WO2001069782A1

WO2001069782A1 - Duplexer mit verbesserter unterdrückung von harmonischen

Info

Publication number: WO2001069782A1
Application number: PCT/DE2001/000831
Authority: WO
Inventors: Peter Müller; Helmut Ostner; Tobias Krems
Original assignee: Epcos Ag
Priority date: 2000-03-13
Filing date: 2001-03-05
Publication date: 2001-09-20
Also published as: DE10012129A1

Abstract

Es wird ein Duplexer mit verbesserter Unterdrückung von Harmonischen Schwingungen der Oszillatorfrequenz vorgeschlagen, bei dem Sende- und Empfangsfilter aus DMS-Filtern gebildet sind, wobei zwischen Antenne und Empfangsfilter ein Resonator in Serie geschaltet ist. Signal- und/oder Masseanschlüsse von Sende- und Empfangsfilter sind induktiv miteinander verkoppelt.

Description

Beschreibung

Duplexer mit verbesserter Unterdrückung von Harmonischen

bei drahtlosen KommunikationsSystemen, insbesondere bei Mobilfunksystemen, die kein TDD (Time Domain Duplexing) erlauben, sind üblicherweise zwei unterschiedliche Frequenzbänder vorgesehen, die aus der Sicht des Kommunikationsteilnehmers gesehen als Sende- und Empfangsband dienen. Im Kommunika- tionsendgerät , insbesondere im Mobilfunkgerät (Handy) wird zum Senden und Empfangen von Signalen eine gemeinsame Antenne benutzt. Zur Trennung von Sende- und Empfangssignalen ist daher im allgemeinen ein Duplexer notwendig, der zwischen Antenne und den jeweiligen Sende- oder Empfangspfad geschaltet ist. Eine Duplexer setzt sich im Wesentlichen aus zwei miteinander verschalteten Filtern zusammen, nämlich einem RX- Filter zwischen Antenne und RX-Pfad für die empfangenen Signale und einem TX-Filter zwischen TX-Pfad und Antenne für zu sendende Signale.

Da das Kommunikationsendgerät gleichzeitig Senden und Empfangen können soll, muß jedes der beiden Filter ein im anderen Frequenzband gelegenes Signal gut unterdrücken können. Die geforderte Unterdrückung für das jeweils andere Band kann in unterschiedlichen Kommunikationssystemen variieren und liegt typischerweise im Bereich um 50 dB und mehr. Darüber hinaus benötigt der Duplexer für den Sendepfad TX eine hohe Wide-Up- Selection bei ganzzahligen Vielfachen der benutzten Systemfrequenzen, beispielsweise der Sendefrequenz, der Lokal - Oszillator-Frequenz und der halben Lokal-Oszillator-Frequenz . Dies ist notwendig, da die für die Signalverarbeitung verwendeten elektronischen Bauteile nichtlineare Eigenschaften besitzen und daher Vielfache dieser Systemfrequenzen generieren. Ein Abstrahlen dieser auch Harmonische genannten Vielfa- chen ist in aller Regel jedoch untersagt. Weiterhin benötigen Duplexer eine hohe Nahselektion und eine große Flankensteilheit des Durchlaßbereichs, um insbesondere das eng benachbarte jeweilige Sende- oder Empfangsband oder anderweitig genutzte Frequenzbänder effektiv ausblenden zu können. Auch eine ausreichende Spiegelunterdrückung ist notwendig, für die auch bei Schnurlostelefonen ca. 50 dB gefordert sind.

Bekannte Duplexer nutzen im Sendepfad ein zusätzliches Netz- werk aus passiven Komponenten, mit deren Hilfe Harmonische unterdrückt werden können.

Im Empfangspfad nutzen bekannte Duplexer ein zusätzliches Einzelfilter, um zumindest die systembedingte Mindestspiegel - Unterdrückung zu erreichen und benachbarte Frequenzbänder auszublenden. Bekannt ist es auch, einen Duplexer aus noch mehr Einzelfiltern plus jeweils dazu gehörigem Anpassnetzwerk aufzubauen.

