DE19908594A1

DE19908594A1 - Verfahren und Gerät zur Erhöhung einer Ausgangsimpedanz eines Sendeverstärkers während des Empfangsmodus einer 2-Wege-Nachrichtenübertragungseinheit

Info

Publication number: DE19908594A1
Application number: DE19908594A
Authority: DE
Inventors: Gustavo D Leizerovich; Dennis G Anson
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1998-03-05
Filing date: 1999-02-27
Publication date: 1999-09-23
Also published as: US6122488A; BR9901070A; CN1235485A; GB2335116A; GB9904238D0

Abstract

Eine Nachrichtenübertragungseinheit (200) verwendet ein Verfahren und ein Gerät zur Erhöhung einer Ausgangsimpedanz eines Sendeverstärkers während eine Empfangsmodus einer Nachrichtenübertragungseinheit. Die Nachrichtenübertragungseinheit enthält einen Sendeverstärker, eine Antenne (209) und einen Signalempfänger (211), und ist wenigstens in einem Sendemodus und in einem Empfangsmodus betriebsfähig. Während des Sendemodus verstärkt der Sendeverstärker, welcher ein Verstärkungsbauelement (201) enthält, ein Eingangssignal (221) und liefert das verstärkte Signal (233) an die Antenne zur Übertragung. Während des Empfangsmodus empfängt die Antenne Signale und liefert die empfangenen Signale an den Signalempfänger. Um die Wirkung des Sendeverstärkers auf die empfangenen Signale während des Empfangsmodus zu lindern, koppelt die Nachrichtenübertragungseinheit während des Empfangsmodus den Sendeverstärker an die Antenne und legt eine Vorspannung (225) an das Verstärkungsbauelement an, um die Ausgangsimpedanz (Z¶out¶) des Sendeverstärkers zu erhöhen, so daß der Sendeverstärker die empfangenen Signale nicht wesentlich belastet.

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf 2-Wege-Nachrichtenübertragungseinheiten und im besonderen auf die Ermöglichung einer Halbduplex- oder Zeitteilungsduplex- Nachrichtenübertragungseinheit, um ohne einen Antennenschal ter zu arbeiten.

Hintergrund der Erfindung

Drahtlose Nachrichtenübertragungseinheiten sind bekannt. Diese Einheiten umfassen neben anderen Dingen 2-Wege-Funkge räte und -Funktelefone und enthalten typischerweise einen Sender, einen Empfänger und eine Antenne. Der Sender enthält typischerweise eine Informationssignalquelle und einen Sende verstärker.

Es sind drahtlose Nachrichtenübertragungseinheiten bekannt, die Vollduplex- und Halbduplexarbeitsweise bereitstellen. Eine Nachrichtenübertragungseinheit, die Vollduplexarbeits weise bereitstellt, gestattet es der Nachrichtenübertragungs einheit, zur selben Zeit zu senden (typischerweise auf einer Sendefrequenz) und zu empfangen (typischerweise auf einer Empfangsfrequenz, die verschieden zu der Sendefrequenz ist). Eine Nachrichtenübertragungseinheit, die Halbduplexarbeits weise bereitstellt, erfordert, daß die Nachrichtenübertra gungseinheit zu verschiedenen Zeiten sendet und empfängt. Deshalb muß der Benutzer einer Halbduplex-Nachrichtenübertra gungseinheit das Senden stoppen, um eine Nachrichtenübertra gung zu empfangen; während der Benutzer einer Vollduplex- Nachrichtenübertragungseinheit zur selben Zeit empfangen und senden kann. In Zeitmehrfachzugriffssystemen können die Nach richtenübertragungseinheiten Zeitteilungsduplexarbeitsweise bereitstellen die es dem Benutzer gestatten, wie bei der Vollduplexarbeitsweise, eine Nachrichtenübertragung zu empfangen ohne das Sprechen zu stoppen, die es aber erfor dert, wie bei der Halbduplexarbeitsweise, daß die tatsächli che Sendung und der Empfang von Informationen während verschiedenen Zeitperioden, bekannt als Zeitschlitze, statt finden.

In einer typischen Halbduplex- oder Zeitteilungsduplex-Nach richtenübertragungseinheit sind der Empfänger und der Sender in Abständen über einen Antennenschalter an die Antenne gekoppelt. Die Sendeverstärker- und Empfängerabschnitte einer solchen typischen Zeitteilungsduplex-Nachrichtenübertragungs einheit 100 sind in dem Blockdiagramm in Fig. 1 gezeigt. Der Sendeverstärkerabschnitt der Nachrichtenübertragungseinheit 100 enthält ein Verstärkungsbauelement 101, einen Gleich strom-(DC) Leistungsanschluß 103 (z. B. eine Batterie), eine Speisespannungssteuerung 105, eine Vorspannungssteuerung 107 und einen Antennenschalter 109. Der Empfängerabschnitt der Nachrichtenübertragungseinheit 100 enthält eine Übertragungs leitung 115, die eine elektrische Länge von einem Viertel der Wellenlänge einer Sendefrequenz der Nachrichtenübertragungs einheit 100 hat, eine PIN Diode 119, die zwischen die Über tragungsleitung 115 und eine Signalmasse 121 gekoppelt ist, einen Gleichstrom-(DC) Sperrkondensator 117 und einer Signal empfänger 113.

