SE529457C2 - Förbikopplingsanordning för mikrovågsförstärkarenhet - Google Patents

Description

529 457 2 Det ovan nämnda syftet uppnås för en anordning som har särdra- gen enligt patentkravet 1. Således innefattar förbikopplings- segmentet hos anordningen enligt uppfinningen åtminstone en sektion med multipla transmissionsledningar, varvid olika driftsfrekvenser kan väljas.

Dessa och andra fördelaktiga särdrag kommer att uppenbaras i den detaljerade beskrivningen nedan.

Uppfinningen kommer nu att beskrivas mer i detalj med hänvis- ning till de bifogade ritningarna som illustrerar föredragna utföringsformer av anordningen enligt uppfinningen.

Kortfattad figurförteckning Figur l visar schematiskt en enkel krets innefattande ett för- bikopplingssegment enligt uppfinningen, Figur 2 visar schematiskt en del av en förstärkarenhet med hu- vudkomponenterna och transmissionsledningarna på ett krets- kort, och Figur 3 visar schematiskt ett förbikopplingssegment enligt en utföringsform av uppfinningen; Beskrivning av föredragna utföringsformer Samma hänvisningsbeteckningar används för liknande särdrag på de olika ritningarna.

Figur 1 visar schematiskt en enkel krets innefattande ett för- bikopplingssegment enligt uppfinningen. Kretsen visad i figur 1 är ett arrangemang kopplat till en antenn A. Typiskt är an- 10 15 20 25 30 529 457 tennen A och lågbrusförstärkaren LNA monterade i toppen av en mast eller ett torn innefattat i ett cellulärt mobiltelefonsy- stem. Vanligtvis finns en basstation intill nedre delen av masten eller tornet, där basstationen har olika utrustning för upprätthållande och övervakande av driften av basstationen.

Làgbrusförstärkaren LNA har som uppgift att förstärka mottagna kommunikationssignaler i ett förutbestämt mikrovågsfrekvens- band i ett frekvensomràde över 500 MHz, innan dessa signaler dämpas väsentligt längs en transmissionsledning (ej visad) till en basstation belägen intill nedre delen av antennmasten eller tornet.

Figur 2 visar schematiskt en del av en förstärkarenhet med hu- vudkomponenterna och transmissionsledningarna på ett krets- kort. Förstärkarenheten l är insatt mellan en ingångsport 3 och en utgångsport 4, varvid förbikopplingssegmentet 2 är an- ordnat parallellt med förstärkarenheten l, likaledes mellan in- och utgångsportarna 3, 4.

Förstärkarenheten kan t.ex. innefatta två lågbrusförstärkare (LNA) 5, 6 parallellt anordnade mellan en ingångshybridkoppla- re 7 och en utgångshybridkopplare 8. En ingångshybridport 7a är kopplad till ingàngsporten 3 via ett omkopplingselement 9, medan en utgångshybridport 8d är kopplad till utgångsporten 4 via ett omkopplingselement 10; En isolerad port 7c i ingångs- hybridkopplaren 7 är kopplad till jord via ett 50 ohms impe- danselement ll, och den andra utgångsporten 8b är på samma sätt kopplad till jord via ett 50 ohms impedanselement 12.

De två förstärkarna 5, 6 är således enkelsidiga och kopplade mellan ingångs- och utgångsportarna 3, 4 i en fullt balanserad konfiguration. Vid normal drift av anordningen, under vilken 10 15 20 25 30 529 457 4 de fyra omkopplingselementen 9, 10, 16, 21 styrs till en myck- et lågt impedansvärde, kopplas signalen som uppträder på ingàngshybridporten 7a till lika delar till hybridutgàngspor- tarna 7b, 7d, medan utsignalerna från förstärkarna 5, 6 kopp- las från hybridportarna 8a, 8c till hybridutgångsporten 8d och utgångsporten 4 via omkopplingselementet 10. Företrädesvis ut- görs hybridkopplarna 7 och 8 av Lange-kopplare eller modifie- rade Lange-kopplare. Det är emellertid även möjligt att använ- da vilken annan 3 dB 90 graders hybridkopplare som helst.

