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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf adaptive HF-Filter, z. B. für Mobilkommunikationsvorrichtungen, und auf Verfahren zum Schalten solcher Filter.
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Die andauernde Entwicklung in der Mobilkommunikationstechnologie zu einer zunehmenden Anzahl an Frequenzbändern und einer zunehmenden Anzahl an Übertragungssystemen einerseits und zu kleineren Abmessungen entsprechender Komponenten andererseits verlangt nach verbesserten Schaltkreisen und Komponenten. Mobilkommunikationsvorrichtungen kommunizieren über HF-Signale. HF-Signale werden über eine oder mehrere Antennen einer entsprechenden Mobilkommunikationsvorrichtung übertragen und empfangen. HF-Signale propagieren zu der Antenne von einer Schaltkreisumgebung der Mobilkommunikationsvorrichtung und propagieren von der Antenne zu einer Schaltkreisumgebung über den Frontend-Teil der Mobilkommunikationsvorrichtung. Der Frontend-Teil der Kommunikationsvorrichtung umfasst ein oder mehrere HF-Filter in einem oder mehreren Signalpfaden. Übertragungssignalpfade stellen HF-Signale bereit, die an die Antenne übertragen werden sollen. Empfangssignalpfade liefern empfangene HF-Signale von der Antenne an die Schaltkreisumgebung der Mobilkommunikationsvorrichtung. Ein gewisser Grad einer Isolierung zwischen unterschiedlichen Signalpfaden, insbesondere zwischen Übertragungssignalpfaden und Empfangssignalpfaden, ist notwendig.
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Typische Parameter, die die Leistungsfähigkeit eines Frontendteils einer Mobilkommunikationsvorrichtung bestimmen, sind zum Beispiel die Einfügedämpfung, das Isolationsniveau, das Unterdrückungsniveau, die Steilheit der Durchlassbandflanken, die Breite von HF-Durchlassbändern, eine Impedanzanpassung (das Spannungsstehwellenverhältnis (VSWR: Voltage Standing Wave Ratio)).
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HF-Filter in Frontend-Teilen von Mobilkommunikationsvorrichtungen sind für die elektrische Leistungsfähigkeit wesentlich.
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Dementsprechend ist das, was benötigt wird, ein HF-Filter, das die Möglichkeit von verbesserter/verbessertem/verbesserten Einfügedämpfung, Unterdrückungsniveaus, Isolationsniveaus, Impedanzanpassung, Steilheit von Durchlassbandgrenzen, Bandbreite und dergleichen bereitstellt.
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Zu diesem Zweck werden ein adaptives HF-Filter und ein Verfahren zum Schalten eines adaptiven HF-Filters gemäß den unabhängigen Ansprüchen bereitgestellt. Abhängige Ansprüche stellen bevorzugte Ausführungsformen bereit.
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Das adaptive HF-Filter umfasst einen ersten Port und einen zweiten Port. Ferner umfasst das Filter eine erste schaltbare Filterstufe zwischen dem ersten Port und dem zweiten Port. Ferner umfasst das Filter eine erste feste Filterstufe zwischen der ersten Filterstufe und dem zweiten Port. Die erste schaltbare Filterstufe weist einen Schalter auf, der zum Koppeln der ersten schaltbaren Filterstufe mit dem HF-Filter oder zum Entkoppeln der ersten schaltbaren Stufe von dem HF-Filter bereitgestellt ist.
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Dementsprechend wird ein adaptives HF-Filter, das zwei Filterstufen umfasst, von denen wenigstens eine Filterstufe schaltbar ist, bereitgestellt.
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Der erste Port kann ein Eingangsport zum Empfangen von HF-Signalen von einer externen Schaltkreisumgebung sein und der zweite Port kann ein Ausgangsport zum Liefern der HF-Signale an andere Schaltkreiskomponenten sein. Jedoch ist es möglich, dass der zweite Port ein Eingangsport ist und der erste Port ein Ausgangsport ist. Dementsprechend kann das adaptive HF-Filter in beiden Richtungen verwendet werden.
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Die zwei Filterstufen, d. h. die erste schaltbare Filterstufe und die erste feste Filterstufe, sind elektrisch zwischen den Ports in Reihe gekoppelt. Schaltkreiselemente der ersten schaltbaren Filterstufe können elektrisch mit dem Signalpfad zwischen dem ersten Port und dem zweiten Port gekoppelt oder elektrisch von diesem getrennt werden. Dementsprechend wird ein adaptives HF-Filter bereitgestellt, das zwischen wenigstens zwei Zuständen geschaltet werden kann. In einem aktiven Zustand weist das adaptive HF-Filter zwei Filterstufen auf, die elektrisch zwischen den zwei Ports in Reihe gekoppelt sind. In einem passiven Zustand weist das HF-Filter nur eine Filterstufe auf, die elektrisch zwischen den zwei Ports gekoppelt ist. Die jeweilige entkoppelte Filterstufe, in der der Schalter enthalten ist, wird von HF-Signalen nicht gesehen.
