本发明涉及电信设备的内部无线结构，更特别地，涉及双频带数 字系统的一个功率放大器输出模块。

因为在不同的场所同时使用许多不同的通信系统为蜂窝电话的用 户提供了更大的灵活性，它也向这个蜂窝电话的内部结构设计者提出 了很多挑战性的问题。除了传统的技术趋势，例如更小的尺寸，更轻 的重量，和更少的部件数，现在，设计者还需要考虑在蜂窝电话中包 括更多的能力，例如在电磁频谱的两个或者更多不同频带中进行工作 的能力。

将双模式/双边带能力包括在这个无线结构设计中并不是一个很普 通的过程，并且可能会涉及对早期设计过程中的想法的重大改变。

图1显示了根据现有技术100被提供的一个双边带蜂窝电话的一 个无线结构的一个框图。参考图1，从一第一频带(频带#1)发送的 一个无线发送信号将通过一个驱动器102，一个功率放大器104，一个 阻抗匹配网络106，一个定向耦合器108，一个谐波滤波器110。在这 点，这个信号将通过一个双工器112，并且最后发送出天线114。类似 地，从一第二频带(频带#2)发送的一个无线发送信号将通过另一个 驱动器202，另一个功率放大器204，另一个阻抗匹配网络206，另一 个定向耦合器208，和另一个谐波滤波器210。然后，这第二个信号将 通过这个双工器112，并且最后发送出天线114。

对这个设计，每一个频带有它们自己专用的部件。每一个频带具 有其自己的阻抗匹配网络，定向耦合器，和谐波滤波器。部件的这种 重复可能使一个蜂窝电话具有附加的电路，一个高的部件数目，增加 开关和电源功率消耗，并且其体积，重量和尺寸增加。

该领域内一个无线结构设计的改进是这个无线结构设计能够向一 个单片集成部件中的双模式数字系统提供一个功率放大器输出模块， 并且这个无线结构设计能够将谐波滤波器需求集成到一个阻抗匹配网 络中，并且能够使用一高度集成多层陶瓷封装的一单个耦合器和一单 个天线来处理两个离散功率放大器驱动电路，并且也能够提供改善的 插入损耗和自屏蔽特性。

图1显示了根据现有技术的一个双频带前端无线设计的一个框 图。

图2显示了根据本发明的双模式数字系统的一个功率放大器输出 模块的一个框图。

图3显示了形成根据本发明的双模式数字系统的功率放大器输出 模块的一个多层封装的一个剖视图。

图4显示了根据本发明的集成阻抗匹配网络/谐波滤波器的一个 电路图。

图5显示了包括现有技术设计(虚线)的一个频率响应曲线和根 据本发明的双模式数字系统的功率放大器输出模块的一个频率响应曲 线。

每个新型号的出现都伴随着蜂窝电话的尺寸减小，这样将更多的 部件和功能集成到更少的离散部件中就变得更有必要了。通过使用根 据本发明双模式数字系统的功率放大器输出模块的设计，通过将在现 有技术中是很多的部件集成到一单片部件模块中，就可以实现更多的 优点。

除了能够实现一些明显的优点，例如一较低的部件数目，更小的 尺寸和更轻的重量和更少的制造步骤外，也可以实现其它工程方面的 优点。首先，与包括带被安装在传统基片上的离散部分(例如，FR- 4)的一个电路的现有技术制造技术相比，根据本发明的功率放大器输 出模块在高频的损耗更低。本发明设计的集成模块也提供了更少的互 联，这将使一个最终产品更可靠。集成很多电路部件的另一个优点是 能够减少操作这个无线设备所需要的开关的数目。在无线结构设计中， 双工操作一般是开关操作，因为当采用了低损耗的材料时双工器的损 耗很低。另外，双工操作很容易用单片部件，例如本发明的输出模块 来实现。换句话说，双工操作需要与在传统多层陶瓷封装过程中所使 用的部件相同的部件。开关操作的减少，电路和耦合器的数目减少可 以使功率消耗更少，电池使用寿命更长，并且通话时间更长。

本发明有很多优点。最重要的是，双模式数字系统的功率放大器 输出模块实际上降低了双频带功率放大器电路的尺寸，增加了其功能， 并且改善了其性能。这是通过集成了一个无线或者蜂窝电话的各种前 端功能的一个多层陶瓷封装的设计和实现来实现的。

