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Die Erfindung betrifft ein Oberflächenwellenfilter mit asymmetrischer Anordnung von Wandlerstrukturen. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Duplexerbauelement mit jeweils einem Oberflächenwellenfilter im Sende- und Empfangspfad des Duplexerbauelements.
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Ein Duplexerbauelement, insbesondere ein Antennenduplexer, weist einen Sendepfad auf, in dem von einem Sender erzeugte Sendesignale an einen Anschluss zum Anschließen einer Antenne weitergeleitet werden. Des Weiteren umfasst das Duplexerbauelement einen Empfangspfad, in dem Empfangssignale von der Antenne an einen Empfänger weitergeleitet werden.
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Im Sendepfad kann als Sendefilter ein Oberflächenwellenfilter angeordnet sein. Das Oberflächenwellenfilter im Sendepfad kann einen Eingangsanschluss zum Anlegen eines Sendesignals und einen Ausgangsanschluss zum Ausgeben eines Ausgangssignals aufweisen, das zur Abstrahlung an die Antenne weitergeleitet wird. Das Sendefilter soll für Frequenzen des abzustrahlenden Sendesignals einen Durchlassbereich mit einer niedrigen Einfügedämpfung aufweisen. Außerhalb des Durchlassbereichs soll das Sendefilter einen Sperrbereich mit einer hohen Einfügedämpfung aufweisen, damit Störsignale über den Sendepfad nicht zur Antenne oder zum Sender gelangen.
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Im Empfangspfad kann als Empfangsfilter ebenfalls ein Oberflächenwellenfilter angeordnet sein, das im Frequenzbereich der von der Antenne zu empfangenden Empfangssignale einen Durchlassbereich mit niedriger Einfügedämpfung aufweist. Außerhalb des Durchlassbereiches soll das Empfangsfilter einen Sperrbereich mit einer hohen Einfügedämpfung aufweisen, da empfangene Signale mit Frequenzen im Sperrbereich von dem Empfangsfilter weitestgehend unterdrückt werden sollen. Das Oberflächenwellenfilter im Empfangspfad kann einen Eingangsanschluss zum Anlegen des von der Antenne empfangenen Signals und einen ersten Ausgangsanschluss zum Ausgeben eines ersten Ausgangssignals und einen zweiten Ausgangsanschluss zum Ausgeben eines zweiten Ausgangssignals aufweisen. Mittels einer derartigen Ausführungsform kann das Empfangsfilter an der Eingangsseite unsymmetrisch (unbalanced beziehungsweise single ended) und an der Ausgangsseite symmetrisch (balanced) betrieben werden.
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Bei einem Duplexerbauelement können die Oberflächenwellenfilter im Sende- und Empfangspfad derart ausgebildet, dass der Durchlassbereich des Empfangsfilters einige MHz, beispielsweise 20 MHz bis 100 MHz, beabstandet zum Durchlassbereich des Sendefilters liegt. Für symmetrisch betriebene Duplexerbauelemente mit großem Frequenzabstand zwischen dem Durchlassbereich im Sende- und Empfangspfad soll die Unterdrückung eines Signals mit Frequenzen im Durchlassbereich des Sendefilters durch das Empfangsfilter und die Unterdrückung eines Signals mit Frequenzen im Durchlassbereich des Empfangsfilters durch das Sendefilter möglichst groß sein. Des Weiteren ist eine große Isolation zwischen Sende- und Empfangspfad erwünscht.
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Durch eine symmetrische Anordnung von Wandlerstrukturen des Oberflächenwellenfilters im Empfangspfad und des Oberflächenwellenfilters im Sendepfad könnten diese Anforderungen weitestgehend erfüllt werden. Da jedoch das Oberflächenwellenfilter im Empfangspfad eingangsseitig unsymmetrisch und ausgangsseitig symmetrisch betrieben wird, sind die Wandler des Oberflächenwellenfilters im Empfangspfad unsymmetrisch angeordnet. Aufgrund der unsymmetrischen Ausrichtung der Wandler kann zwischen den Ausgangssignalen am ersten und zweiten Ausgangsanschluss des Empfangsfilters ein Phasenunterschied von 180° erzielt wird.
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Die unsymmetrische Anordnung der Wandlerstrukturen führt allerdings dazu, dass Signale, die von dem Sendefilter in den Empfangspfad eingekoppelt werden, zwischen der Eingangsseite des Sendefilters und dem ersten Ausgangsanschluss des Empfangspfades eine andere Dämpfung erfahren als solche Signale, die zwischen dem Eingangsanschluss des Sendefilters und dem zweiten Ausgangsanschluss des Empfangsfilters übertragen werden. Aufgrund dieser Unsymmetrie tritt zwischen dem Sende- und Empfangspfad somit eine ungleichmäßige Isolation auf.
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Aus
DE 10 2006 057 340 A1 ist ein Verfahren zur Anpassung einer DMS-Spur bekannt, bei dem parallel zum signalführenden Leiterabschnitt zwischen DMS-Spur und Reaktanzelement ein Querzweig gegen die Masse geschaltet wird, in dem ein Kapazitätselement angeordnet ist.
