WO2000046934A1 - Sender-/empfänger-einheit für eine erste und eine zweite sende-/empfangsfrequenz - Google Patents

Sender-/empfänger-einheit für eine erste und eine zweite sende-/empfangsfrequenz Download PDF

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WO2000046934A1
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transmission
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Werner Kupka
Ralf Herzberg
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Siemens Aktiengesellschaft
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Definitions

  • Transmitter / receiver unit for a first and a second transmission / reception frequency
  • the invention relates to a transmitter / receiver unit according to the preamble of claim 1.
  • Transmitter / receiver units of this type are known, for example, as dual-band terminals for use in mobile radio networks operated at different frequencies. These include, in particular, end devices which can work both in a GSM mobile radio network operated at approximately 900 MHz and in a mobile radio network operated at approximately 1800 MHz - usually referred to as a PCN network.
  • end devices which can work both in a GSM mobile radio network operated at approximately 900 MHz and in a mobile radio network operated at approximately 1800 MHz - usually referred to as a PCN network.
  • the application of the invention is in principle also possible in the case of mobile telecommunication devices which, on the one hand, are used as end devices in a mobile radio network (“cell phones”), specifically in accordance with the GSM standard, but on the other hand also as a mobile station in a DECT system in a single-line arrangement, i.e. as a cordless home phone or in a multi-cell arrangement, e.g. in a corporate network.
  • Dual-band terminals for the 900 MHz GSM band and the 1800 MHz PCN band are known, which have two transmission output stages, each with an adapted harmonic filter, which are connected to a common antenna depending on the desired operating mode of the terminal.
  • This solution is relatively expensive and takes up a lot of space.
  • the first harmonic sometimes falls in GSM transmission mode. into the PCN reception band.
  • the strong attenuation required in GSM operation by means of a suitable harmonic filter interferes in PCN mode, so that the (GSM) harmonic filter must be switched off in PCN mode.
  • the usual dual-band receivers have separate inputs for GSM and PCN to achieve good selection properties. Signals.
  • the GSM or PCN signal component must therefore be separated from the overall antenna signal.
  • a special filter or switchover unit is used for this.
  • TX / RX switch a transmitter / receiver switch
  • TX / RX switch which either connects the transmitter output stage on the output side or the receiver on the input side to the antenna.
  • a special, HF-compatible switch is used for this.
  • the invention has for its object to provide a transmitter / receiver unit of the generic type with a simplified structure that is easy and inexpensive to manufacture.
  • the invention includes the technical teaching to combine the function of the filtering of harmonics at the first transmission frequency, which can be switched off for operation on the second transmission frequency, in a functional unit with the functions of the optional connection of the transmitter output stage or one of the two receiver inputs to the antenna with corresponding attenuation of the antenna signal components not required.
  • This function linkage is implemented in a switchable filter element, which in particular has separate taps for connecting the output of the transmitting output stage or the first and second inputs of the receiving part to the antenna.
  • this filter element comprises a plurality of RF lines with an electrical length and in a daisy chain configuration between the taps, which are connected to the first or second transmission / Receiving frequency are matched.
  • these HF lines are designed as conductor sections of a coherent conductor path, which is formed by means of proven methods of microelectronic technology, in particular in stripline or microstrip technology.
  • the multifunctional filter / switching element which forms the core of the invention can, in view of this, be implemented in a convincingly simple manner that the second transmitter / Receive frequency is approximately twice the first transmit / receive frequency. This results in the fact that the electrical lengths of RF line sections between certain taps, which produce very low attenuation for the first transmission / reception frequency, have very high attenuation values for the second transmission / reception frequency.
  • Conductor sections with an electrical length of ⁇ 4 (where ⁇ i is the wavelength corresponding to the first transmission / reception frequency, for example 900 MHz) also have an electrical length of ⁇ 2 2 where 2 is twice the first transmission / reception frequency, that is for example 1800 MHz, is the corresponding wavelength as the second transmission / reception frequency.
  • the switchable filter element comprises a plurality of RF switches which, in particular, switchably connect the first and second inputs of the receiving part to associated taps of the filter element, or which are used to make a ground connection at these taps and at the free end of a further conductor section.
  • RF switches are designed in a manner known per se as PIN diodes or GaAs FET switches and can advantageously be produced together with the conductors or conductor sections of the filter element using common process steps.
  • FIG. 1 shows a schematic detail representation of a transmitter / receiver unit according to a preferred embodiment of the invention
  • FIG. 1A shows the arrangement according to FIG. 1 in the transmission mode on the first transmission frequency
  • FIG. 1B shows the arrangement of FIG. 1 in the transmission mode on the second transmission frequency
  • Fig. IC shows the arrangement of FIG. 1 in reception mode on the first reception frequency
  • Fig. ID shows the arrangement according to Fig. 1 in reception mode on the second reception frequency.
