JP2010530704A

JP2010530704A - Ｒｆスイッチデバイス

Info

Publication number: JP2010530704A
Application number: JP2010513148A
Authority: JP
Inventors: ニクラスフィリップソン，
Original assignee: テレフオンアクチーボラゲットエルエムエリクソン（パブル）
Priority date: 2007-06-18
Filing date: 2007-09-13
Publication date: 2010-09-09
Also published as: WO2008156391A1; EP2160805A4; CN101682155A; EP2160805B1; US20100222014A1; CN101682155B; EP2160805A1

Abstract

無線ユニット(DRU)においてRF信号の切り替えを行うためのデバイス(11)において、無線ユニットのプリント回路基板(PCB)上に取り付けるためのRF整合カードホルダ(12)が提供される。前記カードホルダは、該ホルダにおいて支持される複数組の信号結合接点部材(15)と、カードホルダ内の選択的位置において受信を行うためのRF整合スイッチカード(13)と、1以上のスイッチカードの側面(13A、13B)に設けられた複数組の接点パッド(それぞれ16、17)と、個々の組の選択された接点パッドの間に延設された信号経路(SP)とを有する。

Description

本発明は、無線信号を送信し及び受信するための無線ユニットに関する。

スイッチは一般に電子機器において、ＲＦ信号をルーティングするために使用される。このようなスイッチとしては、リレータイプの電気機械式スイッチを用いるものが以前からよく知られている。このような従来の電気機械式スイッチは、様々な方向に無線信号を接続しなければならない多くのアプリケーションにおいて広く使用されている。これらのスイッチは、当初、高出力ＲＦアプリケーションに使用し、また、高周波数帯で使用するのに、信頼性が高く好適であると考えられていた。そのため、これらのスイッチは現在でも電気通信の分野においていくつかのアプリケーションで用いられている。しかしながら、製造コストが比較的高くつき、スペース要件も大きくなる。品質上の問題も頻繁に発生しており、これらのリレーの取り扱い、交換のために、多くの時間が費やされ、相当なコスト増加を招いている。

関連する通信分野において、ＲＦスイッチにはトランジスタやダイオードなどの半導体タイプの素子が用いられるのが一般的である。このようなスイッチは最適のスイッチング特性を持たず、高出力アプリケーション用として選択されることはない。具体的には、高周波数アプリケーションにおいてＲＦスイッチを用いることには問題が多い。なぜなら、ＲＦスイッチは、スイッチ閉時は損失が高く、スイッチ開時は信号の漏れが発生するからである。半導体タイプのスイッチのアプリケーションにおいて生じる絶縁の問題点もあり、とりわけ効果的なシールディングが必要とされる。

このように、ＲＦ通信分野において、とりわけ高出力ＲＦアプリケーションにおいて、従来用いられていた信号スイッチ素子は満足のゆくものではなく、低コストかつ省スペースで信頼性の高いＲＦ信号スイッチングの提供に関連する上述の諸問題を解決するための開発の必要が大きく要請されている。

本発明は、電子機器において省スペースかつ低コストな複数の高周波信号のスイッチングを可能にすることを目的とする。

特に、本発明は、無線ユニットにおいて様々な方向に複数の無線信号を結合するためのデバイスであって、省スペースかつ低コストな改善されたデバイスを提供することを目的とする。

上記及びその他の目的は、特許請求の範囲で定義されるような本発明によって達成される。

上述の目的を達成するために、本発明は、無線ユニットにおいて高出力ＲＦ信号を切り替えるための、効率的、コンパクト、かつ、信頼性の高いデバイスを提供する。簡潔に述べると、本発明は、プリント回路基板に搭載されたＲＦ整合のカードホルダと、カードホルダ内に支持された信号接点部材と、カードホルダ内の選択的位置に収容されるＲＦ整合のスイッチカードと、このスイッチカードの少なくとも１つの側面に設けられた複数のセットの接点パッドと、各セットの選択された接点パッド間に延在する信号経路とを有するスイッチデバイスを提供する。

