DE60131052T2

DE60131052T2 - Hochfrequenzschalter und dieses verwendendes drahtloses Kommunikationsgerät

Info

Publication number: DE60131052T2
Application number: DE60131052T
Authority: DE
Inventors: Yuki Osaka-shi Satoh; Tsutomu Motosu-gun Sakai
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2000-08-04
Filing date: 2001-08-03
Publication date: 2008-02-07
Anticipated expiration: 2021-08-04
Also published as: EP1178608A3; US20020025785A1; JP2002050980A; EP1178608B1; EP1178608A2; US6983129B2; DE60131052D1

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft einen Hochfrequenzschalter, der in einer Antenne zum Umschalten von Sendung und Empfang in einer drahtlosen Kommunikationsvorrichtung verwendet werden kann, und eine drahtlose Kommunikationsvorrichtung, die dieselbe verwendet.
BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK
In einem System zum Senden und Empfangen im Zeitmultiplex wird die Antenne im Allgemeinen unter Verwendung eines Schalters ausgebildet. Beispiele für ein Kommunikationssystem mit Zeitmultiplex umfassen das PHS (Personal Handyphone System) von Japan und das schlüssellose Zugangssystem eines Kraftfahrzeugs.
Eine herkömmliche Schaltungskonfiguration einer Antenne, die einen Schalter verwendet, ist in 2 gezeigt. Wie in 2 gezeigt, umfasst die herkömmliche Schaltung einen Sendeanschluss 101, einen Antennenanschluss 102, einen Empfangsanschluss 103, einen Steueranschluss 104, einen Sendeleistungsverstärker 105, Kondensatoren 106 bis 108, einen Induktor 109, einen Stromsteuerungs-Widerstand 110, einen Überbrückungskondensator 111, eine Drosselspule 112 zum Abschalten von Hochfrequenz, Dioden 113, 115, eine Viertelwellenlängen-Sendeleitung 114 auf Sendefrequenz, ein Bandpassfilter 116, wie beispielsweise ein Oberflächenwellenfilter, einen rauscharmen Verstärker (LNA) 117 zum Verstärken des Empfangssignals und einen Mischer 118 zum Umwandeln von Frequenz in Zwischenfrequenz.
In dieser Konfiguration bilden die Kondensatoren 106 bis 108 und der Induktor 109 ein Tiefpassfilter. Insbesondere schwingt eine parallele Schaltung aus dem Kondensator 108 und dem Induktor 109 mit einer Frequenz, die ungefähr das Zweifache der Sendefrequenz ist, und entfernt die Oberwellenkomponenten des Ausgangssignals des Leistungsverstärkers 105. Wenn des Weiteren ein Strom von dem Steueranschluss 104 in die Dioden 113, 115 und die Viertelwellenlängen-Sendeleitung 114 fließt, sind der Antennenanschluss 102 und der Sendeanschluss 101 verbunden, und wenn der Strom abgeschaltet ist, sind der Antennenanschluss 102 und der Empfangsanschluss 103 verbunden.
Das Bandpassfilter 116 entfernt das unerwünschte Signal außerhalb des Bands und verhindert das Auftreten von Verzerrung in dem LNA 117. Das Bandpassfilter 116 entfernt auch eine Bildfrequenzkomponente, die in der Zwischenfrequenzkomponente, die im Mischer 118 erzeugt wird, zu Rauschen wird. Zum Zweck der Bildentfernungs-Charakteristik wird oft das Oberflächenwellenfilter verwendet.
In dieser Konfiguration verschlechtert sich jedoch speziell beim Empfang die Empfangsempfindlichkeit auf Grund von Einfügungsverlust der Viertelwellenlängen-Sendeleitung 114 und des Bandpassfilters 116. Wenn die Viertelwellenlängen-Sendeleitung 114 und das Oberflächenwellenfilter verwendet werden, beträgt der Einfügungsverlust des Bandpassfilters 116 jeweils ungefähr 0,5 dB und 3,5 dB, und der Gesamtverlust kann bis zu ungefähr 4,0 dB erreichen.
Das Dokument EP 0 578 160 offenbart eine Antennenumschaltevorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Um die Empfindlichkeit daher weiter zu erhöhen, ist es erforderlich, den Einfügungsverlust in der Empfangsroute von der Antenne insbesondere vor dem Eingang in den LNA zu verringern.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung wurde in Anbetracht des bisherigen Stands der Technik entwickelt.
Der Hochfrequenzschalter der Erfindung umfasst (1) eine erste Diode, die zwischen einen Sendeanschluss und einen Antennenanschluss geschaltet ist, (2) ein Tiefpassfilter, das zwischen die erste Diode und den Antennenanschluss geschaltet ist, wobei das Tiefpassfilter und die erste Diode in Reihe angeordnet sind, (3) ein Hochpassfilter, das zwischen die Tiefpassfilter-Seite der ersten Diode und einen Empfangsanschluss ge schaltet ist, und (4) eine zweite Diode, deren eines Ende geerdet ist und deren anderes Ende zwischen den Empfangsanschluss und das Hochpassfilter geschaltet ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine Schaltungskonfiguration in einer Ausführungsform der Erfindung.
2 zeigt eine Schaltungskonfiguration in einem vorherigen Stand der Technik.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Unter Bezugnahme auf die Zeichnung wird im Folgenden eine Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
1 zeigt einen Hochfrequenzschalter in einer Ausführungsform der Erfindung.