  • a transmission output stage PA for both frequency ranges is connected to an antenna ANT in transmission mode via a filter element 2 implemented in microstrip or stripline technology, and the antenna ANT is optionally connected to a first input RXGSM via the filter element 2 in reception mode (in the figure (not shown) receiving stage or can be connected to a second input RXPCN of this receiving stage.
  • the filter element 2 comprises a first conductor section 2a of the electrical length of approximately ⁇ / 8, which is located between a first, transmitter-side node Knl and a second, middle node Kn2 extends, a second conductor section 2b of a length of approximately ⁇ / 4 between the first node and a ground connection, a third conductor section 2c of a length of approximately ⁇ / 4 between the second node Kn2 and a third, am Receiver input RXPCN arranged node Kn3, a fourth conductor section 2d of the approximate length ⁇ / 8 between the second node Kn2 and a fourth, antenna-side node Kn4 and a fifth conductor section 2e of a length of approximately ⁇ / 4 between the fourth node and a fifth, the receiver input RXGSM assigned node Kn5.
  • the conductor sections are formed in a uniform strip width in a coherent manner using microstrip or stripline technology.
  • a first RF switch S1 is assigned to the end of the second conductor section 2b facing away from the transmission output stage, the third node Kn3 is connected to ground via a second RF switch S2, the fifth node Kn5 is connected to ground via a third RF switch S3 connected, a fourth RF switch S4 is provided between the third node Kn3 and the receiver input RXPCN, and a fifth RF switch S5 is provided between the fifth node Kn5 and the receiver input RXGSM.
  • the RF switches are designed as GaAs-FET switches or alternatively as PIN diodes.
  • TXPCN denotes transmission in the PCN network at 1800 MHz
  • TXGSM denotes transmission in the GSM network at 900 MHz
  • RXPCN denotes reception in the PCN network
  • RXGSM denotes reception in GSM operation.
  • FIGS. 1A to ID The individual switching states of the transmitter / receiver unit 1 are shown in FIGS. 1A to ID, the signal flow being illustrated in each case by a dashed line.
  • 1A shows the arrangement in the GSM transmission mode.
  • the first to third RF switches S1 to S3 are closed and short the ends of the second, third and fifth conductor sections 2b, 2c and 2e, and there is a direct signal connection between the transmitting output stage PA and the antenna ANT.
  • the connections between the antenna ANT and the first or second receiver input RXPCN or RXGSM, on the other hand, are interrupted because the switches S4 and S5 assigned to the receiver inputs are open.
  • the electrical length of the conductor sections is approximately ⁇ / 4 for the fundamental wave.
  • the short circuit at the lower end of the line is thus transformed into an open circuit at the upper end, that is to say in the nodes Kn1, Kn2 and Kn4.
  • the signal path is the direct connection from the PA to the antenna.
  • the open circuits in the nodes mentioned make the short-circuited conductor sections virtually invisible to the signal in the signal path. The signal can therefore reach the antenna unhindered.
  • the electrical length of the above-mentioned conductor sections is ⁇ / 2, and this in turn transforms the short circuit at the "lower" end into a short circuit in the above-mentioned node.
  • the line lengths for lines 2b, 2c and 2e are selected to be of different lengths in practice, so that the required wide blocking range for the Harmonics results. Furthermore, the conductor lengths of 2a and 2d as well as the widths of all lines are adjusted to achieve the desired goal. It is important to compensate for unwanted parasitic properties of the non-ideal switching elements etc. by adapting the geometries.
  • a circuit simulator is used to solve the problem mathematically. As a result, the lengths of the conductor sections 2a and 2d in particular differ considerably from the theoretical lengths, namely ⁇ / 8 at 900 MHz.
  • the filter element 2 acts as a harmonic filter for the GSM transmission / reception frequency of approximately 900 MHz, which in particular suppresses the first harmonic at approximately 1800 MHz, which would otherwise be emitted in a disturbing manner in or immediately adjacent to the PCN band.
  • FIG. 1B shows the arrangement in the transmission mode in the PCN band, in which all RF switches S1 to S5 are open and thus all ground and receiver connections are interrupted and there is only a signal connection between the transmitter output stage PA and the antenna ANT.
  • radiation occurs in the PCN band at 1800 MHz without a filter effect for the PCN band.
  • Fig. IC shows the arrangement in the GSM reception mode
  • the second RF switch S2 switches the receiver-side end of the conductor section 2c to ground and the antenna is connected to the receiver input RXGSM via the fifth conductor section 2e and the likewise closed switch S5.
  • the other switches are open. In this switch position they arrive in the GSM frequency band lying antenna signal components practically undamped to the GSM receiver input.
