DE10212380B4

DE10212380B4 - Radiofrequenz-Multiplexvorrichtung mit Kreuzsteuerung für ein Dualband-Mobiltelefon

Info

Publication number: DE10212380B4
Application number: DE2002112380
Authority: DE
Inventors: Olivier Jeunet
Original assignee: Sagem SA
Current assignee: Apple Inc
Priority date: 2001-03-20
Filing date: 2002-03-20
Publication date: 2006-06-01
Anticipated expiration: 2022-03-21
Also published as: FR2822612A1; GB0206446D0; FR2822612B1; GB2375905A; GB2375905B; DE10212380A1

Abstract

Multiplexvorrichtung mit einem ersten und einem zweiten Radiofrequenz-Umschaltkreis (1, 2), die jeweils einen ersten Eingangsport (EM1, EM2) mit einer diesem in Serie geschalteten ersten Diode (D1, D3) und einen zweiten Eingangsport (RE1, RE2) mit einer diesem parallel geschalteten zweiten Diode (D2, D4) und einen Ausgangsport (S1, S2) aufweisen, dadurch, gekennzeichnet, dass
– eine erste Steuerung (SW1) vorgesehen ist, die eine Steuerspannung zum gleichzeitigen Durchschalten der ersten Diode (D1) des ersten Kreises sowie der zweiten Diode (D4) des zweiten Kreises bereitstellt, und
– eine zweite Steuerung (SW4) vorgesehen ist, die eine Steuerspannung zum gleichzeitigen Durchschalten der zweiten Diode (D2) des ersten Kreises sowie der ersten Diode (D3) des zweiten Kreises bereitstellt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Radiofrequenz-(RF)-Multiplexvorrichtung mit Kreuzsteuerung für Dualbandmobiltelefone des GSM-DCS-Typs. Diese Vorrichtung wird im Bereich der Radiofrequenz-Elektronik verwendet, die Multiplexvorrichtungen einsetzt, um einen oder mehrere RF-Ports untereinander zu verbinden. Sie findet vor allem im Bereich der mobilen Dualbandtelefonie Anwendung, welche zur Sendung und zum Empfang von Nachrichten in zwei unterschiedlichen Frequenzbändern, wie z.B. den GSM- und DCS-Bändern, Multiplexvorrichtungen einsetzt.
In mobiler Dualbandtelefonie ist es notwendig, dass die Telefonantenne in beiden Sendebändern, z.B. GSM und DCS, Nachrichten senden bzw. empfangen kann, ohne dass die Sende- oder Empfangskanäle eines Bandes die Sendung oder den Empfang einer Nachricht in dem anderen Band stören. Mit anderen Worten, zur Sicherung einer guten Sende- und Empfangsqualität ist es wichtig, dass die Multiplexvorrichtung ständig eine starke Isolierung, einerseits zwischen den zwei aktiven Ports, also dem Antennenport und dem aktiven RF-Port, und andererseits zwischen den drei inaktiven RF-Ports, aufweist.
Zur Lösung dieses Problems gibt es derzeit eine Multiplexvorrichtung, die einen ersten pin-Diodenumschalter für das GSM-Band, einen zweiten pin-Diodenumschalter für das DCS-Band und einen GSM-DCS-Diplexerfilter, der beide Umschalter mit einer gemeinsamen Antenne verbindet, umfasst. In dieser in 1 dargestellten Vorrichtung sind die beiden Umschalter, oder Umschaltkreise, 1 und 2 voneinander unabhängig; sie sind nur über den Diplexerfilter 3 miteinander verbunden.
Jeder Umschaltkreis umfasst zwei Eingangsports (bzw. Eingangskanäle), und zwar einen Sende- und einen Empfangsport, und einen Ausgangsport (bzw. Ausgangskanal), der mit dem Diplexerfilter 3 verbunden ist, welcher wiederum mit der Antenne 4 des Mobiltelefons verbunden ist. Somit umfasst der Umschaltkreis 1 einen Sendeeingangsport EM1 und einen Empfangseingangsport RE1, die jeweils für die Sendung und den Empfang in dem GSM-Band sorgen. Er umfasst ebenfalls einen an dem Diplexerfilter 3 angeschlossenen Ausgangsport S1.
Der Umschaltkreis 2 umfasst einen Sendeport EM2 und einen Empfangsport RE2, die jeweils für die Sendung und den Empfang in dem DCS-Band sorgen. Er umfasst ebenfalls einen an dem Diplexerfilter 3 angeschlossenen Ausgangsport S2.
Dieser Diplexerfilter 3 ist ein Tiefpassfilter für das GSM-Band, d.h. für den Umschaltkreis 1, und ein Hochpassfilter für das DCS-Band, d.h. für den Umschaltkreis 2.
Der Umschaltkreis 1 umfasst eine erste Versorgungssteuerung SW1, die die Polarisierung einer an dem Sendeport EM1 in Serie geschalteten ersten Diode D1 gewährleistet, und eine mit einer zweiten Diode D2 an dem Empfangsport RE1 parallel angeschlossene zweite Versorgungssteuerung SW2.
Die erste Diode D1, auch Seriendiode des Kreises 1 genannt, und die zweite Diode D2, auch parallele Diode des Kreises 1 genannt, werden über ein Viertelwellennetz Q1, das in dem betreffenden Frequenzband abgestimmt ist, nämlich in dem GSM-Band für den Kreis 1, miteinander verbunden. Dieses Viertelwellennetz Q1 verhält sich wie ein an einem seiner Enden offener Kreis, wenn ein Kurzschluss an seinem anderen Ende angebracht wird, und umgekehrt. Zwischen dem Port EM1 und dem Port RE1 verbunden, wird es mittels einer Induktanz L5 ausgeführt, die zwischen zwei geerdeten Kondensatoren C5 und C5' verbundenen ist.
