DE4029788A1 - Antennenumschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Antennenumschalter nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Derartige Antennenumschalter finden vor allem Verwendung in Funk-Sende-Empfangsgeräten, insbesondere in tragbaren batteriebetriebenen Geräten mit entsprechenden Anforderun­ gen an geringen Platzbedarf und geringen Energieverbrauch. Da in typischer Betriebsweise solcher Funkgeräte rund 90% der Betriebszeit in Empfangsbereitschaft verbracht wird, ist die Stromaufnahme in diesem Betriebszustand von beson­ derer Bedeutung.

Antennenumschalter können in speziellen Ausführungen so gebaut werden, daß im Empfangsfall kein Steuerstrom fließt. Derartige Lösungen sind aber vergleichsweise teuer und platzaufwendig. Demgegenüber sind gebräuchliche Di­ odenschalter, bei welchen im Empfangsfall durch die im Empfangszweig zwischen Antenne und Empfängereingang ange­ ordnete Diode ein Strom fließt und dadurch den Dioden­ schalter zum Empfänger öffnet, mit einfachen Mitteln re­ alisierbar. Da die Durchgangsdämpfung des geöffneten Schalters sehr gering sein muß, um die Empfängerempfind­ lichkeit nicht unzulässig zu beeinträchtigen, und die Durchgangsdämpfung in etwa umgekehrt proportional zum Di­ odenstrom ist, ist der erforderliche Strom für den Anten­ nenumschalter eine durchaus bedeutende Größe für den Ener­ gieverbrauch des Gerätes.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen An­ tennenumschalter der eingangs genannten Art mit gegenüber dem Stand der Technik verringertem Energieverbrauch an­ zugeben.

Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 beschrieben. Die Un­ teransprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.

Der erfindungsgemäße Antennenumschalter zeigt beim Empfang eines Nutzsignals dieselben Eigenschaften wie ein herkömm­ licher Diodenschalter, nimmt aber im Betriebszustand der Empfangsbereitschaft, d. h. im Empfangsbetrieb ohne Vor­ liegen eines Nutzsignals, bedeutend weniger Strom auf. Ge­ genüber dem Aufbau eines herkömmlichen Diodenschalters ist lediglich die Umschaltungsmöglichkeit auf den geringeren Ruhestromwert vorzusehen, was mit einfachen Mitteln mög­ lich ist.

Die Umschaltung zwischen den beiden Ruhestromwerten durch die Diode bewirkt eine Hysterese im Empfangsverhalten über der HF-Antennenspannung. Als Parameter für den Signalde­ tektor bei der Erkennung eines Nutzsignals durch Vergleich mit einer ggf. einstellbaren Schwelle dient vorzugsweise die HF-Eingangsspannung des Empfängers oder der NF-Störab­ stand. Besonders vorteilhaft ist der erfindungsgemäße An­ tennenumschalter daher in Verbindung mit einer für Funk­ empfänger gebräuchlichen Rauschsperre, welche den Empfän­ ger-NF-Weg erst nach Überschreiten eines vorgegebenen Schwellwertes für die HF-Eingangsspannung, den NF-Störab­ stand oder dgl. freigibt. Gesperrt wird der NF-Weg durch die Rauschsperreauswerteschaltung erst bei Unterschreiten dieser Schwelle zuzüglich einer vorgebbaren Hysterese von üblicherweise 3 dB.

Bei der Erfindung wird diese für eine Rauschsperre ohnehin gewünschte Hysterese im Signalweg vor dem Empfänger durch die zur Energieeinsparung vorgesehene Umschaltung zwischen den beiden Ruhestromwerten für die Diode des Antennenum­ schalters erzielt, so daß für die Rauschsperre keine ge­ sonderte Hysterese vorgesehen zu sein braucht. Die Rausch­ sperre ist vorzugsweise zusammen mit der Umschaltung des Diodenstroms direkt von dem Signaldetektor gesteuert.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines Ausführungsbei­ spiels unter Bezugnahme auf die Abbildungen noch eingehend veranschaulicht. Dabei zeigt

Fig. 1 eine prinzipielle Anordnung nach der Erfindung,

Fig. 2 die mit einer solchen Anordnung bewirkte Schalthy­ sterese.

