DE19531996C2 - Duplexer für die Signalaussendung und den Signalempfang über einen Sendezweig und einen Empfangszweig, die auf einen gemeinsamen Signalübertragungskanal geführt sind - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Duplexer für Signalaussendung und Signalempfang über einen Sendezweig und einen Empfangszweig, die auf einen gemeinsamen Signalübertragungskanal geführt sind, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein Duplexer der gattungsgemäßen Art ist aus der DE-PS 27 55 867 bekannt. Diese Druckschrift beschreibt eine Frequenzumsetzeranordnung mit einem Empfangskanal und einem Sendekanal, die als relevante Komponente jeweils einen Bandpaß für die Empfangsfrequenz bzw. Sendefrequenz enthalten, die ihrerseits auf einen Zirkulator geführt sind, über den auf den Sendekanal bzw. den Empfangskanal geschaltet werden kann.

Generell werden Duplexer in der Datenfernverarbeitung verwendet, bei der gleichzeitig in beiden Richtungen unabhängig übertragen werden kann. Beispielsweise in der Radartechnik wird in den meisten Radargeräten für Sendung und Empfang eine gemeinsame Antenne und Energieleitung verwendet. Am Eingang des Sende-Empfangs-Gerätes muß jedoch eine Gabelung in den Sendezweig und den Empfangszweig mit genügend hoher Entkopplung erfolgen. Diese Gabelung wird mit einem Duplexer realisiert, der auch als Sende-Empfangs-Weiche oder Antennenumschalter bezeichnet wird.

Ein weiteres Beispiel für die Anwendung von Duplexern sind Mobilfunk- und Schnurlostelefonsysteme, bei denen ebenfalls ein Sende- und ein Empfangszweig vorhanden sind, die in von einander verschiedenen Frequenzbändern arbeiten. Diese beiden Frequenzbänder werden durch jeweils ein auf das jeweilige Frequenzband abgestimmtes Bandpaßfilter im Sende- bzw. Empfangszweig realisiert. Würde man Sende- und Empfangszweig mit den in ihnen vorgesehenen Bandpaßfiltern mit voneinander verschiedenen Durchlaßbereichen in einem Duplexer direkt auf einen gemeinsamen Signalübertragungskanal schalten, so könnten sich die Zweige gegenseitig derartig beeinflussen, daß es im Durchlaßbereich mindestens eines Zweiges zu Einbrüchen käme, wodurch nicht mehr tolerierbare Dämpfungen im Durchlaßfre­ quenzband dieses Zweiges auftreten würden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Duplexer der in Rede stehenden Art zu schaffen, bei dem ge­ genseitige Beeinträchtigungen von Sende- und Empfangszweig eliminiert sind.

Diese Aufgabe wird bei einem Duplexer der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteran­ sprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispie­ len gemäß den Figuren der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 in schematischer Blockschaltbilddarstellung Ausfüh­ rungsformen eines erfindungsgemäßen Duplexers;

Fig. 2 und 3 eine Teilschnittansicht bzw. eine Teildrauf­ sicht einer Ausführungsform eines Duplexers nach Fig. 1 in integrierter Ausführung;

Fig. 4 und 5 ein Blockschaltbild eines Sende- bzw. eines Empfangsbandpaßfilters, die in einem Duplexer nach Fig. 1 verwendbar sind;

Fig. 6 und 7 ein Diagramm der Frequenzcharakteristik eines Sende- bzw. Empfangsbandpaßfilters;

Fig. 8 ein Diagramm der Frequenzcharakteristik, die sich aus der Überlagerung der Charakteristiken nach den Fig. 6 und 7 ergebt, wenn in einem Duplexer nach Fig. 1 erfindungsgemäß vorgesehene Leitungen nicht vorhan­ den sind;

Fig. 9 bis 11 jeweils ein Diagramm der Eingangsadmittanz ei­ ner Sendebandpaßfilters, eines Empfangsbandpaßfilters bzw. der Eingangsadmittanz des Empfangsbandpaßfilters mit erfindungsgemäß vorgeschalteter Leitung.