本発明の実施形態において、スイッチカードの接点パッドのセットは、スイッチカードの上面と下面にそれぞれ設けられる。

スイッチカードの各側面に異なるパターンの信号経路を設けることによって、デバイスは、カードホルダ内のスイッチカードの位置に応じて異なる動作モードに設定される。

本発明の基本的な着想の好適なさらなる展開並びにその実施形態が、従属請求項に記述される。

以下の本発明の実施形態の詳細な説明を読めば、上述した利点に加え、本発明により提供される利点が容易に理解されよう。

添付の図面とともに以下の説明を参照することにより、本発明ならびにそのさらなる目的及び効果が十分に理解されよう。

２つの切り替えスイッチングモードを有する従来のリレータイプのスイッチの構成を示す図。同様に２つの切り替えスイッチングモードを有する、本発明の第１のスイッチングモードにおけるスイッチの構成例を示す図。本発明の第２のスイッチングモードにおけるスイッチの構成例を示す図。本発明の実施形態におけるスイッチカードデバイスの上面斜視図。図３のスイッチカードデバイスのの要部断面図。本発明のスイッチデバイスに用いられるスイッチカードの第１の側面のレイアウトの概略図。図５Ａのスイッチカードの第２の側面のレイアウトの概略図。

略語
ＰＣＢ（Printed circuit board）：プリント回路基板
ＲＵ（Radio Unit）：無線ユニット
ＲＦ（Radio Frequency）：高周波

本明細書を通じて、無線信号を送受信するための無線ユニット用として意図されたＲＦスイッチ用アプリケーション、特に、高出力ＲＦ信号用アプリケーションについて言及する。なお、このような言及は、例示のアプリケーションと本発明の好適な実施形態とについて説明することを目的とするものであって、特定の無線通信アプリケーションや特定のパワー範囲あるいはこのようなアプリケーションの詳細に発明を限定することを意図するものではないことを強調しておく。

無線信号の送受信のための、すなわち電気通信の分野において用いるための、既存の無線ユニットにおいては、無線信号が様々な方向で結合される状況で、ソフトウェアからの制御信号と共に複数のリレースイッチを用いることが普通であった。図１には、電気通信の分野で用いられる無線ユニットにおいて高出力のＲＦ信号を切り替えるために用いられる従来の典型的スイッチ構成が例示されている。このスイッチ構成では、電子スイッチを備えた３つのリレースイッチ１〜３が無線ユニットのＰＣＢ（具体的には図示されてはいない）と遠隔接続されている。例示の典型的なスイッチ構成は一般に、２つのモードのスイッチング機能を備えたスイッチング構成を必要とする送受信用無線ユニットに関する。第１のモードでは、２つの別個のＲＦ信号S1およびS2が、それぞれの入力部S1 INとS2 INからそれぞれのリレースイッチ１、３及び２を介してそれぞれの出力部S1 OUTとS2 OUTへそれぞれ転送される。第２のモードでは、ＲＦ信号S1とS2はコンバイナ又はミキサ５において合成され、次いで、第１のモードではS1を出力部S1 OUTへ転送するリレースイッチ３を介して合成信号S1+S2が共通の出力部S1+S2 OUTへ転送される。

このような従来手法の場合、ＰＣＢのかなり広い面積がリレースイッチ構成要素によって占有され、構成要素のコストが高くなる。リレーというコンセプトはリレースイッチの接触面を引っ張ってソレノイドによって相互に係合状態にすることにより信号を接続するという原理に基づくものである。このコンセプトには、特に長年にわたって使用した後、誤動作が生じるリスクが含まれる可能性がある。リレー１〜３の各々において相当の消費電力が生じることになる。上述したように、品質問題がこれらのリレーに関連する問題点であり、多くの時間消費及び追加コストが結果として生じることになった。上記の問題点は、問題の多い長期の機能及び比較的高い出力消費量に加えて、このようなリレーベースのスイッチ構成をさらに魅力の少ないものにしている。

