-1 一簡單的天線開關模組系統圖
一已經省略輸入輸出端阻抗匹配電路、及直流電源濾波電路之簡 單的天線開關模組 (ASM, antenna switch module) 系統圖，如 圖 7-1 所示。此圖包含了三個邏輯訊號控制輸入端 (Vctl_1, Vctl_2, Vctl_3)；其為控制訊號發射或接收迴路的狀態，一天線 訊 號 輸 入 輸 出 端 適 用 於 發 射 或 接 收 訊 號 ， 兩 個 訊 號 發 射 端 (DCS/PCS Tx 及 GSM Tx) 其為發射來自功率放大器的訊號，和三 個訊號接收端 (GSM Rx, DCS Rx, 及 PCS Rx ) 其為將接收訊號透
圖 7
7.2 天線開關模組方塊電路在 LTCC 多層結構上的佈置
關的連接端亦定義於其外圍，
圖 7-2 用於電磁模擬的天線開關模組方塊佈置圖
圖 7-2 顯示說明了用於電磁模擬軟體的天線開關模組 (ASM, antenna switch module) 電 路 方 塊 佈 置 圖 。 整 個 模 組 是 一 長 4.5mm、寬 3.2mm，使用 Dupont951 材質的 LTCC 結構。
此圖中顯示包含了三個電路方塊；分頻器區分來自天線端的訊號 為高頻段及低頻段、用於 GSM 發射迴路的低通濾波器、及用於 DCS/PCS 發射迴路的低通濾波器。有
其三個邏輯訊號控制輸入端 (Vctl_1, Vctl_2, Vctl_3) 為控制 訊號發射或接收迴路的狀態，一天線訊號輸入輸出端適用於發射 或接收訊號，兩個訊號發射端 (DCS/PCS Tx 及 GSM Tx) 其發射 訊號由 DCS/PCS 及 GSM 發射模式所產生，和三個訊號接收端 (GSM Rx, DCS Rx, 及 PCS Rx ) 其接收訊號是由 GSM、DCS、及 PCS 接 收模式所產生。兩個接地端是用於訊號接地。
7.3 天線開關模組元件在 LTCC 多層結構上的佈置
圖 7-3 取自模擬軟體的天線開關模組電路佈置圖
圖 7-3 顯示自模擬軟體的天線開關模組的被動電路佈置圖。此多 層結構圖主要是用於架構出電容或電感的被動元件。
此圖中可相對應於圖 7-2 的三個電路方塊；分頻器位於其左半部 區域、用於 GSM 發射迴路的低通濾波器位於右上方區域、而用於 DCS/PCS 發射迴路的低通濾波器位於其右下方區域。由圖中，我們 亦可得知其建構了十六個電容或電感的被動元件。
7.4 系統驗證
此圖中，
們可區分整個系統為方框內的 LTCC 模組；其包含了組裝於 LTCC 圖 7-4 天線開關模組系統驗證圖
在經過電磁模擬之後，我們可獲得一些 S 參數用以驗證整個系統 的特性。圖 7-4 顯示了天線開關模組的系統驗證圖。由
我
表層的四個 PIN 二極體和六個集總被動元件、以及建構於 LTCC 內 的十六個電容或電感的被動元件。而方框外部是相關的微調阻抗 匹配電路。
7.5 模擬與量測結果
由前述的天線開關模組 (ASM, antenna switch module) 驗證系 統，我們可區分模擬與量測結果為 GSM 發射模式、GSM 接收模式、
DCS/PCS 發射模式、DCS 接收模式、及 PCS 接收模式。
圖 7-5 將顯示用於天線開關模組的測試板圖。圖 7-6 將顯示用於 測試板的較正板圖及其量測結果；其作為較正補償各模式量測值。
圖 7-5 測試板圖(左上方為放大的天線開關模組)
0.85 1.25 1.65 2 Frequency (GHz)
-25 -15 -5 0.5
1.9297 GHz
0.8802 GHz -22.905 dB
1.9912 GHz -17.347 dB
1.9902 GHz -0.17363 dB
1.9102 GHz -0.16879 dB 1.8803 GHz
1.8052 GHz 1.7102 GHz -0.13628 dB
0.96006 GHz 0.92499 GHz -0.076307 dB 0.91532 GHz
0.87963 GHz -0.080124 dB
Calibration Kit R.L. meas.