通过将各种部件集成到一单个模块中而实现的优点不能够被轻 视。通过集成而实现的协作优点是显著的。例如，在集成模块中的电 路的损耗没有在一个印刷电路板，例如FR-4材料上的离散部件高。 另外，这个电路路径也不一样长，所以，需要较少的功率，并且其重 量可以更轻，并且也更可靠。

许多现有设计采用在一个印刷电路板或者类似部件上的离散器 件。因为带传输线的印刷电路板是有损耗的并且会降低电路性能时， 这就产生了一个问题。本发明的集成方法提供了一个更可靠的电路， 而同时也不需要在印刷电路板上有原来很宝贵的不动产。使用多层陶 瓷材料允许实现比使用传统印刷电路板技术的损耗更低的传输线部 件。多层陶瓷材料理想地是适合于提供某些电气特性，例如高的介电 常数，高的电Q值，和无线频率(RF)应用所需要的低损耗。一般， 高Q值材料在无线频率(RF)应用中具有低损耗特性。换句话说，集 成陶瓷多层器件可以实现更多的功能，并且其体积比传统的印刷电路 板方法更小。

本发明的一个重要方面包括集成功率放大器输出模块有效地衰减 了第二和第三阶谐波，这第二和第三阶谐波是在无线设计中的一个固 有难题。参考图5，实线公开了第二和第三阶谐波的衰减比现有技术 低通滤波器设计的第二和第三阶谐波衰减大得多(见虚线)。这是通过 有效地将阻抗匹配网络和谐波滤波器一起集成到一个紧凑的、集成设 计中的电路设计来实现的。重要地，高阶谐波的有效损耗不会对“带 内”损耗产生负作用提供了另一个结构性的优点。

本发明允许在一第一频带中的一个信号与在一第二频带中的一个 信号进行有效的耦合，滤波，和输出阻抗匹配。在一个实施方式中， 这第一频带将是一个数字信号，并且这第二频带将是一个数字信号。 例如，一第一数字频带可以是GSM(880-960MHz)，并且第二数字 频带可以是DCS(1710-1880MHz)。当然，这个设计可以被调节成 适合任何两个电磁频谱的频带。当通信系统现在被希望能够以对用户 或者客户透明的一个方法处理和应付各种频率的信号时，这个能力就 变得更重要了。

在图2中，提供了功率放大器输出模块200的一个框图。参考图 2，双模式数字系统的模块200具有低插入损耗和自屏蔽特性，并且包 括用于在一第一数字模式(频带#1)中进行工作的一第一功率放大器 驱动电路。这包括一第一功率放大器220和具有集成抑制高阶谐波的 一第一输出阻抗匹配网络222。

用于在一第二数字模式(频带#2)中进行工作的一第二2功率放 大器驱动电路包括一第二功率放大器224和具有集成抑制高阶谐波的 一第二输出阻抗匹配网络226。并且也提供了耦合到第一阻抗匹配网 络222和第二阻抗匹配网络226的一单个双工器228。在一第一条件 下，单个双工器228选择性地传递从第一功率放大器驱动电路(频带 #1)来的一个信号，而同时衰减从第二功率放大器驱动电路(频带# 2)来的一个信号。在一第二条件下，单个双工器228选择性地传递从 第二2功率放大器驱动电路(频带#2)来的一个信号，而同时衰减从 第一功率放大器驱动电路(频带#1)来的一个信号。

在一个优选实施方式中，双工器228具有对低频带的一个低通响 应特性，这样进一步衰减了低频带信号的谐波。类似地，双工器228 具有对高频带的一个高通响应特性。这个特征是集成根据本发明的功 率放大器输出模块而实现的另一个优点。

在一个优选实施方式中，双工器228可能包括一个低通滤波器和 一个高通滤波器。当频带#1是低频带，而频带#2是高频带时，到双 工器228的频带#1输入是一个低通响应，而到双工器228的频带#2 输入是一个高通响应。

在图2中的这个框图也显示了一单个宽带定向耦合器230，这单 个宽带定向耦合器230连接到双工器228，以连接第一功率放大器驱 动电路(频带#1)和第二功率放大器驱动电路(频带#2)。在一个优 选实施方式中，单个宽带定向耦合器将大约是-20dB。但是，使用其 它应用所需要的其它设计，这个定向耦合器可能具有其它所希望的值。

图2的另一个有趣的方面是包括虚线234所包围的模块。参考图 2，它有时可以被设计成进一步将一个低通滤波器236包括到模块200 中以处理高频带信号的谐波。另外，一个T/R(发送/接收)开关238 可以被放置在低通滤波器236和天线240之间的线中。在另一个实施 方式中，可以使用一个复用器来替代T/R开关238。对所有无线设备， 在输出模块200和天线240之间需要一个T/R开关或者一个复用器(例 如，一个双工器)。另外，一个T/R开关可以被直接包括在输出模块200 中，或者它可以被离散地放置在无线电路板上。

