專(zhuān)利名稱(chēng)：天線(xiàn)共用器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于由發(fā)射機(jī)和接收機(jī)共用一個(gè)天線(xiàn)的無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)的高頻電路的天線(xiàn)共用器。
由于移動(dòng)通信近來(lái)得到了很大的發(fā)展，天線(xiàn)共用器被使用在大量的便攜電話(huà)和汽車(chē)電話(huà)之中。下面參照附圖對(duì)上述常規(guī)的天線(xiàn)共用器予以描述。


圖13表示常規(guī)的天線(xiàn)共用器的分解示意圖。在圖13中，標(biāo)號(hào)1301到1306表示電介質(zhì)同軸諧振器，1307表示耦合板，1308表示金屬外殼，1309表示金屬蓋，1310到1312表示串聯(lián)電容器，1313到1314表示電感，1315到1318表示耦合電容器，1321到1326表示耦合針，1331表示發(fā)送(下文稱(chēng)為T(mén)X)端子，1332表示天線(xiàn)端子，1333表示接收(下文稱(chēng)為RX)端子，和1341到1347表示形成在耦合板上的電極圖形。
電介質(zhì)同軸諧振器1301、1302、1303和串聯(lián)電容1310、1311、1312和電感1313、1314構(gòu)成TX帶阻濾波器。再有，電介質(zhì)同軸諧振器1304、1305、1306和耦合電容器1315、1316、1317、1318構(gòu)成RX帶通濾波器。
TX濾波器有一端被連接到電氣上連接到發(fā)射機(jī)的TX端子1331，而TX濾波器的另外一端被連接到RX濾波器的一端和還連接到電氣上連接到天線(xiàn)的天線(xiàn)端子1332。RX濾波器的另外一端被連接到電氣上連接到接收機(jī)的RX端子1333。
下面描述按照上述構(gòu)成的天線(xiàn)共用器的操作。
首先，TX帶阻濾波器表現(xiàn)出對(duì)在TX頻段的TX信號(hào)的小的插入損耗和使可能幾乎無(wú)TX信號(hào)衰減地從TX端子1331傳輸TX信號(hào)到天線(xiàn)端子1332。再有，因?yàn)門(mén)X帶阻濾波器表現(xiàn)出對(duì)RX頻段的RX信號(hào)的大的插入損耗和幾乎RX頻段的輸入信號(hào)都被阻斷，TX帶阻濾波器表現(xiàn)出通過(guò)天線(xiàn)端子1332的RX信號(hào)輸入返回到RX帶通濾波器的操作。
但是，RX帶通濾波器對(duì)RX頻段的RX信號(hào)表現(xiàn)出小的插入損耗使可能幾乎無(wú)RX信號(hào)衰減地從天線(xiàn)端子1332傳輸RX信號(hào)到RX端子1333。再有，因?yàn)镽X帶通濾波器表現(xiàn)出對(duì)TX頻段的TX信號(hào)的大的插入損耗和幾乎在TX頻段的輸入信號(hào)都被阻斷，RX帶通濾波器表現(xiàn)出通過(guò)TX濾波器輸入的RX信號(hào)被發(fā)送到天線(xiàn)端子1332的操作。
用于移動(dòng)通信高頻頻段的天線(xiàn)共用器具有寬帶的特性。因此，為保證在寬頻帶中衰減值的需要，進(jìn)一步增加級(jí)聯(lián)電解質(zhì)同軸諧振器的級(jí)數(shù)是必要的。
然而，在上述結(jié)構(gòu)的情況下，當(dāng)諧振器的級(jí)數(shù)被增加以增加衰減值時(shí)，在信號(hào)的通帶寬度中的損耗增加了。為了避免這種不良影響，考慮增加電解質(zhì)同軸諧振器的空載Q值。但是，增加空載Q值，需要增加電解質(zhì)同軸諧振器的尺寸。這對(duì)當(dāng)前減小天線(xiàn)共用器尺寸的趨勢(shì)來(lái)說(shuō)是背道而馳的。
本發(fā)明的提出解決了上述問(wèn)題和其目的是提供一種在不增加裝置的尺寸前提下具有大的的衰減值和小的損耗的天線(xiàn)共用器。
按照上述結(jié)構(gòu)，本發(fā)明使得可能設(shè)計(jì)出通過(guò)附加一個(gè)轉(zhuǎn)換元件或可變電容元件到天線(xiàn)共用器的TX和RX濾波器部分的由外部控制和控制是該共用器的一個(gè)重要性能的TX和RX通帶的頻率的一種TX濾波器和RX濾波器。結(jié)果，由于無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)的天線(xiàn)共用器需要的TX和RX信道通常同步地改變，所以有可能在天線(xiàn)共用器的級(jí)數(shù)小于通常天線(xiàn)共用器的級(jí)數(shù)的條件下獲得大的衰減值。再有，因?yàn)樗孕〉募?jí)數(shù)，有可能降低通帶的損耗和減小天線(xiàn)共用器的尺寸。還有，當(dāng)強(qiáng)信號(hào)輸入時(shí)，通過(guò)在一個(gè)開(kāi)關(guān)變關(guān)斷時(shí)設(shè)置端子不確定的直流電壓，而獲得優(yōu)越的特性。
