WO2017036673A1 - Saw filter - Google Patents

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WO2017036673A1
WO2017036673A1 PCT/EP2016/067654 EP2016067654W WO2017036673A1 WO 2017036673 A1 WO2017036673 A1 WO 2017036673A1 EP 2016067654 W EP2016067654 W EP 2016067654W WO 2017036673 A1 WO2017036673 A1 WO 2017036673A1
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Volker Schulz
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Epcos AG
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    • H03H9/64—Filters using surface acoustic waves
    • H03H9/6423—Means for obtaining a particular transfer characteristic
    • H03H9/6433—Coupled resonator filters
    • H03H9/6483—Ladder SAW filters
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    • H03H9/02559—Characteristics of substrate, e.g. cutting angles of lithium niobate or lithium-tantalate substrates
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    • H03H9/02818—Means for compensation or elimination of undesirable effects
    • H03H9/02834—Means for compensation or elimination of undesirable effects of temperature influence

Definitions

  • SAW filters to reduce the thermal response of SAW filters are those provided with a normally S1O 2 comprehensive compensation ⁇ layer.
  • Compensating layer can be constructed, for example on lithium niobate crystals with a cutting angle red-128. On this substrate material, the resonance frequency of the acoustic Rayleigh mode is used.
  • the layer structure of such SAW filters has the consequence that in addition to the horizontally propagating Rayleigh wave as a secondary mode still a vertically extending to the layer plane plate mode occurs whose frequency is above the frequency of the Rayleigh wave and at a given layer structure at a fixed distance having.
  • Frequency band which is for example a counter-band for a band combination in the carrier aggregation operation, which is to suppress for this application, so disturbs the disk mode and can lead to that because of the inadmissible
  • a SAW filter having a conventional ladder-type structure. This comprises a series branch connected between the filter inlet and outlet, in which series resonators are arranged. From this series branch n in parallel to a fixed potential comparable switched parallel branches branch off, in each of which one is arranged parallel ⁇ resonator. There are provided at least two parallel branches ⁇ (n> 2). To improve the selection of the filter, the number n of parallel branches can be increased to example ⁇ example five.
  • Parallel resonators span a pass band together.
  • ⁇ contemporary SAW filter is a first parallel resonator, a finger period p, which is less than a design optimization would actually require and when it for the design the passport would be required. Accordingly, the main resonance of the first parallel resonator appears at a higher frequency and is thus closer to the left
  • the invention is advantageously applicable in particular to resonators with a layer structure in which a plate mode, which is also called Z-harmonic mode and occurs at a fixed distance from the main resonance, occurs as a secondary mode. This plate fashion is located above the passband.
  • a SAW filter is obtained, which is a well-matched pass band according to the required exactly as a SAW filter optimized in a conventional way
  • the disturbing secondary mode in particular the disturbing plate mode is now shifted out of the opposite band, so that the filter in the frequency range of
  • the parallel inductance is preferably formed with high quality and implemented, for example, as a copper coil. If the SAW filter is applied in a flip-chip design on a carrier, then the parallel inductance in the form of the copper coil between the carrier and the chip can be arranged on the carrier. However, it is also possible, the SAW filter with a trained as a discrete component
  • Main resonance of a parallel resonator is also such that also the frequency of a dependent secondary mode is to be suppressed counter-band, it is according to a
  • Embodiment of the invention the main resonance of this parallel resonator and associated simultaneously shifted the secondary mode towards higher frequencies, so that the resonance of the secondary mode is outside of the opposing band to be suppressed.
  • parallel inductors are connected in series with the parallel resonator.
  • Side mode has, for example, realized on a lithium niobate substrate, which has a cutting angle between red 125 and red 130.
  • filters can also have an SiO 2 layer over their electrode metallization, which is used to compensate for the temperature coefficient of the frequency (TCF).
  • such a filter can still have a trim layer
  • Resonators is required to compensate for the higher tolerance in the production of said layer structure.
  • a SAW filter with such a TCF compensation layer and optionally a trim layer usually has the pronounced plate mode. For certain applications, this disk mode is just to be suppressed
  • TX filter embodying the invention may be part of a duplexer.
  • Duplexer may be connected in parallel to or together with another duplexer to a common antenna port.
