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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Antennenschalter, umfassend
mindestens einen Signalpfad, und genauer auf einen integrierten Antennenschalter
mit sowohl einem Verstärkermittel als
auch einem Schaltmittel in jedem Pfad.
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Beschreibung
des Standes der Technik
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Es
wurden große
Anstrengungen unternommen, um die Anforderungen von Leistungsverhalten und
Kompaktheit von mobilen und tragbaren Telefonen zu erfüllen.
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Da
die Anforderungen nach Mobiltelefonen mit noch kleiner Größe ansteigen,
erhöhen
sich gleichzeitig die Anforderungen nach besserem Leistungsverhalten,
mehr Funktionen und Diensten. Folglich müssen mehr und mehr Komponenten
in einen noch kleineren Bereich oder Raum in dem tragbaren Telefon
passen. Eine erhöhte
Zahl von Komponenten verursacht auch erhöhte elektrische Verluste.
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Jedes
Mobiltelefon ist mit irgendeiner Art eines Antennenschalters zum
Schalten zwischen Übertragen
und Empfangen von Signalen unter Verwendung mindestens einer Antenne
versehen. Früher
bekannte Antennenschalterstufen sind in getrennte Teilstufen oder
Komponenten geteilt. Die erste Stufe ist eine Verstärkerstufe,
die mit der nachfolgenden Schaltstufe verbunden ist. 1 zeigt
einen Einzelband-Antennenschalter vom Stand der Technik, umfassend
eine Verstärkerkomponente und
eine Schaltkomponente, wobei beide Komponenten mehrere unhandliche
Komponenten enthalten, wie etwa Drosseln, PIN-Dioden, Kondensatoren
und Filter, die Verluste in dem Schalter verursachen. Insbesondere ist
dies in einem Dualbandsystem mit einem anderen Signalpfad offensichtlicher.
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Die
internationale Anmeldung WO 97/10621 präsentiert ein Dualband-Antennensystem
zur Verwendung in einer Kommunikationseinrichtung. Das Antennensystem
enthält
ein Antennenelement zum Abstrahlen elektromagnetischer Energie in
den Niederband- und
Hochband-Wellenlängenbereichen. Des
weiteren sieht ein Niederband-Isolatornetz, das mit dem Antennenelement
gekoppelt ist, Signalisolierung zwischen Hochband- und Niederband-Signalpfaden während eines
Hochbandbetriebs vor. Ähnlich
kann ein Hochband-Isolatornetz während
des Betriebs in dem Niederbandbereich von Wellenlängen Signalisolierung
zwischen den Hochband- und Niederband-Signalpfaden vorsehen. Während Übertragungs-
und Empfangsoperationen wird elektromagnetische Energie des Niederbandes
und des Hochbandes, die durch die Antenne gelenkt wird, durch die
Niederband- bzw. Hochband-Isolatornetze
weitergeleitet. Auch sind Niederband- und Hochband-Anpassungsnetze
enthalten, die die Niederband- und Hochband-Isolatornetze jeweils
mit Niederband- und Hochband-Transceiverschaltungstechnik
koppeln.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Es
ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Antennenschalter
vorzusehen, der die oben erwähnten
Probleme mit mehreren unhandlichen Komponenten verringert, die Verluste
in dem System verursachen.
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Das
Ziel der vorliegenden Erfindung zum Reduzieren der Zahl von Komponenten
in dem Schalter wird durch eine integrierte Antennenschalterkomponente
mit sowohl Verstärkermitteln
als auch Schaltmitteln in jedem Pfad erhalten.
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Gemäß einem
ersten Aspekt wird ein Antennenschalter gemäß Anspruch 1 vorgesehen. Gemäß einem
anderen Aspekt wird ein Antennenschalter gemäß Anspruch 4 vorgesehen. Außerdem sind
weitere Ausführungsformen
der Erfindung in den abhängigen
Ansprüchen
definiert.
