DE19823049C2

DE19823049C2 - Leistungsverstärker-Ausgangsschaltung zur Unterdrückung von Oberschwingungen für eine Mobilfunkeinheit mit Doppelbandbetrieb und Verfahren zum Betreiben derselben

Info

Publication number: DE19823049C2
Application number: DE19823049A
Authority: DE
Inventors: Roman Gloeckler; Alexander Herold; Paul Johansson
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 1998-05-22
Filing date: 1998-05-22
Publication date: 2000-09-21
Anticipated expiration: 2018-05-23
Also published as: CN1302480A; JP2002517122A; CN1149748C; DE19823049A1; AU752984B2; WO1999062195A1; MY126433A; EP1078472A1; KR100671651B1; EE200000675A; HK1038286A1; JP4278868B2; BR9910658A; US6400963B1; EP1078472B1; AU4366099A; KR20010043766A; EE04478B1

Abstract

Zur wirksamen Unterdrückung von Oberschwingungen bei einem Doppelband-Mobilfunktelefon mit einem Leistungsverstärker (10), der Sendesignale für unterschiedliche Frequenzbänder (GSM; PCS, DCS) über einen Ausgang abgibt, wird eine Leistungsverstärker-Ausgangsschaltung beschrieben, bei der Oberschwingung durch Impedanztransformation einer Abschaltimpedanz einer Sende/Empfangumschaltung (36, 38) gefiltert werden. Hierdurch läßt sich die gewünschte Filterung von Oberschwingungen nahezu ohne zusätzlichen Aufwand realisieren.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leistungsverstärker- Ausgangsschaltung zur Unterdrückung von Oberschwingungen für eine Mobilfunkeinheit mit Doppelbandbetrieb und ein Verfahren zum Betreiben derselben.

In EP-0 682 458 A2 ist eine Kommunikationseinrichtung beschrieben, die eine Hauptkommunikationseinheit enthält, mit der sich Kommunikationsvorgänge in einem digitalen zellularen Kommunikationssystem abwickeln lassen.

In DE 197 04 151 C1 (Anmeldetag 4. Februar 1997; Veröffentlichungstag der Patenterteilung 27. August 1998) ist eine Sende-Empfangs-Umschalteanordnung beschrieben, und zwar zum abwechselnden Verbinden einer ersten und einer zweiten Empfangs- und einer ersten und zweiten Sendeeinrichtung mit einer einzigen Antenne.

Momentan werden Mobilfunktelefone vorwiegend mit einer Betriebsfrequenz betrieben. Fig. 10 zeigt eine Realisierung eines Sende/Empfangsbetriebs in einem Mobilfunktelefon, das mit einer Betriebsfrequenz, z. B. ca. 900 MHz bei GSM, ca. 1800 MHz bei DCS oder ca. 1900 MHz bei PCS, betrieben wird und beispielsweise aus WO 93/14573 A1 bekannt ist. Eine Antenne 100, über die Signale sowohl gesendet als auch empfangen werden, ist an eine Sende/Empfangs-Umschaltvorrichtung 102 angeschlossen. Die Sende/Empfangs-Umschaltvorrichtung 102 enthält einen Sendeschalter TX und einen Empfangsschalter RX. Im Empfangsmodus ist der Sendeschaler TX geöffnet und der Empfangsschalter RX geschlossen. Umgekehrt ist im Sendemodus der Sendeschalter TX geschlossen und der Empfangsschalter RX geöffnet.

Wie in Fig. 10 gezeigt, wird im Sendemodus das Sendesignal von einem Leistungsverstärker 104 abgegeben, der aufgrund seines Betriebsnahe am Sättigungsbereich ein nichtlineares Verhalten zeigt, so daß er neben dem eigentlichen Sendesignal auch Harmonische des Sendesignals abgibt. Um vorgegebene Spezifikationen zu erfüllen, z. B. den ETSI-GSM-Standard, erfolgt nach der Verstärkung durch den Leistungsverstärker 104 in einer weiteren Schaltungseinheit 106 neben einer Anpassung der Ausgangsimpedanz des Leistungsverstärkers 104 an eine Leitungsimpedanz von typischerweise 50 Ω zusätzlich eine Tiefpaßfilterung der Harmonischen.

Der in Fig. 10 gezeigte Schaltungsaufbau wird jedoch der Zunahme der digitalen Mobilfunktelefone insbesondere in Ballungszentren immer weniger gerecht, da einem fortlaufenden Anstieg der Teilnehmerzahl eine begrenzte Zahl von Sendefrequenzen und zugeordneter Übertragungskanäle gegenübersteht. Obgleich eine erhöhte Sendefrequenz von beispielsweise ca. 1800 MHz bei DCS oder ca. 1900 MHz bei PCS gegenüber ca. 900 MHz bei GSM aufgrund der dort höheren Gesamtübertragungsbandbreite eine Erhöhung der Zahl der Übertragungskanäle ermöglicht, gelingt dies nur auf Kosten einer verringerten Reichweite der Sendestationen. Im Ergebnis erhöht sich die Zahl der zur vollständigen Abdeckung eines vorgegebenen Gebiets erforderlichen Sendezellen in zellularen Mobilfunknetzen, was praktisch zu einem unrealistisch hohen Investitionsaufwand führt.

Vielversprechend erscheint demgegenüber die Verbindung technischer Vorteile unterschiedlicher Ansätze durch Bereitstellung zellularer Doppelband-Netze und hierfür geeigneter Doppelband-Mobilfunktelefone, z. B. durch Kombination des GSM-Frequenzbands mit dem DCS- und/oder PCS- Frequenzband.

Fig. 11 zeigt einen möglichen Schaltungsaufbau für den hierfür erforderlichen Sende-/Empfangsbetrieb in einem Doppelband-Mobilfunktelefon, der direkt auf der in Fig. 10 gezeigten Vorgehensweise aufbaut und beispielsweise in EP 0 823 751 A2 beschrieben ist.