  • two duplexers can then be operated in parallel at the same time in order to use at least in one direction (upstream or downstream) two different bands for a single communication connection or data transmission. This increases the bandwidth during data transmission.
  • the Carrier Aggregation Mode includes a band combination in which two of the bands have exactly the same distance to each other as the distance of the plate mode from the band
  • Main resonance corresponds to a resonator used in a filter
  • the invention can be used advantageously for such applications. According to a further embodiment of the invention and
  • a further improvement is achieved in that the static Capacitance CS RS i of this first series resonator, so the series resonator, which is located closest to the antenna connection is minimally formed.
  • the static capacitance may be reduced by a smaller aperture, by a reduced number of fingers and / or by a cascading of
  • Resonators can be achieved.
  • the cascading of resonators also has the advantage that the resulting resonators are more powerful than resonators, their static capacitance by reducing the aperture or
  • a filter according to the invention has the advantage that it manages with a limited number of resonators, which is not increased compared to known filters. The invention can therefore be realized without much additional effort.
  • a filter according to the invention or a duplexer with a filter according to the invention also requires none
  • FIG. 1 shows the transmission curve of a band 3 duplexer with disturbing secondary modes in the region of the band 1 RX filter.
  • FIG. 2 shows the real part of the admittance for the
  • FIG. 3 shows a schematic block diagram of the ladder-type structure of a SAW filter according to the invention.
  • FIG. 4 shows the real part of the admittance of
  • FIG. 5 shows the associated transmission curve of a
  • FIG. 6 shows the reflection factor at the antenna connection of a band 3 duplexer according to the invention in the Tx range of FIG Volume 1 compared to the course of the reflection factor of a conventional duplexer.
  • FIG. 7 shows the corresponding reflection curves on
  • Parallel resonator RP which is optimized for the pass band in the Tx area of band 3, shows, for example, the transmission curve shown in FIG. The optimization goal
  • the passband is fully compliant with Band 3 specifications.
  • the filter exhibits low insertion loss, and in the overlying RX portion of Band 3, good attenuation.
  • the filter itself has one
  • FIG. 2 shows that this secondary mode is due to the main resonance of parallel resonators, which, precisely in the case of the conventional structure of the ladder-type SAW filter, lie exactly in the mentioned counter-band.
  • f RP the main resonance of the parallel resonators
  • f PM the position of the secondary resonance, that is the resonant frequency of the plate mode is designated. This is between the two
  • FIG. 3 shows a block diagram of a SAW filter according to the invention, which differs from the conventional SAW filter with the transmission curve according to FIG.
  • Resonant frequencies of the parallel resonators is changed.
  • RP1, RP2 and RP3 is the
  • the parallel resonators are each connected via a parallel inductance LP1 to LP3 to a fixed potential, in particular to ground.
  • the corresponding series branch SZ of the filter connects a first terminal Tl to a second terminal T2, which are respectively assigned to the filter inlet or filter outlet.
  • additional reactances such as may be used in a conventional ladder-type design, but which do not relate to the gist of the invention.
  • the value of the parallel inductance becomes, for example
  • FIG. 4 shows the real part of the admittances of the parallel resonators of the inventive filter according to FIG.
  • the main resonances f RP are
  • Parallel resonators RP closer together and appear at about 15 MHz higher frequency. Parallel to this main resonance shifts also the secondary mode, here the Resonant frequency f PM of the plate mode, which appears at a fixed distance to the main resonance of the resonators.
  • Each counterband is therefore essential for such filters / duplexers.
  • Reflection factor RF of a band 3 duplexer according to the invention in the frequency range of the band 1 Rx Martinezbands.
  • the lower graph shows the corresponding reflection factor for a known duplexer in the same range.
  • the minimum of the reflection by shifting the resonance of the secondary mode now lies to the right of the counterpart band BIRX.
  • the RF is improved within the entire counter-band BIRX.
  • the reflection factor RF is also improved in the Tx frequency range B1TX of band 1.
  • the invention can be applied to all constellations in which the disturbing secondary mode comes to rest in the region of an opposing band to be suppressed.
  • the disturbing secondary mode does not have to be a plate mode, but can be a be any other parasitic mode.
