WO2000049675A1 - Dämpfungsarme filter/schalteranordnung - Google Patents

Dämpfungsarme filter/schalteranordnung Download PDF

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WO2000049675A1
WO2000049675A1 PCT/DE1999/002255 DE9902255W WO0049675A1 WO 2000049675 A1 WO2000049675 A1 WO 2000049675A1 DE 9902255 W DE9902255 W DE 9902255W WO 0049675 A1 WO0049675 A1 WO 0049675A1
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frequency
line
transmitter
low
circuit arrangement
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PCT/DE1999/002255
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English (en)
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Inventor
Gerhard Schmidt
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/20—Frequency-selective devices, e.g. filters
    • H01P1/201—Filters for transverse electromagnetic waves
    • H01P1/203—Strip line filters
    • H01P1/2039—Galvanic coupling between Input/Output
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/20—Frequency-selective devices, e.g. filters
    • H01P1/212—Frequency-selective devices, e.g. filters suppressing or attenuating harmonic frequencies

Definitions

  • the invention relates to a circuit arrangement for switching over the transmission characteristic of an HF line or filter and a switchable transmitter / receiver for transmitting / receiving HF signals with a first frequency fl and a second frequency f2 in the range of a higher harmonic of f1.
  • harmonic suppression When generating high-frequency signals of a certain fundamental frequency fl, additional harmonic signals, in particular the frequency 2fl, are always generated due to the non-linearities of the components used. Effective suppression of these parasitic higher harmonics is desirable for many applications. If the harmonic suppression is realized with conventional filter technology such as low-pass filters or the like, problems arise, however, when an RF line or circuit arrangement is to be designed for two different frequencies, the higher frequency in each case being in the region of a higher harmonic of the lower frequency. An example of this are so-called dual-mode cell phones, which are both in the GSM frequency band in the 900 MHz and in the
  • PCN frequency band in the range of 1710-1785 MHz should be operable.
  • the invention is therefore based on the object of a switch arrangement for switching the transmission characteristic of an RF line or a filter between a first state for transmitting a first frequency fl and a second state for transmitting a second frequency f2 in the higher harmonic range of fl to propose, in which the higher harmonic of fl is suppressed in the first state and which has the lowest possible signal attenuation for both frequencies.
  • the object is achieved by a switch arrangement with a ⁇ / 4-line element connected to the HF line, which can be connected in a switchable manner with a low-resistance termination.
  • the ⁇ / 4 line element represents a ⁇ / 2 line element for the double frequency 2fl, which in the short-circuited state brings about effective damping of the harmonic wave, while the fundamental frequency is not damped. If, however, the connection of the ⁇ / 4 line element to the low-resistance termination, preferably ground, is interrupted, the higher frequency f2 in the region of 2fl is not attenuated. A conventional low-pass filter with a correspondingly high cutoff frequency can then be selected to suppress the harmonics of f2.
  • the switch arrangement according to the invention can thus be used to switch between a frequency fl and a frequency f2 close to 2fl, with very low attenuation being possible for both frequencies, so that line paths and amplifier outputs can be used jointly for both frequencies.
  • this can save costs, space and weight.
  • the invention also proposes a switchable transmitter / receiver for transmitting / receiving RF signals with a first frequency fl and a second frequency f2 in the range of a higher harmonic of fl with a first RF unit for generating transmission signals of the frequencies fl and f2, a receiving unit for receiving signals of frequencies fl and f2, a signal output connected via a branch to the RF unit and the receiving unit, a ⁇ / 4 line element connected between the RF unit and the signal input / output, which by means of a first Switching element can be connected with a low-resistance termination, a line element arrangement arranged between the branching and the RF unit with two series-connected ⁇ / 8-
  • Line elements whose connection point connects to a low-resistance connection by means of a second switching element. bar and a third switching element for switching between transmitting and receiving operation.
  • the ⁇ ⁇ / 4 line element enables switching between low-attenuation transmission of frequency fl with simultaneous suppression of harmonic wave 2fl and low-attenuation transmission of frequency f2.
