多频带收发器的多个阻抗匹配网络 【技术领域】
本发明涉及无线通信技术，并且更具体来说涉及天线接口电路以及装有该天线接口电路的电子装置。
背景技术
移动终端被广泛应用于语音和/或数据通信。例如，通常希望移动终端经由多个频带进行发射和接收，以提供PCS和GSM能力。还希望提供在四个射频(RF)频带上工作的移动终端。例如，希望提供一种无线终端，其可以在美国使用的GSM850频带(在此也称为GSM)、在欧洲使用的EGSM900频带(在此也称为EGSM)、在欧洲使用的DCS1800频带(在此也称为DCS)以及在美国使用的PCS1900频带(在此也称为PCS)上工作。这些频带的发射(TX)和接收(RX)频率在表1中示出：
表1
频率范围 频带 824Mhz-849Mhz GSM850TX频带：US 869Mhz-894Mhz GSM850RX频带：US 880Mhz-915Mhz EGSM900TX频带：欧洲 925Mhz-960Mhz EGSM900RX频带：欧洲 1710Mhz-1785Mhz DCS1800TX频带：欧洲 1805Mhz-1880Mhz DCS1800RX频带：欧洲 1850Mhz-1910Mhz PCS1900TX频带：US 1930Mhz-1990Mhz PCS1900RX频带：US
还希望移动终端可在诸如通用移动电话系统(UMTS)的第三代(3G)无线技术中使用的多个频带上工作。例如，表1列出了在UMTS网络中使用的四个频带的发射和接收频率范围：
表2
频率范围 频带 1920Mhz-1980Mhz 频带1发射 2110Mhz-2170Mhz 频带1接收 1850Mhz-1910Mhz 频带2发射 1930Mhz-1990Mhz 频带2接收 1710Mhz-1785Mhz 频带3发射 1805Mhz-1880Mhz 频带3接收 824Mhz-849Mhz 频带5发射 869Mhz-894Mhz 频带5接收
四频带天线接口模块可作为用于四个频带的天线端口和RF电路之间的接口。所述天线端口和RF电路之间的接口设计起到了实现公布的用户需求并提供期望的无线传输(OTA)性能的作用。总辐射功率(TRP)和总全向灵敏度(TIS)是定义OTA性能的两个品质因数。典型地针对所关注的频带定义这两种参数。对于四频带装置，典型地针对8个频率子频带定义OTA性能。
在许多传统移动终端中，天线馈电点端口是天线与RF电路的连接位置。图1A和1B是史密斯圆图，其例示了传统移动终端的分别针对824MHz-960MHz频带和1.7GHz-1.990GHz频带的天线馈电点阻抗。许多移动终端包括针对50欧姆额定系统阻抗而设计的RF电路。如图1A和1B所示，低频带阻抗轨迹(locus)和高频带阻抗轨迹明显不同。因而，阻抗匹配可用来改善OTA性能。
图2例示了在移动终端中用在无线电接口端口与天线馈电点端口之间的用于将天线210连接到RF电路的传统阻抗匹配电路200。阻抗匹配电路200包括如图所示配置的多个阻抗元件Z1到Z8以及传输线205。如上述图1A和1B所示，阻抗匹配电路200要与之匹配的阻抗是基于频率而变化的。因此，阻抗匹配电路200的设计典型地基于如下折衷，即在多个频带上获得可接受的性能水平，但无法为任何特定频带提供可能最优性能。鉴于实现用于提供可接受的性能的设计所花费的时间总量，这种设计可能很复杂且潜在成本高昂。而且，匹配电路200会消耗电路板上相当大的面积。
图3例示了可在天线305的天线馈电点接地与无线电电路接地之间使用的传统阻抗匹配电路300。如图3所示，阻抗匹配电路300包括在天线馈电点接地与无线电电路接地之间连接电容C1或者电感L1的开关310。遗憾的是，开关310典型地使用晶体管电路来实现，其会产生不希望的导致辐射杂散发射(RSE)增加的RF谐波。虽然可以使用二极管设计来实现开关310，但这会导致电流使用的增加，因此缩短移动终端的电池寿命。
【发明内容】
根据本发明的一些实施方式，天线接口电路包括阻抗匹配电路，所述阻抗匹配电路包括分别与在无线通信系统中使用的频带相关联的多个阻抗匹配网络。
在另一些实施方式中，所述频带包括GSM850频带、EGSM900频带、DCS1800频带和/或PCS1900频带。
在另一些实施方式中，所述频带包括多个UMTS频带。
