DE102016114663B4 - Multiplexer - Google Patents

Abstract

Multiplexer
- mit einer Mehrzahl von Filtern und/oder Duplexern (D1-D6), die jeweils einem Frequenzband (12, 13, 28A, 28B, 29, 26) zugeordnet sind,
- mit einem Bandschalter (BS1, B26), der einen Antennenanschluss (A) wahlweise mit einem oder mehreren der Filter und/oder Duplexer (Di-D6) gleichzeitig verbinden kann,
- mit einem oder mehreren Phasenschiebern (PS1 - PS6) zur Einstellung einer geeigneten Phasenlage eines Filters oder Duplexers (D1-D6) während eines Multiplexbetriebs, wobei optional ein Phasenschieber (PS) zwischen dem Bandschalter (BS) und einem jeden der Filter oder Duplexer (D) angeordnet ist,
- mit zumindest einem Notch (N6), der einem der Filter oder einem Teilfilter (TX) eines Duplexers (D6) zur Verbesserung der InterbandIsolation in einem gegebenen Multiplexbetrieb zuschaltbar ist, wobei das Filter mit dem zuschaltbaren Notch (N6) ein Tx Filter oder ein Tx Teilfilter ist.

Description

• Zur Bewältigung des zunehmenden Bedarfs an Bandbreite in existierenden 4G und zukünftigen 5G Netzwerken wurde die so genannte „Carrier Aggregation“ (CA) eingeführt. Hierbei werden bei einundderselben Kommunikationsverbindung oder Datenübertragung mehrere Mobilfunkbänder gleichzeitig betrieben, um mehr Bandbreite zur Verfügung zu haben. Für die Carrier Aggregation werden bislang nur Bänder für den Empfangsbetrieb aggregiert (RX-CA), es sind aber bereits zahlreiche Bandkombinationen vorgeschlagen worden, die auch im Sendebetrieb den CA Modus nutzen. CA Bandkombinationen können dabei mehrere Bänder für Rx, Tx oder beides Rx, Tx zugleich kombinieren.
• Zwei zu kombinierende Mobilfunkbänder mit ausreichendem Frequenzabstand können Diplexer zur Signaltrennung nutzen (in der Regel Hochpass/Tiefpass Kombination zur Trennung von beispielsweise 1GHz und 2GHz Bändern). Für Bänderkombinationen mit mehr als zwei unterschiedlichen Bändern oder mit geringerem Frequenzabstand benötigt man Multiplexer, die mehrere innerhalb des gleichen Frequenzbereichs, z.B. innerhalb des 1GHz Bereichs liegende Bänder voneinander trennen können.
• In einem n-fach Multiplexer sind n Filter mit einem gemeinsamen Antennenanschluss verbunden. Dabei steigen aber mit zunehmender Anzahl n auch die Verluste in den Filtern an. Damit die Signale der verschiedenen Bänder bzw. Frequenzen in den einzelnen Filtern sauber und mit niedrigem Verlust voneinander getrennt werden können, ist es neben der Minimierung der elektrischen Verluste insbesondere wichtig, die Reflektivität jedes einzelnen Filters für die Frequenzen der anderen Bänder zu maximieren um eine gute gegenseitige Isolation zu erzielen.
• Es sind fest verschaltete Quadplexer und höhere Multiplexer bekannt, mit denen ein gleichzeitiger Sende- und Empfangsbetrieb in einer entsprechenden Anzahl unterschiedlicher Bänder möglich ist. Für jede Bandkombination ist dabei aber jeweils ein separater Multiplexer erforderlich. Die Multiplexer umfassen Kombinationen fest verdrahteter Filter und beinhalten Anpassnetzwerke für die jeweilige Bandkombination. Kommen einzelne Bänder mehrfach in unterschiedlichen Bandkombinationen vor, so führt dies dazu, dass solche Filter mehrfach und in entsprechend hoher Zahl erforderlich sind, da jede Bandkombination einen eigenen Multiplexer erfordert und einzelne Filter oder Duplexer aufgrund ihrer festen Verdrahtung nicht mehrfach verwendbar sind. Darüber hinaus treten im Filter oder Duplexer immer reflektive Verluste durch eine endliche Reflektion der jeweiligen Gegenbänder auf.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Multiplexer anzugeben, der einen Betrieb in unterschiedlichen Bändern und Bandkombinationen ermöglicht und der für einen gleichzeitigen Betrieb in mehreren unterschiedlichen Bändern ausgelegt ist. Der Multiplexer soll außerdem geringe zusätzliche Verluste erzeugen und eine gute gegenseitige Isolation der unterschiedlichen Bänder aufweisen.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Multiplexer mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind weiteren Ansprüchen zu entnehmen.
• Die Druckschrift WO 2015/ 135 588 A1 betrifft ein verbessertes Front-End Modul, das für den
  Trägerfrequenzaggregationsbetrieb eines mobilen Endgeräts eines Mobilfunk-Systems geeignet ist. Hierbei kommt eine kaskadierte Verschaltung verschiedener Schalter sowie eine intelligente Auswahl an Frequenzbändern zum Einsatz, um die an den Schaltern anfallenden Schalterverluste zu reduzieren und eine modulare Erweiterung des Front-Endmoduls und damit eine Anpassung an verscheiden geographische Regionen und Kundenanforderungen zu erreichen (vgl. Abstract).
• Die Druckschrift „Multiplexers: a necessary extension for 4G/5G systems“ behandelt das elektrische Verhalten sowie den Flächenverbrauch und die 3D Integration moderner Multiplexer für den Trägerfrequenzaggregationsbetrieb in 4G bzw. 5G Mobilfunknetzen. (vgl. Abstract)
• Die Druckschrift DE 10 2014 110 905 A1 betrifft einen für Quadplexer einsetzbaren und in verschiedenen Trägerfrequenzaggregationsmodi einsetzbaren Duplexer. Dieser weist Resonatoren in einer Ladder-Type-Struktur auf, wobei zumindest einer der Parallelresonatoren im Sendepfad in Serie mit einer Induktivität gegen Masse geschaltet ist, wobei der Parallelresonator in dem Parallelpfad, der dem Antennenanschluss am nächsten gelegen ist, direkt gegen Masse geschaltet ist und in dem entsprechenden Parallelpfad keine Induktivität angeordnet ist (vgl. Zusammenfassung)
• Die Druckschrift US 2013 / 0 038 502 A1 betrifft eine Anordnung bzw. einen Regelkreis bestehend aus einer Antenne, einem variablen Impedanz Element, einer nachgeordneten Empfänger-Schaltung, die einen Signal-Qualitäts-Indikator aufweist, und einem Regler. Der Regelkreis hat die Aufgabe die Signal-Qualität eines über die Antenne empfangenen Signals zu verbessern, indem das variable Impedanz Element vom Regler angepasst wird. (vgl. Abstract)
• Grundlegende Idee der Erfindung ist es, einen rekonfigurierbaren Multiplexer zur Verfügung zu stellen, der es erlaubt, einzelne Mobilfunkbänder sowie Kombinationen von Bändern gleichzeitig mit einem Antennenanschluss zu verbinden und dabei die für die jeweiligen Kombinationen erforderlichen Anpassungselemente zur Verfügung zu stellen.
• Der Multiplexer umfasst daher eine Mehrzahl von Filtern, die Bestandteile von Duplexern sein können und jeweils einem Frequenzband zugeordnet sind. Im Folgenden soll ein Verweis auf ein Filter auch einen Duplexer oder einen fest verdrahteten Multiplexer, einen sogenannten n-Plexer umfassen können, soweit nicht explizit auf ein einzelnes Filter Bezug genommen wird.
• Weiterhin ist ein Bandschalter vorgesehen, der einen Antennenanschluss wahlweise mit einem oder mehreren der Filter oder Duplexer gleichzeitig verbinden kann. Zwischen jedem der Filter oder Duplexer und dem Bandschalter ist ein optionaler Phasenschieber angeordnet, mit dem eine geeignete Phasenlage des jeweiligen Filters oder Duplexers während des Multiplexbetriebs eingestellt werden kann, falls notwendig.
• Zur Verbesserung der Interbandisolation, die in gewissen Bandkombinationen Probleme bereiten kann, ist außerdem im Multiplexer ein Notch vorgesehen, der einem der Filter oder einem Teilfilter eines Duplexers zuschaltbar ist, der bei einer bestimmten Störfrequenz, die einem Tx Gegenband zuzuordnen ist, einen Pol erzeugt, so dass diese Störfrequenz nicht die Isolation des jeweiligen Filters oder Duplexers beeinträchtigt. Möglich ist es auch, im Filter oder Multiplexer mehrere Notches vorzusehen, die jeweils einen Pol zum Ausfiltern jeweils einer Störfrequenz erzeugen können.
