SE504568C2

SE504568C2 - Amplifier for antenna and using integrated dual duplex filters

Info

Publication number: SE504568C2
Application number: SE9502604A
Authority: SE
Inventors: Krister Andreasson; Mattias Nystroem; Farshid Ghasemzadeh
Original assignee: Lg Products Ab
Priority date: 1995-07-14
Filing date: 1995-07-14
Publication date: 1997-03-10
Also published as: SE9502604L; SE9502604D0

Abstract

The antenna amplifier has an antenna connection (1), and a transmitter connection (2) coupled to same via a first bandpass filter (Tx) for transmitter frequencies. A receiver frequency amplifier input is connected to the antenna connection via a second bandpass filter (Rx1). The amplifier has an output that is connectable to the receiver. The filters are mounted in a common elongated cavity and include comb-line type resonators arranged in rows along a cavity mean line. The antenna amplifier has connector pins at the two mutually approaching ends of the two filters and at the two outer ends.

Description

15 20 25 30 35 504 568 2 brusfaktor för mottagningen och största möjliga effektiva utstrålning för sändningen liksom låg vikt och storlek. 15 20 25 30 35 504 568 2 noise factor for the reception and maximum possible effective radiation for the transmission as well as low weight and size.

Dylika fördelar antennförstärkare av inledningsvis nämnt slag som företer de uppnås enligt uppfinningen genom en i den kännetecknande delen av patentkrav 1 angivna särdragen.Such advantages are given to antenna amplifiers of the kind mentioned in the introduction which are achieved according to the invention by a feature stated in the characterizing part of claim 1.

Föredragna utföringsformer framgår av beroende patentkrav.Preferred embodiments appear from dependent claims.

Uppfinningen skall nu närmare beskrivas med utgångspunkt från icke-begränsande utföringsexempel och utgående från ritningarna. visar ett schematiskt Fig. 1 diagram över en antennförstärkare för duplexoperation, i enlighet med tidigare känd teknik. visar ett schematiskt Fig. 2 diagram över en antennförstärkare enligt uppfinningens princip.The invention will now be described in more detail on the basis of non-limiting exemplary embodiments and on the basis of the drawings. shows a schematic Fig. 1 diagram of an antenna amplifier for duplex operation, in accordance with prior art. shows a schematic Fig. 2 diagram of an antenna amplifier according to the principle of the invention.

Fig. 3 visar i schematiska vyer en utförandeform av en filterkombination enligt uppfinningen.Fig. 3 shows in schematic views an embodiment of a filter combination according to the invention.

Fig. 4 visar en särskilt förmånlig utföringsform av en filterkombination.Fig. 4 shows a particularly advantageous embodiment of a filter combination.

Fig. 5 visar en typ av förstärkarinkoppling med låga förluster .Fig. 5 shows a type of amplifier connection with low losses.

Fig. 6 visar en förmånlig förbikopplingsanordning av en förstärkarenhet.Fig. 6 shows an advantageous bypass device of an amplifier unit.

Fig. 7 A, B och 8 A, B visar frekvenskurvediagram för ett faktiskt utförande av den i Fig. 3 visade utföringsformen.Figs. 7 A, B and 8 A, B show frequency curve diagrams for an actual embodiment of the embodiment shown in Fig. 3.

Vid mobilkommunikation ligger vanliga frekvensband vid 1700 - 1900 MHz resp. vid 800 - 1000 MHz. Frekvensavstàndet mellan 10 15 20 25 30 35 504 568 3 sändar- och mottagningsband är i allmänhet 20 MHz. Det rör sig om frekvensomràden lämpliga för tillämpning av mikrovàgsteknik.In mobile communications, ordinary frequency bands are at 1700 - 1900 MHz resp. at 800 - 1000 MHz. The frequency distance between transmitter and reception bands is generally 20 MHz. These are frequency ranges suitable for the application of microwave technology.

Den schematiska fig. 1 visar en känd antennförstärkare inkopplad mellan en antenn och en uppledning (Tower Mounted low noise Amplifier, TMA). Medelst två duplexfilter erhålles två ledningsgrenar, den ena Tx för sändarsignalen, den andra Rx för den mottagna signalen, vilka alltså kan skiljas át genom filter tack vare att de ligger inom olika frekvensband.Schematic Fig. 1 shows a known antenna amplifier connected between an antenna and a tower (Tower Mounted low noise Amplifier, TMA). By means of two duplex filters, two line branches are obtained, one Tx for the transmitter signal, the other Rx for the received signal, which can thus be separated by filters due to the fact that they are within different frequency bands.