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Aus
DE 10 2005 010 658 A1 ist ein Duplexer bekannt, der ein mit akustischen Oberflächenwellen arbeitendes Empfangsfilter mit einem antennenseitig angeordneten, einen Resonator umfassenden ersten Teilfilter und einem diesem nachgeschalteten, als DMS-Filter ausgebildeten zweiten Teilfilter aufweist.
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DE 10 2004 037 821 A1 schlägt vor, für einen SAW-Filter, das eingangsseitig unsymmetrisch und ausgangsseitig symmetrisch betrieben wird, aufgrund des Aufbaus aber eine geometrisch unsymmetrische Anordnung aufweist, die Koppelkapazität desjenigen der symmetrischen Ausgangspads, das die schwächere kapazitive Kopplung zum Eingang aufweist, zu erhöhen. Dies gelingt durch Verlängerung eines Elektrodenfingers eines Eingangswandlers aus der akustischen Spur heraus in die Nähe des schlechter koppelnden Ausgangspads. Möglich ist es auch, einen mit diesem Ausgangspad verbundenen Elektrodenfinger des Ausgangswandlers in Richtung Eingang zu verlängern und dort eine zusätzliche kapazitive Kopplung mit einer Struktur des zum Eingang weisenden Signalpfads herzustellen.
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Gemäß
US 2004/0080385 A1 enthält ein akustisches Oberflächenwellenfilter vom längsgekoppelten Resonatortyp drei interdigitale Wandler, die auf einem piezoelektrischen Substrat in der Richtung vorgesehen sind, in der sich akustische Oberflächenwellen ausbreiten. Ein Interdigitalwandler, der ungefähr in der Mitte der drei Interdigitalwandler des akustischen Oberflächenwellenfilters vom längsgekoppelten Resonatortyp angeordnet ist, ist in zwei Teile unterteilt, die im Wesentlichen symmetrisch in der Ausbreitungsrichtung der akustischen Oberflächenwellen liegen, und die beiden Teile sind jeweils mit symmetrischen Signalanschlüssen verbunden. Linke und rechte Interdigitalwandler, deren Polaritäten relativ zueinander invertiert sind, sind mit einem unsymmetrischen Signalanschluss verbunden, um eine symmetrische in eine unsymmetrische Umwandlungsfunktion bereitzustellen. Eine Reaktanzkomponente, die auf dem piezoelektrischen Substrat, in einem Gehäuse oder außerhalb des Gehäuses vorgesehen ist, wird mit einem der symmetrischen Signalanschlüsse verbunden.
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Es ist wünschenswert, ein Oberflächenwellenfilter anzugeben, das symmetrisch betrieben wird und bei dem im Sperrbereich des Filters eine hohe und gleichmäßige Unterdrückung von Signalen zwischen dem Eingangsanschluss und jedem der beiden Ausgangsanschlüssen erzielt wird. Weiterhin soll ein Duplexerbauelement, das ein Oberflächenwellenfilter im Empfangs- und/oder Sendepfad umfasst und das eine hohe Isolation zwischen dem Sende- und Empfangspfad aufweist.
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Dies wird erreicht durch ein Oberflächenwellenfilter gemäß Patentanspruch 1, sowie durch ein Duplexerbauelement gemäß Patentanspruch 8. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Patentansprüchen 2-7 und 9-13 beschrieben.
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Eine Ausführungsform eines Oberflächenwellenfilters umfasst einen Eingangsanschluss zum Anlegen eines Eingangssignals, einen ersten Ausgangsanschluss zum Ausgeben eines ersten Ausgangssignals und einen zweiten Ausgangsanschluss zum Ausgeben eines zweiten Ausgangssignals sowie eine Anordnung von Wandlern zur Umwandlung von elektrischen/akustischen Signalen in akustische/elektrische Signale. Die Anordnung von Wandlern umfasst mindestens einen ersten Wandler, einen zweiten Wandler und einen dritten Wandler. Der mindestens eine erste Wandler ist an den Eingangsanschluss und einen Anschluss zum Anlegen eines Bezugspotentials angeschlossen. Der zweite Wandler ist an den ersten Ausgangsanschluss und den Anschluss zum Anlegen des Bezugspotentials angeschlossen. Der dritte Wandler ist an den zweiten Ausgangsanschluss und den Anschluss zum Anlegen des Bezugspotentials angeschlossen. An mindestens einen des ersten und zweiten Ausgangsanschlusses ist ein Kondensator derart angeschlossen, dass der Kondensator zwischen den ersten und den zweiten Ausgangsanschluss geschaltet ist oder der Kondensator zwischen einen des ersten und zweiten Ausgangsanschlusses und den Anschluss zum Anlegen des Bezugspotentials geschaltet ist. Die Wandler weisen jeweils eine erste kammförmige Struktur und eine zweite kammförmige Struktur auf. Die jeweiligen ersten und zweiten kammförmigen Strukturen der Wandler sind auf einem Trägersubstrat angeordnet. Die kammförmige Struktur des Kondensators auf dem Trägersubstrat ist in einer anderen Richtung als die ersten und zweiten kammförmigen Strukturen der Wandler angeordnet und ist derart angeordnet, dass beim Anlegen einer Spannung an die kammartige Struktur des Kondensators in dem Trägersubstrat keine akustische Welle angeregt wird.
