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Elektrisches
Multiband-Bauelement
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Es
wird ein elektrisches Multiband-Bauelement angegeben.
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Ein
Multiband-Bauelement mit einem Triplexer ist aus der Druckschrift
US 2003/0124984 A1 bekannt.
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Ein
Multiband-Bauelement mit einem Triplexer und einem mit akustischen
Oberflächenwellen
arbeitenden Bandpassfilter in einem GPS-Pfad ist aus der Druckschrift
US 2004/0116098 A1 bekannt.
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Eine
zu lösende
Aufgabe besteht darin, ein elektrisches Multiband-Bauelement anzugeben,
bei dem auch bei Datenübertragung
in übrigen
Frequenzbändern
ein in hohem Maße
störungsfreier Empfang
in einem bestimmten Frequenzband möglich ist.
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Es
wird ein elektrisches Multiband-Bauelement angegeben, das mindestens
drei Signalpfade zur Übertragung
von Signalen in jeweils einem Frequenzband aufweist. Das Bauelement
umfasst eine Frequenzweiche, an die eingangsseitig ein Antennenpfad
und ausgangsseitig die Signalpfade angeschlossen sind, wobei in
mindestens einem der Signalpfade ein Bandpassfilter angeordnet ist,
das ein Double Mode SAW Filter (Resonatorfilter mit akustisch gekoppelten
Wandlern) umfasst.
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Unter
einem DMS-Filter versteht man ein mit akustischen Oberflächenwellen
arbeitendes Resonatorfilter mit akustisch gekoppelten Wandlern.
Das DMS-Filter umfasst wenigstens eine akustische Spur, die durch
zwei Reflektoren begrenzt ist und die eine Wandleranordnung mit
mindestens drei Wandlern umfasst.
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Das
Multiband-Bauelement zeichnet sich durch eine niedrige Einfügedämpfung in
Durchlassbereichen der Signalpfade aus. Der Signalpfad mit dem darin
angeordneten DMS-Filter weist eine hohe Isolation – in einer
Variante mehr als –40
dB – gegen weitere
Signalpfade auf.
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Das
DMS-Filter ist vorzugsweise als ein SAW-Chip realisiert. In einer
bevorzugten Variante umfasst das angegebene Multiband-Bauelement
ein Trägersubstrat,
auf dem der SAW-Chip angeordnet ist.
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Das
Trägersubstrat
umfasst Metallisierungsebenen und zwischen diesen angeordnete dielektrische
Schichten vorzugsweise aus Keramik oder einem Laminat.
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Weitere
Komponenten des Bauelements, z. B. Tiefpassfilter, Diplexer oder
Anpassnetzwerke zur Anpassung der Ausgangsimpedanz von Signalpfaden
können
im Trägersubstrat
integriert oder auf der Oberseite des Substrats montiert sein. Insbesondere kann
die genannte, antennenseitig angeordnete Frequenzweiche zumindest
teilweise im Trägersubstrat integriert
sein. Die Integration im Substrat bedeutet, dass Schaltungselemente
als Leiterbahnen in mindestens einer der Metallisierungsebenen des
Trägersubstrats
ausgebildet sind.
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Der
erste und der zweite Signalpfad ist vorzugsweise jeweils ein Sendeempfangspfad.
Der dritte Signalpfad ist vorzugsweise ein Empfangspfad.
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Der
erste Signalpfad wird vorzugsweise für ein Frequenzband mit einer
Mittenfrequenz bis ca. 1 GHz oder bis 900 MHz benutzt. Der zweite
Signalpfad wird vorzugsweise für
ein Frequenzband mit einer Mittenfrequenz ab ca. 1800 MHz benutzt.
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Das
angegebene Multiband-Bauelement ist insbesondere zur Trennung von
verschiedenen Mobilfunkbändern
und zur Übertragung
von Daten in einem zusätzlichen
Frequenzband vorgesehen. In einer bevorzugten Variante ist das erste
und das zweite Frequenzband Mobilfunkbänder und das dritte Frequenzband
ein GPS-Band.
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Für die Mittenfrequenz
f1 des ersten Frequenzbandes, die Mittenfrequenz
f2 des zweiten Frequenzbandes und die Mittenfrequenz
f3 des dritten Frequenzbandes gilt z. B.
f1 < f3 < f2. In einer Variante gilt: f3 > 2f1 und/oder
f3 < f2 < 1,5f3.
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Das
erste Frequenzband kann z. B. ein AMPS-Band für ein CDMA-Übertragungsverfahren
sein (AMPS = Advanced Mobile Phone System, CDMA = Code Division
Multiple Access). Dies entspricht einem Frequenzband 824–894 MHz
mit einer Mittenfrequenz f1 von 859 MHz.
