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In einer zellgebundenen Kommunikation mit aktivierter Trägeraggregation (Carrier Aggregation – CA) sind mehrere Bänder gleichzeitig aktiv (Einzelbetriebsartdurchlassband plus CA-Betriebsartgegenband). In einer solchen Trägeraggregationsbetriebsart sind zwei oder mehr Signalpfade, die Filter oder Duplexer enthalten, parallel geschaltet, um die Datenrate zu erhöhen. Es treten keine Probleme auf, falls in der Trägeraggregationsbetriebsart jedes Band eine separate Antenne verwendet. Jedoch in dem Fall, wenn zwei Signalpfade, die zwei aggregierten Bändern zugewiesen sind, parallel mit derselben Antenne gekoppelt sind, ist gegenseitiges Laden oder Sperren erfordert, um Leistungsverlust zu vermeiden.
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In der Empfangs-CA-Betriebsart (RX-CA-Betriebsart) mit Signalen, die von einer Antenne (AT) über rauscharme Verstärker (LNAs) zu dem Empfänger gehen, ist es wichtig, dass sich die Signalpfade gegenseitig sperren und einander nicht laden für jede Kombination von Durchlassbereichsfrequenz und Gegenbandfrequenz, weil das andernfalls zu Leistungsverlust und höherer Einfügedämpfung führen würde.
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In der Sende-CA-Betriebsart (TX-CA-Betriebsart) mit Signalen, die von sendenden Leistungsverstärkern (PAs), die durch die Ports P1 und P2 repräsentiert sind, ausgehen, ist es wichtig, dass die Signalpfade sich gegenseitig sperren und einander nicht laden für jede Kombination von Durchlassbereichsfrequenz und Gegenbandfrequenz, weil das andernfalls zu Leistungsverlust und niedriger Ausgangsleistung und niedrigerer Effizienz führen würde.
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Wir konzentrieren uns hier auf die RX-CA-Betriebsart, die Prinzipien gelten jedoch auch für die TX-CA-Betriebsart.
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Um den zunehmenden Datenverkehr zu managen, werden immer mehr Bänder, die entsprechenden Frequenzbereichen zugewiesen sind, definiert. Somit nimmt die Anzahl definierter Trägeraggregationsbandkombinationen ebenfalls zu. Frontend-Module, die innerhalb einer Mehrheit dieser Bänder und Bandkombinationen arbeiten können und die gemäß der herkömmlichen Herangehensweise konstruiert sind, werden groß und komplex mit ungünstigen Effekten für ihre Leistungsfähigkeit. Solche komplexen Frontends zeigen hohe Einfügedämpfungen (IL) und reduzierte Isolation. Ferner steigen Kosten und Aufwand für die Entwicklung an, und die Chancen für ein erfolgreiches Geschäft mit diesen Entwicklungen werden schlechter.
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Eine Standardlösung für Trägeraggregation macht Gebraucht von Phasenschiebern, die die Impedanz an einem gegebenen Gegenfrequenzband XXX (auch als Außerband-Impedanz (OOB-Impedanz) bezeichnet) in eine hohe Impedanz wie für einen offenen Stromkreis umsetzen. Mit zwei Bändern, die in einer CA-Betriebsart kombiniert werden sollen, ist jedes Band für In-Band angepasst, und für OOB ist eine offene Schaltung eingestellt. Normalerweise sind diese zwei Bänder für CA-Betriebsart mit einem Schalter gekoppelt, der durch sogenannte direkte Zuordnung (direct mapping) gesteuert sein kann. Das bedeutet, dass alle Schalterausgänge [engl: throws] des Schalters unabhängig gesteuert und aktiviert werden können. So ist es möglich, einen Schalterausgang für Einzelbandbetriebsart zu aktivieren oder zwei Schalterausgänge zur gleichen Zeit für eine Trägeraggregationsbetriebsart zu aktivieren, bei der zwei Bänder parallel mit einem Antennenanschluss oder einer Antennenspeisung verbunden sind, um gleichzeitig zu arbeiten. Als eine Konsequenz nimmt der in der Einzelbandbetriebsart aufgrund des Verlusts des Phasenschiebers zu. Das liegt daran, dass die verwendeten L- und C-Komponenten einen begrenzten Gütefaktor Q aufweisen. Und in der Trägeraggregationsbetriebsart nimmt der Einfügungsverlust auch aufgrund des parallelen Ladens des Gegenbands zu. Das liegt daran, dass die Größte des OOB-Reflexionskoeffizienten Γ des Gegenbands – an der Kombinationsreferenzebene, an dem Schalter – kein ideales Offen ist, sondern begrenzt aufgrund des endlichen Γ (Reflexionskoeffizienten) des Filters und dem endlichen Q (Gütefaktors) des Phasenschiebers. Ein weiterer Nachteil ist, dass diese Lösung mehr oder weniger auf zwei parallele Bänder begrenzt ist.
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1 zeigt ein Blockdiagramm einer Schaltung, die sowohl Trägeraggregationsbetriebsart als auch Einzelbetriebsart in einem der zwei Bänder erlaubt. Der Eingang eines Schalters SW ist mit einem Antennenanschluss AT verbunden. Der erste Ausgang des Schalters SW ist mit einem ersten Signalpfad verbunden. In dem Signalpfad ist sowohl ein Phasenschieber PS1 als auch Filtermittel FM1 angeordnet, beide in Reihe geschaltet. Der Phasenschieber PS1 ist ausgelegt, einen Zustand hoher Impedanz für Signale innerhalb des Bands eines zweiten Signalpfads bereitzustellen. Der zweite Signalpfad ist mit einem zweiten Ausgang des Schalters SW verbunden und umfasst einen zweiten Phasenschieber PS2 und ein zweites Filtermittel FM2. Der zweite Phasenschieber PS2 ist ausgelegt, einen Zustand hoher Impedanz für Signale innerhalb des ersten Bands einzustellen. Anschlüsse, die das jeweilige Signal zum weiteren Betrieb bereitstellen, sind durch P1, P2 referenziert.
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Eine weitere Art von "Switchplexing" innerhalb der Trägeraggregationsbetriebsart ist in 2 gezeigt. Anstelle von Phasenschiebern ist ein Reihenresonator R1, R2 verwendet, um eine offene Schaltung zu realisieren, die bei OOB, das heißt für Gegenbandfrequenzen in einem Zustand hoher Impedanz ist. 2 zeigt eine solche Schaltung, wobei die Phasenschieber PS aus 1 durch die jeweiligen Resonatoren R1, R2 ersetzt sind.
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Eine dritte bekannte Lösung für Trägeraggregationsbetriebsart ist direktes Multiplexen, das in 3 gezeigt ist. In diesem Fall ist kein Schalter beteiligt, die zwei Signalpfade, die jeweils Filtermittel FM umfassen, sind über ein Anpassungs- und Kombinationsnetz MN direkt verbunden. Das Abstimmungs- und Kombinationsnetz MN stellt eine korrekte In-Band-Anpassung und gute Trennung für OOB/Gegenbandfrequenzen bereit und verwendet dazu Resonanz mit der Außerbandkapazität der Filtereingangsadmittanz. Diese Lösung ist praktisch auch begrenzt auf eine Parallelschaltung von nur zwei Signalpfaden, die in zwei unterschiedlichen Bändern arbeiten.
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Wenn ein Frontend-Modul für mehrere unterschiedliche Bänder konstruiert wird, das zusätzlich Trägeraggregationsbetriebsart für eine Gruppe definierter Bandkombinationen ermöglicht, wird ein Schalter benötigt, der eine entsprechende Anzahl von Schalterausgängen aufweist. Normalerweise werden mehr als zehn Schalterausgänge benötigt, um ein Roaming in unterschiedlichen Regionen der Welt zu ermöglichen, wo unterschiedliche Bandkombinationen im Gebrauch sind.
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4 zeigt eine beispielhafte Blockschaltung eines solchen bekannten Moduls. Die Figur zeigt einen Antennenanschluss AT, der mit einem Diplexer DIP verbunden ist. Dessen zwei Ausgänge sind jeweils mit einem Schalter SW verbunden. Der obere Schalter SW, der in der Figur gezeigt ist, ist ein SP12T, das bedeutet, der Schalter SW kann den Schaltereingang und somit den Diplexer mit einem erwünschten einzelnen oder einer erwünschten Kombination der zwölf Schalterausgänge koppeln. Mit den Ausgängen sind unterschiedliche Signalpfade, die in unterschiedlichen Bändern arbeiten, verbunden. Ein Teil der Signalpfade umfassen Filtermittel, ein Teil der Signalpfade umfassen Phasenschieber für diejenigen Bänder, die für definierte Trägeraggregationsbetriebsarten auswählbar sind. Der zweite Ausgang des Diplexers DIP ist mit einem zweiten Schalter SW' verbunden, der in dieser Ausführungsform ein SP7T-Schalter ist, der sieben Schalterausgänge aufweist. Mit diesem Schalter ist eine entsprechende Anzahl von Signalpfaden, die unterschiedlichen Bändern zugewiesen sind, verbunden.