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Ein solches adaptives HF-Filter weist eine reduzierte Anzahl an Filterstufen auf, falls zum Beispiel Anforderungen mit Bezug auf Isolations- und/oder Unterdrückungsniveau weniger strikt sind. In diesem Fall führt die reduzierte Anzahl an Filterstufen zu einer reduzierten Einfügedämpfung und dementsprechend zu einem reduzierten Leistungsverbrauch. Jedoch ist es möglich, die schaltbare Filterstufe zu aktivieren. In diesem Fall wird ein höheres Unterdrückungsniveau erreicht, jedoch auf Kosten einer allgemein erhöhten Einfügedämpfung und eines höheren Leistungsverbrauchs.
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Es können nicht nur die Einfügedämpfung und die Unterdrückungsniveaus durch das Schalten zu der schaltbaren Stufe zu dem HF-Filter oder das Trennen von dieser manipuliert werden. Die Form der frequenzabhängigen Übertragungseigenschaften, z. B. die Anwesenheit oder Abwesenheit von Durchlassbändern, die Steilheit von Durchlassbandrändern und andere Parameter können gemäß Anforderungen, denen entsprochen werden muss, manipuliert werden.
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Es wird angemerkt, dass die Anzahl an schaltbaren Filterstufen nicht auf eine beschränkt ist. Die Anzahl an festen Filterstufen ist ebenfalls nicht auf eine beschränkt.
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Es ist möglich, Tiefpassfilterstufen und/oder Hochpassfilterstufen als schaltbare Filterstufen oder als feste Filterstufen zu verwenden. Durch Aktivieren oder Deaktivieren von Filterstufen gewisser Grade kann der Gesamtgrad der Filterstufen, z. B. einer Tiefpassfilterstufe oder einer Hochpassfilterstufe, ausgewählt werden.
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Die Position gewisser schaltbarer oder fester Filterstufen innerhalb einer Reihenanordnung von Filterstufen zwischen den zwei Ports ist variabel. Schaltbare Filterstufen und feste Filterstufen können gruppiert sein. Es ist möglich, dass eine Gruppe angrenzender Filterstufen nur Tiefpassfilterstufen oder nur Hochpassfilterstufen oder nur schaltbare Filterstufen oder nur feste Filterstufen umfasst. Jedoch ist es möglich, dass eine Gruppe von Hochpassfilterstufen schaltbare Filterstufen und feste Filterstufen umfasst und eine Gruppe von Tiefpassfilterstufen schaltbare Filterstufen und feste Filterstufen umfasst.
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Es ist entsprechend möglich, dass das HF-Filter ferner N schaltbare Filterstufen und M feste Filterstufen zwischen dem ersten Port und dem zweiten Port umfasst. N ist eine ganze Zahl größer als oder gleich 1 und M ist eine ganze Zahl größer als oder gleich 1. Die Summe N+M kann größer als oder gleich 1 oder 2 sein.
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Dementsprechend ist es möglich, dass das HF-Filter wenigstens eine weitere schaltbare Filterstufe und/oder wenigstens eine weitere feste Filterstufe umfasst.
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Es ist möglich, dass die erste schaltbare Filterstufe Schaltkreiselemente und einen Shunt-Pfad umfasst, um - in Abhängigkeit von dem Schaltzustand des Schalters - die Schaltkreiselemente mit dem HF-Filter zu koppeln oder die Schaltkreiselemente von diesem zu entkoppeln.
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Filterschaltkreiselemente, die von dem HF-Filter entkoppelt sind, sind dadurch gekennzeichnet, dass HF-Signale, die zwischen dem ersten Port und dem zweiten Port propagieren, diese Schaltkreiselemente nicht spüren. Im Gegensatz dazu sind Filterelemente, die mit dem HF-Filter gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die HF-Filter diese Schaltkreiselemente spüren.
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Als ein Schalter zum Entkoppeln von Filterstufen von dem HF-Filter oder zum Koppeln von Filterstufen mit den HF-Filtern ist ein beliebiger geeigneter Schalter möglich.
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Ein bevorzugter Schalter weist einen Eingangsport und zwei oder mehr Ausgangsports auf. Der Eingangsport kann mit der Signalleitung zwischen dem ersten Port und dem zweiten Port des HF-Filters verbunden sein. Einer der Ausgangsports kann auch elektrisch mit dem Signalpfad zwischen dem ersten Port und dem zweiten Port verbunden sein. Der jeweilige andere Ausgangsport des Schalters kann z. B. über Schaltkreiselemente mit Masse gekoppelt sein.
