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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leistungsverstärkerschaltung und eine Front-End-Schaltung mit der Leistungsverstärkerschaltung.
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Anpassungsmodulen sind allgemein für die Übertragung und den Empfang von drahtlosen Kommunikationssignalen beispielsweise in drahtlosen Kommunikationsvorrichtungen wie beispielsweise Zellulartelefonen bekannt. In dieser Hinsicht sind Universal Mobile Telecommunication System (UMTS) und GSM allgemein bekannte drahtlose Kommunikationsnormen.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Leistungsverstärkerschaltung und einer Front-End-Schaltung, die einen wirkungsvollen Betrieb erleichtert und kostengünstig ist.
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Diese Aufgaben werden durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche erreicht. Aspekte und mehrere Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die Erfindung gemäß einem ersten Aspekt ist gekennzeichnet durch eine Leistungsverstärkerschaltung für drahtlose Kommunikationsvorrichtungen, die eine Treiberstufe mit einem Eingangsanschluss und einem Ausgangsanschluss umfasst. Die Treiberstufe ist anwendbar zur Bereitstellung eines vorverstärkten Treibersignals an ihrem Ausgangsanschluss in Abhängigkeit von einem vorbestimmten Sendesignal an ihrem Eingangsanschluss. Weiterhin umfasst die Leistungsverstärkerschaltung einen Frequenzwähler mit einem Eingangsanschluss und mindestens zwei Ausgangsanschlüssen. Der Frequenzwähler ist elektrisch über seinen Eingangsanschluss an den Ausgangsanschluss der Treiberstufe angekoppelt und funktionsfähig zur Separation mindestens eines ersten Signals und eines zweiten Signals von dem Treibersignal. Das erste Signal ist einem ersten vorbestimmten Frequenzband zugeordnet und das zweite Signal ist einem zweiten vorbestimmten Frequenzband zugeordnet. Auch umfasst die Leistungsverstärkerschaltung mindestens einen ersten Leistungsverstärkerzweig und einen zweiten Leistungsverstärkerzweig. Jeder Leistungsverstärkerzweig umfasst einen Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss. Der Eingangsanschluss des ersten Leistungsverstärkerzweiges ist elektrisch an den ersten Ausgangsanschluss des Frequenzwählers angekoppelt. Der Eingangsanschluss des zweiten Leistungsverstärkerzweiges ist elektrisch an den zweiten Ausgangsanschluss des Frequenzwählers angekoppelt. Der erste Leistungsverstärkerzweig ist funktionsfähig zur Bereitstellung eines ersten verstärkten Signals an seinem Ausgangsanschluss in Abhängigkeit von dem ersten Signal und der zweite Leistungsverstärkerzweig ist funktionsfähig zur Bereitstellung eines zweiten verstärkten Signals an seinem Ausgangsanschluss in Abhängigkeit von dem zweiten Signal.
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Damit wird zu einer wirkungsvollen Leistungsverstärkerschaltung beigetragen, die beispielsweise in Zellulartelefonen, drahtlosen Netzkarten usw. benutzt werden kann. Die Leistungsverstärkerschaltung kann mit Sendesignalen versorgt werden, umfassend Signale des ersten und zweiten Frequenzbandes wie beispielsweise UMTS- oder GSM-Frequenzbänder. Die Leistungsverstärkerschaltung kann nur für Datenübertragung in der Senderichtung benutzt werden. Die Senderichtung entspricht einer Signalrichtung vom Eingangsanschluss der Treiberstufe zu den bestimmten Ausgangsanschlüssen des ersten und zweiten Leistungsverstärkerzweiges.
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Jeder der mindestens ersten und zweiten Leistungsverstärkerzweige kann mindestens eine Leistungsverstärkerstufe umfassen, wie beispielsweise eine Hochfrequenz-Verstärkerstufe. Jeder Leistungsverstärkerzweig ist funktionsfähig zum Erhöhen der Ausgangsleistung der über eine Antenne zu übertragenden Signale.
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Der Frequenzwähler kann ein Diplexer sein, der das durch die Treiberstufe bereitgestellte vorverstärkte Signal in das erste und zweite Signal in der Senderichtung der Leistungsverstärkerschaltung diplext. Die Leistungsverstärkerschaltung kann mehr als zwei Leistungsverstärkerzweige umfassen. Die Anzahl von Ausgangsanschlüssen des bestimmten Frequenzwählers entspricht der Anzahl von Leistungsverstärkerzweigen. Bei Verarbeitung beispielsweise von Signalen von drei Frequenzbändern kann der Frequenzwähler ein Triplexer sein, der ein bestimmtes Signal eines vorbestimmten Frequenzbandes an jedem seiner drei Ausgangsanschlüsse bereitstellt. Der Frequenzwähler kann ein passives oder aktives Element mit zusätzlichen Leistungsverstärkern sein.
