DE102005046445B4 - Bandpassfilter - Google Patents

Abstract

Bandpassfilter- mit parallel geschalteten Signalzweigen (11, 12), die eingangsseitig an einen Eingangsknoten (1) und ausgangsseitig an einen Ausgangsknoten (2) angeschlossen sind,- wobei die zwei Signalzweige (11, 12) einen Ringresonator bilden, in dem eine im Uhrzeigersinn laufende Wellenmode mit einer komplexen Amplitudeund eine gegen den Uhrzeigersinn laufende Wellenmode mit einer komplexen Amplitudeausbreitungsfähig ist,- wobei für die resultierende Welleam Ausgangsknoten (2)des Bandpassfilters bei mindestens zwei Sperrfrequenzen gilt:- wobei gilt:und |φ- φ| = 180°.

Description

• Es wird ein z. B. in einer Frontendschaltung einsetzbares Bandpassfilter angegeben.
• Ein Bandpassfilter ist aus der Druckschrift US 5 191 305 A bekannt. Ein Filter mit Verzögerungsleitungen ist aus der Druckschrift US 5 301 135 A bekannt. Transversale und rekursive Filter sind aus der Druckschrift US 5 021 756 A bekannt.
• Aus der Druckschrift DE 33 04 776 A1 sind Bandsperren mit einer Parallelschaltung aus einem Hochpassfilter und einem Tiefpassfilter bekannt.
• Aus der Druckschrift EP 0 916 185 B1 sind Zweiband-Bandpassfilter mit parallel geschalteten Bandpass-Teilfiltern bekannt.
• Eine zu lösende Aufgabe ist es, ein Bandpassfilter mit einer niedrigen Einfügedämpfung und einer hohen der Störsignale in Sperrbereichen anzugeben.
• Das Bandpassfilter ist geeignet zur Integration in einem Substrat, insbesondere einem LTCC-Substrat, in dem ein Frontendmodul realisiert ist. Das Frontendmodul kann als ein Multiband-Modul ausgelegt sein. Das Frontendmodul kann z. B. als ein WLAN-Modul mit zwei Frequenzbändern 2,4 ... 2,5 GHz und 4,9 ... 5,95 GHz ausgelegt sein.
• Die Übertragungsfunktion des angegebenen Bandpassfilters weist steile Flanken auf.
• Es wird ein Bandpassfilter mit parallel geschalteten Signalzweigen angegeben, die eingangsseitig und ausgangsseitig zu einem gemeinsamen Signalpfad zusammengefasst sind. Zwei Signalzweige bilden einen Ringresonator, in dem eine im Uhrzeigersinn laufende Wellenmode mit einer komplexen Amplitude ${\overrightarrow{\text{U}}}_{\text{CW}}=\left|{\overrightarrow{\text{U}}}_{\text{CW}}\right|\text{exp}\left\{-\text{j}{\mathrm{\phi }}_{\text{CW}}\right\}$

  

  und eine gegen den Uhrzeigersinn laufende Wellenmode mit einer komplexen Amplitude ${\overrightarrow{\text{U}}}_{\text{CCW}}=\left|{\overrightarrow{\text{U}}}_{\text{CCW}}\right|\text{exp}\left\{-\text{j}{\mathrm{\phi }}_{\text{CCW}}\right\}$

  

  ausbreitungsfähig ist. Für die resultierende Welle ${\overrightarrow{\text{U}}}_{\text{out}}$

  

  am Ausgang des Bandpassfilters bei mindestens zwei Sperrfrequenzen gilt die Bedingung ${\overrightarrow{\text{U}}}_{\text{out}}={\overrightarrow{\text{U}}}_{\text{CW}}+{\overrightarrow{\text{U}}}_{\text{CCW}}\approx \mathrm{0,}$

  

  wobei die Amplituden der gegenläufigen Wellenmoden annähernd gleich sind $\left|{\overrightarrow{\text{U}}}_{\text{CW}}\right|\approx \left|{\overrightarrow{\text{U}}}_{\text{CCW}}\right|,$