Während der Übertragung (z. B. während eines Sendezeitschlit zes)wird ein Eingangssignal 123 (z. B. modulierte Sprache oder Daten) an das Verstärkungsbauelement 101 angelegt, welches das Eingangssignal 123 verstärkt, basierend auf einer ange legten Speisespannung 125 und einer angelegten Vorspannung 127 (z. B. wenn das Verstärkungsbauelement 101 ein Feldeffekt transistor (FET) ist) oder einem angelegten Strom (z. B. wenn das Verstärkungsbauelement 101 ein bipolarer Flächentran sistor (BJT) ist). Die Speisespannung 125 und die Vorspannung 127 werden gemäß bekannten Techniken bereitgestellt, durch Anlegen eines Speisespannungssteuersignals 133 an die Speise spannungssteuerung 105 bzw. eines Vorspannungssteuersignals 131 an die Vorspannungssteuerung 107. Zusätzlich zu den Speise- und Vorspannungssteuersignalen wird ein Antennen schaltersteuersignal 135 an den Antennenschalter 109 ange legt, um den Ausgang des Verstärkungsbauelements 101 des Sendeverstärkers an eine Antenne 111 zu koppeln, um die Funk übertragung des verstärkten Signals zu ermöglichen. Um das Eintreten des verstärkten Signals in den Signalempfänger 113 (und dessen mögliche Zerstörung) zu verhindern, wird ein Steuersignal (V_c) 129 zur Gestattung/Verhinderung des Empfangs an die PIN Diode 119 angelegt, was die PIN Diode 119 veranlaßt, Strom zu leiten und das Signalempfängerende der ¼-Wellenlänge-Übertragungsleitung 115 wirkungsvoll zu der PIN Diode 119 kurzzuschließen. Durch Kurzschließen der Übertra gungsleitung 115 weist die Übertragungsleitung 115 tatsäch lich eine offene Schaltungsimpedanz gegenüber dem Ausgang des Sendeverstärkers auf, wodurch es ermöglicht wird, daß im wesentlichen das gesamte verstärkte Signal an die Antenne 111 geliefert wird.

Während des Empfangs (z. B. während eines Empfangszeitschlit zes) werden das Steuersignal (V_c) zur Gestattung/Verhinderung des Empfangs 129, die Speisespannung 125 und die Vorspannung 127 alle abgeschaltet und das Antennenschaltersteuersignal 135 wird so eingestellt, um den Antennenschalter 109 zu beeinflussen, den Pfad zwischen dem Sendeverstärker und der Antenne 111 zu öffnen, wodurch es ermöglicht wird, daß das von der Antenne 111 empfangene Signal über den DC-Sperrkon densator 117 zu dem Signalempfänger 113 geführt wird. Ohne das Vorhandensein des Antennenschalters 109 würde die Ausgangsimpedanz des Sendeverstärkers (typischerweise 100 Ohm für ein Gallium-Arsenid-FET-Verstärkungsbauelement ohne ange legte Speisespannung oder Vorspannung) das empfangene Signal belasten, wodurch die Größe des empfangenen Signals, das an den Signalempfänger 113 angelegt wird, verringert werden würde und letztlich zu einer unerwünschten Verringerung der Empfangsempfindlichkeit der Nachrichtenübertragungseinheit 100 führen würde.

Obwohl der Antennenschalter 109 wie oben beschrieben dem Zweck dient, den Sende- und den Empfangsabschnitt der Nach richtenübertragungseinheit 100 zu isolieren, geschieht dies ineffizient, da er einen zusätzlichen Verlust in den Übertra gungspfad einfügt. Der zusätzliche Verlust des Antennenschal ters 109 erfordert es, daß das Verstärkungsbauelement 125 eine höhere Ausgangsleistung erzeugt, als wenn der Antennen schalter 109 nicht vorhanden wäre. Um die höhere Ausgangs leistung zu erzeugen, muß das Verstärkungsbauelement 105 zusätzliche DC-Leistung verbrauchen (bei Annahme einer kleinen oder keiner Veränderung des Verstärkungswirkungsgra des), was die Gesprächszeit wesentlich reduziert. Für einen mit einem Wirkungsgrad von 40% arbeitenden Sendeverstärker, der 27 Dezibel über ein Milliwatt (dBm) während der Übertra gung an die Antenne 109 liefert, verbraucht der Sendeverstär ker zum Beispiel ungefähr 1,25 Watt DC-Leistung wenn kein Antennenschalter vorhanden ist. Wenn der Antennenschalter 109 vorhanden ist und unter der Annahme eines Einfügeverlustes von 0,5 dB für den Antennenschalter 109, erhöht sich der Betrag an DC-Leistung, die von dem Sendeverstärker verbraucht wird, auf 1,4 Watt. Diese Erhöhung der verbrauchten DC-Leistung reduziert die Gesprächszeit um ungefähr 12% im Vergleich dazu, wenn kein Antennenschalter vorhanden ist.

Deshalb besteht ein Bedarf für ein Verfahren und ein Gerät zur Erhöhung einer Ausgangsimpedanz des Sendeverstärkers der Nachrichtenübertragungseinheit während des Empfangsmodus, um den Bedarf für einen Antennenschalter zu eliminieren, um es dem Sendeverstärker zu gestatten, weniger DG-Leistung zu verbrauchen, während die Auswirkung des Sendeverstärkers auf empfangene Signale gelindert wird.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt eine Blockdiagrammdarstellung der Sendeverstär ker- und Empfängerabschnitte einer typischen drahtlo sen 2-Wege-Nachrichtenübertragungseinheit.

