DE102007028290B4

DE102007028290B4 - Bandpassfilter

Info

Publication number: DE102007028290B4
Application number: DE200710028290
Authority: DE
Inventors: Werner Dr. Ruile
Original assignee: Epcos AG
Current assignee: SnapTrack Inc
Priority date: 2007-06-20
Filing date: 2007-06-20
Publication date: 2009-05-14
Anticipated expiration: 2027-06-21
Also published as: DE102007028290A1

Abstract

Für ein Filter, das ein Passband mit besonders steiler Flanke aufweist wird vorgeschlagen, ein Bandpassfilter in Serie mit einem Notch-Filter zu verschalten, wobei die Sperrfrequenz des Notch-Filters im Bereich der zu versteilernden Flanke angeordnet ist. Die Bandbreite des Bandpassfilters wird dabei größer als die Bandbreite des Notch-Filters gewählt. Zwei derart verschaltete Filter können auch zu einem Diplexer oder Duplexer vereinigt werden.

Description

In der HF-Technik und insbesondere im Bereich der mobilen Kommunikation werden Bandpassfilter eingesetzt, um innerhalb eines bestimmten Frequenzbereichs – des Passbands – liegende Signale von Signalen außerhalb des Passbands zu trennen. Insbesondere werden Bandpassfilter dazu eingesetzt, um ein bestimmtes, in einem Mobilfunksystemen genutztes Frequenzband in einer Mobilfunkeinrichtung ein- oder ausgangsseitig zu filtern.
Ein Bandpassfilter ist unter Anderem durch die Breite des Passbands, durch die Einfügedämpfung und durch die Steilheit seiner Flanken gekennzeichnet. Insbesondere kann ein Bandpassfilter mit steiler Flanke erforderlich sein, welches schnell vom Durchlassbereich mit geringer Dämpfung in den Sperrbereich übergeht, um so das Passband gegenüber nahe benachbarten Störsignalen oder anderen Frequenzbändern abzugrenzen. Eine besonders hohe Anforderung an die Flankensteilheit eines HF-Filters stellt beispielsweise das PCS-Mobilfunksystem, bei dem der Frequenzabstand zwischen dem für die Sendesignale genutzten Sendeband und dem für den Empfang von Signalen genutzten Empfangsband nur 20 Megahertz beträgt, was bezogen auf die Mittenfrequenz einem relativen Bandabstand von nur circa einem Prozent entspricht. Dies bedeutet, dass die zum jeweils benachbarten Frequenzband weisende Flanke des Durchlassbereichs der für PCS im Duplexer genutzten Filter innerhalb dieser 20 Megahertz von niedriger Einfügedämpfung bis auf eine ausreichende Signalunterdrückung von zum Beispiel 50 dB abfallen soll.
Ein weiteres Problem ist, dass die für PCS-Duplexer eingesetzten Bandpassfilter eine ausreichende Bandbreite aufweisen müssen, um sämtliche innerhalb des jeweiligen Sende- oder Empfangsbands liegende Signale zu erfassen. Nachteilig ist, dass sich hohe Bandbreite und steile Flanken oft gegenseitig ausschließen und nur mit besonderen Maßnahmen gleichzeitig verwirklicht werden können.
Aus der Druckschrift DE 10 2004 045 179 A1 sind Filterschaltungen mit verbesserter Flankensteilheit bekannt, die ein Basisfilter aus in einem Mehrlagensubstrat integrierten metallischen Strukturen sowie damit verschaltete hochgütige Resonatoren umfassen, welche als diskrete Bauelemente auf der Oberfläche des Substrats ausgeführt sind.
Aus der Druckschrift US 2002/0021192 A1 sind Verschaltungen von Bandpassfiltern mit Notch-Filtern zur Verbesserung der Einfügedämpfung außerhalb Passbands bekannt
Als weiteres Problem tritt hinzu, dass auf piezoelektrischen Materialien aufgebaute Filter üblicherweise einen Temperaturgang der Mittenfrequenz aufweisen. Die bedeutet, dass sich mit zunehmender Temperatur auch die Passbänder und damit auch deren den Durchlassbereich begrenzenden Flanken verschieben. Um auch bei wechselnden oder unterschiedlichen Temperaturen einsetzbar zu sein, muss ein für PCS-Duplexer geeignetes Filter eine Flankensteilheit aufweisen, die auch unter Berücksichtigung des Temperaturgangs den Bandabstand nicht verletzt und im jeweils benachbarten Band eine ausreichende Sperrdämpfung aufweist. Zu diesen Anforderungen müssen darüber hinaus auch noch Fertigungstoleranzen mitbeachtet werden.
