DE60207546T2

DE60207546T2 - Antennenschnittstelleneinheit

Info

Publication number: DE60207546T2
Application number: DE60207546T
Authority: DE
Inventors: S. Stanley TONCICH
Original assignee: Kyocera Wireless Corp
Current assignee: Kyocera Wireless Corp
Priority date: 2001-04-11
Filing date: 2002-04-04
Publication date: 2006-07-27
Anticipated expiration: 2022-04-05
Also published as: JP2004523993A; WO2002084782A3; DE60207546D1; EP1384281A2; EP1384281B1; WO2002084782A2; ATE311018T1; ES2252445T3; JP4216080B2

Description

HINTERGRUND
Drahtlose Kommunikationsvorrichtungen, wie zum Beispiel, aber nicht beschränkt auf drahtlose Telefone, verwenden viele elektronische Bauelemente, um Signale über die Luft zu senden und zu empfangen. Ein Transceiver ist der Teil eines drahtlosen Telefons, der tatsächlich Signale sendet und empfängt. Das Vorderteil eines Transceivers ist der Teil eines Transceivers, der der Luftschnittstelle in dem Signalweg am nächsten liegt. Das Vorderteil weist eine Antenne und verschiedene Bauelemente nahe der Antenne in dem Signalweg auf. Verschiedene der in dem Vorderteil des Transceivers erforderlichen Bauelemente sind Leistungsverstärker (PA's), Entkoppler, rauscharme Verstärker (LNA's) und Multiplexer. Alle diese Komponenten werden typischerweise als gehäuste Bausteine hergestellt. In dem Fall eines PA oder eines LNA weist dieses Gehäuse typischerweise den aktiven Baustein und interne Eingangs- und Ausgangs-Anpassungsschaltungen auf, um die Eingangs- und Ausgangswiderstände auf einen Industriestandard 50 Ohm zu bringen.
In einer gängigen Ausführungsform weist der gehäuste PA einen auf einer Keramik oder einem anderen Substrat platzierten Hochleistungs-FET (zum Beispiel GaAs) auf. Andere aktive Bausteine können verwendet werden, wie zum Beispiel bipolare Flächentransistoren (BJT's) und Transistoren mit hoher Elektronenmobilität (HEMT's). Die Anpassungsschaltungen können auf dem Keramiksubstrat gestaltet sein, oder sie können unter Verwendung konzentrierter Oberflächenmontage (SMT)-Bauelemente hergestellt sein. Der FET ist mit dem Gehäusesubstrat, eventuell mit einem metallischen Kühlkörper verbunden, und dann typischerweise mit seinem Eingangs-, Ausgangs- und Vorspannungs-Pad unter Verwendung von Bonddrähten verbunden.
Abhängig von den Erfordernissen können auch mehrstufige PA-Bausteine verwendet werden. Das bedeutet, dass ein PA-Baustein mehr als einen verstärkenden Transistor aufweisen kann. Das kann aus einer Anzahl von Gründen erforderlich sein. Ein möglicher Grund ist, die erforderliche Verstärkung zu erzeugen. In dem Fall eines mehrstufigen PA-Bausteins können auch Zwischen-Impedanzanpassungsschaltungen verwendet werden, um zwischen dem Ausgang einer Stufe und dem Eingang der folgenden Stufe anzupassen.
Die Eingangs-, Ausgangs- und Biasleitung zu dem FET sind zu dem Keramiksubstrat heruntergeleitet. Nach dem Durchlaufen der Anpassungsschaltungen werden die Eingangs- und Ausgangsleitungen von dem Substrat weg herunter zu der unterliegenden Leiterplatte (in den meisten Fällen aus FR-4 hergestellt) durch Anschlüsse an dem PA-Gehäuse geleitet. Ein weiteres Drahtbonden kann erforderlich sein, um die Gehäuse-Pads mit der Eingangs-, Ausgangs- und Biasleitung zu verbinden.
Das Gehäuse weist ferner irgendeine Art von Verpackung (typischerweise Polymer) auf, die ganz oder teilweise den FET und das die Anpassungsschaltungen haltende Keramiksubstrat umhüllt. Die Eingangs-, Ausgangs- und Bias-Zuleitungen findet man am Rand der Verpackung.
Entkoppler, Duplexer, Diplexer und rauscharme Verstärker (LNA's) werden in weithin gleicher Weise behandelt. Als gehäuste Bausteine haben sie alle ihre separaten Substrate mit ihren separaten Anpassungsschaltungen, die ihre Eingangs- und Ausgangsimpedanzen auf 50 Ohm bringen.
Meist kann eine RF-Messeinrichtung nur Teile bei einer Impedanz von etwa 50 Ohm prüfen. Hersteller und Entwickler möchten typischerweise in der Lage sein, jedes Teil separat zu prüfen. Historisch war es die einzige Möglichkeit, dies zu tun, wenn jedes Teil eine Eingangs- und eine Ausgangsimpedanz von etwa 50 Ohm hatte. Aus diesem Grund wurden Teile wie zum Beispiel PA's und LNA's typischerweise mit Impedanzen gleich etwa 50 Ohm hergestellt. Dies erforderte die Verwendung von aufwendigen Eingangs- und Ausgangs-Anpassungsschaltungen für viele dieser Teile.
Ein Duplexer ist eines der grundlegenden Bauelemente in einem Vorderende des Transceivers. Der Duplexer hat drei Anschlüsse (ein Anschluss ist ein Eingang oder ein Ausgang). Ein Anschluss ist mit einer Antenne gekoppelt. Ein zweiter Anschluss ist mit dem Sendesignalweg des Transceivers gekoppelt. Der Duplexer koppelt den Sendeweg mit der Antenne, so dass das Sendesignal über die Antenne gesendet werden kann.
Ein dritter Anschluss ist mit dem Empfangsweg des Transceivers gekoppelt. Die Antenne koppelt die Antenne mit dem Empfangsweg, so dass das empfangene Signal durch den Empfangsweg des Transceivers empfangen werden kann.
Es ist eine wichtige Funktion des Duplexers, das Sendesignal von dem Empfangsweg des Transceivers zu entkoppeln. Das Sendesignal ist typischerweise viel stärker als das Empfangssignal. Etwas von dem Sendesignal gelangt inhärent in den Empfangsweg. Aber dieses Sendesignal, das in den Empfangsweg gelangt, muss sehr reduziert (oder gedämpft) sein. Anderenfalls wird das Sendesignal, das in den Empfangsweg gelangt, das Empfangssignal verdrängen oder überdecken. Dann wird das drahtlose Telefon nicht in der Lage sein, das Empfangssignal für den Benutzer zu identifizieren und zu dekodieren.
Eine Antennenschnittstelle ist in US 5,973,568 (Motorola Inc.), 26. Oktober 1999 (26.10.1999) beschrieben. Die Antennenschnittstelle weist einen Multiplexer, einen Leistungsverstärker und eine Leistungsverstärker-Anpassungsschaltung auf, die zwischen dem Multiplexer und dem Leistungsverstärker gekoppelt ist.
Eine weitere Antennenschnittstelle ist in US 5,652,599 (Qualcomm, Incorporated), 29. Juli 1997 (29.07.1997) offenbart. Die Antennenschnittstelle weist einen ersten Multiplexer, einen Diplexer und eine Anpassungsschaltung auf, die zwischen dem Diplexer und dem Multiplexer gekoppelt ist.
Abstimmbare Filter mit ferroelektrischen Kondensatoren sind in EP 843374A (Sharp Kabushii Kaisha), 9. April 2003 (09.04.2003) und in WO 00/35042 (Paratek Microwave, Inc.), 15. Juni 2000 (15.06.2000) beschrieben.
Die erforderliche Dämpfung des Sendesignals, das in den Empfangsweg gelangt, wird mit einigem Aufwand erreicht. Der Duplexer dämpft auch das Sendesignal, das zu der Antenne zur Sendung geht. Diese Dämpfung in dem zu der Antenne gehenden Sendesignal ist als Verlust bekannt. Es wäre vorteilhaft, den Sendewegverlust in dem Duplexer zu reduzieren.