Die Antenne 200 ist an zwei Sende-/Empfang- Umschaltvorrichtungen 202 und 204 angeschlossen. Die Sende-/ Empfangsumschaltung 202 enthält einen Sendeschalter TXa und einen Empfangsschalter RXa für eine Trägerfrequenz des ersten Frequenzbandes, und die Sende/Empfangsumschaltung 204 enthält einen Sendeschalter TXb und einen Empfangsschalter RXb für eine Trägerfrequenz des zweiten Frequenzbandes. Die einzelnen Schalter TXa, RXa, TXb und RXb werden jeweils gemäß der gewählten Betriebsfrequenz so betrieben, wie unter Bezug auf die Fig. 10 beschrieben. Zudem ist ein Diplexer 206 zum verlustfreien Zusammenführen der beiden Übertragungspfade zu der Antenne 200 erforderlich, und zwei Leistungsverstärker 210 und 212 sowie zugeordnete Schaltungseinheiten 214 und 216 sind für die Impedanzanpassung und Tiefpaßfilterung vorgesehen. Alternativ könnten die beiden Leistungsverstärker 210 und 212 für die beiden Sendefrequenzen auch durch einen Leistungsverstärker mit mehreren Ausgängen ersetzt werden.

Diese unmittelbare Verallgemeinerung der in Fig. 10 gezeigten Einband-Sende/Empfangsschaltung hat den Vorteil, daß die Übertragungszweige für die beiden Frequenzbänder vollständig entkoppelt sind. Obgleich die Leistungsverstärker nahe an der Sättigungsgrenze betrieben werden und somit auch Harmonische der beiden Sendesignale abgeben, können diese durch geeignete Dimensionierung der Tiefpässe TPa und TPb soweit erforderlich gedämpft werden. Allerdings werden diese Vorteile durch einen erheblichen Schaltungsaufwand erkauft. Durch die zusätzlichen Schaltungsteile erhöhen sich nicht nur erheblich die Herstellungskosten, sondern auch der für diese Doppelband- Sende/Empfangsschaltung erforderliche Platzbedarf spricht gegen deren Realisierung.

Einen Lösungsansatz für die Reduzierung der Herstellungskosten und des Platzbedarfs bietet der Einsatz von Leistungsverstärkern, die Sendesignale in unterschiedlichen Frequenzbändern über einen Ausgang abgeben bzw. von Leistungsverstärken mit unterschiedlichen Betriebsmodi. Bei einer Kombination z. B. von GSM mit einer Sendefrequenz von ca. 900 MHz und DCS mit einer Sendefrequenz von ca. 1800 MHz beträgt die jeweilige Ausgangsleistung ca. 3 W und 1.5 W.

Wie jedoch unter Bezug auf Fig. 10 und 11 erläutert, erfolgt der Betrieb nahe an der Sättigungsgrenze, und es entstehen im ersten Sendemodus Harmonische bei ca. 1800 MHz, ca. 2700 MHz, . . . sowie im zweiten Sendemodus Harmonische bei ca. 3600 MHz usw. . Hierbei dominieren regelmäßig die Harmonischen erster und zweiter Ordnung.

Im Betriebsmodus mit der ersten Sendefrequenz von z. B. 900 MHz führt dies dazu, daß die erste Harmonische des Sendesignals bei 1800 MHz durch den Tiefpaßfilter TPb im zweiten Sendezweig nicht unterdrückt wird. Da auch bei offenem Sendeschalter TXb im zweiten Übertragungszweig eine vollständige Entkopplung zu der Antenne nicht erreicht wird, kommt es neben der Abstrahlung des eigentlichen Sendesignals über die Antenne auch zu der Abstrahlung der ersten Harmonischen über den deaktivierten Sendepfad für die zweite, höhere Sendefrequenz in einem Umfang, der über den durch vorgegebene Standards gesteckten Rahmen hinausgeht. Allgemein tritt dieses Problem bei einem Leistungsverstärker, der Sendesignale in mehreren Frequenzbändern abgibt immer dann auf, wenn Harmonische der ersten, niedrigeren Sendefrequenz unterhalb der zweiten, höheren Sendefrequenz liegen oder mit ihr übereinstimmen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Leistungsverstärker- Ausgangsschaltung für eine Mobilfunkeinheit mit Doppelbandbetrieb und ein Verfahren zu deren Betrieb anzugeben, bei denen eine wirksame Unterdrückung von Oberschwingungen erreicht wird.

Diese Aufgabe wird im Rahmen der Erfindung gelöst durch eine Leistungsverstärker-Ausgangsschaltung für eine Mobilfunkeinheit mit Doppelbandbetrieb, enthaltend eine erste Sende/Empfangs-Umschaltvorrichtung zum Senden/Empfangen eines ersten Sende/Empfangssignals in einem ersten Frequenzband über eine Antenne der Mobilfunkeinheit, eine zweite Sende/Empfangs-Umschaltvorrichtung zum Senden/Empfangen eines zweiten Sende/Empfangssignals in einem zweiten Frequenzband oberhalb des ersten Frequenzbands über die Antenne der Mobilfunkeinheit, derart, daß eine Schaltvorrichtung einen zum Verstärken der Sendesignale betriebenen Leistungsverstärker wahlweise mit der ersten oder zweiten Sende/Empfangs-Umschaltvorrichtung verbindet und eine Impedanz-Transformationsvorrichtung beim Senden des ersten Sendesignals eine Abschaltimpedanz der zweiten Sende/Empfangs-Umschaltvorrichtung in eine auf Harmonische der Mittenfrequenz des ersten Frequenzbands abgestimmte Bandsperrcharakteristik umsetzt.

Erfindungsgemäß besteht die schaltbare Bandsperre aus drei Teilen: die Schaltvorrichtung zum selektiven Durchschalten des Leistungsverstärkers an den Übertragungszweig des zweiten Bandes, die zweite Sende/Empfangsumschaltvorrichtung, sowie einer dazwischenliegenden Impedanz- Transformationsvorrichtung. Alle drei Bestandteile bilden ein schaltbares Bandsperrfilter. Die beiden Schalter erfüllen zudem wesentliche, notwendige andere Funktionen. Lediglich die Impedanz-Transformationsvorrichtung ist allein für das Bandsperrverhalten vonnöten.

