JP2017522782A - 改善された反射率を有するデュプレクサ - Google Patents

Abstract

クワドリプレクサ用に、そして様々なキャリアアグリゲーションモードに使用することができる１つのデュプレクサが提示される。このデュプレクサは、ラダー型構造の複数の共振器を備え、送信経路における複数の並列共振器の少なくとも１つは、１つのインダクタンスによってグラウンドへ回路接続されており、アンテナ接続端子に最も近くにある並列経路における並列共振器は、直接グラウンドへ回路接続されており、当該並列経路においてはインダクタンスが配設されていない。【選択図】 図４

Description

本発明は、改善された反射率を有するデュプレクサに関する。

ＬＴＥ−Ａ規格（Long Term Evolution-Advanced）は、ダウンリンクおよび／またはアップリンクにおいて大きな帯域幅を利用でき、そしてこれによって高速なアップリンクまたはダウンリンク速度を実現するための、いわゆるキャリアアグリゲーション動作モード（＝ＣＡモード）で動作するモバイル電話を可能とする。このキャリアアグリゲーションモードは、ＦＤＤ（Frequency Division Duplexing）バンドに対しても、またＴＤＤ（Time Division Duplexing）バンドに対しても規定されており、そしてこれはたとえばダウンリンク動作において、通話接続用またはデータ接続用に２つのバンドを同時に利用することを可能とする。３ＧＰＰＴＳ３６．１０１規格によれば、３ＧＰＰから既に、一連のいわゆるインターバンドキャリアアグリゲーションのバンドペアが規定されている。現在議論されており、部分的に既に検討されているバンド組合せが、図１５に示されている。たとえば提案されている１つのＣＡ組合せによれば、モバイル電話は、バンド２０において受信および送信し、そして追加的にバンド７において受信する（ＲＸ−ＣＡ）。同様に、これらのバンド２０および７において送信されること、そしてバンド７またはバンド２０において受信される（ＲＸ−ＣＡ）も可能である。ここでこの規定されたキャリアアグリゲーションのバンドペアは、ＲｘまたはＴｘ動作用ならびにデュプレクサ処理用に使用するバンドに関しており、またＦＤＤおよびＴＤＤにも関している。

ＣＡ動作に対する要求仕様を満足するために、モバイル電話のフロントエンド回路においては、これに適合したデュプレクサは、相互に干渉すること無しに、同時に動作状態となり得るものでなければならない。しかしながら２つのデュプレクサを同じアンテナ接続端子に接続すると、これは原理的にクアドリプレクサとなり、これはこの特別な使用に対する新しいデバイスとして最適化されなければならない。

提案されているバンドペアは、全体として技術的に容易に実現することができ、それらのバンドは周波数において互いに十分離れており、たとえばバンド２０および３がある。これらのバンドは、１つの共通なアンテナ接続端子で１つの簡単なダイプレクサを用いることで混合することができ、このダイプレクサは一般的に２０ｄＢより大きな、良好な分離度を備える。このようにして、この共通なアンテナ接続端子に接続されたデュプレクサ（複数）は、互いに干渉し合うことがなく、こうして１つの信号は所望のデュプレクサをのみを介して伝送され、そして別のデュプレクサにおいては不要な損失は全く発生しない。

僅かな損失に加えて、クワドリプレクサは、ＴＸサブバンドとＲＸサブバンドとの間の良好な分離、すなわちそれぞれ対応する送信バンドと受信バンドとの間の良好な分離度を備えていなければならない。これは同じバンド内のＴＸ／ＲＸの分離に対しても、また第１のバンドのＴＸ動作とこれに組み合わされる第２のバンドのＲＸ動作との間にも適用されるものである。１つのダイプレクサを用いることができる場合は、上記の要求仕様は既に満足されている。

しかしながら提案されている、バンドの周波数がほとんど隣接している複数のＣＡバンドペアの場合、たとえば５および７，８および２０，または２および４のＣＡバンドの組合せでは、従来のダイプレクサ（複数）は、アンテナ接続端子で容易に混合することができない。この場合、ダイプレクサの低域通過と高域通過との間の分離は、これらのバンドの互いの分離に対して不十分であり、このダイプレクサは直接互いに合わせ込まれなければならない。このため、１つのデュプレクサの通過帯域においては、別のデュプレクサのアンテナ接続端子でのインピーダンスは、無限大のように見えなければならず、これは通常これに対応したインピーダンスの位相回転を必要とする。このためこのデュプレクサは、別のバンドの周波数、すなわちこの通過バンドの外側の周波数に対して、このアンテナ接続端子で高い反射係数を備えていなければならない。これは１つの位相シフタを利用することにより、このインピーダンスが、まさにこの周波数領域において無限大となるように回転されることで、実現することができる。

図１は、１つの第１のデュプレクサＤＰＸ１および１つの第２のデュプレクサＤＰＸ２の公知の構成を示し、これらのデュプレクサは、１つの共通のアンテナ接続端子ＡＴと接続されている。アンテナ接続端子ＡＴと各々のデュプレクサの１つの入力との間には、それぞれ１つの位相シフタ回路ＰＳ１，ＰＳ２が配設されており、これらはそれぞれの別のデュプレクサの通過バンドにおいてインピーダンスを無限大となるように回転することになる。

一般的にはこれらのデュプレクサにおいては、ＴＸフィルタ（送信フィルタ）は、ラダー型の構造を有するリアクタンスフィルタとして実装され、このリアクタンスフィルタは直列および並列に回路接続された共振器（複数）から構成されている。これらの共振器は、ＳＡＷまたはＢＡＷ共振器として実装されていてよい。ぞれぞれのＲＸフィルタ（受信フィルタ）は、上記のラダー型パターンの他に、さらに別のフィルタ部品、たとえばＤＭＳパターンのような音響的にカップリングされた共振器パターンを備えてよい。

