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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Antenne zur Spiegelfrequenzunterdrückung, die
eine Funktion zum Auffangen eines Spiegelfrequenzsignals aus Signalen,
die von einer Antenne empfangen werden, aufweist.
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Heutzutage
weist eine Analogeinheit eines Empfängers für drahtlose Kommunikation eine
Antenne auf und eine Funktion zum Konvertieren eines elektrischen
Signals, das von der Antenne empfangen ist, in ein Niederfrequenzsignal
oder ein Basisbandsignal, das in einem Gleichstrom (DC, Direct Current)
zentriert ist. In einer Struktur von Empfängerstrukturen, in der eine
Spiegelfrequenz vorhanden ist (d. h. ein Umlagerungssystem), ist
eine Funktion zum Unterdrücken
eines Rauschsignals in einem Spiegelband einer der bedeutenden Faktoren,
die die Empfangsleistung der Empfänger bestimmt. Verfahren zum
Unterdrücken
einer Spiegelung beinhalten Verfahren zur Anwendung eines Spiegelfrequenzunterdrückungsfilters,
eines Spiegelfrequenzunterdrückungsmischers
oder eines Weavers, und diese Verfahren wurden lange Zeit untersucht.
Herkömmliche Verfahren
zur Spiegelungsunterdrückung
unterdrücken
eine Spiegelkomponente in einer nachfolgenden Schaltung mit einem
Bandauswahlfilter, nachdem ein von einer Antenne empfangenes Signal durch
eine Impedanzabgleichschaltung gelaufen ist.
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1 zeigt
ein Blockdiagramm eines Umlagerungsempfängers als repräsentatives
Beispiel eines Empfängers
mit einer Spiegelfrequenzkomponente in einem empfangenen Signal. 2 zeigt
ein Frequenzbereichsspektrum eines Radiofrequenz(HF)-Eingangssignals
eines Spiegelfrequenzunterdrückungsfilters
und eines Ausgangssignals eines Mischwandlers (Downconversion Mixer),
wenn ein gewünschtes
Signal und ein Spiegelsignal den Spiegelfrequenzunterdrückungsfilter
und den Mischwandler des Umlagerungssystems von 1 durchlaufen.
In die sem Fall wurde angenommen, dass ein Signal mit hoher Interferenz
in einem Spiegelband bei den Signalen vorhanden ist, die von einer
Antenne empfangen werden, und eine Anpassungsschaltung durchläuft.
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Antennen
weisen in Abhängigkeit
von Frequenzen in Hinblick auf elektrische Eigenschaften unterschiedliche
Charakteristiken auf. Gemäß einem Auslegungsprinzip
von traditionellen Antennen und Anpassungsschaltungen, ist eine
Antenne so ausgelegt, dass sie ein durch den Äther versendetes Signal in
einem gewünschten
Frequenzband effektiv in ein elektrisches Signal umwandelt, und
eine korrespondierende Anpassungsschaltung ist so ausgelegt, dass
sie eine Eingangsimpedanz der Antenne bei einer gewünschten
Frequenz ohne Verluste in eine Referenzimpedanz (üblicherweise
50 Ω) umwandelt. Das
heißt,
eine Wunschfrequenz zum Auslegen sowohl der Antenne und der Anpassungsschaltung
ist auf ein gewünschtes
Band beschränkt
und die Charakteristiken der Antenne und der Anpassungsschaltung
bei einer anderen Frequenz als dem gewünschten Band sind nicht gut
berücksichtigt.
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Daher
ist noch kein Verfahren bekannt, das ein Signal mit einem gewünschten
Frequenzband wirksam empfängt
und ein Spiegelrauschsignal in einer Antenne und einer Anpassungsschaltung
zum Anpassen der Antenne mit einer vorgelegten Impedanzleitung unterdrückt.
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US 5054117 offenbart einen
anpassbaren/schaltbaren Sperrfilter für den Eingang eines HF-Empfängers zur
Eliminierung eines Spiegelsignals.
