智能手機共存解決方案協同合作使用共用天線

當今的智能手機必須為用戶提供越來越多的連接選項。愛普科斯（EPCOS）共存解決方案采用先進技術，適用范圍極廣，可以確保蜂窩網絡服務、GPS和WLAN（無線區(qū)網）的同時運行。

對智能手機和RF部件的生產商而言，多個通信服務在小型移動設備上的共存意味著一系列復雜的RF挑戰(zhàn)。今天的智能手機通常必須支持很寬頻率范圍內的一系列蜂窩和無線網絡服務。如除了GSM、UMTS或LTE等蜂窩服務，智能手機還必須提供GPS和藍牙/無線區(qū)網連接能力。為了節(jié)省空間并提高性能，標準結構提倡Tx（發(fā)送）和Rx（接收）都使用蜂窩天線，而單獨接收使用分集式天線。如圖1所示，典型的分集式天線必須支持GPS、無線區(qū)網以及蜂窩頻段。

圖1從分集式天線提取GPS和WLAN（無線區(qū)網）信號的基本原理

智能手機中的RF挑戰(zhàn)是用戶期望的綜合：智能手機不僅必須超薄緊湊，這些多頻段、多功能設備還要能提供基于RF服務的全部功能。換句話說，用戶期望上傳一個大文件的同時，還可以通過LTE打電話，并能同時使用GPS進行導航，所有這些都要同時進行，不能有延遲，性能上也不能打折扣。用戶的這些期望對智能手機的RF過濾及處理提出了很高的要求，尤其是對于用來從分集式天線提取GPS和WLAN（無線區(qū)網）信號的濾波器和模塊?；谥С址涓C、GPS和WLAN（無線區(qū)網）操作所需的頻段，RF設計必須解決3個主要的共存挑戰(zhàn)（圖2）：

圖2智能手機中的共存挑戰(zhàn)

●極相鄰通信頻段（≤20MHz）的干擾來自低頻段蜂窩

●發(fā)送信號的GPS信號的二次諧波干擾來自無線區(qū)網

●發(fā)送信號的GPS信號的互調制干擾

共存案例1：極相鄰頻段

頻譜是一個有限的資源。隨著通信服務和協議的不斷增加，頻譜也變得日益密集。特別是WLAN（無線區(qū)網）和藍牙使用的頻段是從新頻段7以及LTE蜂窩服務使用的頻段40和41中分離出來，頻率分離間隔不超過20MHz.在這種情況下，對蜂窩和WLAN（無線）頻帶的RF濾波器就提出了很高的要求。RF濾波器必須能夠阻止無線和高頻段蜂窩信號彼此之間的干擾。這就需要RF濾波器選擇性高且插入損耗小。高效的RF過濾還會影響智能手機的耗電量。使相鄰頻段的干擾最小意味著降低傳輸功率且不影響性能。

共存案例2：可靠的二次諧波過濾諧波效應是智能手機RF設計的主要挑戰(zhàn)。

衛(wèi)星導航系統(tǒng)如GPS、俄羅斯的GLONASS以及中國北斗（也叫指南針），工作頻率范圍為1561MHz至1605MHz.此外，導航接收器的信號強度很弱。這樣，導航信號就很容易受到低頻段蜂窩發(fā)送信號的二次諧波干擾，該諧波是從主天線耦合到分集式天線。因此，對于使用高線性SAW濾波器的整個GPS接收路徑都需要額外的過濾，再加上低噪放大器（LNA），就可以阻止這些低頻段蜂窩信號干擾GPS信號。

共存案例3：互調制影響的可靠過濾

由于分集式天線還可用于發(fā)送WLAN無線區(qū)網信號，WLAN（無線區(qū)網信號和低頻段蜂窩信號的頻率差就會產生交互調變，從而干擾GPS接收信號。這些非線性影響會嚴重危害GPS性能，特別是無線發(fā)送信號通常都比GPS信號強150dB以上。高效過濾也要求高線性濾波器和放大器。

