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Die
Erfindung betrifft ein Multiband-Filter, welches einen Durchlassbereich
für zumindest zwei Mobilfunkbänder aufweist, in
denen Senden und Empfangen möglich ist. Darüber
hinaus weist es einen Sperrbereich für ein drittes drahtloses Übertragungssystem
auf.
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Multiband-Filter
für mehrere Mobilfunkbänder mit unterschiedlichen
Frequenzbereichen benötigten entweder einen breiten oder
mehrere schmalere Passbandbereiche, um die verschiedenen, den Bändern
zugeordneten Frequenzbereiche passieren lassen zu können.
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Aus
den Patentschriften
US 5 815
052 ,
US 6 043 725 und
US 6 115 592 sind Multiband-Filter
bekannt, die aus einer Parallelschaltung zweier Bandpassfilter bestehen.
Aus der
US 5 184 096 ist
ein breitbandiges Passbandfilter bekannt, welches eine Parallelschaltung
von drei Bandpassfiltern umfasst. Weitere Multiband-Filter werden
durch spezielle Auslegung der entsprechenden Filterschaltungen erhalten.
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Ein
Problem bei bekannten Multiband-Filtern besteht darin, dass ein
breiter Durchlassbereich nur in ausreichender Entfernung von einem
Sperrbereich erhalten werden kann, oder, anders ausgedrückt, weisen
bekannte Multiband-Filter nur einen Durchgangsbereich mit hin zum
Sperrbereich abgeflachter Flanke auf, so dass diese Filter eine
zu große Übergangsbreite zwischen Sperrband und
erstem Durchlassband aufweisen.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Multiband-Filter
anzugeben, welches zumindest zwei oberhalb eines Sperrbereichs liegende
Durchlassbereiche für unterschiedliche Mobilfunkbänder
aufweist und welches insbesondere mit einer kleinen und daher verbesserten Übergangsbreite zwischen
Sperrbereich und Durchlassbereich ausgestattet ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Bandsperr-Filter
mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung sind weiteren Ansprüchen zu entnehmen.
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Es
wird ein Bandsperr-Filter vorgeschlagen, welches einen ersten und
einen zweiten zueinander parallel geschalteten Filterzweig aufweist.
Im ersten Filterzweig ist ein erstes Teilfilter angeordnet, das
einen Bandpass mit einem ersten Durchlassbereich umfasst. Im zweiten
Filterzweig ist ein zweites Teilfilter angeordnet, das einen Hochpass
mit einem zweitem Durchlassbereich umfasst, welcher frequenzmäßig über
dem ersten Durchlassbereich angeordnet ist. Darüber hinaus
ist vom ersten Filterzweig aus ein Querzweig quer gegen Masse geschaltet,
in dem ein Impedanzelement und insbesondere ein Resonator angeordnet
ist. Mit einem solchen Aufbau wird ein Bandsperr-Filter erhalten,
welches einen unterhalb des ersten Durchlassbereichs ausgebildeten
Sperrbereich aufweist, der mit steiler Flanke in einen ersten Durchlassbereich übergeht.
Oberhalb des ersten Durchlassbereichs bildet sich ein zweiter Durchlassbereich
aus.
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Das
Bandsperr-Filter ist auf einem mehrschichtigen Substrat aufgebaut,
welches zumindest zwei strukturierte Metallisierungsebenen aufweist. Bandpass
und Hochpass sind dabei aus LC-Elementen aufgebaut, die zumindest
teilweise in dem mehr schichtigen Substrat integriert sind. Bei geeigneter Dimensionierung
der LC-Elemente und bei einer entsprechenden Platzierung der Resonanzfrequenz
des Resonators gelingt es, mehrere Durchlassbereiche mit extrem
hoher relativer Bandbreite von jeweils mehr als 5% bei gleichzeitig
geringer Einfügedämpfung zu erhalten, wobei der
nahe gelegene Sperrbereich eine hohe Dämpfung und eine
geringe Übergangsbreite zum ersten Durchlassbereich aufweist. Das
zumindest teilweise in das Substrat integrierte Bandsperr-Filter
ist außerdem kompakt und kostengünstig herstellbar.
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Vorteilhaft
für eine steile Flanke zwischen dem Sperrbereich und dem
ersten Durchlassbereich ist es, wenn als Impedanzelement ein elektroakustischer
Resonator mit einer Güte von zumindest 500 eingesetzt ist.