圖1是本發(fā)明的第一實(shí)施例的天線(xiàn)共用器的電路圖；圖2(a)和(b)是為了說(shuō)明該實(shí)施例操作的該第一實(shí)施例的天線(xiàn)共用器的通帶特性；圖3是利用PIN二極管的第一實(shí)施例轉(zhuǎn)換電路的方框圖；圖4是利用PIN二極管的第一實(shí)施例轉(zhuǎn)換電路的方框圖；圖5是第一實(shí)施例的天線(xiàn)共用器的對(duì)于輸入信號(hào)功率的插入損耗的特性曲線(xiàn)圖；圖6是第一實(shí)施例的天線(xiàn)共用器的對(duì)于輸入信號(hào)功率的二次諧波的特性曲線(xiàn)圖；圖7是第一實(shí)施例的天線(xiàn)共用器的對(duì)于輸入信號(hào)功率的鄰近信道漏泄的特性曲線(xiàn)圖；圖8是第一實(shí)施例的天線(xiàn)共用器的對(duì)于輸入信號(hào)功率的三次互調(diào)失真的特性曲線(xiàn)圖；圖9是第一實(shí)施例的天線(xiàn)共用器附近的電路板安裝圖；圖10是利用FET的第一實(shí)施例的轉(zhuǎn)換電路的方框圖；圖11是本發(fā)明的第二實(shí)施例的天線(xiàn)共用器的電路方框圖；圖2(a)和(b)是為了說(shuō)明該實(shí)施例的操作的該第二實(shí)施例的天線(xiàn)共用器的通帶特性；和圖13是一個(gè)常規(guī)的天線(xiàn)共用器的分解示意圖。
下面參照各附圖描述本發(fā)明的第一實(shí)施例的天線(xiàn)共用器。
圖1表示本發(fā)明的第一實(shí)施例的天線(xiàn)共用器的電路方框圖。在圖1中，標(biāo)號(hào)101到105表示由1/4波長(zhǎng)終端縮短傳輸線(xiàn)構(gòu)成的電解質(zhì)同軸諧振器，106和107表示串聯(lián)電容，108和109表示接地的電容，110到112表示耦合電感，113和114表示耦合電容，115和116表示旁路電容，117和118表示終端匹配電容和電感，119到123表示開(kāi)關(guān)，124到128表示開(kāi)關(guān)耦合電容，129表示天線(xiàn)端子，130表示TX端子，和131表示RX端子。
串聯(lián)電容106和107被連接到電解質(zhì)同軸諧振器101和102的開(kāi)路端和各諧振器通過(guò)電感110進(jìn)行耦合構(gòu)成一個(gè)帶阻濾波器。用于控制諧波的接地電容108和109被連接到時(shí)電感110的兩端。再有，電解質(zhì)同軸諧振器103、104、105通過(guò)電容113和14被互相連接，和用于輸入/輸出的耦合電感111和112被分別連接到電解質(zhì)同軸諧振器103和105的開(kāi)路端構(gòu)成帶通濾波器。還有，旁路電容115跨接耦合元件111和113和旁路電容116跨接耦合元件112和114，形成在通帶的高頻段側(cè)的一個(gè)極點(diǎn)。TX帶阻濾波器的輸出端和RX帶通濾波器的輸入端通過(guò)串聯(lián)電感118和并聯(lián)電容117被連接到天線(xiàn)端子129，以便匹配各個(gè)端子構(gòu)成一個(gè)天線(xiàn)共用器。再有，開(kāi)關(guān)119、120、121、122和123通過(guò)開(kāi)關(guān)耦合電容124、125、126、127和128被連接到電解質(zhì)同軸諧振器101、102、103、104和105，每個(gè)開(kāi)關(guān)的另外一端接地。
下面參照?qǐng)D1和圖2(a)和2(b)描述所構(gòu)成的天線(xiàn)共用器的操作。
首先，圖1和圖2(a)和2(b)表示第一實(shí)施例的天線(xiàn)共用器的通過(guò)特性。圖2(a)是利用電解質(zhì)同軸諧振器101和102和通過(guò)串聯(lián)電容106和107接地的級(jí)耦合電感110在從TX端子130延伸到天線(xiàn)端子129的TX線(xiàn)路上構(gòu)成帶阻濾波器的TX濾波器和形成低通特性的通過(guò)特性，該電路利用串聯(lián)電感118和連接到耦合電感110和濾波器輸出端的接地電容108、109和117阻斷TX頻段的諧波。電感118和電容117還有調(diào)整阻抗的作用，使得在天線(xiàn)端子129上每個(gè)頻段中TX-側(cè)濾波器和RX-側(cè)濾波器不干擾。TX濾波器對(duì)在TX頻段中的TX信號(hào)表現(xiàn)出小的插入損耗和使得可能從TX端子130幾乎無(wú)信號(hào)衰減地專(zhuān)輸TX信號(hào)到天線(xiàn)端子129。再有，TX濾波器對(duì)在RX頻段中的RX信號(hào)表現(xiàn)出大的插入損耗和因?yàn)樵赗X頻段的主要輸入信號(hào)被阻斷，表現(xiàn)出通過(guò)天線(xiàn)端子129的RX輸入信號(hào)返回到RX濾波器的操作。
