专利名称：发送和接收装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种发送和接收装置，其中，天线被发送系统和接收系统所共用，并且特别涉及一种自动切换装置，用于互连接发送系统、接收系统和天线。
在移动通信的范围中，使用发送和接收装置，其中单个天线被发送和接收系统所共用。在这种类型的装置中，采用切换或双工制天线收发切换方法，用于使发送和接收系统隔离以避免发送和接收信号的混合。
图7是包括使用时分多址(TDMA)和时分多路复用(TDD)系统的数字通信设备的普通发送和接收装置的示意图。在通常用20表示的这种发送和接收装置中，切换开关22设置在连接到单个天线21的馈线中，并且连接到发送机23和接收机24，由此，天线22通过开关22接到发送机23或接收机24。此外，隔离器25连接接在开关22和发送机23之间，用于防止由于发送信号的反射产生的内调制，以及用于避免由负载变动引起功率放大器(PA)的不稳定操作。
图8是切换开关22的电路图。该开关22包括耦合电容器C1到C3和高频短路电容器C4。1/4波长高阻抗线L1是在高频时通过电容器C4短路一端的，于是，使从另一端P1来观看开关电源的输入端的阻抗为无穷大，并且在高频时产生处于开路状态的输入端。开关22还具有二极管D1和D2以及具有特性阻抗Z。等于电路阻抗，一般为50Ω的1/4波长带线L2。
现将对给定的切换开关22的发送和接收操作进行说明。在发送操作中，使开关电流流过开关22，以使二极管D1和D2导通。这便产生点P3通过二极管D2对地短路，由此，从微带线L2的一端朝向接收电路观看电路部分，它具有无穷大阻抗，并在高频时处于开路状态。另一方面，由于点P1和P2都通过二极管D1相互短路，来自发送电路的发送信号由天线21辐射。该发送信号部分地被隔离器25吸收，由此，防止了IM产生和不稳定的PA操作。
在接收操作中，开关电流被断开，以使二极管D1和D2截止。因此，点P1和P2都被二极管D1相互断开，和点P3被二极管D2与地断开。于是，通过天线21输入的接收信号能够全部送到接收电路。
然而，上述普通类型的发送和接收装置需要一个电池，用于提供开关电流以便在发送和接收操作之间切换，并且还需要电流控制电路。这会使发送和接收装置的功率效率变差，并且还缩短电池寿命。而且，电流控制电路的设备必然会使整个装置增大和其成本增加。在装置的性能方面存在有低可靠性的问题，例如，由于电流控制电路的任一错误操作使装置无法使用。
一种已被考虑而还未发表或未授权的方法，克服了在普通装置中上述的固有缺点，可以利用如图9所示的切换开关30，用于根据发送信号的电压值自动在发送和接收系统间切换。开关30包括二极管D3到D6和具有特性阻抗Z0的1/4波长带线L3。该开关30优点在于发送功率比接收功率大。例如个人便携式电话系统(PHS)，峰值接收功率是几十μw，而发送功率大约是100mw。
现将通过例子结合其应用到PHS系统对图9的开关电路的发送和接收操作。
当发送操作期间，输出具有约100mw功率的高频信号。通过使用10mw功率导通的二极管，如二极管D3到D6，二极管D3和D4之一或二极管D5和D6之一当发送信号超过10mw时导通，从二极管D3或D4，和D5或D6中二极管导通与电压的极性有关正电压导通二极管D3和D5，而负电压导通二极管D4和D6。其时，分支点P4和发送电路的端点通过二极管D3和D4在高频时电连接。点P5是通过二极管D5和D6对地短路的，以致于从点P4对接收电路观看的部分的阻抗可以为无穷大，于是使这个部分处于开路状态。因此，发送信号大部分从天线辐射，和部分由天线反射，以及在返回到发送电路以前在隔离器中被吸收。
另一方面，当接收操作期间，所有的二极管D3到D6都截止，由于从天线输入的接收功率仅几十μw。于是点P4通过二极管D3和D4与发送电路的端点断开，并且点P5也被二极管D5和D6与地断开。因此，从天线输入的接收信号能够全部送到接收电路。
在这种方法中，切换开关30的构形使它能够消除对用于提供开关电流的电池装置和电流控制电路的需要。这便改进了发送和接收装置的功率效率，因此，避免了装置尺寸和成本的增加，以及提高了性能的可靠性。
二极管具有与输入功率有关的不同信号通过特性；通常，通过二极管流通的大量功率减小其插入损耗(I.L.)。在上述普通切换开关22中，然而由于从电池提供大量的功率，I.L.基本上是常量，与发送信号的功率无关。然而，如果根据发送信号的功率进行自动切换，如切换开关30中，I.L.可以改变，并特别少量的功率增加I.L.，由此，使整个装置的性能降低。
然而，无论那些开关20或30被使用，当发送损伤期间通过开关传送信号，会使发送系统的损耗增加和进一步使功率效率降低。具有高隔离特性的开关也需要在发送和接收系统之间转换，由此增加了部件的成本。
