可調濾波器系統、裝置以及方法
【專利說明】可調濾波器系統、裝置以及方法
[0001]優先權要求
[0002]本申請要求于2013年3月15日提交的美國臨時專利申請號61/793，089以及于2013年7月29日提交的美國臨時專利申請號61/859，621的權益，這兩個申請的全部內容通過引證結合于此。
技術領域
[0003]在本文中公開的主題總體上涉及電磁可調濾波器及其制造方法。更具體而言，在本文中公開的主題涉及用于可調濾波器的系統、裝置以及方法，被配置為支持諸如在蜂窩無線電通信的領域內之類的多個頻帶。
【背景技術】
[0004]在用于蜂窩通信系統(例如，3GPP)的現代手持式裝置中，可取地支持多個頻帶(例如，3GPP LTE頻帶7、1、2、3、8、5和13)。由于技術和尺寸約束的限制，所以傳統上使用固定頻率濾波器或雙工濾波器(例如，電介質同軸諧振器濾波器、SAW、BAW、FBAR)的陣列，實現了支持多個頻帶，所述陣列在使用半導體開關之間切換。在本文中使用的術語“濾波器”應理解為描述任何硬件，該硬件生成頻率選擇性頻率響應并且可以在接收與傳輸頻率響應(例如，大于大約8dB)之間區分。然而，在系統的設計要求中，使用這種固定頻率濾波器，引入多個限制。例如，對于每個操作頻帶，引入一組新的硬件。在擴展頻帶支持時，這些額外硬件要求造成增加濾波器和開關，每個帶通濾波器在系統內占據額外空間，并且多路復用開關的每個投擲給每個帶通濾波器的開關增加了損耗。
[0005]相反，隨著在電氣可調單諧振和多諧振濾波器(例如，RF MEMS、半導體開關電容陣列、BST)的尺寸和性能裝置方面的最近技術發展，可調過濾系統可以用于在單個系統內支持多個頻帶。然而，可調系統示出了其自己的問題。最明顯的是，由于調諧諧振器的損耗以及在通帶與阻帶衰減之間相關聯的權衡，所以可調單諧振濾波器的性能不令一些蜂窩系統滿意。相反，還報告了可調多諧振濾波器，以具有以下問題:所述濾波器不夠小，所述濾波器沒有功率處理能力，或者所述濾波器太復雜或者不可重復，用于在手持式蜂窩設備內適當地整合。結果，可調系統的問題在于使其劃算并且較小，同時滿足系統要求(例如，3GPP標準)。
[0006]而且，除了用于支持多頻帶的濾波器元件的類型的問題以外，還具有以下問題:傳輸器和接收器元件在頻分雙工系統內交互、傳輸器和接收器元件通過一個或變化的頻率分離同時操作。具體而言，對于這種頻分雙工，由傳輸器的高功率引起稱為雙工自干擾的問題，質疑可通過高增益設置的接收器的線性度，以處理較低功率的接收電平。
[0007]處理這些問題的一種方法可以是產生接收器和傳輸器天線的空間分離(即，傳輸器和接收器具有單獨天線，因此，在天線之間產生某種雙工隔離)，但是這種配置并非在所有系統中優選，尤其在接收器和傳輸器天線不能在物理上隔開大量距離的系統中。
[0008]然而，將接收器和傳輸器天線定位成極為貼近，引入了進一步設備要求和/或其他考慮。例如，為了共同定位傳輸器和接收器(即，任何頻分雙工系統，其中，傳輸器和接收器在某個鄰近內，以便在其間可以具有輻射的、板塊、或電路產生的泄露路徑)，在接收路徑內需要濾波器，該路徑主要抑制傳輸頻率，以避免過度轉向或者在接收器內抑制互調產物。例如，可以使用在接收器鏈內通過傳輸器頻率的陷波濾波。同樣，在傳輸分支內需要濾波器，該分支主要通過接收頻率抑制傳輸器噪聲。同樣，為了將相同的天線共同用于傳輸器和接收器(即，任何系統，其中，接收器和傳輸器將相同的天線元件用于產生輻射)，可以使用雙工濾波器。
[0009]除了在傳輸與接收信號之間提供隔離以外，在用于蜂窩應用(例如，LTE頻帶應用)的頻域雙工內的另一個問題在于，頻帶從具有高于傳輸頻率的接收頻率切換成具有低于傳輸頻率的接收頻率。例如，大部分3GPP標準的LTE頻域雙工頻帶I到25具有高于傳輸頻率的接收頻率(即，正雙工間隔)，但是頻帶13、14、20以及24具有相反的順序(S卩，負雙工間隔)，以便接收頻率低于傳輸頻率。將系統配置為允許使用這兩種類型的頻帶間隔來操作，可以進一步需要另外的濾波器和開關。
