天线复用器的系统级封装终端及方法

技术领域

本发明属于滤波器领域和系统级封装领域，具体来说是一种天线复用器的系统级封装终端及方法。

背景技术

5G时代到来使得手机射频前端复杂度越来越高，最明显的就是天线数量的增加，典型的4G手机架构中有4～8根天线，而5G手机中由于5G NR频段的加入和4×4MIMO(多入多出)、EN-DC(双连接)等新要求，则需要再增加4～6根天线。但5G手机由于人脸识别、附加摄像头、大型电池等新功能的加入，预留给天线的空间却越来越少。因此天线复用器应运而生，天线复用器将多个RF滤波器组合在一起，以支持不同的无线技术(WiFi、GNSS、4G、5G等)，从而增加能够共享单个天线的频段数量，减少了滤波器和天线数量。

天线复用器是基于单一的滤波器技术(声表面波SAW、体声波BAW或集成无源器件IPD技术中的一种)来实现的，在单个裸片上实现多频段滤波的功能。由于材料、工艺和尺寸等限制因素，声表面波滤波器在处理高频时发热严重，影响性能，一般适用于1.5GHz以下的频率应用；而体声波滤波器对温度不敏感，适用于2GHz以上的频段应用；声表面波或体声波滤波器的频段都较窄，对于宽带应用一般使用集成无源器件滤波器。天线复用器用于WiFi、GNSS、4G、5G频段的滤波，涉及到低频段、中频段、高频段，窄带、宽带等各种频段类型，用单一的SAW\BAW\IPD技术来实现，实现难度极大，此技术也多为国外厂商所掌握，国内技术目前难以实现。

现有技术中，手机射频前端架构(以WiFi和GNSS为例)包括：天线单元，用于2.4G/5G WiFi、GNSS L1、GPS L5频段信号的发送和接收；与天线单元连接的滤波器单元，包括多工器，用于将不同频段的信号进行分离或加载，或者包括带通滤波器，用于滤除特定频段外的频率信号；滤波器单元的另一端连接射频放大器单元，包括功率放大器，用于放大基带芯片发射的信号，还包括低噪声放大器，用于放大从天线接收的微弱信号。目前手机WiFi和GNSS架构中，通常需要使用3根天线(2.4G/5G WiFi频段一根天线，GNSS L1频段一根天线，GPS L5频段一根天线)以及3～5个滤波器，天线较多，占用空间也较大。而在5G手机中，留给天线的空间越来越小，如何解决天线数量越多和空间越小的矛盾成为问题关键。

发明内容

为了克服现有技术中所存在的不足，本发明提供了一种天线复用器的系统级封装终端及方法，解决了单一SAW/BAW/IPD滤波器技术实现天线复用器的难度大的问题，还解决了不同无线电技术需要匹配对应的天线造成手机内天线过多的问题。

本发明提供的天线复用器的系统级封装终端，所述终端包括终端天线端口和终端射频端口；

所述终端还包括

多工器，所述多工器用于不同频段信号的加载和分离；所述多工器具有多工器射频端口和多工器公共端口；

多个带通滤波器，所述带通滤波器用于允许特定频段信号通过同时滤除其余频段信号，所述带通滤波器的一端与所述多工器射频端口连接，所述带通滤波器的另一端与所述终端射频端口接通；

所述多工器公共端口与所述终端天线端口接通，所述终端天线端口用于发送和接收不同频段的信号；

所述终端还包括基板，所述多工器、所述带通滤波器贴装于所述基板上。

优选地，所述多工器与所述带通滤波器之间设置匹配元件。

优选地，所述匹配元件为LC器件的组合，通过走线与所述多工器与所述带通滤波器接通。

优选地，所述多工器和所述带通滤波器类型是声表面波滤波器、体声波滤波器或集成无源器件滤波器中的任一种。

优选地，所述多工器内部的滤波器根据频段情况可以为低通滤波器、带通滤波器中的任一种。

优选地，所述多工器内部的滤波器根据频段情况可以为高通滤波器、带通滤波器中的任一种。

本发明还提供了一种天线复用器的系统级封装方法，包括上述任一技术方案的天线复用器的系统级封装终端，所述终端的封装形式根据所述终端不同，包括LGA-9、LGA-6、LGA-16。

本发明的有益效果至少为：

(1)本发明通过系统级封装实现方式将不同技术的SAW、BAW、IPD滤波器通过封装组合在一起，实现与国外天线复用器产品同等的功能，在低频段、中频段、高频段，窄带、宽带等不同频段类型中都能实现滤波功能(此处频段主要是WiFi，GNSS频段)。