Calibration Kit I.L. meas.
Calibration Kit measurement results -0.079608 dB
-0.18326 dB -0.15656 dB
-0.15668 dB -0.080526 dB
圖 7-6 用於測試板的較正板圖及其量測結果
7.5.1 GSM 發射模式
圖 7-7 GSM 發射模式相關訊號流程.
GSM 發射模式的規格包含了插入損失、折返損失、隔離度、和訊號 諧波衰減度。由圖 7-7 得知系統在 GSM 發射模式時，訊號插入損 失是從 GSM 發射端 (Tx) 經由一低通濾波器通過介於 880MHz 和 915MHz 之間的頻段訊號、一 SPDT PIN 二極體切換器、和分頻器 至天線端得到。在此同時，訊號諧波衰減度特性是獲得自低通濾波 器和分頻器二者的訊號阻止頻段。折返損失是記錄自 GSM 發射端。
隔離度有三個訊號迴路部份要考慮；訊號從 GSM 接收端到 GSM 發射 端、訊號從 DCS 接收端到 GSM 發射端、和訊號從 PCS 接收端到 GSM 發射端。此三個訊號迴路是檢查當 GSM 訊號傳送至天線時，如何避 免被三個接收端訊號影響的能力。
0.85 1.35 1.851.9 Frequency (GHz)
GSM Tx - mode
0.91513 GHz -10.979 dB 0.88086 GHz
-19.215 dB
0.91498 GHz -2.5014 dB 0.8792 GHz
-2.2302 dB
1.8303 GHz -37.254 dB 1.7602 GHz
-39.025 dB
1.8 GHz -72.873 dB 0.89061 GHz
-34.29 dB
0.91508 GHz -17.988 dB 0.88014 GHz
-22.057 dB
1.8302 GHz -69.772 dB 1.7601 GHz
-66.019 dB 0.88025 GHz
-1.1756 dB 0.91573 GHz -1.2326 dB
GSM Tx R.L. sim.
GSM Tx-Ant I.L. sim.
GSM Tx-Ant I.L. means.
GSM Tx R.L. means.
圖 7-8 GSM 發射模式插入損失、折返損失和訊號諧波衰減度圖
Frequency (GHz)
Isolation of GSM Tx - mode
-100 -80 -60 -40
0.88019 GHz -50.473 dB
0.91501 GHz
0.9 GHz -66.408 dB -57.653 dB
0.91501 GHz 0.87988 GHz
-27.732 dB
-63.412 dB
0.91 GHz -84.837 dB
0.91519 GHz
0.91548 GHz 0.91515 GHz
0.88019 GHz 0.8798 GHz
-46.669 dB
0.87967 GHz -30.22 dB
GSM Tx-GSM Rx sim.
GSM Tx-DCS Rx sim.
x R
GSM Tx-GSM Rx means.
GSM Tx-DCS Rx means.
0.8 0.84 0.88 0.92 0.96
-20 0
-54.897 dB
0.88001 GHz
-29.052 dB
0.91 GHz -30.891 dB
-78.71 dB -57.683 dB
-67.549 dB
GSM Tx-PCS Rx sim.
GSM T -PCS x means.
表 7-2 GSM 發射模式模擬與量測結果的紀錄 量測迴路或端 模擬結果 量測結果 GSM Tx-Ant I.L. 1.17 ~ 1.23 2.23 ~ 2.5 Att on 2*fo 66.12 ~ 72.87 37.25 ~ 39.03 GSM Tx R.L. 18 ~ 34.3 10.98 ~ 19.22 Isolation GSM.Tx - GSM.Rx 30.22 ~ 30.89 27.73 ~ 29.05 Isolation GSM.Tx - DCS.Rx 46.52 ~ 58 50.41 ~ 66.47 Isolation GSM.Tx - PCS.Rx 67.33 ~ 80 54 ~ 57.65
由 GSM 發射模式模擬與量測結果，我們從圖 7-8 及表 7-1 得知：
1、插入損失在低頻點約 0.88 GHz 上實際量測與模擬值的差距加 上較正補償值為；
2.2302 – 1.1756 – 0.0801 = 0.9745 (dB).
2、插入損失在高頻點約 0.915 GHz 上實際量測與模擬值的差距加 上較正補償值為；
2.5014 – 1.2326 – 0.0796 = 1.1892 (dB).
