专利名称：Rf前端模块和天线系统的制作方法
RF前端模块和天线系统优先权声明及相关申请本专利文件要求2008年12月24日提交的题为“Antenna Duplexer Front End Architecture Based On Metamaterial Structure"61/140, 816
利申请以及2009年7月四日提交的题为“Multi-Antenna RF Front-End Modules”的序列号为61/2 ，657的美国临时专利申请的权益。以上临时申请的公开以参引的方式结合于此。本专利文件涉及2007年4月27日提交的题为“Antennas，Device and Systems based on Metamaterial Structures” 的序列号为 11/741，674 的美国专利申请；2009 年 9 月 22 日公告的题为 “Antenna Based on Metamaterial Structures” 的美国专利 No. 7，592，952 ；2008 年 12 月 20 日提交的题为 “Multi-Metamaterial-Antenna Systems with Directional Couplers” 的序列号为 12/340, 657 的美国专利申请；2008 年 11 月 17 提交的题为"Filter Design Methods and Filters Based on Metameterial Structures，， 的序列号为12/272, 781的美国专利申请；2009年2月18日提交的题为“A Metamaterial Power Amplifier System and Method for Generating Highly Efficient and Linear Multi-Band Power Amplifiers”的序列号为61/153，398的美国临时专利申请；2008年 10 ^ 13 H ^ W H ^ "Single-Layer Metallization and Via-Less Metamaterial Mructures”的序列号为12/250,477的美国专利申请；2008年11月13日提交的题为 "Metamaterial Structures with Multilayer Metallization and Via，，的序列号为 12/270,410的美国专利申请；2009年5月13日提交的题为“Non-Planar Metamaterial Antenna Structures”的序列号为12/465，571的美国专利申请；以及2009年11月9日提交的题为“Multi-Port Frequency Band Coupled Antennas”的序列号为 61/259，589 的美国临时专利申请。
背景技术：
本文件涉及RF前端模块和天线系统。基于超材料(Metamaterial)的部件以及基于非超材料的部件可以使用在这些系统中。考虑到电场Ejfg H、和波矢β (或传播常数)，电磁波在大多数材料中的传播遵从(Ε，Η，β)矢量场的右手定律。相位速度方向与信号能量传播(群速度)的方向相同，并且折射率为正数。这种材料被称为右手(RH)材料。大多数天然材料均为RH材料。人造材料也可以是RH材料。超材料具有人造结构。当被设计具有比超材料所引导的电磁能的波长小得多的结构平均晶格单位尺寸时，超材料可以对被引导的电磁能表现得像勻质介质一样。与RH材料不同，超材料可以呈现负折射率，并且相位速度方向与信号能量传播方向相反，其中，(Ε，Η， β)矢量场的相对方向遵从左手定律。具有负折射率同时具有负介电常数ε和磁导率μ 的超材料被称作纯左手(LH)超材料。许多超材料是LH超材料和RH材料的混合物并因此为复合左右手(CRLH)超材料。CRLH超材料可以在低频表现得像LH超材料一样，而在高频表现得像RH材料一样。例如，Caloz 禾口 Itoh 在 John Wiley & Sons (2006)上的"Electromagnetic Metamaterials Transmission Line Theory and Microwave Application，，中描述了多禾中 CRLH 超材料的实现和特性。Tatsuo Itoh在第40卷第16号Q004年8月)的Electronics Letters中的 Invited paper =Prospects for Metamaterials” 中描述了 CRLH 超材料及其在天线中的应用。CRLH超材料可以被结构化和设计成呈现针对特定应用定制的电磁特性，以及可用于使用其他材料可能困难、不切实际或者不可行的应用中。此外，CRLH超材料可用于开发新的应用以及用于构建用RH材料不可能实现的新装置。
