DE102018106030A1

DE102018106030A1 - HF-Filter mit minimierter bandinterner Welligkeit

Info

Publication number: DE102018106030A1
Application number: DE102018106030.0A
Authority: DE
Inventors: Roeland Heijna
Original assignee: RF360 Europe GmbH
Current assignee: RF360 Europe GmbH
Priority date: 2018-03-15
Filing date: 2018-03-15
Publication date: 2019-09-19
Also published as: WO2019174825A1

Abstract

Ein generelles Konzept für eine neue Filterstruktur wird bereitgestellt. Durch Hinzufügen zusätzlicher Nebenschlussleitungen mit einem jeweiligen Notchelement darin kann eine erhebliche Anzahl von zusätzlichen Freiheitsgraden bereitgestellt werden. Wenn eine solche Filterstruktur optimiert wird, kann eine Impedanzvariation und somit Passbandwelligkeit in einem Tx-Filter minimiert werden.

Description

In zellenbasierter Mobilkommunikation kann ein Frontendmodul verwendet werden, das einen Leistungsverstärker PA, eine PA-Anpassung und ein TX-Filter umfasst. Das Tx-Filter kann ein Einzelbandpassfilter oder Teil eines Duplexers oder eines höheren Multiplexers sein. Ein solches Modul wird häufig als ein PAMiD-Modul bezeichnet. Es hat sich gezeigt, dass in einem solchen PAMiD-Modul ein Menge von Spezifikationen durch eine Variation der Eingangsimpedanz des verwendeten Tx-Filters, das beispielsweise ein Duplexer oder ein Quadplexer ist, beeinflusst werden kann.
In einem solchen Modul kann innerhalb des Tx-Frequenzbands erhebliche Welligkeit auftreten. Es hat sich gezeigt, dass die Gesamtwelligkeit überwiegend durch eine nichtkonstante Eingangsimpedanz des Filters bestimmt wird. Beispielsweise kann die bandinterne Tx-Welligkeit des verwendeten Tx-Filters in einem PAMiD durch diese unerwünschte Impedanzvariation zehnmal schlechter sein als im Vergleich mit der Eingangsimpedanzvariation eines getrennt von einem Modul gemessenen Einzelfilters.
Ein Filter für ein vorgegebenes Frequenzband, wie etwa ein SAW-Filter für ein Mobilfunkband, weist eine Eingangsimpedanz auf, welche sich so nah wie möglich bei einem konstanten Wert befindet, beispielsweise 50 Ohm. Eine Abweichung von dieser Impedanz führt zu einer anderen Übertragung in dem Gesamtsystem. Dies ist unerwünscht, weil eine andere Übertragung zu viel oder zu wenig Leistung ergibt, welche sich in einer unerwünschten Welligkeit, großem ACPR (= Adjacent Channel Power Ratio - Nachbarkanalleistungsverhältnis) usw. zeigt.
Somit ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Filter mit einer minimierten bandinternen Welligkeit bereitzustellen. Ein weitere Aufgabe ist, ein Verfahren bereitzustellen, wie ein solches Filter designt werden kann.
Diese und andere Aufgaben werden durch ein HF-Filter und ein Verfahren zum Verbessern einer Tx-Filterschaltung gemäß den unabhängigen Ansprüchen erfüllt.
Die Grundidee der vorliegenden Erfindung bestand darin, ein PAMiD zu verbessern, um die Eingangsimpedanzvariation des Tx-Filters des Moduls so klein wie möglich zu machen. Zum Bereitstellen eines solchen Filters kann eine computerunterstützte Optimierung des Filters oder eines das Filter enthaltenden Moduls verwendet werden.
Um ein entsprechend verbessertes Filter zu erzielen, werden dem Filter zusätzliche Freiheitsgrade gewährt, die ein Anpassen einer erhöhten Anzahl von Parametern ermöglichen.
Als Ergebnis wird ein HF-Filter auf der Grundlage einer Ladder Type Struktur (Abzweigfilter) vorgeschlagen, das in einer Signalleitung in Serie geschaltete Basisglieder umfasst. Jedes Basisglied umfasst ein Serienreaktanzelement und eine Nebenschlussleitung mit einem in der Nebenschlussleitung angeordneten Parallelreaktanzelement.
In der Signalleitung sind vor dem ersten und hinter dem letzten Basisglied der Ladder Type Struktur sowie zwischen jeweils zwei angrenzenden Basisgliedern Knoten bereitgestellt. An mindestens einige der Knoten ist jeweils eine zusätzliche Nebenschlussleitung gekoppelt. Jede Nebenschlussleitung umfasst ein Notchelement. Die Anzahl der zusätzlichen Nebenschlussleitungen sowie die Werte aller vorhandenen Notchelemente werden ausgewählt und eingestellt, um eine minimierte Impedanzvariation an einem Eingang des Filters zu erzielen.
Gemäß einer Ausführungsform sind n Basisglieder in der Signalleitung der leiterartigen Struktur bereitgestellt. Die Anzahl möglicher Knoten ist dann n+1. Somit können n+1 zusätzliche Nebenschlussleitungen zu der Signalleitung gekoppelt sein und ein Notchelement ist in jeder der zusätzlichen Nebenschlussleitungen angeordnet. Im Vergleich mit einem üblichen Abzweigfilter ohne zusätzliche Nebenschlussleitungen werden n+1 zusätzliche Freiheitsgrade erzeugt, die zum Optimieren des Filters verwendet werden können. Ferner können als ein zusätzlicher Freiheitsgrad die Werte der Notchelemente variiert werden.
Ein bevorzugtes Notchelement ist ein kapazitives Notchelement, das in der jeweiligen zusätzlichen Nebenschlussleitung einen Hochpass gegen Masse bereitstellt. Der zu variierende Parameter ist dann der Kapazitätswert des Notchelements.
Ein bevorzugtes kapazitives Notchelement ist ein SAW-Resonator und dessen statische Kapazität kann als der zu variierende Parameter verwendet werden. Wenn ein SAW-Resonator als ein Notchelement in einem Filter mit einer SAW-Resonatoren umfassenden Ladder Type Struktur verwendet wird, können das Notchelement und die Resonatoren in derselben Technologie auf demselben Chip hergestellt werden. In solch einem Fall können die zusätzlichen Nebenschlussleitungen und die Notchelemente mit sehr geringem zusätzlichen Aufwand hergestellt und deren Kosten minimiert werden.
Darüber hinaus weist ein Resonator eine Resonanzfrequenz auf, welche als ein weiterer zusätzlicher Parameter zum Optimieren und Verbessern des Filters verwendet werden kann. Somit liefert das Verwenden von Resonatoren als Notchelemente einen weiteren Freiheitsgrad in einem Optimierungsprozess und jeder Resonator liefert zwei Freiheitsgrade.
Das vorgeschlagene Tx-Filter liefert maximalen Vorteil innerhalb eines Frontendmoduls, das einen Leistungsverstärker und eine zwischen dem Leistungsverstärker und dem Filter angeordnete Impedanzanpassschaltung umfasst.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist jeweils eine zusätzliche Nebenschlussleitung an jeden der Knoten gekoppelt und jede Nebenschlussleitung umfasst ein Notchelement. Dann steht eine Maximalanzahl von Freiheitsgraden zum Optimieren der Eingangsimpedanz des Filters zur Verfügung.
Bei einer Ausführungsform umfassen die Reaktanzelemente der Basisglieder SAW-Resonatoren zur Verwendung als Serien- und Parallelreaktanzelement. Darüber hinaus umfasst jedes Basisglied ein Serien- und ein Parallelreaktanzelement. Bevorzugt sind alle Reaktanzelemente sowie alle Notchelemente als SAW-Resonatoren ausgeführt.
Im Falle, dass alle Freiheitsgrade verwendet werden müssen, wodurch alle jeweiligen Parameter in allen Notchelementen variiert werden, um eine konstante Eingangsimpedanz des Filters zu erzielen, wird ein Filter erzielt, in welchem die Reaktanzelemente der Basisglieder jeweils einen SAW-Resonator als Serien- und Parallelreaktanzelement umfassen, und bei dem jedes Basisglied jeweils ein Serien- und Parallelreaktanzelement umfasst.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren des Verbesserns einer Tx-Filterschaltung offenbart. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

