TWI243543B - Front-end module for multi-band and multi-mode wireless network system - Google Patents

Description

1243543 五、發明說明（1) ' -- 、【發明所屬之技術領域】 本發明主要係關於一種前端模組，尤其是關於一種用 」夕頻多模無線網路系統之前端模組。 一、【先前技術】 二線、、罔路的技術主要有兩大分類，一是利用無線電波 作為資料傳輸的載波（Carrier )，另一是利用諸如紅外 、、'M Infrared )與雷射光（Laser )之光波作為資料傳輪 的載波。 、τ丨哥τ刖 就利用無線電波作為資料傳輸的載波而言，又可分為 一個發展方向，一是使用於短距離（1 〇公尺）、低功率（ 1 0 0mW )及低成本的藍芽技術，另一是使用於辦公室無線 傳輸的IEEE8 0 2· 11技術（頻寬最高可達54Mbps，而使用距 離可達100公尺左右）。 自1 9 9 7年以來，無線網路系統的標準規格已從 IEEE802· 11拓展到IEEE802· llb/g/a，也就是說多頻多模 的需求已成為必要的發展趨勢。另一方面，一般的無線網 路糸統疋由别端模組（f r ο n t - e n d m 〇 d u 1 e )、基頻處理器 (base band Processor，定義為PHY)與媒體存取控制器 (Media Access Controller ;MAC)等三部份所組成，其 中前端模組通常包含了大量的電容器、電感器、電阻器、' 濾波器及阻抗轉換器等被動元件，而為了滿足成本你 積小、耗電少的目標，必須將這些元件以模組化且微型化 的型式整合起來，減少搭配的獨立零組件。 本發明在此提出一種用於無線網路系統之前端模組

第6頁 1243543 五、發明說明（2) 其同時滿足多頻多 三、【發明内容】 為了滿足目前 線網路統應用之多 一種用於多頻多模 模之需求以及模組化且微型化的需求。 用積層低 Ceramic ; 溫共燒陶 LTCC)之 依本發明一實 前端模組，包含二 器、複數 述帶通濾 濾波器的 帶通濾波 波器。上 數、低通 個數相同 此外 一低通濾 能搭載之 區隔元件 元件，低 ，各波段 波器，負 無線波段 與任一天 通濾波器 衡轉換器一對一地 另一 平衡至平 數低溫共 技術裝設 除了行 頻多模 無線網 竟（Lo w 方法製 施樣態 波段區 非平衡 波器之 個數均 區隔元 責在無 進行分 線接通 連接至 連接至 發明之 及低通 板内部 燒陶究 yr ^ 動電話之外的 以及微型化的 路之前端模組 Temperature 作。 之用於多頻多 隔元件、 至平衡轉換器 個數、非平衡 與一射頻信號 件至少 線網路 離。分 。帶通 另一波 無線通訊 需求，本 ，众匕# Cofired 系統之盔 4\%\ 發明提出 端模組採 模無線網 分集切換開 及複數第 至平衡轉 所能搭栽 路系統之 關、複數 二低通濾 換器之個 之波段的 包含一 系統接 集切換 濾波器 段區隔 波器。 隔元件 係以圖 帶通濾 波段區 濾波器 ，而分集切換 基板之一表層 高通濾波 收射頰信 開關則將 連接至〜 元件，非 、帶通濾 案化方式 開關則以 器及 第 鞔時將所 &段區隔 平衡至平 波器、非 形成於複 黏著 方面，本 衡轉換器 燒陶瓷基 於低溫共 日η的傷赴 表面

