WO2014180633A1 - Zur miniaturisierung geeignetes hf-bauelement mit verringerter kopplung - Google Patents

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WO2014180633A1
WO2014180633A1 PCT/EP2014/057627 EP2014057627W WO2014180633A1 WO 2014180633 A1 WO2014180633 A1 WO 2014180633A1 EP 2014057627 W EP2014057627 W EP 2014057627W WO 2014180633 A1 WO2014180633 A1 WO 2014180633A1
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coil
double
electrical
coil segment
component
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PCT/EP2014/057627
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Robert Koch
Jürgen KIWITT
Maximilian Pitschi
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Epcos Ag
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Publication date
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Definitions

  • the invention relates to RF devices having a reduced electromagnetic, z. B. inductive, coupling and are therefore well suited for miniaturization. Such reduced couplings are particularly advantageous in RF filters.
  • Coil at a transmission port known.
  • the coil is arranged on the substrate in such a way that it comes to lie next to its filter-topologically adjacent resonators.
  • From the patent US7, 151, 430B2 a coil structure for reducing an inductive coupling is known.
  • the coil has areas in which cover parts of the coil turn other parts.
  • An RF device includes a housing and a micro-acoustic filter having a ladder-type filter structure disposed in the housing.
  • the ladder-type filter structure comprises at least one series-branch resonator and one parallel-branch resonator.
  • the device further comprises a Dop ⁇ pelspule having a first coil segment and a second coil segment.
  • the double coil is also arranged in the housing.
  • the first coil segment has an outer Win ⁇ extension segment with a first orientation.
  • the second coil segment also has an outer coil segment, however, with a second, opposite orientation for the first orientation.
  • the two outer winding segments are connected at a contact point.
  • the two Spu ⁇ lensegmente are ordered Toggle without crossing over in a single layer.
  • the double coil is arranged in the vicinity of the parallel-arm resonator.
  • the opposition of the two coil segments causes a reduction of the electromagnetic coupling at least in a region which is arranged in the vicinity of the double coil.
  • the double coil generates even Ver ⁇ ring ceremonies the coupling into two sections, wherein the coil is disposed substantially in the middle between the regions.
  • a coil is a conductor, z. B. a winding which is suitable for generating a magnetic field.
  • Each of the two coil segments can have a winding with an interturn ⁇ number.
  • the number of turns indicates how often the conductor is guided around a center of the coil segment.
  • the number of turns can assume integers greater than zero.
  • the number of turns is not limited to whole numbers but also can be rational or real values anneh ⁇ men.
  • the double coil is a suitable means to protect be ⁇ Sonders sensitive components. Characterized in that the double coil is angeord ⁇ net in the vicinity of the parallel branch resonator, it can be easily aligned so that the loading rich reduced coupling with at least one region with a sensitive component overlap.
  • the double coil itself can represent an inductive element ⁇ which filter topological, z. B. as impedance matching or as an ESD protection element, anyway required.
  • the double coil is not an additional element, so that the advantage in terms of reduced size by the arrangement of the coil is not depleted by the space required by the coil itself.
  • At least one of the two coil segments is formed spirally. It is also possible that both coil segments are formed spirally.
  • the term "helical” in this context refers to a coil form in which the conductor follows a path and the distance of the path, for example as viewed in the current direction, essentially runs around a center of the coil and the distance increases or decreases mon ⁇ noton It is possible that the distance along the path is not only monotonous, but even strictly monotonous increases or decreases.
  • At least one of the two coil segments with a m-shaped floor plan or made of n straight m and n can be greater than or equal to three. Furthermore, it is possible for at least one of the coil segments to have a curved path. The curvature can then increase or decrease monotonically or strictly monotone.
  • the m-shaped floor plan can have three, four, five, six, seven, eight, nine, ten, eleven, twelve or more corners.
  • the number of straight line sections, n can be defined essentially by the number m of the corners of the floor plan multiplied by the number of turns. If the coil segment does not have a polygonal floor plan, the number of linear conductor sections can be between five and 80.
  • At least one of the two coil segments has an aspect ratio of substantially less than 1, equal to 1 or greater than 1.
  • the aspect ratio is essentially the ratio length / width of a partial coil.
  • the length is determined in a direction parallel to the connecting line of the two centers of the coil segments.
  • the width is determined in a direction perpendicular ⁇ direction. Is z. B. a coil segment a spiral with a large number of turns, a narrow ladder track and a narrow distance between turns, so the aspect ratio for large numbers of turns goes against 1.
  • both coil segments the same-aspect ratio or different aspect ratios aufwei ⁇ sen. It is also possible that a coil segment has an aspect ratio ⁇ less than 1 and the other coil segment an ace ⁇ pektrich greater than the first In an aspect ratio> 1 a smaller width of the double coil can be obtained, so that a possible disadvantageously overlap of the double coil is reduced with other Druckungskompo ⁇ components.
  • the first coil segment has a first extent while the second coil segment has a second extent.
  • the second extent may be substantially equal to the first extent or larger or smaller.
  • expansion denotes the smallest area within which extend all conductor sections of a coil segment.
  • the two winding numbers of the two coil segments are the same or different.
  • the number of turns can each independently be selected essentially between 0.25 and 100 arbitrarily.
  • the first coil segment has a center and the second coil segment has a center.
  • An axis perpendicular to a connecting line through both centers and passing through the point of contact defines a region of reduced electromagnetic coupling in an area about that axis.
  • elektromagentischer coupling is a double cone, z. B. when the two coil segments are symmetrical or nearly symmetrical. In the area of the double cone - or
  • the area of the double cone is substantially as ⁇ characterized by that the magnetic fields generated by the two Spulenseg ⁇ elements cancel each other, so that a region of reduced coupling, the double-cone is obtained.