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Durch das Beschalten des Oberflächenwellenfilters mit einem Kondensator zwischen den Ausgangsanschlüssen lässt sich im Sperrbereich des Oberflächenwellenfilters eine große Koppelkapazität zwischen Wandlerstrukturen des Oberflächenwellenfilters erniedrigen und eine statische Wandlerkapazität erhöhen. Durch das Beschalten des Oberflächenwellenfilters mit einem Kondensator zwischen dem Ausgangsanschluss und dem Anschluss zum Anlegen des Bezugspotentials wird eine große Koppelkapazität zwischen Wandlern des Oberflächenwellenfilters verringert. Durch das ausgangsseitige Beschalten des Oberflächenwellenfilters mit dem Kondensator kann die Symmetrie einer DMS-Spur verbessert werden.
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Das Oberflächenwellenfilter lässt sich beispielsweise in einem Duplexerbauelement einsetzen, um die Isolation zwischen einem Sende- und Empfangspfad des Duplexerbauelements zu erhöhen. Gemäß einer Ausführungsform umfasst ein Duplexerbauelement ein Oberflächenwellenfilter entsprechend der oben angegebenen Ausführungsform und ein weiteres Oberflächenwellenfilter mit einem Eingangsanschluss zum Anlegen eines weiteren Eingangssignals und einem Ausgangsanschluss zum Ausgeben eines weiteren Ausgangssignals. Das Filter umfasst des Weiteren einen Anschluss zum Anschließen eines Sende-/Empfangsbauelements. Der Eingangsanschluss des Oberflächenwellenfilters und der Ausgangsanschluss des weiteren Oberflächenwellenfilters sind jeweils mit dem Anschluss zum Anschließen des Sende-/Empfangsbauelements verbunden.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren, die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung zeigen, näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine Ausführungsform eines Duplexerbauelements,
- 2 eine Übertragungsfunktion eines Sende- und Empfangsfilters eines Duplexerbauelements,
- 3 eine Ausführungsform eines Sendefilters eines Duplexerbauelements,
- 4 eine Anordnung von Wandlern einer Ausführungsform eines Sendefilters eines Duplexerbauelements,
- 5 eine Ausführungsform eines Empfangsfilters eines Duplexerbauelements,
- 6 eine Anordnung von Wandlern einer Ausführungsform eines Empfangsfilters eines Duplexerbauelements,
- 7 ein Ersatzschaltbild für ein Empfangsfilter eines Duplexerbauelements im Sperrbereich,
- 8 Übertragungsfunktionen zur Beschreibung einer Isolation zwischen Sende- und Empfangspfad einer Ausführungsform eines Duplexerbauelements,
- 9A eine Ausführungsform eines Filters eines Duplexerbauelements,
- 9B ein Ersatzschaltbild für eine Ausführungsform eines Filters eines Duplexerbauelements im Sperrbereich,
- 10A Übertragungsfunktionen zur Kennzeichnung einer Signalübertragung zwischen einem Sende- und Empfangspfad eines Duplexerbauelements,
- 10B Übertragungsfunktionen zur Kennzeichnung einer Isolation zwischen einem Sende- und Empfangspfad eines Duplexerbauelements,
- 10C Übertragungsfunktionen zur Kennzeichnung einer Isolation zwischen einem Sende- und Empfangspfad eines Duplexerbauelements in einer vergrößerten Darstellung,
- 11A eine Ausführungsform eines Filters eines Duplexerbauelements,
- 11B ein Ersatzschaltbild für eine Ausführungsform eines Filters eines Duplexerbauelements im Sperrbereich,
- 12A Übertragungsfunktionen zur Kennzeichnung einer Signalübertragung zwischen einem Sende- und Empfangspfad des Duplexerbauelements,
- 12B Übertragungsfunktionen zur Kennzeichnung einer Isolation zwischen einem Sende- und Empfangspfad eines Duplexerbauelements,
- 12C Übertragungsfunktionen zur Kennzeichnung einer Isolation zwischen einem Sende- und Empfangspfad eines Duplexerbauelements in eine vergrößerte Darstellung,
- 13 ein Ausschnitt einer Realisierung eines Oberflächenwellenfilters mit einem an einen Ausgangsanschluss des Oberflächenwellenfilters geschalteten Kondensator.
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1 zeigt eine Ausführungsform eines Duplexerbauelements 1000, beispielsweise eines Antennenduplexers. Das Duplexerbauelement weist einen Anschluss 1 zum Anlegen eines Eingangssignals ES, beispielsweise eines Sendesignals, das an eine Sende-/Empfangseinrichtung 300 weitergeleitet wird, auf. Des Weiteren weist das Duplexerbauelement einen Ausgangsanschluss 3 zum Ausgeben eines Ausgangssignals RS1 und einen Ausgangsanschluss 4 zum Ausgeben eines Ausgangssignals RS2 auf. Die Ausgangssignale RS1 und RS2 können beispielsweise Empfangssignale, die von der Sende-/Empfangseinrichtung 300 empfangen worden sind, sein. Die Sende-/Empfangseinrichtung 300 kann beispielsweise eine Antenne sein, die an einen Anschluss 2 zum Anschließen der Sende-/Empfangseinrichtung angeschlossen ist.