Vorzugsweise ist der Resonator so spezifiziert, dass seine Resonanzfrequenz
ungefähr der oberen Kante des Sperrbereichs entspricht.
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Ein
besonders breiter erster Durchlassbereich wird erhalten, wenn der
Resonator einen hohen Pol-Nullstellen-Abstand aufweist. Bei einem
elektroakustischen Resonator wird dieser Abstand umso größer,
je höher die Kopplung des piezoelektrischen Materials des
Resonators ist. Als hochkoppelnde Materialien für elektroakustische
Resonatoren können beispielsweise Lithium-Niobat und Kalium-Niobat eingesetzt
werden.
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Möglich
ist es jedoch auch, den Pol-Nullstellen-Abstand eines elektroakustischen
Resonators durch eine dazu in Serie geschaltete Induktivität
zu vergrößern. In einer Ausgestaltung ist im Querzweig zur
Masse daher der Resonator in Serie mit einer Induktivität
verschaltet. In diesem Fall ist auch Lithiumtantalat als piezoelektrisches
Material geeignet.
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Der
elektroakustische Resonator kann ein SAW (Surface Acoustic Wave)-Resonator,
ein BAW (Bulk Acoustic Wave)-Resonator oder ein keramischer Mikrowellenresonator
sein, die jeweils mit hohen Güten zu verwirklichen sind.
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Von
den LC-Elementen, aus denen Bandpass und Hochpass aufgebaut sind,
ist zumindest ein Teil kostengünstig als integrierte Elemente
im Substrat realisiert. Deren Güten liegen beispielsweise
unter 50. Teile der LC-Elemente sind daher als diskrete Elemente
in Form von Kondensatoren und/oder Spulen realisiert und insbesondere
auf der Oberfläche des Substrats montiert das die integrierten
LC-Elemente aufweist. Vorteilhaft ist es beispielsweise, die mit
relativ geringen Fertigungstoleranzen herstellbaren Kapazitäten
in Form von in das Substrat integrierten Elementen zu realisieren,
zumindest einen Teil der Induktivitäten jedoch als diskrete
Spule zu realisieren.
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In
einer möglichen Anwendung des vorgeschlagenen Multiband-Filters
entspricht der Sperrbereich dem für DVB-H System (digital
video broadcast – handheld) reservierten Band zwischen
470 und 750 MHz, während erster und zweiter Durchlassbereich für
die Sende- und Empfangsbänder den im 1 und 2 GHz-Bereich
arbeitenden gängigen Mobilfunksystemen zugeordnet sind.
Ein derart dimensioniertes Bandsperr-Filter weist also zumindest
einen ersten Durchlassbereich zwischen 824 und 960 MHz und einen
zweiten Durchlassbereich zwischen 1710 und 2170 MHz auf. Mit Hilfe
von Serienkapazitäten, die ein- und ausgangsseitig des
zweiten Filterzweigs mit dem Hochpass angeordnet sind, und von Serieninduktivitäten
am Ein- und Ausgang des ersten Filterzweigs kann erreicht werden,
dass immer nur einer der beiden Filterzweige transmittiert, während der
jeweils andere Zweig einen Leerlauf darstellt.
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Es
ist jedoch auch möglich, die Grenzfrequenz des Hochpass
(zweites Teilfilter) in den Bereich des ersten Durchlassbereichs
zu verlegen. Dies führt dazu, dass bei Beaufschlagung des
Bandsperr-Filters mit Frequenzen im 1 GHz-Bereich sowohl der erste
als auch der zweite Filterzweig Leistung übertragen kann.
Signale im 2 GHz-Bereich werden jedoch ausschließlich im
zweiten Filterzweig übertragen, während das erste
Teilfilter einen Leerlauf darstellt. Durch eine derartige Wahl der
Grenzfrequenz des Hochpass ist es möglich, ein sehr breites Übertragungsband
zu realisieren, welches oberhalb des ersten Durchlassbereichs einen
nur geringen Einbruch mit leicht erhöhter Dämpfung
aufweist und bereits bei ca. 1300 MHz wieder optimal, d. h. mit geringer
Einfügedämpfung transmittiert.
