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CN1318227A - 多频带天线开关 - Google Patents

多频带天线开关 Download PDF

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Abstract

一个多频带天线开关，在其中变换环节(3)的作用是涉及到至少一个高频有用频带在连接节点(A)上使接收支线空运转和将变换环节(3)和滤波装置(2)这样相互协调，在涉及至少一个低频有用频带发送情况在连接节点(A)上的变换环节(3)的输入阻抗的非欧姆成分基本上被补偿。

Description

多频带天线开关
本发明涉及到多频带天线开关，可以将其使用在多频带移动无线电话的发送支线和接收支线之间的转换上。
近些年来已经开发了不同标准的在不同频带上工作的移动无线网络。例如标准GSM900的移动无线网络工作在900MHz范围，标准GSM1800的移动无线网络工作在1800MHz范围，标准PCS1900的移动无线网络工作在1900MHz范围。
根据这些希望创建可以运行在各种频带上的移动无线电话或者类似的仪器，也就是说这些有能力在移动无线网络不同的标准上工作。
此外例如标准GSM900和GSM1800的移动无线电话要求，将发送支线和接收支线按照GSM移动无线电话的TDMA方案连接。这意味着要求发送支线和接收支线在时间上是相互分开工作的。
附图5表示了现有技术的双频带天线开关的框图，这是用于转换用标准GSM(900MHz)和PCN(1800MHz)工作的移动无线电话。这种天线开关是由将标准GSM和PCN的频带分开/组合的天线共用器11、第一个交换开关12、第二个交换开关13、第一个低通滤波器14和第二个低通滤波器15构成的。此外天线开关有GSM发送接头GSM-TX、GSM接收接头GSM-RX、PCN发送接头PCN-TX、PCN接收接头PCN-RX、一个天线接头和四个控制接头VC1至VC4。
这种多频带天线开关的功能方式如下。
将各自的控制信号接在四个控制接头VC1至VC4上，这些信号用于将第一个和第二个交换开关12或者13调整到发送或者接收运行方式。将接在控制接头上的各种信号和各自的运行方式之间的关系表示在下面的表格中。
表格
    运行方式    VC1    VC2    VC3    VC4
    GSM发送     高     低     低     低
    GSM接收     低     高     低     低
    PCN发送     低     低     低     高
    PCN接收     低     低     高     低
从表格中看出第二个交换开关13在控制接头VC1高信号电平时经过第二个低通滤波器15与GSM发送接头GSM-TX连接，第二个交换开关13在控制接头VC2高信号电平时与GSM接收接头GSM-RX连接，第一个交换开关12在控制接头VC4高信号电平时经过第一个低通滤波器15与PCN发送接头PCN-TX连接和第一个交换开关12在控制接头VC3高信号电平时与PCN接收接头PCN-RX连接。
在GSM发送运行方式时(VC1为高信号电平)将GSM发送信号由GSM发送接头GSM-TX经过第二个低通滤波器15、第二个交换开关13和天线共用器11输出到与天线接头连接的天线上和从这里发送出去。
在GSM接收运行方式时(VC2为高信号电平)将GSM接收信号由与天线接头连接的天线经过天线共用器11和第二个交换开关13出到GSM接收接头GSM-RX上。
在PCN发送运行方式时(VC4为高信号电平)将PCN发送信号由PCN发送接头PCN-TX经过第一个低通滤波器14，第一个交换开关12和天线共用器11输出到与天线接头连接的天线上和从这里发送出去。
在PCN接收运行方式时(VC3为高信号电平)将PCN接收信号由与天线接头连接的天线经过天线共用器11和第一个交换开关12输出到PCN接收接头PCN-RX上。
应该注意的是在这之前叙述的多频带天线开关是集成在GaAs上的开关，开关包括四个各自有作为二极开关的场效应晶体管，和包括一个天线共用器。
然而在这之前叙述的天线开关有以下的缺点。将天线共用器11直接连接在天线接头上和然后第一个和第二个交换开关12或者13位于PCN支线或者在GSM支线上。因此此外要求两个交换开关必须附加用一共四个不同的控制信号进行控制。然而安排这样的交换开关是麻烦和贵的，因为交换开关必须适合于所使用的频率900和1800MHz。此外四个必要的控制信号要求复杂的外部连接用于控制交换开关。最后天线开关外部尺寸大。
本发明是考虑到上述问题创建的和其任务在于建立便宜的和小的和必须只用唯一的控制信号控制的多频带天线开关。
按照本发明此任务是借助于权利要求1叙述的措施解决的。