Fig. 12 bis 15 jeweils ein Smith-Diagramm von Eingangsrefle­ xionsfaktoren von Sende- und Empfangsbandpaßfilter ohne bzw. mit erfindungsgemäß vorgesehener Leitung; und

Fig. 16 ein der Fig. 8 entsprechendes Diagramm für einen Duplexer mit erfindungsgemäß vorgesehener Leitung.

Gemäß Fig. 1 enthält ein insbesondere für Mobilfunk- sowie Schnurlostelefonsysteme vorgesehener Duplexer einen Sende­ zweig mit einem Sendebandpaßfilter 10 mit einem Durchlaßfre­ quenzbereich von beispielsweise 890 bis 915 MHz (s. Fig. 6) und mit einem Empfangszweig mit einem Empfangsbandpaßfilter 13 mit einem Durchlaßfrequenzbereich von beispielsweise 935 bis 960 MHz (s. Fig. 7). In einem Mobilfunk- und Schnurlo­ stelefonsystem sind der Sendezweig mit dem Sendebandpaßfilter 10 und der Empfangszweig mit dem Empfangsbandpaßfilter 13 in einem Telefonapparat vorgesehen, wobei auszusendende Signale an einem Eingang 15 in den Duplexer eingegeben und empfangene Signale an einem Ausgang 16 vom Duplexer abnehmbar sind. An einem Anschluß 12 liegt ein bidirektionaler Übertragungska­ nal, bei dem es sich um einen Antennenkreis handeln kann.

Wären im Duplexer nach Fig. 1 lediglich das Sendebandpaßfil­ ter 10 und das Empfangsbandpaßfilter 13 vorhanden, so ergäbe sich durch die Überlagerung der Frequenzcharakteristiken nach den Fig. 6 und 7 eine Frequenzcharakteristik nach Fig. 8, in dem die Frequenzcharakteristik des Sendefilters 10 strichpunktiert, die Frequenzcharakteristik des Empfangsfil­ ters 11 gestrichelt und die Überlagerungscharakteristik mit Sendezweig und Empfangszweig ausgezogen dargestellt ist. An der ausgezogenen Kurve erkennt man, daß sich im Bereich der Frequenzcharakteristik des Sendebandpaßfilters 10 ein Ein­ bruch ergibt, der zu einer nicht tolerierbaren Dämpfung im Sendefrequenzband führt.

Ist erfindungsgemäß in mindestens einem Zweig des Duplexers vor dem Bandpaßfilter eine Leitung vorgesehen, so kann der vorstehend erläuterte Einbruch nach Fig. 8 kompensiert wer­ den. In der Ausführungsform nach Fig. 1 ist vorzugsweise im Empfangszweig mit dem Empfangsbandpaßfilter 13 eine Leitung 14 vorgesehen. Um in Fig. 1 anzudeuten, daß auch im Sende­ zweig mit dem Sendebandpaßfilter 10 eine Leitung vorgesehen sein kann oder aber in beiden Zweigen jeweils eine Leitung vorgesehen sein kann, ist im Sendezweig nach Fig. 1 eine Leitung 11 gestrichelt dargestellt, wodurch die fakultative Ausgestaltung angedeutet ist.

Der Wellenwiderstand und die Länge der Leitung 14 sind so di­ mensioniert, daß die Impedanz des nachfolgenden Bandpaßfil­ ters im Durchlaßbereich des Bandpaßfilters 13 im wesentlichen nicht verändert wird und im Durchlaßbereich des Bandpaßfil­ ters 10 des anderen Zweiges auf hochohmige Werte transfor­ miert wird. Der Begriff hochohmig ist hier in Bezug auf 50 Ohm zu verstehen.

