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Die vorliegende Anmeldung betrifft ein Filterelement, eine Filtereinheit und eine Filteranordnung.
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Bei drahtlosen Datenübertragungseinrichtungen wie beispielsweise Mobiltelefonen werden Signale in unterschiedlichen Frequenzbereichen verwendet. Die Signale können insbesondere von einer gemeinsamen Antenne kommen, und es kann daher erforderlich sein, sie zu trennen, zu filtern und zu dem entsprechenden Sender weiterzuleiten. Zum Beispiel werden zukünftige Einrichtungen den 5G-Standard unterstützen müssen, bei dem höhere Frequenzen als bei dem 3G- oder 4G-Standard verwendet werden.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Anmeldung, ein Filterelement bereitzustellen, das in der Lage ist, Frequenzen in einem hohen Frequenzband wie beispielsweise dem 5G-Niedrigband aus anderen zur drahtlosen Datenübertragung zu verwendenden Frequenzbändern zu extrahieren.
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Diese und andere Aufgaben werden unter anderem durch ein Filterelement nach Anspruch 1 gelöst. Ferner werden eine Filtereinheit und eine Filteranordnung beschrieben. Durch abhängige Ansprüche werden weitere Ausführungsformen bereitgestellt.
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Es wird ein mindestens drei Anschlüsse umfassendes Filterelement beschrieben. Das Filterelement umfasst zum Beispiel genau drei extern verbindbare Anschlüsse. Zum Beispiel ist ein erster Anschluss mit einer Antenne verbindbar.
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Im Folgenden wird der Signalweg für Frequenzen beschrieben, die von der Antenne empfangen werden sollen, sofern nicht anders angegeben. Allerdings kann der Signalweg auch umgekehrt sein, d.h., die Antenne kann auch zum Senden von Strahlung verwendet werden. Insbesondere kann die Antenne sowohl zum Empfangen als auch zum Senden von Strahlung in mindestens einem Frequenzbereich ausgestaltet sein.
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Gemäß mindestens einer Ausführungsform des Filterelements umfasst das Filterelement ein Bandpassfilter. Das Bandpassfilter ist insbesondere zwischen dem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss angeordnet. Auf diese Weise muss ein sich von dem ersten Anschluss zu dem zweiten Anschluss und umgekehrt bewegendes elektrisches Signal das Bandpassfilter passieren.
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Der Begriff „dazwischen angeordnet“ bezieht sich, wenn er in Verbindung mit Elementen oder Anschlüssen des Filterelements oder anderen elektronischen Komponenten verwendet wird, sofern nicht anders angegeben, auf den Signalweg zwischen diesen Elementen oder Anschlüssen anstatt auf die tatsächliche räumliche Beziehung.
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Zum Beispiel ist das Bandpassfilter derart ausgestaltet, dass es Frequenzen in einem ersten Frequenzbereich sendet. Der erste Frequenzbereich weist insbesondere Frequenzen über 3 GHz auf.
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Gemäß mindestens einer Ausführungsform des Filterelements umfasst das Filterelement ein Kerbfilter. Das Kerbfilter ist zum Beispiel zwischen dem ersten Anschluss und einem dritten Anschluss angeordnet. Das Kerbfilter ist insbesondere derart ausgestaltet, dass es ein Senden mindestens eines Teils der oder aller Frequenzen in dem ersten Frequenzbereich blockiert. Anders ausgedrückt wirkt das Kerbfilter als ein Bandsperrfilter für Frequenzen in dem ersten Frequenzbereich. Das Kerbfilter ist zum Beispiel derart ausgestaltet, dass es mindestens einen Teil der oder alle Frequenzen in dem ersten Frequenzbereich reflektiert. Zum Beispiel werden mindestens 10 % oder mindestens 50 % der Gesamtsignalstärke von Frequenzen in dem ersten Frequenzbereich an dem Kerbfilter reflektiert.
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Das Kerbfilter und das Bandpassfilter können derart miteinander koordiniert werden, dass das Kerbfilter Frequenzen reflektiert, die durch das Bandpassfilter gesendet werden sollen. Dementsprechend kann das Bandpassfilter derart ausgestaltet sein, dass es Frequenzen reflektiert, die durch das Kerbfilter gesendet werden sollen.
