DE112010000798T5

DE112010000798T5 - Zeitmultiplex-frontend-modul

Info

Publication number: DE112010000798T5
Application number: DE112010000798T
Authority: DE
Inventors: Thomas Knecht; Glen Reeser
Original assignee: CTS Corp
Current assignee: CTS Corp
Priority date: 2009-02-10
Filing date: 2010-02-22
Publication date: 2012-08-16
Also published as: KR20120109670A; WO2010093574A1; US20100203922A1

Abstract

Ein Frontend-Modul zur Verwendung in einer drahtlosen Basisstation, wie einer Pikozelle, umfasst ein Gehäuse, das einen Hohlraum für einen Träger eingrenzt. Ein erster Abschnitt auf dem Träger definiert einen Signal-Sendepfad und umfasst wenigstens die folgenden diskreten elektronischen Komponenten: ein Bandpassfilter, einen Leistungsverstärker und einen Koppler. Ein zweiter Abschnitt auf dem Träger definiert einen Signal-Empfangspfad und umfasst wenigstens die folgenden diskreten elektronischen Komponenten: ein Bandpassfilter und einen Low-Noise-Verstärker. Ein Schalter auf dem Träger verbindet den ersten und den zweiten Abschnitt mit einem Antennenanschluss, und eine Wand in dem Gehäuse erstreckt sich durch einen Schlitz in dem Träger, um die Komponenten in dem ersten und dem zweiten Abschnitt zu trennen. Anschlüsse erstrecken sich durch eine Außenwand des Gehäuses und sind in Kontakt mit dem Träger.

Description

Bezugnahme auf verwandte Anmeldung
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität des Anmeldetags und der Offenbarung der U.S. Provisional Application Nr. 61/207,287, die am 10. Februar 2009 eingereicht wurde. Auf diese Schrift und alle darin zitierten Schriften wird ausdrücklich Bezug genommen.
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Modul und spezieller ein Zeitmultiplex-Radiofrequenz(RF)-Modul, das sich als Frontend einer Mobilfunk-Basisstation eignet, wie eine WiMax-Basisstation für die drahtlose Kommunikation in Pikozellen.
Hintergrund der Erfindung
Heute sind vier Arten von Basisstationen oder Systemen für die mobile/drahtlose Kommunikation für die Übertragung und den Empfang von mobilen/drahtlosen Kommunikationssignalen auf der Basis von LTE, UMTS und WiMax im Einsatz. Makrozellen, die heute auf Masten für die mobile/drahtlose Kommunikation sitzen, geben eine Leistung von ungefähr 100 Watt ab. Die Abdeckung von Makrozellen liegt im Bereich von Meilen. Mikrozellen, die kleiner sind als Makrozellen, eignen sich für die Anordnung zum Beispiel auf Telefonmasten, und ihre Abdeckung liegt im Bereich von Wohnblöcken. Mikrozellen erzeugen eine Leistung von ungefähr 20 Watt. Eine noch kleinere Mikrozelle liefert eine Leistung von ungefähr 5 Watt. Pikozellen sind Basisstationen mit einer Größe von ungefähr 8 Inch × 18 Inch und eignen sich zu Verwendung innerhalb von Gebäuden, wie Einkaufszentren, Bürogebäuden oder dergleichen. Sie erzeugen eine Leistung von ungefähr 0,25 bis 1 Watt. Die Abdeckung einer Pikozelle beträgt ungefähr 50 Yard. Femtozellen erzeugen eine Leistung von ungefähr 0,10 Watt und werden in Privathäusern genutzt.
Pikozellen und Mikrozellen, die heute im Einsatz sind, umfassen üblicherweise eine Hauptplatine oder ein ”Motherboard”, auf dem von einem Kunden verschiedene elektrische Komponenten individuell montiert wurden. Ein Frontend-Abschnitt des Motherboards (d. h. sein RF-Transceiver, der ungefähr zwischen der Pikozellenantenne und seinen Mischern liegt) wird im Stand der Technik heute als das ”Frontend” bezeichnet, d. h. ein Teil der Femtozelle, Pikozelle oder Mikrozelle, in dem alle elektrischen Komponenten für die Funkfrequenzsteuerung, wie z. B. die Filter, Verstärker, Koppler, Induktivitäten und dergleichen, individuell montiert und miteinander verbunden sind.
Während sich die Konfiguration und Struktur der heutigen Motherboards für die meisten Anwendungen als zufriedenstellen erwiesen hat, ergeben sich gewisse Nachteile hinsichtlich der Leistungsfähigkeit, der Kosten im Zusammenhang mit der Anordnung einzelner RF-Komponenten während der Montage durch den Kunden und des Raums, den die RF-Komponenten beanspruchen.
Es bleibt daher die Notwendigkeit, die Leistungsfähigkeit der RF-Komponenten zu erhöhen und die Kosten der Mikrozellen und Pikozellen zu senken. Die vorliegende Erfindung schafft ein kompaktes Frontend-Modul der RF-Komponenten, das insbesondere für die Übertragung und den Empfang von WiMax-Signalen geeignet und konfiguriert ist.
Abriss der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein einen elektronische Anordnung in der Form eines Radiofrequenz(RF)-Moduls, das sich zur Verwendung als Frontend einer drahtlosen Basisstation, wie einer Pikozellen-Basisstation, eignet.