图1示出了框图，该框图示意性地示出了具有用于隔离发射和接收信号路径的开关的常规双频带收发器系统。图2示出了框图，该框图示意性地示出了具有用于隔离发射和接收信号路径的单刀四掷(SP4T)开关的常规双频带收发器系统。图 3A-图 3E 示出了 CRLH 晶格单位(unit cell)。图3F示出了根据等效电路参数表示的RH传输线。图 4 示出了 RH、LH 和 CRLH 频散曲线(dispersion curve)。图5A以框图的形式示出了根据示例性实施例的四天线双频带收发器系统。图5B示出了用于使从Tx天线到Rx路径的Tx功率泄漏降到最小的隔离方案的示例。图6A以框图的形式示出了根据示例性实施例的双天线双频带收发器系统。图6B示出了作为用于图6A的双工器的频率的函数的抑制条件(rejection consideration)0图7-图12示出了双频带收发器系统的多种示例性实施例。图13以框图的形式示出了根据示例性实施例的对用于单频带的单独的发射和接收天线的使用。图14示出了通常为RF通信系统中的发射和接收频带所考虑的隔离水平的示意图。图15以框图的形式示出了根据示例性实施例的具有用于单频带的单独的发射和接收天线的系统。图16A-图16C示出了图15的系统的实现示例，其分别示出了 3D视图、顶层的俯视图以及底层的俯视图。图17示出了在图16A-图16C的实现示例中使用的陷波滤波器。图18绘出了图17的陷波滤波器的回波损耗和插入损耗。图19绘出了图16A-图16C和图17中所示的实现示例的回波损耗和隔离。图20以框图的形式示出了根据示例性实施例的具有用于单频带的单独的发射和接收天线的系统。图21A-图21C示出了图20的系统的实现示例，其分别示出了 3D视图、顶层的俯视图以及底层的俯视图。
图22示出了在图21A-图21C的实现示例中的MTM传输线和MTM定向耦合器。图23示出了在图2IA-图21C的实现示例中使用的陷波滤波器。图M绘出了不具有陷波滤波器的图21-图23的实现示例的回波损耗和隔离。图25绘出了陷波滤波器的回波损耗和插入损耗。图沈绘出了 MTM定向耦合器、MTM传输线和陷波滤波器的组合的回波损耗和隔离。图27以框图的形式示出了根据示例性实施例的具有用于单频带的单独的发射和接收天线的系统。图^A示出了用于图27的系统中的接收天线的输入阻抗。图^B示出了关于朝向图27的系统中的移相器和BPF看的点的输入阻抗。图29A和图29B示出了图27的系统的实现示例，其分别示出了顶层的俯视图以及底层的俯视图。图30示出了图^A和图29B的实现示例中的移相器。图31绘出了具有图30的移相器的图29A和图29B的实现示例的回波损耗和隔离。图32以框图的形式示出了根据示例性实施例的具有用于单频带的单独的发射和接收天线的系统。
具体实施例方式根据在本文中描述的实施例，收发器系统的构架和实现包括一个或多个支持单频带或多频带的天线、处理发射信号的发射电路、处理接收信号的接收电路、以及耦合到所述一个或多个天线以及发射电路和接收电路并提供发射电路与接收电路之间的足够的电磁隔离的隔离电路。隔离电路的实施例包括与常规系统相比时，没有半导体开关、具有半导体开关数量减少了的或半导体开关线端的数量减少了的无源部件，从而降低了成本。超材料 (MTM)结构可以用于所述一个或多个天线以及无源部件中的至少一个，以提高性能。以下将描述这些实施例和实现及其变型。用于双频带发射和接收的RF收发器系统可使用在双频带的全球移动通信(GSM) 电话和其他无线通信系统中。常规地，这种双频带收发器系统被实现为包括具有如下图1 和图2所示范的发射/接收(Tx/Rx)开关的RF前端模块。图1示出了示意性地示出了例如双频带GSM900/DCS1800或GSM850/PCS1900电话系统的双频带收发器系统100的一个示例的框图，该双频带收发器系统100使用诸如开关 120和开关124的Tx/Rx开关以在每个频带中隔离Tx和Rx信号路径。在通信系统中，根据使用和位置分配频带。例如，在北美洲，个人通信服务(PCQ是用于数字移动蜂窝式电话通信的1900MHz频带，而数字蜂窝系统(DCQ定义了在北美之外使用的类似频带，并且包括 GSM。在图1中，可以为诸如DCS1800或PCS1900频带的一个频带设计高频带功率放大器(PA) 104和高频带低噪放大器(LNA) 108 ；并且可以为诸如GSM900或GSM850频带的另一频带设计低频带PA 112和低频带LNA 116。系统100包括RF前端模块102，RF前端模块102 耦合至用作双频带的Tx和Rx天线两者的单个天线，即，双频带Tx/Rx天线132。RF前端模块一般是指与天线耦合的系统的整个前端部分，并且包括天线开关模块(ASM)、PA、LNA、滤波器和其他外围RF电路。一些实施例允许将LNA集成到RF集成电路(RFIC)中。ASM—般是指包括开关的系统部分，并且其在一个模块线端处耦合至天线并在另一模块线端处耦合至PA和表面声波(Surface Acoustic Wave, SAW)滤波器。例如图1所示的双频带通信系统 100的RF前端模块102包括两个PA( S卩，高频带PA 104和低频带PA 112)、两个LNA(即， 高频带LNA 108和低频带LNA 116)、两个Tx/Rx开关120和124、以及双工器128。双工器 1 在双频带Tx/Rx天线132的馈点处将高频带信号与低频带信号分离，并在接收操作期间将其发送至相应的Tx/Rx开关120和124。单刀双掷(SPDT)开关在本示例中被用于Tx/Rx 开关，Tx/Rx开关具有在高频带中分离Tx和Rx信号路径的高频带SPDT Tx/Rx开关120和在低频带中分离iTx和Rx信号路径的低频带SPDT Tx/Rx开关124。因此，Tx/Rx开关120 和IM在相应频带中提供对发射和接收信号的路由。