DE19649683A1 - Hochfrequenzkomponente - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Hochfre­ quenzkomponente für eine Verwendung in einer Mobilfunkaus­ rüstung, wie z. B. zellularen Mobilfunktelefonen, oder der­ gleichen, die zum Verteilen und Koppeln von Hochfrequenzsi­ gnalen zweier unterschiedlicher Frequenzbänder verwendet wird.

Wie es in Fig. 4 dargestellt ist, wird eine herkömmliche Hochfrequenzkomponente 1 beispielsweise in zellularen digi­ talen Mobilfunktelefonen im allgemeinen zum Verteilen eines Hochfrequenzeingangssignals von einem ersten Tor P1 zu einem zweiten Tor P2 und einem dritten Tor P3 oder zum Koppeln der Hochfrequenzeingangssignale von dem zweiten und dem dritten Tor P2, P3 zu dem ersten Tor P1 verwendet. Als Beispiele der Dreitor-Hochfrequenzkomponenten des oben erwähnten Typs sind PIN-Diodenschalter und Galliumarsenid-Halbleiter (GaAs) all­ gemein bekannt.

Es sind jedoch viele diskrete Teile für einen PIN-Dioden­ schalter erforderlich, wodurch das Verkleinern des gesamten Schalters erschwert wird. Ferner ist das Vorsehen einer Drosselspule und einer Streifenleitung auf einem Substrat erforderlich, wodurch es ferner erschwert wird, Schalter dieses Typs zu verkleinern.

Es ist ferner schwierig, GaAs-Halbleiterschalter des bekann­ ten Typs zu verkleinern, da diese eine negative Leistungs­ versorgung mit einer Verdrahtung erfordern. Ferner treten aufgrund der Verwendung dieser Komponenten ein großer Lei­ stungsverbrauch und große Schalter-Einfügungsverluste auf.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Hochfrequenzkomponente zu schaffen, bei welcher die Anzahl der Teile verringert werden kann und das Vorsehen einer Um­ schaltleistungsversorgung nicht notwendig ist.

Diese Aufgabe wird durch eine Hochfrequenzkomponente gemäß Anspruch 1, 3 und 4 gelöst.

Um die oben erwähnte Aufgabe gemäß der vorliegenden Erfin­ dung zu erfüllen, ist eine Hochfrequenzkomponente mit einem ersten bis dritten Tor geschaffen, die folgende Merkmale aufweist: Einen ersten Phasenschieber, der aus einer Über­ tragungsleitung gebildet ist, wobei der erste Phasenschieber zwischen dem ersten und dem zweiten Tor angeordnet ist; ei­ nen ersten Serienresonator, der aus einer Serienschaltung einer Übertragungsleitung und eines Kondensators gebildet ist, wobei der erste Serienresonator zwischen einem ersten Referenzpotential und einem Knoten, der zwischen dem erstem Phasenschieber und dem zweiten Tor positioniert ist, ange­ ordnet ist; einen zweiten Phasenschieber, der aus einer Übertragungsleitung gebildet ist, wobei der zweite Phasen­ schieber zwischen dem ersten und dem dritten Tor angeordnet ist; und einen zweiten Serienresonator, der aus einer Seri­ enschaltung einer Übertragungsleitung und eines Kondensators gebildet ist, wobei der zweite Serienresonator zwischen dem Referenzpotential und einem Knoten, der zwischen dem zweiten Phasenschieber und dem dritten Tor positioniert ist, ange­ ordnet ist.

Eine weitere Resonanzkomponente ist mindestens zu einem des ersten und zweiten Serienresonators vorteilhaft parallelge­ schaltet.

Insbesondere kann eine weitere Übertragungsleitung parallel mit dem ersten Serienresonator zwischen dem Referenzpotenti­ al und dem Knoten, der zwischen dem ersten Phasenschieber und dem zweiten Tor positioniert ist, gekoppelt sein.