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Während
die Durchlassbereiche praktisch ausschließlich von entsprechend
dimensionierten LC-Elementen von Bandpass und Hochpass geschaffen
werden, wird mit Hilfe des in einen Querzweig zum ersten Filterzweig
angeordneten Impedanzelements ein steiler Übergang vom
ersten Durchlassbereich in den Sperrbereich realisiert, der in einer
Ausführung bis ca. 750 MHz mit einer Dämpfung
von mindestens –13 dB und unterhalb von 700 MHz mit einer
Dämpfung von mehr als –25 dB sperrt.
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Ein
geeigneter Bandpass im ersten Filterzweig umfasst zumindest eine
erste und eine zweite Serieninduktivität, eine erste und
eine zweite Serienkapazität und quer dazu gegen Masse geschaltet, eine
erste Parallelinduktivität. Der Bandpass kann außerdem
eine dritte Serieninduktivität und wahlweise eine zweite
Parallelinduktivität umfassen. Erste und zweite Parallelinduktivität
sind jeweils in einem eigenen Querzweig zum zweiten Filterzweig
angeordnet und können mit einer ebenfalls im jeweiligen Querzweig
angeordneten Kapazität in Serie geschaltet sein.
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Ein
geeigneter Hochpass im zweiten Filterzweig kann eine erste und eine
zweite Serienkapazität und eine zwischen den beiden Serienkapazitäten
in einem Querzweig gegen Masse angeordnete Induktivität
umfassen. Die Induktivität im Querzweig des Hochpasses
kann außerdem mit einer ebenfalls im Querzweig angeordneten
Kapazität in Serie geschaltet sein.
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Wird
das Bandsperr-Filter mit hoher Leistung beaufschlagt, wie es beispielsweise
im Sendezweig eines Mobilfunksystems der Fall ist, so sollte der
Resonator eine besondere Leistungsfestigkeit aufweisen und Signale
von mehr als 30 dBm ohne Schaden aushalten können, was
einer anliegenden Leistung von mehr als 1 Watt entspricht.
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Die
Leistungsfestigkeit eines z. B. als Eintor-SAW-Resonator ausgebildeten
Resonators kann durch Kaskadierung erhöht werden. Eine
Vervierfachung der Leistungsfestigkeit wird beispielsweise mit einer
zweifach Kaskade zweier in Serie geschalteter Resonatoren erhalten.
Die Impedanz eines solchen kaskadierten Resonators kann dabei durch
entsprechende Vervierfachung der Resonatorfläche gegenüber
dem unkaskadierten Resonator unverändert bleiben.
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Eine
geringere Leistungsbeaufschlagung erfährt der Resonator
auch dann, wenn er im ersten Filterzweig in der Nähe des
Signalausgangs angeordnet ist, bzw. wenn der Querzweig mit dem Resonator endständig
im ersten Filterzweig angeordnet ist und das Bandsperrfilter mit
einer entsprechenden Polarität verschaltet ist.
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Wird
ein SAW-Resonator im Querzweig zum ersten Filterzweig eingesetzt,
so kann dieser als 1-Tor-Resonator ohne Reflektoren ausgebildet
sein. Dabei wird zusätzliche Chipfläche ein gespart
und damit auch die Substratfläche für das gesamte
Bandsperr-Filter reduziert.
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Das
vorgeschlagene Bandsperr-Filter kann insbesondere in Mobiltelefonen
eingesetzt werden, die Sende- und Empfangspfade im ersten und im zweiten
Durchlassbereich aufweisen. Wird das Filter dann im Sendepfad zwischen
Antenne und Sendeverstärker eingesetzt, so können
mit dem Bandsperr-Filter im Sperrbereich liegende Störsignale ausgefiltert
werden, die infolge eines Rauschens des Sendeverstärkers
auftreten können. Durch die hohe Unterdrückung
von Signalen im Sperrbereich ist es möglich, einen ebenfalls
im Mobilfunkgerät realisierten DVB-H Empfangszweig (= Digital
Video Broadcast-Handheld) ohne Störung durch den gleichzeitigen
Telefonbetrieb im ersten oder zweiten Durchlassbereich zu betreiben.