ラダー型フィルタの伝送特性は、３つの異なる特徴的部分を有している。帯域外抑圧部（Fernabunterdrueckung）、すなわちアウトオブバンド領域、上記の通過バンドの両側ならびにこの通過バンド自身の減衰極（Tiefenpole）すなわち減衰最大部（Daempfungsmaxima）。ＴＸ部とＲＸ部との間の極めて大きな減衰を実現するために、個々のデュプレクサ自体は、伝送特性における減衰極（ノッチ）特性を有利に利用している。通過バンドより下の減衰極の周波数が原理的に上記の並列共振器の共振周波数によって決定されているのに対し、この通過バンドの上側の減衰極は、上記の並列共振器の反共振周波数および上記の直列共振器の共振周波数によって決定されている。さらに加えて、当然ながら、上記の直列共振器の直列共振は、この通過バンド内にあり、上記の並列共振器の反共振もまたこの通過バンド内にある。

上記の通過バンドに対する相対的な減衰最大部の正確な位置の最適化のため、あるいは共振器（複数）のバンド幅の増大のため、インダクタンス（複数）を上記の並列共振器に直列に回路接続することが知られている。これにより、このフィルタ応答においてさらなる減衰極を生成することが可能となる。しかしながら上記の追加のインダクタンス（複数）は、制限されたＱ値（Qualitaetsfaktor）を有するので、これらのインダクタンスの回路接続は、通過バンドにおける追加の挿入損失をもたらす。さらに、これは、もっと憂慮すべきことに、これらのインダクタンスは、通過バンドからはるかに離れたアウトオブバンド周波数でのこのデュプレクサの反射率を顕著に低下させる。このデュプレクサがシングルモードで動作される限り、すなわちＣＡモードで動作されない限り、これは殆ど問題とならない。しかしながらこの低減された反射率は、このデュプレクサが１つのクワドリプレクサとして動作される場合は大きな問題となる。これはこの際このデュプレクサの低減された反射率が、特定の周波数で別のデュプレクサにおける挿入損失に直接的かつ望ましくない影響を与え得るからである。

図２は、１つのフィルタあるいはデュプレクサの挿入損失ＩＬが、１つの並列分岐に回路接続されている１つのインダクタンスによって、これに対応する接続端子での反射率ＲＥＦの関数として、どのようにさらに増大されるかを示している。０．８以下の反射率では、このデュプレクサ特性の深刻な悪影響が予想されることが分る。このデュプレクサが完全にマッチングされておりかつ理想的である場合、すなわち共通なアンテナ接続端子へのマッチングのための損失のないマッチング素子を備える場合であっても、曲線Ｋ１が示すように、この理想的な場合でも０．８の反射率は通過バンドにおいて約０．４５ｄＢの損失をもたらすであろう。このマッチングのいかなる悪化も、さらに小さな反射率およびこれに対応した大きな損失をもたらすであろう。０．６以下の反射率は、１ｄＢより大きな挿入損失をもたらすであろう。上記のアンテナ接続端子が悪化した反射係数（Ｓ２２）を有する場合、状況はさらに悪化するが、これは図中に他の曲線で示されている。

図３は、シミュレーションを用いた、アンテナ接続端子でのデュプレクサの反射係数ＲＥＦを周波数ＦＲに対して示し、用いられているインダクタンスのＱ値Ｑへの依存性を示す。ここでＱ＝５０の値に対するもの（一番下の曲線）からＱ＝３００の値に対するもの（一番上の曲線）が示されている。このＱ値もまた反射率に甚大な影響を有し、そしてこれによって挿入損失に甚大な影響を有することが分る。この図に示す値は、１つのデュプレクサに対して計算されたものであり、このデュプレクサは、第１の並列分岐に、すなわちこの回路においてアンテナ接続端子に最も近くにある並列分岐に、その並列共振器に対して直列になっている１つのインダクタンスを備える。もう１つのデュプレクサは、そのバンドがここに示す通過バンドの下側または上側にあり、その悪化した反射率のために高い損失を有する。たとえ理想的なコイルまたは後付けのマッチング素子でもこの効果を無くすことはできない。

その低減された反射率に関する欠点とは別に、このインダクタンスは、これがＲＸフィルタの通過バンドにおけるＲＸ／ＴＸの分離を改善するという利点を示す。さらに個々のデュプレクサに関しては、Ｑ値５０を有するインダクタンスによって挿入損失は殆ど低下しない。

本発明の課題は、１つのデュプレクサを提供することであり、このデュプレクサは、良好なＲＸ／ＴＸの分離を備える。ただしこのデュプレクサは１つのクワドリプレクサにおける動作用に構成されてよく、共通なアンテナ接続端子での反射率が改善されているものである。

本発明によればこの課題は、請求項１に記載の特徴を有するデュプレクサによって解決される。有利な実施形態、および具体的にはこのようなデュプレクサから生成されるクワドリプレクサはさらなる請求項に示されている。

本発明は、１つのフィルタにおいて、インダクタンスが回路接続される並列経路の選択が、このフィルタの反射率に顕著な影響を与えることを示している。従来の、アンテナ接続端子に対し直接隣接する並列経路へのインダクタンス（複数）の配設は、最も不利なものであることが分った。こうして本発明は、最も有利なインダクタンスの構成が、このアンテナ接続端子から最も離れている並列アームに配設されている並列共振器との直列回路接続であることを示している。

これより、本発明によるデュプレクサの、アンテナ接続端子から見た第１の並列アームは、直接グラウンドへ回路接続されていなければならない。このアンテナ接続端子から最も離れたアームを除き、他の並列アームが直接グラウンドへ回路接続されていることも有利である。

本発明によるデュプレクサは、２つの部分経路、すなわち１つの送信経路および１つの受信経路と接続されている、１つのアンテナ接続端子を備える。この送信経路には、直列に回路接続された直列共振器（複数）が配設されており、他方これに加えて並列にｎ個の並列経路がグラウンドへ回路接続されている。各々の並列経路においては、それぞれ１つの並列共振器、または並列共振器（複数）が直列に回路接続された１つのカスケードが配設されている。ここで上記の数ｎは好ましくは０＜ｎ＜８となっている。８個より多い並列分岐も可能であるが、これはしかしながら通常の場合には必要でなく、あるいは有利でなく、そして殆どの場合最大５個の並列分岐で充分である。少なくとも１つの並列経路においては、１つの並列共振器に直列に１つのインダクタンスがグラウンドへ回路接続されており、ここで上記のアンテナ接続端子に最も近くに位置する並列アームは、このアームにインダクタンスが配設されていないので、直接グラウンドへ回路接続されている。

