DE19844143A1 - Programmierbare Filterschaltung für Mobilfunkanwendungen - Google Patents

Abstract

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine programmierbare Filterschaltung sowie ein Duplexer von Mobilfunkanwendungen vorgesehen. Mehrere passive Bauteile, wie Kondensatoren (4) oder Resonatoren (5), deren Kennwerte jeweils mechanisch einstellbar sind, werden dabei von elektrischen Mikromotoren (8) mechanisch verstellt. Die elektrischen Mikromotoren (8) werden wiederum durch eine programmierbare Steuereinheit (17) derart angesteuert, daß die Filterschaltung (1, 2, 3) eine vorbestimmte Kennlinie aufweist. Die Steuereinheit (17) kann mit einem Speicher (18) verbunden sein, in dem Einstellwerte der passiven Bauteile (4, 5) bzw. Ansteuerwerte für die entsprechenden elektrischen Mikromotoren (8) und Kennlinien der Filterschaltung (1, 2, 3) insgesamt abgelegt sind.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine programmier­ bare Filterschaltung für Mobilfunkanwendungen, einen program­ mierbaren Duplexer für Mobilfunkanwendungen, der mehrere pro­ grammierbare Filterschaltungen aufweist, sowie auf ein Mobil­ funkgerät, das eine programmierbare Filterschaltung und/oder einen Duplexer mit einer programmierbaren Filterschaltung aufweist.

Bei Mobilfunkgeräten gemäß dem Stand der Technik ist prak­ tisch keine Veränderbarkeit bzw. Programmierbarkeit der elek­ tronischen Bauteile wie beispielsweise der HF-Blöcke oder Filterschaltungen möglich. Um indessen sogenannte software­ definierte Mobiltelefone oder ähnliches zu schaffen, müssen die elektronischen bzw. elektrischen Bauteile in dem Mobilte­ lefon möglichst frei programmierbar sein, wobei diese Pro­ grammierbarkeit auch nach der Endfertigung des Mobilfunkge­ räts noch vorhanden sein soll. Da darüber hinaus bekanntlich in Mobilfunkanwendungen Bauteile mit geringen Abmessungen, hohe Linearität, und mit niedrigem Energieverbrauch gewünscht sind, weisen Produkte, die auf einer Yig-, Pin-Dioden- oder Varaktor-Technologie basieren, dementsprechende Nachteile auf.

Insbesondere die in Mobilfunkgeräten verwendeten Filter und Duplexer sollten also geringe Abmessungen aufweisen, einen geringen Energieverbrauch aufweisen, hohe Linearität- und darüber hinaus möglichst frei programmierbar sein.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine pro­ grammierbare Filter-Technologie für Mobilfunkanwendungen be­ reitzustellen, die eine Programmierbarkeit von Filterschal­ tungen mit geringer Größe, hoher Linearität und unter gerin­ gem Energieverbrauch ermöglicht.

Zentraler Gedanke der vorliegenden Erfindung ist es dabei, eine mechanische Verstellbarkeit der Kennwerte von passiven Bauteilen, aus denen die entsprechende Filterschaltung aufge­ baut ist, vorzusehen.

Genauer gesagt wird die oben genannte Aufgabe durch die Merk­ male des Anspruchs 1 gelöst, wobei die abhängigen Ansprüche den zentralen Gedanken der Erfindung in besonders vorteilhaf­ ter Weise weiterbilden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist also eine programmierba­ re Filterschaltung für Mobilfunkanwendungen vorgesehen, die mehrere passive Bauteile aufweist, deren Kennwerte jeweils mechanisch einstellbar sind. Diese passiven Bauteile sind entsprechend aus dem Stand der Technik gut bekannten Topolo­ gien für Filterschaltungen verschaltet. Weiterhin sind elek­ trische Mikromotoren zur mechanischen Verstellung der passi­ ven Bauteile vorgesehen. Diese elektrischen Mikromotoren wer­ den von einer programmierbaren Steuereinheit so angesteuert, daß die Filterschaltung insgesamt eine vorbestimmte Kennlinie aufweist.

