zweite Antennenschalter AS2 verbindet einen Signalpfad SP elektrisch mit einem zweiten Antennenport AP2.
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Der erste Antennenport AP1 kann mit einer ersten Antenne verbunden sein und der zweite Antennenport AP2 kann mit einer zweiten Antenne verbunden sein. Wenn die zweite Antenne im Gebrauch ist und Hochfrequenzsignale über den Signalpfad SP empfängt oder sendet, ist die erste Antenne inaktiv, und der erste Antennenschalter AS1 verbindet die erste Antenne elektrisch mit der Antennenabschlussschaltung ATC, um nachteilige elektromagnetische Wechselwirkung zwischen der ersten und der zweiten Antenne zu verringern.
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2 zeigt ein Front-End-Modul FEM mit einer Front-End-Schaltung FEC mit einem ersten Antennenschalter AS1, einem zweiten Antennenschalter AS2 und einer Antennenabschlussschaltung ATC. Der zweite Antennenschalter AS2 verbindet eine erste Signalleitung SL1 elektrisch mit einer zweiten Antenne AN2. Der erste Antennenschalter AS1 verbindet eine erste Antenne AN1 elektrisch entweder mit einer Antennenabschlussschaltung ATC oder mit einer zweiten Signalleitung SL2. Der Signalpfad der Front-End-Schaltung besteht aus der ersten und der zweiten Signalleitung SL1, SL2. „IN“ bedeutet elektromagnetische Wechselwirkung zwischen der ersten Antenne AN1 und der zweiten Antenne AN2, zumindest wenn die zweite Antenne AN2 aktiv ist. Wenn nachteilige Wechselwirkung zwischen den zwei Antennen besteht, verbindet der erste Antennenschalter vorzugsweise die erste Antenne AN1 elektrisch mit der Antennenabschlussschaltung ATC, wenn die erste Antenne nicht im Gebrauch ist, d.h. wenn die erste Antenne keine Hochfrequenzsignale über den zweiten Signalpfad SL2 empfängt oder sendet. Die Antennenabschlussschaltung ATC verbessert die Wechselwirkung zwischen den Antennen oder verringert nachteilige Wechselwirkung zwischen den zwei Antennen AN1 und AN2.
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3 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Front-End-Schaltung FEC eine Antennenabschlussschaltung ATC umfasst, die im Vergleich zu der Antennenabschlussschaltung von 2 verbessert ist. Die Antennenabschlussschaltung ATC umfasst einen offenen Port OP, einen Masseport GND und ein Hochfrequenzfilter, das ein Hochpassfilter oder ein Tiefpassfilter des ersten Signalpfads sein kann. Wenn der zweite Antennenschalter AS2 den zweiten Signalpfad SL2 elektrisch mit der zweiten Antenne AN2 verbindet und die zweite Antenne AN2 aktiv ist, d.h. Hochfrequenzsignale über den zweiten Signalpfad SL2 empfängt oder sendet, und wenn die erste Antenne AN1 inaktiv ist, gibt es drei verschiedene mögliche Abschlusszustände für die erste inaktive Antenne. Die erste Antenne AN1 kann elektrisch mit dem offenen Zustand verbunden sein, der hauptsächlich unendliche Impedanz aufweist, kann elektrisch mit Masse GND verbunden sein, die hauptsächlich eine Impedanz von null aufweist, und kann elektrisch mit dem Filter FI in dem ersten Signalpfad als ein Element der Antennenabschlussschaltung ATC verbunden sein. Das Schalten zwischen diesen drei Zuständen wird durch den ersten Antennenschalter AS1 durchgeführt. Hochfrequenzfilter, die in Signalpfaden von Front-End-Schaltungen enthalten sind, umfassen gewöhnlich Impedanzelemente wie etwa kapazitive Elemente, induktive Elemente oder Netzwerke, die solche passiven Komponenten umfassen. Wenn das Filter FI mit Bezug auf einen guten Abschlusszustand ordnungsgemäß ausgelegt ist, stellt es eine feste Abschlussimpedanz für die erste Antenne bereit, die negative und/oder nachteilige Wechselwirkung zwischen der ersten und der zweiten Antenne AN1, AN2 drastisch verringert.
