УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОБЩЕГО ФИДЕРА ДВУМЯ ЭЛЕМЕНТАМИ
DEVICE PROVIDING USE OF COMMON FEEDER FOR TWO ELEMENTS

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Варианты выполнения настоящего изобретения относятся к устройству, позволяющему двум антенным элементам использовать общий фидер.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Часто возникает необходимость уменьшения размеров электронных устройств связи.
В мобильной сотовой связи для каждого диапазона радиочастот может быть необходима отдельная антенна и высокочастотный блок. При этом размещение всех блоков для работы в нескольких диапазонах в одном устройстве может оказаться сложным.
Поэтому в настоящее время важной задачей является уменьшение количества элементов.
Необходимо уменьшить количество элементов в устройстве радиосвязи и обеспечить многодиапазонную работу.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Согласно одному варианту выполнения настоящего изобретения предлагается устройство, содержащее первый антенный элемент, выполненный с возможностью работы по меньшей мере на одной частоте в первом частотном диапазоне, второй антенный элемент, выполненный с возможностью работы по меньшей мере на одной частоте во втором частотном диапазоне, радиочастотный блок, электрически соединенный с первым антенным элементом с помощью первого канала и электрически соединенный со вторым антенным элементом с помощью второго канала, причем первый и второй каналы являются общими в месте их подключения к радиочастотному блоку; первый частотно-зависимый фильтр, находящийся в первом канале и предназначенный для пропускания частот в первом частотном диапазоне и подавления частот во втором частотном диапазоне; первую схему преобразования полного сопротивления, имеющую первую индуктивность с отводом и находящуюся в первом канале, и второй частотно-зависимый фильтр, находящийся во втором канале и предназначенный для пропускания частот во втором частотном диапазоне и подавления частот в первом частотном диапазоне.
Согласно другому варианту выполнения настоящего изобретения предложено устройство, содержащее первый элемент, второй элемент, блок, электрически соединенный с первым элементом с помощью первого канала и электрически соединенный со вторым элементом с помощью второго канала, причем первый и второй каналы являются общими в месте их соединения с указанным блоком; первый частотно-зависимый фильтр, находящийся в первом канале и предназначенный для пропускания частот в первом частотном диапазоне и подавления частот во втором частотном диапазоне; первую схему преобразования полного сопротивления, имеющую первую индуктивность с отводом и расположенную в первом канале; и второй частотно-зависимый фильтр, находящийся во втором канале и предназначенный для пропускания частот во втором частотном диапазоне и подавления частот в первом частотном диапазоне.
Согласно еще одному варианту выполнения настоящего изобретения предложено устройство, содержащее первую часть, предназначенную для электрического соединения с антенным элементом; вторую часть, предназначенную для электрического соединения с радиочастотным блоком; параллельный резонансный контур с отводом, соединенный с первой частью; и частотно-зависимый фильтр, соединенный со второй частью.
Устройство обеспечивает подключение радиочастотного блока к двум различным антеннам, которые работают в различных диапазонах, с помощью одного общего фидера. Это позволяет уменьшить количество элементов по сравнению с использованием отдельных радиочастотных блоков и фидеров для каждой антенны.
Устройство обеспечивает увеличение рабочего диапазона частот антенного элемента, так что антенна может использоваться для связи в нескольких частотных диапазонах, таким образом, не требуется использовать отдельную антенну для каждого диапазона. Некоторые варианты выполнения могут иметь антенну с несколькими низкочастотными диапазонами и/или антенну с несколькими высокочастотными диапазонами.
Устройство обеспечивает согласование полного сопротивления антенного элемента, отличного от 50 Ом, с общим фидером.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Для описания настоящего изобретения ниже только в качестве примера приведены ссылки на сопроводительные чертежи, на которых:
Фиг.1 представляет собой схему радиочастотной системы или устройства.
Фиг.2А, 3А и 4А представляют собой различные варианты выполнения блока настройки полосы пропускания и фильтра высокой частоты.
Фиг.2В, 3В и 4В представляют собой различные варианты выполнения блока настройки полосы пропускания и фильтра низкой частоты.
Фиг.5 представляет собой схему 23 преобразования полного сопротивления.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Фиг.1 представляет собой схему радиочастотной системы или устройства 10, которая содержит первый антенный элемент 2, второй антенный элемент 4, радиочастотный блок 6, блок 20 настройки ширины полосы пропускания и частотно-зависимого фильтра низкой частоты и блок 30 настройки ширины полосы пропускания и частотно-зависимого фильтра высокой частоты.
