DE69123796T2

DE69123796T2 - Abzweigfilter

Info

Publication number: DE69123796T2
Application number: DE69123796T
Authority: DE
Inventors: Katsuhiko Gunji; Kouichi Ichikawa; Tomokazu Komazaki; Akira Mashimo; Norio Onishi
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Lapis Semiconductor Co Ltd
Priority date: 1990-07-27
Filing date: 1991-07-23
Publication date: 1997-07-31
Anticipated expiration: 2011-07-24
Also published as: EP0468757A3; EP0468757B1; EP0468757A2; US5323127A; KR920003632A; DE69123796D1; JPH0484501A; CA2048009A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sende-Empfangs-Weiche, die zum Beispiel in einem Telekommunikationsgerät wie einem Funksende- und/oder -empfangsgerät verwendet werden kann, um Signale mit verschiedenen Frequenzen auf der Grundlage der Frequenzbereiche zu trennen oder zu multiplexieren.
Aus den Japanischen Patent-Offenlegungsschriften Nr. 136104/1987 und 136105/1987 sind Sende-Empfangs-Weichen und Beispiele dafür bekannt. Fig. 3A und 3B zeigen den Aufbau einer derartigen konventionellen Sende-Empfangs- Weiche. Fig. 3A ist eine Perspektivansicht der konventionellen Sende-Empfangs- Weiche, und Fig. 3B ist deren Perspektivansicht von unten. Die Sende-Empfangs- Weiche ist mit einem isolierenden Substrat 1, wie Aluminiumoxid oder Epoxydglasharz, auf einer Vorderseite sowie mit einer Rückseite versehen, auf der mittels Dickfilmdruck, Plattierbearbeitung und dergleichen eine Vielzahl von Eingangs--/Ausgangsanschlüssen 3 und Erdleitermuster 2 gebildet sind. Die Vielzahl von Eingangslausgangsanschlüssen 3, die auf der Vorderseite und der Rückseite des Substrats 1 vorgesehen sind, sind in Paaren gebildet, und die Anschlüsse jedes Paares sind durch ein Durchgangsloch von der Vorderseite nach der Rückseite miteinander verbunden. Ein dielektrisches Senderfiter 6 und ein dielektrisches Empfängerfilter 7 sind direkt auf der Vorderseite des Substrats 1 angebracht. Die Filter 6 und 7 haben Durchlaßfrequenz- bzw. Empfangsfrequenzbereiche mit verschiedenen Mittenfrequenzen.
Wie in der Japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. 80901/1986 beschrieben, enthalten die Filter 6 und 7 beispielsweise eine blockweise Anordnung von Filter- Grundkörpern 4 und 5, die jeder aus einem homogenen Einstoff-Dielektrikum bestehen, eine Vielzahl von dielektrischen Resonatoren 8 und 12, die jeder aus einer zylindrischen Anordnung eines zentralen Leiters bestehen, der in regelmäßigen Abständen in die Filter-Grundkörper 4 und 5 eingebettet ist, und eine Vielzahl von Frequenzregelungsmustern 9, die jedes mit einem zugeordneten zentralen Leiter der dielektrischen Resonatoren 8 und 12 verbunden sind und in einer Seite der Filter-Grundkörper 4 bzw. 5 gebildet sind. An beiden Enden des Filters 6 sind Eingangs-/Ausgangsanschlüsse 3 und Eingangs-/Ausgangselektroden 14 und 15 vorgesehen, die mit den Durchgangslöchern verbunden sind. Außerdem sind an beiden Enden des Filters 7 Eingangs-/Ausgangsanschlüsse 3 und Eingangs-/Ausgangselektroden 10 und 21 vorgesehen, die mit den Durchgangslöchern verbunden sind. Die Resonanzfrequenz für jeden der dielektrischen Resonatoren ist durch die Geometrie des dielektrischen Resonators und ein Frequenzregelungsmuster festgelegt, und die Regelung der Resonanzfrequenz kann mit an sich bekannten mechanischen oder optischen technischen Mitteln durchgeführt werden.
Auf der Rückseite des Substrats 1 sind mittels Dickfilmdruck, Plattierbearbeitung und dergleichen ein Paar Sende-Empfangs-Weichen- oder Trennfilter-Schaltkreise 16 und 17, die verteilte Konstantleitungen wie Streifeneitungen aufweisen, und ein Tiefpaßfilter 18 zur Störsignalunterdrückung gebildet. Die Sende-Empfangs- Weichen-Schaltkreise 16 und 17 sind über die Eingangs-/Ausgangsanschlüsse 3 und die Eingangs-/Ausgangselektroden 10, 11, 14 und 15 mit den Filtern 6 bzw. 7 auf der Vorderseite verbunden.
Um wechselseitiges Übersprechen zwischen dem Sende-Empfangs-Weichen- Schaltkreis 16 und dem Empfängerfilter 7, die in Reihe verbunden sind, und der Sende-Empfangs-Weiche 17 und dem Senderfilter 6, die in Reihe verbunden sind, zu verhindern, ist es notwendig, den Sende-Empfangs-Weichen-Schaltkreis 17 und das Senderfilter 6 auf einer Mittenfrequenz des Durchlaßbereichs des Sende- Empfangs-Weichen-Schaltkreises 16 und des Empfängerfilters 7 mit einer genügend hohen Eingangsimpedanz zu versehen. Die Leitungslänge jedes der Sende- Empfangs-Weichen-Schaltkreise 16 und 17 wird entsprechend ausgewählt und wie folgt bestimmt.
