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Die vorliegende Erfindung betrifft HF-Bandpassfilter, Filterkomponenten und Duplexer, die in Frontend-Systemen von mobilen Kommunikationseinrichtungen verwendet werden können.
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In mobilen Kommunikationseinrichtungen ist eine Filterfunktionalität erforderlich, die eine hohe elektrische Leistung, breite Durchlassbänder und eine Dämpfung auf dem Stand der Technik bereitstellt. Weiterhin sollten Filter von mobilen Kommunikationseinrichtungen mit Koexistenzanforderungen, z.B. zum simultanen Nutzen von verschiedenen Frequenzbändern, kompatibel sein. Weiterhin sollten eine derartige Funktionalität realisierende entsprechende Komponenten eine hohe Integrationsdichte und eine geringe Einfügungsdämpfung aufweisen, um Energie einzusparen.
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Aufgrund des Trends zu einer steigenden Anzahl von Funkfunktionen besteht eine Notwendigkeit zum Auslegen von neuen Filtern. Was erwünscht ist, ist jedoch die Möglichkeit, neue Filter mit reduziertem Aufwand auszulegen. Außerdem ist ein hoher Grad an Flexibilität beim Auslegen von neuer Filterfunktionalität erwünscht.
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Somit werden HF-Filter, die diese Anforderungen erfüllen, benötigt.
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Ein entsprechender HF-Filter, eine Filterkomponente und ein Duplexer gemäß der unabhängigen Ansprüche werden bereitgestellt. Abhängige Ansprüche stellen bevorzugte Ausführungsformen bereit.
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Ein HF-Bandpassfilter (HF-Hochfrequenz) umfasst einen Eingangsport und einen Ausgangsport. Ein Signalpfad ist zwischen dem Eingangsport und dem Ausgangsport angeordnet und verbindet elektrisch den Eingangsport mit dem Ausgangsport. Weiterhin besitzt das Bandpassfilter ein oder mehrere Induktanzelemente und ein oder mehrere Kapazitätselemente. Außerdem besitzt das HF-Bandpassfilter einen ersten elektroakustischen Resonator. Das HF-Bandpassfilter stellt mindestens ein Durchlassband bereit. Der erste elektroakustische Resonator ist akustisch inaktiv bei Frequenzen innerhalb des Durchlassbands. Das HF-Bandpassfilter ist ein Hybridfilter.
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Ein derartiges HF-Bandpassfilter ist ein Hybridfilter, der LC-Elemente und elektroakustische Elemente nutzt. Ein Induktanzelement besitzt eine spezifische Induktivität und kann als eine Spulenanordnung oder als Feld von Leitersegmenten realisiert werden, als Beispiel. Ein Kapazitätselement besitzt eine spezifische Kapazität und kann als ein Kondensator realisiert werden, der ein dielektrisches Material zwischen zwei Elektroden umfasst.
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Im Gegensatz dazu ist ein elektroakustischer Resonator eine Struktur, die mindestens in einem spezifischen Frequenzbereich akustisch aktiv sein kann. Ein elektroakustischer Resonator umfasst üblicherweise ein piezoelektrisches Material und Elektrodenstrukturen. Elektrodenstrukturen sind mit dem piezoelektrischen Material verbunden, und falls ein HF-Signal an die Elektrodenstruktur angelegt wird, wandeln die Elektrodenstruktur und das piezoelektrische Material dann aufgrund des piezoelektrischen Effekts zwischen HF-Signalen und Schallwellen um. Elektroakustische Resonatoren stellen üblicherweise eine Resonanzfrequenz und eine Antiresonanzfrequenz, über der Resonanzfrequenz angeordnet, bereit. Die Transferfunktion erreicht eine kleinste Einfügungsdämpfung bei der Resonanzfrequenz und eine größte Einfügungsdämpfung bei der Antiresonanzfrequenz.