Dylika bredbandsfilter~brukar vara sammansatta av resonatorer med något olika avstämningsfrekvenser i s.k. comb-line filter. Tydligtvis átgàr i denna konfiguration fyra sådana filter, nämligen i vardera duplexern ett bandpassfilter för Tx- och ett för RX-frekvensbandet. Làgbrusförstärkaren LNA är inkopplad i Rx-grenen.Such broadband filters ~ are usually composed of resonators with slightly different tuning frequencies in so-called comb-line filter. Obviously, in this configuration, four such filters are needed, namely in each duplexer a bandpass filter for the Tx and one for the RX frequency band. The low noise amplifier LNA is connected in the Rx branch.

I enlighet med uppfinningen som är en kombination av tvà duplexfilter med gemensamt Tx-filter i en och samma konstruktion, eliminerar man nu ett _av fyra filter, i enlighet med schemat i Fig. 2. Transceiveranslutningen BTS kommer därvid att kunna leverera sändareffekt till antennen endast via Tx, avstämt till dess frekvensband. Antennens mottagna signal kan endast ta sig via Rxl till ingången på lågbrusförstärkaren LNA, passerar till BTS. vars utsignal via filtret Rx2 En jämförelse med Fig. l visar att man i Tx-vägen utöver elimineringen av ett filter anslutningspunkter till 2. Såvitt avser Tx-vägen halveras sålunda i princip anslutningsförlusterna. Därmed uppnås en också reducerar frán 4 förbättring i ERP (Effective Radiative Power).In accordance with the invention, which is a combination of two duplex filters with a common Tx filter in one and the same construction, one of four filters is now eliminated, in accordance with the diagram in Fig. 2. The transceiver connection BTS will then be able to supply transmitter power to the antenna only. via Tx, tuned to its frequency band. The received signal of the antenna can only travel via Rx1 to the input of the low-noise amplifier LNA, passing to BTS. whose output signal via the filter Rx2 A comparison with Fig. 1 shows that in the Tx path, in addition to the elimination of a filter, connection points to 2. As far as the Tx path is concerned, the connection losses are thus halved in principle. This achieves a reduction from 4 improvement in ERP (Effective Radiative Power).

Dessutom är det även möjligt att åstadkomma en integrering av filter och förstärkare, innebärande att förstärkaren kopplas direkt emot filtret, utan behov av kablar och 10 15 20 25 30 35 504 568 4 kabelanslutningar. Detta kan utföras genom en kombination av filterteknik och mikrostrip). Kontakt- och kabelförluster före LNA:s ingång kretskortsteknik (stripline eller elimineras och lägre brusfaktor uppnås.In addition, it is also possible to achieve an integration of filter and amplifier, meaning that the amplifier is connected directly to the filter, without the need for cables and cable connections. This can be done through a combination of filter technology and microstrip). Contact and cable losses before LNA input circuit board technology (stripline or eliminated and lower noise factor is achieved.

Ett specifikt utförande av en filterkombination av angivet slag framgår av i mm måttsatta Fig. 3, som vid A, B och C visar vyer av resp. översidan, insidan och undersidan av en inuti försilvrad låda med anslutningar 4, 1, 2, 3, med mellanliggande filter resp. Rxl, Tx och Rx2. Det rör sig om en s.k. comb-line-struktur med tre resonatorer 30 som definierar Tx-passbandet och resp. 5 resonatorer var 31 för Rx-passbandet. Notch-filter N vid de yttersta ändarna ökar ytterligare brantheten i Rx-passbandet. Justerskruvar 32 för resonatorernas fininställning är schematiskt visade i vyn C.A specific embodiment of a filter combination of the type indicated can be seen in Fig. 3, dimensioned in mm, which at A, B and C shows views of resp. the top, the inside and the bottom of a silver-plated box inside with connections 4, 1, 2, 3, with intermediate filters resp. Rx1, Tx and Rx2. This is a so-called comb-line structure with three resonators 30 defining the Tx passband and resp. 5 resonators were 31 for the Rx passband. Notch filter N at the outermost ends further increases the steepness of the Rx passband. Adjusting screws 32 for the fine tuning of the resonators are schematically shown in view C.

