DE69529559T2

DE69529559T2 - Halbduplexfunkgerät mit niedriger Dämpfung des Sendesignals

Info

Publication number: DE69529559T2
Application number: DE69529559T
Authority: DE
Inventors: Donald Richard Green
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1995-05-04
Filing date: 1995-07-27
Publication date: 2003-11-20
Anticipated expiration: 2015-07-28
Also published as: EP0741463A2; US5701595A; CA2155093C; DE69529559D1; EP0741463B1; EP0741463A3; CA2155093A1; JPH08307306A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Radiosender/-empfänger oder Transceiver-Einheiten. Spezieller betrifft die Erfindung einen Zirkulator, der dazu verwendet wird, um eine gemeinsame oder anteilige Verwendung einer Antenne durch einen Sender und einen Empfänger in solch einem Transceiver während des Betriebes in einem Halb-Duplex-Modus zu ermöglichen. Speziell betrifft die Erfindung Transceiver desjenigen Typs, der in tragbaren zellularen Telefonsystemen verwendet wird.
Zellulare Telefonsysteme haben in den letzten Jahren weit verbreitete Anwendung und Popularität gefunden, und zwar auf Grund von deren Tragbarkeit, Nützlichkeit und Bequemlichkeit. Ein zellularer Telefontransceiver enthält in typischer Weise einen Senderabschnitt zum Senden von ausgehenden Anrufen eines Anwenders zu einer zentralen Zellenausrüstung, und einen Empfängerabschnitt zum Empfangen von hereinkommenden Anrufen von der Zellenausrüstung, die von anderen Anwendern des zellularen Netzwerks getätigt werden.
In idealer Weise sollte ein zellulares Telefon seinen Anwender mit einer maximal möglichen Größe einer "Sprechzeit" versehen. Die Sprechzeit bedeutet den Betrag einer Zeit, welchen das Telefon benutzt werden kann, bevor dessen Batterie wieder aufgeladen werden muß; das heißt die maximale Verwendungszeit zwischen den Ladevorgängen. Ein primärer Parameter zum Steuern der Sprechzeit einer speziellen zellularen Einheit ist der Senderwirkungsgrad derselben; mit anderen Worten ist dies der Prozentsatz der Energie, die von der Batterie der Einheit zu deren Sender zugeführt wird, was in Form von HF-Energie realisiert wird, die von der Antenne ausgesendet wird. In diesem Zusammenhang sind die signifikantesten Faktoren, die sich auf den speziellen Senderwirkungsgrad der Einheit auswirken der Gleichstrom-HF-Energieumsetzwirkungsgrad des Leistungsverstärkers des Senderabschnitts, und der Signalpfadverlust zwischen dem Senderleistungsverstärkerausgang und der Antenne.
Zellulare Telefone fallen typischerweise in zwei Kategorien. Die Voll-Duplex- Systeme sind solche, welche dazu befähigt sind, einen ausgehenden Ruf zu übertragen, während sie einen hereinkommenden Ruf auf einer gemeinsamen Antenne empfangen können. Analoge zellulare Telefone fallen allgemein in diese Kategorie.
Ein Abschnitt eines typischen Voll-Duplex-Transceivers ist in Fig. 1 gezeigt. In dieser Figur ist eine Antenne 10 mit einem Senderabschnitt 20 und einem Empfänger 1 über einen Zirkulator 30 verbunden. Der Zirkulator besteht in typischer Weise aus einem Drei-Port-Übertragungsnetzwerk, welches ein ausgehendes Sendesignal von dem Senderabschnitt 20 an einem Senderport 32 empfängt, und ein hereinkommendes Antennensignal von einer Antenne 10 an einem Antennenport 34 empfängt. Der Zirkulator 30 läßt diese Signale zu dem Antennenport 34 und dem Empfängerport 36 jeweils durch. Wenn ein hereinkommendes Signal an den Empfängerport 36 angelegt wird, wird dieses zu dem Senderport 32 gelenkt.
Das Sendesignal wird durch eine geeignete Audio- und HF-Schaltung in einem Sender 2 erzeugt und wird durch einen Leistungsverstärker 22 verstärkt und an einen Zirkulator 30 angelegt. Ein kleiner Abschnitt des Sendesignals wird zu einem Energiewertdetektor 3 über einen Sampler 24 abgezweigt, der einen Isolierkondensator 26 enthält, so daß der Energiewert des gesendeten Signals überwacht und gesteuert werden kann.
Eine zweite Vielfalt an zellularen Telefonen sind die Halb-Duplex-Systeme, bei denen, obwohl der Senderabschnitt und der Empfängerabschnitt eine gemeinsame Antenne benutzen, nur einer dieser Abschnitte diese zu einem gegebenen Moment benutzt. Digitale zellulare Telefone fallen allgemein in diese Kategorie. Die Popularität solcher digitaler zellularer Systeme nimmt unzweifelhaft in der Zukunft zu, und zwar auf Grund der inhärenten Vorteile in der Anwenderkapazität, Datenübertragungsbandbreite, Anwendergeheimhaltung, Batterielebenszeit und Gesamtsysteminfrastrukturkosten.
Das System von Fig. 1 kann für eine Halb-Duplex-Operation verwendet werden; wenn jedoch die Antenne 10 nicht richtig an den Sendeabschnitt 20 angepaßt ist (beispielsweise auf Grund von Herstellungsfehlern oder Umweltbedingungen), kann der Empfänger 1 Energie senden, die durch die Antennenimpedanz reflektiert wird, als auch irgendwelche Interferenzsignale aufnehmen, welche die Antenne 10 auffängt, während sich die Einheit im Sendemodus befindet. In extremen Umständen kann die reflektierte Energie physikalisch den Empfänger 1 beschädigen oder zerstören.
Fig. 2 zeigt einen anderen typischen Halb-Duplex-Transceiver, der so arbeitet, um Signale zu senden und zu empfangen, und zwar in unterschiedlichen Frequenzbändern. Dieser Halb-Duplex-Transceiver ist ähnlich dem Voll-Duplex-Transceiver, der in Fig. 1 gezeigt ist; bei dieser Konstruktion besitzt jedoch der Zirkulator 30 seinen eigenen Empfangsport, der an eine Impedanzanpassungslast 38 angeschlossen ist, anstatt an den Empfänger 1. Wenn ein Zirkulator bei dieser Konfiguration verwendet wird, ist dieser gewöhnlich als ein Isolator bekannt, da dieser den Sender 2 gegenüber hereinkommenden antennenseitigen Signalen isoliert.