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In einem Empfangspfad EP zwischen dem Anschluss 2 zum Anschließen der Antenne 300 und den Ausgangsanschlüssen 3 und 4 ist ein Oberflächenwellenfilter 100, der als Empfangsfilter dient, angeordnet. Das Empfangsfilter weist einen Eingangsanschluss E100 zum Anlegen eines Eingangssignals AS, beispielsweise des von der Antenne empfangenen Signals, auf. An dem Ausgangsanschluss 3 wird ein Ausgangssignal RS1 und am Ausgangsanschluss 4 ein Ausgangssignal RS2 ausgegeben. Das Empfangsfilter weist eine unsymmetrische Eingangsseite (unbalanced beziehungsweise single ended) und eine symmetrische Ausgangsseite (balanced) auf. Dazu ist das Oberflächenwellenfilter 100 derart ausgebildet, dass die Ausgangssignale RS1 und RS2 eine Phasendifferenz von 180° aufweisen.
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In einen Sendepfad SP zwischen den Anschluss 2 zum Anschließen der Antenne und den Eingangsanschluss 1 zum Anlegen des Sendesignals ist ein Sendefilter 200 geschaltet. Das Sendefilter kann ebenfalls als ein Oberflächenwellenfilter ausgebildet sein. Das Oberflächenwellenfilter empfängt an dem Eingangsanschluss 1 ein Eingangssignal ES und erzeugt an einem Ausgangsanschluss A200 ein Ausgangssignal TS, das der Antenne 300 zugeführt wird. Das Sendefilter weist lediglich einen Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss auf und wird daher eingangs- und ausgangsseitig unsymmetrisch (single ended/single ended beziehungsweise unbalanced/unbalanced) betrieben.
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2 zeigt eine Gesamtübertragungsfunktion des Duplexerbauelements 1000, die aus der Übertragungsfunktion des Empfangsfilters 100 und des Sendefilters 200 gebildet wird. Das Empfangsfilter kann frequenzmäßig oberhalb des Sendefilters angeordnet sein. Im Ausführungsbeispiel der 2 sind das Sende- und Empfangsfilter derart ausgebildet, dass die Mittenfrequenz fE des Empfangsfilters oberhalb der Mittenfrequenz fS des Sendefilters liegt. Das Empfangsfilter hat beispielsweise einen Durchlassbereich D100, der zwischen den Frequenzen f1 und f2 liegt. Im Durchlassbereich des Filters 100 ist die Einfügedämpfung des Empfangsfilters niedriger als die Einfügedämpfung des Sendefilters. Insbesondere liegt ein Sperrbereich S200 des Sendefilters im Durchlassbereich D100 des Empfangsfilters.
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Ein Durchlassbereich D200 des Sendefilters ist bei niedrigeren Frequenzen als der Durchlassbereich D100 des Empfangsfilters angeordnet. Im Durchlassbereich D200 des Sendefilters ist die Einfügedämpfung des Empfangsfilters höher als die Einfügedämpfung des Sendefilters. Das Empfangsfilter weist im Durchlassbereich D200 des Sendefilters einen Sperrbereich S100 auf.
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Allgemein gefordert ist, dass das Sendefilter im Durchlassbereich des Empfangsfilters eine hohe Einfügedämpfung aufweist und dass das Empfangsfilter im Durchlassbereich des Sendefilters eine hohe Einfügedämpfung aufweist. Des Weiteren soll zwischen dem Sendepfad SP und dem Empfangspfad EP eine hohe Isolation gegeben sein, sodass sich die Signale im Sende- und im Empfangspfad nicht gegenseitig stören.
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3 zeigt eine Ausführungsform des Sendefilters 200, der als Oberflächenwellenfilter, insbesondere als ein DMS(Dual Mode)-Filter, ausgeführt ist. Das Sendefilter weist Wandler 210, 220, 230, 240 und 250 auf, die auf einem Trägersubstrat 270 nebeneinander angeordnet sind. Das Trägersubstrat kann beispielsweise ein Material aus Lithiumtantalat, Lithiumniobat oder Quarz sein. An den Rändern der Wandlerspur ist jeweils ein Resonator 260 angeordnet. Die Wandler 210, 230 und 250 sind zwischen den Eingangsanschluss 1 und einen Anschluss M zum Anlegen eines Bezugspotentials, beispielsweise eines Massepotentials, angeschlossen. Die Wandler 220 und 240 sind zwischen den Ausgangsanschluss A200 und den Anschluss M zum Anlegen des Bezugspotentials angeschlossen.
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4 zeigt die Strukturen der einzelnen Wandler 210, 220, 230, 240 und 250. Die Wandler weisen jeweils zwei kammförmige Strukturen, beispielsweise aus einem Metall, auf. Die kammartigen Strukturen der einzelnen Wandler sind auf dem Trägersubstrat angeordnet. Die kammartigen Strukturen 211, 231 und 251 der Wandler 210, 230 und 250 sind mit dem Eingangsanschluss 1 zum Anlegen des Eingangssignals verbunden. Die kammartigen Strukturen 212, 232 und 252 der Wandler 210, 230 und 250 sind mit dem Anschluss M zum Anlegen des Bezugspotentials verbunden. Die kammartigen Strukturen 221 und 241 der Wandler 220 und 240 sind mit dem Ausgangsanschluss A200 verbunden. Die kammartigen Strukturen 222 und 242 sind mit dem Anschluss M zum Anlegen des Bezugspotentials verbunden.