Bei der in Fig. 1 skizzierten Schaltungsanordnung wird ausgegangen von einem Funkgerät mit einem Sender und einem Empfänger, die über einen Antennenumschalter wechselweise mit einer gemeinsamen Sende-Empfangs-Antenne verbindbar sind. Die Schalterstellungen der beiden Schalter SI, SII sind für den Betriebszustand Empfangsbereitschaft einge­ zeichnet.

Wesentlicher Bestandteil des an sich bekannten Antennenum­ schalters nach dem Prinzip des Diodenschalters sind die beiden Dioden DS und DE im Sende- bzw. Empfangszweig. Im Sendefall steht der Sende-Empfangs-Umschalter SI in der in der Skizze mit unterbrochener Linie eingezeichneten Stel­ lung und ein vorgegebener Ruhestrom I3, dessen Höhe durch die positive Betriebsspannung +U und die Widerstände R3 und RL festgelegt ist, fließt durch die Diode DS und gibt den Signalweg vom Sender zur Antenne für ein Hochfrequenz (HF)-Sendesignal frei. Die Diode DE im Empfangszweig ist stromlos und sperrt den Empfängereingang gegen das am An­ tennenanschluß anliegende Sendesignal. Der Diodenschalter ist gleichstrommäßig von Sender, Empfänger und Antenne durch die Kapazitäten CS, CE und CA getrennt.

Im Empfangsfall fließt in entsprechender Weise ein Ruhe­ strom durch die Diode DE und gibt den Signalweg von der Antenne zum Empfänger für ein HF-Empfangssignal frei. Die jetzt stromlose Diode DS sperrt den Sendezweig. Um die Empfindlichkeit des Empfängers für von der Antenne aufge­ nommene Funksignale nicht unzulässig zu beeinträchtigen, muß die Durchlaßdämpfung der Diode DE sehr gering sein. Dies bedingt, daß der Ruhestrom durch die Diode einen be­ stimmten Wert nicht unterschreiten darf. Typische Werte in gebräuchlichen Funkgeräten sind 0,3 dB als verbleibende Signaldämpfung zwischen dem HF-Signal e am Antennenan­ schluß und dem HF-Signal e′ am Empfängereingang bei einem Ruhestrom von 10 mA durch die Diode DE.

Wesentlich für die Erfindung ist die Erkenntnis, daß eine stärkere Signaldämpfung bei der Empfangsbereitschaft des Funkgerätes keinen Nachteil bringt, wenn für den Empfang eines Nutzsignals wiederum eine sehr geringe Dämpfung ge­ währleistet ist, und daß eine hysteresebehaftete Ansprech­ schwelle des Funkgerätes in Form der Rauschsperre ge­ bräuchlich ist. Dies wird zur Energieeinsparung in der Weise ausgenutzt, daß neben dem für den weitgehend unge­ dämpften Empfang eines Nutzsignals erforderlichen Ruhe­ strom durch die Diode DE, dessen Wert I2 durch die zuläs­ sige verbleibende Durchgangsdämpfung der Diode festgelegt und durch den Widerstand R2 einstellbar ist, ein weiterer niedrigerer Ruhestromwert I1 vorgesehen ist, der einer um Δ höheren Durchgangsdämpfung der Diode DE entspricht. Mit­ tels des Schalters SII kann zwischen den beiden Ruhestrom­ werten umgeschaltet werden. Bei Empfangsbereitschaft des Funkgerätes ohne Vorliegen eines HF-Nutzsignals befindet sich der Schalter SII in der in Fig. 1 eingezeichneten Stellung und ein Strom I1 fließt durch die Diode DE. Die entsprechende Signaldämpfung zwischen e und e′ ist durch den unteren Kurvenweg des Diagramms in Fig. 2, das die Ab­ hängigkeit des gedämpften Signals e′ vom ungedämpften Si­ gnal e in logarithmischer Skalierung zeigt, repräsentiert.

