EP1921706A1 - Hochfrequenz-Umschalter - Google Patents

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EP1921706A1
EP1921706A1 EP07018310A EP07018310A EP1921706A1 EP 1921706 A1 EP1921706 A1 EP 1921706A1 EP 07018310 A EP07018310 A EP 07018310A EP 07018310 A EP07018310 A EP 07018310A EP 1921706 A1 EP1921706 A1 EP 1921706A1
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EP
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frequency
low
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pass filter
signals
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Gregor Kleine
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Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
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Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/10—Auxiliary devices for switching or interrupting
    • H01P1/15—Auxiliary devices for switching or interrupting by semiconductor devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/20—Frequency-selective devices, e.g. filters
    • H01P1/213—Frequency-selective devices, e.g. filters combining or separating two or more different frequencies

Definitions

  • the invention relates to a high-frequency switch according to the preamble of the main claim.
  • High-frequency switches of this type are known as so-called.
  • Crossovers or diplexers consist of a low-pass branch, via which high-frequency signals with a frequency up to the cut-off frequency of the low-pass filter can be transmitted to a common output, and a high-frequency branch, via which high-frequency signals of frequencies above this low-pass cutoff frequency can be transmitted to the output.
  • Switchable crossovers are known in which, for example via PIN diodes, the cut-off frequency of the high or low pass is switchable so that the frequency ranges of the high and low pass do not overlap (eg U.S. Patent 6,411,176 ). These known crossovers are circuitry very complex, especially for applications at very high frequencies in the GHz range.
  • the high-frequency switch according to the invention the high-pass usual in crossovers is avoided, the high-frequency signals above the cut-off frequency of the low pass are supplied only via electronic switches, preferably PIN diodes. Additional switching elements in the high-frequency branch are superfluous. Only the supply of low frequencies to the cutoff frequency occurs in the high-frequency switch according to the invention nor via a low-pass filter, which is preferably additionally switchable so that when the high-frequency branch is switched on, the low-pass filter only acts as a throttle for the separation of low-pass branch and high-frequency branch.
  • Fig. 1 shows a high-frequency switch according to the invention, with the optional high-frequency signals from low frequencies to a predetermined cutoff frequency (for example, up to 3 GHz) from the input E1 to the output A can be switched and high-frequency signals of frequencies above this cutoff frequency of the low pass (for example, about 3 GHz) from the input E2 to the common output A.
  • a predetermined cutoff frequency for example, up to 3 GHz
  • high-frequency signals of frequencies above this cutoff frequency of the low pass For example, about 3 GHz
  • the input E1 so for example optional RF signals of a signal generator with a frequency range of low frequencies up to 3 GHz or the input E2 RF signals in a frequency range of 3 to 6 GHz to the output A through-connected.
  • the low-frequency branch between input E1 and output A consists in a known manner of a low-pass filter TP, constructed in the embodiment of the two parallel capacitances 12, 13 and the series inductors 10 and 11.
  • the high-frequency branch between input E2 and output A consists of only one switchable PIN diode 30.
  • the voltage applied to the node A leading to the node K inductance 11 of the low-pass filter is dimensioned so that it acts as a throttle for the high-frequency path when the PIN diode 30 is turned on and so the low-pass filter TP and its input E1 from the high-frequency Input E2 disconnects.
  • control lines required for switching the PIN diode 30 ON and OFF are not shown in the exemplary embodiment, they are designed in a conventional manner and dimensioned such that they do not disturb the direct switching through of the high-frequency signals from the input E2 to the output A.
  • the inductance 11 can assume a high value that is unsuitable for its realization.
  • this advantageous structure of a high-frequency switch of FIG. 1 parallel to the inductor 11 via a PIN diode 15 switched on and off further inductor 14 is arranged.
  • the PIN diode 15 is switched together with the PIN diode 30 of the high-frequency branch so that when the PIN diode 30 and thus supply of a high-frequency signal via the input E2, the PIN diode 15 is turned OFF and thus the inductance 14th is switched off and only the inductor 11 remains switched on.
  • the PIN diode 15 has no disturbing influence on the low-frequency signal path, since it leads from the input E1 via the inductors 10 and 11.
  • Fig. 2 shows yet another embodiment of a high-frequency switch according to the invention.
  • the high-frequency branch consists in Fig. 2 not only of a single input E2 with an associated switching PIN diode 30, but may be composed of several parallel-connected high-frequency branches E2 to En with corresponding PIN diodes 30 to 40. In this way, one of several different high-frequency signals to the common output A can be fed via the inputs E2 to En either.
  • the invention is not limited to the illustrated embodiments.
  • PIN diodes are mentioned, but other electronic switches such as field effect transistors or the like could be used.
  • PIN diodes have a lower limit frequency in the MHz range, which does not interfere with their use as electronic switches for switching through the high-frequency branches via the inputs E2 to E n, however.