In einer Ausführung umfasst die elektronische Anordnung oder das Modul einen Senderschaltkreis oder -abschnitt, der dazu geeignet ist, ein Sendeeingangssignal zu empfangen und ein Sendeausgangssignal zu erzeugen und wenigstens die folgenden diskreten elektronischen Komponenten aufweist, welche auf einem für die Montage in dem Frontend des Motherboards einer Zelle geeigneten Träger direkt oberflächenmontiert sind: ein erstes Bandpassfilter, das mit einem Leistungsverstärker in Verbindung ist; einen ersten Koppler, der mit dem Leistungsverstärker in Verbindung ist; und einen Schalter, der mit dem Koppler in Verbindung ist. In einer Ausführung umfasst der Senderschaltkreis zusätzlich einen Treiberverstärker zwischen dem ersten Bandpassfilter und dem Leistungsverstärker, einen Isolator zwischen dem Leistungsverstärker und dem Koppler und einen Tiefpassfilter zwischen dem Koppler und dem Schalter.
Die elektronische Anordnung umfasst auch einen Empfängerschaltkreis, der dazu gecignet ist, ein Empfangseingangssignal zu empfangen und ein Empfangsausgangssignal zu erzeugen, und der wenigstens die folgenden diskreten elektronischen Komponenten umfasst, welche ebenfalls auf dem Träger direkt Oberflächenmontiert sind: ein zweites Bandpassfilter, das mit dem Schalter in Verbindung steht; und einen Low-Noise-Verstärker, der mit dem zweiten Bandpassfilter in Verbindung steht. In einer Ausführung umfasst der Empfängerschaltkreis auch ein zweites Tiefpassfilter, das mit dem Low-Noise-Verstärker in Verbindung steht, und ein drittes Bandpassfilter, das mit dem zweiten Tiefpassfilter in Verbindung steht.
In einer Ausführung grenzt der Träger einen Schlitz und eine Brücke ein, welche den Sender- von dem Empfängerabschnitt trennt, und der Träger ist in dem Hohlraum eines Gehäuses montiert, welches eine Innenwand aufweist, die durch den Schlitz in dem Träger vorsteht, um den Senderabschnitt und den Empfängerabschnitt in dem Gehäuse zu trennen. Eine Vielzahl von Anschlüssen erstreckt sich durch eine Umfangswand des Gehäuses in das Gehäuse hinein und ist in Kontakt mit dem Träger.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich deutlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung, den Zeichnungen und den Ansprüchen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Diese und andere Merkmale der Erfindung werden am besten verständlich durch die folgende Beschreibung der Figuren:
1 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm einer Ausführung der Träger/Leiterplatten-Anordnung des Zeitmultiplex-Frontend-Moduls gemäß der Erfindung;
2 zeigt eine vereinfachte Draufsicht auf eine konstruktive Ausführung des Zeitmultiplex-Frontend-Moduls gemäß der Erfindung, wobei der Deckel entfernt ist und die Träger/Leiterplatten-Anordnung der 1 darin sitzt; und
3 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm einer anderen Ausführung der Träger/Leiterplatten-Anordnung des Zeitmultiplex-Frontend-Moduls gemäß der Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Während diese Erfindung in zahlreichen verschiedenen Ausführungsformen realisiert werden kann, offenbaren diese Beschreibung und die zugehörigen Figuren nur zwei Ausführungsformen als Beispiele des Moduls gemäß der Erfindung, das sich zur Verwendung in einer Pikozellen-Basisstation eignet. Die Erfindung soll jedoch nicht auf die hier beschriebenen Ausführungen beschränkt werden und erstreckt sich zum Beispiel auch auf andere Arten von Basisstationen.
1 zeigt ein Blockdiagramm einer Ausführung der elektronischen Leiterplatte oder Trägeranordnung, allgemein mit 100 bezeichnet, eines Zeitduplex(TDD; Time Division Duplex)-WiMax-Frontend-Moduls, in 1 allgemein mit 20 bezeichnet, das erfindungsgemäß aufgebaut ist und in Verbindung mit einer drahtlosen Basisstation verwendet werden kann, die zum Beispiel das Frontend einer WiMax-Pikozelle enthält.
Wie unten mit weiteren Einzelheiten beschrieben ist, umfasst die Leiterplatten-Anordnung 100 einen Senderschaltkreis 21 und einen Empfängerschaltkreis 24.
Der Senderschaltkreis 21 umfasst wenigstens die folgenden diskreten, direkt oberflächenmontierbaren elektronischen Komponenten: ein Sende-Bandpassfilter (Tx BPF) 25, einen Vorverstärker/Treiber-Verstärker 26, einen Leistungsverstärker (PA) 27, einen Isolator 28, einen Koppler 29, ein Tiefpassfilter (LPF) 30 und einen RF-Schalter 31. Das Sende-Bandpassfilter 25 ist an den Vorverstärker/Treiber 26 angeschlossen und steht mit diesem in Verbindung. Der Vorverstärker/Treiber-Verstärker 26 ist an den Leistungsverstärker 27 angeschlossen und steht mit diesem in Verbindung. Der Leistungsverstärker 27 ist an den Isolator 28 angeschlossen und steht mit diesem in Verbindung. Der Isolator 28 ist an den Koppler 29 angeschlossen und steht mit diesem in Verbindung. Der Koppler 29 ist an das Tiefpassfilter 30 angeschlossen und steht mit diesem in Verbindung. Das Tiefpassfilter 30 ist an den RF-Schalter 31 angeschlossen und steht mit diesem in Verbindung. Der RF-Schalter 31 kann an einen mit einer Antenne (nicht gezeigt) verbundenen Antennenanschluss 230, 234 angeschlossen und in Verbindung gebracht werden.
Der Empfängerschaltkreis 24 umfasst wenigstens die folgenden diskreten, direkt oberflächenmontierbaren elektronischen Komponenten (1 und 2): einen Empfangs-Bandpassfilter (Rx BPF) 32, einen Tiefpassfilter (LPF) 33, einen Low-Noise-Verstärker (LNA) 35, einen anderen Empfangs-Tiefpassfilter (Rx BPF) 36, und den RF-Schalter 31. Der RF-Schalter 31 ist an das Bandpassfilter 36 angeschlossen und steht mit diesem in Verbindung. Das Bandpassfilter 36 ist an den Low-Noise-Verstärker 35 angeschlossen und steht mit diesem in Verbindung. Der Low-Noise-Verstärker 35 ist an das Tiefpassfilter 33 angeschlossen und steht mit diesem in Verbindung. Das Tiefpassfilter 33 ist an das Empfangs-Bandpassfilter 32 angeschlossen und steht mit diesem in Verbindung.
