DE19704151C1 - Sende-Empfangs-Umschalteanordnung - Google Patents

Sende-Empfangs-Umschalteanordnung

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    • H04B1/406—Circuits using the same oscillator for generating both the transmitter frequency and the receiver local oscillator frequency with more than one transmission mode, e.g. analog and digital modes

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Sende-Empfangs-Umschalte­ anordnung, insbesondere auf eine Zweiband-Sende-Empfangs- Umschalteanordnung zum abwechselnden Verbinden von mindestens einer ersten und einer zweiten Empfangseinrichtung und minde­ stens einer ersten und einer zweiten Sendeeinrichtung mit ei­ nem einzigen Signal-Aus/Einkoppelmittel, insbesondere einer Antenne. Die erste Empfangseinrichtung und die erste Sende­ einrichtung sind für ein erstes Frequenzband f1 und die zwei­ te Empfangseinrichtung und die zweite Sendeeinrichtung sind für ein zweites Frequenzband f2 ausgelegt, insbesondere mit f2 ≈ 2.f1.
Derartige Schaltungsanordnungen werden z. B. in vielen Syste­ men der Telekommunikation benötigt, um im Empfangsmodus eine Empfangseinrichtung und im Sendemodus eine Sendeeinrichtung mit der Antenne oder einem anderen Signal-Aus/Einkoppelmittel zu verbinden. Insbesondere sind hierzu mobile Sende- Empfangsgeräte anzuführen, die zwei verschiedenen Systemen, z. B. GSM und PCN, gerecht werden müssen.
Aus der US 5,193,218 ist ein Sende- Empfangsgerät bekannt, das einen Schalter aufweist, der jeweils über Lambda/Viertel- Leitungen Sender sowie Empfänger an eine gemeinsame Antenne schaltet. Weiterhin ist aus der US 5,513,382 ein derartiger Schaltkreis für ein Funktelefon bekannt, der mittels zweier Dioden und einer Lambda/Viertel-Leitung abwechselnd einen Senderkreis oder einen Empfängerkreis mit einer gemeinsamen Antenne verbindet.
Die Sende-Empfangs-Umschalteanordnungen müssen folgende An­ forderungen erfüllen:
  • - kleine Einfügedämpfung in eingeschaltetem Zustand
  • - hohe Isolation in ausgeschaltetem Zustand
  • - hoher Oberwellenabstand
  • - hohe Intermodulationsfestigkeit
  • - geringe Stromaufnahme, im Empfangsbetrieb möglichst keine Stromaufnahme
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Sende-Empfangs- Umschalteanordnung der eingangs genannten Art zu entwickeln, die insbesondere eine hohe Intermodulationsfestigkeit auf­ weist. Sie soll weiterhin im Empfangsmodus nur eine geringe Stromaufnahme zeigen.
Diese Aufgabe wird durch eine Sende-Empfangs-Umschalteanord­ nung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vor­ teilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zwischen einem Anschluss für die erste Sendeeinrichtung und einem Anschluss für das Signal-Aus/Einkoppelmittel eine erste Ein-Aus-Schalteinrich­ tung angeordnet ist,
dass zwischen einem Anschluss für die zweite Sendeeinrichtung und dem Anschluss für das Signal-Aus/Einkoppelmittel eine zweite Ein-Aus-Schalteinrichtung angeordnet ist,
dass zwischen dem Anschluss für das Signal-Aus/Einkoppelmit­ tel und dem Anschluss für die erste Empfangseinrichtung ein erster Leitungsabschnitt und ein mit diesem seriell verbunde­ ner zweiter Leitungsabschnitt vorgesehen sind, die derart ausgebildet sind, dass jeder dieser Leitungsabschnitte für das zweite Frequenzband f2 jeweils im wesentlichen eine Lambda-Viertel-Leitung darstellt und der erste Leitungsab­ schnitt in Reihe geschaltet mit dem zweiten Leitungsabschnitt für das erste Frequenzband f1 im wesentlichen eine Lambda- Viertel-Leitung darstellt,
dass eine dritte Ein-Aus-Schalteinrichtung einerseits zwi­ schen dem ersten und dem zweiten Leitungsabschnitt ange­ schlossen und andererseits mit einem festen Potential verbun­ den ist,
dass eine vierte Ein-Aus-Schalteinrichtung einerseits zwi­ schen dem ersten und dem zweiten Leitungsabschnitt ange­ schlossen und andererseits mit einem Anschluss für die zweite Empfangseinrichtung verbunden ist und
dass eine fünfte Ein-Aus-Schalteinrichtung einerseits an den Anschluss für die erste Empfangseinrichtung angeschlossen ist und andererseits mit einem festen Potential verbunden ist.