ＤＲＵユニットの開発において、スペースとコストとを減らそうという試みが過去に行われてきたことは一般的な事実である。製造コストの少ない構成要素を設計したり、ＰＣＢの面積を減らしたり、モジュールを設計したり、設計を単純化したり、特徴と機能との少なくともいずれか取り外したり、重量を減らしたりすることなどによってコストの低減を図る多くの方法が存在する。本発明に提示される解決方法によれば、これらの所望の好適な改良点のすべてとは言わないまでも、そのほとんどが達成されている。基本的に、本発明に係る解決方法によって達成されるスペース要件の減少によって、他の修正と共に、将来のＤＲＵプロジェクトにおいて、ＰＣＢ全体のサイズの小型化までも可能となることが考えられる。

以下、本発明の例示の実施形態を参照して本発明を説明する。これらの実施形態は添付の図２Ａ−Ｂ、図３、図４及び図５Ａ−Ｂに例示されている。これらの図面に、本発明による非常に概略的なスイッチ構成の実施形態が開示されている。図１の典型的な従来のリレースイッチタイプ構成と同様に、本発明の実施形態は２つのモードのスイッチング機能を備えたスイッチング構成をすべて目的とするものである。なお、本発明はこのような２つのモード機能に限定されるものではないことを強調しておく。むしろ、本発明は、追加の信号が転送され、次々に追加のモード機能が要求される別のタイプのスイッチング構成用として同様に用いることが可能である。したがって、一般に、以下の説明から明らかになるように、本発明は、実際上の制限の範囲内で複数のＲＦ信号の切り替えを行うための実施形態を様々なアプリケーションに必要なオプションの数のモードでカバーするものとなる。

図２Ａ−Ｂにおいて、無線ユニットＤＲＵにおいて高出力のＲＦ信号の切り替えを行うために適用できる本発明によるスイッチ構成の第１の実施形態例が非常に概略的に開示されている。一般に、この特定の実施形態は高出力のＲＦ信号で用いるように意図されたものである。しかし、本発明は高出力範囲のこのような仕様のみに限定されるわけではないことを強調しておく。上述したように、例示の実施形態は、それぞれの入力部S1 INとS2 INから、それぞれの出力部S1 OUTとS2 OUTへ２つの別個のＲＦ信号S1とS2を１つのモードで転送し、次いで、ＲＦ信号S1とS2を合成すると共に、合成信号S1+S2を共通の出力部S1+S2 OUTへ第２のモードで転送するためにも同様に用いられる。図２Ａ−Ｂへの特定の参照によって、本発明は信号スイッチ素子又はモジュール１１を備えたスイッチ構成を提供する。従来のリレータイプのスイッチ構成とは全く対照的に、前記スイッチ素子１１は、非常に一般的な意味での無線ユニット（特に参照されていない）のＰＣＢ上に取り付けられ、かつ、該ＰＣＢとの接続用として意図されたＲＦ整合のカードホルダ１２から構成される。デバイス１１はカードホルダ１２の中に収容されるように構成されたＲＦ整合のスイッチカード１３をさらに含む。本発明は、カードの異なる部分に異なる信号接点のレイアウトが設けられ、かつ、選択的位置にあるカードホルダ１２の中に収容されるように構成されたスイッチカード１３を備えるというコンセプトに基づくものである。これによって、ホルダ１２内のカード１３の選択された位置に応じて、カードホルダ１２とカード１３との組み合わせが所望の２つのモード機能を提供することになる。

図２Ａ−Ｂの実施形態では、２つのＲＦ信号入力部S1とS2は、ＰＣＢから、接地Ｇにも接続されたカードホルダ１２へ個別に接続される。信号出力部S1 OUT、S2 OUTも同様にカードホルダ１２からＰＣＢへ接続される。そして、ＰＣＢ上のコンバイナ５はカードホルダ１２に接続される。詳細には、第１のスイッチモードのカード位置Ｉが図２Ａに示されている。第１のカード位置Ｉにおいては、入力部S1 IN及びS2 INはそれぞれ、スイッチカード１３によって信号出力部S1 OUT及びS2 OUTへＰＣＢ上で個別にルーティングされ、かつ、コンバイナ５を経由する信号のルーティングは行われない。