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Kapazitätselemente und Induktanzelemente können als reine Kapazitätselemente bzw. Induktanzelemente realisiert werden. Ein reines Kapazitätselement oder ein reines Induktanzelement ist bei jeder möglichen relevanten Frequenz akustisch inaktiv.
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Aufgrund der komplexen Wechselwirkung jedoch zwischen akustischen Effekten und elektrischen Eigenschaften eines elektroakustischen Resonators gibt es Frequenzbereiche, in denen ein elektroakustischer Resonator nur eine elektrische Antwort liefert, die gleich der elektrischen Antwort eines reinen Kapazitätselements ist. In Frequenzbereichen, in denen ein elektroakustischer Resonator akustisch aktiv ist, liefert der elektroakustische Resonator ein komplexeres Verhalten. In seinem akustisch aktiven Frequenzbereich liefert ein elektroakustischer Resonator eine elektrische Antwort entsprechend der einer Parallelverbindung, die einen ersten Zweig und einen zweiten Zweig umfasst. Im ersten Zweig der Parallelverbindung ist ein Kapazitätselement enthalten. Im zweiten Parallelzweig ist eine Reihenverbindung aus einem Kapazitätselement und einem Induktanzelement enthalten.
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Aus
WO 2006/032366 A1 sind Hybridfilter bekannt.
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US 2014/0035702 A1 beschreibt Hybridfilter mit LC- und MEMSbasierten Resonatoren. Es werden auch Chebyshev-Filter erläutert.
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Im Gegensatz zu bekannten Hybridfiltern jedoch verwendet das vorliegende HF-Bandpassfilter einen elektroakustischen Resonator, der im Durchlassband akustisch inaktiv ist. Im Kontext der vorliegenden Anmeldung bedeutet der Ausdruck „akustisch inaktiv“ bei Frequenzen innerhalb des Durchlassbands“, dass die Transferfunktion des Filters im Wesentlichen unverändert wäre, wenn der elektroakustische Resonator durch ein reines Kapazitätselement mit einer Kapazität gleich der statischen Kapazität des elektroakustischen Resonators ersetzt würde. Bei herkömmlichen Hybridfiltern werden die akustischen Eigenschaften von elektroakustischen Resonatoren zum Formen des Durchlassbands verwendet. Somit ist der mit dem oben beschriebenen Bandpassfilter vorgelegte Ansatz kontraintuitiv. Das vorliegende Bandpassfilter basiert jedoch auf der Idee, dass, um die Designbemühungen einfach zu halten, bekannte LC-Filter einfach durch die vorgelegten Bandpassfilter ersetzt werden könnten und keine weiteren Überlegungen bezüglich der Filtercharakteristika in den Durchlassbändern erforderlich sind. Insbesondere werden die Eigenschaften des elektroakustischen Resonators nicht zum Formen des Durchlassbands verwendet, sondern zum Verbessern der Transfercharakteristika außerhalb des Durchlassbands, zum Beispiel zum Herstellen von Kerben außerhalb des Durchlassbands.
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Entsprechend wird ein HF-Bandpassfilter bereitgestellt, der reine Kapazitätselemente, reine Induktanzelemente und elektroakustische Resonatoren kombiniert.
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Das mindestens eine Induktanzelement und das mindestens eine Kapazitätselement bilden ein LC-Element. Ein oder mehrere LC-Elemente können verwendet werden, um die gewünschte Filterfunktionalität bei Durchlassbandfrequenzen bereitzustellen.
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Ein Induktanzelement und ein Kapazitätselement können in einer Parallelkonfiguration angeordnet werden, um eine LC-Parallelschaltung zu erzeugen. Es ist jedoch möglich, dass ein Induktanzelement und ein Kapazitätselement in einer Reihenkonfiguration angeordnet werden können, was eine LC-Reihenschaltung bildet.
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Schaltungselemente können kaskadiert werden, um die Außerbanddämpfung zu verbessern.
