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Aus
der Druckschrift
US 5880649 ist
eine Schaltung mit einem Diplexer bekannt, die zur Trennung von
Signalen von zwei verschiedenen Frequenzbändern geeignet ist.
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Eine
zu lösende
Aufgabe ist es, eine Multiband-Schaltung anzugeben, die in einem
Bauelement kostengünstig
und platzsparend realisiert werden kann.
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Gemäß einer
ersten bevorzugten Ausführungsform
wird eine Multiband-Schaltung mit einem Signalpfad angegeben, der
antennenseitig zu einem gemeinsamen Pfad zusammengefasst einen ersten und
einen zweiten Signalzweig aufweist. Der erste Signalzweig umfasst
eine erste Schaltung, die in einem ersten Frequenzband durchlässig ist,
und der zweite Signalzweig eine zweite Schaltung, die in einem zweiten
Frequenzband durchlässig
ist und die die HF-Signale bei einer Sperrfrequenz – vorzugsweise
einer Notch-Frequenz – HF-mässig zur
Masse ableitet. Durch die zweite Schaltung wird am antennenseitigen
Eingang der beiden Signalzweige bei einer einem Sperrband zugeordneten
Frequenz ein HF-Kurzschluss gegen Masse erzeugt, wodurch die Nahselektion
des ersten Signalzweiges deutlich verbessert werden kann.
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Eine
Schaltung, die als ein Saugkreis für den ersten Signalzweig wirkt
und in der Übertragungscharakteristik
dieses Signalzweiges einen Notch erzeugt, ist also nicht in einem
an diesen Signalzweig angeschlossenen Querzweig gegen Masse, sondern im
zweiten Signalzweig angeordnet. Durch diesen Notch kann in der Übertragungsfunktion
der ersten Schaltung bzw. des ersten Pfades eine Flanke erzeugt
oder eine gegebenenfalls bereits vorhandene Flanke versteilert werden.
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Möglich ist
es auch, dass die erste Schaltung die HF-Signale bei einer weiteren
Sperrfrequenz – vorzugsweise
einer Notch-Frequenz – zur Masse
ableitet und somit den antennenseitigen Eingang des ersten und des
zweiten Signalzweiges für
die HF-Signale bei
der weiteren Sperrfrequenz kurzschließt. Durch diesen Notch kann
in der Übertragungsfunktion
der zweiten Schaltung bzw. des zweiten Pfades eine Flanke erzeugt
oder eine gegebenenfalls bereits vorhandene Flanke versteilert werden.
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Die
erste Schaltung umfasst in einer Variante ein antennenseitig angeordnetes
erstes Anpassnetzwerk (erstes Tiefpassfilter) und die zweite Schaltung ein
antennenseitig angeordnetes zweites Anpassnetzwerk (zweites Tiefpassfilter),
die unmittelbar leitend miteinander und mit dem gemeinsamen Pfad verbunden
sind.
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Gemäß einer
zweiten bevorzugten Ausführungsform
wird eine Multiband-Schaltung mit Signalzweigen angegeben, die antennenseitig
zu einem gemeinsamen Pfad zusammengefasst sind, wobei ein erster
Signalzweig in einem ersten Frequenzband und ein zweiter Signalzweig
in einem zweiten Frequenzband durchlässig ist. Im ersten Signalzweig
ist ein erstes Anpassnetzwerk (erstes Tiefpassfilter) und im zweiten
Signalzweig ein zweites Anpassnetzwerk (zweites Tiefpassfilter)
angeordnet, die (antennenseitig) unmittelbar leitend miteinander
und mit dem gemeinsamen Pfad verbunden sind. Im zweiten Signalzweig
ist vorzugsweise eine das zweite Tiefpassfilter umfassende zweite
Schaltung angeordnet, die die HF-Signale bei einer Sperrfrequenz
zur Masse ableitet und somit bei dieser Sperr frequenz am antennenseitigen
Eingang des ersten (und des zweiten) Signalzweiges einen HF-Kurzschluss
gegen Masse erzeugt.
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Auch
im ersten Signalzweig kann eine das erste Anpassnetzwerk bzw. Tiefpassfilter
umfassende erste Schaltung angeordnet sein, die die HF-Signale bei
einer weiteren Sperrfrequenz zur Masse ableitet und somit bei dieser
Sperrfrequenz am Eingang des zweiten Signalzweiges einen HF-Kurzschluss gegen
Masse erzeugt.
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Im
Weiteren werden vorteilhafte Varianten der Multiband-Schaltung gemäß der bevorzugten ersten
und zweiten Ausführungsform
erläutert.
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Die Übertragungscharakteristik
des ersten und des zweiten Signalzweiges bzw. der ersten oder zweiten
Schaltung wird zwischen dem Anschlussknoten dieses Zweiges an den
gemeinsamen Pfad und dem Ausgang der ersten bzw. zweiten Schaltung gemessen.
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Die
Signalzweige sind eingangsseitig an einen gemeinsamen Pfad des Signalpfades
und ausgangsseitig jeweils an einen Signalanschluss eines elektrischen
Tores angeschlossen.