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Ein Frontend-Modul wie das in 4 abgebildete hat unterschiedliche Probleme zur Folge. Erstens tritt in einem Schalter mit acht oder mehr Schalterausgängen ein Kreuzungspunkt auf: Die Einfügedämpfung nimmt mit der Anzahl von Schalterausgängen immer mehr zu, während sich Anpassung und Isolation aufgrund der Kopplung zwischen den Signalpfaden bzw. den Steuerleitungen für die Signalpfade verschlechtern. Die meiste Kopplung tritt in der Umgebung des Schalterbereichs auf. Darüber hinaus wird die Linearität des Schalters mit einer hohen Anzahl von Schalterausgängen schlechter.
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Zweitens wird es, wenn alle Bänder über den Schalter parallel geschaltet sind, schwieriger, alle unterschiedlichen Trägeraggregationsbandkombinationen mit Phasenschiebern zu adressieren. Diese Konstruktion wird komplex oder nahezu unmöglich, wird groß und verursacht zu hohe Einfügungsverluste.
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Drittens ist es mit so vielen Bändern und Trägeraggregationsbandkombinationen nicht attraktiv für das Geschäft eines Herstellers, alle Bänder und Bandkombinationen in ein Modul zu integrieren. Somit wäre es wirtschaftlicher, eine kleinere Lösung zu haben, die am besten auf modulare Art konstruiert sein sollte und durch "Plug and Play" weiterer Teile erweitert werden kann, falls erforderlich.
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Es ist ein Ziel der Erfindung, ein Frontend-Modul bereitzustellen, das eine wirtschaftliche Anzahl von Bändern umfasst, die sowohl in Einzelbandbetriebsart als auch in Aggregationsbetriebsart betrieben werden können. Die Architektur des Frontend-Moduls sollte flexibel und erweiterbar sein und sollte eine bessere Performance zeigen als ein bekanntes Frontend wie das, das in 4 gezeigt ist.
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Diese und weitere Ziele werden durch ein Frontend-Modul nach Anspruch 1 erreicht. Vorteilhafte Ausführungsformen und Variationen des Frontend-Moduls sind in weiteren Ansprüchen gegeben. Die Erfindung offenbart ein Frontend-Modul, das auf Kernbänder beschränkt ist, das durch Untermodule erweiterbar ist, das Schalter mit hoher Anzahl von Schalterausgängen vermeidet, die andernfalls hohe Verluste, schwache Isolation und schlechtere Linearität produzieren würden. Stattdessen verwendet es eine Kaskade aus einem ersten und einem zweiten Schalter. Das Frontend-Modul kann in wenigstens einer Trägeraggregationsbetriebsart betrieben werden und dadurch die Signalpfade kombinieren, die mit unterschiedlichen Ausgängen des ersten Schalters gekoppelt sind.
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Das Frontend-Modul umfasst einen Antennenanschluss, der mit dem Eingang eines ersten Schalters verbunden ist, der eine Anzahl von k Ausgängen aufweist, wobei k eine Ganzzahl gleich oder größer als 3 ist.
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Ferner ist ein zweiter Schalter mit einem Ausgang des ersten Schalters über wenigstens zwei unterschiedliche Pfade, die über Einstellung des ersten Schalters geleitet werden können, verbunden. Ein erster Weg verbindet den ersten Schalter direkt mit dem Eingang des zweiten Schalters über eine Umgehungsleitung. Ein zweiter Weg verbindet den Ausgang des ersten Schalters mit dem Eingang des zweiten Schalters über einen ersten Notch-Pfad, der einen ersten Notch umfasst. Ein dritter Weg verbindet einen weiteren Ausgang des ersten Schalters mit einem ersten Zusatzsignalpfad, der einem Band eines ersten Zusatzkommunikationssystems zugewiesen ist.
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Der erste Zusatzsignalpfad kann beispielsweise ein Filterpfad sein, der ein Filter für das Band des ersten Zusatzkommunikationssystems umfasst.
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Der Notch innerhalb des Notch-Pfads umfasst einen Resonator, der ausgelegt ist, ein Element hoher Impedanz für eine Notchfrequenz bereitzustellen, die dem Band des ersten Zusatzkommunikationssystems zugewiesen ist.
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Es sind wenigstens n Ausgänge an dem zweiten Schalter vorhanden, von denen jeder jeweils mit einem Hauptsignalpfad verbunden ist, der einem Band eines jeweiligen Hauptkommunikationssystem zugewiesen ist, wobei n eine Ganzzahl gleich oder größer als 2 ist.
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Das Frontend-Modul ist ausgelegt, in einer Einzelbandbetriebsart in einem der Hauptbänder oder in dem Zusatzkommunikationssystem zu arbeiten. Ferner kann in einer ersten Trägeraggregationsbetriebsart das Modul gleichzeitig in einem der Hauptbänder und in dem Zusatzband arbeiten. Einzelbandbetriebsart und erste Trägeraggregationsbetriebsarten können durch den ersten und/oder den zweiten Schalter eingestellt werden. Vorteilhafterweise können der erste und der zweite Schalter dadurch eingestellt werden, dass jeder direkt zugeordnet wird (direct mapping).
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In der ersten Trägeraggregationsbetriebsart ist ein Hauptsignalpfad mit dem Antennenanschluss über wenigstens einen ersten Notch-Pfad und den zweiten Schalter, der diesen Hauptpfad aktiviert, gekoppelt. Gleichzeitig ist ein erster Zusatzsignalpfad mit dem Antennenanschluss parallel zu dem Hauptsignalpfad über einen Schalterausgang (Ausgang) des ersten Schalters gekoppelt.
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In einer sehr einfachen Ausführungsform gemäß der Erfindung umfasst der erste Schalter vier Ausgänge. Im Vergleich zu einem Frontend-Modul, das einen einzelnen Antennenschalter zum Verbinden aller bereitgestellten Signalpfade mit dem Antennenanschluss aufweist, verwendet das vorgeschlagene Frontend-Modul einen ersten Schalter, der mit dem Antennenschalter bekannter Lösungen vergleichbar ist, jedoch eine kleinere Anzahl von Schalterausgängen aufweist. Ein solcher Schalter mit wenigen Ausgängen produziert keine unerwünschten Verluste.
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Die Notches in dem Notch-Pfad dienen dazu, ein Offen für das Gegenband zu realisieren. Ein jeweiliger Notch-Pfad ist mit einem Hauptsignalpfad nur dann verbunden, wenn es in einer Trägeraggregationsbetriebsart erforderlich ist. In einer Einzelbandbetriebsart kann das Signal über die Umgehungsleitung von dem ersten zu dem zweiten Schalter und von dem zweiten Schalter zu dem jeweiligen Hauptsignalpfad geleitet werden. Auf diese Weise produziert der Notchin dieser Betriebsart keinen Verlust.
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Ferner kann jeder Notch mehrfach verwendet werden, falls das Band, das durch den Notch blockiert ist, Element unterschiedlicher Bandkombinationen unterschiedlicher Trägeraggregationsbetriebsarten ist. Dadurch kann wenigstens eine Komponente eingespart werden, und die Konstruktion wird einfacher.
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Der Zusatzsignalpfad kann einem Band zugewiesen werden, das strenge Spezifikationen aufweist und deshalb schwierig mit geringen Verlusten zu konstruieren ist. In dem vorgeschlagenen Frontend-Modul ist dieser Zusatzsignalpfad über den ersten Schalter direkt mit der Antenne verbunden und muss nicht durch eine Kaskade von zwei Schaltern laufen. Somit kann dieses Band mit anspruchsvollen Spezifikationen getrennt behandelt werden und kann so optimiert werden. Auf diese Weise ist ein Betrieb mit geringem Verlust sowohl im Einzelbandbetrieb als auch in Trägeraggregationsbetriebsart möglich. Das Leiten des Signals durch den ersten Zusatzpfad kann mit hoher Isolation und ohne Kreuzung von Signalleitungen ausgeführt werden.
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Ein Phasenschieber kann in dem Zusatzsignalpfad zum Sperren oder Nichtladen der Signale des Gegenbands in einer Trägeraggregationsbetriebsart verwendet werden, die das Band des Zusatzsignalpfads enthält. Ein Phasenschieber kann ein Signal einer gegebenen Frequenz sperren, falls der Phasenschieber eingestellt ist, um für die Frequenz des Bands, die gesperrt werden soll, ein Element hoher Impedanz bereitzustellen.
