PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE60031912T2 05.04.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001058333
Titel Duplexer und Kommunikationsgerät
Anmelder Murata Manufacturing Co., Ltd., Nagaokakyo, Kyoto, JP
Erfinder Atokawa, Masayuki, Nagaokakyo-shi, Kyoto-fu 617-8555, JP;
Tsunoda, Kikuo, Nagaokakyo-shi, Kyoto-fu 617-8555, JP
Vertreter Schoppe, Zimmermann, Stöckeler & Zinkler, 82049 Pullach
DE-Aktenzeichen 60031912
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 03.05.2000
EP-Aktenzeichen 001094606
EP-Offenlegungsdatum 06.12.2000
EP date of grant 22.11.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 05.04.2007
IPC-Hauptklasse H01P 1/15(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse H01P 1/213(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]
HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Duplexer zur Verwendung in beispielsweise einem Mikrowellenband und auf eine Kommunikationsvorrichtung.

2. Beschreibung der verwandten Technik

Ein Übertragungsfrequenzband, das für die sendeseitige Leitung eines Duplexers zur Verwendung bei PCS benötigt wird, beträgt 1850–1910 MHz, und ein Empfangsfrequenzband für eine empfangsseitige Schaltung beträgt 1930–1990 MHz. Es ist notwendig, dass sowohl die sendeseitige Schaltung als auch die empfangsseitige Schaltung ein breites Durchlassband von 60 MHz aufweisen. Dagegen beträgt der Zwischenraum, bei dem gewährleistet ist, dass das Sendefrequenzband von dem Empfangsfrequenzband getrennt ist, 20 MHz. Das heißt, dass der Zwischenraum zwischen den beiden Bändern sehr schmal ist.

Ferner stellt der Duplexer die Phase der sendeseitigen Schaltung und die der empfangsseitigen Schaltung zusammen. Im Fall von PCS sind die Phase der sendeseitigen Schaltung und die der empfangsseitigen Schaltung im Idealfall dadurch gebildet, dass die sendeseitige Schaltung dahin gehend eingestellt wird, dass sie in dem Empfangsfrequenzband von 1930–1990 MHz eine hohe Impedanz (offen) aufweist, und dass die empfangsseitige Schaltung so eingestellt wird, dass sie in dem Sendefrequenzband von 1850–1910 MHz eine hohe Impedanz aufweist (offen).

8 zeigt ein Beispiel der Schaltungskonfiguration eines Duplexers 1 des Standes der Technik, wie er in der EP-A-0910132 offenbart ist. Im Fall eines PCS-Systems ist der Zwischenraum zwischen dem Sendefrequenzband und dem Empfangsfrequenzband schmal, nämlich 20 MHz. Demgemäß ist das Sendefrequenzband in zwei Bandbreiten von 1850–1880 MHz und 1880–1910 MHz unterteilt, und ferner ist das Empfangsfrequenzband in zwei Bandbreiten von 1930–1960 MHz und 1960–1990 MHz aufgeteilt. Das heißt, dass die Frequenzbänder schmal werden, und die Zwischenräume breit sind. Insbesondere sind Reaktanzelemente (PIN-Diode) jeweils mit Resonatoren verbunden und steuern die Spannungen der Resonatoren, so dass die zwei Arten von Durchlassbändern der sendeseitigen Schaltung 25 und der empfangsseitigen Schaltung 26 umgeschaltet werden können, was zu einer Verringerung der Anzahl der Filterstufen führt. Desgleichen wird versucht, den Duplexer zu verkleinern und demselben hohe Qualitäten zu verleihen. In 8 sind ein Sendeanschluss mit Tx bezeichnet, ein Empfangsanschluss mit Rx, ein Antennenanschluss mit ANT, Resonatoren in der sendeseitigen Schaltung 25 mit 2 und 3, Resonatoren in der empfangsseitigen Schaltung 26 mit 4 bis 6, Kopplungsspulen mit L1 und L11, Kopplungskondensatoren zum Bestimmen einer Sperrbanddämpfung mit C1 und C2, Kondensatoren mit C5, C6 und C24, frequenzbandvariable Kondensatoren mit C3, C4 und C7 bis 9, PIN-Dioden mit D2 bis D6, Drosselspulen mit L2, L3 und L6 bis 8, Steuerspannungsversorgungswiderstände und -kondensatoren mit R1 und R2 bzw. C22 und C23, Spulen und Kondensatoren, die Phasenschaltungen darstellen, mit L20 und L21 bzw. C15, und Kopplungskondensatoren mit C11 bis C14.

CONT1 bezeichnet einen Spannungssteueranschluss zum Steuern der Spannungen der PIN-Dioden D2 und D3 der Sendeschaltung 25, und CONT2 einen Spannungssteueranschluss zum Steuern der Spannungen der PIN-Dioden D4 bis D6. Wenn an die Spannungssteueranschlüsse CONT1 und CONT2 positive Spannungen angelegt werden, befinden sich die PIN-Dioden D2 bis D6 im eingeschalteten Zustand, und der Duplexer 1 arbeitet durch den NIEDRIG-Kanal. Das heißt, wie in 9 gezeigt ist, dass das Durchlassband der sendeseitigen Schaltung 25 1850–1880 MHz wird und das der empfangsseitigen Schaltung 26 1930–1960 MHz wird. Wenn, im Gegensatz dazu, die Steuerspannungen null betragen, wobei keine Spannungen an die Spannungssteueranschlüsse CONT1 und CONT2 angelegt sind, schalten sich die PIN-Dioden D2 bis D6 ab, und der Duplexer 1 arbeitet durch den HOCH-Kanal. Das heißt, wie in 9 gezeigt ist, dass das Durchlassband der sendeseitigen Schaltung 25 1880–1910 MHz wird und das der empfangsseitigen Schaltung 26 1960–1990 MHz wird.