Система или устройство 10 может, например, представлять собой мобильный сотовый телефон, базовую станцию в системе мобильной сотовой связи, беспроводное устройство связи, переносное электронное устройство или модуль, предназначенный для использования в любом из перечисленных выше устройств.
Первый антенный элемент 2 в этом примере предназначен для работы в низкочастотном диапазоне на частотах порядка 1 ГГц.
Первый антенный элемент 2 представляет собой последовательный RLC резонансный контур, настроенный на первую частоту в низкочастотном диапазоне. «Собственные» характеристики первого антенного элемента учитываются блоком 20 для расширения рабочей полосы частот антенны, например, путем введения дополнительных резонансных частот. Таким образом, низкочастотный диапазон может включать в себя один или более сотовых радиочастотных диапазонов, обеспечивая многодиапазонную работу антенного элемента 2 в диапазоне низких частот. Возможные низкочастотные сотовые диапазоны включают US-GSM 850 (824-894 МГц) и EGSM 900 (880-960 МГц). В этом примере первая частота может быть порядка 1 ГГц.
Второй антенный элемент 4 в этом примере предназначен для работы на частотах порядка 2 ГГц в высокочастотном диапазоне, который не перекрывается с низкочастотным диапазоном.
Второй антенный элемент 4 представляет собой последовательный RLC резонансный контур, настроенный на вторую частоту в высокочастотном диапазоне. «Собственные» характеристики второго антенного элемента учитываются блоком 20 для расширения рабочей полосы частот антенны, например, путем введения дополнительных резонансных частот. Таким образом, низкочастотный диапазон может включать в себя один или более сотовых радиочастотных диапазонов, обеспечивая многодиапазонную работу антенного элемента 4 в диапазоне низких частот. Возможные высокочастотные сотовые диапазоны включают PCN/DCS1800 (1710-1880 МГц), US-WCDMA1900 или PCS1900 (1850-1990 МГц), WCDMA2100 (передача: 1920-1980 МГц, прием: 2110-2180 МГц). В этом примере вторая частота может быть порядка 2 ГГц.
В качестве антенн 2, 4 могут использоваться любые необходимые антенны или комбинации антенн, такие как несимметричные вибраторы, симметричные вибраторы, рамочные антенны, плоские обращенные L-антенны (PILA), плоские обращенные F-антенны (PIFA).
Схема 23 преобразования полного сопротивления (описана ниже) в блоках 20, 30 позволяет использовать антенны с сопротивлением, отличным от 50 Ом, например плоские обращенные L-антенны с низким полным сопротивлением.
Радиочастотный блок 6 может работать как приемник, передатчик или приемопередатчик, в зависимости от применения. Он включает в себя блоки преобразования радиочастотного сигнала в низкочастотный сигнал и, как правило, обработки низкочастотного сигнала для восстановления информации.
Радиочастотный блок 6 электрически соединен с первым антенным элементом 2 с помощью первого канала 3, который проходит через блок 20, и со вторым антенным элементом с помощью второго канала, который проходит через блок 30.
Первый и второй каналы 3, 5 подключены к радиочастотному блоку общим фидером 7.
В приведенном примере блок 6 является приемопередатчиком. Он передает радиосигналы в низкочастотном диапазоне по первому антенному элементу 2, но не по второму антенному элементу 4. Блок 6 может быть выполнен с возможностью передачи в разных диапазонах в пределах низкочастотного диапазона. Он принимает радиосигналы в низкочастотном диапазоне по первому антенному элементу 2, но не по второму антенному элементу 4. Блок 6 может быть выполнен с возможностью приема сигналов в различных диапазонах в пределах низкочастотного диапазона.
Приемопередатчик также передает радиосигналы в высокочастотном диапазоне по второму антенному элементу 4, но не по первому антенному элементу 2. Блок 6 может быть выполнен с возможностью передачи в разных диапазонах в пределах высокочастотного диапазона. Он принимает радиосигналы в высокочастотном диапазоне по второму антенному элементу 4, но не по первому антенному элементу 2. Блок 6 может быть выполнен с возможностью приема сигналов в различных диапазонах в пределах высокочастотного диапазона.
