專利名稱：可調(diào)無線電前端及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于通信天線中的系統(tǒng)和方法。具體來講，本發(fā)明涉及前端或無線電天線中的配置和方法。
背景技術(shù)：
移動(dòng)電話的功能日益多樣化導(dǎo)致設(shè)計(jì)這些設(shè)備的復(fù)雜度日益增大。例如，具體來講，諸如雙模(例如，模擬模式和數(shù)字模式的組合，或者例如TDMA或CDMA等數(shù)字模式的組合)、雙頻(例如，800MHz頻帶和1.9GHz頻帶的組合，或者900MHz頻帶和1.8GHz頻帶或
1.5GHz頻帶的組合)以及多頻(例如，上文提到的頻帶加上3G UMTS、4G LTE)不斷增大移動(dòng)電話射頻架構(gòu)和電路的復(fù)雜度。另外，天線或多個(gè)天線可獲得的實(shí)際空間上的約束會(huì)限制天線的帶寬，帶寬是天線能夠以可接受的效率和發(fā)射功率工作的頻率范圍。相反，多模電話所需要的增大的頻率范圍增大了對(duì)多個(gè)頻道上的性能或大帶寬天線性能的需求。另外，為了在保持適當(dāng)?shù)母綦x以及發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的可靠信號(hào)傳輸?shù)耐瑫r(shí)支持這些多個(gè)不同的功能，當(dāng)前的通信設(shè)備采用多組固定電路，例如，大量的開關(guān)、濾波器、功率放大器以及雙工器，來定制每個(gè)工作模式的設(shè)備性能。于是，大量使用這些部件需要優(yōu)化這些部件的性能，并需要不同的方案來避免硬件的激增，提供更具有擴(kuò)展性的方案。就此而言，一直需要減少部件和提高通信設(shè)備的性能。與在不增大設(shè)備大小或重量的情況下提高設(shè)備性能一樣，在通信電子設(shè)備中非常希望消除部件、功能或電路的冗余。另外，一直需要可靠和高質(zhì)量的信號(hào)傳輸、改善發(fā)射機(jī)-接收機(jī)隔離度以及相對(duì)于雙工器的高品質(zhì)因數(shù)Q值的電路。另外，其他的考量包括極化(polarization)、隔離度和尺寸之間的折中、調(diào)諧精度以及相對(duì)于頻帶間的整體調(diào)諧的給定帶寬上的發(fā)射/接收頻率間隔。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供了無線電前端和天線系統(tǒng)的配置和方法。在一個(gè)方面，提供了可調(diào)無線電前端，該無線電前端可以包括第一可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)、第二可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)、發(fā)射信號(hào)路徑以及接收信號(hào)路徑。第一可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)和第二可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)中的每一個(gè)均可以包括可調(diào)天線以及一個(gè)或多個(gè)可調(diào)電容。發(fā)射信號(hào)路徑可以包括與第一可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)連通的第一可調(diào)濾波器、連接至第一可調(diào)濾波器的可調(diào)功率放大器、以及連接到可調(diào)功率放大器的無線電發(fā)射機(jī)。接收信號(hào)路徑可以包括與第二可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)連通的第二可調(diào)濾波器、連接至第二可調(diào)濾波器的可調(diào)低噪放大器以及連接至可調(diào)低噪放大器的無線電接收機(jī)。在另一個(gè)方面，用于操作無線電天線的方法包括:通過發(fā)射信號(hào)路徑將第一可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)連接至無線電發(fā)射機(jī)，發(fā)射信號(hào)路徑包括第一可調(diào)濾波器和第一可調(diào)功率放大器，通過接收信號(hào)路徑將第二可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)連接至無線電接收機(jī)，接收信號(hào)路徑包括第二可調(diào)濾波器和第一可調(diào)低噪放大器。所述方法還包括調(diào)整第一可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)、第一可調(diào)濾波器以及第一可調(diào)功率放大器的調(diào)諧設(shè)置，以從無線電發(fā)射機(jī)中發(fā)射期望發(fā)射頻率的信號(hào)，并阻擋期望接收頻帶上的信號(hào)，調(diào)整第二可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)、第二可調(diào)濾波器以及第一可調(diào)低噪放大器的調(diào)諧設(shè)置，以將期望接收頻帶上的信號(hào)發(fā)射到無線電接收機(jī)，并阻擋期望發(fā)射頻率帶寬上的信號(hào)。盡管在上文中已經(jīng)對(duì)本發(fā)明的各個(gè)方面進(jìn)行了說明，這些方面已經(jīng)被本發(fā)明完全或部分地實(shí)現(xiàn)了，結(jié)合下文中詳細(xì)說明的附圖進(jìn)行說明時(shí)可以使本發(fā)明的其他方面變得清
λ.Μ
/E.ο