Ein tragbares Telefon wird im Betriebsbereitschaftszustand bezüglich einer Empfangswelle geschaltet, mit Ausnahme der Zeit, während der Sprache ausgeführt wird. In dem Fall, dass die Frequenz während der Empfangswellen-Betriebsbereitschaft 1930 MHz beträgt und die Empfangswellen-Betriebsbereitschaft ausgeführt wird, wobei positive Spannungen an die Spannungssteueranschlüsse CONT1 und CPNT2 angelegt sind, ist die Batterie des tragbaren Telefons rasch erschöpft, was das Problem verursacht, dass die Empfangswellen-Bereitschaftszeit kurz wird.

Man kann annehmen, dass als Gegenmaßnahmen gegen das Problem die Steuerspannung des Spannungssteueranschlusses CONT1 auf 0 V eingestellt wird und eine positive Spannung lediglich an den Spannungssteueranschluss CONT2 angelegt wird. Da während der Empfangswellen-Betriebsbereitschaft ein Verbrauchsstrom lediglich durch die empfangsseitige Schaltung 26 fließt, kann das Aufbrauchen der Batterie unterdrückt werden. Was jedoch ein System wie z.B. PCS betrifft, bei dem die Frequenz des Sendefrequenzbandes niedriger ist als die des Empfangsfrequenzbandes, ist der Zwischenraum zwischen dem Durchlassband (1880–1910 MHz) der sendeseitigen Schaltung 25 und dem (1930–1960 MHz) der empfangsseitigen Schaltung 26 sehr schmal, wie in 10 gezeigt ist, wenn die PIN-Dioden D2 und D3 in der sendeseitigen Schaltung 25 abgeschaltet sind (im abgeschalteten Zustand) und die PIN-Dioden D4 bis D6 in der empfangsseitigen Schaltung 26 eingeschaltet sind (im eingeschalteten Zustand). Deshalb ist es schwierig, die sendeseitige Schaltung 25 dahin gehend einzustellen, dass sie eine hohe Impedanz (offen) in dem Empfangsfrequenzband von 1930–1960 MHz aufweist. Somit entsteht das Problem, dass der Einfügungsverlust der empfangsseitigen Schaltung 26 hoch ist.

11 ist ein Graph, der die Messergebnisse der Bandpasscharakteristik S32 und der Reflexionscharakteristik S22 (siehe 8) der empfangsseitigen Schaltung 26 zeigt, die erhalten werden, wenn positive Spannungen an die Spannungssteueranschlüsse CONT1 und CONT2 angelegt werden. In diesem Fall betrug der Einfügungsverlust der empfangsseitigen Schaltung 26 3,3 dB. Dagegen ist 12 ein Graph, der die Messergebnisse der Bandpasscharakteristik S32 und der Reflexionscharakteristik S22 der empfangsseitigen Schaltung 26 zeigt, die erhalten werden, wenn eine positive Spannung lediglich an den Spannungssteueranschluss CONT2 angelegt wird. Bei 12 ist der Signalverlauf in dem Teil derselben, der durch einen Kreis A gezeigt ist, verzerrt. In diesem Fall verschlechterte sich der Einfügungsverlust der empfangsseitigen Schaltung 26 auf 5,0 dB.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Duplexer zu liefern, dessen Verbrauchsstrom gering ist und dessen Einfügungsverlust niedrig ist.

Diese Aufgabe wird durch einen Duplexer gemäß Anspruch 1 erzielt.

Hiernach ist das erste frequenzvariable Filter beispielsweise ein Sendefilter, und das zweite frequenzvariable Filter ist beispielsweise ein Empfangsfilter. Als Reaktanzelemente werden beispielsweise PIN-Dioden und Dioden mit veränderlicher Kapazität verwendet.

Wenn das Reaktanzelement des zweiten frequenzvariablen Filters im eingeschalteten Zustand ist, ist das vorbestimmte Reaktanzelement des ersten frequenzvariablen Filters im eingeschalteten Zustand. Dadurch wird die Impedanz des ersten frequenzvariablen Filters in dem Resonanzfrequenzband des zweiten frequenzvariablen Filters verstärkt. Demgemäß ist der Einfügungsverlust des zweiten frequenzvariablen Filters unterdrückt. Außerdem ist der Leistungsverbrauch im Vergleich zu dem Fall, bei dem alle Reaktanzelemente des ersten frequenzvariablen Filters im eingeschalteten Zustand sind, verringert, da lediglich das vorbestimmte Reaktanzelement des ersten frequenzvariablen Filters im eingeschalteten Zustand ist. Somit ist der Leistungsverbrauch während einer Empfangswellen-Betriebsbereitschaft verringert.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung liefert eine Kommunikationsvorrichtung, die einen beliebigen der oben beschriebenen Duplexer umfasst. Demgemäß ist der Leistungsverbrauch während einer Empfangswellen-Betriebsbereitschaft unterdrückt, und der Verlust der empfangsseitigen Schaltung ist verringert.

Andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der Erfindung, die sich auf die beiliegenden Zeichnungen bezieht.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist ein elektrisches Schaltbild gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel des Duplexers der vorliegenden Erfindung.

2 ist eine perspektivische Ansicht, die die Anbringstruktur des Duplexers der 1 zeigt.

3 ist eine Querschnittsansicht eines Beispiels der bei dem Duplexer der 1 verwendeten Resonatoren.

