DE19903855A1

DE19903855A1 - Duplexer/Diplexer aus zwei modular aufgebauten Filtern

Info

Publication number: DE19903855A1
Application number: DE19903855A
Authority: DE
Inventors: Christian Block; Bernhard Reichel
Original assignee: Epcos AG
Current assignee: TDK Electronics AG
Priority date: 1999-02-01
Filing date: 1999-02-01
Publication date: 2000-10-19
Anticipated expiration: 2019-02-02
Also published as: CN1339183A; US6696904B1; WO2000046871A1; DE19903855B4; JP2002536901A; EP1155470A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Duplexer/Diplexer aus wenigstens einem Sendezweig (1) und einem Empfangszweig (2). Der Sendezweig (1) und der Empfangszweig (2) sind modular durch eine Schirmung (3) verbunden und so angeordnet, daß die beiden Zweige in ihrem Durchlaßbereich an einen gleichen Widerstandswert (50 Ohm) angepaßt und im Sperrbereich des zum Durchlaßbereich jeweiligen Nachbarbandes breitbandig hochohmig sind. Dadurch sind bei Parallelschaltung der beiden Zweige (1, 2) alle drei Ports des Duplexers/Diplexers an dem gleichen Widerstandwert angepaßt.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Duplexer/ Diplexer aus wenigstens zwei Filtern für einen Sendezweig und einen Empfangszweig, bei dem jedes Filter aus einem Keramik körper besteht, in dem jeweils Durchbohrungen angeordnet sind, die von einer Seite des jeweiligen Keramikkörpers zu dessen gegenüberliegenden Seite führen, und bei dem jeweils auf den Keramikkörper von einer Metallisierung des Keramik körpers isolierte Anschlußflächen für drei Ports zum kapazi tiven Ein-/Auskoppeln von HF-Signalen vorgesehen sind.

Duplexer (Sendeempfangsweichen) sind Einrichtungen zur Tren nung des Sende- und Empfangskanales, um bei eine gemeinsame Sende- und Empfangsantenne verwendenden Anlagen zu verhin dern, daß während des Sendens Energie in den Empfänger oder während des Empfangens Energie in den Sender gelangt. Solche Duplexer werden bevorzugt bei analogen Mobilfunksystemen ein gesetzt. Auch für zukünftige Digitalsysteme mit hohen Daten raten ist die Verwendung von Duplexern vorgesehen.

Während Duplexer so über zwei Zweige, nämlich den Sendezweig und den Empfangszweig verfügen, sind Diplexer zur Trennung von verschiedenen Bändern unterschiedlicher Mobilfunksysteme (z. B. DCS1800/PCS) geeignet und haben damit gegebenenfalls auch mehr als zwei Zweige.

An einen Duplexer, der gewöhnlich aus zwei Keramikfiltern be steht, werden gerade in Mobilfunksystemen die folgenden An forderungen gestellt:
Die Einfügungsdämpfungen beider Zweige sollten möglichst niedrig sein, um beispielsweise im Sendezweig möglichst wenig Sendeleistung im Filter selbst zu verlieren. Die Selektion zwischen den beiden Zweigen sollte jedoch möglichst hoch sein, um die Erzeugung von Mischprodukten in den beiden Zwei gen zu unterdrücken. Gleichzeitig neben einer solchen hohen Unterdrückung von Mischprodukten, die gerade bei einem Mobil funkgerät äußerst unerwünscht sind, sollten die Filter selbst möglichst klein sein, damit der Duplexer nicht zu viel Raum in Anspruch nimmt.

Derzeit gibt es nun zwei grundsätzlich verschiedene Arten von Duplexern aus Keramikfiltern:
Bei der ersten Art, den sogenannten monolithischen Duplexern, ist ein Keramikkörper vorgesehen, in welchem ein Sendezweig und ein Empfangszweig aus jeweils mehreren gekoppelten Reso natoren angeordnet ist. Der Vorteil eines solchen monolithi schen Duplexers liegt in dessen Herstellung: es braucht nur ein Keramikkörper in einem Stück gepreßt zu werden, was die Fertigung erheblich gegenüber der Herstellung von zwei Kera mikkörpern vereinfacht. Ein nicht zu unterschätzender Nach teil liegt aber darin, daß die Keramikkörper solcher mono lithischer Duplexer wegen ihrer Größe schwer zu löten sind, wobei überdies oft entsprechende mechanische Spannungen auf den jeweiligen Unterlagen bzw. "Boards" entstehen, da die Ke ramikfilter selbst nicht flexibel sind. Außerdem ist bei mo nolithischen Duplexern das Oberwellenverhalten tendenziell gegenüber Duplexern aus getrennten Filtern schlechter, da die grundsätzlich immer auftretenden Rechteckhohlleitermoden schon bei niedrigen Frequenzen ausbreitungsfähig werden, was sich bei einem monolithischen Duplexer besonders nachteilhaft auswirkt.

