Antennenschalter

Abstract

 Die vorliegende betrifft einen Antennenschalter zum gleichzeitigen Empfang mindestens zweier Frequenzbänder aufweisend einen Hochfrequenzschalter (3) zum Schalten zwischen einem ersten und einem zweiten Signalzweig, einen ersten Filter (4) in dem ersten Signalzweig und einen zweiten Filter (5b) in dem zweiten Signalzweig und einen Bandstop, welcher durch den Hochfrequenzschalter überbrückbar ist. Der Antennenschalter ist geeignet, bei Schaltung des Hochfrequenzschalters (3) auf den ersten Signalzweig, gleichzeitig Signale eines ersten und eines zweiten Frequenzbandes zu empfangen, wobei das erste Frequenzband in dem ersten Signalzweig und das zweite Frequenzband in dem zweiten Signalzweig empfangbar ist.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen Antennenschalter für gleichzeitigen Empfang mindestens zweier Frequenzbänder.

[0002] Derartige Antennenschalter finden unter Anderem in Mobilfunk-Endgeräten Anwendung.

[0003] Mobilfunk-Endgeräte der dritten Generation, beispielsweise auf den UMTS (Unversal Mobile Telecommunications System) - Standard basierende Mobilfunk-Endgeräte, werden auch zukünftig weiterhin die etablierten Standards GSM (Global System for Mobile Communications), DCS (Digital Cellular System) und PCS (Personal Communications Service) unterstützen. Es wird auch daran gedacht, zwei Betriebsmodi gleichzeitig zu unterstützen, zum Beispiel gleichzeitiger Empfang von UMTS und GSM oder gleichzeitiger Empfang von UMTS und DCS. Problematisch dabei ist jedoch die Umschaltung der Hochfrequenzpfade für das von der Antenne kommende Signal. Insbesondere gleichzeitiger Empfangsbetrieb für DCS und UMTS ist sehr wünschenswert, jedoch technisch schwer zu realisieren, da dieser mit hoher Dämpfung verbunden und teuer zu realisieren ist.

[0004] Bei Mobilfunk-Endgeräten mit zwei Antennen, d.h. beispielsweise eine für den GSM-Standard und eine für den UMTS-Standard, ist ein Empfang von Signalen der beiden Standards grundsätzlich möglich. Eine solche Anordnung ist jedoch unerwünscht, da zum Anschluss von Zubehör (beispielsweise einer Freisprech-Einrichtung) zwei getrennte Antennenbuchsen nötig sind. Dies verkompliziert die Anordnung und ist relativ teuer.

[0005] Eine bekannte Schaltvorrichtung ist in Figur 4a gezeigt. Darin dient der gezeigte Anschluss 1 der als Eingang für die Empfangs-Signale bzw. als Ausgang für die Sende-Signale. Über einen Hochfrequenzschalter 3 kann entweder DCS-Empfang über einen Filter 20, oder UMTS-Sende-/Empfangsbetrieb über einen Duplex-Filter 21 realisiert werden. RX steht für Empfang und TX für Senden. Die in der Figur 4a gezeigte Anordnung ist zwar einfach und integrabel, hat jedoch den Nachteil, dass sie keinen gleichzeitigen Empfang von UMTS und DCS erlaubt.

[0006] Der Figur 4a ähnliche Antennen-Schaltvorrichtungen für Funktelefone sind aus der EP 0 823 751 A2 bekannt. Bei den darin gezeigten Ausführungsformen ist jedoch entweder kein gleichzeitiger Empfang zweier Frequenzbänder möglich (Figuren 1-4, 8, 9) oder es werden dafür zwei Antennen (Figuren 6, 7, 10-14) oder ein aus zwei Antennen bestehendes Zweiband-Antennensystem (Figur 5) benötigt.