  • the complex impedance of the transmitter When receiving, the complex impedance of the transmitter (PA) must be made invisible to the received signal, i.e. the transmitter must be isolated from the receivers.
  • Sl is open in GSM reception mode.
  • the open line 2b transforms the open circuit into a short circuit in the node Knl.
  • This short circuit short-circuits the output impedance of the transmitter output stage, making it virtually invisible to the received signal.
  • the conductor sections 2a and 2d result in ⁇ / 4 for GSM (900 MHz) and thus transform the short circuit in node Knl into an open circuit in node Kn4, at least as far as the circuit to the left of node Kn4 is concerned. This part of the circuit therefore does not further impair the signal flow when receiving GSM.
  • FIG. ID shows the arrangement in the receive mode in the PCN band at 1800 MHz, the first switch S1 and the fourth switch S4 being closed and the three other switches being open. This creates a direct connection between the antenna ANT and the receiver input RXPCN and, in parallel, a ground connection at the ground end of the conductor section 2b. This results in a strong attenuation of the portions of the GSM in the GSM range around 900 MHz
  • the isolation of the PA when receiving PCN is basically analogous to GSM reception: here S1 is closed, and the short circuit is in turn transformed by the electrical length of ⁇ / 2 for PCN into a short circuit in the node Knl. Analogous to the case for GSM, this short circuit through line 2a transforms into an open circuit in node Kn2, insofar as the circuit to the left of node Kn2 is considered. Since the transmission band for PCN is not exactly at twice the frequency of the transmission band for GSM, further corrections are necessary. For example, reactive conductance values (capacitors in the present case, but coils would also be conceivable with other frequency ratios) are provided in nodes Knl and Kn2 against ground for compensation. A compensation element may also have to be provided in node Kn3.
  • two lines are also routed parallel to line 2a, which serve as directional couplers, in order to detect the flow of power to the antenna and the possibly reflected power in the event of a mismatch.
  • the preferred embodiment is characterized in that a filter element formed from connected conductor sections, to which two receiver input and three ground switches are assigned, all functions of the transmitter / receiver switchover and the switchover between the two receiver inputs and finally performs the damping of the signal components that are not required or disruptive in the respective operating mode. This results in a considerable simplification compared to known configurations.
  • the implementation of the invention is not limited to the described embodiment. Rather, their use is also possible in the context of other radio systems, for example in a combined GSM / DECT terminal or in other multi-band transceiver stations for mobile telecommunications. In particular, it is also possible in frequency bands other than the above-mentioned at 900 and 1800 MHz.
  • the geometric configuration shown can also be modified as long as the implementation of the required damping values for the signal components to be filtered out is ensured.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sender-/Empfänger-Einheit (1) für den Betrieb auf einer ersten und zweiten Sende-/Empfangsfrequenz, insbesondere zum Einsatz in verschiedenen Systemen der mobilen Telekommunikation, mit genau einer Sendeendstufe für die erste und zweite Sendefrequenz, einem Empfangsteil mit einem ersten und einem zweiten Eingang für die erste bzw. zweite Empfangsfrequenz, einer Sende-/Empfangsantenne (ANT) und genau einem schaltbaren Filterelement (2) zur wahlweisen Verbindung der Sendeendstufe bzw. des ersten oder zweiten Eingangs des Empfangsteils mit der Sende-/Empfangsantenne.

Description

Beschreibung
Sender-/Empfänger-Einheit für eine erste und eine zweite Sende-/Empfangsfrequenz
Die Erfindung betrifft eine Sender-/Empfänger-Einheit nach dem Oberbegriff des -Anspruchs 1.
Derartige Sender-/Empfänger-Einheiten sind beispielsweise als Dualband-Endgeräte für den Einsatz in bei verschiedenen Frequenzen betriebenen Mobilfunknetzen bekannt. Hierzu zählen insbesondere Endgeräte, die sowohl in einem bei etwa 900 MHz betriebenen GSM-Mobilfunknetz als auch in einem bei etwa 1800 MHz betriebenen Mobilfunknetz - gewöhnlich als PCN-Netz bezeichnet - arbeiten können. Die Anwendung der Erfindung ist aber grundsätzlich auch möglich bei mobilen Telekommunika- tionsgeräten, die einerseits als Endgeräte in einem Mobilfunknetz ("Handys"), speziell nach GSM-Standard, andererseits aber auch als Mobilstation in einem DECT-System in Einzel- Zeilenanordnung, d.h. als Schnurlos-Heimtelefon, oder in einer Mehrzellenanordnung, z.B. in einem Corporate Network, funktionieren.
