DE102012112237A1

DE102012112237A1 - Elektroakustisches Bandpassfilter mit geglätteter Einfügedämpfung

Info

Publication number: DE102012112237A1
Application number: DE102012112237.7A
Authority: DE
Inventors: Andreas Detlefsen; Mohamed Nizar Mellouli
Original assignee: Epcos AG
Current assignee: SnapTrack Inc
Priority date: 2012-12-13
Filing date: 2012-12-13
Publication date: 2014-06-18
Also published as: JP6294345B2; US20150319536A1; WO2014090451A2; US9247351B2; JP2016517190A

Abstract

Es wird ein Bandpassfilter BPF mit einer geglätteten Einfügedämpfung angegeben. Das Bandpassfilter arbeitet mit elektroakustisch aktiven Bauelementen. Das Bandpassfilter umfasst ein erstes Wandlersegment mit einer Spitze in der Einfügedämpfung bei einer ersten Frequenz f1 und ein zweites Wandlersegment mit einer Spitze in der Einfügedämpfung bei einer zweiten Frequenz f2 ≠ f1. Die Frequenzen f1 und f2 sind so gewählt, dass die Einfügedämpfung geglättet ist.

Description

Die Erfindung betrifft elektroakustische Bandpassfilter mit geglätteter Einfügedämpfung, wie sie z. B. in Front-End-Schaltungen mobiler Kommunikationsgeräte Verwendung finden können.
In mobilen Kommunikationsgeräten dienen Bandpassfilter zur Selektion gewünschter Frequenzbereiche für diverse Signalpfade. Die gewünschten Frequenzbereiche können das Filter passieren, während unerwünschte Frequenzbereiche geblockt werden.
Aus der US 2004/0130411 A1 sind Bandstoppfilter mit elektroakustisch aktiven Bauelementen bekannt.
Aus der US-Patentschrift 6,804,588 sind ebenfalls elektroakustische Bauelemente, z. B. zur Verbesserung der Nahselektion, bekannt.
Der gewünschte Frequenzbereich – das Passband – sollte eine möglichst niedrige und glatte Einfügedämpfung aufweisen. Im Gegensatz zu den Bandstoppfiltern der US 2004/0130411 A1 spielt die Welligkeit der Einfügedämpfung im Passband eine wichtige Rolle.
Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Bandpassfilter mit niedriger und glatter Einfügedämpfung im Passband anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch das Bandpassfilter nach Anspruch 1 gelöst. Abhängige Ansprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung an.
Die im Folgenden angegebenen Merkmale können dabei in beliebiger Kombination zusammenwirken, um ein individuell angepasstes Bandpassfilter zu ergeben.
Das elektroakustische Bandpassfilter umfasst eine piezoelektrische Lage mit einer akustischen Spur. Das Filter umfasst ferner eine Metallisierungslage, die auf der piezoelektrischen Lage und in der akustischen Spur angeordnet ist. Die akustische Spur umfasst einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt. Im ersten Abschnitt ist ein erstes Wandlersegment in der Metallisierungslage gebildet, das bei einer ersten Frequenz f₁ eine Resonanz ausbildet und eine Spitze in der Einfügedämpfung erzeugt. Im zweiten Abschnitt ist ein zweites Wandlersegment in der Metallisierungslage gebildet, das bei einer zweiten Frequenz f₂ ≠ f₁ eine Resonanz ausbildet und eine Spitze in der Einfügedämpfung erzeugt. Die Frequenzen f₁ und f₂ sind so gewählt, dass die Ausprägung der Spitzen in der Einfügedämpfung des Filters verglichen mit der Ausprägung der Spitzen der einzelnen Wandler verringert ist.
Ein solches Bandpassfilter ermöglicht somit die Reduzierung von Spitzen, also schmalbandigen Resonanzen bzw. Spikes, in der Übertragungsfunktion. Da durch die Reduktion der Welligkeit im Passband die elektrische Leistung insgesamt geringer gehalten werden kann, ist somit auch die Leistungsverträglichkeit des Filters verbessert. Durch die Reduktion von Spitzen wird weniger Leistung im Filter deponiert, sodass die Lebensdauer erhöht wird. Ferner ist aufgrund der Reduktion der benötigten elektrischen Leistung auch das lineare Verhalten des Filters, also die Verringerung nichtlinearer Effekte, verbessert. Somit trägt das Bandpassfilter auch dazu bei, Störungen durch Intermodulationsprodukte (IMD = intermodulation distortion) und Störungen durch unerwünschte höhere Harmonische zu vermindern.