在另一些实施方式中，所述多个阻抗匹配网络包括第一匹配网络和第二匹配网络，并且所述第一阻抗匹配网络与低于大约1GHz的频率相关联，而所述第二阻抗匹配网络与高于大约1.7GHz的频率相关联。
在另一些实施方式中，所述阻抗匹配网络仅由无源器件组成。
在另一些实施方式中，所述天线接口电路还包括与所述阻抗匹配电路相耦合的双工器电路。
在另一些实施方式中，所述双工器电路包括分别与所述多个阻抗匹配网络相耦合的多个滤波器电路。
在另一些实施方式中，所述双工器电路为第一双工器电路，并且所述天线接口电路还包括与所述阻抗匹配电路相耦合的第二双工器电路。
在另一些实施方式中，所述第二双工器电路包括分别与所述多个阻抗匹配网络相耦合的多个滤波器电路。
在另一些实施方式中，所述天线接口电路还包括电路板，所述电路板上设有所述第一双工器电路、所述第二双工器电路以及所述阻抗匹配电路。
在另一些实施方式中，所述第一双工器电路和所述第二双工器电路包括在所述电路板上的离散元件。
在另一些实施方式中，所述第一双工器电路和所述第二双工器电路包括在所述电路板上的陶瓷表面安装器件。
在另一些实施方式中，所述第一双工器电路和所述第二双工器电路包括在所述电路板上的分布式元件。
在本发明的进一步实施方式中，电子装置包括天线、射频电路、以及连接在所述天线与所述射频电路之间的阻抗匹配电路。所述阻抗匹配电路包括分别与所述射频电路使用的频带相关联的多个阻抗匹配网络。
在进一步实施方式中，所述频带包括GSM850频带、EGSM900频带、DCS1800频带和/或PCS1900频带。
在进一步实施方式中，所述频带包括多个UMTS频带。
在进一步实施方式中，所述多个阻抗匹配网络包括第一匹配网络和第二匹配网络，并且所述第一阻抗匹配网络与低于大约1GHz的频率相关联，而所述第二阻抗匹配网络与高于大约1.7GHz的频率相关联。
在进一步实施方式中，所述阻抗匹配网络仅由无源器件组成。
在进一步实施方式中，所述电子装置还包括将所述阻抗匹配电路与所述射频电路相耦合的双工器电路。
在进一步实施方式中，所述双工器电路包括分别与所述多个阻抗匹配网络相耦合的多个滤波器电路。
在进一步实施方式中，所述天线包括分别与所述多个阻抗匹配网络相耦合地多个馈电点端口。
在进一步实施方式中，所述双工器电路为第一双工器电路，并且所述电子装置还包括将所述阻抗匹配电路与所述天线相耦合的第二双工器电路。
在进一步实施方式中，所述第二双工器电路包括分别与所述多个阻抗匹配网络相耦合的多个滤波器电路。
在进一步实施方式中，所述电子装置还包括电路板，所述电路板上设有所述第一双工器电路、所述第二双工器电路以及所述阻抗匹配电路。
在进一步实施方式中，所述第一双工器电路和所述第二双工器电路包括在所述电路板上的离散元件。
在进一步实施方式中，所述第一双工器电路和所述第二双工器电路包括在所述电路板上的陶瓷表面安装器件。
在进一步实施方式中，所述第一双工器电路和所述第二双工器电路包括在所述电路板上的分布式元件。
在进一步实施方式中，所述电子装置为移动终端。
【附图说明】
当结合附图进行阅读时，可更容易从下文对具体实施方式的详细描述中理解本发明的其它特征，在图中：
图1A和1B是分别例示出传统移动终端的针对824MHz-960MHz频带和针对1.7GHz-1.990GHz频带的天线馈电点阻抗的史密斯圆图；
图2是例示出可在无线电接口端口与天线馈电点端口之间使用的传统阻抗匹配电路的电路图；
图3是例示出可在天线的天线馈电点接地与无线电电路接地之间使用的传统阻抗匹配电路的电路图；
图4是例示出根据本发明的一些实施方式的电子装置/移动终端的框图；以及
图5至7是例示出根据本发明的各种实施方式的天线接口电路的框图。
【具体实施方式】
因为发明可以具有多种修改和可选的形式，所以在附图中仅以示例方式示出其特定实施方式并在此进行详细描述。然而，应该理解，这并非意图将本发明限于所公开的特定形式，相反，本发明覆盖了落入权利要求书所限定的本发明的精神和范围内的所有的修改例、等同例、以及替代例。在附图中通篇使用相同的参考标记来指示相同的元件。