  • DMS Double Mode SAW
  • the double cone has a half opening angle, wherein between 0 ° and 50 °. It is particularly possible that the opening angle is equal to 40 °.
  • both coil segments are in a common Location formed. This is easily possible because the double coil is arranged in a single layer.
  • the common layer comprises two or more layers arranged one above the other.
  • the double coil may have a point symmetry with the contact point as the center of symmetry or a mirror symmetry with a mirror axis through the contact point. But it is also possible that the double coil is asymmetrically shaped. So z. B. the number of turns per coil segment differ ⁇ Lich. The production of the double coil is possible with a one-layer process.
  • FIG. 1 shows a cross section through a housing H of ⁇ Bauele ments C
  • Figure 2 shows a possible arrangement of the dual coil relative to a parallel resonator
  • 3 shows a component C, wherein the double coil has an aspect ratio of substantially 1 ⁇
  • FIG. 4 shows a component C, the double coil having an aspect ratio greater than 1,
  • FIG. 6 shows a possible embodiment of the double coil
  • FIG. 7 shows an alternative embodiment of the double coil
  • FIG. 8 shows an alternative embodiment of the double coil
  • FIG. 9 shows an alternative embodiment of the double coil
  • FIG. 11 shows an alternative embodiment of the double coil
  • FIG. 12 shows an alternative embodiment of the double coil
  • Figure 13 shows an embodiment of a coil segment
  • FIG. 15 shows the TX-RX isolation of a duplexer, once with and once without a double coil
  • the parameter matrix S 1 2, S 2 3, in a larger frequency range ⁇ Fre 17 shows the matrix element S13 (TX-RX isolation) of a
  • FIG. 18 shows the reflection at the TX input
  • FIG. 19 shows the frequency-dependent input impedance at the TX input
  • FIG. 20 the reflection at the RX output
  • FIG. 21 the frequency-dependent impedance at the RX output
  • FIG. 22 shows the reflection at the antenna connection
  • FIG. 23 shows the frequency-dependent impedance at
  • Figure 1 shows a cross section through a component C.
  • component components CC are arranged in a housing H.
  • the component components CC can be, for example, with acoustic waves working filter components. Due to the continuing trend towards miniaturization, the distances between the component components CC are decreasing, so that the coupling is increasingly a problem.
  • One of the components CC can now comprise a double coil as described above and thereby effect a region of reduced coupling, so that further miniaturization is possible.
  • FIG. 2 shows an embodiment of a device C with ei ⁇ ner Laddertype filter circuit.
  • the ladder-type filter circuit includes two series-arm resonators connected in series. Further, the filter circuit comprises two Paral ⁇ lelresonatoren PR, which may constitute a series connection of the branch to ground, respectively.
  • a dual coil DCL is arranged in the vicinity of a parallel-arm resonator PR and aligned so that the right of the two series resonators SR is arranged in the region of a double cone.
  • the double ⁇ coil comprises DCL while a first coil segment Si and a second coil segment S2.
  • the orientations of both coil ⁇ segments, based on the current flow direction, are gegenläu ⁇ fig.
  • FIG. 3 shows a component C with a double coil DCL and a ladder-type filter structure.
  • the ladder-type filter structure comprises five series-arm resonators SR and four parallel-arm resonators PR.
  • the double coil DCL is arranged in the vicinity of the lowest parallel resonator PR.
  • a DMS structure DMS is arranged.
  • the double coil DCL is arranged and oriented relative to the strain gauge structure DMS such that the strain gauge structure DMS lies in a region of reduced coupling of the coil DCL.
  • DMS structures can be connected to an RX output of a duplexer and forward a receive signal to a low-noise amplifier. The coupling of unwanted signals into a DMS structure would therefore be particularly critical.
  • the double coil DCL has a length Li and a width Wi.
  • the length is determined in the direction of a connecting line between the centers of the coil segments.
  • the width is determined in a direction orthogonal thereto.
  • half the length of the double coil that is to say essentially the length of a coil segment, is used.
  • the coil segments of the double coil of the fi gure ⁇ 3 have an aspect ratio of 1 essentially.
  • Figure 4 shows an embodiment of the component C, with the coil segments of the double coil having an enlarged ⁇ aspect ratio.
  • the length L2 substantially equal to the length of the double coil of Figure 3.
  • the width W 2 of the double coil of Figure 4 is relative to the width Wi of the double coil of Figure 3 ⁇ reduced.
  • FIG. 5 illustrates the orientation of the double cone relative to the orientation of the dual coil.
  • the coil segments each have an outer winding segment EXTS, which are connected to one another at a contact point CP.
  • the double cone DCN has an axis of symmetry S which is orthogonal to the connecting line of the centers of the coil segments.
  • the double ⁇ cone may have an apex angle of 2 x 40 °, ie a hal ⁇ ben opening angle of 40 °.
  • the electromagnetic coupling in particular the inductive coupling is reduced. Components that are arranged in this bicone, learn a lesser
  • Figure 6 shows an embodiment of the double coil, wherein the lower coil segment has a number of turns of 2.5 and the upper coil segment has a number of turns of 2.5.
  • FIG. 7 shows an embodiment of the double coil, wherein the upper coil segment Si has a number of turns of 2 and the lower coil segment S 2 has a number of turns of substantially 0.75.
  • Figure 8 shows an embodiment of the double coil, wherein the upper coil segment has a number of turns of 2.5 and the lower coil segment has a number of turns of 2.
  • Figure 9 shows an embodiment of the double coil, wherein the upper coil segment Si and the lower coil segment S2 Win ⁇ tion numbers of just over 0.25 each have.
  • the double coil can be connected via an input or output port P with other circuit components. So the double coil z. B. be connected to a parallel resonator Laddertype- the filter structure.
  • FIG. 10 shows an embodiment in which the upper coil segment has a number of turns of 1.75 and the lower coil segment has a number of turns of 2.5.