Zur Unterdrückung des Temperaturgangs der Mittenfrequenz von Filtern sind bereits verschiedene Maßnahmen vorgeschlagen worden, insbesondere die Verwendung von Schichtkombinationen aufweisenden Substraten, beispielsweise von mit SiO₂ beschichteten Wafern.
Die vorgeschlagenen Lösungen sind jedoch jeweils mit spezifischen Nachteilen behaftet, beispielsweise mit einer zu geringen Bandbreite oder mit durch die Temperaturgangsreduktion erzeugten Störungen im Passband, beispielsweise durch reflektierte Volumenwellen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Filter anzugeben, welches bei gegebener Bandbreite eine steilere Flanke als bekannte Filter aufweist, ohne dass dabei die übrigen Filtereigenschaften verschlechtert werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Filter mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind weiteren Ansprüchen zu entnehmen.
Zum Erreichen der steilen Flanke wird eine Filterkombination vorgeschlagen, bei der ein Bandpassfilter mit der gewünschten Bandbreite mit einem Notch-Filter in Serie geschaltet ist. Die Frequenz des Notch-Filters wird im Bereich der zu versteilernden Flanke angeordnet. Die Bandbreite des Notch-Filters wird dabei wesentlich geringer gewählt als die Bandbreite des Bandpassfilters.
Ein Notch-Filter ist ein Filter, das einen Sperrbereich mit einer gewissen Sperrbandbreite aufweist. Im Sperrbereich weist das Notch-Filter eine hohe Dämpfung auf. Außerhalb des Sperrbereichs zeigt das Notch-Filter eine nur geringe Dämpfung. Es ist besonders dazu geeignet, ein störendes Signal bzw. störende Frequenzen aus einem gegebenen Frequenzspektrum herauszufiltern.
Da in einem Notchfilter von geringer (Sperr-)Bandbreite eine steile Flanke leicht erreichbar ist, kann das Notch-Filter dementsprechend mit steilen Flanken realisiert werden. In der Verschaltung der beiden Filter addiert sich die Steilflankigkeit des Notch-Filters zur großen Bandbreite des Bandpassfilters, so dass für das gesamte Filter ein Passband mit steiler Flanke erhalten wird.
Vorteilhaft ist es, wenn das Notchfilter einen geringeren Temperaturgang der Mittenfrequenz aufweist als das Bandpassfilter. Dabei kann vorteilhaft ausgenutzt werden, dass bekannte Maßnahmen zur Reduktion des Temperaturgangs gleichzeitig zu einer Verminderung der Bandbreite führen. So kann ein Notch-Filter mit zumindest teilweiser Kompensation des Temperaturgangs realisiert werden, das trotz der dadurch gegebenenfalls verringerten Bandbreite dennoch die gewünschten Spezifikationen bzgl. der Bandbreite erfüllt.
Die Temperaturkompensation des Notch-Filters ohne Beeinträchtigung des Bandpassfilters kann erreicht werden, indem das Bandpassfilter auf einem herkömmlichen normalen Substrat, das Notch-Filter hingegen auf einem davon unterschiedlichen Substrat mit geringerem Temperaturgang aufgebaut ist. Möglich ist es jedoch auch, Notch-Filter und Bandpassfilter auf dem gleichen Substrat aufzubauen und durch nachträglich ausgeführte Maßnahmen, beispielsweise durch Abscheidung einer SiO₂-Schicht auf der Oberfläche des Substrats im Bereich des Notch-Filters eine Temperaturkompensation für den Notch-Filter zu schaffen.
Ein Notch-Filter ist das Gegenteil eines Bandpassfilters, da es für einen bestimmten engen Frequenzbereich eine hohe Dämpfung aufweist, davon verschiedene Frequenzen aber mit geringer Dämpfung durchlässt. Der Sperrbereich des Notch-Filters weist dabei die genannte geringe Bandbreite auf.
Eine Möglichkeit zur Ausführung eines Notch-Filters umfasst die Kombination einer Bandsperre und eines Extraktorfilters. Ein für das vorgeschlagene Filter einsetzbares Extraktorfilter ist beispielsweise aus der EP 168 3275 A1 bekannt. Ein Extraktorfilter kann beispielsweise in einfacher Weise realisiert werden, indem in einem Signalpfad ein Querzweig gegen Masse geschaltet wird, in dem ein Resonanzelement angeordnet ist. Möglich ist es auch, im Querzweig ein schmalbandiges Bandpassfilter vorzusehen.
