FI90478C

FI90478C - Filter

Info

Publication number: FI90478C
Application number: FI921025A
Authority: FI
Inventors: Seppo Yrjoelae
Original assignee: Lk Products Oy
Priority date: 1992-03-09
Filing date: 1992-03-09
Publication date: 1994-02-10
Also published as: DE69321859D1; FI921025A0; EP0560503B1; EP0560503A1; CA2091089A1; AU661556B2; DE69321859T2; JPH06120708A; AU3397393A; FI90478B; FI921025A; DK0560503T3

Description

1 904781 90478

Suodatin - FilterFilter

Esilia oleva keksinttt koskee suodatinta sShkdisen signaalin 5 maarMttyjen taajuuksien suodattamiseksi kSsittaen komponent-teja suodattimen taajuusvasteen muodostamiseksi ja kompo-nentteja kytkentdjen ja impedanssisovituksen suorittamisek-si .The present invention relates to a filter for filtering the determined frequencies of a signal signal 5, including components for generating a frequency response of the filter and components for performing switching and impedance matching.

10 Radiopuhelinteollisuudessa kehitys on pitkaån kulkenut kohti yha pienempia, halvempia ja suorituskykyisempia laitteita ja komponentteja. Suuntaus on johtanut tehokkaaseen piirilevy-pintojen hyddyntSmiseen, voimakkaaseen komponenttien integ-rointiasteen kasvattamiseen seka toimintojen rationointiin. 15 Poikkeuksen tåh&n muodostavat radiopuhelinten suurtaajuiset osat, jotka toistaiseksi ovat erittMin pitkalle konstruoitu-ja erilliskomponentteja ja liuskarakenteita kayttaen.10 In the radiotelephone industry, developments have long been towards smaller and cheaper, more efficient devices and components. The trend has led to efficient utilization of circuit board surfaces, a strong increase in the degree of component integration, and rationalization of functions. 15 The exception to this is the high-frequency parts of radiotelephones, which have so far been constructed over a very long period of time using separate and separate components and strip structures.

Tunnetusti radiopuhelimen lHhetinosassa kSytetSan IShetyksen 20 tehotason såatoon tehons&atdpiiriå, jonka toiminta perustuu lahettimen lShtdtason indikointiin ja vertaamiseen asetet-tuun referenssiarvoon. Oleellinen osa tehonsSatdpiiria on vastaanoton erotussuodattimen vålittdmåån låheisyyteen si-joitettava suuntakytkin, jolla lahettimen låhtdtehoon ver-25 rannollinen jfinnite tuotetaan. SuuntakytkintS kSytetaan siis IMhetystehon mittaukseen, jolloin tehotaso sSadetaan tehon-saåtopiirilla sopivaksi, ja se sijaitsee tavallisesti lahettimen perassa tai ennen antennia.As is known, in the transmitter part of the radiotelephone, a power & response circuit is used to transmit the power level of the transmission 20, the operation of which is based on indicating the reference level of the transmitter and comparing it with the set reference value. An essential part of the power control circuit is a directional switch placed in the vicinity of the transmission of the receive separation filter, with which a jfinnite adjacent to the output power of the transmitter is produced. The directional switch is thus used to measure the transmission power, in which case the power level is adjusted to suit the power supply circuit, and is usually located at the Pera of the transmitter or before the antenna.