還有，圖2(b)是RX濾波器的通帶圖，該濾波器在從天線(xiàn)端子129到RX端子131延伸的TX線(xiàn)上利用接地的電解質(zhì)同軸諧振器103、104和105，級(jí)間耦合電容器113和114，和輸入-輸出耦合電感111和112構(gòu)成一個(gè)帶通濾波器，和利用該帶通濾波器的阻抗特性和用于旁路電路的電容115和116的阻抗形成一個(gè)衰減極點(diǎn)。在圖1中，一個(gè)電感被用于輸入和輸出的耦合，旁路電路的阻抗等效地變?yōu)楦行院驮趲V波器的阻抗為容性的位置上形成一個(gè)極點(diǎn)，即，在接近高于帶通濾波器中心頻率的TX頻率的頻率范圍。RX濾波器對(duì)在RX頻段中的RX信號(hào)表現(xiàn)出小的插入損耗和使可能幾乎沒(méi)有RX信號(hào)衰減地從天線(xiàn)端子129轉(zhuǎn)移RX信號(hào)到RX端子131。再有，RX濾波器對(duì)在TX頻段的TX信號(hào)表示出大的插入損耗和因?yàn)樵赥X頻段大多數(shù)輸入信號(hào)變阻斷，表現(xiàn)出通過(guò)TX濾波器輸入TX信號(hào)被發(fā)送到天線(xiàn)端子129的操作。
另外，利用與一端接地的開(kāi)關(guān)119、120、121、122、和123相串聯(lián)的阻斷直流電流的開(kāi)關(guān)耦合電容器124、125、126、127和128構(gòu)成的頻率轉(zhuǎn)換電路與電解質(zhì)同軸諧振器101、102、103、104、和105相并聯(lián)連接。也就是說(shuō)，電解質(zhì)同軸諧振器101-105的諧振頻率是由電解質(zhì)同軸諧振器的電容和電感分量和當(dāng)開(kāi)關(guān)119到123被接通或斷開(kāi)時(shí)的電容確定的。當(dāng)這些電容被接通時(shí)，根據(jù)電容分量的增加諧振器的諧振頻率被降低和因此，濾波器的中心頻率被降低，向較低的方向移動(dòng)TX濾波器的阻帶和RX濾波器的通帶。再有，當(dāng)中心開(kāi)關(guān)被斷開(kāi)時(shí)，根據(jù)電容分量的減少諧振器的諧振頻率被升高。因此，濾波器的中心頻率被升高，向較高的方向移動(dòng)TX濾波器的阻帶和RX濾波器的通帶。也就是說(shuō)，可能同步地改變TX濾波器的阻帶和RX濾波器的通帶。
圖2(a)和(b)表示按照上述結(jié)構(gòu)對(duì)于800到1000MHz頻率TX濾波器和RX濾波器通帶特性之間的關(guān)系。當(dāng)開(kāi)關(guān)被接通時(shí)，在圖2(a)中的標(biāo)號(hào)201和圖2(b)中標(biāo)號(hào)203是通帶特性。通過(guò)關(guān)斷開(kāi)關(guān)，獲得圖2(a)中的標(biāo)號(hào)202和圖2(b)中標(biāo)號(hào)204。因此，通過(guò)改變開(kāi)關(guān)，天線(xiàn)共用器的TX側(cè)的阻帶和RX側(cè)的通帶的頻率被同步地改變。
表示在圖3的利用PIN二極管的電路被給出作為用作開(kāi)關(guān)119到123的具體電路結(jié)構(gòu)。符號(hào)301表示通過(guò)與阻斷直流電流的耦合電容302(對(duì)應(yīng)于圖1中的124到128)相串聯(lián)構(gòu)成頻率轉(zhuǎn)換電路的PIN二極管。用于改變頻段的轉(zhuǎn)換電壓來(lái)自控制端子306通過(guò)電阻305、旁路電容304和扼流圈303被加在開(kāi)關(guān)元件301和耦合電容302之間，以便控制可以被實(shí)現(xiàn)。從控制端子306的施加的轉(zhuǎn)換電壓導(dǎo)通/關(guān)斷PIN二極管301。通過(guò)施加某個(gè)高于加在PIN二極管的陰極側(cè)的偏壓的電壓，因?yàn)檎蛑绷麟娏髁鬟^(guò)二極管該P(yáng)IN被導(dǎo)通和具有非常小的電阻值。標(biāo)號(hào)305表示當(dāng)該P(yáng)IN二極管被導(dǎo)通時(shí)用于控制電流值的電阻。但是，通過(guò)施加0V或反偏電壓到PIN二極管，則正向電流不通過(guò)二極管流動(dòng)和該二極管具有非常大的電阻和該二極管被關(guān)斷。
在這種情況下，因?yàn)榫哂袕?qiáng)功率的TX信號(hào)通過(guò)天線(xiàn)共用器，所以功率阻礙特性也是一個(gè)重要的因素。當(dāng)PIN二極管被關(guān)斷時(shí)，通過(guò)在圖3的結(jié)構(gòu)中設(shè)置偏壓為0V，由于TX信號(hào)的功率，濾波器的通帶特性被變壞了。這是因?yàn)楫?dāng)強(qiáng)輸入信號(hào)被施加時(shí)和一些信號(hào)分量被檢波和在陽(yáng)極端子上產(chǎn)生一個(gè)直流電壓，由于功率漏到PIN二極管的的陽(yáng)極側(cè)，PIN二極管301被暫時(shí)導(dǎo)通。這個(gè)電壓通過(guò)控制端子306進(jìn)行傳送和流通到地，和結(jié)果，信號(hào)分量的損耗增加了。為了避免這種現(xiàn)象，通過(guò)施加反偏壓到控制端子306，可以限制檢波電流。再有，利用如圖4所示的施加一個(gè)偏壓到二極管301的兩側(cè)的結(jié)構(gòu)，當(dāng)二極管被關(guān)斷時(shí)，可能施加一個(gè)反偏壓到二極管，不利用當(dāng)二極管被導(dǎo)通時(shí)施加正電壓到控制端子402和當(dāng)二極管被關(guān)斷時(shí)施加正電壓到控制端子403的一個(gè)負(fù)電源。但是，為了完全地控制這種惡化現(xiàn)象，需要施加一個(gè)相當(dāng)大的反偏電壓。因此，通過(guò)分開(kāi)控制端子306，設(shè)置直流電壓的不確定狀態(tài)，也就是說(shuō)，當(dāng)二極管被關(guān)斷時(shí)的開(kāi)路狀態(tài)，上述檢波電流完全不能流動(dòng)和因此，損耗的惡化就不會(huì)發(fā)生，和當(dāng)饋送強(qiáng)信號(hào)時(shí)，雙工器的特性被大大地改善了。
