发射和接收级间的天线切换装置

本发明涉及发射级输出和接收级输入间的天线切换装置。本发明可特别用 于移动电话机。

在诸如时分多址TDMA蜂窝无线电话系统中，天线被交替用于发射电路 的输出或接收电路的输入。因此必须将两电路相互隔离。实际上，如果没有正 确地隔离发射电路，相当一部分发射功率会流入当时并不使用的接收电路中； 进一步，一部分发射功率还未到达天线就会被送回其源头。同样地，在接收端， 相对发射电路的较差的隔离会由于耗散或不匹配导致损失。

现在，例如在文献US-A-5578976中所描述的静电继电器不够快和此型天 线切换装置只能用诸如PIN二级管的半导体实现以获得所需的使用寿命和速 度。但是，用这种元件，因为串联电阻和施加电流的极限(在1mA量级)损 失至少有1dB。另一方面，这种切换装置的压缩点不是很高和因而其具有较差 的线性。

本发明的目的是提出一种改善上述缺陷的天线切换装置。

为此目的，本发明涉及一个如在本说明书开篇段限定的装置，其特征在于 包括一个压电致动器，该致动器由构成一个电容的两固定片和一个压电材料的 可移动触点组成，在所述片的内表面局部镀有金属以构成电触点，装有电极以 向所述可移动触点提供使触点能够变形的控制电压，而所述变形发生在对应该 片的一个指定部分的静止位置和对应所述片的另一指定部分的工作位置之间。

这样所提出的装置能保证损失很小而持续时间少于1ms的一个阻抗控制 高频切换，而保持功率适合于发射电路的输出电平，甚至允许在用户误操作情 况下支持天线空接一小会儿。另外，保持特征阻抗限制由于不匹配引起的损失 数值和有助于保持装置的低功率消耗，减小装置重量和机械尺寸也是有益的。

按照实施例的两种可能的改型，所述内表面的各个下部组成对应于静止位 置的触点，和其上部组成对应于工作位置的触点，所述可移动触点可在与所述 片的内表面平行的方向位移，或也由凸出部分的组合形成片，可移动触点在对 应静止位置的一片的凸出部分和对应工作位置的另一片的凸出部分之间可向所 述片横向移动。按照实施例的第三种改型，所述致动器是一个压电电动机，一 方面包括一个能被压电或磁阻效应变形的部分和一个固定支撑，和另一方面构 成所述可移动触点的一个可移动部分，同时一方面在可变形部分和其固定支撑 之间，另一方面在可变形部分和形成可移动触点的部分之间，提供压电效应和 机械磨擦以引起所述可变形部分沿两横轴交替变形。

参考下述实施例进行解释使本发明的这些和其它目的将更明确，此实施例 只构成非限制性例子。

图1为一个基本电路图，表示移动电话机的发射级和接收级间的天线切换 装置。

图2和3表示根据本发明的天线切换装置的两个实施例。

图4表示带护罩的天线切换装置的例子。

图5表示根据本发明的天线切换装置的第三实施例。

图6是一个表示由不匹配引起的随频率增加的损耗，并说明提出的解决方 案。和

图7和8表示能改善所述不匹配的两种可行的配线图。

图1所表示的移动电话收发信机系统包括一个发射级1，一个接收级2， 一个天线3和能交替连接发射级输出或接收级输入的一个开关4。此开关4自 身包括连接天线3的一个可移动触点5，和连接发射级1的输出的一个第一固 定触点6和连接接收级2的输入的第二固定触点7。

因为与本发明无直接关系，发射级和接收级1和2未仔细描述。将只描述 包括如音频调制信号发生电路、变频器、带通滤波器、高频放大器串联的基本 元件的发射级，反过来，接收级包括如高频放大器、带通滤波器、变频器串联 的基本元件。

图2表示按照本发明的切换装置实施例的第一个例子。此装置为包括两个 固定片21和22的一个压电致动器和在两片之间的一个压电材料的可移动触点 23。两个固定片的内表面局部镀金属以构成电触点。在此所述的实施例中“局 部”理解为构成对应称为“静止”位置的触点的所述内表面各个下部101和102， 同样其上部103和104构成对应“工作”位置的触点。

此装置的操作如下。电极28和29向可移动触点23提供可使后者变形和 使其由“静止”位置改变到“工作”位置的控制电压；返回到“静止”位置发 生在控制电压结束时。可移动触点23末端的这种双向运动在图2中用双向箭 头来说明，在此表示为其处于位移中间的中间位置。可移动触点的大幅度压电 运动可由杠杆效应获得，也称为□放大致动器□。在此情况下，位移被乘以杠杆 轴向距离系数。