Das Resonanzelement kann dann beispielsweise ein Resonator sein, dessen Resonanzfrequenz im Bereich des Sperrbereichs des Notch-Filters liegt. Möglich ist es auch, das Resonanzelement als Serien- oder Parallelschwingkreis mit Resonanzfrequenz im Bereich des Sperrbereichs auszuführen, wobei einzelne Komponenten dieses Schwingkreises im Signalpfad angeordnet sein können.
Vorzugsweise ist das Notch-Filter als ein akustisches Filter, also ein mit akustischen Wellen arbeitendes Filter ausgeführt und umfasst eine Bandsperre, die den eigentlichen Notch der gewünschten Bandbreite ausbildet, sowie die genannte Abzweigung beziehungsweise Abzweigschaltung, mit der im Sperrbereich der Bandsperre liegende Signale aus dem Signalpfad herausgeleitet und vorzugsweise gegen Masse abgeleitet oder in Wärme überführt wird.
Vorteilhaft ist es, ein mit einem Extraktorfilter im Querzweig in Form einer Abzweigeschaltung ausgebildetes Notch-Filter im Querzweig mit einem Widerstandselement zu verschalten, in dem die durch den Querzweig abgezweigte Energie in Wärme umgewandelt und in der Umgebung dissipiert werden kann.
Notch-Filter und Bandpassfilter können in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein. Dies kann bei Filtern, die auf unterschiedlichen Substraten realisiert sind, durch Montage auf einem gemeinsamen Trägersubstrat erreicht werden. Das gemeinsame Trägersubstrat mit den beiden Filtern kann dann in einem Schritt verkapselt werden. Eine einfache Form der Verkapselung besteht beispielsweise darin, die beiden Filter im Flipchip-Anordnung auf dem Trägersubstrat zu montieren und von der Rückseite her in geeigneter Weise abzudecken, beispielsweise mit einer Kappe, einer Kunststofffolie, einer Kunststoffmasse, einer Metallschicht oder mit einer Kombination dieser Maßnahmen.
Sind die beiden Teilfilter des erfindungsgemäßen Filters separate Filter, so ist es vorteilhaft, diese beiden Teilfilter auf einem gemeinsamen Modul zu integrieren.
Die beiden Teilfilter (Bandpassfilter und Notch-Filter) eines erfindungsgemäßen Filters sind vorzugsweise auf einem gemeinsamen Mehrschichtsubstrat montiert, welches das Trägersubstrat oder das Modulsubstrat darstellen kann. Ein Mehrschichtsubstrat umfasst mehrere dielektrische Schichten, zwischen denen strukturierte Metallisierungsebenen vorgesehen sind, in denen Verschaltungselemente oder passive Schaltungselemente realisiert sein können. Als dielektrische Schichten sind organische oder keramische Schichten geeignet. Besonders bevorzugt als Mehrschichtsubstrat sind jedoch keramische Substrate auf der Basis von LTCC (Low Temperature Cofired Ceramics) oder HTCC (High Temperature Cofired Ceramics).
Das vorgeschlagene Filter mit versteilerter Flanke kann als Einzelfilter eingesetzt werden. Vorteilhaft ist es jedoch, das Filter mit einem zweiten Bandpassfilter zu einem Duplexer zu verschalten. Noch vorteilhafter ist es, einen Duplexer aus zwei der vorgeschlagenen Filter zu realisieren. Dabei kann jeweils die Flanke des Passbands, die zum benachbarten Durchlassbereich des zweiten Bandpassfilters weist, mit Hilfe eines frequenzmäßig entsprechend positionierten Notch-Filters in gewünschter Weise versteilert werden. Eine Verschaltung zweier vorgeschlagener Filter zu einem Duplexer oder Diplexer weist daher ein erstes und eine zweites Bandpassfilter und damit jeweils in Serie geschaltet ein erstes beziehungsweise ein zweites Notch-Filter auf. Damit ist es möglich, zwei Bandpassfilter mit schmalem Sperrbereich zwischen den jeweiligen Passbändern zu realisieren und insbesondere einen Duplexer mit geringem Duplexerabstand.
Bei geringem Bandabstand der beiden Filter des Duplexers oder des Diplexers ist es möglich, ein einziges Notch-Filter in Serie mit den beiden Filtern zu schalten. Vorteilhaft ist es jedoch, jedes der Filter mit einem eigenen Notch-Filter in Serie zu verschalten und dabei die Mittenfrequenz der Notch-Filter gegeneinander zu versetzen und im Bereich der jeweiligen zu versteilernden Flanke der beiden Bandpassfilter anzuordnen.