在发射操作期间，Tx/Rx开关120和 1 分别将来自PA 104和112的信号传送到双工器128。在接收操作期间，Tx/Rx开关120 和IM将来自双工器128的高频带信号和低频带信号分别传送到宽频带LNA108和低频带 LNA 116。RF前端模块102进一步包括SAW滤波器，SAW滤波器在每个频带的接收路径中耦合到LNA的输入线端，以提供具有锐截止特性的带通滤波。在本示例中包括高频带SAW滤波器140和低频带SAW滤波器148。RF前端模块102进一步包括谐波抑制滤波器，谐波抑制滤波器在每个频带的发射路径中耦合至PA的输出线端，以抑制诸如2次谐波和3次谐波的谐波。在本示例中包括高频带谐波抑制滤波器136和低频带谐波抑制滤波器144。图2示出了示意性地示出了例如双频带GSM900/DCS1800或GSM850/PCS1900电话系统的双频带收发器系统200的另一示例的框图，其中，单刀四掷(SP4T)开关220用于替代如图1的系统100中的两个Tx/Rx SPDT开关和双工器的组合。在该示例中，内部解码器 224接收来自外部控制电路的控制信号，以选择四个投掷的具体配置，即，选择投掷连接。因此，在该示例中，通过单个SP4T开关220来控制在高频带Rx、高频带Tx、低频带Rx、和低频带Tx路径之中对信号的路由。ASM 252包括一个SP4T开关220和两个谐波抑制滤波器， 即，高频带谐波抑制滤波器136和低频带谐波抑制滤波器144。双频带收发器系统以示例的形式示出在上面的常规构架中。通常，通信系统可以设计为支持单频带或多频带。在每个频带中，可以以"Tx模式使用带宽的一部分，并可以以 Rx模式使用带宽的其他部分，从而将频带分别分为"Tx频带和Rx频带。在常规双频带系统中，单个天线通常被用来覆盖Tx频带和Rx频带。如在上述两个常规实施例中所见的，这种通信系统的RF前端模块一般可以包括Tx/Rx开关、诸如谐波抑制滤波器的低通滤波器 (LPF)、诸如SAW滤波器的带通滤波器(BPF)、PA、LNA和其他RF电路。在Tx模式中，由PA 放大并输出到天线的功率比RX模式中天线所接收的功率大得多。因此，为了保护接收电路，在TX操作期间耦合至接收电路的功率应当被降到最小。由于在Tx模式和Rx模式中使用的频率接近，因此Tx/Rx开关通常用来在共享同一天线时隔离发射和接收电路。例如，用于便携式电话的GSM和其他标准采用频分双工(FDD)时分多址(TDMA)，其中发射器和接收器以不同频率并在不同时隙中工作，并且Tx/Rx信号路由Tx/Rx开关来执行。然而，对用于 Tx/Rx信号路由的半导体开关的使用可能构成极大的成本劣势。例如，一些应用甚至需要昂贵的 GaAs FET。鉴于与使用半导体开关的常规ASM方案相关的上述缺点，本文提供了基于使用无源部件来代替有源部件的隔离方案的RF前端模块的示例和实现，其具有数量减少的有源部件或数量减少的装置线端。这种RF前端模块可以被配置为耦合至一个或多个天线，并提供Tx和Rx信号路径之间的适当隔离。这种包括无源部件的系统可以通过消除或减少有源部件来提供成本优势和性能改善。此外，有源部件的消除或减少导致驱动电路的消除或减少。系统可以在RF前端模块中使用与诸如滤波器、耦合器、传输线、和/或双工器等MTM无源部件相组合的MTM天线，以对一个或多个频带实现需要的收发器功能性。使用基于MTM 的无源部件代替有源部件可以允许由低插入损失引起的电流节省。也可以在满足成本和性能目标的情况下使用非MTM部件和天线。具体地，本文描述了收发器系统的各种构架和实现，该收发器系统包括一个或多个支持单频带或多频带的天线、处理TX信号的Tx电路、处理Rx信号的Rx电路、以及耦合到所述一个或多个天线及Tx电路和Rx电路并在没有半导体开关的情况下、与常规系统相比具有数量减少了的半导体开关或者数量减少了的半导体开关线端的情况下提供Tx电路和Rx电路之间的足够的电磁隔离的隔离电路。MTM结构可以用来构建天线、传输线和其他RF部件和装置，从而允许广泛的技术进步，例如，功能性的增强、尺寸的减小以及性能的提高。关于与基于MTM技术的天线、传输线、耦合器、滤波器和其他装置/电路相关的特征和分析的信息可以在以下专利文件中找至Ij :2007年4月 27 曰提交的题为"Antennas，Device and Systems based on Metamaterial Structures"的序列号为11,741/674的美国专利申请；2009年9月22日公告的题为 "Antennas Based on Metamaterial Mructures”的美国专利 No. 7，592，952 ;2008 年 12 月 20 日提交的题为“Multi-Metamaterial-Antenna Systems with Directional Couplers，， 的序列号为12/340, 657的美国专利申请；2008年11月17日提交的题为“Filter Design Methods and Dilters Based on Metamaterial Structures，，的；^歹 1^ 12/272，781 的美国专利申请；以及2009年2月18日提交的题为“A Metamaterial Power Amplifier System and Method for Generating Highly Efficient and Linear Multi-Band Power Amplifiers”的序列号为61/153,398的美国临时专利申请。