Es sind Dualband-Endgeräte für das 900 MHz-GSM-Band und das 1800 MHz-PCN-Band bekannt, die zwei Sendeendstufen mit jeweils angepaßtem Oberwellenfilter aufweisen, die je nach der gewünschten Betriebsart des Endgeräts einer gemeinsamen Antenne zugeschaltet werden. Diese Lösung ist relativ teuer und mit einem hohen Platzbedarf verbunden. Bei Verwendung nur einer Sendeendstufe fällt im GSM-Sendebetrieb die erste Oberwelle z.T. in das PCN-Empfangsband. Die im GSM-Betrieb erforderliche starke Bedämpfung mittels eines geeigneten Oberwellenfilters stört im PCN-Modus, so daß das (GSM-) Oberwellenfilter im PCN-Modus ausgeschaltet werden muß.
Die üblichen Dualband-Empfänger haben zur Erreichung guter Selektionseigenschaften getrennte Eingänge für GSM- und PCN- Signale. Aus dem Antennen-Gesamtsignal muß daher der GSM- bzw. PCN-Signalanteil separiert werden. Hierzu dient eine spezielle Filter- bzw. Umschalteinheit.
Schließlich wird, da Senderausgang und Empfängereingang mit einer einzelnen Antenne zusammenwirken, ein Sender-/Empfänger-Umschalter (TX/RX-Umschalter) benötigt, der entweder die Senderendstufe ausgangsseitig oder den Empfänger eingangs- seitig mit der Antenne verbindet. Hierzu dient ein speziel- 1er, HF-tauglicher Umschalter.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sender- /Empfänger-Einheit der gattungsgemäßen Art mit vereinfachtem Aufbau anzugeben, die leicht und kostengünstig herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Sender-/Empfänger-Einheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, die Funktion der für den Betrieb auf der zweiten Sendefrequenz abschaltbaren Ausfilterung von Oberwellen bei der ersten Sendefrequenz in einer Funktionseinheit zu verknüpfen mit den Funktionen der wahlweisen Zuschaltung der Sendeendstufe oder eines der beiden Empfängereingänge zur Antenne unter entsprechender Bedämpfung der nicht benötigten Antennensignalan- teile.
Diese Funktionsverknüpfung wird in einem schaltbaren Filter- element realisiert, das insbesondere separate Anzapfungen zur Verbindung des Ausgangs der Sendeendstufe bzw. des ersten und zweiten Eingangs des Empfangsteils mit der Antenne aufweist.
Dieses Filterelement umfaßt in einer vorteilhaften einfachen Ausführung eine Mehrzahl von HF-Leitungen mit einer elektrischen Länge und in einer Verkettungs-Konfiguration zwischen den Anzapfungen, die auf die erste bzw. zweite Sende- /Empfangsfrequenz abgestimmt sind. Diese HF-Leitungen sind in einer weiter bevorzugten Ausführung als Leiterabschnitte eines zusammenhängenden Leiterzugs ausgebildet, der mittels bewährter Verfahren der Mikroelektronik-Technologie, insbe- sondere in Stripline- oder Microstrip-Technik, gebildet wird.
Bei einer Sender-/Empfänger-Einheit zum Einsatz in einem Mobilteil in einem der oben angesprochenen Systeme kann das multifunktionelle Filter-/Schaltelement, das das Kernstück der Erfindung bildet, in Anbetracht dessen auf überzeugend einfache Weise realisiert werden, daß die zweite Sende- /Empfangsfrequenz annähernd das Doppelte der ersten Sende- /Empfangsfrequenz beträgt. Hierbei ergibt sich nämlich, daß die elektrischen Längen von HF-Leitungsabschnitten zwischen bestimmten Anzapfungen, die für die erste Sende-/Empfangsfrequenz eine sehr geringe Dämpfung erzeugen, für die zweite Sende-/Empfangsfrequenz sehr hohe Dämpfungswerte haben. Leiterabschnitte mit einer elektrischen Länge von λι 4 (wobei λi die der ersten Sende-/Empfangsfrequenz, beispielsweise 900 MHz, entsprechende Wellenlänge ist) , haben zugleich eine elektrische Länge von λ2 2 wobei 2 die dem Doppelten der ersten Sende-/Empfangsfrequenz, also beispielsweise 1800 MHz, als zweite Sende-/Empfangsfrequenz entsprechende Wellenlänge ist.
