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Die
Erfindung betrifft einen Hochfrequenz-Kurzschluss-Schalter sowie
eine Schaltungseinheit mit einem derartigen Hochfrequenz-Kurzschluss-Schalter.
Die Erfindung bewegt sich dabei insbesondere auf dem Gebiet der
sogenannten Time-Division-Duplex(TDD)-Technik zur wechselweisen Übermittlung
hochfrequenter Signale zwischen einem Ein- und einem Ausgang, wobei
zur Übertragung in beide Richtungen meist dieselbe Frequenz verwendet
wird. Um ein Übersprechen der in verschiedene Richtungen
laufenden Signale zu verhindern, werden die Signale unterschiedlicher
Laufrichtung verschiedenen Zeitbereichen zugeordnet. Mit anderen
Worten laufen die Signale zwischen dem Ein- und dem Ausgang abwechselnd
in die eine und in die andere Richtung.
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Die
TDD-Technik wird zukünftig zur Übertragung von
Signalen innerhalb eines Mobilfunknetzes eingesetzt werden. Dabei
wechseln sich die Signallaufrichtung insbesondere zwischen einer
Basisstation eines Mobilfunknetzes und einem Mobilfunkendgerät
ab. Gerade in einem sogenannten Repeater, der in einer Uplink-Richtung
drahtgebunden oder drahtlos mit der Basisstation und in einer Downlink-Richtung
mit dem Mobilfunkendgerät kommuniziert, besteht ein Bedarf
zum Einsatz der TDD-Technik. Ein Repeater wird dabei dazu eingesetzt,
in Abschattungsbereichen eines Mobilfunknetzes oder an den Reichweitegrenzen
einer Basisstation eine Kommunikation mit dem Mobilfunkendgerät
zu ermöglichen. Hierzu sind in beiden Übertragungsrichtungen geeignete
Leistungsverstärker eingesetzt.
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Da
in einem TDD-System während des Umschaltens der Signallaufrichtungen
kein regulärer Betrieb möglich ist, muss die Umschaltdauer
möglichst kurz gehalten werden. In einem heutigen TDD-System
beträgt diese Umschaltzeit einige Mikrosekunden. Zum Umschalten
werden geeignete Schalter eingesetzt, die kurz Schaltzeiten aufweisen
und eine möglichst hohe Isolation zwischen den Signalen
unterschiedlicher Laufrichtung bieten. Derartige Schalter zum Schalten
von Hoch frequenz-Signalen sind beispielsweise aus der
WO 92/22937 A1 oder der
WO 2007/083861 A1 bekannt.
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Insbesondere
in einem Repeater, wobei die Signale zwischen einem Downlink- und
einem Uplink-Anschluss verstärkt werden müssen,
tritt das Problem eines gegenseitigen Übersprechens beider Laufrichtungen
auf. Dies liegt daran, dass die verwendeten Verstärker,
die Ausgangsleistungen von teilweise mehr als 10 Watt aufweisen,
bei einem Wechsel der Singallaufrichtung nicht rasch genug abgeschaltet
werden können. Das Schalten der hohen Versorgungsströme
derartiger Verstärker, die typischerweise im Bereich von
einigen Ampere liegen, innerhalb der gewünschten kurzen
Schaltzeiten erfordert komplexe Schaltungslösungen. Mithin
ist dieses Problem derzeit noch nicht zufriedenstellend gelöst.
Trotz des Einsatzes schneller Schalter mit hoher Isolation der Schaltpfade
zueinander, wird ein Rauschpegel des abgeschalteten Signals in das
in andere Richtung laufende Signal eingebracht.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Schaltungsmöglichkeit insbesondere
zur Verringerung des Rauschübersprechens in einem TDD-System
anzugeben.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
einen Hochfrequenz-Kurzschluss-Schalter mit den Merkmalen gemäß Anspruch
1. Demnach ist ein Hochfrequenz-Kurzschluss-Schalter vorgesehen, der
einen Eingang, einen Ausgang, einen Masseanschluss, eine Verbindungsleitung
zwischen dem Eingang und dem Ausgang, eine an der Verbindungsleitung
angeschlossene Leitung, die über ein Schaltelement über
dem Masseanschluss verbunden ist, und eine Schalteinrichtung zur
Betätigung des Schaltelements aufweist, wobei die Kurzschlussleitung
unter Einbeziehung des Schaltelements eine aktive Länge aufweist,
die einem ungeradzahligen Vielfachen eines Viertels der Wellenlänge
des zu schaltenden Hochfrequenz-Signals entspricht.