一种类型的MTM天线结构为单层金属化(SLM)MTM天线结构，其在形成于衬底的一侧上的单个金属化层中具有MTM天线的传导部分。双层金属化无通路(TLM-VL)MTM天线结构是另一种类型，这种类型的特征在于在衬底的两个平行表面上具有两个金属化层，其中不具有将一个金属化层中的一个传导部分连接到另一个金属化层中的另一传导部分的传导通路(via)。SLM和TLM-VL MTM天线结构的示例和实现描述在2008年10月13日提交的题为“Single-Layer Metallization and Via-Iess Metamaterial Structures”的序列号为 12/250，477 的美国专利申请中。与 SLM和TLM-VL MTM天线结构不同，多层MTM天线结构在通过至少一个通路连接的两个或更多个金属化层中具有传导部分。这种多层MTM天线结构的示例和实现描述在2008年11月 13 Hil^^lS^"Metamaterial Structures with Multilayer Metallization and Via" 的序列号为12/270,410的美国专利申请中。此外，可以实现基于多衬底结构的非平面(三维)MTM天线结构。这种基于多衬底的MTM天线结构的示例和实现描述在2009年5月13 日提交的题为"Non-Planar Metamaterial Antenna Structures，，的序列号为 12/465, 571 的美国专利申请中。此外，还可以形成双端口和多端口 MTM天线，并且其示例和实现描述在 2009 年 11 月 9 日提交的题为"Multi-Port Frequency Band Coupled Antennas，，的序列号为61/259，589的美国临时专利申请中。以上参考公开了各种MTM结构和分析，这些结构和分析可用于构建在本文中描述的系统实施例中的MTM无源部件和天线。基于CRLH晶格单位设计基于MTM的部件和天线。图3A-图3E示出了 CRLH晶格单位的示例。如图3A-图3E所示，从包括RH串联电感LK、LH串联电容Q、LH并联电感U 和RH并联电容Ck的电气元件来构建或设计CRLH晶格单位。这些元件代表了 CRLH晶格单位的等效电路参数。RH方框300表示RH传输线，其可以用RH并联电容Ck 302和RH串联电感Lk 304来等效地表示，如图3F所示。这些图中的“RH/2”是指RH传输线的长度除以 2。CRLH晶格单位的变型包括如图3A中所示的配置，但其中RH/2与Q互换；以及包括如图3A-图3C所示的配置，但在一侧上具有RH/4而另一侧上具有3RH/4，而不是在两侧上的 RH/2。可替代地，可以使用其他互补的分数来划分RH传输线。可以通过使用分布式电路元件、集总电路元件或者该两者的组合基于这些CRLH晶格单位来实现MTM结构。可以在各种电路平台上制造这种MTM结构，该电路平台包括诸如FR-4印刷电路板(PCB)或柔性印刷电路(FPC)板的电路板。其他制造技术的示例包括薄膜制造技术、芯片上系统(SOC)技术、低温共烧陶瓷(LTCC)技术、单片微波集成电路(MMIC)技术、以及MEMS(微机电系统)技术。以上制造技术中的一些，例如，LTCC，可以允许用双工器、LPF和/或高通滤波器来代替预LNA SAW滤波器，以进一步减小整体的插入损耗、成本和集成复杂度。此外，使用特定的制造技术可以使设计出新型的双工器来代替预LNA SAff滤波器和双工器或者双工器、 LPF和HPF的组合，以进一步减小整体的插入损耗、成本和集成复杂度成为可能。纯LH超材料遵循三矢量组(Ε，Η，β)的左手定律，其中相位速度方向与信号能量传播方向相反。LH材料的介电常数ε和磁导率μ同时为负。CRLH超材料可以根据工作的状态或频率而呈现出LH和RH电磁特性。CRLH超材料可以在信号的波矢(或传播常数) 为零时呈现非零群速度。在不平衡的情况下，存在禁止电磁波传播的带隙。在平衡的情况下，频散曲线在LH和RH区域之间的传播常数β (ω0) = 0的转变点处未表现出不连续，其中，导入的波长Xg为无穷大，g卩，Ag = 2π/| β I —c ，而群速度vg为正 V =— dp
>0公式(ι)
P=O该情况对应于传输线(TL)实现中的零阶模式。图4示出了 β κ表示的RH频散曲线，表示的LH频散曲线，以及通过表示的具有平衡的CRLH晶格单位的CRLH频散曲线。在不平衡的情况下，存在两种可能的零阶谐振和cosh，其可以支持无限波长(β = 0，基谐模式)，并被表示为
1 1( = J-J-=…公式。)其中，CeLl Φ ClLk。在ω se和ω sh处，群速度(Vg = d ω /d β )为零且相位速度(νρ =ω/β)为无穷大。当CRLH晶格单位被平衡时，该谐振频率符合图4所示，并被表示为GJse=COsh=CO0公式(3)其中，CkLl = ClLk,并且可以获得如公式(1)的正群速度(vg = dco/di3 )和无穷大
的相位速度(Vp= ω/β)。对于平衡的情况，通常的频散曲线可以被表示为 f _ .
