RF开关设备

摘要

在用于对无线电单元(DRU)中的RF信号进行转换的设备(11)中提供了：用于安装在所述无线电单元的印刷电路板(PCB)上的RF匹配卡夹具(12)，所述卡夹具具有其中所支持的多个信号耦合接触元件(15)；要容纳在所述卡夹具中的可选位置的RF匹配开关卡(13)；位于所述开关卡的至少一个侧面(13A，13B)上的多组接触垫(分别为16和17)；以及在每组的选定接触垫之间延伸的信号路径(SP)。

权利要求

1.一种用于对无线电单元(DRU)中的高功率RF信号进行转换的设备(11)，其特征在于：-用于安装在所述无线电单元的印刷电路板(PCB)上的RF匹配卡夹具(12)；

-在所述卡夹具中所支持的多个信号耦合接触元件(15)；

-适于容纳在所述卡夹具中的可选位置的RF匹配开关卡(13)；

-位于所述开关卡的至少一个侧面(13A，13B)上的多组接触垫(分别为16和17)；以及-在每组的选定接触垫之间延伸的信号路径(SP)；并且

其中

在所述开关卡(13)上的每组接触垫(分别为16和17)中提供用于将指示所述开关卡(13)在所述卡夹具(12)中的位置(I或II)的信号耦合到所述无线电单元(DRU)的所述印刷电路板(PCB)的接触垫(PI OUT)；和/或在所述开关卡(13)上的每组接触垫(分别为16和17)中提供用于将指示所述开关卡(13)的关于其完全插入到所述卡夹具(12)中的状态的信号耦合到所述无线电单元(DRU)的所述印刷电路板(PCB)的接触垫(SS OUT)。

2.如权利要求1所述的设备(11)，其特征在于提供两组接触垫(分别为16和17)，其中在所述开关卡的第一和第二侧面(分别为13A和13B)的每一个上各有一组接触垫。

3.如权利要求2所述的设备(11)，其特征在于所述开关卡(13)在其每个侧面(分别为13A和13B)上具有不同图案的信号路径(SP)，其根据所述开关卡在所述卡夹具(12)中的位置将所述开关卡(13)设置在不同操作模式。

4.如权利要求1-3中任一项所述的设备(11)，其特征在于所述开关卡(13)是或者包括印刷电路板形式的开关板(14)。

5.如权利要求4所述的设备(11)，其特征在于所述开关卡(13)或开关板(14)包含集成芯片组件(20)。

6.如权利要求1-3中任一项所述的设备(11)，其特征在于所述信号耦合接触元件是在所述卡夹具(12)的结构部件(19)上浮动支持的接触弹簧(15)，以用于在使用时与所述无线电单元(DRU)的所述印刷电路板(PCB)上的接触垫(18)和所述开关卡(13)的接触垫(16或17)相接触。

说明书

RF开关设备

技术领域

[0001] 本发明涉及用于传送和接收无线电信号的无线电单元。

背景技术

[0002] 开关通常在电子器具中用于路由RF信号。对于这样的开关而言，过去已经众所周知的是使用继电器类型的机电开关。这种现有技术的机电类型的开关已经被成功用在其中应当在不同方向上耦合无线电信号的许多应用中。主要认为它们受益于可靠以及很适用于高功率RF应用和用于更高频率范围。因此，它们仍然用于电信领域内的若干应用；尽管它们的生产成本相对高并且空间需求相当大。质量问题也很频繁，从而导致用于处理和更换这些继电器的大量时间消耗以及可观的额外成本。

[0003] 在相关的通信领域中，已经普遍将半导体类型的元件(如晶体管或二极管)用于RF开关。这样的开关并没有表现出最优的开关特性，并且一般不被选择用于高功率应用。具体而言，它们在更高频率应用中的使用由于它们表现出在闭合时跨开关的高损耗以及打开时的信号泄漏这一事实而成问题。还存在出现于半导体类型的开关的应用中的隔离问题，从而需要尤其高效的屏蔽。

[0004] 因此，在RF通信领域中而且具体是在高功率RF应用中传统上所使用的信号开关设备并不令人满意，并且相当需要进行研发来解决所提出的涉及以降低的成本和低空间需求来提供可靠RF信号转换(switching)的问题。