在功率放大器输出模块200的其它实施方式中，可以在这个模块 中包括一个单个天线，这个天线被连接到定向耦合器，并且用于接收 在第一数字模式和第二数字模式中的一个信号。类似地，在其它实施 方式中，也可以包括连接到或者直接被包括在模块200中的一个功率 放大器。在这种情形下，这个多层封装包括在其中集成了一个激活匹 配调谐功能(active match tuning function)的一个功率放大器。但是， 在图2中，一个虚线232包括了在图3所显示功率放大器输出模块的 一个最优选实施方式中所发现的框图部件。

图3显示了一起提供了本发明功率放大器输出模块300的各种多 层介质陶瓷的一个剖视图。参考图3，提供了一组陶瓷介质片302，每 一个陶瓷介质片在其上淀积了导电性粘贴印刷图形(paste print pattern)304。一组通孔306也可以被冲压在每一片上。在输出模块300 中，通孔306被在垂直方向上对准，并且充满了一个导电性粘贴材料 (paste material)。为了清晰，这没有被显示在图3中。另外，在每 一个介质片上的印刷图案的准确位置也被夸大了。

图3仅仅是功率放大器输出模块的内部层的一个代表性示例，并 且不是进行制造的一个示意图。但是，图3也显示了各种印刷传输线 308，隐埋网状地平面310和用键结合的互联结构(keyed interconnect configuration)312。也应注意，模块300内部的介质层并没有被全部 使用，以使可以在其上包括更多的各种部件和电路。

图4显示了本发明的阻抗匹配网络/谐波滤波器的一个电路示意 图。这与图3中所显示的模块222或者226中的一个相应。功率放大 器输出模块300的阻抗匹配和谐波滤波功能的集成是本发明的一个重 要方面。这通过图4所显示的一个新电路来实现。

参考图4，阻抗匹配网络/谐波滤波器电路400包含一个串联到一 第一节点406的一个输入402。从第一节点406延伸的是一个谐振传 输线408和到地的电容410。电路的这个支线提供了谐波滤波功能。 另外，从第一节点406延伸的，在一个π形网络设计中的是一个对地的 旁路电容412和一个串联电容414。电容414与一系列传输线416串 联，传输线416又与第二节点418串联。

应注意，是对地的旁路电容412与串联电容414和串联传输线416 提供了从低阻抗(1-5欧姆，例如)到高阻抗(50欧姆，例如)的阻 抗变换。另外，从第二节点418延伸的是包括一个谐振传输线420和 对地电容422的一第二支线。第二节点418也与一个输出424串联。 当然，然后这个电路就必须连接到功率放大器输出模块中的剩余电路。

尽管，本发明的一个最优选实施方式所期望的是一个双模式数字 系统，但是，介质片上的选择性传输线图案可以轻易地将无线结构改 变成在一个电子设备中包括一个数字频带和一个模拟频带。但是，这 样一个设计将在频谱上需要两个独立的和不同的宽带耦合器，每一个 耦合器用于一个频带。但是，无论如何，集成的其它优点，例如对谐 波抑制的改进和自屏蔽特性的改进，将仍然可以实现。这样的一个示 例将是一个数字频带，例如PCS(1850-1930MHz)和一个模拟频带， 例如AMPS(824-894MHz)。相应地，这也可以用于其它相关的频 率。

在本发明的一个实施方式中，可以使用一个多层陶瓷封装来制造 功率放大器输出模块。这样一个多层陶瓷封装可以包括具有其间淀积 了导电性粘贴(paste)传输线的多个介质材料片。多层陶瓷封装进一 步可以包括连接到多个介质片中的一个的一个半导体集成电路。

这个半导体集成电路的形式可以是很多种。可以采用的典型技术 包括倒装片，BGA器件，线连接器件，塑料或者陶瓷封装，或者任何 其它工业标准技术。在一个优选实施方式中，使用了具有一个砷化镓 材料的一个半导体倒装片集成电路。在其它实施方式中，这个半导体 材料可以是硅，硅-锗，或者任何其它合适的材料。

假如在一个半导体集成电路(IC)被包括在输出模块200中，能 提供很多优点的一个设计策略是将IC放置在模块200的一个腔中。而 且腔可以轻易地在多层封装，例如模块200中实现，一个“板子上面 的高度”可以被减到最小，这样进一步给模块200提供了部件尺寸的 优点。