Der RF-Schalter 31 kann die Verbindung zur Antenne zwischen dem Senderschaltkreis 21 und dem Empfängerschaltkreis 24 umschalten, sodass zu einer gegebenen Zeit nur jeweils entweder der Senderschaltkreis 21 oder der Empfängerschaltkreis 24 mit der Antenne verbunden ist.
Mit Bezug auf die 1 und 2 wird man verstehen, dass das Modul 20 einen Sendesignal-Eingangs(Tx I/P)-Verbinder/Anschluss 244, 246 aufweist, der dazu geeignet ist, an einem Ende mit einem Sendesignalport (nicht gezeigt) einer Pikozelle und an der anderen Ende mit dem Bandpassfilter 25 verbunden zu werden. Der Sendesignal-Eingangsanschluss 244, 246 ist dazu geeignet, ein Sendeeingangssignal, welches übertragen werden soll, von einem anderen Schaltkreis der Pikozelle zu empfangen.
Ein Empfangssignal-Ausgangs(Rx O/P)-Verbinder/Anschluss 240, 242 ist dazu eingerichtet, an einem Ende mit einem entsprechenden Empfangssignalport (nicht gezeigt) einer Pikozelle und an dem anderen Ende mit dem Empfangs-Bandpassfilter 32 verbunden zu werden. Der Empfangssignal-Ausgangsanschluss 240, 244 ist dazu eingerichtet, ein Empfangsausgangssignal an die Pikozelle zu liefern.
Eine Leistungsverstärker-Versorgungsspannung (VPA) kann über entsprechende Anschlüsse oder Pins 276 und 264 an die Verstärker 26 und 27 geliefert werden. Eine Leistungsverstärker-Vorspannung (PA Bias) kann an einen Anschluss 268, der mit dem Leistungsverstärker 27 gekoppelt ist, geliefert werden. Ein Teil des Sendesignals wird von dem Koppler 29 abgetastet und an einen Leistungs-Erfassungsanschluss oder -pin 238 angelegt.
Eine Versorgungsspannung für den Low-Noise-Verstärker (VLNA) kann über einen Anschluss oder Pin 248 an den Low-Noise-Verstärker 35 in dem Empfängerschaltkreis 34 angelegt werden.
Die Träger/Leiterplatten-Anordnung 100 (1 und 2) ist in der gezeigten Ausführung vorzugsweise aus GETEK^®, FR408 oder einen ähnlichen dielektrischen Material hergestellt und ist ungefähr 0,75 mm (d. h. 0,029 Inch) dick. Die Leiterplatte 100 hat eine Oberseite 102, eine Unterseite (nicht gezeigt) und einen äußeren Umfangsrand 104. Vorgegebene Bereiche sowohl der Oberseite als auch der Unterseite der Leiterplatte 100 sind mit Kupferfeldern 105, Schaltkreisleitungen aus Kupfer 106 und einem Lötmaskenmaterial (nicht gezeigt) bedeckt, wobei all diese auf aus dem Stand der Technik an sich bekannte Weise aufgebracht und/oder selektiv entfernt wurden, um die gewünschten Kupfer-, dielektrischen und Lötmasken-Bereiche und elektrischen Schaltkreise herzustellen, welche die verschiedenen elektrischen Komponenten verbinden. Das Metallisierungssystem ist vorzugsweise ENIG (Electroless Nickel/Immersion Gold), stromlose Vernickelung/Tauchvergoldung, auf Kupfer.
Ein Paar längliche, zueinander lineare, sich in Längsrichtung erstreckende Schlitze 115 und 116 sind auf der Leiterplatte 100 ausgebildet. Eine Brücke 114 trennt die Schlitze 115 und 116. Der Schlitz 115 teilt die Leiterplatte 100 in einen unteren länglichen, sich in Längsrichtung erstreckenden Senderschaltkreis-Leiterplattenabschnitt oder -bereich oder -platte 110 und einen oberen länglichen, sich in Längsrichtung erstreckenden Empfängerschaltkreis-Leiterplattenabschnitt oder -bereich 112, der zu der Platte 110 einen Abstand aufweist und parallel zu dieser ist. Die Brücke 114 verbindet den Senderschaltkreis-Leiterplattenabschnitt oder -bereich 110 und den Empfängerschaltkreis-Leiterplattenabschnitt oder -bereich 112.
Die Komponenten 25, 26, 27, 28, 29 und 30 des Senderschaltkreises 21 liegen auf der Platte 110. Die Komponenten 32, 33, 35 und 36 des Empfängerschaltkreises 24 liegen auf der Platte 112. In der gezeigten Ausführung liegt der Schalter 31 auf der Platte 110, und auf der Brücke 114 ist eine Schaltkreisleitung 106 gebildet, die den Schalter 31 mit dem Empfangs-Bandpassfilter 36 verbindet.
Obwohl dies nicht im Einzelnen beschrieben ist, wird man verstehen, dass die Leiterplatte 100 auf der Oberseite 102 eine DC/RF-Schicht und auf der Unterseite (nicht gezeigt) eine Masseschicht umfasst. Zusätzlich erfordern jegliche DC-Leiterbahnen auf der Unterseite Rillen in dem Boden des Gehäuses des Moduls, um einen Kurzschluss zu vermeiden. Auf der Unterseite der Leiterplatte 100 sind keine Lötmasken vorhanden. Die Masseverbindung erstreckt sich von Unterseite der Leiterplatte 100 zu dem Gehäuse 202 (2), das eine Verbindung zu der Masse der RF- und DC-Verbinder herstellt.