Dem ersten Frequenzband ist der erste Signalpfad zugeordnet.
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Das
dritte Frequenzband ist vorzugsweise den GPS-Signalen zugeordnet.
GPS steht für
Global Positioning System mit einem Frequenzband von 1574.42–1576.42
MHz und einer Mittenfrequenz f3 von 1575.42
MHz. Dem dritten Frequenzband ist der dritte Signalpfad zugeordnet.
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Das
zweite Frequenzband ist z. B. einem PCS-Band (PCS = Personal Communication
System) 1850–1990
MHz mit einer Mitten frequenz f2 von 1920
MHz zugeordnet. Dem zweiten Frequenzband ist der zweite Signalpfad
zugeordnet.
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Das
angegebene Multiband-Bauelement ist aber auf eine Triband-Ausführung nicht
beschränkt. Es
können
auch weitere Signal- bzw. Datenübertragungspfade,
z. B. jeweils ein Pfad für
die Übertragung
von UMTS- bzw. Bluetooth-Daten vorgesehen sein.
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Die
Frequenzweiche ist vorzugsweise ausschließlich aus passiven Schaltungselementen
wie z. B. Kapazitäten
und Induktivitäten
aufgebaut. Dies hat den Vorteil eines geringen Stromverbrauchs in
einem Endgerät.
Zumindest ein Teil der Komponenten oder alle Komponenten der Frequenzweiche
können
im Trägersubstrat
integriert werden. Möglich
ist aber auch, dass mindestens eine Komponente der Frequenzweiche
als Chip ausgebildet ist, der auf diesem Substrat montiert ist.
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Die
Chips können
oberflächenmontierbare Kontakte
(SMD-Kontakte) aufweisen.
Die Chips können
auch jeweils als ein Bare-Die ausgebildet sein, der mittels Bonddrähten mit
dem Trägersubstrat
elektrisch verbunden ist. Die Chips, insbesondere der SAW-Chip,
können
alternativ auf dem Trägersubstrat in
Flip-Chip-Anordnung montiert sein.
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Ferner
wird angenommen, dass das Bandpassfilter im dritten Signalpfad angeordnet
ist.
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Die
Frequenzweiche ist vorzugsweise mehrstufig ausgebildet. Die Frequenzweiche
umfasst in einer Variante einen ersten Diplexer und einen zweiten
Diplexer, wobei der zweite und der dritte Signalpfad mittels des
zweiten Diplexers zu einem gemeinsamen Pfad zusammengefasst sind,
und wobei der gemeinsame Pfad und der erste Signalpfad mittels des
ersten Diplexers zum Antennenpfad zusammengefasst sind.
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Der
erste Diplexer umfasst einen vorzugsweise an den ersten Signalpfad
angeschlossenen ersten Tiefpass und einen vorzugsweise an den gemeinsamen
Pfad angeschlossenen ersten Hochpass. Der zweite Diplexer umfasst
einen vorzugsweise an den dritten Signalpfad angeschlossenen zweiten
Tiefpass und einen vorzugsweise an den zweiten Signalpfad angeschlossenen
zweiten Hochpass.
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Das
Bandpassfilter kann ein Sperrband, d. h. eine besonders hohe Unterdrückung von
Signalen im ersten oder zweiten Frequenzbereich aufweisen.
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Der
zweite Hochpass kann eine Übertragungsfunktion
aufweisen, die eine Polstelle bei einer im Wesentlichen im ersten
oder im dritten Frequenzband liegenden Frequenz hat.
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Das
Double Mode SAW Filter kann eine oder mehrere akustische Spuren
mit jeweils einer Anordnung aus mehreren in Reihe angeordneten Wandlern umfassen.
Vorzugsweise sind mehrere parallel geschaltete Eingangswandler und
mehrere parallel geschaltete Ausgangswandler vorgesehen. Die Wandleranordnung
umfasst in einer Variante mindestens fünf Wandler, wobei Einuns Ausgangswandler
der jeweiligen akustischen Spur vorzugsweise abwechselnd angeordnet
sind. In einer Variante ist zwischen jeweils zwei Ausgangswandlern
ist ein Eingangswandler angeordnet. In einer weiteren Variante ist zwischen
zwei Eingangswandlern ein Ausgangswandler angeordnet.
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Das
Bandpassfilter kann ferner mindestens einen SAW-Resonator umfassen,
welcher dem Double Mode SAW Filter vor- oder nach geschaltet ist.