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Im Ausführungsbeispiel der 4 sind die Wandler derart auf dem Trägersubstrat nebeneinander angeordnet, dass sich jeweils inaktive Finger der kammartigen Strukturen verschiedener Wandler, das heißt Finger von kammartigen Strukturen, die mit dem Anschluss M zum Anlegen des Bezugspotentials verbunden sind, und aktive Finger der verschiedenen Wandler, das heißt Finger von kammartigen Strukturen, die mit dem Eingangs- oder Ausgangsanschluss verbunden sind, gegenüber liegen.
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Dadurch weisen die zwischen den inaktiven kammartigen Strukturen verschiedener Wandler liegenden Koppelkapazitäten nahezu den gleichen Wert auf. Beispielsweise weisen Koppelkapazitäten zwischen den Wandlern 210 und 220 und die Koppelkapazitäten zwischen den Wandlern 230 und 240 annähernd den gleichen Wert, beispielsweise einen Wert von 0,007 pF, auf. Ebenso weisen die Koppelkapazitäten zwischen kammartigen Strukturen verschiedener Wandler, die mit dem Ein- und Ausgangsanschluss verbunden sind, nahezu den gleichen Wert auf. Beispielsweise weisen die Koppelkapazitäten zwischen den Wandlern 220 und 230 und die Koppelkapazität zwischen den Wandlern 240 und 250 annähernd den gleichen Wert, beispielsweise einen Wert von 0,026 pF, auf.
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5 zeigt eine Ausführungsform 100c des Empfangsfilters 100, bei dem die einzelnen Wandler ebenfalls in einer DMS-Struktur miteinander verschaltet sind. Die Wandler 10, 20, 30, 40 und 50 sind auf einem Trägersubstrat 70 angeordnet. Reflektoren 60 sind randseitig zu der Wandlerspur auf dem Trägersubstrat angeordnet. Das Trägersubstrat kann ein Material aus Lithiumtantalat, Lithiumniobat oder Quarz enthalten. Die Wandler 10, 30 und 50 sind zwischen den Eingangsanschluss E100 zum Anlegen des Eingangssignals AS und einen Anschluss M zum Anlegen eines Bezugspotentials, beispielsweise eines Massepotentials, geschaltet. Die Wandler 10, 30 und 50 sind somit als Eingangswandler ausgebildet. Der Wandler 20 ist als Ausgangswandler ausgeführt und ist zwischen den Ausgangsanschluss 3 zum Ausgeben des Ausgangssignals RS1' und den Anschluss M zum Anlegen des Bezugspotentials geschaltet. Der Wandler 40 wirkt als weiterer Ausgangswandler und ist zwischen den Ausgangsanschluss 4 zum Ausgeben des Ausgangssignals RS2' und den Anschluss M zum Anlegen des Bezugspotentials geschaltet.
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6 zeigt die Verschaltung der Wandler 10, ..., 50 des Oberflächenwellenfilters 100 auf dem Trägersubstrat. Die einzelnen Wandler weisen jeweils zwei kammartige Strukturen auf, die aus einem Metall ausgebildet sein können und auf dem Trägersubstrat 70 angeordnet sind. Die einzelnen kammartigen Strukturen weisen Finger auf, die von verschiedenen Seiten der kammförmigen Strukturen ineinander eingreifen. Die Eingangswandler 10, 30 und 50 weisen kammartige Strukturen 11, 31 und 51 auf, die mit dem Eingangsanschluss E100 verbunden sind. Die gegenüberliegenden kammartigen Strukturen 12, 32 und 52 der Eingangswandler 10, 30 und 50 sind mit dem Anschluss M zum Anlegen des Bezugspotentials verbunden. Der Ausgangswandler 20 weist eine kammartige Struktur 21 auf, die mit dem Ausgangsanschluss 3 verbunden ist. Die gegenüberliegende kammartige Struktur 22 ist mit dem Anschluss M zum Anlegen des Bezugspotentials verbunden. Der Ausgangswandler 40 weist eine kammartige Struktur 41 auf, die mit dem Ausgangsanschluss 4 verbunden ist. Die gegenüberliegende kammförmige Struktur 42 ist mit dem Anschluss M zum Anlegen des Bezugspotentials verbunden.
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Bei der in den 5 und 6 gezeigten Ausführungsform 100c des Oberflächenwellenfilters 100 liegen sich inaktive Finger der Wandler 10 und 20, aktive Finger der Wandler 20 und 30, die mit dem Ausgangsanschluss 3 oder dem Eingangsanschluss E100 verbunden sind, sowie inaktive/aktive Finger der Wandler 30 und 40 und inaktive/aktive Finger der Wandler 40 und 50 gegenüber. Die Anordnung der Wandler ist im Wesentlichen durch die symmetrische Ausführung der Ausgangsseite des Oberflächenwellenfilters 100 bedingt. Im Unterschied zur Ausführungsform des Oberflächenwellenfilters 200 treten bei der Ausführungsform des Empfangsfilters 100 benachbart zueinander sowohl aktive/aktive und inaktive/inaktive Fingerpaare als auch aktive/inaktive Fingerpaare auf. Somit sind auch die Koppelkapazitäten zwischen den einzelnen Wandler deutlich voneinander verschieden.