Zwei zu einem Diplexer verschaltete Bandpassfilter können auch durch eine Kombination aus einem Tiefpassfilter und einem Hochpassfilter ersetzt werden und in geeigneter Weise mittels Serienverschaltung mit einem Notch-Filter verbessert und insbesondere mit einer steileren Flanke zum Sperrbereich hin versehen werden. Beide Notch-Filter können auch in Serie zueinander vor dem Diplexer oder dem Duplexer geschaltet sein, also z. B. zwischen Antenne und Diplexer/Duplexer.
In einer Ausführungsform ist das Notch-Filter mit dem Eingang des dazugehörigen Bandpassfilters verbunden und in dessen Signalpfad angeordnet. Es können jedoch noch zusätzliche Filterelemente oder andere passive oder aktive Komponenten zwischen dem Notchfilter und dem Bandpassfilter angeordnet sein. Möglich ist es jedoch auch, das Notch-Filter ausgangsseitig des Bandpassfilters anzuordnen.
Bei einem als Sendefilter genutzten Bandpassfilter ist es vorteilhaft, das Notch-Filter im Sendepfad zwischen dem dort angeordneten Sendeverstärker und dem Bandpassfilter anzuordnen. Auch bei einem als Empfangsfilter genutzten Bandpassfilter kann das Notch-Filter zwischen Bandpassfilter und Empfangsverstärker angeordnet sein. Alternativ kann es jedoch zwischen der Antenne und dem Bandpassfilter verschaltet sein.
Die Verschaltung eines Notch-Filters und eines Bandpassfilters kann zusätzliche Anpasselemente erfordern, die dann als passive Komponenten, insbesondere als Induktivitäten und/oder Kapazitäten im Signalpfad oder in gegen Masse geschalteten Querzweigen angeordnet werden können.
Ein Bandpassfilter kann als SAW-Filter ausgebildet und auf einem Substrat aus Lithiumtantalat oder Lithiumniobat ausgebildet sein. Diese Substrate weisen eine relative hohe Kopplung auf und ermöglichen die Konstruktion breitbandiger Bandpassfilter.
Im Gegensatz dazu wird das Notch-Filter vorteilhaft auf einem Substrat mit geringerer Kopplung und dementsprechend geringerer Bandbreite aufgebaut. Bevorzugt sind Substrate aus Quarz, Lithiumtantalat 112, 2Y, Langasit, Langatat oder Lithiumtetraborat.
In einer Anordnung mit zwei Filtern, die jeweils aus einer Verschaltung aus einem Bandpassfilter und einem Notch-Filter bestehen, können beide Notch-Filter auf unterschiedlichen Substraten ausgebildet sein. Vorzugsweise sind die beiden Notch-Filter jedoch auf einem gemeinsamen Substrat angeordnet. Gleiches gilt für die beiden Bandpassfilter.
Die Bandpassfilter können als Reaktanzfilter aus zumindest einem im Signalpfad angeordneten Serienresonator und zumindest einem in einem Querzweig angeordneten Parallelresonator ausgebildet sein. Als Resonatoren sind insbesondere SAW-Resonatoren (= Surface Acoustic Wave) oder mit akustischen Volumenwellen arbeitende BAW-Resonatoren (= Bulk Acoustic Wave) ausgebildet. Die Bandpassfilter können jedoch auch als DMS-Filter (= Double-Mode-SAW) ausgeführt sein.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, ein Bandpassfilter als Serienverschaltung aus einer ersten und einer zweiten Filterstufe auszuführen, wobei jede der beiden Filterstufen unabhängig von der anderen in einer bestimmten Filtertechnik realisiert sein kann. So kann für ein Bandpassfilter beispielsweise eine Filterstufe mit zumindest einem Grundglied, bestehend aus einem Serien- und einem Parallelresonator mit einer Filterstufe aus zumindest einem DMS-Filter beziehungsweise einer Spur eines DMS-Filters kombiniert werden.
Bei Filtern aus zumindest zwei in Serie geschalteten Filterstufen ist es möglich, das Notch-Filter im Signalpfad zwischen zwei Filterstufen zu verschalten.
Prinzipiell ist es jedoch auch möglich, das Notch-Filter an einer beliebigen Stelle des Signalpfads mit dem Bandpassfilter zu verschalten. Der Signalpfad kann dabei verschiedene Elemente umfassen, die ausgewählt sind aus Antenne, Anpassnetzwerk, erster, zweiter und gegebenenfalls weiterer Filterstufe eines Bandpassfilters, Sende- und Empfangsverstärker.