本発明によるデュプレクサにおいては、ＴＸ／ＲＸの通過バンド周辺の周波数での分離度は、上記の第１の並列アームに１つのインダクタンスを有する公知のデュプレクサにほぼ対応するものとなっているが、しかしながらここで上記の反射率は顕著に改善されており、そしてこのデュプレクサは、インダクタンスのＱ値への僅かな依存性を示すものとなっている。これは所望の特性を達成するために高価なインダクタンス（複数）が全く必要でないという利点を有する。

本発明によるデュプレクサは、複数のインダクタンスを備えてよく、これらはこのデュプレクサの異なる並列アームに直列に回路接続されている。これはとりわけ、所定のシステム周波数（複数）での干渉を抑圧するために、このフィルタのアウトオブバンド領域において追加の減衰極が生成されることになる場合に、有利である。このようなシステム周波数（複数）は、このデュプレクサおよび場合によっては２つのデュプレクサが組み合わされたクワドリプレクサのバンド（複数）に対して、モバイル電話において追加的に用いられるものである。

このような複数のインダクタンスに対しても、これらが上記のラダー型回路において上記のアンテナ接続端子に対して最も遠くに配設されることが適用される。この際、上記の第１の並列共振器、すなわち（上記のアンテナ接続端子から見た）上記の第１の並列アームにおける並列共振器がグラウンドへ直接回路接続され、そしてこの並列アームにインダクタンスが配設されていないという方法は、既に最大の効果を示し、ここでこのインダクタンスが上記のアンテナ接続端子から最も遠くに離れた並列アームに配設されていることによりさらに改善される。

１つの実施形態によれば、本発明による１つの第１のデュプレクサは、１つの第１の送信バンドおよび１つの第１の受信バンド用に構成されている。上記のアンテナ接続端子には、１つの第２のデュプレクサが接続されており、このデュプレクサは、１つの第２の送信バンドおよび１つの第２の受信バンド用に構成されており、ここで第１のデュプレクサのバンドと第２のデュプレクサのバンドは異なっている。上記のアンテナ接続端子と上記の第１のデュプレクサとの間、ならびに上記のアンテナ接続端子と上記の第２のデュプレクサとの間には、それぞれ１つの位相シフト回路が配設されており、これらは送信バンドおよび／または受信バンドの周波数に対するインピーダンスをそれぞれの別のデュプレクサにおいて無限大となるように回転する。上記の第２のデュプレクサに対しても、その送信経路が直列に回路接続された直列共振器およびこれから分岐してグラウンドに回路接続された並列経路（複数）を備えることは適用されており、これらの並列経路においてはそれぞれ１つの並列共振器、または直列に回路接続された並列共振器（複数）の１つのカスケードが配設されている。この送信経路におけるこれらの並列経路の少なくとも１つは、１つのインダクタンスによってグラウンドへ直列に回路接続されており、ここで上記のアンテナ接続端子に最も近くにある並列経路は、直接グラウンドへ回路接続されており、こうしてこの並列経路においてはインダクタンスが配設されていない。

この実施形態は、１つのクワドリプレクサとなっており、これは殆ど隣接しているがなお異なっているバンドでもきれいに分離し、すなわちこれら２つのデュプレクサ間の良好な分離度を備えている。

このようなクワドリプレクサの使用は、これらの関連したバンドの決まった最大距離まで、有為あるいは有利である。これはクワドリプレクサのさらに離間したバンドペアは、１つのダイプレクサを利用して問題なく分離することができるからである。しかしながら本発明によるクワドリプレクサは、これらのバンドペアも分離することができる。

上記の第１のデュプレクサがバンドＸ用に、そして上記の第２のデュプレクサがバンドＹ用に構成されている場合、そしてｆ_Ｃ１がバンドＸの中心周波数であり、そしてｆ_Ｃ２がバンドＹの中心周波数である場合、ｆ_Ｃ１およびｆ_Ｃ２は、ｆ_Ｃ１≦１．４５ｆ_Ｃ２の関係で結びついた制限を受ける。

１つの有利な実施形態においては、ｆ_Ｃ１およびｆ_Ｃ２は、ｆ_Ｃ１≦１．３０ｆ_Ｃ２の関係で結びついている。

もう１つの有利な実施形態においては、ｆ_Ｃ１およびｆ_Ｃ２は、ｆ_Ｃ１≦１．２０ｆ_Ｃ２の関係で結びついている。これらの分離されるバンドの小さな距離は、優れた分離度も表している。

本発明のように配設されているインダクタンスのおかげで、本発明によるクワドリプレクサは、その反射率においても改善されており、そしてＣＡモードにおいて問題無く動作することができる。このＣＡモードでは、通話中またはデータ接続中のデータレートあるいはバンド幅を大きくするために、１つのバンドのＴＸ動作およびＲＸ動作に加えて、追加の送信バンドおよび／または追加の受信バンドの内の少なくとももう１つが動作状態となっている。上記のインダクタンスは、このＴＸ／ＲＸの分離を１つのデュプレクサにおいてだけでなく、上記のクワドリプレクサにおいても改善することを可能とし、これによってその反射率が悪化することが無い。さらに加えて、小さなＱ値を有するインダクタンス（複数）、すなわち安価な部品を使用することが可能である。これはこのデュプレクサあるいはこのクワドリプレクサの特性の上記のインダクタンスのＱ値への依存性がほんの僅かであるか、あるいは全くこの依存性を示さないからである。