  • the line element arrangement with two ⁇ / 8 line elements connected in series enables a high impedance of the respective operating frequency fl or f2 in reception mode at the junction in the direction of the transmission branch.
  • the ⁇ / 4 line element can preferably be connected to ground by means of a switchable diode, for example a PIN diode.
  • a low-pass filter with a suitable cutoff frequency can be provided to dampen higher harmonics of the higher frequency f2.
  • ⁇ / 4 and ⁇ / 8 line elements can preferably be designed as strip lines, microstrip lines or coaxial cables.
  • a suitable dielectric is, for example, printed circuit board material which does not incur any additional costs or a ceramic substrate which, owing to its higher dielectric constant, permits smaller dimensions of the line elements.
  • Figure 1 is a block diagram of an embodiment of a switch arrangement according to the invention
  • Figure 2 is a block diagram of an embodiment of a transmitter / receiver according to the invention
  • FIG. 3 shows a computer simulation of the frequency response of a transmitter / receiver according to the invention in transmission mode with the frequency fl;
  • FIG. 4 shows a computer simulation of the frequency response of a transmitter / receiver according to the invention in transmission mode at frequency f2;
  • FIG. 5 shows a computer simulation of the frequency response of a transmitter / receiver according to the invention in reception mode at frequency f1;
  • FIG. 6 shows a computer simulation of the frequency response of a transmitter / receiver according to the invention in reception mode at frequency f2;
  • Figure 7 is a block diagram of another embodiment of a circuit arrangement according to the invention.
  • FIG. 1 shows schematically a block diagram of an exemplary embodiment of a switch arrangement according to the invention for switching the transmission characteristic of an HF line 2.
  • a signal input 3 and a signal output 4 are shown schematically.
  • a ⁇ / 4 line element is arranged at a junction between input 3 and output 4 and is connected to ground via a switchable PIN diode 6.
  • the ⁇ / 4 line element can be designed as a strip line, microstrip line or coaxial conductor, with conventional printed circuit board material, for example glass fiber reinforced plastic or a ceramic material, being suitable as the dielectric.
  • a low-pass filter 8, 9 is additionally arranged, the cut-off frequency of which is selected such that the lower frequency fl and the higher one Frequency f2 are both transmitted with low attenuation, but harmonics 2f2 are damped.
  • the switchable PIN diode 6 can be used to switch the switch arrangement between the two states - low-loss transmission of fl and suppression of 2fl when the diode 6 is closed and low-loss transmission of f2 when the diode 6 is open. If the diode 6 is switched to forward operation, ie the ⁇ / 4 line element 5 is short-circuited to ground, then the ⁇ / 4 circuit element 5 acts with respect to signals of the fundamental frequency fl as a ⁇ / 4-line transformer short-circuited to ground, so that the short-circuiting effect occurs through the HF line 2 is transformed into signals of the frequency f 1 being idle and these signals can be conducted with very little attenuation.
  • the ⁇ / 4 line element represents a ⁇ 2/2 line element, so that no impedance transformation takes place.
  • two or more ⁇ / 4 line elements can be connected in series.
  • FIG. 2 shows schematically in a block diagram an exemplary embodiment of a switchable transmitter / receiver 10 according to the invention.
  • An HF connection 22 is connected via a branch 23 to a transmitting branch with an HF unit or amplifier 11 and a receiving branch with a receiving unit 13, 14 .
  • a conventional low-pass filter 20, 21 can be arranged between the RF connection 22 and the branch 23.
  • the receiving unit consists of a crossover 13 and receivers 14, 14 for receiving signals of the frequency fl RX or f2 R.
  • Arranged between branch 23 and crossover 13 is a switchable through a control terminal D PIN diode 19 for switching the RF signal from the RF terminal 22 to the receiving branch in the receiving mode and for isolating the RF signal to the receiving branch in the transmitting mode.
  • a directional coupler 12 can be arranged between the RF unit 11, which has amplifier output stages for the frequencies fl and f2, and the branching point 23. This function is preferably combined with that of the two ⁇ / 8 line transformers 17.