Diese Vorrichtung wird durch eine erste Steuerung SW1 gesteuert, welche über einen an einer Stossinduktanz L1 in Serie geschalteten Widerstand R1 mit der Seriendiode D1 des Sendeports EM1 verbunden ist. Eine zweite Steuerung SW2 ist an der parallelen Diode D2 des Empfangsports RE1 in Serie geschaltet.
In ähnlicher Weise ist der Umschaltkreis 2 mit dem Umschaltkreis 1 absolut identisch, abgesehen von den Werten der verschiedenen Bauteile, die jeweils für den Umschaltkreis 1 oder 2 auf das Frequenzband, in welchem das Senden oder Empfangen gewünscht wird, und insbesondere auf das GSM-Band für den Kreis 1 und auf das DCS-Band für den Kreis 2 abgestimmt sind.
Der Empfangsbetrieb in dem Frequenzband des Kreises 1, zum Beispiel dem GSM-Band, wird durch Polarisierung der Dioden D1 und D2 mit einem von der Steuerung SW1 zu der Steuerung SW2 fließenden Durchlassstrom gewährleistet. Wenn die Steuerung SW1 ein logisches Signal bei 1 sendet, d.h. eine Gleichspannung mit ausreichendem Wert, werden die Dioden D1 und D2 durchlässig. Dementsprechend entsteht ein Kurzschluss an dem Empfangsport RE1 und auch an dem Ende auf der Seite des Empfangsports des Viertelwellennetzes Q1. Die Eigenschaften des Viertelwellennetzes ermöglichen es, am anderen Ende dieses Viertelwellennetzes eine unendliche Impedanz zu erreichen, wodurch die Isolierung des Empfangsports RE1 möglich ist. Empfangsseitig, da die Diode D1 durchlässig ist, geht das RF-Signal durch die Diode D1 hindurch und bis zu dem Diplexerfilter 3 und dann bis zu der Antenne 4.
Umgekehrt wird der Sendebetrieb dieser Vorrichtung gewährleistet, indem die Dioden D1 und D2 durch eine umgekehrte Polarisierung gesperrt werden. In diesem Falle wird der Sendeport EM1 durch die gesperrte Diode D1 isoliert und der Empfangsport RE1 ist durchlässig, da die Diode D2 blockiert ist, und das Viertelwellennetz Q1 bei 50 Ohm an seinen beiden Enden funktioniert.
Der Betrieb dieser Vorrichtung ist absolut identisch für das Frequenzband des Kreises 2 und insbesondere für das DCS-Band. In diesem Falle gewährleistet die Steuerung SW4 die Polarisierung der Seriendiode D3 und der parallelen Diode D4, wie SW1 für die Dioden D1 und D2 des Kreises 1.
Dementsprechend, zur Gewährleistung der Sendung nur über den Port EM1, muss nicht nur der Empfangsport RE1, wie vorher erwähnt, sondern auch der Sendeport EM2 durch die Steuerung SW4 gesperrt werden. Zur Sperrung des Sendeports EM2 des Kreises 2 muss jedoch die Steuerung SW4 ein logisches Signal bei 0 senden, um die Diode D3 zu sperren. Nun aber ist die Diode D4 ebenfalls gesperrt, wodurch der Empfangsport RE2 durchlässig wird.
In der Tat, wie vorstehend erläutert, um die Sendung auf einem ersten Kanal zu erreichen, müssen die Dioden des zweiten Kanals (unbenutzten Kanals) durch eine umgekehrte Polarisation gesperrt werden. Da die Dioden an den Empfangsports parallel geschaltet sind, wird die Isolierung des Empfangsports des zweiten Kanals (unbenutzten Kanals) nicht gewährleistet, wenn über den ersten Kanal gesendet wird. Daraus ergibt sich ein erster Nachteil, und zwar das Risiko eines RF-Energieeinlasses über den Empfangsport des Kreises 2, und ein zweiter Nachteil, und zwar die Empfindlichkeit der Leistungen gegenüber der an dem Durchlassport anstehenden Belastung. Die Vorrichtung ist also gegen RF-Energien nicht geschützt, die über den nicht isolierten Empfangsport eindringen und die Antenne ungeschwächt erreichen können, sofern deren Frequenzen innerhalb des Durchlassbandes des zu durchgehenden Diplexerfilters liegen.
In der Praxis wurde ein zu hohes Niveau der Harmonischen 2 am Antennenausgang einer solchen Multiplexvorrichtung im Einsatz für ein mobiles GSM/DCS-Dualbandendgerät beim Empfang im GSM-Band festgestellt. Die Analyse des Problems hat ergeben, dass es auf einen Hochfrequenzenergieeinlass über den unbenutzten Empfangsport, nämlich im vorliegenden Fall den DCS-Empfangsport, zurückzuführen war.
Außerdem weist diese Vorrichtung den Nachteil auf, dass vier Steuerungen benötigt werden, um die Polarisationen der Dioden umkehren zu können, wobei jede dieser Steuerungen Strom erzeugen oder aufnehmen kann.