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Der
Signalpfad kann ein Sendepfad oder ein Empfangspfad sein, wobei
seine beiden Signalzweige Sendezweige bzw. Empfangszweige sind.
Der Signalpfad kann auch ein Sendeempfangspfad sein, wobei seine
Signalzweige einen Sendezweig und einen Empfangspfad darstellen.
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Die
Multiband-Schaltung weist vorzugsweise mindestens zwei Signalpfade,
z. B. einen Empfangspfad und einen Sendepfad auf. Diese sind vorzugsweise
mittels eines Antennenschalters an einen zu einer Antenne führenden
Antennenpfad anschließbar.
Der zweite Signalpfad ist vorzugsweise dem ersten ähnlich,
d. h. mit zwei Signalzweigen aufgebaut.
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Die
erste Schaltung kann ein drittes Filter – einen Tiefpasspass, einen
Bandpass oder ein weiteres Hochpassfilter – umfassen, das von der Antenne aus
gesehen dem ersten Anpassnetzwerk bzw. Tiefpassfilter dieser Schaltung
nachgeschaltet ist. Die zweite Schaltung kann ein viertes Filter – z. B.
einen Tiefpass oder einen Bandpass – umfassen, das von der Antenne
aus gesehen dem zweiten Anpassnetzwerk bzw. Tiefpassfilter nachgeschaltet
ist.
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Die
an der Verzweigung des Signalpfades angeordnete Teilschaltung, die
aus dem ersten und dem zweiten Anpassnetzwerk besteht, ersetzt einen üblicherweise
zur Bandtrennung benutzen Diplexer, der aus einem in einem ersten
Signalzweig angeordneten Tiefpass und einem in einem zweiten Signalzweig
angeordneten Hochpass besteht.
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Am
elektrischen Knoten, an dem der erste und der zweite Signalzweig
angeschlossen sind, kann mindestens ein Querzweig gegen Masse angeschlossen
sein. In diesem Querzweig ist vorzugsweise eine Kapazität angeordnet.
Dieser Querzweig kann sowohl dem im ersten Signalzweig angeordneten
Anpassnetzwerk/TPF als auch dem im zweiten Signalzweig angeordneten
Anpassnetzwerk/TPF zugeordnet werden. Das Anpassnetzwerk kann z.
B. ein π-Glied
mit einer Induktivität
oder einem Leitungsabschnitt im Serienzweig und Kapazitäten in den
Querzweigen sein. Das Anpassnetzwerk kann aber auch durch einen
Leitungsabschnitt gebildet sein.
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In
einer vorteilhaften Variante bildet das im zweiten Signalzweig angeordnete
Anpassnetzwerk und das diesem nachgeschaltete vierte Filter, das
außerhalb
des zweiten Frequenzbandes und insbesondere im ersten Band als eine
Kapazität
gegen Masse wirkt, einen Saugkreis gegen Masse, der eine Resonanzfrequenz
bei der Sperrfrequenz der zweiten Schaltung aufweist und die HF-Signale
bei dieser Notch-Frequenz gegen Masse ableitet.
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Das
zweite Frequenzband liegt vorzugsweise mindestens eine Oktave höher als
das erste Frequenzband.
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Die
Sperrfrequenz der zweiten Schaltung kann zwischen dem ersten und
dem zweiten Frequenzband liegen. Sie kann aber auch unterhalb des bei
niedrigeren Frequenzen liegenden ersten Frequenzbands oder oberhalb
des höheren
zweiten Frequenzbands liegen. Dies gilt auch für die Sperrfrequenz der ersten
Schaltung.
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Die
erste Schaltung kann als drittes Filter einen Hochpass umfassen,
der von der Antenne aus gesehen nach dem antennenseitigen Anpassnetzwerk
geschaltet sein kann. Die Sperrfrequenz der zweiten Schaltung ist
vorzugsweise im Durchlassbereich dieses Hochpasses angeordnet. Die
erste Schaltung kann alternativ als drittes Filter einen Tiefpass
umfassen, der dem antennenseitigen Anpassnetzwerk nachgeschaltet
ist. Die Sperrfrequenz der zweiten Schaltung ist vorzugsweise im
Durchlassbereich dieses Tiefpasses angeordnet.
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Die
erste Schaltung kann in einer Variante als drittes Filter einen
Bandpass umfassen, der von der Antenne aus gesehen nach dem antennenseitigen
Anpassnetzwerk geschaltet sein kann. Die Sperrfrequenz der zweiten
Schaltung ist dann vorzugsweise un terhalb oder oberhalb des Passbandes dieses
Bandpasses angeordnet.
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Die
erste und die zweite Schaltung weist vorzugsweise konzentrierte
LC-Elemente, ggf. auch Leitungsabschnitte auf. Die erste und die
zweite Schaltung kann aber auch im Prinzip aus Leitungen, insbesondere
Transformationsleitungen realisiert sein.
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Das
dritte und das vierte Filter zeichnen sich vorzugsweise durch eine
relativ niedrige Einfügedämpfung,
z. B. maximal 1,5 dB in ihrem Durchlassbereich aus. Das dritte Filter
kann eine relativ niedrige Unterdrückung von z. B. weniger als
20 dB in einem Sperrbereich aufweisen. Dies reicht ggf. für sich nicht
aus, um beispielsweise die erste oder zweite Oberwelle der im ersten
Frequenzband zu übertragenden
Signale zu unterdrücken.