Das schaltbare Filterelement umfaßt mehrere HF-Schalter, die insbesondere den ersten und zweiten Eingang des Empfangsteils mit zugeordneten Anzapfungen des Filterelements schaltbar verbinden bzw. die an diesen Anzapfungen sowie am freien Ende eines weiteren Leiterabschnitts zur wahlweisen Herstellung eine Masseverbindung dienen. Diese HF-Schalter sind - auf an sich bekannte Weise - als PIN-Dioden oder GaAs-FET-Schalter ausgeführt und vorteilhafterweise unter Nutzung gemeinsamer Prozeßschritte zusammen mit den Leitern bzw. Leiterabschnit- ten des Filterelements herstellbar. Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind im übrigen in den Unteransprüchen angegeben bzw. ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausfüh- rungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Von diesen zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ausschnittdarstellung einer Sender- /Empfänger-Einheit gemäß einer bevorzugten Ausfüh- rungsform der Erfindung,
Fig. 1A die Anordnung nach Fig. 1 im Sendebetrieb auf der ersten Sendefrequenz,
Fig. 1B die Anordnung nach Fig. 1 im Sendebetrieb auf der zweiten Sendefrequenz,
Fig. IC die Anordnung nach Fig. 1 im Empfangsbetrieb auf der ersten Empfangsfrequenz und
Fig. ID die Anordnung nach Fig. 1 im Empfangsbetrieb auf der zweiten Empfangsfrequenz.
Fig. 1 zeigt den im Zusammenhang mit der Erläuterung der Erfindung wesentlichen Abschnitt der Sender-/Empfänger-Ein- heit 1 einer Dualband-Mobilstation, die für den Betrieb in einem GSM-Mobilfunknetz bei 900 MHz sowie für den Betrieb in einem hier als PCN-Netz bezeichneten zweiten Mobilfunknetz bei 1800 MHz ausgebildet ist. Eine Sendeendstufe PA für beide Frequenzbereiche ist über ein in Microstrip- bzw. Stripline- Technik ausgeführtes Filterelement 2 im Sendebetrieb mit einer Antenne ANT verbunden, und die Antenne ANT ist über das Filterelement 2 im Empfangsbetrieb wahlweise mit einem ersten Eingang RXGSM einer (in der Figur nicht dargestellten) Empfangsstufe oder mit einem zweiten Eingang RXPCN dieser Emp- fangsstufe verbindbar. Das Filterelement 2 umfaßt einen ersten Leiterabschnitt 2a der elektrischen Länge von etwa λ/8, der sich zwischen einem ersten, senderseitigen Knoten Knl und einem zweiten, mittleren Knoten Kn2 erstreckt, einen zweiten Leiterabschnitt 2b einer Länge von etwa λ/4 zwischen dem ersten Knoten und einem Masseanschluß, einen dritten Leiterabschnitt 2c einer Länge von etwa λ/4 zwischen dem zweiten Knoten Kn2 und einem dritten, am Empfängereingang RXPCN angeordneten Knoten Kn3, einen vierten Leiterabschnitt 2d der angenäherten Länge λ/8 zwischen dem zweiten Knoten Kn2 und einem vierten, antennenseitigen Knoten Kn4 sowie einen fünften Leiterabschnitt 2e einer Länge von etwa λ/4 zwischen dem vierten Knoten und einem fünften, dem Empfängereingang RXGSM zugeordneten Knoten Kn5. Diese Längenangaben sind bezogen auf die dem GSM-Sende/Empfangsfrequenzband bei etwa 900 MHz (genauer gesagt: uplink 875...915 MHz, downlink 920...960 MHz) entsprechenden Wellenlängen. Die Leiterabschnitte sind in der aus der Figur zu erkennenden m-ähnlichen Konfiguration in einheitlicher Streifenbreite zusammenhängend in Microstrip- oder Stripline-Technik gebildet.
Dem der Sendeendstufe abgewandten Ende des zweiten Leiterab- Schnitts 2b ist ein erster HF-Schalter Sl zugeordnet, der dritte Knoten Kn3 ist über einen zweiten HF-Schalter S2 mit Masse verbunden, der fünfte Knoten Kn5 ist über einen dritten HF-Schalter S3 mit Masse verbunden, zwischen dem dritten Knoten Kn3 und dem Empfängereingang RXPCN ist ein vierter HF- Schalter S4 vorgesehen, und zwischen dem fünften Knoten Kn5 und dem Empfängereingang RXGSM ist ein fünfter HF-Schalter S5 vorgesehen. Die HF-Schalter sind als GaAs-FET-Schalter oder alternativ als PIN-Dioden ausgeführt. Durch Ansteuerung der Schalter gemäß der nachstehenden Tabelle werden die in der ersten Spalte der Tabelle angegebenen Betriebszustände der Sender-/Empfänger-Einheit realisiert. ("TXPCN" bezeichnet Sendebetrieb im PCN-Netz bei 1800 MHz, "TXGSM" bezeichnet Sendebetrieb im GSM-Netz bei 900 MHz, "RXPCN" bezeichnet Empfangsbetrieb im PCN-Netz und "RXGSM" bezeichnet Empfangsbe- trieb im GSM-Betrieb.) Tabelle
Sl S2 S3 S4 S5
TXGSM zu zu zu auf auf
TXPCN auf auf auf auf auf
RXGSM auf zu auf auf zu
RXPCN zu auf auf zu auf
Die einzelnen Schaltzustände der Sender-/Empfänger-Einheit 1 sind in den Fig. 1A bis ID dargestellt, wobei der Signalfluß jeweils mit einer gestrichelten Linie verdeutlicht ist.