На фиг.2А, 3А и 4А показаны различные варианты выполнения блока 30 настройки полосы пропускания и фильтра высокой частоты. Как показано, высокочастотный блок 30 содержит реактивные элементы, образующие высокочастотный параллельный резонансный контур 31 и фильтр 32 высокой частоты.
На фиг.2В, 3В и 4В показаны различные варианты выполнения блока 30 настройки полосы пропускания и фильтра низкой частоты 20. Как показано, низкочастотный блок 20 содержит реактивные элементы, образующие низкочастотный параллельный резонансный контур 21 и фильтр 22 низкой частоты.
Конкретный блок 20 настройки полосы пропускания и фильтра низкой частоты обычно соединяется с соответствующим блоком 30 настройки полосы пропускания и фильтра низкой частоты, так что они используются одновременно. Например, могут быть соединены блоки 20, 30 на фиг.2А, блоки 20, 30 на фиг.3А и 3В и блоки 20, 30 на фиг.4А и 4В.
Фильтр 32 высокой частоты и фильтр 22 низкой частоты в «паре» блоков 20, 30 образуют диплексор. Фильтр 32 высокой частоты и фильтр 22 низкой частоты соединены параллельно. Поэтому параметры одного фильтра влияют на работу другого, и эта взаимная зависимость должна учитываться при разработке диплексора с требуемой аплитудно-частотной и фазочастотной характеристиками.
На фиг.2, 3, 4 также показана схема 23 преобразования полного сопротивления, предназначенная для подключения антенного элемента 2, 4 с низким полным сопротивлением к фидеру 7 блока 6 приемопередатчика сопротивлением 50 Ом, то есть предназначенная для увеличения входного полного сопротивления антенного элемента. В других вариантах выполнения, в которых полное сопротивление антенного элемента равно порядка 50 Ом, схема 23 преобразования полного сопротивления не требуется и может отсутствовать. В других вариантах, в которых полное сопротивление антенного элемента высокое, схема преобразования полного сопротивления может быть предназначена (как показано на фиг.5) для уменьшения входного полного сопротивления антенного элемента.
Каждый вариант выполнения блока 20, 30 настройки ширины полосы пропускания и фильтра содержит схему из реактивных элементов, которая имеет первую часть 50 для электрического подключения к антенному элементу и вторую часть 51 для электрического подключения через общий фидер 7 к радиочастотному блоку 6.
Параллельный резонансный контур 21, 31 электрически соединен с первой частью 50.
Это увеличивает рабочий частотный диапазон антенного элемента. То есть параллельный резонансный контур увеличивает рабочую полосу частот антенного элемента, например, с помощью введения дополнительных резонансных частот. Полоса пропускания может быть определена как область, в которой вносимые потери s11 превышают 6 дБ.
Параллельный резонансный контур 21, 31 содержит индуктивный элемент 12 и емкостной элемент 14, соединенные параллельно с образованием резонансного LC контура. Индуктивность элемента 12 и емкость элемента 14 выбраны так, что резонансная часта параллельного резонансного контура находится в области собственной резонансной частоты антенного элемента, с которым соединен параллельный резонансный контур 21, 31.
Параллельный резонансный контур 21, 31 обеспечивает работу антенного элемента как многодиапазонной антенны.
Фильтр 22, 32 электрически соединен со второй частью 51.
Фильтр предназначен для пропускания сигналов с частотами в полосе пропускания и подавления сигналов с частотами в полосе заграждения.
Входное полное сопротивление фильтра зависит от частоты. Для частот в полосе пропускания оно низкое (порядка 50 Ом), и таким образом в этом частотном диапазоне происходит эффективная передача энергии между антенным элементом и радиочастотным блоком 6. Для частот в полосе заграждения оно высокое (>> 50 Ом), и таким образом в этом частотном диапазоне передача энергии между антенным элементом и радиочастотным блоком 6 подавляется.
Для фильтра 21 низких частот полоса пропускания соответствует диапазону низких частот, а полоса заграждения соответствует диапазону высоких частот. Для фильтра 31 высоких частот полоса пропускания соответствует диапазону высоких частот, а полоса заграждения соответствует диапазону низких частот.
В вариантах выполнения на фиг.2А и 2В фильтр 32, 22 представляет собой четвертьволновую линию 15 передачи сопротивлением 50 Ом, последовательно включенную между параллельным резонансным контуром 21 и второй частью 51. На резонансной частоте, соответствующей резонансному режиму четвертьволновой линии 15 передачи, линия передачи имеет очень большое входное полное сопротивление. Однако на частотах ниже резонансной частоты входное полное сопротивление значительно меньше. Следовательно, четвертьволновая линия 22 передачи выбрана так, что ее резонансная частота соответствует полосе заграждения.