上記のＴＸ／ＲＸの分離および上記の２つの関連したバンド間の分離度が本発明を用いて顕著に改善されるので、これらのバンドは１つの本発明によるクワドリプレクサにおいて、１つの任意のデュプレクス処理で動作させることができる。このクワドリプレクサ内で、上記の２つのバンドあるいは上記の２つの関連したデュプレクサに対し異なるデュプレクス処理を使用することも可能である。第１のデュプレクサにおけるＦＤＤ処理を、第２のデュプレクサにおけるＴＤＤ処理と組み合わせること、あるいはこの第２のデュプレクサの１つの部分フィルタと組み合わせることが可能である。これは今までまだ実現されていなかったが、想定され得る２つのＲｘバンドと２つのＴｘバンドとのＣＡ組合せ（複数）にも適用される。これらのＣＡ組合せは、１つの単一の通信接続に対してクワドリプレクサの完全動作を必要とするが、この完全動作は本発明によるデュプレクサ（複数）を用いて可能である。

１つの実施形態では、上記の２つのデュプレクサの１つにおいては、１つのさらなる並列アームにおいて、１つのさらなるインダクタンスが１つのさらなる並列共振器に直列に回路接続されている。このさらなるインダクタンスは、１つのさらなる減衰極が生成されるように算定されており、この減衰極は、さらなるシステム周波数でのより大きな減衰をもたらす。このようにして、上記のデュプレクサの伝送特性において、このモバイル電話に利用されるシステム周波数を除去することができる。このフィルタ除去されたシステム周波数は、たとえばＧＳＭ（登録商標），ＷＣＤＭＡ（登録商標），ＧＰＳ ＧＬＯＮＡＳＳ，Ｇａｌｉｌｅｏ，Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標），Ｗ−Ｌａｎ，ＷｉＦｉ，またはＩｏＴ（Internet of Things）のような別の任意の通信バンドまたはナビゲーションバンドの１つおよび／または１つのＤＢＴ周波数に割り当てられていてよい。このようにして原理的に、任意のさらなる減衰極を生成すること、あるいはこのデュプレクサをこのシステム周波数での障害となる影響から保護するために、このさらなる減衰極を任意の周波数にシフトすることが可能である。一般的ではないが、普通はこの減衰極の数は、このフィルタにおける横方向分岐すなわち並列分岐の数によって制限されている。

１つの実施形態においては、本発明による１つのデュプレクサは１つのアンテナあるいは１つのアンテナ接続端子にカップリングされており、このアンテナあるいはアンテナ接続端子には少なくとも、１つのさらなる送信フィルタを有する１つのさらなる送信分岐、または１つのさらなる受信フィルタを有する１つのさらなる受信分岐、または１つの第２のデュプレクサがカップリングされている。このアンテナとこのさらなる送信分岐との間、またはこのアンテナとこのさらなる受信分岐との間には、少なくとも１つの位相シフタが配設されており、この位相シフタは、上記の第１のデュプレクサの入力でそのインピーダンスを、それぞれ上記の第２のデュプレクサの別の送信分岐および／または別の受信分岐の周波数に対して無限大となるように回転し、またはこの位相シフタは、このさらなる受信分岐においてそのインピーダンスをこのデュプレクサの送信フィルタの周波数に対して無限大となるように回転する。上記の第１のデュプレクサおよび上記のさらなる分岐の全体構成は、１つのキャリアアグリゲーションモードの動作用に形成されている。これは同時に、上記のデュプレクサの送信および受信経路を介した送信動作および受信動作、およびさらに加えて上記のさらなる受信フィルタを介した受信動作、あるいは上記の受信フィルタまたは上記の送信フィルタを介した上記の第２のデュプレクサの受信または送信動作を可能とする。上記の位相シフタ（複数）を介して、障害となる送信周波数が、同じアンテナ接続端子にカップリングされた受信フィルタまたは上記のデュプレクサの受信部分フィルタの受信経路に到達できないということが保証される。以上により、分離される分岐の互いに隣接した周波数でもマルチプレクス機能が可能となる。さらに、大きな反射率が生成され、こうして上記の２つのフィルタは、その挿入損失に関して最適に構成することができる。

１つの実施形態においては、１つの第１のデュプレクサおよび１つの第２のデュプレクサが上記の共通のアンテナにカップリングされている。この第１のデュプレクサは、ＬＴＥバンド５用に構成されており、これに対しこの第２のデュプレクサはＬＴＥバンド１７用に構成されている。この実施形態においては、位相シフタとしては、１つのインダクタンスが用いられてよく、このインダクタンスはアンテナ接続端子に対して並列に、そしてこれによりアンテナに対して並列に、グラウンドへ回路接続されている。この実施形態においては、この単一の素子を用いて、既に１つの位相シフタの機能が実現されている。ここでこの素子は、上記の２つのデュプレクサの信号に対して所望に、これがそれぞれの他のデュプレクサの周波数のインピーダンス（複数）を無限大となるように回転するように、作用する。２つのデュプレクサが１つの共通なアンテナと接続される、上記のキャリアアグリゲーションモードにおける別のバンド組合せ（複数）に対しては、少なくとも１つの位相シフタに対して追加の素子が必要となり得る。

以下で実施形態例とこれに関連した図を用いて、本発明をより詳細に説明する。これらの図は単に概略的に作製されており、より良く理解できるために用いられるものであり、これより重要でないかまたは自明な詳細部分の図示は省かれていることがある。