Bei Verstärkung des Sendesignals im ersten Frequenzband bildet die Schaltvorrichtung im zweiten Übertragungszweig einen Leerlauf, und andererseits transformiert die Impedanz- Transformationsvorrichtung die Abschaltimpedanz der zweiten Sende/Empfangs-Umschaltvorrichtung in einen Kurzschluß. Der hiermit verbundene Impedanzsprung im zweiten Übertragungszweig führt praktisch zu einer nahezu vollständigen Reflexion der zu unterdrückenden Oberschwingungen.

Insgesamt ermöglicht das Konzept der Mehrfachfunktion von in der Leistungsverstärker-Ausgangsschaltung ohnehin vorhandenen Schaltungseinheiten in Wechselwirkung mit einer Impedanztransformation eine überlappende bzw. verflochtene Ausbildung unterschiedlicher Funktionsabschnitte in der Leistungsverstärker-Ausgangsschaltung. Hierdurch läßt sich die gewünschte Filterung von Oberschwingungen nahezu ohne zusätzlichen Aufwand realisieren.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Impedanz-Transformationsvorrichtung als λ/4-Leitung ausgebildet, die auf die zweifache Mittenfrequenz des ersten Frequenzbands abgestimmt ist.

Da sich eine λ/4-Leitung einfach entweder als Mikrostreifenleitungsabschnitt oder Streifenleitungsabschnitt auf einem Schaltungssubstrat herstellen läßt, sind bestehende und bewährte Schaltungsentwürfe nur geringfügig zu modifizieren.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Schaltvorrichtung mit je einer in jedem Übertragungszweig liegenden PIN-Diode aufgebaut. Als Sendeschalter der zweiten Sende/Empfangsvorrichtung ist eine weitere PIN-Diode vorgesehen.

Beim Senden im zweiten Frequenzband liegen die durchgeschalteten PIN-Dioden demnach seriell im zweiten Übertragungszweig. Aufgrund der Serienkonfiguration ist das Vorspannen dieser Dioden lediglich beim Senden über den zweiten Übertragungszweig erforderlich. Dies ist besonders einfach möglich, da durch alle PIN-Dioden derselbe Vorspannstrom fließt und dieser demnach mit nur einem Schalttransistor gesteuert werden muß. Für das Bereitstellen dieses Vorspannstroms ist lediglich eine einzige Stromversorgung erforderlich, die erfindungsgemäß zudem als Drain-Stromversorgung des Leistungsverstärkers dient.

Für die Serienkonfiguration von PIN-Dioden spricht zudem, daß zum Entkoppeln der hochfrequenten Sendesignale und der Stromversorgung für den Vorspannstrom eine Induktivität erforderlich ist, die für die hochfrequenten Sendesignale als Leerlauf und für den Vorspannstrom als Kurzschluß wirkt. Da die Induktivität als Schaltungselement nur sehr teuer herzustellen ist, werden durch die gemeinsame Versorgung der PIN-Dioden mit nur einer Induktivität zum Entkoppeln die Herstellkosten weiter verringert.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist hinter dem Sendeschalter der zweiten Sende/Empfangs-Umschaltvorrichtung ein schaltbares Kerbfilter in Shunt-Konfiguration angeschlossen. Das schaltbare Kerbfilter besteht bevorzugt aus einer Kapazität, die über eine PIN-Diode an Masse angeschlossen ist.

Dies ermöglicht eine weiter verbesserte Dämpfung von Oberschwingungen. Die Kapazität des schaltbaren Kerbfilters bildet im aktivierten Zustand mit der parasitären Induktivität der zugeordneten PIN-Diode einen Serienresonanzkreis zum Filtern von Oberschwingungen beim Senden des ersten Sendesignals. Somit muß zum Erzielen eines weiter verbesserten Filterverhaltens lediglich in diesem Betriebsmodus das Kerbfilter geschaltet bzw. die PIN-Diode mit Strom versorgt werden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist am Ausgang des Leistungsverstärkers eine Impedanzanpaßschaltung vorgesehen, und hinter den PIN-Dioden der Schaltvorrichtung erfolgt jeweils eine weitere Impedanzanpassung mit in den Übertragungszweigen liegenden zusätzlichen Impedanzanpaßschaltungen.

Diese stufenweise Vorgehensweise bei der Impedanzanpassung ermöglicht das simultane Anpassen der Ausgangsimpedanz des Leistungsverstärkers an die für die einzelnen Frequenzbänder und Ausgangsleistungen geforderten Lastimpedanzen.

Die genannte Aufgabe wird zudem gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben einer Leistungsverstärker-Ausgangsschaltung für eine Mobilfunkeinheit mit Doppelbandbetrieb, gemäß dessen ein erstes Sende/Empfangssignal in einem ersten Frequenzband über eine Antenne der Mobilfunkeinheit und eine erste Sende/ Empfangs-Umschaltvorrichtung zum Auswählen des Betriebsmodus gesendet/empfangen wird, ein zweites Sende/Empfangssignal in einem zweiten Frequenzband oberhalb dem ersten Frequenzband über die Antenne der Mobilfunkeinheit und eine zweite Sende/ Empfangs-Umschaltvorrichtung (36, 38) zum Auswählen des Betriebsmodus gesendet/empfangen wird, wahlweise ein Ausgang eines Leistungsverstärkers zum Verstärkender Sendesignale mit der ersten oder zweiten Sende/Empfangs- Umschaltvorrichtung verbunden wird, und beim Senden des ersten Sendesignals die erste Harmonische des ersten Sendesignals im Übertragungszweig für das zweite Sende/Empfangssignal mit einer Bandsperre gefiltert wird.