4 ist ein Graph, der die Durchlass- und Reflexionscharakteristika der empfangsseitigen Schaltung des Duplexers der 1 zeigt.

5 ist ein elektrisches Schaltbild eines Duplexers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

6 ist ein elektrisches Schaltbild eines Duplexers der vorliegenden Erfindung.

7 ist ein Blockdiagramm einer Kommunikationsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

8 ist ein elektrisches Schaltbild, das den Aufbau einer Antennenvorrichtung des Standes der Technik zeigt.

9 ist eine Veranschaulichung der Filtercharakteristik eines Duplexers.

10 ist eine Veranschaulichung der Filtercharakteristik eines Duplexers des Standes der Technik.

11 ist ein Graph, der die Durchlass- und Reflexionscharakteristika der empfangsseitigen Schaltung eines Duplexers des Standes der Technik zeigt, wenn positive Spannungen an die Spannungssteueranschlüsse CONT1 und CONT2 angelegt werden.

12 ist ein Graph, der die Durchlass- und Reflexionscharakteristika einer empfangsseitigen Schaltung eines Duplexers des Standes der Technik zeigt, wenn eine positive Spannung lediglich an einen Spannungssteueranschluss CONT2 angelegt wird.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE [Erstes Ausführungsbeispiel, Fig. 1 bis Fig. 4]

1 zeigt die Schaltungskonfiguration eines Duplexers 31 in einer Kommunikationsvorrichtung. 2 ist eine perspektivische Ansicht des Duplexers 31, bei dem die jeweiligen Komponenten an einem Schaltungssubstrat 40 angebracht sind. Bei dem Duplexer 31 ist eine sendeseitige Schaltung 25 elektrisch zwischen einen Sendeanschluss TX und einen Antennenanschluss ANT geschaltet, und eine empfangsseitige Schaltung 26 ist elektrisch zwischen einen Empfangsanschluss Rx und den Antennenanschluss ANT geschaltet.

Die sendeseitige Schaltung 25 umfasst eine Frequenzvariables-Bandeliminierungsfilter-Schaltung 27 und eine Phasenschaltung 29. Die Frequenzvariables-Bandeliminierungsfilter-Schaltung 27 umfasst Resonanzschaltungen in zwei Stufen, die miteinander gekoppelt sind, das heißt sie umfasst einen Resonator 2, der über einen Resonanzkondensator C1 elektrisch mit dem sendeseitigen Anschluss Tx verbunden ist, und einen Resonator 3, der über einen Resonanzkondensator C2 elektrisch mit der Phasenschaltung 29 verbunden ist. Die Resonanzkondensatoren C1 und C2 sind Kondensatoren zum Bestimmen der Sperrbanddämpfung. Die Reihenresonanzschaltung, die den Resonator 2 und den Resonanzkondensator C1 umfasst, ist über eine Kopplungsspule L1 mit der Reihenresonanzschaltung, die den Resonator 3 und den Resonanzkondensator C2 umfasst, elektrisch verbunden. Ferner sind Kondensatoren C5 bzw. C6 mit einer dieser beiden Reihenresonanzschaltungen elektrisch parallel verbunden.

Die PIN-Diode D2 ist als Reaktanzelement parallel zu dem Resonator 2 mit dem Zwischenknoten zwischen dem Resonator 2 und dem Resonanzkondensator C1 elektrisch verbunden, wobei die Kathode geerdet ist. Dagegen ist die PIN-Diode D3 über einen bandvariablen Kondensator C4 parallel zu dem Resonator 3 mit dem Zwischenknoten zwischen dem Resonator 3 und dem Resonanzkondensator C2 elektrisch verbunden. Die bandvariablen Kondensatoren C3 und C4 sind Kondensatoren zum Ändern zweier Dämpfungsextremfrequenzen der Dämpfungscharakteristik der Frequenzvariables-Bandeliminierungsfilter-Schaltung 27. Ferner ist ein Kondensator 24 parallel mit dem bandvariablen Kondensator C4 verbunden.

Die Phasenschaltung 29 ist eine Schaltung vom T-förmigen Typ, die eine Spule L20, die elektrisch zwischen die Frequenzvariables-Bandeliminierungsfilter-Schaltung 27 und den Antennenanschluss ANT geschaltet ist, einen Kondensator 15, der elektrisch zwischen die Masse und den Antennenanschluss ANT geschaltet ist, und eine Spule L21, die elektrisch zwischen die Bandpassfilterschaltung 28 (später beschrieben) der empfangsseitigen Schaltung 26 und den Antennenanschluss ANT geschaltet ist, umfasst.

Dagegen enthält die empfangsseitige Schaltung 26 die frequenzvariable Bandpassfilterschaltung 28 und die Phasenschaltung 29. Die empfangsseitige Schaltung 26 des ersten Ausführungsbeispiels nutzt die Phasenschaltung 29 gemeinsam mit der sendeseitigen Schaltung 25. Es erübrigt sich jedoch, zu erwähnen, dass die sendeseitige Schaltung 25 und die empfangsseitige Schaltung 26 jeweils eine unabhängige Phasenschaltung umfassen.

Die frequenzvariable Bandpassfilterschaltung 28 umfasst eine Resonanzschaltung in drei Stufen, die miteinander gekoppelt sind, d.h. sie umfasst einen Resonator 4, der über eine Resonanzinduktanz L9 elektrisch mit der Phasenschaltung 29 verbunden ist, einen Resonator 6, der über eine Resonanzinduktanz L10 elektrisch mit dem Empfangsanschluss Rx verbunden ist, und einen Resonator 5, der über Kopplungskondensatoren C11, C12, C13 und C14 elektrisch zwischen die Resonatoren 4 und 6 geschaltet ist.