通過閱讀下文結(jié)合附圖所給出的詳細(xì)說明，可以更好地理解本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，附圖是通過說明性的非限定性實(shí)例給出的，其中:圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的可調(diào)無線電前端的示意視圖；圖2是與根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的可調(diào)無線電前端一起使用的可調(diào)天線的調(diào)諧范圍的圖；圖3是與根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的可調(diào)無線電前端一起使用的可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)1旲塊的不意視圖；圖4A至圖4D是與根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的可調(diào)無線電前端一起使用的示例性polezero元件的示意視圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的可調(diào)無線電前端的示意圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的可調(diào)無線電前端的示意圖；圖7A至圖7F是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的工作在UMTS波段I的可調(diào)無線電前端的總響應(yīng)曲線；圖8A至圖8F是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的工作在UMTS波段II的可調(diào)無線電前端的總響應(yīng)曲線；以及圖9A至圖9F是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的工作在UMTS波段IV的可調(diào)無線電前端的總響應(yīng)曲線。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了用于無線電前端或無線電天線的架構(gòu)和方法。一方面，本發(fā)明提供了可調(diào)無線電前端。在不增加昂貴的專用靜態(tài)RF元件(例如具有相應(yīng)的信號(hào)路徑的多個(gè)天線)的情況下，集成前端可以提供相對(duì)緊湊、靈敏的設(shè)計(jì)，相對(duì)于現(xiàn)有的架構(gòu)，這種設(shè)計(jì)可以在不對(duì)性能作出妥協(xié)的情況下簡(jiǎn)化天線結(jié)構(gòu)。例如，在圖1所示的架構(gòu)中，總體上用100表示的可調(diào)無線電前端可以包括第一可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)(總體上用IlOa表示)、第二可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)(總體上用IlOb表示)、發(fā)射信號(hào)路徑(總體上用120表示)以及接收信號(hào)路徑(總體上用130表示)，發(fā)射信號(hào)路徑120將第一可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)IlOa連接至收發(fā)機(jī)和基帶控制單元(總體上用200表示)，接收信號(hào)路徑130將第二可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)IlOb連接至收發(fā)機(jī)和基帶控制單元200。具體來講，發(fā)射信號(hào)路徑120可以將第一可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)IlOa連接至無線電發(fā)射機(jī)，無線電發(fā)射機(jī)集成在收發(fā)機(jī)和基帶控制單元200中，或者與收發(fā)機(jī)和基帶控制單元200連通，接收信號(hào)路徑130可以將第二可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)IlOb連接至無線電接收機(jī)，無線電接收機(jī)集成在收發(fā)機(jī)和基帶控制單元200中，或者與收發(fā)機(jī)和基帶控制單元200連通。發(fā)射信號(hào)和接收信號(hào)的這種隔離在與單個(gè)信號(hào)路徑的可調(diào)性結(jié)合在一起時(shí)，允許對(duì)每個(gè)路徑進(jìn)行優(yōu)化操作。 第一可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)I IOa可以包括一個(gè)或多個(gè)第一可調(diào)天線112a (例如，一個(gè)或多個(gè)分布式超小可調(diào)天線)以及一個(gè)或多個(gè)第二可調(diào)電容，第二可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)IlOb同樣可以包括一個(gè)或多個(gè)可調(diào)天線112b以及一個(gè)或多個(gè)可調(diào)電容。第一可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)IlOa和第二可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)IlOb是可調(diào)的，以覆蓋如圖2所示的較寬的帶寬范圍，但由于系統(tǒng)的可調(diào)性，可以將這些匹配網(wǎng)絡(luò)配置為窄帶操作。因此，相對(duì)于現(xiàn)有配置，第一可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)IlOa和第二可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)IlOb可以顯現(xiàn)出非常低的損耗，可以提供發(fā)射和接收之間的期望隔離部分(portion)(例如，大約20-30dB)?？梢砸员绢I(lǐng)域技術(shù)人員已知的多種配置相對(duì)于彼此布置第一可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)IlOa和第二可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)110b，在共同未決的美國(guó)專利申請(qǐng)N0.12/431,373中公開了這些配置的一些例子，在本文中全文引用該申請(qǐng)文件中的內(nèi)容。