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Um
den erforderlichen Komponentenbereich zu reduzieren, wird ferner
ein Mikrostreifen als Impedanzmittel in dem Antennenschalter verwendet
und es wird geeignete Abstimmung anderer Komponenten in dem Schalter
durchgeführt.
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In
dem integrierten Antennenschalter wird das Schaltmittel durch die
gleiche Gleichstromeinspeisung wie die Leistungsverstärker versorgt,
wobei Komponenten, wie etwa Drosseln und Kondensatoren, für die Funktion
des Antennenschalters überflüssig werden
und entfernt werden.
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Um
zwei Signalpfade eines Dualband-Antennenschalters mit der gleichen
Antenne zu verbinden, sind beide Pfade mit der Antenne durch ein
Frequenzband-Auswahlmittel verbunden, wie etwa eine Frequenzweiche.
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Die
Zahl von Komponenten wird durch Entfernen des Tiefpassfilters in
jedem Pfad und Anbringen des Tiefpassfilters zwischen der Frequenzweiche
und der Antenne noch weiter reduziert.
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Die
Frequenzweiche ist gestaltet, nur Hochbandsignale in dem Hochbandpfad
durchzulassen und zu verhindern, dass Niederbandsignale in den Hochbandpfad
entweichen. Ähnlich
lässt der
Niederbandpfad Niederbandsignale durch und verhindert, dass Hochbandsignale
in den Niederbandpfad entweichen.
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Die
Vorteile der vorliegenden Erfindung bestehen darin, dass die Zahl
von Komponenten, die in dem Antennenschalter verwendet werden, reduziert wird,
und eine Verringerung von Verlusten in der Übertragung erhalten wird.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Um
die Erfindung und die Vorteile und Merkmale der Erfindung detaillierter
erläutern,
wird nachstehend eine bevorzugte Ausführungsform detailliert beschrieben,
wobei auf die begleitenden Zeichnungen verwiesen wird, in denen:
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1 ein
Blockdiagramm eines Einzelband-Antennenschalters vom Stand der Technik
ist;
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2 eine
Ersatzschaltung für
den Empfangspfad des Antennenschalters in 1 ist;
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3 eine
Ersatzschaltung des Übertragungspfades
des Antennenschalters in 1 ist;
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4 eine
Ausführungsform
eines Dualband-Antennenschalters gemäß der Erfindung ist, wobei
ein Hochbandpfad und ein Niederbandpfad mit einer Antenne über ein
Frequenzband-Auswahlmittel verbunden sind;
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5 ein
detailliertes Blockdiagramm über das
Frequenzauswahlmittel in 4 ist;
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6 eine
alternative Ausführungsform
des Dualband-Antennenschalters gemäß der Erfindung ist; und
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7 eine
andere alternative Ausführungsform
des Dualband-Antennenschalters
gemäß der Erfindung
ist.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Mit
Bezug auf 1 wird ein Einzelband-Antennenschalter
des Standes der Technik veranschaulicht, umfassend Verstärkermittel 1 und
Schaltmittel 2, die zwei getrennte Komponenten sind, wie
durch eine unterbrochene Linie 3 zwischen den zwei Komponenten 1 und 2 veranschaulicht
wird. Ferner sind die zwei Komponenten 1 und 2 in
ersten und zweiten Verbindungspunkten A und B aneinander angebracht.
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Das
Verstärkermittel
umfasst einen ersten Verstärker 4,
dessen Ausgangsanschluss mit einem ersten Anschluss einer ersten
Drossel 5 verbunden ist. Ein zweiter Anschluss der Drossel 5 ist
mit einem ersten Anschluss eines ersten Kondensators 6 verbunden,
von dem ein zweiter Anschluss geerdet ist. Ein erster Nebenschlusskondensator 7 bildet
den Ausgang von dem Verstärkermittel.
Ferner wird der Verstärker 4 durch
Zuführung
einer Spannung Vs über eine ersten Drossel hohen
Wertes 8 gespeist, wie in 1 gezeigt
wird.