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezug auf die beiliegende Zeichnung beschrieben; es zeigen:

Fig. 1 die Grundstruktur einer Leistungsverstärker- Ausgangsschaltung für ein Doppelband- Mobilfunktelefon, in dem ein Leistungsverstärker Sendesignale in unterschiedlichen Frequenzbändern über einen Ausgang abgibt;

Fig. 2 Ersatzschaltbilder für die in Fig. 1 gezeigten Schalter im geöffneten und geschlossenem Zustand;

Fig. 3 die Lage unterschiedlicher Sendefrequenzen und zugeordneter Oberschwingungen bei einem Doppelband- Mobilfunktelefon;

Fig. 4 eine Grundstruktur der erfindungsgemäßen Leistungsverstärker-Ausgangsschaltung;

Fig. 5 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Leistungsverstärker-Ausgangsschaltung mit Impedanztransformation;

Fig. 6 eine schaltungsmäßige Realisierung der erfindungsgemäßen Leistungsverstärker- Ausgangsschaltung;

Fig. 7 die Realisierung der erfindungsgemäßen Impedanz- Transformationsvorrichtung als λ/4-Leitung in Mikrostreifentechnik;

Fig. 8 die Realisierung der erfindungsgemäßen Impedanz- Transformationsvorrichtung als λ/4-Leitung in Streifenleitertechnik;

Fig. 9 die Realisierung der erfindungsgemäßen Impedanz- Transformationsvorrichtung als λ/4-Leitung in kombinierter Mikrostreifen- und Streifenleitertechnik;

Fig. 10 ein Blockschaltbild einer Leistungsverstärker- Ausgangsschaltung für ein Mobilfunktelefon mit Einbandbetrieb; und

Fig. 11 ein Blockschaltbild einer Leistungsverstärker- Ausgangsschaltung für ein Doppelband- Mobilfunktelefon, mit zwei Leistungsverstärkern.

Fig. 1 zeigt die Grundstruktur einer Leistungsverstärker- Ausgangsschaltung für ein Doppelband-Mobilfunktelefon gemäß der vorliegenden Erfindung.

Wie in Fig. 1 gezeigt, ist ein Leistungsverstärker 10 an seinem Ausgang 12 mit einer ersten Impedanzanpaßschaltung 14 verbunden. Am Ausgang der ersten Impedanzanpaßschaltung 14 ist ein erster Schalter 16 angeschlossen, der die erste Impedanzanpaßschaltung 14 mit einem ersten Übertragungszweig verbindet. Der erste Übertragungszweig besteht aus einer Serienschaltung einer zweiten Impedanzanpaßschaltung 18, eines ersten Tiefpasses 20 und einer ersten Sende/Empfangsumschaltung 22 und wird in einem ersten Frequenzband betrieben. Zum Umschalten zwischen dem Sende- und Empfangsbetrieb enthält die erste Sende/Empfangsumschaltung 22 einen ersten Sendeschalter 24 und einen ersten Empfangsschalter 26.

Wie in Fig. 1 gezeigt, ist am Ausgang der ersten Impedanzanpaßschaltung 14 zudem ein zweiter Schalter 28 angeschlossen, der die erste Impedanzanpaßschaltung 14 mit einem zweiten Übertragungszweig verbindet. Der zweite Übertragungszweig besteht aus einer Serienschaltung einer dritten Impedanzanpaßschaltung 30, eines zweiten Tiefpasses 32 und einer zweiten Sende/Empfangsumschaltung 34 und wird in einem zweiten Frequenzband betrieben. Zum Umschalten zwischen dem Sende- und Empfangsbetrieb enthält die zweite Sende/Empfangsumschaltung 34 einen zweiten Sendeschalter 36 und einen zweiten Empfangsschalter 38.

Der Mittenabgriff zwischen dem ersten Sendeschalter 24 und dem ersten Empfangsschalter 26 sowie der Mittenabgriff zwischen dem zweiten Sendeschalter 36 und dem zweiten Empfangsschalter 38 ist jeweils mit einem Diplexer 40 verbunden, der zum verlustfreien Zusammenführen der einzelnen Sende/Empfangspfade an eine Antenne 42 vorgesehen ist.

In einem ersten Betriebsmodus, in dem der Leistungsverstärker 10 ein Sendesignal in einem ersten Frequenzband bzw. mit einer ersten Sendefrequenz f1 abgibt, ist der erste Schalter 16 geschlossen und der zweite Schalter 28 geöffnet. Die erste Impedanzschaltung 14 und die zweite Impedanzschaltung 18 bewirken eine optimale Anpassung der Ausgangsimpedanz des Leistungsverstärkers 10 an die für die erste Sendefrequenz und -leistung gewünschte Lastimpedanz. Da der Leistungsverstärker 10 nahe an seiner Sättigung betrieben wird, gibt er neben dem eigentlichen Sendesignal mit der Frequenz f1 auch Oberschwingungen 2 . f1, 3 . f1, . . . ab. Diese unerwünschten Oberschwingungen werden durch das erste Tiefpaßfilter 20 unterdrückt, und das gefilterte Sendesignal wird an die Antenne 42 über den geschlossenen ersten Sendeschalter 24 abgegeben.

Ferner ist in einem zweiten Betriebsmodus, in dem der Leistungsverstärker 10 ein Sendesignal in einem zweiten Frequenzband bzw. mit einer zweiten Sendefrequenz abgibt, der erste Schalter 16 geöffnet und der zweite Schalter 28 geschlossen. In diesem Fall bewirken die erste Impedanzschaltung 14 und die dritte Impedanzschaltung 30 eine optimale Anpassung der Ausgangsimpedanz des Leistungsverstärkers 10 an die für die zweite Sendefrequenz und -leistung gewünschte Lastimpedanz. Die wiederum entstehenden unerwünschten Oberschwingungen 2 . f2, 3 . f2, . . . werden vor der Abgabe des Sendesignals an die Antenne 42 über den geschlossenen Sendeschalter 36 durch das zweite Tiefpaßfilter 32 gefiltert.

Bei idealem Schaltverhalten des ersten Schalters 16 und des zweiten Schalters 28 wäre somit die Abgabe der Sendesignale in zwei Frequenzbändern durch den Leistungsverstärker 10 mit einem Ausgang vollständig realisiert.