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Bisherige Überlegungen
in TDD-Systemen zielten darauf ab, die Isolation der Schalter zwischen den
Schaltpfaden zu verbessern. Andererseits liefert der Ein satz geeigneter
Schaltelemente zum Abtrennen der Signalleitung im Sperrfall nur
ein unbefriedigendes Ergebnis. Ein solches, in die Signalleitung platziertes
Schaltelement, wie beispielsweise ein herkömmlicher Dioden-Schalter,
bringt nämlich aufgrund der eigenen Charakteristik im geschlossenen Zustand
unerwünschte nichtlineare Beiträge in den Übertragungspfad.
Die hierdurch hervorgerufenen Signalintermodulationen beeinträchtigen
das Signal selbst und führen zu unerwünschten
Nebenaussendungen. Als Folge sind die Linearität des Signals
und das Rauschübersprechen auf benachbarte Kanäle verschlechtert.
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Von
beiden Konzepten löst sich nun die Erfindung, und greift
auf das Konzept resonanter Strukturen zurück. Die Erfindung
geht dabei von der Überlegung aus, dass durch eine geschickte
Dimensionierung des Schaltungsaufbaus im Falle von hochfrequenten
Signalen konkrete schwingungsfreie Bereiche geschaffen werden können,
an welchen kein Signalabgriff mehr möglich ist. Dieses
Konzept macht sich die Erfindung zunutze, indem eine abzutrennende
Verbindungsleitung über eine Kurzschlussleitung einer definierten
aktiven Länge mit einem Masseanschluss verbunden wird.
Dabei wird die aktive Länge der Kurzschlussleitung so bemessen,
dass sie einem ungeradzahligen Vielfachen eines Viertels der Wellenlänge
des zu schaltenden Hochfrequenz-Signals entspricht. Unter der aktiven
Länge wird die reale Länge der Leiterbahn einschließlich
des Schaltelements verstanden. Konkret sind somit für die
aktive Länge Werte von 1/4 λ, 3/4 λ,
5/4 λ, usw. zu wählen, wobei λ die Wellenlänge
des Hochfrequenz-Signals bezeichnet.
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Ein
Durchschalten des Schaltelements führt dazu, dass sich
am Masseanschluss ein definierter Potenzialwert, nämlich
Masse, einstellt. Mit anderen Worten wird am Masseanschluss ein
Schwingungsknoten des Systems erzwungen. Über die λ/4-Bedingung
der Kurzschlussleitung bedeutet dies aber, dass das System hinsichtlich
der zu schaltenden Hochfrequenz an der Verbindungsleitung einen Schwingungsbauch
aufweist. Das Hochfrequenz-Signal kann somit an der Verbindungsleitung
abgegriffen werden, wenn das Schaltelement durchgeschaltet wird.
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Wird
andererseits das Schaltelement gesperrt, so kann das Ende der Kurzschlussleitung
unbestimmte, mithin freie Zustände annehmen. Mit anderen
Worten wird dem System damit am Ende der Kurzschlussleitung ein
Schwingungsbauch aufgenötigt. In diesem Fall befindet sich
dann jedoch aufgrund der λ/4-Bedingung an der Verbindungsleitung ein
Schwingungsknoten. Das Hochfrequenz-Signal ist somit abgetrennt,
wenn das Schaltelement sperrt.
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Da
das Schaltelement aus der Verbindungsleitung in eine abzweigende
Kurzschlussleitung eingebracht ist, trägt die Charakteristik
des Schaltelements im Durchlassfall kaum mehr störend zu
dem Hochfrequenz-Signal entlang der Verbindungsleitung bei. Als
Resultat lässt sich ein Schalten des Hochfrequenz-Signals
mit einer hohen Linearität erzielen. Wird ein derartiger
Hochfrequenz-Kurzschluss-Schalter in einem TDD-System zum Abtrennen
bzw. Abschalten des Hochfrequenz-Signals in einer Signalleitung
eingesetzt, wird im Sperrfall das Rauschübersprechen auf
das Signal anderer Laufrichtung und im Durchlassfall die nichtlineare
Signalverzerrung deutlich reduziert.
