DE19954257A1 - Mischer für mehrere Bänder für lokalen Oszillator - Google Patents

Abstract

Ein Mischer (100) enthält zwei Transistorelemente (313, 324), von denen jeweils eines für ein jeweiliges Frequenzband vorgesehen ist. Ein einzelner lokaler Oszillator liefert ein Signal an einen Anschluß jedes Transistorelementes. Die Kommunikationssignale für jedes Frequenzband werden in ein entsprechendes der Transistorelemente an einem anderen Anschluß eingegeben. Ein dritter Anschluß jedes der Transistorelemente ist mit dem Ausgang verbunden.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Mischer für Mehrband-Kommunikationsvorrichtungen.

Von einigen Kommunikationsvorrichtungen wird gefordert, daß sie die Signale in mehreren Frequenzbändern verarbeiten. Zum Beispiel müssen zellulare Radiotelefone (Mobiltelefone), die zum Betrieb in sowohl den Netzwerken des globalen Systems für mobile Kommunikation (GSM) als auch den Netzwerken des digi­ talen zellularen Systems (DCS) in der Lage sind, sowohl in dem 900 MHz-Band des GSM-Netzwerkes als auch dem 1800 MHz- Band des DCS-Netzwerkes arbeiten. Das Frequenzband, das für die spezifische Kommunikation verwendet wird, wird basierend auf dem System, das während der Kommunikation verfügbar ist, ebenso wie aufgrund anderer Auswahlkriterien ausgewählt. Da eines der Frequenzbänder erforderlich sein könnte, muß ein Empfänger in einer solchen Kommunikationsvorrichtung zum De­ modulieren von Signalen in beiden Frequenzbändern in der Lage sein.

Bekannte Dual-Band-Radiotelefon-Kommunikationsvorrichtungen arbeiten mit zwei lokalen Oszillatoreingangssignalen, von de­ nen jeweils eines jeweils einem der beiden Frequenzbändern zugeordnet ist. Die demodulierten Signale für jedes der Fre­ quenzbänder werden in ein einzelnes Signal geduplext, das weiter in Mischern und Filtern verarbeitet wird.

Mit dem Kleinerwerden der Kommunikationsvorrichtungen ist es wünschenswert, die Schaltungsanordnung zur Reduzierung der Gesamtzahl von Teilen zu konsolidieren, was einer Dual-Band- Sende-Empfangs-Einheit ermöglichen würde, in dasselbe Volumen wie eine Einzel-Band-Sende-Empfangs-Einheit zu passen.

Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfin­ dung, einen Mehrband-Mischer, bevorzugterweise einen Dual- Band-Mischer, der weniger Teile und weniger Volumen als be­ kannte Dual-Band-Mischersysteme verwendet bzw. belegt, anzu­ geben.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Mischer nach Anspruch 1 bzw. 10.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen an­ gegeben.

Weitere Merkmale, Aufgaben und Vorteile ergehen sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren. Von den Figuren zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schaltung in Blockdarstellung, die einen Teil einer Empfängerschaltung illustriert;

Fig. 2 eine schematische Schaltung in Blockdarstellung, die einen Teil einer verbesserten Empfängerschaltung illustriert;

Fig. 3 eine schematische Schaltung, die einen Mischer in der Schaltung nach Fig. 2 illustriert; und

Fig. 4 eine schematische Schaltung, die einen Mischer ent­ sprechend einer alternativen Ausführungsform illustriert.

Die vorliegende Erfindung verwendet einen einzelnen lokalen Oszillator zum Erzeugen von Signalen für zwei Frequenzbänder. Der Mischer enthält mindestens ein Transistorelement. Das lo­ kale Oszillatorsignal wird in einen Anschluß des mindestens einen Transistorelementes eingegeben. Die Kommunikations­ signale für jedes Übertragungsband werden dem anderen An­ schluß des mindestens einen Transistorelementes eingegeben. Ein dritter Anschluß des mindestens einen Transistorelementes ist mit dem Mehrband-Oszillatorausgang verbunden.

Eine Kommunikationsvorrichtung 100 (Fig. 1) des Standes der Technik enthält eine Antenne 102. Die Empfängervorrichtung 100 enthält Filter 106 und 108 zum Trennen der Signale in je­ dem der Frequenzbänder. Bei dem illustrierten Dual-Band- Radiotelefon für GSM- und DCS-Betrieb läßt der Filter 106 Si­ gnale in dem 1800 MHz Band und der Filter 108 Signale in dem 900 MHz Frequenzband durch. Die Ausgaben der Filter 106 und 108 werden in Verstärkern 110 bzw. 112 verstärkt. Ein Eingang 136 des Verstärkers 110 empfängt ein DCS-Modussteuersignal und ein Eingang 134 des Verstärkers 112 empfängt ein GSM- Modussteuersignal. Die Modussteuersignale wählen einen der Verstärker zum Durchgeben der empfangenen Signale zum Auswäh­ len des aktiven Frequenzbandes aus.

