專利名稱：集成的天線耦合元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種尤其適用于移動無線電系統(tǒng)的多頻帶終端設(shè)備的集成天線耦合元件。
今天，通信系統(tǒng)內(nèi)的終端設(shè)備，尤其是諸如移動無線電臺等便攜式終端設(shè)備被設(shè)計用于通信技術(shù)的高性能和低能耗，且同時還應(yīng)盡可能地保持通用，這樣，至少對于該設(shè)備的某一市場份額，需要為不同的傳輸標(biāo)準(zhǔn)-具體地說也就是不同的傳輸頻帶-進(jìn)行設(shè)計。
由于尺寸、重量和成本的原因，在這種設(shè)備中通常是采用單個的天線，于是在為該終端設(shè)備而設(shè)計的頻率范圍上，該天線既被用作接收天線，又被用作發(fā)射天線。這種對天線的多重使用需要對接收信號和需發(fā)射的信號進(jìn)行特殊處理，以便一方面確保對接收信號進(jìn)行最佳地利用和去干擾，另一方面又能確保電流消耗最小并在發(fā)射工作中繼續(xù)抑制干擾效應(yīng)。
這對如下的終端設(shè)備是非常重要的，即該設(shè)備一方面工作在“傳統(tǒng)”的GSM范圍，也即900MHz內(nèi)(準(zhǔn)確地說，上行鏈路是在頻帶875～915MHz內(nèi)，而下行鏈路是在頻帶920～960MHz內(nèi))，另一方面還工作在通常被稱為PCN或DCS范圍的、約1800MHz的發(fā)射/接收頻率內(nèi)，以上的原因是在于，對于這種設(shè)備，顯然由于近似的頻率比為1∶2，所以表面波效應(yīng)會非常嚴(yán)重。為此，在GSM范圍內(nèi)的接收工作時需要考慮對總接收信號進(jìn)行合適的濾波，并且在GSM發(fā)射工作時盡可能地繼續(xù)抑制一次諧波的發(fā)射。
在用于GSM和DCS(PCN)的雙頻帶終端設(shè)備中，需要在接收部分內(nèi)為GSM范圍和DCS范圍分別裝設(shè)前置放大器，并且通常還要為GSM和DCS范圍分別裝設(shè)發(fā)射末級。來自天線的(總)接收信號必須在接收或監(jiān)視時隙內(nèi)按所選的工作頻帶被輸入到GSM前置放大器中，或被輸入到DCS前置放大器中，而所述的GSM或DCS末級的輸出信號則必須在發(fā)射時隙內(nèi)輸至天線。
在GSM頻帶內(nèi)的接收工作中，所述的天線信號經(jīng)過天線開關(guān)(必要時帶有雙工器)被輸至窄帶的、大多構(gòu)造為表面波濾波器(SAW＝表面聲波濾波器)的濾波器中，并在其穿過后到達(dá)GSM輸入放大器(LNA＝低噪聲放大器)的輸入端。在DCS頻帶內(nèi)接收時，所述的天線信號同樣也通過一個天線開關(guān)(有時也帶有雙工器)被輸至大多實施為陶瓷濾波器的窄帶DCS接收濾波器中，并在其穿過后輸入到DCS-LNA的輸入端。
在GSM頻帶內(nèi)的發(fā)射工作時，所述GSM發(fā)射末級的輸出信號被輸至耦合元件，利用該耦合元件的耦合輸出子信號并通過調(diào)節(jié)回路來調(diào)節(jié)所述的發(fā)射功率。原本的發(fā)射信號在其穿過耦合器之后被輸入到低通濾波器內(nèi)，然后在穿過之后經(jīng)天線開關(guān)(有時也帶有雙工器)輸入天線。在DCS頻帶的發(fā)射工作中，DCS發(fā)射末級的輸出信號以同樣的方式被輸至一個-獨用-的耦合器，該耦合器的耦合輸出子信號也被考慮用來調(diào)節(jié)所述的發(fā)射功率，而原本的發(fā)射信號到利用低通濾波器進(jìn)行濾波，然后經(jīng)天線開關(guān)(有時帶有雙工器)被輸入到天線中。