Parallel zu dem Resonator 4 ist eine Reihenschaltung, die einen bandvariablen Kondensator C7 und eine PIN-Diode D4 umfasst, mit dem Zwischenknoten zwischen dem Resonator 4 und der Resonanzinduktanz L9 verbunden. Parallel zu dem Resonator 5 ist eine Reihenschaltung, die einen bandvariablen Kondensator C8 und eine PIN-Diode D5 umfasst, elektrisch mit dem Zwischenknoten zwischen einem Resonator 5 und den Kopplungskondensatoren C12 und C13 verbunden. Parallel zu dem Resonator 6 ist eine Reihenschaltung, die einen bandvariablen Kondensator C9 und eine PIN-Diode D6 umfasst, elektrisch mit dem Zwischenknoten zwischen dem Resonator 6 und der Resonanzinduktanz L10 verbunden.

Ein Spannungssteueranschluss CONT1 ist über einen Steuerspannungsversorgungswiderstand R1, einen Kondensator C22 und eine Drosselspule L2 elektrisch mit dem Zwischenknoten zwischen der Anode der PIN-Diode D2 und dem bandvariablen Kondensator C3 verbunden. Dagegen ist ein Spannungssteueranschluss CONT2 über einen Steuerspannungsversorgungswiderstand R2, einen Kondensator C23 und eine Drosselspule L3 elektrisch mit dem Zwischenknoten zwischen der Anode der PIN-Diode D3 und dem bandvariablen Kondensator 4 verbunden, ist über den Steuerspannungsversorgungswiderstand R2, den Kondensator C23 und eine Drosselspule L6 elektrisch mit dem Zwischenknoten zwischen der Anode der PIN-Diode D4 und dem bandvariablen Kondensator C7 verbunden, ist über den Steuerspannungsversorgungswiderstand R2, den Kondensator C23 und eine Drosselspule L7 elektrisch mit dem Zwischenknoten zwischen der Anode der PIN-Diode D5 und dem bandvariablen Kondensator C8 verbunden, und ist ferner über den Steuerspannungsversorgungswiderstand R2, den Kondensator C23 und eine Drosselspule L8 elektrisch mit dem Zwischenknoten zwischen der Anode der PIN-Diode D6 und dem bandvariablen Kondensator C9 verbunden. Die Kondensatoren C22 und C23 fungieren als Rausch-Reduktions-Überbrückungskondensatoren und sind elektrisch zwischen die Spannungssteueranschlüsse CONT1 bzw. CONT2 und Masse geschaltet.

Ferner werden beispielsweise dielektrische Resonatoren als Resonatoren 2 bis 6 verwendet, wie in 3 gezeigt ist. 3 zeigt den Resonator 2 als typisches Beispiel. Die dielektrischen Resonatoren 2 bis 6 umfassen jeweils ein zylindrisches Dielektrikum 21, das aus einem Material mit einer hohen Dielektrizitätskonstante wie z.B. einer Keramik vom TiO2-Typ oder dergleichen hergestellt ist, einen Außenleiter 22, der auf der äußeren peripheren Oberfläche des zylindrischen Dielektrikums 21 gebildet ist, und einen Innenleiter 23, der auf der Innenwand des zylindrischen Dielektrikums 21 gebildet ist. Der Außenleiter 22 ist an einem offenen Ende 21a (hiernach als Offenes-Ende-Seite 21a bezeichnet) des Dielektrikums 21 bezüglich des Innenleiters 23 elektrisch geöffnet (von demselben getrennt) und ist an der anderen Offenes-Ende-Seite 21b (hiernach als Kurzgeschlossenes-Ende-Seite 21b bezeichnet) mit dem Innenleiter 23 elektrisch kurzgeschlossen (leitend). Bezüglich des dielektrischen Resonators 2 ist die Reihenschaltung, die den bandvariablen Kondensator C3 und die PIN-Diode D2 umfasst, elektrisch derart verbunden, dass ein Ende des bandvariablen Kondensators C3 an der Offenes-Ende-Seite 21a mit dem Innenleiter 23 verbunden ist und die Kathode der PIN-Diode D2 mit Masse verbunden ist. Der Außenleiter 22 ist mit Masse verbunden.

Hiernach werden die Funktionsweise und die Auswirkungen des Duplexers 31, der die oben beschriebene Konfiguration aufweist, beschrieben. Bei diesem Duplexer 31 wird ein Sendesignal, das von einem Sendeschaltungssystem in den Sendeanschluss Tx eingegeben wird, über die sendeseitige Schaltung 25 aus dem Antennenanschluss ANT ausgegeben, wohingegen ein durch den Antennenanschluss ANT eingegebenes Empfangssignal über die empfangsseitige Schaltung 26 an ein Empfangsschaltungssystem ausgegeben wird.

Die Eingang-Frequenz der Frequenzvariables-Bandeliminierungsfilter-Schaltung 27 in der sendeseitigen Schaltung 25 wird durch die Resonanzfrequenz eines Resonanzsystems, das den bandvariablen Kondensator C3, den Resonanzkondensator C1 und den Resonator 2 umfasst, und durch die Resonanzfrequenz eines Resonanzsystems, das den bandvariablen Kondensator C4, den Resonanzkondensator C2 und den Resonator 3 umfasst, bestimmt. Wenn positive Spannungen als Steuerspannungen an die Spannungssteueranschlüsse CONT1 und CONT2 angelegt sind, befinden sich die PIN-Dioden D2 und D3 jeweils im eingeschalteten Zustand. Demgemäß sind die bandvariablen Kondensatoren C3 und C4 über die PIN-Dioden D2 und D3 geerdet, so dass beide Dämpfungsextremfrequenzen verringert werden und das Durchlassband der sendeseitigen Schaltung 25 ein NIEDRIG-Kanal (1850–1880 MHz) wird.

