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Gebiet der
Erfindung
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Die
Erfindung bezieht sich auf einen Funksender zum Senden von Signalen
gemäß der allgemeinen
Klasse des unabhängigen
Patentanspruchs.
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Bisheriger
Stand der Technik
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Im
Global System for Mobile Communications (GSM, globales System für Mobilkommunikation) sind
die Antennen in Mobiltelefonen für
eine vorgegebene Resonanzfrequenz und eine gegebene Frequenzbandbreite
optimiert.
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Die
Zusammenfassung zu
JP
08 242132 A , veröffentlicht
in den japanischen Patentzusammenfassungen Band 1997, Nr. 01, offenbart
einen Funksender, der Folgendes umfasst: einen Modulator, der ein
zu sendendes Signal moduliert, einen Sendeleistungsverstärker, der
das modulierte Signal verstärkt, eine
Summiereinrichtung, die ein Prüfsignal
des Sendeleistungsverstärkers
von einem Bezugssignal subtrahiert, um ein Steuersignal zu erzeugen,
sowie eine Antenne zum Senden und Empfangen der Signale. Ferner
umfasst der Funksender einen Impedanzwiderstand mit variabler Reaktanz
zwischen der Antenne und dem Sendeleistungsverstärker.
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Vorteile der
Erfindung
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Der
Funksender zum Senden von Signalen, der gekennzeichnet ist durch
die Merkmale des unabhängigen
Patentanspruchs, bietet den Vorteil, dass eine Veränderung
der Resonanzfrequenz der Antenne auf ein Minimum reduziert wird,
indem ein Impedanzwiderstand, der mit der Antenne parallel oder
in Reihe geschaltet ist, so justiert wird, dass die Resonanzfrequenz
lediglich geringfügig
von ihrem vorab definierten Wert abweicht aufgrund von Veränderungen
in der Umgebung der Antenne. Auf diese Weise wird auch die Reflexion,
die durch das Stehwellenverhältnis
(Voltage Standing Wave Ratio, VSWR) gekennzeichnet ist, minimiert,
sodass der größte Teil
der Sen deleistung abgegeben wird. Dies hat den Vorteil, dass Akkuenergie
eingespart wird und sich auch die Lebensdauer anderer elektrischer
Bauteile des Mobiltelefons verlängert,
die keine hohe reflektierte Leistung verkraften müssen.
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Die
Merkmale der abhängigen
Patentansprüche
lassen weitere Verbesserungen der Erfindung zu.
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Es
ist ein Vorteil, dass ein Prozessor anhand einer Messung der Ausgangsleistung
eines Sendeleistungsverstärkers
in dem Sender eines Mobiltelefons einen Optimalwert für den Impedanzwiderstand berechnet,
der mit der Antenne verbunden ist. Hierdurch wird die Ausgangsleistung
verstärkt.
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Ferner
ist es ein Vorteil, dass der Prozessor die berechneten Werte für jeden
gemessenen Wert speichert, sodass später, wenn der gemessene Wert nochmals
gemessen wird, der Prozessor einfach den zuvor für den Impedanzwiderstand berechneten
Wert verwendet, um Zeit bei der Verarbeitung zu sparen.
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Daneben
ist es ein Vorteil, einen Richtkoppler einzusetzen, um einen Teil
der Ausgangsleistung an einen Leistungsdetektor zu übertragen,
sodass der Leistungsdetektor den besagten Teil der Ausgangsleistung
in eine Prüfspannung
umwandelt, die zum Justieren eines Sendeleistungsverstärkers und der
variablen Reaktanz genutzt wird.
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Darüber hinaus
ist es ein Vorteil, einen Strom einer letzten Stufe des Sendeleistungsverstärkers zu verwenden,
um die Ausgangsleistung des Sendeleistungsverstärkers zum Justieren des Sendeleistungsverstärkers und
des Impedanzwiderstands zu kennzeichnen. Dies ist eine einfache
Lösung
und erfordert nur eine geringere Anzahl von Stromkreiselementen.
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Ferner
ist es ein Vorteil, eine Spannung der letzten Stufe des Sendeleistungsverstärkers zu
verwenden, um die Ausgangsleistung des Sendeleistungsverstärkers zu
kennzeichnen. Dies ist eine einfache und präzise Lösung zum Kennzeichnen der Ausgangsleistung.