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Der
angegebene Hochfrequenz-Kurzschluss-Schalter wirkt als ein sogenannter
Kerb- oder Notch-Filter, der aus einem Frequenzband einen schmalen
Frequenzbereich im Sinne einer Kerbe ausschneidet. Durch den Aufbau
eines schaltbaren Notch-Filters ermöglicht die Erfindung
ein rasches, lineares Schalten von hochfrequenten Signalen eines definierten
Frequenzbereichs.
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Je
nach gewünschter Schaltgeschwindigkeit können
zum Schalten grundsätzlich verschiedene Schaltelemente,
selbst unter Einbeziehung mechanischer Schalter gewählt
werden. Zum Erreichen hoher Schaltgeschwindigkeiten, wie sie zur
Realisierung eines TDD-Systems erforderlich sind, werden jedoch vorteilhafter
Weise elektronische Schaltelemente eingesetzt. Als solche Schaltelemente
können Transistoren, Thyristoren, Reed-Kontakte oder so
genannte MEM-Schalter eingesetzt werden. Dabei versteht man unter
einem MEM-Schalter einen mikro-elektromechanischen Schalter, der
auf der Nanoskala dimensioniert ist und insbesonde re ein Schalten
der Strukturen elektrostatisch, piezoelektrisch oder magnetisch
bewirkt.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung wird als elektronisches Schaltelement
eine Diode, insbesondere eine Schottky-Diode, oder eine Gasentladungsröhre
eingesetzt. Die Schottky-Diode zeigt einen besonders raschen Abbau
der Sperrschicht, was hohe Schaltgeschwindigkeiten erlaubt. Auch
die Gasentladungsröhre zeigt ein rasches Schaltverhalten,
sobald die über ihr abfallende Spannung ein gewisses Maß übersteigt.
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Die
Diode und die Gasentladungsröhre lassen sich in einfacher
Art und Weise dadurch schalten, dass als Schalteinrichtung eine
der Verbindungsleitung zuschaltbare Spannungsquelle vorgesehen ist. Über
ein solches Zuschalten kann die Diode zwischen einer Durchlass-
und einer Sperrrichtung geschaltet oder die Gasentladungsröhre
durchgezündet bzw. in den Sperrzustand gebracht werden.
Dabei bietet es sich an, die Spannungsquelle zum Entkoppeln des
Hochfrequenz-Signals mittels einer Induktivität der Verbindungsleitung
zuzuschalten.
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Hinsichtlich
der aktiven Länge ist anzumerken, dass beispielsweise eine
dem Schaltelement, wie insbesondere der Diode, innewohnende Kapazität
zu einer Verkürzung der aktiven Länge führt.
Dies muss bei der Ausgestaltung der Kurzschlussleitung entsprechend
berücksichtigt werden.
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Die
Kurzschlussleitung selbst kann grundsätzlich als beliebige
Leiterbahn oder als beliebiger Leiter gegeben sein. Bevorzugt ist
die Kurzschlussleitung als ein Streifenleiter vorgegebene Länge
ausgebildet. Ein solcher Streifenleiter lässt sich definiert in
bekannter Art und Weise durch einen entsprechenden Ätzvorgang
auf einer Leiterplatine fertigen.
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Der
angegebene Hochfrequenz-Kurzschluss-Schalter wirkt wie ein Notch-Filter
und betrifft insofern nur einen schmalen Frequenzbereich. In einer
vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist eine Mehrzahl von
einzelnen Kurzschlussleitungen vorgesehen, die jeweils über
ein Schaltelement mit dem Masseanschluss verbunden sind, wobei die
aktiven Längen der Kurzschlussleitungen die Viertel-Wellenlängen-Bedingung
jeweils hinsichtlich verschiedener Wellenlängen erfüllen.