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Das
Schaltmittel 2 umfasst ein erstes empfangendes Isolationsmittel 9,
wie etwa eine PIN-Diode, zur Isolation des Leistungsverstärkers 4 von
dem empfangenden Zweig, wie später
beschrieben wird, und zum Abschalten der Leistung, wenn sehr wenig Ausgangsleistung übertragen
wird. Ein Ausgangsanschluss des empfangenden Isolationsmittels 9 ist
mit einem ersten Anschluss eines zweiten Nebenschlusskondensators 10 verbunden,
ein zweiter Anschluss von dem mit einer Antenne 11 über ein
Tiefpassfilter 12 verbunden ist. Der zweite Nebenschlusskondensator 10 ist
vorgesehen, um den Schalter und den Verstärker vor Entladungen in der Antenne
zu schützen.
Ein Mikrostreifen 13, z.B. 1/4 der Wellenlänge in dem
Band, ist mit dem ersten Anschluss des zweiten Nebenschlusskondensators 10 verbunden.
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Es
ist ein erstes Gleichstromschaltmittel 14 vorgesehen, um
zwischen dem Übertragungsmodus und
Empfangsmodus umzuschalten. Das Gleichstromschaltmittel ist in einem
Ende mit der Masse verbunden und in dem anderen Ende mit einem dritten
Nebenschlusskondensator 15, der auch mit der Masse verbunden
ist. Die Verbindung zwischen dem dritten Nebenschlusskondensator 15 und
dem Gleichstromschaltmittel 14 ist mit einem Ausgang einer
zweiten PIN-Diode 16 verbunden, von der ein Eingangsanschluss
mit dem Mikrostreifen 13 verbunden ist.
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In
dem Empfangsmodus ist das Gleichstromschaltmittel 14 ausgeschaltet,
d.h. geöffnet,
wobei die ersten und zweiten PIN-Dioden 9 und 16 ausgeschaltet
sind und folglich eine hohe Impedanz darstellen. Eine Ersatzschaltung
des Empfangspfades, umfassend die Antenne 11, das Tiefpassfilter 12,
den Kondensator 10 und den Mikrostreifen 13, verbunden mit
dem empfangenden Eingangsanschluss des Telefons, worin der Antennenschalter
angeordnet ist, wird in 2 gezeigt. Das Tiefpassfilter 12 ist
gedacht, harmonische Frequenzen zu dämpfen, der Kondensator 10 ist
ein Nebenschlusskondensator, der Funkfrequenzsignale nicht durchlässt, und
der Mikrostreifen 13 ist eine Übertragungsleitung von 50 Ohm.
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3 ist
eine Ersatzschaltung, die den Antennenschalter des Standes der Technik
im Übertragungsmodus
veranschaulicht. Der Übertragungspfad umfasst
den Leistungsverstärker 4,
die Drossel 5, den Kondensator 6, den Nebenschlusskondensator 7,
die PIN-Diode 9, den Nebenschlusskondensator 10,
das Tiefpassfilter 12 und die Antenne 11. In diesem
Modus sind die PIN-Dioden 9 und 16 kurzgeschlossen,
und die Bonddrähte
in den PIN-Diodenpaketen
sind noch da und deshalb kann der Kondensator 15 verwendet
werden, um eine serielle Resonanz mit der Induktivität der Bonddrähte in dem
Paket der PIN-Diode 16 zu erhalten. Da der Mikrostreifen 13 1/4
der Wellenlänge
ist, wird die tiefe Impedanz in dem empfangenden Eingangsanschluss
zu einer hohen Impedanz zum Übertragen
von Signalen transformiert. Somit sieht der Übertragungspfad wie die Ersatzschaltung
aus, wie in 3 gezeigt.
