CN102165701A - 具有包括至少一个带阻滤波器的滤波器的双工器/多工器 - Google Patents

Abstract

一种无线通信设备包括天线、具有连接到天线的天线端口以及连接到无线通信设备的相应一个或多个接收和发送路径的多个端口的多端口路径选择结构。该多端口路径选择结构具有连接到发送路径的发送带阻滤波器和连接到接收路径的第二滤波器。

Description

具有包括至少一个带阻滤波器的滤波器的双工器/多工器

技术领域

本发明总体涉及具有包括至少一个带阻滤波器（band reject filter）的滤波器的双工器/多工器（duplexer/multiplexer）。

背景技术

无线通信设备（例如无线终端或无线基站）包括执行无线通信比如射频（RF）通信的无线收发器。无线通信设备可包括双工器（或多工器），允许使用同一天线在不同的频带中同时发送和接收，同时确保无线收发器发送的相对高功率发送信号不会淹没无线收发器所接收的相对低功率接收信号。

双工器具有天线端口（用于连接到天线）、接收端口（从天线端口接收信号）和发送端口（发送信号给天线端口）。多工器具有天线端口、一个或多个接收端口以及一个或多个发送端口。注意双工器是一种多工器。

双工器或多工器可包括利用声型谐振器实现的带通滤波器。包括利用声型谐振器实现的带通滤波器的传统双工器/多工器具有相对受限的最大功率处理能力，其可防止将这种传统双工器/多工器用在高功率、高频率应用中，如用于微波存取全球互通（WiMax）应用或长期演进（LTE）应用。WiMax基于IEEE（电子和电器工程师协会）802.16标准（如按照IEEE 802.16e或IEEE 802.16e-005进行修改）。WiMax能够为移动站提供相对高数据速率的宽带无线连接。LTE是一种提供对全球移动电信***（UMTS）技术进行增强的技术。LTE在3GPP TS 23.401和23.402中被描述。

在采用具有声型谐振器的带通滤波器的传统双工器/多工器中，高功率和高频率通信可以引起声型谐振器的金属电极中的超声振动，其可导致称为声迁移的现象，其中谐振器中的金属晶粒边界迁移。声迁移现象可以降低滤波器的寿命。因此，这类滤波器可能不会在特定类型的无线网络中可能需要的理想功率水平和频率上生存理想的时间长度。

发明内容

一般，按照实施例，无线通信设备包括天线和多端口路径选择结构（例如双工器或多工器），所述结构具有连接到天线的天线端口，以及连接到无线通信设备的相应接收和发送路径的多个端口。多端口路径选择结构具有连接到发送路径的带阻滤波器和连接到接收路径的第二滤波器。