发明内容

[0005] 本发明的总体目的是实现在电子器具中对多个射频信号进行空间高效并且成本有效的转换。

[0006] 特别地，本发明的目的在于提供一种用于在无线电单元中在不同方向上耦合多个无线电信号的改进设备，所述设备具有低空间需求和低生产成本。

[0007] 这个和其他目的通过如所附专利权利要求中所定义的发明来实现。

[0008] 为了实现以上提到的目的，本发明提供了一种用于在无线电单元中对高功率RF信号进行转换的有效、紧凑且可靠的设备。简而言之，本发明提供了一种开关设备，该开关设备包括：RF匹配卡夹具(cardholder)，用于安装在印刷电路板上并具有在其中所支持的信号接触元件；以及RF匹配开关卡，要容纳(receive)在所述夹具中的可选(alternative)位置并且在其至少一个侧面上具有多组接触垫以及在每组的选定接触垫之间延伸的信号路径。

[0009] 在本发明的一个实施例中，所述开关卡上的多组接触垫被分别提供在所述卡的上侧面和下侧面。

[0010] 通过在所述卡的每个侧面上提供不同图案的信号路径，所述设备将根据卡在夹具中的位置而被设置在不同操作模式。

[0011] 在从属权利要求中指定了基本创造性思想以及其实施例的进一步优选研发。

[0012] 除以上所描述的那些优势之外，通过阅读以下对本发明实施例的详细描述将会很容易明白本发明所提供的优势。

附图说明

[0013] 将参考以下结合附图所进行的描述，最佳地理解本发明连同其进一步的目的和优势，其中：

[0014] 图1是具有两种可选开关模式(switching mode)的现有技术的继电器类型开关配置的示意图；

[0015] 图2A是处于第一开关模式的本发明的同样具有两种可选开关模式的开关配置的示例性实施例的示意图；

[0016] 图2B是处于第二开关模式的本发明的开关配置的示例性实施例的示意图；

[0017] 图3是本发明的开关卡设备的示例性实施例的顶部透视图；

[0018] 图4是穿过图3的示例性开关卡设备的部分纵截面示意图；

[0019] 图5A是在本发明的开关设备中使用的示例性开关卡的第一侧面布局的仅示意性图示；

[0020] 图5B是图5A的示例性开关卡的第二侧面布局的仅示意性图示。

[0021] 缩写

[0022] PCB-印刷电路板

[0023] DRU-无线电单元

[0024] RF-射频

具体实施方式

[0025] 贯穿该说明书，参考旨在用于无线电单元的RF开关应用以及具体地参考高功率RF信号应用，所述无线电单元用于传送和接收无线电信号。要强调的是，进行这样的参考是为了描述本发明的示例性应用和优选实施例，而并非意在将本发明限制于任何特定的无线电通信应用或者限定于任何特定功率范围或者具体地限定于这样的应用的细节。

[0026] 在用于传送和接收无线电信号并且即在电信领域中使用的现有无线电单元中，在应当在不同方向耦合无线电信号的情况下，已经普遍利用来自软件的控制信号来使用多个继电器开关。在图1中图示了这种典型的现有开关配置，其用于对电信领域中所使用的无线电单元中的高功率信号进行转换。在该开关配置中，三个具有远程电子开关的继电器开关1-3连接到无线电单元(未具体图示)的PCB。所图示的典型开关配置通常涉及传送和接收无线电单元，所述无线电单元要求具有双模式开关功能的转换配置。在第一模式中，两个单独RF信号S1和S2分别从各自输入S1 IN(输入)和S2 IN通过各自继电器开关1、3和2而传递到各自的输出S1 OUT(输出)和S2 OUT。在第二模式中，RF信号S1和S2在组合器或混合器5中进行组合，并且组合信号S1+S2通过继电器开关3传递到共同输出S1+S2 OUT，所述继电器开关3在第一模式中将第一信号S1传递到其输出S1OUT。

[0027] 利用这样的常规解决方案，相当大的PCB面积被继电器开关组件1-3所占据，并且组件成本很高。继电器概念基于通过利用螺线管将继电器开关的接触表面拉至彼此接合来连接信号的原理。此概念可能牵涉严重的故障风险，尤其在多年使用之后。在继电器1-3的每一个中还存在相当大的功耗。如所提到的，这些继电器的质量问题已经成为问题，从而导致高时间消耗和额外成本。除了可质疑的长期功能性和相当高的功耗之外，这使得基于这种继电器的开关配置不大有吸引力。

[0028] 一般的事实是，在DRU单元的研发中，过去已经试图尝试并减少空间和成本。存在许多降低成本的方式，如通过设计生产较为便宜的组件、减少PCB面积、设计模块、简化设计、去除特征和/或功能、降低重量等。依据本发明所提出的解决方案，实现了大多数的有利改进(即使不是所有这些期望的改进)。基本上，利用根据本发明的解决方案所实现的空间需求降低甚至可以使得在未来的DRU项目中减小整个PCB的尺寸以及其他修改成为可能。