為了實現(xiàn)這種功能，迄今需要采用許多分散的元件，這會帶來較大的位置需要量和屏蔽、安裝費用。
因此本發(fā)明所基于的任務(wù)在于，在所述的功能范圍內(nèi)改善上述類型終端設(shè)備的結(jié)構(gòu)，使得位置需要量和安裝費用被降低。
該任務(wù)由具有權(quán)利要求1特征部分的集成天線耦合元件來實現(xiàn)。
本發(fā)明包括如下技術(shù)理論，即提供一種在天線輸入/輸出耦合區(qū)實現(xiàn)復(fù)雜功能的元件，該元件可以作為整體并按照連續(xù)的技術(shù)方案而成本合適地進(jìn)行制造和包封，而且還可以被屏蔽和在一個安裝過程內(nèi)安裝。除了工作電壓端外，該元件還具有一個用于與天線連接的信號輸入/輸出端、至少一個用于與發(fā)射末級連接的信號輸入端、至少一個與接收級連接的接收信號輸出端、至少兩個控制信號輸入端-也即分別用于在發(fā)射和接收工作方式之間切換和用于額定發(fā)射功率-以及至少一個控制信號輸出端，該控制信號輸出端是用于輸入發(fā)射末級的控制電壓。
在一種用于常規(guī)雙頻帶終端設(shè)備的優(yōu)選實施方案中，設(shè)置了用于第一和第二發(fā)射頻帶的獨用發(fā)射信號輸入端，及/或用于第一和第二接收頻帶的獨用接收信號輸出端，以及一個用于頻帶選擇的控制信號輸入端。
對于其中為雙頻帶設(shè)置了分開的發(fā)射末級的終端設(shè)備，所述的天線耦合元件還包括用于所述發(fā)射末級的獨用控制電壓輸出端。在分別預(yù)定了額定值(“PWR”斜坡)的終端設(shè)備中，所述天線耦合元件的另一種實施方案還包括兩個相應(yīng)的控制信號輸入端。
本發(fā)明的天線耦合元件在結(jié)構(gòu)上至少結(jié)合了如下的功能單元，即接收信號帶通濾波器、發(fā)射信號低通或帶通濾波器、發(fā)射信號定向耦合器、具有溫度補(bǔ)償?shù)陌l(fā)射末級功率調(diào)節(jié)級、以及發(fā)射/接收天線開關(guān)。
特別在雙頻帶終端設(shè)備中，所述的天線耦合器至少同時還實現(xiàn)了用于所述第一和第二接收頻帶的獨用接收信號帶通濾波器、及/或用于所述第一和第二發(fā)射頻帶的獨用發(fā)射信號低通或帶通濾波器、及/或用于所述第一和第二發(fā)射頻帶的獨用發(fā)射信號定向耦合器、及/或用于兩個發(fā)射末級的獨用功率調(diào)節(jié)級，所述發(fā)射末級在第一和第二頻帶內(nèi)產(chǎn)生發(fā)射信號。
但是，所述末級的功率調(diào)節(jié)和定向耦合器功能也可以分別在集成天線耦合元件的單個功能部分內(nèi)實現(xiàn)。天線開關(guān)功能也可以在單個的開關(guān)區(qū)實現(xiàn)。
在一種優(yōu)選的技術(shù)實施方案中，所述的天線耦合元件是以所謂的LTCC或多層陶瓷技術(shù)來實現(xiàn)的。對此，在實現(xiàn)所述單個的功能部分時，可以動用先前已知的詳細(xì)解決方案。
在一種有利的方法中，一部分功能單元，特別是(如果有的話)雙工器、定向耦合器和開關(guān)元件、低通濾波器元件、發(fā)射末級功率調(diào)節(jié)器、以及輸入放大器等等都可以借助LTCC工藝直接在相應(yīng)的陶瓷多層基片內(nèi)實現(xiàn)。另外，這種基片還被用作淀積其它沒有直接在基片內(nèi)實現(xiàn)的功能單元的板坯，這些功能單元尤其是表面波濾波器、HF檢測二極管，必要時還有運算放大器單元。與現(xiàn)有技術(shù)相比，該實施方案在實現(xiàn)單個功能時大大節(jié)省了成本。另外還有一些優(yōu)點，通過在LTCC板坯內(nèi)裝入附加的屏蔽壁，可以給與此有關(guān)的敏感功能單元彼此之間、或針對外部干擾帶來EMI屏蔽，并減少了電磁輻射。因此，單個功能單元和整個功能復(fù)合體的屏蔽被大大簡化，而且可成本合適的進(jìn)行構(gòu)造。