Ein Anpassnetzwerk kann insbesondere dazu eingesetzt werden, die Ein- oder Ausgangsimpedanz eines Filters an einen gewünschten Impedanzpegel der Schaltungsumgebung anzupassen. Zwei als Duplexer miteinander verschaltete Bandpassfilter können darüber hinaus ein Anpassnetzwerk aufweisen, das zu einer gegenseitigen Unterdrückung der Signale des jeweils anderen Passbands führt. Ein solches Anpassnetzwerk kann beispielsweise mit einer in der einfachsten Ausführung als Verzögerungsleitung einer elektrischen Länge von einem Viertel der Wellenlänge Lambda ausgeführt sein.
In einer weiteren Variante gelingt es, das Notch-Filter und das Bandpassfilter auf einem gemeinsamen Substrat vorzusehen und das Notch-Filter dennoch mit einem geringeren Temperaturgang als das Bandpassfilter auszuführen. Dazu wird ein Bereich des Substrat, der für das Notch-Filter vorgesehen ist, mit einer den Temperaturgang des Notch-Filters reduzierenden Beschichtung versehen, beispielsweise mit einer SiO₂-Schicht. Da das Notch-Filter üblicherweise eine piezoelektrische Schicht und darauf angeordnet elektrisch leitende Strukturen aufweist, kann die SiO₂-Beschichtung zwischen den elektrisch leitfähigen Strukturen und der piezoelektrischen Schicht angeordnet sein. Möglich ist es jedoch auch die elektrisch leitenden Strukturen zwischen dem Substrat und der SiO₂-Schicht einzubetten.
Die Bandbreite des Notch-Filters ist vorzugsweise so gewählt, dass sie auch bei einer Verschiebung der Passbandgrenze des Bandpassfilters zuverlässig im Bereich der Flanke liegt. So wird gewährleistet, dass die Flanke einen niedrigeren Temperaturgang als das Bandpassfilter aufweist, so dass die entsprechende Grenze des Durchlassbereichs eine nur geringe Abhängigkeit von der Substrattemperatur aufweist.
Der gesamte Temperaturgang des Bandpassfilters wird als Frequenzintervall für einem Betriebstemperaturbereich bemessen, der durch die maximal zulässigen Umgebungstemperaturen oder den durch Selbsterwärmung mittels Verlustwärme erreichten maximalen Betriebstemperaturen bestimmt ist. Ebenso entspricht der Temperaturgang des Notch-Filters innerhalb des Betriebstemperaturbereichs einem weiteren Frequenzintervall. Die Bandbreite des Notch-Filters wird dann zumindest so hoch gewählt, dass sie der Summe der Frequenzintervalle aus dem Temperaturgang von Bandpassfilter und Notch-Filter entspricht.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und der dazu gehörigen Figuren näher erläutert. Die Figuren sind rein schematisch und daher nicht maßstabsgetreu ausgeführt.
1 zeigt eine Serienverschaltung aus einem Bandpassfilter und einem Notch-Filter,
2 zeigt eine Serienverschaltung eines Bandpassfilters mit einem Notch-Filter, welches eine Bandsperre und eine Abzweigschaltung umfasst,
3 zeigt einen mit zwei Notch-Filtern verschalteten Duplexer oder Diplexer,
4 zeigt einen Duplexer oder Diplexer mit veränderter Anordnung der Notch-Filter.
1 zeigt ein erfindungsgemäßes Filter, bei dem in einem Signalpfad, der zwischen einer Eingangsseite IN und einer Ausgangsseite OUT verläuft, ein Bandpassfilter 1 und ein Notch-Filter 2 angeordnet und miteinander in Serie verschal tet sind. Beide Filter sind als akustische Filter ausgeführt und arbeiten auf der Basis von akustischen Volumenwellen oder akustischen Oberflächenwellen und sind daher als BAW oder SAW-Bauelemente ausgeführt. Eingangsseitig und ausgangsseitig können auch vertauscht sein. Das Bandpassfilter 1 ist in einem Substratbereich S1, das Notch-Filter 2 dagegen in einem Substratbereich S2 angeordnet, die sich so unterscheiden, sodass das Notch-Filter 2 einen geringeren Temperaturgang aufweist als das Bandpassfilter 1. In der einfachsten Ausführung liegen die beiden Substratbereiche S1 und S2 auf unterschiedlichen Substraten.