—~F=公式
1 β ——
P
'R R Λ> if f
\my-tiI^i j 其中，CRLH晶格单位的周期用ρ表示。在RH区域中传播常数β为正，并且在LH区域中传播常数β为负。第一项表示RH分量β 及第二项表示LH分量 ^，从而表明 LH特性在低频区域中为主导，而RH特性在高频区域中为主导。CRLH频散曲线延伸到正和负β两个区域；因此，CRLH结构可以支持谐振频率的频谱，如通过与图4中的CRLH 频散曲线相交的多条ω线所表示的。再次参照图1，现有技术的当前状态涉及在单个ASM中集成谐波抑制滤波器、Tx/ Rx开关和双工器。ASM的主要用途在于将多个发射器和多个接收器连接到单个天线，以使有效路径上的发射和接收功率最优化，同时提供对无效路径的足够的隔离。图1和图2示出了常规ASM的两个示例。图1中的第一 ASM示例包括两个SPDT Tx/Rx开关120和124、两个谐波抑制滤波器136和144、以及一个双工器128。图2中的第二 ASM示例包括一个SP4T 开关220和两个谐波抑制滤波器136和144。这些架构利用单个双频带Tx/Rx天线132执行多路传输。表1提供了对于结合了装置特性的ASM的典型条件。在一些示例中，所期望的Tx和Rx路径之间的隔离被确定为使得到Rx SAff滤波器和LNA的输入功率不超过最大额定输入功率。考虑在其中Rx SAW滤波器具有的最大额定输入功率的第一情况，其中，LNA可以处理大约5dBm的最大额定输入功率。LNA可以直接设置在表 权利要求
1.一种天线系统，包括多个天线，所述多个天线支持第一频率范围和第二频率范围； 第一电路，所述第一电路处理所述第一频率范围内的第一 RF信号，以从所述多个天线发射所述第一 RF信号；第二电路，所述第二电路处理所述第二频率范围内的第二 RF信号，所述第二 RF信号在所述多个天线处被接收；以及隔离电路，所述隔离电路耦合至所述多个天线、所述第一电路以及所述第二电路，所述隔离电路提供所述第一电路与所述第二电路之间的电磁隔离。
2.根据权利要求1所述的天线系统，其中所述多个天线包括至少一个具有复合左右手(CRLH)结构的超材料(MTM)天线。
3.根据权利要求1所述的天线系统，其中所述隔离电路包括至少一个具有复合左右手结构的超材料无源部件。
4.根据权利要求3所述的天线系统，其中 所述超材料无源部件为超材料滤波器。
5.根据权利要求3所述的天线系统，其中 所述超材料无源部件为超材料双工器。
6.根据权利要求3所述的天线系统，其中 所述超材料无源部件为超材料耦合器。
7.根据权利要求3所述的天线系统，其中 所述超材料无源部件为超材料传输线。
8.根据权利要求1所述的天线系统，其中所述第一频率范围包括第一频带和频率比所述第一频带高的第二频带； 所述第二频率范围包括第三频带和频率比所述第三频带高的第四频带； 所述第一电路包括第一功率放大器和第二功率放大器，所述第一功率放大器处理所述第一频带中的所述第一 RF信号，所述第二功率放大器处理所述第二频带中的所述第一 RF 信号；并且所述第二电路包括第一低噪放大器和第二低噪放大器，所述第一低噪放大器处理所述第三频带中的所述第二 RF信号，所述第二低噪放大器处理所述第四频带中的所述第二 RF信号。
9.根据权利要求8所述的天线系统， 其中，所述多个天线包括第一天线，所述第一天线支持所述第一频带和所述第二频带；以及第二天线，所述第二天线支持所述第三频带和所述第四频带， 并且其中，所述隔离电路包括第一双工器，所述第一双工器耦合至所述第一功率放大器和所述第二功率放大器，并耦合至所述第一天线，所述第一双工器提供带通滤波和低通滤波；第一带通滤波器，所述第一带通滤波器耦合至所述第一低噪放大器； 第二带通滤波器，所述第二带通滤波器耦合至所述第二低噪放大器； 第二双工器，所述第二双工器耦合至所述第一带通滤波器和所述第二带通滤波器，所 2述第二双工器提供高通滤波和低通滤波；以及开关，所述开关耦合至所述第二双工器并耦合至所述第二天线，其中当所述第二天线正在接收所述第二 RF信号时，所述开关被配置以连接信号路径，并且当所述第一天线发射所述第一 RF信号时，所述开关被配置以断开所述信号路径。