Außerdem muss der Duplexer typischerweise groß sein, um die Empfangspfaddämpfung des Sendesignals zu erreichen. Die Konsumenten fordern ständig immer kleinere drahtlose Telefone mit immer mehr Funktionen und einer besseren Leistung. Somit wäre es vorteilhaft, die Größe des Duplexers zu reduzieren, während die Sendesignaldämpfung in dem Empfangsweg aufrechterhalten oder verbessert wird und während gleichzeitig der Sendesignalverlust zu der Antenne aufrechterhalten oder verbessert wird.
Übersicht
Ein signifikanter Teil der Kosten, der Größe und des Energieverbrauchs von drahtlosen Kommunikationseinrichtungen entfallen auf Transceiver. Ein signifikanter Teil der Kosten, der Größe und des Energieverbrauchs des Transceivers entfallen auf das Vorderende einschließlich Antennen, Duplexer, Diplexer, Entkoppler, PA's, LNA's und ihre Anpassungsschaltungen. Es wäre vorteilhaft, die Kosten, die Größe und den Energieverbrauch dieser Teile individuell und gemeinsam zu reduzieren.
In Kürze sieht die vorliegende Erfindung einen ferroelektrischen, abstimmbaren, mit einem oder mehreren der anderen Teile integrierten Duplexer vor. Diese Kombination wird hierin als eine Antennenschnittstelleneinheit bezeichnet. Insbesondere, zusätzlich zu dem Hinzufügen der ferroelektrischen Abstimmbarkeit, integriert die vorliegende Erfindung eines oder mehrere der obigen Bauelemente auf einem Substrat. Die Bauelemente sind an einem Substrat entweder durch Platzieren jedes Bauelements mit der geeigneten Anpassungsschaltung direkt auf dem Substrat oder durch direkte Herstellung des Bauelements und der Anpassungsschaltung in oder auf dem Substrat integriert.
Zum Beispiel ist in dem Fall des Integrierens des PA, des Entkopplers und des Duplexers der aktive PA-Baustein (d.h. GaAs FET) direkt auf dem gemeinsamen Substrat platziert. Als Teil der Integration von Komponenten können die Anpassungsschaltungen für die Komponenten auf dem gemeinsamen Substrat gestaltet oder platziert werden. Die Anpassungsschaltung für den PA würde auf diesem Substrat gestaltet oder platziert werden. Der Entkoppler, wenn verwendet, könnte direkt auf diesem gemeinsamen Substrat hergestellt oder als ein diskretes Bauelement montiert werden.
Die Anpassungsschaltung zwischen dem Entkoppler und dem Duplexer würde auf dem Substrat gestaltet oder hergestellt werden. Der Anschluss des Entkopplers würde auf diesem Substrat gestaltet sein, mit dem Eisen-Puck, dem Magneten und der über ihm platzierten Abschirmung.
Für Zwecke der Integration kann ein Stripline-Duplexer bevorzugt sein, da er das gemeinsame Substrat als eine Hälfte von jedem Resonator verwenden würde. Außerdem ist seine Länge kürzer als eine entsprechende Mikrostrip-Realisierung. Was immer für eine Art von Duplexer verwendet wird, jegliche Kopplungs- und Abstimmkondensatoren würden auf dem gemeinsamen Substrat gestaltet sein. Es versteht sich, dass die gleiche Art von Integration für die LNA-, die Diplexer- und die Antennen-Anpassungsschaltung ausgeführt werden kann. Wenn ein minimaler Verlust eine Hauptanforderung für einen nach dem PA angeordneten BPF, Duplexer oder Multiplexer ist, dann muss ein verlustarmes Substrat verwendet werden, wie es dem Fachmann gut bekannt ist.
Die Topologie der Anpassungsschaltungen wären typische Anpassungsschaltungs-Topologien mit zwei Hauptausnahmen: (1) sie wären mit anderen Teilen und Anpassungsschaltungen auf dem gemeinsamen Substrat integriert und (2) sie können ferroelektrische abstimmbare Bauelemente aufweisen, obgleich sie nicht alle ferroelektrische abstimmbare Bauelemente aufweisen müssen. Die PA- und die Entkoppler-Anpassungsschaltung wären typischerweise PI-Anpassungsschaltungen (Parallelkondensator, Serieninduktivität oder Mikrostreifenleitung, Parallelkondensator). Der Entkoppler verwendet typischerweise reaktive Serien- oder Parallelstromkreise. Die Diplexer- und die Duplexer-Anpassungsschaltung wären typischerweise einfach Serieneingangs- und -ausgangskondensatoren. Die Antennen-Anpassungsschaltung wäre eine PI- oder T-Schaltung mit L-C-Stufen, die eine Anpassungsschaltung höherer Ordnung bilden. Vorzugsweise würde der Duplexer wie in US 2002/0163400 (Toncich), 7. November 2002 (07.11.2002) beansprucht sein.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Blockdiagramm einer Seitenansicht einer Antennenschnittstelleneinheit.
2 ist eine schematische Darstellung einer Leistungsverstärker-Anpassungsschaltung.
3 ist eine schematische Darstellung einer erweiterten Leistungsverstärker-Anpassungsschaltung.
4A ist eine schematische Darstellung einer Mehrband-Leistungsverstärker-Anpassungsschaltung.
4B ist eine schematische Darstellung einer anderen Mehrband-Leistungsverstärker-Anpassungsschaltung.
5 ist eine schematische Darstellung eines Entkopplers und seiner drei Anpassungsschaltungen.
6A ist eine schematische Darstellung einer LNA-Anpassungsschaltung.
6B ist ein Schaubild des Frequenzgangs eines LNA-Rauschfaktors.
7 ist eine schematische Darstellung einer Antennen-Anpassungsschaltung.
8 ist ein Blockdiagramm einer Antennenschnittstelleneinheit.
9 ist ein Blockdiagramm einer Antennenschnittstelleneinheit.
10 ist ein Blockdiagramm einer Antennenschnittstelleneinheit.
11 ist ein Blockdiagramm einer Antennenschnittstelleneinheit.
12 ist ein Blockdiagramm einer Antennenschnittstelleneinheit.
13 ist ein Blockdiagramm einer Antennenschnittstelleneinheit.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Es ist nun unter Bezugnahme auf 1 eine integrierte Antennenschnittstelleneinheit (AIU) 12 gezeigt. Obwohl ein Duplexer gezeigt ist, wie er in einem mobilen CDMA-Gerät üblich ist, könnte ebenso ein Multiplexer verwendet werden. Obwohl die Beschreibung, die folgt, durchweg einen Duplexer beschreibt, versteht es sich, dass der Duplexer durch einen Multiplexer oder ein BPF ersetzt werden könnte. Eine PA-Einheit 20, eine Entkopplereinheit 24 und ein Duplexer 28 sind alle an einem gemeinsamen Substrat 16 befestigt, wodurch das Erfordernis nach einzelnen Substraten für jede dieser Komponenten eliminiert wird.
Das Substrat besteht vorzugsweise aus einem sorgfältig ausgewählten Material. Die Substratparameter, die typischerweise kritisch sind, sind die Dielektrizitätskonstante, der Verlusttangens, die thermischen Eigenschaften, die Kosten und die Leichtigkeit der Verarbeitung. Typischerweise sollte eine Dielektrizitätskonstante kleiner als etwa 40 sein, und der Verlusttangens sollte kleiner als etwa 0,001 in dem interessierenden Frequenzbereich sein. Ein verlustarmes Substrat kann teurer als ein verlustreicheres Substrat sein. Ein Entwickler muss oft die Frage der Kosten und der Leistungsparameter, wie zum Beispiel des Verlustes, abwägen. Außerdem muss auch der Metallverlust minimiert werden. Es muss ein Substrat gewählt werden, das ein verlustarmes Metall aufnehmen kann.