Die WO 00/38 341 A1 beschreibt ein Antennenschaltmodul mit zwei Sender/Empfänger-Schaltungen, die jeweils ihre eigene Frequenz haben. Die beiden Kreise sind an dieselbe Antenne angeschlossen. Bei diesem Modul ist ein Bias-Widerstand zwischen die parallele Diode der ersten Schaltung und der parallelen Diode der zweiten Schaltung geschaltet.

Die WO 00/41 326 A1 beschreibt eine Hochfrequenzsteuerung mit einem ersten Verstärkerport, der an eine erste Diode geschaltet ist, einen zweiten Verstärkerport, der an eine zweite Diode geschaltet ist und einen Empfängerport, der an eine dritte Diode geschaltet ist. Somit wird jede Diode durch eine Steuerung geschaltet. Wir haben also eine Vorrichtung mit drei Dioden und drei Schaltern.

Die DE 26 16 185 A1 betrifft eine Sende/Empfangseinrichtung mit einer umschaltbaren Kupplungsschaltung. Diese Entgegenhaltung zeigt keine Vorrichtung mit zwei Schaltkreisen, die jeweils einen ersten Port aufweisen, der mit einer Seriendiode und einem zweiten Port, der mit einer parallelen Diode verbunden ist. In der hier beschriebenen Vorrichtung weist der erste Schaltkreis lediglich eine Seriendiode auf.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Multiplexvorrichtung anzugeben, bei der unbenutzte Ports gesperrt werden, wenn einer der Ports benutzt wird.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Abhängige Patentansprüche sind auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung gerichtet.