例如，參見圖3，第一可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)IlOa和第二可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)IlOb可以被布置在可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)模塊111中。不過，應(yīng)該認(rèn)識(shí)到的是，第一可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)IlOa和第二可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)IlOb不需要被布置在單個(gè)覆蓋區(qū)中，還可以以多個(gè)不同配置中的任何一種方式進(jìn)行配置。例如，第一可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)IlOa和發(fā)射信號(hào)路徑120可以被布置得使它們與第二可調(diào)匹配網(wǎng)絡(luò)IlOb和接收信號(hào)路徑120完全隔離(例如，電話的對(duì)角)。在這樣的布置中，這些元件之間的唯一耦合是通過天線附近的遠(yuǎn)場(chǎng)源耦合和/或通過電話的接地層。不管它們各自的布置如何，第一可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)IlOa可以包括與發(fā)射信號(hào)路徑120連通的第一天線112a，第二可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)IlOb可以包括與接收信號(hào)路徑130連通的第二天線112b。第一可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)IlOa還可以包括與第一天線112a連通的可調(diào)發(fā)射濾波器114a (例如，如果需要的話，是諧波濾波器和/或匹配網(wǎng)絡(luò))，第二可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)IlOb可以包括與第二天線112b連通的可調(diào)接收濾波器114b(例如，如果需要的話，可以是TX濾波器和/或匹配網(wǎng)絡(luò))，這些濾波器均集成在各自的第一或第二可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)IlOa和IlOb中(即，分別與發(fā)射信號(hào)路徑120和接收信號(hào)路徑130中的部件隔離)。第一可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)IlOa可以定義信號(hào)發(fā)射和信號(hào)接收的隔離路徑，盡管一些配置可以謹(jǐn)慎地提供感應(yīng)耦合以抵消發(fā)射串?dāng)_。第一天線112a和第二天線112b可以被調(diào)諧以覆蓋多個(gè)頻帶，可以被調(diào)諧以調(diào)整元件之間的頻率間隔。例如，第一天線和第二天線之間的距離可以小于大約自由空間波長(zhǎng)的1/4，和/或第一天線112a和第二天線112b的尺寸小于自由空間波長(zhǎng)的1/4。另夕卜，第一天線112a和第二天線112b可以是同極化的(co-polarized)。因此，圖3所示類型的第一可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)IIOa和第二可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)IlOb可以小于全波段天線，比多波段天線小得多。具體來講，可以配置多于兩個(gè)的可調(diào)天線，以適應(yīng)現(xiàn)有固定天線的體積。另外，如果具有各自饋線的兩個(gè)天線的間距很近但被調(diào)諧至略微不同頻率，在端口之間會(huì)具有實(shí)質(zhì)的隔離。因此，第一可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)IlOa和第二可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)IlOb在當(dāng)前的雙工器設(shè)計(jì)上可以提供很多優(yōu)點(diǎn)。具體來講，第一可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)IlOa和第二可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)IlOb可以組合天線、雙工器、匹配網(wǎng)絡(luò)、和/或?yàn)V波器的功能。另外，通過優(yōu)化匹配(例如大約IdB)、改善天線效率(例如大約0.5dB)和消除雙工器損耗(例如大約3dB)，第一可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)IlOa和第二可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)IlOb可以產(chǎn)生較低的插入損耗。不過，拋開具體配置不談，第一可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)IlOa和第二可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)IlOb可以為可調(diào)無線電前端100提供多個(gè)有利的特征。