WO2015128003A1 - Abstimmbares elektroakustisches hf-filter mit verbesserten elektrischen eigenschaften und verfahren zum betrieb eines solchen filters - Google Patents

Abstimmbares elektroakustisches hf-filter mit verbesserten elektrischen eigenschaften und verfahren zum betrieb eines solchen filters Download PDF

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tunable
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Definitions

  • Tunable RF electroacoustic filter with improved electrical properties and method of operating such a filter Tunable RF electroacoustic filter with improved electrical properties and method of operating such a filter
  • the invention relates to radio frequency (RF) filters, e.g. in mobile communication devices, because of their suitability to be frequency tuned, they can replace a variety of conventional filters.
  • RF radio frequency
  • non-wired communication devices e.g. Cell phones, wireless routers, base stations, etc. are used by RF filters to separate wanted signals from unwanted signals.
  • Such filters operate with RF electroacoustic components where the frequency position by charac teristic ⁇ distances of oppositely polarized electrodes and the propagation velocity of acoustic waves in egg nem medium therebetween is predefined.
  • a problem with known tunable RF filters with electro-acoustic components is that precise tuning of many complex interacting parameters of the components is necessary to obtain filters with good electrical properties. Therefore, any change in the capacitance values of the parallel-connected capacitive elements Ele ⁇ causes a disadvantageous detune the acoustic and deterioration of filter characteristics. Although some degree of degradation can be tolerated, the tuning range of known tunable filters is rather low. It is therefore an object of the present invention to provide tunable RF filters that have improved electrical properties at increased tuning range. It also specifies how to operate such a filter in order to obtain a wide tuning range with good electrical properties. Dependent claims indicate advantageous embodiments of the filter.
  • a tunable RF filter includes a filter input and a filter output.
  • the filter further includes a tunable filter core having an input, an input impedance, an output, and electroacoustic filter elements between the input and the output.
  • the filter further includes a first impedance recovery circuit between the filter input and the input of the filter core.
  • the Impe ⁇ danz recovery circuit is adapted and arranged to compensate for an induced by tuning the tunable filter core impedance variation of the input impedance of the filter core.
  • the filter thus comprises a first impedance restoring ⁇ lungsscnies for compensating an impedance change of the input impedance of the filter core. It is also possible to compensate for an impedance change of the output impedance of the filter core.
  • the tunable RF filter includes a filter input and a filter output, a tunable filter core having an input, an output and an output impedance, and electroacoustic filter elements between the input and the output.
  • the filter then further includes a second impedance recovery circuit between the output of the filter core and the filter output.
  • the impedance recovery position circuit is adapted and arranged to compensate for an impedance change in the output impedance of the filter core induced by tuning of the tunable filter core.
  • the tunable filter core of the tunable RF filter is the one filter segment, which leads to substantially fre ⁇ quenzselektiven behavior of the filter and meets the filter function.
  • the first and second impedance recovery circuit compensates for a change in the input and output impedance of this filter core, so that an external circuit environment always "sees" constant Impe ⁇ danzhong.
  • the first and second impedance recovery circuits function as impedance matching circuit or impedance transformation circuit between the peripheral terminals of the RF filter and the filter core, respectively, and an impedance matching is obtained if only a relatively small impedance jump is required If the impedance jump between the terminal of the filter core and the corresponding terminal of the filter is greater, this is referred to as an impedance transformation, a possible definition being that, given an impedance jump of a factor of ⁇ 1.5 of an impedance -Adaptation is to go out, while in an impedance jump by a factor> 1.5 is to be assumed by an impedance transformation.
  • the two impedance recovery circuits master i. A.
  • the filter core effects the frequency selection during the impedance recovery circuits quasi no filter effect but for an impedance transformation ⁇ or -pass functionality efficiently, ie with relatively less ⁇ gen circuit components, realize.
  • the electro-acoustic component may be a single Re ⁇ sonator or a combination, such as a serial connection or a parallel connection of the electro-acoustic resonators.
  • the RF filter can thus comprise exactly one impedance Reset factory ⁇ lung circuit. This can be arranged either between the filter input and the tunable filter core or on the other hand between the tunable filter core and the output of the RF filter.
  • both the first impedance recovery ⁇ circuit and the second impedance recovery ⁇ circuit between the corresponding inputs and outputs of the RF filter and the tunable filter to provide the core.
  • a corresponding RF filter can have a tunable filter core that allows frequency tuning of the center frequency without changing the bandwidth. It is also possible to make so trainees the tunable filter core that the bandwidth can be adjusted without changing the center frequency with ⁇ .
  • a tunable filter core in which both the bandwidth and the frequency position of Mit ⁇ tenfrequenz can be set independently, is also possible.
  • the RF filter may be designed such that the filter core comprises filter segments with a parallel connection and / or series connection each consisting of an electroacoustic resonator and a tunable impedance element.
  • the tunable impedance element is used to acoustically detune the electro-acoustic resonator so that its resonant frequency is set to a desired value.
  • electro-acoustic components operating RF filters include this electro-acoustic resonators whose resonant frequency at which they are arranged, depending on the location of the circuit topology defining characteristic frequencies ei ⁇ nes frequency band.
  • series resonators in ladder-type like filter structures essentially determine the center frequency of a passband with their resonant frequencies.
  • the anti-resonant frequency of a series resonator be ⁇ agrees essentially the position of the upper passband edge, while the resonant frequencies of the parallel resonators is substantially kidney-the low-frequency side of a pass band defi ⁇ .
  • the antiresonant frequencies of the parallel resonators essentially correspond to the resonance frequencies of the series resonators.
  • the filter segments with a parallel circuit comprising an electroacoustic resonator and a tunable impedance element can replace a resonator in a conventional RF circuit in order to enable the adjustability of the characteristic frequencies.
  • the filter segments of the filter core in addition to the parallel circuit of each see a elektroakusti- see resonator and a tunable impedance element comprise another tunable impedance element, which is connected in series with the parallel circuit.
  • a filter segment comprises a tunable impedance element connected in parallel with the resonator and another tunable impedance element connected in series with the resonator.
  • the tunable impedance elements of the RF filter circuit NEN kön- tunable inductive elements or tunable capaci tive elements ⁇ or - depending on requirement - both tunable impedance element and tunable capacitive elements be.
  • the implementation of a tunable capacitive element is generally simpler if high-quality impedance elements are to be obtained.
  • Tunable capacitive elements can be varactors, tunable MEMS components or capacity banks with individuallyconce- or from ⁇ switchable capacitors.
  • the filter segments are series elements or parallel elements or both of a ladder type circuit.
  • the use of a ladder-type circuit or a ladder type-like circuit in RF filters is common, since they are relatively power-compatible and - at least in a design with few basic elements - allow low insertion loss with good selection.
  • the impedance recovery circuits - thus either the first impedance recovery circuit or the second impedance recovery circuit ⁇ or both impedance recovery circuits - each comprise an admittance inverter.
  • Admittance inverters can be implemented in a variety of circuit technology.
  • the one or more impedance Wiederher einsschal- obligations can thereby more tunable Impedan ⁇ ziata include one or impedance recovery.
  • tunable impedance elements can be tuned inductive Elements, tunable capacitive elements or both from ⁇ tunable inductive elements and tunable capacitive elements per impedance recovery circuit to be available and suitable interconnected. Since high quality tunable capacitive elements are easier to implement, the use of tunable capacitive elements in the impedance recovery circuits is preferred.
  • the impedance recovery circuits include an impedance recovery filter segment that is a serial impedance element, a parallel impedance element, an L circuit, a ⁇ circuit, or a T circuit.
  • the impedance recovery circuits prefferably include impedance-adjustable impedance elements for impedance restoration, especially if high quality factors and easy controllability of the impedance elements are advantageous.
  • the impedance recovery circuits have tunable impedance elements whose impedance is adjusted to compensate for an impedance change at an input or output of the tunable filter core.