  • ⁇ / 4- line elements 15 are arranged as in the switch arrangement of Figure 1, each of which can be short-circuited to ground by means of a PIN diode which can be switched via a control connection A or B. With closed diodes 16, which operate in the forward mode, harmonics of the frequency 2fl are effectively suppressed when the HF unit 11 is operated at the fundamental frequency fl with a low-attenuation transmission of the frequency fl.
  • Such low-attenuation transmission of the high-frequency signals from the amplifier output stage to the antenna is particularly important in the case of mobile telephones in which a low power consumption is urgently desired for reasons of space and weight.
  • the connection between the ⁇ / 4 line element 15 and ground is interrupted by the diodes 16, the frequency f2, which is in the range of the second harmonic 2fl of the basic frequency fl, can also be transmitted to the HF connection 22 with low attenuation in this switching state .
  • the low-pass filter 20, 21 with a correspondingly selected cutoff frequency serves to suppress the harmonics of f2.
  • a line element arrangement with two ⁇ / 8 line elements 17 is provided, the connection point 24 of which is in turn connected to ground via a switchable PIN diode 18.
  • the switch C In reception mode at frequency fl, the switch C (diode 18) is open, so that the branch 23 at frequency fl is terminated with ⁇ / 2 at idle via the line elements 17, 17, 15.
  • the switch C In contrast, the switch C (diode 18) is closed in the receive mode at frequency f2, so that the branching point 23 is terminated with ⁇ 2/4 with respect to ground at the operating frequency f2. This prevents the reception signal from being diverted into the transmission branch.
  • the position of the four switches A, B, C and D (diodes 16, 16, 18 and 19) for the respective operating states of the transmitter / receiver in FIG. 2 is shown in the following truth table:
  • a 1 means that the switch is closed (diode in forward mode), 0 that the switch is open and - that the switch position is irrelevant.
  • FIGS. 3 to 6 A computer simulation of a preferred circuit arrangement according to the invention shown in FIG. 7 with a total of three line element branches 15 is shown in FIGS. 3 to 6.
  • the attenuation between the ports [1] and [2] (transmission case) or [2] and [3] (reception case) (reference numerals 25, 26, 27) is plotted as a function of the frequency.
  • the spread of the damping values results from a Monte Carlo simulation taking into account a realistic spread of the component parameters.
  • Figure 3 shows the frequency response during transmitter operation with a frequency fl (see above truth table). It can be clearly seen from FIG. 3 that the attenuation in the range of the GSM transmission frequency (approx. 900 MHz) is very low, but in the range of the second harmonic is between 40 dB and 60 dB.
  • FIG. 5 shows the circuit arrangement according to the invention in reception mode at the lower frequency f1. It is essential that the damping is again as low as possible in the range of the working frequency of 900 MHz.
  • FIG. 6 shows the transceiver in the receive mode at the higher frequency f2.
  • the attenuation is again minimized in the range of this operating frequency (between 1700 MHz and 1800 MHz).
  • the circuit arrangement according to the invention thus enables low-loss transmission and reception operation with simultaneous harmonic suppression at two frequencies fl and f2, the frequency f2 being in the region of a harmonic of the frequency fl, in particular 2fl.
  • the invention is particularly applicable to mobile telephones which can be used both in the GSM frequency band and in the PCN frequency band.

Abstract

Eine Schaltungsanordnung zum Umschalten der Übertragungscharakteristik einer HF-Leitung (2) zwischen einem ersten Zustand zur Übertragung einer ersten Frequenz f1 (Wellenlänge μ1) und einem zweiten Zustand zur Übertragung einer zweiten Frequenz f2 im Bereich einer höheren Harmonischen von f1 weist ein mit der HF-Leitung verbundenes (μ1/4-Leitungselement (5) auf, das schaltbar mit einem niederohmigen Abschluß verbindbar ist. Die (μ1/4-Leitung (5) stellt für die höhere Frequenz f2 ungefähr eine (μ2/2-Leitung dar. Wird diese gegen Masse kurzgeschlossen, so wird die höhere Frequenz f2 und damit auch Harmonische der Frequenz f1 kurzgeschlossen, während Signale der Frequenz f1 mit geringer Dämpfung übertragen werden. Wird die Verbindung des Leitungselements gegen Masse unterbrochen, werden beide Frequenzen dämpfungsarm übertragen. Die Schaltungsanordnung ist insbesondere anwendbar zur umschaltbaren Unterdrückung von Oberwellen der Grundfrequenz eines HF-Senders oder HF-Senders/Empfängers, die im Bereich einer zweiten Betriebsfrequenz liegen.