[0007] Eine weitere bekannte Anordnung ist in Figur 4b gezeigt. Der Eingang bzw. Ausgang 1 führt zu einem Triplexer 6, d.h. eine dreifache Filteranordnung zur Bandtrennung. Eine solche Anordnung ist jedoch durch den geringen Abstand der zu trennenden Frequenzen von DCS RX und UMTS TX schwierig realisierbar und führt zu sehr voluminösen, teueren Filtern mit hoher Dämpfung. Darüber hinaus stellt ein solcher Triplexer eine teure Sonderentwicklung dar.

[0008] Eine weitere bekannte Ordnung ist in Figur 4c gezeigt. Dort wird eine Einzelfilteranordnung verwendet. Die Transformationsleitungen 22 sorgen dafür, dass am Aufzweigungspunkt ein Leerlauf für den jeweiligen Sperrbereich erzeugt wird. Problematisch dabei ist jedoch, dass die Filter 21a und 21b als Keramikfilter nicht in ein Modul integrierbar sind. Dadurch bedingt verlaufen auch die Transformationsleitungen 22, zumindest teilweise, außerhalb eines entsprechenden Moduls. Somit ist die vorgeschlagene Anordnung gemäß Figur 4c stark vom Layout der Platine, d.h. der Vorgabe der Leitungslänge, abhängig. Darüber hinaus werden Einzelfilter nur von sehr wenigen Herstellern angeboten, so dass diese teuer sind.

[0009] Des Weiteren ist aus der EP 0 928 038 A1 ein Hochfrequenz-Antennenschalter bekannt. In einer Ausführungsform überbrückt eine PIN-Diode zwei in Serie geschaltete LC-Glieder. Diese Anordnung hat ausschließlich den Zweck, parasitäre Effekte der PIN-Diode der zwei Frequenzen 900 und 1800 MHz auszugleichen. Eine Verwendung des gezeigten Hochfrequenz-Schalters zum gleichzeitigen Empfang mindestens zweier Frequenzbänder ist aus der EP 0 928 038 A1 nicht bekannt.

[0010] Somit liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Antennenschalter für gleichzeitigen Empfang mindestens zweier Frequenzbänder bereitzustellen, welcher die Nachteile des Standes der Technik vermeidet.

[0011] Diese Aufgabe wird durch einen Antennen-Schalter gemäß Anspruch 1 und eine Antennen-Schaltanordnung gemäß Anspruch 14 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

[0012] Der erfindungsgemäße Antennenschalter für gleichzeitigen Empfang mindestens zweier Frequenzbänder weist

• einen Hochfrequenzschalter zum Schalten zwischen einem ersten und einem zweiten Signalzweig,
• einen ersten Filter in einem ersten Signalzweig,
• einen zweiten Filter in einem zweiten Signalzweig, und
• einen Bandstop, welcher durch den Hochfrequenzschalter überbrückbar ist,

auf .

[0013] Der Antennenschalter ist geeignet, bei Schaltung des Hochfrequenzschalters auf den ersten Signalzweig, gleichzeitig Signale eines ersten und eines zweiten Frequenzbandes zu empfange, wobei das erste Frequenzband in dem ersten Signalzweig und das zweite Frequenzband in dem zweiten Signalzweig empfangbar ist.

[0014] Bevorzugt handelt es sich bei dem ersten Frequenzband um ein GSM-Frequenzband, beispielsweise GSM 1800 oder GSM 1900, und bei dem zweiten Frequenzband um ein UMTS-Frequenzband.

[0015] In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei dem Bandstop um eine Parallelschaltung einer Induktivität und einer Kapazität.

[0016] In einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird der Bandstop in LTCC-Bauweise realisiert. LTCC steht für "Low Temperature Cofired Ceramic-Technology". LTCC ist eine Technologie zum Herstellen von Mehrschicht-Schaltkreisen mit Hilfe von einzelnen Bändern, die benutzt werden, um leitende, dielektrische und/oder resistive Pasten darauf anzubringen. Die einzelnen Schichten werden dabei miteinander verbunden und zusammengebrannt.