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Gemäß der Erfindung
wird eine Antennenvorrichtung zur Spiegelfrequenzunterdrückung zur Verfügung gestellt
umfassend: eine Monopol- oder Dipolantenne
ausgebildet zum Empfangen eines drahtlosen Signals einer bestimmten
Signalfrequenz (ωRF) an einem Speisepunkt der Antenne; und
eine Spiegelfrequenzunterdrückungseinheit,
ausgebildet zum Eliminieren eines Spiegelsignals mit einer bestimmten
Bildfrequenz (ωIM) aus einem von der Antenne empfangenen
Signal, wobei die Spiegelfrequenzunterdrückungseinheit einen Sperrfilter
umfasst, der so ausgebildet ist, dass er bei der Frequenz (ωIM) des Spiegelsignals eine Resonanzfrequenz
aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiegelfrequenzunterdrückungseinheit
in der Antenne in einem Abstand (IIM) vom
Speisepunkt der Antenne eingeschleift ist, der kürzer ist als ein Viertel der
Wellenlänge
des Spiegelsignals.
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Bevorzugt
ist die Spiegelfrequenzunterdrückungseinheit
ferner mit einem Massepunkt verbunden und ist bei der Frequenz (ωIM) des Spiegelsignals kurzgeschlossen.
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Bevorzugt
ist die Spiegelfrequenzunterdrückungseinheit
durch eine offene Stichleitung mit einer Länge von 1/4 der Wellenlänge (λIM)
des Spiegelsignals gebildet.
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Bevorzugt
ist die Spiegelfrequenzunterdrückungseinheit
ein Sperrfilter, der so ausgebildet ist, dass er bei der Frequenz
(ωIM) des Spiegelsignals eine Resonanzfrequenz
aufweist.
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Die
Antennenvorrichtung kann zum Empfangen eines bestimmten Signals
und Zuführen
des Signals zu einer HF-Schaltungseinheit vorgesehen sein, so dass
eine bestimmte Funktion ausgeführt
wird, und die Antenne kann ferner eine zweite Spiegelfrequenzunterdrückungseinheit
zum Eliminieren des Spiegelsignals umfassen; und eine Impedanzanpassungseinheit
zum Anpassen einer Impedanz der Antennenvorrichtung an eine Impedanz
der HF-Schaltungseinheit und Zuführen
des empfangenen Signals, aus dem das Spiegelsignal eliminiert ist,
zu der HF-Schaltungseinheit.
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Die
zweite Spiegelfrequenzunterdrückungseinheit
kann ein Bandpassfilter (BPF) sein, der parallel vor oder hinter
der Impedanzanpassungs einheit positioniert ist und so ausgebildet
ist, dass er nur eine Frequenz (ωIM) des Spiegelsignals durchlässt.
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Die
zweite Spiegelfrequenzunterdrückungseinheit
kann ein Sperrfilter sein, der in Reihe vor oder hinter der Impedanzanpassungseinheit
positioniert ist und so ausgebildet ist, dass er alle Frequenzen außer einer
Frequenz (ωIM) des Spiegelsignals durchlässt.
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Die
Erfindung stellt auf diese Weise eine Antennenvorrichtung zur Spiegelfrequenzunterdrückung, die
ein Spiegelbildkomponentensignal zurückweist und eine Antenne zum
Empfangen eines drahtlosen Signals und eine Anpassungsschaltung zum
Anpassen der Antennenvorrichtung an eine vorgelegte Impedanzleitung
zur Verfügung.