2 zeigt das Notch-Filter 2 in einer Ausführung mit Extraktorfilter. Es umfasst eine im Signalpfad verschaltete Bandsperre 21 und eine Abzweigschaltung mit einem darin angeordneten Abzweigefilter 22, welches entweder als Bandpass, oder als Resonator ausgeführt ist. Dabei liegen sowohl die Resonanzfrequenz des Resonators als auch der Sperrbereich des Notch-Filters im Durchlassbereich des Bandpassfilters und dort im Bereich einer Flanke.
Mit dieser Anordnung gelingt es, im Sperrbereich des Notch-Filters beziehungsweise der Bandsperre 21 liegende Signale, die von der Bandsperre reflektiert werden, gegen Masse abzuleiten. Die Masseableitung kann dazu insbesondere einen in Serie zum Abzweigfilter 22 geschalteten Widerstand umfassen, der die abgezweigte Energie in Wärme umwandelt und im Widerstandselement selbst oder dessen Substrat dissipiert. Bandsperre 21 und Abzweigfilter 22 bilden zusammen das Notch-Filter 2 und sind vorzugsweise auf einem gemeinsamen Substrat angeordnet, das von demjenigen des Bandpassfilters 1 unterschiedlich ist.
3 zeigt eine weitere Ausführung der Erfindung, bei der ein erstes Bandpassfilter 11 und ein zweites Bandpassfilter 12 vorgesehen und miteinander zu einem Diplexer oder Duplexer verschaltet sind. Die beiden zum Diplexer oder Duplexer verschalteten Teilfilter 11, 12 sind jeweils in Serie mit einem Notch-Filter 2 geschaltet. Jedes der beiden Notch-Filter ist in der Ausführung gemäß der 3 in Form eines im Signalpfad angeordneten Serienresonators 211, 212 und einem in einem Querzweig angeordneten Parallelresonator 221, 222 ausgeführt. Serien- und Parallelresonator bilden jedoch nicht ein Laddertype-Grundglied, sondern sind bezüglich ihrer Resonanzfrequenz so ausgewählt, dass die Resonanzfrequenz des Serienresonators unterhalb der Resonanzfrequenz des Parallelresonators liegt. Die Resonanzfrequenz des Parallelresonators ist dabei vorzugsweise ungefähr gleich der Antiresonanz des Serienresonators.
Im Signalpfad hinter dem Notch-Filter 2 kann ein Verstärker vorgesehen sein, beispielsweise ein Leistungsverstärker PA im Signalzweig des als Sendefilter vorgesehenen Teilfilters 11, beziehungsweise ein verzerrungsarmer Verstärker LNA im Signalpfad des als Empfangsfilter vorgesehenen Teilfilters 12 des Duplexers. Im Falle eines Diplexers können in beiden Signalpfaden verzerrungsarme Verstärker LNAs vorgesehen sein.
4 zeigt eine weitere Ausführungsform zweier zu einem Duplexer verschalteter Teilfilter 11 und 12. Während im Bereich des als Sendefilter vorgesehenen Teilfilters 11 des Duplexers das Notch-Filter 2 zwischen dem Leistungsverstärker PA und dem Sendefilter 11 angeordnet ist, ist in dem Signalpfad des Empfangsfilters 12 das Notch-Filter 2 zwischen Antenne A und verzerrungsarmen Verstärker LNA angeordnet. Auch in diesem Fall ist das Notch-Filter in der bereits beschriebenen Weise als Kombination aus einem Serienresonator 211, 212 und einem Parallelresonator 212, 222 ausgeführt. In dieser wie in anderen Ausführungen kann das Notch-Filter jedoch in einer beliebigen anderen an sich bekannten Bauart ausgeführt sein.
In einer Verschaltung zweier vorgeschlagener Filter zu einem Diplexer oder Duplexer wie in den 3 oder 4 dargestellt, weist die gesamte Anordnung 2 durch die beiden Bandpassfilter 11, 12 definierte Passbänder oder Durchlassbereiche auf. Deren zueinander weisende Flanken werden mit Hilfe der in Serie dazu geschalteten Notch-Filter 2 versteilert. Dies gelingt, wenn im Bereich der Flanke liegende Signale durch das Notch-Filter gesperrt beziehungsweise über die Abzweigschaltung aus dem Signalpfad herausgeleitet werden.
Bei einem Filter, dessen obere also höherfrequente Flanke des Durchlassbereichs mit Hilfe des Notch-Filters versteilert werden soll, ist die untere Flanke des Sperrbereichs des Notch-Filters zwischen oberer Kante des Durchlassbereichs und Sperrbereich des Bandpassfilters angeordnet.