• Unter Bandschalter wird hier auch eine größere Anzahl einzelner Schalter verstanden, die jeweils ein Band beziehungsweise einen Signalpfad mit einem Filter oder Duplexer, das oder der einem Frequenzband zugeordnet ist, mit einem gemeinsamen Knoten verbinden. Die Kombination dieser Einzelschalter kann dann den Bandschalter bilden und eine hohe Anzahl unterschiedlicher Schalterstellungen ermöglichen. Dementsprechend erlaubt es der Bandschalter, einen oder eine beliebige Vielzahl von Signalpfaden beziehungsweise den darin angeordneten Filtern und/oder Duplexern mit dem gemeinsamen Knoten zu verbinden. Der gemeinsame Knoten ist mit dem Antennenanschluss verbunden oder kann mit dem Antennenanschluss verbunden werden.
• Wenn hier und im Folgenden davon die Rede ist, dass ein Element mit einem anderen verbunden oder gekoppelt ist, schließt das nicht aus, dass dazwischen weitere Elemente angeordnet sein können, es sei denn es wird ausdrücklich auf eine direkte Verbindung Bezug genommen.
• Jedem Frequenzband, beziehungsweise jedem Signalpfad mit dem entsprechenden Filter und/oder Multiplexer kann optional ein separater Phasenschieber zugeordnet werden. Dann kann auch bei einer beliebigen Anzahl gleichzeitig mit dem gemeinsamen Knoten verbundener Signalpfade eine optimale Phasenlage für jedes einzelne Frequenzband beziehungsweise dem darin angeordneten Filter und/oder Duplexer erzielt werden. Mit der Erfindung ist also ein Multiplex-Betrieb möglich.
• Der erfindungsgemäße Multiplexer weist eine verbesserte Isolation im jeweiligen Gegenband auf, die mit Hilfe des zumindest einen Notches verbessert wird. Unter einem Notch soll eine Bandsperre verstanden werden. Der Notch kann auch ein Mittelsein, das zumindest einen Pol in der Übertragungskurve des jeweiligen Filters erzeugt. Dieser Pol bewirkt, dass im Bereich des Pols gelegene Frequenzen wirksam soweit unterdrückt werden, dass sie im jeweiligen Gegenband bzw. in dem entsprechenden Filter nicht mehr stören.
• Insbesondere ist der Notch mit einem TX-Filter, das als einzelnes Filter in einem Signalpfad angeordnet sein kann, oder mit einem TX-Teilfilter verbunden, das als Teil eines Duplexers bzw. Multiplexers im Signalpfad angeordnet sein kann.
• Eine einfache Möglichkeit, einen Notch im Übertragungsverhalten eines Filters zu erzeugen, besteht darin, ein in Ladder-Type-Technologie ausgeführtes Filter in einem der Parallelarme zu manipulieren. Durch Verschalten zumindest eines Parallelarms des Filters mit einer weiteren Impedanz kann die Parallelresonanz, beziehungsweise die Resonanz der im Parallelarm angeordneten Elemente auf eine gewünschte Frequenzlage, die dem gewünschten Pol entspricht verschoben werden. Besonders vorteilhaft wird ein Pol bei einer Frequenz erzeugt, die dem RX-Band eines im Multiplex-Betrieb zeitgleich betriebenen Rx-Filters entspricht. Auf diese Weise wird verhindert, dass im TX-Betrieb des Filters mit Notch Signale im Gegenband eines RX-Filters den Notch passieren können und das entsprechende RX-Filter stören.
• In einer Ausführungsform der Erfindung ist die mit dem Parallelarm verbundene Impedanz eine Induktivität. Damit wird die Resonanzfrequenz dieses Parallelarms zu niederen Frequenzen hin verschoben. Die zusätzliche Impedanz zur Erzeugung des Notches kann zu- und wegschaltbar mit dem Parallelarm verbunden sein. Sie kann daher im Normalbetrieb, wenn kein Multiplexing mit einem entsprechenden RX-Filter im Bereich des Notches befindet, abgeschaltet werden, so dass das Ladder Type-Filter sein übliches, auf das Passband hin optimiertes Filterverhalten aufweist. Möglich ist auch, die Impedanz rekonfigurierbar oder abstimmbar auszubilden, um mit derselben Komponente unterschiedliche Impedanzwerte zu realisieren und damit auch Polstellen je nach Erfordernis bei unterschiedlichen Frequenzen zu erzeugen.
• Mit Hilfe eines Notches kann ein einzelner Pol im Übertragungsverhalten eines TX-Filters oder eines TX-Teilfilters erzeugt werden. Da jedoch möglicherweise mehrere benachbarte Gegenbänder bzw. die entsprechenden Filter im Multiplex-Betrieb zusammen mit dem TX-Filter arbeiten, ist es vorteilhaft, weitere Pole vorzusehen, beziehungsweise den Notch so auszugestalten, dass die Frequenzlage des Notches variabel auf ein beliebiges aus mehreren Gegenbändern einstellbar ist. Dies wird in einer Ausführungsform der Erfindung erreicht, indem über einen Schalter unterschiedliche Impedanzen mit dem zumindest einen Parallelarm des TX-Filter oder des TX-Teilfilters verbunden werden.
• Möglich ist es auch, mit Hilfe des Schalters parallel mehrere Impedanzen mit einem Parallelarm des TX-Filters zu verbinden. Weiterhin ist es möglich, mehrere Parallelarme mit über Schalter auswählbaren unterschiedlichen Impedanzen zu verbinden. Auf diese Weise gelingt es, mit einer geeigneten Schalterstellung eine zusätzliche frei wählbare ParallelResonanz zu erzeugen und so einen Pol bei einer gewünschten Stelle zu erzeugen, beziehungsweise durch ein Umschalten den Pol auf eine andere Stelle zu verschieben.
• In einer Ausführungsform ist der Notch als Notch-Filter ausgebildet und in Serie zum TX-Filter beziehungsweise TX-Teilfilter geschaltet. Auch das Notch-Filter kann mit Hilfe zuschaltbarer Impedanzen in seiner Frequenzlage verschoben werden. Dies hat allerdings den Nachteil, dass dadurch auch die Einfügedämpfung erhöht wird.
• In einer weiteren Ausführungsform umfasst der Notch eine mit einem Parallelarm des Ladder Type-Filters (TX-Filter) verschaltbare Impedanz, die abstimmbar ausgebildet ist. Auf diese Weise ist es möglich, mit Hilfe eines einzelnen abstimmbaren Elements eine Reihe unterschiedlicher Impedanzen zu realisieren und entsprechende Pole bei unterschiedlichen Frequenzen zu erzeugen.
• Die mit einem Parallelarm verbundene Impedanz erzeugt einen einzelnen Pol. Eine mit einem weiteren Parallelarm verbundene Impedanz kann weitere Polstelle im Filterübertragungsverhalten erzeugen. In einer Ausführungsform weist das TX-Filter daher mit verschiedenen Parallelarmen des als Ladder Type-Filter ausgebildeten TX-Filters verbundene Impedanzen auf, die unterschiedlich sind und unterschiedliche Polstellen erzeugen können. Jede dieser Impedanzen kann zu- und abschaltbar ausgebildet sein.
• Ist der Notch als Notch-Filter ausgebildet, in Serie zwischen Bandschalter und dem TX-Filter geschaltet, so kann in einer Ausführungsform das Notch-Filter mit einem Bypass überbrückt werden, der mit Hilfe eines Unterbrecherschalters zu- und abgeschaltet beziehungsweise gesperrt und freigeschaltet werden kann. Wird der Notch nicht benötigt, wird der Bypass aktiviert, so dass das Notch-Filter keine zusätzlichen Übertragungsverluste im Signalpfad erzeugt.
• Die Phasenschieber, die optional zwischen jedem Filter oder Duplexer und dem Bandschalter geschaltet sind, können als Phasenschieber mit einer fixen bzw. fest eingestellten also unveränderbaren Phasenverschiebung ausgebildet sein. Möglich ist es jedoch auch, Phasenschieber mit variabler Phasenverschiebung einzusetzen.
• In einer Ausführungsform ist zumindest einer der Signalpfade mit dem darin angeordneten Filter oder Duplexer mit einem Phasenschieber mit variabler Phasenverschiebung verschaltet. Die übrigen Signalpfade können ebenfalls mit variablen Phasenschiebern verschaltet sein, oder alternativ bis zu einem beliebigen Anteil mit Phasenschiebern mit fixer Phasenverschiebung. Möglich ist es auch, die Filter oder Duplexer direkt mit einem Bandschalter zu verschalten, wenn die Leitung zwischen Filter oder Duplexer und Bandschalter als transformierendes Element wirken kann.