Die Leiterplatte 100 hat mehrere Eingangs/Ausgangs-Pads (2), die auf der Oberseite 103 ausgebildet sind und sich entlang des Umfangsrandes 104 erstrecken. Ein Antennen-Pad 130 und ein Leistungserfassungs-Pad 132 liegen entlang des linken Querrandes 104 der Platte 110 der Leiterplatte 100 mit Abstand und kolinear zueinander. Ein Empfangs-Pad 134 und ein Sende-Pad 136 liegen entlang des rechten Querrandes 104 der jeweiligen Platten 112 und 110 der Leiterplatte 100 mit Abstand und kolinear zueinander. Ein Spannungsversorgungs-Pad des Low-Noise-Verstärker (VLNA) 138 und ein Masse-Pad 140 liegen entlang der oberen Längskante 104 der Platte 112 der Leiterplatte 100 mit Abstand und kolinear zueinander. Ein erstes Schaltersteuerungs-Pad 142, ein zweites Schaltersteuerungs-Pad 144, ein Verstärker-Spannungsversorgungs(VPA)-Pad 146, ein Stromabschaltungs-Spannungs-Pad 148, ein Masse-Pad 150 und ein Leistungsverstärker-Vorspannungs-Pad 152 liegen alle entlang der unteren Längskante 104 der Platte 110 der Leiterplatte 100 mit Abstand und kolinear zueinander.
Der RF-Schalter 31 in Form eines integrierten Schaltkreises liegt im Allgemeinen auf der Platte 110 unter der Brücke 114 und benachbart zu dem Antennen-Pad 130. Das Tiefpassfilter 30 liegt benachbart zum linken Querrand 104 der Leiterplatte unter dem Schalter 31. Der Koppler 29 liegt im Allgemeinen benachbart zum linken Querrand 104 der Leiterplatte unter dem Tiefpassfilter 30 und über dem Leistungserfassungs-Pad 132. Der Isolator 38 liegt über dem Pad 144 und benachbart zu und rechts von dem Koppler 29. Der Leistungsverstärker 27 ist auf der Platte 110 im Wesentlichen mittig angeordnet. Der Vorverstärker 26 liegt auf der Platte 110 in Richtung des rechten Querrandes 104 der Leiterplatte, kolinear zu dem Verstärker 27. Das Sende-Bandpassfilter 25 liegt auf der Platte 110 in Richtung des rechten Querrandes 104 der Leiterplatte unter dem Vorverstärker/Treiberverstärker 26 und rechts von dem Pad 152.
Der RF-Schalter 31, das Tiefpassfilter 30, der Koppler 29, der Isolator 28, der Leistungsverstärker 27, der Vorverstärker 26 und das Sende-Bandpassfilter 25 sind alle handelsübliche, diskrete, direkt oberflächenmontierbare elektronische Komponenten. In der gezeigten Ausführung koppeln Schaltkreisleitungen 106 das Pad 130 mit dem Schalter 31, den Schalter 31 mit dem Tiefpassfilter 30, das Tiefpassfilter 30 mit dem Koppler 29, das Pad 132 mit dem Koppler 29, den Koppler 29 mit dem Isolator 28, den Isolator 28 mit dem Verstärker 27, die Pads 146 und 148 mit dem Verstärker 27, den Verstärker 27 mit dem Vorverstärker 26, das Pad 152 mit dem Vorverstärker 26, den Vorverstärker 26 mit dem Filter 25 und das Filter 25 mit dem Pad 136.
Obwohl dies nicht gezeigt ist, wird man verstehen, dass im allgemeinen geeignete Widerstände, Kondensatoren und Induktivitäten auf der Oberfläche 102 der Leiterplatte 100 um den Koppler 29, den Isolator 28, den Verstärker 27, den Vorverstärker 26 und das Sende-Bandpassfilter 25 herum angeordnet und angebracht werden, um Entkopplungs-, Filterungs- und Vorspannungsfunktionen auszuführen, wie im Stand der Technik grundsätzlich bekannt ist.
Wie oben beschrieben umfasst der Empfangsabschnitt oder die Platte 112 der Leiterplatte 100 verschiedene elektronische Komponenten, die auf der Oberseite 102 montiert und durch Schaltkreisleitungen 106 miteinander verbunden sind. Das Empfangs-Bandpassfilter 36 liegt grundsätzlich auf der Platte 112 über der Brücke 114 und unter dem oberen Längsrand 104 der Leiterplatte. Der Low-Noise-Verstärker 35 liegt grundsätzlich auf der Platte 112 in Richtung des Zentrums des Empfangsabschnitts oder der Platte 112, rechts von dem Bandpassfilter 36 und über dem Schlitz 115. Das Tiefpassfilter 33 liegt grundsätzlich zentral auf der Platte 112, rechts von und kolinear zu dem Low-Noise-Verstärker 35 und über dem Schlitz 115. Das Empfangs-Bandpassfilter 32 liegt auf der Platte 112 rechts von dem Tiefpassfilter 33 und über dem Schlitz 115.
Das Empfangs-Bandpassfilter 36, der Low-Noise-Verstärker 35, das Tiefpassfilter 33 und das Empfangs-Bandpassfilter 32 sind ebenfalls handelsübliche, diskrete, direkt oberflächenmontierbare elektronische Komponenten.