  • the invention is not limited to the said embodiment of a B1B3 carrier aggregation mode. It is always usable when the distance between the main frequency and
  • Secondary mode corresponds approximately to the distance of an opposite band from the main band.
  • the substrate material of the SAW filters is not limited to said lithium niobate and may be any other single crystalline substrate
  • parallel resonators RP can deviate from the example shown in FIG. 3 and be chosen to be higher or lower.
  • a SAW filter may have a layer structure above the

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)

Abstract

Zur Vermeidung einer störenden Resonanz im Gegenband eines SAW Filters mit Ladder Type Struktur wird vorgeschlagen, die Fingerperiode der Parallelresonatoren zu verringern und im Gegenzug die Parallelarme mit einer entsprechenden Induktivität zu verschalten, um die Bandbreite wieder auf den ursprünglichen Wert zu erweitern. Mit der Verschiebung der Hauptresonanz gelingt es gleichzeitig, die Frequenz der Nebenmode aus dem Bereich des Gegenbands heraus zu verschieben.

Description

Beschreibung SAW Filter Zur Verminderung des Temperaturgangs von SAW-Filtern werden diese mit einer üblicherweise S1O2 umfassenden Kompensations¬ schicht versehen.
Aus SAW-Resonatoren aufgebaute Bandpassfilter mit einer
Kompensationsschicht können beispielsweise auf Lithiumniobat- Kristallen mit einem Schnittwinkel rot-128 aufgebaut werden. Auf diesem Substratmaterial wird die Resonanzfrequenz der akustischen Rayleigh-Mode genutzt. Der Schichtaufbau solcher SAW Filter hat jedoch zur Folge, dass neben der sich horizontal ausbreitenden Rayleigh Welle als Nebenmode noch eine sich vertikal zur Schichtebene ausbreitende Platten-Mode auftritt, deren Frequenz oberhalb der Frequenz der Rayleigh Welle liegt und bei einem gegebenen Schichtaufbau einen festen Abstand dazu aufweist.
Liegt nun die Frequenz der Platten-Mode in einem
Frequenzband, welches zum Beispiel ein Gegenband für eine Bandkombination im Carrier Aggregation Betrieb ist, das für diese Anwendung zu unterdrücken ist, so stört die Platten- Mode und kann dazu führen, dass wegen der unzulässig
schlechten Unterdrückung die Spezifikationen für diese
Anwendung nicht erfüllt werden können. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine
störende Platten-Mode, die im Frequenzbereich eines zu unterdrückenden Gegenbandes oberhalb des Passbands auftritt, unschädlich zu machen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein SAW-Filter nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus weiteren Ansprüchen hervor. Es wird ein SAW-Filter angegeben, welches eine herkömmliche Ladder-Type-Struktur aufweist. Diese umfasst einen zwischen Filterein- und -ausgang verschalteten Serienzweig, in dem Serienresonatoren angeordnet sind. Von diesem Serienzweig zweigen n parallel zueinander gegen ein Festpotenzial ver- schaltete Parallelzweige ab, in denen jeweils ein Parallel¬ resonator angeordnet ist. Es sind zumindest zwei Parallel¬ zweige (n > 2) vorgesehen. Zur Verbesserung der Selektion des Filters kann die Anzahl n der Parallelzweige auf beispiels¬ weise fünf erhöht werden. Die Serienresonatoren und die
Parallelresonatoren spannen zusammen ein Passband auf.
Abweichend von einem herkömmlichen Design, das auf die genaue Ausformung des Passbands ausgelegt ist, weist im erfindungs¬ gemäßen SAW-Filter ein erster Parallelresonator eine Finger- periode p auf, die geringer ist, als eine Designoptimierung eigentlich vorschreiben würde und als es für die Gestaltung des Passbands erforderlich wäre. Dementsprechend erscheint die Hauptresonanz des ersten Parallelresonators bei einer höheren Frequenz und liegt damit näher an der linken
Passbandkante als optimal. Die durch diese Maßnahme beein¬ trächtigte Bandbreite des Passbands ist im erfindungsgemäßen SAW-Filter durch eine Parallelinduktivität kompensiert, die im ersten Parallelzweig (d.h. im Parallelzweig mit dem ersten Parallelresonator) angeordnet ist und in Serie zum
Parallelresonator geschaltet ist.