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Der Schalter kann ein MEMS-Schalter (MEMS:
- mikroelektromechanisches System) oder ein Halbleiterschalter sein.
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Der Shunt-Pfad kann verwendet werden, um - in Abhängigkeit von dem Schaltzustand des Schalters - die Schaltkreiselemente der Filterstufe zu überbrücken, falls die Filterstufe von dem HF-Filter entkoppelt ist. Falls die entsprechende Filterstufe aktiviert ist und ihre Schaltkreiselemente mit dem HF-Filter gekoppelt sind, dann ist ein Ende des Shunt-Pfades mit einem offenen Kreis abgeschlossen und können ungewollte HF-Signale über einen Parallelpfad zu einem Massepotential geleitet werden. In dem Parallelpfad können wenigstens manche der Schaltkreiselemente der Filterstufe angeordnet sein.
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Es ist möglich, dass die erste schaltbare Filterstufe und die erste feste Filterstufe wenigstens Teile von Teilfiltern des HF-Filters sind. Die Teilfilter sind aus einem Tiefpassfilter, einem Hochpassfilter und einem Bandpassfilter ausgewählt. Außerdem ist es möglich, dass das Teilfilter ein Bandunterdrückungsfilter oder ein Bandsperrfilter ist.
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Es ist möglich, ein Bandpassfilter unter Nutzung eines Tiefpassfilters und eines Hochpassfilters, die elektrisch in Reihe verbunden sind, zu erzeugen. Von einem Eingangsport werden HF-Signale erhalten und an ein erstes Teilfilter geleitet. Das erste Teilfilter kann ein Tiefpassfilter oder ein Hochpassfilter sein. Tiefpassfilter entfernen Frequenzkomponenten mit hohen Frequenzen. Hochpassfilter entfernen Frequenzkomponenten mit niedrigen Frequenzen. Falls die charakteristischen Auswahlfrequenzen des Tiefpassfilters und des Hochpassfilters sorgfältig ausgewählt werden, dann können lediglich Frequenzen eines gewissen Durchlassbandes, die höher als die entfernten niedrigen Frequenzkomponenten und niedriger als die entfernten hohen Frequenzkomponenten sind, durch das Filter hindurchgehen. In diesem Fall wird es bevorzugt, dass das Tiefpassfilter und das Hochpassfilter elektrisch zwischen dem Eingangsport in Reihe verbunden sind. Die HF-Signale mit Frequenzkomponenten in dem Durchlassband werden an dem Ausgangsport des HF-Filters bereitgestellt.
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Bei dem vorliegenden Fall kann die erste schaltbare Filterstufe wenigstens eine Filterstufe eines Tiefpassfilters oder eines Hochpassfilters sein. Entsprechend kann die erste feste Filterstufe wenigstens eine Filterstufe eines Tiefpassfilters und eines Hochpassfilters als mögliche Teilfilter sein.
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Entsprechend ist es möglich, dass das HF-Filter ein Bandpassfilter ist.
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Es ist möglich, dass die Teilfilter aus einem Tiefpassfilter und einem Hochpassfilter ausgewählt sind.
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Dann ist es einfach möglich, ein Bandpassfilter einzurichten, das das Tiefpassfilter und das Hochpassfilter in einer Reihenkonfiguration aufweist.
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Es ist möglich, dass bei dem HF-Filter Koppeln der ersten schaltbaren Filterstufe mit dem HF-Filter die Ordnung des entsprechenden Teilfilters erhöht.
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Falls eine schaltbare Filterstufe eine Filterstufe ersten Grades ist, dann kann der Grad des Teilfilters um 1 reduziert oder erhöht werden. Entsprechend, falls die schaltbare Filterstufe eine Filterstufe zweiten Grades, eine Filterstufe dritten Grades usw. ist, dann kann die Ordnung des Teilfilters um 2, 3 usw. reduziert oder erhöht werden.
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Der Gesamtgrad der entsprechenden Teilfilterstufe kann 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 und höher sein.
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Mit der entsprechenden Anzahl an schaltbaren Filterstufen und der entsprechenden Ordnung von Filterstufen ist es möglich, ein HF-Filter zu erhalten, bei dem ein Tiefpassfilter als ein Teilfilter einen Grad von 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 oder höher aufweisen kann und/oder ein Hochpassfilter einen Grad von 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 oder höher aufweisen kann.
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Es ist möglich, dass die erste schaltbare Filterstufe oder die erste feste Filterstufe ein Impedanzelement in einem Segment des Signalpfades zwischen dem ersten Port und dem zweiten Port umfasst. Zusätzlich oder als eine Alternative dazu ist es möglich, dass die erste schaltbare Filterstufe oder die erste feste Filterstufe ein Impedanzelement in einem Parallelpfad zwischen dem Signalpfad und Masse umfasst.