Bei einem Filter, bei dem die linke also niederfrequente Flanke des Durchlassbereichs versteilert werden soll, gilt Gleiches jedoch mit umgekehrten Vorzeichen. Dabei ist dann die rechte höherfrequente Flanke des Sperrbereichs des Notch-Filters zwischen dem Sperrbereich des Bandpassfilters und der linken unteren Kante des Passbands angeordnet.
Wird eine solche Filteranordnung nun beispielsweise einer Temperaturerhöhung ausgesetzt, so kommt es zu einer relativen Verschiebung von Durchlassbereich des Bandpassfilters und Sperrbereich des Notch-Filters. Ist die Verschiebung so, dass der Sperrbereich des Notch-Filters in Richtung Durchlassbereich des Bandpassfilters wandert, so kann bei einer Ausgangstemperatur, beziehungsweise bei einer Temperatur im unteren Bereich des zulässigen Betriebstemperaturintervalls der Sperrbereich des Notch-Filters weiter vom Durchlassbereich des Bandpassfilters entfernt sein als im umgekehrten Fall, wenn der Sperrbereich des Notch-Filters bei zunehmender Temperatur vom Durchlassbereich des Bandpassfilters sich wegbewegt.
Ein in der vorgeschlagenen Weise ausgeführter Duplexer weist pro Bandpassfilter 11, 12 einen Durchlassbereich auf, wobei die zueinander weisenden Flanken der Durchlassbereiche durch die vorgeschlagene Verschaltung steiler ausgeführt sind und einen geringeren Temperaturgang aufweisen als die Bandpassfilter alleine ohne Verschaltung mit Notchfilter. Dies bedeutet, dass im Vergleich zu bekannten Duplexern der Duplexerabstand zwischen den beiden Durchlassbereichen auch bei unterschiedlichen Temperaturen eingehalten werden kann, so dass sich der Durchlassbereich eines Teilfilters 11, 12 auch bei stark veränderten Temperaturen nicht in den Durchlassbereich des jeweils anderen Teilfilters 12, 11 verschiebt. Dementsprechend ist die Erfindung gerade dort besonders vorteilhaft einzusetzen, wo bislang Probleme mit zu flacher Flanke des Durchlassbereichs aufgetreten sind.
Während beispielsweise bekannte für das PCS-Mobilfunksystem eingesetzte Bandpassfilter aus BAW-Resonatoren aufgebaut werden mussten, gelingt dies mit der vorgeschlagenen Serienverschaltung von Bandpassfilter und Notch-Filter nun auch mit SAW-Filtern. Es wird also vorgeschlagen einen PCS-Duplexer aus zwei Bandpassfiltern in SAW-Technik aufzubauen und die beiden Bandpassfilter jeweils in Serie mit einem Notch-Filter in der genannten Weise zu verschalten.
Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren oder den Ausführungsbeispielen beschriebenen Ausführungen beschränkt. Variationsmöglichkeiten ergeben sich insbesondere aus der Art der Verschaltung von Bandpassfilter und Notch-Filter wobei auch die beiden das Notch-Filter bildenden Elemente 21 und 22 in einer Schaltung nicht unbedingt aufeinander folgen müssen. Sowohl Notch-Filter als auch Bandpassfilter können in unterschiedlichsten Techniken ausgeführt sein. Im Falle einer Verschaltung zu einem Diplexer kann anstelle der Bandpassfilter auch je ein Hochpass- und ein Tiefpassfilter in entsprechender Weise mit je einem Notch-Filter verschaltet werden.

Claims

Filter, das ein Passband mit steiler Flanke aufweist, – mit einer Serienschaltung aus einem Bandpassfilter und einem Notchfilter, – bei dem die Bandbreite des Bandpassfilter größer ist als die Bandbreite des Notchfilters, – bei dem die Frequenz des Notchfilters im Bereich der steilen Flanke angeordnet ist, – bei dem das Notchfilter und das Bandpassfilter auf unterschiedlichen Substraten aufgebaut sind, – bei dem das Substrat des Notchfilters gegenüber dem Substrat des Bandpassfilter einen reduzierten Temperaturgang aufweist.
Filter nach Anspruch 1, bei dem das Notchfilter als Extraktorfilter ausgeführt ist und eine Abzweigschaltung aufweist.