图3表示切换装置实施例的第二个例子，其中组成触点的电容器片(在此 指31和32)由能扩大有效电容器值的小圆柱形的组合构成。操作如下。标为 33的可移动触点此时沿与圆柱体平行的轴向(图3中的水平轴)朝该片方向横 移；触点33包括在其两个表面上的镀金属圆柱体131R和131T，当触点33在 控制电压影响下变形时圆柱体伸入到对应固定片的孔231R和231T中。当没有 此控制电压时，圆柱体131R与固定片31侧面上的孔231R形成高频触点电容 器以建立“静止”触点；当有此控制电压时，同样地圆柱体131T与固定片32 侧面上的孔231T构成电容器以建立“工作”触点。

通过例子对图2和3实施例中的可移动触点变形1mm可给出触点电容器 的值。在图2的实施例中，通过两个平板电容器实现每个触点，例如1□4mm 的有0.1mm的部件机械运动空间电容值为0.71pF。在图3的实施例中，由四 个例如长1mm直径2mm的圆柱体组成每个触点，所获电容值为2.2pF。

应注意，保持高频信号正常传播所需的线性特性阻抗可通过装置恰当的几 何尺寸获得(此阻抗是可移动触点形状及尺寸和装置接地护罩外型的函数，接 地作为整个传输线地线；图4表示此种护罩41安放的一个例子)。

图5所示的实施例的第三个例子利用带低幅度变形(10至20μm)的压电 效应，和在一个经受作为压电效应(或磁阻效应)后果的变形的部件51与一 方面一个固定片52和另一方面一个用作高频继电器移动触点的可移动部件53 之间的机械摩擦。控制压电部件51沿两垂直轴向(或通常横轴向)交替变形， 以使其表面切点沿图5所示圆柱体部分表示出的椭圆而运动，且通常使用微型 钛齿保证摩擦。此机械装置通常称为□压电电动机□，和此种装置的其它常规实 现也是公知的，其中可能提到在表面波动变形基础上产生的平移运动以保证摩 擦，或类似相对于这个圆环轴径向变形产生圆环的平移运动。其它元件相似， 通过片55上的电容效应可移动部分53的镀金属部分54实现此触点。

用于天线开关的压电电动机的主要优点在于完全省略了开关在切换过程外 的电功率消耗；此机械装置是自锁的。为控制移动，AC控制信号必须以由基 本的机械变形低值产生几伏量级的很低电压跟随两个轴向。所获的位移速度可 很高，因而适合于TDMA通信网中工作的天线切换产品所需的快速切换。通 过例子，以25μm变形驱动和以30kHz频率激励的一个压电电动机将具有等于 0.75m/s的位移速度，它在1ms内产生0.75mm的位移。

当然，本发明不限于上述实施例的例子，在其基础上可提出改型。例如， 在下面的样式中图2中的实施例可简化。可移动触点具有金属表面，但不连接 外部。这样“静止”位置的触点可通过固定金属片21(内表面101)和移动触 点之间，随后在同一个移动触点和固定金属片22(内表面102)之间的双重电 容效应实现。类似地，在“工作”位置，通过在固定金属片上部和移动触点之 间的双重电容效应产生连接。

另外，无论频率如何，电容效应的切换可能是不充分的。例如图6的曲线 A显示了因存在一个串联电容引起不匹配，在900MHz有1.8dB量级的损耗。 提供在工作频率具有与所述电容谐振的值的一个电感有助于补偿此不匹配，如 图6的曲线B所示。

可提出图7和8所示的两个布线图用来安放所述电感。在图7中在连接到 天线的公共输出上安装单个电感，用于形成在工作状态(发射级)和静止状态 (接收级)的两个连接电容CT和CR中的每个；电感可是传统的带铁或瓷芯 的空心扼流圈，或也可由线段形成，和其可安装在所述切换装置的内部或外部。 在图8中，提供两个电感81和82，一个在发射极和另一个在接收级，用于组 成每个电容CT和CR；此图可适用于非标准负载阻抗，或取决于继电器位置 用于补偿不同电容。在任何一情况中，在给定和唯一的工作频率上实现匹配。 如果想在较宽的频带上实现相同功能应使用组合有不同元件的适配电路，尤其 用以在多标准发射机/接收机情况下在两个特定频率优化同样功能。