Die Erfindung betrifft ein (Ultra-)breitbandiges Filterbauelement, bei dem mehrere Frequenzfilter in einem Gehäuse des Filterbauelements miteinander verschaltet sind.The invention relates to a (ultra-) broadband filter component in which a plurality of frequency filters in a housing of the filter component are interconnected.
Filterbauelemente, bei denen die Filtereigenschaft durch Umwandlung eines elektrischen Signals in eine akustische Welle erfolgt, sind im Wesentlichen als Oberflächenwellen (SAW)-Filter oder Volumenwellen (BAW)-Filter ausgebildet. Bei einem Oberflächenwellenfilter ist auf einem Trägersubstrat eine metallische Struktur angeordnet, an die eine Spannung angelegt wird. Die metallische Struktur wirkt als Eingangswandler. Aufgrund der Kopplung zwischen dem Trägersubstrat und der metallischen Struktur des Eingangswandlers wird beim Anlegen einer Spannung an die metallische Struktur entlang der Oberfläche des Trägersubstrats eine akustische Welle erzeugt. Die akustische Welle wird an einer weiteren metallischen Struktur, die auf der Oberfläche des Trägersubstrats angeordnet ist und als Ausgangswandler wirkt, wieder in ein elektrisches Signal umgewandelt.Filter devices in which the filter characteristic is obtained by converting an electrical signal into an acoustic wave are essentially formed as surface acoustic wave (SAW) filters or bulk wave (BAW) filters. In a surface acoustic wave filter, a metallic structure, to which a voltage is applied, is arranged on a carrier substrate. The metallic structure acts as an input transducer. Due to the coupling between the carrier substrate and the metallic structure of the input transducer, an acoustic wave is generated when a voltage is applied to the metallic structure along the surface of the carrier substrate. The acoustic wave is converted back into an electrical signal at a further metallic structure, which is arranged on the surface of the carrier substrate and acts as an output transducer.
Die maximale Bandbreite von mit akustischen Wellen arbeitenden Filtern wird im Wesentlichen über die Kopplungseigenschaft des Trägersubstrats bestimmt. Bei einem Trägersubstrat aus Lithiumtantalat, beispielsweise LiTaO3, ist die relative Bandbreite des Filters in Bezug auf die Mittenfrequenz des Filters auf zirka 4% begrenzt. Mit akustischen Filtern, die ein Substrat aus Lithiumniobat aufweisen, das einen größeren Kopplungsfaktor als Lithiumtantalat besitzt, lassen sich zwar größere Bandbreiten realisieren, jedoch haben die Flanken derartiger Filter eine geringere Flankensteilheit.The maximum bandwidth of acoustic wave filters is essentially determined by the coupling property of the carrier substrate. With a lithium tantalate support substrate, such as LiTaO 3 , the relative bandwidth of the filter is limited to approximately 4% with respect to the center frequency of the filter. With acoustic filters having a substrate of lithium niobate, which has a larger coupling factor than lithium tantalate, although larger bandwidths can be realized, but the edges of such filters have a lower edge steepness.
Es ist wünschenswert, ein Filterbauelement anzugeben, das eine große Bandbreite und zusätzlich auch eine hohe Flankensteilheit aufweist.It is desirable to provide a filter device which has a large bandwidth and, in addition, a high edge steepness.
Ein Filterbauelement umfasst gemäß einer Ausführungsform einen Eingangsanschluss zum Anlegen eines Signals, einen Ausgangsanschluss zum Ausgeben des Signals, ein erstes Filter mit einer Eingangsseite und mit einer Ausgangsseite und ein zweites Filter mit einer Eingangsseite und mit einer Ausgangsseite. Das erste und zweite Filter sind jeweils zwischen den Eingangsanschluss und den Ausgangsanschluss geschaltet. Das erste Filter weist einen ersten Durchlassbereich auf und das zweite Filter weist einen zweiten Durchlassbereich auf. Das erste und das zweite Filter sind derart ausgebildet, dass der erste Durchlassbereich und der zweite Durchlassbereich sich zumindest bereichsweise überlappen. Ein erstes Diplexnetzwerk ist zwischen die Eingangsseite des ersten Filters und die Eingangsseite des zweiten Filters geschaltet. Ein zweites Diplexnetzwerk ist zwischen die Ausgangsseite des ersten Filters und die Ausgangsseite des zweiten Filters geschaltet.A filter device according to an embodiment includes an input terminal for applying a signal, an output terminal for outputting the signal, a first filter having an input side and an output side, and a second filter having an input side and an output side. The first and second filters are each connected between the input terminal and the output terminal. The first filter has a first passband and the second filter has a second passband. The first and the second filter are designed such that the first passband and the second passband overlap at least in regions. A first diplex network is connected between the input side of the first filter and the input side of the second filter. A second diplex network is connected between the output side of the first filter and the output side of the second filter.