Filter nach einem der Ansprüche 1–2, bei dem das Notchfilter eine Abzweigschaltung aufweist, die in Serie mit einem Widerstandselement geschaltet ist, das die abgezweigte Energie in Wärme umsetzen kann.
Filter nach einem der Ansprüche 1–3, bei dem das Notchfilter und das Bandpassfilter auf getrennten Substraten aufgebaut sind, bei dem die Substrate der beiden Filter auf einem gemeinsamen Trägersubstrat montiert und zu einem Modul integriert sind.
Filter nach einem der Ansprüche 1–4, bei dem Bandpassfilter und Notchfilter auf einem gemeinsamen LTCC oder HTCC Trägersubstrat montiert sind.
Filter nach einem der Ansprüche 1–5, bei dem das Bandpassfilter mit einem zweiten Bandpassfilter zu einem Duplexer verschaltet ist.
Filter nach Anspruch 6, bei dem ein zweites Notchfilter vorgesehen ist, das mit dem zweiten Bandpassfilter in Serie verschaltet ist.
Filter nach Anspruch 6 oder 7, bei dem die zwei Notchfilter in ihrer Mittenfrequenz gegeneinander versetzt sind und im Bereich der jeweiligen Flanke des Passbands des Bandpassfilters angeordnet sind, die zum Passband des jeweils anderen Bandpassfilters weist.
Filter nach einem der Ansprüche 7–8, bei dem die zwei Notchfilter in Serie oder parallel zueinander geschaltet sind.
Filter nach einem der Ansprüche 1–9, bei dem das jeweilige Notchfilter mit dem Ein- oder Ausgang des dazugehörigen Bandpassfilters verbunden ist.
Filter nach einem der Ansprüche 1–9, bei dem eines der Notchfilter mit dem Ausgang des dazugehörigen Bandpassfilters verbunden ist.
Filter nach einem der Ansprüche 1–11, bei dem ein Bandpassfilter zumindest zwei in Serie verschaltete Filterstufen aufweist, wobei das Notchfilter in Serie zwischen erster und zweiter Filterstufe verschaltet ist.
Filter nach einem der Ansprüche 1–12, bei dem das erste Bandpassfilter als Empfangsfilter ausgebildet und zusammen mit einem Empfangsverstärker in einem Empfangspfad angeordnet ist, bei dem das Notchfilter im Empfangspfad zwischen Bandpassfilter und Empfangsverstärker verschaltet ist.
Filter nach einem der Ansprüche 1–13, bei dem das erste Bandpassfilter als Sendefilter ausgebildet und zusammen mit einem Sendeverstärker in einem Sendepfad angeordnet ist, bei dem das Notchfilter im Sendepfad zwischen Bandpassfilter und Sendeverstärker verschaltet ist.
Filter nach einem der Ansprüche 1–14, bei dem zumindest eines der Notchfilter auf einem Substrat ausgebildet ist, welches ein Material umfasst, das ausgewählt ist aus Lithiumtantalat mit einem temperaturgangsstabilen Schnitt, Langasit, Langatat und Lithiumtetraborat.
Filter nach einem der Ansprüche 1–15, bei dem zumindest eines der Bandpassfilter auf einem Substrat aus Lithiumtantalat oder aus Lithiumniobat ausgebildet ist.
Filter nach einem der Ansprüche 1–16, bei dem das Notchfilter auf einem piezoelektrischen Substrat ausgebildet ist, auf dem elektrisch leitende Strukturen angeordnet sind, wobei direkt auf dem Substrat oder über den elektrisch leitenden Strukturen eine SiO₂-Schicht angeordnet ist.
Filter nach einem der Ansprüche 1–17, bei dem erstes und zweites Bandpassfilter zu einem Diplexer verschaltet sind.
Filter nach einem der Ansprüche 1–18, – das für einen Betriebstemperaturbereich ausgelegt ist, – bei dem der Temperaturgang des Bandpassfilters innerhalb des Betriebstemperaturbereichs einem ersten Frequenzintervall entspricht – bei dem der Temperaturgang des Notchfilters innerhalb des Betriebstemperaturbereichs einem zweiten Frequenzintervall entspricht – bei dem die Bandbreite des Notchfilters zumindest der Summe aus erstem und zweiten Frequenzintervall entspricht.
Filter nach einem der Ansprüche 1–19, bei dem das Notchfilter einen mit akustischen Wellen arbeitenden Serienresonator umfasst, bei dem das Bandpassfilter eine erste statische Kapazität C1 aufweist bei dem das Notchfilter eine zweite statische Kapazität C2 aufweist wobei gilt: C2 größer gleich zweimal C1.