專利名稱：發(fā)射和接收級(jí)間的天線切換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)射級(jí)輸出和接收級(jí)輸入間的天線切換裝置。本發(fā)明可特別用于移動(dòng)電話機(jī)。
在諸如時(shí)分多址TDMA蜂窩無線電話系統(tǒng)中，天線被交替用于發(fā)射電路的輸出或接收電路的輸入。因此必須將兩電路相互隔離。實(shí)際上，如果沒有正確地隔離發(fā)射電路，相當(dāng)一部分發(fā)射功率會(huì)流入當(dāng)時(shí)并不使用的接收電路中；進(jìn)一步，一部分發(fā)射功率還未到達(dá)天線就會(huì)被送回其源頭。同樣地，在接收端，相對(duì)發(fā)射電路的較差的隔離會(huì)由于耗散或不匹配導(dǎo)致?lián)p失。
現(xiàn)在，例如在文獻(xiàn)US-A-5578976中所描述的靜電繼電器不夠快和此型天線切換裝置只能用諸如PIN二級(jí)管的半導(dǎo)體實(shí)現(xiàn)以獲得所需的使用壽命和速度。但是，用這種元件，因?yàn)榇?lián)電阻和施加電流的極限(在1mA量級(jí))損失至少有1dB。另一方面，這種切換裝置的壓縮點(diǎn)不是很高和因而其具有較差的線性。
本發(fā)明的目的是提出一種改善上述缺陷的天線切換裝置。
為此目的，本發(fā)明涉及一個(gè)如在本說明書開篇段限定的裝置，其特征在于包括一個(gè)壓電致動(dòng)器，該致動(dòng)器由構(gòu)成一個(gè)電容的兩固定片和一個(gè)壓電材料的可移動(dòng)觸點(diǎn)組成，在所述片的內(nèi)表面局部鍍有金屬以構(gòu)成電觸點(diǎn)，裝有電極以向所述可移動(dòng)觸點(diǎn)提供使觸點(diǎn)能夠變形的控制電壓，而所述變形發(fā)生在對(duì)應(yīng)該片的一個(gè)指定部分的靜止位置和對(duì)應(yīng)所述片的另一指定部分的工作位置之間。
這樣所提出的裝置能保證損失很小而持續(xù)時(shí)間少于1ms的一個(gè)阻抗控制高頻切換，而保持功率適合于發(fā)射電路的輸出電平，甚至允許在用戶誤操作情況下支持天線空接一小會(huì)兒。另外，保持特征阻抗限制由于不匹配引起的損失數(shù)值和有助于保持裝置的低功率消耗，減小裝置重量和機(jī)械尺寸也是有益的。
按照實(shí)施例的兩種可能的改型，所述內(nèi)表面的各個(gè)下部組成對(duì)應(yīng)于靜止位置的觸點(diǎn)，和其上部組成對(duì)應(yīng)于工作位置的觸點(diǎn)，所述可移動(dòng)觸點(diǎn)可在與所述片的內(nèi)表面平行的方向位移，或也由凸出部分的組合形成片，可移動(dòng)觸點(diǎn)在對(duì)應(yīng)靜止位置的一片的凸出部分和對(duì)應(yīng)工作位置的另一片的凸出部分之間可向所述片橫向移動(dòng)。按照實(shí)施例的第三種改型，所述致動(dòng)器是一個(gè)壓電電動(dòng)機(jī)，一方面包括一個(gè)能被壓電或磁阻效應(yīng)變形的部分和一個(gè)固定支撐，和另一方面構(gòu)成所述可移動(dòng)觸點(diǎn)的一個(gè)可移動(dòng)部分，同時(shí)一方面在可變形部分和其固定支撐之間，另一方面在可變形部分和形成可移動(dòng)觸點(diǎn)的部分之間，提供壓電效應(yīng)和機(jī)械磨擦以引起所述可變形部分沿兩橫軸交替變形。
參考下述實(shí)施例進(jìn)行解釋使本發(fā)明的這些和其它目的將更明確，此實(shí)施例只構(gòu)成非限制性例子。


圖1為一個(gè)基本電路圖，表示移動(dòng)電話機(jī)的發(fā)射級(jí)和接收級(jí)間的天線切換裝置。