Das Filterbauelement weist eine deutlich größere Bandbreite als das jeweilige einzelne erste und zweite Filter auf. Entsprechend der bandgebenden Eigenschaften der Einzelfilter, insbesondere entsprechend der Bandbreite und der Flankensteilheit der Einzelfilter, wird durch die Verschaltung ein (Ultra-)breitbandiges und/oder ein besonders steilflankiges Filter mit niedriger Einfügedämpfung, beispielsweise einer Einfügedämpfung von höchstens 3 dB, und mit einem kontinuierlichen Durchlassbereich definiert. Im Durchlassbereich weist das Filterbauelement beispielsweise Schwankungen (Ripples) von weniger als 2 dB auf.The filter component has a significantly greater bandwidth than the respective individual first and second filters. In accordance with the banding properties of the individual filters, in particular in accordance with the bandwidth and the edge steepness of the individual filters, the interconnection provides an (ultra) broadband and / or a particularly steep-edged filter with low insertion loss, for example an insertion loss of at most 3 dB, and with a continuous one Passband defined. In the passband, the filter device has, for example, fluctuations (ripples) of less than 2 dB.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.Further embodiments of the invention can be found in the dependent claims.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren, die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung zeigen, näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to figures showing exemplary embodiments of the present invention. Show it:
1 eine Ausführungsform eines Filterbauelements mit zwei in ein Gehäuse des Filterbauelements integrierten Filtern, 1 an embodiment of a filter device with two filters integrated into a housing of the filter device,
2 eine Ausführungsform eines Filters des Filterbauelements, 2 an embodiment of a filter of the filter device,
3A Übertragungsfunktionen von Einzelfiltern des Filterbauelements, 3A Transfer functions of individual filters of the filter device,
3B eine resultierende Übertragungsfunktion des Filterbauelements, 3B a resulting transfer function of the filter device,
4 eine Ausführungsform einer inneren Verschaltung von Einzelfiltern des Filterbauelements, 4 an embodiment of an internal interconnection of individual filters of the filter component,
5 eine weitere Ausführungsform einer inneren Verschaltung von Einzelfiltern des Filterbauelements, 5 a further embodiment of an internal connection of individual filters of the filter component,
6 eine weitere Ausführungsform einer inneren Verschaltung von Einzelfiltern des Filterbauelements, 6 a further embodiment of an internal connection of individual filters of the filter component,
7 eine weitere Ausführungsform einer inneren Verschaltung von Einzelfiltern des Filterbauelements, 7 a further embodiment of an internal connection of individual filters of the filter component,
8A eine Ausführungsform eines Diplexnetzwerks des Filterbauelements, 8A an embodiment of a diplex network of the filter device,
8B eine weitere Ausführungsform eines Diplexnetzwerks des Filterbauelements, 8B another embodiment of a diplex network of the filter device,
8C eine weitere Ausführungsform eines Diplexnetzwerks des Filterbauelements, 8C another embodiment of a diplex network of the filter device,
8D eine weitere Ausführungsform des Diplexnetzwerks des Filterbauelements, 8D a further embodiment of the diplex network of the filter device,
8E eine weitere Ausführungsform des Diplexnetzwerks des Filterbauelements, 8E a further embodiment of the diplex network of the filter device,
9A eine Ausführungsform eines Diplexnetzwerks und eines Filters des Filterbauelements, 9A an embodiment of a diplex network and a filter of the filter device,
9B eine weitere Ausführungsform des Diplexnetzwerks und des Filters eines Filterbauelements, 9B a further embodiment of the diplex network and the filter of a filter device,
10 eine weitere Ausführungsform eines Diplexnetzwerks und eines Filters des Filterbauelements. 10 a further embodiment of a diplex network and a filter of the filter device.
1 zeigt eine Ausführungsform eines Filterbauelements 100 mit einem Eingangsanschluss E100 zum Anlegen eines Signals und einem Ausgangsanschluss A100 zum Ausgeben des Signals. Das Filterbauelement weist ein Gehäuse 70 auf, in dem zwei Einzelfilter 10 und 20 angeordnet sind. Die Einzelfilter sind jeweils derart ausgebildet, dass sie eine Filterfunktion als Übertragungsfunktion aufweisen. Die Filterfunktion kann beispielsweise einer Übertragungsfunktion eines Bandpassfilters mit einem Sperrbereich und einem Durchlassbereich entsprechen. Im Durchlassbereich hat das Filter im Vergleich zum Sperrbereich eine deutlich niedrigere Einfügedämpfung. Im Übergangsbereich zwischen Durchlass- und Sperrbereich weist das Filter jeweils eine linke und rechte Flanke auf. 1 shows an embodiment of a filter device 100 with an input terminal E100 for applying a signal and an output terminal A100 for outputting the signal. The filter device has a housing 70 on, in which two single filters 10 and 20 are arranged. The individual filters are each designed such that they have a filter function as a transfer function. The filter function may, for example, correspond to a transfer function of a bandpass filter having a stopband and a passband. In the passband, the filter has a much lower insertion loss than the stopband. In the transition region between the passband and stopband, the filter has a left and a right side flank.
2 zeigt eine mögliche Ausführungsform für die Einzelfilter 10 und 20. Im Ausführungsbeispiel der 2 kann das Filter beispielsweise als ein DMS(Dual-Mode-Surface Acoustic Wave)-Oberflächenwellenfilter ausgeführt sein. Bei dem Beispiel der in 2 gezeigten Ausführungsform weist das Filter 10 einen Eingangsanschluss E10 zum Anlegen eines Signals auf. Die DMS-Spur weist Wandlerstrukturen 1, 2 und 3 auf. Der Eingangsanschluss E10 ist mit der Wandlerstruktur 1 und der Wandlerstruktur 3 verbunden. Die Wandler 1 und 3 sind als Eingangswandler der DMS-Spur ausgebildet sind des Weiteren an einen Anschluss zum Anlegen eines Bezugspotentials M angeschlossen. 2 shows a possible embodiment for the single filter 10 and 20 , In the embodiment of 2 For example, the filter may be implemented as a DMS (Dual Mode Surface Acoustic Wave) surface acoustic wave filter. In the example of in 2 embodiment shown, the filter 10 an input terminal E10 for applying a signal. The DMS track has transducer structures 1 . 2 and 3 on. The input terminal E10 is connected to the converter structure 1 and the transducer structure 3 connected. The transducers 1 and 3 are formed as input transducers of the strain gauge track are further connected to a terminal for applying a reference potential M.
Ein Ausgangswandler 2 ist zwischen die beiden Eingangswandler 1 und 3 geschaltet. Der Ausgangswandler weist einen Ausgangsanschluss A10 zum Ausgeben eines Signals auf. Ein weiterer Anschluss des Ausgangswandlers ist mit einem Anschluss zum Anlegen eines Bezugspotentials verbunden. Das Bezugspotential kann beispielsweise ein Massepotential sein.An output transducer 2 is between the two input transformers 1 and 3 connected. The output transducer has an output terminal A10 for outputting a signal. Another terminal of the output transducer is connected to a terminal for applying a reference potential. The reference potential may be, for example, a ground potential.
Die Wandlerstrukturen 1, 2 und 3 sind zwischen Reflektoren 4 und 5 angeordnet. Die Wandler können im Falle von Oberflächenwellenfiltern beispielsweise eine kammartige metallische Struktur aufweisen, die auf einem Trägersubstrat 6 angeordnet sind. Das Trägersubstrat kann beispielsweise ein Material aus Lithiumniobat, Lithiumtantalat oder Quarz enthalten.The transducer structures 1 . 2 and 3 are between reflectors 4 and 5 arranged. For example, in the case of surface acoustic wave filters, the transducers may have a comb-like metallic structure formed on a support substrate 6 are arranged. The carrier substrate may, for example, contain a material of lithium niobate, lithium tantalate or quartz.
