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Die Anmeldung betrifft einen HF-Antennenschalter und ein Verfahren zum Betreiben des Antennenschalters. Der Schalter kann in Frontend-Modulen von Mobilkommunikationssystemen wie auch in Basisstationen und sonstigen drahtlosen Kommunikationsvorrichtungen benutzt werden.
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Moderne Kommunikationsnormen und -systeme bedienen sich eines Carrier Aggregation Modes zum Erweitern der Bandbreite der Datenübertragung. Carrier Aggregation Mode bedeutet Arbeiten in einem ersten Kommunikationssystem mit Übertragen und Empfangen von Daten oder sonstigen Signalen und wenigstens Empfangen von Signalen in einem anderen Kommunikationssystem oder auf einem anderen Band. Carrier Aggregation Mode-Interoperabilität oder -Funktionalität muss in modernen Vorrichtungen eingebaut sein. Internationale Normen definieren ein paar Bandkombinationen, die für Carrier Aggregation Mode benutzt werden können. Einige dieser Bandkombinationen verursachen Probleme und bedürfen zusätzlicher Filterung zum Dämpfen einer gewissen Oberwellenmode einer Frequenz, wobei die Oberwellenmode im zweiten Band der Bandkombination erscheint und Rauschsignale erzeugt. Zusätzliche Filterung verursacht jedoch gewöhnlich zusätzliche Verluste, was nicht erwünscht ist.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Anmeldung, eine Lösung für dieses Problem bereitzustellen und zuzulassen, aus Oberwellenmoden entstehende Rauschfrequenzen auszufiltern ohne zu viel Verlust zu erzeugen.
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Dieses Problem wird durch einen HF-Antennenschalter nach Anspruch 1 gelöst. Ausführungsformen der Erfindung wie auch ein Verfahren zum Betreiben des Antennenschalters sind in weiteren Ansprüchen dargestellt.
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Mit der Erfindung wird vorgeschlagen, ein zusätzliches Filter in der Signalleitung auszuführen und eine Schaltmöglichkeit zum Umschalten zwischen einem Signalweg durch das Filter und einem weiteren Signalweg zum Übergehen des Filters bereitzustellen. Damit wird Ausfiltern der Störfrequenzen bei Betrieb in einem Carrier Aggregation Mode ermöglicht. Andererseits kann bei Verwendung des Schalters für einen Einzelbandbetriebsmodus das zusätzliche Filter übergangen werden, so dass kein zusätzlicher Verlust entsteht.
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Durch diese zusätzliche Schaltmöglichkeit wird ein zusätzlicher E/A-Anschluss am Schalter benötigt. Beginnend mit einer in der Technik bekannten bestimmten Modulkonstruktion muss ein Schalter ausgelegt sein, einen zusätzlichen E/A-Anschluss zum Ermöglichen eines zusätzlichen Signalweges durch das Filter bereitzustellen. In einer Ausführungsform umfasst der HF-Antennenschalter einen Antennenanschluss und eine Anzahl von n E/A-Anschlüssen, die zum Verbinden einer gewünschten Anzahl von Sende/Empfangseinheiten mit den E/A-Anschlüssen benutzt werden, wobei jede der Sende/Empfangseinheiten auf einem jeweiligen Frequenzband eines jeweiligen Kommunikationssystems arbeitet. Die Anzahl von Sende/Empfangseinheiten ist vorteilhafterweise n – x, wobei n oder x ≥ 1 und n > x sind. Das bedeutet, dass der Schalter x E/A-Anschlüsse umfasst, die für andere Zwecke als Umschalten zwischen verschiedenen Sende/Empfangseinheiten oder zwischen Sende/Empfangseinheiten unterschiedlicher Bänder benutzt werden können. In diesem Zusammenhang ist „Verbinden” als direkt über eine Leitung verbinden oder indirekt über ein Kopplungselement ankoppeln zu verstehen. Das Kopplungselement kann auf dem Signalweg realisiert sein.