Description

Beschreibung
Dämpfungsarme Filter/Schalteranordnung
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Umschalten der Übertragungscharakteristik einer HF-Leitung oder - Filters und einen umschaltbaren Sender/Empfänger zum Senden/Empfangen von HF-Signalen mit einer ersten Frequenz fl und einer zweiten Frequenz f2 im Bereich einer höheren Harmo- nischen von f1.
Bei der Erzeugung von Hochfrequenzsignalen einer bestimmten Grundfrequenz fl werden aufgrund von Nichtlinearitäten der jeweils verwendeten Bauelemente immer zusätzlich Oberwellen- signale, insbesondere der Frequenz 2fl erzeugt. Für viele Anwendungsfälle ist eine wirksame Unterdrückung dieser parasitären höheren Harmonischen wünschenswert. Wird die Oberwellenunterdrückung mit herkömmlicher Filtertechnik wie etwa Tiefpaßfiltern oder dergleichen realisiert, treten jedoch dann Probleme auf, wenn eine HF-Leitung oder Schaltungsanordnung für zwei verschiedene Frequenzen ausgelegt sein soll, wobei die jeweils höhere Frequenz im Bereich einer höheren Harmonischen der niedrigeren Frequenz liegt. Ein Beispiel dafür sind sogenannte Dual-Mode-Mobiltelefone, die so- wohl im GSM-Frequenzband im Bereich von 900 MHz als auch im
PCN-Frequenzband im Bereich von 1710-1785 MHz betreibbar sein sollen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schal- teranordnung zum Umschalten der Übertragungscharakteristik einer HF-Leitung oder eines -Filters zwischen einem ersten Zustand zur Übertragung einer ersten Frequenz fl und einem .zweiten Zustand zur Übertragung einer zweiten Frequenz f2 im Bereich einer höheren Harmonischen von fl vorzuschlagen, bei der im ersten Zustand die höhere Harmonische von fl unterdrückt wird und die für beide Frequenzen eine jeweils möglichst geringe Signaldämpfung aufweist. Gelöst wird die Aufgabe durch eine Schalteranordnung mit einem mit der HF-Leitung verbundenen λι/4-Leitungselement, das schaltbar mit einem niederohmigen Abschluß verbindbar ist. Das λι/4-Leitungselement stellt für die doppelte Frequenz 2fl ein λι/2-Leitungselement dar, das in kurzgeschlossenem Zustand eine effektive Dämpfung der Oberwelle bewirkt, während die Grundfrequenz nicht gedämpft wird. Wird die Verbindung des λι/4-Leitungselements zu dem niederohmigen Abschluß, vor- zugsweise Masse, unterbrochen, so wird die höhere Frequenz f2 im Bereich von 2fl dagegen nicht gedämpft. Zur Unterdrückung der Oberwellen von f2 kann dann ein herkömmliches Tiefpaßfilter mit entsprechend hoher Abschneidefrequenz gewählt werden. Durch die erfindungsgemäße Schalteranordnung kann so zwischen einer Frequenz fl und einer Frequenz f2 nahe 2fl umgeschaltet werden, wobei für beide Frequenzen eine sehr geringe Dämpfung realisiert werden kann, so daß Leitungswege und Verstärkerausgänge für beide Frequenzen gemeinsam genutzt werden können. Für Dual-Mode-Mobiltelefone beispielsweise lassen sich dadurch Kosten-, Platz- und Gewichtsersparnisse realisieren.