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4 zeigt eine Ausführungsform der Antennenabschlussschaltung ATC, wobei die Front-End-Schaltung eine erste, eine zweite und eine dritte Signalleitung umfasst. Bei dieser beispielhaften Ausführungsform umfasst die erste Signalleitung SL1 ein Tiefpassfilter, die zweite Signalleitung SL2 ein Hochpassfilter und die dritte Signalleitung SL3 ein Bandpassfilter. Der erste Antennenschalter AS1 kann den ersten Antennenport elektrisch entweder mit einem offen abgeschlossenen Zustand OP oder mit einem Massezustand GND (dem Kurzschluss-abgeschlossenen Zustand) oder mit mindestens einem Impedanzelement des Bandpassfilters der dritten Signalleitung (als den individuell abgeschlossenen Zustand) verbinden, zum Beispiel wenn die zweite Antenne im Gebrauch ist und die erste und die dritte Antenne inaktiv sind. In einer anderen Situation kann die zweite Antenne inaktiv sein und es besteht eine nachteilige Wechselwirkung zwischen einer zweiten Antenne, die elektrisch mit der zweiten Signalleitung SL2 verbunden ist, und entweder einer ersten Antenne, die elektrisch mit der ersten Signalleitung verbunden ist, oder einer dritten Antenne, die elektrisch mit der dritten Signalleitung SL3 verbunden ist. Der zweite Antennenschalter AS2 gibt der Front-End-Schaltung die Möglichkeit eines unterschiedlichen Antennenabschlusses der zweiten Antenne AN2. Der zweite Antennenschalter AS2 kann die zweite Antenne AN2 elektrisch entweder mit einem offen abgeschlossenen Zustand, einem Kurzschluss-abgeschlossenen Zustand oder Impedanzelementen des Hochpassfilters in der zweiten Signalleitung verbinden.
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Die in 1 bis 4 dargestellten Ausführungsformen sind lediglich beispielhaft mit Bezug auf die Grundidee der vorliegenden Erfindung. Jeder Antennenschalter, der elektrisch mit einem Antennenport verbunden ist, kann verschiedene Abschlusszustände für die jeweilige Antenne bereitstellen. Solche Abschlusszustände können aus offen abgeschlossen, Kurzschluss-abgeschlossen oder individuell abgeschlossenen ausgewählt werden. Ferner sind mehrere individuell abgeschlossene Zustände möglich.
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5 zeigt einen Teil einer Ausführungsform einer Antennenabschlussschaltung ATC mit mehreren Schaltern. Ein Antennenport kann elektrisch über Schalter SW1a und SW1b mit einer ersten Signalleitung SL1 oder über Schalter SW2a und SW2b mit einer zweiten Signalleitung SL2 verbunden werden. Er kann ferner über Schalter SW3a und SW3b elektrisch mit einer dritten Signalleitung SL3 verbunden werden. Wenn der Antennenport in einen offen abgeschlossenen Zustand geschaltet werden soll, müssen die Schalter SW0, SW1a, SW2a und SW3a den Antennenport elektrisch mit dem jeweiligen offenen Zustand verbinden. Wenn der Antennenport mit einem Kurzschluss-Abschlusszustand verbunden werden soll, müssen die Schalter SW1a, SW2a und SW3a die elektrische Verbindung mit den Schaltern SW1b, SW2b bzw. SW3b herstellen. Die Schalter SW1b, SW2b und SW3b verbinden den Antennenport dann elektrisch mit Masse.
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In der Realität stellt eine elektrische Verbindung mit Masse keine Impedanz von genau null Ω bereit, sondern weist einen bestimmten kleinen endlichen Widerstand auf. Da es mehrere parallele Verbindungen mit einem „Masse“-Zustand gibt, trägt jede der individuellen Masseverbindungen zu der Verringerung des Absolutwerts der realen Impedanz bei und trägt deshalb zu einer Approximierung des gewünschten Null-Ω-Zustands bei.
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6 zeigt ein drahtloses Gerät WD, das ein erstes Modul M1 mit einer ersten Antenne AN1 und einer zweiten Antenne AN2 und ein zweites Modul M2 mit einer dritten Antenne AN3 benutzt. Das erste Modul M1 kann eine Front-End-Schaltung eines mobilen Kommunikationsgeräts sein und das zweite Modul M2 kann ein anderes drahtloses Gerät sein, zum Beispiel ein Diversitäts- (=Diversity-)/DVB-H-/GPS-/FM- oder ähnlicher Empfänger sein. Das zweite Modul M2 kann somit zum Beispiel eine komplementäre Funktionalität auf ein mobiles Kommunikationsgerät anwenden. Nachteilige Wechselwirkung kann zwischen der ersten AN1 und zweiten AN2 Antenne stattfinden, zwischen der ersten AN1 und der dritten AN3 Antenne und zwischen der zweiten AN2 und der dritten AN3 Antenne. Gemäß dem Prinzip der vorliegenden Erfindung kann jede Antenne elektrisch mit einer Antennenabschlussschaltung verbunden werden, die nachteilige Wechselwirkung einer aktiven Antenne verringert, indem mindestens eine inaktive Antenne, die aus der ersten, der zweiten und der dritten Antenne ausgewählt wird, abgeschlossen wird.