Bei der anderen Art von Duplexern werden zu verkoppelnde Ke ramikfilter bzw. keramische Leitungsresonatoren auf einem Trägersubstrat montiert. Die Koppelstrukturen zwischen den Keramikfiltern sind entweder im Trägersubstrat enthalten oder durch zusätzlich vorgesehene Spulen und Kondensatoren gege ben. Ein wesentlicher Nachteil dieser zweiten Art von Duple xern liegt in dem hohen Aufwand für die Koppelstrukturen.

Auch ist eine Reduzierung der Bauhöhe wegen des zusätzlichen Trägersubstrates nur auf Kosten einer Verschlechterung der elektrischen Parameter, wie insbesondere der Einfügungsdämp fung, zu realisieren.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Duplexer/Diplexer zu schaffen, der einfach herzustellen und zu montieren ist und dabei ohne weiteres an gewünschte Anwendungen angepaßt werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einem Duplexer/Diplexer der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Filter modular aufgebaut und durch eine Schirmung verbunden sind und daß die beiden Zweige in ihrem Durchlaßbereich an einen glei chen Widerstandswert angepaßt und im Sperrbereich des zum Durchlaßbereich jeweiligen Nachbarbandes breitbandig hoch ohmig sind, so daß bei Parallelschaltung der beiden Zweige alle drei Ports des Duplexers/Diplexers an den Widerstands wert angepaßt sind.

Der erfindungsgemäße Duplexer/Diplexer ist also modular auf gebaut. Dabei sind bei einem Duplexer die beiden Zweige so angeordnet, daß sie beispielsweise jeweils im Durchlaßbereich an einen Widerstandswert von 50 Ohm angepaßt und im Sperrbe reich des zum Durchlaßbereich jeweiligen Nachbarbandes breit bandig hochohmig bzw. in Leerlauf gedreht sind. Mit anderen Worten, alle drei Ports des Duplexers sind bei Parallelschal tung der beiden Zweige an einen Widerstandswert von 50 Ohm angepaßt.

Sollte einer der beiden Zweige nicht schon von seinem Grund aufbau her im Sperrbereich hochohmig sein, so läßt er sich durch eine Leitungsstruktur auf der Seite des Antennenports ohne weiteres entsprechend seiner Länge im "Smith-Diagramm", also der Abbildung der rechten Hälfte der Impedanzebene auf die Ebene des komplexen Reflexionsfaktors, in den Leerlauf drehen.

Die Herstellung des erfindungsgemäßen Duplexers/Diplexers ist besonders einfach, da die beiden oder mehreren Zweige unab hängig voneinander gefertigt werden können.

Ist der erfindungsgemäße Duplexer etwa mit gleich großen Ab messungen wie ein bestehender monolithischer Duplexer, wie dieser oben erläutert wurde, versehen, so sind bei dem modu laren Aufbau die beiden einzelnen Zweige jeweils etwa halb so groß. Bezüglich der Ausbreitungsfähigkeit der ersten Oberflä che mit etwa doppelter Frequenz ist aber der modulare Aufbau wesentlich vorteilhafter.

Liegen beispielsweise Bauhöhenbeschränkungen vor, so besteht bei dem erfindungsgemäßen Duplexer/Diplexer sogar die Mög lichkeit, diesen getrennt aufzubauen und dabei beispielsweise den Empfangszweig zu miniaturisieren, während der Sendezweig zur Erhaltung der niedrigen Einfügungsdämpfung so hoch als möglich belassen wird. Einem Anwender werden so Freiräume in der Gestaltung so weit als möglich eingeräumt.

Alle Filter oder Duplexer/Diplexer, die aus verkoppelten λ/4- Resonatoren bestehen, haben den Nachteil, daß sie bei der 3- fachen Frequenz oder einem entsprechenden Mischprodukt hier von ausbreitungsfähig werden. Hier kann in vorteilhafter Wei se durch eine Seitenstruktur Abhilfe geschaffen werden, die sich im Abstand von λ/12 von der Vorderseite des jeweiligen Filters bzw. Zweiges des Duplexers/Diplexers befindet.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Vordersicht des erfindungsgemäßen Duple xers,

Fig. 2 eine Seitensicht des erfindungsgemäßen Duple xers,

Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Empfangszweig des erfindungsgemäßen Duplexers,

Fig. 4 eine Seitensicht des Empfangszweiges von Fig. 3,

Fig. 5 eine Vordersicht des Empfangszweiges von Fig. 3, und

Fig. 6 eine Einzelheit in Blickrichtung eines Pfei les A bei dem Empfangszweig von Fig. 3.

Fig. 1 zeigt eine Vordersicht eines Duplexers 1 mit einem Sendezweig 1 und einem Empfangszweig 2, die beide modular aufgebaut und durch eine Schirmung bzw. ein Blech 3 aus Me tall verbunden sind, was z. B. durch Löten geschehen kann. Der Sendezweig 1 und der Empfangszweig 2 bestehen jeweils aus ei nem Keramikfilter, das mit Metall-Anschlußflächen 4 bis 6 bzw. 7 bis 9 versehen ist, die durch Isolierspalten 10 von einander und von Metallisierungen 11 elektrisch getrennt sind.