Möglich
ist es auch, einen Resonator vorzuschalten und einen weiteren Resonator
nachzuschalten. Der SAW-Resonator umfasst z. B. einen Wandler, der
zwischen zwei Reflektoren angeordnet ist.
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Der
SAW-Resonator kann ein Serien- oder Parallelresonator sein. Ein
Serienresonator wird im Signalpfad und Parallelresonator in einem Querzweig
zwischen dem Signalpfad und Masse geschaltet.
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Der
hier genannte mindestens eine SAW-Resonator kann auch durch mindestens
ein Ladder-Type-Glied bzw. eine Ladder-Type-Anordnung von SAW-Resonatoren ersetzt
werden, welche mindestens einen Serienresonator und mindestens einen
Parallelresonator umfasst.
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Das
Bandpassfilter kann in einer Variante einen symmetrischen Ausgang
aufweisen. Dabei kann das DMS-Filter vorteilhafterweise als ein
Balun benutzt werden.
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Im
ersten Signalpfad kann ein dritter Tiefpass angeordnet sein, der
Signale des zweiten und des dritten Frequenzbandes unterdrückt. Seine Übertragungsfunktion
kann eine Polstelle bei einer im Wesentlichen im zweiten oder im
dritten Frequenzband liegenden Frequenz aufweisen.
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Nach
dem zweiten Hochpass kann ein Anpassnetzwerk zur Anpassung der Ausgangsimpedanz
des zweiten Signalpfades für
das vorgegebene zweite Frequenzband angeordnet sein. Nach dem Bandpassfilter
kann auch ein Anpassnetzwerk zur Anpassung der Ausgangsimpedanz
des dritten Signalpfades für
das vorgegebene dritte Frequenzband angeordnet sein.
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Mindestens
einer der Signalpfade kann z. B. mittels eines Duplexers oder eines
Umschalters in einen Empfangszweig und einen Sendezweig verzweigt
sein. Duplexer und Umschalter sind vorzugsweise auf dem Trägersubstrat
angeordnet.
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In
einer vorteilhaften Variante ist es vorgesehen, dass die Frequenzweiche
das im dritten Signalpfad angeordnete Bandpassfilter mit einer DMS-Spur und
einen Diplexer zur Trennung von Signalen des ersten und des zweiten
Frequenzbandes umfasst. Das Bandpassfilter ist in diesem Fall direkt,
d. h. ohne einen vorgeschalteten Diplexer an den gemeinsamen Antennenpfad
angeschlossen. Die Frequenzweiche wird dabei als Triplexer betrachtet.
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Das
Multiband-Bauelement kann als ein kompaktes, vorzugsweise SMD-fähiges Chip
realisiert sein, das im Weiteren auch Frontend-Modul genannt wird.
Dieser Chip kann in einem Bauteil insbesondere die folgenden Komponenten
(ggf. pro Signalpfad) umfassen: 1) einen Duplexer, 2) im Sendezweig
des Signalpfades einen Leistungsverstärker, einen Leistungsdetektor,
einen Richtkoppler, mindestens einen Umschalter z. B. zur Steuerung
des Verstärkers.
Die Integration eines Bandpasses am Eingang des Leistungsverstärkers ist
vorgesehen. Neben den genannten Komponenten eines Sendepfades können im
selben Modul auch Komponenten mindestens eines Empfangspfades, z.
B. ein LNA und/oder ein Bandpassfilter realisiert sein.
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Im
Folgenden wird das angegebene Multiband-Bauelement und seine vorteilhaften
Ausgestaltungen anhand von schematischen und nicht maßstabsgetreuen
Figuren erläutert.
Es zeigen:
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1 ein
Ersatzschaltbild eines Triband-Bauelements mit zwei hintereinander
geschalteten Diplexern und einem DMS- Filter;
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2 im
Querschnitt den Aufbau des Multiband-Bauelements;
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3 eine
beispielhafte Realisierung der Schaltung gemäß 1;
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4 ein
Bandpassfilter mit einem DMS-Filter;
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5 Übertragungsfunktionen
von Signalpfaden des Multiband-Bauelements;
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6 den
prinzipiellen Aufbau eines Frontend-Moduls, das einen Duplexer und
einen im ersten Signalpfad angeordneten Sendeverstärker umfasst;
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7 den
prinzipiellen Aufbau eines Frontend-Moduls, das in zwei Signalpfaden
jeweils einen Duplexer und einen Sendeverstärker umfasst.
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1 zeigt
ein Blockschaltbild einer Schaltung, die in einem beispielhaften
Multiband-Bauelement realisiert ist. Eine Frequenzweiche 40 ist
eingangsseitig an einen Antennenpfad 123 und somit an ein
Eingangstor IN – den
Antenneneingang des Bauelements – angeschlossen. Die Frequenzweiche 40 eröffnet Signalpfade 1, 2 und 3.