Die verstärkten Signale von den Verstärkern 110 und 112 wer­ den in Duplexern 114 bzw. 116 verarbeitet. Der Duplexer 114 empfängt ein lokales Oszillatorsignal von dem Oszillator 118 und der Duplexer 116 empfängt ein lokales Oszillatorsignal von dem Oszillator 120. Die Signale von den Duplexern 114 und 116 werden in einem Mischer 123 gemischt und in einem Filter 125 gefiltert.

Der Mehrband-Ausgang 104 ist mit einer Steuerung (Controller) 124 verbunden, die zum Beispiel mit einem Mikrofon 126 und einem Lautsprecher 128 in einem Radiotelefon oder einem Zwei- Wege-Radio verbunden sein kann. Die Steuerung 124 ist außer­ dem mit einem Sender 130 verbunden, der Signale zur Übertra­ gung an andere Vorrichtungen, wie eine Basisstation (nicht gezeigt), moduliert.

Die verbesserte Kommunikationsvorrichtung 200 (Fig. 2) weist einen einzelnen lokalen Oszillator 202, der durch einen Trennverstärker 201 und eine Filterschaltung 203 mit einem Mischer 204 verbunden ist, auf. Der Mischer 204 empfängt ein 900 MHz Kommunikationssignal von dem Filter 106, dem Verstär­ ker 110 und dem Filter 207, und ein 1800 MHz Kommunikations­ signal von dem Filter 108, dem Verstärker 112 und einem Fil­ ter 209. Der Mischer 204 gibt ein demoduliertes Signal an ei­ ne Filterschaltung 206 aus. Modussteuersignale von der Steue­ rung 124 werden an dem Ausgang der Filter 106 und 108 zum Auswählen von einem der Frequenzbänder kombiniert.

Die Schaltung 200 ist merklich weniger komplex als die Schal­ tung 100, da sie einen einzelnen Oszillator verwendet und nicht die Oszillatoreingabe durch die Duplexer 114, 116 er­ fordert. Solche Duplexer, die den LO und die Kommunikations­ signale empfangen, sind relativ groß und nehmen einen merkli­ chen Raum ein. Obwohl die Erfindung bezüglich eines Dual- Band-Radiotelefons beschrieben worden ist, werden die Fach­ leute erkennen, daß die vorliegende Erfindung vorteilhafter­ weise in irgendeiner Mehrband-Vorrichtung wie Modems oder ir­ gendeiner anderen Kommunikationsvorrichtung, die mit zwei oder mehr Frequenzbändern arbeitet, implementiert werden kann.

Der Mehrband-Mischer 204, der die Filterschaltung 203 und die Filterschaltung 206 der Kommunikationsvorrichtung 200 ent­ hält, ist in Fig. 3 illustriert. Der Mischer 204 enthält Mo­ dussteuersignaleingänge 300 bzw. 302. Die Modussteuersi­ gnaleingänge werden zum Auswählen des Modus (Frequenzband), der weiter zu verarbeiten ist, verwendet. Bei der illustrier­ ten Ausführungsform wird das GSM-Band-Modus-Steuersignal dem Modussteuereingang 300 über einen Widerstand 306, einen Kon­ densator 308 und eine Induktivität (Spule) 310 eingegeben. Das GSM-Band-Kommunikationssignal wird am Eingang 311 einge­ geben und läuft durch einen Kondensator 312. Das resultieren­ de freigegebene GSM-Signal wird dem Basisanschluß eines Tran­ sistorelementes 313 eingegeben.

Das DCS-Band-Modus-Steuersignal wird am Modussteuereingang 302 eingegeben. Das Signal wird eingegeben über einen Wider­ stand 314, einen Kondensator 316, einem Widerstand 318 und eine Induktivität 320. Das DCS-Band-Kommunikationssignal wird von einem Eingang 326 über einen Kondensator 322 eingegeben. Das resultierende 1800 MHz Signal wird dem Basisanschluß ei­ nes Transistorelementes 324 eingegeben. Das Transistorelement kann unter Verwendung eines bipolaren Transistors, eines Feldeffekttransistors, eines Metall-Oxid-Halbleiter-Feld­ effekttransistors (MOSFET) oder irgendeines anderen geeigne­ ten kommerziell verfügbaren Transistorschaltelementes wie ei­ nes Darlington-Transistors implementiert werden. So wie es hier verwendet wird, bezieht sich "Transistorelement" auf jed­ wedes solches Element oder die Äquivalente desselben. Zusätz­ lich bezieht sich, obwohl die illustrierte Ausführungsform bipolare Transistoren, die die Basis-, Emitter- und Kollek­ toranschlüsse aufweisen, verwendet, der Begriff "Anschluß", wie er hier verwendet wird, auf Basis-, Kollektor-, Emitter-, Drain-, Source- und Gateanschlüsse oder ähnliches.

