FI90478B - Filter - Google Patents

Description

1 904781 90478

Suodatin - FilterFilter

Esillä oleva keksintö koskee suodatinta sähköisen signaalin 5 määrättyjen taajuuksien suodattamiseksi käsittäen komponentteja suodattimen taajuusvasteen muodostamiseksi ja komponentteja kytkentöjen ja impedanssisovituksen suorittamiseksi .The present invention relates to a filter for filtering certain frequencies of an electrical signal 5, comprising components for generating a frequency response of the filter and components for performing switching and impedance matching.

10 Radiopuhelinteollisuudessa kehitys on pitkään kulkenut kohti yhä pienempiä, halvempia ja suorituskykyisempiä laitteita ja komponentteja. Suuntaus on johtanut tehokkaaseen piirilevy-pintojen hyödyntämiseen, voimakkaaseen komponenttien integ-rointiasteen kasvattamiseen sekä toimintojen rationointiin. 15 Poikkeuksen tähän muodostavat radiopuhelinten suurtaajuiset osat, jotka toistaiseksi ovat erittäin pitkälle konstruoituja erilliskomponentteja ja liuskarakenteita käyttäen.10 In the radiotelephone industry, developments have long been towards ever smaller, cheaper and more efficient equipment and components. The trend has led to the efficient utilization of PCB surfaces, a strong increase in the degree of component integration and the rationalization of operations. 15 An exception to this is the high-frequency parts of radiotelephones, which have so far been very highly constructed using separate components and strip structures.

Tunnetusti radiopuhelimen lähetinosassa käytetään lähetyksen 20 tehotason säätöön tehonsäätöpiiriä, jonka toiminta perustuu lähettimen lähtötason indikointiin ja vertaamiseen asetettuun referenssiarvoon. Oleellinen osa tehonsäätöpiiriä on vastaanoton erotussuodattimen välittömään läheisyyteen sijoitettava suuntakytkin, jolla lähettimen lähtötehoon ver-25 rannollinen jännite tuotetaan. Suuntakytkintä käytetään siis lähetystehon mittaukseen, jolloin tehotaso säädetään tehon-säätöpiirillä sopivaksi, ja se sijaitsee tavallisesti lähettimen perässä tai ennen antennia.It is known that in the transmitter part of a radiotelephone, a power control circuit is used to control the power level of the transmission 20, the operation of which is based on the indication of the output level of the transmitter and comparison with the set reference value. An essential part of the power control circuit is a directional switch located in the immediate vicinity of the receive separation filter, which produces a voltage corresponding to the output power ver-25 of the transmitter. The directional switch is thus used to measure the transmission power, in which case the power level is adjusted to suit with the power control circuit, and is usually located behind the transmitter or before the antenna.

30 Suuntakytkin on perinteisesti konstruoitu erilaisia kytkettyjä siirtojohtorakenteita ja muuntajia käyttäen. Laajasti käytetty valmistuskustannuksiltaan edullinen suuntakytkin voidaan rakentaa suoraan puhelimen piirilevylle kytkettyjä mikroliuskoja tai liuskajohtoja käyttäen. Rakenteen epäkoh-35 tia ovat sen vaatima suhteellisen suuri piirilevyala sekä toiminnan voimakas riippuvuus pöhjalevymateriaalin ominaisuuksista ja niiden vaihteluista. Pöhjalevymateriaali vaikuttaa mikroliuskajohdon dielektrisiin eristeainehäviöihin, 2 90478 jotka riippuvat suuresti materiaalin nk. häviötangentista, ja johdinhäviöihin, joihin vaikuttaa materiaalin pinnan tasaisuus. Kustannusten pienentämiseksi radiopuhelinten pohja-levymateriaaliksi valitaan usein edullinen yleiskäyttöinen 5 materiaali, mikä heikentää sille konstruoidun suuntakytkimen toimintaa: pöhjalevymateriaalin kasvaneet materiaalihäviöt ja ominaisuuksien toleranssit näkyvät suoraan suuntakytkimen väliinkytkentävaimennuksessa sekä ominaisuuksien vaihtelussa .30 A directional switch has traditionally been constructed using a variety of connected transmission line structures and transformers. A widely used low-cost directional switch can be constructed using microstrips or striplines connected directly to the telephone circuit board. The disadvantages of the structure are the relatively large circuit board area required by it and the strong dependence of the operation on the properties of the base plate material and their variations. The base plate material affects the dielectric insulator losses of the microstrip line, 2 90478, which depend largely on the so-called loss tangent of the material, and the conductor losses, which are affected by the flatness of the material surface. In order to reduce costs, a preferred general-purpose material is often chosen as the base plate material for radiotelephones, which impairs the operation of the directional switch constructed thereon: increased material losses and property tolerances of the base plate material are directly reflected in directional switch insertion loss and property variation.