Bei dem Halb-Duplex-System, welches in Fig. 2 gezeigt ist, wird das Routen der Signale, die von der Antenne 10 empfangen werden und zu dem Empfänger 1 gelangen, mit Hilfe eines Duplexfilters 40 durchgeführt. Da die Sende- und Empfangssignale in unterschiedlichen Frequenzbändern vorliegen, kann das Duplexfilter 40 die Empfangssignale zu dem Empfänger 1 routen und kann Signale zu der Antenne 10 senden, und zwar unter Verwendung einer herkömmlichen Bandpaßfilterung.
Obwohl diese Technik betriebsfähig ist, erfordert sie die Verwendung der Sende- und Empfangssignale in getrennten Frequenzbändern, was eine unerwünschte Konstruktionseinschränkung in einigen Fällen darstellen kann. Auch wird durch diese Technik ein signifikanter Betrag an Dämpfung in den Signalpfad von dem Sender 2 zu der Antenne 10 eingeführt, das heißt in den Sendepfad. Beispielsweise liegt bei einer Betriebsfrequenz in dem 1,5 GHz-PDC-(Personal Digital Cellular = Personal-Digital- Zellular-)Band eine Dämpfung des Samplers 24 in typischer Weise bei etwa 0,2 dB;
diejenige des Isolators 30 liegt bei 0,7 dB; und diejenige des Duplexfilters 40 beträgt 0,9 dB für einen Gesamtsignalpfadverlust von etwa 1,8 dB. Auch führt die Verwendung des Duplexfilters 40 in dem Signalpfad von der Antenne 10 zu dem Empfänger, das heißt dem Empfangspfad zu einem Empfangspfadverlust von etwa 0,9 dB.
Wie in Fig. 3 gezeigt ist, kann das Duplexfilter 40 durch einen Sende-Empfangs- Schalter 50 ersetzt werden (im folgenden als ein T/R-Schalter bezeichnet). Der T/R- Schalter 50 besteht im wesentlichen aus einem Schalter, der selektiv einen Signalpfad zwischen dem Senderabschnitt 20 und der Antenne 10 über deren Polanschluß 52 und einen ersten Wurfanschluß (throw terminal) 54 oder zwischen der Antenne 10 und dem Empfänger über den Polanschluß 52 und einen zweiten Wurfanschluß 56 vorsieht, und zwar synchron mit dem Sende-/Empfangszyklus des Halb-Duplex-Transceivers.
Der Vorteil dieses Systems besteht darin, daß der T/R-Schalter 50 so konstruiert werden kann, daß er eine geringere Dämpfung in dem Sendepfad als das Duplexfilter 40 verursacht; jedoch wird die Einsparung auf der Sendeseite mit einer entsprechenden Zunahme der Signaldämpfung auf der Empfangsseite erkauft. Beispielsweise kann ein typischer, im Handel erhältlicher T/R-Schalter eine sendeseitige Signaldämpfung von 0,3 dB haben und eine empfangsseitige Signaldämpfung von 2,0 dB haben; somit liegt der Gesamtverlust bei etwa 1,2 dB auf der Sendeseite und bei 2,0 dB auf der Empfangsseite.
Eine weitere Reduzierung der Sendepfadsignaldämpfung kann dadurch erreicht werden, indem der Isolator 30 weggelassen wird, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Dies beseitigt grob 0,7 dB an Dämpfung, die in den Sendepfad durch den Isolator 30 eingeführt wird; wenn man dies jedoch durchführt, bleibt der Leistungsverstärker 22 der Sendeenergie ausgesetzt, die durch die Antenne 10 reflektiert wird, als auch jeglichen Interferenzsignalen, welche die Antenne 10 aufnimmt, während sich die Einheit im Sendemodus befindet. Ähnlich wie bei dem Empfänger 1 kann solche reflektierte Energie physikalisch den Leistungsverstärker 22 beschädigen oder zerstören; jedoch macht dies in den meisten Fällen den Leistungsverstärker 22 unstabil und bewirkt und eine unannehmbare Zunahme in der nichtlinearen Verzerrung, was eine speziell kritische Überlegung im Falle von digitalen zellularen Telefonen bildet.
Darüber hinaus erfordert die Beseitigung des Isolators 30 die Verwendung eines Richtungskopplers 60 und eine zugeordnete Impedanzanpassungslast 38 anstelle des Samplers 24, was bei den oben beschriebenen Systemen verwendet werden muß. Dies ist deshalb der Fall, da der Sampler 24 Energie von dem Sendesignalpfad abzweigt, und zwar ungeachtet, ob die Energie Sendeenergie oder reflektierte Energie ist; somit kann die Verwendung des Samplers 24 in dieser Konfiguration zu fehlerhaften Sendeenergiewertmessungen führen. Der Richtungskoppler 60 löst dieses Problem; er ist jedoch kostspieliger und hat in typischer Weise eine Signaldämpfung von etwa 0,4 dB (verglichen mit der Splitterdämpfung von 0,2 dB), die dann mit den 0,3 dB Dämpfung des T/R-Schalters 50 zu einem Gesamtsendepfadverlust von etwa 0,7 dB führt.
Die potentiell vernichtenden Wirkungen der reflektierten Sendeenergie auf den Leistungsverstärker 22 können gemindert werden, und zwar in einem gewissen Ausmaß, indem man ein Schema implementiert, bei dem die reflektierten Energie in dem Sendepfad überwacht wird und die Ausgangsgröße des Leistungsverstärkers 22 im Ansprechen auf eine Erhöhung in der reflektierten Energie reduziert wird; jedoch führt dies in unerwünschter Weise zu einer Erhöhung der Systemkosten und der Komplexität und die resultierende Verminderung in der Systemzuverlässigkeit tritt offensichtlich in Erscheinung.
Die JP-A-4271621 offenbart einen Zirkulator, der zwischen einen Sendeabschnitt, einen Empfangsabschnitt und eine Antenne geschaltet ist. Es ist ein Sende- /Empfangswechselschalter zwischen dem Zirkulator und dem Empfangsabschnitt vorgesehen. Ein Widerstand ist impedanzmäßig mit dem Zirkulator abgeglichen und ist zwischen der Sendeseite des Schalters und dem Empfängerport des Zirkulators angeschaltet.