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Jeder Leistungsverstärkerzweig ist einem vorbestimmten Frequenzband zugeordnet. Dadurch kann jeder Leistungsverstärkerzweig und seine Komponenten wie beispielsweise die Leistungsverstärkerstufen durch Verstärken von Signalen des zugeordneten Frequenzbandes optimiert werden. Dies trägt zum Erhöhen des Wirkungsgrades der Leistungsverstärkerschaltung bei.
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In einer Ausführungsform des ersten Aspekts umfasst die Treiberstufe mindestens einen Breitbandverstärker, der zum Vorverstärken des angelegten vorbestimmten Sendesignals über einen breiten Frequenzbereich anwendbar ist. Der breite Frequenzbereich überdeckt die mindestens ersten und zweiten vorbestimmten Frequenzbänder. Die Treiberstufe umfasst nur einen Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss und ist zum Vorverstärken von Signalteilen des dem ersten und zweiten Frequenzband zugeordneten Sendesignals anwendbar. Der mindestens eine Breitbandverstärker der Treiberstufe kann ein Wanderwellenstärker sein.
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In einer weiteren Ausführungsform des ersten Aspekts umfasst der Frequenzwähler mindestens zwei Leistungsverstärker, die zum Verstärken des Treibersignals und/oder des ersten Signals und/oder des zweiten Signals funktionsfähig sind. Der Frequenzwähler kann rechtsgängige Übertragungsleitungselemente und/oder zusammengesetzt rechts-/linksgängige Übertragungsleitungselemente umfassen, wobei Leistungsverstärker elektrisch zwischen diesen Übertragungsleitungselementen angeordnet sind. Dies trägt zur Sicherstellung einer Abtrennung des ersten und zweiten Signals von dem vorverstärktem Treibersignal bei.
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In einer weiteren Ausführungsform des ersten Aspekts umfasst jeder des ersten und/oder zweiten Leistungsverstärkerzweiges mindestens einen Schmalband-Leistungsverstärker. Während ein Breitbandverstärker zum Verstärken von Signalen über einen breiten Frequenzbereich funktionsfähig ist, ist der Schmalbandverstärker zum Verstärken nur eines Signals in einem bestimmten schmalen Frequenzbereich funktionsfähig wie beispielsweise dem ersten Frequenzband bzw. zweiten Frequenzband. Alle anderen Frequenzen sind aus der Verstärkung durch den Schmalband-Leistungsverstärker ausgeschlossen. Der Schmalbandverstärker kann auch lineare Eigenschaften umfassen und ist zum Ausgeben von Signalen mit nur begrenzter oder keiner Klirrverzerrung funktionsfähig. Dadurch werden im Prinzip Oberschwingungen in dem bestimmten Ausgangssignal der Leistungsverstärkerschaltung verhindert. Weiterhin kann der Schmalbandverstärker auch Oberwellenabstimmung umfassen, und kann dadurch zum Unterdrücken von Oberwellen aufgrund von Nichtlinearitäten der vorhergehenden Komponenten bezüglich der Senderichtung funktionsfähig sein.
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In einer weiteren Ausführungsform des ersten Aspekts umfasst die Leistungsverstärkerschaltung weiterhin mindestens einen ersten und zweiten Nebenweg. Der erste Bypass ist dem ersten Leistungsverstärkerzweig zugeordnet und der zweite Bypass ist dem zweiten Leistungsverstärkerzweig zugeordnet. Der bestimmte Bypass ist zum Umgehen des Eingangsanschlusses und Ausgangsanschlusses des bestimmten Leistungsverstärkerzweiges funktionsfähig.
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Zusätzlich können die Leistungsverstärkerkomponenten des bestimmten Leistungsverstärkerzweiges wie beispielsweise die Leistungsverstärkerstufe von ihrer Versorgungsspannung abgekoppelt sein, wenn der bestimmte Bypassgebildet ist. Dies trägt zum Verringern des Stromverbrauchs der Leistungsverstärkerschaltung bei. Zur Aktivierung oder Deaktivierung des Nebenweges kann der bestimmte Bypass ein bestimmtes Schaltelement umfassen, beispielsweise einen Transistor, der durch eine Steuerungslogik der bestimmten drahtlosen Kommunikationsvorrichtung gesteuert werden kann.