根据以下描述、根据附图以及根据权利要求，其它或可替换的特征将变得清楚。

附图说明

图1是包括按照实施例的双工器或多工器的无线通信设备的框图。

图2是包括连接到双工器的接收端口和发送端口的带通滤波器的传统双工器的示意图。

图3是图示图2的带通滤波器所提供的发送和接收频带的图。

图4是按照实施例的包括连接到接收端口的接收滤波器、以及连接到发送端口的带阻滤波器的双工器的示意图。

图5是图示图4的滤波器所提供的发送和接收频带的图。

图6图示了设置在梯型配置中、用于实现用在按照实施例的双工器或多工器中的带阻滤波器的声型谐振器。

图7是图示图6的谐振器的谐振和反谐振频率的图。

图8是按照另一实施例、包括连接到接收端口的带阻滤波器以及连接到发送端口的带阻滤波器的双工器的示意图。

图9是图示图8的滤波器所提供的发送和接收频带的图。

图10是按照另一实施例、包括连接到接收端口的带通滤波器以及连接到发送端口的带阻滤波器的多工器的示意图。

图11是图示图10的滤波器所提供的发送和接收频带的图。

图12是按照又一实施例、包括连接到接收端口的带通滤波器以及连接到发送端口的带阻滤波器的多工器的示意图。

图13是图示图12的滤波器所提供的发送和接收频带的图。

图14是按照实施例、由级联的带阻滤波器单元构成、用于提供多个阻止频带的带阻滤波器的示意图。

图15是图示图14的带阻滤波器所提供的多个阻止频带的图。

图16是按照又一实施例、包括连接到接收端口的带通滤波器以及连接到发送端口的带阻滤波器的双工器的示意图。

图17是图示图16的滤波器所提供的发送和接收频带的图。

图18是按照又一实施例、包括连接到接收端口的带阻滤波器以及连接到发送端口的带阻滤波器的双工器的示意图。

图19是图示图18的滤波器所提供的发送和接收频带的图。

图20是按照另一实施例、包括连接到接收端口的带阻滤波器以及连接到发送端口的带阻滤波器的多工器的示意图。

图21是图示图20的滤波器所提供的发送和接收频带的图。

具体实施方式

在以下描述中，阐明多个细节以提供对一些实施例的理解。然而，本领域普通技术人员将理解，可以无须这些细节来实践一些实施例，并且可以对所描述的实施例进行多种变形或修改。

按照一些实施例，提供一种用在无线通信设备中的多端口路径选择结构，其具有连接到无线通信设备的天线的天线端口，以及连接到无线通信设备的相应接收和发送路径的多个端口。无线通信设备的例子包括无线终端（移动站）、无线基站、以及能够执行无线通信的其它设备。

多端口路径选择结构可以是双工器或多工器。一般，多端口路径选择结构包括选择性地对沿着无线通信设备的发送和接收路径传送的信号进行路由的电路。这种电路可以接收来自无线通信设备的天线的信号，并将接收的信号路由到无线通信设备的接收路径。类似地，多端口路径选择结构可以在无线通信设备的发送路径中将从发送电路发送的信号路由到天线。所接收和发送的信号的所述“路由”通过使用多端口路径选择结构中提供的滤波器来完成，其中该滤波器被设计成传递相应接收和发送频带中的信号。按照一些实施例，连接到发送路径的滤波器是带阻滤波器，而连接到接收路径的滤波器可以是带通滤波器或带阻滤波器。

双工器具有连接到无线通信设备的天线的天线端口，以及用于连接到无线通信设备的相应接收和发送路径的单个接收端口和单个发送端口。多工器包括用于连接到无线通信设备的天线的天线端口，以及连接到相应接收和发送路径的两个或多个端口。注意到双工器是一种多工器。

多工器可以具有多个接收端口（对应于不同的接收频带）和/或多个发送端口（对应于不同的发送频带）。多个接收端口可以连接到无线通信设备中的一个或多个接收路径。多个发送端口可以连接到无线通信设备中的一个或多个发送路径。注意到由于无线通信设备通常在任何给定时间工作在仅单个接收或发送频带上，因此多个接收频带和/或多个发送频带分别共享仅一个接收路径或发送路径是可能的。可替换地，无线通信设备中的单独的路径可以针对不同的接收频带或不同的发送频带来提供。

图1图示了按照实施例、包括双工器或多工器102的示例无线通信设备100。在随后的讨论中，参考“多工器”102，尽管应理解所述讨论同样适用于双工器。无线通信设备100具有天线104，用于与另一通信设备互通射频（RF）信号。例如，无线通信设备100可以是与无线基站无线通信的无线终端（例如，移动站）。可替换地，无线通信设备100可以是用于与无线终端通信的基站。

无线通信设备可以用在无线通信网络中，如WiMax (微波存取全球互通)网络、长期演进（LTE）网络，或任何其它类型的网络。参考LTE是基于LTE的任何技术，例如当前标准3GPP TS 23.401和23.402或任何后续标准所定义的。参考LTE还可以指从LTE的演进导出的任何后续标准，无论这种后续标准名称是否被称为“LTE”。

多工器102具有连接到天线104的天线端口106。多工器102的天线端口106（通过其它电路）被直接或间接“连接”到天线104。

多工器还具有用于连接到无线通信设备100的接收路径110的接收端口108，以及用于连接到无线通信设备的发送路径114的发送端口112。接收路径110包括通过多工器102从天线104接收信号的接收电路116。发送路径114包括发送电路118，其产生将通过多工器102发送到天线104上的发送信号。

多工器102具有用于分别传递接收和发送频带中的信号的滤波器120和122。虚线轮廓中还示出了另一滤波器124和另一端口126，其中，根据该无线通信设备100的特定配置，该另一滤波器124和端口126可以连接到发送路径或接收路径。