Im Hinblick auf die vorangegangen erläuterten Probleme des Standes der Technik besteht eine primäre Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen Halb-Duplex-HF- Transceiver zu schaffen, der eine Erhöhung der Sprechzeit im Vergleich zu vergleichbaren herkömmlichen Systemen erlaubt.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Halb-Duplex- HF-Transceiver zu schaffen, der speziell für die Verwendung in einem tragbaren digitalen zellularen Telefonsystem geeignet ist und auch bei anderen personellen Telefonanwendungen geeignet ist.
Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Halb-Duplex-, empfänger-isolierten HF-Transceiver zu schaffen, der einen reduzierten Sendepfadsignalverlust im Vergleich mit dem Stand der Technik aufweist.
Ein noch weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Halb- Duplex-HF-Transceiver zu schaffen, der die nichtlineare Signalverzerrung in dem Leistungsverstärker des Senders minimiert.
Ein noch anderes Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Halb- Duplex-Zirkulatoreinheit zu schaffen, die speziell für die Verwendung mit einem Empfänger geeignet ist, bei dem ein empfangenes Signal direkt auf das Basisband umgesetzt wird, indem es mit einem örtlichen Oszillatorsignal gemischt wird, und zwar auf der gleichen Frequenz wie der Trägerfrequenz des empfangenen Signals, wie beispielsweise einem Null-ZF-Empfänger.
Ein noch weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Halb- Duplex-Zirkulatoreinheit für solche Empfänger zu schaffen, die die örtliche Oszillatorenergie reduzieren, die von der Antenne während des Empfangs ausgestrahlt wird.
Ein noch anderes Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Halb- Duplex-Transceiver zu schaffen, der seinen Empfänger gegenüber der reflektierten Sendeenergie während des Sendeabschnitts von dessen Halb-Duplex-Zyklus isoliert.
Die oben angesprochenen Ziele der vorliegenden Erfindung werden dadurch erreicht, indem ein Zirkulatorabschnitt für einen Transceiver vorgesehen wird, welcher Zirkulatorabschnitt eine Zirkulatoreinrichtung umfaßt, mit einem Senderport, einem Empfängerport und einem Antennenport zum Empfangen eines Sendesignals an dem Sendeport und eines Antennensignals an dem Antennenport, um das Sendesignal zu dem Antennenport zu liefern und um das Antennensignal an dem Empfängerport vorzusehen, und mit einem Schalter, der an den Empfängerport angeschaltet ist, um selektiv den Empfängerport mit dem Empfängerterminal des Schalters und mit einer Impedanzanpassungslast zu verbinden, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter folgendes enthält: einen ersten Schalterabschnitt und einen zweiten Schalterabschnitt; wobei der ersten Schalterabschnitt mit dem Empfängerport verbunden ist, um den Empfängerport selektiv mit der Impedanzanpassungslast oder mit dem zweiten Schalterabschnitt zu verbinden; und der zweite Schalterabschnitt selektiv den Empfängeranschluß mit dem ersten Abschnitt oder mit einem Diversity-Antennensignal verbindet.
Da der Signalpfad von irgendeinem Abschnitt des Sendesignals, welches durch eine fehlangepaßte Antenne reflektiert wird, durch die Last abgeschlossen wird, ist keine potentielle Zerstörungsenergie zu dem Sender vorhanden.
Ferner kann ein Hilfszirkulator verwendet werden, um einen Pfad zwischen dem Empfänger und der Hilfsanpassungslast vorzusehen, um jegliche Signale, die durch den Empfänger reflektiert werden, abzuschließen bzw. zu beenden.
Andere Ziele und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus dem Verlauf der Beschreibung, die nun folgt.
Zusätzliche Ziele und Vorteile der Erfindung ergeben sich klarer aus der folgenden detaillierten Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen derselben unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen, in welchen zeigen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Abschnitts eines herkömmlichen Voll-Duplex-HF- Transceivers;
Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Abschnitts eines herkömmlichen Halb-Duplex-HF- Transceivers unter Verwendung eines Duplexfilters;
Fig. 3 ein Blockschaltbild eines Abschnitts eines herkömmlichen Halb-Duplex-HF- Transceivers unter Verwendung eines T/R-Schalters;
Fig. 4 ein Blockdiagramm eines Abschnitts eines herkömmlichen Halb-Duplex-HF- Transceivers unter Verwendung eines Richtungskopplers;
Fig. 5 ein Blockschaltbild eines Abschnitts eines HF-Transceivers;
Fig. 6(A) und 6(B) Blockdiagramme, die Betriebsprinzipien des Transceivers von Fig. 5 veranschaulichen;
Fig. 7 ein Blockdiagramm, welches einen reflektierten Empfangssignalpfad in dem Transceiver von Fig. 5 zeigt;
Fig. 8 ein Blockdiagramm eines Abschnitts eines anderen HF-Transceivers;
Fig. 9 ein Blockdiagramm, welches einen Reflexionsempfangspfad in dem Transceiver von Fig. 8 darstellt;
Fig. 10 ein Blockdiagramm eines Abschnitts eines HF-Transceivers gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 11 ein Blockdiagramm eines Abschnitts eines HF-Transceivers gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 5 zeigt ein Blockdiagramm eines Abschnitts eines HF-Transceivers, der außerhalb des Rahmens von Anspruch 1 liegt.