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Die
Erfindung wird nun ausführlich
mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
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1 ein
Blockdiagramm eines Umlagerungsempfängers als repräsentatives
Beispiel eines Empfängers
mit einer Spiegelfrequenzkomponente in einem empfangenen Signal
zeigt;
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2 ein
Frequenzbereichsspektrum eines Hochfrequenz(HF)-Eingangssignals
eines Spiegelfrequenzunterdrückungsfilters
und eines Ausgangssignals eines Mischwandlers zeigt, wenn ein gewünschtes
Signal und ein Spiegelsignal den Spiegelfrequenzunterdrückungsfilter
und den Mischwandler des Umlagerungsempfängers von 1 durchlaufen;
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3 eine
Dipolantenne und eine Monopolantenne mit einer zusätzlichen
Spiegelfrequenzunterdrückungsfunktion
zeigt;
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4 ein
Schaubild ist, das den Umfang eines Reflexionsverlusts bezüglich einer
vorgelegten Impedanz von 50 Ω einer
Dipolantenne zur Spiegelfrequenzunterdrückung für ein koreanisches PCS-Kommunikationsband
und einer herkömmlichen
Antenne zeigt;
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5 ein
Schaubild ist, das den Fall zeigt, bei dem der Reflexionsverlust
von 4 in einen Impedanzabweichungsfaktor umgewandelt
wird und wie effektiv die Spiegelfrequenzunterdrückungsantenne und die herkömmliche
Antenne ein Signal empfangen und übertragen;
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6 die
Struktur zeigt, in der ein Bandpassfilter (BPF), der ein Signal
mit einer Spiegelfrequenz durchlässt,
parallel am Ende einer Impedanzanpassungsschaltung positioniert
ist;
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7 die
Struktur zeigt, in der ein Sperrfilter, der kein Signal mit einer
Spiegelfrequenz durchlässt, in
Serie am Ende der Impedanzanpassungsschaltung positioniert ist;
und
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8 die
Struktur zeigt, in der eine Eingangsimpedanz bei einer Spiegelfrequenz
0 ist, wobei ein Tuner mit offener Stichleitung verwendet wird.
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Nachfolgend
wird die vorliegende Erfindung ausführlich durch Beschreibung bevorzugter
Ausführungsformen
der Erfindung mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen beschrieben.
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Wenn
ein Spiegelfrequenzexistenzverfahren eingesetzt wird, um die Struktur
eines Empfängers auszulegen,
kann ein korrespondierendes Spiegelfrequenzband nicht präzise bekannt
sein. Daher kann die Tatsache genutzt werden, dass eine Rauschkomponente
in einem Spiegelband, in dem ein Spiegelsignal vorliegt, in einer
Schaltung unterdrückt
werden sollte, zum Auslegen einer Antenne und einer Antennenanpassungsschaltung
angewendet werden. Dementsprechend kann eine Antenne so ausgelegt
werden, dass sie ein Signal mit einem gewünschten Frequenzband effektiv
empfängt
und gleichzeitig ein Signal mit einem Spiegelfrequenzband nicht
empfängt.
Außerdem
kann eine Antennenanpassungsschaltung so ausgelegt werden, dass sie
ein Signal in einem Frequenzband eines gewünschten Signals durchlässt und
ein Signal mit einem Spiegelfrequenzband nicht durchlässt. Wenn die
Antenne und die Antennenanpassungsschaltung, die wie oben ausgelegt
sind, unabhän gig
gebildet sind oder miteinander kombiniert sind, wird wenig Rauschen
empfangen und eine geringere Menge an Spiegelrauschen zu einer nachfolgenden
Schaltung übertragen,
obwohl es eine große
Spiegelrauschkomponente bei Aussendung durch den Äther gibt.
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3 zeigt
ein Beispiel, in dem die vorliegende Erfindung bei einer Dipolantenne
und einer Monopolantenne angewendet ist. Die Länge des gesamten Drahts beträgt IRF und ein Sperrfilter (Bandstopfilter) ist
an der Stelle einer Länge
IIM von einem Speisepunkt installiert. Das
Stopfrequenzband des installierten Sperrfilters ist gleich einem
Spiegelfrequenzband. Dadurch ist bezüglich der elektrischen Eigenschaften,
die Antenne von 3 darin gleich, dass sie die
Länge IIM im Spiegelfrequenzband aufweist und die
Länge IRF im anderen Frequenzband aufweist, das
eine gewünschte
Frequenz beinhaltet.