因此，根据上面的背景，本发明的目的是提供一种发送和接收装置，该装置不影响由发送功率的变化产生的插入损耗、不需要用于提供开关电流的电源设备和电流控制电路，以致于改进其可靠性、减小其发送系统的损耗以便增加其功率效率和具有低成本部件。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方向，提供有包括共用单个天线的发送机和接收机的发送和接收装置，该装置包括设置用于连接发送机、接收机和天线的环行器；提供在地和环行器和接收机连接点之间的终端电阻器；设置在终端电阻器和上述连接的点之间的切换开关，以致于使它响应于在发送期间从发送机提供的输入功率自动地连接环行器与终端电阻器。
本发明的另一方面涉及用于上面发送和接收装置的切换开关。
在根据本发明的一个实施例的发送和接收装置中，环行器设置在天线的分支点，并且，切换开关也提供在终端电阻器和连接环行器和接收机的点之间，以致它能够响应于发送功率自动转换环行器与终端电阻器的连接。这就可避免对用于提供开关电流的电池设备和电流控制电路的，如惯常需要的要求，由此，改进了整个发送和接收装置的功率效率和可靠性。而且，不需要外控制电路的设备，由此避免了装置的尺寸和成本的增加。
此外，由于以上所述的切换开关仅对接收机提供，而不对发送机提供，该装置没有由发送信号的功率的变化所产生的I.L.的变动，由此，避免了性能的降低。而且，发送信号不能通过开关传送，消除了对具有低插入损耗的开关使用的需要，由此减小了部件成本。由于发送信号和接收信号由环行器隔离，则不需要使用具有惯常需要的高隔离度特性的开关。这便起了减小部件成本的作用。因此，环行器其终接端口当发送期间用作隔离器，由此，预防了由发送系统产生的IM，并保证了稳定的PA操作而没有受加载变动的影响。
图1是根据本发明的实施例的发送和接收装置的示意图；图2是用于本实施例的发送和接收装置的切换开关的电路图；图3是用于保证本实施例的优点进行的实验的切换开关的电路图；图4是用于实验的微带线的透视图；图5是在实验中产生的反射损耗特性图；图6是在实验中产生的插入损耗特性图；图7是通常的发送和接收装置的示意图；图8是通常的转换开关的电路图；和图9是用于说明为实现本发明的方法的转换开关的电路图；现在将参照附图对本发明的实施例予以描述。
图1和图2表示根据本发明实施例的发送和接收装置。尤其，图1是发送和接收装置的示意图；和图2是用于根据本实施例的装置的切换开关的电路图。
在本实施例的发送和接收装置1中，单个天线2经设置在天线2的馈电点A的环行器9被发送机3和接收机4所共用。连接在天线2和其馈电点A之间的带通滤波器5，其作用仅使预定频带的信号通过那里传送，并防止在另一频带的信号的输入。
而且，用于放大发送信号的PA6设置在发送机3和馈电点A之间，而低噪声放大器(INA)和带通滤波器8都连接在接收机4和馈电点A之间。环行器9位于馈电点A，其作用仅使发送方向的信号传送和防止它们以反方向流动。转换开关10介于环行器9和接收机4的LNA7之间，终端电阻器11位于开关10的一端和地之间。当输入接收信号时，开关10自动地设置去连接环行器9到接收机4，并且当输出发送信号时，开关10根据信号电压自动地设置去连接环行器9到终端电阻器11。
以上所述的转换开关10如图2所示的结构，二极管D7和D8都相互平行连接在环行器9和终端电阻器11之间。具有特性阻抗Z0的1/4波长带线L4连接到位于二极管D7和D8的点P6。二极管D9和D10相互平行连接在带线L4的另一端和地之间。接收机(RX系统)连接到设置在二极管D9和D10之间的点P7。
切换开关10的操作通过作为一个例子应用到PHS系统来予以说明。当发送期间，大约100mw的高频信号从发送机3输出。现在，将假设大约几十mw的高频信号，在由天线2已反射的部分信号以后，经环行器9流过开关10。通过使用在10mw导通的二极管，如D7到D10，如果高频信号超过10mw，排列成二极管D7和D8之一和D9和D10之一都导通。此时，正电压导通二极管D7和D9，而负电压导通二极管D8和D10。
同时，由于点P7是通过二极管D9或D10对地短路，从点P6向接收机4观看的部分的阻抗变成无穷大，于是使这部分处于开路状态。而且，点P6通过二极管D7或二极管D8连接到终端电阻器11，因此，10mw或更大的信号功率被吸收并耗散在电阻器11中。
在这种形式中，从天线2来的反射信号不返回到环行器9，于是防止了反射波输入到发送机3。也可防止反射波进入接收机4，这由于没有信号传送到开关10。因此，能够防止IM产生和PA操作的不稳定条件。
此外，对于发送机3没有提供二极管，否则在装置上将会产生由二极管的非线性引起的不良影响，这还可以防止由二极管引起的损耗和抑制由发送功率的变化引起的I.L.；的变动。