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Entsprechend ist es möglich, dass die erste schaltbare Filterstufe und/oder die erste feste Filterstufe eine LC-Filterstufe ist und die entsprechenden Impedanzelemente des Schaltkreises induktive Elemente (L) oder kapazitive Elemente (C) sind.
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Es ist möglich, dass N = 2 zusätzliche Filterstufen und M = 1 zusätzliche feste Filterstufen in dem HF-Filter enthalten sind. Die erste schaltbare Filterstufe, eine zusätzliche schaltbare Filterstufe und eine feste Filterstufe sind Tiefpassfilterstufen erster Ordnung. Die erste feste Filterstufe ist eine Hochpassfilterstufe zweiter Ordnung und die andere zusätzliche schaltbare Filterstufe ist eine Hochpassfilterstufe erster Ordnung.
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Mit einer solchen Konfiguration umfasst das HF-Filter ein Tiefpassfilter als ein Teilfilter und ein Hochpassfilter als ein Teilfilter. Der Grad des Tiefpassfilters kann 1, 2 oder 3 sein. Der Grad des Hochpassfilters kann 2 oder 3 sein.
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Es ist möglich, dass das HF-Filter ferner ein Impedanzanpassungsnetz zwischen dem ersten Port und dem zweiten Port umfasst.
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Das Impedanzanpassungsnetz kann verwendet werden, um eine Eingangsimpedanz, die an einem Port erfahren wird, der von dem ersten Port und dem zweiten Port ausgewählt ist, an eine Ausgangsimpedanz anzupassen, die entsprechend an dem jeweiligen anderen Port erfahren wird.
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Insbesondere ist es möglich, dass das HF-Filter in einem Frontend-Schaltkreis einer Mobilkommunikationsvorrichtung enthalten ist. Das HF-Filter kann in einem Übertragungssignalpfad zwischen einem Leistungsverstärker und einem Antennenport oder zwischen dem Antennenport und einem Verstärker mit geringem Rauschen verbunden sein.
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Speziell weisen Leistungsverstärker allgemein eine niedrige Ausgangsimpedanz auf. In diesem Fall passt das Impedanzanpassungsnetz die niedrige Ausgangsimpedanz an eine Standardimpedanz, z. B. 25 Ohm, 50 Ohm, 100 Ohm oder 200 Ohm, an.
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Es wird bevorzugt, dass das Impedanzanpassungsnetz zwischen dem Eingangsport und den Filterstufen des HF-Filters angeordnet ist.
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Das Impedanzanpassungsnetz kann ein adaptives Impedanzanpassungsnetz sein. Das adaptive Impedanzanpassungsnetz kann adaptive Impedanzelemente, wie etwa adaptive induktive Elemente oder bevorzugt adaptive kapazitive Elemente mit einer variablen Kapazität, aufweisen. Impedanzanpassungsnetze können genutzt werden, um eine gewisse erforderliche Impedanzanpassung aufrechtzuerhalten, die durch ein Spannungsstehwellenverhältnis von 1,5 oder besser, selbst in einer sich ändernden Umgebung, gekennzeichnet wird.
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Es ist anzumerken, dass die bereitgestellte Schaltbarkeit des Filters verschieden von der Schaltbarkeit eines Impedanzanpassungsnetzes ist. Ein schaltbares Impedanzanpassungsnetz hält eine gewisse Impedanzanpassung in einer sich ändernden Umgebung bei, während die Möglichkeit des Schaltens des vorliegenden HF-Filters es ermöglicht, die effektive Schaltkreistopologie des HF-Filters zu manipulieren.
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Ein Verfahren zum Schalten eines adaptiven HF-Filters - wobei das HF-Filter eine oder mehrere schaltbare Filterstufen aufweist - umfasst wenigstens einen der folgenden Schritte:
- - Reduzieren einer Einfügedämpfung des Filters durch Entkoppeln wenigstens einer Filterstufe von dem Filter,
- - Erhöhen des Unterdrückungsniveaus des Filters durch Koppeln wenigstens einer Filterstufe mit dem Filter.
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Während bei momentanen Filtergestaltungen die Filtertopologie fest ist, so dass alle Spezifikationen mit einer festen Einfügedämpfung erreicht werden, arbeitet dementsprechend das vorgeschlagene HF-Filter jedoch mit einer variablen Topologie und - falls z. B. manche Spezifikationen bei gewissen speziellen Frequenzintervallen nicht zwingend sind - wird ein überspezifiziertes Filter mit einer entsprechenden zu hohen Einfügedämpfung verhindert. Die Fähigkeit, dazu in der Lage zu sein, die Filterordnung dynamisch zu ändern, um sie an momentane Anforderungen anzupassen, kann die Filtereinfügedämpfung erheblich reduzieren, was sich in eine verbesserte Systemempfindlichkeit, reduzierten Leistungsverbrauch usw. übersetzt.