Die Erfindung schlägt auch einen umschaltbaren Sender/Empfänger zum Senden/Empfangen von HF-Signalen mit einer ersten Frequenz fl und einer zweiten Frequenz f2 im Bereich einer höheren Harmonischen von fl mit einer ersten HF-Einheit zur Erzeugung von Sendesignalen der Frequenzen fl und f2, einer Empfangseinheit zum Empfangen von Signalen der Frequenzen fl und f2, einem über eine Verzweigung mit der HF-Einheit und der Empfangseinheit verbundenen Signalausgang, einem zwischen der HF-Einheit und dem Signaleingang/-ausgang angeschlossenen λι/4-Leitungselement, das mittels eines ersten Schaltelements mit einem niederohmigen Abschluß verbindbar ist, einer zwischen der Verzweigung und der HF-Einheit angeordneten Lei- tungsele entanordnung mit zwei in Serie geschalteten λι/8-
Leitungselementen, deren Verbindungspunkt mittels eines zweiten Schaltelements mit einem niederohmigen Anschluß verbind- bar ist und einem dritten Schaltelement zum Umschalten zwischen Sende- und Empfangsbetrieb auf.
Das λι/4-Leitungselement ermöglicht wie bei der durch An- spruch 1 definierten Schalteranordnung ein Umschalten zwischen dämpfungsarmer Übertragung der Frequenz fl bei gleichzeitiger Unterdrückung der Oberwelle 2fl und dämpfungsarmer Übertragung der Frequenz f2. Die Leitungselementanordnung mit zwei in Serie geschalteten λι/8-Leitungselementen ermöglicht eine hohe Impedanz der jeweiligen Betriebsfrequenz fl oder f2 im Empfangsbetrieb an der Verzweigung in Richtung Sendezweig.
Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Das λι/4-Leitungselement ist vorzugsweise mittels einer schaltbaren Diode, beispielsweise einer PIN-Diode schaltbar mit Masse verbindbar.
Zur Dämpfung höherer Harmonischer der höheren Frequenz f2 kann ein Tiefpaßfilter mit einer geeigneten Grenzfrequenz vorgesehen sein.
λχ/4- und λι/8-Leitungselemente können vorzugsweise als Streifenleitungen, Mikrostreifenleitungen oder Koaxialkabel ausgebildet sein. Als Dielektrikum eignet sich dabei beispielsweise Leiterplattenmaterial, das keine zusätzlichen Kosten verursacht oder ein Keramiksubstrat, das aufgrund seiner höheren Dielektrizitätskonstante geringere Abmessungen der Leitungselemente zuläßt.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Aus- führungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen im Detail erläutert, in denen
Figur 1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schalteranordnung ist; Figur 2 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Senders/Empfängers ist;
Figur 3 eine Computersimulation des Frequenzgangs eines erfindungsgemäßen Senders/Empfängers im Sendebetrieb mit der Frequenz fl zeigt;
Figur 4 eine Computersimulation des Frequenzgangs eines er- findungsgemäßen Senders/Empfängers im Sendebetrieb bei Frequenz f2 zeigt;
Figur 5 eine Computersimulation des Frequenzgangs eines erfindungsgemäßen Senders/Empfängers im Empfangsbetrieb bei Frequenz fl zeigt;
Figur 6 eine Computersimulation des Frequenzgangs eines erfindungsgemäßen Senders/Empfängers im Empfangsbetrieb bei Frequenz f2 zeigt; und
Figur 7 ein Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist.
Figur 1 zeigt schematisch als Blockschaltbild ein Aus- führungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schalteranordnung zum Umschalten der Übertragungscharakteristik einer HF-Leitung 2. Schematisch ist ein Signaleingang 3 und ein Signalausgang 4 dargestellt. An einer Verzweigung zwischen Eingang 3 und Ausgang 4 ist ein λι/4-Leitungselement ange- ordnet, das über eine schaltbare PIN-Diode 6 mit Masse verbunden ist. Das λι/4-Leitungselement kann als Streifenleitung, Mikrostreifenleitung oder Koaxialleiter ausgebildet sein, wobei sich als Dielektrikum gewöhnliches Leiterplattenmaterial, beispielsweise glasfaserverstärkter Kunststoff oder ein Keramikmaterial eignet. In Richtung Ausgang 4 ist zusätzlich ein Tiefpaßfilter 8, 9 angeordnet, dessen Grenzfrequenz so gewählt ist, daß die niedrigere Frequenz fl und die höhere Frequenz f2 beide dämpfungsarm transmittiert werden, Oberwellen 2f2 jedoch gedämpft werden.