Bei einem Sperren der Schaltelemente sind somit an der Verbindungsleitung
diejenigen Hochfrequenz-Signale nicht mehr abgreifbar bzw. abgetrennt,
für die die realisierte Viertel-Wellenlängen-Beziehung
zutrifft, und sich insofern in der Signalleitung ein Schwingungsknoten
einstellt. Liegen die betroffenen Frequenzbereiche nahe beieinander, so
lässt sich über eine Mehrzahl derartiger Kurzschluss-Leitungen
ein Bandfilter erzeugen. Mittels der Schaltelemente wird dann ein
Frequenzband aus der Signalleitung abgetrennt.
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Insbesondere
bei der genannten Ausgestaltung des Hochfrequenz-Kurzschluss-Schalters
mit mehreren Kurzschlussleitungen bietet es sich an, die Schaltelemente
als Dioden auszugestalten, die über eine der Verbindungsleitung
zuschaltbare Spannungsquelle gesteuert werden. Über ein
einfaches Steuersignal werden hierbei alle Dioden gleichzeitig zwischen
der Sperr- und der Durchlassrichtung geschaltet. Gleiches gilt im Übrigen
auch bezüglich der Gasentladungsröhre.
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Die
Aufgabe wird weiter erfindungsgemäß durch eine
Schaltungseinheit, insbesondere für ein TDD-System, gelöst,
die eine erste und eine zweite Signalleitung, einen Anschlussport
und eine Weiche umfasst, die beide Signalleitungen wechselweise
mit dem Anschlussport verbindet, wobei in wenigstens einer der beiden
Signalleitungen ein Verstärker angeordnet ist, dem ausgangsseitig
der vorbeschriebene Hochfrequenz-Kurzschluss-Schalter zugeordnet
ist.
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Durch
den Hochfrequenz-Kurzschluss-Schalter lässt sich im Durchlassfall
eine nichtlineare Signalverzerrung vermeiden. Im Sperrfall wird
ein rasches Abschalten bzw. Abtrennen des ausgangsseitigen Hochfrequenz-Signals
des Verstärkers erreicht. Ein Rauschübersprechen
auf die andere Signalleitung über die Weiche ist hierdurch reduziert.
Nach einem Wechsel der Signallaufrichtung gelangt Rauschen aus der
den Verstärker aufweisenden Signalleitung nicht mehr in
die ande re Signalleitung, die nun in umgekehrter Richtung von einem
anderen Signal durchlaufen wird.
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Mit
der angegebenen Schaltungseinheit kann beispielsweise ein eingehendes
Signal über den Verstärker geleitet und über
die Weiche auf eine Antenne geführt sein. Ein Empfangssignal
der Antenne wird mittels der Weiche auf die zweite Signalleitung
geführt. Mittels der Schaltungseinheit kann somit eine
wechselweise Kommunikation in einem Mobilfunknetz erfolgen.
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Insbesondere
ist der Hochfrequenz-Kurzschluss-Schalter ausgangsseitig des Verstärkers
mit seinem Eingang und seinem Ausgang direkt in die Signalleitung
eingeschaltet. Mit anderen Worten ist die Verbindungsleitung des
Hochspannungs-Kurzschluss-Schalters Teil der Signalleitung als solcher.
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Die
Weiche, die wechselweise die beiden Signalleitungen mit dem Anschlussport
verbindet, kann in an sich bekannter Weise als ein Schalter der
eingangs beschriebenen Art gemäß Stand der Technik ausgestaltet
sein, mit dem sich genügend hohe Schaltzeiten realisieren
lassen. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist die Weiche
jedoch als ein Zirkulator ausgebildet. Ein solcher Zirkulator weist
in der Regel drei Ports auf, wobei abhängig von der Signallaufrichtung
eine Weiterleitung des Signals stets nur über zwei bestimmte
Ports ermöglicht ist. Auf diese Weise lässt sich
eine Weiche ohne Schaltfunktion realisieren. So wird beispielsweise
ein den Port 1 erreichendes Signal auf Port 3 weitergeleitet, während
ein den Port 3 erreichendes Signal an Port 2 austritt. Derartige
Zirkulatoren sind an sich aus der Hochfrequenztechnik bekannt, und
werden beispielsweise mittels Ferriten realisiert. Bislang war der
Einsatz eines Zirkulators in einem TDD-System mit dem Nachteil einer
unzureichenden Isolation zwischen den beiden Signalpfaden verbunden.