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Ohne
ein solches Bandsperr-Filter wäre es möglich,
dass das Rauschen des Sendeverstärkers im Bereich der DVB-H-Frequenzen
zur zweiten für das DBV-H-System benötigten Antenne übertragen wird
und dort für eine verminderte Empfangsqualität beziehungsweise
eine Störung DBV-H-Empfangs sorgt. Vorzugsweise ist das
Bandsperr-Filter daher in einem oder mehreren Sendezweigen zwischen
einem Leistungsverstärker und der Antenne angeordnet. Zwischen
Bandsperr-Filter und Antenne kann die Verzweigung zu weiteren Sende-
und Empfangszweigen durch zumindest eines der Elemente Antennenschalter,
Duplexer oder Diplexer oder durch Kombination der genannten Elemente
vorgenommen sein.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung ist eine Überbrückungsschaltung
für das Bandsperrfilter vorgehen, die das Bandsperrfilter
aus dem Mobilfunkpfad – hier dem Sendepfad – herausnimmt
und überbrückt, wenn DVB-H nicht aktiviert ist.
Da durch können die elektrische Verluste, die durch die
zusätzlichen Filterelemente des Bandsperrfilters möglicherweise
entstehen können, auf den Zeitraum beschränkt
werden, in dem DVB-H aktiviert ist. Die Überbrückungsschaltung
kann einen zusätzlichen Schalter umfassen, der einen Überbrückungspfad öffnet
oder schließt.
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Im
Folgenden wird das vorgeschlagene Bandsperr-Filter anhand von Ausführungsbeispielen und
der dazugehörigen Figuren näher erläutert.
Die Figuren sind rein schematisch und nicht maßstabsgetreu
dargestellt und dienen allein der Erläuterung der Erfindung.
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Es
zeigen:
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1 ein
erstes Ausführungsbeispiel eines Bandsperr-Filters,
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2 ein
zweites Ausführungsbeispiel,
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3 ein
drittes Ausführungsbeispiel,
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4 ein
viertes Ausführungsbeispiel,
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5 das Übertragungsverhalten
der in den 1 bis 4 dargestellten
Bandsperr-Filter,
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6 das
Durchlassverhalten der isoliert betrachteten ersten und zweiten
Filterzweige, und
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7 im
schematischen Querschnitt ein auf einem mehrschichtigen Substrat
realisiertes Bandsperr-Filter.
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1 zeigt
ein erstes Ausführungsbeispiel eines vorgeschlagenen Bandsperr-Filters.
Zwischen einem ersten Anschluss T1 und einem zweiten Anschluss T2
sind ein erster Filterzweig FZ1 und ein zweiter Filterzweig FZ2
parallel geschaltet. Im ersten Filterzweig FZ1 ist ein Bandpass
BP angeordnet. Dieser umfasst in Serie geschaltet eine erste Induktivität
L1, eine erste Kapazität C1, eine dritte Kapazität C3
und eine fünfte Induktivität L5. Zwischen der
ersten und dritten Kapazität C1, C3 ist in einem Querzweig
gegen Masse eine zweite Induktivität L2 angeordnet. Zwischen
der dritten Kapazität C3 und der fünften Induktivität
L5 ist in einem weiteren Querzweig gegen Masse ein Resonator R und
dazu in Serie eine vierte Induktivität L4 angeordnet. Die Nummerierung
bedeutet dabei nicht, dass eine entsprechende Anzahl des jeweiligen
Schaltungselementtyps vorhanden ist. Vielmehr zählt die
Nummerierung über alle, d. h. auch unterschiedliche Elemente
oder Schaltungspunkte hoch.
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Beide
Filterzweige FZ1 und FZ2 sind auf einem mehrschichtigen Substrat
realisiert. Dabei können sämtliche Kapazitäten
als integrierte Kapazitäten innerhalb des mehrschichtigen
Substrats in Form von Metallisierungsflächen realisiert
sein, die in einander benachbarten Metallisierungsebenen des Substrats strukturiert
sind. Ebenso kann ein Teil der Induktivitäten L als integrierte
Elemente im Mehrschichtsubstrat realisiert sein. Zumindest ein Teil
der Induktivitäten ist jedoch jeweils als diskretes Bauelement
realisiert und vorzugsweise auf der Oberfläche des Mehrschichtsubstrats
montiert. Der Resonator R ist vorzugsweise ein elektro-akustischer
Resonator, beispielsweise ein SAW-Resonator, der als bloßer
Chip (Bare Die) mittels Flip-Chip-Technik ebenfalls auf der Oberfläche
des Mehrschichtsubstrats angeordnet und mit der im Substrat integrierten
Verschaltung elektrisch verbunden ist.
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Der
im zweiten Filterzweig realisierte Hochpass HP umfasst eine sechste
Kapazität C6 und eine achte Kapazität C8, zwischen
denen in einem Querzweig gegen Masse eine siebte Induktivität
L7 angeordnet ist.
