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Technisches Umfeld
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Sende-Empfänger zum
Einsatz in einem Zeitmultiplexsystem und einen derartigen Sende-Empfänger ausgeführt als
integrierte Schaltung.
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Hintergrund der Erfindung
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Ein
Funk-Sende-Empfänger
umfasst einen Ausgang von einem Senderleistungsverstärker, einen
Eingang zu einem Empfänger
und eine Antenne. Wenn der Sende-Empfänger empfängt, wird
Energie von der Antenne zum Empfängereingang
geleitet, während
beim Senden Energie vom Senderausgang zur Antenne geleitet wird.
In einem Zeitmultiplexsystem (engl. Time Division Multiple Access,
TDMA) wird die Funktion der Sicherstellung, dass die Energie korrekt
weitergeleitet wird, häufig
mit Hilfe von Schaltern (beispielsweise PIN-Dioden) ausgeführt.
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Manche
bekannten TDMA-Sende-Empfänger
nutzen eine geeignete Auswahl der Impedanzen anstelle von Schaltern
ein, um die Energie in geeigneter Weise zu leiten. Beim Senden kann
beispielsweise die Impedanz, die vor dem Empfängereingang liegt, veranlasst
werden, eine Reflexion zu erzeugen, wodurch sichergestellt wird,
dass die gesamte Leistung vom Senderausgang ausgestrahlt wird. In
gleicher Weise kann die Impedanz des Senderausgangs beim Empfangen
veranlasst werden, eine Reflexion zu erzeugen, so dass die empfangene
Energie von der Antenne in den Empfängereingang fließt.
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Es
ist wohlbekannt, dass ein Schaltkreis mit einer hohen Impedanz (d.
h. eine wirksame Leerlaufschaltung) eine Reflexion erzeugt und eine
derartige Wahl für
eine Anzahl von Funk-Sende-Empfängern mit
geringer Leistung eingesetzt wird. Diese Wahl bewirkt jedoch starke
Spannungsschwankungen, die ihrerseits störende Signale über nicht
lineare Effekte erzeugen können.
Ein Exemplar derartiger Schaltkreise ist in dem Dokument
EP 625831 beschrieben.
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Ein
alternativer Lösungsansatz
besteht darin, Schaltkreisbauteile auszuwählen, die einen niedrigen Impedanzzustand
erzeugen (d. h. einen wirksamen Kurzschluss).
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Bei
einem derartigen Schaltkreis ist jedoch ein Übertragungsleitungsschaltkreis
oder entsprechendes erforderlich, um die niedrige Impedanz am Verbindungspunkt
der beiden Signalpfade auf eine hohe Impedanz abzubilden. Daraus
ergibt sich eine zusätzliche
Komplexität
des Schaltkreises.
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Beschreibung der Erfindung
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte
Schaltfunktion für
einen TDMA-Sende-Empfänger
zu schaffen.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Sende-Empfänger zur
Verwendung in einem Zeitmultiplexsystem geschaffen, wobei der Sende-Empfänger Folgendes
umfasst: Sendemittel, Empfangsmittel, erste Verbindungsmittel zum
Verbinden der Sendemittel mit einem ersten Port einer Antenne und
zweite Verbindungsmittel zum Verbinden des Empfängers mit einem zweiten Port
der Antenne, wobei erste Mittel mit niedriger Impedanz geschaffen
werden, um mindestens einen Port der Antenne mit einer HF-Masse
zu verbinden, wenn der Sende-Empfänger als Sender funktioniert, und
zweite Mittel mit niedriger Impedanz geschaffen werden, um mindestens
einen Port der Antenne mit einer HF-Masse zu verbinden, wenn der
Sende-Empfänger
als Empfänger
funktioniert.
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Die
ersten und zweiten Impedanzmittel können durch Schalter mit niedriger
Impedanz geschaffen werden, wobei jedes einen Port der Antenne mit einer
HF-Masse verbindet. Eine derartige Anordnung hat den Vorteil, dass
keine Schalter im Signalpfad erforderlich sind und sie direkt auf
einem Chip implementiert werden kann, wenn der Sende-Empfänger als
integrierte Schaltung ausgeführt
wird. Durch die Wahl einer geeigneten Antenne, beispielsweise einer gefalteten
Einpolantenne, deren eines Ende im Betrieb mit Masse verbunden werden
muss, wird automatisch eine Isolierung zwischen den Sendemitteln und
den Empfangsmitteln erreicht.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein gemäß dem ersten
Aspekt der Erfindung konstruierter Sende-Empfänger geschaffen, der als integrierte
Schaltung ausgeführt
ist.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im
Folgenden näher
beschrieben. Es zeigen:
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1 ein
Schaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung im Sendebetrieb,
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2 ein
Schaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung im Empfangsbetrieb,
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3 ein
Schaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung im Sendebetrieb,
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4 ein
Schaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung im Empfangsbetrieb,
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5 ein
Schaltbild eines dritten Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung im Sendebetrieb,
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6 ein
Schaltbild eines dritten Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung im Empfangsbetrieb und
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7 ein
Schaltbild einer Differentialversion des zweiten Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung im Sendebetrieb.