Der erste Signalpfad 1 ist an ein erstes Ausgangstor OUT1,
der zweite bzw. dritte Signalpfad 2, 3 am ein zweites bzw.
drittes Ausgangstor OUT2, OUT3 angeschlossen.
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Die
Frequenzweiche 40 weist hintereinander geschaltete Diplexer
auf. Die Frequenzweiche 40 umfasst einen an die Antenne
angeschlossenen ersten Diplexer 41 zur Trennung von Signalen des
ersten Frequenzbandes, die in den ersten Signalpfad 1 geleitet
werden, von den Signalen des zweiten und des dritten Frequenzbandes,
die in einen für
diese Bänder
gemeinsamen Pfad 23 geleitet werden.
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Im
gemeinsamen Pfad 23 ist ein zweiter Diplexer 42 angeordnet,
der zur Trennung von Signalen des zweiten Frequenzbandes, die in
den zweiten Signalpfad 2 geleitet werden, von den Signalen
des dritten Frequenzbandes, die in den dritten Signalpfad 3 geleitet
werden, vorgesehen.
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Der
erste Diplexer 41 umfasst einen im ersten Signalpfad angeordneten
Tiefpass 11 sowie einen im gemeinsamen Pfad 23 angeordneten
Hochpass 230. Der zweite Diplexer 42 umfasst einen
im dritten Signalpfad angeordneten Tiefpass 31 sowie einen
im zweiten Pfad 2 angeordneten Hochpass 21.
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Im
ersten Signalpfad 1 (z. B. Cell) ist nach dem Tiefpass 11 ein
weiterer Tiefpass 12 angeordnet. Im zweiten Signalpfad 2 (z.
B. IMT = International Mobile Telecommunications oder PCS) ist nach
dem Hochpass 21 ein Anpassnetzwerk 22 zur Anpassung der
Ausgangsimpedanz des zweiten Ausgangstores OUT2 an eine Referenzimpedanz,
z. B. 50 Ohm angeordnet. Das Anpassnetzwerk 22 kann im
Trägersubstrat
integriert sein oder als ein Chip vorhanden sein, der auf dem Substrat
montiert wird.
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Im
dritten Signalpfad 3 (z. B. GPS) ist hinter dem Tiefpass 31 ein
Bandpassfilter 32 angeordnet, das ein DMS-Filter z. B.
gemäß 4 umfasst.
Im dritten Signalpfad 3 ausgangsseitig, d. h. nach dem Bandpassfilter 32 ist
ein Anpassnetzwerk 33 zur Anpassung der Ausgangsimpedanz
des dritten Ausgangstores OUT3 angeordnet.
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Möglich ist
es auch, im ersten Signalpfad 1 ausgangsseitig, d. h. nach
dem Tiefpass 12 ein Anpassnetzwerk zur Anpassung der Ausgangsimpedanz
des ersten Ausgangstores OUT1 anzuordnen.
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Das
Multiband-Bauelement kann neben den in 1 gezeigten
Diplexern, Filtern und Anpassnetzwerken noch weitere, hier nicht
gezeigte Komponenten umfassen.
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In 2 ist
ein Querschnitt des Multiband-Bauelements gezeigt. Das Bauelement
umfasst ein Trägersubstrat 90,
das mehrere Metallisierungsschichten mit dazwischen angeordneten
dielektrischen Lagen umfasst. An der Unterseite des Substrats sind
Kontakte vorgesehen, die zur SMD-Montage des Bauelements auf einer
hier nicht gezeigten Leiterplatte geeignet sind. auf der Substratoberseite ist
das als SAW-Chip realisierte Bandpassfilter 32 sowie in 3 gezeigte,
hier als diskrete Komponenten bzw. Chips ausgebildete Induktivitäten L1 und
L3 angeordnet. Die Induktivität
L1 ist dabei im Tiefpassfilter des ersten Diplexers 41 und
die Induktivität
L3 im Hochpassfilter 21 des zweiten Diplexers 42 angeordnet.
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In
einer weiteren Variante ist es möglich,
die Induktivitäten
L1 und L3 in mindestens einer Metallisierungsebene des Trägersubstrats 90 als
strukturierte, z. B. mäanderförmig gefaltete
oder spiralförmige
Leiterbahnen zu realisieren. Teile einer Induktivität können in
verschiedenen Metallisierungsebenen angeordnet und mittels vertikaler
Durchkontaktierungen leitend miteinander verbunden sein.