In Anbetracht der Kaskadenverbindung der Sende-Empfangs-Weichen-Schaltungen 16 und des Empfängerfilters 7 ist eine Komponente S11 einer Streumatrix S, die die Kenngrößen des Netzwerks darstellt, durch die folgende Gleichung gegeben:
worin θ = B I, B = 2π/λ, I = Leitungsänge des Sende-Empfangs-Weichen- Schaltkreises 17 und r + j z = Eingangsimpedanz des Senderfilters.
Um die Sende-Empfangs-Weichen-Schaltung 17 und das Senderfilter 6 auf einer Mittenfrequenz des Durchlaßbereichs des Empfängerfilters 7 mit einer genügend hohen Eingangsimpedanz zu versehen, genügt es, wenn die Komponente S&sub1;&sub1; (I) der Gleichung (1) minimal ist. Mit anderen Worten kann der Parameter θ so gewählt werden, daß die folgende Gleichung (2) erfüllt ist:
cos θ = z sind θ (2)
In diesem Fall kann die Gleichung (1) wie folgt neu formuliert werden:
Wird nun die Eingangsgleichung (3) in Form der lmpedanz (Zin) ausgedrückt, ist
Zin = [(1 + Z²) / r] - j z (4)
Somit ist es notwendig, die Sende-Empfangs-Weichen-Schaltung 17 und das Senderfilter 6, die in Reihe verbunden sind, in einem Durchlaßbereich der Sende- Empfangs-Weichen-Schaltung 16 und des Empfängerfilters 7, die in Reihe verbunden sind, mit einer genügend hohen Impedanz zu versehen.
Die Sende-Empfangs-Weichen-Schaltung 17 und das Senderfilter 6, die in Reihe verbunden sind, bilden somit ein Dämpfungsglied. in diesem Fall ist der Parameter in der Gleichung (4) wesentlich kleiner als die Einheit, d.h. r « 1. Folglich ist in der Gleichung (4) Zin » 1. Übersprechen zwischen den Sende- und Empfangskanälen wird vermieden. Um einen genügend großen Realteil in der Gleichung (4) zu erzeugen, muß der Phasenwinkel von Zin natürlich Null sein.
In Übereinstimmung mit dem Aufbau der oben erwähnten Sende-Empfangs-Weiche muß die Leitungslänge der verteilten Konstantleitung jedoch so lang werden, daß sie an λ/4 angenähert ist, was ein kritischer Nachteil für die Miniaturisierung der Sende-Empfangs-Weiche und die Erzielung niedriger Kosten ist.
Beispielsweise in einem Fall, in dem ein Leiter mit einer Breite von 1,8 mm auf einem Epoxydglasharz mit einer Dicke von 1 mm (Dielektrizitätskonstante 4,8) gebildet ist, um eine Eingangsimpedanz von 50 Ω zu erzeugen, ist die Beziehung zwischen der Leitungslänge und dem Phasenwinkel wie in Fig. 4 gezeigt. Wie in Fig. 4 zu erkennen, müssen eine Leitungslänge 60 mm auf der Empfangsseite und eine Leitungslänge 84 mm auf der Sendeseite vorgesehen werden, um den Phasenwinkel 0º zu erhalten, so daß es schwierig ist, das Filter zu miniaturisieren und die Kosten zu verringern.
Die EP-A-0356572 und die entsprechende Japanische Patent-Offenlegungsschrift 60004/1989 offenbart eine Lösung für dieses Problem. Fig. 5A und 5B zeigen den Aufbau der in der JP-Offenlegungsschrift offenbarten Sende-Empfangs-Weiche. Fig. 5A ist eine Perspektivansicht so einer Sende-Empfangs-Weiche, und Fig. 5A ist deren Perspektivansicht von unten. Bezugszeichen bezeichnen: ein Substrat wie Epoxydglasharz, 21 ein Erdleitermuster, 22 einen Antennenanschluß, 23 und 25 Rx-Anschlüsse (Empfängerfilter-Anschlüsse), 24 und 26 Tx-Anschlüsse (Senderfilter-Anschlüsse), 27 den Grundkörper eines Senderfilters, 28 den Grundkörper eines Empfängerfilters, 29 ein Senderfilter, 30 ein Empfängerfilter, 31 einen dielektrischen Resonator des Empfängerfilters, 32 ein Frequenzregelungsmuster des Empfängerfilters, 33 ein Kopplungsbetrag-Regelungsmuster des Empfängerfilters, 24 und 25 Eingangs-/Ausgangsanschlüsse des Empfängerfilters, 36 einen dielektrischen Resonator des Senderfilters, 37 ein Frequenzregelungsmuster des Senderfilters, 38 ein Kopplungsbetrag-Regelungsmuster des Senderfilters und 39 und 40 Eingangs-/Ausgangsanschlüsse des Senderfilters.
Auf der Rückseite des Substrats 20 sind Induktoren gebildet, die jeder einen dünnen Leiter aufweisen. Insbesondere bezeichnen Bezugszeichen 41, 42 und 43 Induktoren LAR 41, LRE 42 bzw. LRT 43 (anstelle eines verteilten Konstantschaltkreises des Trenn- oder Sende-Empfangs-Weichen-Schaltkreises wie in Fig. 1 gezeigt). Das Bezugszeichen 44 stellt einen nichtleitenden Teil des Substrats dar.
Die in Fig. 5A und 5B gezeigte Sende-Empfangs-Weiche ist zum Beispiel eine Sende-Empfangs-Weiche für Landfunk-Mobiltelefone im US-AMPS-System, die ein Senderfilter (N&sub1;) 29, das für eine Mittenfrequenz (f&sub0;) von 835 MHz und einen Durchlaßbereich (BW) von 825-845 MHz eingerichtet ist&sub1; und ein Empfängerfier (N&sub2;) 30 mit einer Mittenfrequenz f&sub0; von 880 MHz und mit einem BW von 870 - 890 MHz aufweist. Fig. 6 ist ein Blockschaltplan der Sende-Empfangs-Weiche, die in Fig. 5A und 5B gezeigt ist und unter Bezugnahme darauf beschrieben wird. Die montierten Filter (N&sub1;) 29 und (N&sub2;) 30 sind wie gezeigt angeschlossen.