Die piezoelektrische Lage, in der die akustische Spur ausgebildet ist, kann eine piezoelektrische Schicht auf einem Trägersubstrat oder aber ein piezoelektrisches Substrat selbst sein. Die akustische Spur ist dabei diejenige Fläche der piezoelektrischen Lage, in der akustische Wellen angeregt werden können und/oder ausbreitungsfähig sind. Die akustische Spur ist also im Wesentlichen der akustisch aktive Bereich des Filters. Die Metallisierungslage ist diejenige Lage, in der Elektrodenstrukturen oder Reflektoren in der akustischen Spur gebildet sind. Die Elektrodenstrukturen können insbesondere zwischen elektromagnetischen HF-Signalen und akustischen Wellen wandeln. Als akustische Wellen kommen insbesondere akustische Oberflächenwellen (SAW = surface acoustic wave) oder geführte akustische Volumenwellen (GBAW = guided bulk acoustic wave) in Frage.
Der erste Abschnitt mit dem ersten Wandlersegment und der zweite Abschnitt mit dem zweiten Wandlersegment können direkt aneinander angrenzen oder räumlich getrennt angeordnet sein. In jedem Fall können die beiden Abschnitte auf ein und demselben Chipsubstrat angeordnet sein. Ferner können das erste Wandlersegment und das zweite Wandlersegment im selben oder in unterschiedlichen Wandlern angeordnet sein.
In einer Ausführungsform sind entsprechend das erste und das zweite Wandlersegment Segmente unterschiedlicher, leicht frequenzversetzter Wandler. Das Bandpassfilter umfasst dann mindestens zwei Wandler, die in einem elektroakustischen Bereich auf einer piezoelektrischen Lage angeordnet sind und z. B. durch unterschiedliche Abstände der Mitten der Anregungszentren, z. B. der Elektrodenfinger, frequenzversetzt sind. Der Begriff Pitch bezeichnet den Abstand der Anregungszentren. Die beiden Segmente können entsprechend einen leicht unterschiedlichen Pitch aufweisen.
So ist es auch möglich, ein Ladder-Type-Filter mit Parallelzweigresonatoren und Serienzweigresonatoren vorzusehen, wobei zumindest zwei verschiedene Parallelzweigresonatoren und/oder Serienzweigresonatoren einen Frequenzversatz aufweisen. So können unerwünschte Resonanzen oberhalb (Parallelzweig) bzw. unterhalb (Serienzweig) der Resonanzfrequenz verringert werden, z. B. bei Filtern mit LiNbO₃ (Lithiumniobat) oder LiTaO₃ (Lithiumtantalat) als piezoelektrischem Material.
In einer Ausführungsform sind das erste Wandlersegment und das zweite Wandlersegment zwei Segmente des gleichen Wandlers.
Der Wandler kann dabei ein Wandler mit einer gemeinsamen Stromsammelschiene zwischen zwei relativ zueinander kaskadierten Teilwandlern sein. Es ist jedoch auch möglich, dass ein und derselbe Wandler, z. B. ein FAN-Wandler, die beiden unterschiedlichen Segmente mit unterschiedlichem Pitch aufweist. Insbesondere ein FAN-Wandler kann darüber hinausgehend ein Kontinuum an quasi nebeneinander angeordneten infinitesimal schmalen Segmenten unterschiedlichen Pitches aufweisen und somit einen Wandler mit einem Pitch-Gradienten darstellen.
FAN-Wandler sind z. B. aus der US 2004/0130411 A1 bekannt. Jedoch sind bekannte FAN-Wandler nicht dazu vorgesehen, verschiedene Spitzen in der Einfügedämpfung, die sich gegenseitig kompensieren, zu erzeugen.
In einer Ausführungsform sind entsprechend das erste Wandlersegment und das zweite Wandlersegment zwei Segmente ein und desselben FAN-Wandlers.
In einer Ausführungsform ist das Filter ein SAW-Filter oder ein GBAW-Filter.
In einer Ausführungsform sind das erste Wandlersegment und das zweite Wandlersegment in einem ersten Wandler angeordnet. Das Bandpassfilter umfasst weiterhin einen zweiten Wandler und ist ein DMS-Filter oder ein Mehrport-Resonatorfilter.
Das Vorsehen unterschiedlicher Frequenzen f₁ und f₂, wobei die Einfügedämpfung entsprechende Spitzen bei diesen Frequenzen aufweist, eignet sich insbesondere bei DMS- oder Mehrport-Resonatorfiltern, da hier eine Vielzahl an elektroakustisch aktiven Wandlerstrukturen innerhalb einer einzelnen Resonatorstruktur angeordnet und akustisch miteinander gekoppelt sind.