Die in 1 gezeigten Einzelfilter 10 und 20 können in einem einfachen Ausführungsbeispiel jeweils die in 2 gezeigte Struktur aufweisen. Die Einzelfilter können auch deutlich komplexere Filterstrukturen enthalten. Die Einzelfilter 10 und 20 weisen jeweils eine charakteristische Filterübertragungsfunktion auf.In the 1 shown individual filter 10 and 20 can in a simple embodiment, each in 2 have shown structure. The single filters can also contain much more complex filter structures. The single filters 10 and 20 each have a characteristic filter transfer function.
3A zeigt jeweilige Übertragungsfunktionen der Filter 10 und 20, wobei eine Einfügedämpfung IL über einer Frequenz F aufgetragen ist. Das Filter 10 weist beispielsweise eine Mittenfrequenz von zirka 1960 MHz auf. Das Filter 20 ist oberhalb des Filters 10 angeordnet und hat eine Mittenfrequenz von ungefähr 2040 MHz. Das Filter 10 kann beispielsweise ein Sendefilter und das Filter 20 kann beispielsweise ein Empfangsfilter sein, die jeweils in einem Sendepfad beziehungsweise einem Empfangspfad eines Antennen-Duplexerbauelements angeordnet sind. 3A shows respective transfer functions of the filters 10 and 20 , where an insertion loss IL is plotted against a frequency F. The filter 10 has, for example, a center frequency of approximately 1960 MHz. The filter 20 is above the filter 10 arranged and has a center frequency of about 2040 MHz. The filter 10 For example, a transmission filter and the filter 20 may for example be a receive filter, which are each arranged in a transmit path or a receive path of an antenna duplexer component.
Die Einzelfilter 10 und 20 des Filterbauelements 100 sind derart ausgebildet, dass sich der jeweilige Durchlassbereich der Filter überlappt. Bei der in 3A gezeigten Ausführungsform überlappt sich die rechte Flanke des Filters 10 mit der linken Flanke des Filters 20. Die beiden Filterkurven sind derart zueinander verschoben, dass die rechte Flanke des Filters 10 die linke Flanke des Filters 20 überlappt, wenn die Einfügedämpfung des Filters 20 auf weniger als 10 dB abgefallen ist. Umgekehrt überlappt die linke Flanke des Filters 20 das Filter 10 in einem Bereich, in dem die rechte Flanke des Filters 10 um weniger als 10 dB gegenüber dem Durchlassbereich des Filters 10, insbesondere gegenüber der minimalen Einfügedämpfung im Durchlassbereich des Filters 10, abgefallen ist. Vorzugsweise weist das Filter 10 eine linke Flanke auf, die steiler als die rechte Flanke des Filters ist. Das Filter 20 weist vorzugsweise eine rechte Flanke auf, die steiler als seine linke Flanke ist.The single filters 10 and 20 of the filter device 100 are formed such that the respective passband of the filter overlaps. At the in 3A In the embodiment shown, the right flank of the filter overlaps 10 with the left flank of the filter 20 , The two filter curves are shifted relative to each other such that the right flank of the filter 10 the left flank of the filter 20 overlaps when the insertion loss of the filter 20 dropped to less than 10 dB. Conversely, the left edge of the filter overlaps 20 the filter 10 in an area where the right flank of the filter 10 less than 10 dB from the passband of the filter 10 , in particular with respect to the minimum insertion loss in the passband of the filter 10 , has dropped off. Preferably, the filter has 10 a left flank that is steeper than the right flank of the filter. The filter 20 preferably has a right flank that is steeper than its left flank.
3B zeigt die resultierende Filterübertragungsfunktion des Filterbauelements 100 zwischen dem Eingangsanschluss E100 und dem Ausgangsanschluss A100. Dargestellt ist die Filterübertragungsfunktion in Form des Streuparameters S21, der zwischen dem Eingangsanschluss E100 und dem Ausgangsanschluss A100 beispielsweise mittels eines Netzwerkanalysators messbar ist. Die resultierende Filterübertragungsfunktion weist in Bezug auf die Mittenfrequenz von nunmehr zirka 2000 MHz eine relative Bandbreite von ungefähr 8% auf. Das Filterbauelement lässt sich bezüglich der Impedanz am Ein- und Ausgang sowie bezüglich der Phasenlage beider Filter 10 und 20 an den Ein- und Ausgängen optimieren. 3B shows the resulting filter transfer function of the filter device 100 between the input terminal E100 and the output terminal A100. Shown is the filter transfer function in the form of the scattering parameter S21, which is measurable between the input terminal E100 and the output terminal A100, for example by means of a network analyzer. The resulting filter transfer function has approximately 2000 MHz with respect to the center frequency a relative bandwidth of about 8%. The filter component can be with respect to the impedance at the input and output and with respect to the phase position of both filters 10 and 20 at the inputs and outputs.
Am Beispiel der 3B wird deutlich, dass im Vergleich zu einem Einzelfilter auf dem gleichen Trägersubstrat ein Filterbauelement durch Verschaltung zweier Einzelfilter mit einer wesentlich größeren Bandbreite, als die beiden Einzelfilter jeweils aufweisen, realisiert werden kann. Gleichzeitig bleiben wesentliche Filtereigenschaften wie Flankensteilheit und spezifisches Temperaturverhalten unverändert. Bei einem derartigen Filterdesign wird die größte Bandbreite erzielt, wenn die Filterstrukturen der Einzelfilter 10 und 20 auf einem Trägersubstrat mit hoher Kopplung, beispielsweise einem Trägersubstrat aus Lithiumniobat, aufgebracht sind.The example of 3B It is clear that in comparison to a single filter on the same carrier substrate, a filter component by interconnection of two individual filters with a much larger bandwidth than the two individual filters each have realized. At the same time, essential filter properties such as edge steepness and specific temperature behavior remain unchanged. In such a filter design, the largest bandwidth is achieved when the filter structures of the single filter 10 and 20 on a carrier substrate with high coupling, for example, a carrier substrate of lithium niobate, are applied.