本発明が提示する、２つのデュプレクサを有するクワドリプレクサを示し、このクワドリプレクサは、１つの共通なアンテナ接続端子と接続されている。 様々な曲線を参照して、１つの第１のフィルタの損失の、１つの第２のフィルタの反射率への依存性、ならびにアンテナ接続端子での反射率の依存性を示す。 従来技術で公知の１つのデュプレクサの反射率の特性を周波数に対して示し、アンテナ接続端子の近傍にカップリングされたインダクタンスのＱ値への依存性を示す。 本発明によるデュプレクサ回路を示す。 本発明によるデュプレクサの送信および受信フィルタの通過バンドを示す。 公知のデュプレクサと比較した、本発明によるデュプレクサの伝送特性を示す。 図３と同様に、反射率の特性を周波数に対して示し、本発明による１つのデュプレクサの様々なＱ値への依存性を示す。 １つのさらなる減衰極を有する本発明によるデュプレクサを示す。 図８に示す本発明によるデュプレクサの伝送特性を示す。 図８に示す本発明によるデュプレクサの伝送特性を示す。 図８に示す本発明によるデュプレクサの反射率を周波数に対して示す。 １つの特別なバンド組合せに対する、本発明による位相シフタを有する１つのデュプレクサ回路を示す。 １つのクワドリプレクサとなるように連結された、２つの本発明によるデュプレクサの分離度を示す。 １つのクワドリプレクサとなるように連結された、２つの本発明によるデュプレクサの分離度を示す。 本発明で提示する、３ＧＰＰに基づくキャリアアグリゲーションモードにおける動作用のバンド組合せの表を示す。 本発明で提示する、３ＧＰＰに基づくキャリアアグリゲーションモードにおける動作用のバンド組合せの表を示す。 本発明で提示する、３ＧＰＰに基づくキャリアアグリゲーションモードにおける動作用のバンド組合せの表を示す。

図１は、１つのクワドリプレクサ回路を示し、このクワドリプレクサ回路では、１つの第１のデュプレクサＤＰＸ１および１つの第２のデュプレクサＤＰＸ２が１つの共通なアンテナ接続端子ＡＴに接続されている。第１の混合送受信経路ＴＲＰ１および第１のデュプレクサＤＰＸ１には、１つの第１の位相シフタＰＳ１が配設されており、これに対し、１つの第２の位相シフタＰＳ２が第２の混合送受信経路ＴＲＰ２においてアンテナ接続端子ＡＴとこの第２のデュプレクサＤＰＸ２との間に配設されている。これらの位相シフタ回路は、１つの混合送受信経路ＴＲＰにおいて、入力インピーダンスＺＩが、それぞれ他のデュプレクサの信号に対して高くなるように作用するが、これはそれぞれ他の信号のインピーダンスが無限大となるように回転されることによってもたらされるものである。これに対応して、第１の混合送受信経路ＴＲＰ１における入力インピーダンスＺＩ１は、第２のデュプレクサＤＰＸ２の信号に対して高くなっている。これに対応して、第２の混合送受信経路ＴＲＰ２における入力インピーダンスＺＩ２は、第１のデュプレクサＤＰＸ１の信号に対して高くなっている。これらの位相シフタは、たとえば位相シフタＰＳ１が、第２のデュプレクサＤＰＸ２の信号のインピーダンスを回転して、第１のデュプレクサＤＰＸ１が出来る限り少ない負荷となるように、すなわちこの第２のデュプレクサの信号が出来る限り良好に反射されるように、調整される。第２の位相シフタＰＳ２もこれと対応して入れ替えた構成となっている。

このような１つのクワドリプレクサ回路は、干渉のないクワドリプレクサ動作を可能とするために、デュプレクサが近接して並んでいる周波数バンドをきれいに互いに分離することを可能とする。自明ではあるが、このクワドリプレクサは、トリプレクサ動作もサポートし、この場合第１のデュプレクサＤＰＸ１により完全デュプレクサ動作が行われ、一方第２のデュプレクサＤＰＸ２が送信フィルタのみかまたは受信フィルタのみに利用される。このようなトリプレクサ動作は、キャリアアグリゲーションモードに対応し、このために本発明の構成を用いれば、個々のカップリングされたバンドに対して別々の送信フィルタまたは受信フィルタは必要でない。本発明によれば、このクワドリプレクサ回路は、むしろこの第２のデュプレクサをＣＡモードにおける追加のバンド用のフィルタとして利用している。

図１に示すようなクワドリプレクサがこれらのデュプレクサに使用される２つの周波数バンドの互いに良好な分離を可能とする場合でも、このクワドリプレクサは、特にトリプレクサ動作またはクワドリプレクサ動作において、低い反射率のために電気的損失を受けやすい。図２は、低下する、すなわち悪化する反射率と共にどのように損失が増加するかを見易く示す。ここではアンテナ接続端子での反射率によって生成される追加の損失のみが示されている。これらの異なる曲線は、異なるＳ２２の値で定まる異なる状況に対するものである。Ｓ２２が最小である場合（すなわち完全マッチング、最も上の曲線参照）、追加の挿入損失は、純粋に「他の」デュプレクサの制限された反射率に起因する。アンテナでのあらゆるミスマッチングは、この特性を悪化させるだけである。これらの異なる曲線は、これらの曲線が１つの最適なマッチングによってなお多少水平になり得るが、しかし反射率がさらに低下する場合は、まだ損失が大きく増加することを示している。

たとえば０．８以下の反射率では、既に約０．４５ｄＢの領域の大きな損失が生じることが示されているが、これは０．６以下の反射率では既に１ｄＢより大きな悪化となる。この状況は、アンテナが元々悪い反射係数を備えている場合はさらに悪化する。

図３は、公知のデュプレクサの反射率を周波数に対して示し、このデュプレクサは、１つの第２の並列分岐において１つのインダクタンスを用いてグラウンドへ直列に回路接続されている。異なる曲線は、異なるＱ値Ｑを有するインダクタンス（複数）に対応するものである。これらの曲線のバラつきは、このインダクタンスの悪いＱ値が反射率をさらに悪化させ得ることを示している。

たとえばＱ＝３００のＱ値を有する高Ｑ値の素子を用いても、それでも公知のデュプレクサでは、所定の周波数で、過度に小さな反射率を生成し、この結果過度に大きな損失を生成する（図２も参照）。