Vorteile der Integration von Komponenten mit einem Multiplexer umfassen: (1) Reduzierung des mit der integrierten Einrichtung verbundenen Gesamtverlustes verglichen mit demjenigen, der sich aus der Verwendung diskreter Teile ergibt, was es somit leichter macht, Anforderungen zu erfüllen; (2) Reduzierung der Anschlussfläche der Tx-Kette in dem Teilsystem; (3) Reduzierung der Gesamtteilezahl, insbesondere soweit ein Hersteller einer drahtlosen Kommunikationseinrichtung betroffen ist; (4) Reduzierung von Kosten infolge einer reduzierten Gehäuse- und Teilezahl, (5) Integration von ferroelektrischen einstellbaren Bauelementen mit niedrigeren zusätzlichen Verlusten und Beanspruchen von weniger Platz, als wenn sie als einzelne, konzentrierte Bauelemente eingebracht würden.
Eine auf dem Substrat 16 angeordnete PA-zu-Entkoppler-Anpassungsschaltung 41 koppelt die PA-Einheit an die Entkopplereinheit 24. Eine auf dem Substrat 16 angeordnete Entkoppler-zu-Duplexer-Anpassungsschaltung 44 koppelt den Entkoppler an den Duplexer.
Vorzugsweise wird ein Entkoppler verwendet, er ist aber optional. Wenn kein Entkoppler verwendet wird, versteht es sich, dass der Entkoppler entfernt wird und die PA-zu-Entkoppler-Anpassungsschaltung und die Entkoppler-zu-Duplexer-Anpassungsschaltung durch eine PA-zu-Duplexer-Anpassungsschaltung ersetzt werden. Es gibt zwei Hauptgründe, dass es ein Entwickler vorziehen wird, einen Entkoppler in einer Ausführung, wie hier offenbart, zu verwenden. Die Gründe sind: (1) der dem Entkoppler vorangehenden Einrichtung (in diesem Fall der PA) eine gewisse Lastimpedanz zur Verfügung zu stellen; und (2) zu verhindern, dass sich unerwünschte Signale zurück in die dem Entkoppler vorangehende Einrichtung (in diesem Fall den PA) fortpflanzen. Unerwünschte, sich zurück zu dem PA fortpflanzende Signale können bewirken, dass sich ein inakzeptables Mischen oder eine inakzeptable Verzerrung oder beides bildet, was den Gesamtentwurf inakzeptabel machen kann.
Wie im Stand der Technik gut bekannt ist, gibt es viele Fälle, in denen der Entkoppler eliminiert werden kann. Das ist so, wenn: (1) dem PA eine akzeptable Last unter Betriebsbedingungen angeboten werden kann; oder (2) der Entkoppler durch einen geeigneten Koppler oder eine passive Hybrideinrichtung ersetzt werden kann, die den Effekt einer Rückleistungsfortpflanzung auf dem gewünschten Signalweg reduziert. Passive Koppler oder passive Hybridkoppler können leichter durch direkte Herstellung auf dem Substrat implementiert werden, wie in dieser Anmeldung dargestellt.
Diese spezielle Konfiguration der AIU 12 ist nur zwecks eines Beispiels und einer Illustration gezeigt und ausführlich beschrieben. Die AIU 12 muss nicht einen PA 20 oder einen Entkoppler 24 aufweisen. Wie allgemeiner mit Bezug auf die 8–13 beschrieben werden wird, hat die AIU immer einen abstimmbaren Multiplexer und irgendeine andere Komponente auf einem gemeinsamen Substrat. Außerdem gibt es viele mögliche Komponenten, die mit dem Multiplexer integriert werden können, um die RIU zu bilden. Der PA und der Entkoppler sind nur zwei Beispiele.
Der PA kann auch mehrere aktive Einrichtungen aufweisen. Das wird ein Kaskaden-PA genannt. Die Erörterung wird bezüglich einer aktiven Einrichtung durchgeführt, der Fachmann wird jedoch verstehen, dass diese Erörterung auf Kaskaden-PA's angewendet werden könnte.
Da die Anpassungsschaltungen und die Komponenten auf einem gemeinsamen Substrat 16 liegen, müssen die Impedanzanpassungen nicht auf dem Industriestandard 50 Ohm liegen. Stattdessen kann die Impedanzanpassung von der Ausgangs-Eigenimpedanz Z_o einer Komponente auf die Eingangs-Eigenimpedanz Z_i der nächsten Komponente vorgenommen werden.
Wenn beispielsweise, wieder mit Bezug auf 1, die PA-Einheit 20 eine Ausgangsimpedanz von etwa 2,5 Ohm und die Entkopplereinheit 24 eine Eingangsimpedanz von etwa 12,5 Ohm hat, wird die PA-zu-Entkoppler-Anpassungsschaltung 41 die Impedanz von 2,5 Ohm an der PA-Einheit 20 an 12,5 Ohm an der Entkopplereinheit 24 anpassen. Dies steht im Gegensatz zum Stand der Technik. Im Stand der Technik würde die PA-Einheit typischerweise ihr eigenes Substrat haben, und die Entkopplereinheit würde typischerweise ihr eigenes Substrat haben. Die PA-Einheit würde ihre eigene Anpassungsschaltung haben, die von dem Ausgang des PA (zum Beispiel 2,5 Ohm) hoch auf 50 Ohm anpassen würde. Die Entkopplereinheit würde ihre eigene Anpassungsschaltung haben, die von 50 Ohm herunter an den Entkoppler (zum Beispiel 12,5 Ohm) anpassen würde. Es würde bei dieser Aufwärtsanpassung von 2,5 Ohm auf 50 Ohm und von 50 Ohm zurück herunter auf 12,5 Ohm einen zusätzlichen Verlust in dem Signal geben.
Ein weiterer Vorteil beim Anpassen von der Ausgangs-Eigenimpedanz einer Einrichtung auf die Eingangs-Eigenimpedanz einer anderen Einrichtung ist, dass oft eine einfachere Topologie in dem Anpassungsnetzwerk verwendet werden kann, wenn Z_o und Z_i im Wert enger liegen als sie es beispielsweise nach dem Industriestandard 50 Ohm tun. Ein einfacheres Anpassungsnetzwerk führt zu einer kleineren zusätzlichen Variation infolge einer Komponentenvariation, als es ein komplexeres Netzwerk tut. In dem Grenzfall, wo zum Beispiel Z_o = Z_i ist, wird kein Anpassungsnetzwerk zwischen benachbarten Einrichtungen in dem Signalweg benötigt. Im Stand der Technik ist jede Einrichtung typischerweise an den Industriestandard 50 Ohm angepasst.
Wieder Bezug nehmend auf 1 ist der Duplexer 28 ein verlustarmer abstimmbarer Duplexer, wie in US 2002/0163400 (Toncich), 7. November 2002 (07.11.2002) beschrieben. Ferroelektrische Bauelemente wie zum Beispiel ferroelektrische Kondensatoren werden verwendet, um den Duplexer abzustimmen.
Die integrierte Antennenschnittstelleneinheit hat einen signifikant kleineren Verlust in dem Sendeweg als nichtintegrierte Übertragungsketten. Das Integrieren von Komponenten, zum Beispiel des PA, eliminiert verlustbehaftete Zusatzeinrichtungen, die in US 2002/0175878 (Kyocera Wireless Corp.), 28. November 2002 (28.11.2002) beschrieben sind. Insbesondere wird eine elektrische Verbindung zwischen dem PA-Substrat und dem gemeinsamen Substrat eliminiert. Im Stand der Technik ist der PA typischerweise auf seinem eigenen Substrat hergestellt. Wenn eine Kommunikationseinrichtung gebaut wird, die den PA einbezieht, muss eine elektrische Verbindung zwischen dem PA-Substrat und dem gemeinsamen Substrat hergestellt werden. Ob das durch SMD-Technik (SMT), Handlöten, Drahtbonden oder irgendein anderes Befestigungsverfahren erreicht wird, Befestigungsverluste werden hinzugefügt. Durch Befestigen des PA direkt auf dem gemeinsamen Substrat werden diese Verluste vermieden.