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Ferner kann ein Hauptsignalpfad ebenfalls mit einem Phasenschieber versehen sein. Falls mehrere Trägeraggregationsbetriebsarten implementiert werden müssen, können weitere Notch-Pfade bereitgestellt werden, um einen Ausgang des ersten Schalters mit dem Eingang des zweiten Schalters zu verbinden. Alternativ kann in der Trägeraggregationsbetriebsart ein Sperren durch Platzieren von Phasenschiebern in jedem der Bänder, die in der Trägeraggregationsbetriebsart parallel gekoppelt werden sollen, erreicht werden.
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Der erste Schalter wird aktiviert, um ein Signal über einen ausgewählten Signalpfad zu leiten, der jeweils den Ausgang des ersten Schalters mit dem Eingang des zweiten Schalters koppelt. Eine Umgehungsleitung koppelt den ersten und den zweiten Schalter direkt. Somit kann der Notch-Pfad durch Leiten des Signals durch die Umgehungsleitung oder durch den Notch-Pfad ein- oder ausgeschaltet werden. In der Trägeraggregationsbetriebsart ist der jeweilige Notch-Pfad aktiv, wenn gleichzeitiger Betrieb in einem Hauptsignalpfad und dem ersten Zusatzsignalpfad erforderlich ist.
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Weitere Ausgänge des ersten Schalters können mit einer Schaltungsanordnung verbunden sein, die ein Signalpfad nur für ein Einzelband sein kann, oder eine Art Multiplexer zum Verbinden des weiteren Ausgangs des ersten Schalters mit mehreren Signalpfaden durch den Multiplexer. Ein solcher Multiplexer kann beispielsweise ein Diplexer oder ein vierter Schalter sein.
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Phasenschieber werden typischerweise in einem Signalpfad verwendet, wenn das jeweilige Band nur einmal an einer speziellen Einzel-CA-Band-Kombination beteiligt ist. Resonatoren werden typischerweise verwendet, wenn ein Band an zwei oder mehr CA-Bandkombinationen beteiligt ist. Für den ersten Fall kann es immer noch attraktiv sein, einen Resonator oder eine Kombination aus Resonator plus Phasenschieber zu verwenden, um eine Lösung mit verbesserter Einfügedämpfung zu erreichen.
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In einer Ausführungsform des Frontend-Moduls können alternativ zwei oder mehr unterschiedliche erste Trägeraggregationsbetriebsarten eingestellt sein. In jeder dieser ersten Trägeraggregationsbetriebsarten ist ein entsprechender der Hauptsignalpfade aktiv mit dem Antennenanschluss gekoppelt über den Notch-Pfad, der ein Offen für das erste Zusatzkommunikationssystem umfasst. Gleichzeitig ist der erste Zusatzsignalpfad mit dem Antennenanschluss durch eine jeweilige Einstellung des ersten Schalters aktiv verbunden. Das heißt, dass ein Notch-Pfad für zwei unterschiedliche Bandkombinationen in zwei ersten Trägeraggregationsbetriebsarten verwendet wird. Solche Kombinationen umfassen das Zusatzband und zwei oder mehr Hauptsignalpfade.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann eine weitere Trägeraggregationsbetriebsart durch paralleles Verbinden von zwei weiteren Signalpfaden, die unabhängig aus einem der Hauptsignalpfade und einem der ersten Zusatzpfade ausgewählt sind, parallel mit der Antenne eingestellt werden. Jeder der weiteren Signalpfade umfasst einen Phasenschieber, der ausgelegt ist, gegenseitig einen offenen Zustand für ein Signal, das eine Frequenz innerhalb des Gegenbands der jeweiligen weiteren Trägeraggregationsbetriebsart aufweist, bereitzustellen. Der jeweilige Hauptsignalpfad ist mit dem ersten Schalter über die Umgehungsleitung verbunden.
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Wie vorstehend erwähnt können diese weiteren Trägeraggregationsbetriebsarten durch Verwenden von Phasenschiebern ermöglicht werden, die in jedem derjenigen Signalpfade angeordnet sind, die in der weiteren Trägeraggregationsbetriebsart kombiniert werden sollen. Diese Ausführungsform ist nur dann bevorzugt, wenn die Bänder, die in der weiteren Trägeraggregationsbetriebsart kombiniert werden sollen, neben der Verwendung für diese Trägeraggregationsbetriebsart auch in Einzelbandbetriebsart verwendet werden, die durch Auswählen einer vermuteten Schaltereinstellung immer möglich ist.
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In einer Modifikation umfasst das Frontend-Modul einen zweiten Antennenanschluss, um sich mit einer ausgewählten Reihe von dritten Signalpfaden über einen dritten Schalter zu verbinden. Das erfordert eine zweite Antenne, die durch die Mobilfunkvorrichtung bereitgestellt ist. Jeder aus den dritten Signalpfaden kann zugewiesen werden, um in einem hohen Band zu arbeiten, das eine Frequenz aufweist, die höher ist als die Frequenzen des Bands, das dem Hauptsignalpfad zugewiesen ist. Alternativ, falls sich die Bänder des Hauptkommunikationssystems in dem hohen Band (high band) befinden, können die dritten Signalpfade zugewiesen sein, um in dem Bereich des tiefen Bands (low band) zu arbeiten. Dementsprechend kann die zweite Antenne für Betrieb an Frequenzen des tiefen Bands optimiert sein.
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In dieser Ausführungsform koppelt ein Schalterausgang des dritten Schalters einen ausgewählten dritten Signalpfad mit dem zweiten Antennenanschluss. Dadurch können CA-Kombinationen zwischen diesem jeweiligen dritten Signalpfad und einem weiteren Signalpfad, der über den ersten Schalter oder den zweiten Schalter mit dem ersten Antennenanschluss verbunden ist, durch Antennenmultiplexen erreicht werden, was ausreichende Isolation zwischen der ersten Antenne und der zweiten Antenne erfordert und keine weiteren Maßnahmen wie z. B. Phasenschieber oder Resonator in dem Frontend-Modul benötigt. Ferner ist die Isolation zwischen diesem jeweiligen dritten Signalpfad und einem weiteren Signalpfad, der über den ersten Schalter oder den zweiten Schalter mit dem ersten Antennenanschluss verbunden ist, höher.
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Ein weiterer Vorteil einer zweiten Antenne entsteht, wenn eine Frequenzoptimierung der zweiten Antenne möglich ist, wobei die Optimierung für einen kleineren Frequenzbereich besser als für einen breiten Frequenzbereich ist. Somit können beide Antennen einem spezifischen Frequenzbereich zugewiesen werden, der beispielsweise ein Bereich eines tiefen Bands oder eines hohen Bands sein kann.
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Eine weitere Art zum Zuweisen von Frequenzbereichen zu den Antennen kann in Bezug auf Harmonische der Grundfrequenzen, in denen die Antennen arbeiten, vorgenommen werden. Das bedeutet, dass eine erste Antenne einem ersten Frequenzbereich und einem zweiten Frequenzbereich, der eine Harmonische des ersten Frequenzbereichs ist, zugewiesen werden muss. Eine zweite Antenne kann dann einem Frequenzbereich zugewiesen werden, der von dem ersten Frequenzbereich und den entsprechenden harmonischen Frequenzen verschieden ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst das Frontend-Modul einen vierten Schalter, dessen Eingang mit einem Ausgang des ersten Schalters verbunden ist. Der vierte Schalter umfasst Ausgänge, die mit einem jeweiligen der vierten Signalpfade verbunden sind, die einem jeweiligen Band eines jeweiligen vierten Kommunikationssystems zugewiesen sind. Ausgewählte Bänder der vierten Kommunikationssysteme können für Trägeraggregationsbetriebsarten verwendet werden. Ein Offen für OOB-Frequenzen kann durch Implementieren eines jeweiligen Phasenschiebers oder eines Notches innerhalb eines solchen vierten Signalpfads eingestellt werden. Das bedeutet, dass es der erste Schalter ermöglicht, den Hauptsignalpfad, den dritten Signalpfad und den Zusatzpfad mit demselben Antennenanschluss entweder alternativ oder möglicherweise auch parallel zu verbinden, falls eine Trägeraggregationsbetriebsart eingestellt ist.
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Der vierte Schalter, der vierte Signalpfad und ein Teil der dritten Signalpfade können ebenfalls auf einem Untermodul angeordnet sein, was kundenspezifisch sein kann. Falls zusätzlich zu den "Kernbändern" oder Hauptbändern spezifische andere Bänder in einer Region der Welt erforderlich sind, können entsprechende Signalpfade über das Untermodul als ein dritter und/oder vierter Signalpfad implementiert sein.