アンテナ接続端子での、この小さすぎる反射率を顕著に改善する、本発明による１つのデュプレクサが図４に示されている。ここでも同様に、１つの送信分岐ＴＸおよび１つの受信分岐ＲＸは、共通のアンテナ接続端子ＡＴと接続されている。送信分岐においても、また受信分岐においても、それぞれ１つのフィルタが共振器のラダー型回路接続として形成されている。このように、この送信分岐は、一連の直列の共振器（複数）ＴＲＳＸを備え、これらに対し並列分岐（複数）において並列共振器ＴＲＰＸがグラウンドへ回路接続されている。この図においては、３つの直列共振器ＴＲＳ１〜ＴＲＳ３および並列共振器ＴＲＰ１〜ＴＲＰ３を有する３つの並列アームが示されている。第３の並列アームに対し直列に１つの並列インダクタンスＰＩ１がグラウンドへ回路接続されている。ここでＲＸ分岐ＲＸにおける受信フィルタは、同数の直列共振器ＲＲＳおよび並列共振器ＲＲＰを有する１つの同様のラダー型構造を備え、これらの共振器は送信フィルタのものとは単にその共振周波数が異なるだけである。

上記の２つのフィルタの各々と上記のアンテナ接続端子ＡＴとの間には、１つの位相シフト回路ＰＳ１，ＰＳ２が設けられており、これらは上記のデュプレクサ内のＴＸ／ＲＸの分離に貢献するものである。各々の位相シフト回路は、インダクタンスまたはキャパシタンスから選択された少なくとも１つの素子を備え、この素子はそれぞれの分岐に対して並列または直列に回路接続されていてよい。位相シフト回路はＬ回路，Ｔ回路，およびΠ回路も備えてよい。上記の２つの位相シフト回路が上記の２つの分岐において１つの単一の位相シフト回路を利用して実現されることも可能である。

図５において、太文字Ｋ１で示された曲線（複数）は、図４に示すデュプレクサの送信バンドおよび受信バンドに対する通過バンド（複数）を示し、ここで第２の曲線（複数）Ｋ２はそれぞれ同じフィルタあるいは同じデュプレクサで並列インダクタンスを有しないものを示している。この図から、追加の並列インダクタンスは、この通過バンドのバンド幅およびスロープを殆ど変化させないことになる。

この追加のインダクタンスによって改善されることは、ＲＸフィルタの通過バンドにおけるＴＸ／ＲＸの分離度であり、これが図６に示されている。この選択された実施形態例では、約２０ｄＢ改善された分離度が実現される。これに対し、ＴＸフィルタの通過バンドにおける非常に小さな悪化は無視できるものであり、以上により本発明の有益な効果は明らかである。

図７は、使用されている追加のインダクタンスＰＩ１が図４に示すデュプレクサのアンテナ接続端子での反射率に実質的に全く影響しないことを明らかに示している。この図７においては、インダクタンスの異なるＱ値（Ｑ＝５０〜Ｑ＝３００）に対する反射率の特性が重なって示されている。これらの曲線は、実質的に区別できない。これに対応する図３に示した公知のデュプレクサに対するものとの比較では、本発明によるデュプレクサは顕著に改善された反射率を示している。詳細には、通過バンドの近傍で、この通過バンドの直ぐ下側および直ぐ上側で、反射率が少なくとも０．１改善されており、これは図２によれば、０．３〜０．５ｄＢの挿入損失の低減を表している。

本発明のアイデアは、並列インダクタンスを出来る限りアンテナ接続端子から離間して配設するということであり、他の並列アームと直列回路接続されている複数のインダクタンスに拡張できるものである。ここでもこれらのさらなるインダクタンスが最大限にアンテナ接続端子から離間していること、およびどの場合でも第１の並列アームは、追加のインダクタンスが無いままであることが適用されている。これらのさらなるインダクタンスは、所定のシステム周波数（複数）のフィルタ除去のために、重要な周波数での追加の減衰極大値を生成することができる。

図８に示すデュプレクサは、たとえばバンド１７用であってよい。ここで上記の追加のインダクタンスを用いて、可能なキャリアアグリゲーションモード用に、上記のデュプレクサ（複数）の間のＴＸ／ＲＸの分離を大きくするために、大きな減衰、すなわちバンド５の周波数での減衰極大値を生成することができる。もう１つの減衰極大値は、ＷＬＡＮ周波数を減衰するために、約２．４ＧＨｚに生成されてよい。このようにして、本発明によるデュプレクサの特性は、さらにそのクワドリプレクサでの使用に対して、およびここでは特にキャリアアグリゲーションモードにおける使用に対して、バンド５／バンド１７に対し改善される。

図９は、図８に示す、バンド１７用に構成されたデュプレクサの、通過バンド（複数）の領域およびこれに直接隣接する領域における伝送特性を示し、特にこの実施形態においては、バンド５の中心周波数で生成されるノッチを示す。

図１０は、約２５００ＭＨｚでのＷＬＡＮ周波数の領域におけるデュプレクサの分離度を示し、この分離度は生成された追加の減衰極大値によって改善されている。全ての場合において、ＲＸ／ＴＸの分離度ＩＳＯは、顕著に改善されている。

図１１は、図８に示す、バンド１７用に構成された、２つの並列インダクタンスを有するデュプレクサの反射率を周波数に対して示す。異なる曲線が示されているが、これらは使用されているインダクタンスのＱ値が５０〜３００で変化されているものである。ここでも、第２のインダクタンスにも関わらず、反射率は、特に通過バンドの近傍で殆ど変っておらず、そして公知のデュプレクサに対して大きく改善されている。使用されているインダクタンスのＱ値への依存性が示されてはいるが、これはしかしながら非常に小さいものとなっている。異なるＱ値を有するインダクタンス（複数）が使用されたデュプレクサに対する曲線は、非常に良く似ており、それらの値の違いは極めて小さい。

図１２は、本発明によるデュプレクサ（複数）を有する１つのバンド５／バンド１７のクワドリプレクサの簡略化した回路を示す。この特定のバンド組合せおよびこれらの本発明によるデュプレクサ用に、１つの単一の並列インダクタンスＰＩによる位相シフタ回路（複数）が実装されてよく、この並列インダクタンスは、アンテナ接続端子ＡＴに対し並列に、グラウンドへ回路接続されている。ここで上記の２つの個別のデュプレクサＤＰＸ１，ＤＰＸ２の各々は、これがＣＡモードにおいてカップリングされたＲＸ分岐に対してＴＸ信号の大きな分離と同時に、出来る限り良好な反射率を有するように最適化されている。図１２のクワドリプレクサにおいては、これら２つのデュプレクサの位相は好適に互いに最適化されており、これはさらに上記の単一の位相シフタ素子、すなわち上記の並列インダクタンスＰＩの成果に対し貢献するものである。素子の節約に加えて、このようにして挿入損失による損失もこのように出来る限り小さくなっている。

