-
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Multiplexer, ein Gerät, das in der Lage ist, Signale in mehreren Frequenzbändern zu empfangen, und ein Frontend-Modul für ein solches Gerät.
-
Mobilkommunikationsgeräte, wie zum Beispiel Mobiltelefone, vereinen in zunehmendem Maße eine Vielzahl von Funktionen in einem einzigen Gehäuse. Zum Beispiel enthalten viele Mobiltelefone neben einem Funkempfänger zum Empfangen von Funksignalen von Basisstationen eines Mobiltelefonnetzes auch einen Empfänger für ein Positionsbestimmungssystem, wie zum Beispiel das Global Positioning System (GPS).
-
Um die Anzahl der Bauteile in einem solchen Gerät zu verringern, ist es üblich, dass der Empfänger des Positionsbestimmungssystems und der Funkempfänger gemeinsam eine einzelne Antenne nutzen. Das ist möglich, weil sich das vom Funkempfänger genutzte Frequenzband, das in der Regel 925–960 MHz für einen GSM-Funkempfänger beträgt, von der Frequenz unterscheidet, die von dem Positionsbestimmungssystem genutzt wird, und die in der Regel um die 1576 MHz für einen GPS-Empfänger liegt. Diese gemeinsame Nutzung einer Antenne wird durch einen Diplexer ermöglicht, der den Funkempfänger und das Positionsbestimmungssystem selektiv entsprechend der Frequenz eines durch die Antenne empfangenen Signals mit der einzelnen Antenne koppelt.
-
1 ist eine schematische Darstellung einer bekannten Architektur zur Verwendung in einem Gerät, wie zum Beispiel einem Mobiltelefon mit GSM- und GPS-Empfängern. Die Architektur 10 hat eine einzelne Antenne 12, die mit einem Diplexer 14 gekoppelt ist, der einen ersten und einen zweiten Abzweig 16, 18, die parallel zueinander verlaufen, aufweist. Der erste Abzweig 16 enthält ein Tiefpassfilter 20 mit einer Grenzfrequenz von, oder knapp über, 960 MHz, so dass Signale mit Frequenzen höher als 960 MHz gesperrt werden. Der zweite Abzweig 18 enthält ein Hochpassfilter 22, das eine Grenzfrequenz von, oder knapp unter, 1576 MHz hat, so dass Signale mit Frequenzen unter 1576 MHz gesperrt werden. Das Tiefpassfilter 20 hat einen Ausgang, der mit einem Eingang eines GSM-Oberflächenschallwellen(SAW)-Filter 24 verbunden ist, das GSM-Frequenzsignale zu einem GSM-Teilsystem 28 weiterleitet, während das Hochpassfilter 22 einen Ausgang hat, der mit einem Eingang eines GPS-SAW-Filter 26 verbunden ist, das GPS-Frequenzsignale zu einem GPS-Teilsystem 30 weiterleitet.
-
Während des Betriebes der Architektur 10 werden GSM-Signale, die durch die Antenne 12 empfangen werden, durch das Tiefpassfilter 20 durchgelassen, wodurch sie das GSM-SAW-Filter 24 und das GSM-Teilsystem 28 erreichen können, aber werden durch das Hochpassfilter 22 gesperrt, so dass sie das GPS-Teilsystem 30 nicht erreichen können. Gleichermaßen werden GPS-Signale, die durch die Antenne 12 empfangen werden, durch das Hochpassfilter 22 zu dem GPS-SAW-Filter 26 und weiter zu dem GPS-Teilsystem 30 durchgelassen, aber werden durch das Tiefpassfilter 20 gesperrt, so dass sie das GSM-Teilsystem 28 nicht erreichen können.
-
Zwar kann die in 1 veranschaulichte Architektur effektiv sein, doch sie hat den Nachteil, dass die Filter 20, 22 jeweils einen Einfügungsverlust verursachen, wodurch jedes durch die Antenne 12 empfangene Signal gedämpft wird. Für das GSM-Teilsystem 28 mag das kein nennenswertes Problem darstellen, aber es kann zu Schwierigkeiten für das GPS-Teilsystem 30 führen, da ein empfangenes GPS-Signal schon von vornherein schwach sein kann.