  • a logic circuit is optionally present, which is connected via control lines with the tunable impedance elements of the impedance recovery circuits. It is possible that the impedance behavior of the input and output of the tunable filter core is pre-analyzed. By means of the tunable impedance elements, the tunable filter core is adjusted so that preferred bandwidths and center frequencies and combinations of bandwidths and center frequencies are obtained. In each case, the input impedance and the output impedance of the tunable filter core are determined. Further, setpoints for the input impedance of the RF filter at the filter input and for the output impedance of the RF filter at the filter output are defined. These can ⁇ example, at 5 ohms, are 25 ohms, 50 ohms, 100 ohms, 200 ohms or 500 ohms.
  • the corresponding parameters can also be stored in the logic circuit, so that the values can be found quickly.
  • the tunable impedance elements it is also possible to choose an adaptive control of the ex ⁇ tunable impedance elements so that situation-dingt always optimum impedance connection values can be obtained, regardless of whether certain pass bandwidths
  • the tunable RF filter may additionally include one or more impedance detectors that detect the respective input and output impedances of the RF filter and / or the tunable filter core.
  • the electro-acoustic resonators and impedance elements as the tunable impedance elements or not tunable In ⁇ pedanzimplantation constant impedance can be arranged in or on the same chip and realized. It is all ⁇ l ei now also possible that the resonators and more Impedan ⁇ zetti are distributed on different chips.
  • the logic ⁇ circuit and other circuit components of a control loop can also be on or in one of these chips angeord ⁇ net or realized. By a correspondingly high degree of integration 15, the corresponding signal lines can be made very short, which benefits the signal quality.
  • the tunable RF filter so as genann ⁇ tes diversity filter in a mobile communications device ar-
  • a single tunable diversity filter can be one
  • the tunable RF filter having a fre ⁇ quenz handheld tunable power amplifier (English: Power Amplifier) or with a low noise amplifier (English: 30 LNA: Low Noise Amplifier) is connected.
  • Power amplifiers or LNA are in principle better suited to work with different frequencies. Therefore suitable These amplifiers are particularly to be interconnected with the also tunable ⁇ filter to meet a variety of different functions in a communication device with a few circuit components.
  • Duplexer are interconnected. Then, a duplexer / tunable duplexer with low circuit complexity and still good electrical properties can be obtained in a simple manner.
  • such a duplexer may be used in a front-end module of a mobile communication device to replace a plurality of non-tunable duplexers.
  • the tunability of the band width ⁇ is sufficiently large, even two or more ne ⁇ juxtaposed receiving and transmitting signal bands can be Vin ⁇ covered, so that a simultaneous operation in these different frequency bands is possible.
  • the tunable RF filter is explained in more detail below with reference to sche ⁇ matic embodiments and schematic figures.
  • FIG. 2a shows an equivalent circuit diagram of the tunable HF filter, in which the tunable filter core AFK at least one Comprises parallel connection of an impedance element and an electro-acoustic resonator,
  • FIG. 2b shows an equivalent circuit diagram of the tunable HF filter, in which the tunable filter core AFK has at least one
  • FIG. 3 shows an embodiment of the filter of FIG. 2, in which an impedance element is connected in series with the parallel circuit
  • FIG. 4a a configuration in which a tunable Impe ⁇ danzelement is implemented as a parallel tunable capacitive element
  • FIG. 4b a configuration in which a tunable Impe ⁇ danzelement is implemented as a serial tunable capacitive element
  • the tunable filter core has three filter segments connected in a T-structure
  • FIGS. 8 to 17 possible implementations of the admittance indexer
  • FIG. 18 three insertion losses for variously selected center frequencies of a conventional tunable RF filter
  • FIG. 19 three insertion losses for the three center frequencies of FIG. 18, but with impedance compensation.
  • FIG. 1 shows schematically the structural design of the tunable RF filter AHF.
  • the filter has a filter input FE and a filter output FA.
  • the tunable filter core AFK is connected, which essentially realizes the filter effect of the filter.
  • the tunable filter core AFK has an input E and an output A. It has been shown that the input impedance at the input E and the output impedance at the output A, respectively, varies when the tunable filter core AFK is adjusted with respect to its center frequency or bandwidth.
  • the RF filter includes the AFH ⁇ half on a first impedance recovery circuit IWSl between the filter input FE and the input of the filter core abstimmba- ren AFK.
  • the filter can be easily connected to an external circuit environment.
  • a second impedance recovery circuit IWS2 Analogously, between the output of the tunable filter core AFK or the filter output at the filter output FA FA a desired predefined Trustimpe ⁇ impedance of the filter AHF a second impedance recovery circuit IWS2.
  • the ge ⁇ entire filter circuit AHF is always impedance-well defined in an external circuit environment embedded so that a optimal signal forwarding is obtained. Specifically, the insertion loss within the passband is minimized and almost constant over the entire passband range. The ripple in the passband reaches a very low level.
  • the individual relevant circuit points, the filter input, the filter output and the corresponding inputs and outputs of the impedance recovery circuits and the tunable filter core are connected by signal lines SL.
  • the signal lines and the sub-circuits of the RF filter AHF can be designed so that balanced signals (balanced signals) can be performed.
  • the forwarding of earth-balanced signals (unbalanced signals) is also possible.
  • FIG. 2a illustrates how the tunable filter kernel AFK maintains its tunability.
  • the core comprises at least one electricacoustic component EAK.
  • a Impedan ⁇ zelement IE is connected, the impedance of which is adjustable. Characterized in that the impedance of the impedance element IE is adjustable ⁇ bar, the acoustics of the electroacoustic component EAK is tuned, whereby the filter core AFK is tuned.
  • FIG. 2b illustrates an alternative or additional way to obtain tunability.
  • the core comprises at least one electro-acoustic component ⁇ EAK and in series to an impedance element IE, the impedance of which is adjustable.
  • the impedance of the impedance element IE is adjustable ⁇ bar, the acoustics of the electroacoustic component EAK is tuned, whereby the filter core AFK is tuned.
  • the impedance elements of the IE Figures 2a and 2b may be voting ⁇ bare inductive elements and in particular tunable capaci tive ⁇ elements.
  • Figure 3 shows a form, wherein in addition to the parallel connection of electroacoustic component EAK and impedance element IE, an additional impedance element IE is connected in series with the parallel connection.
  • the impedance of the serial impedance element IE can likewise be adjustable, so that the tuning range of the filter core AFK is widened.
  • FIG. 4 a shows how an electroacoustic component EAK and a tunable capacitance element AKE, which implements the impedance element IE of FIG. 2, form a filter segment FS.
  • Such or similar filter segments FS form the circuit ⁇ elements of the tunable filter core AFK.
  • the tunable filter core AFK can thus have series and parallel connections of corresponding filter segments FS.
  • FIG. 4b shows-analogously to FIG. 4a -a series connection of a tunable capacitance element AKE with an electroacoustic resonator in order to detune the resonator.
  • FIG. 5 shows an embodiment of a filter segment FS, in which, in addition to the parallel connection of the tunable capacitive element AKE and the electroacoustic component EAK, a further tunable capacitive element AKE is connected in series in order to expand the tuning range and the flexibility in setting a center frequency and a Bandwidth and in particular a good adaptation of the filter segments FS to each other.
  • Figure 6 shows the equivalent circuit diagram important Wegungsele ⁇ elements of the RF filter, three filter segments FS are connected to one another in a T-arrangement in the tunable filter core AFK. Two filter segments are connected in series in the signal branch between the two impedance recovery circuits. A third filter segment FS connects the coupling points of the two serial filter segments to ground. Even with this surprising a ⁇ fold combination of three filter segments in the filter core with the two impedance-recovery circuits - calculated as in Figure 19 - a band-pass filters are obtained that an easily movable center frequency at almost con ⁇ stant bandpass width and with good values for the insertion ⁇ attenuation IL has.
  • the tunable filter comprises a ladder type AFK core structure having three series-connected filter segments FS and FS three other filter segments which interconnect respectively the signal path to ground.
  • the filter topology of this ladder type circuit LDS in the tunable filter core AFK allows a further optimization of the selection properties in comparison to the topology of FIG.
  • Figure 8 shows a possible embodiment of one of the impedance recovery circuits with a tunable inductor. A direct connection of the impedance element of the impedance recovery circuit to ground is not necessary. However, the impedance recovery circuitry is a two-port.
  • Figure 9 shows an analogous form of an impedance recovery circuit in which a tunable capacitive element is connected in the signal path.
