DE102006025169A1

DE102006025169A1 - Sende-/Empfangsanordnung und Verfahren zur Signalverarbeitung in einer Sende-/Empfangsanordnung

Info

Publication number: DE102006025169A1
Application number: DE200610025169
Authority: DE
Inventors: Roland Jenkins; Christian Roth
Original assignee: BenQ Mobile GmbH and Co OHG
Current assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 2006-05-30
Filing date: 2006-05-30
Publication date: 2007-12-13
Also published as: WO2007138073A3; WO2007138073A2

Abstract

Eine Sende-/Empfangsanordnung umfasst ein nichtlineares Element (10) und eine Antenne (20), die an das nichtlineare Element anschließbar ist. Ferner ist ein Duplexer (30) vorgesehen, der einen ersten Anschluss (31) zur Zuführung eines Sendesignals, einen zweiten Anschluss (32) zur Abgabe eines Empfangssignals und einen dritten Anschluss (33) aufweist. Der dritte Anschluss (33) des Duplexers (30) ist über einen Phasenschieber (40) mit dem nichtlinearen Element (10) gekoppelt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sende-/Empfangsanordnung, ein Verfahren zur Signalverarbeitung in einer Sende-/Empfangsanordnung sowie eine Verwendung der Sende-/Empfangsanordnung.
In heutigen Funkübertragungssystemen ist es oft möglich, Funksignale gleichzeitig zu senden und zu empfangen. Dabei spricht man von einem Vollduplexbetrieb. Sendefrequenz und Empfangsfrequenz sind hierbei häufig verschieden und weisen einen gewissen Frequenzabstand zueinander auf, der auch als Duplexabstand bezeichnet wird.
Bei Anwesenheit eines Störsignals mit einer Störfrequenz, die zur Sendefrequenz als Frequenzabstand den Duplexabstand aufweist, kann es zur Bildung eines Intermodulationssignals kommen, welches eine Frequenz aufweist, die der Empfangsfrequenz entspricht. Intermodulationsprodukte können an jedem nur geringfügig nichtlinearen Element, beispielsweise im Pfad zwischen Antenne und einem Duplexer gebildet werden, so etwa an einem elektronischen Schalter.
Beispielhaft ist in 7 eine herkömmliche Sende-/Empfangsanordnung dargestellt. Die Anordnung umfasst einen Duplexer 30 mit einem Eingang 31 zur Zuführung eines Sendesignals, einem Anschluss 32 zur Abgabe eines Empfangssignals und einem Anschluss 33, der über eine Schalteinrichtung 50 mit einer Antenne 20 gekoppelt ist. Der Duplexer 30 ist dabei an einen Schalteingang 54 von mehreren Schalteingängen 52, 53, 54, 55 der Schalteinrichtung 50 angeschlossen. Über einen Schalter kann eine leitende Verbindung zu einem Schaltausgang 51 hergestellt werden, Während vom Duplexer 30 ein Sendesignal mit der Sendefrequenz f_TX über die Schalteinrichtung 50 an die Antenne 20 abgegeben wird, wird gleichzeitig über die Antenne 20 ein Störsignal mit einer Störfrequenz f_B empfangen. An der Schalteinrichtung 50, die als nichtlineares Element wirkt, wird aus dem Sendesignal und dem Störsignal ein Intermodulationssignal mit einer Intermodulationsfrequenz F_IM3 gebildet, die beispielsweise gerade einer entsprechenden Empfangsfrequenz f_RX entspricht. Somit wird das Intermodulationssignal wie ein Empfangssignal vom Duplexer 30 über den Anschluss 32 an einen hier nicht gezeigten Empfangspfad weitergeleitet. Dies führt in der Regel zu einer Beeinträchtigung der Empfangsqualität.
Intermodulationsprodukte können in Funkübertragungssystemen aus beliebigen Hochfrequenzsignalen gebildet werden. Die jeweilige Intermodulationsfrequenz ergibt sich aus der Summe oder der Differenz von beliebigen Vielfachen der Frequenzen der beteiligten Hochfrequenzsignale.
8 zeigt ein beispielhaftes Intermodulationsdiagramm für ein Intermodulationsprodukt dritter Ordnung. Dargestellt ist die Leistung P eines Hochfrequenzsignals über die jeweilige Frequenz f. Ein Sendesignal mit der Frequenz f_TX weist zu einem Störsignal mit der Frequenz f_B einen Frequenzabstand Δf1 auf. Der Abstand der Sendefrequenz f_TX zur Empfangsfrequenz f_RX beträgt Δf2, wobei im vorliegenden Beispiel die Frequenzabstände Δf1 und Δf2 gleich sind. Durch eine Intermodulation dritter Ordnung wird ein Intermodulationssignal mit einer Intermodulationsfrequenz f_IM3 gebildet, die sich aus dem Doppelten der Sendefrequenz f_TX weniger der Störfrequenz f_B ergibt. Mit dem Frequenzabstand Δf1 der Störfrequenz f_B ist die Intermodulationsfrequenz f_IM3 somit gleich der Empfangsfrequenz f_RX.