In der gezeigten Ausführungsform koppeln die Schaltkreisleitungen 106 den Schalter 31 mit dem Filter 36, das Filter 36 mit dem Verstärker 35, den Verstärker 35 mit dem Filter 33, das Pad 138 mit dem die Schaltkreisleitung überbrückenden Verstärker 35 und dem Filter 33, das Filter 33 mit dem Filter 32 und das Filter 32 mit dem Pad 134. Obwohl dies nicht gezeigt ist, wird man verstehen, dass geeignete Kondensatoren und Induktivitäten mit dem Filter 36, dem Verstärker 35, dem Filter 33 und dem Filter 32 verbunden werden können, um Entkopplungs-, Filterungs- und Vorspannungsfunktionen auszuführen, wie im Stand der Technik grundsätzlich bekannt ist.
Ein konstruktives Ausführungsbeispiel eines Zeitduplex-Frontend-Moduls 20 gemäß der Erfindung ist in 2 gezeigt und umfasst ein Gehäuse 202, die in 1 gezeigte gedruckte Leiterplatten-Anordnung 100, eine Abdeckung oder Deckel (nicht gezeigt) und verschiedene Verbinder und Anschlüsse, die unten mit weiteren Einzelheiten beschrieben sind.
Das Gehäuse 202 ist im Wesentlichen rechteckig und wird durch vier stehende Umfangswände 206a, 206b, 206c und 206d eingegrenzt, welche sich von einer ebenen Bodenfläche oder einem Boden (nicht gezeigt) senkrecht nach oben erstrecken. Die Wände 206a und 206b definieren sich in Längsrichtung erstreckende Wände, während die Wände 206c und 206d sich in Querrichtung erstreckende Wände definieren. Ein flacher Umfangsrand 207 ist auf der Oberseite der Wände 206 definiert. Die Wände 206 grenzen gemeinsam einen inneren Gehäusehohlraum 212 ein. Verschiedene Gewindebohrungen 208 erstrecken sich von dem Rand 207 nach unten in die Wände 206 hinein und können Schrauben oder dergleichen (nicht gezeigt) aufnehmen, um einen Deckel (nicht gezeigt) an dem Gehäuse 202 zu befestigen.
Das Gehäuse 202 umfasst ferner innere Hohlraumwände 210 und 211, die sich von der Bodenfläche oder dem Boden (nicht gezeigt) senkrecht nach oben erstrecken. Die Wand 210 erstreckt sich über ungefähr 90% der Länge des Hohlraums 212, und die Wand 211 erstreckt sich über ungefähr 5% der Länge des Hohlraums 212. Die Wände 210 und 211 sind kolinear ausgerichtet und erstrecken sich parallel zu und mit Abstand von den Gehäuselängswänden 206a und 206b und trennen das Gehäuse 202 in einen oberen Empfänger-Schaltkreis-Gehäuseabschnitt 202a und einen unteren Sender-Schaltkreis-Gehäuseabschnitt 202b, um die Tx/Rx-Isolation zu verbessern.
Das Gehäuse 202 und der Deckel (nicht gezeigt) können aus einem Metall, wie Aluminium, hergestellt sein. Das Gehäuse 202 kann als ein RF-Schirm wirken, um elektromagnetische Felder einzuschließen und zu sperren, und es kann ferner als eine Wärmesenke dienen, um Wärme von den Komponenten, die eine erhebliche Menge an Wärmeenergie erzeugen, wie der Leistungsverstärker 26, abzuführen.
Verschiedene Öffnungen (nicht gezeigt) sind in den Wänden 206 ausgebildet, um elektrische Verbindungen in den Hohlraum 212 hinein zu vereinfachen.
Ein Antennen-Verbinder 230 ist an dem Gehäuse 202 angebracht und umfasst einen Anschluss 234, der sich durch eine der Öffnungen (nicht gezeigt) und in den Senderabschnitt 202b des Hohlraums 212 hinein erstreckt. Ein Antennenkabel (nicht gezeigt) kann an den Verbinder 230 angeschlossen werden.
Ein Leistungserfassungs-Verbinder 236 ist an dem Gehäuse 220 angebracht und umfasst einen Anschluss 238, der sich durch eine der Öffnungen (nicht gezeigt) in der Querwand 206c in den Senderabschnitt 202b des Hohlraums 212 hinein erstreckt. In der gezeigten Ausführung sind die Verbinder 230 und 236 mit Abstand und parallel zueinander angeordnet.
Ein Empfangssignal-Verbinder 240 ist an dem Gehäuse 220 angebracht und umfasst einen Anschluss 242, der sich durch noch eine weitere Öffnung (nicht gezeigt) in der Querwand 206d in den Empfängerabschnitt 202a des Hohlraums 212 hinein erstreckt. Der Verbinder 240 kann an einen Empfängerschaltkreis einer Pikozelle oder einer Mikrozelle angeschlossen werden.
Ein Sendesignal-Verbinder 244 ist an dem Gehäuse 220 angebracht und umfasst ebenfalls einen Anschluss 246, der sich durch eine der Öffnungen (nicht gezeigt) in der Querwand 206d in den Hohlraum 212 hinein erstreckt. Der Verbinder 244 kann an einen Senderschaltkreis einer Pikozelle oder einer Mikrozelle angeschlossen werden. In der gezeigten Ausführung sind die Verbinder 244 und 246 mit Abstand und parallel zueinander angeordnet.
Ein Spannungsversorgungs-Anschluss 248 für den Low-Noise-Verstärker (VLNA) ist an dem Gehäuse 202 angebracht und erstreckt sich durch eine der Öffnungen (nicht gezeigt) in der Längswand 206a in dem Empfängerabschnitt 202a des Hohlraums 212. Der Anschluss 248 hat ein inneres Anschlussende 250.
Ein Masseanschluss 252 ist an dem Gehäuse 202 angebracht und erstreckt durch eine der Öffnungen (nicht gezeigt) in der Längswand 206a in den Empfängerabschnitt 202a des Hohlraums 212 hinein. Der Anschluss 252 hat ein inneres Anschlussende 254. In der gezeigten Ausführungsform sind die Anschlüsse 248 und 256 mit Abstand und parallel zueinander angeordnet.