  • Figure 10 shows an embodiment of an impedance-recovery circuit in which a tunable inductive Ele ⁇ ment the signal branch connected to ground (represented by the lower signal line) connects.
  • Figure 11 shows an analogous embodiment wherein the starting ⁇ tunable inductive element is replaced by a tunable kapaziti ⁇ ves element connected in the signal path to ground.
  • the phase rotation can be in two rotations, z. B. be divided by ⁇ / 2 each.
  • ⁇ and Zo depend on the topologies of the other circuit segments and can be easily determined by the usual expert measures.
  • ⁇ is to be selected so that all the sub ⁇ signals can be assembled in the correct phase.
  • Zo results from the impedance matching factor.
  • Figure 12 shows one possible embodiment of an impedance recovery circuit in which a tunable capacitive element in the signal branch and a tunable inductive element between the signal leg and ground together form an L-structure.
  • Figure 13 also shows an embodiment of an impedance recovery circuit in L-shape, in which in the signal branch a tunable inductive element and parallel to the ⁇ signal branch and ground interconnected a tunable capacitive element is arranged.
  • Figure 14 shows an embodiment of the impedance-recovery circuit in T-shape, with two inductive elements are connected in series in the signal path, while a tuning capacitive element ⁇ bares the signal path to ground strigitive element ⁇ bares the signal path to ground strigitive element ⁇ bares the signal path to ground strigitive element ⁇ bares the signal path to ground strigitive element ⁇ bares the signal path to ground strigitive element ⁇ bares the signal path to ground strigal ⁇ tet.
  • Figure 15 also shows an embodiment of an impedance recovery circuit in T-shape, with two tunable capacitive elements are connected in series in the signal branch and an inductive element to the signal branch switches ⁇ ground ver.
  • FIG. 16 shows an embodiment of an impedance recovery circuit in n-form, wherein an inductive element is connected in the signal branch and in each case a tunable ka ⁇ pazitives element connects the input or output of the circuit to ground.
  • Figure 17 shows an embodiment of an impedance recovery circuit in n-form, wherein in the signal branch a tunable capacitive element is connected, while in each case an inductive element is connected to each of the ports of the circuit.
  • Each of the two impedance-recovery circuits, which are selected from the first impedance recovery scarf ⁇ tung and second impedance recovery circuit may include one or more of the embodiments of Figures 8 to 17 and, optionally, comprise further circuit or Impedanzan ⁇ matching elements.
  • the tunable elements are before ⁇ Trains t capacitive elements.
  • the use of tunable inductive elements instead of or in addition to abstimmba ⁇ ren capacitive elements is also possible.
  • FIGS. 18 and 19 clearly illustrate the effect of the combination of impedance restoration circuit and tunable filter core:
  • FIG. 18 shows the frequency-dependent insertion loss of conventional tunable filter circuits which work with electroacoustic components.
  • Curves A, B and C have pass bands that can be shifted by detuning the electro-acoustic components by tunable capacitive elements in their center frequencies.
  • both the shape of the insertion losses inside and outside of the passband and the width of the pass band, and particularly the ripple in the pass band ⁇ change.
  • the actual usable passband width decreases significantly with increasing shift towards higher frequencies, since - cf.
  • Curve C - clearly forms a constriction in the range of small insertion losses on the side of the upper passband edge, but then reduces the insertion loss again until it finally rises in the direction of a pole.
  • Figure 19 shows the course of the three Introductor ⁇ gedämpfungen A *, B *, C *, based on a topology of the combination shown in Figure 6 of filter core and impedance re- manufacturing circuits based.
  • the passband bandwidth decreases towards higher center frequencies.
  • tunable RF filter and methods described for operating tunable RF filters are not limited to the illustrated or described embodiments.
  • RF filters with further circuit components in the filter core that realize a defined filter effect or other passive or even active circuit elements in at least one of the impedance recovery circuits also belong to the embodiments shown.
  • AFK tunable filter core
  • AHF tunable RF filter
  • EAK electroacoustic component
  • IWS1 first impedance recovery circuit
  • IWS2 second impedance recovery circuit

Abstract

Es wird ein abstimmbares HF-Filter angegeben, das mit elektroakustischen Komponenten arbeiten kann und trotz eines großen Abstimmbereichs gute elektrische Eigenschaften bietet. Dazu umfasst das HF-Filter einen abstimmbaren Filterkern (AFK) mit elektroakustischen (EAK) und verstimmbaren (AKE) Filterelementen sowie Impedanz-Wiederherstellungsschaltungen (IWS1, IWS2) zur Kompensation einer Impedanz-Veränderung durch ein Abstimmen des Filterkerns.

Description

Beschreibung
Abstimmbares elektroakustisches HF-Filter mit verbesserten elektrischen Eigenschaften und Verfahren zum Betrieb eines solchen Filters
Die Erfindung betrifft Hochfrequenz- (HF-) Filter, die z.B. in mobilen Kommunikationsgeräten aufgrund ihrer Eignung, frequenzmäßig abgestimmt zu werden, eine Vielzahl konventionel- 1er Filter ersetzen können.
In nicht kabelgebundenen Kommunikationsgeräten, z.B. Handys, WLAN-Router, Basisstationen, usw. dienen HF-Filter zur Trennung erwünschter Signale von unerwünschten Signalen.
Typischerweise arbeiten solche HF-Filter mit elektroakusti- schen Komponenten, bei denen die Frequenzlage durch charakte¬ ristische Abstände entgegengesetzt polarisierter Elektroden und die Ausbreitungsgeschwindigkeit akustischer Wellen in ei- nem Medium dazwischen fest vorgegeben ist.
Die immer größer werdende Anzahl an Frequenzbändern, die ein Gerät bedienen können soll, würde eine immer größere Anzahl an HF-Filtern erfordern. Die steigenden Anforderungen an elektrische Eigenschaften wie Selektion oder Isolation erfordern neue technische Konzepte, insbesondere, da steilere Passbandflanken aufgrund der dichter zusammenrückenden Frequenzbänder notwendig werden. So sind z.B. aus den Druckschriften US 2012/0313731 AI, US 2012/286900 AI oder WO 2012/114930 AI abstimmbare elektroa- kustische Filter bekannt. Bei diesen verstimmt ein parallel zu einem elektroakustischen Resonator verschaltetes kapazitives Element die Akustik so, dass dabei eine Mittenfrequenz eines Frequenzbandes verschoben wird. Dadurch, dass die pa¬ rallel geschalteten kapazitiven Elemente in ihrer Kapazität abstimmbar sind, kann die Mittenfrequenz in einem gewissen Frequenzintervall eingestellt werden.
Problematisch an bekannten abstimmbaren HF-Filtern mit elektroakustischen Komponenten ist, dass eine präzise Abstimmung vieler in komplexer Weise wechselwirkender Parameter der Komponenten notwendig ist, um Filter mit guten elektrischen Eigenschaften zu bekommen. Deshalb bewirkt jede Veränderung der Kapazitätswerte der parallel verschalteten kapazitiven Ele¬ mente eine nachteilhafte Verstimmung der Akustik und eine Verschlechterung der Filtereigenschaften. Auch wenn ein gewisser Grad an Verschlechterung toleriert werden kann, so ist der Abstimmbereich der bekannten abstimmbaren Filter eher gering . Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, abstimmbare HF-Filter anzugeben, die verbesserte elektrische Eigenschaften bei vergrößertem Abstimmbereich haben. Ferner wird angegeben, wie ein solches Filter zu betreiben ist, um einen breiten Abstimmbereich bei guten elektrischen Eigen- schaffen zu erhalten. Abhängige Ansprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen des Filters an.
Ein abstimmbares HF-Filter umfasst dabei einen Filtereingang und einen Filterausgang. Das Filter umfasst ferner einen ab- stimmbaren Filterkern mit einem Eingang, einer Eingangsimpedanz, einem Ausgang und elektroakustischen Filterelementen zwischen dem Eingang und dem Ausgang. Das Filter umfasst ferner eine erste Impedanz-Wiederherstellungsschaltung zwischen dem Filtereingang und dem Eingang des Filterkerns. Die Impe¬ danz-Wiederherstellungsschaltung ist dazu geeignet und dazu vorgesehen, eine durch ein Abstimmen des abstimmbaren Filterkerns induzierte Impedanz-Veränderung der Eingangsimpedanz des Filterkerns zu kompensieren.