4 zeigt eine Ausführungsform einer inneren Verschaltung des Filterbauelements. Das Filterbauelement weist ein Filter 10 und ein Filter 20 auf. Die Filter 10 und 20 sind derart ausgebildet, dass ihre Übertragungsfunktion jeweils den charakteristischen Verlauf eines Bandpassfilters zeigt. Die Übertragungsfunktion, insbesondere die Funktion des Streuparameters S21, der Filter weist einen Durchlassbereich und einen Sperrbereich auf, wobei die Einfügedämpfung im Durchlassbereich niedriger als im Sperrbereich ist. Im Übergangsbereich zwischen dem Durchlassbereich und dem Sperrbereich weisen die beiden Filter jeweils Flanken auf. Die Übertragungsfunktion des Filters 10 und die Übertragungsfunktion des Filters 20 können beispielsweise den in 3A gezeigten Filterübertragungsfunktionen entsprechen. 4 shows an embodiment of an inner interconnection of the filter device. The filter device has a filter 10 and a filter 20 on. The filters 10 and 20 are designed such that their transfer function in each case shows the characteristic curve of a bandpass filter. The transfer function, in particular the function of the scattering parameter S21, the filter has a passband and a stopband, wherein the insertion loss in the passband is lower than in the stopband. In the transition region between the passband and the stopband, the two filters each have flanks. The transfer function of the filter 10 and the transfer function of the filter 20 for example, the in 3A correspond to filter transfer functions shown.
Das Filter 10 ist in einen Signalpfad SP1 zwischen den Eingangsanschluss E100 und den Ausgangsanschluss A100 des Filterbauelements geschaltet. Das Filter 20 ist in einen Signalpfad SP2 zwischen den Eingangsanschluss E100 und den Ausgangsanschluss A100 des Filterbauelements geschaltet. Die beiden Signalpfade SP1 und SP2 sind somit parallel zwischen den Eingangs- und Ausgangsanschluss des Filterbauelements geschaltet.The filter 10 is connected in a signal path SP1 between the input terminal E100 and the output terminal A100 of the filter device. The filter 20 is connected in a signal path SP2 between the input terminal E100 and the output terminal A100 of the filter device. The two signal paths SP1 and SP2 are thus connected in parallel between the input and output terminals of the filter device.
Das Filter 10 weist eine Eingangsseite E10 zum Anlegen eines Signals und eine Ausgangsseite A10 zum Ausgeben eines Signals auf. Ebenso weist das Filter 20 eine Eingangsseite E20 zum Anlegen eines Signals und eine Ausgangsseite A20 zum Ausgeben eines Signals auf. Die Eingangsseite E10 zum Anlegen eines Signals ist über eine Anpassschaltung 30 mit dem Eingangsanschluss E100 des Filterbauelements verbunden. Die Ausgangsseite A10 zum Ausgeben eines Signals aus dem Filter 10 ist über eine weitere Anpassschaltung 40 mit dem Ausgangsanschluss A100 des Filterbauelements verbunden. Die Eingangsseite E20 zum Anlegen eines Signals an das Filter 20 ist unmittelbar mit dem Eingangsanschluss E100 des Filterbauelements verbunden. Die Ausgangsseite A20 des Filters 20 zum Ausgeben eines Signals ist unmittelbar mit dem Ausgangsanschluss A100 des Filterbauelements verbunden.The filter 10 has an input side E10 for applying a signal and an output side A10 for outputting a signal. The same applies to the filter 20 an input side E20 for applying a signal and an output side A20 for outputting a signal. The input side E10 for applying a signal is via a matching circuit 30 connected to the input terminal E100 of the filter device. The output side A10 for outputting a signal from the filter 10 is via another matching circuit 40 connected to the output terminal A100 of the filter device. The input side E20 for applying a signal to the filter 20 is directly connected to the input terminal E100 of the filter device. The output side A20 of the filter 20 for outputting a signal is directly connected to the output terminal A100 of the filter device.
Die Anpassschaltungen 30 und 40 können beispielsweise jeweils als ein Diplexnetzwerk ausgebildet sein. Die Diplexnetzwerke 30 und 40 sind jeweils derart ausgebildet, dass das Filter 10 an einer Frequenz im Durchlassbereich des Filters 20, beispielsweise in dem in 3A gezeigten Durchlassbereich D2, hochohmige Eigenschaften aufweist. Das Filter 10 kann beispielsweise an einer Frequenz im Durchlassbereich D2 des Filters 20 hochohmiger als an einer Frequenz im Sperrbereich S2 des Filters 20 sein.The matching circuits 30 and 40 For example, each may be formed as a diplex network. The diplex networks 30 and 40 are each formed such that the filter 10 at a frequency in the passband of the filter 20 For example, in the in 3A shown passage region D2, high-impedance properties. The filter 10 may, for example, at a frequency in the passband D2 of the filter 20 higher impedance than at a frequency in the stopband S2 of the filter 20 be.
Des Weiteren können die Diplexnetzwerke 30 und 40 derart ausgebildet sein, dass das Filter 20 an einer Frequenz im Durchlassbereich D1 des Filters 10, beispielsweise in dem in 3A gezeigten Durchlassbereich D1, hochohmige Eigenschaften aufweist. Das Filter 20 kann beispielsweise für Frequenzen im Durchlassbereich 1 des Filters 10 hochohmiger als für Frequenzen im Sperrbereich S1 des Filters 10, beispielsweise in dem in 3A gezeigten Sperrbereich S1, ausgebildet sein.Furthermore, the diplex networks 30 and 40 be formed such that the filter 20 at a frequency in the passband D1 of the filter 10 For example, in the in 3A shown passage region D1, high-impedance properties. The filter 20 For example, for frequencies in the passband 1 of the filter 10 higher impedance than for frequencies in the stopband S1 of the filter 10 For example, in the in 3A shown blocking region S1, be formed.
Die Diplexnetzwerke 30 und 40 können dazu ausgebildet sein, die Phase der Filter 10 und 20 derart einander anzupassen, dass das Filter 10 im Frequenzbereich des Durchlassbereichs des Filters 20 hochohmige Eigenschaften aufweist und das Filter 20 im Frequenzbereich des Durchlassbereichs des Filters 10 ebenfalls hochohmige Eigenschaften aufweist.The diplex networks 30 and 40 may be adapted to the phase of the filter 10 and 20 adapt to each other so that the filter 10 in the frequency range of the passband of the filter 20 has high-impedance properties and the filter 20 in the frequency range of the passband of the filter 10 also has high-impedance properties.