Durch die zweite Schaltung kann in der Übertragungscharakteristik des
ersten Signalzweiges die Unterdrückung
in diesem Sperrbereich um einen Betrag von z. B. mindestens 15 dB
verbessert werden.
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Die
angegebene Multiband-Schaltung kann in einem ein Vielschichtsubstrat
umfassenden elektrischen Bauelement integriert sein, das kompakt
und vorzugsweise zur Oberflächenmontage
geeignet ist. Das Vielschichtsubstrat umfasst Metallisierungsebenen
und zwischen diesen angeordnete dielektrische Schichten, z. B. Keramiklagen.
Insbesondere können die
konzentrierten LC-Elemente der Multiband-Schaltung im Substrat als
Leiterbahnen und leitende Flächen
realisiert sein.
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Es
ist vorteilhaft, wenn die relative Dielektrizitätskonstante εr der
dielektrischen Schichten relativ niedrig ist, z. B. kleiner als
15, in einer Variante εr < 10.
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Im
Folgenden wird die Multiband-Schaltung anhand schematischer und
nicht maßstabsgetreuer Figuren
erläutert.
Es zeigen:
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1 das
Ersatzschaltbild einer WLAN-Schaltung, die eine Frontendschaltung
mit der angegebenen Multiband-Schaltung umfasst;
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2 eine
Frontendschaltung mit der Multiband-Schaltung, die eine im ersten
Signalzweig angeordnete erste Schaltung und eine im zweiten Signalzweig
angeordnete zweite Schaltung umfasst, wobei die erste und die zweite
Schaltung jeweils aus LC-Elementen realisiert sind;
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3A das
Ersatzschaltbild des in der ersten Schaltung des Empfangspfades
angeordneten Hochpasses;
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3B ein
Vielschicht-Bauelement mit dem darin integrierten Hochpass gemäß 3A,
der im ersten Signalzweig des Empfangspfades angeordnet ist;
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3C das
Ersatzschaltbild des in der ersten Schaltung des Sendepfades angeordneten
Hochpasses;
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4 Vielschicht-Bauelement
mit dem darin integrierten Hochpass gemäß 3A, der
im ersten Signalzweig des Sendepfades angeordnet ist;
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5A das
Ersatzschaltbild des in der zweiten Schaltung angeordneten Bandpasses;
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5B ein
Vielschicht-Bauelement mit dem darin integrier ten Bandpass gemäß 5A,
der im zweiten Signalzweig des Empfangspfades angeordnet ist;
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6 ein
Vielschicht-Bauelement mit dem darin integrierten Bandpass gemäß 5A,
der im zweiten Signalzweig des Sendepfades angeordnet ist;
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7A das
Ersatzschaltbild der im ersten und zweiten Signalzweig des Sende-
oder Empfangspfades antennenseitig angeordneten Anpassnetzwerke;
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7B ein
Vielschicht-Bauelement mit den darin integrierten Anpassnetzwerken
gemäß 7A, die
in den Signalzweigen des Empfangspfades angeordnet sind;
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8 ein
Vielschicht-Bauelement mit den darin integrierten Anpassnetzwerken
gemäß 7A, die
in den Signalzweigen des Sendepfades angeordnet sind;
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9A die Übertragungsfunktion
des im ersten Signalzweig des Empfangspfades oder des Sendepfades
angeordneten Hochpasses;
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9B die Übertragungsfunktion
des im zweiten Signalzweig des Empfangspfades oder des Sendepfades
angeordneten Bandpasses;
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9C die Übertragungsfunktion
der ersten Schaltung und der zweiten Schaltung.
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1 zeigt
das Ersatzschaltbild einer WLAN-Schaltung. Die WLAN-Schaltung umfasst eine
Frontendschaltung FE, die die in verschiedenen Frequenzbändern übertragenen
Signale sowie Sen de- und Empfangssignale eines Bandes voneinander trennt.
Die Datenübertragung
(Senden und Empfangen von HF-Signalen) in zumindest zwei Frequenzbändern erfolgt
mittels der Antennen ANT1 und ANT2, die über den Antennenschalter SW
abwechselnd mit den Signalpfaden TX (Sendepfad) und RX (Empfangspfad)
leitend verbunden werden.
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Der
Sendepfad TX verzweigt sich in zwei Signalzweige: einen ersten Signalzweig
TX1 und einen zweiten Signalzweig TX2. Der Empfangspfad RX verzweigt
sich ebenfalls in zwei Signalzweige: einen ersten Signalzweig RX1
und einen zweiten Signalzweig RX2.
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In
den beiden ersten Signalzweigen RX1, TX1 werden die Signale des
ersten Frequenzbands FB1 und in den beiden zweiten Signalzweigen
RX2, TX2 die Signale des zweiten Frequenzbands FB2 übertragen.