1243543 五、發明說明（3) 加應用性。第二、前端模組具有體積小、電路散熱性佳、 成本低及可靠度高的優勢。第三、設計與製作搭配度高， 減少生產時間。 四、【實施方式】 以下將以實施例配合對應的圖示來說明本發明之用於 多頻多模無線網路系統之前端模組内部的配置元件及其與 "ί吕號接收與傳輸的關係。 請參見圖1，本發明第一實施例之用於多頻多模無線 網路系統之前端模組1内部至少具有一分集切換開關、 (diversity switch)11、二雙工器（diplexer)i2a 及 ^、 二帶通濾波器（band pass filter)l3a及13b、二低通濾波 器（low pass filter)14a&14b、二非平衡至平衡轉換’。器 (balun) 15a及15b。帶通濾波器的個數、低通濾波器的個 數=平衡至平衡轉換器的個數均與一射頻信號所能搭載 之波段的個數相同。另外，前端模組】之前端連接 ° 部天線10a及l〇b，後端則有與無線網路系統連接之一 RX11、RX12、RX21、RX22 以及傳輸端 τχι、τχ2。 收而 在本實施例中，分集切換開關丨丨會在整個益線 統基於天線i〇a或天線1 〇b之信號接收狀況自動選 ^ 接收狀況最佳之天線後，將前端模組！内部的 哭σ = 1 2b連接至一被選定的天線。 ™ 1 2a或 這些雙工器12a及12b的内部至少且右一古、 121a、121b及一低通濾波器122a、122b你Γ通濾波器 件。換古之，雔工哭12a .主^危)b，作為波段區隔元 、口之負貝在無線網路系統接收射頻信

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ISM(Industrial， Science， Medical)公用頻帶 -2·4〜2.5GHz及5.15〜5.85GHz ’進行分離使得搭載於不同 無線波I又的射頻彳&號咸夠被區分開來。舉例而言，雔工 1 2 a之低通濾波器1 2 2 a只能讓小於等於f2之頻率通過，而雔 工器1 2 a之高通濾波器1 2 1 a只能讓大於等於f3之頻率通過^ 而雙工裔1 2 b則負貝在無線網路糸統傳送射頻信號時讓私 載於不同無線波段的射頻信號能夠分別被傳送出去。° 號時將所能搭載之無線波段t ~ L及乙〜f4，例如是熟知的 此外，雙工器1 2a後端係連接有帶通濾波器丨3a及 13b ’這些帶通濾波器13a及13b在無線波段匕〜匕及匕〜^被 分開之後，分別負責將非無線波段匕〜匕及乙〜匕的信^虎^ 除。帶通濾波器1 3 a及1 3 b後端更一對一地連接有非平衡至 平衡轉換器15a及15b，透過這些非平衡至平衡轉換器15a 及1 5b可以將分別搭載於波段匕〜;f2及乙〜l的射頻信號轉換 成兩個相位差為1 8 0度之射頻信號，並分別由無線網路系 統之接收端RX1 1、RX12、RX21、RX22接收。 雙工器1 2b後端則連接有低通濾波器14a及丨4b，低通 濾波器14a及14b在無線網路系統透過接收端ΤΧι及丁乂2將待 傳輸射頻信號送往前端模組1時，只讓搭載於波段fi〜^以 及f3〜f4的射頻信號通過，而將無線網路系統中所產生的不 必要ί虎慮除。這些在無線網路系統中所產生的不必要信 號包含有待傳輸信號在透過一功率放大器（p〇wer amplif ier ; PA)將訊號放大後所產生的高頻信號、 f 3i〜hi以及一些雜訊（no i se)。接著，再透過雙工器12b將

第9頁 1243543 五、發明說明（5) 搭載於波段L〜f2以及f 3〜f4的射頻信號分別傳輸出去。 請參見圖2，本發明第二實施例中之用於多頻多模無 線網路系統之前端模組2至少具有一分集切換開關2丨、'二 多工器（multi-plexer)22a及22b、複數帶通濾波器23a、 、23c·..、複數低通遽波器2“、24b、24c... Γ複數非 平衡至平衡轉換器25a、25b、25c…。帶通濾波器的個 數、低通濾波器的個數、非平衡至平衡轉換器的個數均邀 一射頻信號所能搭載之波段的個數相同。另外，前端模^ 2之前端連接有二外部天線2 〇a及2〇b，後端則有與無線、網a 路系統連接之接收端RX11、RX12、RX21、RX22、RX31、 RX32···以及傳輸端τχι、TX2、TX3 …。 在本實施例中，分集切換開關21會在整個無線網路 統基於天線2 0a或天線20b之信號接收狀況，自動選擇一俨 號接收狀況最佳之天線後，將前端模組2内部的 s 或22b連接至一被選定的天線。 ° a 221a = :器？…213内部至少具有一高通渡波器 221a 221b及一低通濾波器222a、2 22b，有 帶通士波器（未顯示），以作為波段區隔元件。換： 多工裔22a負責在無線網路系統接收射所 載之無線波段、f f 、隹一八!守將所“ 不同益魂、、古PJ 3 4 Ϊ5〜ίβ…進仃刀離，使得搭載於 不门無線波奴的射頻信號能夠被區分開來，而 的射頻信號能夠分別被傳送出 1243543