Wegen dieses nichtlinearen Verhaltens ist die Verwendung von Schaltern im Antennenpfad von Funkübertragungssystemen mit Vollduplexbetrieb problematisch. Wenn jedoch mehrere Frequenzbänder beziehungsweise Funkstandards wie Universal Mobile Telecommunications System, UMTS, oder Global System for Mobile Communications, GSM, an einer einzigen Antenne betrieben werden sollen, ist es jedoch schwierig, auf die Verwendung von Schaltern zu verzichten. Alternativ können zwei oder mehrere Antennen genutzt werden, entsprechend der Zahl der gewünschten Frequenzbänder beziehungsweise Funkstandards. Da Sendefrequenz und Störfrequenz in der Regel nahe beieinander liegen, ist es auch nicht möglich, das Störsignal zufriedenstellend herauszufiltern.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Sende-/Empfangsanordnung bereitzustellen, bei der ein störender Einfluss von Intermodulationsprodukten aufgrund von Störsignalen reduziert ist. Es ist ferner Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, mit dem die Entstehung von Intermodulationsprodukten durch Störsignale in einer Sende-/Empfangsanordnung verringert ist. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, eine Verwendung für die Sende-/Empfangsanordnung aufzuzeigen.
Diese Aufgaben werden mit den Gegenständen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Ausgestaltungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Aufgabe wird beispielsweise gelöst, durch eine Sende-/Empfangsanordnung, die ein nichtlineares Element und eine Antenne umfasst, die an das nichtlineare Element anschließbar ist. Ferner umfasst die Sende-/Empfangsanordnung einen Duplexer, der einen ersten Anschluss zur Zuführung eines Sendesignals, einen zweiten Anschluss zur Abgabe eines Empfangssignals und einen dritten Anschluss aufweist. Ein Phasenschieber koppelt den dritten Anschluss des Duplexers mit dem nichtlinearen Element.
In der erfindungsgemäßen Sende-/Empfangsanordnung kann ein Sendesignal über den Duplexer, den Phasenschieber, das nichtlineare Element und eine Antenne als Funksignal abgegeben werden. Gleichzeitig kann ein Signal über die Antenne empfangen werden, welches als Störsignal wirkt. Dabei kann es am nichtlinearen Element zur Bildung von Intermodulationsprodukten kommen. Die Höhe oder Amplitude der Intermodulationsprodukte hängt dabei von der Amplitude, insbesondere einer Spannungsamplitude des Störsignals am nichtlinearen Element ab. Aufgrund von Filtereigenschaften des Duplexers weist dieser in der Regel eine hohe Reflexion für Störsignale mit einer Störfrequenz auf, aus denen Intermodulationssignale mit einer der jeweiligen Empfangsfrequenz entsprechenden Frequenz gebildet werden können.
Wenn der Duplexer direkt am nichtlinearen Element angeschlossen wäre, würde dies zu einer hohen Amplitude des Störsignals am nichtlinearen Element und folglich zu einer hohen Amplitu de eines Intermodulationssignals führen. Dieses Intermodulationssignal würde sich störend in einem Empfangspfad auswirken, der beispielsweise an den zweiten Anschluss des Duplexers angeschlossen ist.
Durch den Phasenschieber zwischen dem Duplexer und dem nichtlinearen Element wird das Reflexionsverhalten des Duplexers für das zugrunde liegende Störsignal verändert. Dadurch wird die Amplitude des Störsignals am nichtlinearen Element verringert, was auch zu geringer ausgeprägten Intermodulationsprodukten führt. Somit gelangen weniger Störungen in den Empfangspfad.
Das nichtlineare Element kann beispielsweise eine Schalteinrichtung umfassen, die mehrere Schalteingänge und einen Schaltausgang aufweist. Dabei ist die Antenne an den Schaltausgang anschließbar und der Phasenschieber koppelt den dritten Anschluss des Duplexers mit einem der Schalteingänge.
Wenn mehrere Frequenzbänder und/oder Funkstandards wahlweise über eine Antenne abgestrahlt und empfangen werden sollen, kann eine Schalteinrichtung vorgesehen werden, über die eine Umschaltung zwischen den verschiedenen Frequenzbändern beziehungsweise Funkstandards erfolgt. Eine Schalteinrichtung weist in der Regel nichtlineare Eigenschaften auf, so dass an ihr Intermodulationsprodukte gebildet werden können. Beispielsweise kann die Schalteinrichtung mehrere Transistoren umfassen, die jeweils einen der Schalteingänge mit dem Schaltausgang koppeln. Die Transistoren können etwa als Feldeffekttransistoren ausgebildet sein.