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Eine weitere Möglichkeit ist es, Bänder und jeweilige Signalpfade gemäß ihres Frequenzbereichs auf diesem Untermodul zu gruppieren. Als ein Beispiel können die dritten Signalpfade hohen Bändern zugewiesen sein, die in einem hohen Frequenzbereich arbeiten, der sich beispielsweise oberhalb von 2,3 GHz befinden kann.
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Ein solcher dritter und vierter Schalter und die jeweiligen Signalpfade weisen den Vorteil auf, dass der dritte und vierte Signalpfad sowohl von den Hauptsignalpfaden als auch von den Zusatzsignalpfaden getrennt werden kann, und dadurch die Isolation zwischen diesen zwei Gruppen von Signalpfaden verbessert werden kann.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst jeder aus den ersten Zusatzsignalpfaden, Hauptsignalpfaden und dritten Signalpfaden wenigstens eines aus einer Umgehungsleitung, einem Filter, einer Übertragungsleitung oder einem Phasenschieber oder einem Resonator. Eine Umgehungsleitung ist eine Signalleitung ohne irgendein diskretes Element darin. Eine Umgehungsleitung kann jedoch parasitische Eigenschaften einer Übertragungsleitung, eine Induktivität oder eventuell eine Kapazität aufweisen.
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Jeder der Signalpfade kann eine oder mehrere aus diskreter oder parasitischer Induktivität und/oder Kapazität in Reihe und/oder parallel aufweisen. Duplexer und Filter sind dem jeweiligen Band des Signalpfads zugewiesen, das der Frequenzbereich ist, in dem der Signalpfad arbeitet. Der Phasenschieber ist ausgelegt, die Phase eines spezifischen Gegenbands zu einem offenen Zustand zu verschieben und ergibt somit eine hohe Eingangsimpedanz für Frequenzen des Gegenbands. Eine Übertragungsleitung kann mit einem Duplexer oder dem Phasenschieber oder dem Resonator zusammenarbeiten.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind alle Elemente, die notwendig sind, um ausschließlich eine Trägeraggregationsbetriebsart zu ermöglichen, auf einem Untermodul angeordnet, das als eine Ergänzung zu dem Hauptmodul implementiert sein kann. Das weist den Vorteil auf, dass ein Frontend-Modul ohne dieses Untermodul alternativ in Einzelbandbetriebsarten arbeiten kann, ohne dass Implementieren irgendeines anderen Elements anstelle des Untermoduls zur Trägeraggregation notwendig ist. Das gilt nur dann, wenn Hauptsignalpfade vorhanden sind, die durch einen zweiten Schalter auswählbar sind, der direkt mit dem ersten Antennenanschluss gekoppelt werden kann, wenn das Trägeraggregationsuntermodul weggelassen ist. Wenn das Untermodul weggelassen ist, werden Einfügungsverlust und belegte Fläche und die zugehörigen Kosten niedriger sein.
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Mehr Bänder und somit mehr Signalpfade können mit dem Antennenanschluss gekoppelt sein, wenn der neue erste Schalter mit Ausgängen, die mit dem zweiten und eventuell einem vierten Schalter verbunden sein können, eingefügt ist. Ein weiterer Ausgang dieses alternativen ersten Schalters kann mit Zusatzsignalpfaden verbunden sein.
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Neben dem Trägeraggregationsuntermodul können andere der bereits beschriebenen Teile des Frontend-Moduls getrennt auf wenigstens einem weiteren Untermodul integriert sein. Alle Untermodule des Frontend-Moduls sind auf dem Hauptmodul-Frontend-Modul montiert und mit ihm elektrisch verbunden. Insgesamt repräsentieren das Hauptmodul und Untermodule das Frontend-Modul.
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In einer Ausführungsform umfasst wenigstens ein Resonator, der den wenigstens einen Notch in dem Notch-Pfad bildet, eine Parallelschaltungsanordnung eines Kapazitätselements (d. h. einen Kondensator C) und ein Induktivitätselements (d. h. einen Induktor L), die in Reihe geschaltet sind.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst der Resonator eine Reihenschaltung eines Kapazitätselements und eines Induktivitätselements. Der Schalter plus der in Reihe geschaltete LC-Resonator der vorhergehenden Ausführungsform sind durch einen Schalter in Reihe mit einem Reihen-LC-Resonator, der parallelgeschaltet ist, ersetzt. Um einen offenen Zustand zu realisieren, verwendet sie eine serielle Übertragungsleitung, deren Länge einem Viertel der Wellenlänge der Gegenbandfrequenz entspricht.
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Ferner kann jeder Resonator mit einem Nebenschlussinduktivitätselement oder einer Reihenübertragungsleitung gekoppelt sein, um den Winkel des OOB-Reflexionskoeffizienten Γ jeweils vorwärts zu einem offenen Zustand zu drehen.
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Jedes der Kapazitätselemente und der Induktivitätselemente in dem Notch-Pfad oder eventuell in irgendeiner anderen Signalleitung kann als ein diskretes Bauteil gebildet sein, die auf das Frontend-Modul montiert ist. Alternativ können diese Elemente als integrierte Elemente innerhalb des Substrats des Moduls realisiert sein. In diesem Fall ist das Substrat eine Mehrschichtleiterplatte, die als ein Laminat oder eine Mehrschichtkeramik gebildet ist, beispielsweise als eine LTCC- oder eine HTCC-Keramikleiterplatte. Diese Elemente können gemäß dem erforderlichen Gütefaktor des Elements gewählt werden. Ein hoher Gütefaktor kann für ein Element erforderlich sein, das in einem Signalpfad angeordnet ist, der einem jeweiligen Band zugewiesen ist, dessen Spezifikationen nur mit Elementen von hoher Qualität erfüllt werden können. Diskrete Induktivitätselemente zeigen typischerweise höhere Q als integrierte Induktivitätselemente. Es ist auch möglich, diskrete und integrierte Elemente in einem Resonator zu kombinieren. Solche Hybrid-Resonatoren verwenden vorzugsweise Kapazitätselemente, die in LTCC integriert sind, und diskrete Induktivitätselemente hoher Qualität, die darauf montiert sind.
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Jedes der Übertragungsleitungselemente kann diskret oder parasitisch sein, beispielsweise aufgrund der Leiterbahnführung.
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Ein Resonator in dem wenigstens einen Notch-Pfad kann auf die Frequenz des Bands aus dem Zusatzkommunikationssystem und einem vierten Kommunikationssystem abgestimmt sein, das zusammen mit dem Hauptsignalpfad aktiv ist, der mit dem Notch-Pfad in einer der ersten Trägeraggregationsbetriebsarten verbunden ist. Dieser Resonator bildet ein Element hoher Impedanz für eine Frequenz des Gegenbands in der Trägeraggregationsbetriebsart.
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Ein Frontend-Modul gemäß der Erfindung kann ausgearbeitete Schalter mit unterschiedlichen Schalterausgängen von unterschiedlicher Qualität umfassen. Schalterausgänge hoher Qualität können eine höhere Linearität des Schalters bereitstellen und sind in der Technik bekannt. Ein solcher Schalterausgang hoher Qualität kann mit einer verbesserten Gate-Breite konstruiert sein, falls der Schalter als ein Transistor gebildet ist. Ein weiterer Schalterausgang hoher Qualität kann zwei Transistoren mit verbesserter Gate-Breite in Reihe verwenden, um einen Schalterausgang bereitzustellen, der eine bessere Isolation aufweist. Trotz des höheren Aufwands und der höheren Kosten solcher Schalterausgänge hoher Qualität können die positiven Effekte einen solchen verbesserten Schalter attraktiv machen. Aufgrund der hohen Qualität des Schalters kann das Frontend-Modul durch Kombinieren von mehr Signalpfaden innerhalb der Frontend-Module komplexer konstruiert sein. Die Probleme, die andernfalls auftreten, sind durch die positiven Effekte des verbesserten Schalters reduziert.
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Die Erfindung wird in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen, die schematisch und nicht maßstabsgerecht gezeichnet sind, genauer erläutert.
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1 zeigt Trägeraggregation unter Verwendung von Phasenschiebern.
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2 zeigt Trägeraggregation unter Verwendung von Resonatoren.
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3 zeigt Trägeraggregation durch direktes Diplexen unter Verwendung eines Kombinations/Anpassungs-Netzes.
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4 zeigt ein bekanntes Frontend-Modul, das Trägeraggregation von Bandpaaren ermöglicht.
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5 zeigt ein erstes Frontend-Modul der Erfindung.
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6 zeigt ein zweites Frontend-Modul der Erfindung.
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7 zeigt ein drittes Frontend-Modul der Erfindung.