Durch den Einsatz des angegebenen Hochfrequenz-Kurzschluss-Schalters
in Kombination mit einem Zirkulator lässt sich jedoch ein
gegenüber dem Stand der Technik weit verbessertes TDD-System
realisieren. Ein Rauschübersprechen wird sicher durch den Hochfrequenz-Kurzschluss-Schalter verhindert, während
der Zirkulator ohne Schaltung einen Wechsel der Signallaufrichtungen
bewirkt.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind in den beiden Signalleitungen
mit umgekehrter Signallaufrichtung jeweils ein Verstärker
und ein Hochfrequenz-Kurzschluss-Schalter geschaltet. Gemäß dieser
Ausgestaltung ist eine Verstärkung der Signale in beiden
Laufrichtungen ermöglicht. Insbesondere kann mittels dieser
Schaltungseinheit ein Repeater realisiert sein, der zur Aufnahme
von Signalen einer Basisstation ausgebildet ist, und diese an eine
Remote-Einheit weiterleitet, die dann mit einem Mobilfunkendgerät
kommuniziert. Dabei werden die Signale sowohl in Richtung von der
Basisstation zu dem Mobilfunkendgerät (Downlink-Richtung)
als auch in umgekehrter Richtung (Uplink-Richtung) verstärkt.
In dem Repeater sind die Signalleitungen der entgegengesetzten Laufrichtungen
voneinander getrennt, wobei die Aufteilung jeweils über
die Weichen erfolgt.
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Insbesondere
weist ein derartiger Repeater einen mit der ersten Weiche verbundenen
Uplink-Anschluss, der zur Kommunikation mit der Basisstation eines
Mobilfunknetzes ausgebildet ist, und einen mit der zweiten Weiche
verbundenen Downlink-Anschluss auf, der zur Kommunikation mit dem
Mobilfunkendgerät ausgebildet ist.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigen:
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1 das
Grundprinzip eines Hochfrequenz-Kurzschluss-Schalters,
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2 einen
Hochfrequenz-Kurzschluss-Schalter gemäß einer
ersten Ausführungsvariante,
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3 einen
Hochfrequenz-Kurzschluss-Schalter gemäß einer
zweiten Ausführungsvariante,
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4 das
Transmissionsverhalten des Hochfrequenz-Kurzschluss-Schalters gemäß 3,
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5 das
Sperrverhalten des Hochfrequenz-Kurzschluss-Schalters gemäß 3,
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6 eine
Schaltungseinheit eines TDD-Systems mit einem Hochfrequenz-Kurzschluss-Schalter,
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7 eine
Ausführungsvariante der Schaltungseinheit gemäß 6 und
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8 eine
als Repeater ausgebildete Schaltungseinheit eines TDD-Systems.
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1 zeigt
das Grundprinzip eines Hochfrequenz-Kurzschluss-Schalters 1,
wie er sich zum Abtrennen von hochfrequenten Signalen, insbesondere innerhalb
eines TDD-Systems, eignet.
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Der
gezeigte Hochfrequenz-Kurzschluss-Schalter 1 umfasst hierbei
einen Eingang 3 sowie einen Ausgang 4, die über
eine Verbindungsleitung 5 miteinander in elektrischem Kontakt
stehen. Weiter umfasst der Hochfrequenz-Kurzschluss-Schalter 1 einen
Masseanschluss 6, hier direkt als Masse gezeichnet, sowie
eine Kurzschlussleitung 8, die die Verbindungsleitung 5 mit
dem Masseanschluss 6 verbindet. In die Kurzschlussleitung 8 ist
ein betätigbares Schaltelement 9 eingesetzt, welches
mittels einer Schalteinrichtung 10 zwischen einer Durchlass-
und einer Sperrrichtung geschaltet werden kann.
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Für
die Funktionsprinzip ist es bedeutend, dass die aktive Länge
L der Kurzschlussleitung 8 unter Einbeziehung des Schaltelements
einem ungeradzahligen Vielfachen der Wellenlänge λ des
zu schaltenden Hochfrequenz-Signals entspricht. Befindet sich das
Schaltelement wie dargestellt in seinem Sperrzustand, so ist das
Potential am Ende der Kurzschlussleitung 8 undefiniert.
