DE69821875T2

DE69821875T2 - System zur reduktion von intermodulationsverzerrung eines radiofrequenz-signals

Info

Publication number: DE69821875T2
Application number: DE69821875T
Authority: DE
Inventors: Risto Piirainen
Original assignee: Nokia Oyj
Current assignee: Nokia Oyj
Priority date: 1997-04-30
Filing date: 1998-04-28
Publication date: 2005-01-05
Anticipated expiration: 2018-04-29
Also published as: AU737085C; CN1131597C; NO986183L; ATE260519T1; EP0922336B1; EP0922336A1; JP2000513913A; DE69821875D1; FI971850A; AU7047598A; CN1225761A; AU737085B2; NO986183D0; FI971850A0; WO1998052291A1; US6321069B1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Reduzierung von Störungen von Funkfrequenzsignalen, insbesondere in einem Sendeempfänger-Summierungsteil, mit einem leitenden Gehäuse und zumindest einer gemeinsamen Übertragungsleitung für zumindest zwei unterschiedliche Signale.
BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK
Bei einem Funksystem tritt in den Funkfrequenzteilen eines Sendeempfängers, zum Beispiel in einem Duplex-Filter, eine Intermodulation insbesondere zwischen mehreren unterschiedlichen zu übertragenden Signalen auf, wobei die Intermodulation von nichtlinearen Schnittstellen oder ferromagnetischen Materialien auf einem Signalpfad verursacht wird. Die nichtlineare Schnittstelle erzeugt verschiedene Eintrittskombinationen von Signalen, wobei Summen- und Schwebungsfrequenzen von Frequenzen in den Signalen erzeugt werden. Einige dieser Frequenzen können auf einem Sendekanal oder auf einem Empfangskanal erscheinen, wodurch sie mit einem Sende- und/oder Empfangsbetrieb interferieren und nachteilig für den Betrieb des gesamten Funksystems sind.
Die nichtlineare Schnittstelle entsteht zum Beispiel an einer Kopplung zwischen der Grund- bzw. Masseplatte einer in einer Übertragungsleitung angeordneten Leiterplatine und der Grund- bzw. Masseplatte eines Gehäuses. Der Zweck der Grundplatte der Leiterplatine besteht darin, Interferenzen zu reduzieren, aber die Kopplung an das Gehäuse verursacht eine Intermodulation von Signalen. Ein nichtlinearer Effekt wird verstärkt, falls die Kopplung zwischen Grundflächen schwach ist. Um nichtlineare Effekte zu vermeiden, ist es bekannt, die Kopplung zwischen der Grundplatte der Leiterplatine und dem Gehäuse zu verstärken, indem eine Platte mit Schrauben am Gehäuse befestigt wird, wodurch die Grundfläche der Platte fest gegen das Gehäuse gedrückt wird. Eine Kopplung kann durch Verwendung von leitfähigem Leim oder Kleber zwischen der Grundplatte der Leiterplatine und dem Gehäuse weiter verbessert werden. Diese Maßnahmen beseitigen die nichtlineare Schnittstelle zwischen den Grundflächen jedoch nicht vollständig und lösen daher nicht das durch Intermodulation von Signalen erzeugte Problem.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Anordnung bereitzustellen, um die vorstehend erwähnten Probleme zu lösen.
Dies wird mit dem Verfahren des in der Einleitung dargestellten Typs erreicht, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Gehäuse des Summierungsteils zur Reduzierung von im Summierungsteil auftretenden Intermodulationsverzerrungen von Signalen eingerichtet ist, um als eine Masseplatte für die Übertragungsleitung zu funktionieren, ohne dass eine gesonderte Masseplatte mit der Übertragungsleitung verbunden ist.
Die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen offenbart.
Die Anordnung der Erfindung stellt viele Vorteile bereit. Eine mit dem Betrieb des Sendeempfängers interferierende und von einem Sendesignal in einer nichtlinearen Kopplung auftretende Intermodulation kann beseitigt werden, und insbesondere die Qualität des Empfangs und die Betriebsqualität des Funksystems im Ganzen können so verbessert werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Im Folgenden wird die Erfindung mit Hilfe bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen ausführlicher beschrieben, bei denen zeigen:
1 eine Kopplung eines Senders und eines Empfängers an eine Antenne;
2 die Leiterplatine eines Summierungsteils gemäß dem Stand der Technik;
3 die Leiterplatine eines Summierungsteils der Erfindung; und
4 die Übertragungsleitungslösung eines Summierungsteils der Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die Lösung der Erfindung kann insbesondere auf einen Sendeempfänger in einem zellularen Funksystem angewandt werden, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.