Fig. 7 ist ein Graph der Eingangsimpedanz-Kenngrößen (Absolutwert) des Senderfilters N&sub1;, worin die Frequenz (MHz) auf einer horizontalen Achse angegeben ist und der Absolutwert der Eingangsimpedanz (Ω) auf einer vertikalen Achse angegeben ist. In Fig. 7 sind zwei Kurven gezeigt, für Eingangs-/Ausgangsende-Kapazitäten 2,3 pF bzw. 2,5 pF. Wie in Fig. 7 zu erkennen, ist die Eingangsimpedanz ungefähr 50 Ω bei 825 - 845 MHz, dem Durchlaßbereich des Senderfilters N&sub1;, und wächst oberhalb dieses Durchlaßbereichs schnell.
Fig. 8 ist ein Graph der Eingangsimpedanz-Kenngrößen (Phasenwinkel) des Senderfilters N&sub1;, worin die Frequenz (MHz) auf einer horizontalen Achse angegeben ist und der Phasenwinkel θ (ω)º auf einer vertikalen Achse angegeben ist. Fig. 8 zeigt die beiden Fälle von Eingangs-/Ausgangskapazitäten 2,3 pF und 2,5 pF. Wie in Fig. 8 zu erkennen, ist der Phasenwinkel ungefähr 0 bei 825 - 845 MHz, dem Durchlaßbereich des Senderfilters N&sub1;.
Fig. 9 zeigt die Eingangsimpedanz-Kenngrößen (Absolutwert) des Empfängerfilters N&sub2;, worin die Frequenz (MHz) auf einer horizontalen Achse angegeben ist und der Absolutwert der Eingangsimpedanz (Ω) auf einer vertikalen Achse angegeben ist. In Fig. 9 sind drei Kurven für Eingangs-/Ausgangs kapazitäten 1,8 pF, 2,0 pF und 2,2 pF aufgetragen. Wie sich aus Fig. 9 ergibt, ist die Eingangsimpedanz ungefähr 50 Ω bei 870 - 890 MHz, dem Durchlaßbereich des Empfängerfilters N&sub2;.
Fig. 10 ist ein Graph, worin die Eingangsimpedanz-Kenngrößen (Phasenwinkel) des Empfängerfilters aufgetragen sind, wobei die Frequenz (MHz) auf der horizontalen Achse angegeben ist und der Phasenwinkel θ(ω)º auf der vertikalen Achse angegeben ist. In dieser Figur sind drei Kurven für Eingangs-/Ausgangskapazitäten 1,8 pF, 2,0 pF und 2,2 pF aufgetragen. Wie in der Figur zu erkennen, ist der Phasenwinkel ungefähr 0 bei 870 - 890 MHz, dem Durchlaßbereich des Empfängerfilters N&sub2;.
Die oben erwähnte Sende-Empfangs- oder Multiplexer-Weiche ist, wie in Fig. 5B und 6 gezeigt, selbstverständlich mit den Induktoren LAR 41, LRE 42 und LAT 43 anstelle des verteilten Konstantschaltkreises wie in Fig. 1 gezeigt versehen.
Das Wirkungsprinzip der Sende-Empfangs-Weiche von Fig. 5 wird nachfolgend in bezug auf die Wirkung der Induktoren beschrieben. Zuerst sei der Fall betrachtet, daß keine induktoren LAR 41, LRE 42 und LRT 43 vorhanden sind. Zur Vereinfachung der Beschreibung werden nur die Mittenfrequenzen f&sub0; = 835 (MHz), f&sub0; = 880 (MHz) der jeweiligen Durchlaßbereiche B&sub1; und B&sub2; der Sender- und Empfängerfilter N&sub1; und N&sub2; angegeben.
Hinsichtlich B&sub1; (f&sub0; = 835 (MHz)] und B&sub2; [f&sub0; = 880 (MHz)] können aus Fig. 7-10 die folgenden Parameter abgeleitet werden:
wobei rn der Widerstand (ohmscher Widerstand) ist und Xn der Phasenwinkel für das Filter n ist. Wenn die Sende-Empfangs-Weiche durch diese Sende- und Empfängerfilter gebildet wird, sind die Eingangsimpedanz Zin und die Reflexionsdämpfung RL, wie vom ANT-Anschluß 22 aus gesehen, wie folgt gegeben:
B&sub1; : Zin = 13,254 - j 22,068 RL = 3,88 dB
B&sub2; : Zin = 46,62- j 12,541 RL = 17,5dB
Diese Faktoren sind im Vergleich zum harmonischen Fall für das Senderfilter N&sub1; oder das Empfängerfilter N&sub2; natürlich verschlechtert. Ferner besteht natürlich das Problem, daß x&sub2; für den Bereich B&sub1; klein ist. Wenn x&sub2; klein ist, ist der Induktor LRT = 5 nH in Reihe mit dem Senderfier N&sub1; verbunden, so daß die Eingangsimpedanz Zin im Bereich B&sub1; einer Bezugsimpedanz (R&sub0; = 50 Ω) nahekommen kann. Die Eingangsimpedanz Zin und die Reflexionsdämpfung RL sind dann wie folgt gegeben:
B&sub1; : Zin = 17,9 - j 28,6644 RL = 4,67 dB
B&sub2; : Zin = 45,4545 - j 14,341 RL = 16,15 dB
Es wird nun die Wirkung des lnduktors LRE erörtert. Ist zum Beispiel LRE = 20 nH, so sind die Eingangsimpedanz Zin und die Reflexionsdämpfung RL in B&sub1; und B&sub2; nach Einfügung des Induktors LRE wie folgt gegeben:
B&sub1; : Zin = 32,2633 - j 31,874 RL = 7,67 dB
B&sub2; : Zin = 49,14 - j 6,7125 RL = 23,34 dB
Die Einfügung des Induktors LRE dient natürlich dazu, einen relativ kleinen Imaginärteil von Zin verglichen mit dem Realteil von Zin in den jeweiligen Bereichen B&sub1; und B&sub2; zu erzeugen.