Die Sendesignale des ersten Frequenzbandes (mit einer Mittenfrequenz
von ca. 2,5 GHz) werden im ersten Signalzweig TX1 bzw. die Empfangssignale
dieses Bandes im ersten Signalzweig RX1 übertragen. Die Sendesignale
des zweiten Frequenzbandes (mit einer Mittenfrequenz von ca. 5 GHz)
werden im zweiten Signalzweig TX2 bzw. die Empfangssignale dieses
Bandes im zweiten Signalzweig RX2 übertragen.
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Im
jeweiligen ersten Signalzweig RX1, TX1 ist eine erste Schaltung
angeordnet, die ein Anpassnetzwerk – hier MA11 bzw. MA12 – und ein
drittes Filter F11 bzw. F12 umfasst. Im jeweiligen zweiten Signalzweig
RX2, TX2 ist eine zweite Schaltung angeordnet, die ein Anpassnetzwerk – hier MA21
bzw. MA22 – und
ein viertes Filter F21 bzw. F22 umfasst.
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Das
in der ersten Schaltung angeordnete Anpassnetzwerk MA11, MA12 sperrt
in einem oberhalb des ersten Frequenzbandes FB1 liegenden Frequenzbereich.
Das in der zweiten Schaltung angeordnete Anpassnetzwerk MA21, MA22
sperrt in einem oberhalb des zweiten Frequenzbandes FB2 liegenden
Frequenzbereich.
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Die Übertragungskennlinien
der ersten und der zweiten Schaltung sind in der 9C gezeigt. Die
typische Übertragungskennlinie
der in den ersten Signalzweigen angeordneten dritten Filter F11,
F12 sind in der 9A und die typische Übertragungskennlinie
der in den zweiten Signalzweigen angeordneten vierten Filter F21,
F22 in der 9B gezeigt.
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Die
dritten Filter F11, F12 sind in den in 1 und 2 gezeigten
Varianten Hochpässe und
die vierten Filter R21, F22 Bandpässe.
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Der
Antennenschalter SW ist vorzugsweise ein „diversity switch" bzw. ein DPDT-switch
(Double Pole Double Through Switch). Er kann Feldeffekttransistoren
z. B. auf GaAs-Basis enthalten.
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In
den Signalzweigen RX1, RX2 des Empfangspfades RX sind außerhalb
der Frontendschaltung jeweils ein rauscharmer Verstärker LNA,
ein weiteres Filter – hier
ein Bandpassfilter – und
ein Balun Bal angeordnet. In den Signalzweigen TX1, TX2 des Sendepfades
TX sind außerhalb
der Frontendschaltung jeweils ein Leistungsverstärker PA, ein weiteres Filter – hier ein
Bandpassfilter – und
ein Balun Bal angeordnet.
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Die
Baluns Bal sorgen dafür,
dass an der Schnittstelle mit der WLAN-IC RFIC die unbalanced Pfade
RX1, RX2, TX1, TX2 balanciert werden.
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Alle
in der 1 gezeigten Filter, Anpassnetzwerke und Baluns
können
konzentrierte, vorzugsweise als Leiterbahnabschnitte und leitende
Flächen
ausgebildete LC-Elemente umfassen. Sie können aber auch mindestens eine
diskrete Induktivität oder
Kapazität
aufweisen. Zumindest einige der Filter, insbesondere die Bandpassfilter
können
als Filter-Chips verfügbar
sein.
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Es
ist vorteilhaft, die Frontendschaltung FE in einem kompakten, vorzugsweise
zur SMD-Montage geeigneten Bauelement zu realisieren. Möglich ist es
auch, im kompakten Bauelement die Verstärker LNA, PA, die weiteren
Filter und die Baluns der in der 1 gezeigten
Schaltung zu integrieren. Dabei sind insbesondere passive Komponenten
wie z. B. die LC-Elemente dieser Schaltung zur Integration in einem
Substrat geeignet, das in einer vorteilhaften Variante als Träger für Chips
dient. Unter den Chips sind insbesondere die folgenden Komponenten
zu verstehen: die Halbleiterchips wie den Antennenschalter SW und
die Verstärker
LNA, PA oder die Filter-Chips.
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Auf
dem Substrat können
ferner als diskrete Bauelemente bzw. Chips verfügbare Induktivitäten und
Kapazitäten
angeordnet sein. Diese Kapazitäten können beispielsweise
im Antennenpfad angeordnete Kapazitäten zur DC-Entkopplung sein,
die in der 2 zu sehen sind.
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Baluns
sind vorzugsweise im Substrat z. B. aus LC-Elementen realisiert.
Sie können
aber auch als Chips verfügbar
sein, die auf dem Substrat montierbar sind. Alle Chips können Bare-Dies oder gehäuste Chips
sein. Die Chips können
mit dem Substrat mittels Bonddrähte
oder Bumps elektrisch verbunden werden.
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Das
elektrische Bauelement kann LGA-Anschlüsse aufweisen. Die auf dem
Substrat angeordneten Komponenten sind vorzugsweise durch eine Vergussmasse
verkapselt und somit gegen die Umwelteinflüsse geschützt.