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Gemäß mindestens einer Ausführungsform des Filterelements umfasst das Kerbfilter mindestens einen LC-Parallelresonator. Anders ausgedrückt umfasst das Kerbfilter mindestens ein induktives Element und mindestens ein kapazitives Element, die elektrisch parallel zueinander geschaltet sind. Insbesondere ist der LC-Parallelresonator mit dem ersten Anschluss kontaktiert.
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Der Begriff „verbunden mit“ bezieht sich sowohl auf eine direkte elektrische Verbindung ohne irgendein dazwischen liegendes Element als auch eine Verbindung über eine andere elektronische Komponente.
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Das induktive Element kann über Metallisierungsstrukturen und einen Schichtenstapel aus dielektrischen Schichten auf einem Substrat wie beispielsweise einem Glassubstrat realisiert werden. Das kapazitive Element kann eine Metall-Isolator-Metall-Struktur (MIM-Struktur) aufweisen.
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Zum Beispiel ist der LC-Parallelresonator derjenige Resonator des Kerbfilters, der dem ersten Anschluss am nächsten ist. Anders ausgedrückt gibt es keinen Resonator in dem Signalweg zwischen dem ersten Anschluss und dem LC-Parallelresonator des Kerbfilters. An dieser Position kann der LC-Parallelresonator zu einer hohen Reflexion für durch das Kerbfilter zu blockierende Frequenzen führen.
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Gemäß mindestens einer Ausführungsform des Filterelements umfasst das Kerbfilter mindestens einen LC-Reihen-Nebenschlussresonator. Der LC-Reihen-Nebenschlussresonator ist insbesondere, von dem ersten Anschluss aus gesehen, mit einem distalen Ende des LC-Parallelresonators verbunden. Eine Resonanzfrequenz des LC-Parallelresonators und eine Resonanzfrequenz des LC-Reihenresonators können dieselbe oder zumindest im Wesentlichen dieselbe sein. Alternativ können der LC-Parallelresonator und der LC-Reihenresonator verstimmte Resonanzfrequenzen aufweisen, zum Beispiel um höchstens 0,8 GHz oder um höchstens 0,5 GHz.
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Bei mindestens einer Ausführungsform des Filterelements umfasst das Filterelement einen mit einer Antenne verbindbaren ersten Anschluss, einen zweiten Anschluss und einen dritten Anschluss, wobei ein Bandpassfilter zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss angeordnet ist, wobei das Bandpassfilter derart ausgestaltet ist, dass es Frequenzen in einem ersten Frequenzbereich sendet. Ein Kerbfilter ist zwischen dem ersten Anschluss und dem dritten Anschluss angeordnet, wobei das Kerbfilter derart ausgestaltet ist, dass es ein Senden von mindestens einem Teil von Frequenzen in dem ersten Frequenzbereich blockiert. Das Kerbfilter umfasst einen LC-Parallelresonator, der mit dem ersten Anschluss und mindestens einem LC-Reihen-Nebenschlussresonator verbunden ist.
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Es hat sich herausgestellt, dass Resonatoren, bei denen induktive und kapazitive Elemente verwendet werden, besser für Kerbfilter geeignet sind, die ein Senden von Frequenzen blockieren sollen, die Frequenzen über 3 GHz aufweisen. Gleichzeitig können Einfügungsverluste für Frequenzen außerhalb des ersten Frequenzbereichs sehr niedrig gehalten werden.
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Insbesondere können das gesamte Kerbfilter und/oder das gesamte Bandpassfilter und/oder das gesamte Filterelement vollständig frei von elektroakustischen Resonatoren sein. Es hat sich herausgestellt, dass die Standardgestaltungen von Filtern, bei denen elektroakustische Resonatoren verwendet werden, nicht unmittelbar für diesen Frequenzbereich geeignet sind.
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Von dem ersten Anschluss aus gesehen, veranlasst der LC-Parallelresonator das Filterelement, sich für Frequenzen in dem ersten Frequenzbereich wie ein offener Schaltkreis zu verhalten, sodass diese Frequenzen reflektiert werden und durch das Bandpassfilter gesendet werden können. Der LC-Reihen-Nebenschlussresonator allein würde sich im Gegensatz dazu für Frequenzen in dem ersten Frequenzbereich wie ein Kurzschluss verhalten, sodass diese Frequenzen an dem Kerbfilter verloren gehen würden.
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Gemäß mindestens einer Ausführungsform des Filterelements weist der erste Frequenzbereich Frequenzen zwischen 3,3 GHz und 3,8 GHz auf. Daher ist das Bandpassfilter imstande, Frequenzen in dem unteren 5G-Band zu extrahieren.