Die Steuereinheit kann dabei mit einem Speicher verbunden sein, in dem Einstellwerte der passiven Bauteile bzw. Ansteu­ erwerte für die entsprechenden elektrischen Mikromotoren und/oder Kennlinien der Filterschaltung beispielsweise in Form einer Tabelle abgelegt sind.

Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinheit selbst die Steuereinheit selbst die Ansteuerwerte für die elektrischen Mikromotoren berechnen, die zur Erzielung einer bestimmten Kennlinie der Filterschaltung aus zugeben sind.

Die passiven Bauteile können wenigstens teilweise Kondensato­ ren mit mechanisch einstellbarer Kapazität sein, wobei die Kondensatoren unter dem Gesichtspunkt geringer Abmessungen in einer Keramiktechnik mit hoher Direktrizitätskonstante ausge­ führt sind.

Die Kondensatoren können beispielsweise drehbare oder ver­ schiebbare Metallplatten aufweisen, die von den elektrischen Mikromotoren bewegt werden, um ihre Kapazitätswerte mecha­ nisch einzustellen.

Die passiven Bauteile können teilweise Resonatoren sein, wo­ bei in diesem Fall zur mechanischen Einstellung der Kennwerte (Abstimmung) der Resonatoren die Position eines Kurzschluß­ leiters bezüglich eines Erdungspunkts durch den entsprechen­ den elektrischen Mikromotor veränderbar ist.

Die elektrischen Mikromotoren können unter dem Gesichtspunkt der Energieeinsparung so angesteuert sein, daß sie nur wäh­ rend der Zeitdauer einer mechanischen Einstellung eines ent­ sprechenden zugeordneten passiven Bauteils mit elektrischer Energie versorgt sind.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist weiterhin ein program­ mierbarer Duplexer für Mobilfunkanwendungen vorgesehen, der mehrere programmierbare Filterschaltungen nach einem der vor­ hergehenden Ansprüche aufweist, wobei die programmierbaren Filterschaltungen durch die Steuereinheit so eingestellt wer­ den, daß sie unterschiedliche Frequenzkennlinien aufweisen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist weiterhin ein Mobilfunk­ gerät mit einer programmierbaren Filterschaltung der oben ge­ nannten Art bzw. einem Duplexer wie unmittelbar zuvorgehend ausgeführt vorgesehen.

Weitere Merkmale, Vorteile und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung eines Ausführungsbeispiels Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher ersichtlich, in denen zeigen:

Fig. 1a einen schematischen Schaltplan einer erfindungsgemä­ ßen programmierbaren Filterschaltung,

Fig. 1b einen Duplexer, der zwei programmierbare Filterschal­ tungen aufweist, deren Bauteile so eingestellt sind, daß die Filterschaltungen insgesamt verschiedene Frequenzkennlinien aufweisen,

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel für die Realisierung einer Filterschaltung bestehend aus Kondensatoren und Induktivitä­ ten/Resonatoren, deren Kennwerte mechanisch eingestellt wer­ den können,

Fig. 3 einen Ausschnitt von Fig. 2, der in Fig. 2 mit a) be­ zeichnet ist, wobei in Fig. 3 darüber hinaus die Ansteuerung zur Einstellung der Kennwerte eines Kondensators dargestellt ist,

Fig. 4 einen Ausschnitt von Fig. 2, welcher die Draufsicht ei­ nes Leitungsresonators zeigt, der durch einen Kurzschluß­ schieber in seinen elektrischen Eigenschaften geändert wird, der in Fig. 2 mit b) bezeichnet ist, und

Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel zur Schaffung eines Kondensators, dessen Kapazitätswert mechanisch durch einen Mikromotor verstellt werden kann.

Bezug nehmend auf Fig. 1a wird zuerst eine programmierbare Filterschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert.

