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Reduktion der Verlustleistung eines Hochfrequenzleistungsverstaerkers in einem Mobilfunkgeraet durch Einschraenkung der nutzbaren Kanaele im Multislotbetrieb

IP.com Disclosure Number: IPCOM000030699D
Published in the IP.com Journal: Volume 4 Issue 9 (2004-09-25)
Included in the Prior Art Database: 2004-Sep-25
Document File: 2 page(s) / 34K

Publishing Venue

Siemens

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Abstract

Die Lastimpedanz eines Leistungsverstaerkers in einem Mobilfunkgeraet wird im Wesentlichen durch das Frontend und die Antenne bestimmt. Die Antenne wiederum ist dafuer verantwortlich, dass sich die Lastimpedanz der PA (Leistungsverstaerker) in Abhaengigkeit der Umgebungsbedingungen der Antenne (z.B. Freiraum oder Antenne mit der Hand abgedeckt) aendern kann. Aufgrund der fortschreitenden Miniaturisierung der Mobilfunkgeraete wird das Antennenvolumen immer weiter reduziert. Gleichzeitig sollen jedoch immer mehr Frequenzbaender abgedeckt werden, d.h. groessere Bandbreite bei immer kleinerem Antennenvolumen. Die Folge ist, dass die Antenne immer schlechter angepasst ist und insbesondere bei Fehlanpassung sehr grosse VSWR-Werte (Voltage Standing Wave Ratio) auftreten koennen. Die resultierenden Folgen werden beispielhaft an einem GPRS-Sender (General Packet Radio Service) erlaeutert. Infolge der durch die Antenne verursachten Fehlanpassung kann es zu einer erhoehten Stromaufnahme kommen. Ob sich der Strom bei Fehlanpassung erhoeht, haengt von der komplexen Lastimpedanz ab, die die PA infolge der Fehlanpssung sieht. Der Zusammenhang Strom gegen komplexe Lastimpedanz ist charakteristisch fuer einen bestimmten Leistungsverstaerker und kann mittels so genannter Stromkonturen sehr gut grafisch dargestellt werden. Der Strom aendert sich bei konstantem VSWR signifikant mit der Phase. Zusaetzlich sind die Stromkonturen frequenzabhaengig und rotieren im Smith Chart. In der Praxis ist daher zu beobachten, dass bei Fehlanpassung sich der Strom ueber das TX-Band deutlich aendert. Es gibt Kanaele, auf denen der Strom bei Fehlanpassung sinkt, waehrend auf anderen Kanaelen eine inakzeptable Stromerhoehung auftritt.

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Reduktion der Verlustleistung eines Hochfrequenzleistungsverstaerkers in einem Mobilfunkgeraet durch Einschraenkung der nutzbaren Kanaele im Multislotbetrieb

Idee: Andreas Langer, DE-Muenchen

Die Lastimpedanz eines Leistungsverstaerkers in einem Mobilfunkgeraet wird im Wesentlichen durch das Frontend und die Antenne bestimmt. Die Antenne wiederum ist dafuer verantwortlich, dass sich die Lastimpedanz der PA (Leistungsverstaerker) in Abhaengigkeit der Umgebungsbedingungen der Antenne (z.B. Freiraum oder Antenne mit der Hand abgedeckt) aendern kann. Aufgrund der fortschreitenden Miniaturisierung der Mobilfunkgeraete wird das Antennenvolumen immer weiter reduziert. Gleichzeitig sollen jedoch immer mehr Frequenzbaender abgedeckt werden, d.h. groessere Bandbreite bei immer kleinerem Antennenvolumen. Die Folge ist, dass die Antenne immer schlechter angepasst ist und insbesondere bei Fehlanpassung sehr grosse VSWR-Werte (Voltage Standing Wave Ratio) auftreten koennen. Die resultierenden Folgen werden beispielhaft an einem GPRS- Sender (General Packet Radio Service) erlaeutert. Infolge der durch die Antenne verursachten Fehlanpassung kann es zu einer erhoehten Stromaufnahme kommen. Ob sich der Strom bei Fehlanpassung erhoeht, haengt von der komplexen Lastimpedanz ab, die die PA infolge der Fehlanpssung sieht. Der Zusammenhang Strom gegen komplexe Lastimpedanz ist charakteristisch fuer einen bestimmten Leistungsverstaerker und kann mittels so genannter Stromkonturen sehr gut grafisch dargestellt werden. Der Strom aendert sich bei konstantem VSWR signifikant mit der Phase. Zusaetzlich sind die Stromkonturen frequenzabhaengig und rotieren im Smith Chart. In der Praxis ist daher zu beobachten, dass bei Fehlanpassung sich der Strom ueber das TX-Band deutlich aendert. Es gibt Kanaele, auf denen der Strom bei Fehlanpassung sinkt, waehrend auf anderen Kanaelen eine inakzeptable Stromerhoehung auftritt.

Im Multislotbetrieb hat diese Stromerhoehung schwerwiegende Auswirkungen, da die Verlustleistung im Leistungsverstaerker zunimmt. Die hohe Verlustleistung fuehrt zu einer entsprechenden Temperaturerhoehung im Geraet, die so hoch werden kann, dass die PA oder andere Komponenten beschaedigt oder in ihrer Funktionalitaet beeintraechtigt werden. Gemaess 3GPP TS 45.005 ist zwar mittlerweile eine Leistungsreduktion im Multislot-Betrieb erlaubt, wobei diese Reduktion der Leistung nicht ausreichend ist, um ohne weitere Massnahmen ein thermisch stabiles Verhalten des Geraetes zu gewaehrleisten. Ursache ist die schlechte Effektivitaet der PA im Back-off-Betrieb, wodurch die Verlustleistung der PA deutlich weniger abnimmt als aufgrund der Leistungsreduktion zu erwarten waere. Eine Fehlanpassung bei einem Mobilfunkgeraet ist keine Ausnahme, sondern die Regel. Angepasste Verhaeltnisse liegen nur vor, wenn das Geraet ueber die Antennenbuchse betrieben wird. Wird hingegen die Antenne genutzt, so muss beispielsweise fuer den Fall "Geraet am Ohr" mit einer VSWR vo...