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Das
Bauelement weist vorzugsweise eine Sendesektion und eine Empfangsfunktion
auf, zwischen denen in einer Variante eine Reihe Durchkontaktierungen
angeordnet ist. Die Durchkontaktierungen sind an Masse angeschlossen
und verbessern die Isolation zwischen den beiden Sektionen. Die Durchkontaktierungen
können
an einen auf dem Substrat angeordneten Chip wie z. B. den Antennenschalter-Chip
angeschlossen sein und als Wärmesenke
dienen.
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In
der 2 ist eine mit konzentrierten LC-Elementen realisierte
Frontendschaltung gezeigt.
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Die
Anpassnetzwerke MA11, MA12, MA21, MA22 umfassen jeweils ein π-Glied, das
als ein Tiefpass wirkt (siehe auch die 7A). Das
Anpassnetzwerk MA11 umfasst die Kapazitäten C10 und C11 sowie die Induktivität L11, das
Anpassnetzwerk MA21 die Kapazitäten
C10 und C21 sowie die Induktivität L21,
das Anpassnetzwerk MA12 die Kapazitäten C20 und C12 sowie die Induktivität L12, das
Anpassnetzwerk MA22 die Kapazitäten
C20 und C22 sowie die Induktivität
L22. Die zwischen dem gemeinsamen Signalpfad RX bzw. TX und Masse
angeordnete Kapazitäten
C10 bzw. C20 sind also in zwei Anpassnetzwerken MA11 und MA21 bzw.
MA12 und MA22 wirksam.
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Die
Grenzfrequenz des im ersten Signalzweig RX1, TX1 angeordneten, hier
als Tiefpass ausgelegten Anpassnetzwerks MA11, MA12 ist vorzugsweise
so gewählt,
dass die Signale oberhalb des ersten Frequenzbandes gedämpft werden.
Die Grenzfrequenz des im zweiten Signalzweig RX2, TX2 angeordneten,
hier als Tiefpass ausgelegten Anpassnetzwerks MA21, MA22 ist vorzugsweise
so gewählt,
dass die Signale oberhalb des zweiten Frequenzbandes gedämpft werden.
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Das
z. B. für
2,5 GHz ausgelegte dritte Filter F11 ist ein Hochpass höherer Ordnung,
der im ersten Frequenzband durchlässt. Die Induktivität L1 und
die Kapazitäten
C4, C6 bilden einen ersten Schwingkreis. Die Induktivität L2 und
die Kapazitäten
C5, C7 bilden einen zweiten Schwingkreis. Die in verschiedenen Schwingkreisen
angeordneten Induktivitäten L1,
L2 (siehe 3A) sind magnetisch gekoppelt. Die
Kapazitäten
C1, C2, C3 sind im Signalpfad angeordnet.
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Das
Filter F12 funktioniert ähnlich
wie das Filter F11 mit dem Unterschied, dass die Kopplung zwischen
den Induktivitäten
L1 und L2 nicht magnetisch, sondern durch eine gemeinsame Induktivität L3 realisiert
ist (s. 3C). Die Realisierung dieser Schaltung
ist in 4 zu sehen. Die Kapazitäten C4 und C5 sind durch die
leitenden Flächen 432, 442 und 452 gebildet.
Die Fläche 442 ist
mittels einer Durchkontaktierung mit der Massefläche 491 verbunden.
Die parasitäre
Induktivität
der Durchkontaktierung und der Fläche 442 ergeben zusammen
die in der 3C gezeigte Induktivität L3 zur
Masse.
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Die
ersten Signalpfade TX1, RX1 weisen ein erstes Notch auf, das in
der in 9A gezeigten Übertragungscharakteristik
links vom Passband liegt. In den beiden Filtern F11 und F12 wird
durch eine Schaltung, die gekoppelte Induktivitäten L1 und L2 und die Kapazität C2 umfasst,
ein zusätzliches
Notch im Sperrbereich der Übertragungscharakteristik
des Signalpfades erzeugt, was die Nahselektion des Filters deutlich
verbessert. Die Frequenzen der beiden Notches können unter schiedlich sein.
Sie können aber
auch im Wesentlichen übereinstimmen.
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Die
für 5 GHz
ausgelegten vierten Filter F21, F22 sind Bandpässe, die im zweiten Frequenzband durchlassen.
Der Ein- und Ausgang des vierten Filters F21 bzw. F22 sind mittels
der Kapazität
C3 kapazitiv gekoppelt. Die Induktivitäten L1, L3 und die Kapazität C4 bilden
einen ersten Parallelschwingkreis. Die Induktivitäten L2,
L3 und die Kapazität
C5 bilden einen zweiten Parallelschwingkreis. Diese Parallelschwingkreise
sind über
ihre gemeinsame Induktivität
L3 (siehe 5A) elektrisch verkoppelt. Die
Induktivität
L3 ist vorzugsweise klein und kann in einer Variante als eine ganz
kurze Leitung realisiert werden. Die Induktivitäten L1, L2 und die Kapazitäten C1,
C2 sind im Signalpfad angeordnet.