其可能的原因在元件手工組裝上的偏移、或實際集總元件上的誤 差造成高低頻有不同的結果。而在訊號諧波衰減度 30 dB 的最低 需求雖已達到，但於傳送迴路中由於有一組分路電路特性的偏
移；使得 的隔離度規
格及折 最低要求
實際量測值不如模擬值佳。 不過最低 20 dB 返損失 10 dB 的 已獲得。
7.5.2 GSM 接收模式
圖 7-10 GSM 接收模式相關訊號流程.
GSM 接收模式的規格包含了插入損失、折返損失、和隔離度。由圖 7-10 得知系統在 GSM 接收模式時，訊號插入損失是從天線端經由 分頻器、一 SPDT PIN 二極體射頻切換器通過介於 925 MHz 和 960 MHz 之間的頻段訊號、至 GSM 接收端 (Rx) 得到。折返損失是記錄 自 GSM 接收端。隔離度僅考慮訊號從 GSM 發射端到至天線端的迴路 部份。此訊號迴路是檢查當 GSM 接收端接收自天線端訊號時；如何 避免被 GSM 發射端訊號影響的能力。
0.65 0.85 1.05 1.25 Frequency (GHz)
GSM Rx - mode
0.79013 GHz -0.47485 dB 0.75486 GHz
-0.5859 dB
0.75499 GHz -24.633 dB
0.77 GHz -34.595 dB 0.79003 GHz -18.738 dB 0.75519 GHz
-1.9064 dB 0.79028 GHz -1.8656 dB
0.96071 GHz -2.6132 dB 0.92501 GHz
-2.5722 dB
0.92497 GHz
-8.5336 dB 0.96003 GHz -9.6552 dB
0.96 GHz -21.882 dB
0.92501 GHz -43.264 dB
0.96009 GHz -1.0755 dB 0.92504 GHz
-0.86743 dB
GSM Rx R.L. means.
GSM Rx-Ant I.L. sim.
GSM Rx-Ant I.L. means.
GSM Rx R.L. means.
圖 7-11 GSM 接收模式插入損失與折返損失圖.
0.9 0.92 0.94 0.96 0.98
Frequency (GHz) Isolation of GSM Rx - mode
-30 -25 -20 5
0.96004 GHz -31.985 dB 0.92496 GHz
-31.568 dB
-29.876 dB 0.92501 GHz
-30.898 dB
GSM Tx-Ant sim.
-1
-35
0.96013 GHz
GSM Tx-Ant means.
表 7-3 GSM 接收模式模擬與量測結果的紀錄 量測迴路或端 模擬結果 量測結果 GSM Ant to Rx I.L. 0.937 ~ 1.063 2.59 ~ 2.61
(1.8656 ~ 1.9024)*
GSM Rx R.L. 17.68 ~ 22.91 8.53 ~ 9.67 (18.738 ~ 34.595)*
Isolation GSM.Tx - Ant
29.88 ~ 30.9 31.57 ~ 31.96
*一偏移 170 MHz 的頻段測得之結果
由 GSM 接收模式模擬與量測結果，我們從圖 7-11 及表 7-1 得知：
1、插入損失在低頻點約 0.925 GHz 上實際量測與模擬值的差距加 上較正補償值為；
2.5722 – 0.8674 – 0.0763 = 1.6285 (dB).
2、插入損失在高頻點約 0.96 GHz 上實際量測與模擬值的差距加 上較正補償值為；
2.6132 – 1.0755 – 0.0805 = 1.4572 (dB).
其可能的原因在元件手工組裝上的偏移、或實際集總元件上的誤 差造成高低頻有不同的結果。而折返損失的過低 (10 dB 是最低要
求) 亦影 已達成。
一組
1、插入損失在約 0.755 GHz 上實際量測 模擬 上較正
1.9064 – 1.3939 – 0.0763 = 0.4
約 0.7 與高 擬值
正補償值為；
.7096 (dB).
其可能的原因為整體系統阻抗匹配的偏移 (其來自實際集總元件 響了前項結果。不過最低 20 dB 的隔離度規格
在一偏移 170 MHz 的頻段我們測得之另 結果：
與低頻點 0.925 GHz 值的差距加 補償值為；
362 (dB).
2、插入損失在 的差距加上較
9 GHz 上實際量測 頻點 0.96 GHz 模
1.8656 – 1.0755 – 0.0805 = 0
或 LTCC 製程上的誤差) 所造成。
7.5.3 DCS/PCS 發射模式
圖 7-13 DCS/PCS 發射模式相關訊號流程.