Nun ist mit Bezug auf 2 eine PA-Anpassungsschaltung 48 gezeigt. Ein PA 50 hat einen Eingang 52 und einen Ausgang 54. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Ausgang 54 an einen ersten Kondensator 56 gekoppelt. Der erste Kondensator 56 ist auch an Masse gekoppelt. Der Ausgang 54 ist auch an ein induktives Element 58 gekoppelt. Das induktive Element 58 kann ein konzentriertes Induktivitätselement, eine Mikrostreifenleitung oder irgendein anderes, in der Technik bekanntes induktives Element sein. Das induktive Element 58 ist auch an einen zweiten Kondensator 60 gekoppelt. Die Verbindung zwischen dem induktiven Element 58 und dem zweiten Kondensator 60 bildet den Ausgang 65 der PA-Anpassungsschaltung 48. Der Ausgang 54 des PA 50 ist auch an eine Biasschaltung gekoppelt. Die Biasschaltung weist typischerweise eine Induktivität 68, einen dritten Kondensator 71 und eine Spannungsquelle 74 auf.
Eine weitere beispielhafte Anpassungsschaltungs-Topologie ist in 3 gezeigt. Die Anpassungsschaltung 72 ist gleich der in 2 gezeigten Anpassungsschaltung 48, außer dass die Anpassungsschaltung 72 in 3 ein zusätzliches induktives Element 75 und einen zusätzlichen Kondensator 76 aufweist.
Auch befindet sich der Ausgang 78 dieser Anpassungsschaltung 72 an der Verbindung des induktiven Elements 75 und des Kondensators 76. Irgendwelche oder alle der induktiven und kapazitiven Bauelemente können abstimmbar sein.
Es wird von dem Fachmann verstanden werden, dass unterschiedliche Anpassungsschaltungs-Topologien verwendet werden können, um die PA-Anpassungsschaltung zu implementieren. Im allgemeinen wird eine komplexere Anpassungsschaltung eine größere Steuerung in der Anpassung auf Kosten eines erhöhten Einfügungsverlustes (I.L.) infolge der endlichen Komponente Q sowie höherer Kosten und eines erhöhten Platinenplatzes erlauben.
Wieder mit Bezug auf 1 ist der PA direkt auf dem Substrat 16 platziert, und die mit Bezug auf 2 beschriebene Anpassungsschaltung ist direkt auf dem Substrat 16 hergestellt. Die Kondensatoren können direkt auf dem Substrat 16 als Interdigitalkondensatoren, Spaltkondensatoren oder Overlay-Kondensatoren hergestellt werden, wie es in der Technik gut bekannt ist. Durch Herstellen der PA-Einheit 20, der PA-zu-Entkoppler-Anpassungsschaltung 41 und der Entkopplereinheit 24 direkt auf dem selben Substrat 16 werden zusätzlich zu den vorher beschriebenen Verlusten, die aus dem Anpassen der Impedanzen hoch auf und zurück herunter von 50 Ohm resultieren, Befestigungsverluste vermieden. Im Stand der Technik müssen die separaten Substrate für die PA-Einheit und die Entkopplereinheit elektrisch und mechanisch an einem gemeinsamen Substrat oder einer gemeinsamen Platine befestigt werden. Es gibt Verluste, die mit der Befestigung dieser zusätzlichen Substrate verbunden sind. Schließlich gibt es einen zusätzlichen Verlust in der elektrischen Leitung, die die separaten Substrate auf dem gemeinsamen Substrat oder der gemeinsamen Platine verbindet. Durch Kombinieren des PA und des Entkopplers auf einem gemeinsamen Substrat werden diese Verluste eliminiert oder signifikant reduziert.
Wieder mit Bezug auf 2 können die Kondensatoren 56 und 60 unter Verwendung verlustarmer abstimmbarer ferroelektrischer Materialien und Verfahren abstimmbar sein, wie in US 2002/0163400 (Tonich), 7. November 2002 (07.11.2002) und US 2002/0175878 (Kyocera Wireless Corp.), 28. November 2002 (28.11.2002) beschrieben. Dies würde den Verlust durch Bereitstellen einer optimalen Impedanzanpassung sogar weiter reduzieren. Die in den 2 und 3 gezeigten Anpassungsschaltungen werden verwendet, um ein Einzelband, wie zum Beispiel das PCS-Band, oder das Zellularband abzustimmen. Gegenwärtig können diese Anpassungsschaltungen eine Abstimmbarkeit von wenigstens 15% erreichen.
Dies ermöglicht eine Abstimmung sogar über mehrere internationale PCS-Bänder, wie zum Beispiel vom Indien-PCS-Band zu dem U.S.-PCS-Band. Um über eine größere Frequenz abzustimmen, zum Beispiel von dem U.S.-PCS-Band bei etwa 1900 MHz zu dem U.S.-Zellularband bei etwa 800 MHz, muss die PA-zu-Entkoppler-Anpassungsschaltung eine größere Abstimmbarkeit aufweisen.
Zum Abstimmen eines PA über mehr als ein PCS-Band benötigt auch die Eingangs-Anpassungsschaltung eine Abstimmung. Ob eine Abstimmung der Eingangs-Anpassungsschaltung notwendig ist oder nicht, kann auf einer Basis des fallweisen Vorgehens bestimmt werden. In diesem Fall wird die gleiche Technik verwendet, wie sie für die Ausgangs-Anpassungsschaltung verwendet wird.
Eine erhöhte Abstimmbarkeit wird durch Hinzufügen mikroelektromechanischer Schalter (MEMS) zu der Anpassungsschaltung erzielt. Nun ist mit Bezug auf 4A eine Multiband-PA-Anpassungschaltung 31 gezeigt. Die Anpassungsschaltung 31 ist gleich der von 2, außer dass verschiedene zusätzliche Bauelemente mit der Fähigkeit, diese Bauelemente mit MEMS der Schaltung 31 zuzuschalten und von der Schaltung wegzuschalten, hinzugefügt wurden. Der Ausgang 35 eines PA 33 ist, wie in 2, an einen ersten Kondensator 37 und an ein erstes induktives Element 39 gekoppelt. Das erste induktive Element 39 ist an einen zweiten Kondensator 43 gekoppelt. Hier aber ist der Ausgang 35 des PA 33 auch an einen ersten MEMS 45 zum selektiven Koppeln an einen dritten Kondensator 47 gekoppelt. Das erste induktive Element 39 und der zweite Kondensator 43 sind auch an einen zweiten MEMS 80 zum selektiven Koppeln an einen vierten Kondensator 83 gekoppelt. Diese Schalter 45 und 80 und die Kondensatoren 47 und 83 verändern die Kapazität der Anpassungsschaltung 31.
Außerdem ist das erste induktive Element 39 an jeweils einem Ende an MEMS 86 und 89 zum selektiven Koppeln an ein zweites induktives Element 92 gekoppelt. Diese Schalter 86 und 89 und das induktive Element 92 ändern die Induktivität der Anpassungsschaltung 31. Auf diese Weise kann die Anpassungsschaltung 31 verwendet werden, um den PA 33 zur Verwendung entweder in dem Zellular- oder dem PCS-Band anzupassen. Es versteht sich, dass die hier beschriebenen Verfahren und Einrichtungen verwendet werden könnten, um in anderen Bändern als dem Zellular- und dem PCS-Band eine Anpassung vorzunehmen. Das Zellularband und das PCS-Band sind als Beispiele gewählt. Es versteht sich auch, dass andere Anpassungsschaltungs-Topologien gewählt werden können.