  

  und wobei die Phasendifferenz dieser Wellenmoden 180° beträgt: |φ_cw-φ_ccw| = 180° .
• Der Übertragungskoeffizient eines jeden Signalzweigs ist in beiden Durchgangsrichtungen gleich, damit beide gegenläufige Wellenmoden zirkulieren können. Die Signalzweige weisen eine frequenzabhängige Laufzeit auf und wirken jeweils als Phasenschieber. Zwei verschiedene Signalzweige weisen vorzugsweise voneinander unterschiedliche Amplitudenkennlinien und/oder Phasenkennlinien auf.
• Der Ringresonator umfasst in einer vorteilhaften Variante konzentrierte LC-Elemente, d. h. Kapazität, Induktivitäten. Eine Induktivität kann im Prinzip durch einen Abschnitt einer Verzögerungs- oder Transmissionsleitung ersetzt werden.
• Der Ringresonator kann aber auch ausschließlich aus Leitungsabschnitten gebildet sein. Die im ersten und/oder zweiten Signalzweig angeordneten Leitungsabschnitte können einen Impedanzsprung aufweisen. Dieser kann z. B. durch einen Stub an einer geeigneten Stelle des Leistungsabschnitts bewirkt werden.
• Die eingespeiste elektromagnetische Welle teilt sich am Eingangsknoten des ersten und des zweiten Signalzweiges in eine im Uhrzeigersinn laufende einfallende Wellenkomponente und eine gegen den Uhrzeigersinn laufende einfallende Wellenkomponente auf. Die in den ersten (oder zweiten) Zweig geleitete einfallende Wellenkomponente wird am Ausgangsknoten, an dem die Signalzweige wieder zusammengeführt werden, teilweise zurück in diesen Signalzweig reflektiert. Die im Uhrzeigersinn laufende Wellenmode stellt die Summe von allen rechtsläufigen einfallenden und reflektierten Wellenkomponenten dar. Die gegen den Uhrzeigersinn laufende Wellenmode stellt die Summe von allen linksläufigen einfallenden und reflektierten Wellenkomponenten dar.
• In einer Variante ist im ersten Signalzweig ein LCL-Glied aus zwei Serieninduktivitäten und einer gegen Masse geschalteten Kapazität angeordnet. Im zweiten Signalzweig ist ein CLC-Glied aus zwei Serienkapazitäten und einer gegen Masse geschalteten Induktivität angeordnet.
• Im Serienzweig des ersten und des zweiten Signalzweigs sind in einer Variante sowohl kapazitive als auch induktive Elemente angeordnet. Dabei kann der Gleichstromanteil des Eingangssignals unterdrückt werden.
• In einer vorteilhaften Variante ist im ersten Signalzweig ein erstes T-Glied aus zwei Serieninduktivitäten und einer gegen Masse geschalteten Kapazität und ein diesem nachgeschaltetes zweites T-Glied aus zwei Serienkapazitäten und einer gegen Masse geschalteten Induktivität angeordnet. Dabei ist im zweiten Signalzweig ein erstes T-Glied aus zwei Serienkapazitäten und einer gegen Masse geschalteten Induktivität und ein diesem nachgeschaltetes zweites T-Glied aus zwei Serieninduktivitäten und einer gegen Masse geschalteten Kapazität angeordnet.
• Die an den eingangsseitigen gemeinsamen Signalpfad angeschlossene Komponente des ersten Signalzweigs ist vorzugsweise induktiv, falls die an den eingangsseitigen gemeinsamen Signalpfad angeschlossene Komponente des zweiten Signalzweigs kapazitiv ist, und umgekehrt.
• Die an den ausgangsseitigen gemeinsamen Signalpfad angeschlossene Komponente des ersten Signalzweigs ist vorzugsweise induktiv, falls die an den ausgangsseitigen gemeinsamen Signalpfad angeschlossene Komponente des zweiten Signalzweigs kapazitiv ist, oder umgekehrt.
• Für die resultierende Welle ${\overrightarrow{\text{U}}}_{\text{out}}$

  

  am Ausgangsknoten des Bandpassfilters ist in einer Variante bei mindestens drei Sperrfrequenzen die Bedingung ${\overrightarrow{U}}_{out}={\overrightarrow{U}}_{CW}+{\overrightarrow{U}}_{CCW}=0$

  

  erfüllt, wobei die gegenläufigen Signale annähernd die gleichen Amplituden und einen Phasenunterschied von genau 180° aufweisen: $\left|{\overrightarrow{U}}_{CW}\right|=\left|{\overrightarrow{U}}_{CCW}\right|$