当在此使用时，除非明确地另作说明，否则单数形式的表达方式旨在也包括复数形式。还应该理解，当在说明书中使用时，术语“包括”用于指明所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除一个或更多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其群组的存在或者附加。应该理解，当元件被称为“连接到”或“耦合到”另一个元件时，其可以直接连接或耦合到另一个元件，或者在它们之间也可存在插入元件。另外，当在此使用时“连接”或“耦合”可以包括无线连接或耦合。当在此使用时，术语“和/或”包括一个或更多个相关列表项的任何和所有组合。
除非另外定义，否则本文中使用的所有的术语(包括科技术语)具有本发明所属领域的普通技术人员通常理解的相同含义。还应该理解，诸如在通用词典中定义的那些术语，应被释义为具有与它们在相关领域背景下的含义相一致的含义，除非在此明确定义，否则不能释义为理想化或者过于正规的意义。
当在此使用时，术语“移动终端”可包括具有或不具有多线显示器的卫星或蜂窝无线电话，可以将数据处理、传真以及数据通信能力结合到蜂窝无线电话的个人通信系统(PCS)终端，可包括无线电话、寻呼机、因特网/内联网接入、网页浏览器、记事簿、日历和/或全球定位系统(GPS)接收机的PDA，以及传统的膝上电脑和/或掌上电脑接收机或包括无线电话收发机的其他电器装置。移动终端也可称为“普适计算”装置。
为了例示的目的，在此以移动终端为背景来描述本发明的实施方式。然而，应该理解，本发明不限于这些实施方式，并且总体上可实施为包括用于无线通信的天线的电子装置。
当将电流使用、RSE、芯片/电路板面积和/或设计时间保持在可接受的限度内时，很难设计出用于相对大的频率范围的在天线馈电点端口与之间使用的传统阻抗匹配电路和网络。本发明的一些实施方式源于如下认知，即天线接口电路可包括其中使用了与在无线通信系统中使用的多个频带相对应的多个阻抗匹配网络的阻抗匹配电路。例如，在设计为在GSM850频带、EGSM900频带、DSC1800频带以及PCS1900频带上工作的四频带装置中，可使用分别与低于大约1GHz的频率和高于大约1.7GHz的频率相关联的一对阻抗匹配网络。因为每一个单独的阻抗匹配网络不需要被设计为覆盖可使该四频带装置工作的所有频率，所以可简化每个阻抗匹配网络的设计，并且每个阻抗匹配网络可针对与其相关联的受限频率范围，提供改善的阻抗匹配。
现在参考图4，根据本发明的一些实施方式的移动终端400包括与处理器440进行通信的视频记录器402、音频处理器403、摄像机405、麦克风410、键盘/键区415、扬声器420、显示器425、收发机430以及存储器435。收发机430包括发射机电路445和接收机电路450，它们分别通过天线455将输出射频信号发射到基站收发机，和接收来自基站收发机的输入射频信号。在移动终端400与基站收发机之间传送的射频信号可以包括业务和控制信号(例如，用于输入呼叫的寻呼信号/消息)，该业务和控制信号用于建立并保持与另一方或目的地的通信。所述射频信号还可包括分组数据信息，举例来说，如蜂窝数字分组数据(CDPD)信息。根据本发明的各种实施方式，移动终端400可利用一个或更多个蜂窝通信协议来与基站收发机进行通信，所述蜂窝通信协议例如有高级移动电话业务(AMPS)、ANSI-136、全球移动通信标准(GSM)、通用分组无线电业务(GPRS)、增强型数据速率GSM演进技术(EDGE)、集成数字增强网络(iDEN)、码分多址(CDMA)、宽带-CDMA、CDMA2000和/或通用移动电信系统(UMTS)。
移动终端400的前述部件可以包括在许多传统移动终端中，并且它们的功能是本领域技术人员所公知的。
处理器440经由地址/数据总线与存储器435进行通信。处理器440例如可以是商业上可获得的或者是定制的微处理器。存储器435是包含用于操作移动终端400的软件和数据的一个或更多个存储装置的代表。存储器135可包括，但不限于以下类型的装置：高速缓存、ROM、PROM、EPROM、EEPROM、闪存、SRAM以及DRAM。
如图4所示，存储器435可以包含通常用来控制移动终端400的操作的操作系统460。具体来说，操作系统465可管理移动终端的软件和/或硬件资源，并且可协调处理器440执行程序。