A) Bereitstellen einer üblichen Bandpassfilterschaltung, die eine Ladder Type Struktur umfasst, die für ein vorgegebenes Frequenzband designt ist, wobei die Ladder Type Struktur Basisglieder mit Serien- und Parallelreaktanzelementen und Knoten zwischen jeweils zwei angrenzenden Basisgliedern umfasst,
B) Koppeln zusätzlicher Nebenschlussleitungen an jeden der Knoten, wobei jede Nebenschlussleitung ein kapazitives Notchelement umfasst,
C) Bereitstellen eines Moduls, das das Bandpassfilter als ein Tx-Filter, einen Leistungsverstärker und eine Verstärkeranpassschaltung umfasst,
D) Starten einer Optimierung des Filters durch Bestimmen der Eingangsimpedanz des Filters innerhalb des Moduls und Prüfen, ob der bandinterne Verlauf der Eingangsimpedanz innerhalb einer gewünschten Eingangsimpedanztoleranz liegt,
E) falls nicht, Einstellen oder Variieren eines Werts des kapazitiven Notchelements in einer Nebenschlussleitung und
F) Weitermachen mit Schritt D und E, wodurch wiederum der Wert des kapazitiven Notchelements in der vorherigen Nebenschlussleitung oder einer anderen Nebenschlussleitung variiert wird,
G) falls ja, Stoppen der Optimierung.