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Das Bandpassfilter kann eine leiterartige Konfiguration besitzen. In einer leiterartigen Konfiguration sind Reihenelemente elektrisch in den Signalpfad zwischen dem Eingangsport und dem Ausgangsport geschaltet und Nebenschlusselemente sind elektrisch in Nebenschlusspfade geschaltet, die den Signalpfad elektrisch mit Masse verbinden.
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Es ist möglich, dass das HF-Bandpassfilter zwei oder mehr elektroakustische Resonatoren und mehrere Induktanz- und Kapazitätselemente umfasst.
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Es ist möglich, dass die elektroakustischen Resonatoren des Bandpassfilters ausgewählt werden unter SAW-Resonatoren (SAW = Surface Acoustic Wave = akustische Oberflächenwellen), TF-SAW-Resonatoren (TF = Thin-Film = Dünnfilm), BAW-Resonatoren (BAW = Bulk Acoustic Wave) und GBAW-Resonatoren (GBAW = Guided Bulk Acoustic Wave).
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Ein SAW-Resonator umfasst ein piezoelektrisches Material. Auf dem piezoelektrischen Material sind interdigitierte kammartige Elektrodenstrukturen angeordnet. Die Elektrodenstrukturen umfassen Elektrodenfinger. Elektrodenfinger können elektrisch mit einer von zwei gegenüberliegenden Sammelschienen verbunden sein. Zwischen Elektrodenfingern, die elektrisch mit gegenüberliegenden Sammelschienen verbunden sind, wird ein Erregungsbereich erhalten. Die Elektrodenstruktur wandelt zusammen mit dem piezoelektrischen Material zwischen HF-Signalen und Schallwellen um, wenn ein HF-Signal an die Sammelschienen der Elektrodenstruktur angelegt wird. Im Fall von SAW-Resonatoren werden akustische Oberflächenwellen generiert, die sich an der Oberfläche des piezoelektrischen Materials ausbreiten. Reflektorstrukturen wie etwa strukturierte Metallstreifen sind an gegenüberliegenden Enden der akustischen Bahn angeordnet und wirken als akustische Reflektoren, die Schallwellen und die Energie der Wellen innerhalb der akustischen Bahn einschließen, so dass eine schwingende Struktur erhalten wird.
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Im Gegensatz dazu besitzen BAW-Resonatoren eine Bodenelektrode, eine Deckelektrode und ein zwischen der Bodenelektrode und der Deckelektrode in einem sandwichartigen Schichtstapel angeordnetes piezoelektrisches Material. Schallwellen werden in der Form von Longitudinalwellen generiert. Die akustische Energie wird durch Anwenden eines akustischen Spiegels oder eines Hohlraums unter der Bodenelektrode auf die schwingende Struktur beschränkt. Der akustische Spiegel kann mehrere Schichten mit unterschiedlicher akustischer Impedanz umfassen.
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TF-SAW-Resonatoren besitzen einen Aufbau ähnlich SAW-Resonatoren. Wenngleich SAW-Resonatoren jedoch auf Elektrodenstrukturen basieren, die auf einem einkristallinen piezoelektrischen Material angeordnet sind, besitzen TF-SAW-Resonatoren Elektrodenstrukturen, die auf einem piezoelektrischen Dünnfilm angeordnet sind. Somit werden die piezoelektrischen Materialien der TF-SAW-Resonatoren durch Abscheiden des piezoelektrischen Materials unter Verwendung von Dünnfilmabscheidungstechniken wie etwa Sputtern, chemischer Dampfabscheidung, physikalischer Dampfabscheidung, Molekularstrahlepitaxie oder dergleichen erhalten.
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GBAW-Resonatoren besitzen ein piezoelektrisches Material und eine darauf angeordnete interdigitierte kammartige Elektrodenstruktur. Die Elektrodenstruktur wird von einer oder mehreren weiteren Schichten bedeckt. Es werden Schallwellen generiert, die sich an der Grenzfläche zwischen dem piezoelektrischen Material und dem weiteren Material ausbreiten. Als ein weiteres Material kann eine Temperaturkompensationsschicht verwendet werden. Eine Temperaturkompensationsschicht besitzt temperaturabhängige Charakteristika, die unerwünschte temperaturabhängige Charakteristika der Elektrodenstrukturen und des piezoelektrischen Materials kompensieren. Somit können elektroakustische Resonatoren mit einer reduzierten oder sogar eliminierten Frequenzdrift von charakteristischen Frequenzen erhalten werden.
