CN1195239A - 发射－接收转换装置 - Google Patents

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Abstract

发射－接收转换装置,用于将至少一个第一和一个第二接收装置以及至少一个第一和一个第二发射装置交替地与同一个信号输出/输入耦合装置连接,特别是与一个天线连接,其中第一接收装置与第一发射装置共用第一频带f1,第二接收装置与第二发射装置共用第二频带f2。通过开关装置将两个线路段连接,它们中的每一个都可适用于f2,而串联时可形成适用于f1的λ－1/4波长导体,并根据相应的工作方式将装置之一与天线相连接。

Description

发射-接收转换装置
本发明涉及一种发射--接收转换装置，特别是一种两波段发射--接收转换装置，用于将至少一个第一和一个第二接收装置以及至少一个第一和一个第二发射装置交替地与同一个信号输出/输入耦合装置连接，特别是与一个天线连接，其中第一接收装置与第一发射装置共用第一频带f1，第二接收装置与第二发射装置共用第二频带f2，f2约等于2×f1。
这种转换装置例如可应用在许多通讯系统里，以便通过天线或其它信号输出/输入耦合装置，在接收模式下与一个接收装置连接，在发射模式下与一个发射装置连接。这种通信系统特别是移动式发射--接收器，它必须适用于两个不同的系统，如GSM和PCN。
从美国专利说明书US5193218中可知，一个开关装置可通过λ-1/4波长的线路，利用一个共用天线进行发射器和接收器的转换。另从美国专利说明书US5513382中可知一种用于无线电话的这类转换电路，它借助于两个二极管和一根λ-1/4波长导体，可分别将发射器电路和接收器电路与共用的天线相连接。
故一个发射--接收转换装置应满足下列要求：
-在开启状态下的插入衰减要小，
-在关闭状态下的绝缘性要高，
-较大的高次谐波分离度，
-交叉调制稳定性要高，
-耗电量低，在接收时尽可能不耗电。
本发明的目的是，开发一种如前述的、有高度交叉调制稳定性的发射--接收转换装置，同时在接收模式中仅消耗较少的电能。
按照本发明，实现这一目的的解决方案是，所述的发射--接收转换装置在第一发射装置的接口和信号输出/输入耦合装置的接口之间设置第一开关装置。
在第二发射装置的接口和信号输出/输入耦合装置的接口之间设置第二开关装置，在信号输出/输入耦合装置的接口和第一接收装置的接口之间有第一线路段，并且设有与该线路段串联的第二线路段。
第一线路段和第二线路段的构成方式是，该线路段中的每一个都可基本构成用于第二频带f2的λ-1/4波长导体，而第一线路段与第二线路段相串联，基本构成用于第一频带f1的λ-1/4波长导体。
第三开关装置一方面连接于第一线路段和第二线路段之间，另一方面通过一个接口与固定电位相连接。
第四开关装置一方面连接于第一线路段和第二线路段之间，另一方面与第二接收装置的接口相连接。
第五开关装置一方面连接于第二线路段和第一接收装置的接口之间，另一方面通过一个接口与固定电位相连接。
本发明的进一步构成是，所述发射--接收转换装置的第一和第二线路段由印刷电路板上的带状导体构成。第二频带f2的频率约为第一频带f1的两倍。每个开关装置至少包括一个二极管，它们的极性连接方式是，在对应开关闭合的状态下形成通路。在第一和/或第二发射装置和/或第一和/或第二接收装置的接口之间设有改善绝缘特性和交叉调制特性的滤波器。
下面是本发明所述发射--接收转换装置的4种工作状态：
a)在“以第一频带f1发射”的工作状态下，第一和第五开关装置处于开启状态，其余开关装置处于关闭状态。此时经第五开关装置，两个线路段串连在一起，连接在固定电位上、特别是在接地线上。由于两个线路段串连在一起，所以会在第一频带f1形成λ-1/4波长导体，从而在信号输出/输入耦合装置的接口空载时，转换成相对于固定电位的短路。在此工作状态下，仅仅形成第一发射装置与信号输出/输入耦合装置的有效连接。
b)在“以第二频带f2发射”的工作状态下，第二和第三开关装置处于开启状态，其余开关装置处于关闭状态。此时经第三开关装置，第一线路段连接在固定电位上、特别是在接地线上。第一线路段在第二频带f2形成λ-1/4波长导体，从而在信号输出/输入耦合装置的接口空载时，转换成相对于固定电位的短路。在此工作状态下，仅仅形成第二发射装置与信号输出/输入耦合装置的有效连接。
c)在“以第一频带f1接收”的工作状态下，所有的开关装置均处于关闭状态，与信号输出/输入耦合装置的连接是通过串联的第一和第二线路段，以带波阻抗正确的方式与第一频带f1上的第一发射装置相连接。其余的开关装置均处于分离状态。
d)在4种工作状态中的最后一种-“以第二频带f2接收”的情况下，第四和第五开关装置处于开启状态，其余的则关闭。这样第二接收装置经由第一线路段与信号输出/输入耦合装置带波阻抗相连接。经第五开关、第二线路段重新又连接在固定电位、特别是接地线上。第二线路段在第二频带f2形成λ-1/4波长导体，从而在第二接收装置的接口空载时，形成相对于固定电位的短路。在此工作状态下仅仅形成第二接收装置与信号输出/输入耦合装置的有效连接。
在一种特别有利的实施例中，第一和第二线路段(SL1、SL2)可由印刷电路板(PCB，多层电路板等)上的带状导体构成。以此种方式，本发明所述开关装置可通过非常简单的形式实现。