Fig. 2 zeigt eine Blockdiagrammdarstellung der Sendeverstär ker- und Empfängerabschnitte einer drahtlosen 2-Wege-Nach richtenübertragungseinheit gemäß einer bevorzug ten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 3 zeigt eine Zeitdiagrammdarstellung der Speisespan nung, der Verstärkervorspannung und der Verstärker ausgangsimpedanz während Sende- und Empfangszeit schlitzen für die Nachrichtenübertragungseinheit aus Fig. 2.

Fig. 4 zeigt ein logisches Flußdiagramm der Schritte, die von einer Nachrichtenübertragungseinheit ausgeführt werden, um eine Ausgangsimpedanz eines Sendeverstär kers zu erhöhen, während eines Empfangsmodus der Nachrichtenübertragungseinheit gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform

Im allgemeinen umfaßt die vorliegende Erfindung ein Verfahren und ein Gerät zur Erhöhung einer Ausgangsimpedanz eines Sendeverstärkers einer Nachrichtenübertragungseinheit während eines Empfangsmodus der Nachrichtenübertragungseinheit. Eine Nachrichtenübertragungseinheit, die einen Sendeverstärker, eine Antenne und einen Signalempfänger enthält, ist wenig stens in einem Sendemodus und in einem Empfangsmodus betriebsfähig. Während des Sendemodus verstärkt der Sendever stärker, der wenigstens ein Verstärkungsbauelement enthält, ein Eingangssignal und liefert das verstärkte Signal an die Antenne zur Funkübertragung. Während des Empfangsmodus empfängt die Antenne Funksignale und liefert die empfangenen Signale an den Signalempfänger. Um den Einfluß des Sendever stärkers auf die empfangenen Signale während des Empfangsmo dus zu lindern, ohne einen zusätzlichen Verlust in den Über tragungspfad zwischen dem Sendeverstärker und der Antenne während des Sendemodus einzuführen, koppelt die Nachrichten übertragungseinheit während des Empfangsmodus den Sendever stärker direkt (z. B. über eine Übertragungsleitung) an die Antenne und legt eine Vorspannung an das Verstärkungsbauele ment an, um die Ausgangsimpedanz des Sendeverstärkers zu erhöhen, so daß der Sendeverstärker die empfangenen Signale nicht wesentlich belastet. Durch Erhöhung der Ausgangsimpe danz des Sendeverstärkers während des Empfangsmodus auf diese Weise, stellt die vorliegende Erfindung ausreichende Isola tion zwischen den Sende- und Empfangsabschnitten einer 2- Wege-Nachrichtenübertragungseinheit bereit, ohne das Erfor dernis eines Antennenschalters, wodurch die Anforderungen des Sendeverstärkers an die Funkfrequenz-(RF) Ausgangsleistung und die DC-Eingangsleistung reduziert werden.

Die vorliegende Erfindung kann unter Bezugnahme auf die Fig. 2-4 vollständiger verstanden werden. Fig. 2 zeigt eine Block diagrammdarstellung der Sendeverstärker- und Empfängerab schnitte einer drahtlosen 2-Wege-Nachrichtenübertragungsein heit 200 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorlie genden Erfindung. Der Sendeverstärkerabschnitt der Nachrich tenübertragungseinheit 200 enthält wenigstens ein Verstär kungsbauelement 201, eine Gleichstrom-(DC) Leistungsversor gung 203 (z. B. eine Batterie), eine Speisespannungssteuerung 205 und eine Vorspannungssteuerung 207. Der Empfängerab schnitt der Nachrichtenübertragungseinheit 200 enthält eine Übertragungsleitung 213, die eine elektrische Länge von einem Viertel der Wellenlänge einer Übertragungsfrequenz der Nach richtenübertragungseinheit 200 hat, eine PIN Diode 217, die zwischen die Übertragungsleitung 213 und eine Signalmasse 219 gekoppelt ist, einen DC-Sperrkondensator 215 und einen Signalempfänger 211. Der Empfängerabschnitt und der Sendever stärkerabschnitt sind ständig an eine Antenne 209 gekoppelt, vorzugsweise über Übertragungsleitungen (nicht gezeigt). In der bevorzugten Ausführungsform umfaßt das Verstärkungsbau element 201 einen Verarmungs-Feldeffekttransistor, wie beispielsweise einen Gallium-Arsenid-Feldeffekttransistor (GaAs-FET), und seine zugehörige Eingangs- und Ausgangsanpas sungsschaltung (nicht gezeigt). In einer alternativen Ausfüh rungsform könnte das Verstärkungsbauelement 201 einen Anrei cherungs-FET, einen bipolaren Flächentransistor (BJT) oder einen bipolaren Transistor mit Heteroübergang (HBT) und seine zugeordnete Eingangs- und Ausgangsanpassungsschaltung umfassen.

Die Speisespannungssteuerung 205 umfaßt vorzugsweise einen FET-Schalter, der unter der Steuerung eines Speisespannungs steuersignals 229 arbeitet, welches von einer Mikrosteuerein heit oder einem Mikroprozessor (nicht gezeigt) erzeugt wird. Die Vorspannungssteuerung 207 umfaßt vorzugsweise einen DC- Verstärker und/oder Pegelschieber, der unter der Steuerung eines Vorspannungssteuersignals 227 arbeitet, welches durch eine Mikrosteuereinheit oder einen Mikroprozessor (nicht gezeigt) erzeugt wird. Der Signalempfänger 211, welcher Filter, Mischer und Demodulatoren enthält, ist in der Technik gut bekannt; deshalb wird keine weitere Beschreibung gegeben, außer wenn es ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung erleichtert.