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2 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel eines vorgeschlagenen
Bandsperr-Filters, bei dem im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel
innerhalb des Hochpasses im Querzweig und in Serie zur siebten Induktivität
L7 eine siebte Kapazität C7 gegen Masse geschaltet ist.
Aufgrund des zusätzlichen Schaltungselements (7. Kapazität)
sind die diskreten Werte der übrigen Schaltungselemente
neu optimiert. Dies führt dazu, dass nicht nur die Schaltungselemente
des Hochpasses HP, sondern auch die der Schaltungselemente innerhalb
des Bandpasses BP andere diskrete Werte annehmen können. Auf
diese Weise kann erreicht werden, dass jedes der beiden Filter mit
Hilfe entsprechend dimensionierter Schaltungselemente des zweiten
Filters angepasst wird und umgekehrt. Allein aufgrund dieser Tatsache
können sich bei den diskreten Werten der Schaltungselemente
auch größere Unterschiede zu den Werten ergeben,
die im ersten Ausführungsbeispiel für den dort
vom Ersatzschaltbild her identischen Bandpass gewählt werden
können.
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3 zeigt
ein weiteres (drittes) Ausführungsbeispiel eines Bandsperr-Filters,
welches ausgehend vom zweiten Ausführungsbeispiel eine
weitere Kapazität aufweist, die als zweite Kapazität
C2 in Serie zur zweiten Induktivität L2 in den entsprechenden
Querzweig gegen Masse geschaltet ist. Der Hochpass HP bleibt gegenüber
dem zweiten Ausführungsbeispiel bezüglich der
Schaltungsanordnung unverändert, ebenso die Anordnung der
Schaltungselemente des Bandpasses BP gegenüber dem zweiten
Ausführungsbeispiel, nicht aber deren diskrete Werte.
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4 zeigt
ein viertes Ausführungsbeispiel einer Bandsperre, bei dem
die Anordnung der Schaltungselemente gegenüber dem dritten
Ausführungsbeispiel im Hochpass HP unverändert
bleibt. Der Bandpass BP dagegen umfasst nun im ersten Filterzweig
FZ1 in Serie geschaltet eine erste Induktivität L1, eine
erste Kapazität C1, eine vierte Induktivität L4,
eine siebte Kapazität C7 und eine siebte Kapazität
L7. In einem Querzweig gegen Masse ist zwischen der ersten Kapazität
C1 und der vierten Induktivität L4 eine zweite Kapazität
C2 und eine zweite Induktivität L2 in Serie geschaltet.
Ein erster Querzweig gegen Masse zwischen der vierten Induktivität
L4 und der siebten Kapazität C7 umfasst eine dort angeordnete
fünfte Induktivität L5. In einem dritten Querzweig
gegen Masse, direkt benachbart zum zweiten Querzweig, ist in Serie
ein Resonator R und eine sechste Induktivität L6 angeordnet.
Auch hier gilt, dass bei einer Optimierung des Bandsperrfilters nicht
nur die diskreten Werte der Querschaltungselemente verändert
werden, die unterschiedlich gegenüber den anderen Ausführungsbeispielen
sind, sondern sämtliche Komponenten eines Filters ebenso wie
die Schaltungselemente des zweiten Filters angepasst bzw. neu optimiert
sind.
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5 zeigt
die simulierten Übertragungsfunktionen der vier Ausführungsbeispiele
in Form ihrer Streuparameter S21. In das Diagramm eingezeichnet
sind der Sperrbereich SP, der erste Durchlassbereich D1 und der
zweite Durchlassbereich D2, die hier so gewählt sind, dass
der Sperrbereich SP mit dem Frequenzbereich des DVB-H Systems zusammenfällt,
während D1 sämtliche Frequenzen der 1 GHz-Mobilfunkbänder
und D2 sämtliche Frequenzen der 2 GHz-Mobilfunkbänder
umfasst.
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Es
zeigt sich, dass sämtliche Durchlasskurven 1 bis 4 der
Ausführungsbeispiele 1 bis 4 die Spezifikationen für
diese gedachte Anwendung erfüllen. Ein leichter Einbruch
der Übertragungsfunktion zwischen erstem Durchlassbereich
D1 und zweitem Durchlassbereich D2 ist für die gewünschte
Anwendung unschädlich, da dort keine Mobilfunkbänder vorhanden
sind.
