FI102121B - Radiotietoliikenteen lähetin/vastaanotin - Google Patents

Description

102121

Radiotietoliikenteen lähetin/vastaanotin - Sändare/mottagare for radiokommunika-tion 5 Esillä oleva keksintö koskee pienikokoista radiotietoliikenteen lähetin/vastaanotin-rakennetta, jonka integrointiaste on korkea. Se sisältää a) yhdistetyn antennikytkin- ja suodatinosan, jossa päästöominaisuuksiltaan säädettävä suodatin on toteutettu resonaattorein ja jolla radiolaitteen lähetin ja vastaanotin voidaan kytkeä yhteiseen antenniin aikajakomonikäyttöön (TDMA, Time Division 10 Multiple Access) perustuvassa matkaviestinverkossa, joka voi soveltaa joko taajuus-(FDD, Frequency Division Duplex) tai aikadupleksia (TDD, Time Division Duplex), b) suuntakytkimen, c) lähettimen tehovahvistimen (PA, Power Amplifier) ja sekoittunen, ja d) vastaanottimen pienikohinaisen vahvistimen (LNA, Low Noise Amplifier) ja se-15 koittimen.

Tekniikan tason mukainen, kaksisuuntaisesti toimiva ja aika- tai taajuusjakoduplek-sia (TDD, Time Division Duplex; FDD, Frequency Division Duplex) käyttävä radiolaite sisältää useita RF-ja välitaajuussuodattimia sekä lähetin- että vastaanotin-20 puolella. Kuvassa 1 on esitetty tekniikan tason mukainen TDM-radio. Radiolaite 10 sisältää vastaanottimen puolella kaistanpäästösuodattimen 12, jonka tuloportti on kytketty antennikytkimeen 19. Suodattimen lähtöportti on kytketty pienikohinaiseen vahvistimeen (LNA) 17, joka vahvistaa vastaanotettua radiosignaalia. Sitä seuraa toinen kaistanpäästösuodatin 18, joka edelleen suodattaa vastaanotettua signaalia.

25 Suodattimen 18 lähtöportti on kytketty sekoittuneen 11, jossa vastaanotettu signaali sekoitetaan syntetisaattorilta 22 tulevan ensimmäisen injektiosignaalin kanssa. Se-koitustuloksena saatava välitaajuussignaali (IF) viedään vastaanottimen RF-piirille jatkokäsittelyä varten.

30 Radion 10 lähetinosa sisältää toisen paikallisoskillaattorisignaalin (LO) 26, joka tuotetaan lähettimen etuasteella (ei kuvassa) ja sekoitetaan sekoittimessa 30 ensimmäisen injektiosignaalin kanssa. Sekoittunen 30 lähtö viedään kaistanpäästösuodattimel-le 13, joka sijaitsee tavallisesti ennen lähettimen tehovahvistinta 14. Tehovahvistimen 14 lähtö on kytketty ali- tai kaistanpäästösuodattimen 15 tuloon, jotta lähetettä-35 västä signaalista saataisiin edelleen suodatettua pois ei-toivottuja komponentteja ennen sen lähettämistä antennin kautta. Tehovahvistimen 14 ja alipäästösuodattimen 15 välillä on usein suuntakytkin (ei esitetty), jolla voidaan mitata antennille menevän signaalin tehotasoa.

2 102121

Kahden peräkkäisen RF-taajuisen lohkon (esimerkiksi LNA 17 ja antennikytkin 19) ja niiden välisen "off-chip"-suodattimen 12 integrointi on erittäin vaikeaa. Suodatin voi olla esimerkiksi helix-, dielektrinen tai muu vastaava suodatin ja sen käyttö on välttämätöntä esitetyn radiorakenteen 10 toiminnan kannalta. Vaikeus johtuu lähin-5 nä siitä, että jos "off-chip"-suodatin ja RF-lohkot integroidaan samalle sirulle, suodattimen suuri koko edellyttää - IC-tekniikalla toteutettuihin RF-lohkoihin verrattuna - suurikokoisia yhteenkytkentäliuskoja, joiden aiheuttamat sähköiset hajasuureet ja induktiiviset kytkennät huonontavat suodattimen selektiivisyyttä. "Off-chip"-suo-dattimen käyttö RF-lohkojen välissä tekee rakenteen täydellisen integroinnin käy-10 tännössä kannattamattomaksi. Niinpä tekniikan tason mukaiset TDM-radiot koostu-vatkin useista keskitetyillä tai diskreeteillä komponenteilla toteutetuista RF-lohkois-ta, joiden väliin suodattimet kytketään.

Diskreettien komponenttien ja suodattimien välisissä rajapinnoissa standardi-impe-15 danssiksi on vakiintunut 50Ω. Suodatin- ja puolijohdevalmistajat sovittavat tuotteidensa tulo-ja lähtöimpedanssit standardiarvoon modulaarisen suunnittelun helpottamiseksi. RF-piirien tulo-ja lähtöimpedanssit olisivat usein edullisesti pienempiä, esimerkiksi LNA:n 17 tuloimpedanssin optimaalinen taso olisi noin 10Ω. Sovitus standardiarvoon täytyy tehdä sovituskytkennällä, joka rakennetaan erilliskomponen-20 teista tai jonka puolijohdevalmistaja integroi osaksi RF-piiriä. Jotta radiolaitteen kokoaja hintaa voitaisiin oleellisesti laskea nykyisestä, tulee kehittää radioarkkiteh-tuuri, joka mahdollistaa mainittujen lohkojen helpomman integroinnin.

On tunnettua integroida kaikki radiolähetin/vastaanottimen aktiiviset komponentit 25 yhdelle sirulle. Patenttijulkaisussa WO 93/14573 on esitetty uusi aikajakomonikäyt-töön perustuva arkkitehtuuriratkaisu, joka käyttää aikadupleksia. Julkaisun esittämässä arkkitehtuurissa kaikki lähetin/vastaanottimen aktiiviset komponentit on integroitu yhdeksi piiriksi, jolloin laitteen integrointiastetta on saatu nostettua. Rakenteen toiminnan kannalta oleelliset suodattimet on kuitenkin jätetty integroidun piirin 30 ulkopuolelle, jolloin niiden väliset sovitusongelmat muodostuvat huomattaviksi.

Julkaisussa esitetyn rakenteen suurin haitta on se, että sitä ei voi käyttää taajuusdup-leksia soveltavissa aikajakomonikäyttöjäijestelmissä (TDMA/FDD, Time Division Multiple Access / Frequency Division Duplex) ilman erillistä duplekseria, joka käy-35 tännössä lähes kaksinkertaistaa julkaisussa esitetyn piirin fyysisen koon. Rakenne ei myöskään sisällä suuntakytkintä eli suoraa mittausyhteyttä automaattista tehonsää-töä varten. Suuntakytkin on rakennettava siirtolinjatoteutuksena integroidun piirin ulkopuolelle, suoraan puhelimen piirilevylle, joka suojaamattomana on erittäin arka 3 102121 sähköisille häiriöille. Piirilevylle rakennettu suuntakytkin vie merkittävästi tilaa piirilevyltä ja aiheuttaa lisäksi vähintään 0,5 dB:n ylimääräisen vaimennuksen lähetin-ketjussa, mikä vaikuttaa suoraan puhelimen virrankulutukseen ja sitä kautta saavutettavaan puheaikaan.