Die Arbeitsweise der Nachrichtenübertragungseinheit 200 ergibt sich gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorlie genden Erfindung im wesentlichen wie folgt. Zu Zwecken der Beschreibung wird angenommen, daß das Verstärkungsbauelement 201 ein Verarmungs-GaAs-FET ist. In der bevorzugten Ausfüh rungsform arbeitet die Nachrichtenübertragungseinheit gemäß einem Zeitteilungsduplex-Nachrichtenübertragungsprotokoll. D.h. die Nachrichtenübertragungseinheit 200 ist einer Sende frequenz und einem Sendezeitschlitz zur Übertragung von Informationen und einer Empfangsfrequenz und einem Empfangs zeitschlitz zum Empfang von Informationen zugeteilt. In der bevorzugten Ausführungsform ist die Empfangsfrequenz verschieden zur Sendefrequenz und der Empfangszeitschlitz ist von dem Sendezeitschlitz durch zwei oder mehrere Zeitschlitze getrennt. Solch ein Zeitteilungsduplex-Nachrichten übertragungsprotokoll wird in dem "iDEN" Nachrichtenübertra gungssystem verwendet, welches von Motorola, Inc., Schaum burg, Illinois, kommerziell verfügbar ist.

Wenn die Nachrichtenübertragungseinheit 200 bereit ist, ein Signal zu übertragen, tritt die Nachrichtenübertragungsein heit 200 in einen Sendemodus ein. In dem Sendemodus wird das Speisespannungssteuersignal 229 an die Speisespannungssteue rung 205 angelegt, um es der Speisespannungssteuerung 205 zu gestatten, die DC-Speisespannung 223 von der Leistungsver sorgung 203 zu einem Drainanschluß des GaAs-FET-Verstärkungs bauelements 201 zu liefern. Zusätzlich wird das Vorspannungs steuersignal 227 an die Vorspannungssteuerung 207 angelegt, um es der Vorspannungssteuerung 207 zu ermöglichen, eine negative Gate-Vorspannung 225 von einer Vorspannungsquelle (z. B. ein negativer Spannungsinverter) zu einem Gateanschluß des GaAs-FET-Verstärkungsbauelements 201 zu liefern. Die Größen der Speisespannung 223 und der negativen Gate-Vorspan nung 225 werden ausgewählt, um eine gewünschte Größe des verstärkten Signals 233 bereitzustellen. Zum Beispiel ist für ein Motorola MRFIC08K07 GaAs-FET-Verstärkungsbauelement 201, das für mobile Anwendungen vorgespannt ist, um 2 Watt Ausgangsleistung bei einer Frequenz von 850 Megahertz (MHz) zu erzeugen, die Speisespannung 223 vorzugsweise 3,5 Volt und die negative Gate-Vorspannung ist vorzugsweise -2,2 Volt.

Schließlich wird ein Steuersignal (V_c) zur Gestat tung/Verhinderung des Empfangs 231 an die PIN Diode 217 ange legt, was die PIN Diode 217 veranlaßt, Strom zu leiten und das Empfängerende der ¼-Wellenlänge-Übertragungsleitung 213 an die PIN Diode 217 wirkungsvoll kurzzuschließen. Durch Kurzschluß der Übertragungsleitung 213 weist die Übertra gungsleitung 213 tatsächlich eine offene Schaltungsimpedanz gegenüber dem Ausgang des Sendeverstärkers in Übereinstimmung mit der bekannten Übertragungsleitungstheorie auf, wodurch es im wesentlichen dem gesamten verstärkten Signal 233 ermög licht wird, an die Antenne 209 bereitgestellt zu werden. Sofern alle Steuersignale 227, 229, 231 angelegt werden, ist ein Eingangssignal 221 an dem GaAs-FET-Verstärkungsbauelement 201 vorhanden und wird von diesem verstärkt. Das verstärkte Signal 233 wird dann an die Antenne 209 geliefert, zur nachfolgenden Funkausbreitung.

Wenn die Nachrichtenübertragungseinheit 200 bereit ist, ein Signal zu empfangen, tritt die Nachrichtenübertragungseinheit 200 in einen Empfangsmodus ein. In dem Empfangsmodus wird das Eingangssignal 221 von dem Verstärkungsbauelement entfernt und so wie im Sendemodus wird das Speisespannungssteuersignal 229 an die Speisespannungssteuerung 205 angelegt, um es der Speisespannungssteuerung 205 zu ermöglichen, die DC-Speisespannung 223 von der Leistungsversorgung 203 an den Drainanschluß des GaAs-FET-Verstärkungsbauelements 201 zu liefern. Zusätzlich wird ebenso wie im Sendemodus das Vorspannungssteuersignal 227 an die Vorspannungssteuerung 207 angelegt, um es der Vorspannungssteuerung 207 zu ermöglichen, eine negative Gate-Vorspannung 225 von der Vorspannungsquelle an den Gateanschluß des GaAs-FET-Verstärkungsbauelements 201 zu liefern. Die Größe der negativen Gate-Vorspannung 225, die im Empfangsmodus angelegt wird, ist größer oder gleich der Größe der negativen Gate-Vorspannung 225, die im Sendemodus angelegt wird. In der bevorzugten Ausführungsform ist die Größe der negativen Gate-Vorspannung 225 in dem Empfangsmodus größer oder gleich der Größe der Abschnürspannung des speziellen GaAs-FET-Verstärkungsbauelements 201. Jedoch braucht eine negative Gate-Vorspannung 225 in dem Empfangsmodus nicht gleich sein zu der Abschnürspannung oder deren Größe überschreiten, damit diese Spannung 225 beginnt, eine Erhöhungswirkung auf die Ausgangsimpedanz (Z_out) des Sendeverstärkers zu haben.