Fig. 1A zeigt die Anordnung im GSM-Sendebetrieb. Hierbei sind der erste bis dritte HF-Schalter Sl bis S3 geschlossen und schließen die Enden des zweiten, dritten und fünften Leiterabschnitts 2b, 2c bzw. 2e kurz, und es besteht eine direkte Signalverbindung zwischen der Sendeendstufe PA und der An- tenne ANT. Die Verbindungen zwischen der Antenne ANT und dem ersten bzw. zweiten Empfängereingang RXPCN bzw. RXGSM dagegen sind unterbrochen, da die den Empfängereingängen zugeordneten Schalter S4 und S5 geöffnet sind. Die elektrische Länge der Leiterabschnitte beträgt näherungsweise λ/4 für die Grund- welle. Damit wird der Kurzschluß am unteren Ende der Leitung in einen Leerlauf am oberen Ende, also in den Knoten Knl, Kn2 und Kn4, transformiert. Der Signalpfad ist die direkte Verbindung von der PA zur Antenne. Die Leerläufe in den genannten Knoten machen die kurzgeschlossenen Leiterabschnitte für das Signal im Signalpfad gewissermaßen unsichtbar. Daher kann das Signal ungehindert zur Antenne gelangen. Für die Oberwelle, also ein Signal bei 1800 MHz, beträgt die elektrische Länge der oben genannten Leiterabschnitte jedoch λ/2, und hiermit wird der Kurzschluß am "unteren" Ende wiederum in einen Kurzschluß in den oben genannten Knoten transformiert. Diese Kurzschlüsse im Signalpfad führen nun zur gewünschten hohen Dämpfung für die Oberwelle. Da es nun aber gilt, nicht nur eine Frequenz, sondern ein ganzes Frequenzband analog zum Sendeband bei GSM zu bedampfen, werden die Leitungslängen für die Leitungen 2b, 2c und 2e in der Praxis unterschiedlich lang gewählt, so daß sich der geforderte breite Sperrbereich für die Oberwellen ergibt. Des weiteren werden auch die Leiterlängen von 2a und 2d sowie die Breiten aller Leitungen angepaßt, um das gewünschte Ziel zu erreichen. Es gilt hierbei, durch Anpassung der Geometrien auch unerwünschte parasitäre Eigenschaften der nicht idealen Schaltelemente usw. zu kompensieren. Zur rechnerischen Lösung des Problems wird ein Schaltungssimulator herangezogen. Im Ergebnis weichen vor allem die Längen der Leiterabschitte 2a und 2d erheblich von den theoretischen Längen, nämlich λ/8 bei 900 MHz, ab. In dieser Anordnung wirkt das Filterelement 2 als Oberwellenfilter für die GSM-Sende-/Empfangsfrequenz von etwa 900 MHz, das insbesondere die erste Oberwelle bei etwa 1800 MHz unterdrückt, die ansonsten in störender Weise im bzw. unmittelbar benachbart zum PCN-Band abgestrahlt würde.
Fig. 1B zeigt die Anordnung im Sendebetrieb im PCN-Band, bei dem alle HF-Schalter Sl bis S5 geöffnet und somit sämtliche Masse- und Empfängerverbindungen unterbrochen sind und ledig- lieh eine Signalverbindung zwischen der Sendeendstufe PA und der Antenne ANT besteht. In dieser Anordnung erfolgt eine Abstrahlung im PCN-Band bei 1800 MHz, ohne daß eine Filterwirkung für das PCN-Band ausgeübt würde.
Fig. IC zeigt die Anordnung im GSM-Empfangsbetrieb bei
900 MHz, in dem der zweite HF-Schalter S2 das empfängersei- tige Ende des Leiterabschnitts 2c gegen Masse schaltet und die Antenne über den fünften Leiterabschnitt 2e und den ebenfalls geschlossenen Schalter S5 mit dem Empfängereingang RXGSM verbunden ist. Die übrigen Schalter sind geöffnet. In dieser Schalterstellung gelangen die im GSM-Frequenzband liegenden Antennensignalanteile praktisch unbedämpft zum GSM- Empfängereingang.