Wieder mit Bezug auf 4A ist eine Multiband-PA-Anpassungsschaltung 31 gezeigt, die ähnlich der mit Bezug auf 2 beschriebenen Einzelband-PA-Anpassungsschaltung ist. Wie dargestellt, hat die Multiband-PA-Anpassungsschaltung 93 einen Vorteil dahingehend, dass sie infolge der Hinzufügung von MEMS-Schaltern 86, 89, 45 und 80 und der sich anschließenden Bauelemente über einen weiteren Bereich von Frequenzen abstimmbar ist. Die abstimmbaren Kondensatoren 37 und 43 und das abstimmbare reaktive Element 39 können verwendet werden, um über ein bestimmtes Frequenzband eine Feinabstimmung vorzunehmen. Das bestimmte Band wird durch die MEMS-Schalter 86, 89, 45 und 80 gewählt.
Zusätzlich zu den MEMS-Schaltern 86, 89, 45 und 80 weist die Multiband-PA-Anpassungsschaltung 93 zusätzliche Kondensatoren 47 und 83 und ein zusätzliches reaktives Element 92 auf. Der Kondensator 83 ist in Reihe mit dem Kondensator 43 und in Reihe mit dem MEMS-Schalter 80 geschaltet. Wenn es gewünscht wird, in ein anderes Band, wie zum Beispiel ein anderes PCS-Band zu schalten, wird der MEMS-Schalter 80 betätigt, der den Kondensator 83 an den Kondensator 43 und das reaktive Element 39 zum Ändern der Impedanz der Abstimmungsschaltung 93 koppelt. In der gleichen Weise kann der MEMS-Schalter 45 betätigt werden, um den Kondensator 47 an den Kondensator 37 und das reaktive Element 39 zum Ändern der Impedanz der Anpassungsschaltung 93 zu koppeln. Ferner können in gleicher Weise die MEMS-Schalter 86 und 89 betätigt werden, um das reaktive Element 92 parallel zu dem reaktiven Element 39 zum Ändern der Impedanz der Anpassungsschaltung 93 zu koppeln.
Eine alternative Konfiguration von reaktiven Komponenten 92 und 39 und MEMS-Schaltern 86 und 89 ist in 4B gezeigt. In 4B sind die MEMS-Schalter 86 und 89 so an die reaktiven Elemente 92 und 39 gekoppelt, dass nur eins der reaktiven Elemente 92 und 39 an die Kondensatoren 37 und 43 gekoppelt ist. Das reaktive Element 39 kann von der Schaltung weggeschaltet werden, so dass es an beiden Enden abgetrennt ist, wohingegen in 4A das reaktive Element 39 immer an den Kondensatoren 37 und 43 an die Schaltung gekoppelt ist. Nur das reaktive Element 92 wird der Schaltung zugeschaltet und von der Schaltung weggeschaltet. Es ist zu beachten, dass sowohl in 4A als auch in 4B jedes der Elemente 92, 39, 47, 37, 83 und 43 abstimmbar sein kann, es können jedoch lediglich eines oder alle von ihnen abstimmbar sein.
Für Anwendungen bei mobilen Geräten sollten die hier beschriebenen MEMS-Schalter den niedrigsten praktischen Verlust, zum Beispiel einen DC-Widerstand kleiner als etwa 0,01 Ohm haben. Die Schaltgeschwindigkeit ist nicht kritisch, solange sie weniger als etwa 1,0 ms beträgt. Offensichtlich können andere Anwendungen andere kritische Spezifikationen an den MEMS-Schaltern erfordern.
Nun wird mit Bezug auf 5 eine Entkoppler-Anpassungsschaltung beschrieben. Ein Eingangsanschluss 97 ist an einen PA (nicht gezeigt), an ein erstes Impedanzelement 99 und an ein zweites Impedanzelement 101 gekoppelt. Das erste Impedanzelement 99 und das zweite Impedanzelement 101 bilden eine Eingangs-Anpassungsschaltung für den Entkoppler 95. Das zweite Impedanzelement 101 ist an Masse gekoppelt, und das erste Impedanzelement 99 ist an den Entkoppler 95 zum Übertragen eines Signals von einem PA (nicht gezeigt) zu dem Entkoppler 95 gekoppelt. Sowohl das erste als auch das zweite Impedanzelement können ferroelektrische einstellbare Bauelemente sein, wie in US 2002/0175878 (Kyocera Wireless Corp.), 28. November 2002 (28.11.2002) beschrieben.
Ein Ausgang des Entkopplers 95 ist an ein drittes Impedanzelement 103 gekoppelt, welches an ein viertes Impedanzelement 105 gekoppelt ist. Das dritte Impedanzelement 103 und das vierte Impedanzelement 105 bilden zusammen eine Ausgangs-Anpassungsschaltung und einen Ausgangsanschluss 107 für den Entkoppler 95. Der Ausgangsanschluss 107 ist an einen Duplexer (nicht gezeigt) gekoppelt. Sowohl das dritte als auch das vierte Impedanzelement können ferroelektrische einstellbare Bauelemente sein, wie in US 2002/0175878 (Kyocera Wireless Corp.), 28. November 2002 (28.11.2002) beschrieben.
Ein Entkoppleranschluss 104 ist an ein Impedanzelement 109 gekoppelt. Das Impedanzelement 109 ist an ein weiteres Impedanzelement 115 und an einen Widerstand 118 gekoppelt. Die Impedanzelemente 109 und 115 und der Widerstand 118 umfassen zusammen eine Entkoppler-Anpassungsschaltung.
Es wird vom Fachmann verstanden werden, dass die mit Bezug auf 5 beschriebene Eingangs-, Ausgangs- und Entkoppler-Anpassungsschaltung unter Verwendung von "L"-Anpassungsabschnitten nur erläuternd sind. Es könnten andere Topologien für diese Anpassungsschaltungen verwendet werden, wie zum Beispiel parallele LC-Schaltungen, "T"- oder PI-Netzwerke, wie in US 2002/0175878 (Kyocera Wireless Corp.), 28. November 2002 (28.11.2002) beschrieben.
Vorteilhafterweise ist jedes der Impedanzelemente 99, 101, 103, 105, 109 und 115 direkt auf dem gemeinsamen, mit Bezug auf 1 beschriebenen Substrat gebildet. Das reduziert die mit dem Befestigen von separaten Einheiten an dem Substrat verbundenen Verluste, reduziert die Kosten und eliminiert das Erfordernis, Komponenten an den 50 Ohm-Industriestandard anzupassen.
Hinsichtlich des PA beträgt seine charakteristische Ausgangsimpedanz für mobile CDMA-Geräte typischerweise etwa 2–4 Ohm nahe des von ihm geforderten maximalen Ausgangsleistungspegels. Die charakteristische Impedanz des Entkopplers beträgt typischerweise etwa 8–12 Ohm. Es können Filter mit Eingangs- und Ausgangsimpedanzen entworfen werden, die einen weiten Bereich von Werten annehmen können. Da Duplexer und Diplexer hauptsächlich aus Filtern bestehen, können sie entworfen werden, damit sie einen weiten Bereich von Eingangs- und Ausgangsimpedanzen berücksichtigen. Somit können sie entworfen werden, damit sie zu egal welcher Impedanz passen, die basierend auf dem Rest der Schaltung geeignet ist.
Nun wird mit Bezug auf 6A eine bevorzugte LNA-Anpassungsschaltung 117 beschrieben. Ein Eingangsanschluss 118 ist an eine erste Induktivität 121 und an einen Kondensator 124 gekoppelt. Der Kondensator ist an eine zweite Induktivität 127 gekoppelt. Die zweite Induktivität 127 ist an eine dritte Induktivität 130 und an einen LNA 133 gekoppelt.