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Die
dielektrischen Lagen des Trägersubstrats
sind vorzugsweise aus einem keramischen Material, z. B. LTCC (LTCC
= Low- Temperature
Cofired Ceramics). Kunststoff mit vorzugsweise einer hohen Dielektrizitätskonstante ε > 10 kommt auch in Betracht
als Material für
diese Lagen.
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Die
Verwendung eines Mehrschichtsubstrats als Trägersubstrat und eines oberflächenmontierbaren
SAW-Chips mit dem DMS-Filter
hat den Vorteil, dass somit ein kompaktes Bauelement mit einer geringen
Grundfläche
und einer niedrigen Einfügedämpfung in
Durchlassbereichen der Signalpfade realisiert werden kann.
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In 3 ist
eine beispielhafte Realisierung der Schaltung gemäß 1 vorgestellt.
Der Tiefpass 11 ist durch die Induktivität L1 realisiert,
welche die Signale des ersten Bandes durchlässt und die Signale der anderen
beiden Bänder
abblockt. Der Hochpass 230 ist durch eine Kapazität C1 realisiert,
die vorzugsweise im Trägersubstrat 90 angeordnet
ist. Die Kapazität
lässt die
Signale des zweiten und des dritten Bandes durch und blockt die
Signale des ersten Bandes ab.
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Der
Tiefpass 12 ist als eine in einem Querzweig gegen Masse
geschaltete Kapazität
C2 und ein im Signalpfad 1 geschalteter Parallelschwingkreis,
bestehend aus einer Induktivität
L2 und einer Kapazität
C3, realisiert. Der Tiefpass 12 selektiert alle Signale
mit einer Frequenz, die im ersten Frequenzband oder unterhalb dieses
Bandes liegen, und dämpft
Signale bei höheren
Frequenzen, insbesondere Signale des zweiten und des dritten Frequenzbandes.
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Der
Hochpass 21 umfasst eine im Signalpfad 2 angeordnete
Kapazität
C4 und einen in einem Querzweig gegen Masse angeordneten Serienschwingkreis,
der aus einer Induktivität
L3 und einer Kapazität
C5 besteht. Der Serienschwingkreis L3, C5 wird vorzugsweise so gestimmt,
dass er seine Resonanzfrequenz im dritten Frequenzband hat und somit die
Signale des dritten Bandes mit einer hohen Unterdrückung dämpft. Die
Induktivität
L3 weist vorzugsweise eine hohe Güte auf, was z. B. mit einer
Chipinduktivität
mit SMD-Kontakten erreichbar ist.
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Der
Tiefpass 31 umfasst eine gegen Masse geschaltete Kapazität C6 und
eine im Signalpfad 3 angeordnete Induktivität L4. Der
Tiefpass 31 lässt
die Signale des dritten Bandes und sperrt die Frequenzen oberhalb
des dritten Bandes. Zusammen mit dem Bandpass 32 gelingt
es, die Signale des dritten Bandes zu selektieren und die Signale
des ersten und des zweiten Bandes zu dämpfen.
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Nach
dem Bandpassfilter 32 ist ein Anpassnetzwerk 33 geschaltet,
das eine Serieninduktivität L5
und eine Kapazität
C7 im Querzweig umfasst, die zusammen einen Tiefpass bilden. Mit
dem Anpassnetzwerk 33 wird die Ausgangsimpedanz am Ausgangstor
OUT3 z. B. an 50 Ohm oder eine andere Referenzimpedanz angepasst.
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Das
Anpassnetzwerk 22 umfasst eine Serieninduktivität L6, die
in einer Variante Bestandteil des Multiband-Bauelements ist. Diese
Induktivität
kann aber auch extern, d. h. auf einer Leiterplatte, auf der das
Bauelement montiert ist, angeordnet sein. Diese Induktivität kann aber
auch im Trägersubstrat
realisiert sein. Die Induktivität
L6 kann in einer Variante z. B. dazu dienen, die Ausgangsimpedanz
am zweiten Ausgangstor OUT2 derart anzupassen, dass der zweite Signalpfad 2 zur Übertragung
von höherfrequenten
Signalen, z. B. Signalen des S-DMB-Frequenzbandes 2633–2650 MHz
(S-DMB = Satellite Digital Multimedia Broadcast) benutzt werden
kann. Der zweite Signal pfad, wie auch der dritte Signalpfad in einer
bevorzugten Variante, kann ein reiner Empfangspfad sein.
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Die
Anpassnetzwerke 22, 33 können jeweils andere Schaltungskomponenten
als die Induktivitäten
L6, L5 und die Kapazität
C7 aufweisen.