  • Figure 11 shows an embodiment, wherein both the upper coil segment and the lower coil segment has a Win ⁇ tion number of 2.
  • Figure 12 shows an embodiment of the double coil, the top coil segment has a number of turns of 2,125, and the un ⁇ tere coil segment a number of turns of 2,625.
  • Figure 13 shows an embodiment of a coil segment that has a pentagonal shape, and includes 15 straight Lei ⁇ tersegmente. The innermost, shortest conductor segment is aligned radially and does not contribute to the number of turns.
  • the number of turns of the coil segment of the Fi gur ⁇ 13 2.8 is. It is possible that the m-shaped ground plan, in this case five ⁇ rectangular floor plan, is based on a symmetrical m-keeper. But it is also possible that the plan is based on a ASYMMET ⁇ innovative m-Eck.
  • Figure 14 shows the amount of the matrix parameter S12 of About ⁇ tragungsfunktion a duplexer, once with double coil - Curve 1 - and once for a duplexer with a conventional single coil - Curve 2.
  • Curves 3 and 4 show the over-tragungsfunktion S23 of the receiving filter.
  • Curve 1 of the duple ⁇ xers with dual coil shows a significantly improved barrier effect outside the TX pass band, especially in the receiving frequency range.
  • the transfer functions 3 and 4 show substantially no influence of the double coil on the transfer function of the receive filter.
  • FIG. 15 shows the TX-RX insulation (matrix parameter S13) with a double coil - curve 1 - and without a double coil - curve 2. The insulation is significantly better when the double coil is present.
  • FIG. 16 shows the curves of FIG. 14, but in a further frequency range. It is possible to design the coil so that the transmission behavior is far from the
  • FIG. 17 shows the curves of FIG. 15 for a further frequency range.
  • FIG. 18 shows the reflection (matrix element Sn) at the transmitting port of a duplexer.
  • Curve 1 shows the reflection of a duplexer with a double coil
  • Curve 2 shows the Refle ⁇ xion of a duplexer with a conventional single coil.
  • 19 shows a Smith chart with the frequency-dependent impedance of the transmitting terminal for two duplexer of which includes egg ⁇ ner a double coil and the other a conventional A-coil ⁇ . The characteristic impedances do not differ significantly.
  • Figure 20 shows the reflectivity of the antenna terminal (matrix element ⁇ S33) for two duplexer, one of which is a double ⁇ coil and the other has a conventional single coil up. Both curves are essentially identical, so that the double coil the reflection behavior at
  • Figure 21 shows the frequency-dependent impedance to the Duple- xer the figure 20, where also no change in the impedance Impe ⁇ is recognizable by a coil.
  • FIG. 22 shows the reflection at the receiving port for two duplexers, one comprising a dual coil and the other a conventional single coil. The curves are essentially one above the other, so that the double coil has no noticeable effect on the reflection at the receiving terminal.
  • FIG. 23 shows the frequency-dependent impedance at the receiving terminal, once for a double-coil duplexer and once for a single-coil duplexer. At least in the relevant frequency range, d. H. In the area around 50 ⁇ , the center of the Smith chart, no differences caused by the double coil can be discerned.
  • a component according to the invention is not limited to one of the exemplary embodiments described.
  • Components with additional conductor sections, filters, impedance elements, and combinations thereof according to the invention also represent off ⁇ exemplary embodiments.
  • DMS DMS (Double Mode SAW) structure
  • Wi, W 2 width of the double coil

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Abstract

Es wird ein HF-Bauelement C angegeben, welches eine verringerte elektromagnetische interne Kopplung aufweist und dadurch zur Miniaturisierung geeignet ist. Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauelements angegeben. Das Bauelement C umfasst ein mikroakustisches Filter in Laddertype-Bauweise in einem Gehäuse H und eine Doppelspule DCL mit einem ersten Spulensegment S1 und einem zweiten Spulensegment S2. Die Orientierung der beiden Spulensegmente S1, S2 ist gegenläufig. Die beiden Spulensegmente sind ohne Überkreuzung in einer Lage angeordnet und die Doppelspule DCL ist in der Nähe eines Parallelzweig-Resonators der Laddertype-Filterstruktur angeordnet.

Description

Beschreibung
Zur Miniaturisierung geeignetes HF-Bauelement mit verringerter Kopplung
Die Erfindung betrifft HF-Bauelemente, die eine verringerte elektromagnetische, z. B. induktive, Kopplung aufweisen und dadurch zur Miniaturisierung gut geeignet sind. Solche verringerten Kopplungen sind besonders bei HF-Filtern vorteil- haft.
Der andauernde Trend zur Miniaturisierung von HF-Bauelementen stellt besondere Anforderungen bezüglich der gegenseitigen Kopplungen von Schaltungsteilen im Bauelement. Durch eine verkleinerte Bauweise sinken die Abstände zwischen den Schal¬ tungsteilen. Dadurch können leichter unerwünschte Signalkomponenten aus einem Teil in einen anderen Teil eingekoppelt werden. Würde man z. B. Duplexer ohne weitere Maßnahmen verkleinern, so würde die Isolation verschlechtert. Ab einem kritischen Wert für die Isolation wäre keine Verkleinerung mehr möglich, da dann der Duplexer vorgegebene Anforderungen bezüglich der Isolation nicht mehr erfüllen könnte.
Aus der Veröffentlichungsschrift US2011/0254639A1 ist be- kannt, ein kapazitives Element zwischen Antennenanschluss oder Empfangsanschluss eines Duplexers oder zwischen Sendean- schluss und Empfangsanschluss anzuordnen, um ein Übersprechen zu verringern. Aus der Veröffentlichungsschrift WO2011/092879A1 ist eine
Spule an einem Sendeanschluss bekannt. Die Spule ist dabei so auf dem Substrat angeordnet, dass sie neben ihren filtertopo- logisch benachbarten Resonatoren zu liegen kommt. Aus der Patentschrift US7 , 151 , 430B2 ist eine Spulenstruktur zur Reduktion einer induktiven Kopplung bekannt. Die Spule weist dabei Bereiche auf, in denen Teile der Spulenwindung andere Teile überdecken.