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Abstract

Bei einem Hochfrequenz-Umschalter können wahlweise Hochfrequenz-Signale mit Frequenzen bis zu einer vorbestimmten Grenzfrequenz über einen Tiefpass oder Hochfrequenz-Signale von Frequenzen oberhalb dieser Grenzfrequenz über mindestens einen elektronischen Schalter zu einem Ausgang durchgeschaltet werden. Bei eingeschalteten elektronischen Schaltern wird der induktive Anteil des Tiefpasses (TP) nur noch als trennende Drossel benutzt. Vorzugsweise ist der induktive Anteil des Tiefpasses mittels eines elektronischen Schalters so umschaltbar, dass dieser in der hochfrequenten Schaltstellung nur noch als trennende Drossel (11) wirkt.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Hochfrequenz-Umschalter laut Oberbegriff des Hauptanspruches.
  • Hochfrequenz-Umschalter dieser Art sind bekannt als sog. Frequenzweichen oder Diplexer. Sie bestehen aus einem Tiefpass-Zweig, über den Hochfrequenzsignale mit einer Frequenz bis zur Grenzfrequenz des Tiefpasses zu einem gemeinsamen Ausgang übertragbar sind, sowie einem Hochfrequenz-Zweig, über den Hochfrequenzsignale von Frequenzen oberhalb dieser Tiefpassgrenzfrequenz zum Ausgang übertragbar sind. Es sind auch sog. schaltbare Frequenzweichen bekannt, bei denen beispielsweise über PIN-Dioden die Grenzfrequenz des Hoch- bzw. Tief-Passes so umschaltbar ist, dass die Frequenzbereiche des Hoch- und Tiefpasses sich nicht mehr überlappen (z.B. nach US-Patent 6,411,176 ). Diese bekannten Frequenzweichen sind schaltungstechnisch sehr aufwändig, vor allem für Anwendungen bei sehr hohen Frequenzen im GHz-Bereich.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, einen im Aufbau einfacheren Hochfrequenz-Umschalter zu schaffen, der diese Nachteile vermeidet.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Hochfrequenz-Umschalter laut Hauptanspruch. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Beim erfindungsgemäßen Hochfrequenz-Umschalter wird der bei Frequenzweichen übliche Hochpass vermieden, die hochfrequenten Signale oberhalb der Grenzfrequenz des Tiefpasses werden nur über elektronische Schalter, vorzugsweise PIN-Dioden, zugeführt. Zusätzliche Schaltelemente im Hochfrequenz-Zweig sind überflüssig. Nur die Zufuhr der tiefen Frequenzen bis zur Grenzfrequenz erfolgt beim erfindungsgemäßen Hochfrequenz-Umschalter noch über einen Tiefpass, der vorzugsweise zusätzlich noch so umschaltbar ist, dass bei eingeschaltetem Hochfrequenz-Zweig der Tiefpass nur noch als Drossel zur Trennung von Tiefpasszweig und Hochfrequenz-Zweig wirkt.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    ein vereinfachtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hochfrequenz-Umschalters,
    Fig. 2
    ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines solchen Hochfrequenz-Umschalters.
  • Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Hochfrequenz-Umschalter, mit dem wahlweise Hochfrequenz-Signale von tiefen Frequenzen bis zu einer vorbestimmten Grenzfrequenz (beispielsweise bis 3 GHz) vom Eingang E1 zum Ausgang A durchschaltbar sind und Hochfrequenz-Signale von Frequenzen oberhalb dieser Grenzfrequenz des Tiefpasses (beispielsweise über 3 GHz) vom Eingang E2 zum gemeinsamen Ausgang A. Über den Eingang E1 können so beispielsweise wahlweise HF-Signale eines Signalgenerators mit einem Frequenzbereich von tiefen Frequenzen bis zu 3 GHz oder über den Eingang E2 HF-Signale in einem Frequenzbereich von 3 bis 6 GHz zum Ausgang A durchgeschaltet werden.
  • Der tieffrequente Zweig zwischen Eingang E1 und Ausgang A besteht in bekannter Weise aus einem Tiefpass TP, im Ausführungsbeispiel aufgebaut aus den beiden Parallelkapazitäten 12, 13 sowie den Serien-Induktivitäten 10 und 11. Der hochfrequente Zweig zwischen Eingang E2 und Ausgang A besteht nur aus einer schaltbaren PIN-Diode 30. Die an dem zum Ausgang A führenden Knoten K anliegende Induktivität 11 des Tiefpasses wird so dimensioniert, dass sie für den hochfrequenten Weg bei eingeschalteter PIN-Diode 30 als Drossel wirkt und so den Tiefpass TP und dessen Eingang E1 vom hochfrequenten Eingang E2 trennt.
  • Die zum EIN- und AUS-Schalten der PIN-Diode 30 erforderlichen Steuerleitungen sind in dem Ausführungsbeispiel nicht dargestellt, sie sind in üblicher Weise ausgebildet und so dimensioniert, dass sie das direkte Durchschalten der hochfrequenten Signale vom Eingang E2 zum Ausgang A nicht weiter stören.
  • Die Induktivität 11 kann je nach gewünschter Grenzfrequenz des Tiefpasses einen für dessen Realisierung ungeeigneten hohen Wert annehmen. Um auch in solchen Fällen diese vorteilhafte Struktur eines Hochfrequenz-Umschalters nach Fig. 1 zu ermöglichen, wird gemäß der Weiterbildung nach Fig. 2 parallel zur Induktivität 11 eine über eine PIN-Diode 15 zu- und abschaltbare weitere Induktivität 14 angeordnet. Die PIN-Diode 15 wird zusammen mit der PIN-Diode 30 des Hochfrequenz-Zweiges so geschaltet, dass bei eingeschalteter PIN-Diode 30 und damit Zufuhr eines hochfrequenten Signales über den Eingang E2 die PIN-Diode 15 AUS-geschaltet und somit die Induktivität 14 abgeschaltet wird und nur noch die Induktivität 11 zugeschaltet bleibt. Die PIN-Diode 15 hat keinen störenden Einfluss auf den tieffrequenten Signalweg, da dieser vom Eingang E1 über die Induktivitäten 10 und 11 führt.
  • In einem praktischen Ausführungsbeispiel für das oben angegebene Frequenzkonzept von tieffrequentem Zweig bis 3 GHz und hochfrequentem Zweig von 3 bis 6 GHz besteht die Induktivität 11 beispielsweise aus einer Spule von relativ hoher Induktivität, beispielsweise 12 nH, und die für die Dimensionierung des Tiefpasses TP mit zu berücksichtigende Induktivität 14 aus einer sehr kleinen Induktivität von beispielsweise nur 3-4 nH, so dass bei EIN-geschalteter PIN-Diode 15 die beiden Induktivitäten 11, 14 parallel geschaltet sind und damit ein für die Dimensionierung des Tiefpasses erforderliche geringer Induktivitätswert wirksam ist, während bei AUS-geschalteter PIN-Diode 15 nur die Induktivität 11 von relativ großem Induktivitätswert als Trenndrossel zwischen den Eingängen E1 und E2 wirksam ist.
  • Fig. 2 zeigt noch eine weitere Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Hochfrequenz-Umschalters. Der hochfrequente Zweig besteht in Fig. 2 nicht nur aus einem einzigen Eingang E2 mit einer zugehörigen Schalt-PIN-Diode 30, sondern kann aus mehreren parallel geschalteten Hochfrequenz-Zweigen E2 bis En mit entsprechenden PIN-Dioden 30 bis 40 aufgebaut sein. Auf diese Weise können über die Eingänge E2 bis En wahlweise eines von mehreren verschiedenen hochfrequenten Signalen dem gemeinsamen Ausgang A zugeführt werden.
  • Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Im obigen Ausführungsbeispiel sind als elektronische Schalter 15 sowie 30 bis 40 jeweils PIN-Dioden erwähnt, es könnten jedoch auch andere elektronische Schalter wie Feldeffekttransistoren oder dergleichen benutzt werden. PIN-Dioden besitzen zwar eine untere Grenzfrequenz im MHz-Bereich, was bei ihrem Einsatz als elektronische Schalter zum Durchschalten der hochfrequenten Zweige über die Eingänge E2 bis En jedoch nicht weiter stört.