In Schritt A) wird ein Filter, das im Prinzip bekannt ist, auf übliche Weise mit einem optimierten Passband und hinreichender Isolation und Dämpfung im Sperrband bereitgestellt. Bereitstellen umfasst Bereitstellen einer physischen Entität mit virtuellen Parametern. Die Eigenschaften des Designs müssen mit einem Computerprogramm berechnet werden. In Abhängigkeit von den Bandanforderungen wird eine Anzahl von Basisgliedern eingestellt.
In Schritt B) wird das nach Schritt A) erreichte Design durch Einführen von Nebenschlussleitungen und Koppeln derselben an die Knoten erweitert.
In Schritt C) wird die Umgebung des Filters, welche ein PAMiD-Frontendmodul ist, berücksichtigt und in das Design aufgenommen und in die Berechnung oder deren Testen einbezogen.
In Schritt D) wird der betrachtete Parameter „Eingangsimpedanz“ und dessen bandinterner Verlauf als ein erster Optimierungsschritt bestimmt. Es wird geprüft, ob der Verlauf innerhalb einer Toleranz liegt oder ob die Variation und Abweichung davon verringert oder erhöht werden muss.
Im Falle einer als nicht tolerierbar bestimmten Abweichung wird Schritt E) durchgeführt und ein kapazitives Notchelement wird in mindestens eine Nebenschlussleitung eingeführt und ein Parameter dafür wird ausgewählt. Eine wahrscheinliche Annahme, welcher Parameter möglicherweise hilfreich ist, kann für die erste Einstellung des mindestens einen neuen Parameters verwendet werden.
Die Schritte D) und E) werden dann wiederholt und neue Notchelemente mit jeweiligen Parametern werden eingestellt oder bereits eingestellte Notchelementparameter werden variiert.
Falls die Abweichung der Eingangsimpedanz nach wiederholter Iteration von Schritt D) und E) klein genug und somit tolerierbar ist, kann das Optimierungsverfahren beendet werden. Allerdings kann das Verfahren fortgesetzt werden bis ein Abweichungsminimum der Eingangsimpedanz erreicht ist.
Schritt E und/oder F können Variieren der Kapazität des kapazitiven Notchelements umfassen.
Alternativ kann die Resonanzfrequenz des Notchelements variiert werden.
Bei einer Ausführungsform umfassen Schritt E und/oder F Variieren der statischen Kapazität des als kapazitives Notchelement bereitgestellten SAW-Resonators.
Bei einer Ausführungsform umfassen Schritt E und/oder F Variieren der Resonanzfrequenz des als kapazitives Notchelement bereitgestellten SAW-Resonators.
Nachfolgend wird die Erfindung ausführlicher unter Bezugnahme auf spezifische Ausführungsformen und die begleitenden Figuren erläutert. Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu gezeichnet. Zum besseren Verständnis können manche Einzelheiten in vergrößerter Form abgebildet sein.

1 zeigt die Impedanzvariation eines Tx-Filters mit einer dargestellten Kreisgröße.
2 zeigt die Impedanzvariation eines anderen Filters mit einer großen Kreisgröße.
3 zeigt die Impedanzvariation eines Tx-Filters mit einer kleinen Kreisgröße.
4 zeigt ein Blockdiagramm einer Filterschaltung mit einem Rx-Teil und einem Tx-Teil zusammen mit einer vereinfachten Darstellung der Übertragungskurve S21 des Tx-Filters.
5 zeigt ein Blockdiagramm einer vergleichbaren Filterschaltung mit einem zusätzlichen Notchelement zusammen mit einer vereinfachten Darstellung der Übertragungskurve S21 des Tx-Filters.
6 zeigt ein Blockdiagramm einer Ausführungsform der neuen Filterschaltung mit zusätzlichen Nebenschlussleitungen zusammen mit einer vereinfachten Darstellung der Übertragungskurve S21 des Tx-Filters.
7 zeigt die Impedanzvariation einer Ausführungsform des Filters mit nahezu null Kreisgröße zusammen mit einem vergrößerten Ausschnitt davon.
8 zeigt einen Ausschnitt des Passbands eines Tx-Filters, bei dem die Antwort der Einzelvorrichtung mit der Antwort des Filters in Kombination mit einem Leistungsverstärker verglichen wird.
9 zeigt die Antwort des neuen Filters.