此外，多工恭2 2 a後端係連接有帶通濾波器2 3 a、 2 3b、2 3c…，這些帶通濾波器23a、23b、23c…在無線波 段、fs〜L、fs〜fe…被分開之後，分別負責將不是無線 波段、fa〜f4、L〜h…所搭載的信號濾除。帶通濾波器 23a、23b、23c…後端更一對一地連接有非平衡至平衡轉 換裔25a、25b、25c…，透過這些非平衡至平衡轉換器 2 5a、2 5b、2 5c…可以將分別搭載於波段fi〜f2、fs〜f4 了匕 〜f6…的射頻信號轉換成兩個相位差為丨8 〇度之射頻信號5， 並分別由無線網路系統之接收端丨、2、RX21、 RX22 、 RX31 、 RX32 …接收。 多工裔2 2 b後端則連接有低通濾波器2 4 a、2 4 b、 24c···，這些低通濾波器24a、24b、24c…在無線網路系统 透過接收端TX1、TX2、TX3…將待傳輸射頻信號送往前端 模組2時，只讓搭載於波段^〜匕、匕〜匕、f5〜fe…的射頻信 號通過，而將無線網路系統中所產生的不必要信號濾除。 這些f無線網路系統中所產生的不必要信號包含有待傳輪 身^頻信號在透過一功率放大器將訊號放大後所產生的高頻 號fu f21 ^ 31 ^41、f 51〜f 61 ···以及一些雜訊。接著，再透 過多工器22b將搭載於波段fi〜f2、fs〜f4、fs〜f6…的射頻信 號分別傳輸出去。 在上述各實施例中，分集切換開關1 1及2 1之内部分別 包含有至少一坤化鎵（GaAS )開關及其附屬之被動元件 (如·大電容值之電容器、以及電阻器），而雙工器丨2a及 12b、多工器22a及22b、帶通濾波器i3a、13b、23a、 1243543 發明說明（7)

Ub、Zdc…、非平衡至平衡轉換器i 5a、15b、25a、25b、 2 5c…、低通濾、波器14a、14b、24a、24b、24c…均包含有 '由電容器及電感器所構成之LC電路。 , 清爹見圖3，本發明之用於多頻多模無線網路系統之 刖端核組1及2均採用多層的低溫共燒陶瓷（Low

Temperature C0fired Ceramic ;LTCC)基板 31 來製作成一 積體核組3 °在此，各層低溫共燒陶瓷基板3 1主要係由許 多陶兗介電材料所構成且其中夾藏許多導電層。 ^ =言之’由於本發明之用於多頻多模無線網路系統之 4端核組1及2的部分元件，包括雙工器1 2a及1 2b '多工器 2 2a 及2 2b、帶通濾波器13a、13b、23a、23b、23c …、非 平，至平衡轉換器15a、15b、25a、25b、25c···、低通濾 ，為14a—、14b、24a、24b、24c…，係由電容器及電感器 ，，動二件所組成，因此吾人利用圖案化的方式將這些電 谷裔及電感器形成在各層低溫共燒陶瓷基板3 1内部。此 外’吾人將分集切換開關11及2 1的砷化鎵（GaAs )開關及 其附屬被動元件（如：大電容值之電容器、以及電阻器）及 其他如I C之半導體元件等主動元件以表面黏著技術 (SUrfaCe mounting technology ;SMT)裝設在積體模組 3 之最上層’亦即最上一層低溫共燒陶瓷基板3 1之表層 311 〇 如圖4A所示’在製作過程上，上述電感器係以條狀圖 案化的方式形成在各層低溫共燒陶瓷基板3 1内部的導電層 4 1上而成為條狀電極，各導電層41之間具有電介質層（未