Nachteilig an diesen bekannten Lösungen ist, daß sie eine

Vielzahl von Komponenten für das Anpassungsnetzwerk benötigen, daher einen hohen Schaltungsaufwand und auch einen erhöhten Platzbedarf zur Unterbringung der Komponenten erfordern.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Duplexer auf der Basis von OFW-Filterelementen (OFW = Oberflächenwelle) anzugeben, der eine verbesserte Harmonischenunterdrückung ohne zusätzliches Anpassungsnetzwerk ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Duplexer mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Ein erfindungsgemäßer Duplexer weist jeweils ein DMS-

Einzelfilter (DMS = Dual Mode SAW) für Sende- und Empfangspfad auf. In Serie zu einem der DMS-Filter ist ein Oberflä- chenwellenresonator geschaltet, der so ausgebildet ist, daß er im Durchlaßbereich des ersten DMS-Filters sperrt, im Durchlaßbereich des zweiten DMS-Filters dagegen optimal leitet . Außerdem werden die Anschlüsse von erstem und zweitem DMS-Filter induktiv verkoppelt. Auf diese Weise wird die Wi- de-Up-Selection im Sendepfad verbessert.

Die induktive Verkopplung erfolgt über elektrisch leitende Verbindungen, beispielsweise über Bonddrähte. Werden deren Längen und damit deren Induktivitäten in geeigneter Weise ausgewählt, so kann die verbesserte Wide-Up-Selection genau in den Bereich der Harmonischen verschoben werden. Auch durch eine Veränderung des Layouts, beispielsweise der Lage und Länge von Leiterbahnen auf dem Substrat, läßt sich eine ver- besserte Unterdrückung genau bei der Harmonischen erzielen.

Auch der in Serie zu einem der DMS-Filter geschaltete Resonator dient zur Unterdrückung der Harmonischen. Er ist in Serie mit dem ersten DMS-Filter (Empfangsfilter) geschaltet und zwischen diesem Filter und der Antenne angeordnet. Er ist so ausgebildet, daß er im Durchlaßbereich dieses ersten DMS- Filters optimal leitet, im Durchlaßbereich des zweiten DMS- Filters dagegen sperrt. Bei hohen Frequenzen, also bei den Frequenzen der Harmonischen wirkt der Resonator rein kapazi- tiv und ist daher gut leitend. Da auch das erste DMS-Filter bei diesen Frequenzen kapazitiv wirkt, ist es ebenso leitend, so daß der Antenneneingang bei den hohen Frequenzen der Harmonischen für den Empfangsfilter niederohmig bis kurz geschlossen ist. Dieses Verhalten läßt sich durch eine mög- liehst geringe Impedanz des Empfangsfilters bei den Frequenzen der Harmonischen erzielen, was durch eine geeignete Wich- tung des Resonators noch verstärkt werden kann.

Werden für die induktive Verkopplung die Masseanschlüsse der beiden DMS-Filter verbunden, kann dies auf verschiedene Art und Weise erfolgen. Beispielsweise können beide Filter mit dem gleichen externen Massepad verbunden werden. Möglich ist < φ

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Vorteilhaft ist es auch, für den Empfangsfilter einen Zwei- spur-DMS-Filter zu verwenden. Mit diesem und den übrigen erfindungsgemäßen Maßnahmen kann für den Empfangsfilter eine ausreichende Selektion erreicht werden, so daß keine weiteren Empfangsfilter benötigt werden und auch keine zusätzliche Harmonischenunterdrückung notwendig ist.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei- spielen und der dazugehörigen vier Figuren näher erläutert.

Die Figuren 1 bis 3 zeigen in schematischer Schaltbild- Darstellung verschiedene Ausführungsbeispiele erfindungs- gemäßer Duplexer und

Figur 4 zeigt einen quasiperiodischen Übergang zwischen zwei phasenversetzten Interdigitalwandlern.

Figur 1 zeigt einen ersten erfindungsgemäßen Duplexer in schematischer Darstellung. Dieser umfaßt einen ersten DMS- Filter Fl , bestehend aus insgesamt drei Interdigitalwandlern W1I, 1A, W1A- , die zwischen zwei Reflektoren R1,R1- angeordnet sind. Das Filter Fl stellt das Empfangsfilter des Duplexers dar und ist über einen Serienresonator Res mit der Antenne A verbunden. Ebenfalls mit der Antenne A verbunden ist ein zweites DMS-Filter F2 , welches den gleichen Aufbau wie das

Filter Fl aufweist. Das Filter F2 stellt das Sendefilter dar. Mit Tl ist der Anschluß für den Empfangspfad bezeichnet, mit T2 der Anschluß für den Sendepfad. Die an sich bekannten DMS-Filter Fl und F2 besitzen voneinander verschiedene Durch- laßbereiche, die den jeweiligen zu trennenden Sende- und Empfangsbändern des jeweiligen Kommunikationssystems entsprechen, beispielsweise CT1+, AMPS, GSM oder Anderen. Die Resonanzfrequenz des Serienresonators Res liegt im Bereich des Durchlaßbereichs des Filters Fl .