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Es
ist ein Vorteil, eine Mehrzahl von Kondensatoren und Leitern zu
verwenden, um durch Einstellung einiger dieser Kondensatoren und
Induktoren die variable Reaktanz zu justieren.
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Alternativ
ist es ein Vorteil, Kondensatoren und Induktoren für die variable
Reaktanz zu verwenden, deren elektrische Kapazität bzw. induktiver Widerstand
individuell verändert
werden kann. Auf diese Weise wird die Anzahl der für den Impedanzwiderstand
benötigten
Stromkreiselemente drastisch reduziert, wodurch die Kosten für Entwicklung
und Fertigung gesenkt werden.
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Daneben
ist es ein Vorteil, die elektrische Kapazität und den induktiven Widerstand
des Impedanzwiderstands bereitzustellen, indem verschiedene Arten
von Mikrostreifen-Leitungen verwendet werden. Dies ergibt eine einfache,
kostengünstige
und unkomplizierte Realisierung des Impedanzwiderstands.
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Liste der
Zeichnungen
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In
den Zeichnungen werden beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung dargestellt, die in der nachfolgenden Beschreibung ausführlich erläutert werden.
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1 zeigt
ein Blockschaltbild eines Senders getrennt von der Ausgangsleistung,
die an einen Leistungsdetektor übertragen
wird;
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2 zeigt
ein Blockschaltbild eines Senders, wobei ein Strom in eine Spannung
umgewandelt wird und besagte Spannung als Prüfspannung verwendet wird;
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3 zeigt
ein Blockschaltbild eines Senders, wobei eine Spannung als Prüfspannung
verwendet wird;
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4 zeigt
einen Stromkreis mit Induktoren und Kondensatoren, die parallel
geschaltet sind;
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5 zeigt
einen Stromkreis, der einen Induktor ersetzt;
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6 zeigt
eine Patch-Antenne mit einem schaltbaren Kondensator, der mit einem
Kurzschließ-Stift
in Reihe geschaltet ist;
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7 zeigt
eine Patch-Antenne mit einem schaltbaren Kurzschließ-Stift;
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8 zeigt
eine Patch-Antenne mit einem schaltbaren Kondensator.
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Ausführliche
Beschreibung
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Mobiltelefone
werden mit immer kleineren Antennen ausgestattet, damit die Größe des Mobiltelefons
insgesamt verringert werden kann. Eine Antenne weist eine Resonanzfrequenz
auf, die in der Mitte eines Frequenzbands liegt, das für die Übertragung
von Signalen durch das Mobiltelefon zugewiesen wurde. Dementsprechend
wird die Antenne im Modell durch einen Resonanzkreis als ein Impedanzwiderstand
dargestellt und fungiert als Bandpass. Eine kleinere Antenne weist
eine enger begrenzte Bandbreite auf als eine größere Antenne.
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Die
Impedanz der Antenne wird durch Objekte, die in der Nachbarschaft
der Antenne auftreten, verändert,
da diese Objekte von der Antenne abgestrahlte elektromagnetische
Energie reflektieren und/oder absorbieren. Bei diesen Objekten handelt es
sich beispielsweise um eine Hand, unterschiedliche Umfelder in einem
Raum oder andere Personen. Die Objekte verursachen eine geänderte Resonanzfrequenz
der Antenne, die auf die geänderte
Impedanz der Antenne zurückzuführen ist.
Die Impedanz der Antenne kennzeichnet die Antenne selbst und Objekte
in der Nähe
der Antenne.
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Es
ist ein Ziel, einen maximalen Betrag einer Ausgangsleistung eines
Sendeleistungsverstärkers in
einem Sender eines Mobiltelefons als Funksignale zu senden. Dies
muss im Hinblick auf die Sendeleistung berücksichtigt werden, die für einen
optimalen Empfang durch einen Empfänger erforderlich ist. Das bedeutet,
dass der Empfänger
eine fehlerfreie Erkennung der gesendeten Information durchführen kann. Um
diese erforderliche Sendeleistung bereitzustellen, muss der Sendeleistungsverstärker im
Sender des Mobiltelefons diese Sendeleistung zusätzlich zu der aufgrund von
Reflexionen und Dämpfung
vom Ausgang des Sendeleistungsverstärkers zur Antenne verloren
gegangenen Leistung bereitstellen.