[0029] 以下将参考在附图2A-B、3-4和5A-B中所图示的本发明的示例性实施例来对其进行解释。在所述附图中公开了创造性开关配置的仅示意性实施例。与图1的典型现有继电器开关类型配置类似，所图示的本发明实施例都是针对具有双模式开关功能的转换配置。然而应该强调的是，本发明不应当被限制于这样的双模式功能。而是，本发明同样可用于其他类型的转换配置，其中将要传递附加信号，继而需要附加的模式功能。一般来讲，通过以下描述将变得清楚的是，因此本发明在实际极限内涵盖用于根据不同应用的需要以任选数量的模式对多个RF信号进行转换的实施例。

[0030] 在图2A-B中仅示意性地公开了创造性开关配置的第一示例性实施例，其可应用于对无线电单元DRU中的高功率RF信号进行转换。一般来讲，该特定实施例旨在用于约1W及更高的高功率RF信号。然而，应该强调的是，本发明并不局限于这样的高功率范围规格。如以上所讨论的，在所图示的实施例中其同样可用于在一种模式中将两个单独RF信号S1和S2从各自输入S1 IN和S2 IN传递到各自输出S1 OUT和S2 OUT；并且在第二种模式中对RF信号S1和S2进行组合并且将组合信号S1+S2传递到共同输出S1+S2 OUT。具体参见图2A-B，本发明提供了一种包括信号开关设备或模块11的开关配置。与现有继电器类型开关配置形成明显对比，所述开关设备11包括RF匹配卡夹具12，所述RF匹配卡夹具12旨在用于安装在无线电单元(未具体引用)的非常一般表示的PCB上并且与之连接。设备
11还包括适于容纳在卡夹具12中的RF匹配开关卡13。本发明是基于具有以下开关卡13的概念：所述开关卡13在卡的不同部分上被提供有不同信号接触布局并且适于容纳在卡夹具12中的可选位置。由此，卡夹具12和卡13的组合将根据卡13在夹具12中的所选择位置而提供期望的双模式功能。

[0031] 在图2A-2B的实施例中，两个RF信号输入S1和S2分别从PCB连接到卡夹具12，所述卡夹具12还连接到地G。信号输出S1 OUT、S2 OUT同样从卡夹具12连接到PCB。最后，PCB上的组合器5连接到卡夹具12。具体地，在图2A中图示了第一开关模式卡位置I。在所述第一卡位置I，信号输入S1 IN和S2IN由开关卡13单独路由至PCB上的信号输出SI OUT和S2 OUT，而没有信号通过组合器5被路由。

[0032] 对于第二模式功能，开关卡13在图2B所示的第二开关模式卡位置II被插入卡夹具12中。在所述第二卡位置II，信号S1和S2由开关卡13分别从信号输入S1 IN和S2 IN路由至组合器5上的单独信号连接(未具体表示)，组合信号S1+S2从所述组合器5连接回到卡13。该组合信号S1+S2接着由卡13路由至PCB上的组合信号输出S1+S2OUT。对于该组合信号输出S1+S2 OUT，可被用作单独连接或单独信号输出连接之一。

[0033] 如所描述的，本发明在用于其中要在不同方向上对无线电信号进行耦合的应用中(如用于接触开关中)时提供显著的成本降低。实际上，与现有继电器类型的开关配置相比，本发明的夹具和双模式卡组合在DRU应用中可以使价格下降90％以上。该配置的另一实质性好处是在应用中仅存在两种状态模式的情况下可以将多个开关功能集成在提供两种基本模式的一个组件中。此外，所提出的开关设备仅使用一个组件即双位置/双模式开关卡而不是根据应用的三个或可能更多的继电器，这提供了相当多的材料和/或重量减少。该创造性开关设备的其他好处在于：降低的功耗、质量问题更少、节省了PCB面积、更低的组件成本、更易于后勤(logistics)处理以及无屏蔽的简单设计。开关功能的鲁棒和人工处理还能够提高产品的产量。

[0034] 现在将参考图3-4和5A-B来描述根据本发明的开关设备11的实际实施例。在图3中，卡夹具12被图示为表面安装于用于传送和接收RF信号的无线电单元DRU的部分所示PCB。优选地，卡夹具部件12由适当的高温塑料制成。所用介质的ε值(介电常数)对于功能而言很重要，原因在于其影响RF性能。接触弹簧15形式的多个信号耦合接触元件被浮动支持在卡夹具12的结构部件19上。所述接触元件15被提供用于在使用时与DRU电路板PCB上的接触垫18相接触并且用于在所述PCB接触垫18和稍后描述的开关卡13的接触垫16、17之间建立信号连接。在示例性实施例中，卡夹具12具有二十个接触弹簧15(每侧十个)，以提供准确的接触力。所述接触弹簧15被示为浮动支持在通常由上壁12B和端壁12C限定的卡容纳空间或型腔(pocket)12A内。在每个信号接触S之间存在地接触G以实现正确的信号性能。