Da das bevorzugte Verstärkungsbauelement 201 ein Verarmungs bauelement ist, erhöht sich die Ausgangsimpedanz des Sende verstärkers, wenn die Größe der negativen Gate-Vorspannung 225 ansteigt. In Abhängigkeit von den speziellen Anforderun gen der Nachrichtenübertragungseinheit 200 im Empfangsmodus kann deshalb eine Größe der negativen Gate-Vorspannung 225, die kleiner als die Größe der Abschnürspannung ist, das empfangene Signal mit einem Betrag belasten, der klein genug ist, um sich nicht auf die Empfangsarbeitsweise der Nachrich tenübertragungseinheit 200 auszuwirken. Abhängig von den besonderen Anforderungen der Nachrichtenübertragungseinheit 200 im Empfangsmodus, kann es außerdem nicht erforderlich sein, daß die Speisespannung 223 an das Verstärkungsbauele ment 201 angelegt wird- um die gewünschte Sendeverstärkeraus gangsimpedanz im Empfangsmodus zu erhalten. Bei empirischen Tests erhöhte die Zufuhr der Speisespannung 223 an das GaAs- FET-Verstärkungsbauelement 201 die Sendeverstärkerausgangsim pedanz um 400 Ohm im Vergleich zur Anlegung nur einer negati ven Gate-Vorspannung 225, die eine Größe gleich der Größe der Abschnürspannung des GaAs-FET-Verstärkungsbauelements hat. Die Zeitdiagrammdarstellung der Speisespannung 223, der nega tiven Gate-Vorspannung 225 und der Verstärkerausgangsimpedanz (Z_out) im Sendemodus und im Empfangsmodus sind in Fig. 3 dargestellt und werden unten detaillierter beschrieben.

Zusätzlich zur Anlegung der Speisespannung 223 und einer negativen Vorspannung 225 an das GaAs-FET-Verstärkungsbauele ment 201 in dem Empfangsmodus, entfernt die Nachrichtenüber tragungseinheit das Steuersignal (Vc) zur Gestattung/Verhin derung des Empfangs 231, wodurch die an der Antenne 209 von der ein ¼-Wellenlänge-Übertragungsleitung 213 bereitgestellte Impedanz reduziert wird und es den von der Antenne 209 empfangenen Signalen ermöglicht wird, an den Signalempfänger 211 über den DC-Sperrkondensator 215 bereitgestellt zu werden.

In der bevorzugten Ausführungsform ist die Nachrichtenüber tragungseinheit 200 auch in einem Bereitschaftsmodus betriebsfähig. Im Bereitschaftsmodus sendet die Nachrichten übertragungseinheit weder, noch empfängt sie. Vielmehr erwar tet die Nachrichtenübertragungseinheit 200 den Empfang von Signalen von einer Basisstation oder anderen Nachrichtenüber tragungsgeräten oder den Befehl zum Senden von dem Benutzer der Einheit. Es sind Verfahren für eine Nachrichtenübertra gungseinheit gut bekannt, um zu bestimmen, wann sie im Bereitschaftsmodus ist; deshalb wird keine weitere Beschrei bung solcher Bestimmungsverfahren angegeben. Wenn die Nach richtenübertragungseinheit bestimmt, daß sie im Bestimmungs modus ist, entfernt sie vorzugsweise die Vorspannung 225 und die Speisespannung 223 durch Entfernen des Vorspannungssteu ersignals 227 und des Speisespannungssteuersignals 229 oder, in Abhängigkeit von der Gestaltung der Vorspannungssteuerung 207 und der Speisespannungssteuerung 205, durch Anlegen eines geeigneten Vorspannungssteuersignals 227 an die Vorspannungs steuerung 207 und eines geeigneten Speisespannungssteuersig nals 229 an die Speisespannungssteuerung 205, um die Vorspan nung 225 bzw. die Speisespannung 223 zu entfernen. Durch Entfernung der Vorspannung 225 und der Speisespannung 223 im Bereitschaftsmodus, reduziert die Nachrichtenübertragungsein heit 200 den von dem Sendeverstärker gezogenen Strom während der Bereitschaft, wodurch die Batterielebensdauer vergrößert wird.

Deshalb liefert die vorliegende Erfindung, wie oben beschrie ben wurde, ein Verfahren und ein Gerät zur Erhöhung der Ausgangsimpedanz eines Sendeverstärkers einer Nachrichten übertragungseinheit während des Empfangsmodus durch Anlegen wenigstens einer Vorspannung (vorzugsweise Vor- und Speise spannungen) an das Verstärkungsbauelement des Sendeverstär kers sowohl im Sende- als auch im Empfangsmodus. Die Zufüh rung von geeigneten Vor- und Speisespannungen an das Verstär kungsbauelement des Sendeverstärkers im Empfangsmodus hebt die Ausgangsimpedanz des Sendeverstärkers auf einen Pegel, der hoch genug ist, um die Eliminierung von Antennenschaltern in Halbduplex- oder Zeitteilungsduplex-Nachrichtenübertra gungseinheiten zuzulassen. Durch Eliminierung des Bedarfs für einen Antennenschalter und des damit verbundenen inhärenten Einfügeverlustes gestattet es die vorliegende Erfindung dem Verstärkungsbauelement, mit einem geringeren RF-Ausgangslei stungspegel zu arbeiten als Nachrichtenübertragungseinheiten nach dem Stand der Technik. Indem es dem Verstärkungsbauele ment gestattet ist, mit einer niedrigeren Ausgangsleistung zu arbeiten, erfordert die vorliegende Erfindung durchschnitt lich weniger DC-Strom und erlaubt eine längere Gesprächszeit als bei einer Nachrichtenübertragungseinheit nach dem Stand der Technik, die den Antennenschalteransatz verwendet.