5

Toinen haitta em. julkaisun esittämässä rakenteessa on keraamikappaleen pintaan muodostetun siirtojohtoresonaattorisuodattimen huono selektiivisyys. Suodatinta käytetään lähetyshaaran sekoittimen sekoitustulosten suodattamiseen. Sen päästö-vaimennustaso on riittävän pieni, mutta käytettäessä pieniä, 70 MHz:n luokkaa ole-10 via välitaajuuksia sen selektiivisyys ei ole läheskään riittävä, jos esimerkiksi sekoittimen sekoitustuloksille vaaditaan 30 dB:n vaimennustasoa.

Tekniikan tasosta tunnetaan edelleen radiolähetin/vastaanotin, jossa duplekseri, lähetin ja vastaanotin on integroitu samalle sirulle. Tällainen ratkaisu on esitetty pa-15 tentissä US 4 792 939. Patentin mukaisessa rakenteessa duplekseri on toteutettu akustisilla pinta-aaltosuodattimilla (SAW filter, Surface Acoustic Wave). Sen yhteyteen on integroitu vastaanottimen pienikohinainen vahvistin (LNA), SAW-tekniikal-la toteutettu kaistanpäästösuodatin ja sekoitin. Lisäksi patentissa esitetään ratkaisu, jossa kyseiseen rakenteeseen edelleen integroidaan tehonsäädön edellyttämät suun-20 takytkin ja säätöyksikkö, lähettimen tehovahvistin sekä sen ohjaukseen tarvittava erillinen vahvistin.

Patentissa esitetyn ratkaisun ongelmat liittyvät siinä käytettyihin SAW-suodattimiin. Niiden vaatimat sovituspiirit ovat itse suodattimiin verrattuina suurikokoisia, mikä 25 tekee ratkaisun soveltamisen matkapuhelimiin mahdottomaksi, ja lisäksi siirtolinjoina piirilevylle toteutetut sovituspiirit ovat arkoja sähkömagneettisille häiriöille. Edelleen, SAW-suodattimien vaatimaton tehonkesto estää niistä kootun duplekserin käytön matkapuhelimen lähetinhaarassa, jossa tehonkestovaatimus voi olla 2 W. SAW-suo-datin on myös erittäin herkkä lämpötilan vaihteluille, mikä näkyy taajuusryömintänä. 30 Tähän joudutaan varautumaan tekemällä SAW-suodattimen päästökaista tarvittavaa leveämmäksi, mikä osaltaan estää tällaisten ratkaisujen käytön etenkin tulevaisuuden matkapuhelinverkoissa, joissa siirtymäkaista lähetys-ja vastaanottotaajuuskaistojen välillä tehdään nykyistä kapeammaksi; esimerkiksi tulevassa E-GSM -verkossa, joka on ETSI:n (European Telecommunications Standards Institute) spesifikaation 05.05 35 "European digital cellular telecommunication system (phase 2), Radio transmission and reception" mukainen GSM-jäijestelmän laajennus, siirtymäkaista on vain 10 MHz. Mainittakoon myös SAW-suodattimien suuri päästövaimennus, joka on noin 3,0 - 4,0 dB eli aivan liikaa matkapuhelimen lähetinhaaraa ajatellen.

4 102121

Digitaalisissa tiedonsiirtoverkoissa käytetään yleisesti aikajakokanavointia / monikäyttöä (TDM/TDMA), jossa lähetys ja vastaanotto tapahtuvat eri aikaväleissä. Jos lähetys-ja vastaanottotaajuus on sama, signaalien erottamiseen käytetään matkapuhelimessa antennikytkintä, joka kytkee antennin vuorotellen laitteen lähetin-ja vas-5 taanotinhaaraan. Jos lähetys ja vastaanotto tapahtuvat eri taajuuskaistoilla, erottava na yksikkönä voidaan käyttää analogiapuhelimissa käytetyn dupleksisuodattimen kaltaista suodatinta. Jälkimmäinen vaihtoehto tulee kyseeseen myös taajuusjakokanavointia / monikäyttöä (FDM/FDMA) soveltavissa jäijestelmissä.

10 Digitaalisessa taajuusdupleksia (FDD, Frequency Division Duplex) käyttävässä matkapuhelimessa tarvitaan edellä esitetyn RF-kytkimen ohella suodattimia, koska vastaanottimen tulossa on oltava selektiivisyyttä ja sen on suojattava pienikohinaista esivahvistinta. Lähettimen lähdössä on vaimennettava lähtötaajuuden harmonisia monikertoja sekä muita harhalähetteitä kuten peilitaajuuksia. Lisäksi suodattimet 15 poistavat lähetinketjun vastaanottimen kaistalle generoimaa kohinaa. Myös lähetys-kaistan alapuoliset taajuudet on vaimennettava erillisellä suodattimena. Aikaduplek-sia käyttävässä järjestelmässä, kuten DECT:ssä (Digital European Cordless Telephone), on eri järjestelyin huolehdittava edellisten lisäksi siitä, että signaalin lähetyksen aikana vastaanottimen antennia kohti generoimat harhalähetteet vaimentuvat 20 riittävästi.

Tekniikan tasosta tunnetaan ratkaisuja, joissa antennikytkin ja suodatin on yhdistetty samaan rakenteeseen. Patentissa US 5 023 935 käytetään suodattimena kahta vierekkäistä siirtolinjaa, joista ensimmäisen yksi pää on yhdistetty antenniin. Toinen 25 siirtolinja on ensimmäisestä päästään yhdistetty vastaanottimeen ja tämä pää voidaan oikosulkea PIN-diodilla. Toinen pää on yhdistetty lähettimeen vastasuuntaisen PIN-diodin kautta. Diodeilla ja siirtolinjaa käyttämällä saadaan riittävä isolaatio ja rinnakkaisten, sähkömagneettisesti toisiinsa kytkeytyvien siirtolinjojen käytöllä saadaan aikaan jonkin verran suodatusta. Rakenne ei kuitenkaan mahdollista suurten 30 tehojen käyttöä ja sen suodatusominaisuudet ovat vaatimattomat. Lisäksi rakenteen haittana on sen suuri koko. Siinä käytetään neljännesaallon pituisia siirtolinjoja, joiden pituus 880 MHz:n taajuudella on noin 8,5 cm. Kun tähän lisätään muut kytken-täelementit, rakenteen kokonaiskooksi tulee helposti noin 20 x 100 mm, mikä on aivan liian paljon matkapuhelimia ajatellen.

35

Patentissa FI 90926 on esitetty menetelmä, jolla voidaan muuttaa siirtojohtoreso-naattoreilla toteutetun suodattimen taajuutta halutulla tavalla ja suurella tarkkuudella sekä yhden että kahden taajuuskaistan aikajakomonikäyttöjärjestelmässä. Patentin 5 102121 mukaan resonaattorit on jäljestetty ryhmiksi suodattimen kolmen portin välille ja ulkoisella ohjaussignaalilla muutetaan esimerkiksi toisen ja kolmannen portin välillä tai ensimmäisen ja toisen portin välillä olevien resonaattorien ominaistaajuutta. Yksittäisen resonaattorin resonanssitaajuutta muutetaan esimerkiksi patentissa Fl-5 88442 (US 5 298 873) esitetyllä menetelmällä, jossa pääresonaattorin lähelle jäljes tetty sivuresonaattori oikosuljetaan tarvittaessa toisesta päästään, jolloin rakenteen ominaisimpedanssi ja sitä kautta resonanssitaajuus muuttuvat. Myös muita tunnettuja menetelmiä resonaattorin ja niistä koostuvan suodattimen taajuuden siirtämiseksi voidaan käyttää esillä olevan keksinnön yhteydessä.