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Es ist möglich, dass in dem Durchlassband der elektroakustische Resonator nur durch seine statische Kapazität gekennzeichnet ist. Somit wirkt der elektroakustische Resonator im Durchlassband als ein reines kapazitives Element und die anderen Filterkomponenten „sehen“ nur die statische Kapazität des elektroakustischen Resonators.
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Es ist möglich, dass der elektroakustische Resonator in einem Sperrband außerhalb des Durchlassbands akustisch aktiv ist.
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Die Akustik des elektroakustischen Resonators kann genutzt werden, um Frequenzbereiche mit einer hohen Einfügungsdämpfung zu erzeugen, die von steilen Sperrbandflanken begleitet wird.
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LC-Filter können - je nach ihrem Grad der Kaskadierung - eine gute Außerbanddämpfung bereitstellen. Der typische Übergang von einem Frequenzbereich mit niedriger Einfügungsdämpfung zu einem Frequenzbereich mit hoher Einfügungsdämpfung verlangt jedoch einen breiten Frequenzbereich. Die charakteristischen Eigenschaften der elektroakustischen Resonatoren, die die Resonanz und Antiresonanz des Resonators nutzen, können jedoch verwendet werden, um die Funktionalität von steilen Übergängen mit Einfügungsdämpfung zu der Funktionalität von reinen LC-Filtern hinzuzufügen.
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Es ist möglich, dass ein Reihenimpedanzelement elektrisch in Reihe in den Signalpfad geschaltet ist.
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Außerdem ist es möglich, dass ein Parallelimpedanzelement elektrisch in einen Nebenschlusspfad geschaltet ist, der den Signalpfad elektrisch mit Masse verbindet.
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Dies bedeutet, dass die Position von reinen Impedanzelementen wie etwa reinen Induktanzelementen und reinen Kapazitätselementen nicht nur auf den Signalpfad oder nur auf die Nebenschlusspfade beschränkt ist. Der Signalpfad und der eine oder die mehreren Nebenschlusspfade können reine Induktanzelemente bzw. reine Kapazitätselemente umfassen.
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Außerdem ist die Position der elektroakustischen Resonatoren nicht entweder auf den Signalpfad oder auf einen spezifischen Nebenschlusspfad beschränkt. Der Signalpfad kann einen oder mehrere elektroakustische Resonatoren umfassen, und jeder Nebenschlusspfad kann einen oder mehrere elektroakustische Resonatoren umfassen. Es ist jedoch nicht notwendig, dass jeder Nebenschlusspfad einen elektroakustischen Resonator besitzt.
Dementsprechend ist es möglich, dass ein elektroakustischer Resonator in den Signalpfad oder in einen Nebenschlusspfad geschaltet ist.
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Es ist möglich, dass ein reines Kapazitätselement elektrisch in den Signalpfad oder in einen Nebenschlusspfad geschaltet ist.
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Eine mögliche Konfiguration des HF-Bandpassfilters umfasst zwei elektroakustische Resonatoren und zwei Induktanzelemente im Signalpfad. Weiterhin umfasst das Filter zwei Nebenschlusspfade. Jeder Nebenschlusspfad besitzt einen elektroakustischen Resonator. Weiterhin umfasst das Filter einen Nebenschlusspfad mit einem Induktanzelement. Weiterhin umfasst das Filter ein Kapazitätselement, das elektrisch parallel zu dem Signalpfad geschaltet ist.
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Es ist auch möglich, dass das HF-Bandpassfilter vier elektroakustische Resonatoren und zwei Induktanzelemente im Signalpfad umfasst. Diese Konfiguration besitzt vier Nebenschlusspfade. Jeder Nebenschlusspfad besitzt einen elektroakustischen Resonator. Ein Nebenschlusspfad besitzt ein Induktanzelement und ein Kapazitätselement ist elektrisch parallel zu dem Signalpfad geschaltet.