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五、發明說明（8) 顯示），且導電層41之間係以金屬導通孔（via h〇le)42連 接，因此，電感器在多層低溫共燒陶瓷基板3丨内部所呈現 的連結型態為一螺旋型態。另一方面，如圖4β所示，這些 電容器係以塊狀圖案化的方式形成在各層低溫共燒陶瓷基 板31内部的導電層51上而成為塊狀電極，各導電層51之間 具有電介質層（未顯示），且導電層5丨之間係以金屬導通孔 52連接，因此，電容器在多層低溫共燒陶莞基板31内部所 呈現的連結型態為一重疊型態。 另外，在低溫共燒陶瓷基板表層3丨丨下方各層低溫共 燒陶瓷基板3 1内部的LC電路係透過上述各導電層之間的金 屬導通孔42及52與低溫共燒陶瓷基板表層31 }上分集切換 開關11及21的砷化鎵（GaAs)開關及其附屬被動元件及π 等主動元件電連接。 本發明之用於多頻多模無 的部分元件在以圖案化之方式 化後，可有效地縮小這些元件 足多頻多模之需求外，亦能夠 組化且微型化的需求。 線網路系統之前端模組1及2 埋入多層陶瓷基板中而積體 所佔據的體積，因此除了滿 同時滿足無線網路系統之模 綜上，本發明已藉由上述之實施

述。鈇而，孰習兮^ , J入又化例來坪加 ^ '、、、而 白5亥項技術者當了解的是，本發明夕新古 實施例在此僅為例+从二非& w t 不I明之所有 j不性而非為限制性，亦即，力丁雜 發明實質精神及範圊夕肉，μ、+、々p在不脫離 系统之前端模％ 4 、 項夕相：無線網 示、元（刚鈿棂、、且的其他變化例及修正 蓋。因此，本私日日γ △ 勺為本發明所涵 -因此“明係由後附之申請專利範圍所加以界定

第13頁 1243543 圖式簡單說明 五、【圖式簡單說明】 圖1係一方塊圖，顯示本發明第一實施例之用於多頻 多模無線網路系統之前端模組。 圖2係一方塊圖，顯示本發明第二實施例之用於多頻 多模無線網路系統之前端模組。 圖3係一立體圖，顯示本發明之用於多頻多模無線網 路系統之前端模組在低溫共燒陶瓷基板的配置。

圖4 A係一示意圖，顯示本發明之用於多頻多模無線網 路系統之前端模組之電感在低溫共燒陶瓷基板的配置型 態。 圖4B係一示意圖，顯示本發明之用於多頻多模無線網 路系統之前端模組之電容在低溫共燒陶瓷基板的配置型 態。 元件符號說明 1、2 前端模組 10a、10b、20a、20b 天線 1 1、2 1分集切換開關 12a、1 2b 雙工器 22a、22b 多工器 121a、121b、221a、221b 馬通；廣波 122a、122b、222a、222b 低通濾波器 13a、13b、23a、23b、23c 帶通濟波 15a、15b、25a、25b、25c非平衡至平衡轉換器

第14頁 1243543 圖式簡單說明 14a、14b、24a、24b、24c 低通濾、波器 3積體模組 3 1 低溫共燒陶瓷基板 3 1 1低溫共燒陶瓷基板表層 41、 51 導電層 42、 52 金屬導通孔

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Claims (1)

1243543 六、申請專利範圍 1. 一種用於多頻多模無線網路系統之前端模組，其 與二天線連接，該前端模組包含： 二雙工器，各雙工器至少包含一高通濾波器及一第一 低通濾、波器； 一分集切換開關，將任一該等雙工器與任一該等天線 接通， 二帶通濾波器，連接至該等雙工器其中之一； 二非平衡至平衡轉換器，與該等帶通濾波器呈一對一 連接；及

二第二低通濾波器，連接至該等雙工器其中另一。 2. 如申請專利範圍第1項之用於多頻多模無線網路系 統之前端模組，其中該等雙工器、該等帶通濾波器、該等 非平衡至平衡轉換器及該等第二低通濾波器係以圖案化方 式形成在複數低溫共燒陶瓷基板中，且該分集切換開關則 配置在該等低溫共燒陶瓷基板之一表層上。 3. 如申請專利範圍第2項之用於多頻多模無線網路系 統之前端模組，其中該等低溫共燒陶瓷基板中具有複數導 電層及複數介電層，且該等導電層之間設有金屬導通孔。

4. 如申請專利範圍第3項之用於多頻多模無線網路系 統之前端模組，其中該等雙頻多工器、該等帶通濾波器、 該等非平衡至平衡轉換器及該等第二低通濾波器分別包含 有複數電容器及複數電感器，係以圖案化方式形成於該等 導電層上。 5. 如申請專利範圍第4項之用於多頻多模無線網路系