Som fackmannen inser, framstår filterkombinationen som en sluten rätblocksformad låda med utstickande koaxialkontakter i ytan A och justerdon i den motsatta ytan C.As those skilled in the art will appreciate, the filter combination appears as a closed rectangular box with protruding coaxial contacts in the surface A and adjusters in the opposite surface C.

Vid en förmånlig utföringsform kan koaxialanslutningarna l och 4 ersättas med anpassade uttag för anslutning till striplines eller motsvarande på ett utanpå lådan fäst lågbrusigt förstärkarkort (ej visat).In a favorable embodiment, the coaxial connections 1 and 4 can be replaced with adapted sockets for connection to strip lines or the equivalent on a low-noise amplifier board (not shown) attached to the outside of the box.

För frekvenser inom bandet 1700 - 1900 MHz kan längden på filterlådan hållas vid en måttlig längd. För bandet 800 - 1000 MHz blir emellertid längden konstruktionsmässigt ungefär dubbelt så stor och överskrider väl en meter. Man har därför intresse av att kunna vika densamma redan för att korta längden. Anslutningarna 3 och 4 kommer då varandra närmare, vilket ytterligare underlättar deras anslutning till ett och samma lågbrusiga förstärkarkort.For frequencies within the band 1700 - 1900 MHz, the length of the filter box can be kept at a moderate length. For the band 800 - 1000 MHz, however, the length is structurally approximately twice as large and well exceeds one meter. There is therefore an interest in being able to fold the same already to shorten the length. Connections 3 and 4 then come closer to each other, which further facilitates their connection to one and the same low-noise amplifier board.

Vid en utveckling av denna grundtanke har filterkombinationen i Fig. 4 framkommit, som har formen av en hybrid mellan en Coax Cavity och en Comb Line. Inkopplingselementen för antenn ...__ 10 15 20 25 30 35 504 5.68 5 resp. sändarmottagare är anordnade tillsammans med Tx-filtret medan Rx-filtren är monterade' i var sin dessa i en kavitet, parallell kavitet, varvid kopplingen till kopplingselement 1 och 2 sker via aperturer och inkopplande förstaresonatorer. Kopplingselementen 3 och 4 vid kaviteternas motsatta ändar hamnar nu på bekvämt avstånd från vilket integrerad kapacitiv varandra, underlättar en inkoppling av en làgbrusförstärkare uppbyggd på ett kretskort, med den höga precision i anpassningar m.m. som är möjlig vid denna teknik, så som visas schematiskt i Fig. 5.In a development of this basic idea, the filter combination in Fig. 4 has emerged, which has the shape of a hybrid between a Coax Cavity and a Comb Line. The connection elements for antenna ...__ 10 15 20 25 30 35 504 5.68 5 resp. transmitter receivers are arranged together with the Tx filter while the Rx filters are mounted in each of these in a cavity, parallel cavity, the connection to coupling elements 1 and 2 taking place via apertures and connecting first resonators. The coupling elements 3 and 4 at the opposite ends of the cavities now end up at a comfortable distance from which integrated capacitive to each other, facilitates a connection of a low noise amplifier built on a circuit board, with the high precision in adaptations etc. which is possible with this technique, as shown schematically in Fig. 5.

Genom en sådan inkoppling minimerar man förlusterna och kan erhålla en.optimerad làg brusfaktor för mottagningsbandet Rx. mellan nämnts, är isolationen frekvensbanden Tx och Rx en av de viktiga faktorerna. I Som inledningsvis princip kan. detta uppnås antingen. genom filter med högt polantal, vilket emellertid är förenat med motsvarande höga förluster, eller använda färre poler och införa “extra nollställen. I konstruktionerna. enligt Fig. 3 och 4 har därför vid inkopplingselementen 3 och 4 insatts notchar N som fungerar som smalbandiga bandspärrfilter, inställda till en Dà dessa minimeras tangerande frekvens mellan Rx- och Tx-banden. element är förlustfria i resp. passband, filterförlusterna.Through such a connection, the losses are minimized and an optimized low noise factor for the receiving band Rx can be obtained. between mentioned, the isolation frequency bands Tx and Rx is one of the important factors. In As an initial principle can. this is achieved either. through filters with a high number of poles, which, however, is associated with correspondingly high losses, or use fewer poles and introduce “extra zeros. In the constructions. according to Figs. 3 and 4, notches N have been inserted at the connecting elements 3 and 4, which act as narrow-band band-blocking filters, set to a Dà, these tangential frequencies between the Rx and Tx bands are minimized. elements are lossless in resp. passband, filter losses.