Ein erster Schaltersteuerungs-Anschluss 256 ist an dem Gehäuse 202 angebracht und erstreckt sich durch eine der Öffnungen (nicht gezeigt) in der Längswand 206b in den Hohlraum 212 hinein. Der Anschluss 256 hat ein inneres Anschlussende 258. Ein zweiter Schaltersteuerungs-Anschluss 260 ist an dem Gehäuse 202 angebracht und erstreckt sich durch eine der Öffnungen (nicht gezeigt) in der Längswand 206b in den Hohlraum 212 hinein. Der Anschluss 260 hat ein inneres Anschlussende 262.
Ein Verstärker-Spannungsversorgungs(VPA)-Anschluss 224 ist an dem Gehäuse 202 angebracht und erstreckt sich durch eine der Öffnungen (nicht gezeigt) in der Längswand 206b in den Hohlraum 212 hinein. Der Anschluss 264 hat ein inneres Anschlussende 266.
Ein PA-Vorspannungs-Anschluss 238 ist an dem Gehäuse 202 angebracht und erstreckt sich durch eine der Öffnungen (nicht gezeigt) in der Längswand 206b in den Hohlraum 212 hinein. Der Anschluss 268 hat ein inneres Anschlussende 270.
Ein anderer Masseanschluss 272 ist an dem Gehäuse 202 angebracht und erstreckt sich durch eine der Öffnungen (nicht gezeigt) in der Längswand 206b in den Hohlraum 212 hinein. Der Anschluss 272 hat ein inneres Anschlussende 274. Ein Treiberverstärker-Spannungs-Anschluss 276 ist an dem Gehäuse 202 angebracht und erstreckt sich durch eine der Öffnungen (nicht gezeigt) in der Längswand 206b in den Hohlraum 212 hinein. Der Anschluss 276 hat ein inneres Anschlussende 278.
In der gezeigten Ausführungsform sind die Anschlüsse 256, 260, 264, 268, 272 und 276 alle mit Abstand und parallel zueinander angeordnet.
Die Gehäuseanordnung 202 kann an einer Wärmesenke (nicht gezeigt) in einer Mikrozelle oder einer Pikozelle angebracht sein. Koaxiale Kabel (nicht gezeigt) würden an koaxiale Verbinder 230, 236, 240 und 244 angeschlossen werden, um die elektrische Kommunikation zwischen dem Modul 20 und der Mikrozelle oder der Pikozelle zu erleichtern.
Das in 2 dargestellte Modul 20 gemäß der Erfindung kann in einer Ausführungsform weniger als 60,0 mm breit, 90,0 mm lang und 28,0 mm hoch sein. In einer anderen Ausführung kann das Modul 20 mehr als 60,0 mm breit, 90,0 mm lang und 28,0 mm hoch sein. In weiteren Ausführungen kann das Modul anders als rechteckig geformt sein.
Die gedruckte Leiterplatten-Anordnung 100 sitzt in dem Hohlraum 212 des Gehäuses 202 und ist darin befestigt, wobei der Sendeabschnitt oder die Platte 110 in dem Sendegehäuseabschnitt 202b angebracht ist, der Empfangsabschnitt oder die Platte 112 in dem Empfangsgehäuseabschnitt 202a angebracht ist und die Gehäusewände 210 und 211 sich durch entsprechende Schlitze 115 und 116 in der Leiterplatte erstrecken, um den Sende- und den Empfangsabschnitt der Leiterplatten-Anordnung 100 zu trennen und zu isolieren.
Die inneren Anschlussenden jedes der Verbinder 230, 236, 240 und 244 und der Anschlüsse 248, 252, 256, 260, 264, 268, 272 und 276 werden während des Montageprozesses an entsprechende Felder 130, 132, 134, 136, 138, 140, 142, 144, 146, 148, 150 und 152 auf der Oberseite 103 der gedruckten Leiterplatten-Anordnung 100 angelötet.
Das Modul 20 und die zugehörige Leiterplatten-Anordnung 100 können somit sämtliche diskreten RF-Komponenten ersetzen, die üblicherweise einzeln montiert und in einem WiMax-Frontend verwendet werden. Das Modul 20 erlaubt es den Kunden, verschiedene Werte für die Empfindlichkeit, Selektivität und Ausgangsleistung des Empfängers zu wählen. Das Modul 20 kann RoHS(Restriction of Hazardous Substances; Beschränkung gefährlicher Stoffe)-konform und bleifrei sein.
3 zeigt ein Blockdiagramm einer anderen Ausführung des Trägers/der Leiterplatte 300 gemäß der Erfindung, die in dem in 2 gezeigten Gehäuse 202 verwendet werden kann.
Wie unten in weiteren Einzelheiten beschrieben ist, umfasst die Leiterplatten-Anordnung 300 einen Senderschaltkreis 321 und einen Empfängerschaltkreis 324.