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Gemäß mindestens einer Ausführungsform des Filterelements ist das Filterelement als eine POG-Komponente (passives-on-glass component) ausgebildet. Daher kann das Filterelement aus dielektrisch und elektrisch leitenden Schichten auf einem Glassubstrat ausgebildet sein. Auf ein für elektroakustische Resonatoren erforderliches vergleichsweise kostspieliges Substrat wie beispielsweise ein piezoelektrisches Substrat kann möglicherweise verzichtet werden.
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Gemäß mindestens einer Ausführungsform des Filterelements umfasst das Filterelement ein erstes Abstimmelement. Das erste Abstimmelement kann zwischen dem mindestens einen LC-Parallelresonator und dem mindestens einen LC-Reihenresonator angeordnet sein. Das erste Abstimmelement ist zum Beispiel ein induktives Element. Das induktive Element kann zum Beispiel über Metallisierungsstrukturen und einen Schichtenstapel aus dielektrischen Schichten auf dem Glassubstrat realisiert werden.
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Gemäß mindestens einer Ausführungsform des Filterelements umfasst das Filterelement ein zweites Abstimmelement. Zum Beispiel ist das zweite Abstimmelement zwischen einer von dem ersten Anschluss abgewandten Seite des LC-Parallelresonators und Masse angeordnet. Das erste Abstimmelement kann ein kapazitives Element sein. Das kapazitive Element kann zum Beispiel eine Metall-Isolator-Metall-Struktur (MIM-Struktur) aufweisen.
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Der Begriff „zweites Abstimmelement“ erfordert nicht notwendigerweise das Vorhandensein eines ersten Abstimmelements. Vielmehr wird die Nummerierung einfach verwendet, um die Abstimmelemente voneinander zu unterscheiden. Dies gilt auch für andere Elemente und die Anschlüsse.
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Das erste Abstimmelement und/oder das zweite Abstimmelement können derart ausgestaltet sein, dass sie eine Phasenabstimmung und/oder eine Phasenanpassung bereitstellen.
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Gemäß der mindestens einen Ausführungsform des Filterelements bilden der mindestens eine LC-Parallelresonator und der mindestens eine LC-Reihenresonator einen Aufbau einer Grundeinheit, der in dem Kerbfilter einmal oder mehrmals wiederholt wird. Die Grundeinheiten können insbesondere in Reihe geschaltet sein. Die Werte für die einzelnen Elemente, d.h. die Resonatoren und die Abstimmelemente, können gegebenenfalls von Einheit zu Einheit unterschiedlich sein. Bei Verwendung von mehr als einem Grundeinheitsaufbau können die Ränder der zu sendenden oder blockierenden Frequenzbänder zum Beispiel steiler ausgebildet sein.
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Gemäß mindestens einer Ausführungsform des Filterelements weist das Bandpassfilter mindestens einen ersten und einen zweiten Reihen-Nebenschlussresonator mit mindestens einem zwischen dem ersten und dem zweiten Reihen-Nebenschlussresonator angeordneten Parallelresonator auf.
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Insbesondere kann das Filterelement als ein Extraktor ausgestaltet sein, der an dem zweiten Anschluss Frequenzen in dem ersten Frequenzbereich extrahiert, zum Beispiel Frequenzen des 5G-Niedrigbands, und die weiteren zur drahtlosen Datenübertragung zu verwendenden Frequenzen an dem zweiten Anschluss bereitstellt. Insbesondere zählen zu den weiteren Frequenzen sowohl Frequenzen über als auch unter dem ersten Frequenzbereich.
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Ferner wird eine Filtereinheit beschrieben, die mindestens ein Filterelement umfasst. Das Filterelement kann ein oder mehrere Merkmale des vorstehend beschriebenen Filterelements aufweisen. Das Filterelement kann zum Beispiel als ein Extraktor ausgestaltet sein.
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Gemäß mindestens einer Ausführungsform der Filtereinheit weist die Filtereinheit ein weiteres Filterelement auf. Das weitere Filterelement ist zum Beispiel mit dem Filterelement verbunden, beispielsweise mit seinem dritten Anschluss. Das weitere Filterelement kann Frequenzen eines weiteren Frequenzbands an einem vierten Anschluss bereitstellen. Das Filterelement kann zwischen dem ersten Anschluss und dem weiteren Filterelement angeordnet sein. Anders ausgedrückt kann das weitere Filterelement von dem ersten Anschluss aus gesehen stromab des Filterelements angeordnet sein.