Die entsprechenden DMS-Spuren oder die Spuren von Mehrport-Resonatorfiltern kann man gedanklich in Spur-Segmente unterschiedlichen Pitches unterteilen, die zueinander in der Frequenz skalierte elektrische Eigenschaften besitzen. In der gesamten Übertragungsfunktion führt dies zu einem „Glätten“ einzelner Spitzen.
In einer Ausführungsform umfasst das Bandpassfilter ferner einen FAN-Reflektor. Ein FAN-Reflektor ist dabei eine auf der piezoelektrischen Lage angeordnete strukturierte Struktur, die akustische Wellen reflektiert. Als reflektierende Struktur kann sie insbesondere eine Vielzahl an hintereinander angeordneten strukturierten Streifen umfassen, wobei die Streifen entsprechend dem FAN-Prinzip in Transversalrichtung divergieren. Die Transversalrichtung ist dabei diejenige Richtung, die parallel zur Oberfläche der piezoelektrischen Lage verläuft und senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der akustischen Wellen, der Longitudinalrichtung, steht.
In einer Ausführungsform hat der FAN-Wandler oder ein FAN-Reflektor eine Pitch-Skalierung zwischen 500 ppm und 2000 ppm. Für zwei nebeneinander verlaufende Fingerstrukturen ändert sich der Abstand der Finger in transversaler Richtung also um 0,05 bis 0,2 %. Der Pitch kann dabei bei konstantem oder ebenfalls veränderlichem Metallisierungsverhältnis variiert werden.
Es ist auch möglich, dass die Pitchskalierung andere Werte beträgt. Insbesondere bei Resonatoren in einem Parallelzweig sind andere Werte möglich. Dann können die Pitchskalierungen von Serienzweig und Parallelzweigen unterschiedlich gewählt sein. Es wird also ein weiterer Freiheitsgrad beim Entwerfen von Filterstrukturen erhalten.
In einer Ausführungsform ist das Filter ein DMS-Filter. Die beiden Segmente sind Segmente desselben Wandlers, der ein partieller FAN-Wandler oder vollständiger FAN-Wandler ist.
Ein partieller FAN-Wandler ist dabei ein Wandler, der in einem ersten Abschnitt, also in einem der beiden Segmente, parallel verlaufende Elektrodenfinger aufweist. In einem zweiten Abschnitt, also in dem anderen der beiden Segmente, ändert sich der Pitch in Transversalrichtung dagegen kontinuierlich.
Im Gegensatz dazu ist ein vollständiger FAN-Wandler ein Wandler, bei dem sich der Pitch im ganzen Wandlergebiet in Transversalrichtung kontinuierlich ändert.
In einer Ausführungsform umfasst das Bandpassfilter neben einem ersten und einem zweiten Wandler einen dritten Wandler. Der erste, zweite und dritte Wandler sind FAN-Wandler. Zwei der Wandler sind Ausgangswandler und einer der Wandler ist zwischen den Ausgangswandlern angeordnet und ein Eingangswandler.
Eine solche Wandlerstruktur hat somit zwei elektrische Eingänge und einen elektrischen Ausgang. Die Begriffe Eingang und Ausgang sind dabei vertauschbar. Der einzelne Anschluss kann dabei ein Eingang sein, während die beiden anderen Anschlüsse zwei Ausgänge sind.
Es kann somit eine Wandlerstruktur mit BALUN-Funktionalität (BALUN = BALanced-UNbalanced converter) erhalten werden.
In einer Ausführungsform des Bandpassfilters weist die piezoelektrische Lage eine akustische Volumenwelle zumindest teilweise reflektierende Unterseite auf. Ein Wandler des Filters ist als FAN-Wandler ausgestaltet und dazu vorgesehen, akustische Volumenwellen zu streuen, um die Welligkeit der Einfügedämpfung zu verringern.
Im Allgemeinen ist eine Volumenwellen reflektierende Unterseite eines Bauelements mit Bandpassfilterfunktion unerwünscht, da von der reflektierenden Unterseite abgestrahlte Volumenwellen an der Oberfläche mit Oberflächenwellen interferieren und die Funktionalität des Filters stören.