In der Schalteinrichtung wird üblicherweise jeweils einer der Schalteingänge niederohmig mit dem Schaltausgang gekoppelt, während die übrigen Schalteingänge mit dem Schaltausgang hochohmig, also nichtleitend gekoppelt sind. Bei Transistoren erfolgt dies wahlweise durch leitend oder nichtleitend Schalten der gesteuerten Strecken. Wenn Feldeffekttransistoren verwendet werden, tragen insbesondere die nichtlinearen Sperrschichtkapazitäten der Transistoren im gesperrten, nichtleitenden Zustand zur Bildung der Intermodulationsprodukte bei.
Eine Sende-/Empfangsanordnung kann einen weiteren Duplexer umfassen, der einen ersten Anschluss zur Zuführung eines weiteren Sendesignals, einen zweiten Anschluss zur Abgabe eines weiteren Empfangssignals und einen weiteren dritten Anschluss aufweist. Zudem kann ein weiterer Phasenschieber vorgesehen werden, der den dritten Anschluss des weiteren Duplexers mit einem weiteren der Schalteingänge koppelt.
Somit kann an jedem der Schalteingänge über einen Phasenschieber ein Duplexer angeschlossen werden, welcher für ein bestimmtes Frequenzband mit einer jeweiligen Sendefrequenz und einer dazugehörigen Empfangsfrequenz ausgelegt ist. An einem der Schalteingänge kann beispielsweise ein Sende-/Empfangspfad für den GSM-Standard angeschlossen sein, während an einem weiteren Schalteingang ein Sende-/Empfangspfad für ein Frequenzband nach dem UMTS-Standard angeschlossen wird. Da für jeden der angeschlossenen Duplexer ein Phasenschieber vorgesehen werden kann, kann ein Reflexionsverhalten eines jeweiligen Duplexers entsprechend der jeweiligen Sendefrequenz und Empfangsfrequenz passend verändert werden, so dass der störende Einfluss von Intermodulationsprodukten jeweils verringert ist.
Der Duplexer kann ausgebildet sein, das Sendesignal und das Empfangssignal im Vollduplexbetrieb zu verarbeiten. Beispielsweise umfasst der Duplexer ein Duplexfilter, das zwei Bandpassfilter aufweist. Die Bandpassfilter sind dabei jeweils für die entsprechende Sendefrequenz beziehungsweise Empfangsfrequenz durchlässig. Somit können gleichzeitig ein Sendesignal vom ersten Anschluss zum dritten Anschluss und ein Empfangssignal vom dritten Anschluss zum zweiten Anschluss durchgeleitet werden.
Zur Veränderung des Reflexionsverhaltens des Duplexers kann ein Reflexionsfaktor des Duplexers für ein Störsignal mit einer Störfrequenz durch den Phasenschieber derart transformiert werden, dass eine Amplitude des Störsignals an dem nichtlinearen Element minimiert ist. Die Transformation des Reflexionsfaktors entspricht dabei im Wesentlichen einer Impedanztransformation. Der Reflexionsfaktor wird gewöhnlich aus dem Verhältnis einer Amplitude einer einfallenden Welle und der Amplitude einer rücklaufenden, reflektierten Welle ermittelt. Da das Störsignal mit der Störfrequenz beispielsweise durch die Filtereigenschaften der Bandpassfilter vom Duplexer nicht durchgelassen, sondern nahezu vollständig reflektiert wird, weist der Duplexer in der Regel einen hohen Reflexionsfaktor auf. Durch den Phasenschieber lässt sich jedoch der Reflexionsfaktor transformieren, so dass dieser am nichtlinearen Element, also beispielsweise der Schalteinrichtung, etwa –1 beträgt. Ohne Phasenschieber würde der Duplexer für das Störsignal mit der Störfrequenz nahezu wie ein sogenannter Leerlauf wirken, wodurch sich in etwa ein Maximum der Spannungsamplitude des Störsignals einstellen würde. Durch die Transformation über den Phasenschieber kann der Duplexer nun am nichtlinearen Element wie ein sogenannter Kurzschluss wirken, bei dem sich hinlaufende und reflektierte Welle des Störsignals gegenseitig auslöschen und es dadurch zu einem Spannungsminimum des Störsignals kommt. Durch die Verringerung der Amplitude, insbesondere der Spannungsamplitude des Störsignals am nichtlinearen Element ist auch die Bildung der störenden Intermodulationsprodukte reduziert.
Der Phasenschieber kann so vorgesehen werden, dass ein Frequenzabstand einer Sendefrequenz des Sendesignals zu der Störfrequenz gleich einem Frequenzabstand einer Empfangsfrequenz des Empfangssignals zu der Sendefrequenz ist. Sendefrequenz und Empfangsfrequenz weisen einen in der Regel festen Abstand auf, der auch als Duplexabstand bezeichnet wird. Störsignale mit einer Störfrequenz, die zu der Sendefrequenz ebenfalls den Duplexabstand aufweisen, haben in der Regel den größten Einfluss bei der Bildung von Intermodulationsprodukten. Durch das Anpassen des Phasenschiebers an eine derart kritische Störfrequenz kann der störende Einfluss von Intermodulationsprodukten effektiv verringert werden.