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In
diesem Filter wird das Signal in zwei Teilpfade aufgeteilt. Der
eine Teilpfad wird durch den Kondensator C3 und der andere durch
den Rest der Schaltung gebildet. Am Ausgang werden die beiden Teilpfade
wieder zusammengefasst. Die Signale von beiden Teilpfaden haben
am Ausgang bei zwei unterschiedlichen Frequenzen – links
und rechts vom Passband des jeweiligen Signalpfades – die gleichem
Amplituden und einen Phasenunterschied von 180°, so dass es in der Übertragungsfunktion
des Filters gemäß 9B zwei
Notches gibt.
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Der
Eingang einer Teilschaltung F11, F12, F21, F22 oder MA11/MA21, MA12/MA22
ist mit dem Bezugszeichen IN und der Ausgang mit dem Bezugszeichen
OUT bezeichnet.
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Das
für das
zweite Band FB2 ausgelegte vierte Filter F21, F22 wirkt im ersten
Frequenzband FB1 als eine Kapazität. Diese Kapazität und das
dem vierten Filter F21, F22 vorgeschaltete π-Glied – d. h. das Anpassnetzwerk
MA21, MA22 – bilden
zusammen einen Schwingkreis gegen Masse, der bei seiner Resonanzfrequenz,
d. h. der Sperrfrequenz fnotch eine niedrige
Impedanz aufweist und somit die HF-Signale bei dieser Frequenz gegen
Masse ableitet. Dies bedeutet, dass die zweite Schaltung F21/MA21, F22/MA22
wie ein Notch-Filter wirkt.
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Das π-Glied kann
im Prinzip durch einen Leitungsabschnitt oder eine Induktivität ersetzt
werden.
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Durch
die zweite Schaltung F21/MA21 bzw. F22/MA22 wird dabei bewirkt,
dass in der Übertragungsfunktion 1' der ersten
Schaltung F11/MA11 bzw. F12/MA12 eine relativ steile rechte Flanke
FL erzeugt wird (9C). Die linke Flanke der Übertragungsfunktion 1' ist durch die Übertragungsfunktion 1 des
dritten Filters F11 bzw. F12 erzeugt (vgl. 9A).
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Dagegen
ist die Übertragungsfunktion 2' durch die erste
Schaltung F11/MA11 bzw. F12/MA12 in der hier gezeigten Variante
im Wesentlichen nicht beeinflusst.
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3B zeigt
eine Möglichkeit
zur Realisierung des im Empfangspfad RX1 angeordneten dritten Filters
F11 im Vielschichtsubstrat.
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Das
Substrat ist vorzugsweise ein LTCC-Substrat mit Keramiklagen, die
jeweils zwischen Metallisierungsebenen angeordnet sind.
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Die
Kapazität
C1 ist eine Vielschicht-Kapazität,
die zwischen den leitenden Flächen 371 und
in verschiedenen Ebenen angeordneten, leitend miteinander verbundenen
leitenden Flächen 361 und 381 gebildet
ist. Die Kapazität
C3 ist auf dieselbe Art und Weise zwischen den leitenden Flächen 372, 362 und 382 gebildet.
Die Kapazität
C2 ist zwischen den leitenden Flächen 351 und 362 gebildet.
Die Induktivität L1
ist mittels der Leiterbahnen 331 und 341 realisiert, die übereinander
angeordnet sind. Die Induktivität
L2 ist mittels der Leiterbahnen 332 und 342 realisiert,
die übereinander
angeordnet sind.
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Die
Kapazität
C6 ist zwischen den leitenden Flächen 381 und 391 und
die Kapazität
C7 zwischen den leitenden Flächen 382 und 391 gebildet.
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Die
leitenden Flächen 321 und 301 sind
leitend miteinander verbunden. Die Kapazität C4 ist zwischen den leitenden
Flächen 321, 301 und 311 bzw.
die Kapazität
C5 zwischen den leitenden Flächen 321, 301 und 312 gebildet.
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Die
Ausgestaltung von Kapazitäten – hier den
Kapazitäten
C1, C3, C5 und C7 – als
eine Vielschicht-Kapazität
hat den Vorteil, dass dadurch zur Realisierung des vorgegebenen
Kapazitätswertes nur
eine vergleichsweise kleine Grundfläche benötigt wird.
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Die übereinander
angeordneten Windungen derselben Induktivität sind kapazitiv miteinander
verkoppelt. Dabei ist es wichtig, ihre Überlappungsfläche trotz
der produktionsbedingten relativen Verschiebung der Metallisierungsebenen
gegeneinander konstant zu halten. In diesem Zusammenhang ist vorteilhaft,
bei als Leiterbahnen realisierten, übereinander angeordneten Windungen 341 und 331 bzw. 332 und 342 derselben
Induktivität
L1 bzw. L2 die Leiterbahnen in verschiedenen Ebenen mit voneinander
unterschiedlichen Breiten auszubilden. Somit können die Toleranzfehler ausgeglichen
werden. Aus diesem Grund ist es auch vorteilhaft, die übereinander
angeord neten leitenden Flächen,
die eine Kapazität
bilden, mit voneinander unterschiedlichen Flächen auszubilden, so dass ihre Überlappungsfläche trotz
der Toleranzfehler konstant bleibt.
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Die
in derselben Ebene angeordneten Teile der Induktivitäten L1,
L2 weisen parallel zueinander verlaufende Abschnitte auf, die einen
geringen Abstand – von
z. B. weniger als die doppelte Breite dieser Abschnitte – voneinander
aufweisen.