[0017] In einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung weist der erste Signalzweig eine Transformationsleitung auf. Bevorzugt ist diese Transformationsleistung dem ersten Filter vorgeschaltet.

[0018] Weiter bevorzugt handelt es sich bei dem ersten Filter um einen SAW (Surface Acoustic Wave) -Filter. Der SAW-Filter kann in ein Modul, insbesondere bevorzugt ein LTCC-Modul, integriert werden. SAW-Filter haben den Vorteil geringer Verluste, kompakter Bauweise und einfacher Impedanzanpassung.

[0019] Weiter bevorzugt handelt es sich bei dem zweiten Filter um einen Keramik-Filter. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Hochfrequenzschalter PIN-Dioden oder Transistoren aufweisen.

[0020] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der zweite Filter zusammen mit einem weiteren Filter als Duplex-Filter ausgebildet.

[0021] Bevorzugt sind die Elemente des Antennenschalters, das heißt Hochfrequenzschalter, Bandstop, Transformationsleitung und SAW-Filter in einem Modul integriert. Der Duplex-Flter befindet sich dabei nicht in dem Modul.

[0022] Der Antennenschalter ist geeignet, bei Schaltung des Hochfrequenzschalters auf den zweiten Signalzweig, Signale des zweiten Frequenzbandes zu senden.

[0023] Die eingangs gestellte Aufgabe wird auch durch eine Antennen-Schaltanordnung, aufweisend

• einen erfindungsgemäßen Antennenschalter,
• eine Antenne, insbesondere eine Mehrbandantenne, und
• einen Mehrfachumschalter,

gelöst. Dabei können die Elemente Hochfrequenzschalter, Bandstop, Transformationsleitung, SAW-Filter und Mehrfachumschalter in einem Modul integriert werden.

[0024] Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die dort dargestellten Merkmale und auch die bereits oben beschriebenen Merkmale könne nicht nur in der genannten Kombination, sondern auch einzeln oder in anderen Kombinationen erfindungswesentlich sein. Es zeigen:

Figur 1

eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispieles eines erfindungsgemäßen Antennenschalters;

Figur 2

eine detailliertere schematische Darstellung eines Ausführungsbeispieles eines erfindungsgemäßen Antennenschalters;

Figur 3

eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Antennen-Schaltanordnung;

Figur 4a

einen bekannten Antennenschalter;

Figur 4b

einen bekannten Antennenschalter mit einem Triplexer; und

Figur 4c

einen bekannten Antennenschalter mit Einzelfilteranordnung.

[0025] Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Antennenschalters gemäß der vorliegenden Erfindung. RX steht in den nachfolgend beschriebenen Figuren wiederum für Empfang und TX für Senden. In der gezeigten Schalterstellung des Hochfrequenzschalters 3 unterdrückt der Bandstop 8 ein empfangenes DCS-Signal (DCS RX), welches dem SAW-Filter 4 zufließt. Ein UMTS-Empfangssignal (UMTS RX) wird dagegen von dem Filter 4 gesperrt, kann jedoch den Bandstop 8 passieren und geht durch den Filter 5b. Die Transformationsleitung 7 sorgt dafür, dass der SAW-Filter 4 für die UMTS-Empfangsfrequenz (UMTS RX) am Aufzweigungspunkt einen Leerlauf darstellt. In dieser Schalterstellung ist damit gleichzeitiger UMTS und DCS-Empfang möglich, ein UMTS-Senden jedoch unmöglich.

[0026] In der entgegengesetzten Schalterstellung des Hochfrequenzschalters 3 wird der Bandstop 8 überbrückt und das von 1 kommende Signal dem Keramikfilter 5b zugeleitet. UMTS-Senden und - Empfangen ist möglich, jedoch kein DCS-Empfang. Die beiden Filter 5a und 5b sind in einen Duplex-Filter 5 integriert.