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8 zeigt ein viertes Frontend-Modul der Erfindung.
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9 zeigt drei Resonatoren, die in einem Modul der Erfindung verwendet werden.
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10 zeigt einen abstimmbaren Resonator, der in einem Modul der Erfindung verwendet werden kann.
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11 zeigt spezielle Schalterausgänge, die in einem Modul der Erfindung verwendet werden können.
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5 zeigt eine erste Ausführungsform gemäß der Erfindung. Prinzipiell ist das neue Frontend-Modul eine Kaskade aus einem ersten Schalter SW1 und einem zweiten Schalter SW2. Der erste und der zweite Schalter sind durch wenigstens drei unterschiedliche Signalpfade verbunden. Einer der Verbindungspfade ist eine Umgehungsleitung BP ohne Phasenschieber und ohne Resonator, die den ersten und den zweiten Schalter direkt verbindet. Wenigstens ein Notch-Pfad NP1, NP2 verbindet einen weiteren Ausgang OP1 des ersten Schalters SW1 mit dem Eingang des zweiten Schalters SW2. Der Notch-Pfad NP umfasst einen Notch, und der Notch umfasst einen Resonator R1. Der weitere Notch-Pfad NP2 und andere verbinden weitere Ausgänge des ersten Schalters SW1 mit dem Eingang des zweiten Schalters SW2 mit weiteren darin angeordneten Notches. Die Notches sind abgestimmt, um einen Zustand hoher Impedanz für Frequenzen innerhalb des Gegenbands der Trägeraggregationsbetriebsart bereitzustellen.
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In den Pfaden kann Anpassen notwendig sein, um auf einem speziellen Impedanzniveau zu bleiben oder um Komponenten anzupassen, bevor sie verbunden werden. Ein solches Anpassen ist gängige Praxis und deshalb nicht in den Figuren gezeigt und im Text nicht erwähnt. So kann selbst eine direkte Verbindung immer noch Anpassungselemente enthalten, entweder diskrete oder parasitische.
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Ein weiterer Ausgang OP1 des ersten Schalters SW1 ist mit einem ersten Zusatzsignalpfad AUX verbunden, in dem ein Phasenschieber PS5 angeordnet ist.
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Der erste Schalter SW1 kann weitere Pfade FP aufweisen, die mit einem seiner Ausgänge verbunden sind und von denen einer in der Figur gezeigt ist. Es ist jedoch vorteilhaft, dass der erste Schalter SW1 eine geringe Anzahl von Schalterausgängen oder Ausgängen aufweist, die den Schalter einfach und mit geringem Verlust machen.
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Der erste Schalter SW1 ist ein direkt angesteuerten Schalter, der einen Antennenanschluss AT, der mit dem Eingang des Schalters verbunden ist, mit einem oder mehreren der Ausgänge verbinden kann. Der Schalter kann durch eine MIPI-Schnittstelle gesteuert sein, die direktes Ansteuern ermöglicht.
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Der zweite Schalter SW2 kann von derselben einfachen Konstruktion mit einer geringen Anzahl von Schalterausgängen sein. Der Eingang des zweiten Schalters ist durch einen Verbindungspfad mit einem Ausgang des ersten Schalters verbunden, um denselben mit einem oder mehreren Hauptsignalpfaden zu verbinden, die mit den Ausgängen OP2 des zweiten Schalters SW2 verbunden sind. In der Figur sind zwei Hauptsignalpfade gezeigt, die sich jeweils zwischen einem Ausgang OP2 und einem Anschluss T1–T4 erstrecken. Die Hauptsignalpfade sind unterschiedlichen Bändern eines drahtlosen Kommunikationssystems oder eines Funksystems zugewiesen. Schnittstellen oder Anschlüsse zum Verbinden der Hauptsignalpfade mit den jeweiligen Sender/Empfänger-Einheiten hinter dem Frontend-Modul sind in der Fig. durch T1 bis T4 referenziert.
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Jeder der Hauptsignalpfade kann einen Phasenschieber PS1, PS3 umfassen, der konstruiert ist, um einen offenen Zustand für Frequenzen eines Gegenbands in einer Trägeraggregationsbetriebsart bereitzustellen.
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In der Figur sind der erste und der zweite Schalter auf unterschiedlichen Untermodulen angeordnet, wobei ein erstes Modul ein Trägeraggregationsmodul CAM ist, das den ersten Schalter und die verbindenden Signalpfade umfasst. Das zweite Modul ist ein Hauptmodul MM, das den zweiten Schalter und die Hauptsignalpfade umfasst.
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Das Hauptmodul MM würde Einzelbetriebsart in jedem einzelnen der vier Bänder, die den vier Hauptsignalpfaden zugewiesen sind, durch direktes Verbinden des Eingangs des zweiten Schalters mit dem Antennenanschluss AT ermöglichen. Einfügen des Trägeraggregationsmoduls CAM zwischen den Antennenanschluss AT und dem zweiten Schalter ermöglicht sowohl wenigstens eine Trägeraggregationsbetriebsart als auch Einzelbetriebsart in dem Zusatzsignalpfad AUX.
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Das Hauptmodul MM kann ferner Filter und Duplexer umfassen, die in den Hauptsignalpfaden angeordnet sind. Die Bänder, denen diese Hauptsignalpfade zugewiesen sind, sind ausgewählt, um Hauptbänder zu repräsentieren, die unabdingbar sind und durch jedes Mobiltelefon bereitgestellt sein sollten. Falls erwünscht kann das Hauptmodul MM weitere Signalpfade gemäß der Spezifikation des Kunden umfassen.
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Das Trägeraggregationsmodul CAM könnte als eine Schnittstelle zwischen dem Antennenanschluss AT und weiteren Untermodulen oder weiteren Signalpfaden dienen.
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Mit dem Frontend-Modul, das in 5 gezeigt ist, kann in einer Einzelbetriebsart jeder der verbundenen Signalpfade getrennt adressiert werden. Dann werden Signalpfade, die mit dem Ausgang OP2 des zweiten Schalters SW2 verbunden sind, durch Schalten des zweiten Schalters SW2 auf einen jeweiligen Schalterausgang 1 bis 4 verbunden. In diesem Fall wird der erste Schalter SW1 zu der Umgehungsleitung BP geschaltet, die in der Figur der zweite Schalterausgang ist. Umgehungsleitung bedeutet, dass der Antennenanschluss AT direkt mit dem Eingang des zweiten Schalters verbunden ist.
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Ein erster Zusatzsignalpfad, der einem ersten Zusatzkommunikationssystem zugewiesen ist, kann zu dem Antennenanschluss AT über den fünften Schalterausgang des ersten Schalters SW1 geschaltet werden. Da kein zweiter Schalter zwischen dem Antennenanschluss und dem Sender/Empfänger angeordnet ist, entspricht dieser Zusatzsignalpfad dem Signalpfad mit der geringsten Einfügedämpfung, der in den Figuren gezeigt ist. Somit kann dieser Zusatzsignalpfad vorzugsweise verwendet werden, um ein externes oder Ausnahme-Band zu verbinden, das wegen hoher technischer Anforderungen oder gegebener Spezifikationen spezieller Aufmerksamkeit bedarf. Solche speziellen Spezifikationen können durch eine hohe Frequenz jenseits der Bereiche der anderen Bänder begründet sein. Mit der in 5 gezeigten Anordnung kann die hohe Spezifikation für ein solches externes Kommunikationssystem erfüllt werden.
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Neben der Einzelbandbetriebsart können wenigstens drei unterschiedliche Trägeraggregationsbetriebsarten mit dem in 5 gezeigten Frontend-Modul eingestellt werden. In einer ersten Trägeraggregationsbetriebsart sind das Hauptkommunikationssystem des Signalpfads, der mit dem Anschluss T2 verbunden ist, und das erste Zusatzkommunikationssystem AUX, das mit dem Anschluss T5 verbunden ist, gleichzeitig aktiv. Diese Betriebsart wird durch die Schalter einstellt, wobei die zwei Signalpfade parallel mit dem ersten Antennenanschluss AT verbunden werden. Für diese Betriebsart ist der erste Schalter auf den dritten Schalterausgang eingestellt, was einen Notch-Pfad mit einem ersten Notch aktiviert, der als ein erster in dem Notch-Pfad angeordneter Resonator R1 realisiert ist. Der 5. Schalterausgang des ersten Schalters, der mit dem ersten Zusatzpfad AUX verbunden ist, ist zur gleichen Zeit geschlossen (aktiv). Der erste Resonator R1 sperrt die Frequenzen des Zusatzkommunikationssystems und vermeidet dadurch das Laden des Signalpfads, der mit dem zweiten Schalterausgang des zweiten Schalters verbunden ist. Der Phasenschieber PS5, der in dem Zusatzsignalpfad angeordnet ist, stellt einen offenen Zustand für Frequenzen bereit, die dem Kommunikationssystem zugewiesen sind, das mit Anschluss T2 verbunden ist.