Die in Fig. 1a dargestellte Filterschaltung weist einen Ein­ gang 19 und einen Ausgang 20 auf. Zwischen dem Eingang 19 und dem Ausgang 20 sind einstellbare Kondensatoren 4 in Serie ge­ schaltet. Die Kondensatoren 4 sind dabei jeweils von dem Typ, dessen Kapazitätswert mechanisch verstellt werden kann. Dazu ist jeweils ein elektrischer Mikromotor 8 einem Kondensator 4 mit verstellbarer Kapazität zugeordnet. Selbstverständlich kann auch ein elektrischer Mikromotor mit mehr als einem Kon­ densator 4 mechanisch verbunden sein, um entsprechend die Ka­ pazitätswerte der mit ihm verbundenen Kondensatoren zu ver­ stellen.

Zwischen den Verbindungspunkten zwischen den einzelnen Kon­ densatoren 4 und Erde ist jeweils eine Induktivität 5 oder Resonator geschaltet. Diese Induktivitäten 5 sind ebenfalls mechanisch einstellbar, und dazu ist ähnlich wie bei den Kon­ densatoren 4 im dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils ein elektrischer Mikromotor 8 je einer verstellbaren Induktivität 5 zugeordnet. Die in Fig. 1a dargestellte Filterschaltung ist, wie ersichtlich, eine Filterschaltung mit n Stufen.

Die in Fig. 1a gezeigte Filtertopologie ist Grundlage des in Fig. 1b dargestellten Duplexers. Der in Fig. 1b dargestellte Duplexer weist nämlich zwei Filterschaltungen 2 bzw. 3 auf, die mittels einer gemeinsamen Leitung von ihrem Eingang 19 her mit einer Antenne 6 verbunden sind. Die Filterschaltung 2 weist dabei n Stufen auf und die Filterschaltung 3 m Stufen, wobei n = m sein kann. Beispielsweise zur Schaffung eines Frequenzmultiplexbetriebs (FDD) kann die Filterschaltung 2 hinsichtlich der sie bildenden passiven Bauteile 4, 5 so ein­ gestellt sein, daß ihre Arbeitsfrequenz von der der Filter­ schaltung 3 unterscheidet.

Die in Fig. 1a und 1b gezeigten programmierbaren Filterschal­ tungen 1 bzw. 2, 3 basieren auf einer Bandpaß-Filtertechnolo­ gie. Indessen ist ersichtlich, daß sich die vorliegenden Er­ findung genauso auf alle übrigen bekannten Filtertechnologi­ en, wie beispielsweise Tiefpaß- oder Hochpaßfilter sowie Notchfilter (Bandsperre) anwenden läßt.

In dem in Fig. 2 gezeigten Ausschnitt sind zwei mechanisch einstellbare Kondensatoren 4 zu sehen, bei denen zur Einstel­ lung ihrer Kapazität jeweils eine Metallscheibe 7 gedreht wird.

Weiterhin sind in Fig. 2 drei Induktivitäten/Resonatoren 5 gezeigt, deren effektive Länge durch Verschiebung eines Kurz­ schlußleiters 15 eingestellt werden kann, um die entsprechen­ den Kennwerte des Bauteils zu verändern.

In Fig. 3 ist ein Ausschnitt von Fig. 2 zu sehen, der in Fig. 2 mit a) bezeichnet ist. Der in Fig. 3 gezeigte mechanisch einstellbare Kondensator 4 besteht im wesentlichen aus einer Metallplatte 11, die sandwichartig über einem Dielektrikum 10 liegt, das wiederum über einer gedruckten Schaltungsplatine (PCB, Printed Circuit Board) liegt. Mittels eines elektri­ schen Mikromotors 8 kann die Metallscheibe 11 des Kondensa­ tors 4 gedreht werden, um die Kapazität des Kondensators 4 mechanisch zu verändern.

Der elektrische Mikromotor 8 wird dabei von einer Steuerein­ heit 17 angesteuert. Wie durch Pfeile in Fig. 3 symbolisch dargestellt ist, kann die Steuereinheit 17 darüber hinaus mehrere oder sämtliche passiven Bauteile, die mechanisch ver­ stellbar sind und die die Filterschaltung 1 bzw. 2, 3 bilden, durch Ansteuerung eines entsprechenden elektrischen Mikromo­ tors 8 verstellen.