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In einer weiteren Ausführungsform des ersten Aspekts sind die Treiberstufe und der Frequenzwähler oder der Frequenzwähler und die erste Leistungsverstärkerstufe und zweite Leistungsverstärkerstufe oder die Treiberstufe und der Frequenzwähler und der erste Leistungsverstärkerzweig und zweite Leistungsverstärkerzweig auf einem einzelnen Chip integriert. Dies trägt zum Verringern eines Raumerfordernisses der Leistungsverstärkerschaltung bei. Als einzelner Chip kann die Leistungsverstärkerschaltung beispielsweise in GaAs-BiFET-Technologie realisiert werden, die für Hochfrequenzanwendungen geeignet ist. Andere geeignete Technik kann jedoch ebenfalls benutzt werden.
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Die Erfindung gemäß einem zweiten Aspekt ist durch eine Front-End-Schaltung für eine drahtlose Kommunikationsvorrichtung gekennzeichnet, die eine Leistungsverstärkerschaltung gemäß dem ersten Aspekt umfasst. Weiterhin umfasst die Front-End-Schaltung mindestens einen ersten Duplexer und einen zweiten Duplexer. Der erste Duplexer und zweite Duplexer umfassen jeweils einen Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss. Der Eingangsanschluss des ersten Duplexers ist elektrisch an den Ausgangsanschluss der ersten Leistungsverstärkerschaltung angekoppelt und der Eingangsanschluss des zweiten Duplexers ist elektrisch an den Ausgangsanschluss des zweiten Leistungsverstärkerzweiges angekoppelt. Der erste Duplexer und zweite Duplexer ist jeweils zum Weiterleiten von Signalen von seinem Eingangsanschluss zu seinem Ausgangsanschluss funktionsfähig. Weiterhin umfasst die Front-End-Schaltung eine gemeinsame Antenne, die elektrisch an den Ausgangsanschluss des ersten Duplexers und an den Ausgangsanschluss des zweiten Duplexers angekoppelt ist.
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Aufgrund der Verwendung der wirkungsvollen Leistungsverstärkerschaltung erleichtert die Front-End-Schaltung auch einen wirkungsvollen Betrieb. Die Front-End-Schaltung kann in Mehrband-Mobilfunk-Handgeräten für die Normen 2G/3G/4G benutzt werden. Die bestimmte drahtlose Kommunikationsvorrichtung kann auch mehr als eine Leistungsverstärkerschaltung umfassen. Der bestimmte Duplexer kann Mehrbandpassfilter umfassen, wobei eines beispielsweise zum Durchlassen eines ersten Signals eines vorbestimmten ersten Frequenzbandes, zum Beispiel Sendefrequenzbandes, und zum Filtern eines zweiten Signals eines vorbestimmten zweiten Frequenzbandes, beispielsweise eines Empfangsfrequenzbandes, eingerichtet ist. Der bestimmte Duplexer kann auch ein Schaltelement sein. In der Senderichtung ist der bestimmte Duplexer zum Durchlassen von Signalen aus dem bestimmten Leistungsverstärkerzweig von seinem Eingangsanschluss zur gemeinsamen Antenne über seinen Ausgangsanschluss funktionsfähig.
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Die Begriffe ”Eingangsanschluss” und ”Ausgangsanschluss” beziehen sich auf die Senderichtung der Leistungsverstärkerschaltung und Front-End-Schaltung.
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Der erste Duplexer und zweite Duplexer können jeweils ein Sendefilter und ein Empfangsfilter umfassen. Das Sendefilter jedes Duplexers umfasst einen Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss. Der Eingangsanschluss des Sendefilters des ersten Duplexers ist elektrisch an den Ausgangsanschluss der ersten Leistungsverstärkerstufe angekoppelt und der Ausgangsanschluss des Sendefilters des ersten Duplexers ist elektrisch an die gemeinsame Antenne angekoppelt. Der Eingangsanschluss des Sendefilters des zweiten Duplexers ist elektrisch an den Ausgangsanschluss des zweiten Leistungsverstärkerzweiges angekoppelt und der Ausgangsanschluss des Sendefilters des zweiten Duplexers ist elektrisch an die gemeinsame Antenne angekoppelt.