比较准确地说按照本发明的多频带天线开关有相互并联安排的和在连接节点上相互连接的发送支线和接收支线，在接收支线上安排了变换环节，在连接节点和天线接头之间安排了滤波装置和借助于预先规定的逻辑信号可以控制的开关装置，其中在接上预先规定的逻辑信号之后开关装置将发送支线与天线接头连接和否则发送支线与天线接头是分开的和将接收支线与天线接头连接，在涉及到至少一个高频有用频带发送情况时变换环节的作用是在连接节点上使接收支线空运转和将变换环节和滤波装置这样相互协调，在涉及到至少一个低频有用频带发送情况时在连接节点上基本上补偿变换环节输入感抗的非欧姆成分。
因此可以实现只有唯一开关和借助于唯一的控制信号可以控制的多频带天线开关。
有利的是发送支线有一个发送接头，将组合成有用频带的第一个天线共用器连接在发送接头上，和接收支线有一个接收接头，将分开有用频带的第二个天线共用器连接在接收接头上。
由于直接在发送支线或者接收支线的发送接头和接收接头上存在两个天线共用器达到了其他优点。天线共用器有高的滤波器作用，这样例如可以将高次谐波滤去。此外由于天线共用器价格便宜使得整个结构是便宜的和同样可以实现为比较小的尺寸。
此外开关装置有利的是由与发送支线串联的第一个二极管和在接收支线上在连接节点的变换环节对面的接头上与接收支线并联接地的第二个二极管构成的。
开关装置只是由两个二极管构成的，因此整个开关装置是价格便宜的和可以制造成比较小的尺寸。
本发明扩展的有利结构是子权利要求的内容。
下面借助于一个实施例在附图基础上详细叙述本发明。
附图表示：
附图1按照本发明实施例的多频带天线开关的框图；
附图2在附图1上使用的低通滤波器的可能的结构；
附图3在附图1上使用的变换环节的可能的结构；
附图4按照本发明实施例的多频带天线开关的具体结构；
附图5现有技术的多频带天线开关的框图。
下面叙述本发明的一个实施例。
附图1表示了按照本发明实施例的多频带天线开关。如在附图1上表示的，按照本发明实施例的多频带天线开关有所谓的斜T形座1、低通滤波器2、变换环节3、第一个天线共用器4、第二个天线共用器5、第一个二极管D1和第二个二极管D2。此外还安排了天线接头、控制信号接头TXON、GSM发送接头TX_GSM、PCN发送接头TX_PCN、GSM接收接头RX_GSM和PCN接收接头RX_PCN。
如附图1表示的，控制信号接头TXON与斜T形座1的输入接头连接。第一个天线共用器4与斜T形座另外的输入接头连接。GSM和PCN发送接头TX_GSM或者TX_PCN与第一个天线共用器4的两个输入接头连接。斜T形座的输出接头与第一个二极管的阳极连接。此外第一个二极管的阴极与连接节点A连接。
此外低通滤波器2的接头与连接结构A连接和低通滤波器2另外的接头与天线接头连接。同样变换环节3的接头与连接节点A连接和变换环节3另外的接头与第二个二极管的阳极连接。第二个二极管的阴极是接地的。第二个天线共用器5的输入接头同样与第二个二极管的阳极连接。最后GSM和PCN接收接头RX_GSM或者RX_PCN与第二个天线共用器5的两个输出接头连接。
下面详细叙述按照本发明实施例的多频带天线开关的功能方式。
应该注意的是，附图1表示的多频带天线开关的发送支线是由GSM或者PCN发送接头TX_GSM或者TX_PCN经过第一个天线共用器4、斜T形座1、第一个二极管D1、连接节点A、低通滤波器2和附图1没有表示的天线的天线接头构成的，这个天线是连接在天线接头上的，如后面将要详细叙述的。
此外还要注意的是，附图1表示的多频带天线开关的接收支线是由附图1没有表示的天线，这个天线是连接在天线接头上的，经过低通滤波器2、连接节点A、变换环节3和第二个天线共用器5到GSM或者PCN接收接头RX_GSM或者RX_PCN构成的，如后面将要详细叙述的。
首先叙述按照本发明实施例的多频带天线开关的发送运行。
在发送运行中将逻辑高电平的控制信号接在控制信号接头TXON上，则第一个和第二个二极管D1或者D2在前进方向承受超过其阈值的预电压，因此两个二极管处于导电状态。在附图1斜T形座1中表示的电容器用于使逻辑高电平的控制信号不会到达第一个天线共用器4，因为电容器是直流截流器的作用。
按照本发明重要的一点在于，与变换环节3连接的第二个二极管D2是这样工作的，在高频有用频率范围，也就是说，在标准PCN或者私人通信网络1800MHz时使连接节点A上的接收支线达到空运转。这意味着，变换环节3在1800MHz时提供180°的相位回转。由于空运转使得标准PCN的高频有用频率范围1800MHz的接收支线与发送支线脱耦。
根据这些可以将从PCN发送接头TX_PCN经过第一个天线共用器4、斜T形座1和第一个二极管1提供给连接节点A的PCN发送信号继续经过低通滤波器2和天线接头输出到附图1没有表示的与天线接头连接的天线上，和最后从这里发射出去，此时不会影响接收支线，因为接收支线经过变换环节3与发送支线是脱耦的。
此外应该注意的是，高频发送信号不经过斜T形座1达到与控制信号接头TXON连接的在附图1没有表示的控制逻辑，因为在斜T形座1上表示的电感对于高频信号是交流电截流器的作用。