Es ist möglich, die Unterseite mit einem Volumenwellen absorbierenden Material auszugestalten. Allerdings fordert der anhaltende Trend zu weitergehender Miniaturisierung von elektrischen Bauelement immer dünnere Substrate. Ein Weg, ein dünnes Substrat zu erhalten, ist dabei das Abschleifen von Substratmaterial von der Unterseite. Weil die mechanische Stabilität von der Dicke des Substrats abhängt, bewirkt ein solches Dünnen eine Verringerung der mechanischen Stabilität. Das Anordnen von Volumenwellen absorbierenden oder zerstreuenden Strukturen birgt deshalb bei besonders dünnen Substraten die Gefahr der Zerstörung des Bauelements. Durch die vorgesehene Möglichkeit zur destruktiven Interferenz von Spitzen der beiden Frequenzen f₁, f₂ kann somit das Problem von Störungen durch an der Unterseite reflektierte Volumenwellen allein durch Strukturen an der Oberseite des Bauelements verringert werden. Die Gefahr der Zerstörung bei der Herstellung der Bauelemente ist somit verringert, weil die entsprechenden Strukturen vor dem Dünnen hergestellt und durch das Dünnen selbst nicht zerstört werden.
In einer Ausführungsform sind die beiden Wandler kaskadiert und die Kaskadenstufen in Serie oder parallel verschaltet. Die beiden Wandler umfassen dabei die beiden Segmente mit Spitzen bei unterschiedlichen Frequenzen. Dabei können die unterschiedlichen Frequenzen der Spitzen durch einen entsprechend angepassten Pitch der beiden kaskadierten Wandler erhalten werden.
In einer Ausführungsform sind diese beiden Wandler Teil einer Resonatorkaskade mit einer gemeinsamen Stromsammelschiene. Die beiden Wandler, die die beiden Segmente umfassen, sind also unmittelbar aneinander angrenzend auf der piezoelektrischen Lage angeordnet, was ein sehr Platz sparendes Design einer Filterstruktur ermöglicht.
In einer Ausführungsform umfasst das Bandpassfilter einen Parallelzweigwandler mit einem Pitch P₂. Eines der beiden Wandlersegmente ist ferner in einem Serienzweigwandler angeordnet und weist einen Pitch P₁ auf. Es gilt dabei: P₂ > P₁.
In einer Ausführungsform sind die beiden Frequenzen f₁ und f₂ so ausgewählt, dass unerwünschte Fabry-Perot-Resonanzen verringert sind.
Es wurde erkannt, dass Fabry-Perot-Resonanzen unerwünschte Resonanzen auch im Durchlassbereich eines Bandpassfilters verursachen und somit die Welligkeit der Einfügedämpfung erhöhen können. Durch das Wählen der Frequenzen f₁ und f₂ können Fabry-Perot-Resonanzen zugeordnete Spitzen einander destruktiv überlagern und somit kompensieren.
Im Folgenden wird das Bandpassfilter anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen schematischen Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Anordnung zweier Wandler auf einem Substrat,
2 einen FAN-Wandler,
3 einen partiellen FAN-Wandler,
4 einen Resonator mit zwei FAN-Wandlern zwischen zwei Reflektoren,
5 eine schematische Darstellung zweier nebeneinander angeordneter FAN-Wandler,
6 eine DMS-Struktur mit drei FAN-Wandlern,
7 einen dreifach kaskadierten Resonator mit drei Teilresonatorstrukturen,
8 eine Ladder-Type-Filterstruktur,
9 den Effekt von Fabry-Perot-Resonanzen auf die Admittanz eines Resonators und die entsprechende Einfügedämpfung eines Bandpassfilters,
10 den Realteil des Schwingungsverhaltens einer optimierten Dreifachkaskade,
11 eine Einfügedämpfung im Durchlassbereich mit reduzierter Welligkeit,
12 die Error Vector Magnitude (EVM) für ein konventionelles Filter und für ein verbessertes Filter,
13 die Einfügedämpfung eines optimierten Filters,
14 einen Ausschnitt der in 13 gezeigten Einfügedämpfung,
15 die Reflexion an einem von zwei Ports für ein konventionelles und für ein optimiertes Filter.
16 die Reflexion am entsprechenden anderen Port der Filter der 15.
17 die berechnete Übertragungsfunktionen eines Bandpassfilters mit Resonatorstrukturen und einer DMS-Spur,
18 einen Ausschnitt der Kurve der 17,
19 zeigt die Anpassung einer entsprechenden Filterstruktur in eine externe Schaltungsumgebung,
20 zeigt die Anpassung einer entsprechenden Filterstruktur in eine externe Schaltungsumgebung.