Aus der Veröffentlichungsschrift WO2011/101314 sind mikro¬ akustische Filter mit einer achtförmigen Stromschleife be¬ kannt . Die oben genannten Druckschriften geben Maßnahmen zur Verringerung elektromagnetischer Kopplung an, sind jedoch technisch relativ aufwändig zu realisieren.
Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein HF-Bauelement mit verringerter Kopplung anzugeben, wobei das Bauelement auf einfache Weise herstellbar ist. Es ist ferner eine Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung eines entsprechenden Bauelements anzugeben. Diese Aufgaben werden durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Abhängige Ansprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung an.
Ein HF-Bauelement umfasst ein Gehäuse sowie ein mikroakusti- sches Filter mit einer Laddertype-Filterstruktur, die in dem Gehäuse angeordnet ist. Die Laddertype-Filterstruktur umfasst dabei zumindest einen Serienzweig-Resonator und einen Parallelzweig-Resonator. Das Bauelement umfasst ferner eine Dop¬ pelspule mit einem ersten Spulensegment und einem zweiten Spulensegment. Die Doppelspule ist ebenfalls in dem Gehäuse angeordnet. Das erste Spulensegment weist ein äußeres Win¬ dungssegment mit einer ersten Orientierung auf. Das zweite Spulensegment weist ebenfalls ein äußeres Windungssegment, allerdings mit einer zweiten, zur ersten Orientierung gegenläufigen Orientierung auf. Die beiden äußeren Windungssegmente sind an einem Kontaktpunkt verbunden. Die beiden Spu¬ lensegmente sind ohne Überkreuzung in einer einzigen Lage an- geordnet. Die Doppelspule ist in der Nähe des Parallelzweig- Resonators angeordnet.
Die Gegenläufigkeit der beiden Spulensegmente bewirkt eine Verringerung der elektromagnetischen Kopplung zumindest in einem Bereich, der in der Nähe der Doppelspule angeordnet ist. Im Allgemeinen erzeugt die Doppelspule sogar eine Ver¬ ringerung der Kopplung in zwei Bereichen, wobei die Spule im Wesentlichen in der Mitte zwischen den Bereiche angeordnet ist .
Eine Spule ist dabei ein Leiter, z. B. eine Wicklung, der zur Erzeugung eines Magnetfelds geeignet ist. Jede der beiden Spulensegmente kann dabei eine Wicklung mit einer Windungs¬ zahl aufweisen. Die Windungszahl gibt dabei an, wie oft der Leiter um ein Zentrum des Spulensegments herum geführt ist. Die Windungszahl kann dabei ganze Zahlen größer als Null annehmen. Die Windungszahl ist aber nicht auf ganze Zahlen beschränkt sondern kann auch rationale oder reelle Werte anneh¬ men .
HF-Bauelement mit mikroakustischen Filtern sind per se schon gut zur Miniaturisierung geeignet, da mikroakustische Filter, z. B. SAW (SAW = surface acoustic wave = akustische Oberflä¬ chenwelle) , BAW (BAW = bulk acoustic wave = akustische Volu- menwelle) oder GBAW (GBAW = guided bulk acoustic wave = ge¬ führte akustische Volumenwelle) -Bauelemente, gute Isolations¬ werte bei geringer Baugröße aufweisen. Es wurde erkannt, dass eine Doppelspule in der Lage ist, die Kopplung in einem Ge- biet nahe der Spule zu verringern. Ferner wurde erkannt, dass bestimmte Bauteile von HF-Bauelementen, insbesondere von mit akustischen Wellen arbeitenden, kleinen Bauteilen, besonders empfindlich auf ein einkoppelndes Signal reagieren und des- halb besondere Schutzmaßnahmen erfordern. Es wurde ferner erkannt, dass die Doppelspule ein geeignetes Mittel ist, um be¬ sonders empfindliche Bauteile zu schützen. Dadurch, dass die Doppelspule in der Nähe des Parallelzweig-Resonators angeord¬ net ist, kann sie leicht so ausgerichtet werden, dass die Be- reiche verringerter Kopplung mit zumindest einem Bereich mit einem sensiblen Bauelement überlappen.
Die Doppelspule selbst kann dabei ein induktives Element dar¬ stellen, welches filtertopologisch, z. B. als Impedanzanpass- element oder als ESD-Schutzelement , ohnehin benötigt wird. In diesem Fall ist die Doppelspule kein zusätzliches Element, sodass der Vorteil bezüglich der verringerten Baugröße durch die Anordnung der Spule nicht durch den Platz, den die Spule selbst benötigt, aufgebraucht wird.
In einer Ausführungsform ist zumindest eines der beiden Spulensegmente spiralförmig ausgebildet. Es ist auch möglich, dass beide Spulensegmente spiralförmig ausgebildet sind. Der Begriff „spiralförmig" bezeichnet in diesem Zusammenhang eine Spulenform, bei der der Leiter einem Pfad folgt und der Abstand des Pfades, z. B. in Stromrichtung gesehen, im Wesentlichen um ein Zentrum der Spule verläuft und der Abstand mo¬ noton steigt oder sinkt. Es ist möglich, dass der Abstand entlang des Pfades nicht nur monoton, sondern sogar streng monoton steigt oder sinkt.
In einer Ausführungsform ist zumindest eines der beiden Spulensegmente mit einem m-eckigen Grundriss oder aus n geradli- nigen Leiterabschnitten aufgebaut, m und n können dabei größer oder gleich drei sein. Ferner ist es möglich, dass zumindest eines der Spulensegmente einen gekrümmten Pfad aufweist. Die Krümmung kann dann monoton oder streng monoton zu- oder abnehmen.