10

Patentissa FI 90478 on esitetty, miten lähetinhaaran kaistanpäästösuodattimen kytkennöissä tai sovituspiireissä olevia siirtolinjoja voidaan käyttää suuntakytkimen osana. Tällä tavoin suuntakytkin voidaan siirtää häiriöille ja häviöille alttiilta piirilevyltä suurtaajuussuodattimen kotelon suojaan ja pienihäviöiselle substraatille. Mit-15 taukset osoittavat, että siirtämällä suuntakytkin suodattimen osaksi saavutetaan vä-liinkytkentävaimennuksen pienentymisen ansiosta noin 0,3 dB:n tehonsäästö verrattuna perinteiseen piirilevytoteutukseen.

Esillä olevan keksinnön tarkoitus on luoda yhdistetty radiolähetin/vastaanotinraken-20 ne, joka soveltuu käytettäväksi digitaaliseen aikajakomonikäyttöön (TDMA/FDMA, /FDD, /TDD eli Time Division Multiple Access / Frequency Division Multiple Access , Frequency Division Duplex, Time Division Duplex) perustuvassa matkapuhelinjärjestelmässä ja joka toisaalta poistaa ja/tai vähentää edellä esitettyjen, RF-kytkimiin tai dupleksisuodattimiin perustuvien antennikytkimien haittapuolia ja toi-25 saalta yhdistää edellä mainittujen rakenteiden hyviä puolia. Lisäksi keksinnön tarkoitus on kasvattaa matkapuhelimen integrointiastetta yhdistämällä antennikytkin- ja suodatinrakenteeseen vastaanottimen pienikohinainen etuvahvistin ja sekoitin sekä lähettimen tehovahvistin, suuntakytkin ja sekoitin.

30 Keksinnön tarkoitus saavutetaan integroimalla antennikytkin, suodatin, suuntakytkin, vastaanottimen LNA ja sekoitin sekä lähettimen PA ja sekoitin yhdeksi kokonaisuudeksi, jossa kaikki osat on koottu samalle pienihäviöiselle substraatille ja ne sijaitsevat yhteisen, häiriöiltä suojaavan kuoren sisäpuolella. Tämä kokonaisuus muodostaa yhden komponentin matkapuhelimen piirilevyllä.

35

Keksinnössä on oleellista aktiivisten komponenttien, joita ovat vastaanottimen LNA ja sekoitin sekä lähettimen tehovahvistin ja sekoitin, yhdistäminen osaksi suodatin-rakennetta samalle substraatille suodatinrakenteen muiden komponenttien kanssa.

6 102121

Keksinnön mukaiselle radiolähetin/vastaanottimelle on tunnusomaista, että sen suo-datinosan yhteyteen on jäljestetty kytkinelin, joka toimii radiolähetin/vastaanottimen antennikytkimenä, ja mainittu suodatinosa, laitteen vastaanotinosa ja laitteen lähe-tinosa muodostavat rakennekokonaisuuden, jossa mainittu vastaanotinosa ja mainit-5 tu lähetinosa on järjestetty kytkinelimen ja suodatinosan yhteyteen siten, että - vastaanotinosan ja lähetinosan tukirakenne on sama kuin yhdistetyn kytkinelimen ja suodatinosan tukirakenne, - galvaaniset yhteydet jäijestelyyn kuuluvien osien välillä on toteutettu mainittua yhteistä tukirakennetta käyttäen ja 10 - lähetinosa ja vastaanotinosa sijaitsevat suodatinosaan kuuluvan, sähköä johtavasta materiaalista valmistetun suojakuoren sisäpuolella.

Aktiiviset kompontit voidaan toteuttaa erilliskomponentteina, yhtenä GaAs-piirinä tai multichip-moduulina, mikä sinänsä on tunnettua ja kuuluu tekniikan tasoon. Esil-15 lä olevan keksinnön keksinnöllinen ajatus on mainitulla tavalla toteutettujen aktiivisten komponenttien integroiminen suodatin-antennikytkin-suuntakytkin -rakenteeseen, jolloin suuri osa sovituskytkennöistä, joilla erilliskomponenttien rajapinnat on sovitettu 50Ω:η standardiarvoon, käy tarpeettomaksi. Tällä tarkoitetaan lähinnä vastaanottimen pienikohinaisen etuvahvistimen tulossa ja lähettimen tehovahvistimen 20 lähdössä tähän asti tarvittuja sovituspiirejä. MCM-tekniikkaa (Multichip Module) käyttäen voidaan edelleen kaikki rakenteessa tarvittavat passiiviset komponentit integroida esimerkiksi paksu- tai ohutkalvotekniikalla suoraan piirilevylle. Yksittäisistä moduuleista päästään näin eroon ja koko rakenteen luotettavuus nousee, kokonaispaino laskee ja koko pienenee. Lisäksi saavutetaan kustannussäästöjä valmistuk-25 sessa. Sähköisen toiminnan kannalta merkittävää on parasiittisten elementtien eliminointi, joka johtaa piirien sähköisen toiminnan nopeutumiseen ja kokonaistehonku-lutuksen laskuun.

Keksintöä ja sen suoritusmuotoja kuvataan nyt tarkemmin viitaten oheisiin piirus-30 tuksiin, joissa kuva 1 esittää lohkokaaviona tekniikan tason mukaista TDM-radiota, kuva 2 esittää lohkokaaviona tekniikan tason mukaista RF-antennikytkintä ja liityntää radiopuhelimeen, 35 kuva 3 esittää dupleksisuodattimen käyttöä radiopuhelimessa, kuva 4a esittää lohkokaaviona RF-kytkimen ja suodattimen käyttöä erillislohkoina, kuva 4b esittää lohkokaaviona RF-kytkin-suodatinrakennetta käyttävän laitteiston etupäätä, 7 102121 kuva 4c esittää lohkokaaviona toista RF-kytkin-suodatinrakennetta käyttävän laitteiston etupäätä, kuva 5 esittää pelkistetyn kytkentäkaavion muodossa erään tunnetun tavan, jolla resonaattorin taajuutta voidaan muuttaa, 5 kuva 6 esittää pelkistetysti erään tunnetun tavan, jolla suuntakytkin voidaan toteuttaa suodattimen yhteyteen, kuva 7 esittää pelkistetyn kytkentäkaavion muodossa erään tunnetun antennikyt-kinrakenteen, kuva 7b esittää periaatteen, jolla kuvan 7 mukaisen antennikytkimen eristystä voi-10 daan kasvattaa, kuva 8 esittää pelkistetyn kytkentäkaavion muodossa, miten kuvan 7 mukainen tunnettu antennikytkinrakenne voidaan integroida osaksi suodatinraken-netta, kuva 9a esittää, miten kuvan 8 kytkentäkaavion mukainen rakenne toteutetaan 15 dielektristä suodatinta käyttäen, kuva 9b esittää toisen tavan, jolla kuvan 8 kytkentäkaavion mukainen rakenne toteutetaan dielektristä suodatinta käyttäen, kuva 9c esittää kuvan 9b resonaattorilohkon alapintaa, kuva 10 esittää, miten kuvan 8 kytkentäkaavion mukainen rakenne toteutetaan 20 SAW-suodatinta käyttäen, kuva 11 esittää, miten kuvan 8 kytkentäkaavion mukainen rakenne toteutetaan he-lix-suodatinta käyttäen, kuva 12 esittää lohkokaaviona RF-kytkin-suodatusantennikytkintä käyttävän laitteiston etupäätä, 25 kuva 13 esittää pelkistetyn kytkentäkaavion muodossa, miten kuvan 7 mukainen tunnettu antennikytkinrakenne voidaan integroida osaksi dupleksisuoda-tinta, kuva 14 esittää lohkokaaviona TDM-radiota, jossa käytetään keksinnön mukaista lähetin/vastaanotinta, 30 kuva 15 esittää kytkentä-ja rakennekaaviona kuvan 14 mukaisen lähetin/vastaan-ottimen toteutusta dielektristä suodatinta käyttäen, kuva 16 esittää kytkentä-ja rakennekaaviona kuvan 14 mukaisen lähetin/vastaan-ottimen toteutusta helix-suodatinta käyttäen, ja kuva 17 esittää poikkileikkauksena kuvan 14 mukaisen lähetin/vastaanottimen to-3 5 teutusta keraami- tai S A W-suodattimia ja MCM-tekniikkaa käyttäen.