[0027] Vorteilhaft dabei ist, dass ein Standard-Duplexer verwendet werden kann und ein kleines, kostengünstiges SAW-Filter für DCS-Empfang einsetzbar ist. Im Gegensatz zu der Anordnung gemäß Figur 4b ist dabei kein Keramikfilter notwendig. Der SAW-Filter 4 ist in ein Modul, beispielsweise LTCC integrierbar, so dass auch die Transformationsleitung 7 komplett in dem Modul verlaufen kann. Im Gegensatz zu der in Figur 4c gezeigten Anordnung ist die vorliegende Anordnung somit layoutunabhängig, da keine externen Transformationsleitungen existieren.

[0028] Der Bandstop 8 braucht weder besonders schmalbandig zu sein, noch besonders gute Unterdrückung liefern. Er kann auf einfache Weise in LTCC realisiert und integriert werden. Problematisch kann die etwas erhöhte Bedämpfung des UMTS-Empfangssignals (UMTS RX) in der in Figur 1 gezeigten Schalterstellung sein. Dies ist jedoch tolerabel ist, da diese Betriebsart ausschließlich zur Überwachung in den Nachbarzellen verwendet wird.

[0029] Durch die zusätzliche Einführung des Bandstops 8 wird verhindert, dass das DCS-Empfangssignal in das UMTS-Duplex-Filter 5 abfließt. Dadurch kann der Rest der Schaltung mit StandardBauteilen realisiert und vorteilhaft integriert werden.

[0030] Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem die Schalterfunktion durch die beiden PIN-Dioden 12 und 13 ausgeübt wird. Diese werden stets vom gleichen, beim Steuereingang 11 eingespeisten Strom durchflossen. Der Bandstop 8 ist als einfacher LC-Parallelkreis ausgeführt. Die Bauteile 15 bis 19 dienen der Gleichspannungs-Entkopplung und besitzen keine Hochfrequenz-Wirkung.

[0031] Bei durchgeschalteten Dioden 12, 13 wirkt die Diode 13 wie ein Kurzschluss, der über die Transformationsleitung 14 in einen Leerlauf bei 1 überführt wird. Damit wird ein Signal über 1, die Diode 12 und die Abblockungs-Kondensatoren 15 und 16 für alle Frequenzen mit dem Duplex-Filter 5 durch verbunden, wobei der Parallelkreis 8 überbrückt wird. Damit ist normaler UMTS-Sende- und Empfangsbetrieb möglich.

[0032] Bei geöffneten Dioden 12, 13 kann ein DCS-Signal nicht von 1 zum Duplexer 5 gelangen, da der Parallelkreis 8 dies verhindert. Das Signal gelangt statt dessen über die Bauteile 14 und 7 zum DCS-SAW-Filter 4. Ein UMTS-Empfangssignal dagegen kann den Parallelkreis passieren und gelangt zum UMTS RX-Ausgang des Duplexers 5. Die Leitung 7 ist so bemessen, dass die Impedanz des Filters 4 bei UMTS RX-Frequenz in einen Leerlauf bei 1 transformiert wird, so dass die Übertragung von 1 zum Duplex-Filter 5 ungestört bleibt.

[0033] Bei Experimenten ergab für den ersten Betriebsfall, d.h. UMTS TX und UMTS RX, eine Einfügungsdämpfung (Insertion-Loss) von ca. 0.8 dB vom Eingang der Schaltung 1 bis zum Duplexer 5 (ohne dessen Verluste). Dies ist nur unwesentlich mehr, wie bei einem herkömmlichen Zweifach-Umschalter. Der in diesem Modus geprüfte Parallelkreis 8 verursacht somit praktisch keine Zusatzdämpfung.

[0034] Beim zweiten Betriebsfall, d.h. UMTS RX und DCS RX, ergab sich eine Dämpfung von 1.4 dB für UMTS RX (ohne Duplexerverluste). Da dieser Betriebsfall, wie bereits erläutert, nur dem Überwachen dient, ist dieser Wert akzeptabel.