In dieser Figur ist eine Antenne 10 mit einem Senderabschnitt 20 und einem Empfänger 1 über eine Zirkulatoreinheit 100 angeschlossen. Das Sendesignal wird durch eine geeignete Audio- und HF-Schaltung in dem Sender 2 erzeugt, wie dies auf dem Gebiet bekannt ist, und wird durch einen Leistungsverstärker 22 verstärkt und der Zirkulatoreinheit 100 zugeführt. Ein kleiner Abschnitt des Sendesignals, welches in die Zirkulatoreinheit 100 hineingelangt, wird zu einem Energiepegeldetektor 3 über einen Sampler 24 abgezweigt, der einen Isolierkondensator 26 enthält, so daß der Energiewert des gesendeten Signals überwacht und gesteuert werden kann.
Die Zirkulatoreinheit 100 enthält einen Drei-Port-Zirkulator 130 (in bevorzugter Weise ein Miniatur-Ferrit-Zirkulator, wie das Hitachi-Modell S1-7T), der ein ausgehendes Sendesignal von dem Senderabschnitt 20 an einem Senderport 132 empfängt, und ein hereinkommendes Antennensignal von der Antenne 10 an einem Antennenport 134 empfängt. Der Zirkulator 130 läßt das Sendesignal zu der Antenne 10 über den Antennenport 134 durch und dieser läßt das Antennensignal zu einem T/R-Schalter 150 in der Zirkulatoreinheit 100 über einen Empfängerport 136 durch. Der T/R-Schalter 150 läßt selektiv das Antennensignal von der Antenne 10, welches an dessen Polanschluß 152 erscheint, zu dem Empfänger 1 über einen ersten Wurfkontakt oder Wurfanschluß 154 durch, wenn der Transceiver sich in dem Empfangsmodus befindet, und zu einer Impedanzanpassungslast 38 über einen zweiten Wurfanschluß 156 durch, wenn sich der Transceiver in dem Sendemodus befindet.
In bevorzugter Weise besteht der T/R-Schalter 150 aus einem elektronischen Schalter, der in einer relativ Hochgeschwindigkeitstechnologie implementiert wird, wie beispielsweise als GaAs oder Bipolar-Si, wie dem M/A-COM-Modell SW338 oder SW339, erhältlich von M/A-COM, Inc., 1011 Pawtucket Boulevard, Lowell, MA 01853. Alternativ kann ein herkömmlicher Zwei-Port-Miniatur-Ferrit-Zirkulator des Typs, der allgemein in den momentanen zellularen Telefonen verwendet wird, für diese Anwendung modifiziert werden, indem der angepaßte dritte Portabschluß, welcher in der Vorrichtung enthalten ist, entfernt wird, und indem der dritte Port (entsprechend dem Empfängerport 136) an einem externen Anschluß verfügbar gemacht wird.
Als eine andere Alternative kann der Zirkulator 130 in vorteilhafter Weise mit dem T/R-Schalter 150 in einem vom Anwender hergestellten integrierten Modul kombiniert werden, um die Komponentengröße zu reduzieren und auch die HF-Verluste zu reduzieren. Der Leistungsverstärker 22 kann auch in dem Modul enthalten sein, um zusätzlich die Komponentengröße und den HF-Verlust zu reduzieren. In jedem Fall ist es zu bevorzugen, daß der empfangsseitige Verlust des T/R-Schalters so niedrig wie möglich ist. Das kann dadurch erreicht werden, indem ein Schalter verwendet wird, der allgemein niedrige Verlusteigenschaften besitzt, oder dies kann auch dadurch realisiert werden, indem man einen asymmetrischen Schalter mit dessen Niedrigverlustseite mit dem Empfangspfad verdrahtet.
Es wird nun die Betriebsweise des Transceivers von Fig. 5 in Verbindung mit den Fig. 6(A) und 6(B) beschrieben. Fig. 6(A) zeigt den Sendesignalpfad 102 von dem Senderabschnitt 20 zu der Antenne 10 und den Reflexionsenergiesignalpfad 104 von der Antenne 10 zu der Impedanzanpassungslast 38, wenn der Transceiver sich im Sendemodus befindet, und Fig. 6(B) zeigt den Antennensignalpfad 106 von der Antenne 10 zu dem Empfänger 1, wenn sich der Transceiver im Empfangsmodus befindet.
Wie durch den Sendesignalpfad 102 in Fig. 6(A) gezeigt ist, verläuft dann, wenn sich der Transceiver in dem Sendemodus befindet, das Sendesignal von Leistungsverstärker 22 durch den Sampler 24 zu dem Sendeport 132 der Zirkulatoreinheit 100. Dann verläuft es durch den Zirkulator 132 zu dem Antennenport 134 und zu der Antenne 10, wo es als Radiowelle ausgesendet wird.
Wenn die Antenne 10 nicht richtig an den Senderabschnitt 20 angepaßt ist, wird ein Teil des Sendesignals, welches zu der Antenne 10 geschickt wird, zurück zu dem Transceiver reflektiert, wie dies durch den Reflexionsenergiesignalpfad 104 gezeigt ist. In diesem Fall gelangt die reflektierte Energie in die Zirkulatoreinheit 100 an dem Antennenport 134 hinein und der Zirkulator 132 lenkt diese zu dem Polanschluß 152 des T/R-Schalters 150 über den Empfängerport 136. Wenn der Transceiver sich in dem Sendemodus befindet, lenkt der T/R-Schalter die hereinkommenden Signale zu der Impedanzanpassungslast 38, und zwar über den Abschlußanschluß 154, wo diese Energie effektiv zerstreut wird.
Betriebsweise des Transceivers von Fig. 5
Der Transceiver befindet sich in dem Empfangsmodus, wie in Fig. 6(B) gezeigt ist. Hierbei zeigt der Antennensignalpfad 106 ein hereinkommendes Antennensignal, welches von der Antenne 10 aufgegriffen wird und zu dem Antennenport 134 der Zirkulatoreinheit 100 geleitet wird. Der Zirkulator 130 in der Zirkulatoreinheit 100 läßt die reflektierte Energie zu dem Polanschluß 152 des T/R-Schalters 150 über den Empfängerport 136 durch. Wenn der Transceiver sich im Empfangsmodus befindet, lenkt der T/R-Schalter 150 die hereinkommenden Signale zu dem Empfänger 1, und zwar über den Empfangsanschluß 156.
Wenn somit der Transceiver sich im Sendemodus befindet, bildet dieser einen Niedrigverlustsignalpfad von dem Leistungsverstärker 22 zu der Antenne 10. da jegliche Energie, die von der Antenne 10 reflektiert wird, von dem Leistungsverstärker 22 abgelenkt wird und stattdessen durch den Impedanzanpassungslastwiderstand 38 vernichtet wird, wird der Leistungsverstärker 22 isoliert und es braucht eine Reduzierung in der Signalpfaddämpfung nicht auf Kosten der Tatsache vorgenommen zu werden, daß der Leistungsverstärker 22 ungeschützt bleibt.