圖5是顯示TX濾波器插入損耗相對(duì)于輸入功率電平的惡化值的影響的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。標(biāo)號(hào)501表示當(dāng)控制端子開(kāi)路時(shí)的特性曲線(xiàn)。標(biāo)號(hào)502、503和504表示當(dāng)設(shè)置反偏電壓為-5V、-3V、和0V時(shí)的特性曲線(xiàn)，從圖5可以看出當(dāng)饋送強(qiáng)信號(hào)時(shí)，處于開(kāi)路控制下，插入損耗的惡化值得到了改善。
另外，當(dāng)二極管被關(guān)斷時(shí)，開(kāi)路控制端子的控制方法不僅對(duì)插入損耗的改善而且對(duì)失真特性的改善都是有效的，因?yàn)殚_(kāi)路控制方法的操作理論利用了PIN二極管非線(xiàn)性現(xiàn)象降低的功能。圖6、7和8表示當(dāng)二極管關(guān)斷時(shí)的諧波特性、鄰近信道漏泄功率特性、三次互調(diào)失真。從圖6、7和8中可以發(fā)現(xiàn)在開(kāi)路下的特性大大地優(yōu)于在任何情況下施加-3V的反偏電壓時(shí)的特性。圖8中的特性曲線(xiàn)表示當(dāng)來(lái)自TX端的30dbm電平時(shí)，利用保持一個(gè)輸入信號(hào)恒定，通過(guò)天線(xiàn)端子輸入的另外的輸入信號(hào)是可變的，和測(cè)量出現(xiàn)在RX端子上的信號(hào)電平獲得的值。
在這種情況下，在沒(méi)有TX信號(hào)被輸出的等待狀態(tài)下盡可能減小天線(xiàn)共用器的電流消耗是必要的，因?yàn)橥ㄐ艈卧恼麄€(gè)電流消耗是小的。因此，在等待狀態(tài)下由于TX濾波器未被利用，使控制TX頻段的開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，在實(shí)際使用中是沒(méi)有問(wèn)題的和因此，在等待狀態(tài)下電流消耗可以被減小。
另外，當(dāng)從導(dǎo)通向關(guān)斷狀態(tài)轉(zhuǎn)換PIN二極管和同時(shí)瞬時(shí)轉(zhuǎn)換正電壓施加狀態(tài)到一個(gè)電壓不確定狀態(tài)時(shí)，留在二極管的陽(yáng)極的電荷不會(huì)立即放掉，而這些電荷是以某個(gè)時(shí)間常數(shù)進(jìn)行放電，結(jié)果，開(kāi)關(guān)的轉(zhuǎn)換速度可能被降低。在這種情況下，當(dāng)轉(zhuǎn)換控制到電壓不確定狀態(tài)時(shí)，通過(guò)瞬間進(jìn)行接地，或相反，施加一個(gè)反偏電壓，留在陽(yáng)極上的電荷被立即放掉，因此，可能避免轉(zhuǎn)換速度被降低。
再有，TX濾波器具有利用組合帶阻濾波器和低通濾波器獲得的電路結(jié)構(gòu)和構(gòu)成低通濾波器的耦合電容109和117的一端接地是必要的。但是，當(dāng)連接它們的各一端到公共接地端時(shí)，該各端通過(guò)接地電極被電氣上互相連接，和帶通濾波器的衰減特性被惡化。圖9是在天線(xiàn)端子附近的雙工器電路板的安裝圖和與圖相同的元件標(biāo)注以相同的標(biāo)號(hào)。標(biāo)號(hào)901表示天線(xiàn)端子，902表示鄰近于天線(xiàn)端子的TX側(cè)方向的接地端子，和903表示鄰近于天線(xiàn)端子的RX側(cè)方向的接地端子。如圖9所示，利用天線(xiàn)端子901分別連接電容109和117到接地端子902和903，可能大大地降低通過(guò)接地電極的電耦合和改善濾波器的衰減特性。再有，通過(guò)形成彼此分開(kāi)的接地電極和到這些電極的接地電容，可以獲得相同的效果。
除了PIN二極管外，開(kāi)關(guān)元件119和123分別可以利用晶體管。例如，圖10表示利用場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)1001作為開(kāi)關(guān)元件的情況。FET的柵極通過(guò)旁路電容1002連接到控制端子1003。因?yàn)镕ET是電壓控制元件，不會(huì)出現(xiàn)象使用二極管那樣的電流消耗，因此，減小電流消耗是有效的。然而，利用變?nèi)荻O管作為開(kāi)關(guān)元件，可以連續(xù)改變頻段。