圖2和3表示根據(jù)本發(fā)明的天線切換裝置的兩個(gè)實(shí)施例。
圖4表示帶護(hù)罩的天線切換裝置的例子。
圖5表示根據(jù)本發(fā)明的天線切換裝置的第三實(shí)施例。
圖6是一個(gè)表示由不匹配引起的隨頻率增加的損耗，并說明提出的解決方案。和圖7和8表示能改善所述不匹配的兩種可行的配線圖。
圖1所表示的移動(dòng)電話收發(fā)信機(jī)系統(tǒng)包括一個(gè)發(fā)射級(jí)1，一個(gè)接收級(jí)2，一個(gè)天線3和能交替連接發(fā)射級(jí)輸出或接收級(jí)輸入的一個(gè)開關(guān)4。此開關(guān)4自身包括連接天線3的一個(gè)可移動(dòng)觸點(diǎn)5，和連接發(fā)射級(jí)1的輸出的一個(gè)第一固定觸點(diǎn)6和連接接收級(jí)2的輸入的第二固定觸點(diǎn)7。
因?yàn)榕c本發(fā)明無直接關(guān)系，發(fā)射級(jí)和接收級(jí)1和2未仔細(xì)描述。將只描述包括如音頻調(diào)制信號(hào)發(fā)生電路、變頻器、帶通濾波器、高頻放大器串聯(lián)的基本元件的發(fā)射級(jí)，反過來，接收級(jí)包括如高頻放大器、帶通濾波器、變頻器串聯(lián)的基本元件。
圖2表示按照本發(fā)明的切換裝置實(shí)施例的第一個(gè)例子。此裝置為包括兩個(gè)固定片21和22的一個(gè)壓電致動(dòng)器和在兩片之間的一個(gè)壓電材料的可移動(dòng)觸點(diǎn)23。兩個(gè)固定片的內(nèi)表面局部鍍金屬以構(gòu)成電觸點(diǎn)。在此所述的實(shí)施例中“局部”理解為構(gòu)成對(duì)應(yīng)稱為“靜止”位置的觸點(diǎn)的所述內(nèi)表面各個(gè)下部101和102，同樣其上部103和104構(gòu)成對(duì)應(yīng)“工作”位置的觸點(diǎn)。
此裝置的操作如下。電極28和29向可移動(dòng)觸點(diǎn)23提供可使后者變形和使其由“靜止”位置改變到“工作”位置的控制電壓；返回到“靜止”位置發(fā)生在控制電壓結(jié)束時(shí)。可移動(dòng)觸點(diǎn)23末端的這種雙向運(yùn)動(dòng)在圖2中用雙向箭頭來說明，在此表示為其處于位移中間的中間位置?？梢苿?dòng)觸點(diǎn)的大幅度壓電運(yùn)動(dòng)可由杠桿效應(yīng)獲得，也稱為□放大致動(dòng)器□。在此情況下，位移被乘以杠桿軸向距離系數(shù)。
圖3表示切換裝置實(shí)施例的第二個(gè)例子，其中組成觸點(diǎn)的電容器片(在此指31和32)由能擴(kuò)大有效電容器值的小圓柱形的組合構(gòu)成。操作如下。標(biāo)為33的可移動(dòng)觸點(diǎn)此時(shí)沿與圓柱體平行的軸向(圖3中的水平軸)朝該片方向橫移；觸點(diǎn)33包括在其兩個(gè)表面上的鍍金屬圓柱體131R和131T，當(dāng)觸點(diǎn)33在控制電壓影響下變形時(shí)圓柱體伸入到對(duì)應(yīng)固定片的孔231R和231T中。當(dāng)沒有此控制電壓時(shí)，圓柱體131R與固定片31側(cè)面上的孔231R形成高頻觸點(diǎn)電容器以建立“靜止”觸點(diǎn)；當(dāng)有此控制電壓時(shí)，同樣地圓柱體131T與固定片32側(cè)面上的孔231T構(gòu)成電容器以建立“工作”觸點(diǎn)。