Im Gegenteil, wenn die Steuerspannungen 0 V sind, wobei keine Spannungen an den Spannungssteueranschlüssen CONT1 und CONT2 angelegt sind, befinden sich die PIN-Dioden D2 und D3 jeweils im ausgeschalteten Zustand. Statt eines Anlegens der Steuerspannungen von 0 V können an die Spannungssteueranschlüsse CONT1 und CONT2 negative Spannungen angelegt werden, so dass sich die PIN-Dioden D2 und D3 im ausgeschalteten Zustand befinden. Dadurch werden die bandvariablen Kondensatoren C3 und C4 jeweils offen, so dass beide Dämpfungsfrequenzen erhöht werden und das Durchlassband der sendeseitigen Schaltung 25 zu einem HOCH-Kanal (1880–1910 MHz) wird. Auf diese Weise können die zwei unterschiedlichen Durchlassbandcharakteristika bezüglich der sendeseitigen Schaltung 25 zurückgegeben werden, indem die Spannungssteuerung durchgeführt wird, um die bandvariablen Kondensatoren C3 und C4 zu erden oder zu öffnen.

Dagegen wird die Durchlassfrequenz der frequenzvariablen Bandpassfilterschaltung 28 in der empfangsseitigen Schaltung 26 durch die Resonanzfrequenz eines Resonanzsystems, das den bandvariablen Kondensator C7, die Resonanzinduktanz L9 und den Resonator 4 umfasst, durch die Resonanzfrequenz eines Resonanzsystems, das den bandvariablen Kondensator C8 und den Resonator 5 umfasst, und durch die Resonanzfrequenz eines Resonanzsystems, das den bandvariablen Kondensator C9, die Resonanzinduktanz L10 und den Resonator 6 umfasst, bestimmt. Wenn als Steuerspannungen positive Spannungen an den Spannungssteueranschluss CONT2 angelegt werden, befinden sich die PIN-Dioden D4, D5 und D6 im eingeschalteten Zustand. Demgemäß sind die bandvariablen Kondensatoren C7, C8 und C9 über die PIN-Dioden D4, D5 bzw. D6 geerdet, und die Durchlassfrequenz wird verringert, wodurch das Durchlassband der empfangsseitigen Schaltung 26 zu einem NIEDRIG-Kanal (1930–1960 MHz) wird.

Wenn die Steuerspannung dagegen 0 V gemacht wird, wobei keine Spannungen an den Spannungssteueranschluss CONT2 angelegt werden, befinden sich die PIN-Dioden D4, D5 und D6 im ausgeschalteten Zustand. Dadurch werden die bandvariablen Kondensatoren C7, C8 und C9 offen, und die Durchlassfrequenz wird erhöht, wodurch das Durchlassband der empfangsseitigen Schaltung 26 zu einem HOCH-Kanal (1960–1990 MHz) wird. Auf diese Weise können zwei unterschiedliche Durchlassbandcharakteristika bezüglich der empfangsseitigen Schaltung 26 zurückgegeben werden, indem die Spannungssteuerung durchgeführt wird, um die bandvariablen Kondensatoren C7 bis C9 zu erden oder zu öffnen.

Dieser Duplexer 31 ist derart spannungsgesteuert, dass die zwei Durchlassbänder, nämlich das hohe und das Niedrig-Durchlassband, umgeschaltet werden. Das heißt, wenn das Niederfrequenz-Durchlassband als Sendeband ausgewählt wird, wird die Durchlassfrequenz der empfangsseitigen Schaltung 26 verringert, und wenn das Hochfrequenz-Durchlassband als Sendeband ausgewählt wird, wird die Durchlassfrequenz der empfangsseitigen Schaltung 26 erhöht. Dadurch können die Phase der sendeseitigen Schaltung 25 und die der empfangsseitigen Schaltung 26 auf ideale Weise zusammengestellt werden.

Falls die Frequenz einer Empfangswelle im Bereitschaftszustand 1930 MHz beträgt, wird der Duplexer 31 in Empfangswellen-Betriebsbereitschaft versetzt, indem die Steuerspannung des Spannungssteueranschlusses CONT1 auf 0 V eingestellt wird und eine positive Spannung lediglich an den Spannungssteueranschluss CONT2 angelegt wird. Das heißt, dass sich die PIN-Dioden D4 bis D6 der empfangsseitigen Schaltung 26 und die PIN-Diode D3, die mit dem Antennenanschluss ANT in der Position elektrisch verbunden sind, die näher bei dem Antennenanschluss ANT liegt als die PIN-Diode D2 in der sendeseitigen Schaltung 25, während der Empfangswellen-Bereitschaft in dem eingeschalteten Zustand befinden. Demgemäß darf die sendeseitige Schaltung 25 eine hohe Impedanz in dem Empfangsfrequenzband von 1930–1960 MHz aufweisen, und der Einfügungsverlust der empfangsseitigen Schaltung 26 kann unterdrückt werden. 4 ist ein Graph, der die Messergebnisse der Bandpasscharakteristik S32 und der Reflexionscharakteristik S22 (siehe 1) der empfangsseitigen Schaltung 26 zeigt, die erhalten werden, wenn eine positive Spannung lediglich an den Spannungssteueranschluss CONT2 angelegt wird. In diesem Fall betrug der Einführungsverlust der empfangsseitigen Schaltung 26 3,5 dB. Ferner befindet sich zufriedenstellenderweise lediglich die PIN-Diode D3 während der Empfangswellen-Betriebsbereitschaft im eingeschalteten Zustand. Beide PIN-Dioden D2 und D3 in der sendeseitigen Schaltung 25 befinden sich nicht im eingeschalteten Zustand. Somit kann der Leistungsverbrauch während der Empfangswellen-Betriebsbereitschaft unterdrückt werden.