如上所述，按照這個(gè)實(shí)施例，根據(jù)外部施加的電壓可能同步地控制天線(xiàn)共用器的TX濾波器的阻帶和RX濾波器的通帶和在不增加濾波器的級(jí)數(shù)情況下獲得衰減值，甚至獲得略微寬的帶寬。另外，由于級(jí)數(shù)降低，損耗也減小了。因此，天線(xiàn)共用器的尺寸可以減小。再有，當(dāng)開(kāi)關(guān)被關(guān)斷時(shí)通過(guò)開(kāi)路控制端子，可能防止當(dāng)強(qiáng)信號(hào)輸入時(shí)特性的惡化。
下面參照附圖描述本發(fā)明的第二實(shí)施例的天線(xiàn)共用器。
圖11表示本發(fā)明的第二實(shí)施例的天線(xiàn)共用器的電路方框圖。在圖11中，標(biāo)號(hào)1101到1106表示具有1/4波長(zhǎng)終端縮短傳輸線(xiàn)的電解質(zhì)同軸諧振器，1107和1108表示串聯(lián)電容，1111到1113表示耦合電感，1114到1116表示耦合電容，1117和1118表示旁路電容，1119和1120表示終端匹配電容和電感，1121和1122表示開(kāi)關(guān)，1123和1124表示開(kāi)關(guān)耦合電容，1125表示天線(xiàn)端子，1126表示TX端子和1127表示RX端子。
串聯(lián)電容1107和1108被連接到電解質(zhì)同軸諧振器1101和1102的開(kāi)路端，利用電感1111耦合各諧振器構(gòu)成一個(gè)帶阻濾波器。用于減小諧波的接地電容1109和1110被連接到耦合電感1111的兩端。另外，電解質(zhì)同軸諧振器1103、1104、1105、和1106通過(guò)電容1114、1115、和1116相互耦合，利用連接輸入-輸出耦合電感1112和1113到電解質(zhì)同軸諧振器1103和1106的開(kāi)路端構(gòu)成RX帶通濾波器。另外，利用跨接在耦合元件1112和1114上的旁路電容1117和跨接在耦合元件1113和1116上的旁路電容1118在通帶的高頻側(cè)形成一個(gè)衰減極點(diǎn)。帶阻濾波器的輸出端和帶通濾波器的輸入端通過(guò)終端匹配串聯(lián)電感1125和并聯(lián)電容1119連接到天線(xiàn)端子1125構(gòu)成天線(xiàn)共用器。還有，開(kāi)關(guān)1121和1122通過(guò)開(kāi)關(guān)耦合電容1123和1124連接到電解質(zhì)同軸諧振器1101和1102的開(kāi)路端和每個(gè)開(kāi)關(guān)的另一端接地。
下面參照?qǐng)D11和12描述如此構(gòu)成的天線(xiàn)共用器的操作。
首先，圖12(a)和12(b)表示本發(fā)明第二實(shí)施例的帶通特性。圖12(a)表示TX濾波器的帶通特性，其中在從TX帶阻1126延伸到天線(xiàn)端子1125的TX線(xiàn)路上利用電解質(zhì)同軸諧振器1101和1102和通過(guò)串聯(lián)電容1107和1108接地的級(jí)間耦合電感1111形成低通特性，利用串聯(lián)電感1120和連接到耦合電感1111上的接地電容1109、1110和1119和濾波器的輸出端阻斷TX頻段的諧波。電感1120和電容1119還具有調(diào)整阻抗的作用，使得天線(xiàn)端子1125的TX濾波器和RX濾波器在它們的頻段中不互相干擾。TX濾波器對(duì)用作帶通的TX頻段中的TX信號(hào)表現(xiàn)出小的插入損耗和使可能幾乎無(wú)TX信號(hào)衰減地從TX端子1126傳輸TX信號(hào)到天線(xiàn)端子1125。再有，TX濾波器對(duì)在RX頻段中的RX信號(hào)表現(xiàn)出大的插入損耗和由于在RX頻段中的大多數(shù)輸入信號(hào)被反射，通過(guò)天線(xiàn)端子1125的RX信號(hào)輸入返回到RX濾波器的操作。
再有，圖12(b)是RX濾波器的通帶特性，其中帶通濾波器是由在從天線(xiàn)端子1125到RX端子1127延伸的TX線(xiàn)上的接地的電解質(zhì)同軸諧振器1103、1104、1105和1106，級(jí)間耦合電容1114、1115和1116，和輸入-輸出耦合電感1112和1113構(gòu)成的，和利用帶通濾波器的阻抗特性和用作旁路電路的電容1117和1118的阻抗形成一個(gè)衰減極點(diǎn)。在圖11的情況下，因?yàn)殡姼斜挥米鬏斎牒洼敵龅鸟詈?，旁路電路的阻抗等效地變?yōu)楦行院驮趲V波器的阻抗是容性的位置上形成一個(gè)衰減極點(diǎn)，也就是說(shuō)，在高于帶通濾波器的中心頻率的頻率范疇的位置上形成一個(gè)衰減極點(diǎn)。RX濾波器對(duì)在RX頻段中的RX信號(hào)表現(xiàn)出小的插入損耗和可能幾乎無(wú)RX信號(hào)衰減地從天線(xiàn)端子1125傳輸RX信號(hào)到RX端子1127。再有，RX濾波器對(duì)在TX頻段中的TX信號(hào)表現(xiàn)出大的插入損耗和由于在TX頻段的大多數(shù)輸入信號(hào)被反射，通過(guò)TX濾波器輸入的TX信號(hào)被發(fā)送出天線(xiàn)端子1125的操作。