Als nächstes wird die Wirkung des Induktors LAR beschrieben. Ist LAR = 4 nH, sind die Eingangsimpedanz Zin und die Reflexionsdämpfung RL nach Einfügung des lnduktors LAR wie folgt gegeben:
B&sub1; : Zin = 32,2633 - j 10,888 RL = 12,01 dB
B&sub2; : Zin = 49,24 - j 28,834 RL = 11,08 dB
Die Einfügung des Induktors LAR dient natürlich dazu, einen kleinen Imaginärteil von Zin auf einer gemittelten Grundlage in den jeweiligen Bereichen B&sub1; und B&sub2; zu erzeugen. Es ist daher möglich, eine Sende-Empfangs-Weiche zu schaffen, die RL > 10 dB erfüllt, wie für ein Landfunk-Mobiltelefon notwendig. Die Induktoren LAR, LRE und LRT wurden zwar anhand von Beispielen erläutert, man kann aber eine ähnliche Wirkung erwarten, so weit die Tendenz der Größe Zin der Filter N&sub1; und N&sub2; nicht geändert wird.
In einem Fall, in dem die Induktoren LAR, LRE und LRT auf einem Epoxydglasharz- Substrat mit der Dielektrizitäts konstante 4,8 und der Dicke 1,6 mm gebildet sind, ist die Induktivität durch die folgenden Beziehungen gegeben, wobei f&sub0; = 850 (MHz), I = Leitungslänge:
1) Im Falle von W (Breite) = 0,3 mm: L (nH) = 1,389 I (mm) - 5,3443
Für die oben erwähnten Werte der Induktoren LAR, LRE und LRT erhält man somit die folgenden Leitungsängen:
Für LRT = 5 nH, I = 7,45 mm
Für LRE = 20 nH, I = 18,25 mm
Für LAR = 4 nH, I = 6,73mm
2) Für W (Breite) = 0,5 mm: L (nH) = 1,092 I (mm) - 2,4726
3) Für W (Breite) = 0,7 mm: L (nH) = 1,0135 I (mm) - 2,1753
Aus dem Vorhergehenden erkennt man, daß die Längen aller drei Induktoren einen vorgewählten individuellen Wert haben müssen, um das Erfordernis zu erfüllen, daß RL > 10 dB.
Wenn die Induktoren auf einem Epoxydglasharz-Substrat mit einer Dielektrizitätskonstante 9,3 gebildet werden, kann man die Leitungsänge I weiter verringern.
Die beschriebenen konventionellen Sende-Empfangs-Weichen leiden jedoch unter den folgenden Nachteilen:
(1) Die in Fig. 3 gezeigte Sende-Empfangs-Weiche hat einen Filterschaltkreis, der eine λ/4-Leitung enthält. Dieser Aufbau hat zur Folge, daß die Leitung des Sende- Empfangs-Weichen-Schaltkreises unerwünscht lang wird, so daß die eingenommene Fläche vergrößert wird. Folglich ist es schwierig, eine Miniaturisierung des Filters und niedrige Kosten zu erreichen.
(2) Die in Fig. 5 gezeigte Sende-Empfangs-Weiche hat einen Filterschaltkreis, der Streifenleitungs-Induktoren enthält, so daß die Leitungslänge im Vergleich zu dem Filter von Fig. 3 verkürzt werden kann. Jedoch besteht eine Grenze hinsichtlich der erreichbaren Verkürzung, so daß der Sende-Empfangs-Weichen-Schaltkreis möglicherweise immer noch eine unerwünscht große Fläche einnimmt, so daß der erreichbare Miniaturisierungsbetrag begrenzt ist.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Sende-Empfangs- Weiche zu schaffen, bei der ein Sende-Empfangs-Weichen-Schaltkreis im Vergleich zu den oben beschriebenen Weichen nach dem Stand der Technik weniger Platz einnimmt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dieser Platz verringert, indem Leitungen zur Verbindung zwischen Filterteilen hergestellt werden, die in einem Sende- Empfangs-Weichen-Schaltkreis arbeiten. Gemäß der Erfindung wird dies mittels der kennzeichnenden Merkmale erreicht, die in den beigefügten Patentansprüchen 1 und 4 angegeben sind.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen, worin:
Fig. 1 ist ein schematisches Blockdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform einer Sende-Empfangs-Weiche gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist eine Draufsicht, die ein Montagebeispiel für die in Fig. 1 gezeigte Sende- Empfangs-Weiche zeigt;
Fig. 3A und 3B zeigen den Aufbau einer konventionellen Sende-Empfangs-Weiche, wobei Fig. 3A eine Perspektivansicht der Sende-Empfangs-Weiche ist und Fig. 3B deren Perspektivansicht von unten ist;
Fig. 4A zeigt eine Beziehung zwischen der Leitungslänge und dem Phasenwinkel;
Fig. 5A und 5B zeigen den Aufbau einer anderen konventionellen Sende-Empfangs-Weiche, wobei Fig. 5A eine Perspektivansicht der Sende-Empfangs-Weiche ist und Fig. 5B deren Perspektivansicht von unten ist;
Fig. 6 ist ein schematisches Blockdiagramm, ähnlich Fig. 1, das den Schaltungsaufbau der in Fig. 5A und 5B gezeigten Sende-Empfangs-Weiche zeigt;
Fig. 7 zeigt Eingangsimpedanz-Kenngrößen (Absolutwert) des Senderfilters N&sub1;;
Fig. 8 zeigt Eingangsimpedanz-Kenngrößen (Phasenwinkel) des Senderfilters N&sub1;;
Fig. 9 zeigt Eingangsimpedanz-Kenngrößen (Absolutwert) des Empfängerfilters N&sub2;; und
Fig. 10 zeigt Eingangsimpedanz-Kenngräßen (Phasenwinkel) des Empfängerfilters N&sub2;.