図１３および１４は、改善された分離度を示し、この分離度は、公知のデュプレクサから成るクワドリプレクサに対して、本発明によるデュプレクサ（複数）で組み立てられたクワドリプレクサを用いることで達成することができる。

図１３には、１つのクワドリプレクサに対する分離度が示されており、このクワドリプレクサは、既存のデュプレクサから、バンド５およびバンド１７用に組み立てられたものである。これら２つのデュプレクサのいずれも、キャリアアグリゲーションの観点から開発されたものでなく、こうしてこれらのデュプレクサあるいはこれらから製造されたクワドリプレクサは、既に最初に記載したような問題を有している。こうしてたとえばこれら２つのデュプクサのＲＸバンドにおいては、その分離度はＴＸバンドにおける分離度よりも顕著に悪くなっている。

図１４においては、デュプレクサ（複数）は、バンド５およびバンド１３用に、本発明により構成されたものであり、キャリアアグリゲーション動作に対する使用に適したものである。図１４に示す本発明によるクワドリプレクサでは、これら２つのデュプレクサのＲＸ周波数（複数）のそれぞれの領域における改善された分離度が示されている。これら２つのバンドにおいては、こうして６０ｄＢより大きな分離度となっており、これにより２０ｄＢ以上改善されたものとなっている。

図１３および１４の比較によって、こうして、１つのクワドリプレクサまたは１つのキャリアアグリゲーションモードにおけるそれぞれ第２のデュプレクサによって、図１３に示すような公知のクワドリプレクサ、すなわち公知のデュプレクサから製造されたクワドリプレクサで見られるような、目立ったＲＸ領域における悪化はもはや全く起こらない。

本発明は、少数の実施形態例のみを参照して説明されたが、このためこれらに限定されるものではない。本発明によるデュプレクサは、他のＬＴＥバンド（複数）に対しても最適化することができ、適合したデュプレクサをクワドリプレクサとなるように回路接続することができる。ここでたとえば図１５Ａに示されている、現在リリースされている３ＧＰＰで提案されているキャリアアグリゲーションモード用にＦＤＤ Ｒｘの領域におけるバンド組合せもサポートされている。図１５Ｂは、３ＧＰＰ（ＴＳ３６．１０１）から提案されている、インターバンドキャリアアグリゲーション用にそれぞれ対応したバンド組合せをＴＸ ＦＤＤバンドに対して示している。図１５Ｃは、提案されている、インターバンドキャリアアグリゲーション用にそれぞれ対応したバンド組合せをＴｘ ＴＤＤバンドに対して示している。

図１５Ａに含まれているＣＡモードに対しては、３つの異なるバンドを組み合わせることが適用されており、こうしてここではそれぞれ２つのバンドのみが互いに極めて近接しており、これより本発明によるデュプレクサから組み立てられたクワドリプレクサが使用されなければならない。第３のバンドの周波数位置は、これら２つの他のバンドからはるかに遠くにあり、こうしてその分離に対しては１つの簡単なダイプレクサで充分であり、このダイプレクサは、上記のクワドリプレクサの前段に回路接続されてよい。

本発明によよるデュプレクサの顕著に改善された分離度により、２つのデュプレクサがアグリゲートされているキャリアアグリゲーションモードにおいても、そして同じアンテナ接続端子で同時に動作されても、通過バンドにおいて、および特にそれぞれのデュプレクサのＲＸバンドにおいてさらなる悪化は見られない。

本発明によるデュプレクサは、当然ながら純粋なデュプレクス動作で、あるいは代替としてデュプレクス動作またはクワドリプレクス動作で動作することができる。

ＤＰＸ１，ＤＰＸ２ ： 第１および第２のデュプレクサ
ＡＴ ： アンテナ接続端子
ＴＸ ： 送信経路
ＲＸ ： 受信経路
ＴＲＳ１： 送信経路における直列共振器
ＲＲＳ１： 受信経路における直列共振器
ＲＲＰ ： 送信経路における並列共振器
ＴＲＰ ： 受信経路における並列共振器
ＰＩ ： グラウンドに対して、並列経路に回路接続されたインダクタンス
ＰＳ１，ＰＳ２ ： 位相シフタ回路
ＴＲＰ１、ＴＲＰ２ ： 混合送受信経路
ＺＩ１ ： ＴＲＰ１における入力インピーダンス
ＺＩ２ ： ＴＲＰ２における入力インピーダンス
ＩＬ ： 挿入損失
ＲＥＦ ： 反射率（反射係数）
Ｋ１ ： 図２における最適曲線
ＦＲ ： 周波数
ＩＳＯ ： 分離度
ＬＢ ： ローバンド（＜１ＧＨｚ）
ＭＢ ： ミッドバンド（１ＧＨｚ＜ＭＢ＜２．２ＧＨｚ）
ＨＢ ： ハイバンド（２．２ＧＨｚ＜ＨＢ＜３ＧＨｚ）
ＵＢ ： ウルトラハイバンド（３ＧＨｚ＜ＵＢ）

Claims (9)