提取器如何共用天線在多頻段使用單根天線發(fā)送和接收信號時，就需要用到所謂的提取器。這些頻率復用器將接收信號（如蜂窩、GPS）分離，這樣就可以使用不同的接收器接收不同的信號。幾年前愛普科斯（EPCOS）就已經開始率先研發(fā)GPS提取器。比如，GPS提取器結合了GPS帶通濾波器和GPS陷波濾波器。帶通濾波器只允許GPS頻帶通過至GPS接收器，而陷波濾波器只允許蜂窩信號通過至蜂窩接收器。圖3顯示了一個典型的GPS提取器，該提取器有帶通濾波器（1575MHzGPS信號）和陷波濾波器（1575MHz，在蜂窩口阻止GPS信號）。

圖3 GPS提取器的基本電路圖

使用無線區(qū)網帶通濾波器取代GPS帶通濾波器，可以以類似方式實現WLAN（無線區(qū)網）提取器。還可以設計GPS+無線提取器組合至單個復用器，這樣就可以同時提取GPS和無線區(qū)網信號。圖3顯示了GPS+無線區(qū)網提取器組合，其特性是2個帶通濾波器（用于GPS和無線區(qū)網頻帶，頻率分別為1575MHz和2450MHz）和一個用于2個頻帶的雙陷波濾波器。

高性能共存解決方案

TDK公司利用這些信號提取概念建立了一系列創(chuàng)新的共存解決方案，這些方案是專為智能手機使用而設計。我們已將主要產品的案例總結在表中。

2年前發(fā)布的愛普科斯（EPCOS）首款無線區(qū)網/藍牙BAW濾波器（B9604）是領先的濾波器解決方案之一，用于LTE頻帶7的手機。新型愛普科斯（EPCOS）LS70濾波器汲取了首款濾波器的成功經驗，其濾波性能已經大幅提高。該新型濾波器使用先進的第二代BAW技術（BAW2），從而獲得了更好的Q因數，插入損耗比B9604明顯降低，封裝尺寸也更小。小型印刷尺寸只有1.1mm×0.9mm，且LS70的1109封裝也超薄，高度只有0.4mm.

愛普科斯（EPCOS）無線共存產品

共存案例1，使用專用無線區(qū)網天線

解決方案

愛普科斯（EPCOS）LS70BT/無線區(qū)網BAW濾波器

特性

●一流的性能和大小

●第二代BAW技術（BAW2），用于改進Q因數

●良好的插入損耗及高頻帶外抑制

●小型1109CSSP？封裝（1.1mm×0.9mm×0.4mm）

共存案例2，使用共用GPS/分集式天線

解決方案

愛普科斯（EPCOS）R157GPS-GLONASS-北斗前端模塊

特性

●高線性SAWGPS-GLONASS提取器

●低噪因數與低電流的低噪放大器

●集成匹配和線性增強電路

●小型封裝（2.5mm×2.5mm×0.8mm）

新的愛普科斯（EPCOS）R159GPS/GLONASS前端模塊是一個完全集成的前端解決方案，允許蜂窩接收器和GPS接收器共用蜂窩分集式天線。該新模塊組合了用于GPS和GLONASS（頻率范圍為1575MHz至1605MHz，單個封裝尺寸為2.5mm×2.5mm×0.8mm）的LNA和低噪SAWGPS/GLONASS提取器。此外，該新模塊采用了集成匹配和線性增強電路，無需要其他額外部件愛普科斯（EPCOS）R157GPS/GLONASS/北斗前端模塊（支持GPS、GLONASS和北斗、蜂窩服務以及無線區(qū)網）代表了目前最先進的GPS前端解決方案。該模塊整合了最新的GPS/GLONASS/北斗聲表濾波器，線性增強電路，以及超低噪聲系數與低電流的低噪放大器。該小型模塊，尺寸僅為2.5mm×2.5mm×0.8mm.R157的模塊封裝采用金屬電鍍覆層，可以保護GPS接收路徑，阻止雜散信號（通過空中接口接收）干擾GPS接收鏈。另外，R157完全屏蔽，可以為GPS接收路徑提供對熱噪級別信號的最佳靈敏度。