1 zeigt eine Impedanzvariation eines üblichen Filters in einem Smith-Diagramm. Der fette Abschnitt der Kurve stimmt mit der Impedanzvariation innerhalb des Passbands überein. Eine gepunktete Linie stellt die sogenannte Kreisgröße dar, d. h. eine um die gewünschte Impedanz von beispielsweise 50 Ohm herum gezeichnete gepunktete Linie zum Einschließen des fetten Kurvenabschnitts in dem Passband. Die Kreisgröße ist somit ein Maß für die Impedanzvariation und spezifiziert eine Maximalabweichung der gewünschten Eingangsimpedanz innerhalb des TX-Bands (S11).
2 zeigt eine andere Impedanzvariation eines üblichen Filters mit einer großen Kreisgröße.
3 zeigt eine andere Impedanzvariation eines üblichen Filters mit einer kleinen Kreisgröße.
Im Allgemeinen weist ein gut arbeitendes Filter eine Impedanzvariation auf, wobei die Impedanzvariation die ist, die auf die Kreisgröße beschränkt ist. Falls man die Wahl hat, kann die kleinste Kreisgröße ausgewählt werden. 2 ist ein perfektes Filter, ist aber nicht für die kleinste Kreisgröße designt. 3 gibt das Ergebnis für nahezu dasselbe Filterverhalten an, aber nun mit einer kleineren Kreisgröße.
Das Blockschaltbild von 4 zeigt eine aktuell verwendete Struktur eines Tx-Filters TXF mit einer Ladder Type Anordnung von Reaktanzelementen RS, RP, die als SAW-Resonatoren ausgeführt sein können. Mit der Hilfe von präzise ausgewählten Serienelementen RS und Nebenschlusselementen RP wird die gewünschte Übertragung ausgewählt. Die Struktur eines entsprechenden Rx-Filters RXF, der mit derselben Antenne ANT verbunden ist, ist nur angedeutet. Das Tx-Filter TXF und das Rx-Filter RXF stellen somit möglicherweise einen Duplexer oder einen höheren Multiplexer bereit. In dem rechten Teil der Figur ist eine typische Übertragungskurve S21 des Tx-Filters zusammen mit den entsprechenden Tx- und Rx-Bändern gezeigt.
Manchmal kann zusätzlich ein RX- Notch in der Tx-Filterstruktur enthalten sein und kann als ein Notchelement in einer Nebenschlussleitung ausgeführt sein, die mit der Signalleitung gekoppelt ist. 5 zeigt ein beispielhaftes Beispiel für ein Tx-Filter mit einem zusätzlichen Notch. Dieser Notch ist für eine geringfügig stärkere Isolation in dem RX-Band verantwortlich, wie durch den Pfeil in der Übertragungskurve S21 im rechten Teil von 5 gezeigt ist.
Um die Kreisgröße weiter zu vergrößern/verkleinern, werden so viele Notchelemente NE wie möglich zu dem Tx-Filter TXF hinzugefügt. Die Notchelemente sind ausgewählt, um jeweils einen Notch innerhalb des entsprechenden Bands des Rx-Filters zu produzieren. Der linke Teil von 6 zeigt solch eine Ausführungsform als ein Blockdiagramm.
Das Tx-Filter ist auf der Grundlage der in 4 gezeigten Ladder Type Struktur konstruiert. Zusätzliche Nebenschlussleitungen SL sind an jeden Knoten der Tx-Signalleitung gekoppelt. Solche Knoten sind zwischen jeweils zwei benachbarten Serienelementen RS vorhanden, wo die Nebenschlusselemente RP mit der Signalleitung gekoppelt sind. Weitere Knoten und somit weitere zusätzliche Nebenschlussleitungen SL können möglicherweise zwischen der Antenne ANT und dem Serienelement RS4 platziert sein, das nahe daran und zwischen dem Tx-Abschnitt (an dem linken Ende der Signalleitung) und dem folgenden „ersten“ Serienelement RS1 platziert ist.
Wenn man die Übertragungskurve S21 dieses Tx-Filters TXF mit der jeweiligen einen einer aktuell verwendeten Filterstruktur, wie sie beispielsweise im rechten Teil von 5 gezeigt ist, vergleicht, so ist in dem Rx-Band eine verbesserte Isolation erreicht.
Allerdings ist der wesentlichste Vorteil dieser Filterstruktur die erreichte Verringerung der Kreisgröße. In dem Beispiel von 6 wurden durch die zusätzlichen Nebenschlussleitungen SL acht zusätzliche Freiheitsgrade eingeführt, nämlich die vier Dimensionen der vier Kapazitätswerte Co der vier Notchelemente NE und vier mögliche Frequenzen (Fo) der Notchelemente, die als SAW-Resonatoren ausgeführt sind. Diese zusätzlichen Freiheitsgrade ermöglichen weitere Verbesserung der Kreisgröße der Filter und somit Verringerung von bandinterner Welligkeit des Tx-Filters TXF, wenn dieses beispielsweise in einem PAMiD-Frontendmodul angeordnet ist. Die Freiheitsgrade werden in einem Optimierungsprozess verwendet, der üblicherweise durch ein entsprechendes Computerprogramm vorgenommen wird.