Tack vare den balanserade konfigurationen med de två lågbrus- förstärkarna 5, 6 är förstärkarenheten 1 operativ i ett rela- tivt brett frekvensband med en väsentligen konstant förstärk- ning.

I enlighet med föreliggande uppfinning utformas förbikopp- lingssegmentet 2 på så sätt att det fungerar väl i förbikopp- lingsmod vid mer än en frekvens.

Förbikopplingssegmentet 2 är försett med en första förbikopp- lingssegmentsektion 14 kopplad mellan anordningens ingängsport 3 och ett omkopplingselement 16, och en andra förbikopplings- segmentsektion 19 är kopplad mellan anordningens utgångsport 4 och ett omkopplingselement 21, där impedansen hos omkopplings- elementen 16, 21 är automatiskt styrbar och/eller fjärrstyr- bar, t. ex. genom en styrkrets (inte visad) belägen i förstär- kar/förbikopplingsanordningen eller i en tillhörande bassta- tion. En tredje förbikopplingssegmentsektion 17 är kopplad mellan den första förbikopplingssegmentsektionen 14 och den andra förbikopplingssegmentsektionen 19.

Ett styrbart omkopplingselement av ovan nämnda slag kan bestå av en diod, en bipolär transistor, en fälteffekttransistor el- 10 15 20 25 30 529 457 5 ler ett elektromekaniskt relä. I alla fallen omkopplas omkopp- lingselementen 16, 21 mellan en mycket hög impedans, såsom 5 kohm, och en relativt låg impedans, såsom 1-10 ohm.

Figur 3 visar schematiskt ett förbikopplingssegment enligt en utföringsform av uppfinningen. För att förbikopplingssegmentet skall kunna fungera väl i förbikopplingsmod vid mer än en fre- kvens är de olika förbikopplingssegmentsektionerna 14, 19, 17 anordnade med parallella transmissionsvägar av vilka endast en är i användning åt gången.

Nedan kommer den första förbikopplingssegmentsektionen 14 att beskrivas. Denna beskrivning är även tillämpbar på den andra förbikopplingssegmentsektionen 19 eftersom den är av liknande slag. För den andra förbikopplingssegmentsektionen 19 skall- hänvisningsbeteckningarna 41, 42, 43, 44 användas i stället för 31, 32, 33, 34, hänvisningsbeteckning 21 i stället för 16, och ”utgàngsport 4” i stället för ”ingångsport 3”.

Den första förbikopplingssegmentsektionen 14 innefattar i den- na utföringsform fyra transmissionsledningar 31, 32, 33, 34 anordnade på ett avstånd från varandra. Den första transmis- sionsledningen 31 är elektriskt kopplad till ingångsporten 3 och den andra transmissionsledningen 32 är elektriskt kopplad till omkopplingselementet 16. De tredje och fjärde transmis- sionsledningarna 33, 34 är anordnade mellan de fria ändarna hos den första och den andra transmissionsledningen 31, 32, och där den tredje transmissionsledningen 33 är elektriskt kortare i längd än den fjärde transmissionsledningen 34.

Förbikopplingssegmentsektionen 14 kommer att ha en längd som är M av våglängden eventuellt adderad med ett antal N av hal- va våglängder, N=O,1,2,m, vilken längd erhålles genom att 10 15 20 25 30 529 457 6 koppla transmissionsledningarna 31, 32, 33, 34 i förbikopp- lingssegmentet 14 på olika sätt beroende på vilken våglängd som förbikopplingssegmentet 14 är avsett för. Vàglängden är hänförlig till en frekvens inom mikrovågsfrekvensbandet som används, t.ex. en central frekvens i ett sådant band.