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Gemäß mindestens einer Ausführungsform der Filtereinheit weist das weitere Filterelement mindestens einen elektroakustischen Resonator auf. Insbesondere kann das weitere Filterelement mindestens eines aufweisen aus: einem SAW-Resonator (surface acoustic wave (SAW) resonator), einem BAW-Resonator (bulk acoustic wave (BAW) resonator), einem GBAW- (guided bulk acoustic wave), einem TFSAW-Resonator (thin film SAW resonator).
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Bei elektroakustischen Resonatoren wird der piezoelektrische Effekt zur Umwandlung zwischen HF-Signalen und Akustikwellen verwendet. In SAW-Resonatoren sind kammförmige Elektrodenstrukturen mit ineinandergreifenden Elektrodenfingern auf einem piezoelektrischen Material angeordnet. Angeregte Akustikwellen verbreiten sich an einer Oberfläche des piezoelektrischen Materials. In BAW-Resonatoren ist ein piezoelektrisches Material sandwichartig zwischen einer unteren Elektrode und einer oberen Elektrode angeordnet. Diese Sandwichkonstruktion kann auf einem Hohlraum oder einem akustischen Spiegel angeordnet sein.
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Das weitere Filterelement kann ein piezoelektrisches Substrat oder mindestens eine piezoelektrische Schicht umfassen. Zum Beispiel kann das weitere Filterelement LiTaO3 (Lithiumtantalat) oder LiNbO3 (Lithiumniobat) als piezoelektrisches Material umfassen.
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Gemäß mindestens einer Ausführungsform der Filtereinheit sind das Filterelement und das weitere Filterelement auf einem gemeinsamen tragenden Träger angeordnet. Der gemeinsame tragende Träger kann elektrisch mit dem Filterelement und dem weiteren Filterelement verbunden sein. Zum Beispiel kann der gemeinsame tragende Träger ein Laminatsubstrat sein, auf dem sowohl das Filterelement als auch das weitere Filterelement angeordnet sind, zum Beispiel seitlich nebeneinander. Anders ausgedrückt kann der gemeinsame tragende Träger mechanisch ein Filterelement, bei dem nur LC-Resonatoren verwendet werden, sowie ein weiteres Filterelement tragen, das mindestens einen elektroakustischen Resonator aufweist.
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Gemäß mindestens einer Ausführungsform der Filtereinheit ist das weitere Filterelement derart ausgestaltet, dass es WLAN- und/oder Geopositionsbestimmungs-Frequenzen wie beispielsweise GNSS oder GPS extrahiert. Anders ausgedrückt: Das weitere Filterelement kann als ein Extraktor für ein oder mehrere Frequenzbänder wirken, während die weiteren Frequenzen an einem sechsten Anschluss bereitgestellt werden. Des Weiteren kann die Filtereinheit als ein Extraktor für den ersten Frequenzbereich wirken, wie in Verbindung mit dem Filterelement beschrieben.
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Überdies wird eine Filteranordnung beschrieben. Die Filteranordnung kann ein Filterelement oder eine Filtereinheit umfassen, wobei das Filterelement oder die Filtereinheit ein oder mehrere Merkmale des Filterelements oder der Filtereinheit aufweisen kann, die vorstehend beschrieben wurden.
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Gemäß mindestens einer Ausführungsform der Filteranordnung umfasst die Filteranordnung einen Multiplexer. Der Begriff „Multiplexer“ beinhaltet sowohl einen Diplexer als auch Multiplexer höherer Ordnung. Zum Beispiel ist ein Anschluss des Diplexers mit der Antenne verbunden, und das von der Antenne empfangene Signal wird in einen Hochfrequenzanteil und einen Niederfrequenzanteil geteilt. Zum Beispiel zählen zu dem Hochfrequenzanteil hohe Frequenzen des 5G-Bands, und zu dem Niederfrequenzanteil zählen das niedrige, mittlere und hohe 2G-, 3G-, 4G-Band.
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Gemäß mindestens einer Ausführungsform der Filteranordnung ist das weitere Element zwischen dem Filterelement und dem Multiplexer angeordnet. Insbesondere kann der Multiplexer von der Antenne aus gesehen stromab des Filterelements und des weiteren Filterelements angeordnet sein. Da die Frequenzen des 5G-Niedrigbands bereits an dem Filterelement extrahiert wurden, ist der Frequenzabstand zwischen den an dem Diplexer zu trennenden Frequenzbändern vergleichsweise groß. Folglich ist ein vergleichsweise einfacher Aufbau für den Diplexer ausreichend für eine effiziente Signaltrennung.