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Die Filterordnung kann, wenn nötig oder wenn möglich, reduziert oder, wenn nötig oder wenn möglich, erhöht werden.
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Dementsprechend wird insbesondere im Fall einer reduzierten Filterordnung eine geringere Komplexität der Filtertopologie erhalten, die dabei helfen kann, Impedanzen anzupassen und dergleichen.
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Das HF-Filter kann in TDD-Systemen (TDD: Time Division Duplexing - Zeitduplex) und/oder bei Frequenzduplexen (FDD: Frequency Division Duplexing) verwendet werden.
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Die Filterstufen sind nicht auf LC-Filter-Stufen beschränkt. Elektroakustische Resonatoren können ebenfalls eingesetzt werden, z. B. in einer abzweigtypartigen Konfiguration.
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Falls das HF-Filter ein Bandpassfilter ist, dann können die Durchlassbandfrequenzintervalle von 3,3 GHz bis 3,8 GHz oder 4,2 GHz reichen und ein Unterdrückungsniveau von mehr als 35 dB für alle niedrigen, mittleren und hohen LTE-Bänder (bis zu 2,69 GHz) bieten. Ferner kann eine Unterdrückung von mehr als 35 dB für die 5-GHz-Wi-Fi-Freqenzen von 5,15 bis 5,925 GHz erhalten werden. Außerdem ist es in dem Frequenzbereich von 6,6 GHz bis 7,6 GHz oder sogar 8,4 GHz möglich, mögliche Harmonischenemissionen ausreichend zu unterdrücken, wenn das Filter ein Übertragungsfilter ist.
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Die Übertragungsfunktion des entsprechenden Filters kann eine Einfügedämpfung innerhalb des Durchlassbandes von 1,8 dB oder besser aufweisen.
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Die Einfügedämpfung an dem linken Teil des Durchlassbandes kann durch Reduzieren des Unterdrückungsniveaus auf manchen LTE-Bändern verbessert werden, falls sie momentan nicht benötigt werden. Durch Reduzieren der Ordnung des Hochpassfilters, z. B. von der dritten Ordnung zu der zweiten Ordnung, können nur niedrige bis mittlere LTE-Bänder unterdrückt werden. Indem es auf ein Hochpassfilter erster Ordnung reduziert wird, können nur niedrige LTE-Bänder unterdrückt werden. Eine signifikante Verbesserung von 0,9 dB der Einfügedämpfung kann erhalten werden, wenn von einem Filter dritter Ordnung zu einem erster Ordnung geschaltet wird. Gleichermaßen kann die Einfügedämpfung und Bandbreite auf der rechten Seite des Durchlassbandes weiter verbessert werden, indem das 5-GHz-Wi-Fi-Unterdrückungsniveau reduziert wird, wenn es nicht verwendet wird, z. B. durch Schalten des Tiefpassfilters von einem Filter dritter Ordnung zu einem Filter zweiter Ordnung.
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Die Schalter können SPDT-Schalter (SPDT: Single Pole, Double Throw - Einzelpol, doppelt umlegend) sein.
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Das Filter kann drei schaltbare Filterstufen aufweisen. In jeder Filterstufe ist ein Schalter vorhanden. Die Gesamtanzahl an drei Schaltern stellt eine Gesamtanzahl von acht unterschiedlichen Schaltzuständen bereit. Es ist möglich, jeden möglichen Schaltzustand zu nutzen. Jedoch ist es möglich, nur eine reduzierte Anzahl an möglichen Schaltzuständen zu nutzen. Dementsprechend ist es möglich, sechs Schaltzustände in sechs entsprechenden Betriebsmodi zu verwenden. Ein erster Betriebsmodus kann eine hohe Unterdrückung für niedrige, mittlere und hohe LTE-Bänder und eine hohe 5-GHz-Wi-Fi-Unterdrückung bereitstellen. Ein zweiter Betriebsmodus kann eine hohe Unterdrückung für niedrige, mittlere und hohe LTE-Bänder bereitstellen. Ein dritter Betriebsmodus kann eine hohe Unterdrückung für niedrige und mittlere LTE-Bänder und eine hohe 5-GHz-Wi-Fi-Unterdrückung bereitstellen. Ein vierter Betriebsmodus kann eine hohe Unterdrückung für niedrige und mittlere LTE-Bänder bereitstellen. Ein fünfter Betriebsmodus kann eine hohe Unterdrückung für niedrige LTE-Bänder und eine hohe 5-GHz-Wi-Fi-Unterdrückung bereitstellen. Ein sechster Betriebsmodus kann eine hohe Unterdrückung für niedrige LTE-Bänder bereitstellen. Es ist möglich, dass das Spannungsstehwellenverhältnis kleiner als 1,5 für jeden der sechs Betriebsmodi ist.