Durch die Keramikkörper von Sendezweig 1 und Empfangszweig 2 erstrecken sich Durchbohrungen 12, die in üblicher Weise ge staltet sein können (vgl. beispielsweise DE 195 34 158 C1 und DE 196 28 023 C1).

Die Schirmung 3 aus Metall ist auf eine der Metallisierungen 11 aufgebracht, und, wie aus der Seitensicht von Fig. 2 zu ersehen ist, an der Vorderseite von den beiden Keramikkörpern der beiden Zweige 1, 2 im Abstand von dieser Vorderseite nach unten geführt und nach außen gebogen.

Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf den Empfangszweig 2 mit der Anschlußfläche 7 für die Antenne, der Anschlußfläche 8 für Erde und der Empfangs-Anschlußfläche 9. Außerdem sind aus dieser Figur die vier Durchbohrungen 12 durch den Keramikkör per des Empfangszweiges 2 zu ersehen. Bereiche 13 um die Öff nungen der Durchbohrungen 12 an der Oberfläche des Keramik körpers sind von der Metallisierung 11 frei (vgl. Fig. 5).

Ein Isolierspalt 15 (vgl. auch Fig. 6) befindet sich im Ab stand von λ/12 von der Vorderseite des jeweiligen Zweiges 1 bzw. 2. Damit können Nachteile überwunden werden, die dadurch bedingt sind, daß alle Filter oder Duplexer, die aus verkop pelten λ/4-Resonatoren bestehen, bei der 3-fachen Frequenz oder einem entsprechenden Mischprodukt hiervon ausbreitungs fähig werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Duplexer/Diplexer wird durch ent sprechende Gestaltung der Bohrungen und der Metallisierungen 11 sowie einer Seitenstruktur 14 aus Metall bewirkt, daß die beiden Zweige 1, 2 in ihrem Durchlaßbereich an einen gleichen Widerstandswert angepaßt und im Sperrbereich des zum Durch laßbereich jeweiligen Nachbarbandes breitbandig hochohmig sind. Die hierfür geeignete optimale Keramikform wird über entsprechende Preß- und Sintereinstellungen gefunden. Dieser Widerstandswert kann vorzugsweise 50 Ohm betragen. Bei Paral lelschaltung der beiden Zweige 1, 2 sind dann alle drei durch die Anschlußflächen 4 bis 6 bzw. 7 bis 9 gegebenen Ports des Duplexers an dem gleichen Widerstandswert, nämlich 50 Ohm, angepaßt. Die Hochohmigkeit der beiden Zweige 1, 2 im Sperr bereich kann durch entsprechende Strukturierung der Antennen ports (vgl. beispielsweise Anschlußfläche 7) und entsprechen de Ausführung der Seitenstruktur 14 erzielt werden.

Die beiden Zweige 1, 2 bzw. deren Keramikkörper können unter schiedliche Höhen aufweisen. So ist es beispielsweise mög lich, daß der Empfangszweig 2 miniaturisiert wird, während der Sendezweig 1 zur Erhaltung einer niedrigen Einfügungs dämpfung so hoch wie möglich belassen wird.

Claims

1. Duplexer/Diplexer aus wenigstens zwei Filtern für einen Sendezweig (1) und einen Empfangszweig (2), bei dem jedes Filter aus einem Keramikkörper besteht, in dem jeweils Durchbohrungen (12) angeordnet sind, die von einer Seite des jeweiligen Keramikkörpers zu dessen gegenüberliegen den Seite führen, und bei dem jeweils auf dem Keramikkör per von einer Metallisierung (11) des Keramikkörpers iso lierte Anschlußflächen (4 bis 9) für drei Ports zum kapa zitiven Ein-/Auskoppeln von HF-Signalen vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Filter modular aufgebaut und durch eine Schirmung (3) verbunden sind und die beiden Zweige (1, 2) in ihrem Durchlaßbereich an ei nem gleichen Widerstandswert angepaßt und im Sperrbereich des zum Durchlaßbereich jeweiligen Nachbarbandes breit bandig hochohmig sind, so daß bei Parallelschaltung der beiden Zweige (1, 2) alle drei Ports des Duplexers/Diple xers an den Widerstandswert angepaßt sind.

2. Duplexer/Diplexer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochohmigkeit der Zweige (1, 2) im Sperrbereich durch Strukturierung der Antennenports (7) und einer Sei tenstruktur (14) erzielt ist.

3. Duplexer/Diplexer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandswert 50 Ohm beträgt.

4. Duplexer/Diplexer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zweige (1, 2) unterschiedliche Höhen aufweisen.

5. Duplexer/Diplexer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Filter eine Metall-Seitenstruktur (14) aufweist.

6. Duplexer/Diplexer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich ein Isolierspalt (15) bei aus verkoppelten λ/4- Resonatoren bestehenden Filtern in einem Abstand von λ/12 von der Vorderseite des jeweiligen Filters befindet.