Das Diplexnetzwerk 30 ist bei der in 4 gezeigten Ausführungsform dazu ausgebildet, eine Phasenänderung des Signals zwischen dem Eingangsanschluss E100 des Filterbauelements und der Eingangsseite E10 des Filters 10 zu bewirken. Das Diplexnetzwerk 40 ist dazu ausgebildet, eine Phasenänderung des Signals zwischen der Ausgangsseite A10 des Filters 10 und dem Ausgangsanschluss A100 des Filterbauelements zu bewirken.The diplex network 30 is at the in 4 embodiment shown adapted to a phase change of the signal between the input terminal E100 of the filter device and the input side E10 of the filter 10 to effect. The diplex network 40 is adapted to phase change the signal between the output side A10 of the filter 10 and to cause the output terminal A100 of the filter device.
Mit der in 4 gezeigten inneren Verschaltung des Filterbauelements aus den Einzelfilterstrukturen 10 und 20 und den Anpassschaltungen 30 und 40 lässt sich zwischen dem Eingangsanschluss E100 und dem Ausgangsanschluss A100 des Filterbauelements eine Filterübertragungsfunktion mit einer gegenüber den Filterübertragungsfunktionen der Einzelfilter 10 und 20 wesentlich größeren Bandbreite realisieren. Dabei bleiben wesentliche Filtereigenschaften der Einzelfilterstrukturen 10 und 20, beispielsweise die Flankensteilheit und das spezifische Temperaturverhalten, unverändert. Wenn das Filter 10 einen Durchlassbereich aufweist, der an einer niedrigeren Frequenz als der Durchlassbereich des Filters 20 liegt, bleibt die linke Flanke des Filters 10 und die rechte Flanke des Filters 20 bei der Zusammenschaltung der beiden Einzelfilter gemäß der in 4 vorgesehenen Ausführungsform nahezu unverändert.With the in 4 shown inner interconnection of the filter component of the single filter structures 10 and 20 and the matching circuits 30 and 40 can be between the input terminal E100 and the output terminal A100 of the filter device, a filter transfer function with respect to the filter transfer functions of the individual filter 10 and 20 realize much larger bandwidth. In the process, essential filter properties of the individual filter structures remain 10 and 20 For example, the slope and the specific Temperature behavior, unchanged. If the filter 10 has a passband that is at a lower frequency than the passband of the filter 20 is, the left flank of the filter remains 10 and the right flank of the filter 20 in the interconnection of the two individual filters according to the in 4 provided embodiment almost unchanged.
Die 5, 6 und 7 zeigen weitere Möglichkeiten der inneren Verschaltung der Filter 10 und 20 des Filterbauelements 100, mit denen sich eine gegenüber den Einzelfiltern deutlich erhöhte Bandbreite erzielen lässt, wobei weitere charakteristische Filtereigenschaften, wie die Flankensteilheit und das spezifische Temperaturverhalten, der Einzelfilter 10 und 20 nahezu unverändert bleiben.The 5 . 6 and 7 show further possibilities of internal wiring of the filters 10 and 20 of the filter device 100 , which can be compared to the single filter significantly increased bandwidth can be achieved, with more characteristic filter properties, such as the edge steepness and the specific temperature behavior of the single filter 10 and 20 stay virtually unchanged.
5 zeigt eine weitere Ausführungsform der inneren Verschaltung des Filterbauelements 100. Das Einzelfilter 10 ist in einem Signalpfad SP1 zwischen den Eingangsanschluss E100 und den Ausgangsanschluss A100 des Filterbauelements geschaltet. Das Filter 20 ist in den Signalpfad SP2 zwischen den Eingangsanschluss E100 und den Ausgangsanschluss A100 des Filterbauelements geschaltet. Die beiden Einzelfilter 10 und 20 sind somit parallel zwischen den Eingangs- und Ausgangsanschluss des Filterbauelements geschaltet. Die Eingangsseite E10 des Filters 10 ist über die Anpassschaltung 30, beispielsweise ein Diplexnetzwerk, mit dem Eingangsanschluss E100 des Filterbauelements verbunden. Die Ausgangsseite A10 des Filters 10 ist unmittelbar mit dem Ausgangsanschluss A100 des Filterbauelements verbunden. Die Eingangsseite E20 des Filters 20 ist unmittelbar mit dem Eingangsanschluss E100 des Filterbauelements verbunden. Die Ausgangsseite A20 des Filters 20 ist über die Anpassschaltung 40, beispielsweise ein Diplexnetzwerk, mit dem Ausgangsanschluss A100 des Filterbauelements verbunden. 5 shows a further embodiment of the inner interconnection of the filter device 100 , The single filter 10 is connected in a signal path SP1 between the input terminal E100 and the output terminal A100 of the filter device. The filter 20 is connected in the signal path SP2 between the input terminal E100 and the output terminal A100 of the filter device. The two single filters 10 and 20 are thus connected in parallel between the input and output terminals of the filter device. The input side E10 of the filter 10 is via the matching circuit 30 , For example, a diplex network, connected to the input terminal E100 of the filter device. The output side A10 of the filter 10 is directly connected to the output terminal A100 of the filter device. The input side E20 of the filter 20 is directly connected to the input terminal E100 of the filter device. The output side A20 of the filter 20 is via the matching circuit 40 , For example, a diplex network, connected to the output terminal A100 of the filter device.
Das Diplexnetzwerk 30 ist dazu ausgebildet, dass die Impedanz im Pfad SP1 bei Frequenzen im Durchlassbereichs des Filters 20 hochohmig ist. Beispielsweise kann die Impedanz des Signalpfades SP1 für Frequenzen im Durchlassbereich des Filters 20 hochohmiger als für Frequenzen im Sperrbereich des Filters 20 sein. Entsprechend ist das Diplexnetzwerk 40 dazu ausgebildet, dass die Impedanz im Signalpfad SP2 bei Signalfrequenzen im Durchlassbereich des Filters 10 hochohmig wird. Beispielsweise kann die Impedanz im Signalpfad SP2 für Signalfrequenzen im Durchlassbereich des Filters 10 hochohmiger als für Signalfrequenzen im Sperrbereich des Filters 10 sein.The diplex network 30 is designed so that the impedance in the path SP1 at frequencies in the passband of the filter 20 is high impedance. For example, the impedance of the signal path SP1 for frequencies in the passband of the filter 20 higher impedance than for frequencies in the stopband of the filter 20 be. The diplex network is corresponding 40 designed such that the impedance in the signal path SP2 at signal frequencies in the passband of the filter 10 becomes high impedance. For example, the impedance in the signal path SP2 for signal frequencies in the passband of the filter 10 higher impedance than for signal frequencies in the stop band of the filter 10 be.