为了确保在低频有用频率范围的发送运行，也就是说在标准GSM900MHz的有用频率范围，本发明重要的一点在于，适当地确定连接节点A上低通滤波器2输入阻抗的幅相图曲线。
准确地说低通滤波器2的输入阻抗在900MHz时是这样选定的，这个输入阻抗几乎完全补偿接收支线的阻抗的非欧姆或者电感成分，也就是说，变换环节3在连接节点A上的输入阻抗。根据这些在低频有用频率范围发送运行时保证了发送支线与接收支线的脱耦。
这意味着，由本发明的发明者确定的是，不仅在低频有用频率范围(GSM在900MHz时)而且在高频有用频率范围(PCN在1800MHz时)毫无问题的发送运行要求满足两个条件。
一方面变换环节3在高频有用频率范围在连接节点A上必须起到使接收支线空运转的作用(没有电流流过)和另一方面低通滤波器2和变换环节3在低频有用频率范围达到这样的协调，变换环节3的输入阻抗的非欧姆成分原则上被补偿。
后面详细叙述按照本发明实施例的多频带天线开关的接收运行。
多频带天线开关的接收运行比前面描述的发送运行简单许多。
后面叙述的内容相似地不仅适合于GSM而且适合于PCN接收运行。在接收运行时在控制信号接头TXON接上逻辑低电平信号，因此第一个和第二个二极管D1和D2在前进方向是被阻挡的。因为第一个二极管D1是与连接节点A的阴极相连的，第一个二极管阻挡由天线经过天线接头和低通滤波器2来到的接收信号和因此将发送支线与接收支线脱耦。此外第二个二极管D2对于来到的接收信号是被阻挡的，这样接收信号经过第二个天线共用器5到达GSM或者PCN接收接头RX_GSM或者RX_PCN。
应该注意的是，因此当满足上述两个重要条件与按照本发明的这个实施例在发送支线或者接收支线上将第一个和第二个天线共用器4或者5协调结合在一起时有可能单独协调多频带天线开关的所有发送和接收接头。此外多频带天线开关同时有对各个发送器的高次谐波滤波的功能和同时涉及到接收支线有显著的低通特性。
在本发明实施例中不必要附加安排已经存在的低通滤波器2，特别是涉及到一般要求的天线低通滤波器。此外存在着可能性，利用第二个二极管D2的寄生电感代替变换环节3的180°相位回转只还需要回转大约155°。然而要求第二个二极管D2没有补偿的寄生电感时使用无电感的PIN二极管，以便达到接收支线与发送支线好的绝缘的目的。
参考附图2。附图2表示了在附图1上使用的低通滤波器2的可能的结构。
可能的结构一共是由三个电容和一个电感组成的。其中一个电容是与电感并联的和两个其他电容的第一个接头是与并联电路的各个终点相连的和此外电容的两个其他接头是接地的。
然而可以使用其他形式的低通滤波器代替上述用集中元件的低通滤波器。例如同样可以使用导线结构的低通滤波器结构，等。只要求所使用的低通滤波器的输入阻抗在附图1连接节点A上在低频有用频率范围正好补偿在连接节点A上变换环节3的非欧姆成分。
参考附图3。附图3表示了在附图1上使用的变换环节3的可能的结构。
这个可能的结构是由两个相等的微带状导线MSL1和MSL2和一个电容C1组成的，电容是连接在电容和这个微带状MSL1和MSL2导线之间的接头上和电容的另外接头是接地的。因此附图1的变换环节3比T环节可以实现节约位置。如上所述，如果同样考虑第二个二极管的寄生电感，有可能继续缩短导线。
然而代替上述变换环节也可以使用其他形式的变换环节。例如同样可以不受限制地代替微带状导线使用其他损耗少的导线类型或者同样也可以使用单个的，相应比较长的导线而不使用具有相同相位回转的电容C1。
为了完整起见参考附图4，在其中表示了在这之前说明的本发明的可实施性按照本发明实施例的多频带天线开关的一个具体的实施例。在附图3上相应地注明了所使用的各个组件类型。为了简化起见在这里不详细叙述这些具体结构。
按照本发明实施例的上述多频带天线开关有以下重要的优点。
一方面为了产生分开发送运行和接收运行的控制信号，例如TXON-GSM、TXON_PCN、RXON_GSM、RXON_PCN，不要求逻辑门电路。此外多频带天线开关的尺寸小，因为例如微带状导线的长度总共只有大约15mm(大约在λ/4范围)。重要的同样应该强调的是，多频带天线开关只在发送运行时接受电流，因为在接收运行时不接上控制信号。
此外多频带天线开关很便宜。目前价格大约为1.30德国马克，这意味着相对于在说明书中提到的当代技术水平节约0.70德国马克。最后多频带天线开关涉及到接收接头的绝缘有有利的特性。
最后还要指出，虽然按照本发明实施例的多频带天线开关是使用在标准GSM和PCN的有用频带为900MHz或者1800MHz上，不需要比较大的改动就可以将多频带天线开关的上临界频率调整到2300MHz。这允许以后使用在有用频率范围为900MHz和1900MHz上，其中只通过第一个和第二个天线共用器4或者5和例如在附图3上的变换环节3的插装改变就可以达到目的。
还涉及到其他的没有详细叙述的按照本发明的作用和优点可以详细地参考已经公开的附图。