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Zentrale Aspekte des adaptiven HF-Filters und Einzelheiten der bevorzugten Ausführungsformen sind in den begleitenden schematischen Figuren gezeigt.
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In den Figuren gilt:
- 1 zeigt eine Basisschaltkreiskonfiguration des Filters.
- 2 zeigt die Möglichkeit, zwei feste Filterstufen zu haben.
- 3 veranschaulicht die Möglichkeit, zwei schaltbare Filterstufen zu haben.
- 4 veranschaulicht die Möglichkeit, zwei schaltbare und zwei feste Filterstufen zu haben.
- 5 zeigt die Möglichkeit, eine willkürliche Anzahl an schaltbaren und eine willkürliche Anzahl an festen Filterstufen zu haben.
- 6 veranschaulicht die Möglichkeit, ein Impedanzanpassungsnetz zu haben.
- 7 veranschaulicht ein mögliches äquivalentes Schaltbild eines Bandpassfilters.
- 8 veranschaulicht eine spezielle Schaltkonfiguration der Topologie aus 7.
- 9 veranschaulicht eine alternative mögliche Schaltkonfiguration.
- 10 veranschaulicht die Übertragungsfunktion der in 8 gezeigten Schaltkreistopologie.
- 11 zeigt die Effekte des Schaltens des Hochpassfilters von einem Filter dritter Ordnung zu einem Filter zweiter Ordnung und zu einem Filter erster Ordnung in einer vergrößerten Ansicht des Durchlassbandes.
- 12 zeigt eine Breitbandansicht der Schaltkonfigurationen aus 11.
- 13 zeigt die Effekte sechs unterschiedlicher Betriebsmodi in einer vergrößerten Ansicht des Durchlassbandes.
- 14 zeigt die Breitbandansicht, die 13 entspricht.
- 15 veranschaulicht unterschiedliche Spannungsstehwellenverhältnisse für unterschiedliche Betriebsmodi.
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1 zeigt eine Basiskonfiguration des HF-Filters F. Das Filter F weist einen ersten Port P1 und einen zweiten Port P2 auf. Zwischen dem ersten Port P1 und dem zweiten Port P2 ist eine schaltbare Filterstufe SFS1 angeordnet. Zwischen der ersten schaltbaren Filterstufe SFS1 und dem zweiten Port P2 ist eine erste feste Filterstufe FFS1 angeordnet. Die schaltbare Filterstufe SFS1 und die feste Filterstufe FFS1 sind zwischen den zwei Ports P1, P2 in Reihe angeordnet. Die Filterstufen sind in einer Signalleitung SL zwischen dem ersten Port P1 und dem zweiten Port P2 angeordnet.
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Sowohl der erste Port als auch der zweite Port können ein Eingangsport sein, während der jeweilige andere Port ein Ausgangsport sein kann.
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Die erste schaltbare Filterstufe SFS1 weist einen ersten Schalter SW1 auf, über den sie von den Schaltkreiskomponenten des HF-Filters F entkoppelt oder mit diesen gekoppelt werden kann. Falls die schaltbare Filterstufe SFS1 von dem Filter entkoppelt ist, dann sehen HF-Signale, die zwischen den zwei Ports propagieren, die Filterstufe nicht, falls jedoch die Filterstufe mit dem HF-Filter F gekoppelt ist, dann wirken sich die Schaltkreiselemente der schaltbaren Filterstufe SFS1 auf die entsprechenden propagierenden HF-Signale aus.
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2 veranschaulicht die Möglichkeit, zwei feste Filterstufen zu haben. Zu diesem Zweck ist eine zusätzliche feste Filterstufe FFS2 hinzugefügt.
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Entsprechend veranschaulicht 3 die Möglichkeit, eine zusätzliche schaltbare Filterstufe SFS2 in der Signalleitung zwischen den zwei Ports zu haben.
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Entsprechend veranschaulicht 4 die Möglichkeit, zwei schaltbare und zwei feste Filterstufen zu haben.
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Die Anzahl an schaltbaren Filterstufen und die Anzahl an festen Filterstufen ist nicht beschränkt, wie durch 5 gezeigt ist.
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Außerdem sind die Positionen der schaltbaren Filterstufen und die Positionen der festen Filterstufen nicht beschränkt. Eine beliebige Permutation schaltbarer Filterstufen und fester Filterstufen ist möglich.