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Die
Parallelresonanz des Parallelschwingkreises L2, C3 ist vorzugsweise
so gewählt,
dass dieser Schwingkreis im zweiten oder dritten Frequenzband sperrt.
In der Übertragungsfunktion
des ersten Signalpfades wird somit eine Polstelle bzw. ein Sperrband
mit einer hohen Signalunterdrückung
erzeugt.
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Die
Serienresonanz des Serienschwingkreises L3, C5 ist vorzugsweise
so gewählt,
dass sie im ersten oder dritten Frequenzband liegt. Dabei werden
die Signale des genannten Frequenzbandes gegen Masse kurzgeschlossen.
In der Übertragungsfunktion
des zweiten Signalpfades wird somit eine Nullstelle bzw. ein Sperrband
mit einer hohen Signalunterdrückung
erzeugt.
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In 4 ist
ein Bandpassfilter 32 mit einer DMS-Spur 50 gezeigt.
Die DMS-Spur umfasst eine Wandleranordnung, die zwischen akustischen
Reflektoren 52 angeordnet ist. Die Wandleranordnung umfasst
zwei Eingangswandler 502 und 504, die parallel
geschaltet sind, sowie drei parallelgeschaltete Ausgangswandler 501, 503 und 505.
Die Eingangswandler sind akustisch mit den Ausgangswandlern gekoppelt,
aber galvanisch von diesen getrennt.
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Die
Wandler 504, 504 können auch als Ausgangswandler
benutzt werden, wobei die Wandler 501, 503 und 505 dann
als Eingangswandler benutzt werden.
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Die
DMS-Spur kann in einer Variante nur drei Wandler oder mehr als nur
fünf Wandler
umfassen. Die Ein- und Ausgangswandler sind dabei in Wellenausbreitungsrichtung
stets abwechselnd in einer Reihe angeordnet. Die DMS-Spur ist vorzugsweise
bezüglich
ihrer Mittelachse oder ihres Mittelpunktes spiegel- oder punktsymmetrisch
ausgebildet.
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Mindestens
einer der Wandler, vorzugsweise ein mittig angeordneter Wandler
kann einen V-Split aufweisen.
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Der
DMS-Spur 50 ist ein SAW-Resonator 60 vorgeschaltet
und ein weiterer SAW-Resonator 79 nachgeschaltet. Der Resonator 60 umfasst
Reflektoren 62 und einen Wandler 61, der zwischen
den Reflektoren 62 angeordnet ist. Der Resonator 70 umfasst
Reflektoren 72 und einen Wandler 71, der zwischen
den Reflektoren 72 angeordnet ist.
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Auf
mindestens einen der in 4 gezeigten Resonatoren 60 und 70 kann
in einer Variante verzichtet werden.
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Die
Verwendung einer DMS-Spur im Bandpassfilter 32 des dritten
Signalpfades 3 hat den Vorteil, dass dadurch eine hohe
Isolation – in
einer Variante mindestens –40
dB für
das gesamte zweite bzw. dritte Frequenzband – zu den anderen beiden Frequenzbändern (d.
h. dem ersten und dem zweiten Frequenzband) gewährleistet werden kann.
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In
der in 4 gezeigten Variante ist die DMS-Spur ein- und
ausgangsseitig unsymmetrisch (unbalanced) beschaltet. In einer Variante
kann die DMS-Spur vorzugsweise ausgangsseitig mit einem symmetrischen
(balanced) Tor ausgebildet sein.
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In 5 sind Übertragungsfunktionen
des Multiband-Bauelements gezeigt. Die Übertragungsfunktion 81 des
ersten Signalpfades zeigt auch im niederfrequenten Bereich unterhalb
von 600 MHz eine niedrige Einfügedämpfung.
Dies hat den Vorteil, dass über
den ersten Signalpfad 1 Signale eines unterhalb von 600
MHz liegenden weiteren Frequenzbandes mit einer geringen Einfügedämpfung mitübertragen
werden können.
Die Signale des ersten und des weiteren Frequenzbandes können voneinander
durch eine Frequenzweiche getrennt werden.
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Die Übertragungsfunktion 82 des
zweiten Signalpfades zeigt eine geringe Einfügedämpfung im Frequenzbereich von
1,6 bis 3 GHz.
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Die Übertragungsfunktion 83 des
dritten Signalpfades weist eine hohe Unterdrückung von Signalen in einem
oberen Sperrband oberhalb von 1,7 GHz sowie eine sehr hohe Unterdrückung von
Signalen unterhalb von 1,3 GHz auf. Gleichzeitig ist in der Übertragungsfunktion
des dritten Signalpfads 3 im dritten Frequenzband eine
geringe Einfügedämpfung erreichbar.