10.根据权利要求8所述的天线系统， 其中，所述多个天线包括第一天线，所述第一天线支持所述第一和第二频带；以及第二天线，所述第二天线支持所述第三和第四频带， 并且其中，所述隔离电路包括第一双工器，所述第一双工器耦合至所述第一和第二功率放大器，所述第一双工器提供带通滤波和低通滤波；第一带通滤波器，所述第一带通滤波器耦合至所述第一低噪放大器； 第二带通滤波器，所述第二带通滤波器耦合至所述第二低噪放大器； 第二双工器，所述第二双工器耦合至所述第一和第二带通滤波器，所述第二双工器提供高通滤波和低通滤波；以及耦合器，所述稱合器耦合至所述第一和第二双工器并且耦合至所述第一和第二天线。
11.根据权利要求8所述的天线系统， 其中，所述多个天线包括第一天线，所述第一天线支持所述第一和第二频带；以及第二天线，所述第二天线支持所述第三和第四频带， 并且其中，所述隔离电路包括第一双工器，所述第一双工器耦合至所述第一和第二功率放大器，并且耦合至所述第一天线，所述第一双工器提供带通滤波和低通滤波；第二双工器，所述第二双工器耦合至所述第一和第二低噪放大器，并且耦合至所述第二天线，所述第二双工器提供第一带通滤波和第二带通滤波，所述第二双工器被配置成对发射功率泄漏具有回弹性。
12.根据权利要求8所述的天线系统， 其中，所述多个天线包括第一天线，所述第一天线支持所述第二和第三频带；以及第二天线，所述第二天线支持所述第一和第四频带， 并且其中，所述隔离电路包括第一带通滤波器，所述第一带通滤波器耦合至所述第一低噪放大器； 第二带通滤波器，所述第二带通滤波器耦合至所述第二低噪放大器； 第一双工器，所述第一双工器耦合至所述第一带通滤波器并耦合至所述第二功率放大器，所述第一双工器提供带通滤波和低通滤波；第二双工器，所述第二双工器耦合至所述第一功率放大器并耦合至所述第二带通滤波器，所述第二双工器提供高通滤波和低通滤波；以及耦合器，所述耦合器耦合至所述第一和第二双工器，并且耦合至所述第一和第二天线。
13.根据权利要求8所述的天线系统，其中，所述多个天线包括第一天线，所述第一天线支持所述第一和第三频带；以及第二天线，所述第二天线支持所述第二和第四频带， 并且其中，所述隔离电路包括第一带通滤波器，所述第一带通滤波器耦合至所述第一低噪放大器； 第二带通滤波器，所述第二带通滤波器耦合至所述第二低噪放大器； 第一双工器，所述第一双工器耦合至所述第一功率放大器、所述第一带通滤波器和所述第一天线，所述第一双工器提供低通滤波和高通滤波；以及第二双工器，所述第二双工器耦合至所述第二功率放大器、所述第二带通滤波器和所述第二天线，所述第二双工器提供低通滤波和高通滤波。
14.根据权利要求1所述的天线系统，其中 所述第一频率范围包括第一频带；所述第二频率范围包括第二频带；所述第一电路包括第一功率放大器，所述第一功率放大器处理所述第一频带中的所述第一 RF信号；所述第二电路包括第一低噪放大器，所述第一低噪放大器处理所述第二频带中的所述第二 RF信号；所述多个天线包括第一天线，所述第一天线支持所述第一频带；以及第二天线，所述第二天线支持所述第二频带，并且所述隔离电路包括低通滤波器，所述低通滤波器耦合至所述第一功率放大器；以及带通滤波器，所述带通滤波器耦合至所述第一低噪放大器。
15.根据权利要求14所述的天线系统，其中所述第一频带与所述第二频带之间的带隙为大约10MHz。
16.根据权利要求14所述的天线系统，其中 所述带通滤波器为表面声波(SAW)滤波器。
17.根据权利要求14所述的天线系统，其中所述低通滤波器被配置为抑制所述第一功率放大器产生的谐波。
18.根据权利要求14所述的天线系统，其中所述第一和第二天线中的至少一个为具有复合左右手结构的超材料天线。
19.根据权利要求14所述的天线系统，其中 所述隔离电路进一步包括高通滤波器，所述高通滤波器耦合至所述带通滤波器；以及耦合器，所述耦合器耦合至所述低通滤波器、所述高通滤波器以及所述第一和第二天线。
20.根据权利要求14所述的天线系统，其中 所述隔离电路进一步包括陷波滤波器，该陷波滤波器耦合至所述带通滤波器和所述第二天线。
21.根据权利要求20所述的天线系统，其中 所述陷波滤波器具有复合左右手结构。
22.根据权利要求20所述的天线系统，其中所述天线系统包括支撑一个或多个金属化层的衬底结构； 所述第一天线形成在所述衬底结构的第一端处； 所述第二天线形成在所述衬底结构的第二端处；所述陷波滤波器形成在所述一个或多个金属化层中的一个中，并通过共面波导(CPW) 馈送耦合至所述第二天线。