Die Steuereinheit 17 führt diese Einstellung der einzelnen Bauteile so aus, daß die Filterschaltung insgesamt zwischen ihrem Eingang 19 und ihrem Ausgang 20 bzw. 20' eine vorbe­ stimmte Frequenzkennlinie aufweist. Dazu werden der Steuer­ einheit 17 als Informationen die Signale zugeführt, die an dem Eingang 19 bzw. an dem Ausgang 20, 20' der Filterschal­ tung anliegen, wie ebenfalls durch Pfeile symbolisch in Fig. 3 dargestellt ist. Mittels der zugeführten Signale vom Eingang 19 bzw. vom Ausgang 20, 20' kann die Steuereinheit 17 die Frequenzkennlinie der Filterschaltung ermitteln und be­ stimmen, ob diese tatsächliche Frequenzkennlinie mit einer Soll-Frequenzkennlinie übereinstimmt.

Als Alternative kann die Steuereinheit 17 selbst die Ansteu­ erwerte für die elektrischen Mikromotoren 8 berechnen, die zur Erzielung einer vorbestimmten Frequenzkennlinie benötigt werden. Die einzustellende Frequenzkennlinie kann in der Steuereinheit 17 selbst abgelegt sein oder aber auch online beispielsweise mittels einer Luftschnittstelle im Falle eines Mobilfunkgeräts zu der Steuereinheit 17 übertragen werden.

Wie in Fig. 3 ebenfalls dargestellt, ist mit der Steuerein­ heit 17 ein PROM-Speicher 18 vorgesehen. In dem PROM-Speicher 18 können Einstellwerte bzw. Ansteuerwerte für die elektri­ schen Mikromotoren 8 und gegebenenfalls vorbestimmte Fre­ quenzkennlinien für die Filterschaltung insgesamt in Form ei­ ner Tabelle dauerhaft abgelegt werden. Somit kann die Steuer­ einheit 17 zur Erzielung einer vorbestimmten Frequenzkennli­ nie der Filterschaltung auf die in dem PROM 18 abgelegte Ta­ belle zurückgreifen.

Fig. 4 zeigt einen Ausschnitt von Fig. 2, der in Fig. 2 mit b) bezeichnet ist. In dem in Fig. 4 dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel ist das passive Bauteil ein Resonator 5. Durch mechanisches Verschieben eines Kurzschlußleiters 5, angesteu­ ert durch einen elektrischen Mikromotor 8 hinsichtlich seiner Position bezüglich der Erdung 12 können durch die Steuerein­ heit 17 angesteuert die Kennwerte des Resonators 5 einge­ stellt werden.

Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen me­ chanisch verstellbaren Kondensator 4. In diesem Fall wird ei­ ne Metallplatte 15 bezüglich dem Dielektrikum 16 in einer Ebene senkrecht zu der Ebene des Dielektrikums 16 verschoben, wobei diese Verschiebung durch einen elektrischen Mikromotor 8 erfolgt, der wiederum von der Steuereinheit 17 angesteuert wird.

Selbstverständlich können zur programmierten Verstellung der Kapazitätswerte von Kondensatoren auch handelsübliche ab­ stimmbare Kondensatorbauteile verwendet werden, wobei die Verstellung durch mechanische Verwendung mit einem elektri­ schen Mikromotor erfolgen kann.