例如，具體來講，第一可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)IlOa和第二可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)IlOb可以在沒有開關(guān)損耗的情況下提供寬帶動(dòng)態(tài)阻抗匹配的平臺(tái)，可以工作在寬的頻率范圍上(例如，約832MHz 2170MHz)，其柔性架構(gòu)可以支持實(shí)現(xiàn)多個(gè)匹配網(wǎng)絡(luò)，可以提供電容網(wǎng)絡(luò)的精密數(shù)字控制(例如，具有大約125fF的步進(jìn)分辨率)、相對(duì)較短的網(wǎng)絡(luò)再次配置時(shí)間(例如大約IOOus)、以及較低的電流消耗(例如，工作狀態(tài)小于約IOOuA,休眠狀態(tài)小于6uA)。在RF天線特有的語境下，第一可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)IlOa和第二可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)IlOb可以提供頭手定位(hand and head positioning)的天線匹配、不同天線模型的補(bǔ)償以及電話使用模式的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。再次參照?qǐng)D1所示的布置，如上文所述，第一可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)IlOa和第二可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)IlOb可以連接得分別與發(fā)射信號(hào)路徑120以及接收信號(hào)路徑130連通。由于發(fā)射信號(hào)路徑120和接收信號(hào)路徑130隔離，可以具體地選擇每個(gè)各自路徑中的元件的阻抗以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化操作，可以改變?cè)淖杩挂赃m應(yīng)功率級(jí)別和工作頻率。發(fā)射信號(hào)路徑120可以包括一個(gè)或多個(gè)與第一可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)IlOa連通的第一可調(diào)濾波器122。第一可調(diào)濾波器122可以用于阻抗匹配和濾波，可以提供發(fā)射信號(hào)路徑120對(duì)接收信號(hào)路徑130的更進(jìn)一步的隔離(例如，當(dāng)與接收信號(hào)路徑130上的相應(yīng)元件一起時(shí)，提供大約25dB的貢獻(xiàn))。例如，具體來講，第一可調(diào)濾波器122可以包括多個(gè)可調(diào)干擾和諧波濾波器，這些濾波器還可以包括集成變壓器。這種濾波器可以包括一個(gè)或多個(gè)零極點(diǎn)(pole-zero)元件，例如美國(guó)專利N0.7，446，628中公開的元件，將其內(nèi)容全文并入本文。例如，具體來講，第一可調(diào)濾波器122可以包括一個(gè)或多個(gè)如圖4A至圖4D所示的零極點(diǎn)元件。參照?qǐng)D4A，第一零極點(diǎn)元件122a可以包括電感器I和電容器Cl和C2。電感器I可以與電容器Cl串聯(lián)。電感器I和電容器Cl的這種串聯(lián)布置在節(jié)點(diǎn)NI和N2處與電容器C2并聯(lián)。零極點(diǎn)元件100可以被包括在第一可調(diào)濾波器122中，以通過發(fā)射頻帶的信號(hào)并阻止接收頻帶的信號(hào)。另外，一個(gè)或多個(gè)第一零極點(diǎn)元件122a還可以以串聯(lián)布置連接，以產(chǎn)生高階濾波器。例如，第一零極點(diǎn)元件122a的阻抗大小遠(yuǎn)小于發(fā)射頻率處的z0。第一零極點(diǎn)元件122a的阻抗大小可以大于或等于接收頻率處的z0。參照?qǐng)D4B，第二零極點(diǎn)元件122b可以包括電容器C以及電感器Il和12。電容器C和電感器12并聯(lián)連接。電容器C和電感器12的并聯(lián)布置通過節(jié)點(diǎn)NI和N2與電感器11串聯(lián)。第二零極點(diǎn)元件122b可以包括在第一可調(diào)濾波器122中以通過發(fā)射頻帶的信號(hào)并阻止接收頻帶的信號(hào)。另外，一個(gè)或多個(gè)第二零極點(diǎn)元件122b還可以被連接在地與發(fā)射點(diǎn)和天線之間的信號(hào)路徑之間，以產(chǎn)生高階濾波。例如，第二零極點(diǎn)元件122b的阻抗大小遠(yuǎn)大于發(fā)射頻率處的z0。第二零極點(diǎn)元件122b的阻抗大小可以小于或大約等于接收頻率處的zO。不管具體的結(jié)構(gòu)如何，合并了這些元件的第一可調(diào)濾波器122可以為具有低插入損耗(例如，大約0.7dB)的發(fā)射信號(hào)路徑120提供可調(diào)濾波。另外，如圖5所示，第一可調(diào)濾波器122可以呈現(xiàn)銳截止頻率和信號(hào)路徑之間的高隔離。發(fā)射信號(hào)路徑120還可以包括連接在第一可調(diào)濾波器122與收發(fā)機(jī)和控制單元200之間的第一可調(diào)功率放大器124。每個(gè)信號(hào)路徑的窄帶可調(diào)性可以允許第一可調(diào)功率放大器124在期望的頻率退出(roll off)，減少噪聲，改善線性和效率，并有助于提供發(fā)射信號(hào)路徑120對(duì)接收信號(hào)路徑130的額外隔離(例如，當(dāng)與接收信號(hào)路徑130上的相應(yīng)元件一起時(shí)提供大約5dB的貢獻(xiàn))。第一可調(diào)功率放大器124可以被用來改變功率范圍上的輸出匹配，保持適當(dāng)?shù)闹C波負(fù)載，并且保持較寬范圍工作條件上的效率。接收信號(hào)路徑130可以包括與第二可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)IlOb連通的第二可調(diào)濾波器132。