• Über die Phasenschieber gelingt ein Multiplex-Betrieb in mehreren Bändern, die innerhalb derselben Dekade angeordnet sind, also beispielsweise im 1 Gigahertz-Bereich. Soll ein Multiplex-Betrieb mit weiteren oder anderen Bändern stattfinden, die in einer anderen Dekade angeordnet sind, so kann zu deren Abtrennung ein Diplexer ausreichend sein. Gemäß einer Ausführungsform ist dem Bandschalter ein Diplexer vorgeschaltet, der einen Low-Band-Bereich von einem darüber liegenden Frequenzbereich trennt. Vorzugsweise ist der Diplexer eine Kombination eines Hochpass und eines Tiefpass.
• Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann in Serie mit dem ersten Diplexer ein zweiter Diplexer geschaltet sein, der einen der beiden vom ersten Diplexer getrennten Bereiche nochmals auftrennt. Ebenso können Triplexer an Stelle des ersten Diplexers verwendet werden, die das von der Antenne gelieferte Signal in drei Frequenzbereiche aufspalten und entsprechenden Signalpfaden und Filtern zuordnen. Prinzipiell sind auch höhere Multiplexer möglich.
• Mit den beiden Ausgängen des ersten Diplexers kann jeweils ein Bandschalter verbunden sein, über den jeweils zumindest ein Signalpfad mit dem Ausgang des Diplexers verbunden werden kann. Ist zusätzlich ein zweiter Diplexer in Serie mit dem ersten Diplexer geschaltet, so stehen beide Ausgänge des zweiten Diplexers zur Verbindung mit Bandschaltern zur Verfügung, während ein Ausgang des ersten Diplexers die Verschaltung mit dem zweiten Diplexer gewährleistet.
• In einer solchen Konstruktion (z.B. Triplexer oder zwei Diplexer in Serie) werden drei Frequenzbereiche passiv getrennt, ohne dass dazu besondere Anpassungselemente zur Phaseneinstellung erforderlich sind. Ein entsprechend höherer Multiplexer vermag auch mehr als drei Frequenzbereiche passiv zu trennen.
• Wird an einem Ausgang eines Diplexers ein mit mehreren Signalpfaden verbundener Bandschalter vorgesehen, so sind die entsprechenden Signalpfade beziehungsweise die in den Signalpfaden angeordneten Filter oder Duplexer mittels eines Phasenschiebers auf eine solche Phasenlage gebracht, dass sie die anderen Frequenzbänder nicht negativ beeinflussen.
• Wie gesagt kann jeder Bandschalter einen oder mehrere Single-Pol-Schalter umfassen, die jeweils ein Filter oder einen Duplexer oder einen Multiplexer entweder mit dem Antennenanschluss oder mit einer festen Terminierung verbinden können. Eine feste Terminierung hat bei abgeschaltetem Signalpfad den Vorteil, dass der gemeinsame Knoten mit einem definierten Potentials verbunden wird und so definierte Eigenschaften aufweist.
• In einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Multiplexer für Carrier Aggregation Bandkombinationen ausgelegt, in denen zumindest zwei Duplexer gleichzeitig mit dem gemeinsamen Knoten und dieser mit dem Antennenanschluss bzw. mit einem dazwischen geschalteten Diplexer, Triplexer oder allgemein Multiplexer verbunden sind.
• Der Multiplexer kann auch für Carrier Aggregation Bandkombinationen ausgelegt sein, die mehr als zwei Bänder umfassen.
• Ein Multiplexer, der Carrier Aggregation Betrieb von zumindest zwei Duplexern erlaubt, ist dann als Quadplexer oder höherer Multiplexer ausgelegt. Vorteilhaft sind dann mehrere oder alle Phasenschieber rekonfigurierbar ausgebildet, das heißt mit variabler und einstellbarer Phasenverschiebung. Weiterhin ist es vorteilhaft, in diesem Fall den Notch eines oder mehrerer der TX-Filter oder TX-Teilfilter, die bei Carrier Aggregation gemeinsam betrieben werden, rekonfigurierbar auszubilden.
• Ein rekonfigurierbarer Notch an jedem Signalpfad und ein rekonfigurierbarer Phasenschieber haben den Vorteil, dass für jede beliebige Bandkombination im Multiplexer- oder Carrier Aggregation-Betrieb die optimalen Bedingungen eingestellt werden können. Bei optimalem Betrieb eines Multiplexers werden wenig oder nur geringe Verluste erzeugt, eine hohe Isolation erzielt und im jeweiligen Signalpfad eine gute Stoppbandunterdrückung erreicht.
• Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und der dazugehörigen Figuren näher erläutert. Die Figuren dienen allein dem besseren Verständnis der Erfindung und sind daher teilweise nur schematisch ausgeführt. Insbesondere in Blockschaltbildern können nur die Komponenten dargestellt sein, die für die Erfindung entweder notwendig sind, oder auf die besonders Bezug genommen wird.
• Es zeigen:
• 1 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Multiplexers,
• 2 die Durchlasskurve eines TX-Teilfilters an einem Ausgang mit und ohne Notch,
• 3 die Isolation eines TX-Filters für Band 26 gegenüber dem RX-Band von Band 12 in einem erfindungsgemäßen Multiplexer,
• 4a ausschnittsweise einen Signalpfad mit einem Duplexers mit schaltbarem Notch,
• 4b ausschnittsweise einen Signalpfad mit einem Duplexers mit abstimmbarem Notch, realisiert als Serienschaltung,
• 4c ausschnittsweise einen Signalpfad mit einem Duplexers mit abstimmbarem Notch, realisiert als Parallelschaltung,
• 5 auszugsweise ein Ladder Type Filter mit einer als Notch dienenden Parallelinduktivität,
• 6a ein Ladder Type Filter mit einer schaltbaren Parallelimpedanz,
• 6b ein Ladder Type Filter mit einer abstimmbaren Parallelimpedanz,
• 7a ein Ladder Type Filter mit verbesserter schaltbarer Parallelimpedanz,
• 7b ein Ladder Type Filter mit verbesserter abstimmbarer Parallelimpedanz,
• 7c ein Ladder Type Filter mit einer Kombination aus abstimmbarer und schaltbarer Parallelimpedanz,
• 7d ein Ladder Type Filter mit einem abstimmbaren Pol, der als Parallelschaltung einer Induktivität und einer Kapazität realisiert ist,
• 7e ein Ladder Type Filter mit einer Kombination aus parallel verschalteten abstimmbaren Induktivität und abstimmbaren Kapazitäten,
• 8 vier Beispiele für einen aus drei Impedanzelementen realisierten Phasenschieber, sowie vier Beispiele für einen aus zwei Impedanzelementen realisierten Phasenschieber, dessen Induktivitäten und einer Kapazitäten optional abstimmbar sind,
• 9 zwei Beispiele für eine Spannungsteilerschaltung, die als Phasenschieber eingesetzt werden kann, wobei die Kapazitäten optional abstimmbar sind,
• 10 zwei Beispiele für eine Phasenschieberschaltung aus vier Impedanzelementen, wobei die Kapazitäten optional abstimmbar sind,
• 11 eine erfindungsgemäße Multiplexer-Schaltung mit mehreren schaltbaren Notches, wobei die Phasenschieber abstimmbar sind,
• 12 eine Multiplexer-Schaltung, die über zwei Diplexer zwei weitere Signalpfade abtrennt
• 13 eine Multiplexer-Schaltung mit einem Bandwahlschalter, der eine Vielzahl von jeweils einem Band zugeordneter Signalpfade einzeln oder im Multiplexbetrieb mit einem Antennenanschluss verbinden kann,
• 14 eine Multiplexer-Schaltung mit einer Verschaltung verschiedener Bandwahlschalter und einem Triplexer, die einen Multiplexbetrieb ermöglichen, und optional abstimmbaren Phasenschiebern sind,
• 15 eine weitere Multiplexer-Schaltung mit einem Triplexer und Bandwahlschaltern, die einen Multiplexbetrieb ermöglichen.
• In einem ersten Ausführungsbeispiel wird ein Multiplexer angegeben, mit dem gleichzeitiger Betrieb in zwei Bändern möglich ist, wobei beide kombinierbare Bänder jeweils nahe zueinander benachbart sind. Der Multiplexer soll die Bandkombinationen 26 + 12, 26 + 13, 26 + B28a, 26 + B28b sowie 26 und 29 für einen diese Bänder umfassenden Carrier Aggregation Betrieb abdecken. Die entsprechenden Frequenzbereiche für RX- und TX-Bänder sind in der Tabelle 1 angegeben. Tabelle 1