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Zwischen
den Metallisierungsebenen, in denen die induktiv wirkenden Elemente 331, 341, 332 und 342 angeordnet
sind, und den nächsten
Metallisierungsebenen, die relativ großflächige leitende Flächen 351, 321 enthalten,
sind anstatt nur einer Keramikschicht mindestens zwei solche Schichten
angeordnet. Somit kann die unerwünschte
kapazitive Kopplung der Leiterbahnen 331, 341, 332 und 342 mit
diesen Flächen
verringert werden.
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Auch
zwischen der Metallisierungsebene, in der die leitenden Flächen 381, 382 angeordnet
sind, und der Metallisierungsebene, in der die Fläche 391 angeordnet
ist, sind zur Einstellung eines relativ kleinen Kapazitätswertes
der Kapazitäten
C6, C7 zwei Keramikschichten vorgesehen.
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4 zeigt
eine Möglichkeit
zur Realisierung des im Sendepfad TX1 angeordneten dritten Filters F12
im Vielschichtsubstrat.
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Die
Kapazität
C1 ist hier zwischen den Flächen 421, 423 und 431 gebildet.
Die Kapazität
C3 ist zwischen den Flächen 451, 461 und 471 gebildet.
Die Kapazität
C2 ist zwischen den Flächen 431, 441, 451 und 461 gebildet.
Die Flächen 441 und 451 sind
in verschiedenen Ebenen angeordnet und leitend miteinander verbunden.
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Die
Induktivität
L1 ist durch die Leiterbahnen 422 und 411 und
die Induktivität
L2 durch die Leiterbahnen 472 und 481 gebildet.
Die Kapazität
C4 ist zwischen den Flächen 432 und 442 und
die Kapazität C5
zwischen den Flächen 452 und 442 gebildet.
Die Flächen 401, 442 und 491 sind
leitend miteinander und mit Masse verbunden.
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Die
Kapazität
C6 ist zwischen den Flächen 421 und 401 gebildet.
Die Kapazität
C7 ist zwischen den Flächen 491 und 471 gebildet.
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Die
an die Masse angeschlossenen äußeren Flächen 301 und 391 in 3B, 401 und 491 in 4, 501 und 551 in 5B, 601 und 651 in 6, 701 und 761 in 7B, 801 und 871 in 8 dienen zur
Abschirmung der dazwischen angeordneten Metallisierungsebenen.
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5B zeigt
eine Möglichkeit
zur Realisierung des im Empfangspfad RX2 angeordneten vierten Filters
F21 im Vielschichtsubstrat.
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Die
Kapazität
C1 ist zwischen den übereinander
angeordneten Flächen 531 und 541 und
die Kapazität
C2 zwischen den Flächen 532 und 542 gebildet.
Die Kapazität
C3 ist als Serienschaltung von zwei Teilkapazitäten realisiert. Die erste Teilkapazität ist zwischen
den Flächen 531 und 521 und
die zweite zwischen den Flächen 521 und 532 gebildet.
Die Kapazität
C4 ist zwischen den übereinander
angeordneten Flächen 541 und 551 und
die Kapazität
C5 zwischen den übereinander
angeordneten Flächen 542 und 551 gebildet.
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Die
Induktivität
L1 ist durch die Durchkontaktierung DK1 und eine L-förmige Leiterbahn 511 gebildet.
Die Induktivität
L2 ist durch die Durchkontaktierung DK2 und eine L-förmige Leiterbahn 513 gebildet.
Die Induktivität
L3 ist durch eine kurze Leiterbahn 512 und die Durchkontaktierungen
DK31, DK32 gebildet. Diese Leiterbahn wird absichtlich an der Stelle
breiter gemacht, wo sie mit den Durchkontaktierungen DK31 und DK32
verbunden ist, um die Fertigungstoleranzen – insbesondere den Lagenversatz bei
der Herstellung des Mehrlagensubstrats – zu kompensieren.
-
6 zeigt
eine Möglichkeit
zur Realisierung des im Sendepfad TX2 angeordneten vierten Filters F22
im Vielschichtsubstrat.
-
Die
Kapazität
C1 ist zwischen den übereinander
angeordneten Flächen 621, 631 und 641 gebildet.
Die Flächen 621 und 641 sind
leitend verbunden. Die Kapazität
C2 ist zwischen den Flächen 622, 632 und 642 gebildet.
Die Flächen 622 und 642 sind
leitend verbunden.
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Die
Kapazität
C3 ist als Serienschaltung von zwei Teilkapazitäten realisiert. Die erste Teilkapazität ist zwischen
den Flächen 631 und 623 und
die zweite zwischen den Flächen 632 und 623 gebildet.
Die Kapazität
C4 ist zwischen den übereinander
angeordneten Flächen 641 und 651 und
die Kapazität
C5 zwischen den übereinander
angeordneten Flächen 642 und 651 gebildet.
-
Die
Induktivität
L1 ist durch die Durchkontaktierung DK1 und eine L-förmige Leiterbahn 611 gebildet.
Die Induktivität
L2 ist durch die Durchkontaktierung DK2 und eine L-förmige Lei terbahn 613 gebildet.