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7 zeigt ein Ersatzschaltbild des Empfangsfilters 100 für den Sperrbereich des Filters. Die Wandler 10, 20, 30, 40 und 50 sind im Sperrbereich akustisch inaktiv und wirken als Kondensatoren. Die Eingangswandler 10, 30 und 50 wirken jeweils als Kondensatoren C10, C30 und C50 zwischen dem Eingangsanschluss E100 und dem Ausgangsanschluss M zum Anlegen des Bezugspotentials. Des Weiteren sind durch die nebeneinander liegenden Wandler Koppelkapazitäten C10,20 zwischen den Wandlern 10 und 20, C20,30 zwischen den Wandlern 20 und 30, C30,40 zwischen den Wandlern 30 und 40 und C40,50 zwischen den Wandlern 40 und 50 vorhanden. Die Koppelkapazität C10,20 ist beispielsweise geringer als die Koppelkapazitäten C30,40 zwischen den Wandlern 30 und 40 und C40,50 zwischen den Wandlern 40 und 50. Die Koppelkapazität C10,20 beträgt beispielsweise 0,007 pF, während die Koppelkapazitäten C30,40 und C40,50 0,009 pF betragen. Am höchsten ist die Koppelkapazität zwischen den Wandlern 20 und 30, bei denen aktive Fingerpaare nebeneinander angeordnet sind. Die Koppelkapazität C20,30 kann beispielsweise 0,026 pF betragen.
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Aufgrund der unsymmetrischen Anordnung der Wandler des eingangsseitig unsymmetrisch und ausgangsseitig symmetrisch betriebenen Empfangsfilters 100 und der damit verbundenen unterschiedlichen Koppelkapazitäten zwischen den Wandlern ist die Unterdrückung von Signalen zwischen dem Anschluss 2 zum Anschließen der Antenne und dem Ausgangsanschluss 3 als auch die Unterdrückung von Signalen zwischen dem Anschluss 2 und dem Ausgangsanschluss 4 im Sperrbereich des Filters 100 voneinander verschieden. Ebenso ist im Sperrbereich des Filters 100 die Isolation für den Übertragungspfad zwischen dem Eingangsanschluss 1 und dem Ausgangsanschluss 3 von der Isolation für den Übertragungspfad zwischen dem Eingangsanschluss 1 und dem Ausgangsanschluss 4 verschieden. Ein Signalübertragungspfade zwischen Eingangsanschluss 1 und Ausgangsanschluss 3 und ein Signalübertragungspfad zwischen Eingangsanschluss 1 und Ausgangsanschluss 4 weisen somit ungleichmäßiges Dämpfungsverhalten auf und verhalten sich daher unsymmetrisch bezüglich ihrer Isolationseigenschaften.
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8 zeigt eine Übertragungsfunktion zur Kennzeichnung der Signalübertragung zwischen dem Eingangsanschluss 1 und dem Ausgangsanschluss 3, indem der Verlauf einer Amplitude des Ausgangssignals RS1' über der Frequenz f dargestellt ist. Des Weiteren ist eine Übertragungsfunktion zur Kennzeichnung einer Signalübertragung zwischen dem Eingangsanschluss 1 und dem Ausgangsanschluss 4 durch den Verlauf des Ausgangssignals RS2' in Abhängigkeit von der Frequenz f dargestellt. Weiter ist der Verlauf eines Gegentaktsignals beziehungsweise der Verlauf eines differentiellen Signals DS', das die Differenz der beiden Ausgangssignale RS1' und RS2' kennzeichnet und der Verlauf eines Gleichtaktsignals CS', das die Summe der beiden Ausgangssignale RS1' und RS2' kennzeichnet, in 8 dargestellt.
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Aufgrund der ungleichen Koppelkapazitäten weisen die Übertragungsfunktionen für die Ausgangssignale RS1' und RS2' unterschiedliche Amplituden auf, die ein ungünstiges Isolationsverhalten im Sperrbereich und ein ungünstiges Unterdrückungsverhalten im Durchlassbereich des Oberflächenwellenfilters 100 zur Folge haben. Die Amplitude des Gegentaktsignals beziehungsweise des differentiellen Signals DS' ist zwar kleiner als die Amplituden der einzelnen Ausgangssignale, jedoch findet keine Auslöschung der beiden Ausgangssignale statt. Das Gleichtaktsignal CS' ist gegenüber den einzelnen Ausgangssignalen RS1' und RS2' geringfügig erhöht.
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9A zeigt eine Ausführungsform 100a des Oberflächenwellenfilters 100. Zur Erhöhung der Symmetrie im Sperrbereich des symmetrisch betriebenen Oberflächenwellenfilters 100 kann entweder die Koppelkapazität C20,30 erniedrigt werden oder es können die Koppelkapazitäten C30,40 oder C40,50 erhöht werden. Bei der in 9A gezeigten Ausführungsform ist ein Kondensator 80 zwischen den Ausgangsanschluss 3 zum Ausgeben des Ausgangssignals RS1 und den Ausgangsanschluss 4 zum Ausgeben des Ausgangssignals RS2 geschaltet. Ansonsten entspricht das Filter 100 der in 5 gezeigten Ausführungsform 100c mit den Wandlern 10, 20, 30, 40, 50 und den Reflektoren 60, die auf dem Trägersubstrat 70 angeordnet sind. Die einzelnen Wandler sind wie anhand von 6 für die Ausführungsform 100c erläutert ausgebildet.