Obwohl die Arbeitsweise der Nachrichtenübertragungseinheit 200 oben in Bezug auf die Nutzung eines Verarmungs-GaAs-FET-Ver stärkungsbauelements 201 beschrieben wurde, wird der Fach mann erkennen, daß die vorliegende Erfindung auch dazu verwendet werden kann, die Ausgangsimpedanzen von Sendever stärkern zu erhöhen, die andere Typen von Verstärkungsbauele menten benutzen, wie beispielsweise Anreicherungs-FET-Ver stärkungsbauelemente oder BJT-Verstärkungsbauelemente.

Fig. 3 zeigt ein Zeitdiagramm 300, welches die Speisespannung 223, die Verstärkervorspannung 225 und die Verstärkeraus gangsimpedanz (Z_out) während Sende- und Empfangszeitschlitzen für die bevorzugte Nachrichtenübertragungseinheit aus Fig. 2 darstellt. In Zeitmehrfachzugriffs-(TDMA) Nachrichtenübertra gungssystemen (von denen ein Zeitteilungsduplexsystem eines der TDMA-Systeme ist), ist einer Nachrichtenübertragungsein heit ein Sendezeitschlitz auf einer Sendeträgerfrequenz zuge teilt, in welchem Sprache oder Daten zu übertragen sind, und ein Empfangszeitschlitz auf einer Empfangsträgerfrequenz zugeteilt, in welchem Sprache oder Daten zu empfangen sind. Die Zuteilung von Sende- und Empfangszeitschlitzen für Zeit teilungsduplex-Nachrichtenübertragungen ist gut bekannt; deshalb wird keine weitere Beschreibung solcher Zuteilungs prozeduren angegeben.

Wie gezeigt wurde, werden die Speisespannung 223 und die Vorspannung 225 an das Verstärkungsbauelement 201 angelegt, sowohl während der Empfangs- als auch während der Sendezeit schlitze. Die Größe der Vorspannung 225, die während des Sendezeitschlitzes angelegt wird, ist mit V_bias,tx bezeichnet; während die Größe der Vorspannung 225, die während des Empfangszeitschlitzes angelegt wird, mit V_bias,rx bezeichnet ist. In der bevorzugten Ausführungsform übersteigt, wie gezeigt wurde, die Größe der Vorspannung 225, die während des Empfangsmodus angelegt wird, die Größe der Vorspannung 225, die während des Sendemodus angelegt wird. Insbesondere ist die Größe der Vorspannung 225, die während des Empfangsmodus angelegt wird, vorzugsweise gleich einer Abschnürspannung des Verstärkungsbauelements des Sendeverstärkers. Zusätzlich wird die Vorspannung 225 für eine Zeitdauer (z.D. 2 Millisekunden) angelegt, noch vor dem Beginn der Sende- und Empfangsschlitze und für eine Zeitdauer (z. B. 2 Millisekunden) noch nach der Beendigung der Sende- und Empfangsschlitze; während die Spei sespannung 223 nur während der Sende- und Empfangszeit schlitze angelegt wird. Durch Anlegen der Vorspannung 225 noch vor und noch nach den Sende- und Empfangsschlitzen hat die Vorspannungssteuerung 207 genug Zeit, um eine stabile Vorspannung 225 an das Verstärkungsbauelement 201 bereitzu stellen.

Die Ausgangsimpedanz des Sendeverstärkers während der Sende- und Empfangszeitschlitze ist mit Z_out,tx bzw. Z_out,rx bezeich net. Die Ausgangsimpedanz des Sendeverstärkers während des Sendezeitschlitzes ist so ausgewählt, um diejenige Impedanz zu sein, die eine geeignete Leistungsfähigkeit (z. B. Ausgangsleistung, Wirkungsgrad und/oder Linearität) des Sendeverstärkers zu erzeugen, wenn die Nachrichtenübertra gungseinheit im Sendemodus ist. Der Wert der Ausgangsimpedanz des Sendeverstärkers während des Sendezeitschlitzes ist bestimmt durch die Speisespannung 223, die während des Sende zeitschlitzes angelegte Vorspannung 225 und durch das Ausgangsanpassungsnetzwerk des Verstärkungsbauelements. Für ein gegebenes Ausgangsanpassungsnetzwerk kann die Ausgangsim pedanz des Sendeverstärkers jedoch verändert werden, durch selektive Zuführung von Vor- und Speisespannungen. Deshalb sind während des Sendezeitschlitzes die Vor- und Speisespan nungen angelegt, um eine Sendeausgangsimpedanz zu schaffen; wobei während des Empfangszeitschlitzes die Vor- und Speise spannungen angelegt sind, um eine Empfangsausgangsimpedanz zu schaffen, welche in der bevorzugten Ausführungsform eine viel höhere Größe als die Größe der Sendeausgangsimpedanz hat. Durch geeignete Auswahl und Zuführung der Vor- und Speise spannungen kann die Empfangsmodusausgangsimpedanz des Sende verstärkers so eingestellt werden, daß sie einen minimalen Einfluß auf die Empfangsarbeitsweise der Nachrichtenübertra gungseinheit hat, wodurch der Bedarf für einen Antennenschal ter und der damit verbundene Verlust eliminiert wird.