Der m-eckige Grundriss kann dabei drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht, neun, zehn, elf, zwölf oder noch mehr Ecken aufweisen. Die Zahl der geradlinigen Leiterabschnitte, n, kann im Wesentlichen durch die Zahl m der Ecken des Grundrisses multipliziert mit der Windungszahl definiert sein. Wenn das Spulensegment keinen m-eckigen Grundriss aufweist, kann die Zahl der geradlinigen Leiterabschnitte zwischen fünf und 80 liegen.
Es ist ferner möglich, dass beide Spulensegmente aus geradli¬ nigen Leiterabschnitten und/oder mit einem m-eckigen Grundriss aufgebaut sind. Es ist ferner möglich dass ein Spulensegment oder beide Seg¬ mente entlang eines gekrümmten Pfads verlaufen.
In einer Ausführungsform weist zumindest eines der beiden Spulensegmente ein Aspektverhältnis von im Wesentlichen klei- ner als 1, gleich 1 oder größer als 1 auf.
Das Aspektverhältnis ist dabei im Wesentlichen das Verhältnis Länge/Breite einer Teilspule. Die Länge wird dabei in einer Richtung parallel zur Verbindungslinie der beiden Zentren der Spulensegmente bestimmt. Die Breite wird in einer dazu senk¬ rechten Richtung bestimmt. Ist z. B. ein Spulensegment eine Spirale mit einer großen Windungszahl, einer schmalen Leiter- bahn und einem schmalen Abstand zwischen den Windungen, so geht das Aspektverhältnis für große Windungszahlen gegen 1.
Es ist möglich, dass beide Spulensegmente das gleiche Aspekt- Verhältnis oder unterschiedliche Aspektverhältnisse aufwei¬ sen. Es ist auch möglich, dass ein Spulensegment ein Aspekt¬ verhältnis kleiner als 1 und das andere Spulensegment ein As¬ pektverhältnis größer als 1 aufweist. Bei einem Aspektverhältnis > 1 kann eine geringere Breite der Doppelspule erhalten werden, sodass ein möglicher nachteilhafter Überlapp der Doppelspule mit anderen Schaltungskompo¬ nenten reduziert ist. In einer Ausführungsform hat das erste Spulensegment eine erste Ausdehnung, während das zweite Spulensegment eine zweite Ausdehnung hat. Die zweite Ausdehnung kann dabei im Wesentlichen gleich der ersten Ausdehnung oder größer oder kleiner sein. Der Begriff „Ausdehnung" bezeichnet dabei die kleinste Fläche, innerhalb derer alle Leiterbahnabschnitte eines Spulensegments verlaufen. Die Form und die Größe der Ausdehnungen der beiden Spulensegmente sowie der Verlauf der Spulen innerhalb der Ausdehnungen bestimmt dabei im Wesentli¬ chen die Form und die Stärke eines elektromagnetischen Fel- des, das die Spule erzeugen kann. Damit sind die Ausdehnungen maßgeblich entscheidend dafür, wie gut die Verringerung der Kopplung durch die Doppelspule ist.
In einer Ausführungsform sind die beiden Windungszahlen der beiden Spulensegmente gleich oder unterschiedlich. Die Windungszahlen können jeweils unabhängig voneinander im Wesentlichen zwischen 0.25 und 100 beliebig gewählt sein. In einer Ausführungsform weist das erste Spulensegment ein Zentrum und das zweite Spulensegment ein Zentrum auf. Eine Achse, die senkrecht auf einer Verbindungslinie durch beide Zentren steht und durch den Kontaktpunkt verläuft, definiert ein Gebiet verminderter elektromagentischer Kopplung in einem Bereich um diese Achse.
Es ist möglich, dass das Gebiet verminderter
elektromagentischer Kopplung ein Doppelkegel ist, z. B. wenn die zwei Spulensegmente symmetrisch oder nahezu symmetrisch ausgebildet sind. Im Bereich des Doppelkegels - oder
allgemeiner: Im Gebiet der verminderten elektromagnetischen Kopplung - ist eine gegenüber induktiver Kopplung
empfindliche Bauelementfunktion angeordnet.
Der Bereich des Doppelkegels ist dabei im Wesentlichen da¬ durch gekennzeichnet, dass die durch die beiden Spulenseg¬ mente erzeugten Magnetfelder sich gegenseitig kompensieren, sodass ein Bereich verringerter Kopplung, der Doppelkegel, erhalten wird.
Besonders empfindliche Bauelementfunktionen, z. B. DMS-Struk- turen (DMS = Double Mode SAW) in mit akustischen Wellen arbeitenden Filtern, können in diesem Bereich angeordnet sein.
In einer Ausführungsform weist der Doppelkegel einen halben Öffnungswinkel auf, wobei zwischen 0° und 50° liegt. Es ist insbesondere möglich, dass der Öffnungswinkel gleich 40° beträgt.
In einem Verfahren zur Herstellung eines elektrischen HF-Bauelements werden beide Spulensegmente in einer gemeinsamen Lage gebildet. Dies ist, da die Doppelspule in einer einzigen Lage angeordnet ist, leicht möglich.
In einer Ausführungsform des Bauelements und/oder des Verfah- rens umfasst die gemeinsame Lage zwei oder mehr übereinander angeordnete Schichten.
Es ist möglich, die Doppelspule im Gehäuse so zu positionie¬ ren, dass eine Einkopplung eines Sendefilters in einen balan- ced geführten Empfangsausgang reduziert ist, wenn das Bauele¬ ment ein Duplexer ist.