  Band	Tx (MHz)			Rx (MHz)
  26	814	849		859	894	FDD
  12	699	716		729	746	FDD
  13	777	787		746	756	FDD
  B28A	703	733		758	788	FDD
  B28B	718	748		773	803	FDD
  29	N/A			717	728	FDD

• Ohne die Erfindung wäre das oben genannte Problem durch die Verwendung von vier Quadplexern und einem Triplexer lösbar. Dies würde aber bedeuten, dass das Filter für Band 26 mehrfach redundant und praktisch in jedem der Quadplexer vorhanden ist.
• Auch mit zwei Hexaplexern könnte ein gemeinsamer Betrieb in den oben genannten Bandkombinationen realisiert werden, beispielsweise ein erster Hexaplexer für Band 26, Band B28a und Band 13, sowie ein zweiter Hexaplexer für Band 26, 12 und B28b. Eine solche Lösung ist rechnerisch machbar, da die Frequenzbänder nicht überlappen. Technisch entstehen vermutlich Probleme, da beispielsweise Band 13 RX bei 756 Megahertz endet, während B28a RX bei 758 Megahertz beginnt. Ein Bandabstand von zwei Megahertz ist mit heutigen Technologien vermutlich nicht realisierbar.
• 1 zeigt nun einen erfindungsgemäßen Multiplexer, mit dem jeweils zwei Duplexer parallel betrieben werden können, wobei jeder Duplexer zwei Bänder umfasst, nämlich ein Rx- und ein dazugehöriges Tx-Band. Für jedes Band ist dabei nur ein Filter beziehungsweise ein Duplexer angelegt.
• Mittels eines Bandschalters BS, der in der 1 beispielsweise aber nicht zwingend aus zwei einzelnen Schaltern BS6, BS1 zusammengesetzt ist, kann ein sechster Signalpfad SP6 (z.B. mit einem Duplexer für Band 26) zusammen mit einem weiteren Signalpfad ausgewählt aus ersten bis fünftem Signalpfad SP1 bis SP5 (z.B. mit je einem Duplexer für Band 12, 13, 28A, 28B und einem Filter für Band 29) mit einem gemeinsamen Knoten GK verbunden werden. Der Bandschalter vermag in einem Schaltvorgang mehrere Signalpfade gleichzeitig mit dem gemeinsamen Knoten GK oder einem Antennenanschluss zu verbinden oder von diesem wieder zu trennen. Die hier gezeigte Darstellung dient der Verdeutlichung des Konzepts.
• Der gemeinsame Knoten GK ist mit einem Antennenanschluss verbunden, in der gezeigten Ausführung über einen dazwischen geschalteten Diplexer DI1. Über den Hochpass des Diplexers ist ein höher gelegenes weiteres Band (z.B. Band 1, 3, 7, oder weitere 2 GHz Bänder) oder eine Mehrzahl weiterer Bänder abtrennbar.
• In jedem Signalpfad SPn ist ein optionaler Phasenschieber PSn zwischen Bandschalter BS und dem jeweiligen Filter Fn beziehungsweise dem jeweiligen Duplexer Dn geschaltet. Im gezeigten Ausführungsbeispiel haben alle Phasenschieber eine feste Konfiguration, erzeugen also jeweils eine festgelegte Phasenverschiebung. Möglich ist es jedoch auch, dass die Phasenlage des dem optionalen Phasenschieber folgenden Duplexers bereits passt, so dass ein Phasenschieber keinen Vorteil mehr bringt. Möglich sind auch abstimmbare oder rekonfigurierbare Phasenschieber bzw. schaltbare Phasenschieber.
• Da in allen Bandkombinationen der Duplexer D6, hier ausgelegt für Band 26, mit einem Duplexer D1 für Band 12, beziehungsweise D2 für Band 13 beziehungsweise D3 für Band 28a beziehungsweise D4 für Band 28b oder einem Filter F5 für Band 29 kombiniert werden kann, lässt sich die gewünschte Phasenverschiebung über maximal insgesamt jeweils zwei mit dem gemeinsamen Knoten GK verbundene Phasenschieber einstellen. Der oder die Phasenschieber sind aber optional und können für solche Konfigurationen entfallen, bei denen die Phasenlage von Haus aus schon passend ist.
• Jeder Schalter weist neben dem Kontaktpunkt, der im geöffneten Zustand den Signalpfad mit dem gemeinsamen Knoten GK verbindet, noch eine Terminierungsimpedanz IT auf, die im geschlossenen Schalterzustand den Signalpfad definiert mit einem Masseanschluss verbindet. Die Terminierungsimpedanz kann ein Widerstand oder eine Induktivität oder eine andere, optionale Impedanz sein.
• Mit einem wie eben beschriebenen Multiplexer lassen sich zwar verschiedene Quadplexer durch Kombination jeweils zweier Duplexer schalten, doch weisen die verschiedenen Bänder eine relativ geringe Isolation von nur ca. 45 dB auf, was für ein Mobilfunksystem ein unbefriedigender und nicht ausreichender Wert ist.
• 2 zeigt die Übertragungskurve für Band 26 TX, also das TX-Teilfilter des Band 26 Duplexers D6. Mit strichlierten Linien sind die Frequenzbereiche der benachbarten RX-Bänder angedeutet. Es sind zwei Kurven in derselben Darstellung wiedergegeben, wobei die Kurve 1 die Übertragungsfunktion der in 1 dargestellten Anordnung ohne weitere Maßnahme angibt, die Kurve 2 dagegen die Übertragungsfunktion des Multiplexers mit einer weiteren im Folgenden beschriebenen Maßnahme.
• 3 zeigt die Isolation von Band 26 TX nach Band 12 RX. Die Kurve 1 gibt wieder das Verhalten des Multiplexers von 1 ohne weitere Maßnahme zur Verbesserung der Isolation an. Die Kurve 2 dagegen zeigt das Verhalten des Multiplexers von 1 mit einer im Folgenden beschriebenen Maßnahme zur Verbesserung der Isolation.
• Zur Verbesserung dieser so genannten Gegenbandisolation wird nun erfindungsgemäß z.B. im TX-Filter von Band 26, also im TX-Teilfilter des Duplexers D6 ein geeigneter Pol erzeugt, in dem ein Notch, in der 1 mit N6 angedeutet, die Übertragungskurve im gewünschten Frequenzbereich entsprechend anpasst. Die Kurven 2 in den 2 und 3 stehen für einen derart verbesserten Duplexer mit einem Notch N6 im TX-Teilfilter des Band 26 Duplexers D6.
• Die Kurve 2 in 2 mit dem erfindungsgemäßen Notch liegt im unteren Sperrbereich wesentlich tiefer als die Kurve 1 des gleichen Multiplexers ohne Notch.
• In 3 zeigt sich, dass im gewünschten Gegenband, also im Band 12 RX Frequenzband die Isolation des B26 TX-Filters wesentlich verbessert ist, hier auf einen Wert von ca. 55 dB. Dies ist für ein Mobilfunksystem voll ausreichend.
• Der beschriebene Notch N kann einen festgelegten Pol bei einer bestimmten Frequenz erzeugen. Vorteilhaft ist es jedoch, einen variablen Pol zu erzeugen.
• 4a zeigt eine Möglichkeit, das TX-Teilfilter TFTX eines Duplexers D, beispielsweise des Duplexers D6 für Band 26, wahlweise mit unterschiedlichen Impedanzen I zu verschalten, um bei unterschiedlichen Frequenzen liegende Pole zu erzeugen, die jeweils für eine bestimmte Bandkombination die erforderliche Gegenbandisolation bewirken. Wird beispielsweise der Duplexer D für sechs verschiedene Bandkombinationen vorgesehen, die gleichzeitig betreibbar sein sollen, so können sechs verschiedene Impedanzen I1 bis I6 vorgesehen werden, um sie wahlweise mittels eines Schalters mit dem TX-Teilfilter TFTX zu verbinden.
• Eine weitere Impedanz kann vorgesehen sein, um den optionalen Singleband Betrieb zu ermöglichen.
• Da der Notch N ausschließlich auf das Verhalten des TX-Teilfilters einwirkt, können die übrigen Komponenten des Multiplexers unverändert bleiben. Die 4a zeigt den Signalpfad mit dem mit einem Notch N versehenen Duplexer D und einem Phasenschieber PS, über den der Duplexer D mit einem Bandschalter BS verbunden ist. Der Bandschalter kann den Signalpfad mit dem gemeinsamen Knoten GK verbinden oder von ihm trennen und auf eine feste Terminierung legen. Eine Steuereinheit CTR steuert sowohl den Schalter S, den optionalen Phasenschieber PS als auch den Bandschalter BS.