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Der Schalter ist angepasst, einen oder mehrere der E/A-Anschlüsse zur gleichen Zeit mit dem Antennenanschluss zu verbinden, um jeweilige Signalwege von dem Antennenanschluss zum E/A-Anschluss bereitzustellen. Gemäß der Erfindung umfasst der Schalter weiterhin ein erstes, zwischen einem ersten E/A-Anschluss und einer ersten Sende/Empfangseinheit geschaltetes Filter. Das Filter ist angepasst zum Ausfiltern einer unerwünschten Oberwellenmode, der durch den Sender der ersten Sende/Empfangseinheit erzeugt sein kann. Über einen zweiten E/A-Anschluss kann der Antennenanschluss mit der ersten Sende/Empfangseinheit verbunden sein und damit das Filter übergehen. Daher kann das erste mit dem ersten E/A-Anschluss verbundene Filter ein- oder ausgeschaltet werden und das Signal kann durch das Filter geleitet oder den anderen Weg (Bypass) geleitet werden, auf dem das Filter umgangen wird. In diesem Zusammenhang und den nachfolgenden Erwähnungen von ersten, zweiten oder sonstigen wird die einem Element zugewiesene Nummerierung nur zum Unterscheiden zwischen den Elementen benutzt. Ein n-tes Element erfordert nicht die Gegenwart von n – 1 anderen Elementen.
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In einer Ausführungsform der Erfindung wird der Nebenschlussweg des E/A-Anschlusses dazu benutzt, die unerwünschte und störende Frequenz durch das Filter zu Erde zu leiten. Dieser Nebenschlussweg ist der normale Abschluss des E/A-Anschlusses, wenn er nicht mit dem Antennenanschluss verbunden ist.
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Wenigstens der erste und ein zweiter E/A-Anschluss sind mit einem gemeinsamen Eingangsknoten der ersten Sende/Empfangseinheit verbindbar. Dann ist diese Ausführungsform angepasst, eine erste und eine zweite Schaltstellung zum Umschalten zwischen zusätzlicher Filterung und normaler Wegeleitung ohne Filtern bereitzustellen.
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In der ersten Schaltstellung wird der Signalweg zwischen dem Antennenanschluss und dem ersten E/A-Anschluss unterbrochen und der Signalweg zwischen dem Antennenanschluss und dem zweiten E/A-Anschluss wird aktiv mit dem Antennenanschluss verbunden. Dadurch wird der Signalweg zur ersten Sende/Empfangseinheit über das erste Filter mit dem ersten E/A-Anschluss verbunden. Weiterhin wird der gemeinsame Eingangsknoten mit dem zweiten E/A-Anschluss verbunden und damit über den Schalter mit dem Antennenanschluss.
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In der zweiten Schaltstellung sind beide Signalwege zwischen dem Antennenanschluss und dem ersten und zweiten E/A-Anschluss aktiv, so dass der Antennenanschluss direkt mit dem gemeinsamen Eingangsknoten verbunden ist und das erste Filter vom Nebenschlussweg des ersten E/A-Anschlusses getrennt ist.
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In der ersten Schaltstellung dieser Ausführungsform kann die unerwünschte Frequenz durch Verbinden des Filterausgangs mit dem Nebenschlussweg des ersten E/A-Anschlusses ausgefiltert werden, so dass das unerwünschte Signal auf Masse geleitet werden kann. Das bedeutet, dass das Filter das unerwünschte Signal durchlassen und die regelmäßig durch die erste Sende/Empfangseinheit erzeugten erwünschten Signale blockieren muss, um Nebenschließen der regulären Signale zu vermeiden. Diese regulären Frequenzen werden von der Sender/Empfängereinheit und dem gemeinsamen Knoten über den zweiten E/A-Anschluss zum Antennenanschluss geführt. Die unerwünschten Signale werden von dem gemeinsamen Knoten zum Filter und von dem Filterausgang zum ersten E/A-Anschluss und dann über den Nebenschlussweg zu Erde geführt.
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Das erste Filter kann auf einfache Weise ausgeführt sein, da nur geringe Dämpfung notwendig ist. Daher umfasst in einer Ausführungsform das erste Filter LC-Elemente, die geschaltet sind, einen Parallelresonanzkreis oder einen Reihenresonanzkreis zu bilden. Diese LC-Elemente können als integrierte Elemente in einer Vielschicht-PCB oder in einem Vielschicht-Trägersubstrat ausgeführt sein, auf dem der Antennenschalter befestigt ist. Alternativ können die LC-Elemente als diskrete Elemente ausgeführt sein, die auf einer Platine befestigt sind, auf der der Antennenschalter befestigt ist. Auch ist es möglich, ein Filter zu benutzen, dessen LC-Filterelemente integrierte Elemente wie auch diskrete Elemente umfassen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind die LC-Elemente in einer Vielschicht-Platine integriert, die eine LTCC-Platine (LTCC = Low Temperature Co-Fired Ceramics – Niedertemperatur-Einbrand-Keramiken) sein kann. L-Elemente sind als induktive Elemente aus Leiterabschnitten gebildet, die zum Bilden wenigstens einer halben Wicklung oder einer Spirale angeordnet sein können. Abhängig von der Frequenz können gerade Leiterabschnitte eine Induktivität aufweisen, die zum Herstellen eines LC-Filterelements daraus benutzt werden können. Ein C-Element kann als ein Kondensator unter Verwendung metallisierter Bereiche realisiert sein, die vorzugsweise in unterschiedlichen Ebenen der Mehrschichtplatine angeordnet sind. Die zwei Kondensatorplatten können auch durch Anordnen von zwei metallisierten Bereichen unmittelbar nebeneinander in der gleichen Metallisierungsebene angeordnet sein.