與上文討論的第一可調(diào)濾波器122相似，第二可調(diào)濾波器132可以被用來進(jìn)行阻抗匹配和濾波，可以對(duì)發(fā)射信號(hào)路徑120相對(duì)接收信號(hào)路徑130的隔離做出貢獻(xiàn)。在一些實(shí)施例中，第二可調(diào)濾波器132可以包括一個(gè)或多個(gè)可調(diào)干擾諧波濾波器，這些濾波器可以包括一個(gè)或多個(gè)零極點(diǎn)元件。例如，第二可調(diào)濾波器132可以包括如在美國(guó)專利N0.7，446，628中所公開的零極點(diǎn)元件。參照?qǐng)D4C，第三零極點(diǎn)元件132a可以包括電容器C和電感器Il以及12。電容器C可以與電感器Il串聯(lián)。電容器C和電感器Il的這種串聯(lián)布置可以在節(jié)點(diǎn)NI和N2與電感器12并聯(lián)連接。第三零極點(diǎn)元件132a可以包括在第二可調(diào)濾波器132中，以通過接收頻帶的信號(hào)并阻止發(fā)射頻帶的信號(hào)。另外，第三零極點(diǎn)元件132a中的一個(gè)或多個(gè)可以串聯(lián)連接，以產(chǎn)生高階濾波。例如，第三零極點(diǎn)元件132a的阻抗大小可以遠(yuǎn)小于接收頻率處的zO。第三零極點(diǎn)元件132a的阻抗大小可以大于或者大約等于發(fā)射頻率處的zO。參見圖4D，第四零極點(diǎn)元件132b可以包括電感器I和電容器Cl和C2。電容器Cl和電感器I可以以并聯(lián)布置的方式連接。電容器Cl和電感器I的這種并聯(lián)布置可以跨過節(jié)點(diǎn)NI和N2與電容器C2串聯(lián)。第四零極點(diǎn)元件132b可以包括在第二可調(diào)濾波器132中，以通過接收頻帶的信號(hào)并阻止發(fā)射頻帶的信號(hào)。另外，第四零極點(diǎn)元件132b中的一個(gè)或多個(gè)還可以連接在地與接收電路和天線之間的信號(hào)路徑之間，以產(chǎn)生高階濾波。例如，第四零極點(diǎn)元件132b的阻抗大小可以遠(yuǎn)大于接收頻率處的zO。第四零極點(diǎn)元件132b的阻抗大小可以小于或者大約等于發(fā)射頻率處的zO。接收信號(hào)路徑130還可以包括連接在第二可調(diào)濾波器132和收發(fā)機(jī)和控制單元200之間的第一可調(diào)低噪放大器134。此外，每個(gè)信號(hào)路徑的窄帶可調(diào)性使得第一可調(diào)低噪放大器134在期望頻率退出，從而對(duì)信號(hào)隔離做出貢獻(xiàn)并改善對(duì)低電流的阻止性能。在可調(diào)無線電前端100具有上文所述的結(jié)構(gòu)時(shí)，可以在沒有任何復(fù)雜或無效開關(guān)機(jī)構(gòu)的情況下實(shí)現(xiàn)可調(diào)無線電前端100的調(diào)諧。具體來講，通過調(diào)整第一和第二可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)IlOa和IlOb以及發(fā)射信號(hào)路徑120和接收信號(hào)路徑130的可調(diào)部件的調(diào)諧設(shè)置，可以實(shí)現(xiàn)可調(diào)無線電前端100的調(diào)諧。例如，具體來講，通過調(diào)整第一可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)IlOa(例如，調(diào)整第一天線112a和可調(diào)發(fā)射濾波器114a的調(diào)諧設(shè)置)、第一可調(diào)濾波器122以及第一可調(diào)功率放大器124的調(diào)諧設(shè)置，可以配置發(fā)射信號(hào)路徑120來通過期望的發(fā)射頻帶的信號(hào)并阻止期望的接收頻帶的信號(hào)。類似地，通過調(diào)整第二可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)IlOb (例如，調(diào)整第二天線112b和可調(diào)接收濾波器114b的調(diào)諧設(shè)置)、第二可調(diào)濾波器132以及第一可調(diào)低噪放大器134的調(diào)諧設(shè)置，可以配置接收信號(hào)路徑130通過期望接收頻帶的信號(hào)并阻止期望發(fā)射頻帶的信號(hào)。為了更容易并且更有效地控制可調(diào)無線電前端100，可以將可調(diào)元件中的一個(gè)或多個(gè)與收發(fā)機(jī)和控制單元200連接，如圖1、6和7所示，或者，可以將這些可調(diào)元件連接至獨(dú)立的感應(yīng)和控制系統(tǒng)，以對(duì)可調(diào)無線電前端100的頻率響應(yīng)進(jìn)行綜合的感應(yīng)和控制。注意到圖1將可調(diào)無線電前端100顯示為具有單個(gè)發(fā)射信號(hào)路徑120和單個(gè)接收信號(hào)路徑130。不過，應(yīng)當(dāng)理解的是，可以提供執(zhí)照一個(gè)額外的發(fā)射信號(hào)路徑120'和/或至少一個(gè)額外的接收信號(hào)路徑130'。例如，具體來講，在圖6所示的配置中，可調(diào)無線電前端100還包括至少一個(gè)額外的發(fā)射信號(hào)路徑120'，該發(fā)射信號(hào)路徑120'具有第三可調(diào)濾波器122'和第二可調(diào)功率放大器124'。盡管圖6示出了與第一可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)IlOa連通的至少一個(gè)額外的發(fā)射信號(hào)路徑120,，這點(diǎn)與發(fā)射信號(hào)路徑120相同，但本領(lǐng)域技術(shù)人員可以認(rèn)識(shí)到，可替換地，該額外的發(fā)射信號(hào)路徑120'可以與獨(dú)立的可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)連通。