• Die 4b zeigt nahezu die gleiche Schaltung wie 4a allerdings mit dem Unterschied, dass der mit dem Duplexer D verbundene Notch N mittels einer abstimmbaren Impedanz auf eine gewünschte Frequenzlage eingestellt werden kann. In der Figur umfasst die abstimmbare Impedanz eine Serienverschaltung einer abstimmbaren Kapazität C_v und eine Induktivität. Eine Steuereinheit SE kann sowohl die abstimmbare Kapazität als auch den die Phasenlage des Phasenschiebers PS steuern. Der Phasenschieber PS ist hier im Signalpfad zwischen dem Bandschalter BS und dem Duplexer D angeordnet. Hier steuert eine Steuereinheit CTR den abstimmbaren Kondensator C_v, den Phasenschieber PS und den Bandschalter BS.
• Die 4c zeigt eine Variante von 4b mit anders ausgebildeter abstimmbarer Impedanz im Notch N. Die abstimmbare Impedanz I_v ist eine Parallelschaltung einer abstimmbaren Kapazität C_v und einer Induktivität L.
• 5 zeigt eine einfache Möglichkeit, einen solchen Notch N in einem in Ladder Type Anordnung ausgebildeten Filter F oder Teilfilter TF zu realisieren. Dazu wird eine entsprechende Impedanz I1 mit dem parallelen Impedanzelement IE1, welches beispielsweise als Parallelresonator ausgebildet ist, verbunden. Die übrigen Parallelarme des Filters mit den entsprechenden Impedanzelementen IE können unverändert bleiben. Möglich ist es jedoch auch, weitere Impedanzen I mit weiteren Parallelarmen zu verbinden, um gegebenenfalls weitere Notches zu erzeugen, also zusätzliche Pole in der Übertragungsfunktion des Filters.
• Während 5 eine feste Verschaltung des Ladder Type Filters F, TF mit der als Notch dienenden Impedanz I zeigt, stellt 6a eine Möglichkeit zur Verfügung, mittels eines Schalters S eine geeignete Impedanz I aus einer Reihe zur Verfügung stehender unterschiedlicher Impedanzen auszuwählen und so einen Notch beziehungsweise einen Pol an der gewünschten Stelle im Frequenzspektrum zu erzeugen. Das dargestellte Filter ist beispielsweise das Tx Filter des Duplexers D6 für Band 26 aus 1. Weiterhin ist es möglich, eine oder mehrere dieser Impedanzen I_n abstimmbar auszubilden. 6a zeigt beispielsweise an einem Ausgang des Schalters eine Serienverschaltung einer Impedanz I mit einer variablen Impedanz I_v.
• 6b zeigt eine ähnliche Anordnung wie 6a, bei der aber die Impedanz abstimmbar ausgebildet ist. In der 6b ist ein Parallelarm des Ladder Type Filters mit einer Serienschaltung aus einem abstimmbaren Kondensator C_v und einer Induktivität L verschaltet, die zusammen eine abstimmbare oder variable Impedanz I_v ausbilden.
• 6c zeigt eine Variante von 6b und umfasst eine Parallelschaltung eines abstimmbaren Kondensators C_v und einer Induktivität.
• Die variable Impedanz kann aber auch direkt mit einem Ausgang des Schalters verbunden sein. Je nach Bandbreite, innerhalb der die Impedanz abgestimmt werden muss, können mehrere variable Impedanzen I_v erforderlich sein, um die gewünschten Pole an den gewünschten Stellen im TX-Filter oder TX-Teilfilter zu erzeugen.
• Ein Notch zur Erzeugung eines variablen Pols lässt sich mit abstimmbaren Induktivitäten erzeugen oder allgemein mit abstimmbaren Impedanzen. Daher ist in der 6 eine Impedanz als fixes Element, zum Beispiel als Induktivität I ausgeführt und in Serie mit einem abstimmbaren Element I_v, z. B. einem abstimmbaren Kondensator verschaltet. Der abstimmbare Kondensator kann in CMOS Technik, aus Galliumarsenid GaN, oder einem anderen III-V-Material, aus BST oder als MEMS-Bauelement ausgeführt sein, um nur einige Möglichkeiten zu nennen. Die Anzahl der zuschaltbaren unterschiedlichen Impedanzen I für den abstimmbaren Notch zur Erzeugung eines variablen Pols richtet sich nach dem Anwendungsfall und ist variabel.
• Ein Schalter S mit zu vielen Schaltpositionen kann ebenso wie die Induktivität Verluste erzeugen. Um dem Abhilfe zu leisten, können zwei Schalter S1, S2 parallel geschaltet werden und mit dem Parallelzweig eines Ladder Type Filters verbunden werden. 7 zeigt eine solche Anordnung. Jeder Schalter S1, S2 kann den Parallelarm mit einem einzelnen aus einer Mehrzahl von Impedanzen I₁₁ - I_1n verbinden. Die Impedanzen I können fixe Impedanzen sein. Möglich ist es jedoch auch, wie anhand von 6 bereits erläutert und in 7 angedeutet, eine starre Impedanz mit einer variablen Impedanz am Ausgang eines der Schalter zu verbinden. Weiterhin besteht die Möglichkeit, zwei oder mehr Impedanzelemente parallel zu verschalten, wodurch sich deren Verlust verringern. So kann über den ersten und den zweiten Schalter parallel je eines der Impedanzelemente I miteinander verschaltet werden. Wahlweise kann nur ein Impedanzelement über einen Schalter S1 ausgewählt werden und der andere Schalter S2 definiert zu terminiert werden. Es können auch über ersten und zweiten Schalter ein starres und ein variables Impedanzelement parallel verschaltet werden.
• 7b zeigt zwei abstimmbare Impedanzelemente, die verlustreduziert miteinander parallel und in Serie zu einem Parallelarm verschaltet sind. Wie in 4b ist die abstimmbare Impedanz z.B. eine Serienschaltung einer abstimmbaren Kapazität und einer Induktivität. Bei der Resonanzfrequenz dieses Serienschwingkreises bildet sich ein Notch aus, dessen Frequenzlage durch entsprechende Abstimmung des Kondensators eingestellt werden kann.
• Insgesamt erzeugt die Lösung mit zwei parallelen Schaltern S1, S2 deutlich geringere Verluste gegenüber einer Anordnung mit nur einem Schalter S, die bis zu dem Faktor 2 niedriger sein können. Die Verluste setzen sich dabei zusammen aus Verlusten im Schalter und Verlusten der geschalteten Impedanz, bedingt durch die endliche Güte der eingesetzten Impedanzelemente.
• 7c zeigt eine Ausführung bei der eine abstimmbare Impedanz mit einer weiteren Impedanz mit einem vorgegebenen Wert parallel verschaltet werden kann. Die weitere Impedanz wird durch einen Schalter ausgewählt bzw. dazu geschaltet. Durch Auswahl der weiteren Impedanz mit gewünschtem Wert erweitert sich die Variationsbreite der abstimmbaren Impedanz, so dass der Notch über einen großen Frequenzbereich erzeugbar bzw. verschiebbar ist.
• 7D ist eine Variante von 7C, wobei die Serienschaltung aus einem abstimmbaren Kondensator C_v und einer Induktivität L durch eine Parallelschaltung aus einem abstimmbaren Kondensator C_v und einer Induktivität L ersetzt ist.
• 7E ist eine Variante von 7C, wobei der abstimmbare Kondensator C_v parallel zu den geschalteten Induktivitäten L1, L2, L3... geschaltet ist.
• Weitere Kombinationen lassen sich direkt aus diesen Beispielen ableiten.
• Wie bereits erwähnt, kann nur einer der Parallelarme eines Ladder Type Filters mit einem Notch N verbunden sein, der dann entsprechend über einen Schalter auswählbare Impedanzen I umfasst. Möglich ist es auch, an weiteren Parallelarmen einen weiteren Notch zu erzeugen, der einen Pol erzeugt, der bei anderer Frequenz liegt als der Pol des ersten Parallelarms mit dem erste Notch.