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In einer Ausführungsform ist das in dem Antennenschalter genutzte Filter ein Sperrfilter oder Notchfilter, ausgelegt zum Blockieren der unerwünschten Frequenz und zum Durchlassen der Betriebsfrequenz der ersten Sende/Empfangseinheit. Ein Sperrfilter kann aus in einem Ladder Type oder Lattice Type Aufbau angeordneten Reaktanzelementen erzeugt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform ist das Filter ein Bandpassfilter oder ein Tiefpassfilter. Diese zwei Arten sind für diejenigen Ausführungsformen bevorzugt, in denen das erste Filter zwischen dem gemeinsamen Knoten und dem ersten E/A-Anschluss verbunden ist, der mit dem Nebenschlussweg des E/A-Anschlusses verbunden werden kann. Ein Hochpassfilter kann benutzt werden, da die unerwünschte und störende Frequenz gewöhnlich höher als die Betriebsfrequenz der ersten Sende/Empfängereinheit ist und dadurch das Hochpassfilter durchlaufen kann, während die Betriebsfrequenz blockiert wird und durch das Hochpassfilter angehalten wird.
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In einer Ausführungsform ist der Antennenschalter eingerichtet, im Carrier Aggregation Mode zu arbeiten. Das erfordert gleichzeitiges Verbinden einer ersten, in einem ersten Frequenzband betreibbaren Sender/Empfängereinheit und einer in einem zweiten Frequenzband gemäß einem zweiten Kommunikationssystem betreibbaren Sender/Empfängereinheit mit dem Antennenanschluss über einen jeweiligen E/A-Anschluss und einen jeweiligen Signalweg.
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Im Carrier Aggregation Mode sind beide Signalwege aktiv und das System wird gleichzeitig im ersten und zweiten Kommunikationssystem betrieben.
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Wenn der Sender des ersten Kommunikationssystems eine Oberwellenmode erzeugt und wenn dieser Oberwellenmodus eine Frequenz aufweist, die sich in einem benutzten Band des zweiten Kommunikationssystems befindet, werden die der Oberwellenmode entsprechenden Signale durch Einstellen des Schalters auf die zweite Schaltstellung ausgefiltert. Dann wird diese unerwünschte Frequenz der Oberwellenmode des ersten Kommunikationssystems effektiv durch das erste Filter ausgefiltert.
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Eine beispielhafte Bandkombination, die für den Carrier Aggregation Mode bereitgestellt wird, ist die Kombination von Band 4 (B4) und Band 17 (B17). Band B17 erzeugt eine dritte Oberwelle mit einer Frequenz gerade innerhalb des Empfangsteils des B4-Bandes. Das Filter ist daher eingestellt zum Ausfiltern einer Frequenz, die zwischen 2110 bis 2155 MHz liegt.