Das Diplexnetzwerk 30 kann beispielsweise derart ausgebildet sein, dass für Signale bei Frequenzen im Durchlassbereich des Filters 20 der Signalpfad SP1 beziehungsweise das Filter 10 als Leerlauf wirkt. Entsprechend kann das Diplexnetzwerk 40 dazu ausgebildet sein, dass für Signalfrequenzen im Durchlassbereich des Filters 10 der Signalpfad SP2 beziehungsweise das Filter 20 als ein Leerlauf wirkt.The diplex network 30 For example, it may be configured such that for signals at frequencies in the passband of the filter 20 the signal path SP1 or the filter 10 acts as idle. Accordingly, the diplex network 40 be designed so that for signal frequencies in the passband of the filter 10 the signal path SP2 or the filter 20 acts as an idle.
Im Ausführungsbeispiel der 4 ist das Diplexnetzwerk 30 dazu ausgebildet, eine Phasenänderung des Signals zwischen dem Eingangsanschluss E100 des Filterbauelements und der Eingangsseite E10 des Filters 10 zu bewirken. Das Diplexnetzwerk 40 ist dazu ausgebildet, eine Phasenänderung des Signals zwischen der Ausgangsseite A20 des Filters 20 und dem Ausgangsanschluss A100 des Filterbauelements zu bewirken.In the embodiment of 4 is the diplex network 30 adapted to phase change the signal between the input terminal E100 of the filter device and the input side E10 of the filter 10 to effect. The diplex network 40 is adapted to phase change the signal between the output side A20 of the filter 20 and to cause the output terminal A100 of the filter device.
Bei den in den 4 und 5 gezeigten Ausführungsformen des Filterbauelements weisen die einzelnen Filter 10 und 20 jeweils eine unsymmetrische Ein- und Ausgangsseite (unbalanced/unbalanced; single ended/single ended) auf. Bei der in 6 gezeigten Ausführungsform weist das Filter 10 eine unsymmetrische Eingangsseite (unbalanced; single ended) und eine symmetrische Ausgangsseite (balanced) auf. Die einzelnen Filterstrukturen 10 und 20 sind in den Signalpfaden SP1 und SP2 parallel zwischen den Eingangsanschluss E100 und den Ausgangsanschluss A100 des Filterbauelements geschaltet.In the in the 4 and 5 shown embodiments of the filter component, the individual filters 10 and 20 each unbalanced input / output side (unbalanced / unbalanced, single ended / single ended) on. At the in 6 embodiment shown, the filter 10 an unbalanced input side (unbalanced) and a balanced output side (balanced). The individual filter structures 10 and 20 are connected in parallel in the signal paths SP1 and SP2 between the input terminal E100 and the output terminal A100 of the filter device.
Der Eingangsanschluss E10 des Filters 10 ist über die Anpassschaltung 30, beispielsweise ein Diplexnetzwerk, mit dem Eingangsanschluss E100 des Filterbauelements verbunden. Die Ausgangsseite A10 des Filters 10 ist über die Anpassschaltung 40, beispielsweise ein Diplexnetzwerk, mit dem Ausgangsanschluss A100 des Filterbauelements verbunden. Aufgrund der symmetrischen Ausgänge weist das Filter 10 eine weitere Ausgangsseite A10' auf, die über eine Anpassschaltung 50 mit dem Ausgangsanschluss A100 des Filterbauelements verbunden ist. Die Eingangsseite E20 des Filters 20 ist unmittelbar mit dem Eingangsanschluss E100 des Filterbauelements verbunden. Die Ausgangsseite A20 des Filters 20 ist ebenso unmittelbar mit dem Ausgangsanschluss A100 des Filterbauelements verbunden.The input terminal E10 of the filter 10 is via the matching circuit 30 , For example, a diplex network, connected to the input terminal E100 of the filter device. The output side A10 of the filter 10 is via the matching circuit 40 , For example, a diplex network, connected to the output terminal A100 of the filter device. Due to the balanced outputs, the filter points 10 another output side A10 ', which has a matching circuit 50 is connected to the output terminal A100 of the filter device. The input side E20 of the filter 20 is directly connected to the input terminal E100 of the filter device. The output side A20 of the filter 20 is also directly connected to the output terminal A100 of the filter device.
Die Diplexnetzwerke 30, 40 und 50 sind ähnlich zu der in 1 gezeigten Ausführungsform dazu ausgebildet, die Phase der Einzelfilter 10 und 20 einander anzupassen, sodass das Filter 20 im Frequenzbereich des Durchlassbereichs des Filters 10 hochohmige Eigenschaften aufweist. Des Weiteren sind die Diplexnetzwerke 30, 40 und 50 dazu ausgebildet, dass das Filter 10 bei Frequenzen im Durchlassbereich des Filters 20 hochohmige Eigenschaften hat. Insbesondere können die Anpassschaltungen 30, 40 und 50 derart ausgebildet sein, dass das Filter 20 für Frequenzen im Durchlassbereich des Filters 10 hochohmiger als für Frequenzen im Sperrbereich des Filters 10 wirkt und dass das Filter 10 für Frequenzen im Durchlassbereich des Filters 20 hochohmiger als für Frequenzen im Sperrbereich des Filters 20 ist.The diplex networks 30 . 40 and 50 are similar to the one in 1 embodiment shown trained to the phase of the single filter 10 and 20 adjust each other so that the filter 20 in the frequency range of the passband of the filter 10 has high impedance properties. Furthermore, the diplex networks 30 . 40 and 50 designed to be that filter 10 at frequencies in the passband of the filter 20 has high impedance properties. In particular, the matching circuits 30 . 40 and 50 be formed such that the filter 20 for frequencies in the passband of the filter 10 higher impedance than for frequencies in the Restricted area of the filter 10 affects and that the filter 10 for frequencies in the passband of the filter 20 higher impedance than for frequencies in the stopband of the filter 20 is.