Als ein typisches Beispiel der Isolationswirkungen, die durch die vorliegende Erfindung vorgesehen werden, sei angenommen, daß die Sendesignalenergie am Ausgang des Samplers 24 bei 940 mW liegt und daß der Zirkulator 130 einen vorwärts gerichteten Verlust von 0,7 dB und einen rückwärts gerichteten Verlust von 20 dB oder Isolationsverlust besitzt. Es sei auch angenommen, daß der T/R-Schalter 150 einen "EIN"- Verlust von 0,5 dB hat und einen "AUS"-Verlust von 20 dB hat, das die Lastfehlanpassung zu einem 1,2 Volt-Stehwellenverhältnis (VSWR) führt und das die Antennenfehlanpassung zu einem 1,3-VSWR führt.
Unter Verwendung der oben erläuterten typischen Parameter liegt die Sendesignalenergie, die durch den Zirkulator durchgelassen wird, bei 940 mW - 0,7 dB = 800 mW, und die Sendeenergie, die durch die Antenne 10 reflektiert wird, liegt bei 13,6 mW. Dies führt zu 0,1 mW der reflektierten Sendeenergie, die zu dem Empfänger 1 durchgelassen wird, und zu 12,1 mW der reflektierten Sendeenergie, die zu dem Anpassungslastwiderstand 38 durchgelassen wird. Die von diesem reflektierte Sendeenergie, wenn mit der kleinen Größe der Sendeenergie kombiniert, die direkt von der Antenne 10 durch den Zirkulator 130 reflektiert wird, führt zu einem 0,2 mW-Signal, welches der Sendeseite des Transceivers präsentiert wird. Ein Signal von diesem Wert zerstört normalerweise die sendeseitigen Komponenten nicht.
Die weiter unten angegebene Tabelle 1 umfaßt einen Vergleich der Betriebseigenschaften des Transceivers von Fig. 5 mit denjenigen der zuvor erläuterten herkömmlichen Systeme zusammen. Die Figuren in dieser Tabelle basieren auf der Annahme einer Betriebsfrequenz in dem 1,5 GHz-PDC-Band und basieren auf typischen Dämpfungsfiguren von 0,2 dB für einen Sampler, 0,7 dB für einen Zirkulator, 0,9 dB für ein Duplexfilter, 0,5 dB für einen T/R-Schalter und 0,4 dB für einen Richtungskoppler, wie oben erläutert wurde. Die Tabelle zeigt, daß lediglich der Transceiver von Fig. 5 und das herkömmliche System von Fig. 3 dazu befähigt sind, sowohl eine Leistungsverstärkerisolation als auch eine Empfängerisolation zu bieten, und zwar in dem Sendemodus, um solche Einheiten gegen die reflektierte Energie und eine Zerstörung durch dieselbe zu schützen, und zwar auf Grund einer Antennenimpedanzfehlanpassung. Von diesen hat der Transceiver von Fig. 5 eindeutig die niedrigsten Verlusteigenschaften. Auch besitzt keine andere Konfiguration eine niedrigere Sendepfadverlustfigur.
Somit liefert der Transceiver von Fig. 5 den niedrigsten Sendepfadverlust, wobei der Leistungsverstärker isoliert ist, und liefert auch einen relativ niedrig verlustigen Empfangspfad. Dies schafft die Möglichkeit, einen Halb-Duplex-Transceiver dieser Konstruktion zu schaffen, der einen höheren Senderwirkungsgrad und daher eine erhöhte Sprechzeit aufweist.
Es sei nun die Betriebsweise des Transceivers von Fig. 5 im Empfangsmodus betrachtet. Wenn die Impedanz des Empfängers 1 nicht richtig mit dem Rest des Systems abgeglichen ist, wird ein Teil des Antennensignals, welches durch den T/R-Schalter 150 ausgegeben wird, durch den Empfänger 1 über den T/R-Schalter 150 reflektiert, wie dies durch den Reflexionsantennensignalpfad 108 in Fig. 7 gezeigt ist. In diesem Fall läßt der Zirkulator 130 die reflektierte Antennensignalenergie, die durch den Empfängerport 136 gelangt, zu dem Sendeport 134 der Zirkulatoreinheit 100 durch und auch durch den Sampler 24 zu dem Leistungsverstärker 22 durch.
Während des Empfangsmodus ist jedoch der Leistungsverstärker 22 gewöhnlich nicht vorgespannt; daher bietet er keine angepaßte Last an seinem Ausgang. In diesem Fall reflektiert der Leistungsverstärker 22 erneut das Antennensignal zurück zu dem Sampler 24 und das Antennensignal gelangt in die Zirkulatoreinheit 100 an dem Sendeport 132, verläuft durch den Zirkulator 130 und tritt an dem Antennenport 134 aus zu der Antenne 10 hin. Wenn die Antenne 10 ebenfalls eine Impedanzfehlanpassung aufweist, wird ein gewisser Teil des reflektierten Antennensignals bzw. dessen Energie erneut durch die Zirkulatoreinheit 100 zu dem Empfänger hin reflektiert.
Da der Energiewert der Antennensignale allgemein ziemlich niedrig liegt und ein reflektiertes Signal, welches eine "große Tour" hinter sich hat, wesentlich gedämpft wurde, führt dieser parasitäre Pfad kaum zu einer Zerstörung des Leistungsverstärkers 22; es könnte jedoch die Integrität des Antennensignals beeinflussen, welches dem Empfänger 1 dargeboten wird. Bei einigen Anwendungen kann dies eine vernachlässigbare Beobachtung sein; um jedoch dieses potentielle Problem in allen Fällen zu beseitigen, enthält eine zweite Konstruktion eines Transceivers, die in Fig. 8 gezeigt ist, einen Hilfszirkulator 230, der mit dem Empfangsanschluß 156 des T/R-Schalters 150 verbunden ist. Dieser Transceiver arbeitet in einer Weise ähnlich derjenigen, die oben in Verbindung mit den Fig. 6(A) und 6(B) beschrieben wurde; wenn jedoch der Transceiver sich im Empfangsmodus befindet, verläuft das von der Antenne 10 aufgefangene Antennensignal durch den Antennenport 134 der Zirkulatoreinheit 100, dem Zirkulator 130 und dem T/R-Schalter 150 und betritt den Hilfszirkulator 230 über dessen Antennenport 232. Der Hilfszirkulator 230 lenkt das Signal zu dem Empfänger 1 über den Empfängeranschluß 234, wie dies durch den Antennensignalpfad 206 in Fig. 9 angezeigt ist.