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Ein weiteres Beispiel einer für den Carrier Aggregation Mode zugewiesenen zulässigen Bandkombination ist eine Kombination von Band B3 und Band B8. Auch hier wird das höhere der zwei Bänder durch eine höhere Mode des in dem Band mit einer niedrigeren Frequenz betriebenen Senders gestört. Ein durch den Band-B8-Sender im ersten Sender/Empfänger erzeugter zweiter Oberwellenmodus weist eine Frequenz gerade innerhalb des Empfangsteils von Band B3 auf. In diesem Beispiel wird das erste Filter zum Ausfiltern der Frequenz dieser zweiten Oberwelle des B8-Sender/Empfängers optimiert. Dafür wird ein erstes Filter mit einem Stoppband von wenigstens im Überlappungsbereich der Oberwelle und dem zweiten (Empfangs-)Band benötigt. In diesem Beispiel liegt das Sendeband von Band B8 zwischen 880 bis 815 MHz. Es entsteht eine Oberwellenmode mit der doppelten Grundfrequenz, die zwischen 1760 und 1830 MHz liegt. Band B3 mit einem Empfangsband von 1805 bis 1880 MHz überlappt die Tx Oberwellenmode von B8.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind ein erstes und zweites Filter mit jeweiligen überzähligen E/A-Anschlüssen des Antennenschalters verbunden zum Bereitstellen von Filterungsmitteln für störende Oberwellenfrequenzen von zwei Carrier Aggregation Mode Bandkombinationen. Auch kann es weitere Carrier Aggregation Mode Kombinationen geben, die keine zusätzliche Filterung benötigen, da es in einem Band dieser Bandkombinationen keine offensichtlichen störenden Oberwellenmoden gibt. Weiterhin sind einzelne E/A-Anschlüsse vorgesehen, die als ausschließlich mit einer jeweiligen Sender/Empfängereinheit verbindbar oder mit nur der Empfängereinheit eines jeweiligen Kommunikationssystems zugewiesen sind, das ein Funksystem ist. Diese Kommunikationssysteme können in einem Einzelband-Betriebsmodus oder in einem Carrier Aggregation Mode arbeiten. Die Anzahl n von Anschlüssen wird von der Anzahl von n – x von verschiedenen Kommunikationssystemen abhängig, die mit dem Antennenschalter zu verbinden sind. Die Anzahl x entspricht der Anzahl von überzähligen E/A-Anschlüssen, die zum schaltbaren Verbinden eines zusätzlichen Filters mit dem Antennenschalter zugewiesen werden können.
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In einer Ausführungsform umfasst der Antennenschalter zwei Antennenanschlüsse. In diesem Fall ist der Schalter eingerichtet zum Verbinden des ersten und/oder des zweiten Antennenanschlusses mit einem der E/A-Anschlüsse. Der zweite Antennenanschluss kann mit einer zweiten Antenne verbunden sein, die eine Diversity Antenne sein kann.
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Es ist möglich, dass ein erster, mit einem ersten Antennenanschluss verbundener Antennenanschluss Lowbandbetrieb zugewiesen wird, während der mit dem zweiten Antennenanschluss verbundene zweite Antennenanschluss Highbandbetrieb zugewiesen ist. Lowbandbetrieb umfasst Kommunikationssysteme oder Funksysteme, die mit einer Frequenz unter ca. 1400 MHz betrieben werden. Das Highband umfasst Frequenzen über diesem Wert bis rund 2,5 GHz oder mehr.
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Bereitstellen von zwei, Lowband- und Highbandbetrieb zugewiesenen Antennenanschlüssen und zwei Antennen erlaubt die Optimierung der Antenne auf den jeweiligen Frequenzbereich. Das bedeutet, dass die Antenne an den jeweiligen Frequenzbereich angepasst ist. Bereitstellen einer ersten Antenne und einer zweiten Antenne, die eine Diversityantenne ist, besitzt den Vorteil, dass gleichzeitiger Betrieb auf zwei Kommunikationssystemen möglich ist, wenn ein Kommunikationssystem mit der ersten Antenne verbunden ist und das zweite Kommunikationssystem mit der zweiten Antenne verbunden ist.
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In einer Ausführungsform ist der Schalter Teil eines Frontend-Moduls, das in einem Carrier Aggregation Mode betrieben werden kann, der es erlaubt, das Frontend-Modul gleichzeitig in zwei verschiedenen Bändern gemäß einem ersten und einem zweiten Kommunikationssystem zu betreiben. In diesem Fall umfasst der Schalter einen ersten und einen zweiten Antennenanschluss, verbindbar über einen E/A-Anschluss und den jeweiligen Signalweg mit einem der ersten bzw. einer zweiten Sende/Empfangseinheit, wobei die erste und eine zweite Sende/Empfangseinheit in verschiedenen Bändern betrieben werden.
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Einzelbandbetrieb ist in jedem der zwei Bänder möglich durch aktives Verbinden einer ausgewählten der Sende/Empfangseinheit mit einem jeweiligen Antennenanschluss.
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Carrier Aggregation Mode ist möglich und benötigt:
Verbinden des ersten Filters zwischen den Nebenschlussweg des ersten E/A-Anschlusses und der ersten Sende/Empfangseinheit
Verbinden der ersten Sende/Empfangseinheit mit dem ersten Antennenanschluss über den zweiten E/A-Anschluss und den jeweiligen Signalweg
Verbinden der zweiten Sende/Empfangseinheit mit dem zweiten Antennenanschluss über einen dritten E/A-Anschluss und den jeweiligen Signalweg.