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Weitere Ausgestaltungen und Annehmlichkeiten werden im Folgenden ausführlicher in Verbindung mit den Figuren beschrieben. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren veranschaulichten Elemente relativ zueinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen. Vielmehr können im Interesse einer einfacheren Darstellung und/oder eines besseren Verständnisses einzelne Elemente in einem übertrieben großen Maßstab veranschaulicht sein.
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Identische, ähnliche oder auf identische Weise wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
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In den Figuren:
- zeigen 1A, 1B und 1C eine beispielhafte Ausführungsform eines Filterelements, wobei 1B die Filtereigenschaften des Bandpassfilters veranschaulicht, und 1C die Filtereigenschaften des Kerbfilters veranschaulicht;
- zeigen 2A und 2B eine beispielhafte Ausführungsform eines Kerbfilters, wobei 2B das sich ergebende Smith-Diagramm zeigt;
- zeigen 3A und 3B eine beispielhafte Ausführungsform eines Kerbfilters, wobei 3B das sich ergebende Smith-Diagramm zeigt;
- zeigt 4 eine beispielhafte Ausführungsform eines Kerbfilters;
- zeigt 5 eine beispielhafte Ausführungsform eines Bandpassfilters mit den sich ergebenden Frequenzeigenschaften;
- zeigt 6 Frequenzeigenschaften eines Filterelements gemäß einer beispielhaften Ausführungsform;
- zeigt 7A eine schematische Darstellung einer Filteranordnung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform;
- zeigt 7B eine schematische Darstellung einer Filtereinheit in Seitenansicht gemäß einer beispielhaften Ausführungsform, und
- zeigt 7C eine dreidimensionale Darstellung einer Filtereinheit gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
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Das Filterelement FE1 gemäß 1A weist einen mit einer Antenne zu verbindenden ersten Anschluss P1, einen zweiten Anschluss P2 und einen dritten Anschluss P3 auf. Ein Bandpassfilter BP ist in einem Signalweg zwischen dem ersten Anschluss P1 und dem zweiten Anschluss P2 angeordnet. Ein Kerbfilter NF ist in einem Signalweg zwischen dem ersten Anschluss P1 und dem dritten Anschluss P3 angeordnet.
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Das Bandpassfilter BP ist derart ausgestaltet ist, dass es Frequenzen in einem ersten Frequenzbereich FR1 sendet, der zwischen 3,3 und 3,8 GHz liegt, wie in 1B gezeigt. Selbstverständlich kann das Filterelement FE1 jedoch derart ausgestaltet sein, dass es Frequenzen in einem anderen Frequenzbereich extrahiert, insbesondere für Frequenzen über 3 GHz.
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Wie in 1B gezeigt, können niedrige Einfügungsverluste in dem ersten Frequenzbereich FR1 erlangt werden, während Frequenzen kleiner als der erste Frequenzbereich FR1 oder größer als der erste Frequenzbereich FR1 von dem Bandpassfilter BP blockiert werden. Diese Frequenzen können das Kerbfilter NF passieren, wie in 1C gezeigt. Für Frequenzen in dem ersten Frequenzbereich FR1 blockiert, insbesondere reflektiert, das Kerbfilter NF im Gegensatz dazu das Signal, sodass dieses Signal an dem zweiten Anschluss P2 extrahiert werden kann.
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Wie in 2A gezeigt, kann das Kerbfilter NF einen LC-Parallelresonator PLC und einen LC-Reihen-Nebenschlussresonator SLC umfassen. Von dem ersten Anschluss P1 aus gesehen, würde sich der LC-Reihen-Nebenschlussresonator SLC allein, d.h. bei Nichtvorhandensein des LC-Parallelresonators PLC, wie ein Kurzschluss für die von dem Kerbfilter zu blockierenden Frequenzen verhalten, wie das zugehörige Smith-Diagramm zeigt. Die Smith-Diagramme in 2A und 2B veranschaulichen die Abhängigkeit der Impedanz als einer Funktion der Frequenz zwischen 0,5 GHz und 8 GHz.