Die bereits beschriebene 1 stellt eine Radiofrequenz-Multiplexvorrichtung vom Stand der Technik dar;

2 stellt eine Multiplexvorrichtung der Erfindung dar; und

3 stellt eine Alternative zu der Multiplexvorrichtung der Erfindung dar.

Die 2 stellt das Schaltbild der Multiplexvorrichtung der Erfindung dar. In dieser Vorrichtung weisen die Elemente, die mit denjenigen der Vorrichtung aus 1 identisch sind, identische Bezugszeichen auf.
Die Vorrichtung der Erfindung umfasst einen ersten Umschaltkreis 1, der für die Sendung und den Empfang von Signalen in einem ersten Frequenzband sorgt, und insbesondere in dem GSM-Band, und einen zweiten Umschaltkreis 2, der Signale in einem zweiten Frequenzband sendet und empfängt, und insbesondere im DCS-Band. Jeder dieser Kreise umfasst einen Sendeeingangskanal (oder Port) EM, einen Empfangseingangskanal RE sowie einen Ausgangskanal S. Die Umschaltkreise 1 und 2 sind über ihre jeweiligen Ausgänge S1 und S2 mit einem Diplexerfilter 3 und dann mit der Antenne 4 verbunden.
Genauer gesagt umfasst der Kreis 1 eine an dem Sendeport EM1 in Serie geschaltete Seriendiode D1 und eine an dem Empfangsport RE1 parallel geschaltete parallele Diode D2. Die beiden Dioden D1 und D2 sind über ein Viertelwellennetz Q1 miteinander verbunden.
Der Kreis 2 umfasst eine an dem Sendeport EM2 in Serie geschaltete Seriendiode D3 und eine an dem Empfangsport RE2 parallel geschaltete parallele Diode D4. Die beiden Dioden D3 und D4 sind über ein Viertelwellennetz Q2 miteinander verbunden.
In der Vorrichtung der Erfindung sind nur zwei Steuerungen SW1 und SW4 notwendig, um die Dioden D1 bis D4 zu polarisieren und dementsprechend die Umschaltung der vier Ports der Vorrichtung zu steuern. Hierzu ist die Steuerung SW1 über einen Widerstand R1 und eine Stossinduktanz L1 einerseits an der Seriendiode D1 des Kreises 1 angeschlossen; sie ist, ausgehend von der Verbindungsstelle A, andererseits an der parallelen Diode D4 des Kreises 2 über einen angefügten Widerstand R3 und eine angefügte Stossinduktanz L3 angeschlossen, wobei beide in Serie geschaltet sind. Somit ermöglicht die Steuerung SW1, die Seriendiode D1, die die Diode der GSM-Sendung ist, und die parallele Diode D4, die die Diode des DCS-Empfangs ist, gleichzeitig zu polarisieren. Diese doppelte Polarisierung durch die Steuerung SW1 wird durch das Hinzufügen des Widerstands R3, der die Kalibrierung des Stroms in der Diode D4 erlaubt, und der Stossinduktanz L3, die eine Störung der 50 -Impedanz am Empfangsport RE2 vermeiden kann, durchgeführt.