Den första transmissionsledningen 31 kan vara kopplad till den andra transmissionsledningen 32 på tre olika sätt: för det första, en direkt 0-Ohm koppling mellan den fria änden av den första transmissionsledningen 31 och den fria änden av den andra transmissionsledningen 32 vilket ger som resultat den elektriskt kortaste förbikopplingssegmentsektionen 14 (fö- reträdesvis med en längd av M av l900Mhz- eller UMTS- våglängden eventuellt adderad med ett antal N halva vågläng- der, N=0,1,2, ); för det andra: en 0-Ohm koppling mellan den fria änden av den första transmissionsledningen 31 och den första fria änden av den tredje transmissionsledningen 33, och en 0-Ohm koppling mellan den fria änden av den andra transmissionsledningen 32 och den andra fria änden av den tredje transmissionsledningen 33 vilket ger som resultat en förbikopplingssegmentsektion 14 av elektrisk medellängd (företrädesvis med en längd som är M av 18OOMhz-bandet eventuellt adderad med ett antal N halva våglängder, N=0, 1, 2,m); för det tredje: en 0-Ohm koppling mellan den fria änden av den första transmissionsledningen 31 och den första fria änden av den fjärde transmissionsledningen 34, och en 0-Ohm koppling mellan den fria änden av den andra transmissionsledningen 32 och den andra fria änden av den fjärde transmissionsledningen 34 vilket ger som resultat den elektriskt längsta förbikopp- lingssegmentsektionen 14 (som företrädesvis har en längd som är % av 9OOMHz- eller AMPS våglängden eventuellt adderad med ett antal N halva våglängder, N=O,1,2,m). 10 15 20 25 30 529 457 Den tredje förbikopplingssegmentsektionen 17 innefattar i den- na utföringsform tre transmissionsledningar 51, 52, 53 anord- nade på ett avstånd från varandra, där transmissionsledningar- na 51, 52, 53 har >>z än de i_de första och andra förbikopp- lingssegmentsektionerna 14, l9.Den första transmissionsled- ningen 51 är elektriskt kopplad till omkopplingselementet 16 och den andra transmissionsledningen 52 är elektriskt kopplad till omkopplingselementet 21. Den tredje transmissionsledning- en 53 är anordnad mellan de fria ändarna av de första och andra transmissionsledningarna 51, 52.

Förbikopplingssegmentsektionen 17 kommer också att ha en längd av % av våglängden eventuellt adderad med ett antal N halva våglängder, N=O,l,2,m, vilken längd erhålles genom att koppla transmissionsledningarna 51, 52, 53 i förbikopplingssegmentet 17 på olika sätt beroende på vilken våglängd som förbikopp- lingssegmentet är avsett för. Våglängden är hänförlig till en frekvens inom mikrovågsfrekvensbandet som används, t.ex. en central frekvens i ett sådant band.

Den första transmissionsledningen 51 kan vara kopplad till den andra transmissionsledningen 52 på två olika sätt: för det första, en direkt O-Ohm koppling mellan den fria änden av den första transmissionsledningen 51 och den fria änden av den andra transmissionsledningen 52 vilket ger som resultat den elektriskt kortaste förbikopplingssegmentsektionen 17 (fö- reträdesvis med en längd av % av l8OOMHz-, 190OMhz- eller UMTS-våglängden eventuellt adderad med längder, N=0,1,2, ); ett antal N halva våg- för det andra: en 0-Ohm koppling mellan den fria änden av den första transmissionsledningen 51 och den första fria änden av den tredje transmissionsledningen 53, och en 0-Ohm koppling 10 15 20 25 30 5219 457 8 mellan den fria änden av den andra transmissionsledningen 52 och den andra fria änden av den tredje transmissionsledningen 53 vilket ger som resultat den elektriskt längsta förbikopp- lingssegmentsektionen 17 (företrädesvis med en längd som är M av 9OOMhz~ eller AMPS-våglängden eventuellt adderad med ett antal N halva våglängder, N=0, 1, 2,1).

Det är också möjligt att koppla transmissionsledningarna i den första förbikopplingssegmentsektionen 14 och den andra förbi- kopplingssegmentsektionen 19 på samma sätt som har beskrivits för den tredje förbikopplingssegmentsektionen 17. Detta sätt att koppla transmissionsledningarna i den första förbikopp- lingssegmentsektionen 14 och den andra förbikopplingssegment- sektionen 19 kommer att ge som resultat en sänkning i verk- ningsgrad. Detta sätt att koppla transmissionsledningarna är tillräckligt för den tredje förbikopplingssegmentsektionen då behovet för noggrannhet ej är lika viktigt i detta fall.