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6 zeigt die Möglichkeit, ein Impedanzanpassungsnetz IMN in der Signalleitung zwischen dem ersten Port P1 und dem zweiten Port P2 zu haben. Falls das Filter ein Übertragungsfilter ist, wird es bevorzugt, dass das Impedanzanpassungsnetz zwischen dem Eingangsport, über welchen Übertragungssignale von dem Leistungsverstärker auf einer Seite empfangen werden, und den Filterstufen auf der anderen Seite liegt.
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7 veranschaulicht die Möglichkeit, ein Hochpassfilter HPF als ein erstes Teilfilter und ein Tiefpassfilter LPF als ein zweites Teilfilter zu haben, die elektrisch zwischen dem ersten Port P1 und dem zweiten Port P2 in Reihe verbunden sind. Das HF-Filter F weist drei schaltbare Filterstufen auf. Abgesehen von der ersten schaltbaren Filterstufe SFS1 sind eine zweite schaltbare Filterstufe SFS2 und eine dritte schaltbare Filterstufe SFS3 zwischen dem ersten Port P1 und dem zweiten Port P2 verteilt. Ferner ist abgesehen von der ersten festen Filterstufe FFS1 eine zweite feste Filterstufe FFS2 in dem Signalpfad zwischen dem ersten Port P1 und dem zweiten Port P2 angeordnet. Das Hochpassfilter HPF umfasst die erste schaltbare Filterstufe SFS1, eine erste zusätzliche schaltbare Filterstufe SFS2 und die erste feste Filterstufe FFS1. Das Tiefpassfilter LPF umfasst eine zweite feste Filterstufe FFS2 und eine zweite zusätzliche schaltbare Filterstufe SFS3.
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Das Hochpassfilter umfasst eine feste Filterstufe und zwei schaltbare Filterstufen. Die feste Filterstufe und die zwei schaltbaren Filterstufen sind jeweils Filterstufen erster Ordnung. Das Tiefpassfilter LPF umfasst eine Filterstufe zweiter Ordnung als eine feste Filterstufe FFS2 und eine schaltbare Filterstufe erster Ordnung SFS3.
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Dementsprechend kann das Hochpassfilter als ein Filter erster Ordnung, ein Filter zweiter Ordnung und ein Filter dritter Ordnung geschaltet werden. Das Tiefpassfilter LPF kann als ein Filter zweiter Ordnung oder ein Filter dritter Ordnung geschaltet werden.
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Jede Hochpassfilterstufe kann ein kapazitives Element in dem Signalpfad aufweisen. Die schaltbaren Filterstufen können das kapazitive Element in dem entsprechenden Segment des Signalpfades nebenschließen. Die feste Filterstufe des Hochpassfilters weist zwei kapazitive Elemente auf, die elektrisch in Reihe verbunden sind.
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Die feste Filterstufe des Tiefpassfilters weist zwei induktive Elemente auf, die elektrisch in dem Signalpfad in Reihe verbunden sind. Die schaltbare Filterstufe des Tiefpassfilters weist eine Parallelverbindung des kapazitiven Elements und eines induktiven Elements in dem Signalpfad auf, wobei das entsprechende Segment des Signalpfades nebengeschlossen werden kann.
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Jede Filterstufe weist einen Parallelpfad PP auf, der ein induktives Element zwischen dem Schalter oder dem Signalpfad und Masse umfasst. Die schaltbaren Filterstufen weisen ein kapazitives Element zwischen dem Schalter und dem induktiven Element auf. Ferner weisen die schaltbaren Filterstufen des Hochpassfilters ein kapazitives Element, das elektrisch parallel mit dem induktiven Element in dem Parallelpfad PP verbunden ist, auf.
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Über den Schalter und den entsprechenden Shunt-Pfad SHP können die Schaltkreiselemente der Stufe von der Signalleitung zwischen dem ersten Port P1 und dem zweiten Port P2 entkoppelt werden.
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Die feste Filterstufe des Tiefpassfilters weist ein kapazitives Element auf, das elektrisch parallel mit jedem der zwei induktiven Elemente in dem Signalpfad verbunden ist. Der Parallelpfad PP der festen Filterstufe FFS2 des Tiefpassfilters LPF weist ein kapazitives Element zwischen dem Signalpfad und dem induktiven Element auf.
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In Abhängigkeit von dem Schaltzustand der Schalter der schaltbaren Filterstufen SFS können unterschiedliche Betriebsmodi erhalten werden.
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8 veranschaulicht einen Betriebsmodus, bei dem alle schaltbaren Filterstufen aktiviert sind und ihre entsprechenden Schaltkreiselemente mit dem Filter gekoppelt sind. Dementsprechend wird ein Bandpassfilter, das ein Hochpassfilter dritter Ordnung und ein Tiefpassfilter dritter Ordnung umfasst, erhalten.