1 zeigt eine typische Sendeempfängeranordnung, die als ein Filter arbeitet und ein Senderfilter 11, einen Summierungsteil 21 und ein Empfängerfilter 23 aufweist.
Vom Senderfilter 11 ist ein Leiter 13 zum Summierungsteil 21 angeordnet. Das Summierungsteil 21 weist eine Übertragungsleitung 15, eine Leiterplatine 16 und einen Antennenstecker 17 auf. Ein empfangenes Signal breitet sich über einen Leiter 19 an das Empfängerfilter 23 aus. Das Senderfilter 11 verhindert, dass die Empfangssignale in einen Sender eindringen, und das Empfängerfilter 23 verhindert, dass Sendesignale in einen Empfänger eindringen. Die Länge des Leiters 13 zwischen dem Senderfilter 11 und dem Summierungsteil 21 ist dann praktisch gleich der Länge der halben Wellenform der Empfangssignale, d. h. l = n*λ/2, wobei l die Länge des Leiters ist, n ist eine Ganzzahl (1, 2, 3, ...), λ ist die Wellenlänge. Dementsprechend ist die Länge des Leiters 19 zwischen dem Empfängerfilter 23 und dem Summierungsteil praktisch gleich der Länge der Wellenform des Sendesignals. Jedoch kann eine derartige Filterung weder in den Sendesignalen vorhandene und im Summierungsteil 21 erzeugte Intermodulationsfrequenzen herausfiltern noch verhindern, dass sich diese zum Empfänger ausbreiten. Die Anordnung der Erfindung ist vorzugsweise eine Sendeempfängeranordnung für eine Basisstation in einem Funksystem, und sie wird zum gleichzeitigen Senden auf mehreren Frequenzen verwendet.
Die gesamte Anordnung befindet sich typischerweise innerhalb eines leitfähigen Gehäuses 22, das den Summierungsteil 21 als ein gesondertes Fach einschließt. Das Gehäuse besteht typischerweise aus Metall oder Kombinationen davon, wie etwa silberbeschichtetem Aluminium. Die Signale haben bei einer Übertragungsleitungsbauweise 15 einen Summierungspunkt 18 an einer Stelle, an der ein Senderzweig, ein Empfangszweig und ein Antennenzweig zusammentreffen. Die Impedanz der Übertragungsleitung 15 ist typischerweise auf 50 Ω eingerichtet. Die Übertragungsleitung 15 ist ein dünner und leitfähiger planarer Wellenleiter auf der Leiterplatine 16, die bei Lösungen gemäß dem Stand der Technik typischerweise doppelseitig ist. Die Übertragungsleitung 15 ist zum Beispiel ein Metall-Mikrostreifenleiter, dessen Dicke sich typischerweise von einigen Mikrometern bis zu wenigen Dutzend Mikrometern erstreckt. Die Leiterplatine 16 funktioniert typischerweise als eine Unterlage der Übertragungsleitung 15 und ist üblicherweise aus einer Mischung aus Harz/Glasfasern, Plastik oder einer keramischen Substanz hergestellt. Die Mikrostreifenleiter müssen paarweise an einer Grundplatte angeordnet sein, die aus der Seite der doppelseitigen Leiterplatine 16 besteht, die der Übertragungsleitung 15 gegenüberliegt, und die typischerweise eine große Metallfläche ist, deren Zweck es ist, die erforderliche Impedanz für den Mikrostreifen zu erzeugen und eine verstreute Abstrahlung zu reduzieren. Die Leiterplatine 16 ist zum Beispiel mit Schrauben fest an der Gehäusestruktur 22 befestigt, wodurch das Gehäuse 22, das auch als eine Grund- bzw. Masseplatte arbeitet, und die Grund- bzw. Masseplatte der Leiterplatine miteinander gekoppelt sind. Obwohl der Zweck der Grundplatte der Leiterplatine 16 darin besteht, Interferenzen zu reduzieren, bildet eine Kopplung der Grundplatte an die Gehäusestruktur 22 eine Schnittstelle, die bezüglich sich in der Übertragungsleitung 15 ausbreitenden Signalen nichtlinear arbeitet und eine Intermodulation zwischen den Signalen erzeugt.