Die Doppelspule kann eine Punktsymmetrie mit dem Kontaktpunkt als Symmetriezentrum oder eine Spiegelsymmetrie mit einer Spiegelachse durch den Kontaktpunkt aufweisen. Es ist aber auch möglich, dass die Doppelspule asymmetrisch geformt ist. So kann z. B. die Windungszahl pro Spulensegment unterschied¬ lich sein. Die Herstellung der Doppelspule ist mit einem Ein-Lagen-Pro- zess möglich.
Im Folgenden wird das HF-Bauelement anhand von Ausführungs¬ beispielen und zugehörigen schematischen Figuren näher erläu- tert. Es zeigen:
Figur 1 einen Querschnitt durch ein Gehäuse H des Bauele¬ ments C, Figur 2 eine mögliche Anordnung der Doppelspule relativ zu einem Parallelresonator, Figur 3 ein Bauelement C, wobei die Doppelspule ein Aspekt¬ verhältnis von im Wesentlichen 1 aufweist,
Figur 4 ein Bauelement C, wobei die Doppelspule ein Aspekt- Verhältnis größer als 1 aufweist,
Figur 5 den Bereich des Doppelkegels relativ zur Orientie¬ rung der Doppelspule,
Figur 6 eine mögliche Ausführungsform der Doppelspule,
Figur 7 eine alternative Ausführungsform der Doppelspule,
Figur 8 eine alternative Ausführungsform der Doppelspule, Figur 9 eine alternative Ausführungsform der Doppelspule,
Figur 10 eine alternative Ausführungsform der Doppelspule,
Figur 11 eine alternative Ausführungsform der Doppelspule,
Figur 12 eine alternative Ausführungsform der Doppelspule,
Figur 13 eine Ausgestaltung eines Spulensegments mit
fünfeckigem Grundriss,
Figur 14 die Matrixelement S12, S23 für Duplexer mit und ohne
Doppelspule,
Figur 15 die TX-RX-Isolation eines Duplexers, einmal mit und einmal ohne Doppelspule,
Figur 16 die Matrixparameter S12, S23 in einem größeren Fre¬ quenzbereich, Figur 17 das Matrixelement S13 (TX-RX-Isolation) eines
Duplexers in einem größeren Frequenzbereich,
Figur 18 die Reflexion am TX-Eingang,
Figur 19 die frequenzabhängige Eingangsimpedanz am TX-Eingang,
Figur 20 die Reflexion am RX-Ausgang, Figur 21 die frequenzabhängige Impedanz am RX-Ausgang,
Figur 22 die Reflexion am Antennenanschluss ,
Figur 23 die frequenzabhängige Impedanz am
Antennenanschluss.
Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch ein Bauelement C. In einem Gehäuse H sind Bauelementkomponenten CC angeordnet. Die Bauelementkomponenten CC können beispielsweise mit akusti- sehen Wellen arbeitende Filterkomponenten sein. Durch den anhaltenden Trend zur Miniaturisierung sinken die Abstände zwischen den Bauelementkomponenten CC, sodass die Kopplung zunehmend ein Problem darstellt. Eine der Komponenten CC kann nun eine Doppelspule wie oben beschrieben umfassen und da- durch einen Bereich verringerter Kopplung bewirken, sodass eine weitere Miniaturisierung möglich ist.
Figur 2 zeigt eine Ausgestaltung eines Bauelements C mit ei¬ ner Laddertype-Filterschaltung. Die Laddertype-Filterschal- tung umfasst zwei Serienzweig-Resonatoren, die in Serie verschaltet sind. Ferner umfasst die Filterschaltung zwei Paral¬ lelresonatoren PR, die jeweils eine Verbindung des Serienzweigs mit Masse darstellen können. Eine Doppelspule DCL ist in der Nähe eines Parallelzweig-Resonators PR angeordnet und so ausgerichtet, dass der rechte der beiden Serienresonatoren SR im Bereich eines Doppelkegels angeordnet ist. Die Doppel¬ spule DCL umfasst dabei ein erstes Spulensegment Si und ein zweites Spulensegment S2. Die Orientierungen beider Spulen¬ segmente, bezogen auf die Stromflussrichtung, sind gegenläu¬ fig .
Figur 3 zeigt ein Bauelement C mit einer Doppelspule DCL und einer Laddertype-Filterstruktur. Die Laddertype-Filterstruktur umfasst fünf Serienzweig-Resonatoren SR sowie vier Parallelzweig-Resonatoren PR. Die Doppelspule DCL ist in der Nähe des untersten Parallelresonators PR angeordnet. Verbunden mit dem obersten Serienresonator SR ist eine DMS-Struktur DMS an- geordnet. Die Doppelspule DCL ist dabei relativ zur DMS- Struktur DMS so angeordnet und orientiert, dass die DMS- Struktur DMS in einem Bereich verringerter Kopplung der Spule DCL liegt. DMS-Strukturen können insbesondere mit einem RX- Ausgang eines Duplexers verschaltet sein und ein Empfangssig- nal an einen rauscharmen Verstärker weiterleiten. Das Einkop- peln unerwünschter Signale in eine DMS-Struktur wäre deshalb besonders kritisch.