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9B zeigt das Ersatzschaltbild für das Filter 100 der Ausführungsform 100a für Frequenzen im Sperrbereich. Im Sperrbereich sind die akustischen Wandlerstrukturen inaktiv und erzeugen keine Oberflächenwelle. Somit können die Wandler, ähnlich wie in 7, durch ihre statischen Kapazitäten C10, C20, C30, C40, C50, die gegen den Bezugsspannungsanschluss M geschaltet sind, und durch die Koppelkondensatoren C10,20, C20,30, C30,40, C40,50, die zwischen den Wandlern wirken, nachgebildet werden. Durch das Hinzuschalten des Kondensators 80 wird die Koppelkapazität C20,30 erniedrigt und die Koppelkapazität C30,40 erhöht. Dadurch kann die aufgrund der Orientierung der Wandler zunächst unsymmetrisch ausgebildete Spur symmetrischer gemacht werden. Das Ungleichgewicht zwischen den Koppelkapazitäten aufgrund der Orientierung der Wandlerstrukturen kann größtenteils kompensiert werden. Für ein konkretes Ausführungsbeispiel kann der Kondensator 80 beispielsweise eine Größe von einigen pF, beispielsweise eine Größe zwischen 0,1 pF und 100 pF, aufweisen.
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10A zeigt eine Gegenüberstellung der Ausgangssignale RS1' und RS2' für die in den 3 bis 7 gezeigte Ausführungsform 100c des Oberflächenwellenfilters und der Ausgangssignale RS1 und RS2 für die in 9 gezeigte Ausführungsform 100a des Oberflächenwellenfilters. Zwischen die Ausgangsanschlüsse 3 und 4 ist im Beispiel der 10A, 10B und 10C ein Kondensator 80 mit einer Kapazität von 1,0 pF geschaltet. Die Ausgangssignale RS1' und RS2' für den unbeschalteten Oberflächenwellenfilter ohne Kondensator 80 entsprechen den in 8 gezeigten Übertragungsfunktionen für die Ausgangssignale RS1' und RS'2. Die Amplitude des Ausgangssignals RS1 für einen mit dem Kondensator 80 beschalteten Oberflächenwellenfilter ist gegenüber dem Ausgangssignal RS1' des unbeschalteten Oberflächenwellenfilters erniedrigt. Umgekehrt ist die Amplitude des Ausgangssignals RS2 für den mit dem Kondensator 80 beschalteten Oberflächenwellenfilter 100a gegenüber der Amplitude des Ausgangssignals RS2' des unbeschalteten Oberflächenwellenfilters 100 erhöht.
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10B zeigt das Gegentaktsignal DS' und das Gleichtaktsignal CS' für den unbeschalteten Oberflächenwellenfilter 100 sowie das Gegentaktsignal DS und das Gleichtaktsignal CS für den mit dem Kondensator 80 beschalteten Oberflächenwellenfilter 100a. Da die Differenz der Amplituden der beiden Ausgangssignale RS1 und RS2 erniedrigt ist, das heißt die Übertragungsfunktion für das Ausgangssignal RS1 und die Übertragungsfunktion für das Ausgangssignal RS2 sich einander angenähert haben, ist die Amplitude des Gegentaktsignals DS gegenüber der Amplitude des Gegentaktsignals DS' erniedrigt, während das Gleichtaktsignal unverändert geblieben ist. Die Gegentakt-Isolation kann bei dem in 9 und 10 gezeigten Ausführungsbeispiel des Oberflächenwellenfilters 100a um ungefähr 5 dB verbessert werden. 10C zeigt den Verlauf der Amplituden des Gegen- und Gleichtaktsignals DS' und CS' sowie des Gegentakt- und Gleichtaktsignals DS und CS in einer vergrößerten Darstellung.
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11A zeigt eine Ausführungsform 100b des Oberflächenwellenfilters 100. Im Ausführungsbeispiel der 11A ist ein Kondensator 80 zwischen den Ausgangsanschluss 3 zum Ausgeben des Ausgangssignals RS1 und den Anschluss M zum Anlegen des Bezugspotentials geschaltet. Ansonsten entspricht das Filter 100 der in 5 gezeigten Ausführungsform 100c mit den Wandlern 10, 20, 30, 40, 50 und den Reflektoren 60, die auf dem Trägersubstrat 70 angeordnet sind. Die einzelnen Wandler sind wie anhand von 6 für die Ausführungsform 100c erläutert ausgebildet. Im gezeigten Ausführungsbeispiel der 11A ist der Kondensator 80 zwischen den Ausgangsanschluss 3 und den Anschluss M des Bezugspotentials, mit dem auch der Wandler 30 verbunden ist, geschaltet. Da die verschiedenen Anschlüsse M zum Anlegen des Bezugspotentials das gleiche Potential aufweist, kann der Kondensator 80 auch an den Anschluss M, mit dem der Wandler 20 verbunden ist, geschaltet werden. Der Kondensator 80 ist somit parallel zu dem Wandler 20 geschaltet.