另一方面，当接收操作期间，由于接收信号的功率比发送信号的功率小很多，大约几十mw，所有的二极管D7到D10都截止。点P6通过D7和D10断路。由于这种隔离，来自天线2的接收信号能够全部流入接收机4。当接收操作期间，在大量电流的偶然输入的事件中，这种电流被开关10吸收，由此避免了对LNA7的不良影响。
图3是切换开关的另一实施例的电路图和图4表示微带线，这两个部件被用在为保证这个实施例的优点进行的实验中。在这个实验中，图3所示的切换开关用于950NHz频带，它是由使用各种类型的商业上可买到的器件制成的，如图1所示。虽然，带线L的1/4波长在950MHz一般大约48mm，它被减小40mm，这是由于二极管具有内部电容(见图4)。
表1器件表
表2表示电特性的测量，例如，在950NHz入射功率从100μw到100mw所产生的反射损耗(dB)和插入损耗(I.L.)(dB)。该反射损耗表示从图3的点P8观看的反射特性，和I.L.表示在从图3的点8到点9的部分产生的损耗。
表2在入射功率和电特性之间的关系
图5A和5B是分别表示相对于入射功率100μw和100mw的特性曲线图。图6A和6B分别表示相对于入射功率100μw和100mw的I.L.的特性曲线图。如从表2和图5A到6B可清楚地看到，当接收功率为100μw和发送功率为100mw时，响应从100μw到100mw变化的入射功率，相对于各个频率的反射损耗是18dB或更大。这表示了由天线反射的信号太弱以致不能流入发送机，由此防止了IM产生和不稳定PA操作。另一方面，接收信号通过具有0.9dB的I.L.的开关传送，并还通过LNA和BPF传送，随后最后流入接收机。由于接收信号在LNA中放大，以上所述的I.L.不会出现任何实质问题。
由于在发送期间I.L.大约为10dB，从100mw发送功率中大约10mw功率送到LNA。于是，通过应用具有标准为10mw的LNA，能够避免由负载变动引起的不稳定操作。
如上面已经讨论过的，根据本实施例，环行器9配置在天线2的馈电点A，和切换开关10提供在环行器9和接收机4之间，以根据发送功率执行自动的变换致。这就避免了对用于开关电流的电池设备和电流控制电路，如通常所需要的，由此，改进了整个发送和接收装置的功率效率和也提高了其性能的可靠性，以及避免了装置的尺寸和成本的增加。
此外，由于上述切换开关10不是为发送机提供的，该装置免除了由发送信号的功率变化引起的I.L.的变动，还避免了性能的降低。而且，发送信号不传送到开关10。消除了对特别设计去使插入损耗抑制到低电平的开关的需要，由此降低了部件的成本。由于发送信号和接收信号由环行器9隔离，则不需使用如通常要求的具有高隔离特性的开关。这也起到降低部件成本的作用，由此，满足了对于该装置的低价格的要求。因此，当发送期间环行器6用作隔离器，由此防止了发送系统的IM产生和保证了稳定的PA操作，而没有受负载变动的影响。
如从上述说明可清楚地理解，本发明的发送和接收装置提供有下列优点。环行器提供在天线的馈电点，和切换开关设置在终端电阻和在环行器和接收机之间连接的点之间，以致于它能在发送期间响应由发送机输入的功率自动转换到电阻器。而且，由发送功率的变化引起的I.L.的变动能被防止，而没有要求用于提供开关电流的电池设备和电流控制电路。这便可能抑制发送系统的损耗和改进功率效率，以及降低部件的成本。
权利要求
1.一种用于使发送机和接收机共用单个天线的发送和接收装置，包括环行器，它具有第一端口用于连接所述的发送机和第二端口用于连接到所述的天线；切换开关，用于接收来自所述环行器的第三端口的其输入；所述的切换开关具有第一输出和第二输出，第一输出用于连接所述的接收机，和第二输入用于连接到终端电阻器，所述的终端电阻器提供在所述的第二输出和地之间；和所述切换开关响应于在传送期间从所述发送机对所述切换开关提供的输入功率电平可自动地变换所述环行器与所述终端电阻器的连接。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述的切换开关具有连接在所述输入和所述第一输出之间1/4波长微带线、以相反方向并联连接在所述输入和所述终端电阻器之间的第一对二极管和以相反方向并联连接在所述第一输出和地之间的第二对二极管。
全文摘要
一种包括发送系统和接收系统的发送和接收装置，具有共同单个天线的发送机和接收机的发送和接收装置如下构形。环行器提供在终端系统和接收系统之间的天线的馈电点。而且，切换开关设置在连接地的电阻器和连接环行器和接收机的点之间，以致切换开关能够当发送期间响应由发送机提供的输入功率的终端电阻器。
文档编号H01P1/213GK1141517SQ9610890
公开日1997年1月29日 申请日期1996年4月27日 优先权日1995年4月27日
发明者川浪崇, 长谷川隆 申请人:株式会社村田制作所