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Wenn
entsprechend der Antennentechnik, die Länge einer Drahtantenne sehr
viel kürzer
ist als die Wellenlänge,
die einer Betriebsfrequenz entspricht, ist der Anteil reeller Zahler
der Eingangsimpedanz der Antenne nahe 0 und ihr Anteil imaginärer Zahlen
wird sehr hoch. Unter der Annahme, dass die Antenne mit einer Speiseleitung
verbunden ist, die eine Standardimpedanz (d. h. 50 Ω) aufweist,
kann die Antenne kaum Übertragungs-
und Empfangsfunktionen bei einer korrespondierenden Frequenz durchführen. Wenn
der Sperrfilter so installiert ist, dass er nahe dem Speisepunkt
liegt, so dass die Länge
der Antenne kleiner als die korrespondierende Wellenlänge in einem
Spiegelrauschfrequenzband sein kann, empfängt die Antenne kaum ein Signal
mit dem Spiegelfrequenzband. Eine Spiegelfrequenz ist fIM und
eine zur Spiegelfrequenz fIM korrespondierende
Wellenlänge
ist λIM, und eine Beziehung von IIM << λIM/4 ist erfüllt. Außerdem ist eine gewünschte Frequenz
fRF und eine zur Frequenz fRF korrespondierende
Wellenlänge
ist λRF. In dem Zustand, bei dem der Sperrfilter
eingesetzt ist, wird die Länge
IRF der Antenne derart eingestellt, dass
eine Empfangsfunktion bei der Fre quenz fRF effektiv
ausgeführt
werden kann, das heißt,
es wird die Eingangsimpedanz der Antenne nahe der Standardimpedanz
verwendet.
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Die
Antenne führt Übertragungs-
und Empfangsfunktionen bei der Frequenz fRF aus
und führt kaum Übertragungs-
und Empfangsfunktionen bei der Spiegelfrequenz fIM aus.
Ein Problem bei einer herkömmlichen
Antenne liegt darin, dass die herkömmliche Antenne so ausgelegt
ist, dass sie Übertragungs-
und Empfangsfunktionen bei der Frequenz fRF effektiv
ausführt,
und dadurch im Vergleich zur Antenne gemäß der vorliegenden Erfindung
eine größere Menge
an Spiegelrauschen bei der Spiegelfrequenz fIM empfängt.
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Die 4 und 5 zeigen
die Ergebnisse von Simulationen, bei denen die vorliegende Erfindung
bei einer Dipolantenne für
ein drahtloses koreanisches PCS-Gerät angewendet ist. Die 4 und 5 zeigen
den Fall, bei dem ein Reflexionsverlust S11 bzw.
ein Impedanzabweichungsfaktor q = 1 – |S11|2 durch die Funktion einer Frequenz an einem Antenneneingangsanschluss
markiert sind, der von einem Antennenkonstrukteur bemessen ist.
Wenn der Wert von S11 kleiner wird, werden Übertragungs- und
Empfangsfunktionen bei einer korrespondierenden Frequenz effektiv
ausgeführt,
und wenn der Wert von S11 größer wird,
werden Übertragungs-
und Empfangsfunktionen aufgrund von Impedanzabweichungen kaum ausgeführt. Wenn
umgekehrt der Wert von q nahe 0 dB liegt, werden Übertragungs-
und Empfangsfunktionen effektiv ausgeführt. In koreanischer PCS-Kommunikation
wird eine Übertragungsfrequenz
von 1750 MHz bis 1780 MHz und eine Empfangsfrequenz von 1840 MHz
bis 1870 MHz verwendet und ein PCS-Anschluss setzt ein Umlagerungsempfangsverfahren
ein und die Zwischenfrequenz beträgt 220,38 MHz. Aus diesen Standardanforderungen
wird ein Spiegelfrequenzband auf 1399,2 MHz bis 1429,2 MHz gesetzt.