Aluksi kuvataan tarkemmin tekniikan tasoa viitaten kuviin 4b - 13.

8 102121

Kuvissa 4b ja 4c on esitetty yhdeksi antennikytkinlohkoksi AK integroitu RF-kytkin Kp, Kp sekä suodatin Sp, Sp. Signaalia lähetettäessä TDMA/FDD-järjestelmässä (kuva 4b) ohjauslogiikka Lp ohjaa signaalin suodattimen Sp kautta RF-kytkimen Kp asentoon T. Suodattimen Sp keskitaajuus vastaa tällöin järjestelmän lähetystaajuut-5 ta. Tällöin RF-kytkin Kp näkyy lähetettävälle signaalille pieni-impedanssisena sig-naalitienä lähetysporttiin. Kytkimen ollessa asennossa T, näkyy suodatin Sp antenniin A päin antenni-impedanssin suuruisena, siihen sovitettuna. TDMA/TDD-järjes-telmässä (kuva 4c) signaalia lähetettäessä ohjauslogiikka Lp ohjaa RF-kytkimen asentoon T ja kytkee signaalin kiinteätaajuisen suodattimen Sp ja RF-kytkimen Kp 10 kautta antennille. Signaalia lähetettäessä näkyy RF-kytkin Kp, Kp sekä kuvan 4b että kuvan 4c mukaisessa ratkaisussa vastaanottoporttiin erittäin suurena impedanssina vaimentaen signaalia. RF-kytkimen Kp, Kp vaimennus voi lähetyksessä vaihdella käytetyn kytkimen tyypin ja konfiguraation mukaan välillä 10-70 dB.

15 Signaalia vastaanotettaessa kuvan 4c mukaisella ratkaisulla TDMA/TDD-järjestel-mässä ohjauslogiikka Lp ohjaa signaalin suodattimen Sp kautta RF-kytkimelle Kp, joka on tällöin asennossa R. Vastaanotettaessa signaalia kuvan 4b mukaisella ratkaisulla aikajakojärjestelmässä muutetaan ohjauslogiikalla Lp suodattimen Sp reso-naattoreiden keskitaajuus vastaanottotaajuutta vastaavaksi muuttamalla resonaatto-20 reiden taajuutta esim. patentin FI-88442 esittämällä tavalla. Alan ammattimiehelle on selvää, että resonaattoreiden taajuuden muuttaminen voidaan toteuttaa myös muilla tunnetuilla tekniikoilla lähetystaajuudelta jäqestelmän vastaanottotaajuutta vastaavaksi. Aikajakojärjestelmässä ohjauslogiikka Lp ohjaa RF-kytkimen Kp asentoon R ja kytkee signaalin suodattimen Sp ja RF-kytkimen Kp kautta vastaanotto-25 porttiin RX. Sekä kuvan 4b että kuvan 4c mukaisessa ratkaisussa RF-kytkin Kp, Kp näkyy vastaanotettavalle signaalille pieni-impedanssisena ja pieniheijasteisena sig-naalitienä vastaanottoporttiin RX. Signaalia vastaanotettaessa näkyy RF-kytkin Kp, Kp lähetysporttiin erittäin suurena impedanssina vaimentaen signaalia. RF-kytkimen Kp, Kp vaimennus voi vastaanotossa vaihdella käytetyn kytkimen tyypin ja konfi-30 guraation mukaan välillä 10-30 dB. Kuvassa 4a esitetyllä erillisistä lohkoista muodostetulla rakenteella on kuvion 4b ja 4c ratkaisuun verrattuna iässä aikaisemmin mainitut erilliskomponenttitoteutusten haitat.

Kuvassa 5 on esitetty viitteellä T1 pääresonaattori, joka voi olla mikä tahansa tun-35 netun tyyppinen, kuten helix-, koaksiaali-, dielektrinen- tai liuskajohtoresonaattori. Tällä resonaattorilla on määrätty resonanssitaajuus f. Sen sähkömagneettiseen kenttään on sijoitettu liuskajohto T2, jonka yläpää on avoin ja voidaan oikosulkea kytkimellä S. Resonaattoreiden välillä vaikuttaa kytkentä M. Kun kytkin on auki, toimii 9 102121 liuskajohto puolen aallon resonaattorina (λ/2-resonaattorina), jolla on tietty reso-nanssitaajuus f0. Liuskan mitoista johtuen tämä resonanssitaajuus f0 on niin kaukana pääresonaattorin Tl resonanssitaajuudesta f, ettei sivuresonaattori T2 tässä moodissa juurikaan vaikuta pääresonaattorin Tl resonanssitaajuuteen f. Kun kytkin S 5 suljetaan, se oikosulkee liuskan toisen pään, jolloin se muuttuu neljännesaallon resonaattoriksi (λ/4-resonaattoriksi), jonka resonanssitaajuus on f0/2, joka on siis suurempi kuin f. Kytkentä M aiheuttaa nyt sen, että pääresonaattorin Tl resonanssi-taajuus siirtyy alaspäin määrällä Af. Tämän siirron Af suuruus voidaan tehdä halutuksi valitsemalla sivuresonaattorin T2 resonanssitaajuus f0 ja kytkentä M sopiviksi. 10 Kytkentä M määräytyy resonaattoreiden mitoituksesta ja keskinäisestä sijainnista.

Kuvassa 6 on esitetty radiopuhelimen dupleksisuodattimen 1 liittyminen puhelimen muihin lohkoihin. Dupleksisuodatin-suuntakytkin -lohko 1 käsittää neljä porttia: yksi portti 8 suodattuneen tulevalle lähetyssignaalille, yksi antenniportti, vastaanot-15 timen portti sekä suuntakytkinportti 7. Antennista 6 tuleva vastaanotettava signaali etenee dupleksisuodattimen 1 vastaanottosuodatinlohkon 3 vastaanottimeen 5. Vastaavasti lähettimestä 4 tuleva signaali etenee dupleksisuodattimen 1 RX-erotussuo-datinlohkon 2 kautta antennille 6. Tästä antennille etenevästä signaalista suuntakyt-kin 10 ottaa määrätyntasoisen, lähettimen tehotasoon verrannollisen näytteen ja kyt-20 kee sen suuntakytkinporttiin.

Kuva 6 on esimerkki suoritusmuodosta, jossa dupleksisuodattimen 1 RX-erotussuo-datin 2 on toteutettu helix-resonaattoritekniikalla ja sen lähettimen puoleisen pään sovituspiiriin on integroitu suuntakytkin 10. Suuntakytkin on edullisesti toteutettu 25 rinnakkaisia mikroliuskajohtimia käyttäen. Ensimmäinen liuska A toimii suodattimen tulon kytkentäliuskana heliksiin HX1 ja toinen liuska B on kytkentäliuska suuntakytkinporttiin 7. Kytkinliuska B on päätetty vastuksella R. Kuvan mukaisessa suodattimessa suuntakytkin voisi sijaita myös ennen antenniporttia 9, jolloin sen voisi helposti toteuttaa lisäämällä impedanssisovitusliuskan C rinnalle piiri, joka 30 käsittäisi suuntakytkinportin 7, liuskaan C sähkömagneettisesti kytkeytyvän liuska-johdon B ja päätevastuksen R.