Im Empfangsfall muß die komplexe Impedanz des Senders (der PA) für das EmpfangsSignal unsichtbar gemacht werden, d.h. der Sender muß von den Empfängern isoliert werden. Dies wird folgendermaßen erreicht: Bei GSM-Empfangsbetrieb ist Sl offen. Die offene Leitung 2b transformiert den Leerlauf in einen Kurzschluß im Knoten Knl. Dieser Kurzschluß schließt die Ausgangsimpedanz der Sendeendstufe kurz und macht sie so für das EmpfangsSignal gewissermaßen unsichtbar. Die Leiterabschnitte 2a und 2d ergeben für GSM (900 MHz) jedoch λ/4 und transformieren somit den Kurzschluß im Knoten Knl in einen Leerlauf im Knoten Kn4, jedenfalls was die Schaltung links vom Knoten Kn4 betrifft. Somit beeinträchtigt dieser Teil der Schaltung den Signalfluß beim Empfang von GSM nicht weiter.
Fig. ID zeigt die Anordnung im Empfangsbetrieb im PCN-Band bei 1800 MHz, wobei der erste Schalter Sl und der vierte Schalter S4 geschlossen und die drei übrigen Schalter geöffnet sind. Hiermit wird eine direkte Verbindung zwischen der Antenne ANT und dem Empfängereingang RXPCN sowie parallel eine MasseVerbindung am masseseitigen Ende des Leiterabschnitts 2b hergestellt. Hierbei erfolgt eine starke Bedämp- fung der im GSM-Bereich um 900 MHz liegenden Anteile des
Antennensignals, während die im PCN-Band bei 1800 MHz liegenden Signalanteile im wesentlichen ungedämpft zum Empfängereingang RXPCN gelangen.
Die Isolation der PA beim Empfang von PCN erfolgt prinzipiell analog zum GSM-Empfang: Hier ist Sl geschlossen, und der Kurzschluß wird durch die elektrische Länge von λ/2 für PCN wiederum in einen Kurzschluß im Knoten Knl transformiert. Analog zum Fall für GSM transformiert sich dieser Kurzschluß durch die Leitung 2a in einen Leerlauf im Knoten Kn2, soweit die Schaltung links vom Knoten Kn2 betrachtet wird. Da das Sendeband für PCN nicht exakt auf der doppelten Frequenz des Sendebands für GSM liegt, sind weitere Korrekturen erforderlich. So werden Blindleitwerte (im vorliegenden Fall Kondensatoren, es wären bei anderen Frequenzverhältnissen je- doch auch Spulen denkbar) in den Knoten Knl und Kn2 gegen Masse zur Kompensation vorgesehen. Auch im Knoten Kn3 ist ggf. ein Kompensationselement vorzusehen.
In einer bevorzugten Realisierung werden auch zwei Leitungen parallel zur Leitung 2a geführt, welche als Riehtkoppler dienen, um im Sendefall den Fluß der Leistung zur Antenne hin und die evtl. reflektierte Leistung im Fall von Fehlanpassung zu detektieren.
Wie aus den obigen Erläuterungen deutlich wird, zeichnet sich die bevorzugte Ausführungsform dadurch aus, daß ein aus zusammenhängenden Leiterabschnitten gebildetes Filterelement, dem zwei Empfängereingangs- und drei Masseschalter zugeordnet sind, sämtliche Funktionen der Sender-/Empfänger-Umschaltung sowie der Umschaltung zwischen den beiden Empfängereingängen und schließlich der Bedämpfung der im jeweiligen Betriebsmodus nicht benötigten bzw. störenden Signalanteile ausführt. Damit wird eine erhebliche Vereinfachung gegenüber bekannten Konfigurationen erreicht .
Die Ausführung der Erfindung ist jedoch nicht auf die beschriebene Ausführungsform beschränkt. Vielmehr ist deren Anwendung auch im Rahmen anderer Funksysteme, beispielsweise bei einem kombinierten GSM-/DECT-Endgerät oder bei anderen Mehrband-Sende-/Empfangsstationen für die mobile Telekommunikation möglich. Sie ist insbesondere auch in anderen als den oben genannten Frequenzbändern bei 900 und 1800 MHz möglich. Auch die dargestellte geometrische Konfiguration kann abgewandelt werden, solange die Realisierung der erforderlichen Dämpfungswerte für die auszufilternden Signalkomponenten sichergestellt ist.

Claims

Patentansprüche
1. Sender-/Empfänger-Einheit (1) für den Betrieb auf mindestens einer ersten und einer zweiten Sende-/Empfangsfrequenz, insbesondere zum Einsatz bei zwei Systemen der mobilen Telekommunikation mit unterschiedlicher Sende-/Empfangs- frequenz, mit mindestens einer Sendeendstufe (PA) , einem Empfangsteil mit einem ersten und einem zweiten Eingang (RXPCN, RXGSM) , an denen dieses auf die erste bzw. zweite Sende-/Empfangsfre- quenz abgestimmt ist, und einer für die erste und zweite Sende-/Empfangsfrequenz genutzten Sende-/Empfangsantenne (ANT) , gekennzeichnet durch genau eine Sendeendstufe für die erste und zweite Sendefrequenz und genau ein schaltbares Filterelement (2) , über das die Sendeendstufe und der erste und zweite Eingang des Empfangsteils mit der Sende-/Empfangsantenne verbindbar sind.
