SE505202C2

SE505202C2 - Förbiledningsanordning i en förstärkarenhet

Info

Publication number: SE505202C2
Application number: SE9503443A
Authority: SE
Inventors: Lars Persson
Original assignee: Allgon Ab
Priority date: 1995-10-04
Filing date: 1995-10-04
Publication date: 1997-07-14
Also published as: CN1198856A; SE9503443D0; AU7233796A; EP0873599A1; WO1997013331A1; SE9503443L; US5821811A

Description

l0 l5 20 25 30 35 : ' 1 0Tﬁ.H 505 202 2 effektiva livslängden för kort.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Mot denna bakgrund är huvudsyftet med föreliggande uppfinning att åstadkomma en förbiledningsanordning av det inledningsvis angivna slaget som är billig och har förbättrade driftsegenskaper.

Enligt uppfinningen är förstärkaren ansluten mellan tvá trans- missionsledningsstubbsegment som sträcker sig frán två primära mellan vilka förbindningspunkter, förbiledningssegmentet är anslutet, och omkopplingsorganen omfattar halvledarkomponenter med styrbar impedans, antingen mycket làg eller mycket hög, vilka halvledarkomponenter är anslutna till radiofrekvent jord vid valda punkter i förbiledningssegmentet och i stubbsegmenten för att aktiva förbiledningssegmentet då samtliga halvledarkom- ponenter intar ett tillstànd med mycket hög impedans och att effektivt urkoppla förbiledningssegmentet dá ledarkomponenter styrts till ett tillstànd med mycket làg impedans, i vilket fall kommunikationssignalerna passerar genom detta exempelvis av dioder eller samtliga halv- förstärkaren. Halvledarkomponenter för ändamål är lättillgängliga och kan utgöras transistorer.

Ytterligare fördelaktiga särdrag anges i de beroende patentkraven och kommer att framgà av nedanstående detaljbeskrivning.

Uppfinningen förklaras närmare nedan i anslutning till ett föredraget utföringsexempel som áskàdliggöres pà bifogade ritning.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGEN Fig l visar schematiskt en enkel krets innefattande en för- stärkarenhet enligt uppfinningen; Fig 2 visar en del av förstärkarenheten med de väsentliga komponenterna och transmissionsledningssegmenten pà ett krets- kort; och 226l4sv; 1997-02-03 lO 15 20 25 30 35 3 sus 202 :rrlif «ﬂTﬁ:d" Fig 3a,'3b och 3c visar olika möjliga utföranden av en halv- ledarkomponent som ingår i förstärkarenheten.

DETALJERAD BESKRIVNING AV EN FÖREDRAGEN UTFÖRINGSFORM Den i fig l visade kretsen utgörs av ett duplexarrangemang anslutet till en antenn A. Normalt sett är antennen, duplex- kretsarna med bandpassfilter Rxl, Rx2 och Tx samt en lågbrus- förstärkare LNA monterade upptill på en mast eller ett torn som ingår i ett cellulärt mobiltelefonsystem. Nedtill invid masten eller tornet finns normalt en basstation med diverse utrustning för upprätthållande och övervakning av basstationen drift, inkl mottagning och utsändning av kommunikationssignaler vid relativt höga frekvenser, såsom 1,9 GHz.

Såsom antytts ovan har lågbrusförstärkaren LNA till uppgift att förstärka mottagna kommunikationssignaler innan dessa signaler dämpas i betydande utsträckning utmed transmissionsledningen.

Förstärkarenheten är innesluten i ett väderbeständigt hölje (ej visat på ritningen) och innefattar ett kretskort, som delvis visas schematiskt i fig 2, med transmissionsledningar l, 2, en förstärkare A, eventuellt i form av två parallella grenar som var och en innefattar en förstärkare och eventuellt en eller flera kaskadkopplade förstärkare, mellan två kopplingskondensatorer Cl och C2, samt ett förbiledande transmissionsledningssegment 3 som sträcker sig parallellt med förstärkaren. A. I enlighet med uppfinningen är förstärkaren A ansluten mellan två transmis- sionsledningsstubbsegment 4 och 5, som sträcker sig från två primära förbindningspunkter Jl resp J2. I det visade exemplet har varje stubbsegment 4, 5 en längd som motsvarar en halv våglängd för ifrågavarande signalfrekvens som mottages och filtreras av bandpassfiltret Rxl (fig l).

Vid mittpunkten på varje stubbsegment 4, 5 finns en sekundär förbindningspunkt J3 resp J4, som sålunda är belägen på ett avstånd av en kvarts våglängd från respektive förbindningspunkt 5a på stubbsegmentet.

A2 är Jl, J2 och från respektive fria ände 4a, Förstärkarens A ingång- och utgàngsanslutningar Al, 226l4SV; 1997-02-03 10 l5 20 25 30 35 rfllç | ll" 505 202 4 anslutna till respektive förbindningspunkter J3, J4 via relativt korta transmissionsledningssegment 6 respektive 7.

De fria ändarna 4A, 5A hos varje stubbsegment är anslutna till jord.via en halvledarkomponent Zl respektive Z2, Likaledes är två likartade halvledarkomponenter Z3 och Z4 anslutna mellan jord och valda punkter 3A, 3B på förbiledningssegmentet 3.