再有，由連接用于阻斷其一端被串聯(lián)接地的開(kāi)關(guān)1121和1122的直流電流的開(kāi)關(guān)耦合電容1123和1124的頻率轉(zhuǎn)換電路被并聯(lián)連接到電解質(zhì)同軸諧振器1101和1102的開(kāi)路端。也就是說(shuō)，電解質(zhì)同軸諧振器1101和1102的諧振頻率是由電解質(zhì)同軸諧振器的電容和電感分量和當(dāng)開(kāi)關(guān)1121和1122被導(dǎo)通或被斷開(kāi)時(shí)頻率轉(zhuǎn)換電路的電容確定的。當(dāng)開(kāi)關(guān)被導(dǎo)通時(shí)，根據(jù)電容分量的增加諧振器的諧振頻率被降低和因此，濾波器的中心頻率被降低，向低頻率的方向移動(dòng)TX濾波器的阻帶。再有，當(dāng)開(kāi)關(guān)被斷開(kāi)時(shí)，根據(jù)電容分量的減小，電解質(zhì)同軸諧振器的諧振頻率被提高。因此，濾波器的中心頻率被提高，向較高頻率的方向移動(dòng)在TX濾波器的阻帶中的通帶。也就是說(shuō)，可能僅改變TX濾波器的阻帶，同時(shí)固定RX濾波器的通帶特性。從而，通過(guò)RX濾波器的級(jí)數(shù)增加，與第一實(shí)施例相比插入損耗增加，由于轉(zhuǎn)換電路的數(shù)量減少，可降低轉(zhuǎn)換電路的電流消耗。
圖12(a)和12(b)表示按照上述結(jié)構(gòu)檢查對(duì)于800到1000MHz頻率的TX濾波器和RX濾波器的通帶特性之間關(guān)系的結(jié)果。在圖12(a)中的標(biāo)號(hào)1201表示當(dāng)開(kāi)關(guān)被導(dǎo)通時(shí)TX濾波器的通帶特性和1202表示當(dāng)開(kāi)關(guān)被關(guān)斷時(shí)的特性。再有，在圖12(b)中接收濾波器表示出開(kāi)關(guān)獨(dú)立地操作的通帶特性1203。因此，通過(guò)改變開(kāi)關(guān)，僅天線(xiàn)共用器的TX濾波器的阻帶頻率被改變。
再有，開(kāi)關(guān)1121和1122的電路結(jié)構(gòu)可以使用如圖3和4所示的PIN二極管，如圖10所示的FET，或者類(lèi)似于第一實(shí)施例的情況下的變?nèi)荻O管。在這種情況下，可以獲得與第一實(shí)施例相同的優(yōu)點(diǎn)。
如上所述，類(lèi)似于第一實(shí)施例的情況下，利用一個(gè)外部施加的電壓，僅控制天線(xiàn)共用器的TX濾波器的阻帶，這個(gè)實(shí)施例可能在不增加濾波器級(jí)數(shù)的情況下獲得某個(gè)衰減值。另外，因?yàn)榭梢岳眯〉募?jí)數(shù)，損耗被減小了。因此，可能減小天線(xiàn)共用器的尺寸。再有，當(dāng)開(kāi)關(guān)被斷開(kāi)時(shí)，通過(guò)開(kāi)路控制端，可能防止當(dāng)輸入強(qiáng)功率消耗時(shí)的特性惡化。還有，可能降低在RX時(shí)的電流消耗。
在第一和第二實(shí)施例的情況下，諧振器利用電解質(zhì)同軸諧振器。然而，也可以利用微帶線(xiàn)諧振器。另外，雖然帶阻濾波器被用在TX側(cè)和帶通濾波器被用在RX側(cè)，TX濾波器和RX濾波器的結(jié)構(gòu)的各種修改是不言而喻的和無(wú)須贅述，這些修改包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
另外，雖然在第一和第二實(shí)施例的情況中描述了開(kāi)關(guān)電路被用于天線(xiàn)共用器的情況，但是一種控制系統(tǒng)，特別是用于在直流電壓不確定狀態(tài)下改善濾波器的強(qiáng)輸入特性的惡化的裝置當(dāng)PIN二極管被關(guān)斷時(shí)也可以被應(yīng)用到濾波器或開(kāi)關(guān)電路中，以便利用PIN二極管控制天線(xiàn)共用器的通帶特性。
還有，在第一和第二實(shí)施例的情況中，一個(gè)電容被用于連接具有并聯(lián)的阻抗可變?cè)闹C振元件。但是還可以利用一個(gè)電感。
本發(fā)明具有寬的TX通帶和寬的RX通帶和并且，本發(fā)明對(duì)于TX頻段和RX頻段之間具有非常小間隔的系統(tǒng)的通信單元是更有效的。PCS、E-GSM和日本CDMA對(duì)應(yīng)于這種通信單元。例如，TX頻段和RX頻段以相互對(duì)應(yīng)的頻帶寬度的方式被分別分為兩部分，形成TX低頻段、TX高頻段、RX低頻段和RX高頻段。通過(guò)設(shè)置兩個(gè)用于控制信號(hào)的相應(yīng)分割的頻段，TX頻段和RX頻段被同步地進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使得RX低頻段TX低頻段和RX高頻段對(duì)應(yīng)于TX高頻段。因此，在操作下的TX-RX頻率間隔等效地增加和可能在不之間濾波器級(jí)數(shù)的情況下保證某個(gè)衰減值。另外，通過(guò)選擇一個(gè)帶寬，在該帶寬中按照控制信號(hào)提供一個(gè)所用信道，可能覆蓋每個(gè)TX通帶和每個(gè)RX通帶。再有，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)可以用于其它TDMA和CDMA系統(tǒng)也是不言而喻的。