Mit der Frequenzverschiebung der Hauptresonanz zumindest des ersten Parallelresonators wird auch die Frequenz einer störenden Nebenmode verschoben. So wird erreicht, dass dadurch auch die Nebenmode aus einem zu unterdrückenden Nebenband des Filters heraus verschoben ist.
Die Erfindung ist vorteilhaft anwendbar insbesondere für Resonatoren mit einem Schichtaufbau, bei dem als Nebenmode eine Platten-Mode auftritt, die auch Z-harmonische Mode genannt wird und in fester Entfernung zur Hauptresonanz auftritt. Diese Platten-Mode ist oberhalb des Passbands angesiedelt .
Mit der Erfindung wird ein SAW-Filter erhalten, das genau wi ein auf herkömmlichem Weg optimiertes SAW-Filter ein gut angepasstes Passband entsprechend den geforderten
Spezifikationen aufweist bzw. dessen Passband diesen
Spezifikationen entspricht. Flankensteilheit und
Passbandbreite sind nahezu unverändert gegenüber dem
herkömmlichen Design. Die störende Nebenmode, insbesondere die störende Platten-Mode ist nun aus dem Gegenband heraus verschoben, so dass das Filter im Frequenzbereich des
Gegenbands eine verbesserte Dämpfung aufweist.
Die Parallelinduktivität wird vorzugsweise mit hoher Güte ausgebildet und beispielsweise als Kupferspule realisiert. Ist das SAW-Filter in Flip-Chip-Bauweise auf einem Träger aufgebracht, so kann die Parallelinduktivität in Form der Kupferspule zwischen dem Träger und dem Chip auf dem Träger angeordnet werden. Möglich ist es jedoch auch, das SAW-Filte mit einer als diskretes Bauelement ausgebildeter
Parallelinduktivität zu verschalten.
Die Frequenzen der Hauptresonanzen der Parallelresonatoren können bei herkömmlichem Design unterschiedliche Werte aufweisen. Wenn nun die Lage einer solchen weiteren
Hauptresonanz eines Parallelresonators ebenfalls so liegt, dass auch die Frequenz einer davon abhängigen Nebenmode im zu unterdrückenden Gegenband liegt, so wird gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung die Hauptresonanz auch dieses Parallelresonators und damit verbunden gleichzeitig auch die Nebenmode hin zu höheren Frequenzen verschoben, sodass auch die Resonanz der Nebenmode außerhalb des zu unterdrückenden Gegenbands liegt. In allen Parallelzweigen, in denen der dazugehörige Parallelresonator mit einer höheren Resonanzfrequenz ausgestattet ist, werden Parallelinduktivitäten in Serie zum Parallelresonator geschaltet.
Ein erfindungsgemäßes SAW-Filter, das eine ausgeprägte
Nebenmode aufweist, ist beispielsweise auf einem Lithium- Niobat-Substrat realisiert, welches einen Schnittwinkel zwischen rot 125 und rot 130 aufweist. Derartige Filter können darüber hinaus über ihrer Elektrodenmetallisierung noch eine Si02-Schicht aufweisen, die zur Kompensation des Temperaturkoeffizienten der Frequenz (TCF) genutzt wird.
Weiter kann ein solches Filter noch eine Trimmschicht
aufweisen, die zur individuellen Frequenzabstimmung der
Resonatoren benötigt wird, um die höhere Toleranz bei der Herstellung des genannten Schichtaufbaus zu kompensieren.
Ein SAW-Filter mit einer solchen TCF-Kompensationsschicht und gegebenenfalls einer Trimmschicht weist in der Regel die ausgeprägte Platten-Mode auf. Für bestimmte Anwendungen liegt diese Platten-Mode gerade in einem zu unterdrückenden
Gegenband.