Die Anpassungsschaltungen werden verwendet, um die Impedanz zwischen den verschiedenen Teilen anzupassen, um einen Leistungsverlust in dem Signal zu vermeiden oder zu reduzieren, das von einem Teil zu dem anderen läuft. Für LNA-Anwendungen gibt es einen weiteren Zweck. Für LNA-Anwendungen werden impedanzumformende Netzwerke oder Schaltungen primär verwendet, um eine optimale Rauschimpedanzanpassung zwischen der Eingangssignalquelle und der für den LNA gewählten Einrichtung aufrechtzuerhalten. In fest abgestimmten Schaltungen wird die optimale Rauschimpedanzanpassung bei einer Frequenz erreicht und ist sowohl von der Temperatur als auch von Bauelementeschwankungen abhängig. Bei dem hier beschriebenen Ansatz einer abstimmbaren Schaltung kann die optimale Rauschimpedanzanpassung einstellbar gemacht werden, um viele Bänder oder einen weiteren Frequenzbereich abzudecken, als es in dem fest abgestimmten Fall möglich ist. Ein zusätzlicher Vorteil bei der Verwendung abstimmbarer Bauelemente ist die Fähigkeit, Temperaturschwankungen zu kompensieren.
Die Einführung von ferroelektrischen oder anderen abstimmbaren Bauelementen ermöglicht eine erhöhte Flexibilität beim Entwurf von LNA's. Bei dem herkömmlichen Entwurf unter Verwendung von festen Bauelementen, musste man gewöhnlich einen optimalen Rauschfaktor und eine maximale Verstärkung gegeneinander abwägen. Mit abstimmbaren Bauelementen kann man Fälle berücksichtigen, in denen die Eingangs- Anpassungsschaltung von dem minimalen Rauschfaktor und der maximalen Verstärkung wie gewünscht abweichen kann.
Ein abstimmbarer optimaler Rauschfaktor wird nun mit Bezug auf 6B beschrieben. 6B ist ein Schaubild, das den Rauschfaktor 120 in Abhängigkeit von der Frequenz 122 zeigt. Typischerweise, so zum Beispiel in einer drahtlosen CDMA-Kommunikationseinrichtung, gibt es eine für einen gegebenen Entwurf eines LNA spezifizierten maximalen Rauschfaktor 126. Der spezifizierte maximale Rauschfaktor ist als eine horizontale Strichlinie 126 gezeigt. Eine Kurve, die einen typischen Frequenzgang 128 des Rauschfaktors zeigt, ist als die durchgehende Kurve gezeigt. Typischerweise werden der LNA und seine Anpassungsschaltungen so gestaltet, dass der Frequenzgang 128 des Rauschfaktors unterhalb des maximalen Rauschfaktors 126 bei einer Betriebsfrequenz f₀ 130 liegt. Eine abstimmbare LNA-Anpassungsschaltung erlaubt es, dass der Frequenzgang 128 des LNA-Rauschfaktors über die Frequenz abgestimmt wird. Der abgestimmte Frequenzgang 132 und 134 des Rauschfaktors ist durch zwei gestrichelte Kurven einer Form dargestellt, die gleich der des typischen Frequenzgangs 128 des Rauschfaktors ist. Durch Abstimmung des Frequenzgangs des Rauschfaktors bei 132 und 134 kann realisiert werden, dass der Frequenzgang des Rauschfaktors unterhalb des maximalen Rauschfaktors 126 bei alternativen Betriebsfrequenzen f₁ 138 und f₂ 140 liegt. Es versteht sich, dass f₁ 138 und f₂ 140 nur als repräsentative Frequenzen gewählt sind. Der Frequenzgang des Rauschfaktors kann über einen weiten Bereich von Frequenzen abgestimmt werden. Außerdem wird von einem Fachmann verstanden werden, dass MEMS-Schalter der LNA-Anpassungsschaltung hinzugefügt werden können, um den Bereich der Abstimmbarkeit des Frequenzgangs des Rauschfaktors weiter zu vergrößern.
Nun wird unter Bezugnahme auf 7 eine bevorzugte Antennen-Anpassungsschaltung basierend auf einem mobilen CDMA-Gerät beschrieben. Eine Antenne 136 ist an eine erste Induktivität 139 und an eine zweite Induktivität 142 gekoppelt. Die erste Induktivität 139 hat vorzugsweise eine Induktivität gleich etwa 8,2 nH. Die zweite Induktivität 142 hat vorzugsweise eine Induktivität gleich etwa 3,9 nH.
Die zweite Induktivität 142 ist an einen ersten Kondensator 145 und einen zweiten Kondensator 148 gekoppelt. Der erste Kondensator 145 hat vorzugsweise eine Kapazität gleich etwa 0,5 pF. Der zweite Kondensator 148 hat vorzugsweise eine Kapazität gleich etwa 2,7 pF. Es versteht sich, dass andere Bauelementewerte und Anpassungsschaltungs-Topologien verwendet werden können.
Eine Seite des zweiten Kondensators bildet einen Eingangs- und Ausgangsanschluss 149 für die Antennen-Anpassungsschaltung zum Koppeln an einen Duplexer (nicht gezeigt), einen Diplexer (nicht gezeigt), einen Multiplexer (nicht gezeigt) oder eine andere Art von Filter (nicht gezeigt).
Die Antennen-Anpassungsschaltung wird typischerweise eine PI- oder T-Schaltung mit einer L-C-Stufe sein, die ihr eine Anpassung höherer Ordnung ermöglicht. Dies gestattet mehr Toleranz für eine Impedanzschwankung. Typischerweise wird die Antenne in einem System an 50 Ohm angepasst sein. Es mag jedoch eine ideale Impedanz für eine gegebene Antenne geben, die von 50 Ohm abweicht, obgleich 50 Ohm für Testeinrichtungen üblich ist.
Zum Beispiel kann eine üblicherweise verwendete Antenne für drahtlose Kommunikationseinrichtungen eine Eingangsimpedanz von 30 Ohm haben. Wie vorher erwähnt, kann der PA eine Ausgangsimpedanz von etwa 2 Ohm haben. Der Entkoppler kann eine Ausgangsimpedanz von etwa 12,5 Ohm haben. Der Diplexer- und der Duplexerfilter lassen sich leicht an einen weiten Bereich von Impedanzen anpassen.
So beträgt die PA-zu-Entkoppler-Anpassung von etwa 2 Ohm an dem PA auf etwa 12.5 Ohm an dem Entkoppler. Die Entkoppler-zu-Duplexer-Anpassung beträgt von etwa 12,5 Ohm auf etwa 12,5 Ohm. Der Duplexer liegt bei etwa 12,5 Ohm. So beträgt die Duplexer-zu-Diplexer-Anpassung etwa 12,5 Ohm auf etwa 12,5 Ohm. Die Eingänge und Ausgänge des Diplexers und des Duplexers liegen bei etwa der selben Impedanz, zum Beispiel etwa 12,5 Ohm. Die Diplexer-zu-Antenne-Anpassungsschaltung kann eine Anpassung von etwa 12,5 Ohm an dem Diplexer auf etwa 30 Ohm an der Antenne sein. Jede dieser Anpassungsschaltungen zuzüglich des Diplexers und des Duplexers können ferroelektrisch abstimmbar sein.
Wie oben mit Bezug auf 1 erwähnt, versteht es sich, dass ein gemeinsames Substrat viele unterschiedliche Kombinationen der oben erwähnten Teile aufweisen kann. In einer wie in 8 gezeigten Ausführungsform weist ein gemeinsames Substrat 152 einen Duplexer 154, einen Entkoppler 156, einen PA 157 und die erforderlichen Anpassungsschaltungen (nicht gezeigt) auf. In einer anderen, wie in 9 gezeigten Ausführungsform weist ein gemeinsames Substrat 160 eine Antennen-Anpassungsschaltung 163, einen Diplexer 166 und einen Duplexer 169 auf. In noch einer anderen, wie in 10 gezeigten Ausführungsform weist ein gemeinsames Substrat 172 eine Antennen-Anpassungsschaltung 175, einen Diplexer 178 und zwei Duplexer 181 und 184 auf. In noch einer anderen, wie in 11 gezeigten Ausführungsform weist ein gemeinsames Substrat 186 eine Antennen-Anpassungsschaltung 188, einen Diplexer 190, zwei Duplexer 192 und 194, zwei Entkoppler 194 und 196, zwei PA's 198 und 200 und zwei LNA's 202 und 204 auf. In einer weiteren, wie in 12 gezeigten Ausführungsform weist ein gemeinsames Substrat 206 alles oben mit Bezug auf 11 erwähnte auf, außer die Antennen-Anpassungsschaltung 188. In einer weiteren, wie in 13 gezeigten Ausführungsform weist ein gemeinsames Substrat alles oben mit Bezug auf 10 erwähnte auf, außer die Antennen-Anpassungsschaltung 175.