Halvledarkomponenterna Zl, Z2, Z3 och Z4 kan utgöras av dioder D, bipolära transistorer T eller fälteffekttransistorer FET, såsom visas i fig 3a, 3b respektive 3c. I varje fall kan varje sådan komponent omkopplas från ett tillstánd.med.mycket impedans, såsom minst 500 Q, och ett tillstànd med mycket låg impedans, mindre än l Q. Omkopplingen mellan dessa två distinkta tillstànd såsom kan lätt åstadkommas genom påläggning av en biass-likspänning över dioden D, på den bipolära transistorns T has eller på styrgrinden hos fälteffekttransistorn FET.

En dylikt styrd omkoppling kan åstadkommas genom en styrkrets CC som är belägen antingen inom förstärkarenheten, som visas i fig 2, eller i basstationen tillsammans med annan utrustning. önskad omkopplingsfunktion är det transmis- I syfte att åstadkomma nödvändigt att sionsledningssegmenten på så sätt, att förbiledningssegmentet 3 blir aktivt då samtliga halvledarkomponenter intar ett tillstånd med hög impedans, medan förbiledningssegmentet urkopplas och signalen överföres via förstärkaren.A.dà samtliga halvledarkompo- nenter Zl-Z4 styrs till ett tillstånd med låg impedans. För att åstadkomma detta måste avståndet mellan förbindningspunkterna Jl och J3 vara en kvarts våglängd eller en kvarts våglängd plus ett antal halva våglängder. Samma sak gäller för avståndet mellan förbindningspunkterna J2 och J4 och ändpunkten 5a, förbindnings- punkten Jl och punkten 3a, förbindningspunkten J2 och punkten 3b och avståndet mellan punkterna 3a och 3b. Alternativt kan punkterna 3a och 3b sammanfalla. omsorgsfullt anpassa de olika I syfte att förbättra isolationen i förbiledningssegmentet då 226l4Sv; 1997-02-03 10 15 20 25 30 35 'Fm' I lv' u 5 505 202 detta är urkopplat är det möjligt att ansluta fler halvledar- komponenter i förbiledningssegmentet på ett inbördes avstånd av Ä/4.

Längden hos varje stubbsegment och de övriga avstånden motsva- rande en kvarts eller en halv våglängd skiljer sig något från de exakta våglängderna för att kompensera för icke ideala halv- ledarkomponenter.

Mad en sådan konfiguration kommer anordningen att arbeta på följande sätt: Antag att samtliga halvledarkomponenter Zl-Z4 intar ett tillstånd med hög impedans, vilket är fallet då någon styrlikspänning ej är pàlagd på komponenterna. Därvid kommer stubbsegmentens 4, 5 ändpunkter 4a, 5a att vara ekvivalenta med öppna ändar, varför en stående våg kan uppkomma i varje stubb- segment utan att någon signalström ledes därigenom.

Således kommer den inkommande signalen att känna en mycket hög impedans vid förbindningspunkterna J1 och J2. Följaktligen kommer signalen att utbreda sig rakt genom förbiledningssegmentet 3, eftersom halvledarkomponenterna Z3 och Z4 ej har någon inverkan på grund av sin höga impedans. Signalen kommer sålunda ej att passera genom förstärkaren i denna situation.

Betrakta nu den normala situationen, då en styrlikspänning pàlägges samtliga halvledarkomponenter Zl-Z4. Dessa komponenter har mycket låg impedans. I punkten 3a i förbiledningssegmentet 3 uppkommer i praktiken en kortslutning till komponenten Z3.

Följaktligen blir förbiledningssegmentets 3 impedans, sådan den uppträder i förbindningspunkten Jl, att bli mycket hög, varför den inkommande signalen istället följer vägen genom stubbseg- mentet 4 fram till förbindningspunkten J3 och därefter genom förstärkaren A, det andra stubbsegmentet 5 och ut via trans- missionsledningen 2. Vid förbindningspunkten J3 är komponentens Zl impedans mycket hög till följd av kvartsvågavstàndet till ändpunkten 4a, där impedansen är mycket låg.

I händelse av strömavbrott kommer den pålagda spänningen att 226l4sv; 1997-02-03 l0 15 20 a M1 c Iﬁ-qßnfxf" *__ 505 202 6 sjunka, varvid systemet omkopplas till förbiledningskonfiguration utan förstärkning av den inkommande signalen. Företrädesvis är styrkretsen CC anordnad att övervaka förstärkarens A fullgoda drift. I händelse av driftsavbrott av nàgot skäl kommer styrkret- sen CC därvid, att pàlägga en omkopplingsssignal till halv- ledarkomponenterna Zl-Z4.

Den ovan beskrivna förbiledningsanordningen har mànga fördelar.