Vorteilhaft wird die Erfindung bei einem TX-Filter
eingesetzt, dessen Spezifikationen eine höhere Unterdrückung der Gegenbänder erfordern, als dies bei einem RX-Filter der Fall ist. Ein solches TX-Filter, bei dem die Erfindung verwirklicht ist, kann Teil eines Duplexers sein. Der
Duplexer kann parallel zu bzw. zusammen mit einem weiteren Duplexer mit einem gemeinsamen Antennenanschluss verbunden sein. Im so genannten Carrier Aggregation Mode können dann zwei Duplexer parallel zur gleichen Zeit betrieben werden, um zumindest in einer Richtung (upstream oder downstream) zwei unterschiedliche Bänder für eine einzige Kommunikations- Verbindung oder Datenübertragung zu nutzen. Dies erhöht die Bandbreite bei der Datenübertragung.
Beinhaltet der Carrier Aggregation Mode eine Bandkombination, bei der zwei der Bänder genau den Abstand zueinander auf- weist, der der Entfernung der Platten-Mode von der
Hauptresonanz eines in einem Filter eingesetzten Resonators entspricht, so kann die Erfindung vorteilhaft für solche Anwendungsfälle eingesetzt werden. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung und
insbesondere in Verbindung mit der Verschiebung der Platten- Mode wird vorgesehen, sowohl das TX-Filter als auch das RX- Filter eines Duplexers erfindungsgemäß auszubilden. Die
Serienzweige der beiden Filter werden dann mit einem
gemeinsamen Antennenanschluss verbunden. Vorteilhaft ist es nun, die Serienzweige über einen endständigen Serienresonator an den gemeinsamen Antennenanschluss anzuschließen. Dies bedeutet, dass der jeweilige endständige Serienresonator zwischen dem Antennenanschluss und dem jeweiligen ersten Schaltungsknoten, von dem der erste Parallelzweig abzweigt, angeordnet ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird eine weitere Verbesserung dadurch erzielt, dass die statische Kapazität CSRSi dieses ersten Serienresonators, also des Serienresonators, der dem Antennenanschluss am Nächsten gelegen ist, minimal ausgebildet ist. Die statische Kapazität kann durch eine geringere Apertur, durch eine verringerte Anzahl von Fingern und/oder durch eine Kaskadierung von
Resonatoren erreicht werden. Die Kaskadierung von Resonatoren hat darüber hinaus den Vorteil, dass die sich ergebenden Resonatoren leistungsfester sind als Resonatoren, deren statische Kapazität durch Verringerung der Apertur oder
Verringerung der Anzahl der Elektrodenfinger reduziert ist. Beim Tx Filter kann dies besonders für den ersten
Serienresonator wichtig sei, der direkt dem Tx Eingang benachbart ist. Der Vorteil der dadurch verbesserten Filtereigenschaften ist jedoch gegen den erhöhten Platzbedarf der kaskadierten
Resonatoren abzuwägen, sodass ein optimales Design einen Trade-off zwischen minimaler Kapazität CSRSi des ersten
Serienresonators und minimalem Platzbedarf des Filters darstellt.
Eine vorteilhafte Anwendung findet die Erfindung bei einem Duplexer, der zum Betrieb in Band 3 ausgelegt ist. Wird dieser Duplexer nun im Carrier Aggregation Mode mit einem Duplexer für Band 1 kombiniert, so stellt das RX-Band des Band 1 Duplexers das Gegenband für das TX-Filter des
Duplexers von Band 3 dar. Dies bedeutet, dass die
Übertragungsfunktion des TX-Filters im RX-Bereich des Band 1 Duplexers eine störende Nebenmode und damit eine verringerte Dämpfung aufweist, die mit der Erfindung in einfacher Weise in unschädliche höherfrequente Regionen verschoben werden kann . Ein erfindungsgemäßes Filter hat den Vorteil, dass es mit einer beschränkten Anzahl von Resonatoren auskommt, die gegenüber bekannten Filtern nicht erhöht ist. Die Erfindung kann daher ohne großen zusätzlichen Aufwand realisiert werden. Ein erfindungsgemäßes Filter bzw. ein Duplexer mit einem erfindungsgemäßen Filter benötigt auch keine
zusätzliche externe Verschaltung .
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungs- beispielen und der dazugehörigen Figuren näher erläutert. Die Figuren sind teils nur schematisch ausgeführt und dienen ausschließlich dem besseren Verständnis der Erfindung.