In allgemeiner Form erzeugt eine Intermodulation für zwei Frequenzen f₁ und f₂ Frequenzen der Form IM ≙ a*f₁ ± b*f₂. Typische Intermodulationsfrequenzen sind zum Beispiel IM₃, IM₅ und IM₇, die für die beiden Frequenzen f₁ und f₂ auf die folgende Art und Weise erzeugt werden: IM3 ≙ 2f1 ± f2 IM5 ≙ 3f1 ± 2f2 IM7 ≙ 4f1 ± 3f2.
Die aufsummierten Frequenzen sind üblicherweise so hoch, dass sie am Sendeempfänger herausgefiltert werden. Der Frequenzbereich von zum Beispiel dem NMT-Funksystem beträgt 450 MHz, und die Basisstation empfängt zum Beispiel in einem Frequenzband von 453 bis 457,5 MHz und sendet in einem Frequenzband von 463 bis 467,5 MHz. IM₅ und IM₇ erscheinen dann auf Empfangsfrequenzen und IM₃ erscheint in einem Sendeband. Sind zwei zu sendende Frequenzen zum Beispiel 463 MHz und 467 MHz, erhält IM₅ einen Wert von 3*463 MHz – 2*467 MHz = 455 MHz, was in der Mitte des Empfangsfrequenzbands liegt.
2 zeigt einen typischen Schaltkreis 16 einer in einem Summierungsteil 21 angeordneten Übertragungsleitung 15 gemäß dem Stand der Technik. Die Übertragungsleitung 15 ist an einer Seite der Leiterplatine 16 angeordnet und die andere Seite der Leiterplatine 16 arbeitet vorzugsweise vollständig als eine leitfähige Grundplatte 14. Mit anderen Worten ist die Grundplatte 14 von einer Gehäusestruktur 22 getrennt und mit Hilfe der Leiterplatine 16 mit der Übertragungsleitung 15 verbunden. Die Grundplatte 14 der Leiterplatine 16 ist üblicherweise durch Pressen unter Verwendung von leitfähigem Leim oder durch Kleben an das Filtergehäuse 22 gekoppelt.
Die Lösung der Erfindung betrifft insbesondere den Summierungsteil 21, wo zur Reduzierung von Intermodulationsverzerrungen von Signalen, die im Summierungsteil erzeugt werden, das Gehäuse 22 des Summierungsteils 21 eingerichtet ist, als die Grund- bzw. Masseplatte für die Übertragungsleitung 15 zu funktionieren, ohne dass eine gesonderte Grund- bzw. Masseplatte mit der Übertragungsleitung 15 verbunden ist. Obwohl bei Lösungen gemäß dem Stand der Technik eine gesonderte Grundplatte wie etwa die Grundplatte 14 der Leiterplatine mit der Übertragungsleitung 15, zum Beispiel unterhalb der Unterlage, verwendet wird, um Impedanz zu erzeugen und auch um Interferenzen zu steuern, besteht die Entscheidung bei der erfinderischen Lösung darin, die insbesondere mit der Übertragungsleitung 15 verwendete Grundplatte 14 zu entfernen und auf die als die Grundplatte funktionierende Gehäusestruktur 22 zu vertrauen. Mit anderen Worten müssen das Interferenzen verursachende Gehäuse 22 und die Grundplatte der Übertragungsleitung 15 nicht aneinander gekoppelt werden, und wegen der Kopplung auftretende Interferenzen werden vermieden.
Bei der Lösung der Erfindung weist der Summierungsteil 21 eine Leiterplatine 16 auf, die zumindest eine Übertragungsleitung 15 für zumindest zwei unterschiedliche Signale aufweist, und zur Reduzierung von Intermodulationsverzerrungen von Signalen, die im Summierungsteil 21 erzeugt werden, ist die Leiterplatine 16 einseitig und das Gehäuse 22 des Summierungsteils 21 ist eingerichtet, als eine Grund- bzw. Masseplatte zu funktionieren, ohne dass eine gesonderte Grund- bzw. Masseplatte an der Leiterplatine 16 angeordnet ist. Sowohl bei der Lösung gemäß dem Stand der Technik als auch bei der erfinderischen Lösung befindet sich die Übertragungsleitung 15 auf der Leiterplatine 16, aber die Grundplatte gemäß dem Stand der Technik, die in Verbindung mit der Übertragungsleitung 15 angeordnet ist und als die Grundplatte 14 der Leiterplatine 16 arbeitet, wird bei der erfinderischen Idee nicht eingesetzt.