Wie in Fig. 2 anhand von Ersatzschaltbildern für Schalter im geöffneten und geschlossenem Zustand gezeigt, weisen praktisch einsetzbare Schalter wie PIN-Dioden jedoch ein nicht-ideales Verhalten auf. Die Dämpfung im geöffneten Zustand des Schalters ist begrenzt und wird mit zunehmender Frequenz immer geringer. Für PIN-Dioden liegt sie beispielsweise in der Größenordnung von 25 dB bei 900 MHz und 10 dB bei 1800 MHz.

Die Fig. 3 zeigt die Auswirkungen dieses nicht-idealen Schaltverhaltens auf den Betrieb der in Fig. 1 gezeigten Leistungsverstärker-Ausgangsschaltung. Wird vom Leistungsverstärker 10 ein Sendesignal mit det zweiten Frequenz f2 abgegeben, so werden zugeordnete Oberschwingungen durch das erste Tiefpaßfilter 20 vollständig unterdrückt. Umgekehrt sind im ersten Betriebsmodus, in dem der Leistungsverstärker 10 ein Sendesignal mit der Frequenz f1 abgibt, in Hinblick auf insbesondere die erste Oberschwingung des Sendesignals die Fälle 2 . f1 < f2, 2 . f1 = f2 und 2 . f1 < f2 zu unterscheiden.

Im ersten Fall werden bei Betrieb des Leistungsverstärkers 10 mit der ersten Frequenz f1 erste und weitere Oberschwingungen 2 . f1, 3 . f1, . . . durch das zweite Tiefpaßfilter 32 im zweiten Übertragungspfad erfaßt und somit nicht über die Antenne 42 abgestrahlt. Somit gelangt allenfalls das Sendesignal selbst über den in Fig. 1 gezeigten Nebenzweig 44 mit geöffnetem zweiten Schalter 28 und geöffnetem zweiten Sendeschalter 36 zu der Antenne 42.

Dies gilt jedoch nicht für den zweiten Fall mit 2 . f1 = f2, also z. B. bei Doppelbandbetrieb von GSM bei 900 MHz und DCS bei 1800 MHz. Die erste Oberschwingung des ersten Sendesignals wird hier durch das zweite Tiefpaßfilter 32 im zweiten Übertragungspfad nicht erfaßt und gelangt somit zur Antenne 42. Wie in Fig. 3 gezeigt, gilt dies auch im dritten Fall 2 . f1 < f2, z. B. bei Doppelbandbetrieb von GSM bei 900 MHz und PCS bei 1900 MHz. Die in den Standards für die einzelnen Sendefrequenzen vorgegebenen Grenzwerte für die Unterdrückung von Oberschwingungen lassen sich nicht mehr einhalten.

Fig. 4 zeigt den im Rahmen der vorliegenden Erfindung gewählten Lösungsansatz für eine Leistungsverstärker- Ausgangsschaltung, bei der die unter Bezug auf Fig. 3 diskutierten Fallkonstellationen berücksichtigt sind. Hierbei sind Schaltungsteile mit im Vergleich zu den in Fig. 1 gezeigten Schaltungsteilen identischer Funktion mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.

Erfindungsgemäß wird im ersten Betriebsmodus ein auf die Harmonischen der ersten Sendefrequenz f1 abgestimmtes Bandsperrfilter 46 im zweiten Übertragungspfad eingefügt. Hierdurch wird die unter Bezug auf Fig. 1 beschriebene Funktionsweise der Leistungsverstärker-Ausgangsschaltung gezielt so ergänzt, daß im ersten Betriebsmodus eine praktisch vollständige Dämpfung der ersten Oberschwingung der Sendefrequenz f1 im zweiten Übertragungspfad erfolgt.

Wie im folgenden gezeigt, wird im Rahmen der Erfindung das Bandsperrfilter nicht als eigenständiger Schaltungsabschitt realisiert, sondern ohnehin vorhandene Schaltungsteile wie der zweite Schalter 28 und der zweite Sendeschalter 36 werden bei der Realisierung der Bandsperrcharakteristik mit eingebunden, was zu einer Mehrfachfunktion der eingesetzten Schaltungsteile und einer Verbindung einzelner Schaltungsabschnitte unter Minimierung des erforderlichen Schaltungsaufwandes und der Herstellungskosten führt.

Fig. 5 zeigt die erfindungsmäße Umsetzung dieses Konzepts anhand eines Blockschaltbilds der erfindungsgemäßen Leistungsverstärker-Ausgangsschaltung. Hierbei sind wiederum Schaltungsteile mit im Vergleich zu den in Fig. 1 gezeigten Schaltungsteilen identischer Funktion mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.

Im Gegensatz zu der in Fig. 1 gezeigten Schaltungsstruktur ist vor der zweiten Sende/Empfangsumschaltung 34 eine Impedanz-Transformationsvorrichtung 48 vorgesehen, die so ausgebildet ist, daß sie die Abschaltimpedanz der zweiten Sende/Empfangsumschaltung 34 für die erste Oberschwingung 2 . f1 in eine Kurzschlußimpedanz transformiert.

Für die Funktion der in Fig. 5 gezeigten Leistungsverstärker- Ausgangsschaltung ist wichtig, daß im ersten Betriebsmodus für die durch das zweite Tiefpaßfilter 32 gegebenenfalls nicht erfaßte erste Oberschwingung der ersten Sendefrequenz f1 durch die Impedanztransformation ein Kurzschluß bei 2 . f1 auftritt. Weiterhin führt der geöffnete zweite Schalter zu einer Leerlaufimpedanz. Der sich hieraus ergebenden Impedanzsprung insbesondere für die erste Oberschwingung 2 . f1 der ersten Frequenz führt am Eingang des zweiten Übertragungszweiges zu der erforderlichen Reflexion dieser Oberschwingung 2 . f1.