I förbiledningskonfiguration kommer förlusterna att bli mycket låga, eftersom ingen halvledarkomponent är anordnad i serie med signalvägen. Likaså kommer under anordningens normala drift isolationen hos förbiledningssegmentet att vara mycket effektiv tack vare komponenterna Z3 och Z4, och likaledes kommer för- lusterna i förstärkaren att bli halvledarkomponenterna billiga och kan monteras automatiskt på mycket låga. Dessutom är standardkretskort. ramen för efterföljande Anordningen kan modifieras patentkrav. Exempelvis behöver förstärkarenheten.ej vara ansluten i duplexkonfiguration, utan den kan.monteras i ett simplexsystem, där förstärkaren anslutes i serie med ett bandpassfilter till en genom mottagningsantenn. 226l4sV; 1997-02-03

Claims

10 15 20 25 30 35 _' ' I (faan: i! " , 'sos 202 P A T E N T K R A V

1. Förbiledningsanordning i en förstärkarenhet för förstärkning av kommunikationssignaler i frekvensområdet överstigande 500 MHz, omfattande ett kretskort med transmissionsledningar (1,2), en förstärkare (A), ett förbiledande transmissionsledningssegment (3) som sträcker sig parallellt med förstärkaren, kopplingsorgan för aktivering av nämnda förbiledningssegment om förstärkaren blir funktionsoduglig, k ä n n e t e c k n a d av är ansluten mellan två transmis- (4,5), som sträcker (Jl,J2), är anslutet, samt om- att nämnda förstärkare (A) sionsledningsstubbsegment sig från två primära förbindningspunkter mellan vilka nämnda förbiledningssegment (3) lingsorgan omfattar halvledarkomponenter styrbar impedans, antingen mycket låg eller mycket hög, halvledarkomponenter är anslutna till jord vid valda punkter (3a,3b,4a,4b) i nämnda förbiledningssegment och i nämnda stubb- segment för att aktivera förbiledningssegmentet, då samtliga halvledarkomponenter intar ett tillstànd med mycket hög impedans och att effektivt urkoppla förbiledningssegmentet, då alla halvledarkomponenter styrts till ett tillstånd med mycket làg impedans, i vilket fall kommunikationssignalerna passerar genom och att nämnda omkopp- (Zl,Z2,Z3,Z4) med vilka förstärkaren (A).

2. Förbiledningsanordning enligt krav l, varvid varje stubbseg- ment (4,5) har en längd väsentligen motsvarande en halv våglängd, eventuellt plus ett antal hela våglängder (Ä/2 + nxl, där n = O,l,2, ..), varvid förstärkarens ingångs- och utgångsanslutning- ar är anslutna till sekundära förbindningspunkter (J3,J4) belägna vid ndttpunkten på vardera stubbsegmentet (4,5), dvs på ett avstånd av en kvarts våglängd, eventuellt plus ett antal halva (Ä/4 + :rå/2, där n = O,l,2 ...), från tillhörande primära förbindelsepunkt (J1,J2) och från den fria ändpunkten (4a,4b) hos respektive stubbsegment, halvledarkomponenter (Zl,Z2) är ansluten till nämnda fria ändpunkt hos respektive stubbsegment. våglängder varvid en av nämnda

3. Förbiledningsanordning enligt krav l eller 2, varvid minst en 226l4sv; 1997-02-03 10 15 20 25 30 35 I re, . ﬁqzﬂï. d" 505 íoz 8 (Z3,Z4) av nämnda halvledarkomponenter är ansluten till nämnda förbiledningssegment vid en punkt (3a,3b) belägen på ett avstånd av en kvarts våglängd, eventuellt plus ett antal halva våglängder (Ä/4 + rrl/2, där n = O,l,2, ..J, förbindningspunkt (Jl,J2). från tillhörande primära

4. Förbiledningsanordning enligt krav 3, varvid minst två halvledarkomponenter (Z3,Z4) är anslutna till förbilednings- segmentet, var och en på ett avstånd av en kvarts våglängd från en tillhörande primär förbindningspunkt (Jl,J2) inbördes avstånd av en kvarts våglängd, vilka avstånd eventuellt är ökade med ett antal halva våglängder (Å/4 + rrl/2, där n = O,l,2, ...). och på ett

5. Förbiledningsanordning enligt något av kraven l - 4, varvid en styrenhet (CC) är anordnad att mata likström till en förstärkare (A) och till samtliga halvledarkomponenter (Zl,Z2,Z3,Z4).

6. Förbiledningsanordning enligt krav 5, varvid nämnda styrenhet (CC) driftsduglighet och att omkoppla samtliga.halvledarkomponenter (Zl,Z2,Z3,Z4) till ett tillstånd. med. mycket hög impedans då förstärkaren blir driftsoduglig. är anordnad att övervaka förstärkaren (A)

7. Förbiledningsanordning enligt något av kraven l - 6, varvid minst en av nämnda halvledarkomponenter utgörs av en diod (D).

8. Förbiledningsanordning enligt något av kraven l - 7, varvid minst en av nämnda halvledarkomponenter utgörs av en transistor (T, FET).

9. Förbiledningsanordning enligt krav 8, varvid nämnda transistor utgörs av en bipolär transistor (T).

10. Förbiledningsanordning enligt krav 8, varvid nämnda tran- sistor utgörs av en fälteffekttransistor (FET). 226l4sv; 1997-02-03