DCS/PCS 發射模式的規格包含了有插入損失、折返損失、隔離度、
和訊號諧波衰減度。因為 DCS 或 PCS 系統並不會運作於同時間，是 以我們可使用同一個傳送迴路。由圖 7-13 得知系統在 DCS/PCS 發 射模式時，訊號插入損失是從 DCS/PCS 發射端 (Tx) 經由一低通濾 波器通過介於 1710 MHz 和 1910 MHz 之間的頻段訊號、一 SP3T PIN 二極體切換器、和分頻器至天線端得到。在此同時，訊號諧波 衰減度特性是獲得自低通濾波器和分頻器二者的訊號阻止頻段。折 返損失是記錄自 DCS/PCS 發射端。隔離度有三個訊號迴路部份要考
慮；訊號從 GSM 接收端到 DCS/PCS 發射端、訊號從 DCS 接收端到 DCS/PCS 發射端、和訊號從 PCS 接收端到 DCS/PCS 發射端。此三個 訊號迴路是檢查當 DCS/PCS 訊號傳送至天線時，如何避免被三個接 收端訊號影響的能力。
0.88 1.88 2.88 3.884
DCS/PCS Tx - mode
-40 -20 0
1.8105 GHz -1.4495 dB
3.66 GHz -45.912 dB
3.8205 GHz -9.237 dB 3.4199 GHz
-12.782 dB
0.91 GHz -3 0.88 GHz
-27.415 dB
0.88 GHz -29.92 dB
1.9102 GHz -10.093 dB 1.81 GHz -16.788 dB 1.7103 GHz
-11.105 dB
1.8101 GHz -2.3022 dB
1.9121 GHz -2.8154 dB 1.7107 GHz
-2.5791 dB
0.91525 GHz -32.139 dB
3.8178 GHz -44.667 dB 1.7094 GHz
-20.658 dB 1.9091 GHz
-25.555 dB 3.4204 GHz
1.9097 GHz -1.5554 dB 1.7096 GHz
-1.5843 dB
DCS/PCS Tx-Ant I.L. sim.
DCS/PCS Tx R.L. sim.
DCS/PCS Tx-Ant I.L. mean.
1.213 dB 1.8504 GHz -27.671 dB
-26.85 dB
Frequency (GHz) -60 DCS/PCS Tx-Ant R.L. mean.
圖 7-14 DCS/PCS 發射模式插入損失、折返損失和訊號諧波衰減度圖
1.65 1.75 1.85 1.95 Frequency (GHz)
Isolation of DCS/PCS Tx - mode
-80 -60 0
1.9072 GHz -62.378 dB 1.8472 GHz
-68.064 dB Hz
-52.09 dB 1.7108 GHz -29.385 dB 1.7101 GHz -23.021 dB
1.9106 GHz -26.651 dB 1.9101 GHz -21.255 dB
1.8477 GHz -71.762 dB 1.7101 GHz
-53.298 dB
1.91 GHz -62.655 dB 1.9106 GHz
-29.478 dB 1.7101 GHz
-28.661 dB
1.9101 GHz -23.818 dB 1.7105 GHz
DCS/PCS Tx - DCS Rx sim.
1.7106 G -26.031 dB Isolation DCS/PCS.Tx - GSM.Rx 53.3 ~ 71.76 52.09 ~ 68.06 Isolation DCS/PCS.Tx - DCS.Rx 28.66 ~ 29.48 26.65 ~ 29.39 Isolation DCS/PCS.Tx - PCS.Rx 23.82 ~ 26.03 21.26 ~ 23.02
由 DCS/PCS 發射模式模擬與量測結果，我們從圖 7-14 及表 7-1 得
1.88 2.88 3.884 Frequency (GHz)
DCS/PCS Tx - mode
-40 -20 0
1.8105 GHz -1.608 dB
3.8205 GHz -9.237 dB
3.4199 GHz -12.782 dB 0.91 GHz
-31.213 dB 0.88 GHz
-27.415 dB
0.88 GHz -33.457 dB
GHz 1 dB
1.9102 GHz -10.093 dB 1.81 GHz -16.788 dB 1.7103 GHz
-11.105 dB -2.3022 dB
1.9121 GHz -2.8154 dB 1.7107 GHz
-2.5791 dB
0.91525 GHz -35.111 dB
3.8178 GHz -23.987 dB 3.4204 GHz
-10.571 dB 1.9097 GHz
-1.74 dB 1.7096 GHz
-1.7211 dB
DCS/PCS Tx-Ant I.L. sim.