In einer Ausführungsform kann der Phasenschieber eine Leitung mit einer Länge umfassen, die von einer gewünschten Frequenz und einer gewünschten Phasenverschiebung abhängt. Die Frequenz kann sich dabei aus der Sendefrequenz und dem jeweiligen Duplexabstand der entsprechenden Empfangsfrequenz ergeben. Eine nötige Phasenverschiebung kann unter anderem vom jeweiligen Reflexionsfaktor des Duplexers abhängen. Die notwendige Länge zwischen Duplexer und Schalteinrichtung beziehungsweise nichtlinearem Element kann so beispielsweise aus der Wellenlänge der Störfrequenz ermittelt werden. Wenn der Duplexer einen Reflexionsfaktor aufweist, der einem vollständigen Leerlauf entspricht, kann die Leitung als Lambda-Viertel-Leitung vorgesehen werden. Dadurch wird der Reflexionsfaktor des Duplexers am nichtlinearen Element zu einem vollständigen Kurzschluss, also einem Spannungsminimum für das Störsignal transformiert. Die Bezeichnung Lambda-Viertel steht dabei für eine Leitung mit einer Länge, die einem Viertel der Wellenlänge der Störfrequenz auf der Leitung entspricht.
Der Phasenschieber kann auch ein LC-Netzwerk umfassen. Durch das LC-Netzwerk erfolgt eine Phasenverschiebung beziehungsweise eine Impedanztransformation, die den Reflexionsfaktor des Duplexers entsprechend am nichtlinearen Element transformiert.
Die Sende-/Empfangsanordnung kann insbesondere ausgebildet sein für den Betrieb nach dem UMTS-Standard und/oder dem GSM-Standard.
Die Sende-/Empfangsanordnung kann in einer der beschriebenen Ausführungsformen in einem mobilen Kommunikationsgerät verwendet werden. Beispielsweise kann sie in einem Mobiltelefon für den UMTS und/oder den GMS-Standard eingesetzt werden. Ebenso ist es möglich, die Sende-/Empfangsanordnung in einer Basisstation für ein Funknetzwerk einzusetzen.
Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren zur Signalverarbeitung in einer Sende-/Empfangsanordnung. Dabei wird ein Sendesignal mit einer Sendefrequenz über einen Signalpfad gesendet, der einen Duplexer und ein nichtlineares Element umfasst. Über den Signalpfad werden auch ein Empfangssignal mit einer Empfangsfrequenz sowie ein Störsignal mit einer Störfrequenz empfangen. Ein Reflexionsfaktor des Duplexers wird derart transformiert, dass eine Amplitude des Störsignals an dem nichtlinearen Element minimiert wird.
Durch die Minimierung der Amplitude des Störsignals, insbesondere einer Spannungsamplitude an dem nichtlinearen Element, wird die Bildung von Intermodulationsprodukten aus dem Sendesignal und dem Störsignal verringert. Somit kann der Einfluss von störenden Intermodulationssignalen, die eine Frequenz aufweisen, die der Empfangsfrequenz entspricht, reduziert werden.
Die Transformation des Reflexionsfaktors entspricht im Wesentlichen einer Impedanztransformation. Das Transformieren kann somit durch einen Phasenschieber erfolgen. Beispielsweise erfolgt das Transformieren durch eine Leitung mit einer Länge, die von einer gewünschten Frequenz und einer gewünschten Phasenverschiebung abhängt. Die Frequenz ergibt sich dabei aus der Störfrequenz, aus der störende Intermodulationssignale entstehen. Diese Störfrequenz weist auf der Leitung eine bestimmte Wellenlänge auf, welche die Länge der Leitung zum Transformieren beeinflusst. Ferner hängt die Länge von der gewünschten Phasenverschiebung ab, die sich aus dem Reflexionsfaktor des Duplexers für die Störfrequenz und dem gewünschten Reflexionsfaktor am nichtlinearen Element ergibt.
Beispielsweise erfolgt die Transformation über eine Lambda-Viertel-Leitung, die eine Länge aufweist, die einem Viertel der Wellenlänge des Störsignals auf der Leitung entspricht. Das Transformieren kann auch durch ein LC-Netzwerk erfolgen.
Das LC-Netzwerk bewirkt eine Impedanztransformation, die den Reflexionsfaktor des Duplexers am nichtlinearen Element verändert.
In einer Ausführungsform des Verfahrens kann das nichtlineare Element eine Schalteinrichtung umfassen, über die weitere Signalpfade mit jeweils einem weiteren Duplexer gebildet werden können. Reflexionsfaktoren der jeweiligen weiteren Duplexer werden dabei derart transformiert, dass eine Amplitude des Störsignals an dem nichtlinearen Element minimiert wird.