(2)本发明利用了SAW/BAW/IPD滤波器在不同频段的技术优势，利用了SAW滤波器在低频段、BAW滤波器在中高频段和IPD滤波器在宽频带的滤波优势，解决单一SAW/BAW/IPD滤波器技术实现天线复用器难度大的问题，并且此系统级封装实现方式的成本低、灵活性高、适用性广，研发上市周期也更短，更能打破此产品国外垄断的局面。

(3)本发明通过系统级封装的方式将不同滤波器组合以裸片形式封装在一起，形成天线复用器的系统级封装终端，使得不同无线电信号能够共用一根天线来实现收发功能，从而减少天线数量和滤波器数量，解决5G手机中天线数量增多而尺寸减小的难题。

附图说明

图1为本发明的应用于WiFi 2.4G/5G/GNSS L1频段的天线复用器的系统级封装终端；

图2为本发明的应用于WiFi 2.4G/5G/GNSS L1频段的天线复用器的系统级封装形式；

图3为本发明的应用于WiFi 2.4G/5G频段的天线复用器的系统级封装终端；

图4为本发明的应用于WiFi 2.4G/5G频段的天线复用器的系统级封装形式；

图5为本发明的应用于WiFi 2.4G/5G/GNSS L1/GPS L5频段的天线复用器的系统级封装终端；

图6为本发明的应用于WiFi 2.4G/5G/GNSS L1/GPS L5频段的天线复用器的系统级封装形式；

图7为本发明的省略5G带通滤波器的天线复用器的系统级封装终端；

图8为本发明的天线复用器的系统级封装终端的BGA/DFN封装形式。

附图标记说明：

100、多工器；101、多工器射频端口；102、多工器公共端口；1、三工器；

200、带通滤波器；2、GNSS L1带通滤波器；3、2.4G WiFi带通滤波器；4、5G WiFi带通滤波器；5、基板；7、GNSS端口；8、2.4G WiFi端口；9、5G WiFi端口；10、走线；11、匹配元件；

300、终端天线端口；310、终端射频端口。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述，附图中给出了本发明的若干实施例，但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例，相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明；本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明提供了一种天线复用器的系统级封装终端，终端包括终端天线端口300和终端射频端口310；终端还包括

多工器100，多工器100用于不同频段信号的加载和分离；多工器100具有多工器射频端口101和多工器公共端口102；

多个带通滤波器200，带通滤波器200用于允许特定频段信号通过同时滤除其余频段信号，带通滤波器200的一端与多工器100的对应频段的多工器射频端口101连接，带通滤波器200的另一端与终端射频端口310接通；

多工器100公共端与终端天线端口300接通，终端天线端口300用于发送和接收不同频段的信号；

终端还包括基板5，多工器100、带通滤波器200贴装于基板5上。

优选地，多工器100与带通滤波器200之间设置匹配元件11，匹配元件11通常为LC器件的组合，通过匹配元件11可以使得多工器100与带通滤波器200的端口阻抗一致，用以确保各滤波器可以达到最佳性能。

此处，多工器100与带通滤波器200之间是否设置匹配元件11，是根据芯片和仿真等实际情形决定的。

具体地，匹配元件11通过走线10与多工器100与带通滤波器200接通。例如，当匹配原件11设置为电感时，将电感通过走线10与多工器100与带通滤波器200接通。

具体地，多工器100和带通滤波器200的类型可以为声表面波滤波器、体声波滤波器或集成无源器件滤波器中的任一种。

具体地，多工器100内部的滤波器根据频段情况可以设计成低通滤波器、带通滤波器中的任一种。

具体地，多工器100内部的滤波器根据频段情况可以设计成高通滤波器、带通滤波器中的任一种。

本发明还提供了一种天线复用器的系统级封装方法，终端的封装形式根据终端不同，包括LGA-9、LGA-6、LGA-16。

下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。其中，SAW为声表面波滤波器；

BAW为体声波滤波器；

IPD为集成无源器件滤波器；

WiFi指的是无线连接；

GPS指的是全球定位系统；

GNSS指的是全球导航卫星系统；

2.4G/5G WiFi指的是2.4G频段2400～2483MHz，5G频段5150～5950MHz；

GPS L5指的是频段1166～1187MHz；

GNSS L1指的是频段1560～1606MHz；

BPF指的是带通滤波器；

DPX指的是双工器；

TPX指的是三工器；

QPX指的是四工器。

实施例1

结合图1和图2所示，本实施例以应用于2.4G/5G WiFi和GNSS L1三个频段的天线复用器系统级封装终端产品为例进行具体说明。该系统级封装终端中包括L1/2.4G/5G三工器1，GNSS L1带通滤波器2，2.4G WiFi带通滤波器3，5G WiFi带通滤波器4以及基板5。三工器1和带通滤波器皆是裸片形式，且可以是SAW\BAW\IPD中任意一种形式的滤波器。