[0010]將濾波器放在現代的電話內的又一個問題在于，濾波器對小于1_的部件高度具有設計約束，因此，可以與RF收發器集成電路、數字處理集成電路、以及多媒體處理集成電路放在一起。
[0011]鑒于所有這些問題和設計考慮，系統、裝置以及相關方法可取地包含可調濾波器，所述濾波器可以在寬頻率范圍之上調諧，同時，盡可能減少通帶衰減并且盡可能增大阻帶衰減。而且，這種濾波器還可取地改變濾波器容納負雙工間隔的特征，而非在不同的濾波器硬件之間切換。
【發明內容】
[0012]根據本公開，提供了用于可調濾波器的系統、裝置以及方法，被配置為支持諸如在蜂窩無線通信領域內之類的多個頻帶。一方面，可調濾波器可以包括:第一諧振器和第二諧振器，第一諧振器和第二諧振器被配置為在一個或多個頻率范圍內阻塞(block)信號；以及一個或多個耦合元件，其連接至所述第一諧振器和所述第二諧振器，所述一個或多個耦合元件被配置為在通帶內提供低插入損耗。
[0013]另一方面，一種調整可調濾波器的方法可以包括在第一諧振器和第二諧振器之間連接一個或多個耦合元件，其中，所述第一諧振器、所述第二諧振器中的一個或多個或所述一個或多個耦合元件電氣可調。所述方法可以進一步包括:選擇性調整所述第一諧振器或所述第二諧振器中的一個或多個的調諧設置，以阻塞在一個或多個頻率范圍內的信號；并且選擇性調整所述一個或多個耦合元件的調諧設置，以在通帶內提供低插入損耗。
[0014]雖然在上文中陳述了本文中公開的主題的一些方面，并且這些方面完全或部分由目前公開的主題實現，但是在結合在下文中最佳描述的附圖進行時，隨著描述的進展，其他方面顯而易見。
【附圖說明】
[0015]從以下詳細描述中，更容易理解本主題的特征和優點，應結合僅僅通過解釋性和非限制性示例提供的附圖閱讀所述詳細描述，并且其中:
[0016]圖1到圖8均示出了根據目前公開的主題的實施方式的可調濾波器的配置的電氣示意圖；
[0017]圖9到圖15均示出了在各種調諧狀態中的根據目前公開的主題的實施方式的可調濾波器的頻率響應的示圖；
[0018]圖16是根據目前公開的主題的實施方式的可調濾波器的電感Q對電感直徑的示圖；
[0019]圖17是根據目前公開的主題的實施方式的可調濾波器的衰減對電感線圈直徑的示圖；
[0020]圖18是根據目前公開的主題的實施方式的智能電話平面圖；
[0021]圖19示出了根據目前公開的主題的實施方式的結合可調濾波器的天線雙工系統的不意圖；
[0022]圖20示出了根據目前公開的主題的實施方式的結合可調濾波器的天線配置的示意圖；
[0023]圖21示出了根據目前公開的主題的實施方式的使用可調濾波器的各種基站和通信鏈路的示例的示意圖；以及
[0024]圖22示出了根據目前公開的主題的實施方式的結合可調濾波器的天線雙工系統的示意圖。
【具體實施方式】
[0025]本主題提供了使用可調濾波器的系統、裝置以及相關方法，所述可調濾波器可以在寬頻率范圍之上調諧，同時，盡可能減少通帶衰減并且盡可能增大阻帶衰減。這種濾波器系統、裝置以及方法可以減小可調解決方案的尺寸，使其更劃算，同時，解決了去除不想要的干擾(例如，來自在無線通信終端內的傳輸器)的問題。在本文中使用的術語濾波器應廣泛地理解為生成頻率選擇性頻率響應并且可以在接收與傳輸頻率響應(例如，大于大約8dB)之間區分的任何硬件。
[0026]具體而言，一方面，本主題提供可調濾波器系統、裝置以及方法，其中，多個諧振器可以用于阻塞在一個或多個頻率范圍內的信號。例如，參照圖1，通常表示為100的可調濾波器的一個配置可以包括通常表示為110的第一諧振器以及通常表示為120的第二諧振器，其在第一端口 Pl與第二端口 P2之間連接。尤其地，在圖1中示出的配置中，第一諧振器110包括在第一端口 Pl與地面之間連接的第一電容元件112以及在第二端口 P2與地面之間以串聯布置連接的第二電容元件122和第二電感元件124(即，雙終端電感元件的特征在于，使(變化的)電流在其終端之