Folgende vier Betriebsmoden sind bei dieser Sende-Empfangs- Umschalteanordnung zu unterscheiden:
  • a) Im Betriebsmodus "Senden im ersten Frequenzband f1" sind die erste und die fünfte Ein-Aus-Schalteinrichtung im Ein- Zustand und die restlichen Ein-Aus-Schalteinrichtungen im Aus-Zustand. Somit wird über die fünfte Ein-Aus- Schalteinrichtung die Reihenschaltung aus den beiden Lei­ tungsabschnitten an das feste Potential, bevorzugt an Masse gelegt. Da die Reihenschaltung aus den beiden Leitungsab­ schnitten für das erste Frequenzband f1 eine Lambda- Viertel-Leitung darstellt, wird der Kurzschluss gegen das feste Potential in einen Leerlauf beim Anschluss für das Signal-Aus/Einkoppelmittel transformiert. In diesem Be­ triebsmodus ist demzufolge ausschließlich die erste Sende­ einrichtung mit dem Signal-Aus/Einkoppelmittel wirksam ver­ bunden.
  • b) Im Betriebsmodus "Senden im zweiten Frequenzband f2" sind die zweite und die dritte Ein-Aus-Schalteinrichtung im Ein- Zustand und die restlichen Ein-Aus-Schalteinrichtungen im Aus-Zustand. Über die dritte Ein-Aus-Schalteinrichtung ist der erste Leitungsabschnitt an das feste Potential, bevor­ zugt an Masse gelegt. Der erste Leitungsabschnitt stellt für das zweite Frequenzband f2 eine Lambda-Viertel-Leitung dar, wodurch der Kurzschluss gegen das feste Potential in einen Leerlauf beim Anschluss für das Signal-Aus/Einkoppel­ mittel transformiert ist. In diesem Betriebsmodus ist dem­ zufolge ausschließlich die zweite Sendeeinrichtung mit dem Signal-Aus/Einkoppelmittel wirksam verbunden.
  • c) Im Betriebsmodus "Empfangen im ersten Frequenzband f1" sind sämtliche Ein-Aus-Schalteinrichtungen im Aus-Zustand. Der Anschluss für das Signal-Aus/Einkoppelmittel ist über den ersten und den zweiten Leitungsabschnitt, die in Reihe ge­ schaltet sind, wellenwiderstandsrichtig mit der ersten Sen­ deeinrichtung für das erste Frequenzband f1 verbunden. Der Rest der Schaltungsanordnung ist abgetrennt.
  • d) Im letzten der vier möglichen Betriebsmoden "Empfangen im zweiten Frequenzband f2" sind die vierte und die fünfte Ein-Aus-Schalteinrichtung im Ein-Zustand und die restlichen Ein-Aus-Schalteinrichtungen im Aus-Zustand. Somit ist die zweite Empfangseinrichtung über den ersten Leitungsab­ schnitt wellenwiderstandsrichtig mit dem Anschluss für das Signal-Aus/Einkoppelmittel verbunden. Über die fünfte Ein- Aus-Schalteinrichtung ist der zweite Leitungsabschnitt wie­ derum an das feste Potential, bevorzugt an Masse gelegt. Da der zweite Leitungsabschnitt für das zweite Frequenzband f2 eine Lambda-Viertel-Leitung darstellt, ist der Kurzschluss gegen das feste Potential in einen Leerlauf beim Anschluss für die zweite Empfangseinrichtung transformiert. In diesem Betriebsmodus ist demzufolge ausschließlich die zweite Emp­ fangseinrichtung mit dem Signal-Aus/Einkoppelmittel wirksam verbunden.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind der er­ ste und der zweite Leitungsabschnitt (SL1, SL2) als Streifen­ leitungen auf einer Leiterplatte (PCB, Multi-Layer-Platine etc.) ausgebildet. Auf diese Weise läßt sich die erfindungs­ gemäße Schaltungsanordnung vorteilhafterweise besonders ein­ fach realisieren.