[0035] 在图3、4和5A-B所示的创造性设备或模块11的实际实施例中，具有第一侧面13A(图3中的上平侧面)和相对的第二侧面13B(图3中的下平侧面)的双侧开关卡13与卡夹具12一起使用。在该示例性实施例中，卡13在每个侧面13A、13B上具有不同的接触图案或布局，其根据开关卡在夹具12中的位置将开关卡13设置在不同操作模式。具体地，提供有两组接触垫16、17，其中在开关卡13的第一和第二侧面13A和13B的每一个上各有一组接触垫。信号路径SP在每组的选定接触垫16、17之间延伸以便为所述设备所执行的开关功能建立两种不同模式。

[0036] 开关卡13的每个侧面13A、13B优选地被提供有指示开关卡13在卡夹具12中的功能位置的装置。卡13在被插入夹具12中时所进入的功能位置取决于其如何转动，或者换句话说取决于其第一和第二侧面13A和13B中的哪一面分别朝下与耦合接触元件15相接触。位置指示装置可以包括分别处于开关卡13上的每组接触垫16和17中的接触垫PI OUT，用于将信号耦合到DRU的印刷电路板PCB以确认开关卡13已经被正确插入卡夹具12中的选定位置。同样，开关卡13的每个侧面13A、13B优选地被提供有指示开关卡13关于其完全插入卡夹具12的状态的装置。所述状态指示装置同样可以包括分别处于开关卡13上的每组接触垫16、17中的接触垫SS OUT，以用于将信号耦合到DRU的印刷电路板PCB以确认开关卡13已经被完全插入卡夹具12。

[0037] 现在会意识到，如在图5A-5B的实施例中，在其不同的第一和第二侧面13A、13B上具有不同布局的开关卡13，使得可能将所公开的夹具和卡模块11用在用于执行参考图2A-2B所讨论的双模式开关功能的配置中。因此，当将图5A-5B的卡13置入夹具的卡容纳空间12A中并且其具有接触垫组16(图5A)的第一侧面13A面对接触元件15时，这对应于图2A的卡位置I。特别地，将会看到，所述第一卡侧面13A的布局的信号路径SP将信号输入S1 IN和S2 IN直接路由至各自的信号输出S1 OUT和S2 OUT。同样，当将图5A-5B的卡
13置入夹具的卡容纳空间12A中并且其具有接触垫组17(图5B)的第二侧面13B面对接触元件15时，这对应于图2B的卡位置II。特别地，将会看到，所述第二卡侧面13B的布局的信号路径SP将信号输入S1 IN和S2IN路由至组合器，并接着将组合信号输出S1+S2从所述组合器路由至指定的信号输出S1+S2 OUT。

[0038] 图5A-5B还指示了该创造性卡13的可能进一步研发，据此开关卡13本身可以由印刷电路板形式的开关板14制成或者可替代地可以包括所述开关板14。这样的卡可由标准PCB材料制成，但是应当与其将被用于的特定应用相匹配。使用这种PCB类型的开关卡13或开关板14，还将可能集成开关卡13上的一个或多个芯片组件20(见图5A)以向设备
11分配进一步的功能。

[0039] 虽然已经具体参照本发明的实际实施例以及其在无线电单元中的示例性应用对本发明进行了描述和说明，但是本发明决不能被限制于这样的实施例或这样的应用。因此，在本发明的最宽范围之内，本发明的基本原理可应用于需要对RF信号进行转换的目前或未来的任意类型的电子器具。

[0040] 在本发明的可替换的但没有具体说明的实施例中，可以采用开关配置的变型而不背离本发明的范围。其一个示例在理论上可能是这样的变型：在卡的同一侧面上具有两种不同布局或图案，其位于靠近所述卡的各自短端(short end)的区域。换句话说，为了改变这种卡的位置，其不会被颠倒而是绕与其上下平侧面垂直的轴线进行旋转。在进一步的变型中，甚至可能通过在其第一和第二平侧面的每一个上具有两个这样的卡端区域布局来提供四模式转换配置。

[0041] 本发明同样涵盖了旨在用于其他应用的包括所述设备的不同所示部分的修改设计在内的其他配置。在本发明所涵盖的这样的修改中有：夹具接触元件的形状和数量、实际卡夹具结构、卡和卡夹具的大小、连接数量等。

[0042] 虽然已经结合目前认为是本发明的最实际、优选的实施例及应用对本发明进行了描述和说明，但是应当理解的是，本发明决不局限于此类所公开的实施例和应用。因此，本发明旨在覆盖所附权利要求内所包括的各种修改和等同布置。