7 zeigt eine weitere Ausführungsform für die innere Verschaltung der Filter 10 und 20 des Filterbauelements 100. Im Unterschied zu der in 6 gezeigten Ausführungsform ist das Filter 10 als ein Einzelfilter mit einer symmetrischen Eingangsseite (balanced/balanced) und einer symmetrischen Ausgangsseite (balanced/balanced) ausgebildet. Im Unterschied zu 6 weist das Filter 10 somit eine weitere Eingangsseite E10' auf, die über eine Anpassschaltung 60, beispielsweise ein Diplexnetzwerk, mit dem Eingangsanschluss E100 des Filterbauelements verbunden ist. 7 shows a further embodiment for the internal interconnection of the filters 10 and 20 of the filter device 100 , Unlike the in 6 the embodiment shown is the filter 10 designed as a single filter with a balanced input side (balanced / balanced) and a balanced output side (balanced / balanced). In contrast to 6 has the filter 10 Thus, a further input side E10 ', which via a matching circuit 60 , For example, a diplex network, is connected to the input terminal E100 of the filter device.
Auch bei der in 7 gezeigten Ausführungsform sind die Diplexnetzwerke 30, 40, 50 und 60 dazu ausgebildet, die Phase der Filter derart zueinander anzupassen, dass das Filter 20 bei Signalfrequenzen im Durchlassbereich des Filters 10 hochohmige Eigenschaften aufweist und umgekehrt das Filter 10 bei Signalfrequenzen im Durchlassbereich des Filters 20 seinerseits hochohmig ist. Beispielsweise kann das Filter 10 für Signale mit Frequenzen im Durchlassbereich des Filters 20 hochohmiger als für Signale im Sperrbereich des Filters 20 sein. Das Filter 20 kann für Signale mit Frequenzen im Durchlassbereich des Filters 10 hochohmigere Eigenschaften als für Signale im Sperrbereich des Filters 10 aufweisen. Die Diplexnetzwerke können beispielsweise auch hier derart ausgebildet sein, dass der Signalpfad SP1 für Signale im Durchlassbereich des Filters 20 nahezu einen Leerlauf darstellt und der Signalpfad SP2 für Signalfrequenzen im Durchlassbereich des Filters 10 nahezu als Leerlauf wirkt.Also at the in 7 The embodiments shown are the diplex networks 30 . 40 . 50 and 60 adapted to adapt the phase of the filter to one another such that the filter 20 at signal frequencies in the passband of the filter 10 has high-impedance properties and vice versa the filter 10 at signal frequencies in the passband of the filter 20 in turn is highly resistive. For example, the filter 10 for signals with frequencies in the passband of the filter 20 higher impedance than for signals in the stopband of the filter 20 be. The filter 20 can be used for signals with frequencies in the passband of the filter 10 higher-impedance properties than for signals in the stopband of the filter 10 exhibit. The diplex networks, for example, can also be designed here such that the signal path SP1 for signals in the passband of the filter 20 represents almost an open circuit and the signal path SP2 for signal frequencies in the passband of the filter 10 almost idle.
Bei den in den 4, 5, 6 und 7 gezeigten Ausführungsformen ist jeweils mindestens ein Anpassnetzwerk beziehungsweise Diplexnetzwerk zwischen die Eingangsseite E10, E10' des Filters 10 und die Eingangsseite E20 des Filters 20 geschaltet. Mindestens eine weitere Anpassschaltung beziehungsweise ein weiteres Diplexnetzwerk ist zwischen die Ausgangsseite A10, A10' und die Ausgangsseite A20 des Filters 20 geschaltet.In the in the 4 . 5 . 6 and 7 In each case, at least one matching network or diplex network between the input side E10, E10 'of the filter is shown 10 and the input side E20 of the filter 20 connected. At least one further matching circuit or a further diplex network is connected between the output side A10, A10 'and the output side A20 of the filter 20 connected.
In den Ausführungsbeispielen der 6 und 7 ist lediglich das Filter 10 als ein Filter mit unsymmetrischen/symmetrischen Seiten (unbalanced/balanced) beziehungsweise im eingangsseitig und ausgangsseitig symmetrisch Zustand (balanced/balanced) ausgebildet. Ebenso kann auch das Filter 20 an einer Seite unsymmetrisch und an der anderen Seite symmetrisch (unbalanced/balanced) beziehungsweise eingangsseitig symmetrisch und ausgangsseitig symmetrisch (balanced/balanced) ausgeführt sein. Bei dieser Art der Ausführungsform können die in den 6 und 7 vor und hinter das Filter 10 geschalteten Diplexnetzwerke auch entsprechend vor und hinter das Filter 20 geschaltet sein.In the embodiments of the 6 and 7 is just the filter 10 as a filter with unbalanced / balanced sides (unbalanced / balanced) or in the input side and output side symmetrical state (balanced / balanced) formed. Likewise, the filter can also 20 unbalanced on one side and symmetrically (unbalanced / balanced) on the other side or symmetrically on the input side and balanced (balanced / balanced) on the output side. In this type of embodiment, in the 6 and 7 in front and behind the filter 10 connected diplex networks also in front of and behind the filter 20 be switched.