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Weiterhin ist es möglich, dass das HF-Bandpassfilter drei elektroakustische Resonatoren, ein Kapazitätselement und zwei Induktanzelemente im Signalpfad besitzt. Das Filter besitzt drei Nebenschlusspfade. Jeder Nebenschlusspfad besitzt einen elektroakustischen Resonator. Weiterhin besitzt das Filter einen Nebenschlusspfad mit einem Kapazitätselement und einen Nebenschlusspfad mit einem Induktanzelement. Zusätzlich ist ein Kapazitätselement elektrisch parallel zu dem Signalpfad geschaltet.
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Die Bereitstellung eines Hybridfilters wie oben beschrieben gestattet die Bereitstellung eines entsprechenden Filtermoduls, das in einem ultrakompakten Package hergestellt werden kann, während es gleichzeitig ausgezeichnete akustische Eigenschaften besitzt, und das mit der Integration von mehreren Filterfunktionalitäten in einer einzelnen Komponente kompatibel ist.
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Insbesondere können reine Kapazitätselemente oder reine Induktanzelemente oder allgemeiner Impedanzelemente, die in jedem Frequenzbereich akustisch inaktiv sind, mit einem ersten Trägersubstrat assoziiert sein, während elektroakustische Resonatoren mit einem zweiten Trägersubstrat assoziiert sein können. Die elektrischen Schaltungselemente mit einem ähnlichen Aufbau besitzen eine ähnliche Umgebung, die gemäß den elektrischen Anforderungen der entsprechenden Schaltungselemente gewählt wird. Die Umgebung von Kapazitätselementen kann so gewählt werden, dass das Dielektrikum zwischen den Elektroden der Kapazitätselemente Anforderungen bezüglich der Dielektrizitätskonstanten erfüllt. Leitersegmente von Induktanzelementen können in ein mehrschichtiges Substrat integriert oder als eine SMD-Komponente (SMD = Surface Mounted Device - oberflächenmontiertes Bauelement) auf einem entsprechenden Trägersubstrat angeordnet werden.
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Im Gegensatz dazu besitzen elektroakustische Resonatoren spezielle Anforderungen hinsichtlich Schutz und Kapselung. Die empfindlichen Komponenten von elektroakustischen Resonatoren müssen vor Umwelteinflüssen geschützt werden, während sie gleichzeitig von Strukturen getrennt sein müssen, die Schallenergie ableiten. Somit existiert möglicherweise die Notwendigkeit für einen gekapselten Hohlraum in der Nähe der empfindlichen Strukturen der elektroakustischen Komponenten. Entsprechend kann das zweite Trägersubstrat so gewählt werden, dass die Erfordernisse der akustischen Resonatoren erfüllt werden.
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Dementsprechend ist es möglich, dass ein Filtermodul ein erstes Substrat und ein zweites Substrat umfasst. Das zweite Substrat kann auf dem ersten Substrat angeordnet und elektrisch mit dem ersten Substrat verbunden sein. Mindestens zwei Kapazitätselemente und zwei Induktanzelemente sind in oder an dem ersten Substrat angeordnet. Mindestens ein elektroakustischer Resonator ist in oder an dem zweiten Substrat angeordnet. Impedanzelemente und mindestens ein elektroakustischer Resonator bilden ein HF-Bandpassfilter wie oben beschrieben.
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Weiterhin ist es möglich, dass ein Duplexer oder ein Multiplexer eines höheren Grads mindestens ein Filter wie oben beschrieben umfasst.
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Somit werden ultrakompakte Hochleistungs- und Breitband-HF-Filter realisiert. Die Filter können eine zusätzliche akustikbasierte Kerbfilterungsfunktionalität besitzen, um Dämpfungs- und Koexistenzanforderungen nach dem Stand der Technik zu erfüllen.