Ferner kann ein weiterer Kondensator parallel mit dem zwei­ ten Serienresonator zwischen dem Referenzpotential und dem Knoten, der zwischen dem zweiten Phasenschieber und dem dritten Tor positioniert ist, gekoppelt sein.

Mit dieser Anordnung werden die Impedanzen der Kondensatoren verringert, wenn die Frequenz ansteigt, und umgekehrt werden die Impedanzen der Übertragungsleitungen erhöht. Dies be­ wirkt, daß die Impedanzen der Serienresonatoren bei den Re­ sonanzfrequenzen Null werden.

Deshalb sind die Kondensatoren und die Übertragungsleitungen derart bestimmt, daß die Impedanzen der Parallelresonatoren unendlich oder die Impedanzen der Serienresonatoren Null werden können. Dies macht es möglich, einen Verteiler zum Verteilen eines Hochfrequenzeingangssignals von dem ersten Tor P1 zu dem zweiten und dritten Tor P2, P3 zu implementie­ ren, oder um einen Koppler zum Koppeln der Hochfrequenzein­ gangssignale von dem zweiten und dritten Tor P2, P3 zu dem ersten Tor P1 zu implementieren.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeich­ nungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltungsdiagramm eines Ausführungsbeispiels einer Hochfrequenzkomponente gemäß der vorliegen­ den Erfindung;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der in Fig. 1 ge­ zeigten Hochfrequenzkomponente;

Fig. 3(a)-3(g) eine Explosionsdraufsicht der in Fig. 1 gezeig­ ten Hochfrequenzkomponente; und

Fig. 4 ein schematisches Diagramm, das den Betrieb einer herkömmlichen Hochfrequenzkomponente darstellt.

Fig. 1 ist ein Schaltungsdiagramm eines Ausführungsbeispiels einer Hochfrequenzkomponente gemäß der vorliegenden Erfin­ dung. Eine Hochfrequenzkomponente 10 mit einem ersten bis dritten Tor P1 bis P3 dient dazu, ein Hochfrequenzeingangs­ signal von dem ersten Tor P1 zu dem zweiten und dem dritten Tor P2, P3 zu verteilen, wobei dieselbe ferner arbeitet, um Hochfrequenzeingangssignale von dem zweiten und dritten Tor P2, P3 mit dem ersten Tor P1 zu koppeln. Die Hochfrequenz­ komponente 10 ist beispielsweise in einem einzigen Chip in­ tegriert.

Ein erster Phasenschieber 11, der aus einer Übertragungslei­ tung STL1 gebildet ist, ist zwischen das erste und das zwei­ te Tor P1, P2 geschaltet. Ein erster Serienresonator 12, der durch serielles Aneinanderkoppeln einer Übertragungsleitung STL2 und eines Kondensators C1 gebildet ist, ist zwischen ein Referenzpotential, d. h. ein Massepotential, und einen Knoten A, der zwischen dem ersten Phasenschieber 11 und dem zweiten Tor P2 positioniert ist, geschaltet.

Zusätzlich ist ein zweiter Phasenschieber 13, der aus einer Übertragungsleitung STL3 gebildet ist, zwischen das erste und das dritte Tor P1, P3 geschaltet. Ein zweiter Serienre­ sonator 14, der durch serielles Aneinanderkoppeln einer Übertragungsleitung STL4 und eines Kondensators C2 gebildet ist, ist zwischen das Massepotential und einen Knoten B, der zwischen dem zweiten Phasenschieber 13 und dem dritten Tor P3 positioniert ist, geschaltet. Die Übertragungsleitungen STL1 bis STL4 können aus Streifenleitungen, Mikrostreifen­ leitungen, koplanaren Führungsleitungen und anderen verteil­ ten Elementen gebildet sein.

Der Betrieb der Hochfrequenzkomponente 10, die wie im Vor­ hergehenden beschrieben aufgebaut ist, wird nun erklärt. Ta­ belle 1 zeigt die Funktionen der jeweiligen Tore P1 bis P3 in der Hochfrequenzkomponente 10, die als Verteiler und Koppler dient.