Im Empfänger ist ein Signaldetektor Det vorhanden, der fortlaufend die Signalspannung des HF-Signals e′ am Emp­ fängereingang überwacht und mit einer vorgegebenen ggf. einstellbaren Ansprechschwelle T vergleicht. Solange die Signalspannung von e′ unter der Schwelle T liegt, bleibt der Schalter SII in der eingezeichneten Stellung. Wenn die Signalspannung von e′ am Empfängereingang die Schwelle T überschreitet, schaltet der Signaldetektor Det über das Steuersignal P den Schalter SII in die mit unterbrochener Linie eingetragene Stellung. Hierdurch wird der Ruhestrom durch die Diode DE auf den Wert I2 erhöht und entsprechend die Durchgangsdämpfung der Diode um einen Betrag Δ verrin­ gert. Dies wiederum bewirkt einen entsprechenden Anstieg der Signalspannung am Empfängereingang. Solange die Si­ gnalspannung des nunmehr annähernd ungedämpften HF-Ein­ gangssignals über der Schwelle T liegt (oberer Kurvenzug in Fig. 2), bleibt der Schalter SII in seiner Stellung und das Antenneneingangssignal gelangt weitgehend ungedämpft zum Empfänger. Erst wenn die Signalspannung unter die Schwelle T fällt, bewirkt der Signaldetektor wieder eine Umschaltung auf den geringeren Ruhestrom I1 mit entspre­ chend um Δ höherer Signaldämpfung in DE. Die feste Schwelle T für das Empfängereingangssignal e′ wirkt auf das Antennensignal e wie zwei fiktive, um den Hysteresehub Δ auseinanderliegende Schwellwerte e1 und e2.

Während der Strom I2 durch die für den Empfang eines HF- Nutzsignals zulässige verbleibende Durchgangsdämpfung in DE festgelegt ist und beispielsweise 10 mA beträgt, ist der Strom I1 so einzustellen, daß die zusätzliche Dämpfung Δ die Erkennung des Vorliegens eines Nutzsignals durch den Detektor gewährleistet. Bei einer zusätzlichen Dämpfung von Δ = 3 dB reduziert sich beispielsweise der Strom durch den Antennenumschalter bei Empfangsbereitschaft auf I1 = 3 mA.

Der Empfänger in Fig. 1 enthält zusätzlich noch eine Rauschsperre RS, die den Signalweg im Niederfrequenz (NF)- Teil des Empfängers je nach Schaltzustand freigibt oder sperrt. Diese Rauschsperre wird vorteilhafterweise zusam­ men mit dem Schalter SII durch dasselbe Steuersignal P in der Weise betätigt, daß bei geringerem Diodenstrom I1 (hö­ here Signaldämpfung in DE) den NF-Weg sperrt und bei höhe­ rem Diodenstrom I2 (sehr geringe Dämpfung in DE) den NF- Weg z. B. für ein demoduliertes Sprachsignal oder Datensi­ gnal freigibt. Gegenüber einem Funkgerät mit Rauschsperre erhöht sich der Aufwand für die vorliegende Erfindung le­ diglich um die Mittel zur Einstellung des verringerten Ru­ hestroms I1 und zur Umschaltung zwischen den Ruhestromwer­ ten I1 und I2, im skizzierten Beispiel also R1 und SII.

Anstelle der Signalspannung des Empfängereingangssignals kann für den Signaldetektor auch ein anderer geeigneter Signalparameter, beispielsweise der NF-Störabstand heran­ gezogen werden. Die günstige Anordnung der Rauschsperre RS im Signalweg des Empfängers ist dem Fachmann geläufig. Die Ausführung und Anordnung der Schalter und der Mittel zur Einstellung der Ruhestromwerte sind nicht auf das skiz­ zierte Beispiel beschränkt.

Claims (4)

1. Antennenumschalter zum wechselweisen Anschließen eines Senders oder eines Empfängers an eine gemeinsame Antenne mit einer zwischen Antenne und Empfängereingang angeordne­ ten Diode mit durch veränderbaren Ruhestrom einstellbarem Dämpfungsverhalten, dadurch gekennzeichnet, daß für den Empfangsfall zwei unterschiedliche Ruhestromwerte durch die Diode entsprechend zwei verschiedenen Dämpfungswerten vorgesehen sind und daß ein Signaldetektor mit Detektions­ schwelle im Empfänger die Umschaltung zwischen den beiden Ruhestromwerten steuert.

2. Antennenumschalter nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Signaldetektor die HF-Eingangsspannung des Empfängers überwacht.

3. Antennenumschalter nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Signaldetektor den NF-Signal-Störabstand überwacht.

4. Antennenumschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger eine Rausch­ sperre enthält, die vom Signaldetektor gleichzeitig mit der Ruhestromumschaltung geschaltet wird.