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11B zeigt das Ersatzschaltbild für das Filter 100 der Ausführungsform 100b für Frequenzen im Sperrbereich. Im Sperrbereich sind die akustischen Wandlerstrukturen inaktiv und erzeugen keine Oberflächenwelle. Somit können die Wandler, ähnlich wie in 7, durch ihre statischen Kapazitäten C10, C20, C30, C40, C50, die gegen den Bezugsspannungsanschluss M geschaltet sind, und durch die Koppelkondensatoren C10,20, C20,30, C30,40, C40,50, die zwischen den Wandlern wirken, nachgebildet werden. Durch das Schalten des Kondensators 80 zwischen den Ausgangsanschluss 3 und den Anschluss M zum Anlegen des Bezugspotentials wird die Symmetrie der unsymmetrischen DMS-Spur nahezu wiederhergestellt, indem die Kapazität des Koppelkondensators C20,30 erniedrigt wird und die Kapazität des Koppelkondensators C30,40 unverändert bleibt.
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12A zeigt den Verlauf der Ausgangssignale RS1' und RS2' für den unbeschalteten Oberflächenwellenfilter 100 und die Amplitude der Ausgangssignale RS1 und RS2 für den mit dem Kondensator 80 zwischen den Ausgangsanschluss und den Anschluss zum Anlegen des Bezugspotentials beschalteten Oberflächenwellenfilter 100 der Ausführungsform 100b. Im Ausführungsbeispiel der 11 und 12 weist der Kondensator 80 eine Kapazität von 1,0 pF auf. Im Unterschied zu dem Ausgangssignal RS1' ist die Amplitude des Ausgangssignals RS1 erniedrigt. Die Amplituden der Ausgangssignale RS2' und RS2 ist unverändert.
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12B zeigt das Gegen- und Gleichtaktsignal DS' und CS' für den unbeschalteten Oberflächenwellenfilter 100 der 7 und das Gegentaktsignal DS und das Gleichtaktsignal CS für den mit dem Kondensator 80 zwischen dem Ausgangsanschluss 3 und dem Anschluss M zum Anlegen des Bezugspotentials beschalteten Oberflächenwellenfilter 100 der Ausführungsform 100b. Da die Unterschiede der Amplituden zwischen dem Ausgangssignal RS1 und RS2 durch die in 11 gezeigte Beschaltung des Oberflächenwellenfilters verringert worden ist, ist sowohl die Amplitude des Gegentaktsignals DS gegenüber der Amplitude des Gegentaktsignals DS' als auch die Amplitude des Gleichtaktsignal CS gegenüber der Amplitude des Gleichtaktsignal CS' erniedrigt. Die Gegentaktsignal-Isolation kann um ungefähr 3 dB und die Gleichtaktsignal-Isolation kann um zirka 2 dB verbessert werden. 12C zeigt den Verlauf der Gegentaktsignale DS und DS' sowie der Gleichtaktsignale CS und CS' in einer vergrößerten Darstellung.
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13 zeigt eine Möglichkeit zur Ausführung des Kondensators 80 anhand der Ausführungsform 100b, die ebenso auf die Ausführungsform 100a anwendbar ist. Der Kondensator 80 ist zwischen den Ausgangsanschluss 3, der mit dem Wandler 20 verbunden ist, und den Bezugsspannungsanschluss M, der mit dem Wandler 30 verbunden ist, geschaltet. Die Wandler weisen jeweils kammförmige Strukturen 21, 22 beziehungsweise 31, 32 auf, die auf dem Trägersubstrat 70 derart orientiert angeordnet sind, dass beim Anlegen einer Spannung an die jeweiligen Strukturen der Wandler eine Oberflächenwellen in dem Trägersubstrat erzeugt wird.
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Der Kondensator 80 kann ebenfalls mit kammartigen Strukturen 81, 82 auf dem Trägersubstrat 70 ausgebildet sein. Die kammartigen Strukturen 81, 82 des Kondensators sind allerdings auf dem Trägersubstrat 70 in einer anderen Richtung als die kammartigen Struktur 11, ..., 51, 12, ..., 52 der Wandler 10, ..., 50 angeordnet. Insbesondere sind die kammartigen Strukturen 81, 82 des Kondensators 80 auf dem Trägersubstrat 70 derart angeordnet, dass beim Anlegen einer Spannung an die kammartigen Strukturen 81, 82 des Kondensators in dem Trägersubstrat keine akustische Welle angeregt wird. Dazu können die Strukturen 81, 82 des Kondensators 80 gegenüber den jeweiligen Strukturen 11, ..., 51, 12, ..., 52 der Wandler 10, ..., 50 um 90° gedreht zueinander auf dem Trägersubstrat 70 angeordnet sein, wie dies in 13 anhand der Wandlerstrukturen 21, 22 und 31, 32 beispielhaft gezeigt ist.
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Ein Oberflächenwellenfilter der Ausführungsformen 100a und 100b ermöglicht trotz unsymmetrischer Anordnung der einzelnen Wandler eine gewisse Symmetrierung der Wandlerspur. Bei Verwendung eines derartigen Oberflächenwellenfilters in einem Duplexerbauelement, beispielsweise einem Antennenduplexer, kann die Isolation zwischen dem Sende- und dem Empfangssignalpfad deutlich verbessert werden.