Tabelle 1

Ein Hochfrequenzverteiler kann als Zweiband-Verteiler für das PDC800-System (Personal Digital Cellular 800: 800 MHz- Frequenzband) und das PHS-System (Personal Handyphone System: 1,9 GHz-Frequenzband) beispielsweise wie folgt im­ plementiert werden. Bei diesem Beispiel wird ein Hochfre­ quenzsignal bei 800 MHz an das zweite Tor P2 verteilt, wäh­ rend ein Hochfrequenzsignal bei 1,9 GHz an das dritte Tor P3 verteilt wird.

Eine erhöhte Frequenz verringert die Impedanzen der Konden­ satoren C1, C2 und erhöht andererseits die Impedanzen der Übertragungsleitungen STL1 bis STL4. Demgemäß werden die Im­ pedanzen des ersten und zweiten Serienresonators 12, 14 bei den Resonanzfrequenzen Null.

Folglich sind der erste Phasenschieber 11 und der erste Se­ rienresonator 12, bei denen bewirkt wird, daß deren Impedan­ zen bei einer Resonanzfrequenz von 1,9 GHz unendlich sind, zwischen dem ersten und dem zweiten Tor P1, P2 angeordnet, während der zweite Phasenschieber 13 und der zweite Serien­ resonator 14, bei denen bewirkt wird, daß deren Impedanzen bei einer Resonanzfrequenz von 800 MHz unendlich sind, zwi­ schen dem ersten und dem dritten Tor P1, P3 vorgesehen sind. Mit dieser Anordnung wird ein Hochfrequenzsignal bei 800 MHz, das an das erste Tor P1 eingegeben wird, an das zweite Tor P2 verteilt, während ein Hochfrequenzsignal bei 1,9 GHz an das dritte Tor P3 verteilt wird.

Wenn die Hochfrequenzkomponente 10 als Hochfrequenzkoppler verwendet wird, fließt andererseits ein Hochfrequenzsignal bei 800 MHz, das an das zweite Tor P2 eingegeben wird, in das erste Tor P1 und nicht in das dritte Tor P3. Anderer­ seits fließt ein Hochfrequenzeingangssignal bei 1,9 GHz, das an das dritte Tor P3 eingegeben wird, in das erste Tor P1 und nicht in das zweite Tor P2. Demgemäß können das Hochfre­ quenzsignal bei 800 MHz von dem zweiten Tor P2 und das 1,9 GHz-Signal von dem dritten Tor P3 an dem ersten Tor P1 mit­ einander gekoppelt werden.

Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht der Hochfrequenzkom­ ponente 10, die aus einem mehrschichtigen Substrat gebildet ist. Die Hochfrequenzkomponente 10 weist ein erstes bis drittes Tor P1 bis P3 und fünf Masseanschlüsse GND (GND = ground = Masse) auf den lateralen Seiten auf. Die spezifi­ schen Außenabmessungen dieser Komponente 10 betragen 4 mm (Länge) × 5 mm (Breite) × 1,3 mm (Höhe).

Fig. 3(a)-3(g) liefern zusammen eine Explosionsdraufsicht der Hochfrequenzkomponente 10, deren Teile in einem mehr­ schichtigen Substrat integriert sind. Insbesondere ist die Hochfrequenzkomponente 10 durch Stapeln einer Mehrzahl von dielektrischen Schichten 14a bis 14g gebildet.

Die oberste dielektrische Schicht 14a dient als Struktur­ außenschicht dieses Substrats. Auf der Oberfläche der di­ elektrischen Schicht 14a sind keine Leiterbahnen gebildet, da die jeweiligen Elemente, die die Hochfrequenzkomponente 10 bilden, innerhalb des Substrats integriert sind. An­ schließend werden Kondensatorelektroden 15a, 15b auf einer dielektrischen Schicht 14b gebildet, welche die zweite Schicht von oben ist, während Kondensatorelektroden 16a, 16b und eine Masseelektrode 17a auf einer dielektrischen Schicht 14c gebildet sind, die die dritte Schicht von oben ist. Die Kondensatorelektroden 15a, 16a stellen den Kondensator C2 (Fig. 1) dar, während die Kondensatorelektroden 15b, 16b den Kondensator C1 (Fig. 1) bilden.