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Durch
geeignete Dimensionierung der Schaltungselemente L und C sowie durch
geeignete Resonanzfrequenz des Resonators R ist es jedoch auch möglich,
die Spezifikationen des Bandsperr-Filters und insbesondere Sperrbereiche
SP sowie ersten und zweiten Durchlassbereich D1, D2 individuell auf
ein anderes Problem hin zu optimieren.
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6 zeigt
nochmals die Übertragungsfunktion BS des Bandsperrfilters
nach dem ersten Ausführungsbeispiel, die in einer Simulation
den isoliert betrachteten Teilübertragungsfunktionen von
Hochpass HP und Bandpass BP gegenüber gestellt wird. Aus
den Teilübertragungsfunktionen zeigt sich, dass der Hochpass
HP im zweiten Durchlassbereich D2 mit minimaler Einfügedämpfung
durchlässt. Jedoch auch im ersten Durchlassbereich D1 kann
noch viel Energie übertragen werden, da die Grenzfrequenz des
Hochpasses HP am oberen Rand des ersten Durchlassbereichs D1 liegt.
Die Grenzfrequenz ist die Frequenz, bei der das entsprechende Hochpassfilter
HP 3 dB-Dämpfung gegenüber dem Punkt mit der geringsten
Einfügedämpfung innerhalb des zweiten Durchlassbereichs
D2 aufweist. Der isolierte Bandpass BP zeigt eine starke Fehlanpassung.
Die Teilübertragungsfunktion erzeugt im Wesentlichen die
linke Flanke der Gesamtübertragungsfunktion hin zum Sperrbereich.
Dennoch wird durch Parallelschaltung dieser beiden Filter (Bandpass,
Hochpass) die in der 6 dargestellte Übertragungskurve
BS für die Bandsperre erhalten. Dies zeigt, dass sich die beiden
Filterzweige gegenseitig anpassen und daher keine äußeren
Anpasselemente mehr benötigen.
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7 zeigt
ausschnittsweise und im schematischen Querschnitt eine mögliche
Realisierung von Schaltungskomponenten für das vorgeschlagene
Bandsperr-Filter. Dieses ist hier auf einem mehrschichtigen Substrat
SU aufgebaut, welches in der dargestellten Ausführung zwei
innen liegende Metallisierungsebenen M1 und M2 aufweist. Das Substrat ist
vorzugsweise aus Keramik und insbesondere aus LTCC-Keramik (low
temperature cofired ceramics). Möglich sind aber auch Mehrschichtsubstrate
aus anderen Keramiken oder aus einem gegebenenfalls gefüllten
dielektrischen Kunststoffleiterplattenmaterial. In den Metallisierungsebenen
M1, M2 sind Leiterbahnen und metallisierte Flächen angeordnet,
die miteinander über Durchkontaktierungen verschaltet sein
können.
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Auf
der Oberfläche des Substrats SU ist als diskrete Komponente
auf jeden Fall ein Resonator R z. B. wie hier in Flip-chip-Bauweise
mit Hilfe von auf der Oberfläche des Substrats angeordneten
bondbaren Kontakten verbunden. Der Resonator ist hier als SAW-Resonator
dargestellt. Möglich ist es jedoch auch, den Resonator
als BAW- oder Mikrowellenkeramikresonator auszubilden.
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Als
weitere diskrete Schaltungskomponente ist hier eine Induktivität
L ebenfalls auf der Oberfläche des Substrats SU angeordnet
und elektrisch beispielsweise als SMD Bauelement (= surface mounted
device) mit der Schaltung innerhalb des Substrats verbunden. Eine
Kapazität C ist beispielhaft durch zwei in einander benachbarten
Metallisierungsebenen M1, M2 angeordnete Metallisierungsflächen
realisiert, wie in der 7 dargestellt. Weitere Induktivitäten
können in Form von Induktivitätsbehafteten Metallisierungen
und Durchkontaktierungen realisiert sein. Besonders hohe Induktivitätswerte
können durch längere Leiterbahnen und insbesondere
durch z. B. mäandrierende Leiterbahnen mit einer geeigneten,
proportional zur Induktivität ausgebildeten elektrischen
Länge oder als Spiralen oder über mehrere Metallisierungsebenen
realisierte Spulen ausgeführt werden. Vorzugsweise wird
das Substrat SU und die darin und darauf realisierte Schaltung des
Bandsperr-Filters über Außenkontakte AK, AK' kontaktiert, die
auf der Unterseite des Substrats angeordnet sind.