另外，本發(fā)明優(yōu)選實施方案的細(xì)節(jié)和優(yōu)點可以從從屬權(quán)利要求和下面參考附圖
對優(yōu)選實施例的闡述中得出。附圖示出了一種按照本發(fā)明實施方案的用于雙頻帶移動電話的集成天線耦合元件的功能框圖。
所述集成的天線耦合元件1連接了發(fā)射/接收天線3、2.8V的移動電話工作電壓、以及-在圖中沒有示出的-用于GSM和DCS頻帶的發(fā)射末級和用于該頻帶的接收部件。
與天線3的連接是通過天線輸入/輸出端5來完成的，而且，與工作電壓的連接是通過工作電壓端7，與在頻率范圍880…915MHz內(nèi)提供發(fā)射信號的GSM發(fā)射末級的連接是通過第一發(fā)射信號輸入端9，與在頻率范圍1710…1805MHz內(nèi)提供發(fā)射信號的DCS發(fā)射末級的連接是通過第二發(fā)射信號輸入端11，與輸入有頻率范圍為925…960MHz的接收信號的GSM接收級的連接是通過第一接收信號輸出端13，以及與輸入有頻率范圍為1805…1880MHz的接收信號的DCS接收級的連接是通過第二接收信號輸出端15。
天線耦合元件1通過工作方式控制輸入端17來接收用于工作方式切換、也即發(fā)射/接收切換的切換信號“TX/RX”，通過頻帶選擇控制輸入端19來接收頻帶選擇信號“頻帶”，以及通過末級工作控制信號輸入端21來接收用于發(fā)射末級額定工作狀態(tài)(在該實施例中是共同規(guī)定的)的控制信號“PWR斜坡”。設(shè)置一個第一模擬發(fā)射功率控制電壓輸出端25來為GSM發(fā)射末級輸出第一控制電壓“APC 1”，以及設(shè)置一個第二發(fā)射功率控制電壓輸出端27來為DCS發(fā)射末級的發(fā)射功率提供控制電壓“APC 2”。
在所述的天線輸入/輸出端5上-按照所選的發(fā)射/接收工作方式而在輸入或輸出側(cè)-接有一個所謂的雙工器功能區(qū)29，該功能區(qū)另外、也即按照所調(diào)整的工作方式標(biāo)準(zhǔn)而在輸出或輸入側(cè)連接了兩個天線切換開關(guān)區(qū)31和33。在該區(qū)域內(nèi)，響應(yīng)于經(jīng)輸入端17輸入的控制信號“TX”和“RX”，要么首先向所述的雙工器29輸入所述發(fā)射末級之一的(將按下文講述的方式進(jìn)行再處理的)發(fā)射信號，要么轉(zhuǎn)接所述GSM或DCS工作的接收信號。在天線切換開關(guān)區(qū)31、33的“RX”開關(guān)位置上，所述的接收信號-根據(jù)經(jīng)輸入端19接收的控制信號“頻帶”-被輸至實施為聲表面波濾波器的、用于GSM范圍的帶通濾波器25中，或被輸至實施為SAW或陶瓷濾波器的、用于DCS范圍的帶通濾波器37中，從那兒再把相應(yīng)濾波過的信號輸往輸出端13或15。