本发明功率放大器输出模块所提供的集成程度向无线频率(RF) 设计者提供了一个重要的解决方法。提供将发送(Tx)电路功能集成 到一单个模块中，就比使用一个离散的方法需要更少的电路板空间。 所制造的模块也在一单个标准的部件中执行多个功能。

功率放大器输出模块所执行的多个功能是不同的，但是对蜂窝电 话或者无线电话的有效性能均很重要。20dB定向耦合器被需要，以有 效地将这个信号耦合到自动输出控制器(AOC)。这个AOC是接收这 个耦合信号的一个电路，并且随后调节功率放大器(PA)的功率输出 来保留在一个所需的规范内。双工器执行两个滤波器的功能，以有效 地分离/组合高和低频带的信号。阻抗匹配网络提供了从功率放大器 (PA)输出的低阻抗到50欧姆(Ω)或者任何所需要的阻抗的一个 阻抗匹配。这维持了一个有效工作的放大器，并且给这个放大器提供 了稳定性。本发明巧妙地提供了谐波滤波功能和相应的阻抗匹配网络。

另外，本发明的阻抗匹配网络是一个分布式匹配网络。这不仅仅 是一组集总电感和/或者电容，而是更多。换句话说，这个匹配网络分 布在各种介质片上。

本发明的功率放大器输出模块最优选地是被实现为一个高Q，低 损耗，多层陶瓷封装的形式。这样一个多层封装可以用介质材料的层 或者片，例如一个钛酸钡，钛酸钕材料，或者带玻璃的氧化铝材料， 例如。使用工业标准的多层制造过程和技术来形成介质片。导电粘贴 材料随后被淀积在片状材料上，典型地是用丝网印刷技术。可以对片 状材料来进行冲压，以提供过孔或者层之间的互联，最后，片状材料 在压强和温度下来进行层压。层的确切数目和在每一层上的设计或者 印刷图案对每一个应用是不同的，并且随着应用不同而不同。在一个 优选实施方式中，功率放大器输出模块将被淀积在包括片状介质材料 的一个多层陶瓷封装中，介质材料被淀积在其间的具有导电性粘贴传 输线和部件。

图5以图形的形式显示了通过将各种前端无线功能集成到一个多 层陶瓷封装中而实现的改进插入损耗值。参考图5，插入损耗的图形， 其单位是分贝(dB)，在y轴，而频率的单位是兆赫兹(MHz)，在x 轴上。在所感兴趣的区域中，大家都能理解这指的是第二和第三阶谐 波，现有无线结构仅提供边际损耗(见虚线)。通过将电路集成到一个 功率放大器输出模块中，就可以实现基本上较好的性能(见实线)。除 了尺寸和体积上会减小外，本发明的输出模块也以在第二和第三阶谐 波上具有更大的谐波抑制的形式，改进了性能。

对特定的应用，所希望的是将输入/输出连接策略性地放置为一个 预安排的条件，以提供一个“用键结合的”结构，以使这个封装仅能 够以一个也仅能够以一个非常特定的方式连接到印刷电路板上。对其 它的应用，优选的是，使用工业标准的间隔，尺寸和台面形状。

本发明另一个有兴趣的方面包括一个隐埋网状接地平面。尽管， 使用隐埋接地平面在部件制造工业中所众所周知的，但是本发明的功 率放大器输出模块采用了一个隐埋网状接地平面，这个隐埋网状接地 平面被印刷在介质片中的一个上。这样一个网状接地平面提供了足够 数量的金属来提供充分的接地功能，但是，也留下了足够的、没有金 属化的区域，以允许陶瓷片能够在相互之间进行足够的连接。

尽管本发明的功率放大器输出模块特定地在一个蜂窝电话提供了 一个小尺寸部件，例如，无论如何，它也为其它半导体部件提供了一 个基础衬底。在本发明的一个实施方式中，功率放大器输出模块进一 步被与其它集成电路(IC)芯片等安装在一起。例如，在本发明的另 一个实施方式中，这个输出模块进一步包括连接到多个介质片中一个 的一个半导体倒装片集成电路。这样，可以实现更大的整合和节省空 间。

尽管已经显示和描述了本发明的各种实施方式，但是应理解，各 种修改和替代，和前面的实施方式的重新安排和组合可以被该领域内 的技术人员来实现，而不会偏离本发明的新的精神和范围。