Fig. 4 zeigt ein logisches Flußdiagramm 400 der Schritte, die von einer Nachrichtenübertragungseinheit ausgeführt werden, um die Ausgangsimpedanz eines Sendeverstärkers während eines Empfangsmodus der Nachrichtenübertragungseinheit gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu erhöhen. Der logische Ablauf beginnt (401) wenn ein Ausgang des Sendeverstärkers zu einer Antenne der Nachrichtenübertra gungseinheit gekoppelt wird (403) (z. B. über eine Übertra gungsleitung oder ein Kabel). In der bevorzugten Ausführungs form bleibt der Ausgang des Sendeverstärkers, anders als im Stand der Technik, in allen Betriebszuständen an die Antenne gekoppelt. Im Gegensatz zu Ansätzen nach dem Stand der Tech nik, bei denen der Ausgang des Sendeverstärkers nur während eines Sendemodus an die Antenne gekoppelt ist, hält die vorliegende Erfindung deshalb die Kopplung zwischen dem Ausgang des Sendeverstärkers und der Antenne sowohl während des Sende- als auch während des Empfangsarbeitsmodus aufrecht.

Sofern die Antenne zu dem Ausgang des Sendeverstärkers gekop pelt ist, beginnt die Nachrichtenübertragungseinheit in einem der drei Moden zu arbeiten. Konsequenterweise bestimmt die Nachrichtenübertragungseinheit (405), in welchem Arbeitsmodus sie sich aktuell befindet. Die Bestimmung des Arbeitsmodus der Nachrichtenübertragungseinheit ist gut bekannt; deshalb wird keine weitere Beschreibung angegeben. Über die Bestim mung, daß die Nachrichtenübertragungseinheit im Sendemodus ist, legt die Nachrichtenübertragungseinheit Sendevor- und Sendespeisespannungen an das Verstärkungsbauelement des Sendeverstärkers an (407), um es dem Sendeverstärker zu ermöglichen, ein Eingangssignal auf einen gewünschten Ausgangspegel zu verstärken. Das verstärkte Signal wird zur Übertragung an die Antenne geliefert und der logische Ablauf endet (409).

Über die Bestimmung, daß die Nachrichtenübertragungseinheit im Bereitschaftsmodus ist, entfernt die Nachrichtenübertra gungseinheit die Vor- und Speisespannungen von dem Verstär kungsbauelement des Sendeverstärkers (411), um die Batterie leistung zu schonen, und der logische Ablauf endet (409). Über die Bestimmung, daß die Nachrichtenübertragungseinheit im Empfangsmodus ist, legt die Nachrichtenübertragungseinheit schließlich Empfangsvor- und Empfangsspeisespannungen an das Verstärkungsbauelement des Sendeverstärkers an (413), um die Ausgangsimpedanz des Sendeverstärkers auf einen Pegel zu erhöhen, der hoch genug ist (z. B. das 100-fache der Eingangs impedanz des Signalempfängers der Nachrichtenübertragungsein heit), um eine wesentliche Belastung der empfangenen Signale durch den Sendeverstärker zu verhindern. In der bevorzugten Ausführungsform legt die Nachrichtenübertragungseinheit Iden tische Speisespannungen an das Verstärkungsbauelement des Sendeverstärkers während der Empfangs- und Sendemoden an) aber wesentlich unterschiedliche Vorspannungen (z. B. eine Abschnürspannung im Empfangsmodus und eine Spannung, um die lineare Klasse-AB-Arbeitsweise des Verstärkungsbauelements des Sendeverstärkers im Sendemodus zu schaffen). Jedoch könnte in einer alternativen Ausführungsform die Nachrichten übertragungseinheit verschiedene Speisespannungen anlegen, so wie verschiedene Vorspannungen, während der Empfangs- und Sendemoden. In einer anderen Ausführungsform könnte die Nach richtenübertragungseinheit weiterhin nur eine Vorspannung und keine Speisespannung während des Empfangsmodus anlegen, wenn die Zuführung der Vorspannung die Ausgangsimpedanz des Sende verstärkers auf einen Pegel erhöht, der hoch genug ist, um eine wesentliche Delastung der empfangenen Signale durch den Sendeverstärker zu verhindern.

Die vorliegende Erfindung umfaßt ein Verfahren und ein Gerät zur Erhöhung einer Ausgangsimpedanz eines Sendeverstärkers einer Nachrichtenübertragungseinheit während eines Empfangs modus der Nachrichtenübertragungseinheit. Mit solch einer Erfindung kann der Antennenschalter der Halbduplex- und Zeit teilungsduplex-Nachrichtenübertragungseinheiten nach dem Stand der Technik eliminiert werden, wodurch es dem Sendever stärker der Nachrichtenübertragungseinheit ermöglicht wird, bei geringeren Ausgangsleistungspegeln (und demgemäß geringe ren DC-Eingangsleistungspegeln) als entsprechende Verstärker nach dem Stand der Technik zu arbeiten. Durch Verbrauch von weniger DC-Leistung im Sendemodus wird eine Nachrichtenüber tragungseinheit, die die vorliegende Erfindung enthält, durchschnittlich mehr Gesprächszeit bereitstellen als eine existierende Nachrichtenübertragungseinheit, die einen Anten nenschalter enthält. Darüberhinaus liefert die vorliegende Erfindung eine Gesprächszeitverbesserung, ohne Gefährdung der Isolation zwischen dem Sendeverstärker und dem Empfänger. Durch Anlegen einer geeigneten Vorspannung und, wenn nötig, einer Speisespannung an den Sendeverstärker während des Empfangsmodus, erhöht die vorliegende Erfindung die Ausgangs impedanz des Sendeverstärkers auf einen Pegel, der geeignet ist, zu verhindern, daß der Sendeverstärker sich wesentlich auf die empfangenen Signale auswirkt.