Die Ein-Aus-Schalteinrichtungen sind vorzugsweise mittels Schaltdioden und zugehörigen Stromversorgungsnetzwerken rea­ lisiert. Im Ein-Zustand einer Ein-Aus-Schalteinrichtung ist die jeweils zugehörige Schaltdiode leitend geschaltet, im Aus-Zustand sperrend gepolt. Der Energieverbrauch der Schal­ tungsanordnung ist dadurch vorteilhafterweise äußerst gering.
Die erfindungsgemäße Sende-Empfangs-Umschalteanordnung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den Fig. 1 und 2 näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Prinzipschaltbil­ des der erfindungsgemäßen Sende-Empfangs-Umschalteanordnung und
Fig. 2 eine schematische Darstellung des Ausführungsbeispie­ les.
Gemäß dem Prinzipschaltbild der erfindungsgemäßen Sende- Empfangs-Umschalteanordnung ist zwischen einem Anschluss S1 für eine erste Sendeeinrichtung, die in einem ersten Fre­ quenzband f1 sendet, und einem Anschluss A für eine Antenne (Signal-Aus/Einkoppelmittel) eine erste Ein-Aus-Schaltein­ richtung SE1 angeschlossen. Zwischen einem Anschluss S2 für eine in einem zweiten Frequenzband f2 sendende zweite Sende­ einrichtung und dem Anschluss A für die Antenne ist eine zweite Ein-Aus-Schalteinrichtung SE2 angeschlossen.
Der Antennenanschluss A ist weiterhin über einen ersten Lei­ tungsabschnitt SL1 und einen vom Antennenanschluss A aus ge­ sehen diesem nachgeordneten zweiten Leitungsabschnitt SL2 mit einer ersten Empfangseinrichtung El für das erste Frequenz­ band f1 verbunden. Der erste und der zweite Leitungsabschnitt SL1, SL2 sind derart ausgebildet, dass jeder dieser Leitungs­ abschnitte SL1, SL2 für das zweite Frequenzband f2 im wesent­ lichen eine Lambda-Viertel-Leitung darstellt und der erste Leitungsabschnitt SL1 in Reihe geschaltet mit dem zweiten Leitungsabschnitt SL2 für das erste Frequenzband f1 im we­ sentlichen eine Lambda-Viertel-Leitung darstellt. Das zweite Frequenzband f2 weist idealerweise im wesentlichen die dop­ pelte Frequenz des ersten Frequenzbandes f1 auf.
Eine dritte und eine vierte Ein-Aus-Schalteinrichtung SE3, SE4 sind einerseits zwischen dem ersten und dem zweiten Leitungs­ abschnitt SL1, SL2 angeschlossen und andererseits mit einem festen Potential P, bevorzugt Masse, bzw. mit einem Anschluss E2 für eine zweite Empfangseinrichtung verbunden. Zwischen dem Anschluss El für die erste Empfangseinrichtung und dem festen Potential P ist eine fünfte Ein-Aus-Schalteinrichtung (SE5) angeschlossen. In der folgenden Tabelle 1 sind die Be­ triebszustände dieser Sende-Empfangs-Umschaltanordnung zusam­ mengefasst.
