ES2291286T3 - Amplificador gps de bajo nivel de ruido, filtro duplex y microtelefono celular gps. - Google Patents
Amplificador gps de bajo nivel de ruido, filtro duplex y microtelefono celular gps. Download PDFInfo
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- H03H7/463—Duplexers
Abstract
Amplificador GPS de bajo nivel de ruido (13) que comprende un amplificador (14), caracterizado por el hecho de que también comprende un primer filtro con una primera capacitancia (15) y una primera inductancia (16) con conexión en paralelo entre su entrada y la entrada del amplificador (14) así como un segundo filtro que conecta su salida a tierra, comprendiendo el segundo filtro en serie una segunda inductancia (17) y una segunda capacitancia (18), con una conexión intermedia (19) para permitir la aplicación de un voltaje de polarización (+V) entre ellas.
Description
Amplificador GPS de bajo nivel de ruido, filtro
dúplex y microteléfono celular GPS.
El presente invento hace referencia a un
amplificador GPS de bajo nivel de ruido con filtro integrado, un
filtro dúplex activo para una combinación de GPS y circuitería de
entrada de receptor celular, y una combinación de GPS y
microteléfono celular.
Desde hace tiempo se conocen microteléfonos que
combinan un teléfono celular con un receptor de GPS. Uno de estos
aparatos se describe en US-A-5 963
180. Comprende una antena montada en un diplexor que conecta la
antena con un teléfono celular y un receptor de GPS a través de un
filtro dúplex. Funciona como antena de transmisión y recepción
celular, además de como antena de GPS. La parte de GPS sólo está
protegida de la señal de transmisión de gran potencia por el filtro
dúplex.
Las circuiterías de entrada de RF de dichos
microteléfonos deben cumplir unos requisitos sumamente estrictos.
La razón principal de esta exigencia estriba en el funcionamiento
simultáneo del transmisor celular y del receptor GPS, integrado a
muy poca distancia. En consecuencia, la débil señal GPS necesita
detectarse en presencia de una señal de transmisión celular mucho
más fuerte. Teniendo en cuenta la debilidad de la señal GPS, al
mismo tiempo debe procesarse con una degradación mínima de la
relación señal-ruido.
Los requisitos mencionados pueden cumplirse en
principio aumentando los niveles de corriente del dispositivo o
intensificando el filtrado entre la antena y el amplificador GPS de
bajo nivel de ruido. Evidentemente, la primera solución aumenta el
consumo eléctrico, mientras que la segunda intensifica el factor de
ruido del sistema y requiere componentes adicionales. El aumento
del consumo eléctrico y la incorporación de nuevos componentes son
soluciones indeseables en un circuito de microteléfono.
El presente invento se define en la
reivindicación independiente 1.
El presente invento consiste en un amplificador
GPS de bajo nivel de ruido con alta ganancia y bajo factor de ruido
en la frecuencia GPS que actúa simultáneamente como filtro con
fuerte supresión, en especial de frecuencias de transmisión
celular, inmunizando en gran medida el microteléfono ante las
interferencias fuertes fuera de banda, en particular la señal de
fugas del transmisor celular. También se reduce el ruido dentro de
banda del GPS originado por la distorsión de intermodulación, así
como la desensibilización del receptor GPS. Finalmente, el número
de componentes externos del amplificador GPS de bajo nivel de ruido
y del filtro dúplex según el presente invento es reducido, tal y
como procede en un circuito para microteléfonos.
El presente invento también proporciona un
filtro dúplex activo con bajo ruido y alta ganancia en la banda de
frecuencias GPS y con fuerte supresión de frecuencias utilizadas por
el sistema celular, y viceversa.
Al mismo tiempo, el consumo eléctrico del
GPS-microteléfono celular según el presente invento
es bajo porque la señal de salida del amplificador de potencia
puede suministrarse directamente a la antena de transmisión sin
atenuación mediante filtrado. Debido a las bajas pérdidas en la vía
de transmisión, el amplificador de potencia necesita menos potencia
de salida. Además, los requisitos del punto de interceptación de
segundo orden del receptor celular se reducen gracias a la
considerable atenuación de la señal de fugas del transmisor,
lograda mediante la separación de la antena de transmisión y la
antena de recepción.
El presente invento aporta un microteléfono
celular-GPS que funciona bien, incluso en
condiciones difíciles, y que al mismo tiempo es liviano, compacto y
de poco consumo.