Dem System wird insofern am Masseanschluss 6 ein Schwingungsbauch aufgezwungen.
Aufgrund der λ/4-Beziehung resultiert damit für
ein Hochfrequenz-Signal derjenigen Frequenz, die die angegebene
Bedingung erfüllt. ein Schwingungsknoten auf der Verbindungsleitung 5. Mit
anderen Worten ist ein Signal dieser Frequenz dann auf der Verbindungsleitung 5 abgeschaltet, wenn
das Schaltelement offen ist bzw. sich in seinen Sperrzustand befindet.
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Wird
das Schaltelement 9 geschlossen bzw. in Durchlassrichtung
geschaltet, so wird das System am Masseanschluss 6 auf
ein definiertes Potential und somit auf einen Schwingungsknoten
gezwungen. Über die λ/4-Beziehung resultiert nun
in Folge auf der Verbindungsleitung 5 ein Schwingungsbauch für
das Hochfrequenz-Signal, dessen Frequenz die angegebene Bedingung
erfüllt. Mit anderen Worten kann bei in Durchlassrichtung
geschaltetem Schaltelement 9 das Hochfrequenz-Signal der
entsprechenden Frequenz an der Verbindungsleitung 5 abgegriffen
werden.
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Für
ein Signal einer Frequenz von 1 GHz bedeutet die angegebene Bedingung,
dass die aktive Länge L der Kurzschlussleitung 8 einschließlich
des Schaltelements 9 etwa 7,5 cm beträgt. Je nach
Wahl des Frequenzbereiches zwischen 1 MHz und mehreren GHz variiert
die aktive Länge L entsprechend.
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In 2 ist
eine erste Ausführungsvariante 1' des Hochfrequenz-Kurzschluss-Schalters
entsprechend 1 dargestellt. Als Schaltelement 9 ist
nunmehr eine Schottky-Diode 12 eingesetzt. Die Schaltung
der Schottky-Diode 12 wird über eine zuschaltbare
Spannungsquelle 14 bewirkt, die über eine Induktivität 13 an
der Verbindungsleitung 5 angeschlossen ist. Je nachdem,
ob die Spannungsquelle 14 zu- oder abgeschaltet ist, befindet
sich die Schottky-Diode 12 in ihrer Sperr- oder in ihrer
Durchlassrichtung. Alternativ zu einer Schottky-Diode 12 kann als
Schaltelement 9 auch eine Gasentladungsröhre 11 eingesetzt
sein.
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In 3 ist
ein Hochfrequenz-Kurzschluss-Schalter 1'' gemäß einer
weiteren Ausführungsvariante gezeigt. Der Hochfrequenz-Kurzschluss-Schalter 1'' weist
nun mehrere Kurzschlussleitungen 8, 8', 8'' auf,
die parallel von der Verbindungsleitung 5 weggeführt
und jeweils mit dem Masseanschluss 6 über Schottky-Dioden 12 verbunden sind.
Die zwischen dem Eingang 3 und dem Ausgang 4 angeordnete
Verbindungsleitung 5 ist durch eine Reihe von definierten
Stegleitern 16 und 17 ausgebildet, die auf einer
Leiterplatine durch einen Ätzprozess hergestellt sind.
Zusätzlich sind in die Verbindungsleitung 5 zwei
Kondensatoren 18 zum Abkop peln von Gleichspannungsanteilen
eingesetzt. Insbesondere sich auch die Kurzschlussleitungen 8, 8', 8'' jeweils
als definiert hergestellte Stegleiter 19 gegeben. Die Stegleitern 19 weisen
hierbei eine genau definierte Länge auf.
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Unter
Einbeziehung der Schottky-Dioden 12 ist die Länge
jeder Stegleitung 19 der einzelnen Kurzschlussleitungen 8, 8', 8'' so
gewählt, dass für benachbarte Frequenzen die vorgegebene λ/4-Bedingung
erfüllt ist. Die Frequenzen liegen dabei in einem Frequenzband
zwischen etwa 2,5 GHz und 2,7 GHz. Die Schottky-Dioden 12 werden
mittels einer zuschaltbaren Spannungsquelle angesteuert, die in 3 nicht
eingezeichnet ist.