在任一配置中，可以配置發(fā)射信號(hào)路徑120以在第一發(fā)射頻帶(例如，600MHz至1000MHz之間的相對(duì)低頻頻帶)上發(fā)射信號(hào)，而可以配置至少一個(gè)額外的發(fā)射信號(hào)路徑120;以在第二發(fā)射頻帶(例如，1700MHz至3500MHz之間的相對(duì)高頻頻帶)上發(fā)射信號(hào)。具體來講，可以調(diào)整第一可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)IlOa以及發(fā)射信號(hào)路徑120和至少一個(gè)額外發(fā)射信號(hào)路徑120'中的每一個(gè)路徑上的可調(diào)部件的調(diào)諧設(shè)置，來區(qū)分每個(gè)路徑通過的信號(hào)。以這種方式在高頻帶路徑和低頻帶路徑之間分離發(fā)射信號(hào)有助于簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)和降低成本?？商鎿Q地,可以配置發(fā)射信號(hào)路徑120以發(fā)射與第一發(fā)射標(biāo)準(zhǔn)(例如，多頻帶GSM)相關(guān)的信號(hào)，而可以配置至少一個(gè)額外的發(fā)射信號(hào)路徑120,以發(fā)射與第二發(fā)射標(biāo)準(zhǔn)(例如，多頻帶CDMA)相關(guān)的信號(hào)。同樣，可調(diào)無線電前端100還可以包括至少一個(gè)額外的接收信號(hào)路徑130'，該接收信號(hào)路徑130'具有第四可調(diào)濾波器132'和第二可調(diào)低噪放大器134'。至少一個(gè)額外接收信號(hào)路徑130'可以與第二可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)IlOb連通，這圖6所示的接收信號(hào)路徑130相同，或者，至少一個(gè)額外接收信號(hào)路徑130'可以與單獨(dú)的可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)連通。不管具體的配置如何，可以配置接收信號(hào)路徑130以在第一接收頻帶(例如，600MHz至1000MHz之間的相對(duì)低頻頻帶)上接收信號(hào)，可以配置至少一個(gè)額外接收信號(hào)路徑130'以在第二接收頻帶(例如，1700MHz至3500MHz之間的相對(duì)高頻頻帶)上接收信號(hào)?？商鎿Q地，可以配置接收信號(hào)路徑130和至少一個(gè)額外接收信號(hào)路徑130'如上文所述接收與不同發(fā)射標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)的信號(hào)。在任一情況下，可以調(diào)整第二可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)IlOb的調(diào)諧設(shè)置以及接收信號(hào)路徑130和至少一個(gè)額外的接收信號(hào)路徑130'中的每一個(gè)路徑的可調(diào)部件的調(diào)諧設(shè)置，以區(qū)分每個(gè)路徑通過的信號(hào)。不管信號(hào)路徑的具體數(shù)量或者信號(hào)路徑的配置如何，第一和第二可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)IlOa和IlOb與發(fā)射信號(hào)路徑120 (例如，第一可調(diào)濾波器122、第一可調(diào)功率放大器124)以及接收信號(hào)路徑130 (例如，第二可調(diào)濾波器132、第一可調(diào)低噪放大器134)的組合可以提供完整的前端系統(tǒng)?？梢哉J(rèn)識(shí)到，每個(gè)元件可以單獨(dú)地被用來隔離發(fā)射信號(hào)和接收信號(hào)，但沒有一個(gè)元件能夠單獨(dú)提供與完整的可調(diào)無線電前端100可以提供的總隔離和性能相同的總隔離和性能。例如，具體來講，天線調(diào)諧器與第一和第二可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)IlOa和IlOb的匹配網(wǎng)絡(luò)可以提供改善的低功耗時(shí)的總發(fā)射功率(TRP)/總的各向同性靈敏度，但第一和第二可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)IlOa和IlOb并不能單獨(dú)地實(shí)現(xiàn)RF天線所需要的隔離級(jí)別。相反，可調(diào)濾波器和雙工器可以提供捷變頻和動(dòng)態(tài)干擾抑制，可調(diào)功率放大器可以呈現(xiàn)高功率附加效率(power-added efficiency,PAE)和多模式性能,但單獨(dú)的這些部件會(huì)需要比本發(fā)明的可調(diào)無線電前端100更大的復(fù)雜性，以實(shí)現(xiàn)同樣的性能特征，這反過來會(huì)導(dǎo)致更大損耗以及設(shè)計(jì)和制造中的更大困難。不過，當(dāng)集成到本文所述的完整系統(tǒng)時(shí)，當(dāng)用于分頻雙工(frequency-divisionduplexing,FDD)系統(tǒng)時(shí),可調(diào)無線電前端100可以提供較低的插入損耗和較高的隔離。例如，具體來講，圖7A至圖7F示出了可調(diào)無線電前端100在UMTS頻帶I上的高、中、低信道上的預(yù)測(cè)響應(yīng)，圖8A至圖8F示出了在頻帶II上的三個(gè)信道上的預(yù)測(cè)響應(yīng)，圖9A至圖9F示出了在頻帶IV上的三個(gè)信道上的預(yù)測(cè)響應(yīng)。從這些結(jié)果中可以看出，在用于FDD系統(tǒng)(例如，CDMA, WCDMA和LTE)時(shí)，可調(diào)無線電前端100相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)可以提供改善性能?？商鎿Q地，通過將這些濾波器(例如，第一可調(diào)濾波器122和第二可調(diào)濾波器132)調(diào)諧至具有非常低隔離的低損耗狀態(tài)，無線電前端100可以被配置得工作在時(shí)分雙工(time-division duplexing, TDD)系統(tǒng)中。