Zur induktiven Verkopplung von Sende- und Empfangsfilter F1,F2 bestehen nun mehrere Möglichkeiten. Beide Filter sind auf einem gemeinsamen Substrat angeordnet, wobei die Anschlußflächen (Pads) 1,2,5 und 7 auf dem Substrat angeordnet sind, während die Anschlußpunkte 3,4,6 und 8 außerhalb des Chips und beispielsweise auf einem Gehäuse oder auf einer Ba- sisplatte liegende Anschlußflächen darstellen.

Zur induktiven Verkopplung der beiden Filter können nun im einfachsten Fall die beiden auf dem Filtersubstrat liegenden Anschlußflächen 7 und 1 mittels eines Bonddrahtes verbunden werden. Möglich ist es jedoch auch, die auf dem Chip liegende Anschlußfläche 1 des Filters Fl mit dem außerhalb des Chips liegenden Anschlußpunkt 8 des Filters F2 mit Hilfe eines Bonddrahts zu verbinden. Eine weitere induktive Verkopplung ist zwischen den Punkten 7 und 4 möglich. Auch eine Verbin- düng zwischen zwei außerhalb des Substrats liegenden Anschlußpunkten, beispielsweise 4 und 8 kann vorgesehen sein. Möglich ist es jedoch auch, die Masseanschlüsse 1 und 7 auf dem Chip mit einer Leitung auf dem Substrat induktiv zu verkoppeln, alternativ die Anschlußflächen 1 und 7 mit dem sel- ben Masseanschluss außerhalb des Substrats zu verbinden oder die beiden Masseanschlüsse 4 und 8 einer gemeinsamen Gehäusemasse zuzuführen.

In der Figur 1 sind zwar die Verbindungen von Anschlußflächen auf dem Substrat mit außerhalb des Substrats liegenden Anschlußpunkten in Form von Bonddrähten dargestellt, die eine herkömmliche Einbettung des Chips in ein Gehäuse ermöglichen. Möglich ist es jedoch auch, das Substrat mit den beiden Filtern F1,F2 und dem Resonator Res mittels Flip-Chip- Technologie mit einer Basisplatte zu verbinden, wobei das

Substrat mit zu der Basisplatte weisenden Strukturen Face- Down mit Hilfe von Lotkugeln oder Bumps verbunden wird. Die entsprechenden induktiven Verkopplungen werden dann vorzugsweise innerhalb der Basisplatte oder innerhalb eines Gehäuses vorgenommen.

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werden. Ein solcher Phasenversatz kann beispielsweise hergestellt werden, indem innerhalb einer akustischen Spur eines Filters einzelne Wandler nicht auf einem der Fingerperiode P entsprechenden Raster angeordnet werden, sondern um einen dem gewünschten Phasenunterschied entsprechenden Betrag gegeneinander verschoben werden. Da die Auslöschung dann für die Frequenz am höchsten ist, die einem Phasenunterschied von 180 Grad am nächsten kommt, kann mit Hilfe dieser Verschiebung gezielt eine bestimmte Frequenz unterdrückt werden.

Zur Vermeidung von Volumenwellen wird der durch die Phasenverschiebung entstehende größere Abstand zwischen den beiden Strukturen vorzugsweise weder frei gelassen noch mit einem dickeren Elektrodenfinger belegt, sondern vorzugsweise durch kontinuierliche Variation der Elektrodenfingerabstände und/oder Elektrodenfingerbreiten überbrückt, so daß ein stetiger Übergang zwischen den beiden verschobenen Rastern entsteht. Vorzugsweise ist die Fingerperiode im Bereich des Übergangs kleiner als in den angrenzenden Strukturen.