• Der Phasenschieber PS6 im Signalpfad SP6 mit dem Band 26 Duplexer D6 (siehe 1) dagegen hat die Aufgabe, das Band 26 für die unterschiedlichen Quadplexer-Möglichkeiten in entsprechender Weise in seiner Phasenlage zu drehen, so dass die Quadplexer-Performance optimal ist. Optimal ist eine Phasenlage am gemeinsamen Knoten GK beziehungsweise am Antennenanschluss A dann, wenn die aggregierten Bänder, also die gemeinsam synchron betriebenen Bänder in der Frequenz des jeweiligen Gegenbandes einen Leerlauf aufweisen. Damit werden Verluste reduziert, da die Energie des Gegenbandes entsprechend reflektiert wird und dem eigentlichen Duplexer zugeführt werden kann.
• Je nach Ausgestaltung oder Phasenlage des Band 26 Duplexers D6 ist es möglich, den Phasenschieber PS6 entweder starr, also mittels fixer Elemente auszuführen, mit einem Schalter und unterschiedlichen Impedanzen konfigurierbar zu gestalten oder durch Verwendung abstimmbarer Elemente als abstimmbaren Phasenschieber auszubilden.
• 8 zeigt beispielhaft verschiedene Möglichkeiten, einen für die Erfindung verwendbaren Phasenschieber PS aus drei bzw. zwei Impedanzelementen auszubilden. Von oben nach unten beziehungsweise von links nach rechts gelesen sind dies beispielsweise eine drei Impedanzelemente umfassende Tiefpass-Pi-Schaltung, eine Tiefpass-T-Schaltung, eine Hochpass-Pi-Schaltung und eine Hochpass-T-Schaltung. Zwei Impedanzelemente können wie dargestellt L-Glieder ausbilden, bei denen ein Impedanzelement im Serienzweig und ein weiteres Impedanzelement parallel dazu geschaltet ist. Werden ein oder mehr abstimmbare Impendanzelemente eingesetzt, lässt sich darüber auch der Phasenschieber abstimmen. Weiter können auch einzelne Impedanzelemente als Phasenschieber eingesetzt werden. Optional können einzelne der fixen Kondensatoren C durch abstimmbare Kondensatoren C_v ersetz werden. Lassen sich abstimmbare Komponenten nur schwer realisieren, können diese auch durch geschaltete Kondensatoren bzw. Induktivitäten realisiert werden. Ebenso können die Phasenschieber schaltbar ausgeführt sein, um zum Beispiel größere Phasendrehungen herbeizuführen. Dies gilt insbesondere für die Beispiele gemäß den 8, 9 und 10.
• Anstelle des Phasenschiebers können auch kapazitive Teilerschaltungen eingesetzt werden. 9 zeigt zwei Möglichkeiten, eine kapazitive Teilerschaltung als Phasenschieberersatz zu realisieren.
• 10 zeigt zwei Möglichkeiten, einen idealen Phasenschieber aus vier Impedanzelementen zu erzeugen. Diese beiden Phasenschieber haben jeweils eine Allpass-Struktur, sind also weder als Hoch- noch als Tiefpass ausgebildet.
• Prinzipiell kann ein Phasenschieber eine fast beliebige Struktur bzw. eine beliebige Verschaltung von R, L und C Elementen oder eben solche Einzelelemente aufweisen. Als Phasenschieber sind alle Elemente wirksam, die die die Phase drehen. Optional können die Elemente wieder schaltbar und/oder abstimmbar ausgeführt sein.
• Ein rekonfigurierbarer Phasenschieber kann mit Hilfe von rekonfigurierbaren Impedanzelementen erzeugt werden, die dann eine oder mehrere der fixen Impedanzelemente in einer der in den 8 bis 10 gezeigten Strukturen ersetzen. Welche Elemente rekonfigurierbar ausgeführt werden, hängt vom jeweiligen Anwendungsfall ab. Im Prinzip können außerdem in allen gezeigten Strukturen noch Schalter eingefügt werden, um einzelne Elemente zu schalten. Es können aber auch abstimmbare Elemente wie abstimmbare Kondensatoren oder abstimmbare Induktivitäten eingesetzt werden. Möglich ist es jedoch auch, eine Kombination aus Schalter und abstimmbaren Elementen zu verwenden.
• In 11 ist ein voll rekonfigurierbarer Multiplexer rein beispielhaft dargestellt, bei dem drei Signalpfade mit einem gemeinsamen Knoten GK verbunden sind. Jeder der Signalpfade weist einen Duplexer D2 - D4 und einen variablen Phasenschieber PS2 - PS4 auf. Jeder der drei Duplexer D2-D4 ist mit einem rekonfigurierbaren Notch N verbunden, der einen Pol an einer gewünschten Stelle im Filterverhalten erzeugen kann.
• Jeder der Signalpfade ist mittels eines Bandschalters BS2 - BS4 mit dem gemeinsamen Knoten GK verbindbar.
• Der gemeinsame Knoten GK ist mit einem Diplexer DI und über den Diplexer mit einem Antennenanschluss A verbunden. Der zweite Ausgang des Diplexers DI ist mit einem weiteren Signalpfad verbunden, der über einen Bandschalter BS1 zu- und abgeschaltet werden kann. Im Signalpfad ist ein Phasenschieber PS1, insbesondere mit einer fixen Phasenverschiebung eingebaut und verbindet den Ausgang des Diplexers mit einem Filter F1 oder einem Duplexer.
• In einem Ausführungsbeispiel ist in diesem Signalpfad ein RX-Filter F1₂₉ für Band 29 vorgesehen. Die übrigen Signalpfade können dann einen Band 2-Duplexer D4₂, einen Band 4-Duplexer D2₄ und einen Band 30-Duplexer D3₃₀ aufweisen. Mit dieser Konstruktion sind eine Reihe von Carrier Aggregation Bandpaarungen flexibel realisierbar.
• Möglich ist es beispielsweise, alle Bänder beziehungsweise Duplexer oder Filter im single Mode zu betreiben. Dabei ist nur ein Signalpfad mit dem entsprechenden Filter oder Duplexer mit dem Antennenanschluss A verbunden. Dies sind die besagten Bänder 2, 4, 29 und 30.
• Weiterhin ist es möglich, eine Carrier Aggregation einzustellen, bei der zwei Signalpfade gleichzeitig mit dem Antennenanschluss verbunden werden können, so dass unterschiedliche Quadplexer erhalten werden. Mit der Anordnung nach 11 sind beispielsweise die Kombinationen aus Band 2 und 4, 2 und 30, sowie 4 und 30 möglich.
• Darüber hinaus ist es möglich, mit einer Anordnung nach 11 für einem Carrier Aggregation Betrieb drei parallele Signalpfaden mit den entsprechenden drei unterschiedlichen Frequenzbändern gleichzeitig freizuschalten. Mit der Anordnung nach 11 sind beispielsweise Kombinationen der Bänder 2, 4 und 29 oder alternativ 2, 4 und 30 möglich.
• Die Rekonfigurierbarkeit des Multiplexers erlaubt es außerdem, einen Carrier Aggregation-Betrieb in vier Bändern parallel einzustellen, also einen simultanen Betrieb in den Bändern 2, 4, 29 und 30.
• Band 29 ist ein Low-Band und kann über den Diplexer von den übrigen Signalpfaden passiv abgetrennt werden. Die verbleibenden Bänder beziehungsweise Signalpfade mit den Bändern 2, 4 und 30 können flexibel miteinander verschaltet werden. So ist es möglich, einen voll rekonfigurierbaren Multiplexer aus den Komponenten variabler Phasenschieber, Bandschalter und variabler Notch in beliebiger Kombination zu erzeugen.
• 12 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Anordnung von 11. Der dargestellte erfindungsgemäße Multiplexer umfasst zwei Diplexer DI1, DI2. Während der erste Diplexer DI1 zur Abtrennung von Band 29 ausgelegt ist, dient der zweite Diplexer DI2 zur Abtrennung der Bänder 2 und 4 und zwar ebenfalls mit Hilfe eines Tiefpasses. Der andere Ausgang kann beispielsweise mit einem Signalpfad für zum Beispiel Band 30 verbunden werden.