  

  und |φ_cw - φ_ccw| =180°.
• Die Amplituden- und die Phasenkennlinien der Signalzweige sind vorzugsweise derart gewählt, dass die Sperrfrequenzen zu beiden Seiten des Passbandes des Bandpassfilters angeordnet sind und für steile Flanken der Übertragungskennlinie des Filters sorgen.
• Für die resultierende Welle ${\overrightarrow{\text{U}}}_{\text{out}}$

  

  am Ausgangsknoten des Bandpassfilters ist in einer Variante in mindestens einem Sperrbereich die Bedingung ${\overrightarrow{\text{U}}}_{\text{out}}={\overrightarrow{\text{U}}}_{\text{CW}}+{\overrightarrow{\text{U}}}_{\text{CCW}}\approx 0$

  

  erfüllt, wobei die gegenläufigen Signale genau die gleichen Amplituden und einen Phasenunterschied von annähernd 180° aufweisen: $\left|{\overrightarrow{U}}_{CW}\right|\approx \left|{\overrightarrow{U}}_{CCW}\right|$

  

  und |φ_cw - φ_ccw|≈180°.
• Vorzugsweise gilt bei mindestens zwei Frequenzen aus dem Sperrbereich, dass die Amplituden der im Gegensinn laufenden Wellenkomponenten gleich sind, wobei deren Phasendifferenz 180° beträgt: $\left|{\overrightarrow{\text{U}}}_{\text{CW}}\right|=\left|{\overrightarrow{\text{U}}}_{\text{CCW}}\right|$

  

  und |φ_CW - φ_CCW| = 180°.
• Im Sperrbereich oder in der Nähe einer Sperrfrequenz kann eine Harmonische der Mittenfrequenz des Bandpassfilters liegen. Dies ist insbesondere bei den für die Sendepfade vorgesehenen Bandpassfiltern vorteilhaft.
• Im ein- und/oder ausgangsseitigen gemeinsamen Pfad des Bandpassfilters kann eine weitere Schaltung wie z. B. ein Balun oder ein Impedanzwandler angeordnet sein, die vorzugsweise jeweils konzentrierte Elemente umfassen.
• Das Bandpassfilter ist vorzugsweise in einem Substrat, z. B. einem LTCC-Substrat mittels der Leiterbahnen und der leitenden Flächen realisiert, die in Metallisierungsebenen des Substrats ausgebildet sind. Zwischen zwei Metallisierungsebenen sind dielektrische Schichten (bei LTCC-Substrat Keramikschichten) angeordnet.
• Im Folgenden wird das Bandpassfilter anhand schematischer und nicht maßstabsgetreuer Figuren erläutert. Es zeigen:
• 1A ein Bandpassfilter mit zwei T-Gliedern, das zwei parallel geschaltete Signalzweige aufweist;
• 1B das Bandpassfilter gemäß 1A mit in seinen Signalzweigen angeordneten Messanordnungen;
• 2 ein Bandpassfilter mit vier T-Gliedern, das je zwei T-Glieder pro Signalzweig aufweist;
• 3 Streuparameter des Filters gemäß der 1A am Ein- und Ausgang (oben), an den Ports der Messanordnung gemessener Amplitudengang (Mitte), an den Ports der Messanordnung gemessener Phasengang (unten);
• 4 perspektivische Ansicht der Metallisierungsebenen eines Substrats mit einem in diesem integrierten Filter gemäß der 2;
• 5 ein Ausführungsbeispiel, in dem der Schichtaufbau gemäß der 4 in zwei nebeneinander angeordnete Teile aufgeteilt ist.
• Das in 1A gezeigte Filter umfasst einen Signalpfad, der zwischen einem Anschluss des Eingangstores IN und einem Anschluss des Ausgangstores OUT des Filters angeordnet ist. Der Signalpfad umfasst parallel geschaltete Signalzweige 11, 12 (Serienzweige). Jeder Zweig umfasst eine Schaltung, die hier nur elektrisch passive Komponenten, d. h. Kapazitäten, Induktivitäten und ggf. Leitungsabschnitte, also keine Halbleiterelemente wie z. B. Verstärkerelemente enthält. Dadurch ist jeder Signalzweig reziprok, d. h. seine Übertragungscharakteristik ist in beiden Richtungen gleich, so dass eine elektromagnetische Welle im geschlossenen Kreis, der durch zwei parallel geschaltete Zweige gebildet ist, ausbreitungsfähig ist. Dieser Kreis ist vorzugsweise ein Schwingkreis bzw. ein Ringresonator.
• Der erste Zweig 11 umfasst ein T-Glied mit zwei Serienkapazitäten C1, C3 und einer Parallelinduktivität L2. Der zweite Zweig 12 umfasst ein T-Glied mit zwei Serieninduktivitäten L1, L3 und einer Parallelkapazität C2. Die Serienkapazitäten und -induktivitäten C1, C3, L1, L3 bilden einen Ringresonator, in dem eine elektromagnetische Welle zirkulieren kann.
• Bei N parallel geschalteten Serienzweigen teilt sich das am Eingang eingespeiste Signal in N Teile auf, die ausgangsseitig wieder zusammengeführt sind. Jeder Signalzweig stellt für das entsprechende Teilsignal eine Verzögerungslinie dar, wobei τ_n die Laufzeit des Signals im n-ten Zweig und an der Übertragungskoeffizient des n-ten Zweiges ist. Das resultie-N rende Zeitsignal y(t) errechnet sich als $\text{y}\left(\text{t}\right)={\displaystyle \sum _{\text{n}=1}^{\text{N}}{\text{a}}_{\text{n}}\text{x}\left(\text{t}-{\mathrm{\tau }}_{\text{n}}\right).}$