Wenn der Empfänger 1 fehlangepaßt ist und einen Teil der Energie zurück zum Rest des Systems reflektiert, empfängt der Hilfszirkulator 230 diesen Rest an dem Empfängerport 239 und lenkt diese durch den Abschlußport 236 zu einer zweiten Impedanzanpassungslast 238, welche diese zerstreut, wie durch den Reflexionsantennensignalpfad 208 gezeigt ist. Es sind somit keine sekundär reflektierten Antennensignale an dem Empfänger 1 vorhanden und die Qualität des Antennensignals, welches dem Empfänger angeboten wird, wird nicht verschlechtert. Natürlich bedeutet das Vorhandensein des Hilfszirkulators 230, daß der Transceiver einen größeren Antennensignalpfadverlust aufweist (etwa 0,7 dB größer), relativ zu dem Transceiver von Fig. 5; dies ist jedoch in vielen Fällen kein wichtiger Faktor.
Der Transceiver von Fig. 8 ist speziell für die Verwendung bei Transceivern geeignet, die eine direkte Abwärtsumsetzung anwenden oder bei "Null-ZF"-Empfängern, bei denen das Antennensignal direkt auf das Basisband umgesetzt wird, und zwar durch Überlagerung desselben mit einem Signal eines örtlichen Oszillators, welches auf der gleichen Frequenz liegt wie der Träger des Antennensignals. Ein gemeinsamer Nachteil solcher Empfänger besteht darin, daß ein Abschnitt des Signals des örtlichen Oszillators aus dem Empfänger abgestrahlt wird, wenn er sich im Empfangsmodus befindet. Da der Hilfszirkulator 230 und die zweite Impedanzanpassungslast 238 in dem Transceiver von Fig. 8 zusammenarbeiten, um effektiv jegliches aus dem Empfänger herauskommende Signal zu beseitigen, kann dieser unerwünschte Nebeneffekt vermieden werden.
Ein gemeinsames Merkmal der zellularen Telefone besteht in einem Diversity- Empfangsmodus, bei dem eine getrennte Antenne für die Diversity- Empfangsoperationen verwendet wird. Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der eine Diversity-Empfangsfähigkeit implementiert ist, ist in Fig. 10 gezeigt. Diese Ausführungsform arbeitet in einer Weise ähnlich den Transceivern von Fig. 5 und 8; sie verwendet jedoch einen Doppelpol-Doppelwurf-T/R-Schalter 350 anstelle des Einzelpol-Doppelwurf-Schalters 150 der anderen Transceiver. Ein Polanschluß 352 eines ersten Abschnitts des T/R-Schalters 350 ist in einer ähnlichen Weise geschaltet wie bei den früheren Konstruktionen; jedoch ist ein zweiter Empfangsanschluß 356 desselben nicht mit dem Empfänger 1 verbunden. Statt dessen ist dieser mit einem ersten Wurfanschluß 357 des Polanschlusses 353 in einem zweiten Schalterabschnitt verbunden und dieser Polanschluß 353 ist mit dem Empfänger 1 verbunden.
Wenn der Transceiver sich im Empfangsmodus befindet, so daß der Polanschluß 352 des ersten Abschnitts des T/R-Schalters 350 so ausgebildet ist, wie in Fig. 10 gezeigt ist, und sich der Transceiver nicht im Diversity-Empfangsmodus befindet, so daß der Polanschluß 353 des zweiten Abschnitts des T/R-Schalters 350 so positioniert ist, wie dies in der Figur gezeigt ist, ist der Antennensignalpfad im wesentlichen der gleiche wie derjenige des Transceivers von Fig. 5; jedoch ist dessen Impedanz geringfügig erhöht, und zwar auf Grund des Vorhandenseins des zweiten Abschnitts des T/R-Schalters 350.
Wenn der Transceiver sich im Diversity-Empfangsmodus befindet, so daß der Polanschluß 353 des zweiten Abschnitts des T/R-Schalters sich in der Position entgegengesetzt zu der einen Position, die in Fig. 10 gezeigt ist, befindet, wird die Antenne 10 nicht verwendet und es wird ein Diversity-Antennensignalpfad zwischen der Diversity-Empfangsantenne 12 und dem Empfänger 1 erstellt, und zwar über den zweiten Wurfanschluß 355 des zweiten Abschnitts des T/R-Schalters.
Es sind natürlich Modifikationen bei der oben erläuterten Konstruktion möglich. Beispielsweise zeigt Fig. 11 eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der sowohl das Reflexionsantennensignalisoliermerkmal als auch das Diversity- Empfangsmerkmal implementiert sind. Diese Ausführungsform ist ähnlich der einen, die in Fig. 10 gezeigt ist; jedoch ist der zweite Polanschluß 353 des zweiten Abschnitts des T/R-Schalters 350 mit einem zweiten Zirkulator 230 und einer zweiten Impedanzanpassungslast 238 verbunden, die in einer ähnlichen Weise arbeiten, wie deren Gegenstücke bei dem oben beschriebenen Transceiver von Fig. 8.
Als eine zusätzliche Abwandlung der Erfindung können Abstimmnetzwerke an einem oder an mehreren Komponentenports bei irgendeiner der Ausführungsformen vorgesehen sein, um die HF-Verluste auf Grund von nicht kompensierten HF- Übergängen noch weiter zu reduzieren.
Obwohl die vorliegende Erfindung vollständig in Verbindung mit den bevorzugten Ausführungsformen unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben worden ist, sei darauf hingewiesen, daß vielfältige. Änderungen und Abwandlungen für Fachleute offensichtlich sind. Obwohl beispielsweise die Erfindung allgemein in dem Kontext eines digitalen Halb-Duplex-Transceivers erläutert wurde, ist sie auch unmittelbar bei analogen Transceivern in gleicher Weise anwendbar. Obwohl ferner die Verwendung eines Lastanpassungswiderstandes bei der Erfindung erläutert worden ist, kann natürlich irgendein geeignetes elektrisches Lastanschlußelement ebenfalls verwendet werden. Solche Änderungen und Abwandlungen liegen offenkundig im Rahmen der vorliegenden Erfindung, wie sie durch die anhängenden. Ansprüche definiert ist.