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Ein Trägersubstrat für reine passive Impedanzelemente können ein LTCC-Material (LTCC = Low Temperature Co-Fired Ceramics) oder ein ein organisches Material umfassendes Laminatmaterial umfassen.
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Der hohe Gütefaktor von elektroakustischen Resonatoren gestattet die Verbesserung von LC-Filtern insbesondere an Frequenzpositionen, wo eine hohe Flankensteilheit erforderlich ist. Die mechanische und elektrische Verbindung von zwei Substraten, wobei jedes Substrat auf entweder passive oder akustisch aktive Komponenten optimiert ist, liefert kompakte geometrische Abmessungen, die mit dem anhaltenden Trend zu Miniaturisierung kompatibel sind.
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Zentrale Aspekte des Filters und von Details von bevorzugten Ausführungsformen sind in den beiliegenden schematischen Figuren gezeigt.
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In den Figuren zeigen:
- 1 ein mögliches Äquivalentschaltdiagramm eines Bandpassfilters;
- 2 die doppelte Natur eines elektroakustischen Resonators;
- 3 eine zwei Substrate umfassende Komponente;
- 4 ein Äquivalenzschaltdiagramm eines Bandpassfilters außerhalb eines Durchlassbands;
- 5 die frequenzabhängige Transferfunktion, falls keine akustischen Effekte berücksichtigt werden;
- 6 die entsprechende frequenzabhängige Transferfunktion mit berücksichtigten akustischen Effekten;
- 7 die Leistung eines das vorgeschlagene Filter nutzenden Duplexers;
- 8 die Möglichkeit, mehr als ein Sperrband zu haben;
- 9 ein Äquivalenzschaltdiagramm entsprechend der Transferfunktion von 8; und
- 10 und 11 entsprechende Frequenzcharakteristika und eine Filtertopologie.
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1 zeigt ein Äquivalenzschaltdiagramm eines LC-Filters, der einen Bandpassfilter BPF bildet. Das Filter besitzt einen Eingangsport IN und einen Ausgangsport OUT. Ein Signalpfad SP verbindet den Eingangsport IN elektrisch mit dem Ausgangsport OUT. In dem Signalpfad SP sind ein Kapazitätselement CE, ein Induktanzelement, ein zusätzliches Induktanzelement und ein zusätzliches Kapazitätselement zwischen dem Eingangsport IN und dem Ausgangsport OUT elektrisch in Reihe geschaltet. Ein erster Nebenschlusspfad verbindet den Knoten zwischen dem ersten Kapazitätselement und dem ersten Induktanzelement des Signalpfads SP elektrisch mit Masse. In einem zweiten Nebenschlussweg verbindet ein Induktanzelement IE die beiden Elektroden der beiden Induktanzelemente in dem Signalpfad SP mit Masse. Ein dritter Nebenschlussweg SHP verbindet den Knoten zwischen dem zweiten Induktanzelement und dem zweiten Kapazitätselement elektrisch mit Masse. Ein zusätzliches Kapazitätselement verbindet den Eingangsport IN elektrisch mit dem Ausgangsport OUT. Dieses zusätzliche Kapazitätselement ist elektrisch parallel zu dem Signalpfad SP geschaltet.
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Eines oder mehrere der Kapazitätselemente CE des Bandpassfilters BPF von 1 können durch einen elektroakustischen Resonator realisiert werden, der in dem Durchlassband akustisch inaktiv ist.
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Die doppelte Natur eines elektroakustischen Resonators EAR ist in 2 dargestellt: In einem Frequenzbereich weg von der Resonanzfrequenz und der Antiresonanzfrequenz des elektroakustischen Resonators EAR wird der elektroakustische Resonator EAR nur als ein Kapazitätselement CE gesehen. In einem Frequenzbereich nahe der Resonanzfrequenz und nahe der Antiresonanzfrequenz jedoch entspricht die elektrische Antwort des elektroakustischen Resonators der einer Parallelverbindung mit zwei Zweigen. Im ersten Zweig ist ein einzelnes Kapazitätselement CE angeordnet. Der zweite Zweig besteht aus einer Reihenverbindung aus einem Kapazitätselement CE und einem Induktanzelement IE. Die jeweiligen Kapazitätselemente CE der beiden Zweige besitzen nicht notwendigerweise den gleichen Kapazitätswert.