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Ist
der Anteil der reflektierten Leistung hoch, muss der Sendeleistungsverstärker eine
höhere
Ausgangsleistung bereitstellen als in dem Fall, dass nur ein relativ
kleiner Anteil der Leistung reflektiert wird. Dies verbraucht unnötigerweise
Akkuenergie. Ferner muss die reflektierte Leistung irgendwohin abgeleitet werden,
so dass die elektrischen Bauteile im Sender des Mobiltelefons die
reflektierte Leistung verkraften müssen, was wiederum eine unnötige elektrische und
thermische Belastung nach sich zieht. Daher ist es wünschenswert,
Reflexionen aufgrund der Impedanz der Antenne auf ein Minimum zu
reduzieren.
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In
der Mikrowellen-Elektronik jedoch ist ein Konzept der Impedanzanpassung
eine Voraussetzung für
eine maximale Leistungsübertragung
von einem Gerät
zu einem anderen Gerät,
hier also vom Ausgang des Sendeleistungsverstärkers zur Antenne. Die Anpassungsbedingung
ist, dass die Ausgangsimpedanz des Sendeleistungsverstärkers durch
einen konjugiert komplexen Impedanzwiderstand angeglichen wird,
sodass die gesamte Ausgangsleistung übertragen wird und keinerlei
Reflexionen von Leistung auftreten. Ein Maß dafür, wie viel Leistung reflektiert
wird, ist das so genannte Stehwellenverhältnis (VSWR). Je höher das
Stehwellenverhältnis,
desto mehr Leistung wird reflektiert, das bedeutet, dass, wenn das
Stehwellenverhältnis
beispielsweise 6 zu 1 beträgt,
3 dB der Gesamtleistung reflektiert werden, das entspricht 50%.
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Ein
Konzept, mit dessen Hilfe die Ausgangsleistung des Sendeleistungsverstärkers auf
einem konstanten Niveau gehalten werden kann, ist die Anwendung
der so genannten automatischen Verstärkungsregelung (Automatic Gain
Control, AGC). Bei Verwendung der automatischen Verstärkungsregelung
wird die Ausgangsleistung des Sendeleistungsverstärkers gemessen
und in eine Prüfspannung
umgewandelt. Die Prüfspannung
wird von einer Bezugsspannung subtrahiert, um eine Differenzspannung
zu erhalten. Die Differenzspannung gibt die Abweichung der Prüfspannung
von der Bezugsspannung an und damit eine Abweichung der Ausgangsleistung
von dem maximalen Betrag der Ausgangsleistung. Folglich ist die
Differenzspannung ein Maß für das Stehwellenverhältnis und
damit für
die Impedanzanpassung.
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In 1 ist
ein Blockschaltbild eines Senders dargestellt. Eine Datenquelle 1,
d.h. ein Mikrofon mit der zugehörigen
Elektronik, wird dazu verwendet, einen digitalen Datenstrom zu erzeugen,
der anschließend
an einen Modulator 2 übertragen
wird. Das Mikrofon wandelt Schallwellen in elektrische Signale um,
während
die zugehörige
Elektronik diese elektrischen Signale verstärkt und digitalisiert, um den
digitalen Datenstrom zu erzeugen. Alternativ können auch andere Datenquellen
eingesetzt werden, etwa ein Computer, eine Tastatur oder eine Kamera.
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Der
Modulator 2 verfügt über einen
zweiten Dateneingang, der dazu dient, Signale von einem lokalen
Oszillator 3 zu empfangen. Der lokale Oszillator 3 generiert
Sinuswellen mit einer bestimmten Frequenz. Der digitale Datenstrom,
der von der Datenquelle 1 kommt, wird dazu benutzt, diese
Sinuswellen zu modulieren. Hier wird die Amplitudenumtastung verwendet,
d.h., eine 1 in den Datenströmen
bewirkt, dass die Sinuswellen weitergeleitet werden, wohingegen
eine 0 in den Datenströmen
auch die Sinuswellen auf 0 setzt.