在這種配置中，由于發(fā)射機(jī)和接收機(jī)不同時(shí)工作，天線隔離自身足夠保護(hù)接收機(jī)不受到發(fā)射機(jī)的影響。以這種方式，盡管喪失了同時(shí)發(fā)射和接收的優(yōu)勢(shì)，但可以消除TDD系統(tǒng)(例如，GSM，GPRS和EDGE)通常所需的開關(guān)，從而提供相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的性能改進(jìn)。在不脫離本發(fā)明的精神和實(shí)質(zhì)特征的情況下，可以以其他形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。上文描述的實(shí)施例在各個(gè)方面均應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是說明性的而非限定性的。盡管已經(jīng)以某些優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說明，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見的其他實(shí)施例也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種可調(diào)無線電前端，其包括: 第一可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)； 第二可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)； 發(fā)射信號(hào)路徑，所述發(fā)射信號(hào)路徑包括第一可調(diào)濾波器、第一可調(diào)功率放大器以及無線電發(fā)射機(jī)，第一可調(diào)濾波器與第一可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)連通，第一可調(diào)功率放大器連接至第一可調(diào)濾波器，無線電發(fā)射機(jī)連接至第一可調(diào)功率放大器；以及 接收信號(hào)路徑，所述接收信號(hào)路徑包括第二可調(diào)濾波器、第一可調(diào)低噪放大器以及無線電接收機(jī)，第二可調(diào)濾波器與第二阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)連通，第一可調(diào)低噪放大器連接至第二可調(diào)濾波器，無線電接收機(jī)連接至第一可調(diào)低噪放大器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)無線電前端，其中，第一可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)和第二可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)中的每一個(gè)均包括可調(diào)天線以及一個(gè)或多個(gè)可調(diào)電容器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可調(diào)無線電前端，其中，每一個(gè)可調(diào)天線均包括一個(gè)或多個(gè)分布式超小可調(diào)天線。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)無線電前端，其中，第一可調(diào)濾波器或第二可調(diào)濾波器中的一個(gè)或多個(gè)包括一個(gè)或多個(gè)可調(diào)干擾和諧波濾波器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)無線電前端，其中，第一可調(diào)濾波器或第二可調(diào)濾波器中的一個(gè)或多個(gè)零極點(diǎn)元件。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)無線電前端，其還包括至少一個(gè)額外的發(fā)射信號(hào)路徑； 其中，所述信號(hào)發(fā)射 路徑被配置得用于發(fā)射第一相對(duì)較低頻帶上的信號(hào)；以及 其中，所述至少一個(gè)額外的發(fā)射信號(hào)路徑被配置得用于發(fā)射第二相對(duì)較高頻帶上的信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的可調(diào)無線電前端，其中，第一相對(duì)較低頻帶包括大約600MHz至1000MHz之間的頻帶；以及其中，第二相對(duì)較高頻帶包括大約1700MHz至3500MHz之間的頻帶。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)無線電前端，其還包括至少一個(gè)額外的接收信號(hào)路徑； 其中，所述接收信號(hào)路徑被配置得用于接收相對(duì)較低頻帶上的信號(hào)；以及 其中，所述至少一個(gè)額外的接收信號(hào)路徑被配置得用于接收第二相對(duì)較高頻帶上的信號(hào)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的可調(diào)無線電前端，其中，第一相對(duì)較低頻帶包括大約600MHz至1000MHz之間的頻帶；以及其中，第二相對(duì)較高頻帶包括大約1700MHz至3500MHz之間的頻帶。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)無線電前端，其還包括一個(gè)感應(yīng)和控制系統(tǒng)，所述感應(yīng)和控制系統(tǒng)與所述發(fā)射信號(hào)路徑、所述接收信號(hào)路徑以及第一可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)和第二可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)中的每一個(gè)均連通，以對(duì)所述可調(diào)無線電前端的頻率響應(yīng)進(jìn)行綜合的感應(yīng)和控制。