В примере на фиг.2В фильтр 22 низких частот представляет собой линию 15 передачи сопротивлением 5 Ом, которая имеет длину, равную четверти длины волны частотой, равной частоте в полосе заграждения, то есть 2 ГГц.
В примере на фиг.2А фильтр 32 высоких частот представляет собой линию 15 передачи сопротивлением 5 Ом, которая имеет длину, равную четверти длины волны частотой, равной частоте в полосе заграждения, то есть 1 ГГц.
Линия 15 передачи может быть представлена как распределенная LC цепь (RLC цепь с учетом потерь). Таким образом, линия передачи одновременно имеет и емкостной, и индуктивный элементы.
В вариантах выполнения на фиг.3А и 3В распределенная LC цепь, представляющая линию 15 передачи, заменена фильтром 32, который содержит отдельный индуктивный элемент (индуктивность 16) и отдельный емкостной элемент (конденсатор 18).
В примере на фиг.3В фильтр 22 низких частот содержит индуктивность 16, включенную последовательно между узлом 53 (подключенным к параллельному резонансному контуру) и второй частью 51, и конденсатор 18, включенный между узлом 53 и землей. Конденсатор 18 обеспечивает замыкание на землю высокочастотных сигналов в полосе заграждения.
В примере на фиг.3А фильтр 32 высоких частот содержит конденсатор 18, включенный последовательно между узлом 53, подключенным к параллельному резонансному контуру 31, и второй частью 51, и индуктивность 16, включенную между узлом 53 и землей. Индуктивность 16 обеспечивает замыкание на землю низкочастотных сигналов в полосе заграждения.
В примере на фиг.4В конденсаторы 14 и 18, показанные на фиг.3В, объединены в один конденсатор 14. Таким образом, на фиг.4В конденсатор 14 является общим элементом и используется как фильтром 22, так и параллельным резонансным контуром 21. Объединение конденсаторов уменьшает количество элементов в блоке 20.
В примере на фиг.4А индуктивности 12 и 16, показанные на фиг.3А, объединены в один элемент - индуктивность 12. Таким образом, на фиг.4А индуктивность 12 является общим элементом и используется как фильтром 32, так и параллельным резонансным контуром 31. Объединение конденсаторов уменьшает количество элементов в блоке 30.
Следует заметить, что в каждом из вариантов выполнения блока 20 низкой частоты и блока 30 высокой частоты ко второй части 51 последовательно подключен реактивный элемент. В приведенных примерах реактивный элемент может представлять собой линию передачи, конденсатор или индуктивность.
В некоторых вариантах выполнения блок низкой частоты и/или высокой частоты может включать схему 23 преобразования полного сопротивления. Она необходима для согласования антенны 2, 4 сопротивлением 50 Ом с общим фидером 7.
Преобразование полного сопротивления может в некоторых вариантах выполнения быть обеспечено с помощью согласующего трансформатора (не показан).
В других вариантах выполнения преобразование обеспечивается объединением элементов схемы 23 преобразования полного сопротивления и параллельного резонансного контура 21. Например, путем создания отводов в параллельном резонансом контуре 21, 31 и, в частности, его индуктивности 12.
В примерах, показанных на фиг.2, 3, 4, блоки 20 и 30 предназначены для подключения к соответствующим антеннам 2, 4 с малым полным сопротивлением, например, плоским обращенным L-антеннам. Первая часть 51, которая соединяется с антенным элементом, присоединяется к центральному отводу индуктивности 12.
При использовании антенны с большим полным сопротивлением отвод индуктивности электрически подключается не к антенному элементу, а к радиочастотному блоку 6 через вторую часть 51, как показано на фиг.5.
Несмотря на то, что варианты настоящего изобретения описаны выше со ссылкой на различные примеры, следует понимать, что приведенные примеры могут быть изменены без отклонения от объема изобретения, определенного формулой изобретения.
Несмотря на то, что в приведенном выше описании сделана попытка описать наиболее важные признаки изобретения, следует понимать, что Заявитель также претендует на защиту всех патентоспособных признаков или комбинации признаков, упомянутых в описании и/или показанных на чертежах, независимо от того, делался ли на них особый акцент.