传统双工器10在图2中示出，其中该传统双工器10具有天线端口12、接收端口14（其连接到无线通信设备的接收路径）以及发送端口16（其连接到无线通信设备的发送路径）。该传统双工器10使用分别连接到接收和发送端口14和16的带通滤波器（BPF）18和20。带通滤波器18和20可以利用声型谐振器实现。

图3是分别由带通滤波器20和18提供的发送频带22和接收频带24的图。图3的图绘制了作为频率函数的***损耗（以分贝或dB为单位）。***损耗是由于通信路径中***设备而导致的信号功率的减小。如上所述，传统双工器如双工器10的带通滤波器18和20在高功率和高频率时经受由声迁移现象引起的劣化。

按照一些实施例，不使用如传统所实现的在双工器10中使用带通滤波器18和20，可以将双工器200（图4所示）设置成包括连接到双工器200的发送端口的带阻滤波器202以及连接到双工器200的接收端口的接收滤波器204。带阻滤波器202和接收滤波器204两者都连接到天线端口。按照一些实施例，接收滤波器204可以是带通滤波器或带阻滤波器。

典型地，从发送端口通过双工器200发送到天线端口的发送信号与相对高功率关联，而从天线端口通过双工器200传送到接收端口的接收信号与相对低功率关联。接收滤波器204工作用于保护接收端口（和连接到接收端口的接收电路）不受通过双工器200传送的高功率发送信号。

注意到，利用带阻滤波器202，声振动在阻带中相对强，而在带阻滤波器的通带中相对弱。这使得带阻滤波器202能够处理相对高功率的发送信号同时带来降低的声迁移问题。而且，带阻滤波器的另一特性是与带通滤波器相比，带阻滤波器在通带中具有较低的相位失真和较少的波动。

假设接收滤波器204利用带通滤波器来实现，那么接收和发送频带在图5中描述，图5绘出了作为频率函数的***损耗。带通滤波器204提供了通带302—具有低于或高于通带302的频率的任何信号被带通滤波器204衰减或阻止（reject）。带阻滤波器202提供阻带304—频率在阻带304内的任何信号被衰减或阻止，而具有高于或低于该阻带304的频率的任何信号通过带阻滤波器202。图5的通带302和阻带304交迭。由带阻滤波器202提供的用于发送路径的通带由参考标号306A和306B表示，其在阻带304（以及由带通滤波器204提供的通带302）的两侧。

在接收方向，带通滤波器204将来自天线端口的信号传递给双工器200的接收端口，在该信号具有在接收频带302内的频率的情况下。另一方面，在发送方向，带阻滤波器202将频率在阻带304之外的信号通过带阻滤波器202从发送端口传递给天线端口。

带阻滤波器可以利用设置在梯型配置中的声型谐振器RES1和RES2来实现，如图6所示。所述梯型配置包括在两个端口PORT1和PORT2之间串联连接的第一声型谐振器RES1（被称为“串联谐振器”），以及在端口2和地之间连接的第二声型谐振器RES2（被称为“分路谐振器（shunt resonator）”）。注意到在梯型配置中，端口1和端口2之间可以有两个（或多个）串联谐振器，以及在滤波器的节点和地之间连接两个（或多个）分路谐振器。

谐振器RES1和RES2中的每个可以是以下任一种：表面声波（SAW）谐振器、薄膜体声谐振器（FBAR）、体声波（BAW）谐振器、或任何其它类型的声型谐振器。BAW谐振器可以是表面安装谐振器（SMR）型的BAW谐振器。

图6的串联谐振器RES1被设计成呈现在所关心阻带304上的高阻抗。串联谐振器RES1被配置成为在阻带频率处反谐振（按照一个示例，图7描述了用于串联谐振器RES1的反谐振频率），这意味着串联谐振器RES1在反谐振频率处呈现高阻抗。相反，分路谐振器RES2被配置成在阻带频率（阻带304内的频率）处提供低阻抗。这通过将分路谐振器RES2设计成处于阻带304内的谐振处或谐振附近来实现。该分路谐振器RES2的谐振频率在图7中表示为404。

串联谐振器RES1的谐振频率在图7中表示为406，而分路谐振器RES2的反谐振频率在图7中表示为408。串联谐振器RES1的谐振频率406恰好低于阻带304并处于带阻滤波器的通带306A和阻带304之间—在谐振频率406处，串联谐振器RES1具有低阻抗。在通带306A中，分路谐振器RES2仅仅对地呈现电容性负载。