Då omkopplingselementen 9, 10, 16, 21 styrs till ett tillstånd med mycket hög impedans, vilket är fallet då förstärkaren är inoperabel av en eller annan anledning (förbikopplingsmod), t. ex. på grund av ett funktionsavbrott hos någon RF komponent eller avbrott i DC-strömmen som driver enheten, kommer trans- missionsledningen 14 att ha elektriskt öppna ändar (dess längd är % av våglängden eventuellt adderad med ett antal N halva våglängder, N=0, 1, 2,...). Våglängden är hänförlig till en frekvens inom mikrovâgsfrekvensbandet som används, t.ex. en central frekvens i ett sådant band.

En kommunikationssignal som läggs på ingångsporten 3 kommer därför att utbreda sig via den första förbikopplingssegment- sektionen 14, via en tredje centralt placerad förbikopplings- segmentsektion 17, och via en andra förbikopplingssegmentsek- 10 15 20 25 30 529 457 9 tion 19. Den senare förbikopplingssegmentsektionen 19 är iden- tisk med den första förbikopplingssegmentsektionen 14 och för- bikopplingssegmentsektionen 19 är kopplad mellan mellan anord- ningens utgångsport 4 och ett fjärrstyrbart omkopplingselement 21, liknande eller identiskt likadant som elementet 16. De fyra omkopplingselementen 9, 10, 16, 21 styrs synkront för att vara antingen i ett högimpedanstillstånd eller i ett làgimpe- danstillstånd samtidigt.

Emellertid styrs, då förstärkarenheten arbetar normalt (aktiv mod), de fyra omkopplingselementen 9, 10, 16, 21 till ett tillstånd med relativt låg impedans, varigenom förbikopplings- segmentet urkopplas. En inmatningssignal på ingångsporten 3 kommer då att utbreda sig genom förstärkarna 5, 6 till ut- gångsporten 4. I den visade utföringsformen är isoleringen över förbikopplingssegmentet 2 mycket hög, ungefär 55 dB, och det finns ingen risk för återkoppling. Å andra sidan är inlänkningsförlusten i förbikopplingssegmen- tet 2 i förbikopplingsmoden mycket låg, ungefär 1 dB.

Dessutom är, i aktiv mod, tack vare den låga impedansen i mot- svarande omkopplingselement 16 och 21 i förbikopplingssegmen- tet, förbikopplingsinmatningsimpedansen i denna aktiva mod re- lativt hög, varvid en balanserad drift av de två lågbrusför- stärkarna 5, 6 bibehålls. Oavsett tillståndet hos hybridkopp- larna 7, 8 kommer en sådan balanserad drift att bibehållas ef- tersom de effektiva ingångs- och utgångsbelastningarna i för- stärkarna 5, 6 inte påverkas av förbikopplingselementet. Följ- aktligen är brusfaktorn mycket låg, och ingångs- och utgångs- reflektionerna är likaså låga. 10 15 20 25 30 529 457 10 Uppfinningen avser således en förbikopplingsanordning för en mikrovàgsförstärkarenhet, mikrovågsförstärkarenheten 1 inne- fattande åtminstone en lågbrusförstärkare (LNA) och förstär- kande kommunikationssignaler i åtminstone ett mikrovågsfre- kvensband över 500 MHz, där förbikopplingsanordningen sträcker sig parallellt till nämnda mikrovågsförstärkarenhet 1, där båda sträcker sig mellan en ingångsport 3 och en utgångsport 4, i vilken förstärkarenhet l är anordnade omkopplingselement 9, 10, 16, 21 för aktiverande av nämnda förbikopplingssegment 2 i en förbikopplingsmod hos anordningen i fall nämnda för- stärkarenhet 1 blir inoperabel och för att effektivt blockera förbikopplingssegmentet 2 i en aktiv mod hos anordningen, nämnda förbikopplingssegment innefattande en serie av förbi- kopplingssegmentsektioner 14, 19, 17 med åtminstone en kopp- lingspunkt kopplad till ett av de nämnda omkopplingselementen 16, 21 associerat därtill, där var och en av nämnda förbikopp- lingssegmentsektioner 14: 19: 17 innefattar åtminstone två kopplade transmissionsledningar 31, 32; 31, 33, 32; 31, 34, 32; 51, 52; 51, 53, 52; 41, 42; 41, 43, 42; 41, 44, 42, där de kopplade transmissionsledningarna bildar uppsättningar 31, 32, 51, 52, 42, 41; 31, 33, 32, 51, 52, 42, 43, 41; 31, 34, 32, 51, 53, 52, 42, 44, 41 av transmissionsledningar, där endast en av uppsättningarna är i användning åt gången, och där varje uppsättning av kopplade transmissionsledningar optimerar för- bikopplingssegmentet 2 för olika driftsfrekvenser, varvid för- bikopplingssegmentet kan fungera väl i förbikopplingsmod vid mer än en frekvens.