Das Filter umfasst also eine erste Impedanz-Wiederherstel¬ lungsschaltung zur Kompensation einer Impedanz-Veränderung der Eingangsimpedanz des Filterkerns. Ebenso ist es möglich, eine Impedanz-Veränderung der Ausgangsimpedanz des Filterkerns zu kompensieren.
Dann umfasst das abstimmbare HF-Filter einen Filtereingang und einen Filterausgang, einen abstimmbaren Filterkern mit einem Eingang, einem Ausgang und einer Ausgangsimpedanz und elektroakustischen Filterelementen zwischen dem Eingang und dem Ausgang. Das Filter umfasst dann ferner eine zweite Impedanz-Wiederherstellungsschaltung zwischen dem Ausgang des Filterkerns und dem Filterausgang. Die Impedanz-Wiederher- Stellungsschaltung ist dazu geeignet und dazu vorgesehen, eine durch ein Abstimmen des abstimmbaren Filterkerns induzierte Impedanz-Veränderung der Ausgangsimpedanz des Filterkerns zu kompensieren. Es wurde im Rahmen der Untersuchungen zu abstimmbaren HF- Filtern herausgefunden, dass das eigentliche Filter, nämlich der abstimmbare Filterkern des vorliegenden Filters, variie¬ rende Eingangs- bzw. Ausgangsimpedanzen aufweist, wobei die Variationen der Impedanz durch das Abstimmen des Filters in- duziert werden. Die schädlichsten Auswirkungen des Abstimmens bestehen also darin, dass das Filter - von außen gesehen - variable Eingangs- bzw. Ausgangsimpedanzen präsentiert, so dass die Integration in eine externe Schaltungsumgebung drastisch erschwert wird.
Der abstimmbare Filterkern des abstimmbaren HF-Filters ist dabei dasjenige Filtersegment, das im Wesentlichen zum fre¬ quenzselektiven Verhalten des Filters führt und die Filterfunktion erfüllt. Die erste bzw. zweite Impedanz-Wiederherstellungsschaltung kompensiert dabei eine Veränderung der Eingangs- bzw. Ausgangsimpedanz dieses Filterkerns, so dass eine externe Schaltungsumgebung stets gleichbleibende Impe¬ danzwerte „sieht". Hat das abstimmbare HF-Filter eine durch eine externe Schaltungsumgebung geforderte definierte Ein¬ gangs- bzw. Ausgangsimpedanz, so wirken die erste bzw. zweite Impedanz-Wiederherstellungsschaltung als Impedanzanpassschal- tung oder als Impedanztransformationsschaltung zwischen den peripheren Anschlüssen des HF-Filters und dem Filterkern. Eine Impedanz-Anpassung wird dann erhalten, wenn lediglich ein relativ kleiner Impedanzsprung zu kompensieren ist. Ist der Impedanzsprung zwischen dem Anschluss des Filterkerns und dem entsprechenden Anschluss des Filters größer, so spricht man von einer Impedanz-Transformation. Als eine mögliche Definition kann dabei gelten, dass bei einem Impedanzsprung von einem Faktor < 1,5 von einer Impedanz-Anpassung auszugehen ist, während bei einem Impedanzsprung um einen Faktor > 1,5 von einer Impedanztransformation auszugehen ist. Die beiden Impedanz-Wiederherstellungsschaltungen beherrschen dabei i. A. eine Impedanz-Anpassung bzw. -Transformation für Faktoren bis etwa 1,5, 5, 10, 20 oder mehr, so dass große Impedanzver¬ änderungen an den peripheren Anschlüssen des Kerns kompen- siert werden können. Dadurch kann das vorliegende HF-Filter einen sehr breiten Abstimmungsbereich bei gleichzeitig sehr guten elektrischen Filtereigenschaften aufweisen. Die begriffliche Unterscheidung zwischen Filterkern und Impedanz-Wiederherstellungsschaltungen beruhen auf den fundamental verschiedenen Wirkungen der entsprechenden Filterabschnitte: Der Filterkern bewirkt die frequenzmäßige Selektion während die Impedanz-Wiederherstellungsschaltungen quasi keine Filterwirkung aber dafür eine Impedanz-Transformations¬ oder -anpassfunktionalität effizient, d.h. mit relativ weni¬ gen Schaltungskomponenten, realisieren. Die elektroakustische Komponente kann dabei ein einzelner Re¬ sonator oder eine Kombination, z.B. eine Serienverschaltung oder eine Parallelverschaltung aus elektroakustischen Resonatoren sein. Als elektroakustische Resonatoren kommen SAW- Resonatoren (SAW = Surface Acoustic Wave = akustische Ober- flächenwelle) , BAW-Resonatoren (BAW = Bulk Acoustic Wave = akustische Volumenwelle) , GBAW-Resonatoren (GBAW = Guided Bulk Acoustic Wave = geführte akustische Volumenwelle) oder Kombinationen solcher Resonatoren in Frage. Das HF-Filter kann somit genau eine Impedanz-Wiederherstel¬ lungsschaltung umfassen. Diese kann entweder zwischen dem Filtereingang und dem abstimmbaren Filterkern oder andererseits zwischen dem abstimmbaren Filterkern und dem Ausgang des HF-Filters angeordnet sein.
Allerdings ist es eher unwahrscheinlich, dass ein Abstimmen des abstimmbaren Filterkerns lediglich nur die Eingangsimpe¬ danz oder nur die Ausgangsimpedanz des Filterkerns verändert. Viel wahrscheinlicher ist es, dass sowohl die Eingangsimpe- danz des Filterkerns als auch die Ausgangsimpedanz des Filterkerns durch das frequenzmäßige Abstimmen verändert werden. Deshalb ist es im Allgemeinen eine vorteilhafte Ausgestaltung des HF-Filters, sowohl die erste Impedanz-Wiederherstellungs¬ schaltung als auch die zweite Impedanz-Wiederherstellungs¬ schaltung zwischen den entsprechenden Ein- und Ausgängen des HF-Filters und dem abstimmbaren Filterkern vorzusehen.
Ein entsprechendes HF-Filter kann dabei einen abstimmbaren Filterkern aufweisen, der eine frequenzmäßige Abstimmung der Mittenfrequenz erlaubt, ohne die Bandbreite zu verändern. Ebenso ist es möglich, den abstimmbaren Filterkern so auszu- gestalten, dass die Bandbreite einstellbar ist, ohne die Mit¬ tenfrequenz zu verändern. Ein abstimmbarer Filterkern, bei dem sowohl die Bandbreite als auch die Frequenzlage der Mit¬ tenfrequenz unabhängig voneinander eingestellt werden kann, ist ebenfalls möglich.
Das HF-Filter kann so ausgestaltet sein, dass der Filterkern Filtersegmente mit einer Parallelschaltung und /oder Serien- verschaltung aus je einem elektroakustischen Resonator und einem abstimmbaren Impedanzelement umfasst.
Dann dient das abstimmbare Impedanzelement dazu, den elektro¬ akustischen Resonator akustisch so zu verstimmen, dass seine Resonanzfrequenz auf einen gewünschten Wert eingestellt wird. Konventionelle mit elektroakustischen Komponenten arbeitende HF-Filter umfassen dabei elektroakustische Resonatoren, deren Resonanzfrequenz je nach der Stelle der Schaltungstopologie an der sie angeordnet sind, charakteristische Frequenzen ei¬ nes Frequenzbandes definieren. So bestimmen Serienresonatoren in Laddertype-ähnlichen Filterstrukturen mit ihren Resonanzfrequenzen im Wesentlichen die Mittenfrequenz eines Passbands. Die Antiresonanzfrequenz eines Serienresonators be¬ stimmt im Wesentlichen die Lage der oberen Passbandflanke, während die Resonanzfrequenzen von Parallelresonatoren im Wesentlichen die niederfrequente Flanke eines Passbandes defi¬ nieren. Die Antiresonanzfrequenzen der Parallelresonatoren stimmen im Wesentlichen mit den Resonanzfrequenzen der Seri- enresonatoren überein.