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In einer zweiten Trägeraggregationsbetriebsart sind die Kommunikationssysteme, die mit den Anschlüssen T4 und T5 gekoppelt sind, kombiniert unter Verwendung desselben Resonators R1 als einem Notch für die Frequenz des Zusatzkommunikationssystems, das mit Anschluss T5 verbunden ist.
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Im Allgemeinen sind die Werte für den Phasenschieber PS5 für CA-Betriebsarten mit T4 und für CA-Betriebsarten mit T5 unterschiedlich. Deshalb wird der Phasenschieber PS5 in einer Materiallisten-Variante (Bill of materials/LOM-Variante) abgestimmt, oder der Phasenschieber PS5 ist außerhalb des CA-Moduls CAM, so dass er durch den Kunden abgestimmt werden kann.
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In einer dritten oder einer vierten Trägeraggregationsbetriebsart sind Hauptsignalpfade, die mit den Anschlüssen T1 oder T3 verbunden sind, mit dem Zusatzpfad unter Verwendung des Phasenschiebers PS1 bzw. PS3 gekoppelt, um Laden des jeweiligen Hauptsignalpfads durch Frequenzen des Gegenbands, das der Zusatzpfad ist, zu vermeiden. In diesem Fall kann die Umgehungsleitung BP zwischen dem ersten und dem zweiten Schalter verwendet werden.
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Beginnend mit einer Ausführungsform, wie sie in 5 gezeigt ist, kann ein vierter Schalter SW4 mit einem Ausgang des ersten Schalters SW1 verbunden sein, beispielsweise über den vierten Signalpfad FP.
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6 zeigt eine solche Anordnung. Über den vierten Schalter kann eine Reihe von vierten Signalpfaden mit dem Antennenanschluss gekoppelt werden, wenn der weitere Pfad des ersten Schalters SW1 geschlossen und somit aktiv ist. Die vierten Signalpfade erstrecken sich von einem jeweiligen Anschluss T6 bis T9 zu dem Ausgang des vierten Schalters und können in einem Einzelbandbetrieb über Auswählen eines Schalterausgangs des vierten Schalters SW4 adressiert werden. Die Pfade können auch Phasenschieber enthalten, um Trägeraggregationsbetriebsart zwischen zwei vierten Signalpfaden oder zwischen einem vierten Pfad oder einem aus dem ersten Zusatzpfad AUX und dem Hauptsignalpfad zu ermöglichen. Jeder dieser Pfade kann ferner Filter oder Duplexer enthalten.
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Die Bänder des vierten Kommunikationssystems können sich von den Bändern der Hauptkommunikationssysteme dadurch unterscheiden, dass sie jeweils einem anderen Frequenzbereich zugewiesen sind oberhalb oder unterhalb des Frequenzbereichs der Hauptsignalpfade entsprechend den Bändern der Hauptkommunikationssysteme. Beispielsweise können die Hauptbänder einem Frequenzbereich eines niedrigen Bands entsprechen, während das vierte Band einem Frequenzbereich eines hohen Bands entsprechen kann. Die Trennung der Bänder kann aufgrund von Kundenanforderungen oder alternativ durch technische Erfordernisse erfolgen.
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Es ist möglich, die Bänder des Frontend-Moduls über eine weitere Klassifizierung zu unterscheiden. Es ist möglich, einen Tiefbandabschnitt, der Frequenzen zwischen 600 und 1000 MHz umfasst, einen japanischen Bandabschnitt, der Frequenzen zwischen 1400 und 1500 MHz umfasst, einen Mittelbandabschnitt, der Frequenzen zwischen 1700 und 2200 MHz umfasst, und einen Hochbandabschnitt, der Frequenzen zwischen 2300 und 2700 MHz umfasst, zu unterscheiden. Es ist möglich, diese vier Gruppen oder Frequenzbereiche in der Mitte zu teilen, was zu einer höheren und einer tieferen Bandgruppe führt. Es ist weiterhin möglich, die vier Frequenzbereiche auf eine Weise zu gruppieren, dass eine Grundfrequenz und ein entsprechender harmonischer Frequenzbereich kombiniert sind. Das ist sowohl für den Tiefbandbereich und den Mittelbandbereich als auch für eine Gruppe, die Frequenzbereiche des japanischen Bands und Hochband-Frequenzbereiche umfasst, möglich.
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Weitere Schalter können mit freien Schalterausgängen des ersten Schalters verbunden sein, was ermöglicht, eine weitere Gruppe von Signalpfaden mit dem Antennenanschluss über die Kaskade aus dem ersten und dem weiteren Schalter zu verbinden.
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Sind ein zweiter Antennenanschluss AT2 und zwei Antennen in einem Mobiltelefon vorhanden, ist die Komplexität des Frontends reduziert, weil CA-Kombinationen dann auch auf Antennenmultiplexen basieren können, falls die Antennen ausreichende Isolation aufweisen. 7 zeigt eine solche Lösung. Der erste Antennenanschluss AT1 ist mit dem ersten Schalter SW1 verbunden, wie beispielsweise in 5 oder 6 gezeigt ist, während der zweite Antennenanschluss AT2 mit einem vierten Schalter SW4 verbunden ist. Zwei Antennenanschlüsse ermöglichen eine gute Isolation zwischen den Bändern, die mit dem ersten Antennenanschluss gekoppelt sind, und Bändern, die mit dem zweiten Antennenanschluss gekoppelt sind. Die jeweiligen Frequenzbereiche sind vorzugsweise so gewählt, dass alle Bänder, die mit dem zweiten Anschluss AT2 verbunden sind, höher sind als die Bänder, die mit den ersten Antennenanschlüssen AT1 gekoppelt sind.
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8 zeigt weitere mögliche Erweiterungen des Frontend-Moduls für einen Fall, wenn nur ein Antennenanschluss AT1 vorhanden ist. Zusätzlich zu einer Anordnung wie derjenigen, die in 6 gezeigt ist, ist ein Diplexer DIP zwischen den ersten Antennenanschluss AT1 und den ersten Schalter SW1 eingeschoben. Der Diplexer kann hohe Frequenzen über ein Hochpassfilter zu dem ersten Schalter SW1 und tiefere Frequenzen über ein Tiefpassfilter zu einem fünften Schalter SW5 lenken. Ein vierter Schalter SW4 kann mit einem Schalterausgang des ersten Schalters SW1 verbunden sein. Über eine kombinierte Einstellung der Schalter SW1 und SW4 kann jeder der Signalpfade, die mit dem vierten Schalter SW4 verbunden sind, mit dem Antennenanschluss AT1 gekoppelt sein. In den Ausführungsformen sind diese vier mit dem vierten Schalter SW4 verbunden Pfade, wie folgt zugewiesen (von oben nach unten):
TX40/41; RX40; RX41; B21; B11; AUX_HB (Zusatzhochband) und B7.
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Der erste Schalter SW1 und der zweite Schalter SW2 sind über eine Umgehungsleitung und wenigstens einen Notch-Pfad beispielsweise gemäß der Anordnung gemäß 5 verbunden. In der Figur sind zwei Notch-Pfade gezeigt. Der obere ist ein Notch für Band 7, der untere ist ein Notch für Band 11 und 21.
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In der gezeigten Ausführungsform sind die zweiten Pfade, die mit dem zweiten Schalter SW2 verbunden sind, wie folgt zugewiesen (von oben nach unten):
B1; B3; B2/25; TX34/39; RX34/39; B4 und GSM Hochband.
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In der gezeigten Ausführungsform sind die fünften Pfade, die mit dem fünften Schalter SW5 verbunden sind, wie folgt zugewiesen (von oben nach unten):
B5/26; B8; B20; B28A; AUX LB und GSM LB.
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Die Bänder, die den Signalpfaden zugewiesen sind, die mit dem zweiten und fünften Schalter SW2, SW5 in 8 verbunden sind, können Kernbänder oder Hauptbänder sein, die in einer spezifischen Region unabdingbar sind. Somit können die zwei Schalter SW2 und SW5 auf demselben Modul M1 angeordnet sein, das ein Kernmodul bildet.
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In dem Band-7-Signalpfad, der mit einem Schalterausgang des ersten Schalters SW1 gekoppelt ist, ist ein Phasenschieber PSB7 gezeigt, der nur für eine BOM-Variante notwendig ist und der in anderen Varianten vernachlässigt werden kann.