Anordningen kan modifieras inom ramen för de bilagda patent- kraven. Till exempel, måste ej förbikopplingssegmentet vara anordnat på samma kretskort som förstärkarsteget, utan kan monteras pà ett eget kretskort, dvs. att förbikopplingsanord- ningen kan vara anordnad pà samma kretskort (PCB) som förstär- 529 457 ll karenheten 1, eller på ett kretskort (PCB) separat från krets- kortet innefattande förstärkarenheten 1.

Claims (10)

10 15 20 25 30 529 457 12 Patentkrav

1. Förbikopplingsanordning för en mikrovågsförstärkarenhet, mikrovågsförstärkarenheten (1) innefattande åtminstone en låg- brusförstärkare (LNA) och förstärkande kommunikationssignaler - i åtminstone ett mikrovågsfrekvensband över 500 MHz, där för- bikopplingsanordningen sträcker sig parallellt till nämnda mikrovågsförstärkarenhet (1), där båda sträcker sig mellan en ingångsport (3) och en utgångsport (4), i vilken förstärkaren- het (1) är anordnade omkopplingselement (9, 10, 16, 21) för aktiverande av nämnda förbikopplingssegment (2) i en förbi- kopplingsmod hos anordningen i fall nämnda förstärkarenhet (1) blir inoperabel och för att effektivt blockera förbikopplings- segmentet (2) i en aktiv mod hos anordningen, nämnda förbi- kopplingssegment innefattande en serie av förbikopplingsseg- mentsektioner (14, 19, 17) med åtminstone en kopplingspunkt kopplad till ett av de nämnda omkopplingselementen (16, 21) associerat därtill, kännetecknad av, att - var och en av nämnda förbikopplingssegmentsektioner (14: 19: 17) innefattar åtminstone två kopplade transmissionsledningar (31, 32; 31, 33, 32; 31, 34, 32; 51, 52; 51, 53, 52; 41, 42; 41, 43, 42; 41, 44, 42), där de kopplade transmissionsledning- arna bildar uppsättningar (31, 32, 51, 52, 42, 41; 31, 33, 32, 51, 52, 42, 43, 41; 31, 34, 32, 51, 53, 52, 42, 44, 41) av transmissionsledningar, där endast en av uppsättningarna är i användning åt gången, och där varje uppsättning av kopplade transmissionsledningar optimerar förbikopplingssegmentet (2) för olika driftsfrekvenser, varvid förbikopplingssegmentet kan fungera väl i förbikopplingsmod vid mer än en frekvens.