Eine mögliche Ausführungsform des in Fig. 1 dargestellten Duplexers ist schematisch in den Fig. 2 und 3 dargestellt. Die Leitung 14 ist dabei vorzugsweise als Streifenleitung ausgebildet, wobei auf einem Substrat 20, das an seiner Un­ terseite mit einer Metallisierung 21 versehen ist, ein Strei­ fenleiter 14 aufgebracht ist. Dabei ist schematisch auf dem Substrat 20 auch das Bandpaßfilter 13 dargestellt. Eine sol­ che Ausführungsform besitzt den zusätzlichen Vorteil, daß der Duplexer in integrierter Form ausgebildet werden kann, bei der das Substrat 20 ein piezoelektrisches Substrat ist und die Bandpaßfilter auf einem derartigen piezoelektrischen Substrat als mit akustischen Oberflächenwellen arbeitende Filter ausgebildet sind. Die Impedanz der Leitung 14 wird da­ bei durch die Dielektrizitätskonstante des Substrats 20 und die Abmessungen des Streifenleiters 14 festgelegt.

Ausführungsformen der Filter 10 und 13 im Sende- und Emp­ fangszweig sind in den Fig. 4 und 5 dargestellt. Es han­ delt sich dabei um sogenannte Laddertype-Filter die als drei­ stufige Filter mit unsymmetrischem Ein- und Ausgang durch Eintor-Resonatoren A1, B1 bzw. A2, B2 realisiert sind. An­ stelle derartiger dreistufiger Filter sind auch beliebige an­ dere Laddertype-Filter, z. B. vier- oder fünfstufige Ladder­ type-Filter mit zueinander symmetrischem Ein- und Ausgang verwendbar.

Anhand der Diagramme nach den Fig. 9 bis 11 wird die Wir­ kungsweise des erfindungsgemäßen Duplexers näher erläutert. Dabei zeigt Fig. 9 die Eingangsadmittanz des Sendebandpaß­ filters 10, Fig. 10 die Eingangsadmittanz des Empfangsfil­ ters 13 ohne vorgeschaltete Leitung 14 und Fig. 11 die Ein­ gangsadmittanz des Empfangsbandpaßfilters 13 mit vorgeschal­ teter Leitung 14. In den Diagrammen nach den Fig. 9 bis 11 sind dabei jeweils der Realteil der Eingangsadmittanz durch­ gezogen und der Imaginärteil der Eingangsadmittanz gestri­ chelt dargestellt.

Aus den Diagrammen nach den Fig. 9 bis 11 ist ersichtlich, daß die Eingangsadmittanz des Sendebandpaßfilters 10 bzw. des Empfangsbandpaßfilters 13 ohne Leitung 14 im Durchlaßbereich des jeweils anderen Filters nicht vernachlässigt werden kann. Der Imaginärteil der Eingangsadmittanz des Sendebandpaßfil­ ters 10 im Durchlaßbereich des Empfangsbandpaßfilters 13 ist nicht vernachlässigbar, wodurch der Einbruch der Übertra­ gungsfunktion im Empfangsfilterzweig im Durchlaßbereich er­ klärt werden kann, wie dies aus Fig. 8 ersichtlich ist. Noch stärker stört die Eingangsadmittanz des Empfangsbandpaßfil­ ters 13 im Durchlaßbereich des Sendebandpaßfilters 10, da so­ wohl Imaginärteil als auch Realteil störend auftreten.

Aus dem Diagramm nach Fig. 11 ist ersichtlich, daß sich mit erfindungsgemäß dimensionierter Leitung 14 durch die Lei­ tungstransformation Real- und Imaginärteil im Empfangszweig kaum ändern und Real- und Imaginärteil im Sendezweig gegen 0 gehen.