Werden dagegen die Antiresonanzfrequenzen von Serienresonatoren ähnlich zu den Resonanzfrequenzen der Parallelresonatoren gewählt, so wird ein Bandsperrfilter erhalten.
Analog zu den Resonatoren konventioneller elektroakustischer Filterschaltungen können die Filtersegmente mit einer Parallelschaltung aus einem elektroakustischen Resonator und einem abstimmbaren Impedanzelement einen Resonator in einer konven- tionellen HF-Schaltung ersetzen, um die Einstellbarkeit der charakteristischen Frequenzen zu ermöglichen.
Es ist auch möglich, dass die Filtersegmente des Filterkerns zusätzlich zur Parallelschaltung aus je einem elektroakusti- sehen Resonator und einem abstimmbaren Impedanzelement ein weiteres abstimmbares Impedanzelement umfassen, das in Serie mit der Parallelschaltung verschaltet ist. Damit umfasst ein Filtersegment ein abstimmbares Impedanzelement, das parallel zum Resonator geschaltet ist, sowie ein weiteres abstimmbares Impedanzelement, das in Serie zum Resonator geschaltet ist. Dadurch ist die frequenzmäßige Abstimmbarkeit des Resonators und damit des Filtersegments im Filterkern verbessert.
Die abstimmbaren Impedanzelemente der HF-Filterschaltung kön- nen abstimmbare induktive Elemente oder abstimmbare kapazi¬ tive Elemente oder - je nach Anforderung - sowohl abstimmbare Impedanzelement als auch abstimmbare kapazitive Elemente sein. Die Implementation eines abstimmbaren kapazitiven Elements ist dabei im Allgemeinen einfacher, wenn hochgütige Impedanzelemente erhalten werden sollen. Abstimmbare kapazitive Elemente können dabei Varaktoren, abstimmbare MEMS- Komponenten oder Kapazitätsbänke mit einzeln hinzu- oder ab¬ schaltbaren Kondensatoren sein.
Es ist möglich, dass die Filtersegmente Serienelemente oder Parallelelemente oder beides einer Laddertype-Schaltung sind. Wie oben bereits angegeben, ist die Verwendung einer Laddertype-Schaltung oder einer Laddertype-ähnlichen Schaltung in HF-Filtern üblich, da sie relativ leistungsverträglich sind und - zumindest in einer Bauform mit wenigen Grundgliedern - eine geringe Einfügedämpfung bei guter Selektion ermöglichen.
Es ist möglich, dass die Impedanz-Wiederherstellungsschaltungen - also entweder die erste Impedanz-Wiederherstellungss- schaltung oder die zweite Impedanz-Wiederherstellungsschal¬ tung oder beide Impedanz-Wiederherstellungsschaltungen - je einen Admittanz-Inverter umfassen. Ein Admittanz-Inverter invertiert eine Last-Admittanz Yioad und gewichtet diese mit dem Quadrat J2 des sog. Werts J des Admittanzinverters gemäß der Gleichung Yin = J2 / Yioad und stellt somit eine Eingangsadmit- tanz Yin zur Verfügung. Admittanz-Inverter können dabei auf vielfältige Weise Schaltungstechnisch realisiert werden.
Dadurch kann die Kompensation der Impedanzveränderung durch das Abstimmen erreicht werden.
Die eine oder die mehreren Impedanz-Wiederherstellungsschal- tungen können dabei eines oder mehrere abstimmbare Impedan¬ zelemente zur Impedanz-Wiederherstellung umfassen. Als abstimmbare Impedanzelemente können dabei abstimmbare induktive Elemente, abstimmbare kapazitive Elemente oder sowohl ab¬ stimmbare induktive Elemente als auch abstimmbare kapazitive Elemente pro Impedanz-Wiederherstellungsschaltung vorhanden und geeignet miteinander verschaltet sein. Da abstimmbare ka- pazitive Elemente mit hoher Güte leichter zu realisieren sind, ist die Verwendung von abstimmbaren kapazitiven Elementen in den Impedanz-Wiederherstellungsschaltungen bevorzugt.
Es ist dabei möglich, dass die Impedanz-Wiederherstellungs- Schaltungen ein Filtersegment zur Impedanz-Wiederherstellung umfassen, das ein serielles Impedanzelement, ein paralleles Impedanzelement, einer L-Schaltung, einer π-Schaltung oder eine T-Schaltung ist. Durch diese einzelnen Impedanzelemente oder Kombinationen aus Impedanzelementen können leicht Impe- danz-Wiederherstellungsstrukturen mit der Funktionalität eines Admittanz-Inverters erhalten werden.
Es ist möglich, dass die Impedanz-Wiederherstellungsschaltungen Impedanzelemente mit einstellbarer Kapazität zur Impe- danz-Wiederherstellung umfassen, vor allem, wenn hohe Gütefaktoren und eine einfache Ansteuerbarkeit der Impedanzele¬ mente vorteilhaft sind.
In einem Verfahren zum Betrieb eines wie z.B. oben beschrie- benen abstimmbaren HF-Filters weisen die Impedanz-Wiederherstellungsschaltungen abstimmbare Impedanzelemente auf, deren Impedanz so eingestellt wird, dass eine Impedanzveränderung an einem Ein- oder Ausgang des abstimmbaren Filterkerns kompensiert wird.
Dazu ist gegebenenfalls eine Logikschaltung vorhanden, die über Steuerleitungen mit den abstimmbaren Impedanzelementen der Impedanz-Wiederherstellungsschaltungen verschaltet ist. Es ist möglich, dass das Impedanzverhalten des Eingangs und des Ausgangs des abstimmbaren Filterkerns vorab analysiert wird. Mittels der abstimmbaren Impedanzelemente wird der ab¬ stimmbare Filterkern so eingestellt, dass bevorzugte Band- breiten und Mittenfrequenzen und Kombinationen aus Bandbreiten und Mittenfrequenzen erhalten werden. Dabei werden jeweils die Eingangsimpedanz und die Ausgangsimpedanz des abstimmbaren Filterkerns bestimmt. Ferner werden Sollwerte für die Eingangsimpedanz des HF- Filters am Filtereingang und für die Ausgangsimpedanz des HF- Filters am Filterausgang definiert. Diese können beispiels¬ weise bei 5 Ohm, 25 Ohm, 50 Ohm, 100 Ohm, 200 Ohm oder 500 Ohm liegen.
Anschließend wird ermittelt, welche Impedanzwerte bzw. Kapa¬ zitätswerte im Falle einstellbarer kapazitiver Elemente, für die abstimmbaren Impedanzelemente der Impedanz-Wiederherstel¬ lungsschaltungen zu wählen sind, damit das abstimmbare HF- Filter sich nach außen hin mit den gewünschten und im Vorfeld festgelegten peripheren Impedanzen präsentiert.
Die entsprechenden Parameter können ebenfalls in der Logikschaltung hinterlegt werden, damit ein schnelles Auffinden der Werte ermöglicht ist.
Alternativ zu dieser Steuerung der abstimmbaren Impedanzelemente ist es auch möglich, eine adaptive Regelung der ab¬ stimmbaren Impedanzelemente zu wählen, so dass situationsbe- dingt stets optimale Impedanz-Anschlusswerte erhalten werden können, unabhängig davon ob bestimmte Passbandbreiten
und/oder Mittenfrequenzen bei der Entwicklung des abstimmbaren HF-Filters bereits bekannt waren oder nicht. Dann kann das abstimmbare HF-Filter zusätzlich einen oder mehrere Impedanzdetektoren aufweisen, die die entsprechenden Eingangs- bzw. Ausgangsimpedanzen des HF-Filters und/oder des abstimmbaren Filterkerns feststellen.
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Die elektroakustischen Resonatoren und Impedanzelemente wie die abstimmbaren Impedanzelemente oder nicht abstimmbare Im¬ pedanzelemente mit konstanter Impedanz können in oder auf dem gleichen Chip angeordnet und realisiert sein. Es ist aller¬ l ei dings auch möglich, dass die Resonatoren und weitere Impedan¬ zelemente auf verschiedene Chips verteilt sind. Die Logik¬ schaltung und weitere Schaltungskomponenten eines Regelkreises können ebenfalls auf oder in einem dieser Chips angeord¬ net oder realisiert sein. Durch einen entsprechend hohen Grad 15 an Integration können die entsprechenden Signalleitungen sehr kurz ausgebildet werden, was der Signalqualität zugutekommt.