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Eine
unterbrochene Linie stellt S11 einer herkömmlichen
Dipolantenne dar und eine durchgezogene Linie stellt S11 einer
Dipolantenne gemäß der vorliegenden
Erfindung dar. Als Bandpassfilter (BPF) wird ein LC-Parallelresonanzfilter
verwendet und ein Resonanzpunkt des LC-Parallelresonanzfilters ist
auf 1414 MHz gesetzt, was einen Mittelpunkt des Spiegelfrequenzbands
darstellt. Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird S11 bei einem Übertragungs- und Empfangsband
(1750 MHz bis 1870 MHz) von PCS etwas erhöht, und daher wird eine Bandbreite
etwas verringert. Eine Zunahme von S11 bewirkt
jedoch bei q nur eine Differenz von 1 dB in einigen Minuten.
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Im Übertragungs-
und Empfangsspiegelfrequenzband ist der Wert von q der Antenne gemäß der vorliegenden
Erfindung minimal 10 dB niedriger als der einer herkömmlichen
Antenne. Daher empfängt
die Antenne gemäß der vorliegenden
Erfindung eine geringere Menge von minimal 10 dB einer Rauschkomponente
bezüglich
eines Rauschsignals einer Spiegelfrequenz, das in einer Aussendung durch
den Äther
vorkommt.
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Eine
Anpassungsschaltung kann auch so ausgelegt sein, dass sie eine Spiegelfrequenzunterdrückungsfunktion
aufweist. Die Anpassungsschaltung mit einer Spiegelfrequenzunterdrückungsfunktion
kann mit der vorhergehenden Spiegelfrequenzunterdrückungsantenne
oder der herkömmlichen
Antenne kombiniert sein.
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Wenn
ein großer
Unterschied zwischen einer Eingangsimpedanz einer Antenne und einer
Standardimpedanz eines gewünschten
Frequenzbandes vorliegt, konvertiert eine Impedanzanpassungsschaltung
die Eingangsimpedanz der Antenne in die Standardimpedanz, während Verluste
in der Anpassungsschaltung minimiert werden. Bei einem herkömmlichen
Verfahren zur Auslegung einer Anpassungsschaltung wird eine Umwandlung
der gewünschten Impedanz
in ein gewünschtes
Frequenzband vorgenommen, aber Impedanzkonversionscharakteristiken in
einem anderen Frequenzband wurden nicht berücksichtigt. Wenn eine Anpassungsschaltung
so ausgelegt ist, dass sie Impedanzkonversion in ein gewünschtes
Frequenzband und Impedanzabweichungen in einem gewünschten
Spiegelfrequenzband ausführt,
kann ein Spiegelfrequenzunterdrückungseffekt
in der Anpassungsschaltung erreicht werden.
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Es
ist ein Ziel, den Umfang des Reflexionsverlusts S11 auf
1 zu setzen, wenn die Antenne und die Anpassungsschaltung von einer
Schaltung betrachtet wird. Zum Festlegen der Größe von S11 auf
1, können
Eingangsimpedanzen der Antenne und der Anpassungsschaltung Komponenten
reiner imaginärer
Zahlen oder infinite R-Komponenten aufweisen, wenn die Anpassungsschaltung
ohne Verluste verwendet wird. Auf diese Weise ist die Anpassungsschaltung
nur so ausgelegt, dass sie elektrische Eigenschaften von "Kurzschluss" oder "Kabelunterbrechung" in einem Spiegelfrequenzband
aufweist.
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Die
elektrischen Eigenschaften von "Kurzschluss" können durch
Einschleifen des BPF, der nur ein Spiegelfrequenzband durchlässt, in
Parallelschaltung vor oder hinter einer vorhandenen traditionellen Anpassungsschaltung
erreicht werden, und dies ist in 6 gezeigt.