多频带匹配网络465可将天线455耦合到收发机430上。在本发明的一些实施方式中，所述多频带开关网络465可包括分别与移动终端400用于在无线通信系统中进行通信的频带相关联的多个阻抗匹配网络。通过将多个阻抗匹配网络与规定的频带相关联，多频带匹配网络465相对于被设计用于在更宽的频率范围上进行阻抗匹配的单个阻抗匹配网络的性能，可以提供改进的OTA性能。现在将参照图5至7来描述可用于实现图4的多频带匹配网络465的天线接口电路的各种实施方式。
参考附图5，根据本发明的一些实施方式，天线接口电路500包括串联耦合在无线电接口端口与天线馈电点端口之间的第一双工器电路505、阻抗匹配电路510以及第二双工器电路515。所述第一双工器电路505包括高通滤波器520和低通滤波器525，所述第一双工器电路505被配置为将通过所述无线电接口端口发送和接收的信号的频率分为高频带和低频带。所述阻抗匹配网络510包括分别与高通滤波器520和低通滤波器525耦合的高频匹配网络530和低频匹配网络535。如上所述，所述天线馈电点阻抗基于频率而发生变化。所述高频匹配网络530可被设计为提供针对高频带阻抗特性的阻抗匹配，而所述低频匹配网络535可被设计为提供针对低频带阻抗特性的阻抗匹配。所述第二双工器电路515与第一双工器电路505类似，包括高通滤波器540和低通滤波器545，所述第二双工器电路515被配置为将通过天线馈电点端口发送和接收的信号的频率分为高频带和低频带。
根据本发明的具体实施方式，高频带可以与高于大约1.7GHz的频率相对应，其覆盖DCS1800频带和PCS1900频带，而低频带可以与低于大约1GHz的频率相对应，其覆盖GSM850频带和EGSM900频带。还可以设置高频带和低频带的阈值以覆盖在上述表2中阐述的UMTS频带。为了例示目的，在此基于将频率分为两个频带(即，高频带和低频带)的划分，来描述天线接口电路500。应该理解，本发明的实施方式不限于两个频带的设计，而替代地通常可基于多个频带的划分来设计。
图6例示出根据本发明的另一些实施方式的天线接口电路600。天线接口电路600与上述参照图5描述的天线接口电路500类似，其中双工器电路605包括高通滤波器615和低通滤波器620，它们分别与第一双工器电路505的高通滤波器520和低通滤波器525相对应。类似的是，阻抗匹配电路610包括高频匹配网络625和低频匹配网络630，它们分别与阻抗匹配电路510的高频匹配网络530和低频匹配网络535相对应。然而，与天线接口电路500不同，天线接口电路600不包括第二双工器电路，而是天线包括分别与在阻抗匹配电路610的双频带设计中使用的高频匹配网络625和低频匹配网络630相对应的一对天线馈电点端口。
根据本发明的各种实施方式，上文参照图5和图6描述的双工器电路和阻抗匹配电路可以被配置在电路板上。例如，双工器电路可以包括在电路板上的离散元件、在电路板中的分布元件、或者离散和分布元件的组合。在另一些实施方式中，双工器电路可以包括被设置在电路板上的陶瓷表面安装器件。陶瓷表面安装器件封装在电路板上需要的面积比封装高线性开关器件(如上文参照3所示)所需的面积小。例如，这在图7中例示出，其中，表面安装器件705包括第一双工器电路710和第二双工器电路715，所述第一双工器电路710包括高通滤波器720和低通滤波器725，而所述第二双工器电路715包括高通滤波器730和低通滤波器735。阻抗匹配电路包括高频匹配网络740和低频匹配网络745，它们在双工器电路表面安装器件705外部实现。这种配置可能是希望的，因为各种移动终端可共享相同的双工器电路，又可以基于移动终端进行通信所使用的具体频率和在移动终端的天线馈电点端口处的具体阻抗特性来使用不同的阻抗匹配电路。在一些实施方式中，包括阻抗匹配电路的阻抗匹配网络可仅包括无源元件，由此减少对移动终端中的电池寿命的影响。
与在无线电接口端口与天线馈电点端口之间使用单个阻抗匹配网络的可包括有源器件的传统阻抗匹配方法相比，根据本发明的一些实施方式的阻抗匹配电路可使用多个阻抗匹配网络，以减少在各个频带的OTA性能之间所做的折衷。而且，可独立调谐的多个窄频带阻抗匹配网络相比于单个宽频带阻抗匹配网络，具有更小的设计复杂度，因而需要更少的设计时间。因为根据本发明的一些实施方式的阻抗匹配网络可仅包括无源器件，所以不会增加RSE，也不会增加静电放电(ESD)风险。
在不实质偏离本发明的原理的情况下，可对实施方式进行许多变型和修改。所有这些变型和修改都包括在如随附权利要求所阐述的本发明的范围内。