Wenn eine positive Spannung an einen Steueranschluss 4 angelegt wird, werden die Dioden 9 und 19 eingeschaltet, und ein Strom fließt in einem Steuerungswiderstand 6, einer Diode 9, einem Induktor 18 und einer Diode 19. Dieser Stromwert wird durch den Widerstand 6 begrenzt. Die Hochfrequenzimpedanz des Induktors 18 ist ein ausreichend großer Wert. Zum Beispiel beträgt die Induktanz bei 900 MHz ungefähr 100 nH. Eine A-Typ-Schaltung, die sich aus den Kondensatoren 15, 17 und dem Induktor 16 zusammensetzt, wird mit der Systemimpedanz (normalerweise 10 Ohm) abgeglichen, und eine Phasenverschiebungsschaltung des Typs HPF (Hochpassfilter) wird ausgebildet. Wenn die Phasenverschiebungsschaltung über die Diode 19 geerdet ist, verschiebt sie die Phase des Sendesignals um ungefähr 90 Grad nach vorne. Damit die Impedanz, wie von A nach rechts gesehen, sich fast in einem offenen Zustand im EIN-Zustand der Diode 19 befinden kann, werde alle Werte des Induktors 16 und der Kondensatoren 15 und 17 bestimmt.
Wenn sich die Dioden 9 und 19 daher im EIN-Zustand befinden, sind der Sendeanschluss 1 und der Antennenanschluss 2 verbunden, und wenn die Diode AUS ist, sind der Antennenanschluss 2 und der Empfangsanschluss 3 verbunden. Das heißt, sie funktionieren als Schaltung eines Hochfrequenzschalters. Die Kondensatoren 14 und 20 sind Gleichstrom-Abschalteelemente (DC cut-off elements). Der Kondensator 7 ist ein Überbrückungskondensator, und der Induktor 8 ist eine Drosselspule.
Des Weiteren bilden die Kondensatoren 10, 11, 12 und der Induktor 13 einen n-Typ-Sperr-LPF (Tiefpassfilter). Die Sperrcharakteristik (notch characteristic) wird durch die parallele Schaltung von Induktor 13 und Kondensator 10 ausgeführt. In dem drahtlosen Kommunikationssystem ist insbesondere die harmonische Verzerrung eines Zweifachen der Sendefrequenz ein ernsthaftes Problem, und daher wird die Frequenz der Notch-Frequenz auf das Zweifache der Sendefrequenz eingestellt. Als Ergebnis dessen wird die harmonische Verzerrung des Zweifachen aus dem Ausgangssignal des Sendeverstärkers 5 entfernt.
In dieser Konfiguration wird das in den Sendeanschluss 1 eingegebene Sendesignal effizient durch den Sperr-LPF gefiltert, der aus den Kondensatoren 10, 11, 12 und dem Induktor 13 besteht, um ihm unerwünschte Signalkomponenten zu entziehen, und wird zu dem Antennenanschluss gesendet. Andererseits wird in dem Weg von dem Antennenanschluss 2 zum Empfangsanschluss 3 ein BPF in entsprechender Weise durch den Sperr-LPF ausgebildet, der sich aus den Kondensatoren 10, 11, 12 und dem Induktor 13 und dem HPF zusammensetzt, der aus den Kondensatoren 15, 17 und dem Induktor 16 besteht.
Normalerweise, wenn ein unerwünschtes großes Signal von der Antenne direkt in das LNA (rauscharmes Filter) 21 eingespeist wird, wird das LNA 21 verzerrt, und eine stabile Kommunikation kann nicht aufrecht erhalten werden. Daher wird im Allgemeinen ein BPF zwischen die Antenne und das LNA 21 eingefügt. In der Konfiguration der Erfindung besteht das BPF, das in der dem LNA 21 vorhergehenden Stufe erforderlich ist, aus der Kombination des LPF zum Entfernen von höheren Oberwellen zum Senden und des HPF, das aus einer Phasenverschiebungsschaltung besteht. In dieser Konfiguration wird der Verlust gesenkt, (die Empfangsempfindlichkeit wird erhöht), und die kleine Größe und niedrige Kosten werden gleichzeitig erhalten.
Die Entfernung einer Bildfrequenzkomponente, die im Mischer 23 eine Rolle spielt, wird durch das Oberflächenwellenfilter 22 ermöglicht, das in der späteren Stufe des LNA 21 angeschlossen ist. Des Weiteren kann durch neues Verbinden eines Induktors parallel zu dem Kondensator 15 oder 17 oder durch neues Verbinden eines Kondensators in Reihe mit dem Induktor 16 ein Sperr-HPF gebildet werden, so dass die Bildfrequenz durch ihre Sperrcharakteristik noch umfangreicher entfernt werden kann.
In der Ausführungsform kann statt des Oberflächenwellenfilters 22 zum Beispiel ein Filter verwendet werden, das einen dielektrischen oder einen LC-Filter verwendet.
Die in der Ausführungsform gezeigten Kondensatoren und Induktoren können gebildet werden, indem Chip-Bauteile verwendet werden, und wenn Eigenschaften in der Herstellung daher nicht einheitlich sind, können Elemente einzeln ersetzt werden, und diese Schaltung kann als ein Modul ausgebildet werden, das auf einem Substrat befestigt ist.
Des Weiteren können die Schaltungselemente (Kondensatoren und Induktoren), die in der Ausführungsform gezeigt sind, als ein Muster ausgebildet werden, das in einem dielektrischen Substrat gebildet wird. In dieser Auslegung kann die Schaltung durch Verwenden eines niedrig sinternden flexiblen Keramikfolien-(LTCC) Substrats in die Laminatstruktur integriert werden, und des Weiteren wird durch Verwenden von Silber oder Kupfer mit geringem Leiterverlust in dem Innenschicht-Elektrodenmaterial ein Hochfrequenzschalter von kleinerer Größe, geringerer Höhe und geringerem Verlust ausgeführt.
Somit können erfindungsgemäß harmonische Komponenten des Ausgangsverstärkers, die vor allem auf der Sendeseite Probleme verursachen, entfernt werden, und die unerwünschten Signale außerhalb des Empfangsbands können effizient entfernt werden, wobei der Verlust auf der empfangsseitigen Route verringert und damit ein Hochfrequenzschalter erhalten wird, der eine hervorragende drahtlose Charakteristik verwirklicht.