Durch die schaltbare PIN-Diode 6 läßt sich die Schalter- anordnung zwischen den beiden Zuständen - dämpfungsarme Transmission von fl und Unterdrückung von 2fl bei geschlossener Diode 6 und dämpfungsarme Transmission von f2 bei geöffneter Diode 6 - umschalten. Ist die Diode 6 auf Durchlaßbetrieb geschaltet, d. h. das λι/4-Leitungselement 5 gegen Masse kurzgeschlossen, so wirkt das λι/4-Schaltungselement 5 gegenüber Signalen der Grundfrequenz fl als gegen Masse kurzgeschlossener λι/4-Leitungstransformator, so daß die Kurzschlußwirkung für durch die HF-Leitung 2 geleitete Signale der Frequenz fl in einen Leerlauf transformiert wird und die- se Signale sehr dämpfungsarm geleitet werden können. Gegenüber Signalen der zweiten Harmonischen mit der Frequenz 2fl stellt das λι/4-Leitungselement jedoch ein λ2/2- Leitungselement dar, so daß keine Impedanztransformation stattfindet. Zur weiteren Verstärkung der Oberwellen- Unterdrückung können zwei oder mehrere λι/4-Leitungselemente hintereinander geschaltet werden.
Figur 2 zeigt schematisch in einem Blockschaltbild ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen umschaltbaren Sen- ders/Empfängers 10. Ein HF-Anschluß 22 ist über eine Verzweigung 23 mit einem Sendezweig mit einer HF-Einheit oder Verstärker 11 und einem Empfangszweig mit einer Empfangseinheit 13, 14 verbunden. Zwischen dem HF-Anschluß 22 und der Verzweigung 23 kann ein herkömmliches Tiefpaßfilter 20, 21 ange- ordnet sein. Die Empfangseinheit besteht aus einer Frequenzweiche 13 und Empfängern 14, 14 zum Empfang von Signalen der Frequenz flRX bzw. f2R. Zwischen Verzweigung 23 und Frequenzweiche 13 ist eine über einen Steueranschluß D schaltbare PIN-Diode 19 zum Durchschalten des HF-Signals vom HF-Anschluß 22 zum Empfangszweig im Empfangsbetrieb und zur Isolation des HF-Signals zum Empfangszweig im Sendebetrieb angeordnet. Zwischen HF-Einheit 11, die Verstärkerendstufen für die Frequenzen fl und f2 aufweist, und dem Verzweigungspunkt 23 kann ein Richtkoppler 12 angeordnet sein. Vorzugsweise wird diese Funktion mit der der beiden λι/8-Leitungstransformatoren 17 kombiniert. Zur Dämpfung von Oberwellen im Sendebetrieb sind wie bei der Schalteranordnung von Figur 1 λι/4- Leitungselemente 15 angeordnet, die jeweils mittels einer über einen Steueranschluß A bzw. B schaltbaren PIN-Diode mit Masse kurzschließbar sind. Bei geschlossenen Dioden 16, die im Durchlaßbetrieb arbeiten, werden so Oberwellen der Frequenz 2fl bei Betrieb der HF-Einheit 11 mit der Grundfrequenz fl bei dämpfungsarmer Transmission der Frequenz fl wirksam unterdrückt. Eine solche dämpfungsarme Übertragung der Hochfrequenzsignale von der Verstärkerendstufe zur Antenne ist insbesondere bei Mobiltelefonen bedeutsam, bei denen aus Platz- und Gewichtsgründen eine geringe Leistungsaufnahme dringend erwünscht ist. Wird durch die Dioden 16 die Verbindung zwischen λι/4-Leitungselement 15 und Masse unterbrochen, so kann in diesem Schaltzustand die Frequenz f2, die im Be- reich der zweiten Harmonischen 2fl der Grundfrequenz fl liegt, ebenfalls dämpfungsarm zum HF-Anschluß 22 übertragen werden. Der Unterdrückung der Oberwellen von f2 dient das Tiefpaßfilter 20, 21 mit entsprechend gewählter Grenzfrequenz .