Seguidamente se describe el presente invento más
detalladamente en relación con los dibujos y con una forma de
realización del mismo en que la figura 1 es un diagrama de un
microteléfono según el presente invento; la figura 2 es un diagrama
más detallado del filtro dúplex según el presente invento; la figura
3 muestra una distribución de un primer filtro del amplificador GPS
de bajo nivel de ruido según el presente invento; la figura 4 es un
diagrama de la ganancia y el factor de ruido del amplificador GPS de
bajo nivel de ruido según el presente invento como función de la
frecuencia; la figura 5 es un diagrama de la potencia de la señal
de bloqueo de la desensibilización de la ganancia de 3 dB del
amplificador GPS con bajo nivel de ruido según el presente invento,
como función de la frecuencia de una señal de bloqueo de onda
continua; y la figura 6 es un diagrama de la ganancia del
amplificador GPS de bajo nivel de ruido según el presente invento en
función de su potencia; en dicha figura también se representa la
potencia de los productos intermoduladores de tercer orden dentro
de banda de los dos tonos de onda continua iguales como función de
su potencia.
El microteléfono celular-GPS
según el presente invento comprende (figura 1) una unidad celular 1
con una salida de transmisión 2 que, mediante un amplificador de
potencia selectivo 3, se conecta a una antena de transmisión 4. Una
entrada de recepción 5 de la unidad celular 1 y la entrada de una
unidad GPS 6 se conectan a un filtro dúplex activo 7, es decir, a
una salida celular 8 y a una salida GPS 9, respectivamente. Una
entrada 10 del filtro dúplex 7 se conecta a una antena de recepción
11 con dos frecuencias de resonancia, por ejemplo a una antena
helicoidal cuatrifilar como la de la patente
US-A-5.963.180 o a una antena de
microcinta circular como la descrita por Jui-Han Lu
en el artículo: "Nuevo diseño de doble frecuencia para antena de
microcinta circular de funcionamiento compacto".
El filtro dúplex 7 contiene un amplificador
celular de bajo nivel de ruido 12 y un amplificador GPS de bajo
nivel de ruido 13. Las entradas de ambos amplificadores se conectan
a la entrada 10 del filtro dúplex 7 y sus salidas se conectan,
respectivamente, a la salida celular 8 y a la salida GPS 9 del
mismo. La unidad celular 1 comprende componentes convencionales de
un receptor y transmisor celular, y la unidad GPS 6 consta de
componentes de receptor GPS igualmente convencionales. El filtro
dúplex 7 sirve como circuitería de entrada de un receptor
celular-GPS combinado. La figura 1 no muestra otros
componentes del microteléfono, como el micrófono, el altavoz y la
pantalla.
La separación de la antena de transmisión 4 y de
la antena de recepción 11 atenúa mucho las fugas de la señal de
transmisión al filtro dúplex 7. Comparado con dispositivos de
tecnología anterior, de este modo se atenúan los requisitos
impuestos a este último, especialmente las restricciones de
alinealidad impuestas al amplificador celular de bajo nivel de
ruido 12. Como el amplificador de potencia 3 puede conectarse
directamente a la antena de transmisión 4, su señal de salida no se
atenúa mediante un filtro dúplex. En consecuencia, basta con un
nivel de salida más bajo y además el consumo del amplificador se
reduce significativamente.
El amplificador GPS de bajo nivel de ruido 13
comprende un amplificador 14, un dispositivo de estado sólido de
bajo nivel de ruido al cual se conecta su entrada mediante un primer
filtro, así como un resonador que contiene, en paralelo, una
capacitancia 15 y una inductancia 16. Su salida se conecta a la
salida del amplificador 14 y, a través de un segundo filtro, a
tierra. El segundo filtro comprende, en serie, una inductancia 17 y
una capacitancia 18 con una conexión 19 entre ambas, donde se aplica
un voltaje de polarización +V. La entrada del amplificador GPS de
bajo nivel de ruido 13 se conecta a tierra mediante una derivación
20 que puede ser una inductancia o una capacitancia. La impedancia
de la línea que conecta el amplificador GPS de bajo nivel de ruido
13 a la antena de recepción 11 se representa como impedancia de
línea 21. Los componentes del amplificador GPS de bajo nivel de
ruido 13 pueden tener los valores siguientes:
- capacitancia 15:
- 3,4 pF
- inductancia 16:
- 1,5 nH
- inductancia 17:
- 6,8 nH
- capacitancia 18:
- 1,2 nF
La derivación 20 puede ser una inductancia con
un valor de 39 nH. En cuanto a la impedancia de línea 21, la
sintonización de su longitud eléctrica aporta una alta impedancia
del amplificador GPS de bajo nivel de ruido 13 para señales
incluidas en la banda de frecuencias celulares en la entrada.