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In einer Ausführungsform des Antennenschalters ist die Anzahl x auf x ≥ 2 eingestellt, so dass die Anzahl n von E/A-Anschlüssen die Anzahl von verbindbaren Sende/Empfangseinheiten um zwei oder mehr überschreitet. Es sind wenigstens eine erste, eine zweite, eine dritte und eine vierte Sende/Empfangseinheit bereitgestellt. Dann kann ein erstes Filter zwischen die erste Sende/Empfangseinheit und den ersten E/A-Anschluss geschaltet werden. Es kann wenigstens ein zweites Filter zwischen den vierten E/A-Anschluss und die dritte Sende/Empfangseinheit gemäß einem dritten Kommunikationssystem geschaltet werden. In diesem Fall besteht eine dritte Schaltstellung des Antennenschalters, wo
der vierte E/A-Anschluss mit seinem Nebenschlussweg verbunden ist
die dritte Sende/Empfangseinheit aktiv mit dem ersten Antennenanschluss über einen fünften E/A-Anschluss verbunden ist
die vierte Sende/Empfangseinheit aktiv mit dem zweiten Antennenanschluss über einen sechsten E/A-Anschluss verbunden ist.
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Dann wird eine durch den Sender der dritten Sende/Empfangseinheit gebildete Oberwellenmode durch das zweite Filter ausgefiltert und über den Nebenschlussweg mit Masse verbunden. Diese Oberwellenmode besitzt eine Frequenz im Band der vierten Sende/Empfangseinheit und ist vorgesehen, gleichzeitig mit der dritten Sende/Empfangseinheit betrieben zu werden.
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Das zweite Filter kann direkt mit dem Antennenanschluss über den vierten E/A-Anschluss und den jeweiligen Signalweg verbunden werden, um Einzelbandbetrieb im dritten Band zuzulassen, wenn nur die dritte Sende/Empfangseinheit aktiv mit dem ersten Antennenanschluss über den fünften E/A-Anschluss verbunden ist.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben eines Frontend-Moduls umfassend einen Schalter nach der Erfindung offenbart. Das Verfahren umfasst Schalten des Antennenschalters in eine erste Schaltstellung, wenn Betrieb des Frontend-Moduls in einem Carrier Aggregation Mode erwünscht ist. In dieser ersten Schaltstellung sind folgende Verbindungen herzustellen:
Der Signalweg zwischen dem Antennenanschluss und dem ersten E/A-Anschluss wird abgetrennt, wodurch der gemeinsame Eingangsknoten mit dem Nebenschlussweg des ersten E/A-Anschlusses über das Filter verbunden wird;
der Signalweg zwischen dem Antennenanschluss und dem zweiten E/A-Anschluss ist aktiv;
die erste Sende/Empfangseinheit ist aktiv mit dem zweiten E/A-Anschluss verbunden, und
die zweite Sende/Empfangseinheit ist aktiv über den dritten E/A-Anschluss mit dem zweiten Antennenanschluss verbunden.
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Das Verfahren umfasst weiterhin Schalten des Antennenschalters in die zweite Schaltstellung, wenn Arbeiten nur in einem Einzelbandbetriebsmodus erwünscht ist. In der zweiten Schaltstellung sind die Signalwege zwischen dem Antennenanschluss und den ersten und zweiten E/A-Anschlüssen aktiv und der Signalweg zwischen der zweiten Sende/Empfangseinheit und dem Antennenanschluss ist abgetrennt.
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Das Verfahren kann eine fünfte Schaltstellung umfassen, die Betrieb in einem Carrier Aggregation Mode ohne zusätzliches Filtern zulässt, wo der Schalter in eine Stellung gestellt ist, in der die Signalwege zwischen einem Antennenanschluss und den ersten, zweiten und dritten E/A-Anschlüssen aktiv sind. Diese fünfte Schaltstellung kann für Carrier Aggregation Mode ohne zusätzliche Filterung benutzt werden.
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Die Erfindung wird ausführlicher unter Bezugnahme auf Ausführungsbeispiele und die entsprechenden Figuren erläutert. Die Figuren sind schematisch, und nur zum besseren Verständnis der Erfindung und nicht maßstabsgerecht gezeichnet. Daher können den Figuren weder relative noch absolute Werte entnommen werden. Entsprechenden Teilen und Merkmalen oder Teilen mit der gleichen Funktion ist das gleiche Bezugssymbol zugewiesen.