第16頁 1243543 六、申請專利範圍 統之前端模組，其中該等電容器之圖案呈塊狀且該等電感 器之圖案呈條狀。 . 6. 如申請專利範圍第4項之用於多頻多模無線網路系 . 統之前端模組，其中該等電容器及該等電感器係藉由該等 導電層之間的金屬導通孔連接至該等低溫共燒陶瓷基板之 該表層。 7. 如申請專利範圍第2項之用於多頻多模無線網路系 統之前端模組，該分集切換開關包含一砷化鎵開關及其附 屬被動元件。 8 ·如申請專利範圍第7項之用於多頻多模無線網路系 _ 統之前端模組，其中該砷化鎵開關及其附屬被動元件係以 表面黏著技術裝設在該等低溫共燒陶瓷基板之該表層。 9. 如申請專利範圍第2項之用於多頻多模無線網路系 統之前端模組，其中該表層上具有I C元件。 10. 如申請專利範圍第1項之用於多頻多模無線網路 系統之前端模組，其中各該等非平衡至平衡轉換器係與二 接收端連接，且各該等第二低通濾波器係與一傳輸端連 接。 11. 一種用於多頻多模無線網路系統之前端模組，其 鲁 與二天線連接，該前端模組包含： 二波段區隔元件，各波段區隔元件至少包含一高通濾 波器及一第一低通滤波器； 一分集切換開關，將任一該等波段區隔元件與任一該 等天線接通；

第17頁 1243543 六、申請專利範圍 複數帶通 段的個數相同 複數非平 搭載之波段的 接，及 複數第二 之波段的個數 12. 如申 系統之前端模 13. 如申 系統之前端模 器、該等非平 圖案化方式形 換開關配置在 1 4. 如申 系統之前端模 導電層及複數 孑L ^ 濾、波器，其個數與一射頻信號所能搭載之波 丄且連接至該等波段區隔元件其中之一； 衡至平衡轉換器，其個數與該射頻信號所能 個數相同且與該等帶通濾波器呈一對一連 低通濾波器 相同且連接 請專利範圍 、址，其中該 請專利範圍 、級，其中該 衡至平衡轉 成在複數低 該等低溫共 請專利範圍 組，其中該 介電層，且 ，其個 至該等 第11項 等波段 第11項 等波段 換器及 溫共燒 燒陶瓷 第13項 專低溫 該等導 數與該 波段區 之用於 區隔元 之用於 區隔元 該等第 陶瓷基 基板之 之用於 共燒陶 電層之 射頻信 隔元件 多頻多 件係多 多頻多 件、該 二低通 板中， 一^表層 多頻多 瓷基板 間設有 號所能搭載 其中另一。 模無線網路工器。 模無線網路 等帶通濾波 據波器係以 且該分集切 上。 模無線網路 中具有複數 金屬導通 15·如申請專利範圍第1 4項之用於多頻多模無線網路 系統之前端模組，其中該等波段區隔元件、該等帶通濾波 為、該等非平衡至平衡轉換器及該等第二低通濾波器分別 包含有複數電容器及複數電感器，係以圖案化方式形成於 該等導電層上。 1 6 ·如申請專利範圍第1 5項之用於多頻多模無線網路

第18頁 1243543 六、申請專利範圍 系統之前端模組，其中該等電容器之圖案呈塊狀且該等電 感器之圖案呈條狀。 17.如申請專利範圍第1 5項之用於多頻多模無線網路 系統之前端模組，其中該等電容器及該等電感器係藉由該 等導電層之間的金屬導通孔連接至該等低溫共燒陶瓷基板 之該表層。 18·如申請專利範圍第1 3項之用於多頻多模無線網路 系統之前端模組，該分集切換開關包含一砷化鎵開關及其 附屬被動元件。

19.如申請專利範圍第1 8項之用於多頻多模無線網路 系統之前端模組，其中該砷化鎵開關及其附屬被動元件係 以表面黏著技術裝設在該等低溫共燒陶瓷基板之該表層。 2 0.如申請專利範圍第1 3項之用於多頻多模無線網路 系統之前端模組，其中該表層上具有I C元件。 21.如申請專利範圍第11項之用於多頻多模無線網路 系統之前端模組，其中各該等非平衡至平衡轉換器係與二 接收端連接，且各該等第二低通濾波器係與一傳輸端連 接0

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