• Mit dem Tiefpass des zweiten Diplexers DI2 ist ein gemeinsamer Knoten GK verbunden, der den Verzweigungspunkt für den zweiten und dritten Signalpfad, in denen jeweils der zweite Duplexer D2₄ für Band 4 oder der dritte Duplexer D3₂ für Band 2 angeordnet sind. Jeder dieser beiden Signalpfade ist wieder über einen Bandschalter BS2, BS3 mit dem gemeinsamen Knoten verbindbar oder abschaltbar.
• Zwischen den Bandschaltern BS2, BS3 und den Duplexern D2, D3 sind jeweils wieder abstimmbare Phasenschieber PS2, PS3 angeordnet. Mit den TX-Filtern des zweiten Duplexers D2 und des dritten Duplexers D3 ist jeweils ein Schalter S2, S3 verbunden, über den Impedanzen I2, I3 selektiert werden können, um einen entsprechenden Pol im Durchlassverhalten des TX-Filters des entsprechenden Duplexers zu erzeugen.
• Das erste Filter F1₂₉, das z.B. ein Rx Filter für Band 29 ist, dessen Signalpfad mit dem Low-Band-Ausgang des ersten Diplexers DI1 verbunden ist, wird über den Diplexer DI1 passiv abgetrennt und erfordert keine zusätzliche Maßnahme zur Verbesserung der Isolation. Ebenso verhält es sich mit dem vierten Signalpfad mit dem vierten Duplexer D4₃₀ für Band 30, der am High-Band-Ausgang des zweiten Diplexers DI2 über einen Bandschalter BS4 angekoppelt ist. Alle Signalpfade umfassen jedoch einen Phasenschieber PS, der allerdings im ersten und vierten Signalpfad starr sein kann und nicht variabel einstellbar sein muss.
• Die Phasenschieber in den Signalpfaden mit den Duplexern D1 und D4 bis D7 können optional auch als abstimmbare Phasenschieber ausgebildet werden.
• Weiterhin können die variablen Kondensatoren, die in Serie zu einer Induktivität das jeweilige Tx Teilfilter mit Masse verbinden, in den Signalpfaden mit den Duplexern D1 und D5 bis D7 entfallen.
• 13 zeigt eine Ausführungsform eines Bandschalters BS, der einen Antennenanschluss mit einer Vielzahl von Signalpfaden verbinden kann, wobei einzelne Signalpfade oder im Multiplex- bzw. CA-Betrieb mehrere Signalpfade zugleich ausgewählt werden können. In den Signalpfaden sind optional jeweils Phasenschieber PS und Filter F oder Duplexer D angeordnet. Das in 13 gezeigte Beispiel weist von oben nach unten Signalpfade für folgende Filterelemente auf:
• - Rx Filter F1 für GSM low band (LB)
• - Duplexer D1 für Band 8
• - Duplexer D2 für Band 12
• - Duplexer D3 für Band 13
• - Duplexer D4 für Band 20
• - Duplexer D5 für Band 26
• - Duplexer D6 für Band 28A
• - Duplexer D7 für Band 28B
• - TX Filter F2 für Band 29
• Mit dieser Anordnung lassen sich im CA Betrieb folgende Bänder jeweils mit Band 26 (umfasst zugleich auch Band 5) kombinieren: Band 12, Band 13, Band 28A, Band 28B und Band 29.
• Mit Band 8 lassen sich im CA Betrieb folgende Bänder kombinieren: Band 20, Band 28A und Band 28B.
• Die Ansteuerung des Bandschalters BS erfolgt über eine Steuereinheit, die z.B. als MIPI Controller ausgeführt ist.
• 14 zeigt eine Anordnung, die den low band Bereich für die Regionen US, JP und Europa abdecken kann. Die Anordnung weist eine Teilstruktur auf, die mit der 1 übereinstimmt. Zusätzlich ist aber zwischen dem antennenseitigen Diplexer DI und dem ersten gemeinsamen Knoten GK1 ein weiterer Bandschalter BS2 eingefügt, dessen erste Schalterstellung genau die Anordnung von 1 frei schaltet. Über die zweite Schalterstellung von BS2 wird der LB Ausgang des Diplexers DI mit einem zweiten gemeinsamen Knoten GK2 verbunden. Mit GK ist ein dritter Bandschalter BS3 verbunden, der einen Signalpfad für Band 8 freischalten kann, in dem ein Duplexer D7₈ und ein Phasenschieber angeordnet sind. Das Tx Filter von D7 ist mit einem Schalter S verbunden, der einzelne Impedanzelemente oder Kombinationen von Impedanzelementen zur Erzeugung eines Notches zuschalten kann.
• Weiter ist mit einem zweiten gemeinsamen Knoten GK2 ein vierter Bandschalter BS4 verbunden, der zwischen einem Signalpfad für Band 28B samt Phasenschieber und Duplexer D5_28B einem und einem Signalpfad mit einem Triplexer T1 auswählen kann. Der Triplexer T1 umfasst ein breitbandiges Rx Filter, für die RX Frequenzen der Bänder B20 und B28A, ein Tx Filter, für Band B20 sowie ein Tx Filter, für Band B28A. Mit diesem Multiplexer sind z.B. folgende Bandkombinationen für den CA Betrieb möglich:
• - B8 und B28A
• - B18(B26) und B28A
• - B19(B26) und B28B
• - B8 und B20
• - B20 und B28A
• - B5(B26) und B29
• - B5(B26) und B12
• - B5(B26) und B13
• Die Anordnung von 15 zeigt einen Multiplexer, der eine Abwandlung des Multiplexers von 14 darstellt. Während gemäß 14 ein erster Bandschalter zwischen der Teilschaltung von 1 und einer zusätzlichen Teilschaltung am zweitem gemeinsamen Knoten auswählen kann, sind in 15 erster und zweiter gemeinsamer Knoten GK, GK2 direkt miteinander verbunden. Die zusätzliche Teilschaltung am zweitem gemeinsamen Knoten bzw. die damit verbundenen zusätzlichen Signalpfade sind wie in 14 beschrieben ausgeführt. Auch dieser Multiplexer ermöglicht die oben für 14 angegebenen Bandkombinationen.
• Alternativ (nicht dargestellt) können in einer Variante von 15 die Schalter S und die damit zuschaltbaren Impedanzen am Duplexer D5₂₆ und am Duplexer D6₂₈ jeweils durch eine abstimmbare Impedanz wie in 6B, 7B und 7C dargestellt, ersetzt werden. Ebenso können auch wieder die Phasenschieber abstimmbar oder schaltbar sein.
• In einer weiteren Variante (nicht dargestellt) sind am zweiten gemeinsamen Knoten GK2 alternativ andere Signalpfade angeschlossen und jeweils mit einem Bandschalter auswählbar. Dies sind ein Signalpfad für Band B8 mit einem Phasenschieber und einem Duplexer, sowie ein Signalpfad für Band B20 mit einem Phasenschieber und einem Duplexer. Der Duplexer für Band B8 kann wieder mit einem Notch verbunden sein, der schaltbare Impedanzen oder eine abstimmbare Impedanz umfasst.
• Da die Erfindung nur anhand weniger Ausführungsbeispiele ausführlich erläutert werden konnte, ist sie nicht auf diese beschränkt. Allein die Tatsache, dass der Multiplexer nahezu unbegrenzt rekonfigurierbar ist, erlaubt es, eine Vielzahl von Signalpfaden über entsprechende Bandschalter und Phasenschieber zu kombinieren. Jedes TX-Filter kann mit Hilfe eines Notches in seinem Übertragungsverhalten verbessert werden, indem bei einer gewünschten Frequenz ein zusätzlicher Pol mit in der Folge verbesserter Isolation im Gegenband erzeugt werden kann. Ein erfindungsgemäßer Multiplexer wird jedoch bereits ohne diesen Notch erhalten, der lediglich die Isolation verbessert und nicht für das Multiplexing an sich benötigt wird. Der Multiplexer erlaubt sowohl Carrier Aggregation für Rx Betrieb als auch für Tx Betrieb. Prinzipiell lässt sich das Notchkonzept auch in analoger Weise auf Rx Filter anwenden.
• Die folgende Tabelle 2 gibt die Frequenzlagen der Bänder 5, 7, 12, 13, 17, 25, 29, 30, 38 und 40 an. Gemäß dem 3GPP Standard 3GPP TS36.101 V13.3.0 (2016-03) sind Zwei-Band Carrier Aggregation Kombinationen von Band 5 mit je einem der anderen verbleibenden Bänder vorgesehen: Tabelle 2