9 zeigt das Ergebnis nach dem Optimieren der Filterstruktur, insbesondere nach optimalem Auswählen und Einstellen der Parameter der Nebenschlussleitungen SL und der Notchelemente NE an. Das Smith-Diagramm eines optimierten Filters in 7 zeigt, dass die Kreisgröße auf einen Punkt verringert wurde (siehe linker Teil des Filters). Eine vergrößerte Darstellung der Kreisgröße, d. h. des Impedanzverlaufs innerhalb des Passbands, ist in dem rechten Teil der Figur gezeigt. Die Impedanzvariation entspricht einem perfekten Verhalten. In dieser Figur kann man sehen, dass, falls die Eingangsimpedanz am Mittelpunkt beginnt wegzudriften, wird einer der zusätzlichen Freiheitsgrade zum Abstimmen des Impedanzniveaus verwendet und bewirkt, dass die Impedanz wieder zu dem gewünschten (Mitten-) Impedanzniveau von 50 Ohm zurückgebogen wird.
Die positive Auswirkung einer solchen verringerten Kreisgröße auf das Passband des Tx-Filters wird offensichtlich, wenn man 8 und 9 vergleicht.
8 zeigt mit der gepunkteten Linie die Antwort (S21) eines TX-Filters TXF mit einer „normalen“ minimalen Kreisgröße, die einem wie in 5 gezeigten Filter entspricht, der noch nicht auf minimale Kreisgröße optimiert wurde. Die durchgezogene Linie zeigt ebenfalls die Antwort desselben Filters an, aber nun in Kombination mit einem Leistungsverstärker PA. Diese Linie wurde für ein TX-Filter berechnet und gemessen, das innerhalb eines Vorstufenmoduls, das einen mit dem Tx-Filter gekoppelten Leistungsverstärker aufweist, montiert ist.
Obgleich der Verlauf der gepunkteten Linie nur eine kleine Welligkeit zeigt, entsteht bei der durchgezogenen Linie eine erhebliche Welligkeit. Dies wird durch die Gesamtverstärkung hervorgerufen, die der y-Achse des S21-Diagramms proportional ist und auch von der Eingangsimpedanz des TX-Filters TXF abhängt. Eine variierende Eingangsimpedanz mit erheblicher Kreisgröße erzeugt eine variierende Verstärkung in dem Passband, die der gezeigten Welligkeit entspricht.
9 zeigt wieder dieselbe Situation, aber nun ist die Kreisgröße auf einen Punkt verringert. Die Eingangsimpedanz stört die Übertragung nicht weiter. Somit zeigen beide Kurven einen ähnlichen Verlauf und die durchgezogene Linie zeigt keine zusätzliche Welligkeit wie die der 8. Solch ein Tx-Filter ist perfekt für Verwendung in einem Frontendmodul.
Man kann annehmen, dass solch ein optimiertes Tx-Filter möglicherweise dadurch einen Nachteil aufweist, dass die zusätzlichen Komponenten der zusätzlichen Nebenschlussleitungen zusätzliche Oberfläche auf einem Filterchip kosten, was den Chip größer macht und Mehrkosten produziert. Allerdings ist es mit dieser neuen Filterlösung möglich, diesen „Nachteil“ zu kompensieren. Da die zusätzlichen RX-Notches in den zusätzlichen Nebenschlussleitungen eine verbesserte Isolation in dem Rx-Band bewirken, kann dies zum Verringern der Fläche der normalen Filterelemente, d. h. der Fläche der Serien- und Nebenschlusselemente, genutzt werden. Letztlich ist eine Verringerung der Anzahl von Filterelementen möglich, ohne die Rx-Isolation übermäßig zu verschlechtern. Dies ergibt einen zusätzlichen Gewinn beim Einfügungsverlust, wie man sieht, wenn man die durchgezogenen Linien der in 8 und 9 gezeigten Übertragungskurven S21 vergleicht. 9 und die entsprechende Filterstruktur zeigen deutlich einen kleineren Einfügungsverlust als dieselbe Filterstruktur ohne Optimierung unter Verwendung des zusätzlichen Freiheitsgrads.
Als ein bevorzugtes Ziel können RX-Isolationselemente verwendet werden. Allerdings kann die Erfindung zum Verbessern der Isolation eines beliebigen anderen Frequenzkanals eingesetzt werden, der durch das Modul simultan betrieben wird. Mit den zusätzlichen Freiheitsgraden weist ein Optimierer die Fähigkeit auf, mehr als die normale Anzahl von Freiheiten zu verwenden, um eine Eingangsimpedanz des Filters nahe an den normalerweise erforderlichen 50 Ohm zu erreichen.
In der Praxis bedeutet dies, dass die Filterstrukturen etwas angepasst werden müssen, wenn sie für eine minimale Kreisgröße optimiert werden. Die Optimierung selbst ist Teil einer normalen Optimierungsroutine für das Design dieser Filter, allerdings für diese zusätzlichen Möglichkeiten angepasst.
Man erlangt einen allgemeinen Eindruck von der neuen Filterstruktur, indem zusätzlich eine erhebliche Anzahl von zusätzlichen Freiheitsgraden hinzugefügt wird, wenn eine solche Filterstruktur optimiert wird.