Daraufhin werden Übertragungsleitungen STL2, STL4 auf einer dielektrischen Schicht 14d gebildet, welche die vierte Schicht von oben ist, während eine Masseelektrode 17b auf einer dielektrischen Schicht 14e gebildet ist, welche die fünfte Schicht von oben ist. Die Übertragungsleitung STL2 ist an einem Ende durch eine Durchkontaktierung 18a mit der Kondensatorelektrode 15b, und an dem anderen Ende durch eine Durchkontaktierung 18b mit der Masseelektrode 17a verbunden. Ferner ist die Übertragungsleitung STL4 an einem Ende durch eine Durchkontaktierung 18c mit der Kondensatorelektrode 15a und an dem anderen Ende durch eine Durchkontaktierung 18d mit der Masseelektrode 17a verbunden.

Auf einer dielektrischen Schicht 14f, die die sechste Schicht von oben ist, sind die Übertragungsleitungen STL1, STL3 gebildet. Auf einer dielektrischen Schicht 14g, die die siebte Schicht von oben ist, ist eine Masseelektrode 17c an­ geordnet. In diesem Fall ist die Übertragungsleitung STL1 an einem Ende mit dem ersten Tor P1 und an dem anderen Ende mit dem zweiten Tor P2 und ferner durch eine Durchkontaktierung 18e mit der Kondensatorelektrode 16b verbunden. Zusätzlich ist die Übertragungsleitung STL3 an einem Ende mit dem er­ sten Tor P1 und an dem anderen Ende mit dem dritten Tor P3 und ferner durch eine Durchkontaktierung 18f mit der Konden­ satorelektrode 16a verbunden. Auf diese Art und Weise wird die Hochfrequenzkomponente mit der in Fig. 1 gezeigten Schaltung aufgebaut.

Gemäß der obigen Beschreibung dieses Ausführungsbeispiels der Komponente kann folglich eine Dreitor-Hochfrequenzkompo­ nente aufgebaut und als Zweiband-Hochfrequenzverteiler oder Zweiband-Hochfrequenzkoppler verwendet werden.

Außerdem sind die Schaltungselemente aus Übertragungsleitun­ gen und Kondensatoren gebildet, wodurch die Notwendigkeit des Vorsehens einer Umschaltleistungsversorgung und deren Verdrahtung beseitigt wird. Ferner können alle Elemente in einem mehrschichtigen Substrat integriert werden, wodurch es ermöglicht wird, die Größe und die Kosten der Hochfrequenz­ komponente zu verringern. Zusätzlich verwendet diese Hoch­ frequenzkomponente keinen GaAs-Halbleiterschalter, wodurch ein zusätzlicher Leistungsverbrauch und zusätzliche Einfü­ gungsverluste beseitigt werden.

Ferner wird eine Beschreibung eines ersten und eines zweiten Modifikationsbeispiels der im Vorhergehenden beschriebene Hochfrequenzkomponente 10 vorgestellt. Als erstes Beispiel kann eine Übertragungsleitung STL5 zwischen ein Massepoten­ tial und den Knoten A, der zwischen dem ersten Phasenschie­ ber 11 und dem zweiten Tor P2 positioniert ist, geschaltet werden, wie es durch die gestrichelten Linien von Fig. 1 angezeigt ist. In diesem Fall ist die Übertragungsleitung STL5 parallel mit dem ersten Serienresonator 12 gekoppelt, wodurch es ermöglicht wird, ein Entweichen von Hochfrequenz­ signalen zu dem Massepotential zu unterdrücken, wodurch die Einfügungsverluste der Hochfrequenzkomponente 10 weiter wirksam verringert werden.