  

  Dabei ist t die Zeit. Die entsprechende Übertragungscharakteristik S₂₁(f) im Frequenzbereich errechnet sich als ${\text{s}}_{21}\left(\text{f}\right)={\displaystyle \sum _{\text{n}=\text{1}}^{\text{N}}{\text{A}}_{\text{n}}\text{ exp}\left(-\text{j2}\pi \text{f}{\mathrm{\tau }}_{\text{n}}\right)}.$

  

  Dabei ist f die Frequenz und An die Ü-bertragungsfunktion des n-ten Zweiges.
• Es ist vorteilhaft, wenn die Amplitudengänge (und/oder Phasengänge) verschiedener Serienzweige des Filters voneinander unterschiedlich sind. Sie können derart aneinander angepasst sein, dass in der Übertragungsfunktion des Gesamtfilters ein Passband im vorgegebenen Frequenzbereich und Notches bei vorgegebenen Sperrfrequenzen gebildet werden.
• Die am Eingang IN eingespeiste einfallende elektromagnetische Welle teilt sich am elektrischen Knoten 1 in eine im Uhrzeigersinn laufende einfallende Komponente U_CW,inc und eine gegen den Uhrzeigersinn laufende einfallende Komponente U_CCW,inc .
• Am elektrischen Knoten 2 geht ein Teil der Komponente U_CW,inc in den Serienzweig 12 durch, ein Teil dieser Komponente wird in den Ausgangspfad ausgekoppelt und ein Teil zurück in den Zweig 11 reflektiert, wobei sich eine gegen den Uhrzeigersinn laufende reflektierte Komponente U_CCW,ref bildet. Am elektrischen Knoten 2 geht ein Teil der Komponente U_CCW,inc in den Serienzweig 11 durch, ein Teil dieser Komponente wird in den Ausgangspfad ausgekoppelt und ein Teil zurück in den Zweig 12 reflektiert, wobei sich eine im Uhrzeigersinn laufende reflektierte Komponente U_CW,ref bildet.
• Die Summe von allen im Uhrzeigersinn laufenden Wellenkomponenten bildet eine im Uhrzeigersinn laufende Wellenmode ${\text{U}}_{\text{CW}}:{\overrightarrow{\text{U}}}_{\text{CW}}={\displaystyle \sum _{\text{k}}\left\{{\left({\overrightarrow{\text{U}}}_{\text{CW},\text{inc}}\right)}_{\text{k}}+{\left({\overrightarrow{\text{U}}}_{\text{CW},\text{ref}}\right)}_{\text{k}}\right\}.}$