第２のモード機能の場合、図２Ｂに示す第２のスイッチモードのカード位置IIにあるスイッチカード１３がカードホルダ１２の中へ挿入される。前記第２のカード位置IIにおいては、信号S1及びS2はそれぞれ、入力部S1 IN及びS2 INから、コンバイナ５に設けられた別個の信号接続部（具体的には示されていない）への個別のルーティングがスイッチカード１３によって行われる。このコンバイナ５から合成信号S1+S2が元のカード１３へ接続される。次いで、この合成信号S1+S2は、ＰＣＢに設けられた合成信号出力部S1+S2 OUTへカード１３によってルーティングされる。この合成信号出力部S1+S2 OUT用として、別個の接続部又は別個の信号出力接続部のうちの１つの接続部を使用してもよい。

上述のように、接点スイッチにおける場合と同様に、無線信号が様々な方向に結合されるアプリケーションにおいて用いられるとき、本発明は大幅なコストの低減を提供するものとなる。実際、本発明のホルダと２つのモードのカードとの組み合わせはＤＲＵアプリケーションにおいて従来のリレータイプのスイッチ構成と比べて９０％以上価格を下げることができる。この構成の別の本質的な利点として、２つの状態モードのみがアプリケーションの中に存在している状況において、２つの基本モードを提供する１つの構成要素の中に複数のスイッチ機能を集積することが可能であるという点が挙げられる。さらに、唯一の構成要素（すなわち２つの位置／２モードスイッチカード）を用いるこの提案されたスイッチ素子は、アプリケーションに応じて３又はおそらくそれ以上のリレーの代わりに、相当の材料と重量の少なくともいずれかの低減を提供することになる。本発明によるスイッチデバイスの別の利点として、以下の諸点が挙げられる。すなわち、消費電力量の低減、品質問題の減少、ＰＣＢの面積の節減、構成要素のコスト低減、物流における処理の簡易化及びシールドされない単純な設計が可能になる。頑丈な、手動によるスイッチ機能の操作によって製品の歩留まりを改善することも可能となる。

本発明に係るスイッチデバイス１１の実際の実施形態について図３〜図４及び図５Ａ−Ｂを参照しながら以下説明する。ＲＦ信号の送受信に用いられる部分的に示された無線ユニットＤＲＵのＰＣＢに取り付けられた表面としてカードホルダ１２が図３に示されている。カードホルダ１２は適切な高温プラスチックからつくられることが望ましい。使用媒体のイプシロン値（誘電率）は上記機能にとって重要である。というのは、このイプシロン値がＲＦの性能に影響を与えるからである。接点スプリング１５の形の複数のセットの信号結合接点部材が、カードホルダ１２の複数の構造部材１９上で浮動するように支持されている。接点部材１５は、使用中のＤＲＵ回路基板ＰＣＢ上に設けられた接点パッド１８に接触させるために、及び、前記ＰＣＢ接点パッド１８と、後述するスイッチカード１３の接点パッド１６、１７との間で信号接続を確立するために提供される。実施形態では、カードホルダ１２は個々の側部に１０個ずつ２０個の接点スプリング１５を備え、正確な接点力が提供されるようになっている。接点スプリング１５は、上壁１２Ｂと末端壁１２Ｃとによって一般に区切られているスペース又はポケット１２Ａを収容するカードの内部で浮動しながら支持されているものとして示されている。個々の接点の間に接地接点Ｇがあり、正確な信号性能を達成する。

図３、図４及び図５Ａ−Ｂに例示されている本発明によるデバイス又はモジュール１１の実際の実施形態では、２つの側面（第１の側面１３Ａ（図３の平らな上面）及び対向する第２の側面１３Ｂ（図３の平らな下面）を有する）を備えたスイッチカード１３が、カードホルダ１２と共に用いられる。この例示の実施形態では、カード１３は個々の側面１３Ａ、１３Ｂ上で異なる接点パターン又はレイアウトを有し、これらの側面は、ホルダ１２内のスイッチカードの位置に応じて、スイッチカード１３を異なる動作モードに設定する。詳細には、スイッチカード１３の第１及び第２の側面１３Ａ及び１３Ｂの各側面にそれぞれ１セットの接点パッドを設けた２セットの接点パッド１６、１７が提供される。各セットの選択された接点パッド１６、１７の間に個々に信号経路ＳＰが延在し、デバイスにより実行されるスイッチ機能用の２つの異なるモードが確立される。