分路谐振器RES2的反谐振频率408恰好高于阻带304并处于阻带304和通带306B之间—在反谐振频率408处，该分路谐振器RES2对地呈现高阻抗。然而，在通带306B处，串联谐振器RES1呈现电容性串联阻抗。在远高于或低于阻带304的频率处，串联和分路谐振器仅仅表现为高－Q电容器。

照此方式，谐振器RES1和RES2提供的滤波器的整体效果是对于频率在阻带304内、在端口PORT1和PORT2之间传递的信号提供高阻抗。

图8示出了双工器200的实现，其中接收滤波器204利用带阻滤波器（而不是图4示出的带通滤波器）实现。在该配置中，双工器200的接收和发送端口都连接到带阻滤波器。

如图9所示，用于发送端口的带阻滤波器202与发送阻带304关联，而用于接收端口的带阻滤波器204具有接收阻带402。带阻滤波器204允许频率在接收阻带402之外的信号通过带阻滤波器204传递，而带阻滤波器202允许频率在发送阻带304之外的信号通过带阻滤波器202传递。

图10示出了多工器500，其具有天线端口、两个接收端口（RX1端口和RX2端口）、以及两个发送端口（TX1端口和TX2端口）。注意到两个接收端口可以连接到仅一个接收路径（以及关联的接收电路，如图1的电路116），或者可替换地，两个接收端口可以连接到两个不同的接收路径。类似地，发送端口可以连接到仅一个发送路径（以及关联的发送电路，如图1的118），或者可替换地，发送端口可以连接到多个发送路径。在其它实现中，多工器500可以具有多于两个发送端口和/或多于两个接收端口。不同的接收端口与不同的接收频带关联，而不同的发送端口与不同的发送频带关联。

多工器500的接收端口连接到对应的带通滤波器502和504，而发送端口连接到带阻滤波器506和508。带通滤波器和带阻滤波器502、504、506和508中的每个连接到多工器500的天线端口。

如图11的图所示，接收通带602对应于带通滤波器502为RX1端口提供的通带，而由带通滤波器504为RX2端口提供接收通带604。

由带阻滤波器506为TX1端口提供发送阻带606，而由带阻滤波器508为TX2端口提供发送阻带608。

虽然图10示出了单独的带阻滤波器506和508以提供两个相应的阻带606和608（图11），但是注意到可替换可以使用单个带阻滤波器，如图12中描述的多工器700中的带阻滤波器702，以提供多个阻带。多工器700具有连接到带阻滤波器702的一个发送端口。

图13的图描述了接收通带602和604以及发送阻带606和608，其与图11所示相同，除了图13的阻带606和608由一个带阻滤波器702（图12）而不是由两个不同的带阻滤波器506和508（图10）提供之外。

带阻滤波器702包括多个级联的带阻滤波器单元以提供多个阻带606和608。级联的多个带阻滤波器单元意味着带阻滤波器单元串联连接。例如，如图14所示，三个带阻滤波器单元802、804和806串联（级联）连接在端口1和端口2之间。带阻滤波器单元802、804和806中的每个定义了如图15所示的相应阻带。带阻滤波器单元802提供阻带902，带阻滤波器单元804提供阻带904，以及带阻滤波器单元806提供阻带906。带阻滤波器单元中的每个包含谐振器设置；在图14的实施例中，每个带阻滤波器单元包括设置在梯型配置中的两个串联谐振器和两个分路谐振器。为了提供图13的两个发送阻带606和608，两个带阻滤波器单元（例如802、804和806中的任意两个）可以串联（级联）连接以构成带阻滤波器702。在其它实现中，所有带阻滤波器单元的谐振器可以针对它们在梯型结构中的位置在混合配置中设置，即带阻滤波器单元的每个可以将其谐振器分布在整个滤波器结构中，而不必将其所有的谐振器设置在一起。

图16示出了双工器1000的可替换实施例，其具有提供多个阻带1102、1104和1106（图17）、用于发送端口的带阻滤波器1002。带阻滤波器1002因此能够阻塞频率在阻带1102、1104和1106中任一个内的信号。