  

  k ist der Zähler der Komponenten der Wellenmode.
  Die Summe von allen gegen Uhrzeigersinn laufenden Wellenkomponenten bildet eine gegen den Uhrzeigersinn laufende Wellenmode ${\text{U}}_{\text{CCW}}:{\overrightarrow{\text{U}}}_{\text{CCW}}={\displaystyle \sum _{\text{k}}\left\{{\left({\overrightarrow{\text{U}}}_{\text{CCW},\text{inc}}\right)}_{\text{k}}+{\left({\overrightarrow{\text{U}}}_{\text{CCW},\text{ref}}\right)}_{\text{k}}\right\}.}$

  

  
  Das resultierende Signal ${\overrightarrow{\text{U}}}_{\text{out}}=\left|{\overrightarrow{\text{U}}}_{\text{out}}\right|\text{exp}\left\{-\text{j}{\mathrm{\phi }}_{\text{out}}\right\}$

  

  am Ausgangsknoten 2 stellt die Vektorsumme der gegenläufigen Wellenmoden an diesem Knoten dar: ${\overrightarrow{\text{U}}}_{\text{out}}={\overrightarrow{\text{U}}}_{\text{CW}}+{\overrightarrow{\text{U}}}_{\text{CCW}}.$

  
• Die Größe des resultierenden Signals bei einer gegebenen Frequenz hängt von den Amplituden- und Phasenverhältnissen der gegenläufigen Wellenmoden ${\overrightarrow{\text{U}}}_{\text{CW}}$

  

  und ${\overrightarrow{\text{U}}}_{\text{CCW}}$

  

  bei dieser Frequenz ab. Ein Notch, d. h. ein Einbruch in der Übertragungscharakteristik des Filters, wird beispielsweise bei einer Frequenz gebildet, bei der die Vektorsumme der gegenläufigen Wellenmoden am Ausgangsknoten 2 gleich Null ist: ${\overrightarrow{\text{U}}}_{\text{CW}}+{\overrightarrow{\text{U}}}_{\text{CCW}}=0$

  

  (destruktive Interferenz). Dies ist der Fall, wenn die beiden gegenläufigen Wellenmoden ${\overrightarrow{\text{U}}}_{\text{CW}}$

  

  und ${\overrightarrow{\text{U}}}_{\text{CCW}}$

  

  die gleiche Amplitude $\left|{\overrightarrow{\text{U}}}_{\text{CW}}\right|=\left|{\overrightarrow{\text{U}}}_{\text{CCW}}\right|,$

  

  aber einen Phasenunterschied von 180° haben. Die Gleichheit der Amplituden bedeutet, dass die Übertragungskoeffizienten in den beiden Signalzweigen bei der gegebenen Sperrfrequenz gleich sind.
• Eine Transmission findet statt, wenn die gegenläufigen Wellenmoden am Knoten 2 voneinander unterschiedliche Amplituden haben, so dass ihre Summe nicht gleich Null ist: ${\overrightarrow{\text{U}}}_{\text{CW}}+{\overrightarrow{\text{U}}}_{\text{CCW}}\ne 0.$

  

  Dies ist der Fall, wenn die Signalzweige bei der Durchlassfrequenz voneinander unterschiedliche Übertragungskoeffizienten aufweisen.
• Die komplexe Amplitude der einfallenden und reflektierten Wellen wird mittels einer idealen Messanordnung gemessen, die einen im ersten Signalzweig angeordneten Teil M1 und einen im zweiten Signalzweig angeordneten Teil M2 aufweist. Das Signal passiert durch diese Messanordnung ohne Verluste.
• Jeder Teil der Messanordnung zählt die Summe aller Wellenkomponenten, die in einer bestimmten Richtung - im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn - laufen. In 3 in der Mitte und unten sind die Messergebnisse vorgestellt.
• Zwischen den Knoten 1 und 3 wird der Amplitudengang S_3i und der Phasengang φ₃₁ der Wellenkomponente U_CW,inc erfasst. Zwischen den Knoten 1 und 4 wird der Amplitudengang S₄₁ und der Phasengang φ₄₁ der Wellenkomponente U_CCW,inc erfasst. Zwischen den Knoten 1 und 5 wird der Amplitudengang S₅₁ und der Phasengang φ₅₁ der am Knoten 2 reflektierten Wellenkomponente U_CCW,ref und zwischen den Knoten 1 und 6 wird der Amplitudengang S₆₁ und der Phasengang φ₆₁ der an diesem Knoten reflektierten Wellenkomponente U_CW,ref erfasst.
• Die S-Matrix der Messanordnung ist durch $$\left[S\right]=\left[\begin{array}{cccc}0& 1& 1& 0\\ 1& 0& 0& 1\\ 1& 0& 0& 0\\ 0& 1& 0& 0\end{array}\right]$$