Fig. 1 ist ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, angewandt auf ein Funk-Sende-/Empfangsgerät. In der Figur bezeichnen: das Bezugszeichen 51 einen Antennen- oder ANT-Port, der als Eingangs/Ausgangs-Port oder -Anschluß bezeichnet wird, 56 ein Senderfilter, 57 ein Empfängerfilter, 52 einen Eingangs-Port des Empfängerfilters 57 und 58 einen Eingangs- Port des Senderfilters 56. Der letztere Eingangs-Port 53 wirkt zwar als ein Anschluß, von dem Signale ausgegeben werden, der Einfachheit halber wird er nachstehend aber als "Eingangs"-Port bezeichnet. Der ANT-Port 51 und der Eingangs- Port 52 sind mittels einer Leitung 60 verbunden, die eine Leitungslänge I&sub1;&sub2; hat, die Eingangs-Ports 52 und 53 sind mittels einer Leitung 61 verbunden, die eine Länge I&sub2;&sub3; hat, und der Eingangs-Port 52 ist mittels einer Leitung 62, die eine Leitungslänge I&sub2;&sub0; hat, mit einem Bezugspotential wie Erde verbunden. Zur einfacheren Behandlung wird für die Leitungen 60, 61 bzw. 62, die die Leitungslängen I&sub1;&sub2;, I&sub2;&sub2; und I&sub2;&sub0; haben, häufig eine Streifenleitung von 50 Ω verwendet.
Der in Fig. 1 gezeigte Schaltungsaufbau arbeitet somit als ein Sende-Empfangs- Weichen- oder Trennfilter-Schaltkreis, der die Verbindungsleitungen zwischen seinen Teilen verwendet, ohne daß ein getrennter eigener Sende-Empfangs- Weichen-Schaltkreis vorgesehen ist.
Zur Vereinfachung der Beschreibung sei zunächst der Fall I&sub1;&sub2; = ∞ angenommen. Die Eingangsadmittanz Yin des Filterschaltkreises vom Eingangs-Port 52 aus wird durch Gleichung (5) ausgedrückt.
Yin = YT + YRF + Y&sub2;&sub0; (5)
worin YT eine Gesamtadmittanz oder kombinierte Admittanz der Impedanz der Leitung 61 mit der Leitungslänge I&sub2;&sub3; und der Eingangsimpedanz des Senderfilters 56 ist und allgemein durch Gleichung (6) gegeben ist
wobei YTF eine Eingangsadmittanz des Senderfilters 56 ist und θ23 eine Phasenkonstante (gleich βI&sub2;&sub3;) ist. Außerdem ist YRF eine Eingangsadmittanz des Empfängerfilters 57, und Y&sub2;&sub0; ist eine Eingangsadmittanz der Leitung 62, die die Leitungslänge I&sub2;&sub0; hat, und durch Gleichung (7) gegeben.
Daher genügt es für einen Durchlaßbereich (beispielsweise 824,0 MHz - 849,0 MHz im Falle des AMPS-Systems für US-Landfunk-Mobiltelefone) des Senderfilters 56, die Leitungslänge 120 derart zu bestimmen, daß die folgende Gleichung (8) erfüllt ist:
YRF ≈ Y&sub2;&sub0; (8)
Ferner ist es für einen Durchlaßbereich (beispielsweise 869,0 MHz - 894,0 MHz im Falle des AMPS-Systems für US-Landfunk-Mobiltelefone) des Empfängerfilters 57, die Leitungslänge 120 derart zu bestimmen, daß die folgende Gleichung (9) erfüllt ist:
YT ≈ Y&sub2;&sub0; (9)
Im allgemeinen ist es jedoch unmöglich, die beiden Gleichungen (8) und (9) zugleich zu erfüllen. Insbesondere ergibt sich die Eingangsadmittanz Yin in einem Empfangsbereich (869,0 MHz - 894,0 MHz) eines dielektrischen Filters zur Verwendung beim Senden im AMPS-System allgemein aus Fig. 7 durch
Ferner ergibt sich die Eingangsadmittanz Yin in einem Sendebereich (824,0 MHz - 849,0 MHz) eines dielektrischen Filters zur Verwendung beim Empfang im AMPS- System allgemein aus Fig. 9 durch
Die beiden Gleichungen (8) und (9) können natürlich nicht gleichzeitig erfüllt werden. Normalerweise, wenn ein dielektrisches Filter zur Verwendung beim Senden und ein dielektrisches Filter zur Verwendung beim Empfang parallel verbunden sind, wird die Impedanz im Empfangsbereich des dielektrischen Filters zur Verwendung beim Senden verschlechtert, wegen einer Impedanz im Sendebereich des dielektrischen Filter zur Verwendung beim Empfang, definiert durch die Gleichung (11). In Anbetracht dessen wird eine optimale Leitungslänge I&sub2;&sub0; aus den Gleichungen (8) und (11) bestimmt.
Somit ist es im Fall von I&sub1;&sub2; = ∞ in Fig. 1 möglich, eine Sende-Empfangs- oder Multiplexer-Weiche aufzubauen, bei der die Leitung 62 mit der Leitungslänge I&sub2;&sub0; vorgesehen ist und bei der die Sender- und Empfängerfilter 56 und 57 parallel verbunden sind.
Als nächstes wird die Wirkung der Leitungen 60 beschrieben, die die Leitungslängen I&sub1;&sub2; bzw. I&sub2;&sub3; haben. In einem Fall, in dem eine Streifenleitung mit der Leitungslänge I einen Abschlußwiderstand R&sub0; aufweist, ist die F-Matrix allgemein durch die folgende Beziehung (12) gegeben:
In diesem Fall ist die Eingangsimpedanz Zin durch die folgende Gleichung (13) gegeben:
Die Eingangsimpedanz Zin wird daher in Abhängigkeit von einer Änderung in der Leitungslänge I geändert, da θ durch β I gegeben ist. Dies bedeutet in etwa, daß die Leitungen 60 und 62 mit den Leitungslängen I&sub1;&sub2; bzw. I&sub2;&sub3; einfach den Impedanzpegel von einem Bezugswert aus nach oben oder nach unten verschieben, abhängig von ihrer Länge.
Um die Leitung 60 mit der Leitungslänge I&sub1;&sub2; als Teil der Sende-Empfangs-Weiche zu verwenden, genügt es, daß die Impedanz der Sender- und Empfängerfilter 56 und 57, wie in Fig. 1 vom Eingangs-Port 52 aus gesehen, auf einen geeigneten Bezugswert korrigiert werden.
Die Eingangsimpedanz Zin in das Senderfier 56 und das Empfängerfilter 57 vom Eingangs/Ausgangs-Port 51 aus wird durch die folgende Gleichung (14) ausgedrückt, die durch Ersetzung von 1/R&sub0; = Yin und θ = θ&sub1;&sub2; in Gleichung (13) erhalten werden kann,
wobei θ&sub1;&sub2; eine Phasenkonstante der ersten Leitung 60 (leitender Streifen) mit der Leitungslänge I&sub1;&sub2; ist. Die Eingangsadmittanz im wird eingestellt, indem wenigstens eine Komponente der in der Admittanz Yin enthaltenen Eingangsadmittanz YTF oder YRF erhöht wird, derart, daß eine vom Eingangs/Ausgangs-Port 51 aus gesehene Reflexionsdämpfung erhöht wird.
Hinsichtlich der Leitung 61 mit der Leitungslänge I&sub2;&sub3; ändert dies den Wert der Eingangsimpedanz des Senderfilters 56. Im Falle des Vorhandenseins der Leitung 61 mit der Leitungslänge I&sub2;&sub3; genügt es daher, daß die Eingangsimpedanz des Senderfilters 56 im voraus korrigiert wird, um die Länge der Leitung 61 zu berücksichtigen.
Somit erkennt man aus dem Vorhergehenden, daß die Leitungen 60 und 61 beliebige Länge haben können, daß aber die Länge der Leitung 62 in Übereinstimmung mit den Gleichungen (8) und (11) ausgewählt werden muß, um die Impedanz sowohl im Sendebereich als auch im Empfangsbereich zu optimieren. Wie vorher erörtert, impliziert dies für das AMPS-System eine Reflexionsdämpfung sowohl für den Sendebereich als auch den Empfangsbereich, die einen vorbestimmten Pegel übersteigt, der im AMPS-System 10 dB ist.
Es ergibt sich somit, daß die Regelung der Sender- und Empfängerfilter 56 und 57 mit den Leitungen 60 und 61, die die Leitungslängen I&sub1;&sub2; bzw. I&sub2;&sub3; haben, unter deren Berücksichtigung als Teil der Sende-Empfangs-Weiche es ermöglicht, die Verschlechterung der Filterkenngrößen aufgrund der Leitungslängen I&sub1;&sub2; bzw. I&sub2;&sub3; zu reduzieren und außerdem einen Sende-Empfangs-Schaltkreis zu schaffen, der eine geringe Fläche einnimmt.
Fig. 2 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel zeigt, wie die in Fig. 1 gezeigte und unter Bezugnahme darauf beschriebene Sende-Empfangs- oder Multiplexer-Weiche zu montieren ist. Wie in Fig. 2 gezeigt, sind auf einem Substrat 59 aus Kunstharz, etwa Epoxydglasharz oder Aluminiumoxid, der ANT-Port 51, mit dem eine externe Schaltung oder Nutzschaltung verbunden ist, das Senderfilter 56, das Empfängerfilter 57, ein Umschalter 58, die Eingangs- und Ausgangs-Ports 52 und 55 des Empfängerfilters 57 und die Eingangs- und Ausgangs-Ports 53 und 54 des Senderfilters 56 vorgesehen. Die Leitung 60 mit der Leitungslänge I&sub1;&sub2;, die vom ANT-Port 51 über den Umschalter 58 an den Eingangs-Port 52 verläuft, die Leitung 61 mit der Leitungslänge I&sub2;&sub3;, die vom Eingangs-Port 52 an den Eingangs- Port 53 verläuft, und die Leitung 62 mit der Leitungslänge, die vom Eingangs-Port 52 nach Erde verläuft, entsprechen den in Fig. 1 gezeigten Leitungen 60, 61 bzw. 62 mit den Leitungslängen I&sub1;&sub2;, I&sub2;&sub3; bzw. I&sub2;&sub0;. Diese Leitungen werden aus einer Zwischen-Leiterschicht auf dem Substrat 59 gebildet. Somit ergibt sich, daß gemäß der vorliegenden Erfindung auf dem Substrat 59 der Multiplexer-Weiche keine gesonderte Fläche durch einen getrennten oder eigenen Sende-Empfangs- Weichen-Schaltkreis eingenommen wird, der im Stand der Technik gesondert einzurichten wäre.
Wird, wie oben beschrieben, gemäß der vorliegenden Erfindung eine Sende- Empfangs-Weiche unter Verwendung von Sende- und Empfangsfilter-Leitungen zur Verbindung beider Filter mit einer Nutzschaltung oder externen Schaltung ausgeführt, arbeiten diese als Teil eines Sende-Empfangs-Weichen-Schaltkreises. Für einen eigenen Sende-Empfangs-Weichen-Schaltkreis, der andernfalls erforderlich wäre, wird daher keine zusätzliche Fläche auf dem Substrat benötigt. Dementsprechend ist es möglich, eine preiswerte miniaturisierte Sende-Empfangs-Weiche zu schaffen, die sehr nützlich für miniaturisierte Funkgeräte ist, die mit verringerten Kosten hergestellt werden.