經(jīng)輸入端9和11輸入的發(fā)射信號首先分別被輸入到為返回波設(shè)有50歐姆終端電阻的、用于GSM發(fā)射信號的定向耦合區(qū)39和用于DCS發(fā)射信號的定向耦合區(qū)41。在定向耦合器39、41內(nèi)，一小部分的發(fā)射功率經(jīng)HF檢測二極管39a或41a被分支，并作為當(dāng)前發(fā)射功率的(內(nèi)部)實際值控制信號而被輸入到具有溫度補(bǔ)償?shù)陌l(fā)射末級功率調(diào)節(jié)部分43，該調(diào)節(jié)部分43另外還與上述的輸入端21和輸出端25、27相連。所述的終端電阻在附圖中是用39b和41b來標(biāo)示的。該功率調(diào)節(jié)部分的作用方式和結(jié)構(gòu)與已知的移動無線電功率調(diào)節(jié)電路是一致的-除了LTCC技術(shù)中的特殊工藝實現(xiàn)以外-，因此在此不再贅述。所述發(fā)射功率的主要部分在定向耦合器39或41的輸出端上被輸入到用于GSM范圍的低通濾波器部分41和用于DCS范圍的低通濾波器部分47。然后，所述的發(fā)射信號從那兒進(jìn)一步到達(dá)上述的天線切換開關(guān)區(qū)31、33，并經(jīng)所述的雙工器29和天線端子5最終到達(dá)天線3。
就工藝來講，上面借助其輸入輸出端和功能區(qū)而進(jìn)行講述的天線耦合元件可以優(yōu)選地在由若干玻璃陶瓷層(Al2O3-SiO2-B2O3-CaO)組成的多層基片內(nèi)或上、并通過利用所謂的LTCC(Low TemperatureCo-Fired Ceramics低溫濃火陶瓷)工藝來實現(xiàn)。為了實現(xiàn)所述建議的集成天線耦合元件，所述的LTCC工藝可以優(yōu)選地與其它現(xiàn)代的裝配工藝結(jié)合起來，譬如所謂的芯片及導(dǎo)線(Chip&Wire)工藝、倒裝工藝等，其中，通過構(gòu)造一些屏蔽壁部分，上述功能元件的一部分(按照具體的實施方式，特別是所述的雙工器功能區(qū)29、耦合器功能區(qū)、至少所述的低通濾波器部分45和47、以及所述的發(fā)射末級功率調(diào)節(jié)部分43)被直接構(gòu)造在所述的多層基片內(nèi)，而其它的功能單元-譬如HF檢測二極管39a、41b和GSM帶通濾波器25-則直接分散地焊接在所述的玻璃陶瓷基片上。最后，該制作安裝好的天線耦合元件還需裝設(shè)一個外部屏蔽器，由于在基片內(nèi)已實現(xiàn)緊要功能區(qū)的屏蔽，所以該屏蔽器的實施較為簡單和成本適宜，譬如可以實施為簡單的金屬罩或金屬化的帽。
本發(fā)明的實施方案并不局限于上述的優(yōu)選實施例，而可以有各種各樣的變化-尤其在于特殊終端設(shè)備的功率范圍匹配和所述發(fā)射級及接收級的具體實施方案。
也可以利用返回波來進(jìn)行HF檢測。
所建議的集成天線耦合元件不僅可以應(yīng)用于GSM/DCS雙頻帶移動電話，而且還可以譬如應(yīng)用于其它的多頻帶設(shè)備，例如GSM/UMTS雙頻帶設(shè)備或GSM、DCSD及UMTS標(biāo)準(zhǔn)的三頻帶設(shè)備，或應(yīng)用于實施為組合移動電話和無繩電話終端設(shè)備的移動臺等等。在單頻帶移動電話或在無繩電話的情況下，本發(fā)明的解決方案在與功能有關(guān)的排列密度和安裝費用方面具有較大的優(yōu)點。
權(quán)利要求
1.尤其適用于移動無線電系統(tǒng)的多頻帶終端設(shè)備的集成天線耦合元件(1)，具有如下輸入和輸出端a)工作電壓端(7)，b)至少一個天線輸入/輸出端(5)，c)至少一個發(fā)射信號輸入端(9，11)，d)至少一個接收信號輸出端(13，15)，e)“發(fā)射/接收”控制信號輸入端(17)，f)至少一個額定發(fā)射功率輸入端(21)，g)至少一個發(fā)射末級控制電壓輸出端(25，27)。
2.如權(quán)利要求1所述的天線耦合元件，其特征在于c1，c2)用于第一和第二發(fā)射頻帶的獨用發(fā)射信號輸入端(9，11)，及/或d1，d2)用于第一和第二接收頻帶的獨用接收信號輸入端，以及h)一個“頻帶選擇”控制信號輸入端(19)，有選擇地結(jié)合所述的“發(fā)射/接收”控制信號輸入端。