1 zeigt ein Bandpassfilter BPF mit einem ersten Abschnitt SEC₁ und einem zweiten Abschnitt SEC₂, die in einer akustischen Spur AT angeordnet sind. Der erste Abschnitt SEC₁ ist im Wesentlichen durch einen ersten Wandler TD₁ und der zweite Abschnitt SEC₂ ist im Wesentlichen durch einen zweiten Wandler TD₂ realisiert. Es ist aber auch möglich, vgl. 2, dass die beiden Abschnitte SEC₁ und SEC₂ im selben Wandler angeordnet sind.
Die akustische Spur AT ist auf einem Substrat SU angeordnet. Es ist möglich, dass das Substrat ein Trägersubstrat mit einer darauf abgeschiedenen piezoelektrischen Lage ist. Es ist aber auch möglich, dass das Substrat selbst piezoelektrisch ist und die piezoelektrische Lage darstellt.
Die beiden Wandler TD₁ und TD₂ sind an drei Anschlüsse C₁, C₂, C₃ angeschlossen. Es ist möglich, dass einer der beiden Wandler, z. B. TD₁, ein Serienzweigwandler ist. Dann könnte der Anschluss C₁ einen Signaleingang und der Anschluss C₂ einen Signalausgangsanschluss darstellen. Der Wandler TD₂ ist dann ein Parallelzweigresonator, der Anschluss C₂ mit Masse verschaltet. Dann stellen die beiden Wandler TD₁ und TD₂ im Wesentlichen ein Grundglied einer Ladder-Type-Schaltung dar.
2 zeigt eine Ausgestaltung mit einem FAN-Wandler TD zwischen zwei Reflektoren REF. Die Fingerabstände der Reflektorfinger können dabei entlang der Transversalrichtung zuoder abnehmen. Die Fingerabstände können aber auch konstant bleiben. Die beiden Abschnitte SEC₁ und SEC₂ werden durch parallel verlaufende Bereiche des FAN-Wandlers TD gebildet. Im Gegensatz zu 1 stellt 2 also die Situation mit beiden Abschnitten innerhalb des gleichen Wandlers, nämlich eines vollständigen FAN-Wandlers, dar.
3 zeigt schematisch einen partiellen FAN-Wandler TD mit einem ersten Bereich konstanten Pitches, der z. B. den zweiten Abschnitt SEC₂ realisiert, sowie einem Abschnitt mit veränderlichem Pitch, der den ersten Abschnitt SEC₁ realisiert.
4 zeigt einen Mehrport-Resonator MPR mit zwei FAN-Wandlern. Jeder der Wandler weist zumindest zwei Bereiche mit unterschiedlichem Pitch auf. Insgesamt werden also zumindest die vier Wandlersegmente SEC_a, SEC_b, SEC_c, SEC_d erhalten, aus denen das erste Wandlersegment und das zweite Wandlersegment ausgewählt sein können.
Die beiden Wandler des Mehrport-Resonators MPR sind dabei zwischen zwei Reflektorstrukturen angeordnet.
5 illustriert dabei die symbolhafte Darstellung der FAN-Wandler der 4.
6 zeigt schematisch eine DMS-Struktur (DMS = dual mode SAW) mit drei Wandlern TD zwischen zwei Reflektoren REF. Einer der drei Wandler, z. B. der mittlere Wandler, kann dabei ein Eingangswandler sein, während die beiden äußeren Wandler Ausgangswandler sind. Es ist aber auch möglich, dass der innere Wandler ein Ausgangswandler ist, während die beiden äußeren Wandler Eingangswandler sind.
7 zeigt eine dreifache Resonatorkaskade CRES, bei der drei Wandlersegmente nebeneinander und jeweils zwischen zwei Reflektorelementen angeordnet und in Serie verschaltet sind. Die Pitches der Kaskadenstufen können dabei so eingestellt sein, dass sich unerwünschte Spitzen in der Übertragungsfunktion gegenseitig kompensieren.
8 symbolisiert eine Ladder-Type-Filterstruktur mit einem ersten Serienzweigwandler SR₁, einem zweiten Serienzweigwandler SR₂ und einem dritten Serienzweigwandler SR₃, die zueinander in Serie geschaltet sind. Parallel zu jedem einzelnen Serienzweigresonator ist ein Parallelzweigresonator, hier der erste Parallelzweigresonator PR₁, der zweite Parallelzweigresonator PR₂ und der dritte Parallelzweigresonator PR₃, gegen Masse geschaltet. Das Bandpassfilter BPF hat einen ersten Port P₁ und einen zweiten Port P₂, welche die Eingangs- bzw. Ausgangsport darstellen.