10 Käyttämällä suuntakytkinrakennetta, joka perustuu erillisten siirtojohtojen (esim. koaksiaalikaapelien) käyttämiseen, muuntajaan tai konstruoimalla kytkin erilliselle stabiilille ja vähähäviöiselle substraatille voidaan häviöitä pienentää 15 ja toimintaa stabiloida, mutta edelleen tarvitaan vähintäänkin sama pohjalevyala ja lisäksi erillisen substraatin käyttö aiheuttaa lisäkustannuksia.10 Using a directional switch structure based on the use of separate transmission lines (eg coaxial cables), a transformer or constructing a switch on a separate stable and low loss substrate can reduce losses and stabilize operation, but still require at least the same base plate area and additional costs.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on välttää edellä lue-20 tellut epäkohdat poistamalla lähettimen pohjalevyltä suunta-kytkin erilliskomponenttina tai liuskarakenteena integroimalla suuntakytkin kiinteäksi osaksi suodatinta. Keksinnölle on tunnusomaista se, että suodattimessa on suuntakytkin.The object of the present invention is to avoid the drawbacks listed above by removing the directional switch from the base plate of the transmitter as a separate component or as a strip structure by integrating the directional switch as an integral part of the filter. The invention is characterized in that the filter has a directional switch.

25 Radiolaitteet, joissa on sekä lähetin että vastaanotin, jotka käyttävät samaa antennia, tarvitsevat siirtoverkon lähetettävän ja vastaanotettavan signaalin ohjaamiseksi asianmukaisesti. Antennilta tuleva signaali on ohjattava vastaan-ottimelle ilman, että lähetin aiheuttaisi merkittäviä häiri-30 öitä. Vastaavasti lähettimeltä saatu signaali on siirrettävä antennille ilman, että vastaanotin aiheuttaisi siihen häiriöitä . Tunnetusti radiopuhelimissa käytetään resonaattoreihin perustuvia kahdesta erotussuodattimesta koostuvia dupleksi-suodattimia erottamaan lähetettävä ja vastaanotettava sig-35 naali toisistaan. Dupleksisuodatin muodostuu tavallisesti siis kahdesta erillisestä kaistanpäästösuodattimesta, joista toinen on liitetty vastaanotinhaaraan ja sen keskitaajuus ja kaistanleveys vastaavat vastaanottokaistaa ja toinen suoda- 3 90478 tin on liitetty lähetinhaaraan ja sen keskitaajuus ja kaistanleveys vastaavat lähetyskaistaa. Suodattimien toiset päät on kytketty usein impedanssin sovittavan siirtojohdon kautta yhteiseen antenniIinjaan. Vaikka dupleksisuodatin on usein 5 sijoitettu saman kotelon sisään, jossa on liitännät lähetti-melle, vastaanottimelle ja antenniin, muodostuu se kuitenkin käytännössä kahdesta erillisestä kaistanpäästösuodattimesta, koska suodattimien välinen isolaatio on saatava hyvin suureksi, etteivät niiden keskinäiset sähkömagneettiset vuodot 10 vaikuttaisi haitallisesti toimintaan. Helix-tekniikalla konstruoiduissa suodattamissa on kummankin suodattimen välillä metallinen väliseinä, jolla saadaan toteutettua tehokkaasti tarvittava isolaatio. Dupleksisuodattimissa kytkennät re-sonaattoreihin sekä resonaattoreiden väliset kytkennät on 15 toteutettu tavallisesti erilaisten siirtojohtorakenteiden ja erilliskomponenttien muodostamilla sovituskytkennöillä.25 Radio equipment with both a transmitter and a receiver using the same antenna requires a transmission network to properly control the signal to be transmitted and received. The signal from the antenna must be routed to the receiver without the transmitter causing significant interference. Similarly, the signal received from the transmitter must be transmitted to the antenna without being interfered with by the receiver. It is known that radiotelephones use duplex filters consisting of two separation filters based on resonators to separate the transmitted and received signals. Thus, a duplex filter usually consists of two separate bandpass filters, one connected to the receiver branch and having a center frequency and bandwidth corresponding to the reception band and the other filter being connected to the transmitter branch and having a center frequency and bandwidth corresponding to the transmission band. The other ends of the filters are often connected to a common antenna line via an impedance matching transmission line. Although the duplex filter is often housed inside the same housing with connections to the transmitter, receiver and antenna, it in practice consists of two separate bandpass filters, as the isolation between the filters must be made very high so that their mutual electromagnetic leaks 10 do not adversely affect operation. Filters constructed with the Helix technology have a metal partition between each filter to effectively implement the required insulation. In duplex filters, the connections to the resonators as well as the connections between the resonators are usually realized by matching connections formed by different transmission line structures and separate components.

