智能手機(jī)共存解決方案協(xié)同合作使用共用天線

當(dāng)今的智能手機(jī)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(jìn)技術(shù)，適用范圍極廣，可以確保蜂窩網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、GPS和WLAN（無線區(qū)網(wǎng)）的同時運(yùn)行。

對智能手機(jī)和RF部件的生產(chǎn)商而言，多個通信服務(wù)在小型移動設(shè)備上的共存意味著一系列復(fù)雜的RF挑戰(zhàn)。今天的智能手機(jī)通常必須支持很寬頻率范圍內(nèi)的一系列蜂窩和無線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。如除了GSM、UMTS或LTE等蜂窩服務(wù)，智能手機(jī)還必須提供GPS和藍(lán)牙/無線區(qū)網(wǎng)連接能力。為了節(jié)省空間并提高性能，標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)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(wǎng)以及蜂窩頻段。

圖1從分集式天線提取GPS和WLAN（無線區(qū)網(wǎng)）信號的基本原理

智能手機(jī)中的RF挑戰(zhàn)是用戶期望的綜合：智能手機(jī)不僅必須超薄緊湊，這些多頻段、多功能設(shè)備還要能提供基于RF服務(wù)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(jìn)行導(dǎo)航，所有這些都要同時進(jìn)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(jī)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(wǎng)）信號的濾波器和模塊?；谥С址涓C、GPS和WLAN（無線區(qū)網(wǎng)）操作所需的頻段，RF設(shè)計必須解決3個主要的共存挑戰(zhàn)（圖2）：

圖2智能手機(jī)中的共存挑戰(zhàn)

●極相鄰?fù)ㄐ蓬l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(wǎng)

●發(fā)送信號的GPS信號的互調(diào)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(wù)和協(xié)議的不斷增加，頻譜也變得日益密集。特別是WLAN（無線區(qū)網(wǎng)）和藍(lán)牙使用的頻段是從新頻段7以及LTE蜂窩服務(wù)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(jī)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(yīng)是智能手機(jī)RF設(shè)計的主要挑戰(zhàn)。

衛(wèi)星導(dǎo)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(dǎo)航接收器的信號強(qiáng)度很弱。這樣，導(dǎo)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(diào)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(wǎng)信號，WLAN（無線區(qū)網(wǎng)信號和低頻段蜂窩信號的頻率差就會產(chǎn)生交互調(diào)變，從而干擾GPS接收信號。這些非線性影響會嚴(yán)重危害GPS性能，特別是無線發(fā)送信號通常都比GPS信號強(qiáng)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(fù)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(jīng)開始率先研發(fā)GPS提取器。比如，GPS提取器結(jié)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(wǎng)帶通濾波器取代GPS帶通濾波器，可以以類似方式實現(xiàn)WLAN（無線區(qū)網(wǎng)）提取器。還可以設(shè)計GPS+無線提取器組合至單個復(fù)用器，這樣就可以同時提取GPS和無線區(qū)網(wǎng)信號。圖3顯示了GPS+無線區(qū)網(wǎng)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(wǎng)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(jī)使用而設(shè)計。我們已將主要產(chǎn)品的案例總結(jié)在表中。

2年前發(fā)布的愛普科斯（EPCOS）首款無線區(qū)網(wǎng)/藍(lán)牙BAW濾波器（B9604）是領(lǐng)先的濾波器解決方案之一，用于LTE頻帶7的手機(jī)。新型愛普科斯（EPCOS）LS70濾波器汲取了首款濾波器的成功經(jīng)驗，其濾波性能已經(jīng)大幅提高。該新型濾波器使用先進(jìn)的第二代BAW技術(shù)（BAW2），從而獲得了更好的Q因數(shù)，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(chǎn)品

共存案例1，使用專用無線區(qū)網(wǎng)天線

解決方案

愛普科斯（EPCOS）LS70BT/無線區(qū)網(wǎng)BAW濾波器

特性

●一流的性能和大小

●第二代BAW技術(shù)（BAW2），用于改進(jìn)Q因數(shù)

●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(shù)與低電流的低噪放大器

●集成匹配和線性增強(qiáng)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(qiáng)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(wù)以及無線區(qū)網(wǎng)）代表了目前最先進(jìn)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(qiáng)電路，以及超低噪聲系數(shù)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(hù)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。