通過例子對(duì)圖2和3實(shí)施例中的可移動(dòng)觸點(diǎn)變形1mm可給出觸點(diǎn)電容器的值。在圖2的實(shí)施例中，通過兩個(gè)平板電容器實(shí)現(xiàn)每個(gè)觸點(diǎn)，例如1□4mm的有0.1mm的部件機(jī)械運(yùn)動(dòng)空間電容值為0.71pF。在圖3的實(shí)施例中，由四個(gè)例如長1mm直徑2mm的圓柱體組成每個(gè)觸點(diǎn)，所獲電容值為2.2pF。
應(yīng)注意，保持高頻信號(hào)正常傳播所需的線性特性阻抗可通過裝置恰當(dāng)?shù)膸缀纬叽绔@得(此阻抗是可移動(dòng)觸點(diǎn)形狀及尺寸和裝置接地護(hù)罩外型的函數(shù)，接地作為整個(gè)傳輸線地線；圖4表示此種護(hù)罩41安放的一個(gè)例子)。
圖5所示的實(shí)施例的第三個(gè)例子利用帶低幅度變形(10至20μm)的壓電效應(yīng)，和在一個(gè)經(jīng)受作為壓電效應(yīng)(或磁阻效應(yīng))后果的變形的部件51與一方面一個(gè)固定片52和另一方面一個(gè)用作高頻繼電器移動(dòng)觸點(diǎn)的可移動(dòng)部件53之間的機(jī)械摩擦?？刂茐弘姴考?1沿兩垂直軸向(或通常橫軸向)交替變形，以使其表面切點(diǎn)沿圖5所示圓柱體部分表示出的橢圓而運(yùn)動(dòng)，且通常使用微型鈦齒保證摩擦。此機(jī)械裝置通常稱為□壓電電動(dòng)機(jī)□，和此種裝置的其它常規(guī)實(shí)現(xiàn)也是公知的，其中可能提到在表面波動(dòng)變形基礎(chǔ)上產(chǎn)生的平移運(yùn)動(dòng)以保證摩擦，或類似相對(duì)于這個(gè)圓環(huán)軸徑向變形產(chǎn)生圓環(huán)的平移運(yùn)動(dòng)。其它元件相似，通過片55上的電容效應(yīng)可移動(dòng)部分53的鍍金屬部分54實(shí)現(xiàn)此觸點(diǎn)。
用于天線開關(guān)的壓電電動(dòng)機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)在于完全省略了開關(guān)在切換過程外的電功率消耗；此機(jī)械裝置是自鎖的。為控制移動(dòng)，AC控制信號(hào)必須以由基本的機(jī)械變形低值產(chǎn)生幾伏量級(jí)的很低電壓跟隨兩個(gè)軸向。所獲的位移速度可很高，因而適合于TDMA通信網(wǎng)中工作的天線切換產(chǎn)品所需的快速切換。通過例子，以25μm變形驅(qū)動(dòng)和以30kHz頻率激勵(lì)的一個(gè)壓電電動(dòng)機(jī)將具有等于0.75m/s的位移速度，它在1ms內(nèi)產(chǎn)生0.75mm的位移。
當(dāng)然，本發(fā)明不限于上述實(shí)施例的例子，在其基礎(chǔ)上可提出改型。例如，在下面的樣式中圖2中的實(shí)施例可簡化?？梢苿?dòng)觸點(diǎn)具有金屬表面，但不連接外部。這樣“靜止”位置的觸點(diǎn)可通過固定金屬片21(內(nèi)表面101)和移動(dòng)觸點(diǎn)之間，隨后在同一個(gè)移動(dòng)觸點(diǎn)和固定金屬片22(內(nèi)表面102)之間的雙重電容效應(yīng)實(shí)現(xiàn)。類似地，在“工作”位置，通過在固定金屬片上部和移動(dòng)觸點(diǎn)之間的雙重電容效應(yīng)產(chǎn)生連接。
另外，無論頻率如何，電容效應(yīng)的切換可能是不充分的。例如圖6的曲線A顯示了因存在一個(gè)串聯(lián)電容引起不匹配，在900MHz有1.8dB量級(jí)的損耗。提供在工作頻率具有與所述電容諧振的值的一個(gè)電感有助于補(bǔ)償此不匹配，如圖6的曲線B所示。