Kuvassa 7 on esitetty eräs yleisesti tunnettu PIN-diodeilla toteutettu RF-kytkinra-kenne. Kuvan 7 mukainen RF-kytkinrakenne voidaan integroida suodattuneen.

35 Myös muunlaisia RF-kytkimiä voidaan käyttää. Lähetettäessä signaalia kuvan 7 mukaisen RF-kytkimen molemmat PIN-diodit Dl ja D2 biasoidaan myötäsuuntaisesti biasointijännitteen Vbjas avulla. Tällöin sarjaan kytketty PIN-diodi Dl näkyy antenniin A menevälle signaalille pieni-impedanssisena signaalitienä ja rinnan kytketty 10 102121 PIN-diodi D2 oikosulkee tehokkaasti antenniportin vastaanotinportin R kannalta estäen näin ylikuormituksen ja suojelee herkkää vähäkohinaista esivahvistinta (LNA kuvassa 1) voimakkaalta lähetinsignaalilta. Antenni-ja vastaanotinportti R saadaan eristettyä lähetystilan aikana muuttamalla rinnan kytketyn PIN-diodin D2 pieni im-5 pedanssi 90° vaiheensiirtimen PS avulla suureksi. On huomattava, että esim. siirto-johtoresonaattoreilla toteutetun kaistanestosuodattimen resonaattoreiden välisinä kytkentäelementteinä esiintyy yleisesti LC-alipäästörakenteita, joita voidaan hyödyntää RF-kytkimen osana vaiheensiirtäjän PS muodossa. LC-alipäästörakenteet muodostavat myös alipäästösuodattimen lähettimen generoimien harmonisten 10 suodatukseen. Tarvittavaa eristystä voidaan sovelluskohtaisesti lisätä esimerkiksi kasvattamalla RF-kytkimen vastaanotinhaaran rinnan kytkettyjen PIN-diodien lukumäärää kytkemällä ne neljännesaallon välimatkoin toisiinsa kuvan 7b mukaisesti.

Signaalia vastaanotettaessa ovat molemmat PIN-diodit Dl ja D2 nolla- tai vasta-15 suuntaisesti biasoituja ja näkyvät vastaanotettavalle signaalille pienenä kapasitanssina, joka luo pieni-impedanssisen ja -häviöisen signaalitien antennilta A vastaanotin-porttiin R. Lähetysportti T on eristetty signaalin vastaanoton aikana antenniportista A RF-kytkimen lähetyshaaran sarjaan kytketyn PIN-diodin Dl nolla- tai vastasuun-taisesti biasoinnista johtuvasta suuresta impedanssista. Esitetty rakenne ei mitenkään 20 rajaa keksinnössä käytettävien RF-kytkinten rakennetta, vaan RF-kytkin voi olla esim. alan ammattimiehelle tuttu sarja-sarja, rinnan-rinnan -tyyppinen PIN-diodi-kytkin, jota voidaan ohjata yhdellä tai useammalla biasointijännitteellä. RF-kytkimen toteutustapa ei myöskään rajoitu pelkästään PIN-diodeilla toteutettuihin kytkimiin, vaan se voidaan toteuttaa esimerkiksi GaAs-tekniikalla. RF-kytkin voidaan 25 integroida samalle alustalle myös SAW-suodattimen kanssa, joiden yhteinen rakenne koteloituna ja mahdollisesti hermeettisesti suljettuna muodostaa erittäin pienen ja kompaktin komponentin.

Kuvassa 8 on esitetty kuvan 7 mukainen antennikytkin integroituna suodattuneen.

30 Resonaattoreiden Rl ja R2 muodostamalla kaistanestorakenteella on samat funktiot signaalia lähetettäessä ja vastaanotettaessa kuin kuvan 1 mukaisella lähetyssuodat-timella 15 ja vastaanotinsuodattimella 12, kun niiden taajuudet on muutettu kummankin tilan vaatimiksi. PIN-diodien ja suodattimen siirtojohtojen ja erilliskompo-nenttien muodostamalla antennikytkimellä on vastaavasti samat funktiot kuin kuvan 35 7 mukaisella antennikytkimellä.

Signaalia lähetettäessä ohjaa ohjauslogiikka Lj, Lp (esitetty kuvissa 4b ja 4c) porttiin 4 positiivisen jännitteen, jolloin molemmat PIN-diodit 8, 9 ovat myötäbiasoidut.

102121 π

Signaali kulkee tällöin lähetysportista 1 antenniin resonaattoreiden 10 (R2), 11 (Rl) sekä kondensaattoreiden 54-58 ja kelan 12 muodostaman kaistanpäästösuodattimen kautta. Signaali ei mene vastaanottoporttiin 3, sillä toisen PIN-diodin 9 pieni myötä-suuntainen resistanssi muuntuu suureksi (signaali vaimenee n. 30 dB) siirtolinjojen 5 (esitetty toteutusesimerkkikuvissa 7 ja 8), kondensaattoreiden 54, 59 ja kelan 14 muodostaman 90°:n vaiheensiirtimen PS avulla.

Signaalia vastaanotettaessa ohjauslogiikka ohjaa porttiin 4 nollabiaksen. Molemmat diodit 8, 9 ovat tällöin vastabiasoituja. Signaali kulkee tällöin antennista A kaistan-10 päästösuodattimen kautta vastaanottoporttiin 3, sillä lähetysportin 1 impedanssi näkyy signaalille PIN-diodin 8 johdosta erittäin suurena.

Antennikytkimen vaatima lisäkomponenttimäärä saadaan minimoitua esitetyn mukaisella järjestelyllä, sillä itse suodattimessa jo olevia siirtojohtoja ja kondensaatto-15 reita voidaan käyttää hyväksi vaiheensiirtimen PS ja tarvittavien siirtolinjojen toteutukseen. Antennikytkimen vaatimat lisäkomponentit ovat biasportti 4, virranrajoi-tusvastus 6 (esitetty kuvissa 15 ja 16), kuristin 7, PIN-diodit 8, 9 sekä kondensaattorit 51-53. Sen sijaan kondensaattoreiden 54, 59 ja kelan 14 muodostama vaiheen-siirrin PS, jota tarvitaan antennikytkimessä löytyy jo valmiiksi suodattimesta, joten 20 järjestelyllä saavutetaan komponenttisäästöä siihen nähden, että rakenne toteutettaisiin erillisestä suodattimesta ja antennikytkimestä kuvan 3a mukaisesti. Suodatti-meen kuuluvat muut komponentit ovat resonaattorit 10, 11 sekä kondensaattorit 54-58 ja kela 12.

25 Suodattimena voidaan käyttää erityyppisiä ja erilaisiin resonaattoreihin perustuvia suodattimia. Suurten tehojen ja korkeiden taajuuksien ollessa kyseessä voidaan edullisesti käyttää helix- tai keraamisiirtojohtoresonaattoreihin perustuvaa suodatinta. Kysymykseen voivat tulla myös esim. pinta-aaltosuodatin (SAW-filter) tai liuskajohtosuodatin (strip line filter) muodostamalla resonaattorit 10 ja 11 liuskajoh-30 toresonaattoreina esim. SAW-suodattimen 15 sijaan kuvassa 10 tai dielektristen resonaattoreiden sijaan kuvassa 9. Alan ammattimiehelle on selvää, että myös muun tyyppisiä suodattimia voidaan käyttää. Aiemmin mainittiin estovaimennuksen lähet-timestä vastaanottimelle olevan luokkaa 30 dB. Vastaavasti analogisilla puhelimilla estovaimennusvaatimus on tyypillisesti 60 dB. Kun vielä otetaan huomioon yksin-35 kertaisellakin RF-kytkimellä saavutettava isolaatio, esim 20 dB, voidaan TDMA/-FDD- ja TDMA/FDMA-jäijestelmien suodattimissa käyttää vähemmän resonaatto-reita, jolloin suodattimen koko pienenee. Esimerkiksi voidaan arvioida, että käytet- 12 102121 täessä suodattimessa keraamisia resonaattoreita, koko antennikytkimen A tilavuus olisi huomattavasti alle yhden kuutiosenttimetrin.