Figur 1 zeigt die Durchlasskurve eines Band 3 Duplexers mit störenden Nebenmoden im Bereich des RX-Filters von Band 1.
Figur 2 zeigt den Realteil der Admittanz für die
Parallelresonatoren des TX-Filters entsprechend der in Figur 1 dargestellten Durchlasskurve.
Figur 3 zeigt im schematischen Blockschaltbild die Ladder- Type-Struktur eines erfindungsgemäßen SAW-Filters.
Figur 4 zeigt den Realteil der Admittanz der
Parallelresonatoren gemäß einer Ausführungsform der
Erfindung .
Figur 5 zeigt die dazugehörige Durchlasskurve eines
erfindungsgemäßen SAW-Filters.
Figur 6 zeigt den Reflexionsfaktor am Antennenanschluss eines erfindungsgemäßen Band 3 Duplexers im Tx Bereich von Band 1 im Vergleich zum Verlauf des Reflexionsfaktors eines herkömmlichen Duplexers.
Figur 7 zeigt die entsprechenden Reflexionskurven am
Antennenanschluss des erfindungsgemäßen Band 3 Duplexers im Rx Bereich von Band 1 im Vergleich zur Reflexion eines herkömmlichen Duplexers.
Ein herkömmliches Ladder-Type-Filter mit vier Serien- resonatoren RS und drei Parallelzweigen mit jeweils einem
Parallelresonator RP, welches auf das Passband im Tx Bereich von Band 3 optimiert ist, zeigt beispielsweise die in Figur 1 dargestellte Durchlasskurve. Dem Optimierungsziel
entsprechend entspricht das Passband voll den Spezifikationen für Band 3. Im Passbandbereich zeigt das Filter eine niedrige Einfügedämpfung, und im darüber liegenden RX-Bereich von Band 3 eine gute Dämpfung. Das Filter selbst weist einen
Schichtaufbau mit zumindest einer zusätzlichen Schicht über der piezoelektrischen Schicht auf. Der Schichtaufbau
ermöglicht die Ausbreitung einer störenden Mode im Bereich des RX-Filters von Band 1 zwischen 2110 und 2170MHz, die wiederum die Unterdrückung in einem gekoppelten Gegenband (hier im Rx Bereich von Band 1) unzulässig verschlechtert. Die Figur 2 zeigt, dass diese Nebenmode auf die Hauptresonanz von Parallelresonatoren zurückzuführen ist, die eben bei herkömmlichem Aufbau des Ladder-Type-SAW-Filters genau im genannten Gegenband liegen. Mit fRP ist die Hauptresonanz der Parallelresonatoren bezeichnet, während mit fPM die Lage der Nebenresonanz, also die Resonanzfrequenz der Platten-Mode bezeichnet ist. Diese liegt zwischen den beiden
eingezeichneten Linien im Bereich BIRx also weitgehend im Rx Band von Band 1. Dort stört sie die Dämpfung des Band 3 Tx Filters, so dass bei Parallelbetrieb in den Bändern 1 und 3 im Band 1 der Empfang gestört sein kann.
Figur 3 zeigt ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen SAW-Filters, welches gegenüber dem herkömmlichen SAW-Filter mit der Durchlasskurve gemäß Figur 1 bezüglich der
Resonanzfrequenzen der Parallelresonatoren verändert ist. In den drei Parallelresonatoren RP1, RP2 und RP3 ist die
Fingerperiode p reduziert, sodass sich eine um ca. 15 MHz erhöhte Resonanzfrequenz für die Parallelresonatoren ergibt. Gleichzeitig sind die Parallelresonatoren über jeweils eine Parallelinduktivität LP1 bis LP3 mit einem Festpotenzial, insbesondere mit Masse, verbunden. Der entsprechende Serienzweig SZ des Filters verbindet einen ersten Anschluss Tl mit einem zweiten Anschluss T2, die jeweils dem Filterein- bzw. Filterausgang zugeordnet sind. Nicht eingezeichnet sind zusätzliche Reaktanzen, wie sie in einem herkömmlichen Ladder-Type-Design eingesetzt sein können, die jedoch den Kern der Erfindung nicht betreffen.