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In einer Ausführungsform des zweiten Aspekts umfasst die Front-End-Schaltung einen Antennenmultiplexer mit mindestens einem ersten Eingangsanschluss und einem zweiten Eingangsanschluss und einem einzelnen Ausgangsanschluss. Der Ausgangsanschluss des Antennenmultiplexers ist elektrisch an die gemeinsame Antenne angekoppelt. Der erste Eingangsanschluss des Antennenmultiplexers ist elektrisch an den Ausgangsanschluss des ersten Duplexers angekoppelt, insbesondere des Sendefilters des ersten Duplexers. Der zweite Eingangsanschluss des Antennenmultiplexers ist elektrisch an den Ausgangsanschluss des zweiten Duplexers angekoppelt, insbesondere des Sendefilters des zweiten Duplexers. Der Antennenmultiplexer ist zum Kombinieren der vom ersten Duplexer und zweiten Duplexer ausgegebenen Signale und deren Bereitstellung für die gemeinsame Antenne in der Senderichtung funktionsfähig. Der Multiplexer kann ein Frequenzwähler gemäß dem ersten Aspekt sein. Der Multiplexer kann beispielsweise ein Diplexer, Triplexer usw. sein. Die Anzahl von Eingangsanschlüssen des Multiplexers entspricht der Anzahl von elektrisch an jeden Eingangsanschluss des Multiplexers angekoppelten Duplexern.
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Im Folgenden wird die Offenbarung ausführlicher unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in denen:
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1 eine Front-End-Schaltung,
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2 eine Front-End-Schaltung mit Leistungsverstärkerschaltung,
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3 ein Frequenzwähler,
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4 ein weiterer Frequenzwähler ist.
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Elemente der gleichen Auslegung und Funktion, die in verschiedenen Darstellungen erscheinen, sind mit den gleichen Bezugszeichen identifiziert.
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1 zeigt eine Ausführungsform einer Front-End-Schaltung FEM, die in drahtlosen oder mobilen Kommunikationsvorrichtungen wie beispielsweise Zellulartelefonen in GSM- oder UMTS-Netzen benutzt werden können.
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Die Front-End-Schaltung FEM umfasst eine Leistungsverstärkerschaltung DIPPA, einen ersten Duplexer LBDUP und einen zweiten Duplexer HBDUP und eine gemeinsame Antenne ANT.
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Die Leistungsverstärkerschaltung DIPPA kann elektrisch an einen Sender/Empfänger TXRX, beispielsweise einen WCDMA-Sender/Empfänger der bestimmten drahtlosen Kommunikationsvorrichtung angekoppelt sein. In einer Senderichtung liefert der Sender/Empfänger TXRX einem vorbestimmten Frequenzband zugeordnete Sendesignale an einen Eingangsanschluss der Leistungsverstärkerschaltung DIPPA. In einer Empfangsrichtung umlaufen die Empfangssignale typischerweise die Leistungsverstärkerschaltung DIPPA und werden direkt zu einem Empfangsanschluss des Sender/Empfängers TXRX geleitet.
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Die Leistungsverstärkerschaltung DIPPA umfasst einen ersten Ausgangsanschluss und einen zweiten Ausgangsanschluss. Der erste Ausganganschluss und zweite Ausgangsanschluss sind elektrisch an einen Eingangsanschluss des ersten Duplexers und zweiten Duplexers LBDUP bzw. HBDUP angekoppelt. Der erste Ausgangsanschluss der Leistungsverstärkerschaltung DIPPA ist einen ersten Frequenzband zugeordnet, beispielsweise einem Sendefrequenzband von GSM 900, das einen Frequenzbereich von 876 MHz bis 915 MHz abdeckt. Der zweite Ausgangsanschluss der Leistungsverstärkerschaltung DIPPA ist einem zweiten Frequenzband zugeordnet, beispielsweise einem Sendefrequenzband von GSM 1900, das einen Frequenzbereich von 1850 MHz bis 1910 MHz abdeckt. Die Leistungsverstärkerschaltung DIPPA liefert ein erstes verstärktes Signal S_A1 und ein zweites verstärktes Signal S_A2 an ihrem ersten Ausgangsanschluss bzw. zweiten Ausgangsanschluss.
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Die Leistungsverstärkerschaltung DIPPA kann auch mehr als zwei Ausgangsanschlüsse umfassen und kann auch elektrisch an mehr als zwei Duplexer angekoppelt sein.
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Der Ausgangsanschluss des jeweiligen ersten Duplexers LBDUP und zweiten Duplexers HBDUP ist elektrisch an die gemeinsame Antenne ANT angekoppelt. Die Ankopplung an die gemeinsame Antenne ANT kann durch einen zusätzlichen Antennenmultiplexer ADIP hergestellt werden, der elektrisch zwischen den Ausgangsanschlüssen des ersten und zweiten Duplexers LBDUP, HBDUP und einem Anschluss der gemeinsamen Antenne ANT angeordnet ist. Der Antennenmultiplexer ADIP kann ein Diplexer sein. In der Senderichtung werden die bereitgestellten Sendesignale des ersten Frequenzbandes und/oder zweiten Frequenzbandes durch den Antennenmultiplexer ADIP zu der gemeinsamen Antenne ANT geleitet.