權(quán)利要求
1.一種天線(xiàn)共用器，包括發(fā)送輸入端子、接收輸出端子、發(fā)送輸出端子和接收輸入端子所共用的天線(xiàn)端子，具有設(shè)置在所述發(fā)送輸入端子和所述發(fā)送輸出端子之間和通過(guò)耦合元件耦合的至少一個(gè)諧振元件的發(fā)送濾波器，具有設(shè)置在所述接收輸出端子和所述接收輸入端子之間和通過(guò)耦合元件耦合的至少一個(gè)諧振元件的接收濾波器，和分別并聯(lián)連接到所述發(fā)送濾波器的諧振元件和所述接收濾波器的諧振元件的阻抗可變?cè)渲兴霭l(fā)送濾波器的頻率傳輸特性和所述接收濾波器的頻率傳輸特性被施加的控制信號(hào)進(jìn)行控制并因此改變所述阻抗可變?cè)淖杩埂?br> 2.按照權(quán)利要求1的天線(xiàn)共用器，其中所述發(fā)送濾波器的頻率傳輸特性和所述接收濾波器的頻率傳輸特性是被同步控制的。
3.按照權(quán)利要求2的天線(xiàn)共用器，其中所述控制信號(hào)的邏輯構(gòu)成之一是設(shè)置作用狀態(tài)的正直流電壓，而另一個(gè)邏輯構(gòu)成是設(shè)置不確定狀態(tài)的直流電壓。
4.按照權(quán)利要求1的天線(xiàn)共用器，其中在沒(méi)有發(fā)送信號(hào)被發(fā)送情況下，所述發(fā)送側(cè)的控制邏輯和接收側(cè)的控制邏輯是被獨(dú)立控制的。
5.按照權(quán)利要求4的天線(xiàn)共用器，其中所述控制信號(hào)的邏輯之一是設(shè)置得發(fā)送側(cè)產(chǎn)生不確定狀態(tài)的正直流電壓值和接收側(cè)產(chǎn)生作用狀態(tài)的正直流電壓，而另一個(gè)邏輯是設(shè)置得在沒(méi)有發(fā)送信號(hào)進(jìn)行發(fā)送的等待狀態(tài)下接收和發(fā)送側(cè)產(chǎn)生不確定狀態(tài)的直流電壓值。
6.按照權(quán)利要求4的天線(xiàn)共用器，其中所述控制信號(hào)的邏輯之一是設(shè)置得發(fā)送側(cè)產(chǎn)生接地狀態(tài)和接收側(cè)產(chǎn)生作用狀態(tài)的正直流電壓，和另一個(gè)邏輯是設(shè)置得在沒(méi)有發(fā)送信號(hào)進(jìn)行發(fā)送的等待狀態(tài)下接收和發(fā)送側(cè)產(chǎn)生接地狀態(tài)。
7.一種天線(xiàn)共用器，包括發(fā)送輸入端子、接收輸出端子、發(fā)送輸出端子和接收輸入端子所共用的天線(xiàn)端子，具有設(shè)置在所述發(fā)送輸入端子和所述發(fā)送輸出端子之間和通過(guò)耦合元件耦合的至少一個(gè)諧振元件的發(fā)送濾波器，具有設(shè)置在所述接收輸出端子和所述接收輸入端子之間和通過(guò)耦合元件耦合的至少一個(gè)諧振元件的接收濾波器，和并聯(lián)連接到所述發(fā)送濾波器的諧振元件的阻抗可變?cè)渲袃H所述發(fā)送濾波器的頻率傳輸特性被施加的控制信號(hào)進(jìn)行控制和因此改變所述阻抗可變?cè)淖杩埂?br> 8.按照權(quán)利要求7的天線(xiàn)共用器，其中所述控制信號(hào)的邏輯結(jié)構(gòu)被設(shè)置一個(gè)作用狀態(tài)的正直流電壓和另一個(gè)邏輯結(jié)構(gòu)被設(shè)置不確定狀態(tài)的邏直流電壓。
9.按照權(quán)利要求3或8的天線(xiàn)共用器，其中在所述控制信號(hào)的邏輯結(jié)構(gòu)的情況下，當(dāng)改變作用狀態(tài)的正電壓到不確定狀態(tài)的電壓值時(shí)，暫時(shí)施加一個(gè)0或負(fù)的電壓。
10.按照權(quán)利要求1或7的天線(xiàn)共用器，其中在所述發(fā)送濾波器的頻率傳輸特性是帶阻型的和所述接收濾波器的頻率傳輸特性是帶通型的。
11.按照權(quán)利要求10的天線(xiàn)共用器，其中在所述發(fā)送濾波器的頻率傳輸特性同時(shí)具有帶阻型和低通型。
12.按照權(quán)利要求11的天線(xiàn)共用器，其中形成的低通型頻率傳輸特性的多個(gè)電容元件的一側(cè)的各個(gè)端子被分別連接到獨(dú)立的各接地端子上。
13.按照權(quán)利要求12的天線(xiàn)共用器，其中在天線(xiàn)端子的兩側(cè)構(gòu)成所述多個(gè)接地端子。
14.按照權(quán)利要求1或7的天線(xiàn)共用器，其中所述阻抗可變?cè)肞IN二極管。
15.按照權(quán)利要求14的天線(xiàn)共用器，其中控制端子設(shè)置在所述PIN二極管的兩端。