Somit kann das Verfahren in einer Sende-/Empfangsanordnung eingesetzt werden, die beispielsweise für mehrere Frequenzbänder und/oder Funkstandards ausgelegt ist. Eine Transformation der Reflexionsfaktoren der Duplexer für die jeweiligen Störsignale erfolgt dabei angepasst an eine jeweilige Sendefrequenz und Empfangsfrequenz des jeweiligen Duplexers. Das Transformieren des Reflexionsfaktors der weiteren Duplexer kann ebenso über einen Phasenschieber, eine entsprechende Leitung oder durch ein LC-Netzwerk erfolgen.
Das Verfahren kann derart angepasst sein, dass ein Frequenzabstand der Sendefrequenz zu der Störfrequenz gleich einem Frequenzabstand der Empfangsfrequenz zu der Sendefrequenz ist. Somit kann jeweils der Reflexionsfaktor für ein Störsignal transformiert werden über das störende Intermodulationsprodukte gebildet werden.
Das Senden und Empfangen kann über eine Antenne erfolgen. Ferner kann die Sende-/Empfangsanordnung ausgebildet sein für den Betrieb nach dem UMTS-Standard und/oder dem GSM-Standard.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Detail erläutert.
Es zeigen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Sende-/Empfangsanordnung gemäß der Erfindung,
2 ein beispielhaftes Diagramm für einen Reflexionsfaktor,
3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Sende-/Empfangsanordnung gemäß der Erfindung,
4 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Sende-/Empfangsanordnung gemäß der Erfindung,
5 ein Ausführungsbeispiel einer Schalteinrichtung gemäß der Erfindung,
6 ein Ausführungsbeispiel eines LC-Netzwerks gemäß der Erfindung,
7 ein Ausführungsbeispiel einer herkömmlichen Sende-/Empfangsanordnung und
8 ein beispielhaftes Intermodulationsdiagramm.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sende-/Empfangsanordnung. Ein Duplexer 30 weist einen ersten Anschluss 31 zur Zuführung eines Sendesignals, einen zweiten Anschluss 32 zur Abgabe eines Empfangssignals und einen dritten Anschluss 33 auf. Dieser dritte Anschluss 33 ist über einen Phasenschieber 40 mit einem nichtlinearen Element 10 gekoppelt, an dem eine Antenne 20 angeschlossen ist.
Ein über den Anschluss 31 zugeführtes Sendesignal wird über den Phasenschieber 40 und das nichtlineare Element 10 durch die Antenne 20 abgestrahlt. Der Duplexer 30 ist für einen Vollduplexbetrieb ausgelegt, so dass gleichzeitig über die Antenne 20 Signale empfangen werden können, darunter ein Empfangssignal, welches vom Duplexer 30 am zweiten Anschluss 32 an einen nicht gezeigten Empfangspfad abgegeben wird. Der Duplexer 30 umfasst dazu ein Duplexfilter mit zwei Bandpässen, die jeweils auf die Sendefrequenz beziehungsweise die Empfangsfrequenz abgestimmt sind.
Zudem können über die Antenne 20 Störsignale empfangen werden. Durch die nichtlinearen Eigenschaften des nichtlinearen Elements 10 kann es dort zur Bildung von Intermodulationsprodukten aus Störsignalen und dem Sendesignal kommen. Problematisch können insbesondere derartige Störsignale sein, die eine Störfrequenz aufweisen, aus denen Intermodulationsprodukte mit der Empfangsfrequenz gebildet werden. Eine Welle eines Störsignals kann über das nichtlineare Element 10 und den Phasenschieber 40 zum Duplexer 30 laufen, von wo sie zurück bis zum nichtlinearen Element reflektiert wird. Durch den Phasenschieber 40 erfährt die Welle jedoch eine Phasendrehung, so dass sich hinlaufende und reflektierte Welle am nichtlinearen Element im Idealfall auslöschen. Dadurch entsteht ein örtliches Minimum der Amplitude des Störsignals, insbesondere der Spannungsamplitude des Störsignals. Dadurch wird auch die Höhe von Intermodulationsprodukten reduziert, die aus dem Störsignal gebildet werden.
In 2 ist ein beispielhaftes Diagramm für einen Reflexionsfaktor dargestellt. Ein Reflexionsfaktor r kann in der komplexen Ebene dargestellt werden. An dem mit r = 1 gekennzeichneten Punkt sind eine hinlaufende und eine reflektierte Welle in Phase. Dadurch lassen sich ihre Amplituden addieren und es kommt zu einem Spannungsmaximum für das entsprechende Signal. Dieser Punkt wird auch als Leerlauf bezeichnet. Am Punkt r = –1 weisen die hinlaufende und die reflektierte Welle einen Phasenunterschied von 180° gegeneinander auf, was zur Auslöschung des entsprechenden Signals führen kann. Dieser Punkt wird auch als Kurzschluss bezeichnet. Der Reflexionsfaktor ist unter anderem abhängig von der Frequenz des entsprechenden Signals.