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Alternativ
können
andere Modulationsverfahren zur Anwendung kommen. Im GSM wird die
Minimalphasenlagenmodulation mit Gauß'schen Impulsen (Gaussian Minimum Shift
Keying, GMSK) eingesetzt. Bei der Minimalphasenlagenmodulation mit Gauß'schen Impulsen werden
die Datenbits in gerade und ungerade Bits unterteilt und wird ein
hochfrequentes und ein niederfrequentes Signal Bitgruppen zugeordnet,
die aus einem ge raden und einem ungeraden Bit bestehen. Wenn das
ungerade Bit eine 1 ist und das gerade Bit eine 1 ist, dann ist
ein höherfrequentes
Signal das modulierte Signal. Ist das ungerade Bit oder das gerade
Bit eine 1 und das entsprechende ungerade oder gerade Bit eine –1, ist
ein niederfrequentes Signal das modulierte Signal. Wenn das ungerade
Bit und das gerade Bit –1
ist, ist das modulierte Signal wieder das hochfrequente Signal. Das
daraus resultierende Signal wird von einem Gauß-Filter gefiltert, um die Übergänge von
dem hochfrequenten Signal zu dem niederfrequenten Signal und umgekehrt
zu glätten.
Somit ist das GMSK ein Modulationsverfahren mit Frequenzumtastung.
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Das
modulierte Signal wird anschließend
an einen ersten Eingang eines Sendeleistungsverstärkers 4 übertragen.
Der Sendeleistungsverstärker 4 verstärkt das
modulierte Signal entsprechend einem Signal, das von einem Integrator 8 an
einem zweiten Eingang des Sendeleistungsverstärkers 4 ankommt. Danach
wird das verstärkte
Signal an einen Koppler 5 übertragen. Der Koppler 5 überträgt einen
kleinen Teil der Ausgangsleistung des Sendeleistungsverstärkers 4 an
einen Leistungsdetektor 13. Der größere Teil (beispielsweise 99%)
wird an eine Antenne 12 abgegeben, um die Signale zu senden,
sowie an einen Impedanzwiderstand 11, der mit der Antenne 12 parallel
geschaltet ist. Der Impedanzwiderstand 11 weist eine variable
Reaktanz auf, um die Impedanz der Antenne an die Ausgangsimpedanz
des Kopplers 5 anzupassen. Der Impedanzwiderstand 11 kann auch
in Reihe zwischen die Antenne 12 und den Koppler 5 geschaltet
werden. Ausführungsformen des
Impedanzwiderstands werden nachstehend aufgezeigt.
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Der
Leistungsdetektor 13 besteht aus einer Diode, die die übertragene
Leistung in eine Prüfspannung
umwandelt, die an einen ersten Eingang einer Summiereinrichtung 6 übertragen
wird. Die Summiereinrichtung 6 besitzt einen zweiten Eingang,
an dem eine Bezugsspannung angelegt wird, wobei die Bezugsspannung
von einer Spannungsquelle 7 kommt. Die Differenzspannung,
die von der Summiereinrichtung 6 erzeugt wird, wird an
einen Integrator 8 übergeben.
Der Integrator 8 integriert die Differenzspannung, um ein
Steuersignal für
den Sendeleistungsverstärker 4 sowie
für einen
Analog/Digital-Wandler 9 zu erzeugen. Der Integrator 8 wird
eingesetzt, weil ein idealer Integrator einen indefiniten Gewinn
für Dauerbinärsignale
aufweist und folglich ein echter Integrator einen sehr hohen Gewinn
für Dauerbinärsignale
aufweist, was für
die Stabilität
der Schleife erforderlich ist.
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Der
Analog/Digital-Wandler 9 wandelt das Steuersignal in ein
digitales Signal um. Ein digitales Signal wird dann von dem Analog/Digital-Wandler 9 an
einen Prozessor 10 übertragen.
Der Prozessor 10 berechnet für das digitale Signal eine
Impedanzeinstellung des Impedanzwiderstands 11. Dieser
dient dazu, die Impedanz der Antenne an die Ausgangsimpedanz des
Kopplers 5 anzupassen. Auf diese Weise wird eine maximale
Leistung an die Antenne 12 für die Funkübertragung übertragen.
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In 2 ist
eine zweite Ausführungsform
eines Senders nach der Erfindung dargestellt. Eine Datenquelle 14,
die wie vorstehend bereits erwähnt
ein Mikrofon mit der zugehörigen
Elektronik ist, ist an einen ersten Eingang eines Modulators 16 angeschlossen.
Der Modulator 16 hat einen zweiten Eingang, der zum Empfangen
von Signalen von einem lokalen Oszillator 15 dient. Das
modulierte Signal wird anschließend
vom Modulator 16 an einen ersten Eingang eines Sendeleistungsverstärkers 17 übertragen.