16.按照權(quán)利要求1或7的天線(xiàn)共用器，其中所述阻抗可變?cè)脠?chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)。
17.按照權(quán)利要求1或7的天線(xiàn)共用器，其中所述阻抗可變?cè)米內(nèi)荻O管。
18.按照權(quán)利要求1或7的天線(xiàn)共用器，其中所述諧振元件利用電解質(zhì)同軸諧振器。
19.按照權(quán)利要求1或7的天線(xiàn)共用器，其中所述諧振元件利用微帶線(xiàn)諧振器。
20.一種天線(xiàn)共用器，包括通過(guò)連接電容元件到多個(gè)分別由1/4波長(zhǎng)終端縮短傳輸線(xiàn)構(gòu)成的電解質(zhì)同軸諧振器的每個(gè)開(kāi)路端和通過(guò)電感耦合元件互連所述電容元件的另一端構(gòu)成的帶阻濾波器，和通過(guò)由電容耦合元件互連多個(gè)分別由1/4波長(zhǎng)終端縮短傳輸線(xiàn)構(gòu)成電解質(zhì)同軸諧振器的開(kāi)路端構(gòu)成的極化帶通濾波器和跨接在所述電解質(zhì)同軸諧振器和所述電容元件上構(gòu)成的旁路電路，其中所述帶阻濾波器的輸出端與所述極化帶通濾波器的輸入端相連形成一個(gè)公共端子，通過(guò)耦合電容與開(kāi)關(guān)元件串聯(lián)相連的頻率轉(zhuǎn)換電路被并聯(lián)連接到一個(gè)或多個(gè)電解質(zhì)同軸諧振器的開(kāi)路端或端上或所述帶阻濾波器和所述極化帶通濾波器的諧振器上，通過(guò)至少一個(gè)電阻、扼流圈和旁路電容施加外部施加的電壓到所述頻率轉(zhuǎn)換電路，和因此同步地改變所述帶阻濾波器和所述極化帶通濾波器的阻帶。
21.一種天線(xiàn)共用器，包括通過(guò)連接電容元件到多個(gè)分別由1/4波長(zhǎng)終端縮短傳輸線(xiàn)構(gòu)成的電解質(zhì)同軸諧振器的每個(gè)開(kāi)路端和通過(guò)電感耦合元件互連所述電容元件的另一端構(gòu)成的帶阻濾波器，和通過(guò)由電容耦合元件互連多個(gè)分別由1/4波長(zhǎng)終端縮短傳輸線(xiàn)構(gòu)成電解質(zhì)同軸諧振器的開(kāi)路端構(gòu)成的極化帶通濾波器和跨接在所述電解質(zhì)同軸諧振器和所述電容元件上構(gòu)成的旁路電路，其中所述帶阻濾波器的輸出端與所述極化帶通濾波器的輸入端相連形成一個(gè)公共端子，通過(guò)耦合電容與開(kāi)關(guān)元件串聯(lián)相連的頻率轉(zhuǎn)換電路被并聯(lián)連接到一個(gè)或多個(gè)電解質(zhì)同軸諧振器的開(kāi)路端或端上或所述帶阻濾波器和所述極化帶通濾波器的諧振器上，通過(guò)至少一個(gè)電阻、扼流圈和旁路電容施加外部施加的電壓到所述頻率轉(zhuǎn)換電路，和因此同步地改變所述帶阻濾波器的阻帶。
22.一種天線(xiàn)共用器，包括用于通過(guò)僅一部分發(fā)送頻帶和衰減對(duì)應(yīng)于所述發(fā)送頻帶的一部分接收頻帶的發(fā)送濾波器，用于通過(guò)僅一部分接收頻帶和衰減對(duì)應(yīng)于所述接收頻帶的一部分發(fā)送頻帶的接收濾波器，其中所述發(fā)送濾波器通帶和衰減頻帶和所述接收濾波器的通帶和衰減頻帶是同步改變的。
23.一種包括PIN二極管和用于施加導(dǎo)通/關(guān)斷所述PIN二極管的控制信號(hào)的控制端子，其中所述控制信號(hào)的邏輯結(jié)構(gòu)之一是設(shè)置正直流電壓的作用狀態(tài)和另一個(gè)邏輯結(jié)構(gòu)是設(shè)置不確定狀態(tài)的直流電壓值。
24.一種包括權(quán)利要求1到22的任何一個(gè)的所述天線(xiàn)共用器和連接到所述天線(xiàn)共用器的信號(hào)處理電路的通信單元。
25.一種包括通帶特性濾波器或利用權(quán)利要求23的所述開(kāi)關(guān)元件的信號(hào)轉(zhuǎn)換電路的通信單元。
全文摘要
一種天線(xiàn)共用器具有發(fā)送輸入端、接收輸出端、發(fā)送輸入端和接收輸出端共用的天線(xiàn)端子、具有設(shè)置在發(fā)送輸入端和接收輸出端之間和通過(guò)耦合元件耦合的至少一個(gè)諧振元件發(fā)送濾波器,具有設(shè)置在接收輸出端和接收輸入端之間和通過(guò)耦合元件耦合的至少一個(gè)諧振元件的接收濾波器,和分別并連連接到發(fā)送濾波器的諧振元件和所述接收濾波器的諧振元件上的阻抗可變?cè)?其中發(fā)送濾波器的頻率傳輸特性和接收濾波器的頻率傳輸特性通過(guò)施加控制信號(hào)進(jìn)行控制和因此改變阻抗可變?cè)淖杩埂?br> 文檔編號(hào)H01P1/213GK1198612SQ9810643
公開(kāi)日1998年11月11日 申請(qǐng)日期1998年3月12日 優(yōu)先權(quán)日1997年3月12日
發(fā)明者山田徹, 竹田幸弘, 北雅己, 三宅秀行, 石崎俊雄, 藤川誠(chéng), 葉山秀樹(shù) 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社