Claims (11)

1．多频带天线开关，有：
相互并联和在连接节点(A)上相互连接的发送支线和接收支线；
安排在接收支线上的变换环节(3)；
安排在连接节点(A)和天线接头之间的滤波装置(2)；和
借助于预先规定的逻辑信号可以控制的开关装置(D1,D2)，其中
当接上预先规定的逻辑信号(TXON)之后开关装置(D1,D2)将发送支线与天线接头连接，并且否则发送支线与天线接头分开和将接收支线与天线接头连接，
在涉及到至少一个高频有用频带发送情况时变换环节(3)的作用是使连接节点(A)上的接收支线空运转，和将变换环节(3)和滤波装置(2)这样相互协调，在涉及到至少一个低频有用频带发送情况时在连接节点(A)上变换环节(3)的输入阻抗的非欧姆成分基本上被补偿。
2．按照权利要求1的多频带天线开关，其特征为，
发送支线有发送接头，将有用频带组合在一起的第一个天线共用器(4)连接在发送接头上；和
接收支线有接收接头，将有用频带分开的第二个天线共用器(5)连接在接收接头上。
3．按照权利要求1或2的多频带天线开关，其特征为，
开关装置(D1,D2)是由串联在发送支线上的第一个二极管(D1)和在接收支线中连接在节点(A)对面的变换环节(3)的接头上的相对于大地与接收支线并联的第二个二极管(D2)组成的。
4．按照上述权利要求之一的多频带天线开关，其特征为，
变换环节(3)是由两个微带状导线(MSL1,MSL2)和一个电容(C1)组成的，电容在其微带状导线(MSL1,MSL2)之间具有一个接头和另外的接头是接地的。
5．按照权利要求1至3之一的多频带天线开关，其特征为，
变换环节(3)是由唯一的微带状导线构成的。
6．按照权利要求4或5的多频带天线开关，其特征为，
代替微带状导线可以使用其他类型的损耗小的导线。
7．按照上述权利要求之一的多频带天线开关，其特征为，
滤波装置(2)是由具有集中元件的低通滤波器构成的，其中集中元件是由一个电容和一个电感的并联电路和在并联电路的各个端部接地的两个电容的电路构成的。
8．按照权利要求1至6之一的多频带天线开关，其特征为，
滤波装置(2)是由一个低通滤波器构成的，低通滤波器是使用导线结构构造的。
9．按照上述权利要求之一的多频带天线开关，其特征为，
低频有用频带位于900MHz和高频有用频带位于1800MHz。
10．按照上述权利要求之一的多频带天线开关，其特征为，
低频有用频带位于900MHz和高频有用频带位于1900MHz。
11．按照上述权利要求之一的多频带天线开关，其特征为，
将上临界频率可以调整到2300MHz。
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