Der Sendeleistungsverstärker 17 verstärkt das modulierte
Signal entsprechend einem Steuersignal von einem Integrator 19.
Das verstärkte
Signal wird daraufhin an eine Antenne 24 und an einen Impedanzwiderstand 23,
der mit der Antenne 24 parallel geschaltet ist, übergeben.
Der Impedanzwiderstand 23 dient dazu, die Impedanz der
Antenne 24 der Ausgangsimpedanz des Sendeleistungsverstärkers 17 anzupassen.
Alternativ kann der Impedanzwiderstand 23 in Reihe zwischen
den Sendeleistungsverstärker 17 und
die Antenne 24 geschaltet werden.
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Vom
Sendeleistungsverstärker 17 ist
ein Ausgang mit einer Summiereinrichtung 18 verbunden.
Dieser Datenausgang über trägt einen
Strom der letzten Stufe des Sendeleistungsverstärkers 17 an die Summiereinrichtung 18.
In der Summiereinrichtung 18 wird dieser Strom in eine
Prüfspannung
umgewandelt. Anschließend
subtrahiert die Summiereinrichtung 18 diese Prüfspannung
von einer Bezugsspannung, wobei die Bezugsspannung von einer Spannungsquelle 22 erzeugt
wird. Die Differenz zwischen der Prüfspannung und der Bezugsspannung
wird dann an einen Integrator 19 übertragen, der die Differenzspannung
integriert. Der Ausgang des Integrators 19 ist mit einem
zweiten Eingang des Sendeleistungsverstärkers 17 sowie mit
einem Analog/Digital-Wandler 20 verbunden. Der Analog/
Digital-Wandler 20 wandelt das Steuersignal des Integrators
in ein digitales Signal um. Das digitale Signal wird dann von dem
Analog/Digital-Wandler 20 an einen Prozessor 21 übertragen.
Der Prozessor 21 berechnet für das digitale Signal eine
optimale Impedanzeinstellung für
den Impedanzwiderstand 23. Anschließend wird ein Signal von dem
Prozessor 21 an den Impedanzwiderstand 23 übertragen.
Der Impedanzwiderstand 23 weist eine Signalverarbeitungseinheit
auf, die dazu dient, eine variable Reaktanz des Impedanzwiderstands 23 einzustellen.
Alternativ stellt der Prozessor 21 den Impedanzwiderstand 23 direkt
ein.
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In 3 ist
eine dritte Ausführungsform
der Erfindung dargestellt. Eine Datenquelle 25 erzeugt einen
digitalen Datenstrom, der an einen Modulator 27 übertragen
wird, welcher den digitalen Datenstrom auf ein Signal aufmoduliert,
das aus Sinuswellen einer einzigen Frequenz besteht, die von einem lokalen
Oszillator 26 kommen. Das modulierte Signal wird vom Modulator 27 an
einen Sendeleistungsverstärker 28 übertragen.
Der Sendeleistungsverstärker 28 verstärkt das
modulierte Signal entsprechend einem Steuersignal, das von einem
Prozessor 30 kommt. Das verstärkte Signal wird anschließend von einem
ersten Ausgang des Sendeleistungsverstärkers 28 an eine Antenne 32 sowie
an einen Impedanzwiderstand 31 übergeben, der mit der Antenne 32 parallel
geschaltet ist. Auch hier kann der Impedanzwiderstand 31 wieder
in Reihe mit der Antenne 32 geschaltet sein. Der Impedanzwiderstand 31 dient dazu,
eine Impedanz der Antenne einer Ausgangsimpedanz des Sendeleis tungsverstärkers 28 anzupassen,
um eine maximale Leistungsübertragung
von dem Sendeleistungsverstärker 28 an
die Antenne 32 zu erzielen.
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Ein
zweiter Ausgang des Sendeleistungsverstärkers 28 ist mit einem
Analog/Digital-Wandler 29 verbunden. Eine Spannung von
der letzten Stufe des Sendeleistungsverstärkers 28 wird an den
Analog/Digital-Wandler 29 übertragen. Die Spannung ist
kennzeichnend für
die tatsächliche
Ausgangsleistung des Sendeleistungsverstärkers 28. Der Analog/Digital-Wandler 29 wandelt
diese Prüfspannung
in ein digitales Signal um, das an den Prozessor 30 übertragen
wird. Der Prozessor 30 berechnet für dieses Prüfsignal eine optimale Impedanz
für den
Impedanzwiderstand 31 und überträgt ein entsprechendes Signal
an den Impedanzwiderstand 31. Ferner ist der Prozessor 30 über einen
zweiten Ausgang mit dem Sendeleistungsverstärker 28 verbunden,
um ein Steuersignal an den Sendeleistungsverstärker 28 zu senden.