Kuvassa 9a on esitetty kuvan 8 mukaisen kytkentäkaavion periaatteellinen toteutus 5 dielektrisenä suodattimena, joka muodostuu dielektristä materiaalia olevasta lohkosta, jossa resonaattorit on muodostettu lohkon läpi ulottuvina reikinä, jotka on pinnoitettu johtavalla materiaalilla. Kuvassa 9a esitetty jäijestely ei kytkennältään ole täysin identtinen kuvan 8 kanssa, mutta esittää toteutuksen pääpiirteet. Dielektrinen lohko on pääosin pinnoitettu johtavalla materiaalilla lukuunottamatta lohkon sitä 10 pintaa johon resonaattoreiden ns. avoin korkeaimpedanssinen pää aukeaa. Tämä pinta on esitetty kuvassa pintana, jossa on resonaattorireiät 10, 11. Resonaattori-reikien alapäätä, jossa reikien pinnoitus yhdistyy lohkon pinnoitukseen, ei näy kuvassa. Kuvassa 9a on resonaattoreita lukuunottamatta kuvan 8 muut komponentit muodostettu siirtolinjojen (viivoitetut palaset) ja diskreettikomponenttien (esim.

15 pintaliitoskomponenttien) avulla, jotka on kuvassa esitetty vaaleina lohkoina. Kyt-kentätäplä 13 yhtyy lohkon pinnoitteeseen eli toimii maatasona. Kela 12 on muodostettu keraamilohkon sivupinnalle. Myös muut kytkentäkuviot ja komponentit voitaisiin yhtä hyvin muodostaa keraamilohkon sivupinnalle.

20 Kuvissa 9b ja 9c on esitetty toteutus, jossa kytkeytyminen resonaattoreihin 10, 11 tapahtuu resonaattorilohkon B sivupinnalta. Muut kytkentäkuviot on järjestetty erilliselle alustalle S, joka voi olla keraami- tai teflonsubstraatti tai jotain muuta materiaalia oleva piirilevy. Kuvien 9b ja 9c mukaisessa toteutuksessa resonaattorilohkon B yläpinnan lisäksi myös sen kytkentäkuvioita sisältävä sivupinta on mainittuja kuvioi-25 ta lukuunottamatta oleellisesti pinnoittamaton. Kytkentäkuviot, joita käytetään resonaattoreihin 10, 11 kytkeytymiseksi, jäävät resonaattorilohkon B ja alustan S väliin eivätkä siten näy kuvassa 9b. Nämä kytkentäkuviot on esitetty tarkemmin kuvassa 9c, joka esittää resonaattorilohkoa B siltä sivupinnalta katsottuna, joka kuvassa 9b on alustaa S vasten. Kuvan 9c mittasuhteet eivät vastaa lohkon mittasuhteita kuvassa 30 9b. Alustalla S kulkeva liuskajohto 16 yhtyy kuvassa 9c näkyvään, lohkon B sivu pinnalla kulkevaan liuskajohtoon 16 ja kytkeytyy sähkömagneettisesti resonaattoriin 11. Kytkeytyminen resonaattorilta 10 antenniin tapahtuu kytkentätäplän 2 kautta, josta signaali johdetaan liuskajohtoa pitkin alustalle S liuskajohtoon 2, joka näkyy kuvassa 9b.

Kuvassa 10 on esitetty vastaava toteutus kuin kuvissa 9a ja 9b, mutta suodattimena käytetään pinta-aaltosuodatinta (SAW-suodatin, Surface Acoustic Wave). Pinta- 35 13 102121 aaltosuodatin 15 voidaan upottaa samaan substraattiin, jossa muut komponentit ja kytkentäkuviot ovat, kuten on esitetty esimerkiksi julkaisussa US-5 254 962.

Kuvassa 11 on esitetty kuvan 8 mukaisen kytkennän toteutus helix-suodattimessa.

5 Suodattimen helix-resonaattorit voidaan toteuttaa ns. sormituentarakenteena (tai kamparakenteena), jollainen on kuvattu esim. suomalaisessa patentissa FI-80542. Tällöin resonaattorit 10, 11 on muodostettu eristelevyn ulkoneman ympärille lieriö-kelaksi kierretystä metallilangasta. Eristelevyn alaosaan on diskreeteistä komponenteista, esim. pintaliitoskomponenteista, sekä liuskajohdoista muodostettu sähköinen 10 piiri. Eristelevyyn on yksinkertaista lisätä antennikytkimen vaatimat liuskat ja komponentit, jolloin saavutetaan keksinnön mukainen kompakti yhdistetty antennikytkimen ja suodattimen rakenne. Kuvassa useat komponentit 6-9. 12, 51-58 on kuvattu pintaliitoskomponentteina, jotka juotetaan liitostäpliin.

15 Kuvassa 12 on esitetty eräs toinen suoritusmuoto, jossa on integroitu RF-kytkin K ja suodattimet S1 ja S2 yhdeksi antennikytkinlohkoksi A. Signaalia lähetettäessä oh-jauslogiikka L ohjaa RF-kytkimen asentoon TX. Tällöin RF-kytkin näkyy lähetettävälle signaalille pieni-impedanssisena signaalitienä TX-portista antenniporttiin ja lähetyssuodatin S1 näkyy antenniin päin antenni-impedanssin suuruisena eli siihen 20 sovitettuna. Vastaanottosuodatin S2 näkyy lähetyskaistalla antenniin päin erittäin suurena impedanssina vaimentaen signaalia niin, että se ei pääse vastaanottimelle. Edelleen RF-kytkin näkyy RX-porttiin erittäin suurena impedanssina. RF-kytkimen vaimennus voi vaihdella kytkimen tyypin ja konfiguraation mukaan välillä 10 - 50 dB.

;25 Signaalia vastaanotettaessa ohjauslogiikka L ohjaa RF-kytkimen asentoon RX.

Tällöin RF-kytkin K näkyy vastaanotettavalle signaalille pieni-impedanssisena ja -heijasteisena signaalitienä RX-porttiin. Vastaanottosuodatin S2 näkyy antenniin päin antenni-impedanssin suuruisena eli siihen sovitettuna. Lähetyssuodatin näkyy vastaanottokaistalla suurena impedanssina vaimentaen signaalia. Myös kytkin näkyy 30 TX-porttiin erittäin suurena impedanssina.

Kuvassa 13 on esitetty kuvan 12 lohkokaavion toteutus kytkentäkaaviona, jossa kuvan 7 mukainen antennikytkin on integroitu dupleksisuodattimeen. Resonaattoreiden R1-R3 muodostamalla estosuodatinrakenteella on samat funktiot kuin kuvan 2 mu-J5 kaisella lähetyssuodattimella S2. Vastaavasti resonaattoreiden R4-R6 muodostamalla päästösuodatinrakenteella on samat funktiot kuin kuvan 2 mukaisella vas-taanottosuodattimella S1. PIN-diodien ja dupleksisuodattimen siirtojohtojen ja eril- 14 102121 liskomponenttien muodostamalla antennikytkimellä on samat funktiot kuin kuvan 7 mukaisella antennikytkimellä.

