可调滤波器系统、装置以及方法
【专利说明】可调滤波器系统、装置以及方法
[0001]优先权要求
[0002]本申请要求于2013年3月15日提交的美国临时专利申请号61/793，089以及于2013年7月29日提交的美国临时专利申请号61/859，621的权益，这两个申请的全部内容通过引证结合于此。
技术领域
[0003]在本文中公开的主题总体上涉及电磁可调滤波器及其制造方法。更具体而言，在本文中公开的主题涉及用于可调滤波器的系统、装置以及方法，被配置为支持诸如在蜂窝无线电通信的领域内之类的多个频带。
【背景技术】
[0004]在用于蜂窝通信系统(例如，3GPP)的现代手持式装置中，可取地支持多个频带(例如，3GPP LTE频带7、1、2、3、8、5和13)。由于技术和尺寸约束的限制，所以传统上使用固定频率滤波器或双工滤波器(例如，电介质同轴谐振器滤波器、SAW、BAW、FBAR)的阵列，实现了支持多个频带，所述阵列在使用半导体开关之间切换。在本文中使用的术语“滤波器”应理解为描述任何硬件，该硬件生成频率选择性频率响应并且可以在接收与传输频率响应(例如，大于大约8dB)之间区分。然而，在系统的设计要求中，使用这种固定频率滤波器，引入多个限制。例如，对于每个操作频带，引入一组新的硬件。在扩展频带支持时，这些额外硬件要求造成增加滤波器和开关，每个带通滤波器在系统内占据额外空间，并且多路复用开关的每个投掷给每个带通滤波器的开关增加了损耗。
[0005]相反，随着在电气可调单谐振和多谐振滤波器(例如，RF MEMS、半导体开关电容阵列、BST)的尺寸和性能装置方面的最近技术发展，可调过滤系统可以用于在单个系统内支持多个频带。然而，可调系统示出了其自己的问题。最明显的是，由于调谐谐振器的损耗以及在通带与阻带衰减之间相关联的权衡，所以可调单谐振滤波器的性能不令一些蜂窝系统满意。相反，还报告了可调多谐振滤波器，以具有以下问题:所述滤波器不够小，所述滤波器没有功率处理能力，或者所述滤波器太复杂或者不可重复，用于在手持式蜂窝设备内适当地整合。结果，可调系统的问题在于使其划算并且较小，同时满足系统要求(例如，3GPP标准)。
[0006]而且，除了用于支持多频带的滤波器元件的类型的问题以外，还具有以下问题:传输器和接收器元件在频分双工系统内交互、传输器和接收器元件通过一个或变化的频率分离同时操作。具体而言，对于这种频分双工，由传输器的高功率引起称为双工自干扰的问题，质疑可通过高增益设置的接收器的线性度，以处理较低功率的接收电平。
[0007]处理这些问题的一种方法可以是产生接收器和传输器天线的空间分离(即，传输器和接收器具有单独天线，因此，在天线之间产生某种双工隔离)，但是这种配置并非在所有系统中优选，尤其在接收器和传输器天线不能在物理上隔开大量距离的系统中。
[0008]然而，将接收器和传输器天线定位成极为贴近，引入了进一步设备要求和/或其他考虑。例如，为了共同定位传输器和接收器(即，任何频分双工系统，其中，传输器和接收器在某个邻近内，以便在其间可以具有辐射的、板块、或电路产生的泄露路径)，在接收路径内需要滤波器，该路径主要抑制传输频率，以避免过度转向或者在接收器内抑制互调产物。例如，可以使用在接收器链内通过传输器频率的陷波滤波。同样，在传输分支内需要滤波器，该分支主要通过接收频率抑制传输器噪声。同样，为了将相同的天线共同用于传输器和接收器(即，任何系统，其中，接收器和传输器将相同的天线元件用于产生辐射)，可以使用双工滤波器。
[0009]除了在传输与接收信号之间提供隔离以外，在用于蜂窝应用(例如，LTE频带应用)的频域双工内的另一个问题在于，频带从具有高于传输频率的接收频率切换成具有低于传输频率的接收频率。例如，大部分3GPP标准的LTE频域双工频带I到25具有高于传输频率的接收频率(即，正双工间隔)，但是频带13、14、20以及24具有相反的顺序(S卩，负双工间隔)，以便接收频率低于传输频率。将系统配置为允许使用这两种类型的频带间隔来操作，可以进一步需要另外的滤波器和开关。