An den Impedanzwiderstand 31 angeschlossen ist eine Signalverarbeitungseinheit,
die dazu dient, eine variable Reaktanz des Impedanzwiderstands 31 einzustellen,
sodass eine Anpassung an die Ausgangsimpedanz des Sendeleistungsverstärkers 28 erzielt
wird.
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Die 4 zeigt
ein Schaltbild des Impedanzwiderstands 31 enthalten. Dieses
Schaltbild gilt ebenso für
die Impedanzwiderstände 11 und 23.
Eine Signalverarbeitungseinheit 34 empfängt ein Signal 33 von
dem Prozessor 30. Entsprechend diesem Signal betätigt die
Signalverarbeitungseinheit 34 Schalter, durch die parallel
geschaltete Induktoren und Kondensatoren zusammengeschaltet werden. Daher
ist die Signalverarbeitungseinheit 34 mit einem Schalter 54 sowie
mit den Schaltern 56, 58, 60, 45, 47, 49 und 51 verbunden.
Die Signalverarbeitungseinheit 34 öffnet und schließt diese
Schalter.
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Die
Schalter 54, 56, 58 und 60 schalten
Induktoren, die parallel geschaltet sind, zusammen. Ein Induktor 53 ist
mit Masse verbunden und auf der anderen Seite mit dem Schalter 54 sowie
einem Ausgang 62, der mit dem Ausgang des Sendeleis tungsverstärkers 28 und
der Antenne 32 verbunden ist. Der Schalter 54 ist
auf der anderen Seite mit einem Induktor 55 verbunden,
der auch mit dem Schalter 56 verbunden ist. Auf der anderen
Seite ist der Induktor 55 mit Masse verbunden. Der Schalter 56 ist
auf der anderen Seite mit einem Induktor 57 sowie einem Schalter 58 verbunden.
Der Induktor 57 ist auf der anderen Seite mit Masse verbunden.
Der Schalter 58 ist auf der anderen Seite mit einem Induktor 59 und dem
Schalter 60 verbunden. Der Induktor 59 ist auf der
anderen Seite mit Masse verbunden. Der Schalter 60 ist
auf der anderen Seite mit Masse verbunden.
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Um
die Induktoren in integrierten Schaltungen zu realisieren, wird
ein Induktor ersetzt durch eine Schaltung, die aus anderen Stromkreiselementen
wie Widerständen,
Operationsverstärkern
und Kondensatoren zusammengesetzt ist. In 5 ist eine
solche Schaltung dargestellt. Ein Eingang der Schaltung 70 ist
mit einem Kondensator 71 sowie mit einem Widerstand 74 verbunden.
Der Kondensator 71 ist auf seiner anderen Seite mit einem
Widerstand 72 verbunden, der wiederum mit Masse sowie mit
einem Widerstand 73 verbunden ist, welcher anschließend mit
einem positiven Eingang (+) eines Operationsverstärkers 75 verbunden
ist. Mikrostreifen-Leitungen sind eine Alternative; sie werden nachstehend
beschrieben.
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Der
Widerstand 74 ist auf seiner anderen Seite mit dem negativen
Eingang (–)
des Operationsverstärkers 75 sowie
mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 75 verbunden.
Vom Eingang 70 aus ist ein induktiver Widerstand zu erkennen,
der bestimmt wird durch die Werte des Kondensators 71, der
Widerstände 72, 73 und 74 sowie
des Operationsverstärkers 75.
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Die
Schalter 45, 47, 49 und 51 dienen
dazu, die Kondensatoren parallel zusammenzuschalten. Der Kondensator 44 ist
auf einer Seite mit Masse verbunden und auf der anderen Seite mit
dem Schalter 45 sowie mit dem Ausgang 62 verbunden.
Der Schalter 45 ist auf der anderen Seite mit einem Kondensator 46 sowie
einem Schalter 47 verbunden. Der Kondensator 46 ist
auf der anderen Seite mit Masse verbunden. Der Schalter 47 ist
auf der anderen Seite mit dem Kondensator 48 und dem Schalter 49 verbunden.