Das Filter ist nicht auf einen Duplexer beschränkt. Quadplexer oder Multiplexer höheren Grades sind auch möglich. Weitere Verbesserungen können vorgenommen werden, um eine Impedanzvariation soweit wie möglich zu verringern. Dann können Variationen der Übertragungsfunktionen der entsprechenden Filter verringert werden. Insbesondere im Hinblick auf Leistungsreflexionen in Signalpfaden, die unerwünschte Welligkeit verursachen, ist Folgendes möglich.
Die Impedanzoptimierung kann hinsichtlich eines Sendefilters vorgenommen werden, so dass die Eingangsimpedanz der Impedanzanpassschaltung so nahe wie möglich an der leichten Lastimpedanz ist, d. h. zu der intrinsischen Impedanz der Signalleitung. Somit kann eine Berücksichtigung der spezifischen Eigenschaften der Signalleitung selbst zu weiteren Optimierungen der elektrischen Eigenschaften des Filters führen. Kompensation von Variationen der Frequenzabhängigkeit, der Leistungsabhängigkeit oder der Verstärkungsfaktorabhängigkeit der Signalleitung kann auf der Eingangsseite des entsprechenden HF-Filters durchgeführt werden.
Ferner kann die Eingangsseite des Filters derart vorgesehen sein, dass dessen Eingangsimpedanz variiert werden kann, so dass unterschiedliche, durch eine Frequenz- oder Leistungsabhängigkeit der Schaltungselemente vor dem Filter verursachte Verstärkungen kompensiert werden können. Dies kann erreicht werden, indem die Filterimpedanz auf einer konstanten Verstärkungslinie (in einem Smith-Diagramm) gehalten wird, so dass Frequenzvariationen die Verstärkung an dem spezifischen Schaltungsknoten nicht verändern.
Eine weitere Möglichkeit zur Verringerung von Passbandwelligkeit besteht darin, eine kleine Abweichung von der kreisförmigen Linie von konstanter Verstärkung um eine konjugierte Impedanz herum bereitzustellen, um kleine Fehler in der Filterübertragung in dem erwünschten Frequenzband zu kompensieren.
Ein weiteres oder zusätzliches Ziel der Optimierung einer Filterstruktur kann darin bestehen, die Eingangsimpedanz des Filters bei jenen Frequenzen, bei denen das Filter den größten Leistungsverlust zeigt, zu verbessern.
Ein SAW-Filter (Duplexer) weist einen maximal zulässigen Leistungspegel für ein Mobilfunkband auf. Defekte in dem Duplexer treten gewöhnlich bei übermäßiger Leistung auf der oberen Seite des Bands im Allgemeinen in den kleineren Serienelementen auf. Die Maximalleistung hängt stark von der verwendeten Leistungsquelle und den Duplexerimpedanzen ab. Es wird vorgeschlagen, von einer gewünschten Duplexerimpedanz abzuweichen, um in dem Gesamtsystem eine andere Maximalleistung zu erreichen. Die Eingangsimpedanz sollte bei jenen Frequenzen eingerichtet werden, bei denen das jeweilige Filter zu viel Leistung empfängt und den maximalen Leistungspegel überschreitet.
Bei manchen SAW-Filtern (Duplexer) ist es wünschenswert ein Band nahe dem TX-Band zu unterdrücken. Gemäß einer Ausführungsform wird eine richtige Einstellung der Filtereingangsimpedanz zum Erhöhen der Unterdrückung in einem Nachbarkanal verwendet. Das Ziel ist es, mit der Hilfe des Gesamtsystems mehr Verstärkung bei dem gewünschten Frequenzband zu erhalten und weniger Verstärkung für das unerwünschte Frequenzband zu erhalten. Dies kann durch absichtliches Erstellen einer Fehlanpassung des Leistungsverstärkers PA mit der PA-Anpassschaltung bei der Frequenz des zu unterdrückenden Bands vorgenommen werden. Dadurch kann eine Unterdrückung unerwünschter Bänder maximiert werden. In der Praxis bedeutet dies, dass das Filter für ein gegebenes System optimiert werden muss. Verbessern der Reflexion S11 für das unerwünschte Band kann als ein neues Ziel für die Filteroptimierungsroutine eingestellt werden.
In einem PAMiD-Modul wird die Gesamtverstärkung für Harmonische durch die Eingangsimpedanz des Filters und die Ausgangsimpedanz der PA-Anpassschaltung bestimmt. Gemäß einer Ausführungsform ist es kein Ziel, diese Verstärkung zu verringern, sondern die Maximalverstärkung von einer unerwünschten Stelle an eine Stelle zu verschieben, an der es nicht wichtig ist. Durch eine Justierung des PA-Anpassnetzwerks oder der TX-Eingangsimpedanz ergibt sich eine andere Frequenz, bei der die Maximalverstärkung auftritt. Somit ist es möglich, die Frequenz der Maximalverstärkung an einen Ort zu verschieben, an dem sie irrelevant ist und an dem weder ein Nachbarkanal noch eine Harmonische auftritt. Indem man so vorgeht, wird in diesen Kanälen weniger Verstärkung produziert und eine Unterdrückung von diesen kann verbessert werden.
Es gibt vier Wege, die zum Verschieben dieser Verstärkungsspitze zu einem Punkt, an dem der Schaden am besten begrenzt ist, vorgeschlagen werden.