Som nämnts, har inkopplingselementen 3 och 4 funktionen att koppla signalen mellan LNA och Rx-filter, men de används samtidigt för inkoppling av' notcharna.r En annan viktig fördel med denna typ av inkopplingselement är att tredje ordningens intermodulationsprodukter (IM3) minimeras. IM3 är ett màtt pá enhetens linearitet.As mentioned, the connection elements 3 and 4 have the function of coupling the signal between the LNA and the Rx filter, but they are used simultaneously for connecting the notches. Another important advantage of this type of connection element is that the third order intermodulation products (IM3) are minimized. IM3 is a measure of the linearity of the device.

Eftersom làgbrusförstärkaren är ett organ med aktiva komponenter, kan det inte uteslutas att den gàr sönder. För att systemet ändå skall fungera, ordnas därvid enligt känd teknik med en möjlighet till förbikoppling genom ett system 10 15 20 25 30 35 504 568 6 av koaxiala reläkontakter. Detta är emellertid en dyr och I enlighet med en föredragen därför vid en làgbrusförstärkare pá ett kretskort ett slags aktiv by-pass icke optimalt tillförlitlig lösning. utföringsform anordnar man med hjälp av framspända dioder enligt Fig. 5. Genom att eliminera framspänningen pà dioderna blir dessa högohmiga, vilket leder till inkoppling av bypass: 5 alla är làgohmiga, kommer' D2 att kortslutes till Kvartsvåglängdsledningen transformerar denna kortslutning När dioderna i Fig. resultera i att punkten C jord. till en öppen ledning i punkten B. Samma gäller för D3 i punkten G. Den ledning som förenar dioderna D2 och D3 får därmed försumbar inverkan. Dl leder till en kortslutning vid D, som transformeras till en öppen ledning i punkten A, som i sin tur leder till att transformeras till en kortslutning i punkten B (samma gäller för dioden D4 och punkten G).Därmed kommer signalen att passera genom LNA. Vid fel stryper man förspänningen till dioderna, så att dessa blir högohmiga. D2 och D3 kommer därmed inte att påverka förbiledningen, och eftersom D1 medför öppen ledning i punkten B, kommer signalen att gå via förbiledningen. - Minimala förluster erhålles genom denna koppling när förbiledningen är bortkopplad, särskilt jämfört med hittills vanliga omkopplingsdon med reläkontakter, som dessutom är komplicerade och extremt dyrbara jämfört med kostnaden för de fyra dioderna pà ett kretskort.Since the low noise amplifier is an organ with active components, it cannot be ruled out that it will break. In order for the system to still function, it is then arranged according to the prior art with a possibility of bypassing through a system of coaxial relay contacts. However, this is an expensive and in accordance with a preferred therefore with a low noise amplifier on a circuit board a kind of active bypass not optimally reliable solution. embodiment, it is arranged by means of biased diodes according to Fig. 5. By eliminating the bias voltage on the diodes, these become high-ohmic, which leads to connection of bypass: 5 are all low-ohmic, 'D2 will be short-circuited to the Quartz wavelength line. result in point C earth. to an open line at point B. The same applies to D3 at point G. The line connecting the diodes D2 and D3 thus has a negligible effect. D1 leads to a short circuit at D, which is transformed into an open line at point A, which in turn leads to a short circuit at point B (the same applies to diode D4 and point G). Thus, the signal will pass through LNA . In the event of a fault, the bias voltage to the diodes is throttled, so that they become high-impedance. D2 and D3 will thus not affect the bypass, and since D1 causes open conduction at point B, the signal will pass through the bypass. - Minimal losses are obtained through this connection when the bypass is disconnected, especially compared to hitherto standard connectors with relay contacts, which are also complicated and extremely expensive compared to the cost of the four diodes on a circuit board.