Der Kondensator 48 ist auf der anderen Seite mit Masse
verbunden. Der Schalter 49 ist auf der anderen Seite mit
dem Kondensator 50 sowie dem Schalter 51 verbunden.
Der Kondensator 50 ist auf der anderen Seite mit Masse
verbunden. Der Schalter 51 ist auf der anderen Seite mit
Masse verbunden.
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Indem
diese Induktoren und Kondensatoren zusammengeschaltet werden, können verschiedene Werte
für eine
variable Reaktanz des Impedanzwiderstands 31 realisiert
werden. Die Anzahl der möglichen
variablen Reaktanzen kann erhöht
werden, indem mehr Kondensatoren und mehr Induktoren zusammengeschaltet
werden.
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Alternativ
lassen sich die Induktoren und Kondensatoren in Form von variablen
Induktoren und Kondensatoren realisieren. In diesem Fall legt eine Signalverarbeitungseinheit
ein Signal unmittelbar an den Induktoren und Kondensatoren an, um
jeweils die elektrische Kapazität
bzw. den induktiven Widerstand dieser Stromkreiselemente zu verändern.
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Neben
der Realisierung des Impedanzwiderstands mit der variablen Reaktanz
getrennt von der Antenne ist es möglich, die variable Reaktanz
in die Antenne zu integrieren. Für
Mobiltelefone werden meist Patch-Antennen eingesetzt. Eine Patch-Antenne besteht aus
einer Metallplatte, die auf einer Dielektrikumschicht angebracht
wird. Diese Dielektrikumschicht ist häufig das Trägermaterial selbst oder ist
auf einem anderen Trägermaterial
aufgebracht, beispielsweise auf einem Halbleitersubstrat, auf dem die
Elektronik aufgebaut wird. Eine Speiseleitung zur Patch-Antenne
ist entweder unter der Dielektrikumschicht angeordnet, wobei das
Verfahren der elektromagnetischen Kopplung eingesetzt wird, um die
Signale von der Speiseleitung an die Patch-Antenne zu übertragen,
oder die Speiseleitung ist eine Mikrostreifen-Leitung in Nachbarschaft
zur Antenne, wobei ebenfalls die elektromagnetische Kopplung verwendet
wird, oder die Speiseleitung ist direkt an die Patch-Antenne angeschlossen,
oder die Speiseleitung be steht aus einem Schlitz durch die Dielektrikumschicht,
wodurch ein Hohlleiter bereitgestellt wird.
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In 6 ist
eine Patch-Antenne mit einer variablen Reaktanz dargestellt. Eine
Metallplatte 70 als Patch-Antenne wird durch eine Leitung 71 gespeist,
die die Patch-Antenne 70 und einen Sender mit dem Sendeleistungsverstärker und
einem Empfänger
verbindet. Auf diese Weise empfängt
die Antenne 70 die Signale, die über die Leitung 71 übertragen
werden sollen.
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Ferner
wird ein Kurzschließ-Stift 83 mit
der Antenne 70 verbunden. Der Kurzschließ-Stift 83 ist mit
einem Schalter 72 und mit einem Kondensator 73 verbunden,
die mit Masse verbunden sind. Durch Öffnen und Schließen des
Schalters wird die variable Reaktanz der Antenne 70 verändert. Indem
weitere Kondensatoren und Schalter hinzugefügt werden, können mehr
Werte für
die variable Reaktanz realisiert werden. Der Kurzschließ-Stift 83 weist
einen induktiven Widerstand auf. Der Schalter 72 wird entweder
durch eine angeschlossene Signalverarbeitungseinheit betätigt, die
wie oben beschrieben mit einem Prozessor verbunden ist, oder von
dem Prozessor selbst. Der Kurzschließ-Stift 83 verläuft durch
die Dielektrikumschicht.
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In 7 ist
eine weitere Ausführungsform zur
Realisierung der variablen Reaktanz gezeigt. Eine Metallplatte 74 als
Antenne wird von einer Leitung 75 gespeist. Ein Kurzschließ-Stift 76 als
Induktor verbindet die Metallplatte 74 mit Masse, während ein weiterer
Kurzschließ-Stift 84 als
ein zusätzlicher
Induktor die Metallplatte 74 mit einem Schalter 77 verbindet,
der den Kurzschließ-Stift 84 mit
Masse verbindet. Durch Öffnen
und Schließen
des Schalters 77 wird der induktive Widerstand der Antenne
verändert. Indem
weitere Kurzschließ-Stifte
hinzugefügt
werden, lassen sich mehr Werte für
den induktiven Widerstand realisieren. In der Kombination mit den
Kondensatoren, die mit der Metallplatte 74 verbunden sind
wie in 6 dargestellt, kann durch die Verwendung dieser
Kurzschließ-Stifte
mit Schaltern eine noch größere Bandbreite
von Werten für
die variable Reaktanz realisiert werden. Für die Betätigung des Schalters 77 gelten
dieselben Bedingungen, die vorstehend zu 6 beschrieben
wurden.