30 Suuntakytkin on perinteisesti konstruoitu erilaisia kytket-tyja siirtojohtorakenteita ja muuntajia kayttaen. Laajasti kaytetty valmistuskustannuksiltaan edullinen suuntakytkin voidaan rakentaa suoraan puhelimen piirilevylle kytkettyja mikroliuskoja tai liuskajohtoja kMyttaen. Rakenteen epakoh-35 tia ovat sen vaatima suhteellisen suuri piirilevyala sekå toiminnan voimakas riippuvuus pohjalevymateriaalin ominai-suuksista ja niiden vaihteluista. Pohjalevymateriaali vai-kuttaa mikroliuskajohdon dielektrisiin eristeainehavioihin, 2 90478 jotka riippuvat suuresti materiaalin nk. havidtangentista, ja johdinhSvidihin, joihin vaikuttaa materiaalin pinnan ta-saisuus. Kustannusten pienentåmiseksi radiopuhelinten pohja-levymateriaaliksi valitaan usein edullinen yleiskayttoinen 5 materiaali, mikå heikentaa sille konstruoidun suuntakytkimen toimintaa: pohjalevymateriaalin kasvaneet materiaalihSviot ja ominaisuuksien toleranssit nåkyvåt suoraan suuntakytkimen valiinkytkentåvaimennuksessa seka ominaisuuksien vaihtelus-sa .30 A directional switch has traditionally been constructed using various coupled transmission line structures and transformers. A widely used low-cost directional switch can be constructed using microstrips or striplines connected directly to a 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 wires of the microstrip line, 290478, which depend largely on the so-called havid tangent of the material, and the conductor wires, which are affected by the flatness of the surface of the material. 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 disadvantages and feature tolerances of the base plate material are directly visible in the directional switch selection attenuation.

1010

KayttMmalla suuntakytkinrakennetta, joka perustuu erillisten siirtojohtojen (esim. koaksiaalikaapelien) kSyttamiseen, muuntajaan tai konstruoimalla kytkin erilliselle stabiilille ja vahahSvioiselle substraatille voidaan havidita pienentaa 15 ja toimintaa stabiloida, mutta edelleen tarvitaan våhintMMn-kin sama pohjalevyala ja lisSksi erillisen substraatin kåyt-to aiheuttaa lisakustannuksia.By using a directional switch structure based on the use of separate transmission lines (e.g. coaxial cables), a transformer or by constructing a switch on a separate stable and waxed substrate, it is possible to reduce and stabilize the operation, but still require at least the same additional base plate area and additional

Esillå olevan keksinndn tarkoituksena on valttaa edellS lue-20 tellut epåkohdat poistamalla lahettimen pohjalevylta suunta-kytkin erilliskomponenttina tai liuskarakenteena integroi-malla suuntakytkin kiinteåksi osaksi suodatinta. Keksinnolle on tunnusomaista se, ettå suodattimessa on suuntakytkin.The object of the present invention is to overcome 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 seka lahetin etta vastaanotin, jotka kåyttåvHt samaa antennia, tarvitsevat siirtoverkon lShe-tettavan ja vastaanotettavan signaalin ohjaamiseksi asianmu-kaisesti. Antennilta tuleva signaali on ohjattava vastaan-ottimelle ilman, etta låhetin aiheuttaisi merkittaviH håiri-30 oita. Vastaavasti lahettimeltå saatu signaali on siirrettSva antennille ilman, etta vastaanotin aiheuttaisi siihen håiri-oit'å. Tunnetusti radiopuhelimissa kaytetSSn resonaattoreihin perustuvia kahdesta erotussuodattimesta koostuvia dupleksi-suodattimia erottamaan lahetettåva ja vastaanotettava sig-35 naali toisistaan. Dupleksisuodatin muodostuu tavallisesti siis kahdesta erillisesta kaistanpaastosuodattimesta, joista toinen on liitetty vastaanotinhaaraan ja sen keskitaajuus ja kaistanleveys vastaavat vastaanottokaistaa ja toinen suoda- 3 90478 tin on liitetty l&hetinhaaraan ja sen keskitaajuus ja kais-tanleveys vastaavat lahetyskaistaa. Suodattimien toiset paat on kytketty usein impedanssin sovittavan siirtojohdon kautta yhteiseen antennilinjaan. Vaikka dupleksisuodatin on usein 5 sijoitettu saman kotelon sisåan, jossa on liitannat lahetti-melle, vastaanottimelle ja antenniin, muodostuu se kuitenkin kåytånnosså kahdesta erillisestå kaistanpaastdsuodattimesta, koska suodattimien vSlinen isolaatio on saatava hyvin suu-reksi, etteivat niiden keskinaiset sahkomagneettiset vuodot 10 vaikuttaisi haitallisesti toimintaan. Helix-tekniikalla kon-struoiduissa suodattimissa on kummankin suodattimen vMlilla metallinen våliseina, jolla saadaan toteutettua tehokkaasti tarvittava isolaatio. Dupleksisuodattimissa kytkennåt re-sonaattoreihin sekel resonaattoreiden valiset kytkennat on 15 toteutettu tavallisesti erilaisten siirtojohtorakenteiden ja erilliskomponenttien muodostamilla sovituskytkennoilla.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. Correspondingly, the signal received from the transmitter is transmitted to the antenna without the receiver interfering with it. It is known to use two-difference duplex filters based on resonators in radiotelephones to separate the signal to be transmitted and received. Thus, a duplex filter usually consists of two separate band-pass 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 second 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 is in practice composed of two separate band-pass filters, since the external isolation of the filters must be very large so as not to interfere with their mutual saw packets. Filters constructed with the Helix technology have a metal partition on the vMl of both filters, which can be used to effectively implement the required insulation. In duplex filters, the connections to the resonators and the connections between the resonators are usually realized by matching connections formed by different transmission line structures and separate components.