Zur weiteren Verdeutlichung des Transformationsverhaltens sind in den Fig. 12 bis 15 die Eingangsreflexionsfaktoren im Smith-Diagramm dargestellt. Aus Fig. 12 ist ersichtlich, daß der Betrag der Eingangsimpedanz des Sendebandpaßfilters im Sendeband im Vergleich zu 50 Ohm relativ hochohmig ist und deshalb wenig stört. Dagegen ist der Betrag der Eingangsimpe­ danz des Empfangsbandpaßfilters 13 im Sendeband gemäß Fig. 13 relativ zu 50 Ohm niederohmig und stört die Übertragung im Sendezweig, wie dies auch aus Fig. 8 ersichtlich ist.

Aufgrund der Transformation durch die Leitung 14 im Empfangs­ zweig erfährt der Eingangsreflexionsfaktor des Empfangsband­ paßfilters 13 gegenüber dem Fall ohne Leitung nach Fig. 14 eine Drehung im Uhrzeigersinn, wie dies aus Fig. 15 ersicht­ lich ist. Die Impedanz im Empfangsband ändert sich dadurch nur vernachlässigbar, während der Betrag der Eingangsimpedanz im Sendeband sehr hochohmig wird und daher die Übertragung im Sendezweig nicht mehr stört.

Dies ergibt sich auch aus den dem Diagrainin nach Fig. 8 ent­ sprechenden Diagramm nach Fig. 16, in dem die Übertragungs­ funktionen des erfindungsgemäß ausgebildeten Duplexers darge­ stellt sind. Ein Vergleich mit dem Diagramm nach Fig. 8 zeigt, daß die gegenseitige Beeinflussung der Einzelbandpaß­ filter viel kleiner geworden ist und daß der erfindungsgemäße Duplexer sich ähnlich wie ein Einzelfilter verhält.

Claims (8)

1. Duplexer zum Senden und Empfangen eines Signals über einen Sendezweig und einen Empfangszweig, die auf einen gemeinsamen Signalübertragungskanal geführt sind, mit einem im Sendezweig vorgesehenen Sendebandpaßfilter (10) mit vorgegebenem Durchlaß- und Sperrbereich und einem im Empfangsbereich vorgesehenen Empfangsbandpaßfilter (13) mit vom Durchlaß- und Sperrbereich des Sendebandpaßfilters (10) verschiedenem Durchlaß- und Sperrbereich, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einem Zweig dem Bandpaßfilter (10 bzw. 13) eine Leitung (11 bzw. 14) vorgeschaltet ist, deren Wellenwiderstand und Länge so dimensioniert sind, daß einerseits die Impedanz des nachfolgenden Bandpaßfilters im Durchlaßbereich des sie enthaltenden Zweiges im wesentlichen nicht verändert wird und andererseits im Durchlaßbereich des Bandpaßfilters des anderen Zweiges dementsprechend in Bezug auf 50 Ohm auf hochohmige Werte transformiert wird.

2. Duplexer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (14) dem Bandpaßfilter (13) im Empfangszweig vorgeschaltet ist.

3. Duplexer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl dem Bandpaßfilter (10) im Sendezweig, als auch dem Bandpaßfilter (13) im Empfangsbereich eine Leitung (13, 14) vorgeschaltet sind.

4. Duplexer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (14) als Streifenleitung ausgebildet ist.

5. Duplexer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifenleitung derart auf einem Substrat (20) ausge­ bildet ist, daß auf dem auf einer Seite metallisierten Substrat (20) auf der der metallisierten Seite (21) gegen­ überliegenden Seite ein Streifenleiter (14) vorgesehen ist.

6. Duplexer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandpaßfilter (10, 13) als mit akustischen Oberflä­ chenwellen arbeitende Laddertype-Filter ausgebildet sind.

7. Duplexer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandpaßfilter (10, 13) dreistufige mit Eintor-Resonatoren (A1, B1, A2, B2) aufgebaute Laddertype-Filter mit unsymmetrischem Ein- und Ausgang sind.

8. Duplexer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandpaßfilter (10, 13) und die Leitung (11 bzw. 14) auf einem gemeinsamen Substrat (20) ausgebildet sind.