Claims

1. Sende-Empfangs-Weiche, die folgendes aufweist:

einen Ein-/Ausgangs-Port (51);

ein Senderfier (56) mit einem Ausgangs-Port (53) und ein Empfängerfilter (57) mit einem Eingangs-Port (52), wobei jedes dieser Filter ein dielektrisches Filter ist; und

einen Sende-Empfangs-Weichen-Schaltkreis, der die Filter miteinander koppelt, enthaltend:

eine erste leitende Streifenleitung (60) mit einer ersten Leitungslänge I&sub1;&sub2; die den Ein-/Ausgangs-Port (51) mit dem Empfängerfilter-Port (52) koppelt; und

eine zweite leitende Streifenleitung (61) mit einer zweiten Leitungslänge I&sub2;&sub3;, die zwischen den Empfängerfilter-Port (52) und den Senderfilter-Port (53) gekoppelt ist; und

eine dritte leitende Streifenleitung (62) mit einer dritten Leitungslänge I&sub2;&sub0;, die zwischen den Empfängerfilter-Port (52) und ein Bezugspotential gekoppelt ist,

dadurch gekennzeichnet daß

die Sende-Empfangs-Weiche so ausgeführt ist, daß, wenn der Port (51) im Leerlauf ist, eine Eingangsadmittanz Yin vom Ein-/Ausgangs-Port (51) aus in Richtung auf das Senderfilter (56) und das Empfängerfilter (57) durch die folgende Gleichung ausgedrückt wird,

Yin = YT + YRF + Y&sub2;&sub0;

wobei

YT eine Gesamtadmittanz der Eingangsadmittanz der zweiten leitenden Streifenleitung (61) ist,