Ein Duplexer weist in der Regel für die relevante Störfrequenz, also die Frequenz, aus der die größten Intermodulationsprodukte mit der Empfangsfrequenz gebildet werden können, einen Reflexionsfaktor im Bereich des Punktes r = 1 auf. Durch eine Transformation des Reflexionsfaktors, der im Wesentlichen einer Impedanztransformation entspricht, kann der ungünstige Reflexionsfaktor des Duplexers in die Gegend des Punktes r = –1, also im Idealfall bis zum Punkt r = –1, verändert werden.
3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sende-/Empfangsanordnung. Funktions- beziehungsweise wirkungsgleiche Bauelemente tragen dabei gleiche Bezugszeichen. Der Phasenschieber 40 umfasst eine Leitung 41, die den dritten Anschluss 33 des Duplexers 30 mit einem Schalteingang 54 einer Schalteinrichtung 50 koppelt. Die Schalteinrichtung 50 ist von dem nichtlinearen Element 10 umfasst und weist weitere Schalteingänge 52, 53, 55 sowie einen Schaltausgang 51 auf, an dem die Antenne 20 angeschlossen ist. Über die Antenne 20 wird beispielsweise ein Störsignal mit der relevanten Störfrequenz f_B empfangen. Aus dieser werden zusammen mit dem Sendesignal an der nichtlinearen Schalteinrichtung 50 Intermodulationsprodukte mit einer Frequenz f_IM3 gebildet, die einer Empfangsfrequenz f_RX entspricht, wie beispielsweise in 8 gezeigt.
Die Störfrequenz weist auf der Leitung 41 eine Wellenlänge λ auf. Die Leitung ist in ihrer Länge l für den beispielhaften Fall, dass der Duplexer für die Störfrequenz f_B einen Reflexionsfaktor von 1 aufweist, derart angepasst, dass die Länge l einem Viertel der Wellenlänge λ entspricht. Dadurch erfolgt vom Duplexer 30 zur Schalteinrichtung 50 eine Transformation des Reflexionsfaktors vom Punkt r = 1 zum Punkt r = –1, wie in 2 gezeigt. Ein örtlicher Verlauf einer Spannungsamplitude des Störsignals über die Leitung 41 ist unterhalb der Leitung 41 dargestellt. Die Darstellung ist in normierter Form als Verhältnis der Spannungsamplitude U zu einer maximalen Spannungsamplitude U_Max dargestellt. Man sieht, dass direkt am Anschluss 33 des Duplexers 30 ein Maximum der örtlichen Spannungsamplitude erreicht ist, was einem Reflexionsfaktor von 1 entspricht. Am anderen Ende der Leitung, also am Schalteingang 54 sieht man, dass sich dort ein Spannungsminimum einstellt, das etwa einem Reflexionsfaktor von –1 entspricht. In der dargestellten Ausführungsform ist somit die Bildung von Intermodulationsprodukten mit der Empfangsfrequenz f_RX minimiert. Dies führt zu einer Verbesserung der Empfangsqualität der Sende-/Empfangsanordnung.
4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sende-/Empfangsanordnung. Zusätzlich zu dem Duplexer 30 und dem Phasenschieber 40 ist ein weiterer Duplexer 30a und ein weiterer Phasenschieber 40a vorgesehen. Auch der weitere Duplexer 30a weist einen ersten Anschluss 31a auf, über den ein weiteres Sendesignal zugeführt werden kann. Das weitere Sendesignal weist in der Regel eine andere Sendefrequenz als das Sendesignal am Duplexer 30 auf. Über einen zweiten Anschluss 32a des weiteren Duplexers 30a kann ein weiteres Empfangssignal abgegeben werden, das sich üblicherweise ebenfalls in seiner Frequenz von der Frequenz am Duplexer 30 unterscheidet. Ein dritter Anschluss 33a des weiteren Duplexers 30a ist über den weiteren Phasenschieber 40a an den Schalteingang 55 gekoppelt. Die Phasenverschiebung des weiteren Phasenschiebers 40a ist an die Sendefrequenz und Empfangsfrequenz des weiteren Duplexers 30a und eine sich daraus ergebende Störfrequenz angepasst.
An die weiteren Schalteingänge 52, 53 können in gleicher Weise Duplexer mit oder ohne Phasenschieber angeschlossen werden. Dies ist aus Übersichtsgründen hier nicht dargestellt.
Mit der in 4 dargestellten Sende-/Empfangsanordnung ist es möglich, für verschiedene Frequenzbänder und/oder Funkstandards jeweils eine Minimierung der gebildeten Intermodulationsprodukte zu erreichen.