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1A zeigt einen Antennenschalter in einer ersten Schaltstellung;
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1B zeigt verschiedene Filter, die benutzt werden können;
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1C zeigt den Antennenschalter in einer zweiten Schaltstellung;
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1D zeigt ein aus LC-Filterelementen aufgebautes Filter;
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2 zeigt den Frequenzgang eines ersten Kommunikationssystems nach zusätzlicher Filterung;
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3 zeigt einen Antennenschalter mit zwei Antennenanschlüssen in einer Schaltstellung, die Carrier Aggregation Betrieb erlaubt;
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4 zeigt die Trennung zwischen zwei Bändern in einem Carrier Aggregation Mode mit und ohne zusätzliche Filterung; und
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5 zeigt den Frequenzgang der ersten Sender/Empfängereinheit in einem Einzelbandbetrieb, wo das zusätzliche Filter umgangen wird.
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1 zeigt schematisch den erfindungsgemäßen Schalter SW. Der Schalter kann aus Feldeffekttransistoren in einer Gallium-Arsenidtechnik oder einer Schaltung von Pin-Dioden auf Siliziumbasis oder als sonstiger Schalter in sonstiger Halbleitertechnik ausgeführt sein. Der Schalter umfasst wenigstens einen Antennenanschluss AT und eine Anzahl von n E/A-Anschlüssen EA. Der Schalter kann den Antennenanschluss AT unabhängig mit einem oder mehreren der E/A-Anschlüsse EA verbinden.
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Wenn ein Signalweg SIP zwischen Antennenanschluss und E/A-Anschluss abgetrennt wird, wird der jeweilige E/A-Anschluss mit einem Nebenschlussweg SHP verbunden. Der Nebenschlussweg SHP kann die Erdverbindung des jeweiligen Transistors sein und umfasst ein Widerstandselement R. Sollte der Schalter ein FET sein, steht das Widerstandselement R auf dem Nebenschlussweg SHP für FET-Kanalwiderstand. In anderen Ausführungsformen kann das Widerstandselement R auch induktiv sein.
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In der Figur sind vier E/A-Anschlüsse EA1, EA2, EAX und EAn dargestellt. E/A-Anschluss EA1 ist mit dem gemeinsamen Eingangsknoten NOD der ersten Sende/Empfangseinheit TRU1 über das Filter FIL verbunden. Der E/A-Anschluss EA2 ist über eine Signalleitung mit dem gleichen Eingangsknoten EAT verbunden. Die übrigen E/A-Anschlüsse sind über jeweilige Signalleitungen mit einer zweiten und dritten Sende/Empfangseinheit verbunden.
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1A zeigt den Antennenschalter SW in einer ersten Schaltstellung, die Ausfiltern einer ungewünschten Frequenz durch das Filter FIL erlaubt. Die ungewünschte Frequenz kann das Filter FIL zum ersten E/A-Anschluss EA1 durchlaufen, der mit einem Nebenschlussweg SHP verbunden und dann zu Masse geleitet ist. Für alle anderen Frequenzen unterhalb der ungewünschten Frequenz wird das Signal zwischen dem Antennenanschluss und dem gemeinsamen Knoten über den Signalweg SIP und dem zweiten E/A-Anschluss EA2 geleitet. Der gemeinsame Knoten ist mit der ersten Sende/Empfangseinheit TRU1 verbunden.
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1B zeigt drei Arten von Filtern, die für einen erfindungsgemäßen Antennenschalter benutzt werden können. Das Filter FIL kann als ein Bandpassfilter, ein Sperrfilter oder ein Hochpassfilter ausgeführt sein. Mit allen diesen Arten von Filtern wird sichergestellt, dass ungewünschte Signale in einem Frequenzbereich, der durch ein gebündeltes anderes Kommunikationssystem benutzt wird, das Filter FIL durchlaufen können. Signale mit einer Frequenz innerhalb des durch das erste Kommunikationssystem benutzten Bandes werden durch das Filter FIL blockiert. Alle Frequenzen, die das Filter FIL durchlaufen können, werden über den ersten E/A-Anschluss und den Nebenschlussweg SHP zu Masse abgeleitet.