カードホルダ１２内のスイッチカード１３の機能位置を示す手段がスイッチカード１３の個々の側面１３Ａ、１３Ｂに設けられることが望ましい。カード１３がホルダ１２の中へ挿入されると、カード１３がどのように向けられているか、言い換えれば、該カードの第１及び第２の側面１３Ａと１３Ｂのうちの下方へ面しているどちらの側面が結合用接点部材１５にそれぞれ接触するかに応じてカード１３によって入力されるこの機能位置が、決められる。この位置指示手段は、カードホルダ１２内の選択位置にスイッチカード１３が正しく挿入されたことを確認する信号をＤＲＵのプリント回路基板ＰＣＢと結合するための、スイッチカード１３上にそれぞれ設けられた個々の１セットの接点パッド１６及び１７における接点パッドPI OUTで構成することができる。また、カードホルダ１２内へのスイッチカード１３の完全な挿入に関する該カードの状態を示す手段が、スイッチカード１３の個々の側面１３Ａ、１３Ｂに設けられることが望ましい。この状態指示手段は、カードホルダ１２にスイッチカード１３が完全に挿入されたことを確認する信号をＤＲＵのプリント回路基板ＰＣＢと結合するための、スイッチカード１３上にそれぞれ設けられた個々の１セットの接点パッド１６及び１７における接点パッドSS OUTで同様に構成することができる。

図２Ａ−Ｂを参照して上述したように、スイッチカード１３の第１及び第２の異なる側面１３Ａ、１３Ｂに２つの異なるレイアウトを有するスイッチカード１３は、図５Ａ−Ｂの実施形態における場合と同様、２つのモードスイッチ機能用として実行するため構成の中に開示のホルダとカードモジュール１１とを採用することが可能であることをここで理解されたい。したがって、１セットの接点パッド１６を備えた、スイッチカード１３の第１の側面１３Ａ（図５Ａ）が接点部材１５に対面した状態で、図５のカード１３Ａ−Ｂがカード収納用ホルダのスペース１２の中へ導入されると、これは図２Ａのカード位置Ｉに対応することになる。特に、前記第１のカードの側面１３Ａのレイアウトの信号経路ＳＰが、入力部S1 INとS2 INをそれぞれの信号出力部S1 OUTとS2 OUTへ直接ルーティングすることが図からわかる。同様に、１セットの接点パッド１７を備えた、スイッチカード１３の第２の側面１３Ｂ（図５Ｂ）が接点部材１５に対面した状態で、図５のカード１３Ａ−Ｂがカード収納用ホルダのスペース１２の中へ導入されると、これは図２Ｂのカード位置IIに対応することになる。特に、前記第２のカードの側面１３Ｂのレイアウトの信号経路ＳＰが、コンバイナへの入力部S1 INとS2 INをルーティングし、次いで、コンバイナから割り当てられた信号出力部S1+S2 OUTへ、合成信号出力S1+S2をルーティングすることが図からわかる。

本発明によるカード１３の可能なさらなる展開が図５Ａ−Ｂにも示されている。この展開に従って、プリント回路基板の形でスイッチボード１４からスイッチカード１３自体を構成したり、あるいは、上記とは別にプリント回路基板の形でスイッチボード１４を含むようにしたりすることもできる。このようなカードは標準的なＰＣＢ材料からつくることができるが、カードが使用される特定のアプリケーション用として適合させることが望ましい。このようなＰＣＢタイプのスイッチカード１３又はスイッチボード１４を用いることにより、１ないしいくつかのチップ素子２０をスイッチカード１３上に集積して、別の機能をデバイス１１へ割り当てるようにすることも可能である（図５Ａを参照）。

本発明の実際の実施形態並びに無線ユニットにおける例示のアプリケーションに関連して本発明を具体的に記載しかつ図示したが、本発明はこのような実施形態やこのようなアプリケーションに決して限定されるものではない。したがって、本発明の基本原理は、本発明の最も広い範囲においてＲＦ信号の切り替えを必要とする現在又は将来の任意のタイプの電子機器に適用されることができる。