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Auf
dem Trägersubstrat
oder im Substrat können
in einer Variante weitere, vorzugsweise passive Komponenten wie
z. B. Duplexer zur Trennung von Sende- und Empfangssignalen des
jeweiligen Signalpfades angeordnet sein. Auch die Anordnung von
Halbleiterchips, z. B. Umschaltern, auf dem Substrat kommt in Betracht.
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6 und 7 zeigen
jeweils eine Ausführung
des Multiband-Bauelements
als ein hochintegriertes Frontend-Modul. Die gestrichelte Linie
stellt das Trägersubstrat 90 dar,
auf dem oder in dem all die in Figuren vorgestellten Komponenten
angeordnet sind.
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In 6 ist
ein Ausführungsbeispiel
des Frontend-Moduls gezeigt, das unten angegebene Komponenten des
ersten Signalpfades 1 umfasst.
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Der
dritte Signalpfad 3 ist in 6, 7 direkt
an den Antenneneingang IN bzw. den Antennenpfad 123 angeschlossen.
Dies bedeutet, dass sowohl der Diplexer 41 als auch das
Bandpassfilter 32 mit einer DMS-Spur direkt an den Antennenpfad 123 angeschlossen
sind.
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Der
Diplexer 41 ist wie in 1 zur Trennung vom
ersten und zweiten Signalpfad 1, 2 vorgesehen. Im
ersten Signalpfad 1 ist ein Duplexer 431 zur Trennung
des Sendepfades TX1 vom Empfangspfad RX1 angeordnet. Die Pfade RX1
und TX1 sind beide dem ersten Frequenzband zugeordnet. Der Duplexer 431 weist
zwei Bandpässe,
darunter ein Sendefilter und ein Empfangsfilter auf. Im Sendepfad
TX1 ist ein Leistungsverstärker 461 angeordnet.
Am Verstärkereingang,
der der Ausgangsseite des ersten Signalpfades entspricht, ist ein
Bandpass 471 – Interstage Filter – angeordnet,
der vorzugsweise nur Sendesignale des ersten Frequenzbandes durchlässt.
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In 7 ist
ein Ausführungsbeispiel
des Frontend-Moduls gezeigt, das unten angegebene Komponenten der
beiden Signalpfade 1 und 2 umfasst.
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Der
zweite Signalpfad 2 ist hier im Wesentlichen wie der in 6 bereits
erläuterte
erste Signalpfad 1 ausgebildet. Im zweiten Signalpfad 2 ist
ein Duplexer 432 zur Trennung des Sendepfades TX2 vom Empfangspfad
RX2 angeordnet. Die Pfade RX2 und TX2 sind beide dem zweiten Frequenzband
zugeordnet. Der Duplexer 432 weist zwei Bandpässe, darunter
ein Sendefil ter und ein Empfangsfilter auf. Im Sendepfad TX2 ist
ein Leistungsverstärker 462 angeordnet.
Am Verstärkereingang
des Verstärkers 462,
der der Ausgangsseite des zweiten Signalpfades 2 entspricht,
ist ein Bandpass 472 – Interstage Filter – angeordnet,
der vorzugsweise nur Sendesignale des zweiten Frequenzbandes durchlässt und insbesondere
die Sendesignale des ersten Frequenzbandes unterdrückt.
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In 6 ist
der Sendepfad TX1 mittels eines Richtkopplers 44 elektromagnetisch
an einen zusätzlichen
Signalpfad gekoppelt, in dem ein Leistungsdetektor 45 (Power
Detector) und ein Abschlusswiderstand R angeordnet ist. Dieser zusätzliche
Signalpfad ist in der in 7 gezeigten Ausführungsform an
beide Sendepfade TX1, TX2 der Signalpfade 1 und 2 gekoppelt.
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Ven ist eine Versorgungsspannung zur Versorgung
des Leistungsdetektors. Vdet ist eine Ausgangsspannung,
die zur Detektion bzw. Monitoring der Signalstärke des Ausgangssignals des
Verstärkers
dient und die einem gleichgerichteten Teil des Sendesignals entspricht.
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Die
Spannungen Vcc, Vcc1 und
Vcc2 sind Versorgungsspannungen für den jeweiligen
Verstärker. Vreg ist eine Referenzspannung für den Verstärker. Vstby ist eine Steuerspannung zur Ansteuerung
eines Umschalters 481, 482, der zur Freigabe der
Referenzspannung Vreg bzw. zur Einstellung
des Standby-Modus betätigt
wird. Im Standby-Modus verbraucht der Verstärker keinen Strom. Vmode ist eine Spannung, die zur Auswahl und
Einstellung des Betriebsmode des Verstärkers dient.