Esilla oleva keksinto perustuu oivallukseen hyodyntaa suodattimen, kuten RX- tai TX-erotussuodattimen, kytkennoissa 20 tai sovituspiireisså olevia siirtojohtoja suuntakytkimen toteuttamiseen. Keksinnon avulla suuntakytkin voidaan siir-tåå ymparistohairioista karsivaltå ja usein suurihavioiselta pohjalevyltå suurtaajuussuodattimeen, joka tarjoaa håirioil-ta suojatun koteloidun ympariston ja suodatintekniikassa 25 valttåmattomån vahahavidisen ja stabiilin substraatin. Edel-leen koska suuntakytkin kuvatussa rakenteessa muodostuu suodattimen siirtojohdosta ja siihen kytkeytyvastS kytkimen siirtojohdosta ja siihen kytkeytyvåstå kytkinsiirtojohdosta, ovat ainoat kytkimestM aiheutuvat lisahaviot lahetinsystee-30 min ottaman tehonaytteen suuruisia, mika on merkittava pa-rannus nykyiseen tekniikan tasoon. Suuntakytkin voidaan to-teuttaa helposti lisåamållå se suodattimen yhteyteen tai kåyttamalla hyvåksi suodattimessa jo olemassa olevia kompo-nentteja, kuten kytkentå- tai impedanssisovitussiirtojohto-35 ja, jolloin suuntakytkin saadaan muodostettua lisaamalla jo olemassa olevan esim. mikroliuskan kanssa rinnakkain toinen mikroliuska. Suuntakytkin voidaan luonnollisesti toteuttaa monella eri tavalla kSyttamalla minkalaisia siirtojohtoja 4 90478 tahansa, edullisesti mikroliuskoja tai laajennetun substraa-tin liuskajohtoja (suspended substrate lines). Toteutustapa ei ole olennainen keksinndn kannalta, vaan olennaista on se, etta suuntakytkin sisSltyy suodattimeen ja on toteutettu 5 edullisesti suodattimessa jo olemassa olevien rakenteiden avulla.The present invention is based on the realization of utilizing 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 environmental disturbance-prone and often high-scratch base plate to a high-frequency filter, which provides an interference-protected encapsulated environment and a wax-resistant and stable substrate which is indispensable in filter technology. Furthermore, since the directional switch in the described structure consists of a filter transmission line and a coupling transmission line connected thereto and a coupling transmission line connected thereto, the only additional treatments caused by the switch are the size of the power sample taken by the transmitter system-30 min, which is a significant improvement. The directional switch can be easily implemented by adding it to the filter or by utilizing components already existing 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. microstrip. The directional switch can, of course, be realized in many different ways by using any of the 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 existing structures.