  

  gegeben.
• In 2 ist ein Filter mit vier T-Gliedern gezeigt. Dabei ist eingangsseitig im ersten Zweig 11 ein CLC-Glied und im zweiten Zweig 12 ein LCL-Glied angeordnet. Das im ersten Zweig angeordnete CLC-Glied ist durch die Serienkapazitäten C1, C3 und eine Parallelinduktivität L2 gebildet. Das im zweiten Zweig angeordnete LCL-Glied ist durch die Serieninduktivitäten L1, L3 und eine Parallelkapazität C2 gebildet. Ausgangsseitig ist im ersten Zweig ein LCL-Glied L4, C5, L6 und im zweiten Zweig ein CLC-Glied C4, L5, C6 angeordnet.
• Wie auch das in 1A vorgestellte Bandpassfilter, weist die Übertragungscharakteristik dieses Bandpassfilters drei Notches auf. Die Variante gemäß der 2 zeichnet sich zusätzlich dadurch aus, dass der Gleichstromanteil unterdrückt wird, da in den beiden parallel geschalteten Serienzweigen Serienkapazitäten angeordnet sind.
• Die Signalzweige können in einer Variante derart ausgebildet sein, dass in der Übertragungscharakteristik des Filters mehr als drei Notches erzeugt werden.
• Zumindest eine der in Signalzweigen 11, 12 des Filters angeordneten Induktivitäten, z. B. L1-L3 in 1A und L1-L6 in 2, kann einen Induktivitätswert von ca. Null aufweisen.
• In 3 oben ist die Übertragungscharakteristik S₂₁ und der Reflexionskoeffizient S₁₁ des Filters gezeigt. Die Übertragungscharakteristik S₂₁ zeigt ein Passband bei ca. 5,5 GHz und drei Notches bei ca. 2,6 GHz, 7,45 GHz und 9 GHz.
• 4 zeigt ein Bauelement, in dem das Filter gemäß der 2 realisiert ist. Die in den Zweigen 11, 12 angeordneten LC-Elemente sind als Leiterbahnen und leitende Flächen in den Metallisierungsebenen eines Substrats ausgebildet. Die LC-Elemente, insbesondere die Induktivitäten können im Prinzip auch mittels Durchkontaktierungen realisiert werden, die zwei Metallisierungsebenen des Substrats verbinden.
• Die Kapazität C1 ist zwischen den leitenden Flächen 441 und 451 gebildet. Die Kapazität C3 ist zwischen den leitenden Flächen 451 und 461 gebildet. Die Induktivität L2 ist durch die Leiterbahn 421 gebildet. Die Induktivität L4 ist durch die Durchkontaktierung DK4 realisiert. Die Kapazität C5 ist zwischen den leitenden Flächen 402 und 491 gebildet. Die Induktivität L6 ist durch die Leiterbahn 481 realisiert.
• Die Induktivität L1 ist durch die Leiterbahn 431 und die Induktivität L3 durch die Leiterbahn 432 realisiert. Die Kapazität C2 ist zwischen den leitenden Flächen 401 und 411 gebildet. Die Induktivität L4 ist durch die Durchkontaktierung DK1 gebildet, die die Leiterbahn 432 und die Fläche 452 leitend verbindet. Die Kapazität C4 ist zwischen den leitenden Flächen 452 und 462 und die Kapazität C6 zwischen den Flächen 462 und 471 gebildet. Die Induktivität L5 ist durch die Leiterbahn 482 und die Durchkontaktierungen DK2 und DK3 gebildet.
• Die in den äußeren Metallisierungsebenen angeordneten leitenden Flächen 401 und 402 sind auf Masse gelegt und dienen zur Abschirmung der LC-Elemente, die in den inneren Metallisierungsebenen ausgebildet sind.
• In 5 ist eine Variante der in 4 vorgestellten Realisierung des Filters gezeigt. Der Schichtaufbau gemäß der 4 ist in zwei Teile aufgeteilt, die vorzugsweise nebeneinander angeordnet sind. 501, 502 und 503 sind elektrische Verbindung.
• Die Fläche 401 ist dabei in die mittels einer elektrischen Verbindung 504 leitend miteinander verbundene Flächen 401a und 401b aufgeteilt, die in einer Metallisierungsebene angeordnet sind. Die Fläche 402 ist in die mittels einer elektrischen Verbindung 502 leitend miteinander verbundene Flächen 402a und 402b aufgeteilt, die in einer Metallisierungsebene angeordnet sind.
• Bezugszeichenliste