3.如權(quán)利要求2所述的天線耦合元件，其特征在于g1，g2)工作在第一和第二發(fā)射頻帶的第一和第二發(fā)射末級的獨用控制電壓輸出端(25，27)。
4.如權(quán)利要求3所述的天線耦合元件，其特征在于f1，f2)用于所述第一和第二發(fā)射末級的獨用額定發(fā)射功率輸入端。
5.如上述權(quán)利要求之一所述的天線耦合元件，其特征在于在結(jié)構(gòu)上至少結(jié)合如下的功能區(qū)A)至少一個接收信號帶通濾波器(35，37)，B)至少一個發(fā)射信號低通或帶通濾波器(45，47)，C)至少一個發(fā)射信號定向耦合器(39，41)，D)至少一個“發(fā)射/接收”天線切換開關(guān)(31，33)，E)至少一個具有溫度補(bǔ)償(43)和檢測裝置(39a，41a)的發(fā)射末級功率調(diào)節(jié)器。
6.如權(quán)利要求5所述的天線耦合元件，其特征在于A1，A2)用于所述第一和第二接收頻帶的獨用接收信號帶通濾波器(35，37)，及/或B1，B2)用于所述第一和第二發(fā)射頻帶的獨用發(fā)射信號低通或帶通濾波器(45，47)，及/或C1，C2)用于所述第一和第二發(fā)射頻帶的一個或獨用的發(fā)射信號定向耦合器(39，41)，及/或E1，E2)用于所述第一和第二發(fā)射頻帶的一個或獨用的功率調(diào)節(jié)部分。
7.如權(quán)利要求6所述的天線耦合元件，其特征在于一個與所述天線輸入/輸出端相連的雙工器(29)，以及在接收信號流方向上后接于該雙工器之上的兩個用于所述第一和第二接收信號頻帶的天線切換開關(guān)(31，33)。
8.如權(quán)利要求5～7之一所述的天線耦合元件，其特征在于所述的一個或多個發(fā)射信號定向耦合器(39，41)在輸出側(cè)具有一個低歐姆的、電阻值尤其為50Ω的終端電阻(39b，41b)和所述尤其為HF檢測二極管(39a，41a)的HF檢測裝置，所述的HF檢測裝置被連在所述發(fā)射末級功率調(diào)節(jié)器的輸入端上。
9.如權(quán)利要求5～7之一所述的天線耦合元件，其特征在于所述的HF檢測裝置被構(gòu)造用來尤其在所述的定向耦合器區(qū)域內(nèi)檢測前向和/或返回的波。
10.如權(quán)利要求5～9之一所述的天線耦合元件，其特征在于所述的功能區(qū)至少有一些借助LTCC工藝被直接地構(gòu)造在多層陶瓷基片之內(nèi)。
11.如權(quán)利要求10所述的天線耦合元件，其特征在于沒有直接實施在所述多層陶瓷基片之內(nèi)的功能區(qū)被直接安裝、尤其是被焊接在與此有關(guān)的、被用作印刷電路板的多層陶瓷基片上。
12.如權(quán)利要求10或11所述的天線耦合元件，其特征在于所述的多層陶瓷基片具有一些屏蔽壁，用于對敏感的功能區(qū)進(jìn)行EMI屏蔽。
全文摘要
尤其適用于移動無線電系統(tǒng)的多頻帶終端設(shè)備的集成天線耦合元件(1),它具有工作電壓端(7)、一個天線輸入/輸出端(5)、一個發(fā)射信號輸入端(9,11)、一個接收信號輸出端(13,15)、一個“發(fā)射/接收”控制信號輸入端(17)、一個額定發(fā)射功率輸入端(21)、以及一個發(fā)射末級控制電壓輸出端(25,27)。
文檔編號H04B1/48GK1339199SQ00803391
公開日2002年3月6日 申請日期2000年2月1日 優(yōu)先權(quán)日1999年2月3日
發(fā)明者R·埃克爾特, H·福伊恩夫格爾德, T·莫利雷 申請人:西門子公司