-
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Multiplexer für einen Gerät bereitgestellt, das in der Lage ist, Signale in einem ersten und einem zweiten Frequenzband zu empfangen, wobei der Multiplexer einen ersten Abzweig zum Verbinden einer Antenne mit einem ersten Teilsystem, das dafür konfiguriert ist, empfangene Signale in dem ersten Frequenzband zu verarbeiten, und einen zweiten Abzweig zum Verbinden der Antenne mit einem zweiten Teilsystem, das dafür konfiguriert ist, empfangene Signale in dem zweiten Frequenzband zu verarbeiten, umfasst, wobei der erste Abzweig ein Filter zum Dämpfen empfangener Signale in dem zweiten Frequenzband umfasst und der zweite Abzweig die Antenne direkt mit dem zweiten Teilsystem koppelt.
-
Der Multiplexer der vorliegenden Erfindung gestattet das Verwenden einer einzelnen Antenne zum Empfangen von Signalen in verschiedenen Frequenzbändern. Der Multiplexer der vorliegenden Erfindung verbessert die Qualität des Empfangs eines Signals in dem zweiten Frequenzband, da der zweite Abzweig keine weiteren Komponenten enthält, die ein empfangenes Signal dämpfen könnten, so dass man sagen kann, dass der zweite Abzweig die Antenne direkt mit dem zweiten Teilsystem koppelt. Die einzige Dämpfung des empfangenen Signals entsteht dadurch, dass das Signal den zweiten Abzweig passiert. Außerdem enthält der Multiplexer der vorliegenden Erfindung weniger Komponenten als Multiplexer des Standes der Technik, so dass er zu geringeren Materialkosten als Systeme des Standes der Technik hergestellt werden kann, während er eine höhere Flexibilität bei der technischen Gestaltung erlaubt.
-
Vorzugsweise enthält der zweite Abzweig kein Filter.
-
Das Filter des ersten Abzweigs kann ein Diplexfilter umfassen.
-
Die Signale in dem ersten Frequenzband können gemäß einem ersten Telekommunikationsstandard übertragen werden, und die Signale in dem zweiten Frequenzband können gemäß einem zweiten Telekommunikationsstandard übertragen werden.
-
Der erste Telekommunikationsstandard kann GSM sein.
-
Der erste Telekommunikationsstandard kann alternativ Bluetooth® sein.
-
Der zweite Telekommunikationsstandard kann GPS sein.
-
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Empfänger für ein Gerät bereitgestellt, das in der Lage ist, Signale in mehreren Frequenzbändern zu empfangen, wobei der Empfänger eine Antenne umfasst, die mit einem Multiplexer gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung gekoppelt ist.
-
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Frontend-Modul für einen Empfänger für ein Gerät bereitgestellt, das in der Lage ist, Signale in mehreren Frequenzbändern zu empfangen, wobei das Frontend-Modul einen Multiplexer gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung umfasst.
-
Es werden nun Ausführungsformen der Erfindung, lediglich beispielhaft, mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen Folgendes zu sehen ist:
-
1 ist eine schematische Darstellung einer bekannten Architektur zur Verwendung in einem Gerät, das sowohl einen GSM- als auch einen GPS-Empfänger aufweist; und
-
2 ist eine schematische Darstellung einer Empfängerarchitektur, die einen Diplexer gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält.
-
3 ist eine schematische Darstellung einer Empfängerarchitektur zur Verwendung in einem Gerät, das sowohl einen Bluetooth®- als auch einen GPS-Empfänger enthält, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
-
Wenden wir uns 2 zu, wo eine Architektur zur Verwendung in einem Frontend-Modul eines Empfängers allgemein bei 40 gezeigt ist. Aus Gründen der Klarheit und Kürze sind nur jene Komponenten, die für die vorliegende Erfindung relevant sind, in 2 veranschaulicht, aber es versteht sich, dass der Empfänger 40 noch viele weitere Komponenten enthält.
-
Der Empfänger 40 hat eine einzelne Antenne 42, die in der Lage ist, GSM-Signale im Frequenzband von 869–960 MHz, das durch die Standards GSM 850 und GSM 900 verwendet wird, und GPS-Signale im Frequenzband von 1574–1576 MHz zu empfangen. Die Antenne 42 ist mit einem Diplexer 44 verbunden, der einen ersten und einen zweiten Abzweig 46, 48, die parallel zueinander verlaufen, aufweist. Es versteht sich, dass der Diplexer 44 eine Form eines Multiplexers ist.