1

Anschlussknoten des eingangsseitigen Signalpfades

2

Anschlussknoten des ausgangsseitigen Signalpfades

3-6

Ports des Messgeräts

11

erster Signalzweig

12

zweiter Signalzweig

C1-C6

Kapazität

DK1-DK4

Durchkontaktierung

in

Eingang

L1-L6

Induktivität

M1, M2

Messanordnung

out

Ausgang

S11, S22

Reflexionskoeffizient am Knoten 1

S21

Übertragungsfunktion der Schaltung zwischen den Knoten 1 und 2

S31, S41, S51, S61

zwischen dem Knoten 1 und dem Knoten 3, 4, 5 bzw. 6 gemessene Übertragungsfunktion

φ31, φ41, φ51, φ61

zwischen dem Knoten 1 und dem Knoten 3, 4, 5 bzw. 6 gemessener Phasengang

U_CW,inc

im Uhrzeigersinn laufende einfallende Wellenmode

U_CW,ref

im Uhrzeigersinn laufende reflektierte Wellenmode

U_CCW,inc

gegen Uhrzeigersinn laufende einfallende Wellenmode

U_CCW,ref

gegen Uhrzeigersinn laufende reflektierte Wellenmode

Claims (17)

1. Bandpassfilter - mit parallel geschalteten Signalzweigen (11, 12), die eingangsseitig an einen Eingangsknoten (1) und ausgangsseitig an einen Ausgangsknoten (2) angeschlossen sind, - wobei die zwei Signalzweige (11, 12) einen Ringresonator bilden, in dem eine im Uhrzeigersinn laufende Wellenmode mit einer komplexen Amplitude ${\overrightarrow{\text{U}}}_{\text{CW}}=\left|{\overrightarrow{\text{U}}}_{\text{CW}}\right|\text{exp}\left\{-\text{j}{\mathrm{\phi }}_{\text{CW}}\right\}$

   

   und eine gegen den Uhrzeigersinn laufende Wellenmode mit einer komplexen Amplitude ${\overrightarrow{\text{U}}}_{\text{CCW}}=\left|{\overrightarrow{\text{U}}}_{\text{CCW}}\right|\text{exp}\left\{-\text{j}{\mathrm{\phi }}_{\text{CCW}}\right\}$

   

   ausbreitungsfähig ist, - wobei für die resultierende Welle ${\overrightarrow{\text{U}}}_{\text{out}}$

   

   am Ausgangsknoten (2)des Bandpassfilters bei mindestens zwei Sperrfrequenzen gilt: ${\overrightarrow{U}}_{out}={\overrightarrow{U}}_{CW}+{\overrightarrow{U}}_{CCW}=\mathrm{0,}$

   

   - wobei gilt: $\left|{\overrightarrow{U}}_{CW}\right|=\left|{\overrightarrow{U}}_{CCW}\right|$

   