Die Induktivität
L3 ist durch eine kurze Leiterbahn 612 und die Durchkontaktierungen
DK31, DK32 gebildet. Diese Leiterbahn wird absichtlich an der Stelle
breiter gemacht, wo sie mit den Durchkontaktierungen DK31 und DK32
verbunden ist, um die Fertigungstoleranzen – insbesondere den Lagenversatz bei
der Herstellung des Mehrlagensubstrats – zu kompensieren.
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7B zeigt
eine Möglichkeit
zur Realisierung der im Empfangspfad RX angeordneten Anpassnetzwerke
MA11 und MA21 im Vielschichtsubstrat.
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Die
Kapazität
C10 ist zwischen den leitenden Flächen 701 und 711 gebildet.
Die Induktivität
L11 ist durch die Leiterbahnen 741 und 721 gebildet.
Die Induktivität
L21 ist durch die Leiterbahnen 731 und 722 gebildet.
Die Kapazität
C21 ist zwischen den Flächen 751 und 761 gebildet.
Die Kapazität
C11 ist vorzugsweise klein und daher vernachlässigbar. Sie kann z. B. durch
parasitäre
kapazitive Kopplungen zwischen den in der Figur gezeigten leitenden
Flächen
gebildet werden.
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8 zeigt
eine Möglichkeit
zur Realisierung der im Sendepfad TX angeordneten Anpassnetzwerke
MA11 und MA21 (bzw. MA12 und MA22) im Vielschichtsubstrat.
-
Die
Kapazität
C20 ist zwischen den leitenden Flächen 801 und 811 gebildet.
Die Induktivität
L12 ist durch die Leiterbahnen 841 und 831 gebildet.
Die Induktivität
L22 ist durch die Leiterbahnen 832 und 842 gebildet.
Die Kapazität
C22 ist zwischen den Flächen 851, 861 und 871 gebildet.
Die Flächen 871 und 851 sind
leitend verbunden. Die Kapazität
C12 ist in diesem Fall vernachlässigbar.
-
In 3B, 4, 5B, 6, 7B und 8 sind
verschiedene Bereiche desselben Vielschichtsubstrats gezeigt.
-
Die
angegebene Multiband-Schaltung ist auf die in den Figuren gezeigten
Beispiele bzw. die Anzahl der darin dargestellten Elemente nicht
beschränkt.
Die Multiband-Schaltung kann für
mehr als nur zwei Frequenzbänder
ausgelegt sein. Im gemeinsamen Pfad TX, RX – zwischen dem Antennenschalter
SW und der Verzweigungsstelle des Signalpfades – kann zusätzlich ein Anpassnetzwerk,
ein Impedanzwandler oder ein Filter, z. B. ein Tiefpass angeordnet
sein. Weitere Schalter oder Duplexer in weiteren Signalpfaden können vorgesehen
sein.
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- 1
- Übertragungsfunktion des
Filters F11 oder F12
- 2
- Übertragungsfunktion des
Filters F21 oder F22
- 1'
- Übertragungsfunktion der
ersten Schaltung MA11, F11 bzw. MA12, F12
- 2'
- Übertragungsfunktion der
zweiten Schaltung MA21, F21 bzw. MA22, F22
- 301–871
- Leiterbahnen
- ANT1,
ANT2
- Antenne
- Bal
- Balun
- C1–C7, C11–C22
- Kapazitäten
- C10,
C20
- Kapazitäten
- DK1,
DK2, DK31, DK32
- Durchkontaktierung
- F11
- im
ersten Signalzweig RX1 angeordnetes drittes Filter
- F12
- im
ersten Signalzweig TX1 angeordnetes drittes Filter
- F21
- im
zweiten Signalzweig RX2 angeordnetes viertes Filter
- F22
- im
zweiten Signalzweig TX2 angeordnetes viertes Filter
- FB1
- erstes
Frequenzband
- FB2
- zweites
Frequenzband
- FL
- recht
Flanke der Übertragungsfunktion 1'
- fnotch
- Sperrfrequenz
- IN
- Eingang
- L1–L3, L11–L22
- Induktivitäten
- LNA
- rauscharmer
Verstärker
- MA11
- im
ersten Signalzweig RX1 angeordnetes Anpassnetzwerk
- MA12
- im
ersten Signalzweig TX1 angeordnetes Anpassnetzwerk
- MA21
- im
zweiten Signalzweig RX2 angeordnetes Anpassnetzwerk
- MA22
- im
zweiten Signalzweig TX2 angeordnetes Anpassnetzwerk
- OUT
- Ausgang
- PA
- Leistungsverstärker
- RFIC
- integrierte
Schaltung zur Verarbeitung von WLAN-Daten
- RX
- gemeinsamer
Pfad (Empfangspfad)
- RX1
- erster
Signalzweig (Empfangspfad)
- RX2
- zweiter
Signalzweig (Empfangspfad)
- SW
- Antennenschalter
- TX
- gemeinsamer
Pfad (Sendepfad)
- TX1
- erster
Signalzweig (Sendepfad)
- TX2
- zweiter
Signalzweig (Sendepfad)