Wie aus der obigen Beschreibung von Ausführungsbeispielen er­ sichtlich ist, werden im Zuge der vorliegenden Erfindung rein passive Schaltbauteile verwendet, so daß einerseits der Ener­ gieverbrauch niedrig gehalten werden kann und andererseits Nichtlinearitäts-Probleme, wie sie beispielsweise bei der Yig- oder Varaktor-Technologie auftreten, vermieden werden. Bei der erfindungsgemäßen programmierbaren Filterschaltung wird nur elektrische Energie verbraucht, wenn ein Mikromotor eine Einstellung eines passiven Bauteils ausführt. Es wird daran erinnert, daß gemäß dem Stand der Technik bei einer Pin-Diodentechnologie ständig elektrische Energie verbraucht wird. Wie bereits ausgeführt, kann ein PCB-Filter-Duplexer gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Keramik-Technologie ausgeführt werden, die eine hohe Dielektrizitätskonstante aufweist, was zu einer Verringerung der Komponenten-Abmessun­ gen führt.

Es wird daran erinnert, daß gemäß dem Stand der Technik ein oder mehrere Mikromotoren mit mechanischer Übertragung in ei­ ner sehr kleinen Bauform ausgeführt werden, die den Abmessun­ gen eines Mobilteils integrierbar sind.

Es wird daran erinnert, daß jegliche bekannte Schaltungs- Topologie, die eine Filterfunktion oder Duplexer-Funktion aufweist, als Grundlage für die vorliegende Erfindung dienen kann. Auf dieser Grundlage können dann die Kennwerte des ein­ stellbaren (programmierbaren) Kondensators, der Induktivität oder eines Resonators in der Schaltungs-Topologie durch einen Mikromotor verändert werden, der wiederum elektrisch durch eine Steuereinheit ansteuerbar ist.

Mittels einer Berechnung oder eines geeigneten Algorithmus können dann die Kennwerte, wie beispielsweise die Kapazität oder der Resonanzwert, so verändert werden, daß die gewünsch­ te Filter- oder Duplexer-Kennlinie mit einer gewünschten Mit­ tenfrequenz und Bandbreite erhalten wird.

Claims (9)

1. Programmierbare Filterschaltung für Mobilfunkanwendungen, aufweisend:

• - mehrere passive Bauteile (4, 5), deren Kennwerte jeweils mechanisch einstellbar sind,
• - elektrische Mikromotoren (8) zur mechanischen Verstellung der passiven Bauteile (4, 5), und
• - eine programmierbare Steuereinheit (17) zur Ansteuerung der elektrischen Mikromotoren (8) derart, daß die Filterschal­ tung (1, 2, 3) eine bestimmte Kennlinie aufweist.

2. Filterschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (17) mit einem Speicher (18) verbunden ist, in dem Einstellwerte der passiven Bauteile (4, 5) bzw. Ansteuerwerte für die entsprechenden elektrischen Mikromoto­ ren (8) und/oder Kennlinien der Filterschaltung (1, 2, 3) ab­ gelegt sind.

3. Filterschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (17) selbst die Ansteuerwerte für die elektrischen Mikromotoren (8) berechnet, die zur Erzielung einer bestimmten Kennlinie der Filterschaltung (1, 2, 3) aus­ zugeben sind.

4. Filterschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die passiven Bauteile teilweise Kondensatoren (4, 4') mit mechanisch einstellbarer Kapazität sind, die in einer Kera­ miktechnik mit hoher Dielektrizitätskonstante ausgeführt sind.

5. Filterschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatoren (4, 4') drehbare oder verschiebbare Me­ tallplatten (11) aufweisen.

6. Filterschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die passiven Bauteile teilweise Resonatoren (5) aufweisen, wobei zur mechanischen Einstellung der Kennwerte der Resona­ toren (5) die Position eines Kurzschlußleiters (15) bezüglich eines Erdungspunkts (12) durch den entsprechenden elektri­ schen Mikromotor (8) veränderbar ist.

7. Filterschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Mikromotoren (8) nur während der Zeit­ dauer einer mechanischen Einstellung eines entsprechenden passiven Bauteils (4, 5) elektrisch mit Energie versorgt sind.

8. Programmierbarer Duplexer für Mobilfunkanwendungen, aufweisend mehrere programmierbare Filterschaltungen nach ei­ nem der vorhergehenden Ansprüche.

9. Mobilfunkgerät, aufweisend eine programmierbare Filterschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und/oder einen Duplexer nach Anspruch 7.