开关装置主要通过开关二极管和相关的供电网路来实现。当某个开关装置处在开启状态时，只有相关的开关二极管导通，在关闭状态下开关二极管则截止。所以开关装置的能耗可以极小。
下面就一个实施例并结合图1和图2对本发明所述的发射--接收转换装置做进一步的说明，其中：
图1为本发明所述发射--接收转换装置的原理结构图，
图2为实施例示意图。
根据本发明所述发射--接收转换装置的原理图，在第一发射装置的接口S1(它以第一频带f1发射)和天线接口A(信号输出/输入耦合装置)之间设有第一开关装置SE1。在以第二频带f2发射的第二发射装置的接口S2和天线接口A之间设有第二开关装置SE2。
天线接口A经第一线路段SL1并经在天线接口A一侧与第一线路段串连的第二线路段SL2，与用于第一频带f1的第一接收装置E1相连接。第一和第二线路段SL1、SL2的构成方式是，该线路段SL1、SL2中的每个线路段都可以成为适用于第二频带f2的λ-1/4波长导体，同时第一和第二线路段通过串联，可以成为适用于第一频带f1的λ-1/4波长导体。第二频带f2的频率最好是第一频带的两倍。
第三和第四开关装置SE3、SE4既设置在第一和第二线路段SL1、SL2之间，又与一个固定电位P(最好是地线)以及第二接收装置的接口E2相连接。在第一接收装置的接口E1和固定电位P之间设有第五开关SE5。在文后的表1中总结了发射--接收转换装置的各种工作状态。
在图2所示的实施例中，按其工作状态可采用GSM系统(全球移动通讯系统)或PCN系统(个人通讯网)，PCN系统的频带f2的频率基本上是GSM系统的频带f1的两倍，其中的开关装置SE1-SE5最好使用二极管D1-D5，特别是PN二极管。供电网络SN1-SN5上均加有由控制接口1-5施加的控制信号，该供电网络的作用是切换二极管D1-D5的“导通”和“截止”状态。
在表2中总结了此实施例所述发射--接收转换装置的各种工作状态。例如在由二极管D1-D5和供电网络SN1-SN5组成的开关装置SE1-SE5关闭的状态下，与相应二极管D1-D5相连接的控制接口1-5会产生-15V的对地电压。在开关装置开启状态下，会形成一个10mA(发射状态)的导通电流或2mA(第二频带f2接收状态)的导通电流，流经二极管D1到D5。将相应的电压加到相应的控制接口1-5上也会产生相同的结果。
供电网络SN1-SN5例如可以采用移动通讯技术中使用的普通供电网络，它由电容C3-C12和电感L2-L6组成，用于向开关二极管供电，以下不再详述。电容C1和C2用于开关SE3的隔直流，它由供电网络SN3和二极管D3组成；线路段SL1、SL2和电感L1用于地线P与天线接口A和发射装置S1、S2之间的高频隔离。
作为开关装置SE1-SE5的二极管D1-D5及其供电网络SN1-SN5例如可用晶体管电路或其它开关电路代替，由此，本发明所述发射--接收转换装置自然也不仅限于上例中的描述。
上述两频带发射--接收转换装置的功能可通过传统的匹配元件，比如带状导体技术或间断的LC电路等，对接口S1、S2、E1、E2、A等进行改进。接收、发射装置可通过适用的滤波器(如SAW滤波器、带状导体滤波器、LC滤波器等)与发射--接收转换装置相连接，这样可以改进其绝缘性能和交叉调制性能。
本发明所述发射--接收转换装置在发射状态下的交叉调制很低，因为并不是所有截止的开关二极管D2-D4或D1、D4和D5都直接地并联接受高频(HF)功率。此外，发射--接收转换装置在接收状态下耗电极少，这样特别对移动电话的蓄电池有很好的保护。表1：
  工作状态             开关装置的状态     功能说明
  SE1 SE1 SE1 SE1 SE1
在第一频带f1发射   开 关 关 关 开 在低频区的第一频带f1的发射状态。用于f2的两个λ-1/4波长导体LS1、LS2共同构成一个用于f1的λ-1/4波长导体(因为f2约等于2×f1)。由于SE5形成对地线P的短路，使得天线接口A转为空载。
在第二频带f2发射   关 开 开 关 关 在高频区的第二频带f2的发射状态。在SE3和天线接口A之间的用于f2的λ-1/4波长导体LS1将S3对地线P的短路转为天线接口A的空载。
在第一频带f1接收   关 关 关 关 关 用于第一频带f1的接收器E1通过两个λ-1/4波长导体SL1、SL2以波形阻抗正确的方式与天线接口A连接。
在第二频带f2接收   关 关 关 开 开 用于第二频带f2的接收器E2通过1/4波长导体SL1以波形阻抗正确的方式与天线接口A连接。S5相对接地线P的短路，经用于f2的λ-1/4波长导体转为第二接收器接口E2的空载。
表2：
  工作状态               开关控制状态     说明/测试结果(用28dBM的高频功率进行测试)
    1     2     3     4     5
在第一频带f1发射 10mA  -15V -15V   -15V 10mA 插入衰减0.5dB，谐波间隔71dB，IP3输出：50dBm
在第二频带f2发射 -15V  10mA 10mA   -15V -15V 插入衰减0.5dB，谐波间隔71dB
在第一频带f1接收(GSM) -15V  -15V -15V   -15V -15V 插入衰减0.5dB，基本上无电耗！只有二极管D1-D5的反向电流。
在第二频带f2接收(PCN) -15V  -15V -15V   2mA(D4、5D导通) 开路 插入衰减0.67dB，微量电耗！