Esillä oleva keksintö perustuu oivallukseen hyödyntää suodattimen, kuten RX- tai TX-erotussuodattimen, kytkennöissä 20 tai sovituspiireissä olevia siirtojohtoja suuntakytkimen toteuttamiseen. Keksinnön avulla suuntakytkin voidaan siirtää ympäristöhäiriöistä kärsivältä ja usein suurihäviöiseltä pohjalevyltä suurtaajuussuodattimeen, joka tarjoaa häiriöiltä suojatun koteloidun ympäristön ja suodatintekniikassa 25 välttämättömän vähähäviöisen ja stabiilin substraatin. Edelleen koska suuntakytkin kuvatussa rakenteessa muodostuu suodattimen siirtojohdosta ja siihen kytkeytyvästä kytkimen siirtojohdosta ja siihen kytkeytyvästä kytkinsiirtojohdosta, ovat ainoat kytkimestä aiheutuvat lisähäviöt lähetinsystee-30 min ottaman tehonäytteen suuruisia, mikä on merkittävä parannus nykyiseen tekniikan tasoon. Suuntakytkin voidaan toteuttaa helposti lisäämällä se suodattimen yhteyteen tai käyttämällä hyväksi suodattimessa jo olemassa olevia komponentteja, kuten kytkentä- tai impedanssisovitussiirtojohto-35 ja, jolloin suuntakytkin saadaan muodostettua lisäämällä jo olemassa olevan esim. mikroliuskan kanssa rinnakkain toinen mikroliuska. Suuntakytkin voidaan luonnollisesti toteuttaa monella eri tavalla käyttämällä minkälaisia siirtojohtoja 4 90478 tahansa, edullisesti mikroliuskoja tai laajennetun substraatin liuskajohtoja (suspended substrate lines). Toteutustapa ei ole olennainen keksinnön kannalta, vaan olennaista on se, että suuntakytkin sisältyy suodattimeen ja on toteutettu 5 edullisesti suodattimessa jo olemassa olevien rakenteiden avulla.The present invention is based on the realization of utilizing the transmission lines in the connections 20 or matching circuits of a filter, such as an RX or TX separation filter, to implement a directional switch. By means of the invention, the directional switch can be transferred from an environmentally disturbing and often high-loss base plate to a high-frequency filter, which provides an interference-protected encapsulated environment and a low-loss and stable substrate necessary in filter technology. Furthermore, since the directional switch in the described structure consists of a filter transmission line and an associated switch transmission line and an associated switching transmission line, the only additional losses due to the switch are the size of the power sample taken by the transmitter system-30 min, which is a significant improvement over the prior art. The directional switch can be easily implemented by adding it to the filter or by utilizing components already present in the filter, such as a switching or impedance matching transmission line-35, whereby the directional switch can be formed by adding another microstrip in parallel with an existing e.g. The directional switch can, of course, be realized in many different ways using any kind of transmission lines 4 90478, preferably microstrips or suspended substrate lines. The embodiment is not essential to the invention, but it is essential that the directional switch is included in the filter and is preferably implemented in the filter by means of structures already existing.

Keksintöä selostetaan seuraavassa yksityiskohtaisemmin esimerkinomaisen suoritusmuodon avulla viitaten oheiseen ku-10 vaan, joka esittää esimerkkinä erään keksinnön mukaisen suo-datin-suuntakytkinlohkon rakennetta, tässä RX-erotussuoda-tin-suuntakytkinlohko.The invention will now be described in more detail by means of an exemplary embodiment with reference to the accompanying figure 10, which shows by way of example the structure of a filter directional switch block according to the invention, here an RX separation filter directional switch block.