Der Senderschaltkreis 321 umfasst wenigstens die folgenden diskreten, direkt oberflächenmontierbaren elektronischen Komponenten: einen Sende-Bandpassfilter (Tx BPF) 325, einen Vorverstärker/Treiber 326, ein Paar Leistungsverstärker (PA) 327a und 327b, ein Paar 3 dB-Koppler 328a und 328b, einen weiteren Koppler 329, einen Tiefpassfilter (LPF) 330 und einen RF-Schalter 331. Das Sende-Bandpassfilter 325 ist an den Vorverstärker/Treiber 326 angeschlossen und steht mit diesem in Verbindung. Der Vorverstärker/Treiberverstärker 326 ist an den 3 dB-Koppler 328b angeschlossen und steht mit diesem in Verbindung. Der 3 dB-Koppler 328b ist seinerseits an beide Leistungsverstärker 327a und 327b angeschlossen, die ihrerseits beide an den zweiten 3 dB-Koppler 328a angeschlossen sind. Der 3 dB-Koppler 328a ist an den Koppler 329 angeschlossen und steht mit diesem in Verbindung. Der Koppler 329 ist seinerseits an das Tiefpassfilter 330 angeschlossen und steht mit diesem in Verbindung. Das Tiefpassfilter 330 ist an den RF-Schalter 331 angeschlossen und steht mit diesem in Verbindung. Der RF-Schalter 331 ist an den Antennen-Verbinder/Anschluss 230, 234 des Moduls 20 angeschlossen und steht mit diesem in Verbindung.
Der Empfängerschaltkreis 324 umfasst wenigstens die folgenden diskreten, direkt oberflächenmontierbaren elektronischen Komponenten: einen Empfangs-Bandpassfilter (Rx BPF) 332, einen Tiefpassfilter (LPF) 333, einen Low-Noise-Verstärker (LNA) 335, einen weiteren Empfangs-Bandpassfilter (Rx BPF) 336 und den RF-Schalter 331. Der RF-Schalter 331 ist an das Bandpassfilter 336 angeschlossen und steht mit diesem in Verbindung. Das Bandpassfilter 336 ist an den Low-Noise-Verstärker 335 angeschlossen und steht mit diesem in Verbindung. Der Low-Noise-Verstärker 335 ist an das Tiefpassfilter 333 angeschlossen und steht mit diesem in Verbindung. Das Tiefpassfilter 333 ist an das Bandpassfilter 332 angeschlossen und steht mit diesem in Verbindung.
Die Leiterplatten-Anordnung 300 kann auch, ebenso wie die Leiterplatten-Anordnung 100, weitere geeignete oberflächenmontierbare RF-Komponenten aufweisen und kann alle diskreten RF-Komponenten ersetzen, die üblicherweise separat montiert und in einem WiMax-Frontend verwendet würden.
Obwohl dies nicht im Einzelnen gezeigt oder beschrieben ist, wird man verstehen, dass die Leiterplatten-Anordnung 300 in dem Gehäuse 202 des in 2 gezeigten Moduls 20 auf gleiche Art und Weise sitzen und montiert sein kann, wie die in den 1 und 2 gezeigte Leiterplatten-Anordnung 100, wobei auf die obige Beschreibung in Bezug auf die Leiterplatten-Anordnung 100 Bezug genommen wird, soweit auch die Leiterplatten-Anordnung 300 betroffen ist.
Ferner wird man mit Bezug auf die 2 und 3 verstehen, dass der Sendesignal-Eingang-Verbinder/Anschluss 244, 246 des Moduls 20 an einem Ende mit einem Sendeport (nicht gezeigt) einer Pikozelle und an dem anderen Ende mit dem Sende-Bandpassfilter 325 der Leiterplatten-Anordnung 300 gekoppelt werden kann. Der Empfangssignal-Ausgangs-Verbinder/Anschluss 240, 242 kann an einem Ende mit einem entsprechenden Empfangssignalport (nicht gezeigt) einer Pikozelle und an dem anderen Ende mit dem Empfangs-Bandpassfilter 332 der Leiterplatten-Anordnung 300 gekoppelt werden.
Die Leistungsverstärker-Versorgungsspannung (VPA) kann über die Anschlüsse oder Pins 264 und 276 an die Verstärker 326, 327a, 327b angelegt werden. Eine Leistungsverstärker-Vorspannung (PA Bias) kann an dem Anschluss 268, der mit den entsprechenden Leistungsverstärkern 327a und 327b gekoppelt ist, gemessen werden. Ein Teil des Sendesignals wird von dem Koppler 329 abgetastet und an den Leistungserfassungsanschluss 238 angelegt. Eine Low-Noise-Verstärker-Versorgungsspannung (VLNA) kann über den Anschluss 248 an den Low-Noise-Verstärker 335 angelegt werden.
Während die Erfindung in Bezug auf zwei Ausführungsbeispiele des Moduls, die sich zur Verwendung in dem Frontend einer Pikozelle eignen, beschrieben wurde, wird man verstehen, dass es für den Fachmann offensichtlich ist, dass Änderungen an Ausführungen und Einzelheiten vorgenommen werden können, beispielsweise in Bezug auf die Auswahl, Anzahl, Anordnung, Verbindungswerte und Strukturen der verschiedenen RF-Elemente und Schaltkreise, ohne den Bereich der Erfindung gemäß den folgenden Ansprüchen zu verlassen. Die beschriebenen Ausführungsformen sollen in jeder Hinsicht nur als Erläuterung von zwei Ausführungen und nicht als Beschränkung der Erfindung verstanden werden.

Claims

Elektronische Anordnung, mit: einem Gehäuse, das einen Hohlraum eingrenzt; einem Träger, der in dem Hohlraum angeordnet ist; einem ersten Abschnitt auf dem Träger, der einen Sendepfad für ein Sendesignal definiert und wenigstens die folgenden darauf montierten Komponenten umfasst: ein Bandpassfilter, ein Leistungsverstärker und ein Koppler; einem zweiten Abschnitt auf dem Träger, der einen Empfangspfad für ein Empfangssignal definiert und wenigstens die folgenden darauf montierten elektrischen Komponenten umfasst: ein Empfangs-Bandpassfilter und einen Low-Noise-Verstärker; und einem Schalter zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt, der den ersten und den zweiten Abschnitt mit einem Antennenanschluss verbindet.
Elektronische Anordnung nach Anspruch 1, wobei der Träger einen Schlitz eingrenzt und das Gehäuse eine Innenwand aufweist, wobei die Innenwand in dem Gehäuse sich durch den Schlitz in dem Träger erstreckt.