-
Der erste Abzweig 46 koppelt die Antenne 42 mit einem GSM-Verarbeitungs-Teilsystem 60 und enthält einen Diplexfilter 50 mit einem Durchlassband, das einen Frequenzbereich von 869 MHz bis 960 MHz aufweist, und einem Stoppband, das einen Frequenzbereich von 1574 MHz bis 1576 MHz aufweist, so dass es Signale in dem GSM-Frequenzband durchlässt, aber Signale bei den höheren GPS-Frequenzen sperrt. In diesem Beispiel ist das Diplexfilter 50 ein passives Bauteil, das aus einem Kondensator 52 und einer Induktionsspule 54 besteht, die in Reihe geschaltet sind, wobei ein weiterer Kondensator 56 zu dem Kondensator 52 und der Induktionsspule 54, die in Reihe geschaltet sind, parallel geschaltet ist. Die Werte der Kondensatoren 52, 56 und der Induktionsspule 54 sind so gewählt, dass sie in der veranschaulichten Konfiguration ein Diplexfilter mit dem erforderlichen Durchlassband und Stoppband bilden. Zum Beispiel kann der Kondensator 52 einen Wert von 3,3 Pikofarad haben, die Induktionsspule 54 kann einen Wert von 10 Nanohenry haben, und der Kondensator 56 kann einen Wert von 1,2 Pikofarad haben. Der einschlägig bewanderte Fachmann erkennt jedoch, dass der gleiche Effekt auch mit anderen Bauelementwerten erreicht werden könnte und dass jedes Filter, das die erforderliche Kennlinie aufweist, die Funktion des Diplexfilters 50 übernehmen könnte.
-
Ein Ausgang des Diplexfilters 50 ist mit einem Eingang des GSM-Verarbeitungs-Teilsystems 60 gekoppelt, das ein Oberflächenschallwellen(SAW)-Filter 62, einen rauscharmen Verstärker (LNA) 64 und einen Anpassungsabschnitt 66 zum Anpassen der Ausgangsimpedanz des SAW-Filters 62 an die Eingangsimpedanz des LNA 64 enthält. Ein Ausgang des LNA 64 ist mit weiteren (nicht gezeigten) Komponenten des Empfängers 40 zur weiteren Verarbeitung eines empfangenen GSM-Signals gekoppelt.
-
Der zweite Abzweig 48 koppelt die Antenne 42 direkt mit einem GPS-Teilsystem 70, in dem Sinne, dass der zweite Abzweig 48 – im Gegensatz zu dem oben beschriebenen System des Standes der Technik 10 – weder ein Hochpassfilter 16 noch sonstige andere Komponenten enthält, die ein empfangenes Signal dämpfen würden, das den zweiten Abzweig 48 passiert. Das heißt, jedes Signal, das durch die Antenne 42 empfangen wird, wird direkt durch den zweiten Abzweig 48 zu dem GPS-Teilsystem 70 durchgelassen, ohne dass es zu einer nennenswerten Dämpfung kommt – abgesehen von derjenigen, die entsteht, wenn das Signal den zweiten Abzweig 48 passiert, d. h. ohne zusätzliche Dämpfung infolge anderer Komponenten in dem zweiten Abzweig 48.
-
Das GPS-Teilsystem 70 enthält ein SAW-Filter 72 und einen rauscharmen GPS-Verstärker (LNA) 76. Ein Eingang des LNA 76 ist mit einem Ausgang des SAW-Filters 72 durch einen Anpassungsabschnitt 74 gekoppelt, der die Eingangsimpedanz des LNA 74 an die Ausgangsimpedanz des SAW-Filters 72 anpasst.
-
Bei GPS-Frequenzen präsentiert der erste Abzweig 46 der Antenne 42 infolge des Diplexfilters 50 einen offenen Stromkreis. Somit wird im Wesentlichen das gesamte empfangene Signal durch den zweiten Abzweig 48 zu dem GPS-Teilsystem 70 durchgelassen. Im Gegensatz zu dem oben beschriebenen System 10 des Standes der Technik enthält der zweite Abzweig 48 kein Hochpassfilter 16; folglich entstehen hier keine der Einfügungsverluste, die mit einem solchen Hochpassfilter verbunden sind. In der Regel hat der zweite Abzweig 48 einen Gesamtverlust von etwa 0,07 dB. Im Vergleich dazu hat das oben beschriebene System 10 des Standes der Technik infolge des Einfügungsverlustes des Hochpassfilters 16 einen viel größeren Verlust von etwa 0,5 dB.