1) Die Ausgangsimpedanz der PA-Anpassung kann ein bisschen geschoben werden, indem die Innenimpedanz ein bisschen anders gewählt wird.
2) Die Leitungslänge der Zwischenverbindung zwischen PA oder PA-Anpassung und Filter drehen die Ausgangsimpedanz der PA-Anpassung. Dadurch kann die Verstärkungsspitze verschoben werden.
3) Die Eingangsimpedanz eines Filter bei hohen Frequenzen ist kapazitiv, was bedeutet, dass die Abmessungen des ersten Filterelements in großem Ausmaß die Eingangsimpedanz des TX-Filters bestimmen. Somit kann die Eingangsimpedanz durch Variieren der Abmessung des ersten Filterelements (bevorzugt ein Serienelement) variiert werden.
4) Das erste Element eines Filterelements kann ein Serien- oder ein Nebenschlusselement sein. Eine Wahl einer richtigen Art des ersten Filterelements kann in hohem Maße zum Bestimmen der Eingangsimpedanz des TX-Filters verwendet werden.

Praktisch bedeutet dies, dass alle vier Möglichkeiten des Verschiebens geeignet ausgewählt und gewichtet werden müssen, um einen richtigen Ausgleich zum gewünschten Ziel zu erreichen.
Bei zellenbasierter Mobilfunkkommunikation sollte in einem System, das aus einem PA, einer PA-Anpassung und einem TX-Filter (beispielsweise ein SAW-Duplexer) besteht, die Lastleitung für jedes Frequenzband auf die korrekte Impedanz abgestimmt werden. Zu diesem Zweck können parallelgeschaltete Kapazitäten ein- oder ausgeschaltet werden. In einem PAMiD-Frontendmodul werden an einigen Stellen Kapazitäten verwendet, wohingegen an anderen Stellen bereits zu viel Kapazität vorhanden ist. Gemäß einer Ausführungsform wird ein Verfahren offenbart, um auch diese zusätzlichen Kapazitäten zu nutzen, um stärkere Isolation in dem RX-Band vorzunehmen. Die zusätzliche Eingangskapazität wird in dem TX-Band durch ein zusätzliches RX-Notchelement mit exakt dem richtigen Kapazitätswert ersetzt, womit dann zwei Probleme gelöst werden. Anstelle vom Platzieren einer zum Anpassen des Leistungsverstärkers an das Tx-Filter nötigen Kapazität in der Anpassschaltung wird vorgeschlagen, die Kapazität an dem Eingang (zum PA) des Tx-Filters parallel zu der Signalleitung zu platzieren. Deren Kapazitätswert kann zum Kompensieren der Induktivität des Filters ausgewählt werden. Gleichzeitig kann diese Kapazität zusammen mit der Induktivität zum Produzieren eines zusätzlichen Notches verwendet werden, um die Unterdrückung für eine unerwünschte Frequenz zu verbessern.
Der Notch muss nicht auf sein eigenes RX-Band beschränkt sein. Der Notch kann für eine beliebige Frequenz verwendet werden. In einer Carrier Aggregation Ausführung kann der Notch für die wechselseitige RX- Isolation verwendet werden.
Die Erfindung soll nicht durch die bereitgestellten Ausführungsformen und Figuren beschränkt werden. Der Schutzumfang der Erfindung wird allein durch die Ansprüche in deren weitester Interpretation definiert. Somit können möglicherweise weitere willkürliche Elemente und Merkmale in einem erfindungsgemäßen Filter vorhanden sein, obwohl sie möglicherweise als solche aus dem Stand der Technik bekannt sind.
Bezugszeichenliste