9 zeigt die negativen Auswirkungen von Fabry-Perot-Resonanzen. Die Kurve C_RES gibt dabei den Realteil der Admittanz eines Resonator in einem Bandpassfilter wieder. Die Kurve C_BP gibt die Einfügedämpfung eines Bandpassfilters mit dem Resonator mit dem zur Kurve C_RES gehörigen Resonator wieder. Durch die Überlagerung von an den Kanten der Resonatorfinger reflektierten Partialwellen entstehen Fabry-Perot-Resonanzen, deren lokale Maxima durch die Pfeile gekennzeichnet sind. Da die Einfügedämpfung des Bandpassfilters von der Admittanz der einzelnen Resonatoren abhängt, spiegeln sich die Fabry-Perot-Resonanzen auch in einer Welligkeit im Passband wieder. Zur Verringerung der Welligkeit des Passbands können die Fabry-Perot-Resonanzen verschiedener Resonatoren oder Wandlersegmente so gewählt werden, dass eine gegenseitige Kompensation auftritt und die Welligkeit der Einfügedämpfung in der gesamten Passbandcharakteristik deutlich verringert ist.
10 zeigt die Antwortfunktion C_3,CON einer konventionellen Dreifachkaskade. Im Gegensatz dazu gibt C_3,new eine Antwortfunktion einer verbesserten Dreifachkaskade an, die durch eine deutlich verringerte Welligkeit gekennzeichnet ist. Die deutlich verringerte Welligkeit wird dadurch erhalten, dass die Lage der einzelnen Resonanzen der drei einzelnen Kaskaden C_1,new so gewählt ist, dass eine destruktive Interferenz erhalten wird. Die Welligkeit einer Einfügedämpfung eines Bandpassfilters mit einer solchen Dreifachkaskade ist entsprechend ebenfalls verringert.
11 zeigt die Einfügedämpfung eines konventionellen Bandpassfilters C_con verglichen mit der Einfügedämpfung mit verringerter Welligkeit C_new.
12 zeigt die Error Vector Magnitude (EVM) für ein konventionelles Filter EVM_con und für ein verbessertes Filter EVM_new. Die EVM beschreibt die mittlere Vektorabweichung eines empfangenen modulierten Symbols vom richtigen Wert im Konstellationsdiagramm. Durch die Verzerrung des Signal im Filter aufgrund der Abweichung von der idealen Rechteckform wird der EVM erhöht. D.h. die EVM beschreibt den Einfluss des Filters auf die Signalqualität und ist somit ein Maß für die Glattheit des Filters. Das verbesserte Filter hat, deutlich erkennbar, eine kleinere EVM und eine glättere Filtercharakteristik.
13 zeigt die Einfügedämpfung eines konventionellen und eines optimierten Bandpassfilters.
14 zeigt den Passbandbereich der 13 vergrößert.
Die 13 und 14 zeigen dabei eine Filterstruktur, die an sich lediglich eine geringe Welligkeit im Passband aufweist. Es stellt sich heraus, dass Maßnahmen, die in weniger optimierten Filtern eine deutliche Verbesserung ergeben, im Falle einer schon guten Charakteristik diese nicht nachteilhaft beeinflussen.
15 zeigt die Reflexion an einem von zwei Ports für ein konventionelles und für ein optimiertes Filter.
16 zeigt die Reflexion am entsprechenden anderen Port der Filter.
Die 15 und 16 zeigen die Anpassung einer entsprechenden Filterstruktur in eine externe Schaltungsumgebung. Es zeigt sich, dass keine Verschlechterung der Anpassung durch die Maßnahmen zur Verbesserung der Filtercharakteristik erhalten wird.
17 zeigt berechnete Übertragungsfunktionen eines Bandpassfilters mit Resonatorstrukturen und einer DMS-Spur. Bei der glätteren von beiden Kurven wurden Spitzenfrequenzen entsprechend vorteilhaft gewählt.
18 zeigt einen Ausschnitt der Kurve der 17.
Die 17 und 18 zeigen dabei eine Filterstruktur, die an sich lediglich eine geringe Welligkeit im Passband aufweist. Es stellt sich heraus, dass Maßnahmen, die in weniger optimierten Filtern eine deutliche Verbesserung ergeben, im Falle einer schon guten Charakteristik diese nicht nachteilhaft beeinflussen.
Die 19 und 20 zeigen die Anpassung einer entsprechenden Filterstruktur in eine externe Schaltungsumgebung. Es zeigt sich, dass keine Verschlechterung der Anpassung durch die Maßnahmen zur Verbesserung der Filtercharakteristik erhalten wird.
Ein erfindungsgemäßes Bandpassfilter ist nicht auf eines der beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Kombinationen von Wandlersegmenten und weiteren Filterstrukturen stellen ebenso erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele dar.
Bezugszeichenliste:

AT:

akustische Spur

AT:

akustische Spur

BPF:

Bandpassfilter

C₁, C₂, C₃:

elektrische Anschlüsse

C_1,new:

drei Einzeladmittanzen aufeinander abgestimmter Kaskadenstufen

C_3,con:

Admittanz einer konventionellen Dreifachkaskade

C_3,new:

Admittanz einer verbesserten Dreifachkaskade

CBP:

Einfügedämpfung eines Bandpassfilters mit einem konventionellen Resonator

CCON:

Einfügedämpfung eines konventionellen Bandpassfilters

CNEW:

Einfügedämpfung eines verbesserten Bandpassfilters mit verringerter Welligkeit

CRES:

kaskadierter Resonator

CRES:

Resonatoradmittanz mit Fabry-Perot-Resonanzen

EVM:

Error Vector Magnitude

MPR:

Mehrport-Resonator

P₁, P₂:

erster, zweiter Port

PR₁, PR₂, PR₃:

Parallelzweigresonatoren

REF:

Reflektor

RES:

Resonator

SEC1:

erster Abschnitt

SEC2:

zweiter Abschnitt

SEC_a,b,c,d:

unterschiedliche Wandlerabschnitte

SR₁, SR₂, SR₃:

Serienzweigresonatoren

SU:

Substrat

TD:

Wandler

TD₁:

erster Wandler

TD₂:

zweiter Wandler

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2004/0130411 A1 [0003, 0005, 0017]
US 6804588 [0004]