Kuvassa on kaaviollisesti esitetty radiopuhelimen dupleksi-15 suodattimen 1 liittyminen puhelimen muihin lohkoihin. Dup-leksisuodatin-suuntakytkinlohkoon 1 kuuluu neljä porttia: yksi portti 8 suodattimeen tulevalle lähetyssignaalille, yksi antenniportti 9, vastaanottimen portti sekä suuntakyt-kinportti 7. Antennista 6 tuleva vastaanotettava signaali 20 etenee dupleksisuodattimen 1 vastaanottosuodatinlohkon 3 kautta vastaanottimeen 5. Vastaavasti lähettimestä 4 tuleva signaali etenee dupleksisuodattimen 1 RX-erotussuodatinloh-kon 2 kautta antennille 6. Tästä antennille etenevästä signaalista suuntakytkin 10 ottaa määrätyn tasoisen lähettimen 25 tehotasoon verrannollisen näytteen ja kytkee sen suuntakyt-kinporttiin 7.The figure schematically shows the connection of the duplex filter 15 of the radiotelephone to the other blocks of the telephone. The duplex filter directional switch block 1 includes four ports: one port 8 for the transmission signal to the filter, one antenna port 9, the receiver port and the directional switch port 7. The received signal 20 from the antenna 6 travels through the receiving filter block 4 of the duplex filter 1 via the RX separation filter block 2 of the duplex filter 1 to the antenna 6. From this signal propagating to the antenna, the directional switch 10 takes a sample proportional to the power level of the transmitter 25 of a certain level and connects it to the directional switch port 7.

Kuvassa esitetyssä esimerkinomaisessa suoritusmuodossa, jossa helix-resonaattoritekniikalla toteutetun dupleksisuodat-30 timen 1 RX-erotussuodattimen 2 lähettimen puoleisen pään so-vituspiiriin on integroitu suuntakytkin 10. Suuntakytkin 10 on edullisesti toteutettu piirilevylle kytkettyjä mikroliusko ja käyttäen. Toinen A liuskoista toimii suodattimen tulon kytkentäliuskana helixiin HX1, toisen B ollessa kytkentä-35 liuska suuntakytkinporttiin 7. Kytkinliuska B on päätetty vastuksella R. Suuntakytkin voisi kuvan mukaisessa suodattimessa sijaita ennen antenniporttia 9, jolloin sen voisi helposti toteuttaa lisäämällä impedanssisovituksen suorittavan li 5 90478 liuskan C rinnalle toinen haara, joka käsittäisi suuntakyt-kinportin 7, kytkinsiirtojohdon B ja päätevastuksen R.In the exemplary embodiment shown in the figure, in which the directional switch 10 is integrated in the matching circuit of the transmitter side of the RX separation filter 2 of the duplex filter 30 implemented by the helix resonator technique. The directional switch 10 is preferably implemented on a microchip connected to the circuit board. One of the A strips acts as a filter input connection strip to the helix HX1, the other B is a connection-35 strip to the directional switch port 7. The switch strip B is terminated with a resistor R. The directional switch could be located before the antenna port 9 in the illustrated filter. in parallel, a second branch comprising a directional switch port 7, a switch transmission line B and a terminating resistor R.

Suuntakytkin 10 muodostuu edullisesti kahdesta lähellä toi-5 siaan olevasta mikroliuskasta A ja B, joilla on yhteiset maatasot. Liuskojen välillä vallitsee sähkömagneettinen kytkentä: Jännite toisessa liuskassa tuottaa sähkökentän, joka indusoi jännitteen myös toiseen liuskaan. Magneettinen kytkeytyminen aiheutuu vastaavasti liuskassa etenevän virran 10 tuottamasta magneettikentästä, joka indusoi virran myös toiseen johtimeen. Kun lähettimeltä tuodaan tehoa porttiin 8, halutun kytkennän suuruinen osa tehosta kytkeytyy suuntakyt-kinporttiin 7, osa kulkee kytkimen 10 läpi kohti suodattimen ensimmäistä resonaattoria HX1 ja erittäin pieni kytkimen 15 epähomogeenisuuksista ja kvasi-TEM-aaltomuodosta johtuva vuoto-osa oikosulkeutuu päätevastuksen R kautta maahan. Kuvattu mikroliuskakytkin 10 on bilateraalinen eli mihin tahansa porttiin tuotu teho kytkeytyy samalla tavalla rakenteen symmetrisyyden vuoksi. Yleisesti kvasi-TEM-suuntakytki-20 men hyvyyden mittana käytetään yleisesti suuntakytkinport-tiin 7 ja eristettyyn vuotoporttiin eli vastuksen R kautta maahan kytkeytyneiden tehojen suhdetta, suuntaavuutta.The directional switch 10 preferably consists of two closely spaced microstrips A and B with common ground planes. There is an electromagnetic coupling between the strips: A voltage in one strip produces an electric field that also induces a voltage in the other strip. Correspondingly, the magnetic coupling is caused by a magnetic field produced by a current 10 propagating in the strip, which also induces a current in the second conductor. When power is applied from the transmitter to port 8, a portion of the desired coupling power is coupled to the directional switch port 7, a portion passes through the switch 10 to the first filter resonator HX1 and a very small leakage portion due to inhomogeneity and quasi-TEM waveform The described microstrip switch 10 is bilateral, i.e. the power applied to any port is connected in the same way due to the symmetry of the structure. In general, as a measure of the goodness of the quasi-TEM directional switch 20, the directivity of the powers connected to the directional switch port 7 and the isolated leakage port, i.e. the resistor R, is generally used.