ANT: Antenne
C₀: Kapazität des Notchelements (C₀ des Notchresonators)
F₀: Frequenz des Notchelements (Resonanzfrequenz des Notchresonators)
NE: Notchelement
RP: Parallel(reaktanz)element und
RS: Serien(reaktanz)element
RXF: Rx-Filter
SL: zusätzliche Nebenschlussleitung
TXF: Tx-Filter

Claims

HF-Filter - umfassend eine Ladder Type Struktur mit in Serie in eine Signalleitung geschalteten Basisgliedern - wobei jedes Basisglied ein Serienreaktanzelement und/oder eine Nebenschlussleitung mit einem Parallelreaktanzelement umfasst - wobei Knoten in der Signalleitung vor dem ersten und hinter dem letzten Basisglied der Ladder Type Struktur sowie zwischen jeweils zwei aneinander grenzenden Basisgliedern bereitgestellt sind - wobei zusätzliche Nebenschlussleitungen an mindestens einige der Knoten gekoppelt sind, wobei jede Nebenschlussleitung ein Notchelement umfasst - wobei eine Anzahl der zusätzlichen Nebenschlussleitungen und Werte des jeweils darin angeordneten Notchelements eingestellt ist zum Minimieren von Impedanzvariationen an einem Eingang des Filters.
HF-Filter nach Anspruch 1, wobei das Filter ein in einem Frontendmodul angeordnetes Tx-Filter ist, das einen Leistungsverstärker und eine Anpassschaltung umfasst.
HF-Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Notchelement ein kapazitives Element umfasst.
HF-Filter nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Notchelement einen SAW-Resonator umfasst.
HF-Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jeweils eine zusätzliche Nebenschlussleitung an jeden der Knoten gekoppelt ist, jede Nebenschlussleitung ein Notchelement umfasst.
HF-Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an jeden Knoten eine Nebenschlussleitung gekoppelt ist, wobei jede Nebenschlussleitung einen SAW-Resonator umfasst, wobei alle Resonatoren hinsichtlich Resonanzfrequenz und statischer Kapazität unterschiedlich sind.
HF-Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, - wobei die Reaktanzelemente der Basisglieder jeweils einen SAW-Resonator als Serien- und Parallelreaktanzelement umfassen, - wobei jedes Basisglied jeweils ein Serien- und ein Parallelreaktanzelement umfasst.
Verfahren zum Verbessern einer Tx-Filterschaltung, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: A) Bereitstellen einer üblichen Bandpassfilterschaltung, die eine Ladder Type Struktur umfasst, die für ein vorgegebenes Frequenzband designt ist, wobei die Ladder Type Struktur Basisglieder mit Serien- und Parallelreaktanzelementen und Knoten zwischen jeweils zwei angrenzenden Basisgliedern umfasst, B) Koppeln zusätzlicher Nebenschlussleitungen an jeden der Knoten, wobei jede Nebenschlussleitung ein kapazitives Notchelement umfasst, C) Bereitstellen eines Moduls, das das Bandpassfilter als ein Tx-Filter, einen Leistungsverstärker und eine Verstärkeranpassschaltung umfasst, D) Starten der Optimierung des Verlaufs der Eingangsimpedanz innerhalb des Moduls, E) Bestimmen der Eingangsimpedanz des Filters innerhalb des Moduls und Prüfen, ob die Eingangsimpedanz innerhalb einer gewünschten Eingangsimpedanztoleranz liegt, F) falls nicht, Variieren eines Werts des kapazitiven Notchelements in einer Nebenschlussleitung und G) Weitermachen mit Schritt E und F, wodurch wiederum der Wert des kapazitiven Notchelements in der vorherigen Nebenschlussleitung oder einer anderen Nebenschlussleitung variiert wird, H) falls ja, Stoppen der Optimierung.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, umfassend in Schritt F und/oder G Variieren der Kapazität des kapazitiven Notchelements.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein SAW-Resonator als ein kapazitives Notchelement bereitgestellt ist, wobei Schritt F und/oder G Variieren der statischen Kapazität des SAW-Resonators umfassen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein SAW-Resonator als ein kapazitives Notchelement bereitgestellt ist, wobei Schritt F und/oder G Variieren der Resonanzfrequenz des SAW-Resonators umfassen.