Zur Unterdrückung von Empfangssignalen im Senderzweig ist eine Leitungselementanordnung mit zwei λι/8-Leitungselementen 17 vorgesehen, deren Verbindungspunkt 24 wiederum über eine schaltbare PIN-Diode 18 mit Masse verbunden ist. Im Empfangs- betrieb bei Frequenz fl ist der Schalter C (Diode 18) offen, so daß die Verzweigung 23 bei der Frequenz fl über die Leitungselemente 17, 17, 15 mit λι/2 im Leerlauf abgeschlossen ist. Demgegenüber wird im Empfangsbetrieb bei Frequenz f2 der Schalter C (Diode 18) geschlossen, so daß der Ver- zweigungspunkt 23 bei der Betriebsfrequenz f2 mit λ2/4 gegenüber Masse abgeschlossen ist. So wird jeweils eine Ableitung des Empfangssignals in den Sendezweig verhindert. Die Stellung der vier Schalter A, B, C und D (Dioden 16, 16, 18 und 19) für die jeweiligen Betriebszustände des Senders/Empfängers von Figur 2 ist in der folgenden Wahrheitstabelle dargestellt:
Figure imgf000009_0001
Dabei bedeutet eine 1, daß der Schalter geschlossen ist (Diode im Durchlaßbetrieb) , eine 0, daß der Schalter geöffnet ist und -, daß die Schalterstellung irrelevant ist.
Eine Computersimulation einer in Figur 7 dargestellten bevorzugten erfindungsgemä en Schaltungsanordnung mit insgesamt drei Leitungselementästen 15 ist in den Figuren 3 bis 6 dar- gestellt. Dabei ist die Dämpfung zwischen den Ports [1] und [2] (Sendefall) bzw. [2] und [3] (Empfangsfall) (Bezugszeichen 25, 26, 27) in Abhängigkeit von der Frequenz aufgetragen. Die Streuung der Dämpfungswerte ergibt sich aus einer Monte Carlo-Simulation unter Berücksichtigung einer realisti- sehen Streuung der Bauelementeparameter.
Figur 3 zeigt den Frequenzgang beim Senderbetrieb mit einer Frequenz fl (vgl. obige Wahrheitstabelle). Aus Figur 3 ist deutlich zu erkennen, daß die Dämpfung im Bereich der GSM- Sendefrequenz (ca. 900 MHz) sehr gering, im Bereich der zweiten Harmonischen jedoch zwischen 40 dB und 60 dB liegt.
Im Sendebetrieb bei der höheren Frequenz f2 (beispielsweise PCN; Figur 4) , ist die Dämpfung im Sendefrequenzbereich zwi- sehen 1700 und 1800 MHz dagegen gering. Das Dämpfungsmaximum bei ungefähr 900 MHz ist nicht auf einen erfindungsgemäßen Effekt zurückzuführen. Figur 5 zeigt die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung im Empfangsbetrieb bei der niedrigeren Frequenz f1. Wesentlich ist, daß wiederum die Dämpfung im Bereich der Arbeitsfrequenz von 900 MHz möglichst gering ist.
Schließlich zeigt Figur 6 die Sende/Empfangsvorrichtung im Empfangsbetrieb bei der höheren Frequenz f2. Wiederum ist die Dämpfung im Bereich dieser Arbeitsfrequenz (zwischen 1700 MHz und 1800 MHz) minimiert.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ermöglicht so einen dämpfungsarmen Sende- und Empfangsbetrieb mit gleichzeitiger Oberwellenunterdrückung bei zwei Frequenzen fl und f2, wobei die Frequenz f2 im Bereich einer Harmonischen der Frequenz fl, insbesondere 2fl liegt. Die Erfindung ist insbesondere anwendbar für Mobiltelefone, die sowohl im GSM-Frequenzband als auch im PCN-Frequenzband einsetzbar sind.