KeksintoS selostetaan seuraavassa yksityiskohtaisemmin esi-merkinomaisen suoritusmuodon avulla viitaten oheiseen ku-10 vaan, joka esittaa esimerkkinS eraan keksinnon mukaisen suo-datin-suuntakytkinlohkon rakennetta, tassa 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, which shows, by way of example, the structure of a filter directional switch block according to the invention, including 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 nelja porttia: yksi portti 8 suodattimeen tulevalle lahetyssignaalille, yksi antenniportti 9, vastaanottimen portti seka suuntakyt-kinportti 7. Antennista 6 tuleva vastaanotettava signaali 20 etenee dupleksisuodattimen 1 vastaanottosuodatinlohkon 3 kautta vastaanottimeen 5. Vastaavasti lShettimestS 4 tuleva signaali etenee dupleksisuodattimen 1 RX-erotussuodatinloh-kon 2 kautta antennille 6. TMsta antennille etenevåstå sig-naalista suuntakytkin 10 ottaa maSratyn tasoisen lMhettimen 25 tehotasoon verrannollisen nSytteen 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 comprises 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 via the RX separation filter block 2 of the duplex filter 1 to the antenna 6. From the signal propagating to the antenna, the directional switch 10 takes a signal proportional to the power level of the transmitter 25 of the determined level and connects it to the directional switch port 7.

Kuvassa esitetysså esimerkinomaisessa suoritusmuodossa, jos-sa helix-resonaattoritekniikalla toteutetun dupleksisuodat-30 timen 1 RX-erotussuodattimen 2 lahettimen puoleisen paån so-vituspiiriin on integroitu suuntakytkin 10. Suuntakytkin 10 on edullisesti toteutettu piirilevylle kytkettyjå mikroliusko ja kSyttaen. Toinen A liuskoista toimii suodattimen tulon kytkentSliuskana helixiin HX1, toisen B ollessa kytkenta-35 liuska suuntakytkinporttiin 7. Kytkinliuska B on paatetty vastuksella R. Suuntakytkin voisi kuvan mukaisessa suodattimessa sijaita ennen antenniporttia 9, jolloin sen voisi hel-posti toteuttaa lisaamalla impedanssisovituksen suorittavan li 5 90478 liuskan C rinnalle toinen haara, joka kåsittSisi suuntakyt-kinportin 7, kytkinsiirtojohdon B ja pååtevastuksen R.In the exemplary embodiment shown in the figure, where a 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 with a microcircuit 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 in the filter before the antenna port 9, easily by adding impedance matching alongside strip C, a second branch comprising a directional switch port 7, a switch transmission line B and a terminating resistor R.

Suuntakytkin 10 muodostuu edullisesti kahdesta låhellå toi-5 siaan olevasta mikroliuskasta A ja B, joilla on yhteiset maatasot. Liuskojen valillS vallitsee sahkdmagneettinen kyt-kenta: Jannite toisessa liuskassa tuottaa såhkokentån, joka indusoi jånnitteen myds toiseen liuskaan. Magneettinen kyt-keytyminen aiheutuu vastaavasti liuskassa etenevån virran 10 tuottamasta magneettikentastå, joka indusoi virran myos toiseen johtimeen. Kun lahettimeltå tuodaan tehoa porttiin 8, halutun kytkennån suuruinen osa tehosta kytkeytyy suuntakyt-kinporttiin 7, osa kulkee kytkimen 10 lapi kohti suodattimen ensimmaistå resonaattoria HX1 ja erittain pieni kytkimen 15 epåhomogeenisuuksista ja kvasi-TEM-aaltomuodosta johtuva vuoto-osa oikosulkeutuu pHatevastuksen R kautta maahan. Ku-vattu mikroliuskakytkin 10 on bilateraalinen eli mihin ta-hansa porttiin tuotu teho kytkeytyy samalla tavalla raken-teen symmetrisyyden vuoksi. Yleisesti kvasi-TEM-suuntakytki-20 men hyvyyden mittana kåytetåan yleisesti suuntakytkinport-tiin 7 ja eristettyyn vuotoporttiin eli vastuksen R kautta maahan kytkeytyneiden tehojen suhdetta, suuntaavuutta.The directional switch 10 preferably consists of two adjacent microstrips A and B with common ground planes. There is an electromagnetic coupling between the strips: The voltage in one strip produces an electric field that induces a voltage myds 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 supplied from the transmitter to port 8, part of the power of the desired connection is connected to the directional switch port 7, part passes through the switch 10 towards the first filter resonator HX1 and a very small leakage due to the inhomogeneities of the switch 15 and the quasi-TEM waveform. The described microstrip switch 10 is bilateral, i.e. the power supplied 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 directional switch port 7 and the isolated leakage port, i.e. the ratio of the powers connected to ground through the resistor R, is generally used.