Seuraavassa kuvataan keksintöä ja sen suoritusmuotoja viitaten kuviin 14-17.

5

Kuvassa 14 on esitetty lohkokaaviona TDM-radio, jonka lähetin/vastaanottimessa on keksinnön mukaisesti yhdistetty antennikytkin, suodatin, vastaanottimen LNA ja sekoitin sekä lähettimen PA, suuntakytkin ja sekoitin. Integroitua rakennetta on merkitty 100:11a ja sen toiminta on seuraava: Suodatin 110 ja antennikytkin 120 10 muodostavat edellä kuvissa 4b - 13 selostetun kaltaisen yhdistetyn rakenteen, jota ohjaa ohjauslogiikka (ei kuvassa). Vastaanotettaessa signaalia tämä rakenne muodostaa pieni-impedanssisen ja -häviöisen signaalitien antennista pienikohinaiseen vahvistimeen (LNA) 130, joka vahvistaa vastaanotettua radiosignaalia. Vahvistettu signaali suodatetaan kaistanpäästösuodattimella 135 ja suodatettu signaali sekoite-15 taan sekoittimessa 140 syntetisaattorilta 200 tulevan ensimmäisen injektiosignaalin kanssa. Sekoitustuloksena saatava välitaajuussignaali (IF) viej tän kaistanpäästösuo-dattimen (BPF) 180 kautta vastaanottimen RF-piirille jatkokäsittelyä varten.

Radion 100 lähetinosa sisältää toisen paikallisoskillaattorisignaalin (LO), joka tuote-20 taan lähettimen etuasteella (ei kuvassa) ja sekoitetaan sekoittimessa 150 ensimmäisen injektiosignaalin kanssa. Sekoittunen 150 lähtö viedään kaistanpäästösuodatti-men 155 kautta teho vahvistimelle 160, jonka lähtö on kytketty suuntakytkimen 170 kautta antennikytkin-suodatin -lohkoon 110,120. Signaalia lähetettäessä tämä lohko toimii edellä esitetyllä tavalla muodostaen pieni-impedanssisen ja -häviöisen sig-.25 naalitien TX-portista antennille.

Keksinnön mukainen ja kuvan 14 havainnollistama rakenne perustuu oivallukseen, jonka mukaan radioarkkitehtuurin suunnittelu kannattaa nähdä suodatinsuunnittelun näkökulmasta. Tällöin suodattimen ja siihen integroidun antennikytkimen tulo-ja 30 lähtöimpedanssi voidaan valita sellaiseksi, että ne sopivat optimaalisella tavalla : rakenteen muiden osien, erityisesti vahvistimien impedansseihin. Huolellisella suunnittelulla voidaan eliminoida erilliset 50Ω:η impedanssisovituskytkennät LNA:n 130 tulosta ja PA:n 160 lähdöstä.

35 Kuvassa 15 on esitetty kuvan 14 mukaisen kytkennän toteutus keksinnön mukaisesti integroituna rakenteena dielektrisessä suodattimessa. Antennikytkimeen ja suodattuneen liittyvien passiivisten komponenttien osalta kuva 15 vastaa kuvan 9b suoritusmuotoa, jossa komponentit on resonaattoreita lukuunottamatta muodostettu siir- 15 102121 tolinjojen (viivoitetut palaset) ja erilliskomponenttien (esim. pintaliitoskomponenttien) avulla. Suodattimessa on dielektristä materiaalia oleva lohko B, jossa resonaattorit on muodostettu lohkon läpi ulottuvina reikinä, jotka on pinnoitettu johtavalla materiaalilla. Kytkeytyminen resonaattoreihin 10, 11 tapahtuu resonaattorilohkon B 5 sivupinnalta. Muut kytkentäkuviot on jäljestetty erilliselle alustalle S, joka voi olla keraami- tai teflonsubstraatti tai jotain muuta materiaalia oleva piirilevy. Erilliskom-ponentit on esitetty kuvassa vaaleina lohkoina. Kytkentäkuviot voitaisiin yhtä hyvin muodostaa ja komponentit kiinnittää keraamilohkon sivupinnalle. Kuvan 15 toteutuksessa aktiiviset komponentit - LNA, PA ja sekoittimet 140 ja 150 - on esitetty 10 erilliskomponentteina. Ne voidaan myös integroida yhdelle GaAs-piirille, joka käsittää kuvaan viitteillä BPF(RF)/RXin, BPF(RF)/RXout, BPF(RF)/TXin ja BPF(RF)/TXout merkityt ulosotot kaistanpäästösuodattimia varten.

Antennikytkin, joka kuvassa 14 on merkitty numerolla 120, on toteutettu kuvan 15 15 suodattimessa kahdella PIN-diodilla PINshunt ja PINser. Niiden biasjännite tuodaan kytkentään portin Vbias ja virranrajoitusvastuksen R/Vbias kautta. Kytkintoiminto tapahtuu kuvassa 7 esitetyllä tavalla, jolloin PINshunt toimii kuten diodi D2 (kuva 7) ja PINser vastaavasti kuten diodi Dl. Muut erilliskomponentit ja niihin liittyvät siirtolinjat muodostavat impedanssisovituspiirin, jota käytetään myös vaiheensiirti-20 menä PS. Kuvassa näkyy myös metallikansi, joka sulkee koko kytkennän sisäänsä ja suojaa sitä häiriöiltä.

Kuvassa 16 on esitetty kuvan 14 mukaisen kytkennän toteutus keksinnön mukaisesti integroituna rakenteena helix-suodattimessa. Antennikytkimeen ja suodattuneen . ,25 liittyvien passiivisten komponenttien osalta kuva 16 vastaa kuvan 15 suoritusmuotoa, kuitenkin niin, että resonaattorit ovat tukirakenteena toimivan piirilevyn sormimaisiin ulokkeisiin kierrettyjä lieriökelajohtimia eli helixejä. Kytkeytyminen helix-resonaattoreihin tapahtuu piirilevyn pinnalla olevien kytkentätäplien kautta (eivät näy kuvassa). Muut kytkentäkuviot on järjestetty piirilevylle ja erilliskomponentit 30 on esitetty kuvassa vaaleina tai ristiviivoitettuina lohkoina. Vastaavasti kuin kuvassa • 15 toteutuksen aktiiviset komponentit - LNA, PA ja sekoittimet 140 ja 150 - on esi tetty kaavamaisesti erilliskomponentteina, mutta ne voidaan myös integroida yhdelle GaAs-piirille, joka käsittää kuvaan viitteillä BPF(RF)/RXin, BPF(RF)/RXout, BPF(RF)/TXin ja BPF(RF)/TXout merkityt ulosotot kaistanpäästösuodattimia var-35 ten. PIN-diodien PINshunt ja PINser ja niihin liittyvien kytkentöjen toiminta on samanlainen kuin kuvan 15 toteutuksessa.

16 102121

Kuvissa 15 ja 16 on myös esitetty kuvan 6 mukaisen suuntakytkimen tekninen toteutus osana keksinnön mukaista integroitua lähetin/vastaanotinta. Kuvissa 15 ja 16 suuntakytkimen liuskajohto, jota kuvassa 6 on merkitty B:llä, sijaitsee tehovahvisti-melta PA kohti antenniporttia suuntautuvan liuskajohdon vieressä. Suuntakytkin-5 portti 170 ja päätevastus R/170, joita kuvassa 6 on merkitty 8:11a ja R:llä, sijaitsevat kuvissa 15 ja 16 rakenteen reunalla liittyen suuntakytkimen liuskajohdon päihin.