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In
den Zeichnungen wurden die gleichen Bezugszeichen zur Bezeichnung
von gleichen Merkmalen verwendet.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Bezug
nehmend auf 1 umfasst ein erstes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung eine gefaltete Einpolantenne 102 und
einen Sende-Empfänger,
der einen Sender 104 und einen Empfänger 106 umfasst.
Während
des Betriebs wird einer derartigen Antenne 102 an einem
Ende ein Signal zur Übertragung
zugeführt,
während
das andere Ende mit Masse verbunden ist. Signale vom Sender 104 werden über eine
erste Leitung 108 dem einen Ende der Antenne 102 zugeführt, während die
Signale vom anderen Ende der Antenne 102 dem Empfänger 106 über eine
zweite Leitung 110 zugeführt werden. Es werden erste
und zweite Schalter 112, 114 vorgesehen, die im
geschlossenen Zustand eine entsprechende der ersten und zweiten
Leitungen 108, 110 mit Masse verbinden. Eine Verbindung 116 zwischen
den Schaltern stellt sicher, dass, wenn der erste Schalter 112 offen
ist, der zweite Schalter 114 geschlossen ist und umgekehrt.
Wie abgebildet, ist der zweite Schalter 114 geschlossen,
wodurch die zweite Leitung 110 und damit der Eingang des
Empfängers 106,
der daher keine Signale empfängt,
mit Masse verbunden werden. Der Sender 104 ist mit der
nicht mit Masse verbundenen Seite der Antenne 102 verbunden
und empfängt
daher nach Bedarf Signale.
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2 zeigt
das gleiche Ausführungsbeispiel, jedoch
im Empfangsbetrieb. Der erste Schalter 112 ist geschlossen,
wodurch die erste Leitung 108 und somit der Ausgang des
Senders 104 mit Masse verbunden werden. Der zweite Schalter 114 ist
offen, wodurch die von der Antenne 102 empfangenen Signale
die über
die zweite Leitung 110 zum Eingang des Empfängers 106 weitergeleitet
werden können.
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Bei
Verwendung zusammen mit einem integrierten Sende-Empfänger ermöglicht eine
erfindungsgemäße Anordnung
eine Reduzierung der Anzahl der erforderlichen externen Bauteile
(außerhalb des
Chips). Außer
einer Reduzierung der Anzahl der Bauteile reduziert die Anordnung
auch Energieverluste und verbessert die Signalintegrität, da keinerlei Schalter
im Signalpfad erforderlich sind.
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Eine
nützliche
Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels
besteht darin, die Antenne 102 zu nutzen, um einen Gleichstrompfad
für den
Ausgang eines Leistungsverstärkers
zu schaffen, der in den Sender 104 integriert ist, wodurch
es nicht mehr erforderlich ist, einen getrennten Gleichstrompfad
für den
stehenden Strom durch die Leistungsverstärker-Ausgangsstufe zu schaffen.
Ein zweites Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, in das diese Abwandlung integriert ist,
ist in den 3 (Sendebetrieb) und 4 (Empfangsbetrieb)
dargestellt. Während
des Sendebetriebs ist die zweite Leitung 110 über den
zweiten Schalter 114 mit einer Gleichspannungsversorgung
Vc verbunden, die auch als Erde für die Hochfrequenzsignale
dient. Für
die korrekte Einstellung der Gleichspannungspegel im Empfänger 106 ist
ein Kondensator 302 vorgesehen.
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Bei
allen oben genannten Konfigurationen können bei Bedarf Filter- und
Anpassungsschaltungen eingefügt
werden. Die 5 (Sendebetrieb) und 6 (Empfangsbetrieb)
zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, bei der ein Sendefilter 502 zwischen
den Sender 104 und die erste Leitung 108 und ein
Empfangsfilter 504 zwischen die zweite Leitung 110 und
den Empfänger 106 geschaltet
sind. Die Möglichkeit,
unterschiedliche Filterschaltungen in den Sende- und den Empfangssignalpfad
zu integrieren, ist besonders in einem Frequenzduplexsystem von
Nutzen, bei dem sich gesendete und empfangene Signale auf verschiedenen
Frequenzbändern
befinden. Da die durch die Filter 502, 504 geschaffene
Filterung nur für
ein Band angepasst zu werden braucht, nämlich entweder das Sende- oder
das Empfangsband, wird die Auslegung jedes Filters vereinfacht und
ein besseres Leistungsvermögen
ermöglicht.