[Zweites Ausführungsbeispiel, Fig. 5]

5 veranschaulicht ein weiteres Ausführungsbeispiel des Duplexers der vorliegenden Erfindung. Bei einem Duplexer 40 ist eine sendeseitige Schaltung 47 elektrisch zwischen einen Sendeanschluss Tx und einen Antennenanschluss ANT geschaltet, und eine empfangsseitige Schaltung 48 ist elektrisch zwischen einen Empfangsanschluss Rx und den Antennenanschluss ANT geschaltet.

Die sendeseitige Schaltung 47 ist ein frequenzvariables Bandeliminierungsfilter, das Resonanzschaltungen in Stufen aufweist, die miteinander gekoppelt sind. Ein Resonator 41 ist über einen Resonanzkondensator C41 elektrisch mit einem Sendeanschluss Tx gekoppelt. Eine Reihenresonanzschaltung, die den Resonator 41 und den Resonanzkondensator C41 umfasst, eine Reihenresonanzschaltung, die einen Resonator 42 und einen Resonanzkondensator C42 umfasst, und eine Reihenresonanzschaltung, die einen Resonator 43 und einen Resonanzkondensator C43 umfasst, sind über Kopplungsspulen L41 und L42 elektrisch miteinander verbunden. Kondensatoren C47, C48 und C49 sind elektrisch parallel jeweils zu einer dieser drei Reihenresonatorschaltungen geschaltet. Der Antennenanschluss ANT ist über eine L-LC-Schaltung, die eine Kopplungsspule L43 und einen Kondensator 50 umfasst, mit der Reihenresonanzschaltung, die den Resonator 43 und den Resonanzkondensator C43 umfasst, elektrisch verbunden. Die Resonanzkondensatoren C41 bis C43 sind Kondensatoren zum Bestimmen einer Sperrbanddämpfung.

Eine PIN-Diode D41 als Reaktanzelement ist über einen bandvariablen Kondensator C44 parallel zu dem Resonator 41 elektrisch mit dem Zwischenknoten zwischen dem Resonator 41 und dem Resonanzkondensator C41 verbunden, wobei die Kathode geerdet ist. Eine PIN-Diode D42 ist über einen bandvariablen Kondensator C45 parallel zu dem Resonator 43 mit dem Zwischenknoten zwischen dem Resonator 42 und dem Resonanzkondensator C42 verbunden. Ferner ist eine PIN-Diode D43 über einen bandvariablen Kondensator C46 parallel zu dem Resonator 43 mit dem Zwischenknoten zwischen dem Resonator 43 und dem Resonanzkondensator C43 verbunden. Die bandvariablen Kondensatoren C44 bis C46 sind Kondensatoren zum Verändern der Dämpfungsextremfrequenzen der sendeseitigen Schaltung 47. Ferner ist ein Kondensator 46 parallel mit dem bandvariablen Kondensator C46 verbunden.

Die empfangsseitige Schaltung 48 ist ein frequenzvariables Bandpassfilter, das Resonanzschaltungen in drei Stufen umfasst, die miteinander verbunden sind. Eine Reihenresonanzschaltung, die einen Resonator 44 und einen Resonanzkondensator C55 umfasst, ein Resonator 45 und eine Reihenresonanzschaltung, die einen Resonator 46 und einen Resonanzkondensator C56 umfasst, sind über Kopplungskondensatoren C52 und C53 elektrisch verbunden. Ferner ist die Reihenresonanzschaltung, die den Resonator 44 und den Resonanzkondensator C55 umfasst, über einen Kopplungskondensator C51 elektrisch mit dem Antennenanschluss ANT verbunden. Die Reihenresonanzschaltung, die den Resonator 46 und den Resonanzkondensator C56 umfasst, ist über einen Kopplungskondensator C54 elektrisch mit dem Empfangsanschluss Rx verbunden.

Eine Reihenschaltung, die einen bandvariablen Kondensator C57 und eine PIN-Diode D44 umfasst, ist parallel zu dem Resonator 44 elektrisch mit dem Zwischenknoten zwischen dem Resonator 44 und dem Resonanzkondensator C55 verbunden. Eine Reihenschaltung, die bandvariable Kondensatoren C58 und C59 und die PIN-Diode D45 umfasst, ist parallel zu dem Resonator 45 elektrisch mit dem Zwischenknoten zwischen dem Resonator 45 und den Kopplungskondensatoren C52 und C53 verbunden. Eine Reihenschaltung, die einen bandvariablen Kondensator C60 und eine PIN-Diode D46 umfasst, ist parallel zu dem Resonator 46 elektrisch mit dem Zwischenknoten zwischen dem Resonator 46 und dem Resonanzkondensator C56 verbunden.

Ein Spannungssteueranschluss CONT1 ist über einen Steuerspannungsversorgungswiderstand R41, einen Kondensator C62 und eine Drosselspule L44 elektrisch mit dem Zwischenknoten zwischen der Anode der PIN-Diode D41 und dem bandvariablen Kondensator C44 verbunden und ist über den Steuerspannungsversorgungswiderstand R41, den Kondensator C62 und eine Drosselspule L45 elektrisch mit dem Zwischenknoten zwischen der Anode der PIN-Diode D42 und dem bandvariablen Kondensator C45 verbunden.