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Die
Drossel 8 in der Verstärkerkomponente 1,
ebenso wie eine zweite Drossel hohen Wertes 17 in der Schaltkomponente 2 sind
HF-Drosselspulen, die verwendet werden, um das HF-Signal nicht zu dämpfen. Der
Leistungsverstärker 4 hat
einen Ausgang von z.B. 2W in GSM. Die Drossel 5 und der Kondensator 6 sind
Impedanzanpassungskomponenten. Ferner ist der Kondensator 7 ein
Nebenschlusskondensator. In dem Übertragungsmodus
ist die PIN-Diode 9 durch das Gleichstromschaltmittel 14 und
den Mikrostreifen 13 vorgespannt, gezeigt in 1.
Die PIN-Diode 9 agiert dann nahezu als ein Kurzschluss.
Der Kondensator 10 ist auch ein Nebenschlusskondensator
und das Tiefpassfilter 12 dämpft harmonische Frequenzen.
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Wie
in 1-3 gezeigt, sind die Einzelband-Verstärkerkomponente 1 und
die Schaltkomponente 2 zwei getrennte Komponenten, die
miteinander verbunden sind. Im Gegensatz dazu ist der Antennenschalter
gemäß der Erfindung
ein integrierter Antennenschalter mit sowohl einem Verstärkermittel als
auch einem Schaltmittel in jedem Pfad, wie in 4 veranschaulicht
wird.
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4 veranschaulicht
einen integrierten Dualband-Antennenschalter gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung mit zwei einzelnen Pfaden, die über ein
Frequenzauswahlmittel, wie etwa eine Frequenzweiche 18,
miteinander verbunden sind, wobei der Antennenschalter ein integrierter Antennenschalter
mit sowohl Verstärkermittel
als auch Schaltmittel in jedem Pfad ist. Der obere Pfad in 4 ist
der Hochbandpfad und der untere Pfad ist der Niederbandpfad.
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Gemäß der Erfindung
umfasst der integrierte Antennenschalter in dem Hochbandpfad den
ersten Verstärker 4,
dessen Ausgangsanschluss mit dem ersten Anschluss der ersten Drossel 5 verbunden
ist. Der zweite Anschluss der Drossel 5 ist mit dem ersten
Anschluss des ersten Kondensators 6 verbunden, ein zweiter
Anschluss von dem geerdet ist. Ferner wird der Verstärker 4 durch
Versorgungsspannung Vs über die erste Drossel hohen
Wertes 8 gespeist.
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Der
zweite Anschluss der Drossel 5 und der erste Anschluss
des ersten Kondensators 6 sind mit dem ersten empfangenden
Isolationsmittel 9 verbunden. Der Ausgangsanschluss des
empfangenden Isolationsmittels 9 ist mit dem ersten Anschluss
des zweiten Nebenschlusskondensators 10 verbunden, dessen
zweiter Anschluss mit dem Tiefpassfilter 12 verbunden ist,
das mit der Antenne 11 über
die Frequenzweiche 18 verbunden ist. Der Mikrostreifen 13, z.B.
1/4 der Wellenlänge
in dem Hochband, ist mit dem ersten Anschluss des zweiten Nebenschlusskondensators 10 verbunden.
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Ähnlich zu
den Schalter vom Stand der Technik ist ein Gleichstromschaltmittel 14 vorgesehen,
um zwischen Übertragungsmodus
und Empfangsmodus umzuschalten. Das Gleichstromschaltmittel ist
in einem Ende mit der Masse verbunden und in dem anderen mit dem
dritten Nebenschlusskondensator 15, der auch mit der Masse
verbunden ist. Eine Verbindung zwischen dem dritten Nebenschlusskondensator 15 und
dem Gleichstromschaltmittel 14 ist mit dem Ausgang der
zweiten PIN-Diode 16 verbunden, deren Eingangsanschluss
mit dem Mikrostreifen 13 verbunden ist.