YRF die Eingangsadmittanz des Empfängerfilters (57) ist und

Y&sub2;&sub0; die Eingangsadmittanz der dritten Leitung (62) ist,

YT durch die folgende Gleichung ausgedrückt wird,

wobei

YTF die Eingangsadmittanz des Senderfilters (56) ist,

θ&sub2;&sub3; die Phasenkonstante der zweiten Leitung (61) ist und

Y&sub2;&sub0; durch die folgende Gleichung ausgedrückt wird,

wobei θ&sub2;&sub0; eine Phasenkonstante der dritten Leitung (62) ist;

wobei die Eingangsadmittanz YRF des Empfängerfilters (57) in einem Durchlaßbereich des Senderfilters (56) durch YRF ≈ Y&sub2;&sub0; ausgedrückt wird und wobei die Gesamtadmittanz YT in einem Durchlaßbereich des Empfängerfilters (57) durch YT ≈ Y&sub2;&sub0; ausgedrückt wird, wobei die Länge I&sub2;&sub0; der dritten Leitung (62) derart ist, daß wahlweise YRF ≈ Y&sub2;&sub0; oder YT ≈ Y&sub2;&sub0; erfüllt ist; und

wobei die Eingangsimpedanz Zin vom Ein-/Ausgangs-Port (51) aus in Richtung auf das Senderfilter (56) und das Empfängerfilter (57) durch die folgende Gleichung ausgedrückt wird,

wobei θ&sub1;&sub2; eine Phasenkonstante der ersten Leitung (60) ist,

daß die in der Admittanz Yin enthaltene Eingangsadmittanz YTF derart ist, daß die Eingangsimpedanz Zin in einem Empfangsfrequenzbereich erhöht wird, und daß die in der Admittanz Yin enthaltene Eingangsadmittanz YRF derart ist, daß die Eingangsimpedanz im in einem Sendefrequenzbereich erhöht wird.

2. Sende-Empfangs-Weiche gemäß Anspruch 1, wobei die Eingangsimpedanz Zin derart ist, daß eine Reflexionsdämpfung des Ein-/Ausgangs-Ports (51) größer als 10 dB ist.

3. Sende-Empfangs-Weiche gemäß Anspruch 1 oder 2, die weiterhin ein isolierendes Substrat aufweist, auf dem der Ein-/Ausgangs-Port (51), das Senderfilter (56), das Empfängerfilter (57) und der Sende-Empfangs-Weichen-Schaltkreis angebracht sind.

4. Verfahren zum Aufbau einer Sende-Empfangs-Weiche, die ein Senderfilter (56) mit Eingangs- und Ausgangs-Ports, ein Empfängerfilter (57) mit Eingangs- und Ausgangs-Ports, einen Ein-/Ausgangs-Port (51) und ein Bezugspotential aufweist, wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist:

eine erste leitende Streifenleitung (60) mit einer ersten Leitungslänge I&sub1;&sub2; zwischen den Ein-/Ausgangs-Port (51) und den Eingangs-Port (52) des Empfängerfilters (57) zu koppeln;

eine zweite leitende Streifenleitung (61) mit einer zweiten Leitungslänge I&sub2;&sub3; zwischen den Eingangs-Port (52) des Empfängerfilters (57) und den Ausgangs- Port (53) des Senderfilters (56) zu koppeln; und

eine dritte leitende Streifenleitung (62) mit einer dritten Leitungslänge I&sub2;&sub3; zwischen den Eingangs-Port (52) des Empfängerfilters (57) und das Bezugspotential zu koppeln, dadurch gekennzeichnet daß die Filter und die erste, die zweite und die dritte leitende Streifenleitung so ausgeführt werden, daß, wenn der Ein-/Ausgangs-Port (51) im Leerlauf ist, eine Eingangsadmittanz Yin vom Ein-/Ausgangs- Port (51) aus in Richtung auf das Senderfilter (56) und das Empfängerfilter (57) durch die folgende Gleichung ausgedrückt wird,

Yin = YT + YRF + Y&sub2;

wobei YT eine Gesamtadmittanz der Eingangsadmittanz der zweiten leitenden Streifenleitung (61) ist,

YRF die Eingangsadmittanz des Empfängerfilters (57) ist und

Y&sub2;&sub0; die Eingangsadmittanz der dritten Leitung (62) ist,

YT durch die folgende Gleichung ausgedrückt wird,

wobei

YTF die Eingangsadmittanz des Senderfilters (56) ist,

θ&sub2;&sub3; die Phasenkonstante der zweiten Leitung (61) ist und

Y&sub2;&sub0; durch die folgende Gleichung ausgedrückt wird,

wobei θ&sub2;&sub0; eine Phasenkonstante der dritten Leitung (62) ist;

wobei die Eingangsadmittanz YRF des Empfängerfilters (57) in einem Durchlaßbereich des Senderfilters (56) durch YR ≈ Y&sub2;&sub0; ausgedrückt wird und wobei die Gesamtadmittanz YT in einem Durchlaßbereich des Empfängerfilters (57) durch YT ≈ Y&sub2;&sub0; ausgedrückt wird, wobei die Länge I&sub2;&sub0; der dritten Leitung (62) derart ist, daß wahlweise YRF ≈ Y&sub2;&sub0; oder YT ≈ Y&sub2;&sub0; erfüllt ist; und

wobei θ&sub1;&sub2; eine Phasenkonstante der ersten Leitung (60) ist,

daß die in der Admittanz Yin enthaltene Eingangsadmittanz YTF derart eingestellt wird, daß die Eingangsimpedanz im in einem Empfangsfrequenzbereich erhöht wird, und

daß die in der Admittanz Yin enthaltene Eingangsadmittanz YRF derart eingestellt wird, daß die Eingangsimpedanz Zin in einem Sendefrequenzbereich erhöht wird.