本発明の代替の、但し特定のものではない実施形態において、本発明の範囲から逸脱することなくスイッチ構成の変形例を採用することが可能である。本発明の一例として、カードの１つのかつ同じ側面に設けられた２つの異なるレイアウト又はパターンであって、カードのそれぞれの短い端部の近傍に存在する領域に配置されたレイアウト又はパターンを有することを示す理論上可能な変形例がある。換言すれば、このようなカードの位置を変えるために、上下逆さまに回転させず、代わりに、カードの上下の平らな側面に対して垂直な軸線の周りにカードが回動されることになる。別の変形例において、上記のような２枚のカード端部領域のレイアウトを備えた４つのモードのスイッチング構成をカードの第１及び第２の平らな側面の各側面上に設けることも可能である。

同様に本発明は、他のアプリケーション用として意図されたデバイスの異なる図示された部分の変更された設計を含む他の構成を包含する。本発明に包含されるこのような変更例の中には、ホルダ接点部材の形状及び個数、実際のカードホルダ構造、カードのサイズ、及びカードホルダ接続部の数などがある。

本発明の現在最も実際的でかつ推奨される実施形態及びアプリケーションと考えられているものに関連して、本発明を本書面で具体的に記載しかつ図示したが、本発明はこのような開示された実施形態に決して限定されるものではないという点を理解すべきである。したがって本発明は、添付の特許請求の範囲に含まれる種々の変更及び均等な構成を包含することを意図したものである。

Claims

無線ユニット(DRU)における高出力ＲＦ信号を切り替えるためのデバイス(11)であって、
前記無線ユニットのプリント回路基板(PCB)に搭載されたＲＦ整合のカードホルダ(12)と、
前記カードホルダ内に支持された複数の信号結合接点部材(15)と、
前記カードホルダ内の選択的位置に収容されるように構成されたＲＦ整合のスイッチカード(13)と、
前記スイッチカードの少なくとも１つの側面(13A,13B)に設けられた複数のセットの接点パッド(16,17)と、
各セットの選択された接点パッド間に延在する信号経路(SP)と、
を有することを特徴とするデバイス(11)。
前記スイッチカード(13)の１セットの接点パッド(16,17)は、前記スイッチカードの第１及び第２の側面(13A、13B)の各側面に設けられることを特徴とする請求項１に記載のデバイス(11)。
前記スイッチカード(13)は、前記スイッチカード(13)の各側面(13A,13B)に異なるパターンの信号経路(SP)を有し、前記カードホルダ(12)内の前記スイッチカードの位置に応じて前記スイッチカード(13)を異なる動作モードに設定することを特徴とする請求項２に記載のデバイス(11)。
前記スイッチカード(13)は、プリント回路基板の形のスイッチボード(14)であるか、又は、該スイッチボード(14)を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のデバイス(11)。
前記スイッチカード(13)又は前記スイッチボード(14)は、集積チップ素子(20)を含むことを特徴とする請求項４に記載のデバイス(11)。
前記信号結合接点部材は、
前記無線ユニット(DRU)の前記プリント回路基板(PCB)上に設けられた接点パッド(18)と使用中の前記スイッチカード(13)の接点パッド(16,17)とに接触させるために、前記カードホルダ(12)の構造部材(19)に対して浮動するように支持された接点スプリング(15)であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のデバイス(11)。
前記スイッチカード(13)の各セットの接点パッド(16,17)に、前記カードホルダ(12)内の前記スイッチカード(13)の位置(I,II)を示す信号を前記無線ユニット(DRU)のプリント回路基板(PCB)と結合するための接点パッド(PI OUT)が設けられることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のデバイス(11)。
前記スイッチカード(13)の各セットの接点パッド(16,17)に、前記スイッチカード(13)の前記カードホルダ(12)内への完全な挿入に関する前記スイッチカード(13)の状態を示す信号を前記無線ユニット(DRU)のプリント回路基板(PCB)と結合するための接点パッド(SS OUT)が設けられることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のデバイス(11)。