DCS/PCS Tx R.L. sim.
DCS/PCS Tx-Ant R.L. mean.
1.8101 GHz
1.8504 -10.17 1.7094 GHz
-10.691 dB 1.9091 GHz
-9.722 dB
0.88 -60
DCS/PCS Tx-Ant I.L. mean.
圖 7-16 說明發射迴路中低通濾波器上面的 分路電路(工作於約 3.42GHz 頻段)之影響
7.5.4 DCS 接收模式
圖 7-17 DCS 接收模式相關訊號流程.
DCS 接收模式的規格包含了插入損失、折返損失、和隔離度。由圖 7-17 得知系統在 DCS 接收模式時，訊號插入損失是從天線端經由 分頻器、一 SP3T PIN 二極體射頻切換器通過介於 1805 MHz 和 1880 MHz 之間的頻段訊號、至 DCS 接收端 (Rx) 得到。折返損失 是記錄自 DCS 接收端。隔離度僅考慮訊號從 DCS/PCS 發射端到至天 線端的迴路部份。此訊號迴路是檢查當 DCS 接收端接收自天線端訊
1.78 1.98 2.18 2.38 2.5 Frequency (GHz)
DCS Rx - mode
2.1245 GHz-1.8342 dB
2.1248 GHz -14.741 dB
2.2 GHz -17.883 dB 1.8052 GHz
-6.8602 dB 1.8808 GHz -6.9053 dB 1.8805 GHz -2.6 dB 1.8054 GHz -2.5366 dB
1.8802 GHz -19.332 dB 1.8051 GHz -12.036 dB
1.8802 GHz -1.5215 dB 1.805 GHz
-1.3939 dB
DCS Rx-Ant I.L. sim.
DCS Rx R.L. means.
DCS Rx-Ant means.
DCS Rx R.L. means.
圖 7-18 DCS 接收模式插入損失與折返損失圖
1.75 1.8 1.85 1.9 1.95 2
Frequency (GHz) Isolation of DCS Rx - mode 0
1.8802 GHz -36.568 dB
1.8801 GHz
DCS Tx - Ant sim.
1.8052 GHz -35.305 dB
-23.609 dB 1.8051 GHz
-26.413 dB
DCS Tx - Ant means.
圖 7-19 DCS 接收模式的隔離度圖
表 7-5 DCS 接收模式模擬與量測結果的紀錄
量測迴路或端 模擬結果 量測結果
DCS Ant to Rx I.L. 1.39 ~ 1.52 2.54 ~ 2.6 (1.83 ~ 1.89)*
DCS Rx R.L. 12 ~ 19 6.86 ~ 6.91 (14.74 ~ 17.88)*
Isolation DCS/PCS.Tx - Ant
23.61 ~ 26.43 35.31 ~ 36.57
* 由圖 7-18 中，在一偏移 320 MHz 的頻段測得之結果。
由 DCS 接收模式模擬與量測結果，我們從圖 7-18 及表 7-1 得知：
1、插入損失在低頻點 1.805 GHz 實際量測與模擬值的差距加上較 正補償值為；
2.5366– 1.3939 – 0.1567 = 0.9860 (dB).
2、插入損失在高頻點 1.88 GHz 實際量測與模擬值的差距加上較 正補償值為；
2.6 – 1.5215 – 0.1566 = 0.9219 (dB).
其可能的原因在元件手工組裝上的偏移、或實際集總元件上的誤
到亦會影 達成。
的頻 另一組
1、插入損失在約 2.125 GHz 上實際量測與低 擬 加上較正補償值
1.8342– 1.3939 – 0.1567 = 0.2836
約 2.2 G 高頻 值
補償值為；
其可能的原因為整體系統阻抗匹配的偏移 (其來自實際集總元件 響前項結果。不過最低 20 dB 隔離度的規格已
但在一偏移 320 MHz 段我們測得之 結果：
頻點 1.805 GHz 模
值的差距 為；
(dB).
2、插入損失在 的差距加上較正
2、插入損失在 的差距加上較正