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Trägeraggregationsbetriebsart kann aktiviert werden mittels des zweiten Moduls M2, das sowohl den verbindenden Signalpfad zwischen dem ersten und dem zweiten Schalter als auch den vierten Schalter SW4 und die n und die mit dem vierten Schalter verbundenen Signalpfade umfasst. Das zweite Modul M2 ist somit ein variables Modul und ähnlich dem Trägeraggregationsmodul CAM von 5.
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Zwischen dem Antennenanschluss AT1 und dem Diplexer DIP kann ein Koppler CP mit der Signalleitung verbunden sein, der Informationen über eintreffende Leistung und reflektierte Leistung bereitstellt.
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In den vierten Signalpfaden, die den Bändern B21, B11 und B7 zugewiesen sind, kann wie gezeigt ein Duplexer vorhanden sein. Dasselbe gilt sowohl für zweite Signalpfade, die den Bändern B1, B3, B2/25 und B4 zugewiesen sind, als auch für fünfte Signalpfade, die den Bändern B5/26, B8 und B20 zugewiesen sind.
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In den vierten Pfaden, die mit dem vierten Schalter SW4 verbunden sind, sind Phasenschieber PS in den Pfaden vorhanden, die den Bändern B2/25 und B4 zugewiesen sind.
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In den zweiten Pfaden, die mit dem zweiten Schalter SW2 verbunden sind, sind Phasenschieber PS in den Pfaden vorhanden, die den Bändern B21, B11 und B7 zugewiesen sind. 9 zeigt drei mögliche Ausführungsformen a), b) und c), wie ein Resonator realisiert werden kann, der beispielsweise einen Notch innerhalb des Notch-Pfads bilden kann, wie in 5 und 6 gezeigt.
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Der Resonator gemäß a) von 9 ist eine parallele Resonanzschaltung aus einer Induktivität L und einer Kapazität C. Die Resonanz dieser Schaltung ist auf die Gegenbandfrequenz abgestimmt, die die Durchlassfrequenz des Bands ist, mit dem der Notch verbunden ist.
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Ausführungsform b) von 9 zeigt noch eine Erweiterung, in der eine Nebenschlussinduktivität LP mit der parallelen Resonanzschaltung verbunden ist.
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Eine dritte Ausführungsform nach c) von 9 zeigt eine Nebenschlussreihenresonanzschaltung aus einem Kondensator C und einer Induktivität LP. In die Signalleitung ist eine Übertragungsleitung TL eingefügt. Der Nebenschluss ist mit der Signalleitung über einen Schalter verbunden, um zwischen Einzelbetriebsart und CA-Betriebsart hin und her zu schalten.
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Möglich sind auch weitere aus der Technik bekannte Schaltungen, die eine andere Schaltungstopologie aufweisen, jedoch eine offene Reihenschaltung für die Frequenzen realisieren, die gesperrt werden sollen. Standardmäßig sind die Resonatoren auf die OOB-Frequenzen abgestimmt und stellen so ein Open bereit.
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Das Abstimmen der Resonatoren, Phasenschieber usw. kann ausgeführt werden indem noch parasitäre Eigenschaften von Komponenten, die in dem Modul vorhanden sind, oder durch parasitäre Eigenschaften, die für die Leiterleitungen inhärent sind, genutzt werden. So weist ein Induktor bereits eine gewisse parasitäre Nebenschlusskapazität auf, und ein Kondensator weist bereits eine kleine parasitäre Reiheninduktivität auf. Diese parasitäre Eigenschaften müssen berücksichtigt werden, wenn ein Resonator, Phasenschieber oder eine andere Schaltung unter Verwendung von LC-Elementen konstruiert wird. Dann, als ein weiterer Nutzen, können Komponenten eingespart werden und die Einfügedämpfung kann minimiert werden.
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Die Kapazität C und die Induktivität L können als diskrete Elemente hergestellt sein oder können aus integrierten Elementen konstruiert sein, die vorzugsweise Teil der Verdrahtung innerhalb des Substrats sind, auf das das Frontend-Modul montiert ist. Wie bereits erläutert kann es bevorzugt sein, diskrete Elemente und integrierte Elemente auch in Kombination zu verwenden. Die Übertragungsleitung kann parasitär zu einer Signalleitung sein, deren Wert aufgrund der Leitungsführung bestimmt ist. Übertragungsleitungen ergeben eine zusätzliche Verzögerung, und der Resonator kann abgestimmt sein, um unterhalb der OOB-Frequenz in Resonanz zu sein. Andererseits kann, falls weniger Phasenverschiebung erwünscht ist, ein Nebenschlussinduktor verwendet werden, um die Phase zurückzudrehen. Der Vorteil eines Resonators, der an der OOB-Frequenz abgestimmt ist, ist, dass der Γ des OOB nicht von der Impedanz nach dem Reihenresonator abhängt. In der Praxis ist das jedoch keine notwendige Anforderung. Eine Lösung, in der der Resonator unterhalb oder oberhalb der OOB-Frequenz abgestimmt ist, kann mit weniger Komponenten, weniger Einfügedämpfung und einer kleineren Bauform realisiert werden. In Ausführungsform c) von 9 ist die Nebenschlussreihenresonanzschaltung über einen Schalter mit der Signalleitung gekoppelt. Dieser Schalter in dem Nebenschlusspfad ersetzt den Reihenschalter in SW1. Eine λ/4-Verzögerungsleitung oder Übertragungsleitung TL wird benötigt, um den resonanten Nebenschlusskurzschluss in einen resonanten Reihen-Open zu transformieren. Die Ausführungsform kann weiter optimiert werden durch Schalten einer Umgehungsleitung, um die Einfügedämpfung der λ/4-Verzögerungsleitung oder Übertragungsleitung TL zu vermeiden.
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In allen Fällen kann der Resonator mit dem Anpassungsnetz kombiniert oder Teil davon sein. Das trägt weiter dazu bei, Komponenten einzusparen.
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10 zeigt eine Ausführungsform eines abstimmbaren Resonators. Abstimmen kann durch Schalten einer weiteren Kapazität C2 parallel zu der Kapazität C1 der Parallelresonanzschaltung ausgeführt werden, beispielsweise gemäß Ausführungsform a) von 10. Der Schalter SWC ermöglicht es, den Resonator auf zwei unterschiedliche Frequenzen abzustimmen. Gemäß einer weiteren Optimierung können weitere Schalter verwendet werden, um weitere Kapazitäten zu der Schaltung zu schalten und einen breiteren Abstimmbereich oder eine feinere Abstimmskala zu ermöglichen.
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Wie bereits erläutert, können erster bis einschließlich fünfter Schalter als ein kundenspezifischer Schalter realisiert sein, der spezielle Schalterausgänge für niedrige Einfügedämpfung, hohe Linearität und hohe Isolation aufweist. Die Technik für den Schalter kann beliebig gewählt sein und kann CMOS oder Feldeffekttransistoren (FETs) umfassen, die in siliziumbasierter Technologie integriert sind, wie z. B. Grundmaterial-Si, Silizium-auf-Isolator SOI, Silizium auf Saphir SOS, optional mit Substrattransfertechnologie, oder in einem anderen Halbleitermaterial.
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11a) zeigt ein Blockdiagramm eines Standard-Schalterausgangs. Der Antennenanschluss AT ist auf der linken Seite, der Schalterausgang ist auf der rechten Seite. Der Schalter in der seriellen Signalleitung dient dazu, die Signalleitung zu unterbrechen (offen, ausgeschalteter Zustand) oder auf Durchlass zu schalten (geschlossen, eingeschalteter Zustand). Der Schalter in der Nebenschlussleitung ist in dem eingeschalteten Zustand offen und in dem ausgeschalteten Zustand geschlossen, um die Isolation zwischen dem AT-Eingang und der Schalterausgang zu verbessern. Somit ist der Schaltzustand, der in einer von 11a) bis 11c) gezeigt ist, nicht real, da in der Praxis der oder die Reihenschalter und der Nebenschlussschalter immer entgegengesetzte Zustände aufweisen, d. h. in Reihe geschlossen und im Nebenschluss offen, oder in Reihe offen und im Nebenschluss geschlossen.
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Die Ausführungsform b) von 11 zeigt einen Schalterausgang für niedrige Einfügedämpfung und hohe Linearität. Der Schalter innerhalb der Reihensignalleitung ist linearer und weist eine höhere Leistungsfestigkeit auf im Vergleich zu a). Er kann durch Verwenden einer größeren Gate-Breite im Transistor realisiert sein. Der Schalter in der Nebenschlussleitung dient der Isolation zwischen dem Eingang des Schalters (Antenne) und dem Ausgang des Schalters (Schalterausgang). Hier weisen die Reihenschalter und der Nebenschlussschalter in der Praxis ebenfalls immer entgegengesetzte Zustände auf.