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Werden
die Schottky-Dioden 12 in Sperrrichtung betrieben, so sind
diejenigen Hochspannungs-Signale an der Verbindungsleitung 5 nicht mehr
abgreifbar, deren Frequenzen- bzw. Wellenlängen jeweils
die über die einzelnen Kurzschlussleitungen 8, 8', 8'' gegebenen λ/4-Bedingungen
erfüllen. Insgesamt können somit durch Schalten
der Schottky-Dioden 12 in Sperrrichtung Hochfrequenz-Signale innerhalb
eines Frequenzbandes aus der Verbindungsleitung 5 ausgeblendet
werden.
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In
den 4 und 5 ist das Durchlass- bzw. das
Sperrverhalten des in 3 gezeigten Hochfrequenz-Kurzschluss-Schalters 1'' dargestellt. In
den einzelnen Grafiken ist dabei jeweils das Verhältnis
zwischen Eingangs- und Ausgangssignal in Dezibel 23 für
verschiedene Frequenzen 24 aufgetragen. Man erkennt den
resultierenden Frequenzverlauf 26.
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In 4 ist
das Durchlassverhalten des Hochfrequenz-Kurzschluss-Schalters 1'' gemäß 3 gezeigt.
Mit anderen Worten befinden sich die Schottky-Dioden 12 in
Durchlassrichtung. Bereits mit eingezeichnet ist das Frequenzband 27,
welches von den insgesamt drei Kurzschlussleitungen 8, 8', 8'' betroffen
ist.
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In 5 ist
nun das Sperrverhalten des Hochfrequenz-Kurzschluss-Schalters 1'' gemäß 3 gezeigt.
Man erkennt deutlich, dass sich entsprechend den drei Kurzschlussleitungen 8, 8', 8'' drei
eingeschnittene Kerben im Frequenzverlauf 26 ergeben. Die
Schottky-Dioden 12 sind dabei in Sperrrichtung betrieben.
Die Kerben entstehen dabei genau für diejenigen Frequenzen,
für die die eingestellte λ/4-Bedingung erfüllt
ist. Dabei lassen sich im Sperrfall Unterdrückungswerte
bis über 70 Dezibel bei einem Ausgangs-IP3-Wert
von mehr als 10 Kilowatt im Durchlassfall erreichen, wie sie sich
bei Schaltern bisheriger Bauweise nicht erzielen lassen. Dabei charakterisiert
der IP-Wert (Intercept Point) insgesamt die nichtlinearen Eigenschaften
von Übertragungsgliedern. Der IP3-Wert bezieht sich dabei auf
die Intermodulationseigenschaften. Zur messtechnischen Erfassung
werden die Intermodulationsprodukte bei Zuleitung zweier Sinussignale
untersucht.
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Insgesamt
wird deutlich, dass durch die parallele Realisation dreier Notch-Filter
bzw. Notch-Resonatoren ein Frequenzband zwischen etwa 2,5 und 2,7
GHz aktiv geschaltet werden kann.
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In 6 ist
eine Schaltungseinheit 30 dargestellt, wie sie sich für
ein TDD-System eignet. Die Schaltungseinheit 30 weist zwei
Signalleitungen 31 und 32 auf, in welchen Hochfrequenz-Signale
in umgekehrter Richtung laufen. Die beiden Signalleitungen 31 und 32 sind
auf einen Anschlussport 33 geführt, wobei eine
Weiche 37 zu einem wechselweisen Aufschalten eingesetzt
ist. In die beiden Signalleitungen 31, 32 sind
jeweils Filter 38 bzw. 39 zur Rauschunterdrückung
eingesetzt.
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Die
Signalleitung 31 repräsentiert beispielsweise
einen Signallaufweg von einem Sender über die Weiche 37 auf
eine Antenne 40. Die Signalleitung 32 repräsentiert
einen Signallaufweg von der Antenne 40 über die
Weiche 37 zu einem Empfänger. Über die
Weiche 37 kann zwischen den beiden Signallaufwegen bzw.
zwischen den beiden Signalleitungen 31 und 32 geschaltet
werden.