Claims

Elektroakustisches Bandpassfilter (BPF) mit einer geglätteten Einfügedämpfung, das Filter umfassend – eine piezoelektrische Lage mit einer akustischen Spur (AT), – eine Metallisierungslage, angeordnet auf der piezoelektrischen Lage und in der akustischen Spur (AT), wobei – die akustische Spur (AT) einen ersten Abschnitt (SEC₁) und einen zweiten Abschnitt (SEC₂) umfasst, – im ersten Abschnitt (SEC₁) ein erstes Wandlersegment in der Metallisierungslage gebildet ist, das bei einer ersten Frequenz f₁ eine Resonanz ausbildet und eine Spitze in der Einfügedämpfung erzeugt, – im zweiten Abschnitt (SEC₂) ein zweites Wandlersegment in der Metallisierungslage gebildet ist, das bei einer zweiten Frequenz f₂ ≠ f₁ eine Resonanz ausbildet und eine Spitze in der Einfügedämpfung erzeugt, – die Frequenzen f₁ und f₂ so gewählt sind, dass die Ausprägung der Spitzen in der Einfügedämpfung des Filters (BPF) verglichen mit der Ausprägung der Spitzen der einzelnen Wandlersegmente (SEC₁, SEC₂) verringert ist.
Elektroakustisches Bandpassfilter (BPF) nach Anspruch 1, wobei das erste Wandlersegment (SEC₁) und das zweite Wandlersegment (SEC₂) zwei Segmente unterschiedlicher, leicht frequenzversetzter Wandler (TD₁, TD₂) sind.
Elektroakustisches Bandpassfilter (BPF) nach Anspruch 1, wobei das erste Wandlersegment (SEC₁) und das zweite Wandlersegment (SEC₂) zwei Segmente des gleichen Wandlers (TD) sind.
Elektroakustisches Bandpassfilter (BPF) nach dem vorherigen Anspruch, wobei das erste Wandlersegment (SEC₁) und das zweite Wandlersegment (SEC₂) zwei Segmente eines FAN-Wandlers (TD) sind.
Elektroakustisches Bandpassfilter (BPF) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Filter (BPF) ein SAW-Filter oder ein GBAW-Filter ist.
Elektroakustisches Bandpassfilter (BPF) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei – das erste Wandlersegment (SEC₁) und das zweite Wandlersegment (SEC₂) in einem ersten Wandler (TD₁) angeordnet sind und einen zweiten Wandler (TD₂) umfasst, und das Filter (BPF) – ein DMS-Filter oder – ein Mehrport-Resonatorfilter ist.
Elektroakustisches Bandpassfilter (BPF) nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner umfassend einen Reflektor (REF), der als FAN-Reflektor ausgestaltet ist.
Elektroakustisches Bandpassfilter (BPF) nach einem der vier vorherigen Ansprüche, wobei der FAN-Wandler (TD) eine Pitchskalierung zwischen 500 ppm und 2000 ppm aufweist.
Elektroakustisches Bandpassfilter (BPF) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei – das Filter (BPF) ein DMS-Filter ist, – der Wandler ein partieller FAN-Wandler oder ein vollständiger FAN-Wandler ist.
Elektroakustisches Bandpassfilter (BPF) nach einem der vier vorherigen Ansprüche, – ferner umfassend einen dritten Wandler (TD), wobei – der erste Wandler (TD₁), der zweite Wandler (TD₂) und der dritte Wandler (TD) FAN-Wandler sind und – zwei der Wandler (TD) Ausgangswandler sind und einer der Wandler (TD) ein zwischen den Ausgangswandlern angeordneter Eingangswandler ist.
Elektroakustisches Bandpassfilter (BPF) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei – die piezoelektrische Lage eine akustische Volumenwellen zumindest teilweise reflektierende Unterseite aufweist, – der FAN-Wandler dazu vorgesehen ist, akustische Volumenwellen zu streuen, um die Welligkeit der Einfügedämpfung zu verringern.
Elektroakustisches Bandpassfilter (BPF) nach Anspruch 2, wobei die beiden Wandler (TD₁, TD₂) kaskadiert und in Serie oder parallel verschaltet sind.
Elektroakustisches Bandpassfilter (BPF) nach dem vorherigen Anspruch, wobei die beiden Wandler (TD₁, TD₂) Teil einer Resonatorkaskade (CRES) mit einer gemeinsamen Stromsammelschiene sind.
Elektroakustisches Bandpassfilter (BPF) nach einem der vorherigen Ansprüche, – ferner umfassend einen Parallelzweigwandler (PR) mit einem Pitch P₂, wobei – eines der beiden Wandlersegmente (SEC₁, SEC₂) in einem Serienzweigwandler (SR) mit einem Pitch P₁ angeordnet ist und P₂ > P₁.
Elektroakustisches Bandpassfilter (BPF) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Frequenzen f₁ und f₂ so gewählt sind, dass unerwünschte Fabry Perot Resonanzen verringert sind.