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Im
folgenden werden konkrete Werte angegeben, wie die Schaltungselemente
des ersten Ausführungsbeispiels entsprechend einer Optimierung dimensioniert
werden können, um das gewünschte Durchlassverhalten
des Bandsperr-Filters zu erhalten. Die Induktivitätswerte
sind dabei in nH angegeben, die Kapazitätswerte in pF:
L1
= 28,62
C1 = 1,65
L2 = 0,80
C3 = 12,42
L4 =
6,21
L5 = 7,34
C6 = 3,05
L7 = 4,12
C8 = 3,12.
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Für
das erste Ausführungsbeispiel wird die Resonanzfrequenz
des Resonators R so gewählt, dass sie im Bereich der oberen
Flanke des Sperrbereichs SP zu Liegen kommt. Dabei wird berücksichtigt,
dass die vierte Induktivität L4, die in Serie zum Resonator
R geschaltet ist, die Resonanzfrequenz hin zu niedrigeren Frequenzen
verschiebt. Ohne diese Induktivität wäre eine
entsprechend niedrigere Resonanzfrequenz des Resonators zu wählen.
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Im
Beispiel wird ein Lithium-Tantalat SAW Resonator mit einer Resonanzfrequenz
von 773 MHz, einer Antiresonanzfrequenz von 801 MHz und einer statischen
Kapazität von 4,44 pF verwendet. In entsprechender Weise
können durch geeignete Optimierungsverfahren die diskreten
Werte für die Schaltungselemente der in den 2 bis 4 dargestellten
Ausführungsbeispiele ermittelt werden. Mit den dargestellten
Simulationsergebnissen wird jedoch nachgewiesen, dass die vorgestellten
Bandsperr-Filter die gewünschten Eigenschaften aufweisen.
Im Einzelnen sind dies die große Breite des gesamten Durchlassbereichs,
in dem das Bandsperr-Filter eine niedrige Dämpfung aufweist.
Dieser gesamte Durchlassbereich ist zur Aufnahme mehrerer unterschiedlicher
Mobilfunkbänder oder anderer drahtloser Anwendungen geeignet.
Weiterhin zeigen die vorgestellten Bandsperr-Filter eine steile
Flanke hin zu einem Sperrbereich, wobei eine Übergangsbandbreite von
ca. 10% relativer Bandbreite erreicht werden kann. Der Sperrbereich
wiederum zeichnet sich ebenfalls durch eine hohe Breite aus. Die
relative Bandbreite des Sperrbereichs gemäß den
Spezifikationen des DVB-H-Systems beträgt beispielsweise ca.
55% relativer Bandbreite, bezogen auf die Mittenfrequenz bei 510
MHz. Mithin wird ein Bandsperr-Filter angegeben, welches bisher
nicht erreichte Eigenschaften durch die neue Kombination Bandpass
und Hochpass erzielt, die zumindest zum Teil in Form von integrierten
LC-Elementen realisiert ist.
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Die
Erfindung ist nicht auf die in den Ausführungsbeispielen
dargestellten Einzelschaltungen beschränkt. Es ist klar,
dass die Einzelfilter durch Hinzufügen und Weglassen einzelner
Schaltungskomponenten variiert werden können. Prinzipiell sind
weitere LC-Schaltungen für Bandpass- und Hochpassfilter bekannt
und können im vorgeschlagenen Bandsperr-Filter eingesetzt
werden. Dabei sind auch unterschiedliche Kombinationen bekannter
und neu konstruierter Bandpass- und Hochpassfilter möglich.
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- BP
- Bandpass
- BS
- Bandsperre
- C1,
C2, ...
- Kapazitäten
- FZ1,
FZ2
- erster
und zweiter Filterzweig
- HP
- Hochpass
- L1,
L2, ...
- Induktivitäten
- R
- Resonator
- 1–4
- Durchlasskurven
von Beispiel 1–4
- T1,
T2
- Anschlüsse
- D1,
D2
- erster
und zweiter Durchlassbereich
- SP
- Sperrbereich
- AK
- Außenkontakt
- M
- Metallisierungsebene
- SU
- Substrat
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 5815052 [0003]
- - US 6043725 [0003]
- - US 6115592 [0003]
- - US 5184096 [0003]