[0010]将滤波器放在现代的电话内的又一个问题在于，滤波器对小于1_的部件高度具有设计约束，因此，可以与RF收发器集成电路、数字处理集成电路、以及多媒体处理集成电路放在一起。
[0011]鉴于所有这些问题和设计考虑，系统、装置以及相关方法可取地包含可调滤波器，所述滤波器可以在宽频率范围之上调谐，同时，尽可能减少通带衰减并且尽可能增大阻带衰减。而且，这种滤波器还可取地改变滤波器容纳负双工间隔的特征，而非在不同的滤波器硬件之间切换。
【发明内容】
[0012]根据本公开，提供了用于可调滤波器的系统、装置以及方法，被配置为支持诸如在蜂窝无线通信领域内之类的多个频带。一方面，可调滤波器可以包括:第一谐振器和第二谐振器，第一谐振器和第二谐振器被配置为在一个或多个频率范围内阻塞(block)信号；以及一个或多个耦合元件，其连接至所述第一谐振器和所述第二谐振器，所述一个或多个耦合元件被配置为在通带内提供低插入损耗。
[0013]另一方面，一种调整可调滤波器的方法可以包括在第一谐振器和第二谐振器之间连接一个或多个耦合元件，其中，所述第一谐振器、所述第二谐振器中的一个或多个或所述一个或多个耦合元件电气可调。所述方法可以进一步包括:选择性调整所述第一谐振器或所述第二谐振器中的一个或多个的调谐设置，以阻塞在一个或多个频率范围内的信号；并且选择性调整所述一个或多个耦合元件的调谐设置，以在通带内提供低插入损耗。
[0014]虽然在上文中陈述了本文中公开的主题的一些方面，并且这些方面完全或部分由目前公开的主题实现，但是在结合在下文中最佳描述的附图进行时，随着描述的进展，其他方面显而易见。
【附图说明】
[0015]从以下详细描述中，更容易理解本主题的特征和优点，应结合仅仅通过解释性和非限制性示例提供的附图阅读所述详细描述，并且其中:
[0016]图1到图8均示出了根据目前公开的主题的实施方式的可调滤波器的配置的电气示意图；
[0017]图9到图15均示出了在各种调谐状态中的根据目前公开的主题的实施方式的可调滤波器的频率响应的示图；
[0018]图16是根据目前公开的主题的实施方式的可调滤波器的电感Q对电感直径的示图；
[0019]图17是根据目前公开的主题的实施方式的可调滤波器的衰减对电感线圈直径的示图；
[0020]图18是根据目前公开的主题的实施方式的智能电话平面图；
[0021]图19示出了根据目前公开的主题的实施方式的结合可调滤波器的天线双工系统的不意图；
[0022]图20示出了根据目前公开的主题的实施方式的结合可调滤波器的天线配置的示意图；
[0023]图21示出了根据目前公开的主题的实施方式的使用可调滤波器的各种基站和通信链路的示例的示意图；以及
[0024]图22示出了根据目前公开的主题的实施方式的结合可调滤波器的天线双工系统的示意图。
【具体实施方式】
[0025]本主题提供了使用可调滤波器的系统、装置以及相关方法，所述可调滤波器可以在宽频率范围之上调谐，同时，尽可能减少通带衰减并且尽可能增大阻带衰减。这种滤波器系统、装置以及方法可以减小可调解决方案的尺寸，使其更划算，同时，解决了去除不想要的干扰(例如，来自在无线通信终端内的传输器)的问题。在本文中使用的术语滤波器应广泛地理解为生成频率选择性频率响应并且可以在接收与传输频率响应(例如，大于大约8dB)之间区分的任何硬件。
[0026]具体而言，一方面，本主题提供可调滤波器系统、装置以及方法，其中，多个谐振器可以用于阻塞在一个或多个频率范围内的信号。例如，参照图1，通常表示为100的可调滤波器的一个配置可以包括通常表示为110的第一谐振器以及通常表示为120的第二谐振器，其在第一端口 Pl与第二端口 P2之间连接。尤其地，在图1中示出的配置中，第一谐振器110包括在第一端口 Pl与地面之间连接的第一电容元件112以及在第二端口 P2与地面之间以串联布置连接的第二电容元件122和第二电感元件124(即，双终端电感元件的特征在于，使(变化的)电流在其终端之