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Das
Steuersignal in dem Antennenschalter hängt davon ab, wie der Gleichstromschalter 14 gesetzt
ist, ein oder aus, ähnlich
zu dem oben beschriebenen Einzelband-Antennenschalter. In dieser
Ausführungsform
wird jedoch die Gleichstromeinspeisung durch die gleiche Versorgung,
Vs, wie für den Leistungsverstärker 4 bereitgestellt.
Dies ist eine kompaktere Lösung,
die weniger Komponenten als die in 1 beschriebene
Lösung
vom Stand der Technik erfordert, wobei das Schaltmittel mit dem
Nebenschlusskondensator 7 in seinem Ausgang versehen ist
und die Gleichstromzuführung
für die
Antennenschalter-PIN-Dioden 9 und 16 durch die
Drosselspule 17 zugeführt
wird.
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In
dem Niederbandpfad ist ein zweiter Verstärker 4', von dem ein Ausgangsanschluss
mit einem ersten Anschluss einer zweiten Drossel 5' verbunden ist.
Ein zweiter Anschluss der Drossel 5' ist mit einem ersten Anschluss
eines zweiten Kondensators 6' verbunden,
von dem ein zweiter Anschluss geerdet ist. Ferner wird der Verstärker 4' durch die Versorgungsspannung
Vs, die gleiche wie für den Hochbandpfad, über eine
dritte Drossel hohen Wertes 8' gespeist.
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Der
zweite Anschluss der Drossel 5' und der erste Anschluss des Kondensators 6' sind mit einem zweiten
empfangenden Isolationsmittel 9' verbunden. Ein Ausgangsanschluss
des empfangenden Isolationsmittels 9' ist mit einem ersten Anschluss
eines vierten Nebenschlusskondensators 10' verbunden, von dem ein zweiter
Anschluss mit einem zweiten Tiefpassfilter 12' verbunden ist,
das mit der Antenne 11 über
die Frequenzweiche 18 verbunden ist. Ein erster Mikrostreifen 13', z.B. 1/4 der
Wellenlänge in
dem Niederband, ist mit dem ersten Anschluss des vierten Nebenschlusskondensators 10' verbunden.
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Auf
die gleiche Weise wie für
den Hochbandpfad ist ein zweites Gleichstromschaltmittel 14' in dem Niederbandpfad
vorgesehen, um zwischen Übertragungsmodus
und Empfangsmodus umzuschalten. Das Gleichstromschaltmittel 14' ist in einem Ende
mit der Masse verbunden und in dem anderen Ende mit einem fünften Nebenschlusskondensator 15', der auch mit
der Masse verbunden ist. Eine Verbindung zwischen dem Nebenschlusskon densator 15' und dem Gleichstromschaltmittel 14' ist mit dem Ausgang
einer vierten PIN-Diode 16' verbunden,
von der ein Eingangsanschluss mit dem Mikrostreifen 13' verbunden ist.
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Eine
Ausführungsform
der Frequenzweiche 18, die die zwei Signalpfade für eine Frequenzbandauswahl
verbindet, wird in 5 veranschaulicht. Die Frequenzweiche 18 hat
Hochbandmittel oder einen Pfad 19 und Niederbandmittel
oder einen Pfad 20. Das Hochbandmittel umfasst eine dritte
Drossel 21, die Reihe mit einem dritten Kondensator 22 verbunden
ist, wobei eine serielle Resonanzschaltung gebildet wird, die nur
Hochbandsignale durchlässt, z.B.
1800 MHz. Ähnlich
umfasst das Niederbandmittel 20 eine vierte Drossel 23,
die eine serielle Resonanzschaltung mit einem vierten Kondensator 24 bildet.
Um zu verhindern, dass Niederbandsignale in den Hochbandpfad 19 entweichen,
ist eine fünfte Drossel 25 parallel
zu dem Kondensator 22 angeordnet. Um zu verhindern, dass
Hochbandsignale in den Niederbandpfad 20 entweichen, ist
die Drossel 22 parallel zu einem fünften Kondensators 26 angeordnet.