Es ist möglich, dass das abstimmbare HF-Filter als so genann¬ tes Diversity-Filter in einem mobilen Kommunikationsgerät ar-
20 beitet. Als Diversity-Filter unterstützt es den Signalempfang und ist ausschließlich dazu vorgesehen HF-Signale zu empfangen aber nicht zu senden. Dadurch braucht das Diversity-Filter nicht so leistungsfest wie beispielsweise Senderfilter sein. Ein einziges abstimmbares Diversity-Filter kann eine
25 Vielzahl konventioneller Diversity-Filter ersetzen.
Es ist möglich, dass das abstimmbare HF-Filter mit einem fre¬ quenzmäßig abstimmbaren Leistungsverstärker (englisch: Power Amplifier) oder mit einem rauscharmen Verstärker (englisch: 30 LNA: Low Noise Amplifier) verschaltet ist. Verstärker wie
Leistungsverstärker oder LNA sind prinzipiell besser geeignet, mit verschiedenen Frequenzen zu arbeiten. Deshalb eignen sich diese Verstärker besonders dazu, mit dem ebenfalls ab¬ stimmbaren Filter verschaltet zu werden, um eine Vielzahl unterschiedlicher Funktionen in einem Kommunikationsgerät mit wenigen Schaltungskomponenten zu erfüllen.
Es ist ebenfalls möglich, dass ein solches abstimmbares HF- Filter oder zwei solche abstimmbaren HF-Filter in einem
Duplexer verschaltet sind. Dann kann auf einfache Weise ein Duplexer/abstimmbarer Duplexer mit geringem Schaltungsaufwand und trotzdem guten elektrischen Eigenschaften erhalten werden .
Es ist möglich, dass ein solcher Duplexer in einem Frontend- Modul eines mobilen Kommunikationsgeräts eingesetzt werden kann, um eine Vielzahl nicht abstimmbarer Duplexer zu ersetzen. Insbesondere dann, wenn die Abstimmbarkeit der Band¬ breite ausreichend groß ist, können sogar zwei oder mehr ne¬ beneinander angeordnete Empfangs- und Sendesignalbänder abge¬ deckt werden, so dass ein gleichzeitiger Betrieb in diesen verschiedenen Frequenzbändern möglich ist.
Das abstimmbare HF-Filter wird im Folgenden anhand von sche¬ matischen Ausführungsbeispielen und schematischen Figuren näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1: Ein Ersatzschaltbild mit den wesentlichen Schaltungs¬ komponenten des abstimmbaren HF-Filters AHF,
Fig. 2a: ein Ersatzschaltbild des abstimmbaren HF-Filters, bei dem der abstimmbare Filterkern AFK zumindest eine Parallelschaltung eines Impedanzelements und eines elektroakustischen Resonators aufweist,
Fig. 2b: ein Ersatzschaltbild des abstimmbaren HF-Filters, bei dem der abstimmbare Filterkern AFK zumindest eine
Sereinschaltung eines Impedanzelements und eines elektroakustischen Resonators aufweist,
Fig. 3: eine Ausgestaltung des Filters der Figur 2, bei dem ein Impedanzelement in Serie zur Parallelschaltung verschaltet ist,
Fig. 4a: eine Ausgestaltung, bei der ein abstimmbares Impe¬ danzelement als paralleles abstimmbares kapazitives Element realisiert ist,
Fig. 4b: eine Ausgestaltung, bei der ein abstimmbares Impe¬ danzelement als serielles abstimmbares kapazitives Element realisiert ist,
Fig. 5: eine Ausgestaltung, bei der das Serienelement des
Filtersegments ebenfalls als abstimmbares kapazitives Element realisiert ist, Fig. 6: eine Ausgestaltung, bei der der abstimmbare Filterkern drei in einer T-Struktur verschaltete Filterseg¬ mente aufweist,
Fig. 7: eine Ausgestaltung, bei der der abstimmbare Filter- kern eine Laddertype-Struktur aufweist,
Fig. 8 bis Fig. 17: Mögliche Realisierungen des Admittanz-In- verters , Fig. 18: drei Einfügedämpfungen für verschieden gewählte Mittenfrequenzen eines konventionellen abstimmbaren HF- Filters, Fig. 19: drei Einfügedämpfungen für die drei Mittenfrequenzen der Figur 18, jedoch mit Impedanzkompensation.
Figur 1 zeigt schematisch den strukturellen Aufbau des abstimmbaren HF-Filters AHF. Das Filter weist einen Filterein- gang FE und einen Filterausgang FA auf. Dazwischen ist der abstimmbare Filterkern AFK verschaltet, der im Wesentlichen die Filterwirkung des Filters realisiert. Der abstimmbare Filterkern AFK hat einen Eingang E und einen Ausgang A. Es hat sich gezeigt, dass die Eingangsimpedanz am Eingang E bzw. die Ausgangsimpedanz am Ausgang A variiert, wenn der abstimmbare Filterkern AFK bezüglich seiner Mittenfrequenz oder seiner Bandbreite eingestellt wird. Das HF-Filter AFH weist des¬ halb eine erste Impedanz-Wiederherstellungsschaltung IWSl zwischen dem Filtereingang FE und dem Eingang des abstimmba- ren Filterkerns AFK auf. Durch die erste Impedanz-Wiederherstellungsschaltung IWSl wird eine definierte Eingangsimpedanz des HF-Filters AHF am Filtereingang FE erreicht, mithilfe de¬ rer das Filter leicht mit einer externen Schaltungsumgebung verschaltet werden kann. Analog stellt die zweite Impedanz- Wiederherstellungsschaltung IWS2 zwischen dem Ausgang des abstimmbaren Filterkerns AFK bzw. dem Filterausgang FA am Filterausgang FA eine gewünschte vorher definierte Ausgangsimpe¬ danz des Filters AHF ein. Unabhängig davon wie die Eingangsund Ausgangsimpedanzen des abstimmbaren Filterkerns AFK im vom Einzelfall abhängigen Abstimm-Modus ausfällt, ist die ge¬ samte Filterschaltung AHF stets impedanzmäßig wohldefiniert in eine externe Schaltungsumgebung eingebettet, so dass eine optimale Signalweiterleitung erhalten wird. Speziell die Einfügedämpfung innerhalb des Passbands ist minimiert und über den gesamten Passbandbereich nahezu konstant. Die Welligkeit im Passband erreicht ein sehr niedriges Niveau.
Die einzelnen relevanten Schaltungspunkte, der Filtereingang, der Filterausgang und die entsprechenden Ein- und Ausgänge der Impedanz-Wiederherstellungsschaltungen und des abstimmbaren Filterkerns sind durch Signalleitungen SL verbunden. Die Signalleitungen und die Teilschaltungen des HF-Filters AHF können dabei so ausgeführt sein, dass erdsymmetrische Signale (balanced Signale) geführt werden können. Das Weiterleiten von erdunsymmetrischen Signalen (unbalanced Signale) ist ebenfalls möglich.
Figur 2a stellt dar, wie der abstimmbare Filterkern AFK seine Abstimmbarkeit erhält. Der Kern umfasst zumindest eine elekt- roakustische Komponente EAK. Parallel dazu ist ein Impedan¬ zelement IE verschaltet, dessen Impedanz einstellbar ist. Dadurch, dass die Impedanz des Impedanzelements IE einstell¬ bar ist, ist die Akustik der elektroakustischen Komponente EAK verstimmbar, wodurch der Filterkern AFK abstimmbar wird.
Figur 2b stellt eine alternative oder zusätzliche Möglichkeit dar, eine Abstimmbarkeit zu erhalten. Der Kern umfasst zumin¬ dest eine elektroakustische Komponente EAK und in Serie dazu ein Impedanzelement IE, dessen Impedanz einstellbar ist.