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Der LC-Parallelresonator PLC führt jedoch zu einer Phasenverschiebung von 180°, sodass das Kerbfilter die von dem Kerbfilter zu blockierenden Frequenzen reflektiert, wie in dem zugehörigen Smith-Diagramm gezeigt. Das Smith-Diagramm für das Kerbfilter einschließlich des LC-Reihen-Nebenschlussresonators und des LC-Parallelresonators wird in 2B gezeigt, die zeigt, das Frequenzen zwischen 3,3 und 3,8 GHz effizient reflektiert werden, während das Kerbfilter für die verbleibenden Frequenzen impedanzangepasst ist.
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Wie in 3A gezeigt, wirkt das Kerbfilter als ein Tiefpass für einen zweiten Frequenzbereich FR2 mit Frequenzen kleiner als Frequenzen des ersten Frequenzbereichs FR1. Die entsprechende Ersatzschaltung EC1 ist ebenfalls veranschaulicht. In einem dritten Frequenzbereich FR3 mit Frequenzen größer als Frequenzen des ersten Frequenzbereichs FR1 verhält sich die Schaltung wie ein Hochpass. Die Ersatzschaltung EC2 für diesen Frequenzbereich ist ebenfalls veranschaulicht. Zum Beispiel weist der zweite Frequenzbereich FR2 Frequenzen zwischen 0,5 GHz und 2,8 GHz auf. Der dritte Frequenzbereich kann Frequenzen zwischen 4,7 und 8 GHz aufweisen.
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Die Kurve 300 zeigt den Einfügungsverlust. Frequenzen in dem Frequenzbereich FR1 werden effizient durch das Kerbfilter NF blockiert. Frequenzen in den Frequenzbereichen FR2 und FR3 werden im Gegensatz dazu mit sehr geringen Verlusten gesendet. Die blockierten Frequenzen in dem Frequenzbereich FR1 werden effizient reflektiert, wie die Kurve 301 zeigt, welche die Reflexion zeigt.
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3A veranschaulicht ferner den Einfluss des LC-Reihen-Nebenschlussresonators SLC und des LC-Parallelresonators PLC auf das Frequenzverhalten des Kerbfilters NF. Die Resonanzfrequenzen des LC-Parallelresonators PLC und des LC-Reihenresonators SLC können in Bezug auf einander geringfügig verstimmt sein, um ein ausgeprägteres Breitband-Blockierband zu erreichen.
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Zu Phasenabstimmungs- und/oder Phasenanpassungszwecken kann das Filterelement ein erstes Abstimmelement TE1 und/oder ein zweites Abstimmelement TE2 aufweisen. Bei der gezeigten beispielhaften Ausführungsform ist das erste Abstimmelement TE1 als ein induktives Element zwischen dem LC-Parallelresonator PLC und dem LC-Reihenresonator SLC angeordnet. Das zweite Abstimmelement TE2 ist als ein kapazitives Element verkörpert, welches das distale Ende des LC-Parallelresonators PLC, von dem ersten Anschluss P1 aus gesehen, mit Masse verbindet. Es können jedoch auch andere Abstimmelemente verwendet werden.
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3B zeigt das zugehörige Smith-Diagramm, das klar zeigt, dass die zu blockierenden Frequenzen, nämlich die Frequenzen in dem ersten Frequenzbereich FR1, effizient reflektiert werden, währen das Kerbfilter sowohl für niedrigere Frequenzen in dem zweiten Frequenzbereich FR2 als auch für höhere Frequenzen in dem dritten Frequenzbereich FR3 impedanzangepasst ist.
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Die Simulationen zeigen, dass sogar ein vergleichsweise einfacher Aufbau unter Verwendung von nur einem LC-Parallelresonator PLC und nur einem LC-Reihen-Nebenschlussresonator SLC, zum Beispiel in Kombination mit zwei Abstimmelementen TE1, TE2, zu einem Kerbfilter NF führen kann, das in dem ersten Frequenzbereich FR1 hochgradig reflektierend und in breiten Frequenzbereichen unter und über dem ersten Frequenzbereich impedanzangepasst ist. Allerdings kann das Kerbfilter NF weitere Elemente wie beispielsweise Resonatoren aufweisen.
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Wie in 4 gezeigt, können der LC-Parallelresonator PLC und der LC-Reihenresonator SLC eine Grundeinheit BU bilden, die ein oder mehrere Male wiederholt wird. Bei der gezeigten Ausführungsform weist das Kerbfilter NF drei elektrisch in Reihe geschaltete Grundeinheiten BU auf. Die Werte für die einzelnen passiven Elemente der Grundeinheiten BU können von Grundeinheit zu Grundeinheit unterschiedlich sein.