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9 veranschaulicht einen anderen Betriebsmodus, bei dem zwei schaltbare Filterstufen SFS1, SFS2 des Hochpassfilters von dem Filterschaltkreis entkoppelt sind. Die schaltbare Filterstufe SFS3 des Tiefpassfilters ist aktiviert und ihre Schaltkreiselemente sind zu dem Filter hinzugefügt. Entsprechend ist ein Hochpassfilter erster Ordnung elektrisch mit einem Tiefpassfilter dritter Ordnung zwischen dem ersten Port und dem zweiten Port in Reihe verbunden.
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10 zeigt die frequenzabhängige Einfügedämpfung IL in einem breiten Frequenzbereich für die in 8 gezeigte Filtertopologie. Einfügedämpfungsanforderungen mit Bezug auf niedrige, mittlere und hohe LTE-Bänder (A, B) mit Bezug auf das 5-GHz-Wi-Fi-Band (C) und die Harmonischenunterdrückung (D) werden befolgt. Die Einfügedämpfung innerhalb des Durchlassbandes ist ausreichend niedrig mit Bezug auf die Spezifikation, obwohl die Einfügedämpfung immer noch niedriger sein könnte.
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11 zeigt die Übertragungsfunktion der Schaltkreistopologie aus 7, wenn das Tiefpassfilter ein Tiefpassfilter dritter Ordnung für das Hochpassfilter ist, das ein Hochpassfilter dritter Ordnung (3), ein Hochpassfilter zweiter Ordnung (2) und ein Hochpassteilfilter erster Ordnung (1) ist. Es ist klar gezeigt, dass die Einfügedämpfung signifikant reduziert wird, wenn die Ordnung des Hochpasses reduziert wird.
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Außerdem zeigt 13 die entsprechende Breitbandansicht der frequenzabhängigen Übertragungsfunktion für die in 11 gezeigten drei Betriebsmodi. Wenn das Unterdrückungsniveau für die LTE-Hochbänder weniger relevant ist, dann kann der Hochpass von einem Hochpass dritter Ordnung zu einem Hochpass zweiter Ordnung geschaltet werden. Wenn die mittleren LTE-Bänder weniger wichtig sind, dann kann der Hochpass ferner sogar zu einem Hochpass erster Ordnung geschaltet werden, um die Einfügedämpfung innerhalb des Durchlassbandes signifikant zu reduzieren. Auf der Seite der hohen Frequenz gefährdet eine Reduzierung der Ordnung des Hochpasses die Leistungsfähigkeit des Filters nicht wesentlich.
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13 veranschaulicht sechs mögliche Betriebsmodi der in 7 gezeigten Schaltkreistopologie für eine vergrößerte Ansicht der Durchlassbandfrequenzen. Modi 1, 1', 2, 2' und 3, 3' entsprechen dem, dass das Hochpassfilter ein Hochpassfilter erster Ordnung, zweiter Ordnung oder dritter Ordnung ist. Der Unterschied zwischen den Modi 1, 2, 3 und 1', 2' und 3' ist der Schaltzustand der schaltbaren Filterstufe in dem Tiefpassfilter. Kurven 1, 2, 3 entsprechen einem Tiefpassfilter dritter Ordnung. Modi 1', 2', 3' entsprechen einem Tiefpassfilter zweiter Ordnung.
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14 veranschaulicht die entsprechende Breitbandansicht der sechs Betriebsmodi.
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15 veranschaulicht das Spannungsstehwellenverhältnis für unterschiedliche Betriebsmodi, die klar zeigen, dass eine erforderliche Impedanzanpassung unabhängig von dem Schaltstatus des Filters erreicht wird. Dementsprechend ist das schaltbare Filter wohl in dem Impedanzsystem der Schaltkreiselemente des entsprechenden Frontend-Systems integriert.
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Das HF-Filter und das Verfahren zum Schalten eines HF-Filters sind nicht auf die oben beschriebenen oder in den Figuren gezeigten Ausführungsformen oder Einzelheiten beschränkt. Das adaptive HF-Filter kann weitere Schaltkreiselemente und weitere schaltbare und feste Filterstufen und weitere Signalpfade umfassen. Das Verfahren zum Schalten des Filters kann weitere Schaltschritte umfassen.
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Bezugszeichenliste
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- F:
- adaptives HF-Filter
- FFS:
- feste Filterstufe
- HPF:
- Hochpassfilter
- IMN:
- Impedanzanpassungsnetz
- LPF:
- Tiefpassfilter
- P1, P2:
- erster, zweiter Port
- PB:
- Durchlassband
- PP
- Parallelpfad
- SFS:
- schaltbare Filterstufe
- SHP:
- Shunt-Pfad
- SL:
- Signalleitung
- SW:
- Schalter