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Alternativ kann der Antennenmultiplexer ADIP ein herkömmlicher Schalter sein. Weiterhin kann der Antennenmultiplexer ADIP ein symmetrischer Diplexer sein.
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In der Senderichtung ist der erste Duplexer LBDUP zum Leiten des ersten verstärkten Signals S_A1 von seinem Eingangsanschluss zu seinem Ausgangsanschluss funktionsfähig. Für diesen Zweck kann der erste Duplexer LBDUP ein das erste verstärkte Signal S_A1 vom Eingangsanschluss zum Ausgangsanschluss des ersten Duplexers LBDUP leitendes Sendefilter umfassen. Der zweite Duplexer HBDUP ist zum Leiten des zweiten verstärkten Signals S_A2 von seinem Eingangsanschluss zu seinem Ausgangsanschluss funktionsfähig. Für diesen Zweck kann der zweite Duplexer HBDUP ein weiteres, das zweite verstärkte Signal S_A2 vom Eingangsanschluss zum Ausgangsanschluss des zweiten Duplexers HBDUP leitendes Sendefilter umfassen.
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In der Empfangsrichtung sind empfangene Signale typischerweise unterschiedlichen Frequenzbändern als den zugeordneten Sendefrequenzbändern zugeordnet, beispielsweise werden vom Empfangsfrequenzband von GSM 900 Frequenzen von 921 bis 960 MHz abgedeckt und vom Empfangsfrequenzband von GSM 1900 werden Frequenzen von 1930 bis 1990 MHz abgedeckt. Der erste und zweite Duplexer LBDUP, HBDUP können jeweils auch mehrfache Bandpassfilter umfassen. Eines der Bandpassfilter, beispielsweise das Sendefilter, kann zum Durchlassen nur von Signalen des bestimmten Sendefrequenzbandes in der Senderichtung eingerichtet sein. Ein weiteres Bandpassfilter, beispielsweise ein Empfangsfilter, kann eingerichtet sein, nur Signale des bestimmten Empfangsfrequenzbandes des bestimmten Frequenzbandes in der Empfangsrichtung durchzulassen, während die durchgelassenen Signale des bestimmten Empfangsfrequenzbandes direkt zum bestimmten Empfangsanschluss des Sender/Empfängers TXRX und nicht zum Eingangsanschluss des bestimmten Duplexers LBDUP, HBDUP geleitet werden. Dies ist in 1 durch einen getrennten Empfangssignalweg S_R dargestellt, der die Signale des ersten Empfangsfrequenzbandes vom ersten Duplexer LBDUP direkt zum Sender/Empfänger TXRX leitet.
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2 zeigt eine weitere Ausführungsform der Front-End-Schaltung FEM mit der Leistungsverstärkerschaltung DIPPA, die eine Treiberstufe DR, einen Frequenzwähler DIP und einen ersten Leistungsverstärkerzweig und einen zweiten Leistungsverstärkerzweig umfasst. Der erste Leistungsverstärkerzweig umfasst beispielsweise eine erste Verstärkerstufe PA1 und der zweite Leistungsverstärkerzweig umfasst beispielsweise eine zweite Leistungsverstärkerstufe PA2.
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Die Treiberstufe DR umfasst einen Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss. Der Eingangsanschluss der Treiberstufe DR ist elektrisch an einen Ausgangsanschluss des Sender/Empfängers TXRX angekoppelt und wird dadurch mit den Sendesignalen vom Sender/Empfänger TXRX versorgt. Die Treiberstufe DR kann zum Verarbeiten, z. B. Vorverstärken, der zugeführten Sendesignale in geeignete Treibersignale S_DR funktionsfähig sein, die durch nachfolgende Komponenten der Leistungsverstärkerschaltung DIPPA weiterverarbeitet werden. Die Treiberstufe DR kann ein Breitbandtreiber sein, der zum Verarbeiten von Sendesignalen über einen weiten Frequenzbereich funktionsfähig ist. Für diesen Zweck kann die Treiberstufe DR einen Breitbandverstärker umfassen, beispielsweise einen Wanderwellenstärker. Insbesondere kann die Treiberstufe DR zum Verarbeiten von Sendesignalen mindestens des ersten Frequenzbandes und des zweiten Frequenzbandes funktionsfähig sein.