EXEMPEL V Ett filter enligt konfigurationen i Fig. 2 uppbyggdes, med tre resonatorer i Tx-delen och resp. 6 resonatorer i Rx- delarna. De avsedda frekvensbandsgränserna var för Tx 1,850 - 1,875 GHz och för Rx 1,755 - 1,780 GHz. Fig. 7 A, B resp. 8 A, B visar filterkurvor för Tx resp. det ena av Rx-filtren. filter- 8 B sluter man att den relativa A-kurvorna visar terminalanpassning, B-kurvorna transmission. Av Fig. 10 504 5.68 7 dämpningen för Tx är över 90 dB i förhållande till Rx- transmission. Fig. 7 B visar att dämpningen för Rx i förhållande till Tx-bandfiltret överstiger 40 dB. En mycket höggradig separation kan därmed Tx-transmissionen i uppnås, med speciellt låga förluster i Tx bandet (typisk 0,2 dB).EXAMPLE V A filter according to the configuration in Fig. 2 was constructed, with three resonators in the Tx part and resp. 6 resonators in the Rx parts. The intended frequency band limits were for Tx 1.850 - 1.875 GHz and for Rx 1.755 - 1.780 GHz. Fig. 7 A, B resp. 8 A, B show filter curves for Tx resp. one of the Rx filters. filter- 8 B it is concluded that the relative A-curves show terminal adaptation, the B-curves transmission. Of Fig. 10 504 5.68 7 the attenuation for Tx is over 90 dB in relation to Rx transmission. Fig. 7 B shows that the attenuation of Rx relative to the Tx bandpass filter exceeds 40 dB. A very high degree of separation can thus be achieved in the Tx transmission, with particularly low losses in the Tx band (typically 0.2 dB).

Claims

10 l5 20 25 30 35 504 568 PATENT REQUIREMENTS

Antenna amplifier for an antenna intended for transmission in a first frequency band (Tx) and reception in a second (Rx), which is separate from that frequency band, and which antenna amplifier is provided with frequency bands first an antenna connection, a transmitter-receiver connection and filter means for providing of a first frequency separated first transceiver connection to the antenna connection and a lead path for that frequency band (Tx) from second frequency separated second frequency band (Rx) from the transceiver connection, in which second lead path includes a low noise amplifier (LNA) lead path of the first lead has a transmission between the transceiver terminal (1) and the antenna connection (2) UPPbY99t transmission immediately resonators first bandpass filter for the frequency band (Tx), and connecting, of first, for the intended second line path has a second connection to the antenna connection (1) with one end immediately bandpass filter (Rx1), a third bandpass filter (RXZ) immediately connected to the transceiver terminal (2) with one end corresponding to which second and third bandpass filters passband (Rx), and the low noise amplifier (LNA) have an input connected to a second frequency band switching element ( 4) at the other end of the second bandpass filter and an output connected to a connection element (3) at the other end of the third bandpass filter.

Antenna amplifier according to claim JU, characterized in that said input of the low-noise amplifier is contact- and cable-free to said connection (4) at the other end of the second bandpass filter. connected

Antenna amplifier according to claim 1 or 2, characterized in that the first, second and third filters constructed with resonators are arranged in separate cavities (Fig. 3), with a first cavity accommodating the first bandpass filter together with the antenna connection and the transceiver connection, and a second and a third cavity, which elongately arranged substantially parallel to each other, contains the components of the second and third filters and is connected via apertures to the antenna connection resp. the transceiver connection.

Antenna amplifier according to one of the preceding claims, characterized in that the said input resp. connected to connection elements. filter via capacitive for the purpose output is resp. connection resp. mentioned, intended

Antenna amplifier according to one of the preceding claims, characterized in that the connection elements (3, connection of 4) intended for the low-noise amplifier function as narrow-band at the arranged notch resonators (N), band-blocking filters tuned to a frequency outside but close to the passband of the second frequency band. , at the side thereof which is closest to the first frequency band, by means of increased insulation between the bands with minimal filter losses. Antenna amplifier according to one of the preceding claims, characterized in that the first quartz wavelength lines (AD, FE) connected to diodes (D1, D4) are connected to diodes (D1, D4) connected to signal ground, and second quartz wavelength lines (AB, F-G) its connection point (B, G) for supply of an input signal resp. taking an amplified output signal, and a third (BC, GH) connected to said slightly input and output of quartz wavelength lines 504 568 10 connection points and terminated with diodes connected to signal ground, means for supplying power to the diodes to make them conductive, and a bypass line between the two third quartz wavelength lines at their connections to resp. diodes.