-
Bei GSM-Frequenzen ist das Diplexfilter 50 praktisch ein Kurzschluss, so dass ein durch die Antenne 42 empfangenes Signal durch den ersten Abzweig 46 zu dem GSM-Teilsystem 60 durchgelassen wird. Da sich kein Filter in dem zweiten Abzweig 48 befindet, wird ein Teil des empfangenen Signals auch zu dem GPS-Teilsystem 70 durchgelassen, was einen zusätzlichen Verlust von etwa 1,5 dB in dem GSM-Teilsystem 60 zur Folge hat.
-
Der Diplexer 44 verbessert somit die Leistung des GPS-Teilsystems 70, indem er die Dämpfung eines empfangenen GPS-Signals um den Preis einer verringerten Leistung des GSM-Teilsystems 60 verringert. Dieser Kompromiss ist im Allgemeinen akzeptabel, da GSM-Signale in der Regel stärker als GPS-Signale sind und eine gute Leistung in Bezug auf den Empfang von GPS-Signalen von vielen Geräteherstellern als erstrebenswerter erachtet wird als eine gute Leistung mit Bezug auf den Empfang von GSM-Signalen. Daneben kann der Diplexer 44 noch mit dem Vorteil verringerter Kosten im Vergleich zu Geräten des Standes der Technik aufwarten, weil er weniger Komponenten enthält. Dadurch kann der Diplexer 44 überdies kleiner gebaut werden als Geräte des Standes der Technik und bietet den Konstrukteuren eine höhere Flexibilität bei der technischen Auslegung.
-
Obgleich in dem oben beschriebenen Beispiel der erste und der zweite Abzweig 46, 48 für den Empfang von GSM- bzw. GPS-Signalen konfiguriert sind, versteht es sich, dass die Prinzipien der vorliegenden Erfindung auch auf empfangene Signale angewendet werden können, die gemäß anderen Telekommunikationsstandards übertragen werden. Zum Beispiel ist 3 eine schematische Veranschaulichung einer Architektur, die in einem Gerät verwendet werden kann, das sowohl Bluetooth®- als auch GPS-Empfänger aufweist.
-
In der Ausführungsform, die in 3 allgemein bei 80 gezeigt ist, ist eine Antenne 82 in der Lage, sowohl GPS-Signale im Bereich von 1574 MHz bis 1576 MHz als auch Bluetooth®-Signale im Bereich von 2,4 GHz zu empfangen.
-
Die Antenne 82 ist mit einem Diplexer 84 gekoppelt, der einen ersten und einen zweiten Abzweig 86, 88 hat. Der erste Abzweig 86 koppelt die Antenne 82 mit einem Bluetooth®-Verarbeitungs-Teilsystem 100, das ein Oberflächenschallwellen(SAW)-Filter 102, einen rauscharmen Verstärker (LNA) 104 und einen Anpassungsabschnitt 106 zum Anpassen der Ausgangsimpedanz des SAW-Filters 102 an die Eingangsimpedanz des LNA 104 enthält. Ein Ausgang des LNA 104 ist mit (nicht gezeigten) weiteren Komponenten des Empfängers 80 für eine weitere Verarbeitung eines empfangenen Bluetooth®-Signals gekoppelt.
-
Der erste Abzweig 86 enthält ein Diplexfilter 90 mit einem Durchlassband, das einen Frequenzbereich von 2,4 GHz bis 2,4835 GHz aufweist, und ein Stoppband, das einen Frequenzbereich von 1574 MHz bis 1576 MHz aufweist, so dass Signale in dem Bluetooth®-Frequenzband durchgelassen werden, aber Signale bei den niedrigeren GPS-Frequenzen gesperrt werden.
-
In diesem Beispiel ist das Diplexfilter 90 ein passiver Baustein, der aus einem Kondensator 92 und einer Induktionsspule 94, die in Reihe geschaltet sind, besteht, wobei eine weitere Induktionsspule 96 zu dem Kondensator 92 und der Induktionsspule 94, die in Reihe geschaltet sind, parallel geschaltet ist. Die Werte des Kondensators 92 und der Induktionsspule 94, 96 sind so gewählt, dass sie in der veranschaulichten Konfiguration ein Diplexfilter mit dem erforderlichen Durchlassband und Stoppband bilden. Dem einschlägig bewanderten Fachmann fallen sofort geeignete Bauteilwerte ein. Darüber hinaus versteht es sich, dass jedes Filter, das die erforderliche Kennlinie aufweist, die Funktion des Diplexfilters 90 übernehmen könnte.