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Eine beispielhafte Ausführungsform eines Bandpassfilters BP wird in 5 gezeigt, zusammen mit dem sich ergebenden Frequenzverhalten. Das Bandpassfilter weist mindestens einen LC-Parallelresonator PR auf, der zwischen einem ersten LC-Reihen-Nebenschlussresonator SSR1 und einem zweiten LC-Reihen-Nebenschlussresonator SSR2 angeordnet ist. Bei der gezeigten Ausführungsform weist das Bandpassfilter zwei Parallelresonatoren PR und zwei Reihen-Nebenschlussresonatoren SSR1, SSR2 auf, die abwechselnd in dem Signalweg angeordnet sind.
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Die Kurve 501 zeigt den sich ergebenden Einfügungsverlust, während die Kurve 500 die Reflexion zeigt. Folglich sendet das Bandpassfilter effizient Frequenzen in dem ersten Frequenzbereich FR1 und reflektiert Frequenzen größer und kleiner als Frequenzen des ersten Frequenzbereichs FR1.
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Die Gesamtleistung des Filterelements FE1 wird in 6 gezeigt, wobei die Kurve 601 die Reflexion von dem ersten Anschluss P1 aus gesehen zeigt, die Kurve 602 den Einfügungsverlust zwischen dem ersten Anschluss P1 und dem zweiten Anschluss P2 zeigt, und die Kurve 603 den Einfügungsverlust zwischen dem ersten Anschluss P1 und dem dritten Anschluss P3 zeigt. Daher wirkt das Filterelement FE1 als ein Extraktor für Frequenzen in dem Frequenzbereich zwischen 3,3 GHz und 3,8 GHz. Gleichzeitig können Frequenzen niedriger als und Frequenzen größer als der erste Frequenzbereich das Kerbfilter mit niedrigen Verlusten passieren. Folglich sind das Filterelement FE1 einschließlich des Bandpassfilters BP und des Kerbfilters NF perfekt aneinander angepasst, um einen sehr breitbandigen Betrieb zu bieten.
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Zu den an dem dritten Anschluss P3 mit niedrigen Verlusten bereitgestellten Frequenzen zählen insbesondere WLAN-Frequenzen, Geopositionsbestimmungs-Frequenzen, 5G-Hochfrequenzen wie auch niedrig-, mittel- und hochbandige 2G-, 3G-, 4G-Mobilfunkfrequenzen.
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Eine Filteranordnung FA wird schematisch in 7A gezeigt. Die Filteranordnung FA umfasst ein weiteres Filterelement FE2. Das weitere Filterelement FE2 ist von dem ersten Anschluss P1 aus gesehen stromab des Filterelements FE1 angeordnet. Zum Beispiel ist das weitere Filterelement FE2 als ein doppelter Extraktor verkörpert, der zum Beispiel WLAN-Frequenzen an einem vierten Anschluss P4 und Geopositionsbestimmungs-Frequenzen wie beispielsweise GPS- oder GNSS-Frequenzen an einem fünften Anschluss P5 extrahiert. Selbstverständlich kann das Filter Filterelement FE2 gegebenenfalls auch derart ausgestaltet sein, dass es stattdessen nur ein Frequenzband oder mehr als zwei Frequenzbänder extrahiert.
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Die verbleibenden Frequenzen werden an einem Anschluss P6 bereitgestellt, der in einen Multiplexer MU, zum Beispiel einen Diplexer, eingespeist wird.
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Der Diplexer kann Frequenzen des 5G-Hochbands, die in dem Frequenzbereich zwischen 4,4 und 5 GHz liegen, von niedrig-, mittel- und hochbandigen 2G-, 3G-, 4G-Mobilfunkfrequenzen trennen.
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Bei der in 7A gezeigten Ausgestaltung ist das Filterelement FE1, das derart ausgestaltet ist, dass es die 5G-Niedrigbandfrequenzen extrahiert, der Antenne am nächsten angeordnet, sodass die Verluste für dieses Frequenzband so niedrig wie möglich sind.
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Danach extrahiert das weitere Filterelement F2 die Geopositionsbestimmungs-Frequenzen, die üblicherweise eine vergleichsweise kleine Signalstärke aufweisen.