Wie in Fig. 5 gezeigt, überlappen die einzelnen Funktionseinheiten, Frequenzbandauswahl und Impedanzanpassung, schaltbares Bandsperrfilter von Oberschwingungen und Sende/Empfangsumschaltung bzw. sind so miteinander verflochten, daß die einzelnen Schaltungsteile Doppelfunktionen ausführen. Dies gilt unabhängig davon, ob das zweite Tiefpaßfilter 32 unmittelbar hinter den zweiten Sendeschalter 36 angeordnet ist, oder in dem von dem Verbindungspunkt zwischen dem zweiten Sendeschalter 36 und dem zweiten Empfangsschalter 38 zu dem Diplexer 40 führenden Schaltungszweig.

Fig. 6 zeigt eine schaltungsmäßige Realisierung des in Fig. 5 gezeigten Blockschaltbilds der erfindungsgemäßen Leistungsverstärker-Ausgangsschaltung. Der erste Schalter 16 ist als erste PIN-Diode 50 realisiert, und der zweite Schalter 28 ist als zweite PIN-Diode 52 realisiert. Die erste Impedanzanpaßschaltung bildet eine erste Kapazität 54, die zwischen Masse und einer Leitung 56 angeschlossen ist, die von dem Ausgang des Leistungsverstärkers 10 zu der ersten PIN-Diode 50 bzw. zu der zweiten PIN-Diode 52 führt. Die Drain-Stromversorgung des Leistungsverstärkers 10 erfolgt über eine erste Induktivität 58, die zur Abschirmung hochfrequenter Signale vorgesehen ist.

Ferner wird die zweite Impedanzanpaßschaltung 18 durch eine zwischen der Kathode der ersten PIN-Diode 50 und Masse angeschlossene zweite Kapazität 60 realisiert, und die dritte Impedanzanpaßschaltung 30 wird durch eine zwischen der Kathode der zweiten PIN-Diode 52 und Masse angeschlossene dritte Kapazität 62 realisiert.

Demnach ist als erste, zweite und dritte Impedanzanpaßschaltung jeweils eine Leitung/Spule bzw. Induktivität in Serie und eine Kapazität nach Erde vorgesehen.

Wie in Fig. 6 weiter gezeigt, ist als Impedanz- Transformationsvorrichtung 48 eine auf die erste Oberschwingung 2 . f1 der ersten Sendefrequenz abgestimmte erste λ/4-Leitung 64 vorgesehen. Allgemein kann auch eine (λ/4 + n . λ/2, n = 1, 2, . . .)-Leitung eingesetzt werden. Alternativ (nicht gezeigt) kann die Impedanztransformation auch durch eine mit diskreten Bauelementen aufgebaute Schaltung realisiert werden.

Wie in Fig. 6 weiter gezeigt, ist der zweite Sendeschalter 36 durch eine dritte PIN-Diode 66 realisiert, die mit einer aus einer zweiten Induktivität 70 und einer vierten Kapazität 72 gebildeten Serienschaltung überbrückt ist.

Funktionsgemäß wird somit im ersten Betriebsmodus die Abschaltimpedanz der dritten PIN-Diode 66 durch eine auf die erste Oberschwingung 2 . f1 der ersten Sendefrequenz abgestimmte λ/4-Leitung 64 in einen Kurzschluß für diese Oberschwingung transformiert, wodurch sich die erforderliche Entkopplung der Betriebsmodi erreichen läßt. Die zweite PIN- Diode 52, die dritte PIN-Diode 66 und die erste λ/4-Leitung 64 bilden das zum Erfüllen vorgegebener Spezifikationen erforderliche Bandsperrfilter für die erste Oberschwingung 2 . f1 der ersten Sendefrequenz.

Da durch die Überbrückung der dritten PIN-Diode mit der zweiten Induktivität 70 zudem ein Parallelresonanzkreis gebildet wird, ist die Abschaltimpedanz des zweiten Sendeschalters 36 erhöht und somit die Bandsperrwirkung über die λ/4-Leitung 64 verbessert. Hierbei ist die vierte Kapazität 72 zur Entkopplung von Gleichstromanteilen vorgesehen.

Für die Funktion der erfindungsgemäßen Leistungsverstärker- Ausgangsschaltung ist ferner von Bedeutung, daß im zweiten Betriebsmodus die zweite PIN-Diode 52 und die dritte PIN- Diode 66 seriell durchgeschaltet sind. Aufgrund dieser Serienkonfiguration ist das Vorspannen dieser PIN-Dioden 52 und 66 lediglich beim Senden über den zweiten Übertragungszweig erforderlich. Dies ist besonders einfach möglich, da durch beide PIN-Dioden 52 und 66 derselbe Vorspannstrom fließt und dieser demnach mit nur einem (nicht gezeigten) Schalttransistor gesteuert werden muß.

Zudem ist für das Bereitstellen dieses Vorspannstroms lediglich eine einzige (nicht gezeigte) Stromversorgung erforderlich, die erfindungsgemäß zudem für die Drain- Stromversorgung des Leistungsverstärkers herangezogen wird.

Wie in Fig. 6 weiter gezeigt, ist gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hinter der dritten PIN-Diode 66 ein schaltbares Kerbfilter 74 in Shunt-Konfiguration angeschlossen. Das zweite Tiefpaßfilter 32 ist zwischen dem schaltbaren Kerbfilter 74 und dem Diplexer 40 seriell angeschlossen. Das schaltbare Kerbfilter 74 besteht aus einer fünften Kapazität 76, die über eine vierte PIN-Diode 78 an Masse angeschlossen ist.

Dies ermöglicht eine weiter verbesserte Dämpfung der zweiten Oberschwingung 2 . f1 im ersten Betriebsmodus. Die vierte Kapazität 76 des schaltbaren Kerbfilters 74 bildet mit der parasitären Induktivität der vierten PIN-Diode 78 einen auf die erste Oberschwingung 2 . f1 der ersten Sendefrequenz abgestimmten Serienresonanzkreis, wodurch im ersten Betriebsmodus das Filterverhalten im zweiten Übertragungszweig weiter verbessert ist.