L1/2.4G/5G三工器1用于实现WiFi 2.4G(2400～2483MHz)、WiFi5G(5150～5950MHz)和GNSS L1(1560～1606MHz)三频段信号的加载和分离。三工器1的2.4G/5G/L1端口与对应其频段的带通滤波器相连。而三工器1的公共端与终端天线端口300接通(也视为三工器的公共端引出作为系统级封装终端的ANT端口)。三工器1可以基于SAW\BAW\IPD中的任一种技术实现。三工器1内部的GNSS L1滤波器可以是低通滤波器或者频带较宽的带通滤波器，内部的WiFi 5G滤波器可以是高通滤波器或者是频带较宽的带通滤波器。

2.4G WiFi带通滤波器3滤除其余不需要的频段分量，只保留2400～2843MHz的频率信号，实现WiFi 2.4G频率的收发滤波功能；2.4G WiFi带通滤波器3一端与三工器1相连，另一端引出作为系统级封装终端的2.4G WiFi端口8。2.4GWiFi带通滤波器3可以是SAW\BAW\IPD中任一种形式的滤波器。

5G WiFi带通滤波器4滤除其余不需要的频段分量，只保留5150～5950MHz的频率信号，实现WiFi 5G频段的收发滤波功能；5G WiFi带通滤波器4一端与三工器1相连，另一端引出作为系统级封装终端的5G WiFi端口9(等同于前述的带通滤波器的另一端与终端射频端口接通)。5G WiFi带通滤波器4可以是SAW\BAW\IPD中任一种形式的滤波器。

GNSS L1带通滤波器2滤除其余不需要的频段分量，只保留1560～1606MHz的频率信号，实现GNSS L1频段的收发滤波功能；GNSS L1带通滤波器2一端与三工器1相连，另一端引出作为系统级封装终端的GNSS端口7。GNSS L1带通滤波器2可以是SAW\BAW\IPD中任一种形式的滤波器。

L1/2.4G/5G三工器1，GNSS L1带通滤波器2，2.4G WiFi带通滤波器3，5G WiFi带通滤波器4都贴装在基板5上，三工器1与带通滤波器之间根据芯片和仿真等实际情况决定是否设置匹配元件11，匹配元件11通常为LC器的组合，通过匹配元件11可以使得多工器100与带通滤波器200的端口阻抗一致，用以确保各滤波器可以达到最佳性能。

应用于WiFi 2.4G/5G/GNSS L1频段的天线复用器的系统级封装形式图2所示，采用LGA-9封装形式，总尺寸1.8mm×1.4mm，pad尺寸0.25mm×0.35mm，与国外产品封装形式兼容，应用中可减少GNSS L1天线和多个滤波器的使用。

实施例2

本发明的应用于WiFi 2.4G/5G频段的天线复用器的系统级封装终端如图3所示，该实施例与实施例1不同的是，没有集成GNSS L1频段选频和滤波功能，所以系统级封装实现方式中将L1/2.4G/5G三工器替换为2.4G/5G双工器，并且省略了GNSS L1带通滤波器2。此系统级封装形式如图4，为LGA-6封装形式，总尺寸1.4mm×1.1mm。此产品适用于不需要GNSSL1频段的应用场景，如WiFi路由器、机顶盒等。由于集成滤波器数量变少，进一步降低了尺寸和成本。

实施例3

本发明提供的应用于WiFi 2.4G/5G/GNSS L1/GPS L5频段的天线复用器的系统级封装终端如图5，该实施例与实施例1不同的是，增加了GPS L5频段选频和滤波功能，所以系统级封装实现方式中将L1/2.4G/5G三工器替换为L1/L5/2.4G/5G四工器，并增加了L5带通滤波器。此系统级封装形式如图6，为LGA-16封装形式，总尺寸2.0mm×1.6mm。此产品的集成度更高，L1/L5/2.4G/5G共用一根天线，减少了L5频段天线的使用，可应用于有L5频段需求的5G高端手机中。

变形例1

如图7所示，5G手机对5GHz以上频段要求不高，所以本发明的实施例1-3中的5G滤波器可根据客户实际应用需求来省略，可以进一步降低成本。

变形例2

如图8所示，本发明实施例1-3中的线复用器的系统级封装终端，尺寸可根据客户需求变化，封装形式不仅可以与国外产品(LGA形式)兼容，也可为BGA或者DFN/QFN形式，DFN/QFN封装设计难度高，但成本最低；BGA/LGA封装设计难度低，但成本高，BGA因为需要植球，成本比LGA高；从设计难度和成本考虑，本发明的封装形式选择为LGA形式。

以上实施例仅表达了本发明的某种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。