1. デュプレクサであって、
   １つのアンテナ接続端子（ＡＴ）と、
   １つの送信経路および１つの受信経路を備える、２つの部分経路とを備え、
   前記２つの部分経路は、アンテナ接続端子に接続されており、
   前記送信経路は、直列に回路接続された複数の直列共振器と、当該送信経路に対して並列にグラウンドへ回路接続されたｎ個の並列経路とを備え、当該並列経路においては、それぞれ１つの並列共振器、または複数の並列共振器が直列に回路接続された１つのカスケードが配設されており、ここでｎは０＜ｎ＜８となっており、
   前記送信経路における前記ｎ個の並列共振器の少なくとも１つは、１つのインダクタンスによってグラウンドへ直列に回路接続されており、
   前記アンテナ接続端子に最も近くにある並列経路における並列共振器は、直接グラウンドへ回路接続されており、当該並列経路においてはインダクタンスが配設されていない、
   ことを特徴とするデュプレクサ。
2. 前記インダクタンスは、前記回路接続において前記アンテナ接続端子から最も離れている前記送信部分経路の並列経路に配設されていることを特徴とする、請求項１に記載のデュプレクサ。
3. 請求項１または２に記載のデュプレクサにおいて、
   前記デュプレクサは、１つの第２の同様なデュプレクサと接続されて、１つのクワドリプレクサとなっており、
   前記第１のデュプレクサは、１つの第１の送信バンドと１つの第１の受信バンド用に構成されており、
   前記第１のデュプレクサの前記第１の送信バンドおよび前記第１の受信バンドと異なる、１つの第２の送信バンドと１つの第２の受信バンド用に構成されている、前記第２のデュプレクサは、前記アンテナ接続端子に接続されており、
   前記アンテナ接続端子と前記第１のデュプレクサとの間、ならびに前記アンテナ接続端子と前記第２のデュプレクサとの間には、それぞれ１つの、前記送信バンドおよび前記受信バンドの周波数に対するインピーダンスをそれぞれ別のデュプレクサに対して無限大となるように回転する、位相シフト回路が配設されており、
   前記第２のデュプレクサも同様に、
   前記送信経路は、直列に回路接続された複数の直列共振器と、当該送信経路に対して並列にグラウンドへ回路接続された複数の並列経路とを備え、当該並列経路においては、それぞれ１つの並列共振器、または複数の並列共振器が直列に回路接続された１つのカスケードが配設されており、
   複数の前記並列経路の少なくとも１つは、１つのインダクタンスによってグラウンドへ直列に回路接続されており、
   前記アンテナ接続端子に最も近くにある並列経路において、前記少なくとも１つの並列共振器は、直接グラウンドへ回路接続されており、当該並列経路においてはインダクタンスが配設されていない、
   ことを特徴とするデュプレクサ。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載のデュプレクサにおいて、
   複数の前記デュプレクサの１つにおいて、１つのさらなるインダクタンスが１つのさらなる並列共振器に直列に回路接続されており、
   前記さらなるインダクタンスは、その伝送特性において、１つのさらなるシステム周波数でのより大きな減衰をもたらすように算定されており、
   前記さらなるシステム周波数は、ＷＬＡＮ，ＷｉＦｉ，ＧＰＳ，ＤＢＴ，あるいはＧＬＯＮＡＳＳ，Ｇａｌｉｌｅｏ，Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ，またはＧＳＭ，ＷＣＤＭＡ，またはＩｏＴ（Internet of Things）のような１つの別の任意の通信バンドまたはナビゲーションバンドのＴｘバンドまたはＲｘバンドから選択されている、
   ことを特徴とするデュプレクサ。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載のデュプレクサにおいて、
   前記デュプレクサは１つのアンテナにカップリングされており、当該アンテナには少なくとも、１つのさらなる送信フィルタを有する１つのさらなる送信分岐、または１つのさらなる受信フィルタを有する受信分岐、または１つの第２のデュプレクサがカップリングされており、
   少なくとも１つの位相シフタが前記アンテナと前記デュプレクサとの間、および／または前記アンテナと前記さらなる分岐または前記さらなるデュプレクサとの間に配設されており、当該位相シフタは、１つのデュプレクサの入力でそのインピーダンスを、それぞれ別の送信分岐または別の受信分岐または別のデュプレクサの周波数に対して無限大となるように回転し、
   １つのキャリアアグリゲーションモードの動作用の全体構成が形成されており、当該キャリアアグリゲーションモードは、同時に、前記デュプレクサの送信経路および受信経路を介した送信動作および受信動作およびまたは前記さらなる受信フィルタを介した受信動作、または前記さらなる送信フィルタを介した送信動作、あるいは前記第２のデュプレクサの前記受信フィルタおよび／または前記送信フィルタを介した受信動作および送信動作の内の少なくとも１つの動作モードを可能とする、
   ことを特徴とするデュプレクサ。
6. 請求項５に記載のデュプレクサにおいて、
   共通のアンテナにカップリングされて、１つのクワドリプレクサとなっている。１つの第１のデュプレクサおよび１つの第２のデュプレクサを有し、
   前記第１のデュプレクサはバンド５用に構成されており、他方前記第２のデュプレクサは、バンド１７用に構成されており、
   位相シフタとして１つのインダクタンスが、前記アンテナ端子に対して並列にグラウンドへ回路接続されている１つの並列分岐に配設されている、
   ことを特徴とするデュプレクサ。
7. 請求項５に記載のデュプレクサにおいて、
   共通のアンテナにカップリングされている、１つの第１のデュプレクサおよび１つの第２のデュプレクサを有し、
   前記第１のデュプレクサはバンドＸ用に構成されており、他方前記第２のデュプレクサは、バンドＹ用に構成されており、
   バンドＸの受信バンドの中心周波数ｆ_Ｃ１は、バンドＹの受信バンドの中心周波数ｆ_Ｃ２と、ｆ_Ｃ１≦１．４５ｆ_Ｃ２の関係で結びついている、
   ことを特徴とするデュプレクサ。
8. バンドＸの受信バンドの中心周波数ｆ_Ｃ１は、バンドＹの受信バンドの中心周波数ｆ_Ｃ２と、ｆ_Ｃ１≦１．３ｆ_Ｃ２の関係で結びついていることを特徴とする、請求項７に記載のデュプレクサ。
9. バンドＸの受信バンドの中心周波数ｆ_Ｃ１は、バンドＹの受信バンドの中心周波数ｆ_Ｃ２と、ｆ_Ｃ１≦１．２ｆ_Ｃ２の関係で結びついていることを特徴とする、請求項７に記載のデュプレクサ。

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