Die 8A, 8B, 8C, 8D und 8E zeigen mögliche Ausführungsformen der Diplexnetzwerke 30, 40, 50 und 60. Die Diplexnetzwerke sind im Wesentlichen dazu ausgebildet, zwischen ihrem Eingang und ihrem Ausgang eine Phasendrehung eines Signals zu bewirken. Bei der in 8A dargestellten Ausführungsform ist das Diplexnetzwerk durch eine Leiterbahn P realisiert. Die 8B und 8C zeigen jeweils T-Verschaltungen von Spulen L und Kondensatoren C. Bei der in 8B dargestellten Ausführungsform sind zwei Kondensatoren C in Serie zwischen einen Ein- und Ausgang des Diplexnetzwerks geschaltet und eine Spule L ist an einen Bezugsspannungsanschluss geschaltet. Bei der in 8C dargestellten Ausführungsform sind zwei Spulen L in Serie zwischen den Ein- und Ausgang des Diplexnetzwerks geschaltet, wobei zwischen den Spulen ein Kondensator C mit einem Bezugsspannungsanschluss verbunden ist. Die 8D und 8E zeigen π-Verschaltungen von Spulen L und Kondensatoren C. Bei der in 8D dargestellten Ausführungsform ist ein Kondensator C zwischen einen Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss des Diplexnetzwerks geschaltet. Spulen L sind jeweils zwischen den Eingangsanschluss und einen Bezugsspannungsanschluss beziehungsweise zwischen den Ausgangsanschluss und einen Bezugsspannungsanschluss geschaltet. Bei der in 8E gezeigten Ausführungsform ist eine Spule L zwischen den Eingangs- und Ausgangsanschluss des Diplexnetzwerks geschaltet. Ein Kondensator C ist zwischen den Eingangsanschluss und einen Bezugsspannungsanschluss und ein weiterer Kondensator C ist zwischen den Ausgangsanschluss und einen Bezugsspannungsanschluss geschaltet. Die Bezugsspannung kann beispielsweise ein Massepotential sein.The 8A . 8B . 8C . 8D and 8E show possible embodiments of the diplex networks 30 . 40 . 50 and 60 , The diplex networks are essentially designed to effect a phase rotation of a signal between their input and their output. At the in 8A illustrated embodiment, the diplex network is realized by a conductor P. The 8B and 8C each show T-connections of coils L and capacitors C. In the in 8B In the illustrated embodiment, two capacitors C are connected in series between an input and output of the diplex network, and a coil L is connected to a reference voltage terminal. At the in 8C illustrated embodiment, two coils L are connected in series between the input and output of the diplex network, wherein between the coils, a capacitor C is connected to a reference voltage terminal. The 8D and 8E show π-connections of coils L and capacitors C. At the in 8D In the illustrated embodiment, a capacitor C is connected between an input terminal and an output terminal of the diplex network. Coils L are each connected between the input terminal and a reference voltage terminal and between the output terminal and a reference voltage terminal, respectively. At the in 8E In the embodiment shown, a coil L is connected between the input and output terminals of the diplex network. A capacitor C is connected between the input terminal and a reference voltage terminal, and another capacitor C is connected between the output terminal and a reference voltage terminal. The reference voltage may be, for example, a ground potential.
Die 9A zeigt eine Ausführungsform, bei der die als Diplexnetzwerk ausgebildete Anpassschaltung als eine T-Verschaltung von Kondensatoren C und einer Spulen L ausgebildet ist. Das Diplexnetzwerk kann beispielsweise an den Eingangsanschluss E10 des Filters 10 geschaltet sein. Das Anpassnetzwerk kann vereinfacht werden, indem weniger als die in 9A gezeigten drei diskreten Elemente vorgesehen werden. Bei der in 9B gezeigten Ausführungsform weist das Anpassnetzwerk 30 beispielsweise lediglich einen Kondensator C und eine Spule L auf. Bei einer weiteren Ausführungsform können die diskreten Elemente teilweise in den Chip des nachgeschalteten Filters integriert werden. Die passiven Einzelelemente können auch in ein Gehäuse des Filterbauelements, beispielsweise in ein Nieder-Temperatur-Einbrandgehäuse (LTCC-Gehäuse) integriert sein.The 9A shows an embodiment in which the matching circuit formed as a diplex network is formed as a T-connection of capacitors C and a coil L. The diplex network may, for example, be connected to the input terminal E10 of the filter 10 be switched. The matching network can be simplified by using less than the 9A shown three discrete elements are provided. At the in 9B embodiment shown has the matching network 30 For example, only a capacitor C and a coil L on. In a further embodiment, the discrete elements may be partially integrated into the chip of the downstream filter. The passive individual elements can also be integrated in a housing of the filter component, for example in a low-temperature burn-in housing (LTCC housing).
10 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der das Anpassnetzwerk ein diskretes Element, beispielsweise eine Spule L, aufweist, die jeweils vor und hinter das Filterbauelement geschaltet ist. Das Anpassungsnetzwerk kann darüber hinaus auch Kondensatoren aufweisen, die beispielsweise auf dem akustischen Chip des Filterbauelements integriert sein können. 10 shows a further embodiment in which the matching network comprises a discrete element, such as a coil L, which is connected in front of and behind the filter device. In addition, the matching network can also have capacitors, which can be integrated, for example, on the acoustic chip of the filter component.
Durch die Ausbildung der beiden Einzelfilter derart, dass sich die Filterübertragungsfunktionen im Durchlassbereich überlappen und zwischen die beiden Filter eingangsseitig beziehungsweise ausgangsseitig ein Anpassungsnetzwerk, insbesondere ein Diplexnetzwerk, geschaltet ist, lässt sich ein Filterbauelement mit einer Gesamtübertragungsfunktion realisieren, die eine deutlich größere Bandbreite als die Bandbreite der jeweiligen Einzelfilter aufweist. Auf einem Trägersubstrat aus Lithiumtantalat lässt sich beispielsweise eine relative Bandbreite erzielen, die deutlich größer als 4 ist. Das Filterbauelement kann derart ausgebildet sein, dass die Gesamtübertragungsfunktion eine besonders steile linke oder eine besonders steile rechte Flanke aufweist. Es lassen sich auch Übertragungsfunktionen mit zwei besonders steilen Flanken realisieren.By forming the two individual filters in such a way that the filter transfer functions overlap in the passband and an adaptation network, in particular a diplex network, is connected between the two filters on the input side or output side, it is possible to realize a filter component with a total transfer function which has a significantly greater bandwidth than the bandwidth has the respective single filter. On a support substrate made of lithium tantalate, for example, it is possible to achieve a relative bandwidth that is significantly greater than 4. The filter component may be designed such that the overall transfer function has a particularly steep left or a particularly steep right flank. It is also possible to realize transfer functions with two particularly steep edges.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
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1010
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Filterfilter
-
2020
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Filterfilter
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3030
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Anpassschaltung (Diplexnetzwerk)Matching circuit (diplex network)
-
4040
-
Anpassschaltung (Diplexnetzwerk)Matching circuit (diplex network)
-
5050
-
Anpassschaltung (Diplexnetzwerk)Matching circuit (diplex network)
-
6060
-
Anpassschaltung (Diplexnetzwerk)Matching circuit (diplex network)
-
7070
-
Gehäusecasing
-
100100
-
Filterbauelementfilter device
-
Ee
-
Eingangsanschlussinput port
-
AA
-
Ausgangsanschlussoutput port
-
LL
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SpuleKitchen sink
-
CC
-
Kondensatorcapacitor