Tabelle 1
Bei dem konkreten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2, das je nach Betriebszustand beispielsweise dem GSM(Global System for Mobile Communications)-System oder dem PCN(Personal Communi­ cation Networks)-System gerecht wird (das Frequenzband f2 des PCN-Systems weist im wesentlichen die doppelte Frequenz des Frequenzbandes f1 des GSM-Systems auf), sind die Ein-Aus- Schalteinrichtungen SE1 bis SE5 vorteilhafterweise mittels Dioden D1 bis D5, insbesondere PIN-Dioden, und zugehörigen Stromversorgungsnetzwerken SN1 bis 5N5 realisiert. Die Strom­ versorgungsnetzwerke SN1 bis 5N5, von denen jedes einen Steu­ eranschluss 1 bis 5 zum Anlegen eines Ansteuersignals auf­ weist, dienen zum Schalten der Dioden D1 bis D5 in den "leitend"- oder "sperrend"-Zustand.
In der folgenden Tabelle 2 sind die Betriebszustände der Sen­ de-Empfangs-Umschaltanordnung gemäß dem Ausführungsbeispiel zusammengefasst.
Tabelle 2
Im Aus-Zustand der Ein-Aus-Schalteinrichtungen SE1 bis SE5, jeweils bestehend aus einer Diode D1 bis D5 und einem Strom­ versorgungsnetzwerk SN1 bis 5N5, ist beispielsweise an den der jeweiligen Diode D1 bis D5 zugeordneten Steueranschluss 1 bis 5 eine Spannung von -15 V gegen Masse angelegt. Im Ein- Zustand fließt beispielsweise ein Durchlassstrom von 10 mA (Sendemoden) bzw. 2 mA (Empfangsmodus im Frequenzband f2) über die jeweiligen Dioden D1 bis D5. Dies geschieht eben­ falls durch Anlegen einer entsprechenden Spannung an die ent­ sprechenden Steueranschlüsse 1 bis 5.
Die Stromversorgungsnetzwerke SN1 bis 5N5 sind beispielsweise herkömmliche in der Mobilfunktechnik verwendete Stromversor­ gungsnetzwerke, bestehend aus Kapazitäten C3 bis C12 und In­ duktivitäten L2 bis L6, für Schaltdioden und werden von daher an dieser Stelle nicht näher erläutert. Die Kapazitäten C1 und C2 dienen zum gleichstrommäßigen Abtrennen der Ein-Aus- Schalteinrichtung SE3, bestehend aus dem Stromversorgungs­ netzwerk SN3 und der Diode D3, von den Leitungsabschnitten SL1, SL2 und die Induktivität L1 dient zum hochfrequenzmäßigen Abtrennen der Masse P vom Antennenanschluß A und den Sende­ einrichtungsanschlüssen S1, S2.
Anstelle der Dioden D1 bis D5 mit Stromversorgungsnetzwerken SN1 bis 5N5 können beispielsweise auch Transistoranordnungen oder andere Schaltungsanordnungen als Ein-Aus-Schalteinrich­ tungen SE1 bis SE5 verwendet sein. Die erfindungsgemäße Sen­ de-Empfangs-Umschalteanordnung ist demzufolge selbstverständ­ licherweise nicht auf des oben beschriebene Ausführungsbei­ spiel eingeschränkt.
Die Funktionseigenschaften der oben beschriebenen Zweiband- Sende-Empfangs-Umschaltanordnung können vorteilhafterweise mittels konventioneller Anpassglieder, z. B. in Streifenlei­ tertechnik oder diskreten LC-Schaltungen usw., an den An­ schlüssen S1, S2, E1, E2, A weiter verbessert werden. Werden die Sende- und Empfangseinrichtungen über geeignete Filter (z. B. SAW-Filter, Streifenleitungsfilter, LC-Filter ...) mit der Sende-Empfangs-Umschalteanordnung verbunden, können deren Isolations- und Intermodulationseigenschaften weiter verbes­ sert werden.
Vorteilhafterweise ist bei der erfindungsgemäßen Sende- Empfangs-Umschaltanordnung im Sendefall die Intermodulation sehr gering, da nicht alle jeweils sperrenden Schaltdioden D2 bis D4 bzw. D1, D4 und D5 unmittelbar parallel zur HF- Leistung liegen. Außerdem verbraucht die Sende-Empfangs- Umschaltanordnung im Empfangsmodus vorteilhafterweise äußerst wenig elektrische Energie, wodurch inbesondere bei Mobiltele­ fonen die Stromversorgungs-Akkus geschont werden.