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Ausführungsform c) von 11 zeigt einen speziellen Schalterausgang für hohe Linearität und hohe Isolation. In dieser Ausführungsform sind zwei Reihenschalter wie diejenigen, die in Ausführungsform b) gezeigt sind, in Reihe in der Reihensignalleitung geschaltet. Ein Schalter in der Nebenschlussleitung dient der Isolation zwischen dem Eingang des Schalters (Antenne) und dem Ausgang des Schalters (Schalterausgang). Auch hier weisen die Reihenschalter und der Nebenschlussschalter in der Praxis immer entgegengesetzte Zustände auf.
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Ein Schalterausgang mit hoher Linearität erzeugt weniger Harmonische und Mischprodukte, beispielsweise für Band 7, wo die zweite Harmonische und Intermodulationsprodukte niedrig genug sein müssen, um Koexistenz mit WiFi zu ermöglichen.
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Schalterausgänge mit hoher Isolation werden manchmal benötigt, um spezifizierte Isolation zwischen unterschiedlichen Bändern oder zwischen TX und RX zu erfüllen.
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Über direkte Zuordnung können alle Schalterausgänge mit individuellen Register-Bits gesteuert werden. Das ist ein Standard für aktuelle Schalter, die Trägeraggregationsbetriebsarten über eine Steuerung gemäß dem MIPI-Standard unterstützen. Falls nur Standard-Schalter verwendet würden, wäre die Systemleistung schlechter und könnte die Spezifikation nicht erfüllen. Ein kundenspezifischer Schalter kann beispielsweise eine Kombination der Schalterausgänge umfassen, die in 11 gezeigt sind. Anspruchsvolle Spezifikationen können nur durch spezielle Schalterausgänge für niedrige Einfügedämpfung, hohe Linearität und eine gute Isolation erfüllt werden.
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Schließlich weist die kaskadierende Anordnung von zwei Schaltern im Vergleich zu einer Standard-Lösung, in der ein einzelner Schalter mit hoher Anzahl von Schalterausgängen verwendet wird, um alle Signalpfade zu adressieren gemäß den Bändern, in denen das Frontend-Modul arbeiten kann, die niedrigste Einfügedämpfung auf, was das Gegenteil dessen ist, was erwartet würde. Wenn Berechnungen basierend auf gemessenen Werten für alle Beiträge durchgeführt werden, ist zu erkennen, dass die vorgeschlagene Lösung der Erfindung eine niedrige Einfügedämpfung aufweist. Das ist grundlegend auf die Tatsache zurückzuführen, dass die Einfügedämpfung des nur einen, jedoch mit einer hohen Anzahl von Schalterausgängen versehenen Schalters der herkömmlichen Lösung (siehe beispielsweise 4) höher ist als die Einfügedämpfung der zwei kaskadierten Schalter mit geringer Anzahl von Schalterausgängen. Diese Einfügedämpfungsberechnungen basierten auf Modellen und Messungen an tatsächlichen Schaltern.
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Eine Menge weiterer Ausführungsformen und Variationen sind möglich, ohne von der grundlegenden Idee der Erfindung abzuweichen. Die Kernidee ist es, ein Trägeraggregationsmodul oder eine Schaltung zwischen einen ersten und einen zweiten Schalter einzufügen. Dieses Trägeraggregationsmodul oder diese Schaltung umfasst wenigstens eine Umgehungsleitung, einen ersten und optional einen zweiten Notch-Pfad, die über den ersten Schalter adressiert werden können und ein Wechseln zwischen Einzelbandbetrieb und Trägeraggregationsbetriebsart für Bänder ermöglichen, die mit den Ausgängen des zweiten oder irgendeinem weiteren Schalter verbunden werden können. Das Trägeraggregationsmodul oder die Schaltung weist eine Funktionalität für mehrfache Trägeraggregations-Bandkombinationen mit optimaler Einzelband- und CA-Betriebsart-Leistung aufgrund der schaltbaren Umgehungsleitung und den schaltbaren Reihen-Offen-Resonatoren auf.
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Die grundlegende Idee ist einfach zu erweitern durch Verbinden weiterer Schalter, weiterer Untermodule oder durch Hinzufügen von Schaltern oder Untermodulen zu einem zweiten Antennenanschluss. Die Trennung oder Aufteilung der unterschiedlichen Anteile des Frontend-Moduls können gemäß der Kundenspezifikationen vorgenommen werden und sind nicht auf den konkreten Aufbau irgendeines Ausführungsbeispiels beschränkt, das nur erläuterndem Zweck dient. Andere Zuweisungen der Bänder, die mit einem speziellen Schalter gekoppelt sind oder auf einem speziellen Untermodul angeordnet sind, können vorgenommen werden gemäß irgendeiner Spezifikation, die durch eine Region, einen Standard oder einen Kundenwunsch gefordert ist. In einer möglichen Ausführungsform können die folgenden definierten Bänder oder Bandkombinationen unterschiedlichen Teilen des Frontend-Moduls zugewiesen sein:
Das Hauptmodul kann als hohe Bänder Folgendes umfassen:
Die Bänder B1, B4, B3, B2/25, TX 34/39, GSM_HB
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Ein Hochbandschalter, der als ein vierter Schalter SW4 realisiert ist, kann beispielsweise Zusatzeingänge umfassen für:
Die Bänder TX40/41, RX40, RX41, B21, B11 und irgendein anderes Zusatzhochband.
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Das Zusatzband AUX, das direkt mit dem ersten Schalter gekoppelt ist, kann das Band B7 sein, das weithin in Mobilkommunikationssystemen verwendet wird, das jedoch in dem höchsten Frequenzbereich liegt und das wegen der WiFi-Koexistenz hohe Anforderungen an die Linearität aufweist.
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Eine weitere Gruppe von Kernbändern kann den Pfaden zugewiesen sein, die mit dem fünften Schalter von 8 für tiefe Bänder verbunden sind:
B5/26, B8, B20, B28A, B28B, GSM_LB und außerdem irgendein anderes Tiefband-Zusatzband (LB-Zusatzband).
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Alternativ kann die weitere Gruppe von Kernbändern den Bändern zugewiesen sein, die mit dem vierten Schalter von 6 gekoppelt sind.
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Jede Zuweisung von Bändern, Bandkombinationen oder Teile oder Untermodule, die in den Ausführungsbeispielen gezeigt ist, ist nur beispielhaft und schränkt den Schutzbereich der Erfindung, der von diesen Zuweisungen unabhängig ist, nicht ein. Die Anzahl verwendeter Bänder kann von der in den Ausführungsformen gezeigten Anzahl verschieden sein. Liste verwendeter Begriffe und Bezugszeichen
| AT | Antennenanschluss |
| SW1, SW2 | erster und zweiter Schalter
mit
k Ausgängen des ersten Schalters
n Ausgängen des zweiten Schalters |
| BP | Umgehungsleitung, die einen Ausgang des ersten Schalters direkt mit dem Eingang des zweiten Schalters verbindet |
| NP1 | erster Notch-Pfad, der einen Ausgang des ersten Schalters mit dem Eingang des zweiten Schalters verbindet |
| R | Resonator |
| AUX | erster Zusatzsignalpfad, der einem Band des ers ten Zusatzkommunikationssystems zugewiesen ist |
| | Hauptsignalpfad, der einem Band des Hauptkommunikationssystems zugewiesen ist |
| AT2 | zweiter Antennenanschluss |
| SW3 | dritter Schalter, der mit dem zweiten Antennenanschluss gekoppelt ist |
| | dritte Signalpfade, die mit den Ausgängen des dritten Schalters verbunden sind |
| SW4 | vierter Schalter, der mit dem Ausgang des ersten Schalters verbunden ist |
| | vierte Signalpfade, die mit den Ausgängen des vierten Schalters verbunden sind |
| TL | Übertragungsleitung |
| Lp | Nebenschlussinduktor |
| L | Induktivitätselement |
| C | Kapazitätselement |
| FM | Filtermittel, wobei das Filter auch ein Duplexer sein kann |
| PS | Phasenschieber |
| P1 | Anschluss / Port 1 für ein erstes Band |
| MN | Anpassungsnetz |
| FP | weiterer Pfad |
| B | Band |
| CAM | Trägeraggregationsmodul |
| MM | Hauptmodul |
| T | Anschluss zum Verbinden eines Signalpfads mit einer Sende/Empfangs-Einheit |
| OP1 | Ausgang von SW1 |
| OP2 | Ausgang von SW2 |
| DIP | Diplexer |
| M2 | zweites Modul |
| P | Ports / Anschlüsse |
| M1, M2 | Module |
| CP | Koppler |
| SWC | Schalter |