Dadurch, dass die Impedanz des Impedanzelements IE einstell¬ bar ist, ist die Akustik der elektroakustischen Komponente EAK verstimmbar, wodurch der Filterkern AFK abstimmbar wird. Die Impedanzelemente IE der Figuren 2a und 2b können abstimm¬ bare induktive Elemente und insbesondere abstimmbare kapazi¬ tive Elemente sein. Figur 3 zeigt eine Form, wobei zusätzlich zur Parallelverschaltung aus elektroakustischer Komponente EAK und Impedanzelement IE ein zusätzliches Impedanzelement IE in Serie mit der Parallelverschaltung verschaltet ist. Die Impedanz des seriellen Impedanzelements IE kann dabei ebenfalls einstell- bar sein, so dass der Abstimmbereich des Filterkerns AFK erweitert wird.
Figur 4a zeigt, wie eine elektroakustische Komponente EAK und ein abstimmbares Kapazitätselement AKE, dass das Impedanzele- ment IE der Figur 2 realisiert, ein Filtersegment FS bilden. Solche oder ähnliche Filtersegmente FS bilden die Schaltungs¬ elemente des abstimmbaren Filterkerns AFK. Der abstimmbare Filterkern AFK kann somit Serien- und Parallelverschaltungen entsprechender Filtersegmente FS aufweisen.
Figur 4b zeigt - analog zu Figur 4a - eine Serienverschaltung eines abstimmbares Kapazitätselement AKE mit einem elektroa- kustischen Resonator, um den Resonator zu verstimmen. Figur 5 zeigt eine Ausführungsform eines Filtersegments FS, bei dem zusätzlich zur Parallelverschaltung aus dem abstimmbaren kapazitiven Element AKE und der elektroakustischen Komponente EAK ein weiteres abstimmbares kapazitives Element AKE in Serie verschaltet ist, um den Abstimmbereich zu erweitern und die Flexibilität beim Einstellen einer Mittenfrequenz und einer Bandbreite und insbesondere einer guten Anpassung der Filtersegmente FS aneinander zu erreichen. Figur 6 zeigt das Ersatzschaltbild wichtiger Schaltungsele¬ mente des HF-Filters, wobei im abstimmbaren Filterkern AFK drei Filtersegmente FS in einer T-Anordnung miteinander verschaltet sind. Dabei sind zwei Filtersegmente in Serie mitei- nander im Signalzweig zwischen den beiden Impedanz-Wiederherstellungsschaltungen verschaltet. Ein drittes Filtersegment FS verbindet die Verkopplungsstellen der beiden seriellen Filtersegmente mit Masse. Schon mit dieser überraschend ein¬ fachen Kombination dreier Filtersegmente im Filterkern mit den beiden Impedanz-Wiederherstellungsschaltungen kann - wie in Figur 19 berechnet - ein Bandpassfilter erhalten werden, das eine leicht verschiebbare Mittenfrequenz bei nahezu kon¬ stanter Bandpassbreite und bei guten Werten für die Einfüge¬ dämpfung IL aufweist.
Figur 7 zeigt wichtige Schaltungselemente einer Ausführungs¬ form, bei der der abstimmbare Filterkern AFK eine Laddertype- Struktur mit drei in Serie geschalteten Filtersegmenten FS und drei weiteren Filtersegmenten FS, die jeweils den Signal- pfad mit Masse verschalten, aufweist. Die Filtertopologie dieser Laddertype-Schaltung LDS im abstimmbaren Filterkern AFK ermöglicht im Vergleich zur Topologie der Figur 6 noch eine weitergehende Optimierung der Selektionseigenschaften. Figur 8 zeigt eine mögliche Ausführungsform einer der Impedanz-Wiederherstellungsschaltungen mit einer abstimmbaren Induktivität. Eine direkte Verschaltung des Impedanzelements der Impedanz-Wiederherstellungsschaltung mit Masse ist nicht notwendig. Gleichwohl stellt die Impedanz-Wiederherstellungs- Schaltungen ein Zweitor dar. Entsprechend zeigt Figur 9 eine analoge Form einer Impedanz- Wiederherstellungsschaltung, bei der im Signalpfad ein abstimmbares kapazitives Element verschaltet ist. Figur 10 zeigt eine Ausführungsform einer Impedanz-Wiederherstellungsschaltung, bei der ein abstimmbares induktives Ele¬ ment dem Signalzweig mit Masse (dargestellt durch die untere Signalleitung) verbindet. Figur 11 zeigt eine analoge Ausführungsform, bei der das ab¬ stimmbare induktive Element durch ein abstimmbares kapaziti¬ ves Element, das den Signalweg mit Masse verschaltet, ersetzt ist . Die Signalleitungen der Schaltungen der Figuren 8 bis 11 sollten dabei ferner eine charakteristische Impedanz Zo auf¬ weisen und eine Phasendrehung im einen Winkel Φ bewirken. Die Phasendrehung kann dabei in zwei Drehungen, z. B. um jeweils Φ/2 aufgeteilt werden. Die spezifischen Werte von Φ und Zo hängen dabei von den Topologien der übrigen Schaltungssegmente ab und sind durch die üblichen fachmännischen Maßnahmen leicht zu bestimmen. So ist Φ so zu wählen, dass alle Teil¬ signale phasenrichtig zusammengefügt werden können. Zo ergibt sich aus dem Impedanzanpass-Faktor .
Figur 12 zeigt eine mögliche Ausführungsform einer Impedanz- Wiederherstellungsschaltung, bei der ein abstimmbares kapazitives Element im Signalzweig und ein abstimmbares induktives Element zwischen dem Signalzweig und Masse zusammen eine L- Struktur bilden.
Figur 13 zeigt ebenfalls eine Ausführungsform einer Impedanz- Wiederherstellungsschaltung in L-Form, bei der im Signalzweig ein abstimmbares induktives Element und parallel dazu zwi¬ schen dem Signalzweig und Masse verschaltet ein abstimmbares kapazitives Element angeordnet ist. Die Kapazitätswerte bzw. Induktivitätswerte der Impedanzele¬ mente sind durch die Bedingung Yin = J2 / Yioad festgelegt.
Figur 14 zeigt eine Ausführungsform der Impedanz-Wiederherstellungsschaltung in T-Form, wobei zwei induktive Elemente in Serie im Signalzweig verbunden sind, während ein abstimm¬ bares kapazitives Element den Signalzweig mit Masse verschal¬ tet .
Figur 15 zeigt ebenfalls eine Ausführungsform einer Impedanz- Wiederherstellungsschaltung in T-Form, wobei zwei abstimmbare kapazitive Elemente in Serie im Signalzweig verschaltet sind und ein induktives Element den Signalzweig mit Masse ver¬ schaltet . Figur 16 zeigt eine Ausführungsform einer Impedanz-Wiederherstellungsschaltung in n-Form, wobei ein induktives Element im Signalzweig verschaltet ist und jeweils ein abstimmbares ka¬ pazitives Element den Eingang bzw. Ausgang der Schaltung mit Masse verschaltet.
Entsprechend zeigt Figur 17 eine Ausführungsform einer Impedanz-Wiederherstellungsschaltung in n-Form, wobei im Signalzweig ein abstimmbares kapazitives Element verschaltet ist, während jeweils ein induktives Element mit jedem der Ports der Schaltung verschaltet ist. Jede der beiden Impedanz-Wiederherstellungsschaltungen, die ausgewählt sind aus erster Impedanz-Wiederherstellungsschal¬ tung und zweiter Impedanz-Wiederherstellungsschaltung können eines oder mehrere der Ausführungsformen der Figuren 8 bis 17 und gegebenenfalls noch weitere Schaltungs- oder Impedanzan¬ passelemente umfassen. Die abstimmbaren Elemente sind bevor¬ zugt kapazitive Elemente. Die Verwendung von abstimmbaren induktiven Elemente anstelle von oder zusätzlich zu abstimmba¬ ren kapazitiven Elementen ist ebenfalls möglich.