Beispielsweise beträgt bei einem Mobiltelefon nach dem UMTS-Standard die Sendefrequenz f_TX 1950 MHz. Bei einem Duplexabstand Δf2 von 190 MHz ergibt sich eine Empfangsfrequenz von 2140 MHz. Eine relevante Störfrequenz f_B liegt um den Duplexabstand Δf2 unterhalb der Sendefrequenz f_TX und damit bei 1760 MHz. Eine Dimensionierung des Phasenschiebers kann somit für diese Störfrequenz f_B erfolgen.
5 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Schalteinrichtung 50 gemäß der Erfindung. Die Schalteingänge 52, 53, 54, 55 sind über Transistoren 56, 57, 58, 59 mit dem Schaltausgang 51 gekoppelt. Eine Ansteuerung der Transistoren 56, 57, 58, 59, die als Feldeffekttransistoren ausgebildet sind, erfolgt jeweils über Steueranschlüsse 560, 570, 580, und 590. Im Betrieb der Sende-/Empfangsanordnung ist in der Regel jeweils ein Transistor leitend gesteuert, während die anderen Transistoren gesperrt sind. Dadurch kann gewährleistet werden, dass jeweils nur ein Duplexer leitend mit dem Schaltausgang und einer daran anschließbaren Antenne 20 gekoppelt ist. Eine Bildung von Intermodulationsprodukten erfolgt in der Schalteinrichtung 50 insbesondere durch die nichtlinearen Eigenschaften der Sperrschichtkapazitäten der jeweils gesperrten Transistoren. Durch den Einsatz eines oder mehrerer Phasenschieber zur Ankopplung eines oder mehrerer Duplexer wird es möglich, eine Sende-/Empfangsanordnung mit mehreren Frequenzbändern und/oder Funkstandards zu realisieren, ohne dass die Empfangsqualität durch Intermodulationsprodukte beeinträchtigt wird.
6 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines LC-Netzwerks gemäß der Erfindung. Der Phasenschieber 40 kann anstelle oder zusätzlich zu einer Leitung 41 auch ein LC-Glied 42 umfassen. Dieses weist eine Spule L sowie zwei Kondensatoren C1, C2 auf. Die Kombination der Spule L und der Kondensatoren C1, C2 bewirkt eine Phasenverschiebung eines über das LC-Glied 42 laufenden Signals. Dadurch erfolgt eine Impedanztransformati on, die sich als Transformation des Reflexionsfaktors eines Duplexers für die Störfrequenz auswirkt. Die Werte der Induktivität der Spule L und der Kapazitäten der Kondensatoren C1, C2 sind entsprechend des ursprünglichen Reflexionsfaktors des Duplexers für die Störfrequenz und die Störfrequenz anzupassen.
Das erfindungsgemäße Prinzip lässt sich beispielsweise in einem Dualmode-Telefon einsetzen, das heißt in einem Telefon für einen Betrieb nach dem UMTS- und dem GSM-Standard.

10: nichtlineares Element
20: Antenne
30, 30a: Duplexer
31, 32, 33: Anschlüsse
31a, 32a, 33a: Anschlüsse
40: Phasenschieber
41: Leitung
42: LC-Netzwerk
l: Länge
50: Schalteinrichtung
52, 53, 54, 55: Schalteingang
51: Schaltausgang
56, 57, 58, 59: Transistoren
560, 570, 580, 590: Steuereingänge
U, U_Max: Amplitude
L: Spule

C1, C2: Kondensator
f_B: Störfrequenz

f_RX: Empfangsfrequenz
f_TX: Sendefrequenz

f_IM3: Intermodulationsfrequenz
Δf1, Δf2: Frequenzabstand
λ: Wellenlänge
r: Reflexionsfaktor

Claims

Sende-/Empfangsanordnung, umfassend – ein nichtlineares Element (10); – eine Antenne (20), die an das nichtlineare Element (10) anschließbar ist; – einen Duplexer (30), der einen ersten Anschluss (31) zur Zuführung eines Sendesignals, einen zweiten Anschluss (32) zur Abgabe eines Empfangssignals und einen dritten Anschluss (33) aufweist; und – einen Phasenschieber (40), der den dritten Anschluss (33) des Duplexers (30) mit dem nichtlinearen Element (10) koppelt.
Sende-/Empfangsanordnung nach Anspruch 1, bei der – das nichtlineare Element (10) eine Schalteinrichtung (50) umfasst, die mehrere Schalteingänge (52, 53, 54, 55) und einen Schaltausgang (51) aufweist; – die Antenne (20) an den Schaltausgang (51) anschließbar ist; und – der Phasenschieber (40) den dritten Anschluss (33) des Duplexers (30) mit einem der Schalteingänge (52, 53, 54, 55) koppelt.