Claims (5)

  1. Hochfrequenz-Umschalter, mit dem wahlweise Hochfrequenz-Signale mit Frequenzen bis zu einer vorbestimmten Grenzfrequenz über einen Tiefpass oder Hochfrequenz-Signale von Frequenzen oberhalb dieser Grenzfrequenz über hochfrequente Zweige zu einem Ausgang durchschaltbar sind,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Hochfrequenz-Signale von Frequenzen oberhalb der Grenzfrequenz über mindestens einen elektronischen Schalter (30, 40) direkt zum Ausgang durchschaltbar sind und in dieser Schaltstellung der induktive Anteil des Tiefpasses (TP) nur noch als den tieffrequenten Eingang (E1) von dem oder den hochfrequenten Eingängen (E2 bis En) trennende Drossel (11) wirkt.
  2. Hochfrequenz-Umschalter nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der induktive Anteil (10, 11, 14)) des Tiefpasses (TP) mittels eines elektronischen Schalters (15) so umschaltbar ist, dass dieser in der hochfrequenten Schaltstellung nur noch als trennende Drossel (11) wirkt.
  3. Hochfrequenz-Umschalter nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die letzte mit dem Ausgang (A) verbundene Induktivität (14) des Tiefpasses (TP) über den elektronischen Schalter (15) parallel zu einer größeren Induktivität (11) geschaltet ist, so dass bei eingeschaltetem elektronischen Schalter (15) die Parallelschaltung der beiden Induktivitäten (11,14) den Tiefpass (TP) bestimmt und bei ausgeschaltetem elektronischen Schalter (15) nur noch die größere Induktivität (11) zwischen Ausgang (A) und Tiefpass (TP) wirkt.
  4. Hochfrequenz-Umschalter nach einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der oder die die hochfrequenten Signale zum Ausgang (A) durchschaltenden elektronischen Schalter schaltbare PIN-Dioden (30, 40) sind.
  5. Hochfrequenz-Umschalter nach einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der den Tiefpass (TP) zu einer Trenndrossel umschaltende elektronische Schalter eine schaltbare PIN-Diode (15) ist.
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