Claims

1. Zirkulator-Abschnitt (300) für einen Sender-Empfänger (20), welcher Zirkulartor- Abschnitt (300) folgendes aufweist:

eine Zirkulatoreinrichtung (330) mit einem Sender-Port (332), einem Empfänger- Port (336) und einen Antennen-Port (334) zum Empfangen eines Sendesignals an dem Sender-Port (332) und eines Antennensignals an dem Antennenport (334), um das Sendesignal zum Antennen-Port (334) zu übertragen, und um das Antennensignal zu dem Empfänger-Port (336) zu übertragen; und

einen Schalter (350), der an den Empfänger-Port (336) angeschlossen ist, um den Empfänger-Port (336) selektiv mit einem Empfängeranschluß des Schalters (350) und mit einer Impedanz-Anpassungslast (338) zu verbinden,

dadurch gekennzeichnet, daß

der Schalter (350) folgendes enthält:

einen ersten Schalterabschnitt und einen zweiten Schalterabschnitt; wobei

der erste Schalterabschnitt mit dem Empfänger-Port (336) verbunden ist, um den Empfänger-Port (336) selektiv mit der Impedanz-Anpassungslast (338) oder mit dem zweiten Schalterabschnitt zu verbinden; und

der zweite Schalterabschnitt selektiv den Empfängeranschluß mit dem ersten Abschnitt oder mit einem Diversity-Antennensignal verbindet.

2. Zirkulatorabschnitt nach Anspruch 1, bei dem der Schalter (350) synchron mit dem Sendesignal arbeitet, um den Empfänger-Port (336) mit dem Empfänger- Anschluß zu verbinden, wenn das Sendesignal nicht vorhanden ist, um dadurch das Antennensignal an dem Empfängerabschnitt vorzusehen, und um den Empfänger-Port (336) mit der Impedanz-Anpassungslast (338) zu verbinden, wenn das Sendesignal vorhanden ist.

3. Zirkulatorabschnitt nach Anspruch 2, bei dem das Antennensignal ein Empfängersignal und ein reflektierte Sendesignal umfaßt.

4. Zirkulatorabschnitt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Zirkulatoreinrichtung (330) einen Miniatur-Ferrit-Zirkulator enthält.

5. Zirkulatorabschnitt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Schalter (350) einen elektronisch gesteuerten Schalter umfaßt, der in einer Technologie gemäß einer GaAs- und Si-Technologie implementiert ist.

6. Zirkulatorabschnitt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Zirkulatoreinrichtung (330) und der Schalter (350) in einem Integral-Modul aufgenommen sind.

7. Zirkulatorabschnitt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Impedanz-Anpassungslast (338) eine derart ausgewählte Impedanz aufweist, daß im wesentlichen kein Teil des Antennensignals von der Last (338) reflektiert wird.

8. Zirkulatorabschnitt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Zirkulatoreinrichtung aus einem Drei-Port-Zirkulator besteht.