3 zeigt eine Leiterplatinenlösung der Erfindung. In diesem Fall ist eine leitfähige Schicht von der Seite der Leiterplatine 16 entfernt worden, die der Übertragungsleitung 15 gegenüberliegt, wodurch die Leiterplatine 16 keine eigene Grund- bzw. Masseplatte 14 aufweist. Die Leiterplatine 16 ist jedoch gemäß einer bekannten Methode, zum Beispiel mit Schrauben, am Gehäuse 22 befestigt. Sind die Grundplatten der Leiterplatine 16 und des Gehäuses 22 nicht aneinander gekoppelt, verschwinden Intermodulationsverzerrungen, die bei den Lösungen gemäß dem Stand der Technik auftreten.
4 zeigt eine zweite Betriebsart der Erfindung. In diesem Fall wird in einem Summierungsteil 21 keine eigentliche Leiterplatine verwendet, sondern eine Übertragungsleitung 15 ist von einer Grundplatte luftisoliert, die von einem Gehäuse 22 bereitgestellt wird. Die Übertragungsleitung 15 kann zum Beispiel ein Metall-Streifenleiter sein, der mit Trägern bzw. Stützen 41 vom Gehäuse 22 entfernt gehalten wird. Die Übertragungsleitung 15 ist vom Gehäuse 22 des Summierungsteils 21 im Wesentlichen vollständig luftisoliert, wobei das Gehäuse eingerichtet ist, als die Grundplatte zu funktionieren.
Bei der Lösung der Erfindung ist der Summierungsteil 21 vorzugsweise ein Teil eines Duplex-Filters gemäß dem Stand der Technik. Das Duplex-Filter ermöglicht ein gleichzeitiges Senden und Empfangen von Signalen mittels des Sendeempfängers.
Obwohl die Erfindung vorstehend unter Bezugnahme auf das Beispiel gemäß den begleitenden Zeichnungen beschrieben wurde, ist es offensichtlich, dass die Erfindung nicht darauf beschränkt ist, sondern dass sie innerhalb des Umfangs der erfinderischen Idee, die in den zugehörigen Ansprüchen offenbart ist, auf vielfältige Arten modifiziert werden kann.

Claims

Anordnung zur Reduzierung von Störungen von Funkfrequenzsignalen, insbesondere in einem Sendeempfänger-Summierungsteil (21), mit einem leitenden Gehäuse (22) und zumindest einer gemeinsamen Übertragungsleitung (15) für zumindest zwei unterschiedliche Signale, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (22) des Summierungsteils (21) zur Reduzierung von im Summierungsteil (21) auftretenden Intermodulationsverzerrungen von Signalen eingerichtet ist, als eine Masseplatte für die Übertragungsleitung (15) zu funktionieren, ohne dass eine gesonderte Masseplatte (14) mit der Übertragungsleitung (15) verbunden ist.
Anordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Summierungsteil (21) eine Leiterplatte (16) mit zumindest einer gemeinsamen Übertragungsleitung (15) für zumindest zwei unterschiedlichen Signalen aufweist, und die Leiterplatte (16) zum Reduzieren von im Summierungsteil (21) auftretenden Intermodulationsverzerrungen von Signalen einseitig ist, und das Gehäuse (22) des Summierungsteils (21) eingerichtet ist, als die Masseplatte für die Übertragungsleitung (15) zu funktionieren, ohne dass eine gesonderte Masseplatte (14) an der Leiterplatte (16) angeordnet ist.
Anordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsleitung (15) vom Gehäuse (22) des Summierungsteils (21) im Wesentlichen vollständig luftisoliert ist, wobei das Gehäuse eingerichtet ist, als die Masseplatte für die Übertragungsleitung (15) zu funktionieren.
Anordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Summierungsteil (21) ein Teil eines Duplexfilters in einem Sendeempfänger ist.