El primer filtro del amplificador GPS de bajo
nivel de ruido 13 que precede al amplificador 14 comprende un
portador orgánico laminado FR4 con cintas conductoras aplicadas a su
superficie (figura 3). Una conexión de antena 22 que enlaza el
primer filtro con la entrada 10 del filtro dúplex 7 se acopla a una
antena con polarización horizontal 23 a través de una derivación 20
que puede ser un inductor espiral impreso o, como se indica en la
figura 3, un componente externo montado en la superficie. La
capacitancia 15 también es un componente montado en la superficie,
preferiblemente un capacitor cerámico de alta frecuencia, por
requerirse un factor Q alto del resonador. La inductancia 16 se
sintetiza directamente en el sustrato como línea de transmisión de
alta impedancia. El factor Q del resonador puede mejorarse
sustituyendo el sustrato de bajo coste por otro con mejores
propiedades eléctricas, cuando sea necesario. La inductancia 17 y la
capacitancia 18 son componentes discretos.
Es preferible que el amplificador celular de
bajo nivel de ruido 12 tenga la misma estructura que el amplificador
GPS de bajo nivel de ruido 13, con los componentes 14' - 20' y la
impedancia de línea 21'. Sus valores pueden ser similares, siempre
que se respeten las diferencias de filtros requeridas. El primer
filtro del amplificador celular de bajo nivel de ruido 12 puede
implementarse de manera esencialmente igual que el primer filtro del
amplificador GPS de bajo nivel de ruido 13. En cuanto a la
impedancia de línea 21', la adaptación de su longitud eléctrica
aporta una alta impedancia del amplificador celular de bajo nivel de
ruido 12 para señales incluidas en la banda de frecuencias GPS en
la entrada.
En consecuencia, el amplificador celular de bajo
nivel de ruido 12 no carga la antena de recepción 11 en la banda de
frecuencias GPS y presenta una alta impedancia. Similarmente, la
carga del amplificador GPS de bajo nivel de ruido 13 en frecuencias
utilizadas por los sistemas celulares se mantiene en niveles bajos.
Sin embargo, los requisitos de ruido se atenúan un poco porque los
del receptor celular son menos estrictos. Además, los requisitos de
selectividad del amplificador celular de bajo nivel de ruido 12 no
son estrictos debido a la debilidad de la señal GPS, que queda por
debajo del nivel del ruido de termoagitación. Como la señal de fugas
del transmisor queda considerablemente atenuada por la separación
entre la antena de recepción 11 y la antena de transmisión 4, los
requisitos del punto de interceptación de segundo orden se
suavizan.
El amplificador celular de bajo nivel de ruido
12 y el amplificador GPS de bajo nivel de ruido 13 amplifican las
señales incluidas en la banda de frecuencia celular y GPS, y
suprimen decisivamente las señales pertenecientes a bandas de
frecuencias complementarias, respectivamente. Al mismo tiempo,
igualan las impedancias de ruido en la banda de frecuencias ocupada
por los sistemas celulares y en la frecuencia GPS,
respectivamente.
Según indican los resultados medidos de la
ganancia por inserción (escala derecha) y del factor de ruido
(escala izquierda) como función de la frecuencia en la figura 4, el
amplificador GPS de bajo nivel de ruido 13 del presente invento
muestra una ganancia por inserción de 12,5 dB y un factor de ruido
mínimo de 2,3 dB en la frecuencia central GPS. La influencia del
resonador se aprecia en una marca de la respuesta en la frecuencia
más baja (1.710 MHz) de la banda de transmisión del sistema celular.
La selectividad mínima en la banda de frecuencias ocupada por el
mismo es de 10 dB en la banda de detención. Debido a la mejora de la
selectividad cerca de las señales de bloqueo de frecuencias GPS,
sobre todo las señales de fuga del transmisor celular se atenúan
significativamente en la fase de entrada. Por tanto, el amplificador
GPS de bajo nivel de ruido 13 puede trabajar con altos niveles de
señales de bloqueo. En particular, es esencialmente inmune a las
señales de fuga del transmisor procedentes de la antena de
transmisión 4.
La figura 5 presenta resultados medidos del
nivel de potencia de una señal de bloqueo de onda continua que
ocasiona una desensibilización de ganancia de 3 dB del amplificador
GPS de bajo nivel de ruido 13 como función de su frecuencia. Entre
1.700 MHz y 2.600 MHz se necesita una potencia de bloqueo superior a
0 dB para reducir en 3 dB la ganancia del amplificador GPS de bajo
nivel de ruido 13 en la frecuencia GPS. Esto concuerda con los altos
niveles de rechazo obtenidos en estas frecuencias, como se aprecia
en la figura 4.