Claims (5)

1. Sende-Empfangs-Umschalteanordnung zum abwechselnden Ver­ binden von mindestens einer ersten und einer zweiten Emp­ fangseinrichtung und mindestens einer ersten und einer zwei­ ten Sendeeinrichtung mit einem einzigen Signal- Aus/Einkoppelmittel, insbesondere einer Antenne, wobei die erste Empfangseinrichtung und die erste Sendeeinrichtung für ein erstes Frequenzband f1 und die zweite Empfangseinrichtung und die zweite Sendeeinrichtung für ein zweites Frequenzband f2 ausgelegt sind,
dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen einem Anschluss (S1) für die erste Sendeein­ richtung und einem Anschluss (A) für das Signal- Aus/Einkoppelmittel eine erste Ein-Aus-Schalteinrichtung (SE1) angeordnet ist,
dass zwischen einem Anschluss (S2) für die zweite Sendeein­ richtung und dem Anschluss (A) für das Signal- Aus/Einkoppelmittel eine zweite Ein-Aus-Schalteinrichtung (SE2) angeordnet ist,
dass zwischen dem Anschluss (A) für das Signal- Aus/Einkoppelmittel und einem Anschluss (E1) für die erste Empfangseinrichtung ein erster Leitungsabschnitt (SL1) und ein mit diesem seriell verbundener zweiter Leitungsabschnitt (SL2) vorgesehen ist,
dass der erste (SL1) und der zweite Leitungsabschnitt (SL2) derart ausgebildet sind, dass jeder dieser Leitungsabschnitte (SL1, SL2) für das zweite Frequenzband f2 im wesentlichen eine Lambda-Viertel-Leitung darstellt und der erste Leitungsab­ schnitt (SL1) in Reihe geschaltet mit dem zweiten Leitungsab­ schnitt (SL2) für das erste Frequenzband f1 im wesentlichen eine Lambda-Viertel-Leitung darstellt,
dass eine dritte Ein-Aus-Schalteinrichtung (SE3) einerseits zwischen dem ersten (SL1) und dem zweiten Leitungsabschnitt (SL2) angeschlossen ist und andererseits mit einem Anschluss für ein festes Potential (P) verbunden ist, dass eine vierte Ein-Aus-Schalteinrichtung (SE4) einerseits zwischen dem ersten (SL1) und dem zweiten Leitungsabschnitt (SL2) angeschlossen ist und andererseits mit einem Anschluss (E2) für die zweite Empfangseinrichtung verbunden ist und dass eine fünfte Ein-Aus-Schalteinrichtung (SE5) einerseits zwischen dem zweiten Leitungsabschnitt (SL2) und dem An­ schluss (E1) für die erste Empfangseinrichtung angeschlossen ist und andererseits mit dem Anschluss für das feste Potenti­ al (P) verbunden ist.
2. Sende-Empfangs-Umschalteanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Leitungsabschnitt (SL1, SL2) als Streifenleitungen auf einer Leiterplatte ausgebildet sind.
3. Sende-Empfangs-Umschalteanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Frequenzband f2 etwa die doppelte Frequenz auf­ weist wie das erste Frequenzband f1.
4. Sende-Empfangs-Umschalteanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Ein-Aus-Schalteinrichtungen (SE1, SE2, SE3, SE4, SE5) mindestens eine Diode (D1, D2, D3, D4, D5) zugeordnet ist, die im eingeschalteten Zustand der jeweiligen Ein-Aus- Schalteinrichtung (SE1, SE2, SE3, SE4, SE5) in Durchlassrichtung gepolt ist.
5. Sende-Empfangs-Umschalteanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Anschlüssen (S1, S2, E1, E2) für die erste und/oder die zweite Sendeeinrichtung und/oder für die erste und/oder die zweite Empfangseinrichtung jeweils ein Filter zur Verbes­ serung der Isolations- und Intermodulationseigenschaften vor­ gesehen ist.
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