Als zweites Beispiel kann ein Kondensator C3 zwischen ein Massepotential und den Knoten B, der zwischen dem zweiten Phasenschieber 13 und dem dritten Tor P3 positioniert ist, geschaltet werden, wie es durch die gestrichelten Linien in Fig. 1 angezeigt ist. In diesem Fall kann das Entweichen der Hochfrequenzsignale zu dem Massepotential verhindert werden, wodurch die Einfügungsverluste in der Hochfrequenzkomponente 10 weiter reduziert werden.

Bei den oben erwähnten Modifikationsbeispielen können ent­ weder die Übertragungsleitung STL5 oder der Kondensator C3 oder beide zusammen in der Hochfrequenzkomponente 10 verwen­ det werden.

Wie es aus der vorhergehenden Beschreibung klar zu ersehen ist, bietet die vorliegende Erfindung die folgenden Vortei­ le.

Eine Hochfrequenzkomponente der vorliegenden Erfindung kann als Zweiband-Hochfrequenzverteiler oder als Zweiband-Hoch­ frequenzkoppler verwendet werden. Da außerdem die Schal­ tungselemente aus Übertragungsleitungen und Kondensatoren gebildet sind, benötigen dieselben keine Umschaltleistungs­ versorgung mit einer Verdrahtung. Ferner können alle Elemen­ te in ein mehrschichtiges Substrat eingebaut werden, wodurch eine Verringerung der Größe und der Kosten der Komponente ermöglicht wird. Zusätzlich verwendet diese Hochfrequenzkom­ ponente keinen GaAs-Halbleiterschalter, wodurch der Gesamt­ leistungsverbrauch reduziert und die Einfügungsverluste un­ terdrückt werden.

Um die vorliegende Erfindung weiter auszuarbeiten, kann eine zusätzliche Übertragungsleitung zu dem ersten Serienresona­ tor parallelgeschaltet werden, welche das Entweichen der Hochfrequenzsignale zu einem Massepotential verhindert, wo­ durch die Einfügungsverluste der Hochfrequenzkomponente wei­ ter wirksam reduziert werden. Außerdem ist es möglich, einen zusätzlichen Kondensator zu dem zweiten Serienresonator pa­ rallelzuschalten, um das Entweichen der Hochfrequenzsignale zu dem Massepotential weiter zu reduzieren, wodurch die Ein­ fügungsverluste der Komponenten sogar noch weiter reduziert werden.

Claims (5)

1. Hochfrequenz-Komponente (10) mit einem ersten, zweiten und dritten Tor (P1, P2, P3), mit folgenden Merkmalen:
einem ersten Phasenschieber (11), der eine Übertragungs­ leitung (STL1) aufweist, wobei der erste Phasenschieber (11) zwischen dem ersten und dem zweiten Tor (P1, P2) angeordnet ist;
einem ersten Serienresonator (12), der eine Serienschal­ tung aus einer Übertragungsleitung (STL2) und einem Kon­ densator (C1) aufweist, wobei der erste Serienresonator (12) zwischen einem Referenzpotential und einem Knoten (A), der zwischen dem ersten Phasenschieber (11) und dem zweiten Tor (P1) positioniert ist, angeordnet ist;
einem zweiten Phasenschieber (13), der eine Übertra­ gungsleitung (STL3) aufweist, wobei der zweite Phasen­ schieber (13) zwischen dem ersten und dritten Tor (P1, P3) angeordnet ist;
einem zweiten Serienresonator (14), der eine Serien­ schaltung aus einer Übertragungsleitung (STL4) und einem Kondensator (C2) aufweist, wobei der zweite Serienreso­ nator (14) zwischen dem Referenzpotential und einem Kno­ ten (B), der zwischen dem zweiten Phasenschieber (13) und dem dritten Tor (P3) positioniert ist, angeordnet ist; und
einer weiteren Übertragungsleitung (STL5), die parallel mit dem ersten Serienresonator (12) zwischen dem Refe­ renzpotential und dem Knoten (A), der zwischen dem er­ sten Phasenschieber (11) und dem zweiten Tor (P2) posi­ tioniert ist, gekoppelt ist.