Die Kollektoranschlüsse der Transistorelemente 313 und 324 sind mit einem Anschluß 328 verbunden, der mit einer Filter­ schaltung 206 verbunden ist. Die Filterschaltung 206 enthält eine Induktivität 336 und einen Kondensator 338, die in Reihe mit Masse geschaltet sind, eine Induktivität 337, einen Wi­ derstand 339, einen Kondensator 341 und einen Widerstand 343. Ein Kondensator 340 ist mit dem Ausgang 104 verbunden.

Die Emitteranschlüsse der Transistorelemente 313 und 324 sind mit dem lokalen Oszillatoreingang 340 über die Filterschal­ tung 203 verbunden. Die Filterschaltung 203 enthält einen Kondensator 344, einen Widerstand 346, eine Induktivität 334, eine Induktivität 336' und einen Kondensator 338'.

Der Betrieb des Mischers 204, der die Filterschaltungen 203 und 206 enthält, wird nun beschrieben. Der lokale Oszillator 202 ist mit den Emitteranschlüssen der Transistorelemente 313 und 324 verbunden. Der lokale Oszillator ist der Oszillator in der Kommunikationsvorrichtung 200, die zum Beispiel ein zellulares Radiotelefon sein kann. Die Induktivitäten 334 und 336' und der Kondensator 338' präsentieren niedrige Impedan­ zen gegenüber den Kommunikationssignalfrequenzen und den Aus­ gangssignalfrequenzen. Insbesondere für die hier exemplarisch beschriebenen Frequenzen liefert der Kondensator 338' eine niedrige Impedanz bei 900 MHz, die Induktivität 334 und der Kondensator 344 liefern eine niedrige Impedanz bei 1800 MHz, und der Kondensator 338' liefert eine niedrige Impedanz bei 400 MHz. Die Impedanzelemente liefern derart einen Signalweg zu Masse für jedes der Signale bei diesen Frequen­ zen.

Die Kollektoranschlüsse der Transistorelemente 313 und 324 sind mit dem Ausgang 104 über die Filterschaltung 204 verbun­ den, die nur die Zwischenfrequenzsignale (IF-Signale) durch­ gibt. Für den Ausgangsfilter 206 sind die Induktivität 336 und der Kondensator 338 eine resonante Reihenschaltung bei der Injektionsfrequenz (z. B. 1,3 und 1,4 GHz) und eine rela­ tiv niedrige Impedanz bei den Kommunikationssignalfrequenzen (z. B. 900 MHz und 1,8 GHz). Die Induktivität 337 ist eine An­ ti-Resonanz bei der Ausgangsfrequenz (z. B. 400 MHz Zwischen­ frequenz) (IF) an dem Ausgang) bei dem Mehrband-Mischeraus­ gang 104. Der GSM-Mischer ist auf 50 Ohm mit dem Kondensator 312 und der Induktivität 310 abgestimmt. Der Kondensator 308 und die Induktivität 310 sind nahe an einer Reihenresonanz bei der Ausgangsfrequenz (z. B. 400 MHz). Der DCS-Mischer ist auf 50 Ohm durch den Kondensator 322 und die Induktivität 320 abgestimmt. Der Kondensator 316 und der Widerstand 318 sind nahe an einer Reihenresonanz bei der Ausgangsfrequenz (z. B. 400 MHz).

Das Modussteuersignal an dem Modussteuereingang 300 ist ein binäres Signal, das AN ist, wenn die Vorrichtung in dem GSM- Modus (hohe Spannung) ist, und das AUS ist, wenn die Vorrich­ tung nicht in einem GSM-Modus (Masse) ist. Der Widerstand 306 zieht den Basisanschluß des Transistorelementes 313 hoch, wenn es AN ist. Der Steuereingang 302 steuert in ähnlicher Weise das Transistorelement 324. Das Steuersignal am Eingang 302 ist AN, wenn das Signal, das zu demodulieren ist, in dem 1800 MHz-Signalbereich ist, und andernfalls ist es AUS.