Die Doppelspule DCL hat dabei eine Länge Li und eine Breite Wi . Die Länge wird dabei in Richtung einer Verbindungslinie zwischen den Zentren der Spulensegmente bestimmt. Die Breite wird in einer dazu orthogonalen Richtung bestimmt. Zur Definition des Aspektverhältnisses wird die Hälfte der Länge der Doppelspule, also im Wesentlichen die Länge eines Spulenseg- ments, verwendet. Die Spulensegmente der Doppelspule der Fi¬ gur 3 besitzen im Wesentlichen ein Aspektverhältnis von 1. Figur 4 zeigt eine Ausführungsform des Bauelements C, wobei die Spulensegmente der Doppelspule ein vergrößertes Aspekt¬ verhältnis aufweisen. Die Länge L2 entspricht im Wesentlichen der Länge der Doppelspule der Figur 3. Die Breite W2 der Dop- pelspule der Figur 4 ist gegenüber der Breite Wi der Doppel¬ spule der Figur 3 verringert. Somit ergibt sich ein vergrö¬ ßertes Aspektverhältnis. Infolgedessen ist der Überlapp mit dem Parallelresonator PR2 verringert. Figur 5 illustriert die Ausrichtung des Doppelkegels relativ zur Ausrichtung der Doppelspule. Die Spulensegmente weisen jeweils ein äußeres Windungssegment EXTS auf, die an einem Kontaktpunkt CP miteinander verbunden sind. Der Doppelkegel DCN hat eine Symmetrieachse S, die orthogonal zur Verbin- dungslinie der Zentren der Spulensegmente steht. Der Doppel¬ kegel kann einen Öffnungswinkel von 2 x 40°, also einen hal¬ ben Öffnungswinkel von 40°, aufweisen. Im Bereich des Doppel¬ kegels ist die elektromagnetische Kopplung, insbesondere die induktive Kopplung, verringert. Bauelemente, die in diesem Doppelkegel angeordnet sind, erfahren ein geringeres
induktives Übersprechen durch Strom durch die Doppelspule.
Figur 6 zeigt eine Ausführungsform der Doppelspule, wobei das untere Spulensegment eine Windungszahl von 2.5 und das obere Spulensegment eine Windungszahl von 2.5 aufweist.
Figur 7 zeigt eine Ausgestaltungsform der Doppelspule, wobei das obere Spulensegment Si eine Windungszahl von 2 und das untere Spulensegment S2 eine Windungszahl von im Wesentlichen 0.75 aufweist. Figur 8 zeigt eine Ausgestaltung der Doppelspule, wobei das obere Spulensegment eine Windungszahl von 2.5 und das untere Spulensegment eine Windungszahl von 2 aufweist. Figur 9 zeigt eine Ausgestaltung der Doppelspule, wobei das obere Spulensegment Si und das untere Spulensegment S2 Win¬ dungszahlen von jeweils knapp über 0.25 aufweisen. Die Doppelspule kann über einen Eingangs- bzw. Ausgangsport P mit weiteren Schaltungskomponenten verschaltet sein. So kann die Doppelspule z. B. mit einem Parallelresonator der Laddertype- Filterstruktur verschaltet sein.
Figur 10 zeigt eine Ausführungsform, wobei das obere Spulensegment eine Windungszahl von 1.75 und das untere Spulenseg- ment eine Windungszahl von 2.5 aufweist.
Figur 11 zeigt eine Ausführungsform, wobei sowohl das obere Spulensegment als auch das untere Spulensegment eine Win¬ dungszahl von 2 aufweist.
Figur 12 zeigt eine Ausgestaltung der Doppelspule, wobei das obere Spulensegment eine Windungszahl von 2.125 und das un¬ tere Spulensegment eine Windungszahl von 2.625 aufweist. Figur 13 zeigt eine Ausgestaltung eines Spulensegments, das einen fünfeckigen Grundriss aufweist und 15 geradlinige Lei¬ tersegmente umfasst. Das innerste, kürzeste Leitersegment ist dabei radial ausgerichtet und trägt zur Windungszahl nicht bei .
Insgesamt beträgt die Windungszahl des Spulensegments der Fi¬ gur 13 2.8. Es ist möglich, dass der m-eckige Grundriss, hier der fünf¬ eckige Grundriss, auf einem symmetrischen m-Eck beruht. Es ist aber auch möglich, dass der Grundriss auf einem asymmet¬ rischen m-Eck beruht.
Figur 14 zeigt den Betrag des Matrixparameters S12 der Über¬ tragungsfunktion eines Duplexers, einmal mit Doppelspule - Kurve 1 - und einmal für einen Duplexer mit konventioneller Einfachspule - Kurve 2. Die Kurven 3 und 4 zeigen die Über- tragungsfunktion S23 des Empfangsfilters. Kurve 1 des Duple¬ xers mit Doppelspule zeigt dabei eine deutlich verbesserte Sperrwirkung außerhalb des TX-Passbandes , insbesondere im Empfangsfrequenzbereich. Die Übertragungsfunktionen 3 und 4 zeigen im Wesentlichen keinen Einfluss der Doppelspule auf die Übertragungsfunktion des Empfangsfilters.
Figur 15 zeigt die TX-RX-Isolation (Matrixparameter S13) mit Doppelspule - Kurve 1 - und ohne Doppelspule - Kurve 2. Die Isolation ist dabei deutlich besser, wenn die Doppelspule vorhanden ist.
Figur 16 zeigt die Kurven der Figur 14, allerdings in einem weiteren Frequenzbereich. Es ist möglich, die Spule so auszulegen, dass das Übertagungsverhalten fernab des
Durchlassbereichs im Wesentlichen unverändert bleibt.
Figur 17 zeigt die Kurven der Figur 15 für einen weiteren Frequenzbereich . Figur 18 zeigt die Reflexion (Matrixelement Sn) am Sendean- schluss eines Duplexers. Kurve 1 zeigt dabei die Reflexion eines Duplexers mit Doppelspule, während Kurve 2 die Refle¬ xion eines Duplexers mit konventioneller Einfachspule zeigt. Figur 19 zeigt ein Smith-Chart mit der frequenzabhängigen Impedanz des Sendeanschlusses für zwei Duplexer, von denen ei¬ ner eine Doppelspule und der andere eine konventionelle Ein¬ fachspule aufweist. Die charakteristischen Impedanzen unter- scheiden sich dabei nicht wesentlich.
Figur 20 zeigt die Reflexion des Antennenanschlusses (Matrix¬ element S33) für zwei Duplexer, von denen einer eine Doppel¬ spule und der andere eine konventionelle Einfachspule auf- weist. Beide Kurvenverläufe sind im Wesentlichen identisch, sodass die Doppelspule das Reflexionsverhalten am
Antenneneingang nicht beeinflusst.