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In
einer Variante ist es möglich,
auch hier nicht gezeigte Komponenten der Empfangspfade RX1, RX2
wie z. B. einen Band pass und einen rauscharmen Verstärker (LNA)
im angegebenen Frontend-Modul zu integrieren.
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Es
ist vorteilhaft, passive Modulkomponenten wie z. B. Diplexer, Tiefpässe, Leitungen,
Richtkoppler, Induktivitäten
und Kapazitäten
im Inneren des Trägersubstrats
und Bandpässe,
Duplexer und aktive Komponenten als Chips auf dem Trägersubstrat
zu realisieren.
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Die
auf dem Trägersubstrat
anzuordnenden Komponenten, insbesondere das Bandpassfilter mit der
DMS-Spur, können
jeweils als ein ungehäuster Chip
(Bare-Die) oder als ein gehäuster
Chip (vorzugsweise ein SMD-Bauteil) ausgebildet sein. Ein Bare-Die
kann auf dem Trägersubstrat
drahtgebondet oder in einer Flip-Chip-Anordnung montiert sein.
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Die
Duplexer 431, 432 sind in den in 6, 7 vorgestellten
Varianten jeweils zumindest teilweise auf dem Trägersubstrat 90 oder
in diesem Substrat integriert.
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Ein
Duplexer umfasst ein Sendefilter, ein Empfangsfilter und in der
Regel ein Anpassnetzwerk zur Impedanzanpassung, das z. B. eine Phasenleitung,
vorzugsweise eine im Empfangszweig angeordnete λ/4-Leitung aufweist.
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Es
ist möglich,
das Sendefilter und das Empfangsfilter eines Duplexers in einem
gemeinsamen Duplexer-Chip zu realisieren. Alternativ ist es möglich, diese
Filter als getrennte Filter-Chips
auszubilden. Das Anpassnetzwerk des Duplexers kann zumindest teilweise
im Duplexer-Chip oder Filter-Chip integriert sein. Vorzugsweise
ist die λ/4-Leitung
komplett im Duplexer-Chip integriert. Das Anpassnetzwerk des Duplexers kann
aber auch zumindest teilweise im Substrat integriert sein.
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Das
angegebene Multiband-Bauelement ist auf die in Figuren gezeigten
Ausgestaltungen, insbesondere die Ausgestaltung von Anpassnetzwerken, Filtern
und Diplexern, nicht beschränkt.
Die Frequenzweiche kann in einer Variante ggf. als Triplexer ausgebildet
sein, obwohl die Ausgestaltung mit kaskadierten Diplexern als besonders
vorteilhaft erscheint.
-
- 1
- erster
Signalpfad
- 11
- erster
Tiefpass
- 12
- dritter
Tiefpass
- 123
- Antennenpfad
- 2
- zweiter
Signalpfad
- 21
- zweiter
Hochpass
- 22
- Anpassnetzwerk
- 23
- gemeinsamer
Pfad
- 230
- erster
Hochpass
- 3
- dritter
Signalpfad
- 31
- zweiter
Tiefpass
- 32
- Bandpassfilter
- 33
- Anpassnetzwerk
- 40
- Frequenzweiche
- 41
- erster
Diplexer
- 42
- zweiter
Diplexer
- 431,
432
- Duplexer
- 44
- Richtkoppler
- 45
- Leistungsdetektor
- 461,
462
- Leistungsverstärker
- 471,
472
- Bandpässe
- 481,
482
- Umschalter
- 50
- DMS-Spur
- 60,
70
- Resonatoren
- 61,
71
- Wandler
- 501,
503, 505
- Ausgangswandler
- 502,
504
- Eingangswandler
- 52,
62, 72
- akustische
Reflektoren
- 81
- Übertragungskurve
des ersten Signalpfades
- 82
- Übertragungskurve
des zweiten Signalpfades
- 83
- Übertragungskurve
des dritten Signalpfades
- 90
- Trägersubstrat
- C1
bis C7
- Kapazitäten
- IN
- Antenneneingang
- L1
bis L6
- Induktivitäten
- OUT1
- erster
Ausgang
- OUT2
- zweiter
Ausgang
- OUT3
- dritter
Ausgang
- OUT1-RX,
OUT2-RX, OUT1-TX, OUT2-TX
- Ausgänge
- R
- Abschlusswiderstand
- RX1,
RX2
- Empfangszweige
- TX1,
TX2
- Sendezweige
- Vreg
- Referenzspannung
- Vmode, Vstby, Ven
- Steuerspannung
- Vdet
- Spannung