Claims

Hochfrequenzschalter, der umfasst: eine erste Diode (9), die zwischen einen Sendeanschluss (1) und einen Antennenanschluss (2) geschaltet ist; ein Tiefpassfilter (10-13), das zwischen die erste Diode (9) und den Antennenanschluss (2) geschaltet ist, wobei das Tiefpassfilter und die erste Diode in Reihe angeordnet sind; gekennzeichnet durch: ein Hochpassfilter (15, 16, 17), das zwischen die Tiefpassfilter-Seite der ersten Diode (9) und einen Empfangsanschluss (3) geschaltet ist; und eine zweite Diode (19), deren eines Ende geerdet ist und deren anderes Ende zwischen den Empfangsanschluss (3) und das Hochpassfilter geschaltet ist;
Hochfrequenzschalter nach Anspruch 1, wobei das Hochpassfilter eine Phase eines Sendesignals um 90° verschiebt, wenn die zweite Diode leitet.
Hochfrequenzschalter nach Anspruch 1, wobei das Tiefpassfilter einen Induktor und einen Kondensator enthält und der Induktor sowie der Kondensator diskrete Chip-Bauteile sind.
Hochfrequenzschalter nach Anspruch 1, wobei das Tiefpassfilter und das Hochpassfilter aus einem Induktor und einem Kondensator zusammengesetzt sind, die in einem dielektrischen Substrat ausgebildet sind.
Hochfrequenzschalter nach Anspruch 1, wobei das Tiefpassfilter einen Dämpfungspol bei einer Frequenz von ungefähr dem Zweifachen der Durchlassfrequenz bei Sendecharakteristik hat.
Hochfrequenzschalter nach Anspruch 1, der des weiteren umfasst: einen Induktor, der parallel zu dem Hochpassfilter zur Gleichstromkopplung der ersten Diode und der zweiten Diode geschaltet ist.
Hochfrequenzschalter nach Anspruch 1, wobei das Hochpassfilter aus einem ersten Kondensator, einem zweiten Kondensator, der in Reihe mit dem ersten Kondensator verbunden ist, und einem Induktor besteht, dessen eines Ende geerdet ist und dessen anderes Ende mit dem Verbindungspunkt des ersten Kondensator und des zweiten Kondensator verbunden ist.
Hochfrequenzschalter nach Anspruch 1, wobei das Hochpassfilter einen Dämpfungspol bei Sendecharakteristik hat.
Drahtlos-Kommunikationsvorrichtung, die umfasst: eine erste Diode (9), die zwischen einen Sendeanschluss (1) und einen Antennenanschluss (2) geschaltet ist; ein Tiefpassfilter (10-13), das zwischen die erste Diode und den Antennenanschluss geschaltet ist, wobei das Tiefpassfilter und die erste Diode in Reihe angeordnet sind; gekennzeichnet durch: ein Hochpassfilter (15, 16, 19), das zwischen die Tiefpassfilterseite der ersten Diode (9) und einen Empfangsanschluss (3) geschaltet ist; und eine zweite Diode (19), deren eines Ende geerdet ist und deren anderes Ende zwischen den Empfangsanschluss (3) und das Hochpassfilter geschaltet ist.