La figura 6 presenta dos parámetros en la salida
del amplificador GPS de bajo nivel de ruido 13 y en la frecuencia
central GPS, cada uno como función de la potencia de entrada. Los
triángulos representan los valores medidos de la potencia de salida
e ilustran la ganancia del amplificador. Los cuadrados representan
valores medidos de la potencia de los productos intermoduladores de
tercer orden dentro de banda (IM3) en la salida. Los productos
intermoduladores proceden de dos tonos de onda continua de igual
potencia, en frecuencias de 1.750 MHz y 1.925 MHz. Es evidente que
los niveles IM3 dentro de banda son muy bajos.
- 1
- unidad celular
- 2
- salida de transmisión
- 3
- amplificador de potencia
- 4
- antena de transmisión
- 5
- entrada de receptor
- 6
- unidad GPS
- 7
- unidad de filtro dúplex
- 8
- salida celular
- 9
- salida GPS
- 10
- entrada
- 11
- antena de recepción
- 12
- amplificador celular de bajo nivel de ruido
- 13
- amplificador GPS de bajo nivel de ruido
- 14, 14'
- amplificador
- 15, 15'
- capacitancia
- 16, 16'
- inductancia
- 17, 17'
- inductancia
- 18, 18'
- capacitancia
- 19, 19'
- conexión intermedia
- 20, 20'
- derivación
- 21, 21'
- impedancia de línea
- 22
- conexión de antena
- 23
- polarización horizontal.
Claims (8)
1. Amplificador GPS de bajo nivel de ruido (13)
que comprende un amplificador (14), caracterizado por el
hecho de que también comprende un primer filtro con una primera
capacitancia (15) y una primera inductancia (16) con conexión en
paralelo entre su entrada y la entrada del amplificador (14) así
como un segundo filtro que conecta su salida a tierra,
comprendiendo el segundo filtro en serie una segunda inductancia
(17) y una segunda capacitancia (18), con una conexión intermedia
(19) para permitir la aplicación de un voltaje de polarización (+V)
entre ellas.
2. Amplificador GPS de bajo nivel de ruido según
la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que
también comprende una derivación (20) que conecta su entrada con
tierra.
3. Amplificador GPS de bajo nivel de ruido según
la reivindicación 2, caracterizado por el hecho de que la
derivación (20) es una inductancia o una capacitancia.
4. Amplificador GPS de bajo nivel de ruido según
una de las reivindicaciones de la 1 a la 3, caracterizado
por el hecho de que la primera inductancia (16) se implementa como
línea de transmisión de alta impedancia.
5. Amplificador GPS de bajo nivel de ruido según
una de las reivindicaciones de la 1 a la 4, caracterizado
por el hecho de que la primera capacitancia (15) se implementa como
capacitor cerámico de alta frecuencia.
6. Filtro dúplex para una circuitería de entrada
de receptor celular-GPS combinado con una entrada
(10) y una salida celular (8) y una salida GPS (9), comprendiendo
un amplificador celular de bajo nivel de ruido (12) conectado entre
la entrada (10) y la salida celular (8) y un amplificador GPS de
bajo nivel de ruido (13) según una de las reivindicaciones de la 1
a la 5 con conexión entre la entrada (10) y la salida GPS (9).
7. Filtro dúplex según la reivindicación 6,
caracterizado por el hecho de que el amplificador celular de
bajo nivel de ruido (12) comprende un amplificador (14'), un primer
filtro con una capacitancia (15') y una inductancia (16')
conectadas en paralelo entre su entrada y la entrada del
amplificador (14'), así como un segundo filtro que conecta su
salida a tierra, comprendiendo el segundo filtro en serie una
inductancia (17') y una capacitancia (18'), con una conexión
intermedia (19') para permitir la aplicación de un voltaje de
polarización (+V) entre ellas.
8. Microteléfono celular-GPS,
compuesto por una antena de recepción (11) y una circuitería de
entrada de receptor celular-GPS combinado más un
filtro dúplex (7) según la reivindicación 6 ó 7, estando conectada
la entrada (10) de dicho filtro dúplex (7) a dicha antena de
recepción (11), una antena de transmisión separada (4), un
amplificador de potencia (3) y una unidad celular (1) con una
entrada de recepción (5) y una salida de transmisión (2), estando
conectada la entrada de recepción (5) a la salida celular (8) del
filtro dúplex (7) y estando conectada la salida de transmisión (2)
a la antena de transmisión (4) a través del amplificador de
potencia (3), y una unidad GPS (6) conectada a la salida GPS (9) del
filtro dúplex (7).
Applications Claiming Priority (1)
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