Die Integration eines PA-Moduls, eines Entkopplers und eines Duplexers für eine CDMA-Tx-Kette beseitigt das Erfordernis, dass jede selbständige Einrichtung am Eingang und am Ausgang an 50 Ohm angepasst ist. Durch Ermöglichen einer mehr abgestuften Impedanzanpassung (von etwa 2 Ohm auf etwa 30 Ohm in dem gegebenen Beispiel) kann man anpassungsinduzierte Verluste reduzieren. Außerdem sind die ferroelektrischen abstimmbaren Bauelemente für eine gegebene Leistung einer niedrigeren Hochfrequenzspannung ausgesetzt.
Die für eine gegebene Leistung reduzierte Hochfrequenzspannung reduziert eine nichtlineare Verzerrung, weil ferroelektrische Schichten typischerweise nichtlinear. sind. Alternativ kann ein ferroelektrisches Bauelement einer erhöhten Leistung unterworfen werden, während ein akzeptables Level einer nichtlinearen Verzerrung aufrechterhalten wird. So ermöglicht das Entwerfen integrierter Komponenten, die bei niedrigeren Eingangs- und Ausgangsimpedanzen arbeiten, dass ferrolektrische Bauelemente in Anwendungen einbezogen werden, bei denen höhere Leistungspegel erforderlich sind, als es mit ferroelektrischen Bauelementen möglich ist, die an den Industriestandard 50 Ohm angepasst sind.
Die Herstellung eines gemeinsamen Substrats reduziert ferner Verluste, die natürlicherweise auftreten, wenn die beteiligten Komponenten gehäust und individuell auf einer Leiterplatte (PWB) montiert werden.
Durch Reduzieren der Verluste der Tx-Kette können die Anforderungen der Tx-Kette leichter erfüllt werden. Das bedeutet, dass die Anforderung für eines oder mehrere der beteiligten Teile gelockert werden kann. Zum Beispiel können die Anforderungen des PA oder eines anderen hochwertigen Teils gelockert werden. Ein hochwertiges Teil ist ein Teil mit einer oder mehreren der folgenden Eigenschaften: hohe Kosten, hohe Leistung, hohes Level der Schwierigkeit beim Einhalten von Eigenschaften wie zum Beispiel Verstärkung, abgegebene Leistung, Stabilität, ACPR, Übertemperatur und Wiederholbarkeit von Einheit zu Einheit.
Da die Anforderungen beispielsweise des PA gelockert werden können, gibt es viele mögliche Vorteile. Zum Beispiel kann der PA in der Lage sein, die Anforderungen zu erfüllen, während er weniger Leistung verbraucht. Dies führt zu längeren Gesprächszeiten oder längeren Standby-Zeiten oder beidem. In einem anderen Beispiel kann, da die Verluste der Tx-Kette reduziert sind, ein Hersteller drahtloser mobiler Geräte in der Lage sein, die Anforderungen mit einem PA zu erfüllen, der weniger stringente Toleranzen oder Erfordernisse hat. Der Hersteller des mobilen Geräts kann in der Lage sein, einen preiswerteren PA zu wählen, wodurch die Kosten von drahtlosen mobilen Geräten reduziert werden. Diese Vorteile von reduzierten Verlusten der Tx-Kette sind nur als Beispiel angegeben. Es wird vom Fachmann verstanden werden, dass sich aus reduzierten Verlusten der Tx-Kette andere Vorteile ergeben. Es versteht sich ferner, dass diese Vorteile verwendet werden können, um drahtlose Kommunikationseinrichtungen auf andere Arten und Weisen als der hier erwähnten zu verbessern.

Claims

Abstimmbare Antennenschnittstelleneinheit, welche aufweist: einen Multiplexer (154) mit einem ferroelektrischen abstimmbaren Bauelement, das einen Kondensator aufweist; ein Substrat, das mechanisch an den Kondensator gekoppelt ist; eine Steuerleitung, die betriebsfähig an das ferroelektrische abstimmbare Bauelement gekoppelt ist; eine Steuerquelle, die elektrisch an die Steuerleitung gekoppelt ist, wobei die Steuerquelle konfiguriert ist, ein Steuersignal auf die Steuerleitung zu senden; wobei das ferroelektrische abstimmbare Bauelement in Antwort auf das Steuersignal eine Resonanzfrequenz des Multiplexers einstellt; einen Leistungsverstärker (157); eine Leistungsverstärker-Ausgangs-Anpassungsschaltung, die zwischen dem Multiplexer (154) und dem Leistungsverstärker (157) gekoppelt ist und ein ferroelektrisches abstimmbares Bauelement aufweist; wobei der Multiplexer (154), der Leistungsverstärker (157) und die Leistungsverstärker-Ausgangs-Anpassungsschaltung auf dem Substrat integriert sind; und wobei die Leistungsverstärker-Ausgangs-Anpassungsschaltung die Ausgangs-Eigenimpedanz des Leistungsverstärkers (157) an die Eingangs-Eigenimpedanz des Multiplexers (154) anpasst, wodurch eine nichtlineare Verzerrung des ferroelektrischen Bauelements der Anpassungsschaltung reduziert wird und ein Betrieb bei höheren Leistungspegeln ermöglicht wird.
Abstimmbare Antennenschnittstelleneinheit nach Anspruch 1, wobei die Leistungsverstärker-Ausgangs-Anpassungsschaltung für ein Signal bei etwa 1900 MHz von einer Impedanz von etwa 2,5 Ohm auf eine Impedanz von etwa 10 Ohm anpasst.
Abstimmbare Antennenschnittstelleneinheit nach Anspruch 1, ferner aufweisend: einen Entkoppler (156), der zwischen der Leistungsverstärker-Ausgangs-Anpassungsschaltung und dem Multiplexer (154) gekoppelt ist; eine Entkoppler-zu-Multiplexer-Anpassungsschaltung, die zwischen dem Entkoppler (156) und dem Multiplexer (154) gekoppelt ist und ein ferroelektrisches Bauelement aufweist; wobei der Entkoppler (156) und die Entkoppler-zu-Multiplexer-Anpassungsschaltung auf dem einen Substrat integriert sind; und wobei die Entkoppler-zu-Multiplexer-Anpassungsschaltung die Ausgangs-Eigenimpedanz des Entkopplers (156) an die Eingangs-Eigenimpedanz des Multiplexers (154) anpasst, wodurch eine nichtlineare Verzerrung des ferroelektrischen Bauelements der Entkoppler-zu-Multiplexer-Anpassungsschaltung reduziert wird und ein Betrieb bei höheren Leistungspegeln ermöglicht wird.
Abstimmbare Antennenschnittstelleneinheit nach Anspruch 3, wobei die Entkoppler-zu-Multiplexer-Anpassungsschaltung für ein Signal bei etwa 1900 MHz von einer Impedanz von etwa 10 Ohm an dem Entkopplerausgang auf eine Impedanz von etwa 10 Ohm an dem Multiplexereingang anpasst.