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1C zeigt den Antennenschalter SW in einer zweiten Schaltstellung, die es erlaubt, das Filter FIL zu umgehen. Im Gegensatz zu der in 1A gezeigten ersten Schaltstellung verbindet der erste Signalweg SIP1 nunmehr den ersten E/A-Anschluss aktiv mit dem Antennenanschluss AT. Es gibt daher keine Verbindung zu Erde für diesen Signalweg und alle zum Band des ersten Kommunikationssystems gehörenden Signale werden über den zweiten Signalweg SIP2 vom Antennenanschluss AT über den zweiten E/A-Anschluss EA2 zur ersten Sende/Empfangseinheit TRU1 geführt. Das bedeutet, dass der erste Signalweg SIP1 vollständig parallel zum zweiten Signalweg SIP2 liegt und praktisch keinen Einfluss auf das Signal hat.
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1D zeigt eine besondere Ausführungsform einer Filterschaltung FIL, die in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Antennenschalter benutzt werden kann. Das Filter FIL kann als aus LC-Komponenten ausgelegtes LC-Filter ausgeführt sein, das Filter kann ein durch eine Parallelkapazität C1 und eine Parallelinduktivität L2 gebildeter Parallel-Resonanzkreis sein. Ein zusätzlicher Reihenresonanzkreis wird durch die erste Induktivität L1 und die erste Kapazität C1 gebildet. Die Werte der LC-Elemente sind ausgewählt, eine Resonanz auf einer Störfrequenz bereitzustellen, die höher als die Frequenz des benutzten Bandes gemäß der ersten Sende/Empfangseinheit TRU1 ist.
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2 zeigt den Frequenzgang TRM eines Frontend-Moduls angepasst zum Erlauben von Carrier Aggregation Mode von Band 4 und Band 17 mit und ohne zusätzlicher Filterung. Es wird ein Antennenschalter nach 1A und 1C benutzt. Das jeweilige Filter FIL ist gemäß 1D ausgelegt. Es werden folgende LC-Elemente für diese Ausführungsform und die jeweilige Bandkombination benutzt: L1, L3 = 1 nH und C1 = 1 pF.
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Band 17 ist ein niedriges Band um 750 MHz, während Band 4 ein hohes Band um 2,1 GHz ist. Im Diagramm sind erste und zweite Übertragungskurve TRM1 und TRM2 gezeigt. Beide Übertragungskurven sind für ein Vorschaltmodul berechnet, das einen erfindungsgemäßen Antennenschalter umfasst. Die gezeigten Übertragungskurven zeigen eine Signalübertragung zwischen Antennenanschluss AT und gemeinsamem Knoten NOD der ersten Sende/Empfangseinheit TRU1 nach Band 17. Die erste Übertragungskurve TRM1 des Carrier Aggregation Modes entspricht der ersten Schaltstellung und zeigt einen geringen Verlusteffekt im Band 17 aufgrund der zusätzlichen Filterung, zeigt aber eine angemessene Dämpfung bis zu –13 dB im Frequenzbereich von Band 4. Das bedeutet, dass die Störfrequenzen im B4-Band durch das Frontend-Modul mit einem, ein zusätzliches Filter FIL umfassenden Antennenschalter effektiv ausgefiltert werden können.
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Der zweite Übertragungskurve TRM2 entspricht der zweiten Schaltstellung des gleichen Frontend-Moduls und zeigt eine sehr niedrige Einfügedämpfung bei niedrigen Bandfrequenzen von Band 17 wie auch eine niedrige Einfügedämpfung auf hohen Bandfrequenzen, zum Beispiel von Band 4. Das zeigt, dass kein negativer Einfluss des zusätzlichen Filters besteht, wenn das zusätzliche Filter FIL entsprechend der zweiten Schaltstellung umgangen wird.
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3 zeigt einen Antennenschalter umfassend einen ersten und einen zweiten Antennenanschluss AT. Der zweite Antennenanschluss AT2 kann gezielt durch den Schalter mit einem oder mehreren E/A-Anschlüssen verbunden werden, die mit Sende/Empfangseinheiten gemäß den jeweiligen Kommunikationssystemen verbindbar sind. Das Kommunikationssystem kann unterschiedliche Bänder benutzen. Die Bänder, in denen der Schalter betreibbar ist, können voneinander beabstandet sein, nebeneinander liegen oder können eine Überlappung in der Frequenz aufweisen.
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Der Schalter ist in der ersten Schaltstellung dargestellt, wo das Filter FIL aktiv ist, wodurch eine durch den Sender der ersten Sende/Empfangseinheit TRU1 erzeugte Störfrequenz über den Nebenschlussweg SHP zu Masse geleitet werden kann.