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Die Treiberstufe DR stellt das verarbeitete Treibersignal S_DR an seinem Ausgangsanschluss bereit, der elektrisch an einen Eingangsanschluss PIN des Frequenzwählers DIP angekoppelt ist (3). Weiterhin umfasst der Frequenzwähler DIP einen ersten und zweiten Ausgangsanschluss (POUT1, POUT2) (3). Der Frequenzwähler DIP ist zum Aufteilen der an seinem Eingangsanschluss PIN bereitgestellten Sendesignale in ein erstes Signal S_1 an seinem ersten Ausgangsanschluss POUT1 und in ein zweites Signal S_2 an seinem zweiten Ausgangsanschluss POUT2 funktionsfähig. Das erste Signal S_1 und das zweite Signal S_2 sind Signalen des ersten Frequenzbandes bzw. zweiten Frequenzbandes zugeordnet. Im Idealfall ist der Frequenzwähler DIP zum Übertragen keines der Signale des ersten Frequenzbandes zu seinem zweiten Ausgangsanschluss POUT2 und keines der Signale des zweiten Frequenzbandes zu seinem ersten Ausgangsanschluss POUT1 funktionsfähig. Der Frequenzwähler DIP ist mindestens zum Bereitstellen von gedämpften Signalen der ersten Frequenz an seinem zweiten Ausgangsanschluss POUT2 funktionsfähig und ist zumindest zum Bereitstellen gedämpfter Signale der zweiten Frequenz an seinem ersten Ausgangsanschluss POUT1 funktionsfähig.
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Wie in 3 dargestellt kann der Frequenzwähler DIP ein passives oder aktives Element mit zusätzlichen Leistungsverstärkern sein. 3 zeigt einen beispielhaften Diplex-Wanderwellenstärker als Frequenzwähler DIP. Der Frequenzwähler DIP umfasst mehrere Leistungsverstärker PA3, mehrere Übertragungsleitungselemente TL1 des ersten Typs und mehrere Übertragungsleitungselemente TL2 des zweiten Typs. Der Eingangsanschluss PIN und der erste und zweite Ausgangsanschluss POUT1, POUT2 können durch bestimmte Widerstände R dargestellt sein, die elektrisch an ein Bezugspotential GND angekoppelt sind.
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Die Übertragungsleitungselemente TL1 des ersten Typs sind beispielsweise rechtsgängige Strukturen (RH-TL), die jeweils zum Verschieben einer Phase eines Signals in Abhängigkeit von der Frequenz des Signals funktionsfähig sind. Jedes Übertragungsleitungselement des ersten Typs TL1 kann beispielsweise eine herkömmliche Übertragungsleitung sein, die Telegrafengleichungen darstellt.
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Die Übertragungsleitungselemente zweiten Typs TL2 können beispielsweise zusammengesetzte rechts-/links-gängige Metamaterialstrukturen (CRLH-TL) sein, die jeweils zum Vorbestimmen einer Steilheit und Phase eines Signals in Abhängigkeit von der Frequenz des Signals funktionsfähig sind.
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Weiterhin können solche Übertragungsleitungen so dimensioniert sein, dass eine Signaltransportrichtung von der Frequenz des Signals abhängig ist.
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Der Frequenzwähler DIP nach 3 umfasst mehrere Übertragungsleitungseinheiten TLU, von denen jede ein Übertragungsleitungselement ersten Typs TL1 und ein Übertragungsleitungselement zweiten Typs TL2 umfasst, wobei beide Übertragungsleitungselemente elektrisch parallel geschaltet sind. Die Übertragungsleitungseinheiten TLU sind elektrisch in Reihe geschaltet und dadurch zum Abdämpfen oder Verstärken eines Signals in Abhängigkeit von dem bestimmten Phasengang des Übertragungsleitungselements ersten und zweiten Typs funktionsfähig sind. Der bestimmte Phasengang ist von der Frequenz des Signals abhängig und ist von der Dimension des bestimmten Übertragungsleitungselements ersten und zweiten Typs TL1, TL2 jeder Übertragungsleitungseinheit TLU abhängig.
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Aufgrund dieses Verhaltens der Übertragungsleitungselemente ersten und zweiten Typs TL1, TL2 wird das dem ersten Frequenzband zugeordnete erste Signal S_1 von dem Treibersignal S_DR abgetrennt und am ersten Ausgangsanschluss POUT1 des Frequenzwählers DIP bereitgestellt. Andererseits werden die Signalteile des dem zweiten Frequenzband zugeordneten Treibersignals S_DR so abgedämpft, dass eine Leistung des am ersten Ausgangsanschluss POUT1 bereitgestellten zweiten Signals S_2 bedeutend geringer als eine Leistung des ersten Signals S_1 ist. Weiterhin wird das zweite Signal S_2 am zweiten Ausgangsanschluss POUT2 mit einer bedeutend höheren Leistung als der Leistung des ersten Signals S_1 am zweiten Ausgangsanschluss POUT2 des Frequenzwählers DIP bereitgestellt. Die Leistungsverstärker PA3 können Wanderwellenstärker oder Transistorverstärkerschaltungen sein.