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7 zeigt die berechnete Strahlungseffizienz einer aktiven Antenne, die sich in der Nähe einer inaktiven Antenne befindet. „IL1“ bedeutet die frequenzabhängige Strahlungseffizienz, wobei die angrenzende inaktive Antenne individuell abgeschlossen ist; „IL2“ bedeutet die frequenzabhängige Strahlungseffizienz, wobei die angrenzende inaktive Antenne offen abgeschlossen ist und „IL3“ bedeutet die frequenzabhängige Strahlungseffizienz einer aktiven Antenne, wobei die angrenzende inaktive Antenne Kurzschluss-abgeschlossen ist. Wie deutlich zu sehen ist, weist der Kurzschluss-Abschluss der inaktiven Antenne (vgl. IL3) bei Frequenzen, die höher als ungefähr 2000 MHz sind, hohe Strahlungseffizienz auf, aber bei niedrigeren Frequenzen schlechtere, d.h. niedrige Strahlungseffizienz.
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Im Gegensatz dazu weist die aktive Antenne bei niedrigeren Frequenzen, d.h. Frequenzen unter 2000 MHz bessere, d.h. höhere Strahlungseffizienz auf, wenn die inaktive Antenne individuell abgeschlossen ist (IL1), aber die Strahlungseffizienz für Frequenzen von mehr als 2000 MHz ist schlechter als die Strahlungseffizienz IL3 und verschlechtert sich mit zunehmender Frequenz weiter.
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„IL2“ bedeutet eine Strahlungseffizienz, die unter den drei Optionen für Frequenzen von weniger als 2000 MHz optimal ist aber schlechter als die Strahlungseffizienz der offen abgeschlossenen angrenzenden Antenne gemäß „IL3“ bei Frequenzen von mehr als ungefähr 2000 MHz ist.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die inaktive Antenne für Frequenzen unter 2000 MHz in einem offen abgeschlossenen Zustand gemäß IL2 und für höhere Frequenzen einem Kurzschluss-abgeschlossenen Zustand gemäß IL3 elektrisch abzuschließen.
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In anderen Situationen kann es jedoch vorzuziehen sein, eine inaktive Antenne mit einer individuell optimierten Impedanz abzuschließen.
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Die vorliegende Erfindung offenbart Mittel zum Verringern von nachteiligen Wechselwirkungen zwischen einer aktiven Antenne und einer inaktiven Antenne durch bevorzugte Abschlusszustände der inaktiven Antenne. Das Grundkonzept hängt nicht von Einzelheiten bezüglich Antennenschaltern oder jeweiligen Antennenabschlussschaltungen ab. Ferner ist die Erfindung nicht auf die Ausführungsformen oder die beigefügten Figuren beschränkt. Insbesondere sind Ausführungsformen auf der Basis verschiedener Antennenabschlusszustände und/oder -schaltungen möglich. Somit sind zahlreiche Varianten möglich, die von den Figuren abweichen, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.
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Bezugszeichenliste
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- FEM
- Front-End-Modul
- FEC
- Front-End-Schaltung
- ATC
- Antennenabschlussschaltung
- AS1, AS2, AS3
- erster, zweiter, dritter Antennenschalter
- AP1, AP2, AP3
- erster, zweiter, dritter Antennenport
- SP, SP1, SP2, SP3
- Signalpfad; erster, zweiter, dritter Signalpfad
- AN1, AN2, AN3
- erste, zweite, dritte Antenne
- SP
- Signalpfad
- IN
- Wechselwirkung/elektromagnetische Wechselwirkung
- OP
- offener Schaltkreis
- GND
- Masse
- FI
- Filter
- SL1, SL2, SL3
- erste, zweite, dritte Signalleitung
- SW1a, SW1b
- erster und zweiter Schalter in einer ersten Signalleitung
- SW2a, SW2b
- erster und zweiter Schalter in einer zweiten Signalleitung
- SW3a, SW3b
- erster und zweiter Schalter in einer dritten Signalleitung
- M1, M2
- erstes, zweites Modul
- WD
- drahtloses Gerät
- IL1, IL2, IL3
- erste, zweite, dritte frequenzabhängige Strahlungseffizienz