Abstimmbare Antennenschnittstelleneinheit, welche aufweist: einen ersten Multiplexer (192) mit einem ferroelektrischen abstimmbaren Bauelement, das einen Kondensator aufweist; ein Substrat, das mechanisch an den Kondensator gekoppelt ist; eine Steuerleitung, die betriebsfähig an das ferroelektrische abstimmbare Bauelement gekoppelt ist; eine Steuerquelle, die elektrisch an die Steuerleitung gekoppelt ist, wobei die Steuerquelle konfiguriert ist, ein Steuersignal auf die Steuerleitung zu senden; wobei das ferroelektrische abstimmbare Bauelement in Antwort auf das Steuersignal eine Resonanzfrequenz des Multiplexers einstellt; einen Diplexer (190); eine Diplexer-zu-erster-Multiplexer-Anpassungsschaltung, die zwischen dem Diplexer (190) und dem ersten Multiplexer (192) gekoppelt ist und ein ferroelektrisches abstimmbares Bauelement aufweist; wobei der erste Multiplexer (192), der Diplexer (190) und die Diplexer-zu-erster-Multiplexer-Anpassungsschaltung auf dem Substrat integriert sind; und wobei die Diplexer-zu-erster-Multiplexer-Anpassungsschaltung die Eigenimpedanz des Diplexers (190) an die Eigenimpedanz des ersten Multiplexers (192) anpasst, wodurch eine nichtlineare Verzerrung des ferroelektrischen Bauelements der Diplexer-zu-erster-Multiplexer-Anpassungsschaltung reduziert wird und ein Betrieb bei höheren Leistungspegeln ermöglicht wird.
Abstimmbare Antennenschnittstelleneinheit nach Anspruch 5, wobei der Diplexer (190) ein abstimmbares ferroelektrisches Bauelement aufweist.
Abstimmbare Antennenschnittstelleneinheit nach Anspruch 6, die ferner einen zweiten Multiplexer (194) aufweist, der auf dem einen Substrat integriert ist.
Abstimmbare Antennenschnittstelleneinheit nach Anspruch 7, wobei der erste Multiplexer (192) konfiguriert ist, Signale in einem PCS-Band in einem Duplexbetrieb zu senden und zu empfangen, und wobei der zweite Multiplexer (194) konfiguriert ist, Signale in einem Zellularband im Duplexbetrieb zu senden und zu empfangen.
Abstimmbare Antennenschnittstelleneinheit nach Anspruch 7, ferner aufweisend: einen ersten Leistungsverstärker (198); einen ersten Entkoppler (194); eine erster-Leistungsverstärker-zu-erster-Entkoppler-Anpassungsschaltung, die zwischen dem ersten Leistungsverstärker (198) und dem ersten Entkoppler (194) gekoppelt ist und ein ferroelektrisches abstimmbares Bauelement aufweist; eine erster-Entkoppler-zu-erster-Multiplexer-Anpassungsschaltung, die zwischen dem ersten Entkoppler (194) und dem ersten Multiplexer (192) gekoppelt ist und ein ferroelektrisches abstimmbares Bauelement aufweist; wobei der erste Leistungsverstärker (198), der erste Entkoppler (194), die erster-Leistungsverstärker-zu-erster-Entkoppler-Anpassungsschaltung und die erster-Entkoppler-zu-erster-Multiplexer-Anpassungsschaltung auf dem einen Substrat integriert sind; wobei die erster-Leistungsverstärker-zu-erster-Entkoppler-Anpassungsschaltung die Eigenimpedanz des ersten Leistungsverstärkers (198) an die Eigenimpedanz des ersten Entkopplers (194) anpasst, wodurch eine nichtlineare Verzerrung des ferroelektrischen Bauelements der erster-Leistungsverstärker-zu-erster-Entkoppler-Anpassungsschaltung reduziert wird und ein Betrieb bei höheren Leistungspegeln ermöglicht wird; und wobei die erster-Entkoppler-zu-erster-Multiplexer-Anpassungsschaltung die Eigenimpedanz des ersten Entkopplers (194) an die Eigenimpedanz des ersten Multiplexers (192) anpasst, wodurch eine nichtlineare Verzerrung des ferroelektrischen Bauelements der erster-Entkoppler-zu-erster Multiplexer-Anpassungsschaltung reduziert wird und ein Betrieb bei höheren Leistungspegeln ermöglicht wird.
Abstimmbare Antennenschnittstelleneinheit nach Anspruch 9, ferner aufweisend: einen zweiten Leistungsverstärker (200); einen zweiten Entkoppler (196); eine zweiter-Leistungsverstärker-zu-zweiter-Entkoppler-Anpassungsschaltung, die zwischen dem zweiten Leistungsverstärker (200) und dem zweiten Entkoppler (196) gekoppelt ist und ein ferroelektrisches abstimmbares Bauelement aufweist; eine zweiter-Entkoppler-zu-zweiter-Multiplexer-Anpassungsschaltung, die zwischen dem zweiten Entkoppler (196) und dem zweiten Multiplexer (194) gekoppelt ist und ein ferroelektrisches abstimmbares Bauelement aufweist; wobei der zweite Leistungsverstärker (200), der zweite Entkoppler (196), die zweiter-Leistungsverstärker-zu-zweiter-Entkoppler-Anpassungsschaltung und die zweiter-Entkoppler-zu-zweiter-Multiplexer-Anpassungsschaltung auf dem einen Substrat integriert sind; wobei die zweiter-Leistungsverstärker-zu-zweiter-Entkoppler-Anpassungsschaltung die Eigenimpedanz des zweiten Leistungsverstärkers (200) an die Eigenimpedanz des zweiten Entkopplers (196) anpasst, wodurch eine nichtlineare Verzerrung des ferroelektrischen Bauelements der zweiter- Leistungsverstärker-zu-zweiter-Entkoppler-Anpassungsschaltung reduziert wird und ein Betrieb bei höheren Leistungspegeln ermöglicht wird; und wobei die zweiter-Entkoppler-zu-zweiter-Multiplexer-Anpassungsschaltung die Eigenimpedanz des zweiten Entkopplers (196) an die Eigenimpedanz des zweiten Multiplexers (194) anpasst, wodurch eine nichtlineare Verzerrung des ferroelektrischen Bauelements der zweiter-Entkoppler-zu-zweiter-Multiplexer-Anpassungsschaltung reduziert wird und ein Betrieb bei höheren Leistungspegeln ermöglicht wird.
Abstimmbare Antennenschnittstelleneinheit nach Anspruch 5, ferner aufweisend: eine Antennen-Anpassungsschaltung (175), die an den Diplexer (178) gekoppelt ist und die konfiguriert ist, an eine Antenne gekoppelt zu sein; wobei die Antennen-Anpassungsschaltung (175) auf dem Substrat integriert ist.
Abstimmbare Antennenschnittstelleneinheit nach Anspruch 11, wobei der Diplexer (178) ein abstimmbares ferroelektrisches Bauelement aufweist.
Abstimmbare Antennenschnittstelleneinheit nach Anspruch 11, wobei die Antennen-Anpassungsschaltung ein ferroelektrisches Bauelement aufweist, und wobei die Antennen-Anpassungsschaltung die Eigenimpedanz des Diplexers (178) an die Eigenimpedanz der Antenne anpasst, wodurch eine nichtlineare Verzerrung des ferroelektrischen Bauelements der Antennen-Anpassungsschaltung reduziert wird und ein Betrieb bei höheren Leistungspegeln ermöglicht wird.
Abstimmbare Antennenschnittstelleneinheit nach Anspruch 13, wobei die Antennen-Anpassungsschaltung von einer Impedanz von etwa 10 Ohm an dem Diplexer auf eine Impedanz von etwa 30 Ohm an der Antenne anpasst.
Abstimmbare Antennenschnittstelleneinheit nach Anspruch 11, die ferner einen zweiten Multiplexer (184) aufweist, der auf dem einen Substrat integriert ist.
Abstimmbare Antennenschnittstelleneinheit nach Anspruch 15, wobei der erste Multiplexer (181) konfiguriert ist, Signale in einem PCS-Band im Duplexbetrieb zu senden und zu empfangen, und wobei der zweite Multiplexer (184) konfiguriert ist, Signale in einem Zellularband im Duplexbetrieb zu senden und zu empfangen.