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In
die erste Signalleitung 31 ist ein Leistungs-Verstärker 42 eingesetzt.
Ausgangsseitig resultieren hierbei Versorgungsströme der
letzten Verstärkerstufe von mehreren Ampere. Um ein Abschalten
bzw. Abtrennen dieser Versorgungsströme bei einem Wechsel
der Signallaufleitung in Richtung zum Empfänger zu vermeiden, ist
dem Leistungs-Verstärker 42 ausgangsseitig ein
Hochfrequenz-Kurzschluss-Schalter 1 zugeschaltet, wie er
beispielsweise aus den 1 bis 3 entnommen
werden kann. Durch das Sperren des Hochfrequenz-Signals an der Ausgangsseite
des Leistungs-Verstärkers 42 im Sperrfall wird
ein Rauschübersprechen von der ersten Signalleitung 31 in
die zweite Signalleitung 32 verhindert. Im durchgeschalteten
Zustand kann das Hochfrequenz-Signal den Schalter nahezu unverzerrt
passieren.
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In 7 ist
die Schaltungseinheit gemäß 6 in
einer anderen Ausführungsvariante gezeigt. Dabei ist die
Weiche 37 durch einen Zirkulator 44 repräsentiert.
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In 8 ist
die Schaltungseinheit 30 zur Anwendung in einem Repeater
weitergebildet. Dabei weist die Schaltungseinheit 30 nun
eine erste Weiche 37 und eine zweite Weiche 37' auf,
die über die beiden Signalleitungen 31 und 32 miteinander
in Verbindung stehen. Die beiden Weichen 37, 37' sind
hierbei als Zirkulatoren 44 bzw. 44' ausgebildet.
Der Anschlussport 33 der ersten Weiche 37 steht
mit einem Uplink-Anschluss 46 in Verbindung, der drahtgebunden
oder drahtlos mit einer Basisstation eines Mobilfunknetzes kommuniziert.
Die zweite Weiche 37' ist mit einem Downlink-Anschluss 47 verbunden,
der zur Kommunikation mit einem Mobilfunkendgerät ausgestaltet
ist.
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Durch
die erste Signalleitung 31 wird die sogenannte Downlink-Verbindung
zwischen der Basisstation und dem Mobilfunkendgerät realisiert.
Die umgekehrte oder Uplink-Verbindung findet über die zweite
Signalleitung 32 statt. In beide Signalleitungen 31, 32 ist
jeweils ein Verstärker 42 integriert. Beiden Verstärkern 42 ist
jeweils ein Hochfrequenz-Kurzschluss-Schalter 1 zugeordnet,
wie er sich beispielsweise aus den 1 bis 3 entnehmen
lässt.
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- 1
- Hochfrequenz-Kurzschluss-Schalter
- 1'
- Hochfrequenz-Kurzschluss-Schalter
- 1''
- Hochfrequenz-Kurzschluss-Schalter
- 3
- Eingang
- 4
- Ausgang
- 5
- Verbindungsleitung
- 6
- Masseanschluss
- 8
- Kurzschlussleitung
- 8'
- Kurzschlussleitung
- 8''
- Kurzschlussleitung
- 9
- Schaltelement
- 10
- Schalteinrichtung
- 11
- Gasentladungsröhre
- 12
- Schottky-Diode
- 12'
- Schottky-Diode
- 12''
- Schottky-Diode
- 13
- Induktivität
- 14
- Spannungsquelle
- 16
- Stegleiter
- 17
- Stegleiter
- 18
- Kondensator
- 19
- Stegleiter
- 23
- Dezibel
- 24
- Frequenz
- 26
- Frequenzverlauf
- 27
- Frequenzband
- 30
- Schaltungseinheit
- 31
- erste
Signalleitung
- 32
- zweite
Signalleitung
- 33
- Anschlussport
- 37
- Weiche
- 37'
- Weiche
- 38
- Filter
- 39
- Filter
- 40
- Antenne
- 42
- Verstärker
- 44
- Zirkulator
- 44'
- Zirkulator
- 46
- Uplink-Anschluss
- 47
- Downlink-Anschluss
- L
- aktive
Länge
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 92/22937
A1 [0003]
- - WO 2007/083861 A1 [0003]