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Somit entspricht das in 1 gezeigte Äquivalenzschaltdiagramm einer Frequenz innerhalb des Durchlassbands. Außerhalb des Durchlassbands und nahe der Resonanzfrequenz und der Antiresonanzfrequenz des elektroakustischen Resonators muss das Kapazitätselement in dem Äquivalenzschaltdiagramm durch die Parallelkonfiguration mit den zwei Zweigen ersetzt werden, wie am unteren Teil der rechten Seite von 2 gezeigt.
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3 veranschaulicht die Möglichkeit des elektrischen und mechanischen Verbindens eines ersten Substrats S1 und eines zweiten Substrats S2, um eine einzelne Filterkomponente FC zu erhalten. Die Filterkomponente FC besitzt die reinen Induktanzelemente und die reinen Kapazitätselemente, in oder an dem ersten Substrat S1 realisiert. Das zweite Substrat S2 liefert das Gehäuse für die empfindlichen Elemente des mindestens einen elektroakustischen Resonators. Höckerverbindungen BC verbinden die beiden Substrate S1, S2 mechanisch und elektrisch.
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Verschiedene elektrische Verbindungen zwischen den Substraten, wie etwa Drahtverbindungen, sind jedoch ebenfalls möglich.
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4 veranschaulicht ein Äquivalenzschaltdiagramm, wo vier elektroakustische Resonatoren akustisch aktiv sind. Somit sind in dem jeweiligen Frequenzbereich außerhalb eines Durchlassbands ein erster elektroakustischer Resonator EAR, ein erstes Induktanzelement, ein zweites Induktanzelement und ein zweiter elektroakustischer Resonator in dem Signalpfad SP zwischen dem Eingangsport IN und dem Ausgangsport OUT elektrisch in Reihe geschaltet. In dem ersten Nebenschlusspfad verbindet ein elektroakustischer Resonator den Signalpfad SP mit Masse. Außerdem verbindet in dem dritten Nebenschlusspfad SHP ein elektroakustischer Resonator den Signalpfad SP elektrisch mit Masse.
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5 veranschaulicht die Transferfunktion der in 1 gezeigten Filtertopologie, wenn nur reine Kapazitätselemente ohne akustische Eigenschaften verwendet werden. Innerhalb des Durchlassbands wird eine geringe Einfügungsdämpfung erhalten, und bei recht weit weg von dem Durchlassband liegenden Frequenzen werden die Anforderungen hinsichtlich des Sperrgrads erfüllt.
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Falls jedoch zukünftige Spezifikationen eine hohe Einfügungsdämpfung bei Frequenzbereichen nahe dem Durchlassband erfordern, dann würden herkömmliche Topologien jedoch diese zukünftigen Spezifikationen nicht einhalten können.
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Um die Möglichkeit zu haben, dass zukünftige Spezifikationen eingehalten werden, während gleichzeitig der Aufwand zum Auslegen von verbesserten Filtern gering gehalten wird, löst der oben beschriebene Austausch die beiden Probleme elegant.
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Entsprechend veranschaulicht 6 die Effekte des Nutzens von elektroakustischen Resonatoren in einem per se LC-Filter, um die Filtercharakteristika außerhalb des Durchlassbands zu verbessern. Im Vergleich zu der in 5 gezeigten Transferfunktion liefert die Berücksichtigung der akustischen Eigenschaften einen zusätzlichen Frequenzbereich mit einer hohen Einfügungsdämpfung, flankiert von schmalen Übergangsbereichen, während die Durchlassbandcharakteristika unverändert bleiben.
