智能手機(jī)共存解決方案協(xié)同合作使用共用天線(xiàn)

當(dāng)今的智能手機(jī)必須為用戶(hù)提供越來(lái)越多的連接選項(xiàng)。愛(ài)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(wú)線(xiàn)區(qū)網(wǎng)）的同時(shí)運(yùn)行。

對(duì)智能手機(jī)和RF部件的生產(chǎn)商而言，多個(gè)通信服務(wù)在小型移動(dòng)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(wú)線(xiàn)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(wú)線(xiàn)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(xiàn)，而單獨(dú)接收使用分集式天線(xiàn)。如圖1所示，典型的分集式天線(xiàn)必須支持GPS、無(wú)線(xiàn)區(qū)網(wǎng)以及蜂窩頻段。

圖1從分集式天線(xiàn)提取GPS和WLAN（無(wú)線(xiàn)區(qū)網(wǎng)）信號(hào)的基本原理

智能手機(jī)中的RF挑戰(zhàn)是用戶(hù)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(huà)說(shuō)，用戶(hù)期望上傳一個(gè)大文件的同時(shí)，還可以通過(guò)LTE打電話(huà)，并能同時(shí)使用GPS進(jìn)行導(dǎo)航，所有這些都要同時(shí)進(jìn)行，不能有延遲，性能上也不能打折扣。用戶(hù)的這些期望對(duì)智能手機(jī)的RF過(guò)濾及處理提出了很高的要求，尤其是對(duì)于用來(lái)從分集式天線(xiàn)提取GPS和WLAN（無(wú)線(xiàn)區(qū)網(wǎng)）信號(hào)的濾波器和模塊?；谥С址涓C、GPS和WLAN（無(wú)線(xiàn)區(qū)網(wǎng)）操作所需的頻段，RF設(shè)計(jì)必須解決3個(gè)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(lái)自低頻段蜂窩

●發(fā)送信號(hào)的GPS信號(hào)的二次諧波干擾來(lái)自無(wú)線(xiàn)區(qū)網(wǎng)

●發(fā)送信號(hào)的GPS信號(hào)的互調(diào)制干擾

共存案例1：極相鄰頻段

頻譜是一個(gè)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(wú)線(xiàn)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(lái)，頻率分離間隔不超過(guò)20MHz.在這種情況下，對(duì)蜂窩和WLAN（無(wú)線(xiàn)）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(wú)線(xiàn)和高頻段蜂窩信號(hào)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(guò)濾還會(huì)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(guò)濾諧波效應(yīng)是智能手機(jī)RF設(shè)計(jì)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(guó)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(hào)強(qiáng)度很弱。這樣，導(dǎo)航信號(hào)就很容易受到低頻段蜂窩發(fā)送信號(hào)的二次諧波干擾，該諧波是從主天線(xiàn)耦合到分集式天線(xiàn)。因此，對(duì)于使用高線(xiàn)性SAW濾波器的整個(gè)GPS接收路徑都需要額外的過(guò)濾，再加上低噪放大器（LNA），就可以阻止這些低頻段蜂窩信號(hào)干擾GPS信號(hào)。

共存案例3：互調(diào)制影響的可靠過(guò)濾

由于分集式天線(xiàn)還可用于發(fā)送WLAN無(wú)線(xiàn)區(qū)網(wǎng)信號(hào)，WLAN（無(wú)線(xiàn)區(qū)網(wǎng)信號(hào)和低頻段蜂窩信號(hào)的頻率差就會(huì)產(chǎn)生交互調(diào)變，從而干擾GPS接收信號(hào)。這些非線(xiàn)性影響會(huì)嚴(yán)重危害GPS性能，特別是無(wú)線(xiàn)發(fā)送信號(hào)通常都比GPS信號(hào)強(qiáng)150dB以上。高效過(guò)濾也要求高線(xiàn)性濾波器和放大器。

提取器如何共用天線(xiàn)在多頻段使用單根天線(xiàn)發(fā)送和接收信號(hào)時(shí)，就需要用到所謂的提取器。這些頻率復(fù)用器將接收信號(hào)（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(hào)。幾年前愛(ài)普科斯（EPCOS）就已經(jīng)開(kāi)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(guò)至GPS接收器，而陷波濾波器只允許蜂窩信號(hào)通過(guò)至蜂窩接收器。圖3顯示了一個(gè)典型的GPS提取器，該提取器有帶通濾波器（1575MHzGPS信號(hào)）和陷波濾波器（1575MHz，在蜂窩口阻止GPS信號(hào)）。

圖3 GPS提取器的基本電路圖

使用無(wú)線(xiàn)區(qū)網(wǎng)帶通濾波器取代GPS帶通濾波器，可以以類(lèi)似方式實(shí)現(xiàn)WLAN（無(wú)線(xiàn)區(qū)網(wǎng)）提取器。還可以設(shè)計(jì)GPS+無(wú)線(xiàn)提取器組合至單個(gè)復(fù)用器，這樣就可以同時(shí)提取GPS和無(wú)線(xiàn)區(qū)網(wǎng)信號(hào)。圖3顯示了GPS+無(wú)線(xiàn)區(qū)網(wǎng)提取器組合，其特性是2個(gè)帶通濾波器（用于GPS和無(wú)線(xiàn)區(qū)網(wǎng)頻帶，頻率分別為1575MHz和2450MHz）和一個(gè)用于2個(gè)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(hào)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(zhuān)為智能手機(jī)使用而設(shè)計(jì)。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(ài)普科斯（EPCOS）首款無(wú)線(xiàn)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(ài)普科斯（EPCOS）LS70濾波器汲取了首款濾波器的成功經(jīng)驗(yàn)，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(ài)普科斯（EPCOS）無(wú)線(xiàn)共存產(chǎn)品

共存案例1，使用專(zhuān)用無(wú)線(xiàn)區(qū)網(wǎng)天線(xiàn)

解決方案

愛(ài)普科斯（EPCOS）LS70BT/無(wú)線(xiàn)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(xiàn)

解決方案

愛(ài)普科斯（EPCOS）R157GPS-GLONASS-北斗前端模塊

特性

●高線(xiàn)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(xiàn)性增強(qiáng)電路

●小型封裝（2.5mm×2.5mm×0.8mm）

新的愛(ài)普科斯（EPCOS）R159GPS/GLONASS前端模塊是一個(gè)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(xiàn)。該新模塊組合了用于GPS和GLONASS（頻率范圍為1575MHz至1605MHz，單個(gè)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(xiàn)性增強(qiáng)電路，無(wú)需要其他額外部件愛(ài)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(wú)線(xiàn)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(xiàn)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(hào)（通過(guò)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(duì)熱噪級(jí)別信號(hào)的最佳靈敏度。