Kuvassa 17 on esitetty kuvan 14 mukaisen kytkennän toteutus keksinnön mukaisesti integroituna rakenteena, jossa käytetään suodattimena keraamista tai SAW-suoda-10 tinta ja rakenne muodostetaan jollain tunnetulla MCM-tekniikalla, joita ovat esimerkiksi - MCM-C (Cofired Ceramics), - MCM-L (Organic Laminates), - MCM-D (Deposited Dielectrics), 15 - MCM-D/C (Deposited Dielectric on Cofired Ceramics), - MCM-Si (Inorganic Thick Film), ja - Thick Film Hybrid MCM.

Kaikki antennikytkimeen ja suodattuneen liittyvät passiiviset komponentit ja edellä mainitut aktiiviset komponentit (LNA, PA ja sekoittunet) sisältyvät multichip-mo-20 duuliin. Aktiiviset komponentit sijoitetaan MCM-rakenteeseen paljaina siruina 240 ja liitetään jollain tunnetulla tekniikalla, joita ovat esimerkiksi Die Attach / Wire Bonding-, Tab-, Flip Tab-ja Flip Chip -tekniikat. Kuvassa on Wire Bonding -tekniikan mukaiset liitoslangat 250. Sirujen, komponenttien ja siirtojohtojen muodostama kytkentä on valettu suojaavaan muovikuoreen 220. Portit 210, joiden kautta . .25 integroitu kokonaisuus on yhteydessä antenniin, oskillaattoreih n ja radion muihin osiin, ovat moduulin sivuilla (kuvassa vain kaksi porttia).

Multichip-Module -tekniikalla toteutettuun suoritusmuotoon liittyy tiettyjä etuja diskreeteistä komponenteista koottuihin suoritusmuotoihin verrattuna. MCM-raken-30 teissä voidaan käyttää monikerrospiirilevyjä 230, jolloin komponenttien välisiä joh-: dotuksia 260 ja rakenteeseen kuuluvia maatasoja 270 voidaan sijoitella moduulin si sällä varsin vapaasti. Johdinpituudet ovat pienempiä, mikä parantaa kytkennän sähköistä suorituskykyä ja säästää pinta-alaa.

35 Käyttämällä keksinnön mukaista integroitua lähetin/vastaanotinta TDMA/FDD-jär-jestelmän radiopuhelimessa voidaan perinteisen dupleksisuodattimen hyvät eristys-ja suodatusominaisuudet säilyttää samalla kun sekä lähetin/vastaanottimen tilavuus että sen puhelimen piirilevyltä vaatima pinta-ala pienenee. Lisäksi RF-kytkinratkai- 17 102121 suun verrattuna piirilevylle ladottavien komponenttien määrä vähenee. Keksinnön mukaista integroitua rakennetta voidaan myös käyttää tulevaisuuden dual-mode-pu-helimissa, joissa saatetaan vaatia puhelimelta valmiutta toimintaan sekä V TDMA/FDD- että TDMA/FDD-periaatteella. Erityisen tärkeäksi keksinnön kaltai-5 sen järjestelyn käyttö tulee lyhyen dupleksivälin verkkojen käyttöönoton myötä.

Tällöin perinteisten passiivisten dupleksisuodattimien konstruoiminen järkevään tilaan käy mahdottomaksi.

Esillä oleva keksintö ei rajoitu mihinkään tiettyyn sovellukseen, vaan sitä voidaan 10 käyttää lähetin/vastaanottimissa erilaisissa sovelluksissa ja eri taajuuksilla ja eri monikäyttömenetelmillä, edullisesti radiotaajuuksilla, kuten UHF ja VHF. Keksinnön mukaista ratkaisua voidaan käyttää digitaaliseen aikajakomonikäyttöön (TDMA/FDMA, TDMA/FDD tai TDMA/TDD) perustuvan järjestelmän tilaajalaitteissa, joissa on erillinen tai kotelon yhteyteen liittyvä antenni , autopuhelimissa ja 15 käsipuhelimissa.

Claims (11)

102121

1. Radiolähetin/vastaanotin, joka käsittää a) siirtojohtoresonaattoreita sisältävän suodatinosan (S j, S2, Sp, Sp), b) vastaanotinosan, joka käsittää pienikohinaisen vahvistimen (LNA) ja sekoittunen, 5 ja c) lähetinosan, joka käsittää tehovahvistimen (PA), suuntakytkimen ja sekoittunen, tunnettu siitä, että mainitun suodatinosan yhteyteen on järjestetty kytkinelin, joka toimii radiolähetin/-vastaanottimen antennikytkimenä, ja mainittu suodatinosa, mainittu vastaanotinosa 10 ja mainittu lähetinosa muodostavat rakennekokonaisuuden, jossa mainittu vastaanotinosa ja mainittu lähetinosa on järjestetty kytkinelimen ja suodatinosan yhteyteen siten, että - vastaanotinosan ja lähetinosan tukirakenne on sama kuin yhdistetyn kytkinelimen ja suodatinosan tukirakenne, 15. galvaaniset yhteydet järjestelyyn kuuluvien osien välillä on toteutettu mainittua yhteistä tukirakennetta käyttäen ja - lähetinosa ja vastaanotinosa sijaitsevat suodatinosaan kuuluvan, sähköä johtavasta materiaalista valmistetun suojakuoren sisäpuolella.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen radiolähetin/vastaanotin, tunnettu siitä, että suodatinosa käsittää vain yhden suodattimen (S'j, S'2, Sp, S j), jolla on määrätty päästöalue ja joka on yhteinen lähetystä ja vastaanottoa varten.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen radiolähetin/vastaanotin, tunnettu siitä, että . 25 suodatinosan määrätty taajuusalue on säädettävissä halutuksi vasteena ohjaussignaalille.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen radiolähetin/vastaanotin, tunnettu siitä, että suodatinosa käsittää siirtojohtoresonaattoreita sisältävän lähetinhaaran suodattimen 30 (S2) ja vastaanotinhaaran suodattimen (S\), joissa on sovituskytkentöjä siirtojohto- resonaattoreihin kytkeytymiseksi ja siirtojohtoresonaattoreiden välisten kytkentöjen toteuttamiseksi sekä suodattimien sovittamiseksi antenniin.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen radiolähetin/vastaanotir . tunnettu siitä, että 35 resonaattorit ovat helix-resonaattoreita.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen radiolähetin/vastaanotin, tunnettu siitä, että resonaattorit ovat dielektrisiä resonaattoreita. 102121

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen radiolähetin/vastaanotin, tunnettu siitä, että resonaattorit ovat liuskajohtoresonaattoreita.

8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen radiolähetin/vastaanotin, tunnettu siitä, että 5 suodatin on pinta-aaltosuodatin (SAW-suodatin, Surface Acoustic Wave).

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen radiolähetin/vastaanotin, tunnettu siitä, että vastaanotinosa ja lähetinosa on toteutettu erilliskomponenteilla.

10. Patenttivaatimuksen 1 mukainen radiolähetin/vastaanotin, tunnettu siitä, että vastaanotinosa ja lähetinosa on toteutettu yhdellä integroidulla piirillä.

11. Patenttivaatimuksen 1 mukainen radiolähetin/vastaanotin, tunnettu siitä, että vastaanotinosa, lähetinosa ja yhdistetyn kytkinelimen ja suodatinosan passiiviset 15 komponentit resonaattoreita ja niihin kytkeytymistä varten toteutettuja siirtojohtoja lukuunottamatta on toteutettu MCM-tekniikalla (multi-chip module).