Die Wirkung der Kombination aus Impedanz-Wiederherstellungs¬ schaltung und abstimmbarem Filterkern illustrieren die Figuren 18 und 19 deutlich: Figur 18 zeigt die frequenzabhängige Einfügedämpfung konventioneller abstimmbarer Filterschaltun- gen, die mit elektroakustischen Komponenten arbeiten. Die
Kurven A, B und C weisen dabei Passbänder auf, die durch Verstimmen der elektroakustischen Komponenten durch abstimmbare kapazitive Elemente in ihren Mittenfrequenzen verschoben werden können. Dabei ändern sich sowohl die Form der Einfüge- dämpfungen innerhalb und außerhalb des Passbands als auch die Breite des Passbands und besonders die Welligkeit im Pass¬ band. So nimmt die tatsächlich nutzbare Passbandbreite mit zunehmender Verschiebung zu höheren Frequenzen hin deutlich ab, da - vgl. Kurve C - sich deutlich eine Einschnürung im Bereich kleiner Einfügedämpfungen an der Seite der oberen Passbandflanke ausbildet, sich danach die Einfügedämpfung aber wieder verringert bis sie endgültig in Richtung einer Polstelle ansteigt. Im Gegensatz dazu zeigt Figur 19 den Verlauf der drei Einfü¬ gedämpfungen A*, B*, C*, die auf einer Topologie der in Figur 6 gezeigten Kombination aus Filterkern und Impedanz-Wieder- herstellungsschaltungen basiert. Zwar nimmt die Passbandbreite zu höheren Mittenfrequenzen hin ab. Die Verzerrung der Struktur des Verlaufs der Einfügedämpfung innerhalb des Pass¬ bands ist dagegen nahezu verschwunden und die welligen Passbänder weisen wohldefinierte Breiten und wohldefinierte Flan¬ ken auf.
Das abstimmbare HF-Filter und die beschriebenen Verfahren zum Betrieb abstimmbare HF-Filter sind nicht auf die gezeigten o- der beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. HF-Filter mit weiteren Schaltungskomponenten im Filterkern, die eine definierte Filterwirkung realisieren oder weiteren passiven oder gar aktiven Schaltungselementen in zumindest einer der Impedanz-Wiederherstellungsschaltungen gehören ebenso zu den gezeigten Ausführungsformen.
Bezugs zeichenliste
Einfügedämpfungen eines HF-Filters mit Impedanz WiederherstellungsSchaltungen
Einfügedämpfungen konventioneller abstimmbarer Filter
A: Ausgang des abstimmbaren Filterkerns
AFK: abstimmbarer Filterkern
AHF: abstimmbares HF-Filter
AKE : abstimmbares kapazitives Element
E: Eingang des abstimmbaren Filterkerns
EAK: elektroakustische Komponente
f : Frequenz
FA: Ausgang des HF-Filters
FE : Eingang des HF-Filters
FS : Filtersegment
IE : Impedanzelement
IL: Einfügedämpfung (Insertion loss)
IWS1 : erste Impedanz-WiederherstellungsSchaltung
IWS2 : zweite Impedanz-WiederherstellungsSchaltung
LDS : Laddertype-Struktur
SL: Signalleitung

Claims

Patentansprüche
1. Abstimmbares HF-Filter (AHF) , umfassend
- einen Filtereingang (FE) und einen Filterausgang (FA) , - einen abstimmbaren Filterkern (AFK) mit einem Eingang (E) , einer Eingangsimpedanz, einem Ausgang (A) und
elektroakustischen Filterelementen (EAK) zwischen dem Eingang (E) und dem Ausgang (A) ,
- eine erste Impedanz-Wiederherstellungsschaltung (IWS1) zwischen dem Filtereingang (FE) und dem Eingang des
Filterkerns (E) , wobei
- die erste Impedanz-Wiederherstellungsschaltung (IWS1) dazu geeignet und vorgesehen ist, eine durch ein Abstimmen des abstimmbaren Filterkerns (AFK) induzierte Impedanz- Veränderung der Eingangsimpedanz des Filterkerns (AFK) zu kompensieren .
2. Abstimmbares HF-Filter (AHF), umfassend
- einen Filtereingang (FE) und einen Filterausgang (FA) , - einen abstimmbaren Filterkern (AFK) mit einem Eingang (E) , einem Ausgang (A) , einer Ausgangsimpedanz und
elektroakustischen Filterelementen (EAK) zwischen dem Eingang (E) und dem Ausgang (A) ,
- eine zweite Impedanz-Wiederherstellungsschaltung (IWS2) zwischen dem Ausgang (A) des Filterkerns (AFK) und dem
Filterausgang (FA) , wobei
- die zweite Impedanz-Wiederherstellungsschaltung (IWS2) dazu geeignet und vorgesehen ist, eine durch ein Abstimmen des abstimmbaren Filterkerns (AFK) induzierte Impedanz- Veränderung der Ausgangsimpedanz des Filterkerns (AFK) zu kompensieren .
3. HF-Filter nach einem der vorherigen Ansprüche, umfassend
- eine erste Impedanz-Wiederherstellungsschaltung (IWS1) zwischen dem Filtereingang (FE) und dem Eingang (E) des Filterkerns (AFK) und
- eine zweite Impedanz-Wiederherstellungsschaltung (IWS2) zwischen dem Ausgang (A) des Filterkerns (AFK) und dem
Filterausgang (FA) , wobei
die beiden Impedanz-Wiederherstellungsschaltungen (IWS1, IWS2) dazu geeignet und vorgesehen sind, durch ein Abstimmen des abstimmbaren Filterkerns (AFK) induzierte Impedanz- Veränderungen der Eingangs- und der Ausgangsimpedanz des Filterkerns (AFK) zu kompensieren.
4. HF-Filter nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Filterkern (AFK) Filtersegmente (FS) mit
- einer Parallelschaltungen aus je einem elektroakustischen Resonator (EAK) und einem abstimmbaren Impedanzelement (IE) und/oder
- einer Serienverschaltung aus je einem elektroakustischen Resonator (EAK) und einem abstimmbaren Impedanzelement (IE) umfasst .
5. HF-Filter nach dem vorherigen Anspruch, wobei der
Filterkern (AFK) Filtersegmente (FS) mit Serienschaltungen aus je einem abstimmbaren Impedanzelement (IE) in Serie verschaltet mit einer Parallelschaltungen aus je einem elektroakustischen Resonator (EAK) und einem abstimmbaren Impedanzelement (IE) umfasst.
6. HF-Filter nach dem einem der beiden vorherigen Ansprüche, wobei die abstimmbaren Impedanzelemente (IE) abstimmbare kapazitive Elemente (AKE) sind.
7. HF-Filter nach einem der beiden vorherigen Ansprüche, wobei die Filtersegmente (FS) Serienelemente oder
Parallelelemente einer Laddertype-Schaltung sind.
8. HF-Filter nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Impedanz-Wiederherstellungsschaltungen (IWS1, IWS2) je einen Admittanz-Inverter umfassen.
9. HF-Filter nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Impedanz-Wiederherstellungsschaltungen (IWS1, IWS2) eines oder mehrere abstimmbare Impedanzelemente (IE) zur Impedanz- Wiederherstellung umfassen.
10. HF-Filter nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Impedanz-Wiederherstellungsschaltungen (IWS1, IWS2) ein
Filtersegment (FS) zur Impedanz-Wiederherstellung umfassen, das ausgewählt ist aus: einem seriellen Impedanzelement (IE), einem parallelen Impedanzelement (IE), einer L-Schaltung, einer π-Schaltung und einer T-Schaltung.
11. HF-Filter nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Impedanz-Wiederherstellungsschaltungen (IWS1, IWS2)
Impedanzelemente (AKE) mit einstellbarer Kapazität zur
Impedanz-Wiederherstellung umfassen .
12. HF-Filter nach einem der vorherigen Ansprüche, das als Diversity-Filter in einem mobilen Kommunikationsgerät
arbeitet .
13. HF-Filter nach einem der vorherigen Ansprüche, das mit einem frequenzmäßig abstimmbaren
- Leistungsverstärker oder
- Rauscharmem Verstärker verschaltet ist.
14. Verfahren zum Betrieb eines abstimmbaren HF-Filters nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem
- die Impedanz-Wiederherstellungsschaltungen (IWS1, IWS2) abstimmbare Impedanzelemente (IE) aufweisen, deren Impedanz so eingestellt wird, dass eine Impedanzveränderung an einem Ein- (E) oder Ausgang (A) des abstimmbaren Filterkerns (AFK) kompensiert wird.
15. Duplexer mit einem oder zwei abstimmbaren HF-Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
16. Frontend-Modul mit dem Duplexer nach dem vorherigen Anspruch.
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