23.根据权利要求14所述的天线系统，其中，所述隔离电路进一步包括 陷波滤波器，所述陷波滤波器耦合至所述带通滤波器；耦合器，所述耦合器耦合至所述低通滤波器、所述陷波滤波器以及所述第二天线；以及传输线，所述传输线耦合至所述耦合器和所述第一天线。
24.根据权利要求23所述的天线系统，其中，所述陷波滤波器为具有复合左右手结构的超材料陷波滤波器。
25.根据权利要求23所述的天线系统，其中，所述耦合器为具有复合左右手结构的超材料定向耦合器。
26.根据权利要求23所述的天线系统，其中，所述传输线为具有复合左右手结构的超材料传输线。
27.根据权利要求23所述的天线系统，其中所述天线系统包括支撑包含第一金属化层和第二金属化层的一个或多个金属化层的衬底结构；所述第一天线形成在所述衬底结构的第一端处； 所述第二天线形成在所述衬底结构的第二端处；所述耦合器和所述传输线形成在所述第一金属化层中，并通过共面波导馈送的一部分耦合；并且所述陷波滤波器形成在所述第二金属化层中，并通过所述共面波导馈送的另一部分以及连接所述第一和第二金属化层的传导通路耦合至所述耦合器。
28.根据权利要求14所述的天线系统，其中，所述隔离电路进一步包括 移相器，所述移相器耦合至所述带通滤波器和所述第二天线。
29.根据权利要求14所述的天线系统，其中，所述第一电路进一步包括移相器，所述移相器耦合至所述第一功率放大器，所述移相器被配置成增大所述第二天线的效率和输出功率。
30.根据权利要求观或四所述的天线系统，其中，所述移相器包括π网络。
31.根据权利要求观或四所述的天线系统，其中，所述移相器包括T网络。
32.根据权利要求20所述的天线系统，其中，所述隔离电路进一步包括 移相器，所述移相器耦合至所述陷波滤波器和所述带通滤波器。
33.根据权利要求23所述的天线系统，其中，所述隔离电路进一步包括 移相器，所述移相器耦合至所述陷波滤波器和所述带通滤波器。
34.根据权利要求1所述的天线系统，其中，所述第一频率范围包括一个或多个第一频带； 所述第二频率范围包括一个或多个第二频带；所述多个天线包括支持所述一个或多个第一频带的第一天线和支持所述一个或多个第二频带的第二天线；并且所述隔离电路包括耦合至所述第二天线的有源部件，其中，所述有源部件被控制成将所述第二天线短接至地，以增大所述第一天线的效率。
35.根据权利要求1所述的天线系统，其中，所述第一电路和所述第二电路工作在不同的时间间隔期间； 所述第一频率范围和所述第二频率范围基本相同；所述多个天线包括支持所述第一频率范围的第一天线和支持所述第二频率范围的第二天线；并且所述隔离电路包括耦合至所述第二电路的移相器、耦合器、或移相器和耦合器的组合， 其中，所述移相器、所述耦合器、或所述移相器和所述耦合器的组合被配置成向所述第二天线提供大的阻抗不匹配。
36.根据权利要求1所述的天线系统，其中， 所述第一频率范围包括一个或多个第一频带； 所述第二频率范围包括一个或多个第二频带；所述多个天线包括支持所述一个或多个第一频带的第一天线和支持所述一个或多个第二频带的第二天线；并且所述隔离电路包括一个或多个耦合至所述第二电路并分别与所述一个或多个第二频带相关的带通滤波器；以及至少一个移相器、至少一个陷波滤波器、或移相器和陷波滤波器的至少一个组合，其中的每一个均耦合至所述一个或多个带通滤波器中的一个。
37.一种天线系统，包括第一天线，所述第一天线支持第一频带； 第二天线，所述第二天线支持第二频带；第一电路，所述第一电路处理所述第一频带中的第一 RF信号，以从所述第一天线发射所述第一 RF信号；第二电路，所述第二电路处理所述第二频带中的第二 RF信号，所述第二 RF信号在所述第二天线处被接收；第一隔离电路，所述第一隔离电路耦合至所述第一和第二天线、所述第一电路和所述第二电路，并且所述第一隔离电路提供所述第一电路与所述第二电路之间的隔离； 第三天线，所述第三天线支持第三频带； 第四天线，所述第四天线支持第四频带；第三电路，所述第三电路处理所述第三频带中的第三RF信号，以从所述第三天线发射所述第三RF信号；第四电路，所述第四电路处理所述第四频带中的第四RF信号，所述第四RF信号在所述第四天线处被接收；以及第二隔离电路，所述第二隔离电路耦合至所述第三和第四天线、所述第三电路和所述第四电路，并且所述第二隔离电路提供所述第三电路与所述第四电路之间的隔离。
38.根据权利要求37所述的天线系统，其中所述第一、第二、第三和第四天线包括至少一个具有复合左右手结构的超材料天线。