Somit, um auf dem GSM-Kanal, d.h. am Port EM1 zu senden, sendet die Steuerung SW1 ein Signal bei 1, worauf die Diode D1 durchlässig wird. Das Signal kann dann vom Sendeport EM1 bis zu dem Diplexerfilter 3 und der Antenne 4 fließen. Außerdem ist D2 durchlässig, was zu einem Kurzschluss in dem Empfangsport RE1 führt. Darüber hinaus wird die Diode D4 durch das Signal bei 1 der Steuerung SW1 durchlässig, was zu einem Kurzschluss in dem Empfangsport RE2 führt. Außerdem wird die Diode D3, die an ihrer Anode die Steuerung SW4, also eine logische "O", und an ihrer Kathode die Steuerung SW1, also eine logische "1", aufnimmt, umgekehrt polarisiert und daher gesperrt. Dadurch kann der Port EM2 isoliert werden.
Auf diese Weise ist der Sendeport EM1 gegenüber dem Empfangsport RE1, dem Empfangsport RE2 und dem Sendeport EM2 gut isoliert. So erlaubt die Steuerung SW1 allein, die Umschaltung am Port EM1, d.h. die Sendung auf dem GSM-Kanal, zusteuern.
Auf symmetrische Weise kann die zweite Steuerung SW4 die Seriendiode D3 des Kreises 2 und die parallele Diode D2 des Kreises 1 polarisieren. Zu diesem Zweck wird die Steuerung SW4 der Vorrichtung der Erfindung einerseits an der Seriendiode D3 des Kreises 2 über einen mit einer Stossinduktanz L2 in Serie geschalteten Widerstand R2 angeschlossen; sie ist anderseits von der Verbindung B ausgehend an der parallelen Diode D2 des Kreises 1 über einen mit einer angefügten Induktanz L4 in Serie angefügten Widerstand R4 angeschlossen.
Somit, wenn ein logisches Signal bei 1 an die Steuerung SW4 angelegt wird, wird die Diode D2 durchlässig, was einen Kurzschluss im Empfangsport RE1 verursacht. Die an ihrer Anode die Steuerung SW1, bzw. eine logische "O", und an ihrer Kathode die Steuerung SW4, bzw. eine logische "1", aufnehmende Diode D1 wird umgekehrt polarisiert und demnach gesperrt. Der Sendeport EM1 ist also isoliert. Außerdem, da die Steuerung SW4 bei 1 liegt, ist die Seriendiode D3 des Umschaltkreises 2 durchlässig und die am Sendeport EM2 des DCS-Bandes erzeugten Signale können bis zum Diplexerfilter 3 und der Antenne fließen. Darüber hinaus erzeugt die Diode D4, die ebenfalls durchlässig ist, einen Kurzschluss am Empfangsport RE2 des DCS-Bandes.
Wenn die Steuerung SW4 bei 1 liegt, kann die Sendung daher im DCS-Band erfolgen, wobei die Empfangsports RE2 und RE1 der DCS- und GSM-Bänder sowie auch der Sendeport EM1 des GSM-Bandes isoliert werden. Auf diese Weise kann die Steuerung SW4 allein die Sendung auf dem DCS-Kanal steuern.
Aus der Lektüre des Vorstehenden geht hervor, dass die Vorrichtung der Erfindung mit höchstens einer Steuerung auf der logischen Stufe "1", beispielsweise SW1, funktioniert, welche die Diode D1 des Kreises 1 und die Diode D4 des Kreises 2 polarisiert. In diesem Falle ist nur die GSM-Sendung, d.h. die Sendung an EM1, zugelassen.
Außerdem wird keine Polarisierung an die Dioden angelegt, um Nachrichten in dem GSM-Band oder dem DCS-Band zu empfangen. Der Empfang erfolgt also lediglich dadurch, dass die Steuerungen SW1 und SW4 auf logische Null gesetzt werden.
Demzufolge ergibt sich die folgende Tabelle:

– Wenn SW1 bei 1 und SW4 bei 0 liegen, ist die GSM-Sendung zugelassen.
– Wenn SW1 bei 0 und SW4 bei 1 liegen, ist die DCS-Sendung zugelassen.
– Wenn SW1 bei 0 und SW4 bei 1 liegen, ist der GSM- oder DCS-Empfang zugelassen

Beispielsweise kann angegeben werden, dass die angefügten Widerstände R3 und R4 einen Wert von 390 und die angefügten Stossinduktanzen L3 und L4 Werte von 39 bis 100 nH aufweisen. Ein derartiger Kreis ermöglicht, einen Gewinn von ca. 15 dB an der Harmonischen 2 der am Ausgangsport der Antenne (4) gemessenen GSM-Sendung zu erzielen.
Es ist zu bedenken, dass der Wert der angefügten Widerstände R3 und R4 so ausgewählt werden muss, dass folgendem Kompromiss Rechnung getragen wird:

– Wenn der Wert dieser Widerstände zu hoch ist, wird der die parallele Diode des unbenutzten Empfangsports (zum Beispiel RE2) durchfließende Strom nicht ausreichen und der Port wird nicht vollständig isoliert sein;
– Wenn der Wert der Widerstände zu schwach ist, wird der die parallele Diode des Empfangsport RE1 des ausgewählten Bandes (zum Beispiel GSM) durchfließende Strom zu schwach sein (denn es findet Stromteilung zwischen der Diode und dem Widerstand statt, wobei er parallel ankommt, da er durch eine logische Null gesteuert wird) und der Empfangsport RE1 wird nicht vollständig von dem Sendeport EM1 und der äußeren Umgebung isoliert sein.

Um dieses Risiko zu vermeiden und die Auswahl der Werte der angefügten Widerstände und Induktanz zu erleichtern, schlägt die Erfindung eine Alternative vor, wobei eine Rücklaufdiode DA mit dem angefügten Widerstand in Serie geschaltet ist. Mit anderen Worten, eine Rücklaufdiode DA ist zwischen der Verbindungsstelle B und dem angefügten Widerstand R4 für die Steuerung SW4 und zwischen der Verbindungsstelle A und dem angefügten Widerstand R3 für die Steuerung SW1 angeschlossen. Diese Rücklaufdiode DA ermöglicht die Sperrung des Gesamtstromanteiles, der durch den Widerstand R3 oder R4 Richtung Masse entweichen könnte, wenn diese durch eine logische Null gesteuert wird.
Wenn beispielsweise die Steuerung SW1 durch eine logische 1 und SW4 durch eine logische O (Fall der GSM-Sendung) gesteuert werden, dann durchläuft der aus der Steuerung SW1 entstehende Strom die Seriendiode D1 und wird anschließend zwischen der geerdeten, parallelen Diode D2 und der aus dem Widerstand R4 und der Induktanz L4 bestehenden, mit der Steuerung SW4 verbundenen Einheit, geteilt. Daher könnte der in der parallelen Diode D4 fließende Strom nicht mehr ausreichen, um diese Diode vollkommen durchlässig zu machen. Die mit dem Widerstand R4 und der Induktanz L4 in Serie geschaltete Rücklaufdiode DA erlaubt, einen Streustrom in Richtung auf die Steuerung SW4 durch den Widerstand R4 hindurch zu vermeiden.
Selbstverständlich gilt das Gleiche für die Rolle der mit dem Widerstand R3 und der Induktanz L3 in Serie geschalteten Rücklaufdiode DA.

Claims

Multiplexvorrichtung mit einem ersten und einem zweiten Radiofrequenz-Umschaltkreis (1, 2), die jeweils einen ersten Eingangsport (EM1, EM2) mit einer diesem in Serie geschalteten ersten Diode (D1, D3) und einen zweiten Eingangsport (RE1, RE2) mit einer diesem parallel geschalteten zweiten Diode (D2, D4) und einen Ausgangsport (S1, S2) aufweisen, dadurch, gekennzeichnet, dass – eine erste Steuerung (SW1) vorgesehen ist, die eine Steuerspannung zum gleichzeitigen Durchschalten der ersten Diode (D1) des ersten Kreises sowie der zweiten Diode (D4) des zweiten Kreises bereitstellt, und – eine zweite Steuerung (SW4) vorgesehen ist, die eine Steuerspannung zum gleichzeitigen Durchschalten der zweiten Diode (D2) des ersten Kreises sowie der ersten Diode (D3) des zweiten Kreises bereitstellt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Steuerung (SW1) an der ersten Diode über einen ersten Widerstand und eine erste Induktanz in Serie, und an der zweiten Diode über einen zweiten Widerstand und eine zweite Induktanz in Serie, angeschlossen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Steuerung (SW1) an der zweiten Diode des zweiten Kreises über eine Rücklaufdiode (DA) angeschlossen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Steuerung (SW4) an der zweiten Diode des ersten Kreises über eine Rücklaufdiode (DA) angeschlossen ist.