Zusätzlich dazu
kann die Anpassung an die Antenne 102 anders erfolgen und
getrennt für
Sende- und Empfangsfunktionen optimiert werden und nicht als Breitbandanpassung.
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Die
vorliegende Erfindung kann ferner auf eine Differentialschaltung
angewendet werden. 7 zeigt eine Differentialversion
des zweiten Ausführungsbeispiels
im Sendebetrieb. Zwei gefaltete Einpolantennen 102 werden
im Differentialbetrieb von einem Differentialsender 704 über erste
Leitungen 708 versorgt und versorgen einen Differentialempfänger 706 über zweite
Leitungen 710. Erste Schalter 712 verbinden im
geschlossenen Zustand die ersten Leitungen 708 mit Masse,
und zweite Schalter 714 verbinden die zweiten Leitungen 710 mit
der Gleichspannungsversorgung Vc. Eine Verbindung 716 zwischen
den Schaltern 712, 714 stellt sicher, dass eines
der Schalterpaare offen ist, wenn das andere geschlossen ist. Die
Kondensatoren 718 ermöglichen
die korrekte Einstellung der Gleichspannungspegel im Empfänger 706.
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Die
vorliegende Erfindung wurde zwar mit Bezug auf die Verwendung einer
gefalteten Einpolantenne 102 beschrieben, kann jedoch auf
jegliche andere Antenne angewendet werden, bei der die Verbindungen
zum Sender 104 und zum Empfänger 106 an verschiedenen
Punkten an der Antennenstruktur erfolgen. Veränderungen der Impedanz zwischen dem
Sende- und dem Empfangsbetrieb beeinträchtigen sowohl die Lenkung
von Signalen zu/von der Antenne 102 als auch die Funktion
der Antenne 102 selbst. Im Allgemeinen kann die Antenne 102 mehr als
zwei Ports aufweisen, und die Änderungen
der Impedanz können
an Ports der Antenne durchgeführt werden,
durch die nicht Energie fließen
muss.
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Die
vorliegende Erfindung kann im Besonderen bei PIFA-Antennen (engl.
planar inverted-F antenna) eingesetzt werden, bei denen verschiedene Betriebsarten
möglich
sind. Beispiele für
geeignete Antennen sind in unserer gleichzeitig anhängigen, unveröffentlichten
UK-Patentanmeldung 0105440.2 (Referenz des Anmelders PHGB010034)
beschrieben.
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Aus
der Lektüre
der vorliegenden Beschreibung werden dem Fachkundigen weitere Abwandlungen
ersichtlich sein. Bei derartigen Abwandlungen können andere Merkmale umfassen,
die von der Konstruktion, der Herstellung und der Verwendung von
Sende-Empfängern
her bekannt sind und die an Stelle von oder zusätzlich zu den bereits hier
beschriebenen Merkmalen verwendet werden können. Die Ansprüche wurden
in dieser Anmeldung zwar in Bezug auf spezielle Kombinationen von
Merkmalen formuliert, es versteht sich jedoch, dass der Rahmen der
Darlegung der vorliegenden Anmeldung auch jegliche neuen Merkmale
oder jegliche neue Kombination von hier beschriebenen Merkmalen
entweder explizit oder implizit oder jegliche Verallgemeinerung hiervon
einschließt,
unab hängig
davon, ob sie sich auf die selbe Erfindung, wie sie hier in jedem
Anspruch beschrieben ist, und unabhängig davon, ob sie ein beliebiges
der gleichen technischen Probleme wie die vorliegende Erfindung
löst oder
alle. Die Anmelder teilen hierdurch mit, dass neue Ansprüche für derartige
Merkmale bzw. Kombinationen von Merkmalen während der Verfolgung der vorliegenden
Anmeldung oder einer beliebigen weiteren hiervon abgeleiteten Anmeldung
formuliert werden können.
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In
der vorliegenden Spezifikation und den Ansprüchen schließt das Wort „ein" oder „eine" " (englisch: "a" oder "an") vor einem Element
nicht das Vorhandensein einer Vielzahl derartiger Elemente aus.
Ferner schließt
das Wort „umfasst" (englisch: „comprising") nicht das Vorhandensein
anderer Elemente oder Schritte als der erwähnten aus.
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Inschrift der Zeichnung:
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4 bis 7:
- Tx
- Senden
- Rx
- Empfangen