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Das erste Signal S_1 und das zweite Signal S_2 werden für die erste Leistungsverstärkerstufe PA1 des ersten Leistungsverstärkerzweiges bzw. die zweite Leistungsverstärkerstufe PA2 des zweiten Leistungsverstärkerzweiges bereitgestellt.
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Bei einer weiteren Ausführungsform kann die Leistungsverstärkerschaltung DIPPA einen Triplexer als Frequenzwähler DIP umfassen. Dadurch umfasst der Frequenzwähler DIP drei Ausgangsanschlüsse POUT1, POUT2, POUT3, die jeweils elektrisch an einen bestimmten Leistungsverstärkerzweig angekoppelt sind.
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4 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines Triplex-Wanderwellenstärkers, der als Frequenzwähler DIP benutzt werden kann. Weiterhin umfasst der Frequenzwähler DIP ein Übertragungsleitungselement ersten, zweiten und dritten Typs TL1, TL2, TL3, wobei das erste und zweite Übertragungsleitungselement TL1, TL2 mit den nach 3 beschriebenen ersten und zweiten Übertragungsleitungselementen identisch sein können.
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Das Übertragungsleitungselement dritten Typs TL3 kann auch eine zusammengesetzte rechts-/links-gängige Metamaterialstruktur (CRLH-TL) sein, die zur Vorbestimmung einer Steilheit und Phase eines Signals in Abhängigkeit von der Frequenz des Signals funktionsfähig ist. Im Vergleich mit dem Übertragungsleitungselement zweiten Typs TL2 kann das Übertragungsleitungselement dritten Typs TL3 in seiner Größe und seinem Phasengang unterschiedlich sein. Das Übertragungsleitungselement ersten Typs TL1 kann Tiefpasseigenschaften aufweisen, während das Übertragungsleitungselement zweiten Typs TL2 Hochpasseigenschaften aufweisen kann.
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Aufgrund der Abdämpfungs- und Verstärkungsmerkmale der bestimmten Übertragungsleitungselemente ersten, zweiten und dritten Typs TL1, TL2, TL3 wird das erste, zweite und dritte Signal von dem durch die Treiberstufe DR am Eingangsanschluss PIN des Triplexers bereitgestellten bestimmten Treibersignal S_DR abgetrennt. Das erste Signal wird am ersten Ausgangsanschluss POUT1 mit bedeutend höherer Leistung als der Leistung des zweiten Signals und dritten Signals bereitgestellt. Das zweite Signal wird am zweiten Ausgangsanschluss POUT2 mit bedeutend höherer Leistung als der Leistung des ersten Signals und dritten Signals bereitgestellt. Und das dritte Signal wird am dritten Ausgangsanschluss POUT3 mit bedeutend höherer Leistung als der Leistung des zweiten Signals und dritten Signals bereitgestellt. Die wahlweisen Leistungsverstärker PA4 können Wanderwellenstärker oder Transistorverstärkerschaltungen sein.
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Alternativ kann die Leistungsverstärkerschaltung DIPPA mehr als drei Leistungsverstärkerzweige und einen Multiplexer als Frequenzwähler DIP mit mehr als drei Ausgangsanschlüssen umfassen. Die Anzahl von Ausgangsanschlüssen des Frequenzwählers DIP entspricht vorzugsweise der Anzahl von Leistungsverstärkerzweigen.
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Der erste und zweite Leistungsverstärkerzweig umfasst jeweils einen einzelnen Eingangs- und Ausgangsanschluss. Der Eingangsanschluss und Ausgangsanschluss des ersten Leistungsverstärkerzweiges ist an einen Eingangsanschluss bzw. einen Ausgangsanschluss der ersten Verstärkerstufe PA1 angekoppelt. Der Eingangsanschluss und Ausgangsanschluss des zweiten Leistungsverstärkerzweiges ist an einen Eingangsanschluss bzw. einen Ausgangsanschluss der zweiten Verstärkerstufe PA2 angekoppelt.