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7 veranschaulicht, dass entsprechende Filter kombiniert werden können, um einen Duplexer herzustellen. Der Duplexer liefert ein Durchlassband für das niedrige Band LB und ein Durchlassband für das mittlere Band MB. In beiden Transferfunktionen werden elektroakustische Resonatoren genutzt um einen zusätzlichen Frequenzbereich mit hoher Dämpfung, flankiert von schmalen Übergangsbereichen, bereitzustellen.
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8 veranschaulicht die Möglichkeit des Bereitstellens von elektroakustischen Resonatoren, so dass außerhalb des Durchlassbands mehr als ein Sperrfrequenzbereich erhalten wird. In diesem Fall werden ein zusätzlicher Sperrfrequenzbereich unter dem Durchlassband und ein zusätzlicher Sperrfrequenzbereich über dem Durchlassband erhalten.
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9 veranschaulicht ein Äquivalenzschaltdiagramm, das die in 8 gezeigte Einfügungsdämpfung gestattet. Die Filtertopologie besitzt einen ersten und einen zweiten elektroakustischen Resonator, die elektrisch in einer Reihenkonfiguration vor der Reihenkonfiguration aus den beiden Induktanzelementen und einer zusätzlichen Reihenkonfiguration von zwei elektroakustischen Resonatoren hinter der Reihenkonfiguration aus den beiden Induktanzelementen konfiguriert ist. Weiterhin verbinden zwischen der ersten Reihenkonfiguration von akustischen Resonatoren und der Reihenkonfiguration aus den Induktanzelementen zwei Nebenschlusspfade den Signalpfad elektrisch mit Masse. Jeder Nebenschlusspfad besitzt einen elektroakustischen Resonator. Außerdem verbinden zwischen der Reihenkonfiguration aus den Induktanzelementen und der zweiten Reihenkonfiguration aus elektroakustischen Resonatoren zwei Nebenschlusspfade den Signalpfad elektrisch mit Masse. Jeder dieser beiden zweiten Nebenschlusspfade besitzt ebenfalls einen elektroakustischen Resonator.
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10 veranschaulicht eine frequenzabhängige Transferfunktion für die in 11 gezeigte Schaltungstopologie.
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11 liefert eine Filtertopologie mit zwei elektroakustischen Resonatoren, die im Vergleich zu der in 9 gezeigten Filtertopologie durch reine Kapazitätselemente ersetzt sind. Insbesondere ist bezüglich der Filtertopologie von 9 der erste elektroakustische Resonator, wie von dem Eingangsport IN aus gesehen, durch ein reines Kapazitätselement ersetzt. Außerdem ist der elektroakustische Resonator des ersten Nebenschlusspfads, wie von dem Eingangsport IN aus gesehen, durch ein reines Kapazitätselement ersetzt.
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In Abhängigkeit von den spezifizierten Filteranforderungen kann die Filtertopologie somit derart zugeschnitten werden, dass die Filteranforderungen erfüllt sind, während der Designaufwand gering gehalten wird.
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Das HF-Bandpassfilter, das Filtermodul und der Duplexer sind nicht auf die oben gezeigten und beschriebenen Details und Ausführungsformen beschränkt. Das Filter kann weitere Filterkomponenten wie etwa weitere Filterstufen, elektroakustische Resonatoren und LC-Elemente umfassen, und die Komponente kann weitere Strukturen und Verbindungen umfassen.
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Bezugszeichenliste
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- BC:
- Höckerverbindung
- BPF:
- Bandpassfilter
- CE:
- Kapazitätselement
- EAR:
- elektroakustischer Resonator
- FC:
- Filterkomponente
- IE:
- Induktanzelement
- IL:
- Einfügungsdämpfung
- IN:
- Eingangsport
- LB:
- niedriges Band
- MB:
- mittleres Band
- OUT:
- Ausgangsport
- PP:
- Parallelpfad
- S1:
- erstes Substrat
- S2:
- zweites Substrat
- SHP:
- Nebenschlusspfad
- SP:
- Signalpfad