Figur 4 zeigt zwei solche phasenversetzte Strukturen auf einem Substrat anhand eines schematischen Querschnitts. Beide Strukturen weisen eine regelmäßige Fingerperiode Pl auf, liegen jedoch nicht auf einem gemeinsamen Raster. Der Phasenun- terschied zwischen den beiden Strukturen wird durch entsprechende Variation der Abstände der endständigen Finger überbrückt. Im in der Figur dargestellten Beispiel werden lediglich die Positionen der jeweils äußersten endständigen Finger variiert, wobei sich Fingerabstände P2 und P3 ergeben, für die gilt: P1>P2>P3. Gleichzeitig oder alternativ ist es auch möglich, die Fingerbreiten endständiger Einzelfinger oder endständiger Fingergruppen kontinuierlich so zu variieren, daß die direkt dem Übergang benachbarten Elektrodenfinger die geringste Fingerbreite b aufweisen. Für die Fingerbreite end- ständiger Finger b2 gilt dann gegenüber der Fingerbreite bl regelmäßiger Elektrodenfinger: b2<bl. Die anhand der Ausführungsbeispiele beschriebe Erfindung ist nicht auf diese begrenzt. Durch Variation einzelner Merkmale im Rahmen der Erfindung sind zahlreiche weitere nicht extra dargestellte Möglichkeiten zur Ausführung der Erfindung denk- bar.

Claims

Patentansprüche

1. Duplexer auf der Basis von OFW Filterelementen

- mit einem ersten und einem zweiten DMS Filter (F1,F2) als Empfangs- und Sendefilter

- mit einem ersten OFW-Resonator (Res) , der elektrisch in Serie zwischen ersten DMS Filter (Fl) und Antenne (A) geschaltet ist

- bei dem der erste Resonator so ausgebildet ist, dass er im Durchlassbereich des zweiten DMS Filters (F2) sperrt und im Durchlassbereich des ersten DMS Filters (Fl) optimal leitet

- bei dem Anschlüsse (1,2,5,7) von erstem und zweiten DMS Filter induktiv verkoppelt sind.

2. Duplexer nach Anspruch 1, bei dem einander entsprechende Anschlüsse (1,2,5,7) der beiden DMS Filter (F1,F2) über einen Bondraht induktiv verkoppelt sind.

3. Duplexer nach Anspruch 1, bei dem die Masseanschlüsse (2,5) der beiden DMS Filter (F1,F2) mit einem gemeinsamen Massepad verbunden und so induktiv verkoppelt sind.

4. Duplexer nach Anspruch 1, bei dem die Masseanschlüsse (2,5) der beiden DMS Filter (F1,F2) mit Massepads verbunden sind, die über das Gehäuse des Duplexers miteinander verbunden und so induktiv verkoppelt sind.

5. Duplexer nach einem der Ansprüche 1-3, bei dem der Eingang des Empfangsfilters (F2) mit dem Ausgang des Sendefilters (Fl) induktiv verkoppelt ist.

Duplexer nach einem der Ansprüche 1-5, bei dem ein zweiter Resonator (Res2)in Serie zu dem Emp- fangsfilter (F2) geschaltet ist.

7. Duplexer nach einem der Ansprüche 1-6, bei dem der Empfangsfilter (F2) als Zweispur-DMS-Filter ausgebildet ist.

8. Duplexer nach einem der Ansprüche 1-7, bei dem die DMS Filter (F1,F2) jeweils drei Interdigital- wandler (Wi,Wa) aufweisen, wobei die beiden äußeren Inter- digitalwandler (Wa,Wa^Λ) relativ zum mittleren Interdigi- talwandler (Wi) so phasenversetzt angeordnet sind, dass bei einer Addition der von den beiden äußeren Interdigitalwandlern erzeugten Signale bei einer Frequenz nahe des Durchlassbereichs Auslöschung erfolgt .

9. Duplexer nach Anspruch 8, bei dem im Bereich des Übergangs zwischen den zwei nebeneinander liegenden phasenversetzten Interdigitalwandlern die Fingerperiode (P) am jeweiligen Ende der Interdigi- talwandler kontinuierlich so variiert wird, dass sie am Übergang ein Minimum aufweist.

10. Duplexer nach Anspruch 9, bei dem die Fingerperiode (P) durch Verkleinerung von Fingerabstand und/oder Fingerbreite (b) variiert wird.