Während die vorliegende Erfindung insbesondere in Bezug auf speziellen Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurde, wird es für den Fachmann verständlich sein, daß verschiedene Veränderungen in der Form und den Details vorgenommen werden können, ohne den Sinn und den Bereich der vorliegenden Erfin dung zu verlassen. Zum Beispiel wird ein Fachmann erkennen, daß die ¼-Wellenlänge-Übertragungsleitung 213 durch annähernd angeordnete konzentrierte Schaltelemente (d. h. Kondensatoren und Spulen) ersetzt werden kann, um die Funktionalität der ¼-Wellenlänge-Übertragungsleitung 213 annähernd zu erreichen.

Claims

1. Verfahren zur Erhöhung einer Ausgangsimpedanz des Sende verstärkers während des Empfangsmodus in einer Nachrich tenübertragungseinheit, die einen Sendeverstärker und eine Antenne enthält, wobei die Nachrichtenübertragungseinheit wenigstens in einem Sendemodus und in einem Empfangsmodus betriebsfähig ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:
in dem Empfangsmodus:

- Kopplung des Sendeverstärkers an die Antenne; und
- Anlegen einer ersten Vorspannung an ein Verstärkungsbau element des Sendeverstärkers, um die Ausgangsimpedanz des Sendeverstärkers zu erhöhen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, weiter die folgenden Schritte umfassend:
in dem Sendemodus:

- Kopplung des Sendeverstärkers an die Antenne;
- Anlegen einer zweiten Vorspannung an das Verstärkungs bauelement, um es dem Sendeverstärker zu gestatten, ein Eingangssignal zu verstärken; und
- Anlegen einer Speisespannung an das Verstärkungsbauele ment.

3. Verfahren nach Anspruch 1, weiter umfassend den Schritt des Anlegens einer Speisespannung an das Verstärkungsbau element während des Empfangsmodus, um die Ausgangsimpedanz des Sendeverstärkers weiter zu erhöhen.

4. Nachrichtenübertragungseinheit, die wenigstens in einem Sendemodus und einem Empfangsmodus betriebsfähig ist, wobei die Nachrichtenübertragungseinheit umfaßt:

- eine Antenne; und
- einen Sendeverstärker, der sowohl während des Sendemodus als auch während des Empfangsmodus an die Antenne gekop pelt ist, und der ein Verstärkungsbauelement und eine an das Verstärkungsbauelement gekoppelte Vorspannungssteue rung enthält, wobei die Vorspannungssteuerung eine erste Vorspannung an das Verstärkungsbauelement während des Empfangsmodus anlegt, um eine Ausgangsimpedanz des Sendeverstärkers während des Empfangsmodus zu erhöhen.

5. Nachrichtenübertragungseinheit nach Anspruch 4, weiter umfassend eine an das Verstärkungsbauelement gekoppelte Leistungsversorgung, die eine Speisespannung an das Verstärkungsbauelement wenigstens während des Sendemodus anlegt.

6. Nachrichtenübertragungseinheit nach Anspruch 4, wobei die Vorspannungssteuerung weiterhin eine zweite Vorspannung an das Verstärkungsbauelement während des Sendemodus anlegt, um es dem Sendeverstärker zu gestatten, ein Eingangssignal während des Sendemodus zu verstärken.

7. Nachrichtenübertragungseinheit nach Anspruch 6, wobei das Verstärkungsbauelement ein Verarmungsbauelement ist, wobei die erste Vorspannung und die zweite Vorspannung Spannun gen sind, und wobei eine Größe der ersten Vorspannung größer als oder gleich einer Größe der zweiten Vorspannung ist.

8. Nachrichtenübertragungseinheit nach Anspruch 7, wobei das Verstärkungsbauelement ein Gallium-Arsenid-Bauelement ist, und wobei eine Größe der ersten Vorspannung größer als oder gleich einer Größe einer Abschnürspannung des Verstärkungsbauelements ist.

9. Nachrichtenübertragungseinheit nach Anspruch 4, weiter umfassend einen Signalempfänger, der während des Empfangs modus betriebsfähig an die Antenne gekoppelt ist.

10. Nachrichtenübertragungseinheit nach Anspruch 4, weiter umfassend:

- eine Übertragungsleitung, die mit einem ersten Ende an die Antenne und den Sendeverstärker gekoppelt ist, und die eine elektrische Länge von einem Viertel der Wellenlänge einer Übertragungsfrequenz der Nachrich tenübertragungseinheit hat;
- eine Diode, die zwischen ein zweites Ende der Übertra gungsleitung und eine Signalmasse gekoppelt ist, wobei die Diode während des Sendemodus Strom leitet; und
- einen Signalempfänger, der an das zweite Ende der Übertragungsleitung gekoppelt ist.