[0035] Figur 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Figur 3 zeigt eine Antennen-Schaltanordnung mit einer Antenne 9, einem Mehrfachumschalter 2, einem Hochfrequenz-Schalter 3, einem Bandstop 8, einer Transformationsleitung 7, einem SAW-Filter 4 und einem Duplex-Filter 5. Die Antenne 9 wird durch den Mehrfachumschalter 2 auf die Sende- bzw. Empfangsanschlüsse 2a bis 2d umgeschaltet, welche anderen Bändern, wie beispielsweise GSM 900 und GSM 1900 zugeordnet sind. Anschluss 2e, der bei üblichen Mehrfachumschaltern für UMTS vorgesehen ist, kann zum gleichzeitigen UMTS und DCS Betrieb erweitert werden. Des Weiteren kann die Anordnung, mit Ausnahme des Duplex-Filters 5, komplett in einem Modul 10 integriert werden.

[0036] Durch die vorliegende Erfindung besteht die Möglichkeit, ein bestehendes Modul 2, das über einen Ausgang für UMTS verfügt, in der beschriebenen Weise zu erweitern. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, die Schaltung zusammen mit dem Mehrfachumschalter 2 zu einem einzigen Modul zu integrieren.

Ansprüche

1. Antennenschalter für gleichzeitigen Empfang mindestens zweier Frequenzbänder, aufweisend:

- einen Hochfrequenzschalter (3) zum Schalten zwischen einem ersten und einem zweiten Signalzweig,

- einen ersten Filter (4) in dem ersten Signalzweig, und

- einen zweiten Filter (5b) in dem zweiten Signalzweig,

gekennzeichnet durch
einen Bandstopp (8), welcher durch den Hochfrequenzschalter überbrückbar ist.

2. Antennenschalter gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Antennenschalter geeignet ist, bei Schaltung des Hochfrequenzschalters (3) auf den ersten Signalzweig, gleichzeitig Signale eines ersten und eines zweiten Frequenzbandes zu empfangen, wobei das erste Frequenzband in dem ersten Signalzweig und das zweite Frequenzband in dem zweiten Signalzweig empfangbar ist.

3. Antennenschalter gemäß Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
das erste Frequenzband ein GSM-Frequenzband und das zweite Frequenzband ein UMTS-Frequenzband ist.

4. Antennenschalter gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Bandstop (8) eine Parallelschaltung einer Induktivität und einer Kapazität aufweist.

5. Antennenschalter gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Bandstop (8) in LTCC-Bauweise realisiert ist.

6. Antennenschalter gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Signalzweig eine Transformationsleitung (7) aufweist.

7. Antennenschalter gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Filter (4) ein SAW-Filter ist.

8. Antennenschalter gemäß Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
der SAW-Filter in ein Modul, insbesondere ein LTCC-Modul, integriert ist.

9. Antennenschalter gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der zweite Filter (5b) ein Keramik-Filter ist.

10. Antennenschalter gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Hochfrequenzschalter (3) PIN-Dioden oder Transistoren aufweist.

11. Antennenschalter gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der zweite Filter (5b) zusammen mit einem weiteren Filter (5a) als Duplexfilter (5) ausgebildet ist.

12. Antennenschalter gemäß Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Elemente des Antennenschalters mit Ausnahme des Duplexfilters (5) in einem Modul (10) integriert sind.

13. Antennenschalter gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Antennenschalter geeignet ist, bei Schaltung des Hochfrequenzschalters (3) auf den zweiten Signalzweig, Signale des zweiten Frequenzbandes zu senden.

14. Antennenschaltanordnung, aufweisend:

- einen Antennenschalter gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,

- eine Antenne (9), insbesondere eine Mehrbandantenne, und

- einen Mehrfachumschalter (2).

Zeichnung