Claims (5)

1、发射--接收转换装置，用于将至少一个第一和一个第二接收装置以及至少一个第一和一个第二发射装置交替地与同一个信号输出/输入耦合装置连接，特别是与一个天线连接，其中第一接收装置与第一发射装置共用第一频带f1，第二接收装置与第二发射装置共用第二频带f2，本发明的特征是，在第一发射装置的接口(S1)和信号输出/输入耦合装置的接口(A)之间设置第一开关装置(SE1)，在第二发射装置的接口(S2)和信号输出/输入耦合装置的接口(A)之间设置第二开关装置(SE2)，在信号输出/输入耦合装置的接口(A)和第一接收装置的接口(E1)之间有第一线路段(SL1)，并且设有与该线路段串联的第二线路段(SL2)，第一线路段(SL1)和第二线路段(SL2)的构成方式是，线路段(SL1，SL2)中的每一个都可基本构成用于第二频带f2的λ-1/4波长导体，而第一线路段(SL1)与第二线路段(SL2)相串联，基本构成用于第一频带f1的λ-1/4波长导体；第三开关装置(SE3)一方面连接于第一线路段(SL1)和第二线路段(SL2)之间，另一方面通过一个接口与固定电位(P)相连接；第四开关装置(SL4)一方面连接于第一线路段(SL1)和第二线路段(SL2)之间，另一方面与第二接收装置的接口(E2)相连接；第五开关装置(SE5)一方面连接于第二线路段(SL2)和第一接收装置的接口(E1)之间，另一方面通过一个接口与固定电位(P)相连接。
2、如权利要求1所述的发射--接收转换装置，其特征是，第一和第二线路段(SL1、SL2)由印刷电路板上的带状导体构成。
3、如权利要求1或2所述的发射--接收转换装置，其特征是，第二频带f2的频率约为第一频带f1的两倍。
4、如权利要求1至3中任何一项所述的发射--接收转换装置，其特征是，每个开关装置(SE1、SE2、SE3、SE4、SE5)至少包括一个二极管(D1、D2、D3、D4、D5)，它们的极性连接方式是，在对应开关(SE1、SE2、SE3、SE4、SE5)闭合的状态下形成通路。
5、如权利要求1至4中任何一项所述的发射--接收转换装置，其特征是，在第一和/或第二发射装置和/或第一和/或第二接收装置的接口(S1、S2、E1、E2)之间设有改善绝缘特性和交叉调制特性的滤波器。
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