Käyttämällä keksinnön mukaista integroitua suodatin-suunta-25 kytkinrakennetta radiopuhelimen dupleksisuodattimessa voi daan suuntakytkimen aiheuttamia häviöitä radiopuhelimen lä-hetinosassa merkittävästi pienentää, suuntakytkimen toimintaa stabiloida sekä puhelimen pöhjalevyalan käyttöä tehostaa. Esillä oleva keksintö ei rajoitu mihinkään tiettyyn 30 sovellutukseen vaan sitä voidaan käyttää suodattimissa erilaisissa sovellutuksissa ja eri taajuuksilla, edullisesti radiotaajuuksilla, kuten UHF ja VHF.By using the integrated filter-direction switch structure according to the invention in a duplex filter of a radiotelephone, the losses caused by the directional switch in the transmitter part of the radiotelephone can be significantly reduced, the operation of the directional switch stabilized and the use of the telephone base plate area more efficient. The present invention is not limited to any particular application but can be used in filters for different applications and at different frequencies, preferably radio frequencies such as UHF and VHF.

Claims (10)

1. Filter (1) för filtrering av bestämda frekvenser av en elektrisk signal, vilket omfattar komponenter (HX1-HX4) för bildande av filtrets frekvensrespons och komponenter (A, C) 5 för utförande av kopplingar och impedansanpassning, kanne-tecknat av att det har en riktkopplare (10).1. Filter (1) for filtering determined frequencies of an electrical signal, comprising components (HX1-HX4) for forming the frequency response of the filter and components (A, C) for performing couplings and impedance matching, characterized in that has a directional switch (10). 2. Filter enligt patentkravet 1, kännetecknat av att filt-ret (1) är ett helix-filter. 10Filter according to claim 1, characterized in that the filter (1) is a helix filter. 10 3. Filter enligt patentkravet 1, kännetecknat av att filt-ret (1) är ett keramiskt filter.Filter according to claim 1, characterized in that the filter (1) is a ceramic filter. 4. Filter enligt patentkravet 1, kännetecknat av att filt-15 ret (1) har bildats av diskreta komponenter.Filter according to claim 1, characterized in that the filter (1) is formed of discrete components. 5. Filter enligt nägot föregäende patentkrav, kännetecknat av att riktkopplaren (10) omfattar tvä övergängsledningar (A, B) o 20Filter according to any preceding claim, characterized in that the directional switch (10) comprises two transition lines (A, B) and 20. 6. Filter enligt patentkravet 5, kännetecknat av att den ena övergängsledningen (A) är en impedansanpassare.Filter according to claim 5, characterized in that one of the transition line (A) is an impedance adapter. 7. Filter enligt patentkravet 5, kännetecknat av att den .25 ena övergängsledningen (A) är en koppiingsledare.Filter according to claim 5, characterized in that the one (25) transition line (A) is a coupling conductor. 8. Filter enligt nägot patentkrav 5-7, kännetecknat av att övergängsledningarna (A, B) är mikrostripledare.Filter according to any of claims 5-7, characterized in that the transition lines (A, B) are microstrip conductors. 9. Filter enligt nägot patentkrav 5-7, kännetecknat av att övergängsledningarna (A, B) är upphängt substrats ledare (suspended substrate lines).Filter according to any one of claims 5-7, characterized in that the transition lines (A, B) are suspended substrate lines. 10. Användning av ett filter enligt nägot föregäende pa-3'5 tentkrav i en radiotelefon.10. The use of a filter according to the foregoing pa-3'5 test requirements in a radio telephone.