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Mit
Bezug auf 4 verursacht die PIN-Diode 9, 9' einen Verlust
in dem Übertragungsmodus. Deshalb
werden die Drossel 5, 5' und der Kondensator 6, 6' auf eine Weise
ausgewählt,
dass sie wie eine hohe Impedanz zusammen mit einem Ausgangstransistor,
nicht gezeigt, des Verstärkers 4, 4' "aussehen" und dadurch das
Empfangssignal nicht beeinflussen, wenn das Telefon in dem Empfangsmodus
ist. Dies wird durch Kurzschließen
des Ausgangstransistors erreicht. Der Ausgang des Leistungsverstärkers 4, 4' ist dann eine
geringe Impedanz, fast wie ein Kurzschluss, wobei natürlich die
Versorgung Vs ausgeschaltet werden muss.
Die Drossel 5, 5' und
der Kondensator 6, 6' sind fast in paralleler Resonanz
in der Trägerfrequenz.
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In
einer alternativen Ausführungsform
der Erfindung, die in 6 veranschaulicht wird, wurde die
PIN-Diode 9, 9' durch einen
zweiten Mikrostreifen 27, 27' für eine Feinabstimmung ersetzt,
um den Einfluss von dem Leistungsverstärker 4, 4' in der Empfangssignaldämpfung minimal
zu machen. Falls jedoch die Drossel 5, 5' und der Kondensator 6, 6' in paralleler
Resonanz in der Trägerfrequenz
sind, wird der Mikrostreifen 27, 27' nicht benötigt.
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In
einer anderen alternativen Ausführungsform
der Erfindung oder als eine Ergänzung
kann eine erste Anpassungsimpedanz mit dem ersten Mikrostreifen 13, 13' und dem Gleichstromschaltmittel 14, 15, 16; 14', 15', 16' verbunden werden,
wobei ein Impedanzwert des gleichen Wertes gebildet wird, wie vorhanden
ist, wenn in den ersten Kondensator 6, 6' und die erste
Drossel 5, 5' "gesehen" wird, falls sie nicht
genau in Resonanz sind.
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In
noch einer anderen Ausführungsform
der Erfindung kann der Ausgangstransistor offen gelassen werden
und an Stelle der ersten Anpassungsimpedanz kann eine zweite Anpassungsimpedanz
mit dem ersten Mikrostreifen 13, 13' und dem Gleichstromschaltmittel 14, 15, 16; 14', 15', 16' verbunden werden,
wobei ein Impedanzwert des gleichen Wertes gebildet wird, wie vorhanden
ist, wenn in den ersten Kondensator 6, 6' und die erste
Drossel 5, 5' "gesehen" wird.
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Auch
kann der zweite Mikrostreifen 27, 27' für Feinabstimmung
vorgesehen sein, um die Einwirkung von dem Leistungsverstärker 4, 4' in der Empfangssignaldämpfung minimal
zu machen.
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Hier
ist das Verstärkermittel
entweder eine hohe Impedanz oder agiert als ein Komponentenwert in
einer Filterkonfiguration in dem Empfangspfad.
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Somit
sollte offensichtlich sein, dass die vorliegende Erfindung einen
Antennenschalter vorsieht, der die oben dargeleg ten Ziele und Vorteile
vollständig
erfüllt.
Obwohl die Erfindung in Verbindung mit einer spezifischen Ausführungsform
und einer alternativen Ausführungsform
davon beschrieben wurde, sind einem Fachmann Alternativen, Modifikationen und
Variationen offensichtlich.
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Z.B.
werden weitere Verbesserungen in der Komponentenverringerung durch
eine andere Alternativeausführungsform
in 7 gezeigt. Die Tiefpassfilter 12 und 12' in der Dualband-Antennenschalterausführung von 6 wurden
entfernt und es ist ein anderes Tiefpassfilter 28 zwischen
der Frequenzweiche 18 und der Antenne 11 zum Dämpfen der Oberschwingungen
sowohl in dem Hoch- als auch Niederband angeordnet.