可提出圖7和8所示的兩個(gè)布線圖用來安放所述電感。在圖7中在連接到天線的公共輸出上安裝單個(gè)電感，用于形成在工作狀態(tài)(發(fā)射級(jí))和靜止?fàn)顟B(tài)(接收級(jí))的兩個(gè)連接電容CT和CR中的每個(gè)；電感可是傳統(tǒng)的帶鐵或瓷芯的空心扼流圈，或也可由線段形成，和其可安裝在所述切換裝置的內(nèi)部或外部。在圖8中，提供兩個(gè)電感81和82，一個(gè)在發(fā)射極和另一個(gè)在接收級(jí)，用于組成每個(gè)電容CT和CR；此圖可適用于非標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載阻抗，或取決于繼電器位置用于補(bǔ)償不同電容。在任何一情況中，在給定和唯一的工作頻率上實(shí)現(xiàn)匹配。如果想在較寬的頻帶上實(shí)現(xiàn)相同功能應(yīng)使用組合有不同元件的適配電路，尤其用以在多標(biāo)準(zhǔn)發(fā)射機(jī)/接收機(jī)情況下在兩個(gè)特定頻率優(yōu)化同樣功能。
權(quán)利要求
1．在發(fā)射級(jí)輸出和接收級(jí)輸入間的一個(gè)天線切換裝置，其特征在于包括一個(gè)壓電致動(dòng)器，該致動(dòng)器由形成一個(gè)電容的兩個(gè)固定片和一個(gè)壓電材料的可移動(dòng)觸點(diǎn)組成，在所述片的內(nèi)表面局部鍍有金屬以構(gòu)成電觸點(diǎn)，和裝有電極用以向所述可移動(dòng)觸點(diǎn)提供使觸點(diǎn)能夠變形的控制電壓，而所述變形發(fā)生在對(duì)應(yīng)片的給定部分的靜止位置和對(duì)應(yīng)所述片的另一給定部分的工作位置之間。
2．權(quán)利要求1所要求的一個(gè)裝置，其特征在于所述內(nèi)表面的各個(gè)下部組成對(duì)應(yīng)靜止位置的觸點(diǎn)，和其上部組成對(duì)應(yīng)工作位置的觸點(diǎn)，所述可移動(dòng)觸點(diǎn)在與所述片的內(nèi)表面平行方向是可位移的。
3．權(quán)利要求1所要求的一個(gè)裝置，其特征在于該片由凸出部分的組合形成，在對(duì)應(yīng)靜止位置的一片的凸出部分和對(duì)應(yīng)工作位置的另一片的凸出部分之間可移動(dòng)觸點(diǎn)可向所述片橫向方向位移到所述片。
4．權(quán)利要求1所要求的一個(gè)裝置，其特征在于所述致動(dòng)器是一個(gè)壓電電動(dòng)機(jī)，包括一方面一個(gè)能被壓電或磁阻效應(yīng)變形的部分和一個(gè)固定支撐，另一方面一個(gè)構(gòu)成所述可移動(dòng)觸點(diǎn)的可移動(dòng)部分，同時(shí)一方面在可變形部分和其固定支撐之間，另一方面在可變形部分和形成可移動(dòng)觸點(diǎn)的部分之間提供壓電效應(yīng)和機(jī)械磨擦以引起所述可變形部分沿兩橫軸交替變形。
全文摘要
本發(fā)明涉及在發(fā)射級(jí)輸出和接收級(jí)輸入間的一個(gè)天線切換裝置，它包括由形成一個(gè)電容的兩個(gè)固定片(21、22)和一個(gè)壓電材料的可移動(dòng)觸點(diǎn)組成的一個(gè)壓電致動(dòng)器。在所述片的內(nèi)表面局部鍍有金屬以構(gòu)成電觸點(diǎn)。裝有電極用以向所述可移動(dòng)觸點(diǎn)提供能使觸點(diǎn)變形的一個(gè)控制電壓。變形發(fā)生在對(duì)應(yīng)片的給定部分的靜止位置和對(duì)應(yīng)所述片的另一給定部分的工作位置之間。
文檔編號(hào)H04B1/48GK1238544SQ99103439
公開日1999年12月15日 申請(qǐng)日期1999年3月10日 優(yōu)先權(quán)日1998年3月10日
發(fā)明者H·雅各布 申請(qǐng)人:皇家菲利浦電子有限公司