Figur 21 zeigt die frequenzabhängige Impedanz für die Duple- xer der Figur 20, wobei ebenfalls keine Veränderung der Impe¬ danz durch eine Spule erkennbar ist.
Figur 22 zeigt die Reflexion am Empfangsanschluss für zwei Duplexer, von denen einer eine Doppelspule und der andere eine konventionelle Einfachspule umfasst. Die Kurven liegen im Wesentlichen übereinander, sodass die Doppelspule keine erkennbare Auswirkung auf die Reflexion am Empfangsanschluss bewirkt . Figur 23 zeigt die frequenzabhängige Impedanz am Empfangsan- schluss, einmal für einen Duplexer mit Doppelspule und einmal für einen Duplexer mit Einfachspule. Zumindest im relevanten Frequenzbereich, d. h. im Bereich um 50 Ω, dem Zentrum des Smith-Charts, sind keine Unterschiede, die durch die Doppel- spule verursacht werden, erkennbar.
Ein erfindungsgemäßes Bauelement ist nicht auf eines der be¬ schriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Bauelemente mit zusatzlichen Leiterabschnitten, Filtern, Impedanzelementen und Kombinationen davon stellen ebenso erfindungsgemäße Aus¬ führungsbeispiele dar.
Bezugs zeichenliste
1, 2: Übertragungsfunktionen S12, S23
11, 12: Reflexion am Empfangsanschluss
3, 4: Übertragungsfunktionen S23,
5, 6: TX-RX-Isolation Si3
7, 8: Reflexion am Sendeanschluss
9, 10 : Reflexion am Antennenanschluss
C: HF-Bauelement
CC: Bauelementkomponente
CP: Kontaktpunkt
DCL: Doppelspule
DCM: Doppelkegel
DMS : DMS (Double Mode SAW) -Struktur
EXTS : äußeres Windungssegment
H: Gehäuse
Li, L2: Länge der Doppelspule
P: Eingangs- oder Ausgangsport der Doppelspule
PR: Parallelzweig-Resonator
PR2 : Parallelzweig-Resonator
S : Symmetrieachse des Doppelkegels
Sl, S2: erstes, zweites Spulensegment
SR: Serienzweig-Resonator
Wi, W2: Breite der Doppelspule

Claims

Patentansprüche
1. Elektrisches HF-Bauelement (C) , umfassend
- ein Gehäuse (H) ,
- ein mikroakustisches Filter mit einer Laddertype- Filterstruktur mit einem Serienzweig-Resonator (SR) und einem Parallelzweig-Resonator (PR) in dem Gehäuse,
- eine Doppelspule (DCL) mit einem ersten Spulensegment (Si) und einem zweiten Spulensegment (S2) in dem Gehäuse (H) , wobei
- das erste Spulensegment (Si) ein äußeres Windungssegment (EXTS) mit einer ersten Orientierung und
- das zweite Spulensegment (S2) ein äußeres Windungssegment (EXTS) mit einer zweiten, gegenläufigen Orientierung
aufweist,
- die beiden äußeren Windungssegmente (Si, S2) an einem
Kontaktpunkt (CP) verbunden sind,
- die beiden Spulensegmente (Si, S2) ohne Überkreuzung und in einer einzigen Lage angeordnet sind und
- Die Doppelspule (DCL) in der Nähe des Parallelzweig- Resonators (PR) angeordnet ist.
2. Elektrisches HF-Bauelement (C) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei zumindest eines der beiden Spulensegmente (Si, S2) spiralförmig ausgebildet ist.
3. Elektrisches HF-Bauelement (C) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest eine der
Spulensegmente (Si, S2) aufgebaut ist
- mit einem m-eckigen Grundriss, wobei m >= 3 ist oder
- aus n geradlinigen Leiterabschnitten, wobei n >= 3 ist.
4. Elektrisches HF-Bauelement (C) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest eines der beiden Spulensegmente ( S i , S 2 ) ein Aspektverhältnis von im
Wesentlichen kleiner als 1, gleich 1 oder größer als 1 aufweist.
5. Elektrisches HF-Bauelement (C) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Spulensegment ( S i ) eine erste Ausdehnung hat und das zweite Spulensegment (S2) eine zweite Ausdehnung hat, die sich von der ersten
Ausdehnung unterscheidet oder die im Wesentlichen gleich der ersten Ausdehnung ist.
6. Elektrisches HF-Bauelement (C) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, wobei die beiden Windungszahlen der Spulensegmente ( S i , S 2 ) gleich oder unterschiedlich sind.
7. Elektrisches HF-Bauelement (C) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei
- das erste Spulensegment ( S i ) ein Zentrum und das zweite Spulensegment (S2) ein Zentrum aufweist,
- ein Gebiet verminderter elektromagentischer Kopplung durch eine Achse (S) , die senkrecht auf eine Verbindungslinie durch beiden Zentren steht und durch den Kontaktpunkt (CP)
verläuft, bestimmt ist und
- eine gegenüber induktiver Kopplung empfindliche
Bauelementfunktion in dem Gebiet angeordnet.
8. Elektrisches HF-Bauelement (C) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei
- das Gebiet verminderter elektromagentischer Kopplung ein Doppelkegel ist und - die Bauelementfunktion im Bereich des Doppelkegels (DCN) angeordnet ist.
9. Elektrisches HF-Bauelement (C) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Doppelkegel (DCN) einen halben
Öffnungswinkel α mit α <= 50° aufweist.
10. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen HF- Bauelements (C) nach Anspruch 1, wobei beide Spulensegmente (Si, S2) in einer gemeinsamen Lage gebildet werden.
11. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, wobei die gemeinsame Lage durch Abscheiden von 2 oder mehr Schichten gebildet wird.
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