Dagegen ist ein Spannungssteueranschluss CONT2 über einen Steuerspannungsversorgungswiderstand R42, einen Kondensator C63 und eine Drosselspule L46 elektrisch mit dem Zwischenknoten zwischen der Anode der PIN-Diode D43 und dem bandvariablen Kondensator C46 verbunden, ist über den Steuerspannungsversorgungswiderstand R42, den Kondensator C63 und eine Drosselspule 47 elektrisch mit dem Zwischenknoten zwischen der Anode der PIN-Diode D44 und dem bandvariablen Kondensator C57 verbunden und ist überdies über den Steuerspannungsversorgungswiderstand R42, den Kondensator C63 und eine Drosselspule L49 elektrisch mit dem Zwischenknoten zwischen der Anode der PIN-Diode D46 und dem bandvariablen Kondensator C60 verbunden.

Der Duplexer 40, der die oben beschriebene Konfiguration aufweist, weist dieselbe Funktionsweise und dieselben Auswirkungen auf wie der Duplexer 31 des ersten Ausführungsbeispiels.

[Drittes Ausführungsbeispiel, Fig. 6]

Das heißt, dass sich die PIN-Dioden D4 bis D6 der empfangsseitigen Schaltung 26 und die PIN-Diode D3, die mit dem Antennenanschluss ANT in der Position elektrisch verbunden sind, die näher bei dem Antennenanschluss ANT liegt als die PIN-Diode D2 in der sendeseitigen Schaltung 25, während der Empfangswellen-Bereitschaft in dem eingeschalteten Zustand befinden.

6 zeigt einen Duplexer gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Ein Duplexer 70 ist derselbe wie der Duplexer 40 des zweiten Ausführungsbeispiels, mit der Ausnahme, dass ein Spannungssteueranschluss CONT3 zum unabhängigen Spannungssteuern der PIN-Diode D43, der mit dem Resonator 43 verbunden ist, der mit dem Antennenanschluss ANT in der zu demselben nächstgelegenen Position in der sendeseitigen Schaltung 47 elektrisch verbunden ist, neu vorgesehen ist. Der Spannungssteueranschluss CONT3 ist über einen Steuerspannungsversorgungswiderstand R73, einen Kondensator C74 und eine Drosselspule L46 mit dem Zwischenknoten zwischen der Anode der PIN-Diode D43 und dem bandvariablen Kondensator C46 verbunden.

Hiernach werden die Funktionsweise und die Auswirkungen des Duplexers 70, der die oben beschriebene Konfiguration aufweist, beschrieben.

Wie zuvor beschrieben wurde, ist der Einfügungsverlust der Jeweilige-Seite-Schaltung 48 erhöht, wenn bewirkt wird, dass ein Verbrauchsstrom während der Empfangswellen-Betriebsbereitschaft lediglich durch die empfangsseitige Schaltung 48 des Duplexers 70 fließt. Wie jedoch bei der Durchlasscharakteristik S32 der 12 zu sehen ist, ist der Einfügungsverlust der empfangsseitigen Schaltung 47 lediglich bei etwa 1930 MHz verschlechtert, was in der Nähe des Sendefrequenzbandes (1850–1910 MHz) liegt, während im Wesentlichen keine Verschlechterung des Einfügungsverlustes in der Nähe von 1960 MHz auftritt.

Demgemäß wird in dem Fall, in dem Frequenzen in der Nähe von 1960 MHz als Frequenz einer Empfangswelle im Bereitschaftszustand verwendet werden, die Steuerspannungen der Spannungssteueranschlüsse CONT1 und CONT3 auf 0 V eingestellt, und eine positive Spannung wird lediglich an den Spannungssteueranschluss CONT2 angelegt. Das heißt, dass bewirkt wird, dass ein Verbrauchsstrom während einer Empfangswellen-Betriebsbereitschaft lediglich durch die empfangsseitige Schaltung 48 fließt.

Dagegen wird in dem Fall, in dem etwa 1930 MHz als Frequenz einer Empfangswelle im Bereitschaftszustand verwendet wird, die Steuerspannung des Spannungssteueranschlusses CONT1 auf 0 V eingestellt, und positive Spannungen werden an die Spannungssteueranschlüsse CONT2 und CONT3 angelegt. Das heißt, dass sich während der Empfangswellen-Betriebsbereitschaft die PIN-Dioden D44 bis D46 und die PIN-Diode D43, die von den PIN-Dioden D41 bis D43 in der sendeseitigen Schaltung 47 in der am nächsten bei dem Antennenanschluss ANT gelegenen Position elektrisch verbunden ist, im eingeschalteten Zustand befinden.

Auf diese Weise werden entsprechende Steuerspannungen an die Spannungssteueranschlüsse CONT1 bis CONT3 angelegt, je nachdem, ob die Frequenz einer Empfangswelle im Bereitschaftszustand in der Nähe von 1960 MHz oder 1930 MHz liegt, so dass der Leistungsverbrauch weiter verringert werden kann.

[Viertes Ausführungsbeispiel, Fig. 7]

Das vierte Ausführungsbeispiel wird unter Bezugnahme auf ein tragbares Telefon als Beispiel der Kommunikationsvorrichtung der vorliegenden Erfindung beschrieben.