  Band	Tx (MHz)			Rx (MHz)
  5	824	849		869	894	FDD
  7	2500	2570		2620	2690	FDD
  12	699	716		729	746	FDD
  13	777	787		746	756	FDD
  17	704	716		734	746	FDD
  25	1850	1915		1930	1995	FDD
  29	N/A			717	728	FDD
  30	2305	2315		2350	2360	FDD
  38	2570	2620		2570	2620	TDD
  40	2300	2400		2300	2400	TDD

• Alle diese CA Paarungen lassen sich mit einem erfindungsgemäßen Multiplexer realisieren.
• Ebenso sind dem vorgeschlagenen Multiplexer CA Bandkombinationen von 3, 4 oder 5 Bändern möglich.
• Beispiele für 3-CA Kombinationen sind z.B. 2-5-12; 2-5-13; 2-5-29 und 1-5-7.
• Beispiele für 4-CA Kombinationen sind z.B. 2-2-5-7; 4-4-5-30, 4-4-5-12, 2-4-5-29 und 2-4-5-30.
• Fünf-Bänder CA-Kombinationen sind bislang noch nicht definiert aber ebenfalls denkbar.
• Begriffs- und Bezugszeichenliste

A

Antennenanschluss

B3,B5

Frequenzbänder

BS

Bandschalter

Cv

abstimmbare Kapazität

CTR

Steuereinheit

D

Duplexer

DI

Diplexer

F

Filter

GK,GK1,GK2

gemeinsamer Knoten

I

Impedanz

IE

Impedanzelemente

IT

Terminierungsimpedanz an einem BS

Iv

abstimmbare Impedanz

N

Notch, Notchfilter

PS

Phasenschieber

S

Schalter

SP

Signalpfad

TF

Teilfilter Bypass CA Bandkombination Frequenzband

L

Induktivität Multiplexer Parallelarme, darin Serienarm Single-Pol-Schalter Tx Teilfilter Unterbrecherschalter

Claims (10)

1. Multiplexer - mit einer Mehrzahl von Filtern und/oder Duplexern (D1-D6), die jeweils einem Frequenzband (12, 13, 28A, 28B, 29, 26) zugeordnet sind, - mit einem Bandschalter (BS1, B26), der einen Antennenanschluss (A) wahlweise mit einem oder mehreren der Filter und/oder Duplexer (Di-D6) gleichzeitig verbinden kann, - mit einem oder mehreren Phasenschiebern (PS1 - PS6) zur Einstellung einer geeigneten Phasenlage eines Filters oder Duplexers (D1-D6) während eines Multiplexbetriebs, wobei optional ein Phasenschieber (PS) zwischen dem Bandschalter (BS) und einem jeden der Filter oder Duplexer (D) angeordnet ist, - mit zumindest einem Notch (N6), der einem der Filter oder einem Teilfilter (TX) eines Duplexers (D6) zur Verbesserung der InterbandIsolation in einem gegebenen Multiplexbetrieb zuschaltbar ist, wobei das Filter mit dem zuschaltbaren Notch (N6) ein Tx Filter oder ein Tx Teilfilter ist.
2. Multiplexer nach dem vorangehenden Anspruch, bei dem das Filter mit dem zuschaltbaren Notch in Ladder-Type-Technologie ausgeführt ist und einen Serienarm sowie mehrere Parallelarme mit Impedanzelementen umfasst, bei dem der Notch eine Impedanz mit gegebenem Wert umfasst, die schaltbar mit einem Parallelarm des Tx Filters oder des Teilfilters verbunden werden kann und/oder bei dem der Notch eine abstimmbare Impedanz umfasst.
3. Multiplexer nach dem vorangehenden Anspruch, bei dem die Impedanz des Notch eine Induktivität umfasst.
4. Multiplexer nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Tx Filter oder das Tx Teilfilter in Ladder-Type-Technologie ausgeführt ist und einen Serienarm sowie mehrere Parallelarme mit Impedanzelementen umfasst, bei dem einer der Parallelarme mit einem Schalter verbunden ist, bei dem über den Schalter einzelne oder parallel mehrere Impedanzen mit dem Parallelarm des Tx Filters oder des Tx Teilfilters verbunden werden können.
5. Multiplexer nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Tx Filter oder das Tx Teilfilter in Ladder-Type-Technologie ausgeführt ist und einen Serienarm sowie mehrere gegen Masse geschaltete Parallelarme mit Impedanzelementen umfasst, bei dem in einem der Parallelarme in Serie zum Impedanzelement eine abstimmbare Impedanz geschaltet ist.
6. Multiplexer nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Notch ein Notchfilter ist, das in Serie zwischen dem Bandschalter und dem Tx Filter oder dem Tx Teilfilter geschaltet ist, bei dem das Notchfilter mit einem Bypass überbrückt werden kann, wobei der Bypass mit einem Unterbrecherschalter zu- und abgeschaltet werden kann.
7. Multiplexer nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem zwischen einem Filter oder Duplexer und dem Bandschalter und optional zwischen jedem Filter oder Duplexer und dem Bandschalter ein Phasenschieber geschaltet ist, von denen zumindest einer ein fixer Phasenschieber ist, der eine vorbestimmte Phasenverschiebung erzeugt, wobei zumindest ein weiterer ein variabler Phasenschieber ist, mit dem sich unterschiedliche Phasenverschiebungen einstellen lassen.
8. Multiplexer nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einem Diplexer, Triplexer oder höheren Multiplexer, der dem Bandschalter vorgeschaltet ist und einen Low Band Bereich von einem darüber liegenden Frequenzbereich trennt.
9. Multiplexer nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Bandschalter Single-Pol-Schalter umfasst, die jeweils ein Filter oder einen Duplexer entweder mit dem Antennenanschluss oder mit einer festen Terminierung verbinden können bei dem jedes Filter oder jeder Duplexer über einen optionalen Phasenschieber und einen Single-Pol-Schalter mit dem Antennenanschluss verbindbar ist.
10. Multiplexer nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Multiplexer für CA Bandkombinationen ausgelegt ist, die die Kombination eines ersten Duplexers mit einem zweiten Duplexern umfasst, der ausgewählt ist aus einer Mehrzahl von weiteren Duplexern, bei dem mehrere oder alle Phasenschieber abstimmbar, geschaltet, oder rekonfigurierbar ausgebildet sind bei dem der Notch für mehrere oder alle Tx Filter oder Tx Teilfilter, die für die CA Kombinationen vorgesehen sind, abstimmbar, schaltbar oder rekonfigurierbar ausgebildet ist.