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Das Filterelement FE1 und das weitere Filterelement FE2 bilden eine Filtereinheit FU.
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Der Frequenzabstand zwischen den verbleibenden zu verwendenden Frequenzen, zum Beispiel einerseits dem 5G-Hochband und andererseits niedrig-, mittel- und hochbandigen 2G-, 3G-, 4G-Mobilfunkfrequenzen ist vergleichsweise groß, sodass ein vergleichsweise einfacher Aufbau für den Multiplexer MU ausreichend für eine effiziente Trennung ist. Zum Beispiel werden die 5G-Hochbandfrequenzen an einem siebten Anschluss P7 bereitgestellt, und die niedrig-, mittel- und hochbandigen 2G-, 3G-, 4G-Mobilfunkfrequenzen werden an einem achten Anschluss P8 bereitgestellt.
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Daher ist die beschriebene Reihenfolge des Filterelements FE1, des weiteren Filterelements FE2 und des Multiplexers MU besonders für eine effiziente Signalextraktion geeignet. Allerdings ist es im Prinzip auch möglich, die Reihenfolge des Filterelements FE1, des weiteren Filterelements FE2 und des Multiplexers MU gegebenenfalls zu ändern.
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Eine Ausführungsform einer Filtereinheit FU wird in 7B in einer Seitenansicht gezeigt. Das Filterelement FE1 und das weitere Filterelement FE2 sind auf einem gemeinsamen tragenden Träger CSC angeordnet, zum Beispiel einem Laminatsubstrat.
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Das weitere Filterelement FE2 weist, wie in 7C gezeigt, eine Mehrzahl von elektroakustischen Resonatoren EAR auf, zum Beispiel SAW-Resonatoren. Jedoch können andere elektroakustische Resonatoren, insbesondere die in dem allgemeinen Teil der Beschreibung erwähnten, verwendet werden.
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Das weitere Filterelement FE2 kann mindestens eine piezoelektrische Schicht oder mindestens ein piezoelektrisches Substrat aufweisen. Das Filterelement FE1 kann im Gegensatz dazu als eine POG-Komponente ausgebildet sein.
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Das Filterelement FE1 und das weitere Filterelement FE2 sind elektrisch mit dem gemeinsamen tragenden Träger CSC verbunden. Insbesondere können alle Anschlussstellen zum externen elektrischen Anschluss der Filtereinheit FU an einer Seite des gemeinsamen tragenden Substrats bereitgestellt werden, die von dem Filterelement FE1 abgewandt ist.
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Bei Verwendung der beschriebenen Filteranordnung kann eine gemeinsame Antenne zum Empfangen und/oder Senden von Strahlung in allen in elektronischen Einrichtungen wie beispielsweise Mobiltelefonen zu verwendenden Frequenzbändern verwendet werden, darunter insbesondere den 5G-Niedrigband- und Hochbandfrequenzen.
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Der Schutzbereich der Erfindung wird durch die vorstehend hierin angegebenen Beispiele nicht eingeschränkt. Die Erfindung wird in jeder neuartigen Eigenschaft und jeder Kombination von Eigenschaften verkörpert, was insbesondere jede Kombination jeglicher Merkmale beinhaltet, die in den Ansprüchen angegeben sind, selbst wenn dieses Merkmal oder diese Kombination von Merkmalen in den Ansprüchen oder in den Beispielen nicht ausdrücklich angegeben ist.
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Bezugszeichenliste
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- BP
- Bandpass
- BU
- Grundeinheitsaufbau
- CSC
- gemeinsamer tragender Träger
- EAR
- elektroakustischer Resonator
- EC1
- Ersatzschaltung
- EC2
- Ersatzschaltung
- FA
- Filteranordnung
- FU
- Filtereinheit
- FE1
- Filterelement
- FE2
- weiteres Filterelement
- MU
- Multiplexer
- NF
- Kerbfilter
- P1,P2, ..., P8
- Anschluss
- PLC
- LC-Parallelresonator
- PR
- Parallelresonator
- SLC
- LC-Reihenresonator
- SSR1
- erster Reihen-Nebenschlusswiderstand
- SSR2
- zweiter Reihen-Nebenschlusswiderstand
- TE1
- erstes Abstimmelement
- TE2
- zweites Abstimmelement
- 300
- Kurve
- 301
- Kurve
- 500
- Kurve
- 501
- Kurve
- 601
- Kurve
- 602
- Kurve
- 603
- Kurve