   und |φ_CW - φ_CCW| = 180°.
2. Bandpassfilter nach Anspruch 1, wobei der Ringresonator konzentrierte LC-Elemente (L1-L6, C1-C6) umfasst.
3. Bandpassfilter nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Signalzweige (11, 12) als Phasenschieber wirken.
4. Bandpassfilter nach Anspruch 3, wobei die zwei verschiedenen Signalzweige (11, 12) voneinander unterschiedliche Amplitudenkennlinien (S₃₁, S₄₁) und/oder Phasenkennlinien (φ₃₁, φ₄₁) aufweisen.
5. Bandpassfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, - wobei die im Uhrzeigersinn laufende Wellenmode (Ucw) die Summe aller rechtsläufigen einfallenden (U_CW,inc) und reflektierten Wellenkomponenten (U_CW,ref) darstellt, und - wobei die gegen den Uhrzeigersinn laufende Wellenmode (Uccw) die Summe aller linkläufigen einfallenden (U_CCW,inc) und reflektierten Wellenkomponenten (U_CCW,ref) darstellt.
6. Bandpassfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der erste Signalzweig (11) ein T-Glied aus zwei Serienkapazitäten (C1, C3) und einer gegen Masse geschalteten Induktivität (L2) umfasst, und wobei der zweite Signalzweig (12) ein T-Glied aus zwei Serieninduktivitäten (L1, L3) und einer gegen Masse geschalteten Kapazität (C2) umfasst.
7. Bandpassfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei im Serienzweig des ersten und des zweiten Signalzweigs (11, 12) sowohl kapazitive als auch induktive Elemente (C1, C3, L4, L6; L1, L3, C4, C6) angeordnet sind.
8. Bandpassfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und 7, wobei im ersten Signalzweig (11) ein erstes T-Glied aus zwei Serienkapazitäten (C1, C3) und einer Parallelinduktivität (L2) und ein nach dem ersten T-Glied geschaltetes zweites T-Glied aus zwei Serieninduktivitäten (L4, L6) und einer Parallelkapazität (C5) angeordnet ist, und wobei im zweiten Signalzweig (12) ein erstes T-Glied aus zwei Serieninduktivitäten (L1, L3) und einer Parallelkapazität (C2) und ein nach dem ersten T-Glied geschaltetes zweites T-Glied aus zwei Serienkapazitäten (C4, C6) und einer Parallelinduktivität (L5) angeordnet ist.
9. Bandpassfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die an den Eingangsknoten (1) angeschlossene Komponente des ersten Signalzweigs (11) induktiv und die an den Eingangsknoten (1) angeschlossene Komponente des zweiten Signalzweigs (12) kapazitiv ist, oder umgekehrt.
10. Bandpassfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die an den Ausgangsknoten (2) angeschlossene Komponente des ersten Signalzweigs (11) induktiv und die an den Ausgangsknoten (2) angeschlossene Komponente des zweiten Signalzweigs (12) kapazitiv ist, oder umgekehrt.
11. Bandpassfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, - wobei für die resultierende Welle ${\overrightarrow{\text{U}}}_{\text{out}}$

    

    am Ausgangsknoten (2) bei mindestens drei Sperrfrequenzen gilt ${\overrightarrow{U}}_{out}={\overrightarrow{U}}_{CW}+{\overrightarrow{U}}_{CCW}=\mathrm{0,}$

    

    - wobei gilt: $$\left|{\overrightarrow{U}}_{CW}\right|=\left|{\overrightarrow{U}}_{CCW}\right|$$

    

    und |φ_CW - φ_CCW| = 180°.
12. Bandpassfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Amplituden- und die Phasenkennlinien der Signalzweige (11, 12) derart gewählt sind, dass die Sperrfrequenzen zu beiden Seiten des Passbandes des Bandpassfilters angeordnet sind und für steile Flanken der Übertragungskennlinie (S₂₁) des Filters sorgen.
13. Bandpassfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 12, - wobei für die resultierende Welle ${\overrightarrow{\text{U}}}_{\text{out}}$

    

    am Ausgangsknoten (2) in einem Sperrbereich gilt ${\overrightarrow{\text{U}}}_{\text{out}}={\overrightarrow{\text{U}}}_{\text{CW}}+{\overrightarrow{\text{U}}}_{\text{CCW}}\approx \mathrm{0,}$

    

    - wobei gilt: $\left|{\overrightarrow{U}}_{CW}\right|\approx \left|{\overrightarrow{U}}_{CCW}\right|$

    

    und |φ_CW - φ_CCW| = 180°.
14. Bandpassfilter nach Anspruch 13, wobei bei mindestens zwei Frequenzen aus dem Sperrbereich gilt: $\left|{\overrightarrow{\text{U}}}_{\text{CW}}\right|=\left|{\overrightarrow{\text{U}}}_{\text{CCW}}\right|$

    

    und |φ_CW - φ_CCW| = 180°.
15. Bandpassfilter nach Anspruch 13 oder 14, wobei zumindest eine Harmonische der Mittenfrequenz des Bandpassfilters im Sperrbereich liegt.
16. Bandpassfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 15, das in einem Substrat mittels Leiterbahnen realisiert ist.
17. Bandpassfilter nach Anspruch 16, wobei das Substrat Keramik enthält.

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