9. Zirkulatorabschnitt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Schalter selektiv elektrische Signale hindurchläßt.

10. Zirkulatorabschnitt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Zirkulatorabschnitt ferner folgendes aufweist:

eine zweite Zirkulatoreinrichtung (230);

wobei der zweite Schalterabschnitt mit der zweiten Zirkulatoreinrichtung, dem ersten Schalterabschnitt und einer Diversity-Antenne (12) verbunden ist;

die zweite Zirkulatoreinrichtung (230) einen Antennen-Port (335) aufweist, der mit dem Empfänger-Anschluß des ersten Schalterabschnitts über den zweiten Schalterabschnitt verbunden ist, einen Empfänger-Port (337) und einen Abschluß- Port (333) (termination port), um das Antennensignal von dem ersten Schalterabschnitt an dem Antennen-Port (335) der zweiten Zirkulatoreinrichtung (230) zu empfangen, und um das Antennensignal an dem Empfänger-Port (337) der zweiten Zirkulatoreinrichtung (230) vorzusehen, und um jegliche Signale, die an dem Empfänger-Port (337) der zweiten Zirkulatoreinrichtung (230) empfangen werden, an eine zweite Impedanz-Anpassungslast (238) zu übertragen, die an den Abschluß-Port (333) der zweiten Zirkulatoreinrichtung (230) angeschlossen ist; und

bei dem der erste Schalterabschnitt dafür ausgebildet ist, um selektiv das Antennensignal an der Impedanz-Anpassungslast (338) oder dem zweiten Schalterabschnitt vorzusehen; und

bei dem der zweite Schalterabschnitt dafür ausgebildet ist, um selektiv die zweite Zirkulatoreinrichtung (230) mit dem ersten Schalterabschnitt oder mit der Diversity-Antenne (12) zu verbinden.

11. Zirkulatorabschnitt nach Anspruch 10, bei dem der Schalter synchron mit dem Sendesignal arbeitet, um den Empfänger-Port (336) der ersten Zirkulatoreinrichtung (330) mit der ersten Impedanz-Anpassungslast (338) zu verbinden, wenn das Sendesignal vorhanden ist, und um den Empfänger-Port (336) der ersten Zirkulatoreinrichtung (330) mit dem Empfänger-Port (337) der zweiten Zirkulatoreinrichtung (230) zu verbinden, wenn das Sendesignal nicht vorhanden ist.

12. Zirkulatorabschnitt nach Anspruch 10 oder Anspruch 11, bei dem die erste und die zweite Impedanz-Anpassungslast (338); 238) Impedanzwerte haben, die derart ausgewählt sind, daß im wesentlichen kein Teil der Signale, die daran angelegt werden, von diesen reflektiert werden.

13. Sender-Empfänger (20) mit einem Zirkulatorabschnitt nach einem der Ansprüche 1 bis 12, welcher Sender-Empfänger ferner folgendes enthält:

eine Antenne (10), die ein Antennensignal liefert, wobei die Antenne (10) mit dem Antennen-Port (334) der Zirkulatoreinrichtung (330) verbunden ist;

einen Sender (2) mit einem Leistungsverstärker (22), der ein Sendesignal erzeugt, wobei der Sender (2) mit dem Sender-Port (332) der Zirkulatoreinrichtung (330) verbunden ist; und

einen Empfänger (1), welcher Empfänger (1) mit dem Empfänger-Port (336) der Zirkulatoreinrichtung (330) verbunden ist;

wobei der erste Schalterabschnitt dafür ausgebildet und angeordnet ist, um das Antennensignal zu empfangen und um die Antenne (10) selektiv an die Impedanz- Anpassungslast (338) oder an den zweiten Schalterabschnitt anzuschließen.

14. Sender-Empfänger (20) nach Anspruch 13, bei dem der Zirkulatorabschnitt (300) im Ansprechen auf einen Duplex-Modus des Sender-Empfängers (20) arbeitet, um die Antenne (10) mit dem Empfänger (1) zu verbinden, wenn der Sender- Empfänger (20) sich in einem Empfangs-Modus befindet, wobei das Antennensignal dem Empfänger (1) angeboten wird, das Antennensignal dem Empfänger (1) angeboten wird, und um die Antenne (10) mit der Impedanz- Anpassungslast (338) zu verbinden, wenn der Sender-Empfänger (20) sich in einem Sende-Modus befindet.

15. Sender-Empfänger (20) nach Anspruch 14, bei dem dann, wenn der Sender- Empfänger (20) sich in dem Sende-Modus befindet, das Antennensignal ein Empfangssignal enthält, welches die von der Antenne (10) aufgefangenen Radiowellen wiedergibt, und ein reflektiertes Sendesignal enthält, welches einen Abschnitt des Sendesignals wiedergibt, welcher durch die Antenne (10) reflektiert wurde.

16. Sender-Empfänger (20) nach Anspruch 13, 14 oder 15, bei dem:

der erste Schalterabschnitt im Ansprechen auf einen Duplex-Modus des Sender- Empfängers (20) arbeitet, um die Antenne (10) des Empfängers (1) an den Empfänger (1) anzuschließen, wenn der Sender-Empfänger (20) sich in einem Empfangs-Modus befindet, und um die Antenne (10) mit der Impedanz- Anpassungslast (338) zu verbinden, wenn sich der Sender-Empfänger (20) in einem Sende-Modus befindet; und

bei dem der zweite Schalterabschnitt im Ansprechen auf einen Diversity- Empfangsmodus des Sender-Empfängers (20) arbeitet.

17. Sender-Empfänger (20) nach einem der Ansprüche 14 bis 16, ferner mit einem Sampler (24), der elektrisch zwischen den Leistungsverstärker (22) und der Zirkulatoreinrichtung (330) geschaltet ist.