2. Hochfrequenz-Komponente (10) gemäß Anspruch 1, bei der ein weiterer Kondensator (C3) parallel mit dem zweiten Serienresonator (14) zwischen dem Referenzpotential und dem Knoten (B), der zwischen dem zweiten Phasenschieber (13) und dem dritten Tor (P3) positioniert ist, gekop­ pelt ist.

3. Hochfrequenz-Komponente (10) mit einem ersten, zweiten und dritten Tor (P1, P2, P3), mit folgenden Merkmalen:
einem ersten Phasenschieber (11), der eine Übertragungs­ leitung (STL1) aufweist, wobei der erste Phasenschieber (11) zwischen dem ersten und dem zweiten Tor (P1, P2) angeordnet ist;
einem ersten Serienresonator (12), der eine Serienschal­ tung aus einer Übertragungsleitung (STL2) und einem Kon­ densator (C1) aufweist, wobei der erste Serienresonator (12) zwischen einem Referenzpotential und einem Knoten (A), der zwischen dem ersten Phasenschieber (11) und dem zweiten Tor (P2) positioniert ist, angeordnet ist;
einem zweiten Phasenschieber (13), der eine Übertra­ gungsleitung (STL3) aufweist, wobei der zweite Phasen­ schieber (13) zwischen dem ersten und dem dritten Tor (P1, P3) angeordnet ist;
einem zweiten Serienresonator (14), der eine Serien­ schaltung aus einer Übertragungsleitung (STL4) und einem Kondensator (C2) aufweist, wobei der zweite Serienreso­ nator (14) zwischen dem Referenzpotential und einem Kno­ ten (B), der zwischen dem zweiten Phasenschieber (13) und dem dritten Tor (P3) positioniert ist, angeordnet ist; und
einem weiteren Kondensator (C3), der parallel mit dem zweiten Serienresonator (14) zwischen dem Referenzpoten­ tial und dem Knoten (B), der zwischen dem zweiten Pha­ senschieber (13) und dem dritten Tor (P3) positioniert ist, gekoppelt ist.

4. Hochfrequenzkomponente (10) mit einem ersten, zweiten und dritten Tor (P1, P2, P3), mit folgenden Merkmalen:
einem ersten Phasenschieber (11), der eine Übertragungs­ leitung (STL1) aufweist, wobei der erste Phasenschieber (11) zwischen dem ersten und dem zweiten Tor (P1, P2) angeordnet ist;
einem ersten Serienresonator (12), der eine Serienschal­ tung aus einer Übertragungsleitung (STL2) und einem Kon­ densator (C1) aufweist, wobei der erste Serienresonator (12) zwischen einem Referenzpotential und einem Knoten (A), der zwischen dem ersten Phasenschieber (11) und dem zweiten Tor (P2) positioniert ist, angeordnet ist;
einem zweiten Phasenschieber (13), der eine Übertra­ gungsleitung (STL3) aufweist, wobei der zweite Phasen­ schieber (13) zwischen dem ersten und dem dritten Tor (P1, P3) angeordnet ist;
einem zweiten Serienresonator (14), der eine Serien­ schaltung aus einer Übertragungsleitung (STL4) und einem Kondensator (C2) aufweist, wobei der zweite Serienreso­ nator (14) zwischen dem Referenzpotential und einem Kno­ ten (B), der zwischen dem zweiten Phasenschieber (13) und dem dritten Tor (P3) positioniert ist, angeordnet ist; und
einer weiteren Resonanzkomponente, die mindestens zu ei­ nem des ersten und zweiten Serienresonators (12, 14) pa­ rallelgeschaltet ist.

5. Eine Hochfrequenz-Komponente gemäß Anspruch 4, bei der die weitere Resonanzkomponente aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Kondensator und einer Übertragungs­ leitung besteht.