Claims

Patentansprüche
1. Schaltungsanordnung zum Umschalten der Übertragungscharakteristik einer HF-Leitung (2) zwischen einem ersten Zustand zur Übertragung einer ersten Frequenz fl (Wellenlänge λl) und einem zweiten Zustand zur Übertragung einer zweiten Frequenz f2 im Bereich einer höheren Harmonischen von fl, aufweisend wenigstens ein mit der HF-Leitung (2) verbundenes λι/4- Leitungselement (5) , das schaltbar mit einem niederohmigen Abschluß verbindbar ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das λχ/4-Leitungselement (5) mittels einer Diode (6) schaltbar mit dem niederohmigen Abschluß verbindbar ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der niederohmige Abschluß Masse ist.
4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h ein Tiefpaßfilter (8, 9) zur Dämpfung von höheren Harmonischen der Frequenz f 2.
5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das λι/4-Leitungselement (5) als Streifenleitung, Mi- krostreifenleitung oder Koaxialkabel ausgebildet ist.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das λι/4-Leitungselement (5) Leiterplattenmaterial oder Keramiksubstrat als Dielektrikum aufweist.
7. HF-Sender aufweisend eine zwischen einer HF-Einheit und einer Sendeantenne angeordnete Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
8. Umschaltbarer Sender/Empfänger zum Senden/Empfangen von HF-Signalen mit einer ersten Frequenz fl (Wellenlänge λl) und einer zweiten Frequenz f2 im Bereich einer höheren Harmonischen von fl, aufweisend: eine HF-Einheit (11) zur Erzeugung von Sendesignalen der Fre- quenzen fl und f2, eine Empfangseinheit (13, 14) zum Empfang von Signalen der Frequenzen fl und f2, einen über eine Verzweigung (23) mit der HF-Einheit (11) und der Empfangseinheit (13, 14) verbundenen Signaleingang/-aus- gang (22), wenigstens ein zwischen der HF-Einheit (11) und dem Signal- eingang/-ausgang (22) angeschlossenes λ/4-Leitungselement (15), das mittels eines ersten Schaltelements (6) mit einem niederohmigen Abschluß verbindbar ist, und eine zwischen der Verzweigung (23) und der HF-Einheit (11) angeordnete Leitungselementanordnung (17, 18) mit zwei in Serie geschalteten λι/8-Leitungselementen (17), deren Verbindungspunkt (24) mittels eines zweiten Schaltelements (18) mit einem niederohmigen Abschluß verbindbar ist, ein drittes Schaltelement (19) zum Umschalten zwischen Sende- und Empfangsbetrieb.
9. Sender/Empfänger nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß erstes, zweites und drittes Schaltelement (19) jeweils eine schaltbare Diode aufweisen.
10. Sender/Empfänger nach Anspruch 8 oder 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der niederohmige Abschluß Masse ist.
11. Sender/Empfänger nach einem der Ansprüche 8 bis 10, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h ein zwischen der Verzweigung (23) und dem Signaleingang/-aus- gang (22) angeordnetes Tiefpaßfilter (20, 21) zur Dämpfung höherer Harmonischer der Frequenz f2.
12. Sender/Empfänger nach einem der Ansprüche 8 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Signaleingang/-ausgang (22) als HF-Antenne ausgebildet ist.
13. Sender/Empfänger nach einem der Ansprüche 8 bis 12, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h einen zwischen der HF-Einheit (11) und der Verzweigung (23) angeordneten Richtkoppler (12) .
14. Sender/Empfänger nach Anspruch 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Richtkoppler (12) mit den λι/8-Leitungselementen (17) kombiniert ausgebildet ist.
15. Sender/Empfänger nach einem der Ansprüche 8 bis 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das λχ/4-Leitungselement (15) und die λι/8-Leitungs- elemente (17) als Streifenleitung, Mikrostreifenleitung oder Koaxialkabel ausgebildet sind.
16. Sender/Empfänger nach Anspruch 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die λχ/4- und λι/8-Leitungselemente Leiterplattenmaterial oder Keramiksubstrat als Dielektrikum aufweisen.
17. Sender/Empfänger nach einem der Ansprüche 8 bis 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Frequenz fl eine GSM900-Mobilfunkfrequenz und die Frequenz f2 eine DCS1800, PCS1900 oder UMTS-Mobilfunkfrequenz ist.
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