Kayttåmålla keksinnon mukaista integroitua suodatin-suunta-25 kytkinrakennetta radiopuhelimen dupleksisuodattimessa voi- daan suuntakytkimen aiheuttamia havioita radiopuhelimen la-hetinosassa merkittavåsti pienentaa, suuntakytkimen toimin-taa stabiloida seka puhelimen pohjalevyalan kSyttdS tehos-taa. Esilla oleva keksinto ei rajoitu mihinkMån tiettyyn 30 sovellutukseen vaan sita voidaan kayttaa suodattimissa eri-laisissa sovellutuksissa ja eri taajuuksilla, edullisesti radiotaajuuksilla, kuten UHF ja VHF.By using the integrated filter-direction switch structure according to the invention in the duplex filter of a radiotelephone, the damage caused by the directional switch in the transmitter part of the radiotelephone can be significantly reduced, the operation of the directional switch can be stabilized and the power of the telephone base plate can be used. The present invention is not limited to any particular application but may be used in filters in a variety of applications and at different frequencies, preferably radio frequencies such as UHF and VHF.

Claims

1. Suodatin (1) s&hkoisen signaalin maSrattyjen taajuuksi-en suodattamiseksi kBsittBen komponentteja (HX1-HX4) suodat-timen taajuusvasteen muodostamiseksi ja komponentteja (A, C) 5 kytkentojen ja impedanssisovituksen suorittamiseksi, tunnettu siita, ettS siinM on suuntakytkin (10).A filter (1) for filtering the measured frequencies of an electronic signal by means of components (HX1-HX4) for generating a filter frequency response and components (A, C) for performing connections and impedance matching, characterized in that the M is a directional switch (10).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen suodatin, tunnettu siita, etta suodatin (1) on helix-suodatin. 10Filter according to Claim 1, characterized in that the filter (1) is a helix filter. 10

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen suodatin, tunnettu siita , etta suodatin (1) on keraaminen suodatin.Filter according to Claim 1, characterized in that the filter (1) is a ceramic filter.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen suodatin, tunnettu sii-15 ta, etta suodatin (1) on erilliskomponenteista muodostettu suodatin.Filter according to Claim 1, characterized in that the filter (1) is a filter formed of separate components.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen suodatin, tunnettu siita, etta suuntakytkin (10) kasittaa kaksi siir- 20 tojohtoa (A, B).Filter according to one of the preceding claims, characterized in that the directional switch (10) passes through two transmission lines (A, B).

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen suodatin, tunnettu siita, etta toinen siirtojohto (A) on impedanssisovitin.Filter according to Claim 5, characterized in that the second transmission line (A) is an impedance adapter.

6 904786 90478

7. Patenttivaatimuksen 5 mukainen suodatin, tunnettu sii ta, etta toinen siirtojohto (A) on kytkentajohto.Filter according to Claim 5, characterized in that the second transmission line (A) is a connecting line.

8. Jonkin patenttivaatimuksen 5-7 mukainen suodatin, tunnettu siita, etta siirtojohdot (A, B) ovat mikroliuskoja. 30Filter according to one of Claims 5 to 7, characterized in that the transmission lines (A, B) are microstrips. 30

9. Jonkin patenttivaatimuksen 5-7 mukainen suodatin, tunnettu siita, etta siirtojohdot (A, B) ovat ripustetun substraatin liuskajohtoja (suspended substrate lines).Filter according to one of Claims 5 to 7, characterized in that the transmission lines (A, B) are suspended substrate lines.

10. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukaisen suodatti- men kåytto radiopuhelimessa. II 7 90478Use of a filter according to any one of the preceding claims in a radiotelephone. II 7 90478