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In 8 ist
eine weitere Ausführungsform zur
Realisierung der variablen Reaktanz dargestellt. Eine Metallplatte 78 als
Antenne wird von einer Leitung 80 mit den zu sendenden
Signalen gespeist. Ein Kurzschließ-Stift 79 verbindet
die Metallplatte mit Masse und stellt einen induktiven Widerstand
bereit. Ein Kondensator 81 verbindet die Metallplatte 78 mit einem
Schalter 82, der wiederum mit Masse verbunden ist. Durch Öffnen und
Schließen
des Schalters 82 wird eine variable elektrische Kapazität und damit eine
variable Reaktanz realisiert. Indem mehr Kondensatoren mit Schaltern
hinzugefügt
werden, wird die Palette der möglichen
variablen Reaktanzen erweitert. Indem diese Realisierungsform mit
den in 6 und 7 dargestellten Realisierungsformen
kombiniert wird, lässt
sich ein sehr großer
Bereich möglicher
variabler Reaktanzen realisieren. Eine darüber hinausgehende Erweiterung
ist möglich,
wenn Kondensatoren mit variablen elektrischen Kapazitäten hinzugefügt werden.
Für die
Betätigung des
Schalters 82 gelten dieselben Bedingungen, die vorstehend
zu 6 beschrieben wurden.
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Reaktanzen
können
auch mithilfe von Mikrostreifen-Leitungen realisiert werden. Bedingt
durch eine Länge
der Mikrostreifen-Leitung wird ein offenes Ende der Mikrostreifen-Leitungen
oder eine Kurzschlussverbindung in eine beliebige Reaktanz verwandelt,
sodass Kondensatoren und Induktoren ersetzt werden können. In
der Mikrowellentechnik ist eine Länge einer Übertragungsleitung nicht mehr
erheblich kürzer
als eine Wellenlänge
eines Signals, sodass eine individuelle Länge einer Übertragungsleitung bestimmt,
welche Phase und Amplitude des Signals am Ende der Übertragungsleitung
ist, sodass je nach der Länge
der Übertragungsleitung
einmal ein induktiver Widerstand oder eine elektrische Kapazität am Ende
der Übertragungsleitung
zu erkennen ist.
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Eine
Mikrostreifen-Leitung ist eine Übertragungsleitung,
die aus einem metallisierten Streifen und einer festen, metallischen
Grundplatte, die durch eine dünne,
feste Dielektrikumschicht getrennt sind, besteht. Diese Übertragungsleitungsanordnung
wird verwendet, weil sie die präzise
Herstellung von Übertragungsleitungselementen
auf einem Keramik-Trägermaterial
erlaubt.
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Der
Prozessor speichert die berechnete Impedanzeinstellung für jeden
gemessenen Wert und erstellt dadurch eine Tabelle, in der die gemessenen Werte
in Relation gesetzt werden zu den berechneten Impedanzeinstellungen.
Beim nächsten
Mal, wenn wieder ein Wert gemessen wird, der in der Tabelle bereits
gespeichert ist, muss der Prozessor die Berechnung nicht erneut
durchführen,
sondern er liest einfach nur den zuvor gespeicherten berechneten
Wert aus der Tabelle aus und überträgt diesen
an den Impedanzwiderstand. Ist in der Tabelle eine ausreichende
Anzahl von Werten enthalten, kann der Prozessor beginnen, für neu gemessenen
Werte, die zwischen zwei zuvor gemessenen Werten liegen, zu interpolieren,
um Zeit bei der Verarbeitung sowie Speicherkapazität zu sparen.
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Außerdem speichert
der Prozessor den Istwert des Impedanzwiderstands, sodass der Prozessor,
wenn die Messung denselben Wert ergibt, kein Signal an den Impedanzwiderstand
sendet.