Fig. 6 zeigt ferner eine bevorzugte Realisierung des zweiten Empfangsschalters 38. Eine zweite λ/4-Leitung 80 liegt in dem Signalpfad für den Empfang im zweiten Betriebsmodus. Allgemein kann auch eine (λ/4 + n . λ/2, n = 1, 2, . . .)-Leitung eingesetzt werden. An dem von der Antenne 42 wegführenden Ende der zweiten λ/4-Leitung 80 zweigt eine aus einer fünften PIN-Diode 82 und einer sechsten Kapazität 86 gebildete Serienschaltung zur Masse hin ab.

Während die sechste Kapazität zur Entkopplung von Gleichstromanteilen vorgesehen ist, wird funktionsgemäß die Anschalt- bzw. Abschaltimpedanz der fünften PIN-Diode 82 durch die zweite λ/4-Leitung 80 entweder in eine Leerlauf- oder Kurzschlußimpedanz in dem Signalpfad für den Empfang im zweiten Betriebsmodus transformiert. Dieser Schaltungsaufbau vereinfacht die Integration der erfindungsgemäßen Leistungsverstärker-Ausgangsschaltung und läßt sich auch für den ersten Empfangsschalter 26 unmittelbar anwenden.

Die Fig. 7 zeigt eine mögliche Realisierung der λ/4-Leitungen 64 und 80 in Mikrostreifenleitertechnik. Hierbei wird eine Mikrostreifenleitung 88 als λ/4-Leitung auf einem Dielektrikum 90 aufgebracht. Das Dielektrikum 90 ist auf einer metallisierten Massefläche 92 einer Substratenebene aufgebracht.

Die Fig. 8 zeigt eine weitere Realisierung der λ/4-Leitungen 64 und 80 in Streifenleitungstechnik. Bei dieser Realisierung wird ein Streifenleitungselement 94 zwischen einer oberen Substratebenenmetallisierung 95 und einer unteren Substratebenenmetallisierung 96 angeordnet und mit einem Dielektrikum 97 jeweils gegen die obere und untere Substratebenenmetallisierung 95 und 96 isoliert.

Wie in Fig. 9 gezeigt, lassen sich die in Fig. 7 und Fig. 8 gezeigten Realisierungen der λ/4-Leitungen 64 und 80 vorteilhaft so kombinieren, daß vorhandene und bewährte Layouts für Leistungsverstärker-Ausgangschaltungen lediglich minimal zu modifizieren sind. So läßt sich insbesondere die λ/4-Leitung 64 zum Transformieren der Abschaltimpedanz des zweiten Sendeschalters 36 mehrlagig so realisieren, daß existierende Plazierungsvorgaben für die anderen Schaltungsteile nicht zu verändern sind.

Obgleich die Erfindung unter Bezug auf Doppelband- Mobilfunktelefone erläutert wurde, ist unmittelbar zu erkennen, daß sie in jeder mobilen Kommunikationseinheit einsetzbar ist, bei der eine Funkübertragung in mehreren Frequenzbändern zum Einsatz kommt. Weiterhin sind erfindungsgemäße Merkmale, die im Zusammenhang mit einzelnen Ausführungsformen beschrieben wurden, wechselseitig untereinander in jeder Weise kombinierbar.

Claims

1. Leistungsverstärker-Ausgangsschaltung für eine Mobilfunkeinheit mit Doppelbandbetrieb, enthaltend:

a) eine erste Sende/Empfangs-Umschaltvorrichtung (24, 26) zum Senden/Empfangen eines ersten Sende/Empfangssignals in einem ersten Frequenzband über eine Antenne (42) der Mobilfunkeinheit,
b) eine zweite Sende/Empfangs-Umschaltvorrichtung (36, 38) zum Senden/Empfangen eines zweiten Sende/Empfangssignals in einem zweiten Frequenzband oberhalb des ersten Frequenzbands über die Antenne (42) der Mobilfunkeinheit, derart, daß
c) eine Schaltvorrichtung (16, 28) einen zum Verstärken der Sendesignale betriebenen Leistungsverstärker (10) wahlweise mit der ersten oder zweiten Sende/Empfangs-Umschaltvorrichtung verbindet und
d) eine Impedanz-Transformationsvorrichtung (48) beim Senden des ersten Sendesignals eine Abschaltimpedanz der zweiten Sende/Empfangs-Umschaltvorrichtung (36, 38) in eine auf Harmonische der Mittenfrequenz (f1) des ersten Frequenzbands abgestimmte Bandsperrcharakteristik umsetzt.

2. Leistungsverstärker-Ausgangsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanz- Transformationsvorrichtung (48) als erste (λ/4 + n . λ/2, n = 0, 1, . . .)-Leitung (64) ausgebildet ist, die auf die zweifache Mittenfrequenz (2 . f1) des ersten Frequenzbands abgestimmt ist.

3. Leistungsverstärker-Ausgangsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanz- Transformationsvorrichtung (48) aus diskreten Bauelementen so aufgebaut ist, daß an ihrem Eingang für die zweifache Mittenfrequenz (2 . f1) des ersten Frequenzbands ein Kurzschluß vorliegt.

4. Leistungsverstärker-Ausgangsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung (16, 28) aus einer ersten Schaltvorrichtung (16), die zwischen dem Ausgang des Leistungsverstärkers (10) und der ersten Sende/Empfangs- Umschaltvorrichtung (24, 26) angeschlossen ist, sowie einer zweiten Schaltvorrichtung (28), die zwischen dem Ausgang des Leistungsverstärkers (10) und der zweiten Sende/Empfangs-Umschaltvorrichtung (36, 38) angeschlossen ist, aufgebaut ist.

5. Leistungsverstärker-Ausgangsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Sende/Empfangs-Umschaltvorrichtung (36, 38) mit einer dritten im Sendemodus aktivierten Schaltvorrichtung (36) und einer vierten im Empfangsmodus aktivierten Schaltvorrichtung (38) aufgebaut ist.

6. Leistungsverstärker-Ausgangsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Leistungsverstärker (10) und der Schaltvorrichtung (16, 28) eine erste Impedanzanpaßschaltung (14) vorgesehen ist.