Die Transistorelemente 313 und 324 mischen das lokale Oszil­ latorsignal am Eingang 340, das 1,3 GHz für Kommunikations­ signale in dem 900 MHz-Band und 1,4 GHz für Kommunikations­ signale in dem 1,8 GHz-Band ist. Die lokalen Oszillatorsigna­ le werden den Emitteranschlüssen der Transistorelemente 313 und 324 eingegeben. Die Transistorelemente 313 und 324 lie­ fern ungefähr 20 dB Trennung über die Basis-Emitter-An­ schlüsse derselben. Diese Trennung eliminiert die Notwendig­ keit von Duplexern 114 und 116, die im Stand der Technik ge­ funden wird. Diese Trennung dämpft außerdem störende Signale, die andernfalls die Übertragung von Signalen stören würde. Die Fachleute werden erkennen, daß ein Oszillator leicht im­ plementiert werden kann, der zum Erzeugen von 1,3 und 1,4 GHz-Signalen gesteuert werden kann.

Die Filterschaltung 206 ist ein Bandpaßfilter zum Entfernen von Signalen außerhalb des 400 MHz IF-Bands. Ein Signal, das die Differenz zwischen 1300 und 900 MHz ist, wird derart für das 900 MHz Frequenzband ausgeben. Ein Signal, das die Diffe­ renz zwischen 1,4 und 1,8 GHz ist, wird derart an dem Ausgang 104 für das 1,8 GHz-Band ausgegeben. Die 400 MHz-Signale lau­ fen durch die Filterschaltung 206 zum Ausgang 104.

Eine alternative Ausführungsform ist in Fig. 4 illustriert. Der Mischer 401 enthält ein einzelnes Transistorelement 400. Ein Basisanschluß des Transistorelementes 400 ist mit dem Ausgang des Filters 207 durch eine Duplexleitung 402 und mit dem Ausgang des Filters 209 durch eine Duplexleitung 404 ver­ bunden. Die Duplexleitung 402 ist abgestimmt, um den Kommuni­ kationssignalen in dem Durchgangsband des Filters 209 eine hohe Impedanz zu präsentieren. Die Duplexleitung 404 ist ab­ gestimmt, um den Kommunikationssignalen in dem Durchgangsband des Filters 207 eine hohe Impedanz zu präsentieren. Der Kon­ densator 416, der Kondensator 414, der Widerstand 418 und die Induktivität 420 sind ein Bandpaßfilter für Signale bei der Frequenz der Kommunikationssignale in beiden Kommunikations­ bändern. Der Widerstand 406, der Widerstand 410, der Konden­ sator 408 und die Induktivität 412 halten den Transistor 400 AN, entfernen Rauschen und sichern eine 50 Ohm Impedanzüber­ einstimmung. Das Transistorelement 400 moduliert die Kommuni­ kationssignale an dem Basisanschluß des Transistorelementes 400 mit dem lokalen Oszillatorsignal, das an dem Emitteran­ schluß desselben durch den Filter 203 angelegt wird. Das re­ sultierende demodulierte Signal wird an dem Kollektoranschluß des Transistorelementes 400 ausgegeben.

Derart kann gesehen werden, daß ein Mischer offenbart wird, der mit einem einzelnen lokalen Oszillator (LO) arbeitet, der eine Frequenz zwischen dem Empfangsbandbreiten einer Mehr­ bandvorrichtung aufweist. Das lokale Oszillatorsignal wird in einen Anschluß des mindestens einen Transistorelementes inji­ ziert. Die Kommunikationssignale werden dem Basisanschluß eingegeben. Der Emitteranschluß ist mit einer Filterschaltung derart verbunden, daß sie die LO-Injektionsfrequenz durch­ gibt, eine Selektivität gegenüber Rauschen bei der Empfangs­ frequenz liefert, und eine niedrige Impedanz bei dem GSM-, DCS- und IF-Frequenzen liefert. Die Mischerschaltung verwen­ det signifikant weniger Teile und erfordert kein Duplexen des Empfangsfilters und des lokalen Oszillatorinjektionsfilters, wie es durch den Stand der Technik gefordert wird.

Obwohl sie als Zwei-Band-Vorrichtung illustriert ist, werden die Fachleute erkennen, daß die Anzahl der Frequenzbänder durch Bereitstellen von zusätzlichen Kommunikationssignalein­ gängen und Modussteuereingängen erhöht werden kann. Für die Ausführungsformen entsprechend Fig. 3 kann die Anzahl der Transistorelemente derart erhöht werden, daß eines für jeden Kanal vorgesehen ist.