39.根据权利要求37所述的天线系统，其中所述第一和第二隔离电路包括至少一个具有复合左右手结构的超材料无源部件。
40.根据权利要求39所述的天线系统，其中 所述超材料无源部件为超材料滤波器。
41.根据权利要求39所述的天线系统，其中 所述超材料无源部件为超材料双工器。
42.根据权利要求39所述的天线系统，其中 所述超材料无源部件为超材料耦合器。
43.根据权利要求39所述的天线系统，其中 所述超材料无源部件为超材料传输线。
44.一种天线系统，包括天线，所述天线支持第一频率范围和第二频率范围；第一电路，所述第一电路处理所述第一频带范围内的第一 RF信号，以从所述天线发射所述第一 RF信号；第二电路，所述第二电路处理所述第二频带范围内的第二 RF信号，所述第二 RF信号在所述天线处被接收；以及隔离电路，所述隔离电路耦合至所述天线、所述第一电路和所述第二电路，所述隔离电路提供所述第一电路与所述第二电路之间的电磁隔离，并包括至少一个具有复合左右手结构的无源部件。
45.根据权利要求44所述的天线系统，其中所述第一频率范围包括第一频带和频率比所述第一频带高的第二频带； 所述第二频率范围包括第三频带和频率比所述第三频带高的第四频带； 所述第一电路包括第一功率放大器和第二功率放大器，所述第一功率放大器处理所述第一频带中的所述第一 RF信号，所述第二功率放大器处理所述第二频带中的所述第一 RF 信号；所述第二电路包括第一低噪放大器和第二低噪放大器，所述第一低噪放大器处理所述第三频带中的所述第二 RF信号，并且所述第二低噪放大器处理所述第四频带中的所述第二 RF信号；所述隔离电路包括第一带通滤波器，所述第一带通滤波器耦合至所述第一低噪放大器； 第二带通滤波器，所述第二带通滤波器耦合至所述第二低噪放大器； 第一双工器，所述第一双工器耦合至所述第一功率放大器和所述第二功率放大器，并且提供低通滤波和带通滤波；第二双工器，所述第二双工器耦合至所述第一和第二带通滤波器，并且提供低通滤波和高通滤波；以及开关，所述开关耦合至所述第一双工器、所述第二双工器和所述天线，并且被配置成当所述天线正发射所述第一 RF信号时连接与所述第一和第二频带相关的路径，以及当所述天线正接收所述第二 RF信号时连接与所述第三和第四频带相关的路径，并且其中，所述第一双工器和所述第二双工器中的至少一个具有复合左右手结构。
46.根据权利要求44所述的天线系统，其中所述第一频率范围包括第一频带和频率比所述第一频带高的第二频带； 所述第二频率范围包括第三频带和频率比所述第三频带高的第四频带； 所述第一电路包括第一功率放大器和第二功率放大器，所述第一功率放大器处理所述第一频带中的所述第一 RF信号，所述第二功率放大器处理所述第二频带中的所述第一 RF 信号；所述第二电路包括第一低噪放大器和第二低噪放大器，所述第一低噪放大器处理所述第三频带中的所述第二 RF信号，所述第二低噪放大器处理所述第四频带中的所述第二 RF 信号；并且所述隔离电路包括第一带通滤波器，所述第一带通滤波器耦合至所述第一低噪放大器； 第二带通滤波器，所述第二带通滤波器耦合至所述第二低噪放大器； 第一双工器，所述第一双工器耦合至所述第一功率放大器和所述第一带通滤波器，并提供低通滤波和高通滤波；第二双工器，所述第二双工器耦合至所述第二功率放大器和所述第二带通滤波器，并提供低通滤波和高通滤波；以及第三双工器，所述第三双工器耦合至所述第一和所述第二双工器以及所述天线，并提供低通滤波和高通滤波，并且其中，所述第一双工器、所述第二双工器和所述第三双工器中的至少一个具有复合左右手结构。
47.根据权利要求44所述的天线系统，其中 所述天线为具有复合左右手结构的超材料天线。
全文摘要
提出了用于无线通信的收发器系统的架构和实现，该系统包括支持单频带或多频带的一个或多个天线、发射电路、接收电路、以及隔离电路，所述隔离电路耦合至所述一个或多个天线以及发射和接收电路，并提供接收电路与发射电路之间的足够的隔离。
文档编号H01Q3/24GK102439789SQ200980157686
公开日2012年5月2日 申请日期2009年12月17日 优先权日2008年12月24日
发明者A·贡马拉, C-J·李, G·波瓦拉斯内, M·阿楚尔, N·D·阮, V·佩内夫, W·Y·李 申请人:雷斯潘公司