-
Wie in der in 2 gezeigten Ausführungsform koppelt der zweite Abzweig 88 die Antenne 82 direkt mit einem GPS-Teilsystem 110, in dem Sinne, dass der zweite Abzweig 88 – im Gegensatz zu dem oben beschriebenen System des Standes der Technik 10 – weder ein Hochpassfilter 16 noch sonstige andere Komponenten enthält, die ein empfangenes Signal dämpfen würden, das den zweiten Abzweig 88 passiert. Das heißt, jedes Signal, das durch die Antenne 82 empfangen wird, wird direkt durch den zweiten Abzweig 88 zu dem GPS-Teilsystem 110 durchgelassen, ohne dass es zu einer nennenswerten Dämpfung kommt – abgesehen von derjenigen, die entsteht, wenn das Signal den zweiten Abzweig 88 passiert, d. h. ohne zusätzliche Dämpfung infolge anderer Komponenten in dem zweiten Abzweig 88.
-
Wie in der in 2 veranschaulichten Ausführungsform enthält das GPS-Teilsystem 110 ein SAW-Filter 112 und einen rauscharmen GPS-Verstärker (LNA) 116. Ein Eingang des LNA 116 ist mit einem Ausgang des SAW-Filters 112 durch einen Anpassungsabschnitt 114 gekoppelt, der die Eingangsimpedanz des LNA 114 an die Ausgangsimpedanz des SAW-Filters 112 anpasst.
-
Bei GPS-Frequenzen präsentiert der erste Abzweig 86 der Antenne 82 infolge des Diplexfilters 90 einen offenen Stromkreis. Somit wird im Wesentlichen das gesamte empfangene Signal durch den zweiten Abzweig 88 zu dem GPS-Teilsystem 110 durchgelassen. Im Gegensatz zu dem oben beschriebenen System 10 des Standes der Technik enthält der zweite Abzweig 88 kein Hochpassfilter 16, so dass die mit einem solchen Hochpassfilter einhergehenden Einfügungsverluste hier vermieden werden.
-
Bei Bluetooth®-Frequenzen ist das Diplexfilter 90 praktisch ein Kurzschluss, so dass ein durch die Antenne 82 empfangenes Signal durch den ersten Abzweig 86 zu dem Bluetooth®-Teilsystem 100 durchgelassen wird. Da es in dem zweiten Abzweig 88 kein Filter gibt, wird ein Teil des empfangenen Signals auch zu dem Bluetooth®-Teilsystem 100 durchgelassen, was zu einem weiteren Verlust von etwa 1,5 dB in dem Bluetooth®-Teilsystem 100 führt. Wie bei der in 2 veranschaulichten Ausführungsform verbessert der Diplexer 84 die Leistung des GPS-Teilsystems 70 durch Reduzieren der Dämpfung eines empfangenen GPS-Signals um den Preis einer verringerten Leistung des Bluetooth®-Teilsystems 100. Dieser Kompromiss ist allgemein akzeptabel, da Bluetooth®-Signale in der Regel stärker als GPS-Signale sind und eine gute Leistung in Bezug auf den Empfang von GPS-Signalen von vielen Geräteherstellern als erstrebenswerter erachtet wird als eine gute Leistung in Bezug auf den Empfang von Bluetooth®-Signalen.
-
Es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung gleichermaßen für andere Telekommunikationsstandards geeignet ist, wie zum Beispiel IEEE 802.11 (Wi-FiTM) Darüber hinaus könnte der Diplexer 44, 84 weitere Abzweige enthalten (was bedeutet, dass er nicht mehr als ein Diplexer bezeichnet werden kann, sondern mit dem allgemeineren Begriff Multiplexer bezeichnet werden muss), wobei jeder Abzweig die Antenne 42, 82 mit einem Teilsystem koppelt, um Signale zu verarbeiten, die gemäß einem anderen Telekommunikationsstandard übertragen wurden.
-
Der Diplexer 44, 84 (oder Multiplexer) kann auf verschiedene Weise implementiert sein. Zum Beispiel kann der Diplexer 44, 84 unter Verwendung diskreter Komponenten implementiert sein, die auf einer Platine eines Empfängers 40, 80 oder eines Frontend-Moduls zur Verwendung in einem Empfänger 40, 80 oberflächenmontiert sind.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