Auf diese Weise wird, wegen des BPF, die Größe von S11 1,
wenn die Antenne und die Anpassungsschaltung vom Spiegelfrequenzband
aus betrachtet werden. Die übrigen
Teile einer neuen Anpassungsschaltung sind nach einem traditionellen Verfahren
derart ausgelegt, dass die Impedanz der Antenne bei der Frequenz
fRF in die Standardimpedanz mit einem Ansprechen
bei der Frequenz fRF des BPF konvertiert
wird.
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Die
elektrischen Eigenschaften von "Kabelunterbrechung" können durch
Einschleifen des Sperrfilters, der nicht nur das Spiegelfrequenzband durchlässt, in
Reihenschaltung erreicht werden, und dies ist in 7 gezeigt.
Die übrigen
Teile der Anpassungsschaltung ohne den Sperrfilter sind so ausgelegt,
dass sie die Impedanz der Antenne bei der Frequenz fRF in
die Standardimpedanz konvertieren.
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Wenn
die Anpassungsschaltung durch eine Kombination von Elementen ohne
Verluste, wie L und C, gebildet ist, ist gewährleistet, dass die Größe von S11 bei der Spiegelfrequenz fIM 1
ist, wenn der BPF oder Sperrfilter im Spiegelfrequenzband verwendet wird.
Wenn die übrigen
Teile der Anpassungsschaltung unter Berücksichtigung des Einflusses
bei der Frequenz des BPF und des Sperrfilters ausgelegt sind, kann
die Größe von S11 bei der Frequenz fRF minimiert
werden, und Verfahren hierzu sind bekannt. Wenn außerdem der
BPF oder der Sperrfilter verwendet werden, ist der Filter nicht
notwendigerweise an einem endständigen
Anschluss der Antenne der Anpassungsschaltung oder einem endständigen Anschluss
einer HF-Schaltung positioniert, wie es in den 6 und 7 gezeigt
ist. Selbst wenn Elemente/Funktionsteile des Filters in einer mittleren
Stellung, außer
an den beiden endständigen
Anschlüssen
der gesamten Anpassungsschaltung positioniert sind, führt die
Anpassungsschaltung eine Spiegelfrequenzunterdrückungsfunktion aus. Die 6 und 7 zeigen
Anordnungen, bei denen der Filter an den beiden endständigen Anschlüssen der
Anpassungsschaltung positioniert ist.
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8 zeigt
die Struktur, in der die Länge
einer offenen Stichleitung λg/4 beträgt
und eine vom Eingansanschluss der Stichleitung betrachtete Impedanz
0 beträgt,
was durch eine Leiterplattentechnik leicht implementiert werden
kann. Hier bedeutet λg eine Leiterwellenlänge einer Übertragungsleitung, die auf
einem Leiterplattensubstrat implementiert ist.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann die Rauschkomponente der Spiegelfrequenz, die zu
einer nachfolgenden Schaltung übertragen
wird, minimiert oder eliminiert werden, indem eine Spiegelfrequenzunterdrückungsfunktion
eingebracht wird, wenn die Antenne und die Anpas sungsschaltung ausgelegt
werden, wodurch verbesserte Spiegelfrequenzunterdrückungsleistungen
des Empfängers insgesamt
erreicht werden. Wenn außerdem
Standardanforderungen eines Systems für gewünschte Spiegelfrequenzunterdrückungsleistungen
definiert werden, kann eine Schaltung so ausgelegt werden, dass
ein Teil der Standardanforderungen des Systems in der Antenne und
der Impedanzanpassungsschaltung erfüllt werden und der übrige Teil
der Unterdrückung
in einem Schaltungsauslegungsteil erreicht wird, wodurch die Standardanforderungen
der Spiegelfrequenzunterdrückungsleistungen,
die in die Schaltung eingebracht werden, reduziert werden.
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Während diese
Erfindung insbesondere mit Bezug zu bevorzugten Ausführungsformen
gezeigt und beschrieben wurde, versteht es sich für die Fachleute,
dass verschiedene Änderungen
in Form und Details hierzu vorgenommen werden können, ohne den Rahmen der Erfindung
zu verlassen, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.