7. Leistungsverstärker-Ausgangsschaltung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der ersten Schaltvorrichtung (16) und der ersten Sende/Empfangsumschaltvorrichtung (24, 26) eine zweite Impedanzanpaßschaltung (18) vorgesehen ist.

8. Leistungsverstärker-Ausgangsschaltung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der zweiten Schaltvorrichtung (28) und der zweiten Sende/Empfangsumschaltvorrichtung (36, 38) eine dritte Impedanzanpaßschaltung (30) vorgesehen ist.

9. Leistungsverstärker-Ausgangsschaltung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß als erste Schaltvorrichtung (16), zweite Schaltvorrichtung (28) und/oder dritte Schaltvorrichtung (36) eine erste, zweite, und/oder dritte PIN-Diode (50, 52, 66) vorgesehen ist.

10. Leistungsverstärker-Ausgangsschaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Schaltvorrichtung (36) mit einer Serienschaltung überbrückt ist, die aus einer Induktivität (70) und einer Kapazität (72) besteht.

11. Leistungsverstärker-Ausgangsschaltung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der dritten Schaltvorrichtung (36) und der Antenne (42) der Mobilfunkeinheit ein schaltbares Kerbfilter (74) angeschlossen ist.

12. Leistungsverstärker-Ausgangsschaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das schaltbare Kerbfilter (74) aus einer Kapazität (76) besteht, die über eine vierte PIN-Diode (78) an Masse angeschlossen ist.

13. Leistungsverstärker-Ausgangsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Antenne (42) der Mobilfunkeinheit ein Tiefpaßfilter (32) angeschlossen ist, dessen obere Grenzfrequenz durch das zweite Frequenzband bestimmt ist.

14. Leistungsverstärker-Ausgangsschaltung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als erste Impedanzanpaßschaltung (14), zweite Impedanzanpaßschaltung (18) und/oder dritte Impedanzanpaßschaltung (30) jeweils eine Leitung/Spule in Serie und eine Kapazität (54, 60, 62) nach Erde vorgesehen ist.

15. Leistungsverstärker-Ausgangsschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als vierte Schaltvorrichtung (38) eine zweite (λ/4 + n . λ/2, n = 0, 1, . . .)-Leitung (80) vorgesehen ist, die in der Leitung zum Führen des zweiten Empfangssignals liegt und an deren von der Antenne wegführenden Ende eine fünfte PIN-Diode (82) zu Masse abzweigt.

16. Leistungsverstärker-Ausgangsschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste (λ/4 + n . λ/2, n = 0, 1, . . .)-Leitung (64) mit mindestens einem Mikrostreifenabschnitt und/oder mindestens einem Streifenleitungsabschnitt in mindestens einer Schaltungssubstratebene realisiert ist.

17. Leistungsverstärker-Ausgangsschaltung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite (λ/4 + n . λ/2, n = 0, 1, . . .)-Leitung (80) mit mindestens einem Mikrostreifenabschnitt und/oder mindestens einem Streifenleitungsabschnitt in mindestens einer Schaltungssubstratebene realisiert ist.

18. Leistungsverstärker-Ausgangsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Sende/Empfangs-Umschaltvorrichtung (22) mit einer fünften im Sendemodus aktivierten Schaltvorrichtung (24) und einer sechsten im Empfangsmodus aktivierten Schaltvorrichtung (26) aufgebaut ist.

19. Leistungsverstärker-Ausgangsschaltung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ankopplung an die Antenne über einen Diplexer (40) erfolgt, dessen Eingänge mit einem ersten Mittenabgriff zwischen der dritten Schaltvorrichtung (36) und der vierten Schaltvorrichtung (38) sowie einem zweiten Mittenabgriff zwischen der fünften Schaltvorrichtung (24) und der sechsten Schaltvorrichtung (26) verbunden sind.

20. Verfahren zum Betreiben einer Leistungsverstärker- Ausgangsschaltung für eine Mobilfunkeinheit mit Doppelbandbetrieb, gemäß dessen:

a) ein erstes Sende/Empfangssignal in einem ersten Frequenzband über eine Antenne der Mobilfunkeinheit und eine erste Sende/Empfangs-Umschaltvorrichtung (24, 26) zum Auswählen des Betriebsmodus gesendet/empfangen wird,
b) ein zweites Sende/Empfangssignal in einem zweiten Frequenzband oberhalb dem ersten Frequenzband über die Antenne der Mobilfunkeinheit und eine zweite Sende/Empfangs-Umschaltvorrichtung (36, 38) zum Auswählen des Betriebsmodus gesendet/empfangen wird,
c) wahlweise ein Ausgang eines Leistungsverstärkers (10) zum Verstärken der Sendesignale mit der ersten oder zweiten Sende/Empfangs-Umschaltvorrichtung verbunden wird, und
d) beim Senden des ersten Sendesignals die erste Harmonische des ersten Sendesignals im Übertragungszweig für das zweite Sende/Empfangssignal mit einer Bandsperre 46) gefiltert wird.

21. Verfahren zum Betreiben einer Leistungsverstärker- Ausgangsschaltung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß beim Senden des ersten Sendesignals Harmonische des ersten Sendesignals oberhalb der Mittenfrequenz (f2) des zweiten Frequenzbands im Übertragungszweig für das zweite Sende/Empfangssignal mit einem Tiefpaß (32) gefiltert werden.

22. Verfahren zum Betreiben einer Leistungsverstärker- Ausgangsschaltung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß zum Realisieren der Bandsperre eine Abschaltimpendanz der zweiten Sende/Empfangs- Umschaltvorrichtung (36, 38) in eine Leerlaufimpedanz für die erste Harmonische der Mittenfrequenz (f1) des ersten Frequenzbands transformiert wird.

23. Verfahren zum Betreiben einer Leistungsverstärker- Ausgangsschaltung nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß beim Senden des ersten Sendesignals die erste Harmonische des ersten Sendesignals im Übertragungszweig für das zweite Sende/Empfangssignal mit einem schaltbaren Kerbfilter (74) zusätzlich gefiltert wird.