11.一種操作射頻(RF)天線的方法，所述方法包括: 通過發(fā)射信號(hào)路徑將第一可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)連接至無線電發(fā)射機(jī)，所述發(fā)射信號(hào)路徑包括第一可調(diào)濾波器和第一可調(diào)功率放大器； 通過接收信號(hào)路徑將第二可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)連接至無線電接收機(jī)，所述接收信號(hào)路徑包括第二可調(diào)濾波器和第一可調(diào)低噪聲放大器； 調(diào)整第一可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)、第一可調(diào)濾波器和第一可調(diào)功率放大器的調(diào)諧設(shè)置，以從所述無線電發(fā)射機(jī)通過期望發(fā)射頻率的信號(hào)并阻止期望接收頻帶的信號(hào)；以及 調(diào)整第二可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)、第二可調(diào)濾波器以及第一可調(diào)低噪聲放大器的調(diào)諧設(shè)置，以將期望接收頻帶的信號(hào)傳遞至所述無線電接收機(jī)并阻止期望發(fā)射頻帶的信號(hào)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其包括: 將第一可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)連接至至少一個(gè)額外的發(fā)射信號(hào)路徑，所述至少一個(gè)額外的發(fā)射信號(hào)路徑包括第三可調(diào)濾波器和第二可調(diào)功率放大器； 調(diào)整第一可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)、第一可調(diào)濾波器以及第一可調(diào)功率放大器的調(diào)諧設(shè)置，以在第一發(fā)射頻帶上發(fā)射信號(hào)；以及 調(diào)整第一可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)、第一可調(diào)濾波器以及第一可調(diào)功率放大器的調(diào)諧設(shè)置，以在不同于第一發(fā)射頻帶的第二發(fā)射頻帶上發(fā)射信號(hào)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，第一發(fā)射頻帶包括大約600MHz至1000MHz之間的頻帶；以及 其中，第二發(fā)射頻帶包括大約1700MHz至3500MHz之間的頻帶。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其包括: 將第二可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)連接至至少一個(gè)額外的接收信號(hào)路徑，所述至少一個(gè)額外的接收信號(hào)路徑包括第四可調(diào)濾波器和第二可調(diào)低噪聲放大器； 調(diào)整第二可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)、第二可調(diào)濾波器以及第一可調(diào)低噪聲放大器的調(diào)諧設(shè)置，以在第一接收頻帶上接收信號(hào)；以及 調(diào)整第二可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)、第四可調(diào)濾波器以及第二可調(diào)低噪聲放大器的調(diào)諧設(shè)置，以在不同于第一接收頻帶的第二接收頻帶上接收信號(hào)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，第一接收頻帶包括大約600MHz至1000MHz之間的頻帶；以及 其中，第二接收頻帶包括大約1700MHz至3500MHz之間的頻帶。
全文摘要
本發(fā)明公開了可調(diào)無線電前端系統(tǒng)和方法，其中，所述可調(diào)無線電前端包括第一可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)、第二可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)、發(fā)射信號(hào)路徑以及接收信號(hào)路徑。所述發(fā)射信號(hào)路徑可以包括第一可調(diào)濾波器、可調(diào)功率放大器以及無線電發(fā)射機(jī)，所述第一可調(diào)濾波器與第一可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)連通，所述可調(diào)功率放大器連接至第一可調(diào)濾波器，所述無線電發(fā)射機(jī)連接至所述可調(diào)功率放大器。所述接收信號(hào)路徑可以包括第二可調(diào)濾波器、可調(diào)低噪聲放大器以及無線電接收機(jī)，所述第二可調(diào)濾波器與第二可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)連通，所述可調(diào)低噪聲放大器連接至第二可調(diào)濾波器，所述無線電接收機(jī)連接至所述可調(diào)低噪聲放大器。
文檔編號(hào)H03F3/20GK103155431SQ201180041496
公開日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2011年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月26日
發(fā)明者亞瑟·S·莫里斯三世 申請(qǐng)人:維斯普瑞公司