7 ist ein elektrisches Schaltungsblockdiagramm des HF-Teils eines tragbaren Telefons 120. Bei 7 ist ein Antennenelement mit 122 bezeichnet, ein Duplexer mit 123, ein sendeseitiger Isolator mit 131, ein sendeseitiger Verstärker mit 135, ein empfangsseitiges Zwischenstufenbandpassfilter mit 136, ein empfangsseitiger Mixer mit 137, ein Spannungssteuerungsoszillator (VCO – voltage control oscillator) mit 138 und ein lokales Bandpassfilter mit 139.

Als Duplexer 123 können die Duplexer 31, 40 und 70 des ersten bis dritten Ausführungsbeispiels verwendet werden. Ein tragbares Telefon mit einem niedrigen Leistungsverbrauch und einem niedrigen Verlust der empfangsseitigen Schaltung während einer Empfangswellen-Betriebsbereitschaft kann verwirklicht werden, indem der Duplexer 31, 40 oder 70 angebracht wird.

Der Duplexer und die Kommunikationsvorrichtung der vorliegenden Erfindung sind auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, und Variationen können vorgenommen werden, ohne von der Wesensart und dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Insbesondere stehen als Reaktanzelement zusätzlich zu der PIN-Diode Dioden mit variabler Kapazität, Transistoren oder dergleichen zur Verfügung. Ferner können als Resonatoren zusätzlich zu den dielektrischen Resonatoren auch Streifenleitungsresonatoren oder dergleichen verwendet werden.

Obwohl die Erfindung insbesondere unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsbeispiele derselben gezeigt und beschrieben wurde, wird Fachleuten einleuchten, dass die vorstehenden und andere Änderungen in Bezug auf die Form und Details darin vorgenommen werden können, ohne von der Erfindung, wie sie in den beigefügten Patentansprüchen definiert ist, abzuweichen.


Anspruch[de]
Ein Duplexer, der folgende Merkmale aufweist:

einen ersten Außenanschluss (TX);

einen zweiten Außenanschluss (RX);

einen Antennenanschluss (ANT);

ein erstes frequenzvariables Filter (27; 47), das elektrisch zwischen den ersten Außenanschluss (TX) und den Antennenanschluss (ANT) geschaltet ist und aus zumindest zwei Resonatoren, (2, 3; 42, 43) und Reaktanzelementen (D3; D43), die mit jeweiligen der Resonatoren (2, 3; 42, 43) elektrisch verbunden und in der Lage sind, spannungsgesteuert zu werden, besteht;

ein zweites frequenzvariables Filter (28; 48), das elektrisch zwischen den zweiten Außenanschluss (RX) und den Antennenanschluss (ANT) geschaltet ist und aus zumindest einem Resonator (4, 5, 6) und einem Reaktanzelement (D4, D5, D6; D44, D45, D46), das mit dem Resonator (46; 4446) des zweiten frequenzvariablen Filters (28; 48) elektrisch verbunden und in der Lage ist, spannungsgesteuert zu werden, besteht; und

einen ersten Spannungssteueranschluss (CONT2) zum Spannungssteuern eines vorbestimmten der Reaktanzelemente (D3; D43) des ersten frequenzvariablen Filters (27; 47), wobei sich das vorbestimmte Reaktanzelement (D3; D43) in einem niederohmigen Zustand befindet, wenn sich das Reaktanzelement (D4–D6; D44–D46) des zweiten frequenzvariablen Filters (28; 48) in einem niederohmigen Zustand befindet;

gekennzeichnet durch

einen zweiten Spannungssteueranschluss (CONT1) zum Spannungssteuern eines Reaktanzelements (D2; D42) des ersten frequenzvariablen Filters (27; 47), das nicht das vorbestimmte Reaktanzelement (D3; D43) ist, wobei sich das Reaktanzelement (D2; D42) des ersten frequenzvariablen Filters (27; 47), das nicht das vorbestimmte Reaktanzelement (D3; D43) ist, in einem hochohmigen Zustand befindet, wenn sich das Reaktanzelement (D4–D6; D44–D46) des zweiten frequenzvariablen Filters (28; 48) in dem niederohmigen Zustand befindet.
Ein Duplexer gemäß Anspruch 1, bei dem das erste frequenzvariable Filter (27; 47) ein Sendefilter ist und das zweite frequenzvariable Filter (28; 48) ein Empfangsfilter ist. Ein Duplexer gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem das vorbestimmte Reaktanzelement (D3; D43) des ersten frequenzvariablen Filters (27; 47) ein Reaktanzelement ist, das in der am nächsten bei dem Antennenanschluss (ANT) gelegenen Position mit dem Resonator (3; 43) elektrisch verbunden ist. Ein Duplexer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der erste Spannungssteueranschluss (CONT2) ferner zum Spannungssteuern des Reaktanzelements (D4–D6) des zweiten frequenzvariablen Filters (28) und des vorbestimmten Reaktanzelements (D3) des ersten frequenzvariablen Filters (27) dient. Ein Duplexer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, der ferner folgendes Merkmal aufweist:

einen dritten Spannungssteueranschluss (CONT2) zum Spannungssteuern eines Reaktanzelements (D44–D46) des zweiten frequenzvariablen Filters (48).
Ein Duplexer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Reaktanzelemente (D2–D6; D41–D46) des ersten und des zweiten frequenzvariablen Filters (27, 28; 47, 48) PIN-Dioden sind. Ein Duplexer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Resonatoren (26; 4146), die das erste und das zweite frequenzvariable Filter (27, 28; 47, 48) darstellen, dielektrische Resonatoren sind. Eine Kommunikationsvorrichtung, die eine der Antennenvorrichtungen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 umfasst.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com