2. Förbikopplingsanordning enligt patentkravet 1, kännetecknad av, att den första respektive den andra förbikopplingssegment- 10 15 20 25 30 529 457 13 sektionen (l4; 19) innefattar fyra transmissionsledningar (31, 32, 33, 34; 41, 42, 43, 44) anordnade på ett avstånd från var- andra, där den första transmissionsledningen (31: 41) är elektriskt kopplad till ingångsporten (3) respektive till ut- gàngsporten (4) och där den andra transmissionsledningen (32; 42) är elektriskt kopplad till omkopplingselementet (16: 21), och där de tredje och fjärde transmissionsledningarna (33, 34; 43, 44) är anordnade mellan de fria ändarna hos den första och den andra transmissionsledningen (31, 32; 41, 42), och där den tredje transmissionsledningen (33; 43) är elektriskt kortare i längd än den fjärde transmissionsledningen (34; 44).

3. Förbikopplingsanordning enligt patentkravet 2, kânnetecknad av, att den tredje förbikopplingssegmentsektionen (17) inne- fattar tre transmissionsledningar (51, 52, 53) anordnade på ett avstånd från varandra, där transmissionsledningarna (51, 52, 53) har >>z än de i de första och andra förbikopplingsseg- mentsektionerna (14, 19), och där den första transmissionsled- ningen (51) är elektriskt kopplad till omkopplingselementet (16) och den andra transmissionsledningen (52) är elektriskt kopplad till omkopplingselementet (21), och där den tredje transmissionsledningen (53) är anordnad mellan de fria ändarna av de första och andra transmissionsledningarna (51, 52).

4. Förbikopplingsanordning enligt något av patentkraven 2 el- ler 3, kännetecknad av, att de första, andra och tredje förbi- kopplingssegmentsektionerna (14, 19, 17) har en längd av % av våglängden eventuellt adderad med ett antal N halva vågläng- der, N=0,1,2,m, vilken längd erhålles genom att koppla transmissionsledningarna (31, 32, 33, 34; 41, 42, 43, 44; 51, 52, 53) i förbikopplingssegmentet (l4; 19; 17) på olika sätt beroende på vilken våglängd som förbikopplingssegmentet (l4; 19; 17) är avsett för. 10 15 20 25 30 529 457 14

5. Förbikopplingsanordning enligt något av patentkraven 1 till 4, kännetecknad av, att en första uppsättning transmissions- ledningar (31, 32, 51, 52, 42, 41) ger som resultat det elekt- riskt kortaste förbikopplingssegmentet (2) med en längd av % av l9OOMhz- eller UMTS-våglängden eventuellt adderad med ett antal N halva våglängder, N=0,1,2,m.

6. Förbikopplingsanordning enligt något av patentkraven 1 till 4, kännetecknad av, att en andra uppsättning transmissionsled- ningar (31, 33, 32, 51, 52, 42, 43, 41) ger som resultat ett förbikopplingssegment (2) av elektrisk medellängd med en längd av M av l80OMhz-våglängden eventuellt adderad med ett antal N halva våglängder, N=O,1,2,m.

7. Förbikopplingsanordning enligt något av patentkraven 1 till 4, kännetecknad av, att en fjärde uppsättning transmissions- ledningar (31, 32, 51, 52, 42, 41) ger som resultat det elekt- riskt kortaste förbikopplingssegmentet (2) med en längd av % av l9OOMhz-, UMTS-, eller 1800MHz-våglängden eventuellt adde- rad med ett antal N halva våglängder, N=0,1,2,m.

8. Förbikopplingsanordning enligt något av patentkraven l till 4, kännetecknad av, att en tredje uppsättning transmissions- ledningar (31, 34, 32, 51, 53, 52, 42, 44, 41) ger som resul- tat det elektriskt längsta förbikopplingssegmentet (2) med en längd av % av 900Mhz- eller AMPS-våglängden eventuellt adderad med ett antal N halva våglängder, N=0,1,2, .

9. Förbikopplingsanordning enligt något av patentkraven 1 till 8, kännetecknad av, att förbikopplingsanordningen är anordnad på samma kretskort (PCB) som förstärkarenheten (1). 52.9 457 15

10. Förbikopplingsanordning enligt något av patentkraven 1 till 8, kännetecknad av, att förbikopplingsanordningen är an- ordnad på ett kretskort (PCB) separat från kretskortet (PCB) som innefattar förstärkarenheten (1).