Elektronische Anordnung nach Anspruch 1, wobei der erste Abschnitt ferner einen Vorverstärker zwischen dem Bandpassfilter und dem Leistungsverstärker aufweist und der zweite Abschnitt ferner ein zweites Empfangs-Bandpassfilter aufweist.
Elektronische Anordnung nach Anspruch 3, wobei der erste Abschnitt ferner einen Isolator zwischen dem Leistungsverstärker und dem Koppler aufweist und der zweite Abschnitt ferner ein Tiefpassfilter zwischen dem Low-Noise-Verstärker und dem zweiten Empfangs-Bandpassfilter aufweist.
Elektronische Anordnung nach Anspruch 1, wobei der erste Abschnitt einen ersten und einen zweiten Leistungsverstärker und einen ersten und einen zweiten Koppler zwischen dem Bandpassfilter und dem Koppler aufweist.
Elektronische Anordnung mit: einem Sender-Schaltkreis, der dazu eingerichtet ist, ein Sendeeingangssignal zu empfangen und ein Sendeausgangssignal zu erzeugen, und wenigstens die folgenden diskreten Komponenten umfasst: ein erstes Bandpassfilter, das mit einem ersten Verstärker in Verbindung steht; ein erster Koppler, der mit dem ersten Verstärker in Verbindung steht; einen Schalter, der mit dem Koppler in Verbindung steht, wobei der Schalter mit einem Antennenanschluss verbunden ist; und einem Empfänger-Schaltkreis, der dazu eingerichtet ist, ein Empfangseingangssignal zu empfangen und ein Empfangsausgangssignal zu erzeugen, und wenigstens die folgenden diskreten Komponenten umfasst: ein zweites Bandpassfilter, das mit dem Schalter in Verbindung steht; einen zweiten Verstärker, der mit dem zweiten Bandpassfilter in Verbindung steht; ein drittes Bandpassfilter, das mit dem zweiten Verstärker in Verbindung steht; wobei die Elemente des Sender- und des Empfänger-Schaltkreises auf einem an dem Frontende einer Basisstation angebrachten Träger direkt oberflächenmontiert sind.
Elektronische Anordnung nach Anspruch 6, wobei der Träger in einem Gehäuse montiert ist, das eine äußere Umfangswand und eine Innenwand aufweist, wobei der Träger einen ersten und einen zweiten Abschnitt aufweist, die durch einen Schlitz getrennt sind, wobei der Sender-Schaltkreis auf dem ersten und der Empfänger-Schaltkreis auf dem zweiten Abschnitt ausgebildet ist, wobei die Innenwand durch den Schlitz in dem Träger ragt und den Sender-Schaltkreis und den Empfänger-Schaltkreis trennt.
Elektronische Anordnung nach Anspruch 6, wobei das Träger in einem Gehäuse sitzt, das eine Umfangswand definiert, und eine Vielzahl von Anschlüssen sich durch die Umfangswand in das Gehäuse hinein erstrecken und mit dem Träger in Kontakt sind.
Elektronische Anordnung nach Anspruch 6, wobei der Sender-Schaltkreis ferner einen Isolator zwischen dem Leistungsverstärker und dem Koppler aufweist.
Elektronische Anordnung nach Anspruch 6, wobei der zweite Verstärker in dem ersten Abschnitt zwei Verstärker umfasst, die an den zweiten und den dritten Koppler angeschlossen sind.
Elektronisches Frontend-Modul mit: einem Gehäuse, das äußere Umfangswände aufweist, die einen inneren Hohlraum eingrenzen; einem Träger, der in dem Hohlraum in dem Gehäuse sitzt und einen ersten und einen zweiten Abschnitt umfasst; einer Vielzahl elektronischer Komponenten, die in dem ersten Abschnitt montiert sind und einen RF-Signal-Sendepfad definieren; einer Vielzahl elektronischer Komponenten, die in dem zweiten Abschnitt montiert sind und einen RF-Signal-Empfangspfad definieren; einem Schalter in dem Gehäuse, der die elektronischen Komponenten, welche in dem ersten und dem zweiten Abschnitt des Trägers montiert sind, verbindet; und einer Vielzahl von Anschlüssen, die sich durch die äußere Umfangswand des Gehäuses erstrecken und mit dem Träger in Kontakt sind.
Elektronisches Frontend-Modul nach Anspruch 11, wobei der Träger einen Schlitz definiert, der den ersten und den zweiten Abschnitt trennt, wobei eine Brücke auf dem Träger den ersten und den zweiten Abschnitt koppelt, wobei das Gehäuse eine Innenwand aufweist, die sich durch den Schlitz erstreckt und den ersten und den zweiten Abschnitt des Trägers trennt.
Elektronisches Frontend-Modul nach Anspruch 12, wobei wenigstens die folgenden diskreten elektronischen Komponenten auf dem ersten Abschnitt des Trägers direkt oberflächenmontiert sind: ein Bandpassfilter, ein Treiber, ein Leistungsverstärker und ein erster Koppler, der mit dem Schalter verbunden ist.
Elektronisches Frontend-Modul nach Anspruch 13, wobei der Leistungsverstärker zwei getrennte Verstärker umfasst, die mit dem Treiber gekoppelt sind, und mit ferner einem zweiten und einem dritten Koppler, welche mit den zwei Verstärkern gekoppelt sind, wobei der dritte Koppler mit dem ersten Koppler gekoppelt ist.
Elektronisches Frontend-Modul nach Anspruch 12, wobei wenigstens die folgenden diskreten elektronischen Komponenten auf dem zweiten Abschnitt des Trägers direkt oberflächenmontiert sind: ein erstes und ein zweites Bandpassfilter und ein Low-Noise-Verstärker.