连接到双工器1000的接收端口的带通滤波器1004提供通带1108 （图17）。

图18示出了双工器1200的另一实施例，其包括连接到双工器1200的接收端口的带阻滤波器1202，以及连接到双工器1200的发送端口的带阻滤波器1204。带阻滤波器1202和1204中的每个提供如图19所示的多个阻带。用于接收端口的带阻滤波器1202提供阻带1312、1310和1314，而用于发送端口的带阻滤波器1204提供阻带1304、1302和1306。

图20示出了多工器1300的另一实施例，其包括用于RX1、RX2、……、RXn端口的第一带阻滤波器1302，以及用于TX1、TX2、……、TXn端口的第二带阻滤波器1304。带阻滤波器1302提供阻带1402、1404和1406，而带阻滤波器1304提供阻带1408、1410和1412，如图21所示。

在前面的描述中，阐明多个细节以提供对本发明的理解。然而，本领域普通技术任意应理解，本发明可以在没有这些细节的情况下来实践。尽管已经关于有限数量的实施例对本发明进行了公开，但是本领域普通技术人员将理解源自那里的多种修改和变形。预期所附权利要求覆盖落在本发明的真实精神和范围内的这样的修改和变形。

Claims (21)

1. 一种无线通信设备，包括：

天线；

多端口路径选择结构，其具有连接到天线的天线端口，以及连接到无线通信设备的相应一个或多个接收和发送路径的多个端口，

其中所述多端口路径选择结构具有连接到发送路径的发送带阻滤波器和连接到接收路径的第二滤波器。

2. 如权利要求1所述的无线通信设备，其中所述第二滤波器包括带通滤波器。

3. 如权利要求2所述的无线通信设备，其中所述多端口路径选择结构还包括连接到接收路径的另一带通滤波器。

4. 如权利要求1所述的无线通信设备，其中所述多端口路径选择结构是双工器。

5. 如权利要求1所述的无线通信设备，其中所述多端口路径选择结构是多工器。

6. 如权利要求1所述的无线通信设备，其中所述无线通信设备包括无线移动站。

7. 如权利要求1所述的无线通信设备，其中所述无线通信设备包括无线基站。

8. 如权利要求1所述的无线通信设备，其中所述发送带阻滤波器提供多个阻带。

9. 如权利要求8所述的无线通信设备，其中所述第二滤波器包括接收带阻滤波器。

10. 如权利要求9所述的无线通信设备，其中所述接收带阻滤波器提供多个阻带。

11. 如权利要求1所述的无线通信设备，其中所述发送带阻滤波器包括声型谐振器。

12. 如权利要求11所述的无线通信设备，其中所述声型谐振器从表面声波（SAW）谐振器、薄膜体声谐振器（FBAR）和体声波（BAW）谐振器之中选择。

13. 如权利要求11所述的无线通信设备，其中所述声型谐振器被设置在梯型配置中。

14. 如权利要求1所述的无线通信设备，其中所述发送带阻滤波器在所述发送带阻滤波器的通带中具有相对弱的声振动，以及在所述发送带阻滤波器的阻带中具有相对强的声振动。

15. 一种无线通信设备，包括：

天线；

多工器，其具有连接到天线的天线端口，连接到无线通信设备的至少一个接收路径的至少一个接收端口，以及连接到无线通信设备的至少一个发送路径的至少一个发送端口，

其中所述多工器具有连接到发送端口的发送带阻滤波器和连接到接收端口的第二滤波器。

16. 如权利要求15所述的无线通信设备，其中所述第二滤波器包括带阻滤波器。

17. 如权利要求16所述的无线通信设备，其中第二带阻滤波器提供多个阻带。

18. 如权利要求15所述的无线通信设备，其中所述发送带阻滤波器提供多个阻带。

19. 如权利要求15所述的无线通信设备，其中所述带阻滤波器包括声型谐振器。

20. 一种使能够进行无线通信的方法，包括：

在无线通信设备处提供天线；

提供多端口路径选择结构，所述结构具有连接到天线的天线端口，以及连接到无线通信设备的相应发送和接收路径的发送和接收端口；

提供发送带阻滤波器以提供用于发送端口的阻带；以及

提供连接到接收端口的第二滤波器。

21. 如权利要求20所述的方法，其中所述第二滤波器包括第二带阻滤波器。

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