2. Sender-/Empfänger-Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Filterelement (2) separate Anzapfungen zur Verbindung mit dem Ausgang der Sendeendstufe (PA) und dem ersten und zweiten Eingang (RXPCN, RXGSM) des Empfangsteils aufweist, wobei zwischen dem ersten und zweiten Eingang des Empfangsteils und den entsprechenden Anzapfungen des Filterelements jeweils ein HF-Schalter (S4, S5) vorgesehen ist.
3. Sender-/Empfänger-Einheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch geke nzeichnet, daß das Filterelement (2) eine Mehrzahl von HF-Leitern oder - Leiterabschnitten (2a bis 2e) umfaßt, deren jeweilige elektrische Länge, Leiterbahnbreite und Verkettungs-Konfiguration zur Realisierung vorbestimmter Dämpfungseigenschaften auf die erste und zweite Sende-/Empfangsfrequenz abgestimmt sind.
4. Sender-/Empfänger-Einheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Filterelement (2) aus zusammenhängenden Leiterabschnitten (2a bis 2e) eines Leiterzugs gebildet ist.
5. Sender-/Empfänger-Einheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Ausbildung zur Verarbeitung von Sende-/Empfangssignalen mit einer ersten und zweiten Sende-/Empfangsfrequenz, wobei die zweite Sende-/Empfangsfrequenz etwa das Doppelte der ersten Sende-/Empfangsfrequenz beträgt.
6. Sender-/Empfänger-Einheit nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Filterelement (2) einen ersten bis fünften Knoten (Knl bis Kn5) und einen ersten bis fünften HF-Leiter bzw. - Leiterabschnitt (2a bis 2e) umfaßt, wobei der erste Knoten (Knl) am Ausgang der Sendeendstufe (PA) liegt, der erste Leiterabschnitt (2a) eine erste elektrische Länge aufweist und sich zwischen dem ersten Knoten (Knl) und dem zweiten Knoten (Kn2) erstreckt, der zweite Leiterabschnitt (2b) eine zweite elektrische Länge aufweist und sich zwischen dem ersten Knoten (Knl) und einer Masseverbindung erstreckt, der dritte Leiterabschnitt im wesentlichen die zweite elektrische Länge aufweist und sich zwischen dem zweiten Knoten (Kn2) und dem dritten Knoten (Kn3) erstreckt, über den er mit dem ersten Eingang (RXPCN) des Empfangsteils sowie Masse verbindbar ist, der vierte Leiterabschnitt (2d) im wesentlichen die erste elektrische Länge aufweist und sich zwischen dem zweiten Knoten (Kn2) und dem vierten Knoten (Kn4) erstreckt, der der Sende-/Empfangsantenne (ANT) zugeordnet ist, und der fünfte Leiterabschnitt (2e) im wesentlichen die zweite elektrische Länge aufweist und sich zwischen dem vierten Knoten (Kn4) und dem fünften Knoten (Kn5) erstreckt, über den er mit dem zweiten Eingang (RXGSM) des Empfangsteils und Masse verbindbar ist.
7. Sender-/Empfänger-Einheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem masseverbindungsseitigen Ende des zweiten Leiterabschnitts (2b) sowie dem vierten und fünften Knoten (Kn4, Kn5) jeweils ein HF-Masseschalter (Sl, S2, S3) zugeordnet sind.
8. Sender-/Empfänger-Einheit nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste elektrische Länge einen Wert von etwa λχ/β und die zweite elektrische Länge einen Wert von etwa λι/4, bezogen auf die der ersten Sende-/Empfangsfrequenz entsprechende Wellenlänge λi, hat.
9. Sender-/Empfänger-Einheit nach Anspruch 7 oder 8, gekennzeich et durch die Ausbildung als Dualband-Sender-/Empfängereinheit mit einer ersten Sende-/Empfangsfrequenz von etwa 900 MHz für ein GSM-Mobilfunknetz und einer zweiten Sende-/Empfangsfrequenz von etwa 1800 MHz, insbesondere für ein PCN-Mobilfunknetz oder DECT-Schnurlostelefonie.
10. Sender-/Empfänger-Einheit nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die HF-Leiter bzw. -Leiterabschnitte (2a bis 2e) in
Stripline- oder Microstrip-Technik ausgeführt sind.
11. Sender-/Empfänger-Einheit nach einem der Ansprüche 5 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die HF-Schalter (Sl bis S5) als PIN-Dioden oder GaAs-FET- Schalter ausgeführt sind.
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