Sende-/Empfangsanordnung nach Anspruch 2, umfassend – einen weiteren Duplexer (30a), der einen ersten Anschluss (31a) zur Zuführung eines weiteren Sendesignals, einen zweiten Anschluss (32a) zur Abgabe eines weiteren Empfangssignals und einen dritten Anschluss (33a) aufweist, und – einen weiteren Phasenschieber (40a), der den dritten Anschluss (33a) des weiteren Duplexers (30a) mit einem weiteren der Schalteingänge (52, 53, 54, 55) koppelt.
Sende-/Empfangsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, bei der die Schalteinrichtung (50) mehrere Transistoren (56, 57, 58, 59) umfasst, die jeweils einen der Schalteingänge (52, 53, 54, 55) mit dem Schaltausgang (51) koppeln.
Sende-/Empfangsanordnung nach Anspruch 4, bei der die Transistoren (56, 57, 58, 59) als Feldeffekttransistoren ausgebildet sind.
Sende-/Empfangsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der der Duplexer (30) ausgebildet ist, das Sendesignal und das Empfangssignal im Vollduplexbetrieb zu verarbeiten.
Sende-/Empfangsanordnung nach Anspruch 6, bei der der Duplexer (30) ein Duplexfilter umfasst, das zwei Bandpassfilter aufweist.
Sende-/Empfangsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der ein Reflexionsfaktor des Duplexers (30) für ein Störsignal mit einer Störfrequenz (f_B) durch den Phasenschieber (40) derart transformiert wird, dass eine Amplitude (U) des Störsignals an dem nichtlinearen Element (10) minimiert ist.
Sende-/Empfangsanordnung nach Anspruch 8, bei der ein Frequenzabstand (Δf1) einer Sendefrequenz (f_TX) des Sendesignals zu der Störfrequenz (f_B) gleich einem Frequenzabstand (Δf2) einer Empfangsfrequenz (f_RX) des Empfangssignals zu der Sendefrequenz (f_TX) ist.
Sende-/Empfangsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der der Phasenschieber (40) eine Leitung (41) mit einer Länge (l) umfasst, die von einer gewünschten Frequenz und einer gewünschten Phasenverschiebung abhängt.
Sende-/Empfangsanordnung nach Anspruch 10, bei der die Leitung (41) eine λ/4-Leitung ist.
Sende-/Empfangsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der der Phasenschieber (40) ein LC-Netzwerk (42) umfasst.
Sende-/Empfangsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, die ausgebildet ist für den Betrieb nach dem Universal Mobile Telecommunications System Standard und/oder dem Global System for Mobile Communications Standard.
Verwendung einer Sende-/Empfangsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 in einem mobilen Kommunikationsgerät.
Verfahren zur Signalverarbeitung in einer Sende-/Empfangsanordnung, umfassend die Schritte: – Senden eines Sendesignals mit einer Sendefrequenz (f_TX) über einen Signalpfad, der einen Duplexer (30) und ein nichtlineares Element (10) umfasst; – Empfangen eines Empfangssignals mit einer Empfangsfrequenz (f_RX) und eines Störsignals mit einer Störfrequenz (f_B) über den Signalpfad; – Transformieren eines Reflexionsfaktor des Duplexers (30), derart, dass eine Amplitude (U) des Störsignals an dem nichtlinearen Element (10) minimiert wird.
Verfahren nach Anspruch 15, bei dem das Transformieren durch einen Phasenschieber (40) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, bei dem das Transformieren durch eine Leitung (41) mit einer Länge (l) erfolgt, die von einer gewünschten Frequenz und einer gewünschten Phasenverschiebung abhängt.
Verfahren nach Anspruch 17, bei dem die Leitung (41) eine λ/4-Leitung ist.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, bei dem das Transformieren durch ein LC-Netzwerk (42) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, bei dem durch das Transformieren eine Amplitude eines Intermodulationssignals minimiert wird, das an dem nichtlinearen Element (10) aus dem Sendesignal und dem Störsignal gebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 20, bei dem das nichtlineare Element (10) eine Schalteinrichtung (50) umfasst, über die weitere Signalpfade mit jeweils einem weiteren Duplexer (30a) gebildet werden können, und Reflexionsfaktoren der jeweiligen weiteren Duplexer (30a) derart transformiert werden, dass die Amplitude (U) des Störsignals an dem nichtlinearen Element (10) minimiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 21, bei dem ein Frequenzabstand (Δf1) der Sendefrequenz (f_TX) zu der Störfrequenz (f_B) gleich einem Frequenzabstand (Δf2) der Empfangsfrequenz (f_RX) zu der Sendefrequenz (f_TX) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 22, bei dem das Senden und Empfangen über eine Antenne (20) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 23, bei dem die Sende-/Empfangsanordnung ausgebildet ist für den Betrieb nach dem Universal Mobile Telecommunications System Standard und/oder dem Global System for Mobile Communications Standard.