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Die erste Verstärkerstufe PA1 und zweite Verstärkerstufe PA2 der Leistungsverstärkerschaltung DIPPA kann jeweils ein Schmalbandverstärker sein (2). Dadurch ist die erste Leistungsverstärkerstufe PA1 bezüglich des zugeordneten zu verstärkenden ersten Signals S_1 dimensioniert und die zweite Leistungsverstärkerstufe PA2 ist bezüglich des zugeordneten zu verstärkenden zweiten Signals S_2 dimensioniert. Aufgrund der begrenzten Menge von hinter der bestimmten Leistungsverstärkerstufe PA1, PA2 in der Senderichtung angeordneten Komponenten kann das bestimmte erste Signal S_1 oder zweite Signal S_2 sehr wirkungsvoll verstärkt und übertragen werden. Zusätzlich trägt die Anordnung der mindestens ersten Leistungsverstärkerstufe PA1 und der zweiten Leistungsverstärkerstufe PA2 aufgrund gesteigerter Oberwellenabstimmung, d. h. Oberwellenunterdrückung, zu verringerten HF- und DC-Verlusten und einem höheren Wirkungsgrad bei.
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Die erste Leistungsverstärkerstufe PA1 ist zur Bereitstellung des ersten verstärkten Signals S_A1 an seinem Ausgangsanschluss funktionsfähig und die zweite Leistungsverstärkerstufe PA2 ist zur Bereitstellung des zweiten verstärkten Signals S_A2 an seinem Ausgangsanschluss funktionsfähig.
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Zusätzlich kann der erste Leistungsverstärkerzweig einen ersten Bypass BP1 umfassen und der zweite Leistungsverstärkerzweig kann einen zweiten Bypass BP2 umfassen. Jeder Bypass BP1, BP2 ist zum Umgehen der Komponenten wie beispielweise der bestimmten Leistungsverstärkerstufe, des bestimmten Leistungsverstärkerzweiges, beispielsweise in einem Niederleistungsmodus der Front-End-Schaltung FEM funktionsfähig. Dadurch kann das bestimmte erste Signal S_1 oder zweite Signal S_2 direkt zum Eingangsanschluss des bestimmten Duplexers LBDUP, HBDUP im Niederleistungsmodus ohne Durchlaufen der bestimmten Leistungsverstärkerstufe PA1, PA2 geleitet werden. Im Niederleistungsmodus kann die erste Leistungsverstärkerstufe PA1 und/oder zweite Leistungsverstärkerstufe PA2 von einer Versorgungsspannung der drahtlosen Kommunikationsvorrichtung abgekoppelt werden, wodurch der Gesamtstromverbrauch der Front-End-Schaltung FEM verringert wird.
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Die erste Leistungsverstärkerstufe PA1 und zweite Leistungsverstärkerstufe PA2 können Wanderwellenstärker in einer bestimmten Schmalbandkonfiguration sein. Es können aber auch andere bekannte Schmalband-leistungsverstärker benutzt werden.
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In weiteren Ausführungsformen können die Komponenten der Leistungsverstärkerschaltung DIPPA in Abhängigkeit von den Kompromissen an Leistung, Kosten usw. als Einzelchip-Implementierung oder als Mehrchip-Implementierung oder in einer Multitechnologie-Implementierung realisiert sein. Die Wahlfreiheit betreffs Chip- und Technologieimplementierung gilt für die aktiven Komponenten wie beispielsweise Transistoren wie auch für die passiven Komponenten wie beispielweise Induktoren.
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Die vorliegenden Beispiele und Ausführungsformen sind als erläuternd und nicht als einschränkend zu betrachten und die Erfindung soll nicht auf die hier gebotenen Einzelheiten begrenzt sein, sondern kann innerhalb des Rahmens und der Gleichwertigkeit der beiliegenden Ansprüche abgeändert werden.
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Bezugsziffern
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- ADIP
- Antennenmultiplexer
- ANT
- gemeinsame Antenne
- BP1
- erster Bypass
- BP2
- zweiter Bypass
- DIP
- Frequenzwähler
- DIPPA
- Leistungsverstärkerschaltung
- DR
- Treiber
- FEM
- Front-End-Schaltung
- GND
- Bezugspotential
- HBDUP
- zweiter Duplexer
- LBDUP
- erster Duplexer
- PA1, PA2
- Leistungsverstärkerstufe
- PA3, PA4
- Leistungsverstärker
- PIN
- Eingangsanschluss
- POUT1, POUT2, POUT3
- Ausgangsanschlüsse
- R
- Widerstand
- S_1
- erstes Signal
- S_2
- zweites Signal
- S_A1
- erstes verstärktes Signal
- S_A2
- zweites verstärktes Signal
- S_DR
- Treibersignal
- S_R
- Empfangssignalweg
- TL1, TL2, TL3
- Übertragungsleitungselemente
- TLU
- Übertragungsleitungseinheit
- TXRX
- Sender/Empfänger