Claims (10)

1. Mischer für mehrere Bänder für einen lokalen Oszillator, mit
einem ersten Eingang (311) für Kommunikationssignale in einem ersten Frequenzband,
einem ersten Transistorelement (313), das mit dem ersten Ein­ gang gekoppelt ist, wobei ein erster Anschluß des ersten Transistorelementes zum Empfangen der Kommunikationssignale in dem ersten Frequenzband verbunden ist,
einem zweiten Eingang (326) für Kommunikationssignale in ei­ nem zweiten Frequenzband,
einem zweiten Transistorelement (324), das mit dem zweiten Eingang gekoppelt ist, wobei ein erster Anschluß des zweiten Transistorelementes zum Empfangen der Kommunikationssignale in dem zweiten Frequenzband gekoppelt ist,
einem lokalen Oszillator (120), der mit einem zweiten An­ schluß des ersten Transistorelementes und mit einem zweiten Anschluß des zweiten Transistorelementes gekoppelt ist, und
einem Mehrband-Mischer-Ausgang (104), wobei ein dritter An­ schluß des ersten Transistorelementes und ein dritter An­ schluß des zweiten Transistorelementes mit dem Mehrband- Mischer-Ausgang gekoppelt sind,
bei dem das erste und das zweite Transistorelement gekoppelt sind zum Ausgeben eines Zwischenfrequenzsignales als Reaktion auf Kommunikationssignale in dem ersten Frequenzband und dem zweiten Frequenzband.

2. Mischer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite Transistorelement jeweils einen bipola­ ren Transistor enthalten.

3. Mischer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Anschluß des ersten Transistorelementes die Basis des ersten bipolaren Transistors ist und der erste Anschluß des zweiten Transistorelementes die Basis des zweiten bipolaren Transistors ist.

4. Mischer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine erste Filterschaltung (203) zwischen einen Ausgang des lokalen Oszillators und die zweiten An­ schlüsse des ersten und des zweiten Transistorelementes ge­ schaltet ist.

5. Mischer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß er eine zweite Filterschaltung (125, 206) aufweist, wobei die zweite Filterschaltung zwischen die dritten Anschlüsse des ersten und des zweiten Transistorelementes und den Mehr­ band-Mischer-Ausgang geschaltet ist.

6. Mischer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß er eine Filterschaltung (125, 126) aufweist, wobei die Filterschaltung zwischen die dritten Anschlüsse des ersten und des zweiten Transistorelementes und den Mehrband-Mischer- Ausgang geschaltet ist.

7. Mischer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß er einen ersten Modussteuereingang (300) zum Empfangen eines ersten Modussteuersignales und einen zweiten Modussteuereingang (302) zum Empfangen eines zweiten Modussteuersignales aufweist, wobei das erste Modussteuersi­ gnal das erste Frequenzband auswählt und das zweite Mo­ dussteuersignal das zweite Frequenzband auswählt.

8. Mischer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der lokale Oszillator zum Empfangen eines Modussteuersi­ gnales gekoppelt ist, wobei der lokale Oszillator als Reakti­ on auf dieses seine Ausgangsfrequenz entsprechend eines aus­ gewählten Frequenzbandes ändert.

9. Mischer nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Modussteuereingang mit dem ersten Anschluß des ersten Transistorelementes gekoppelt ist und der zweite Mo­ dussteuereingang mit dem ersten Anschluß des zweiten Transi­ storelementes gekoppelt ist.

10. Mehrband-Mischer für einen lokalen Oszillator, mit
einem ersten Eingang (311) für Kommunikationssignale in einem ersten Frequenzband,
einem zweiten Eingang (326) für Kommunikationssignale in ei­ nem zweiten Frequenzband,
einer Duplexschaltung (402, 404), die mit dem ersten und zweiten Eingang gekoppelt ist,
einem Transistorelement (400), wobei ein erster Anschluß des Transistorelementes zum Empfangen der Kommunikationssignale, die von dem Duplexer ausgegeben werden, gekoppelt ist,
einem lokalen Oszillator (202), der mit einem zweiten An­ schluß des Transistorelementes gekoppelt ist, und
einem Mehrband-Mischer-Ausgang (104), wobei ein dritter An­ schluß des Transistorelementes mit dem Mehrband-Mischer- Ausgang gekoppelt ist,
bei dem das Transistorelement zum Ausgeben eines Zwischenfre­ quenzsignales als Reaktion auf Kommunikationssignale in dem ersten Frequenzband und dem zweiten Frequenzband gekoppelt ist.