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Der zweite Signalweg SIP2 verbindet den Antennenanschluss AT mit der ersten Sende/Empfangseinheit. Der dritte Signalweg SIP3 verbindet den zweiten Antennenanschluss AT2 mit einer zweiten Sende/Empfangseinheit TRU2. Die erste Sende/Empfangseinheit TRU1 kann einem ersten Kommunikationssystem zugewiesen sein, während die zweite Sende/Empfangseinheit TRU2 einem zweiten Kommunikationssystem zugewiesen sein kann, wo beide Kommunikationssysteme im Betrieb im Carrier Aggregation Mode vorgesehen sind. Erstes und zweites Kommunikationssystem können eine Kombination von Band 4/Band 17 oder eine Kombination von Band 3/Band 8 sein, wo zusätzliches Filtern durch das Filter FIL vorteilhaft ist, um durch den Sender der ersten Kommunikationssysteme erzeugte störende Oberwellenmoden auszufiltern.
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4 zeigt die Trennung zwischen Band 4 und Band 17 im Carrier Aggregation Mode. Es sind zwei Graphen IS1 und IS2 dargestellt, wobei der erste Graph IS1 der ersten Schaltstellung, wie in 3 gezeigt, entspricht. Der zweite Graph IS2 zeigt die gemessene Isolation ohne zusätzliches Filtern gemäß der zweiten Schaltstellung. Die Figur zeigt, dass gemäß der Erfindung und der zusätzlichen Filterung in der ersten Schaltstellung die Isolation zwischen beiden Bändern bei Frequenzen von Band 4 um ca. 12 dB verbessert ist. Daher können Störfrequenzen im Band 4 effektiv ausgefiltert werden.
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5 zeigt die Übertragung des Signalweges für Band 17 durch einen erfindungsgemäßen Schalter, der in die zweite Schaltstellung geschaltet ist und dem in 2 gezeigten Graphen TRM2 entspricht. Es sind die Messwerte bei Frequenzen von Band 17 und Band 4 gezeigt und bezeugen die durch den Antennenschalter der Erfindung erreichte sehr geringe Einfügedämpfung.
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Die Erfindung ist unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen wie in den Figuren gezeigt erläutert worden. Jedoch ist die Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen oder auf diese Figuren beschränkt. Zum Beispiel kann die Anzahl von E/A-Anschlüssen und mit dem Schalter verbindbaren Kommunikationssystemen nach Bedarf für ein gewünschtes Frontend-Modul gewählt werden. Der Schalter kann zum Verbinden von einem, zwei oder mehr Antennenanschlüssen mit einer Anzahl von E/A-Anschlüssen realisiert sein. Die positive Auswirkung der Erfindung ist für 2-Bandkombinationen dargestellt worden, ist aber nicht auf die offenbarten Bandkombinationen beschränkt. Grundlegend für alle Ausführungsformen ist eine zusätzliche Filterung, die durch Verwenden eines überzähligen E/A-Anschlusses ein- und ausgeschaltet werden kann, der an ein Filter angekoppelt ist und in jeweiligen Schaltstellungen des Antennenschalters ein- und ausgeschaltet werden kann. Die Erfindung ist nicht auf Ausfiltern eines Oberwellenmodus eines Bandes beschränkt, sondern soll eine gewünschte Frequenz ausfiltern, die ansonsten den Betrieb in jedem Band stören würde, in dem ein jeweiliges Modul betrieben wird.
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Bezugszeichenliste
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- AT1, AT2
- Antennenanschluss
- B1–B4
- erstes bis viertes (Frequenz-)Band
- COM
- Kommunikationssystem
- F1, F2
- erstes und zweites Filter
- FIL
- Filter
- I/O
- erster, zweiter und weiterer E/A-Anschluss
- IS1, IS2
- Isolation
- L, C
- LC-Filterelemente
- NOD
- gemeinsamer Knoten einer Sender/Empfängereinheit
- R
- Widerstandselement
- SHP
- Nebenschlussweg (vom E/A-Anschluss zu Erde)
- SIP
- Signalweg (wenigstens von Antennenanschluss zu E/A-Anschluss)
- SW
- Antennenschalter
- TRM1, 2
- erster und zweiter Übertragungsmodus gemäß erster und zweiter Schaltstellung
- TRU
- Sende/Empfangseinheit