Der Wert der Parallelinduktivität wird beispielsweise
zwischen 2 und 4 nH gewählt, was einen diskreten, über eine Leiterbahninduktivität hinausgehenden Aufbau erfordert, beispielsweise eine Kupferspule.
Figur 4 zeigt den Realteil der Admittanzen der Parallelresonatoren des erfindungsgemäßen Filters nach der
Verschiebung der Resonanzen hin zu höheren Frequenzen. Im erfindungsgemäßen Filter sind die Hauptresonanzen fRP der
Parallelresonatoren RP näher zusammengerückt und erscheinen bei einer um ca. 15 MHz höheren Frequenz. Parallel mit dieser Hauptresonanz verschiebt sich auch die Nebenmode, hier die Resonanzfrequenz fPM der Platten-Mode, die im festen Abstand zur Hauptresonanz der Resonatoren erscheint.
Im Vergleich zur Figur 2, die die gleiche Darstellung für das herkömmliche Filter zeigt, sind die Maxima der Nebenmoden fPM der Parallelresonatoren vollständig aus dem zu
unterdrückenden Gegenband, also dem RX-Band des Bl-Duplexers, hinausgeschoben. Für das gesamte SAW-Filter ergibt sich dann die in Figur 5 dargestellte Durchlasskurve.
Verglichen mit Figur 1, die die Durchlasskurve eines
herkömmlichen Filters ohne die erfindungsgemäße Maßnahme in den Parallelresonatoren zeigt, ist eine deutliche
Verbesserung im genannten Gegenband BIRX zu beobachten. Das Maximum fPM der störenden Nebenmode liegt vollständig
außerhalb des Gegenbands BIRX und stört daher den Carrier Aggregation Mode zwischen Band 1 und Band 3 nicht mehr. Auch im Passband des Filters zeigt sich keine nachteilige
Veränderung .
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel werden zusätzlich zu den vorgeschlagenen erfindungsgemäßen Maßnahmen noch die Serienzweige des RX-Filters und des TX-Filters über einen Serienresonator an den gemeinsamen Antennenanschluss
angebunden und die statische Kapazität CSRS dieses
Serienresonators erniedrigt.
In Figur 6 zeigt die obere Kurve den Verlauf des
Reflexionsfaktors RF eines derart weiter ausgebildeten Band 3 Duplexers im Frequenzband des Band 1 Tx Gegenbands. Im
Vergleich dazu ist der entsprechende Reflexionsfaktor für einen bekannten Duplexer im gleichen Bereich (untere Kurve) dargestellt. Im Carrier Aggregation Mode werden ein Band 1 Duplexer und ein Band 3 Duplexer an einem gemeinsamen
Antennenanschluss betrieben. Eine gute Reflexion im
jeweiligen Gegenband ist daher für derartige Filter/Duplexer unerlässlich .
In Figur 7 zeigt die obere Kurve den Verlauf des
Reflexionsfaktors RF eines erfindungsgemäßen Band 3 Duplexers im Frequenzbereich des Band 1 Rx Gegenbands. Die untere Kurve zeigt den entsprechenden Reflexionsfaktor für einen bekannten Duplexer im gleichen Bereich.
Figuren 6 und 7 zeigen klar, dass die Reflexion RF des erfindungsgemäßen Band 3 Duplexers - entsprechend den
jeweiligen oberen Kurven - im Bereich beider Gegenbänder B1TX, gegenüber der Reflexion des bekannten Filters
(entsprechend der jeweiligen unteren Kurve) wesentlich verbessert ist.
Vor allem liegt das Minimum der Reflexion durch Verschiebung der Resonanz der Nebenmode (siehe Figur 7) nun rechts vom Gegenband BIRX. Dadurch ist der RF innerhalb des gesamten Gegenbands BIRX verbessert. Weiterhin wird durch Erniedrigung der statischen Kapazität der Reflexionsfaktor RF auch im Tx Frequenzbereich B1TX von Band 1 verbessert. Besonders
ausgeprägt ist die Verbesserung des Reflexionsfaktors RF jedoch im Rx Gegenband BIRX.
Die Erfindung konnte nur anhand weniger Ausführungsbeispiele dargestellt werden, ist aber nicht auf diese beschränkt.
Prinzipiell ist die Erfindung auf alle Konstellationen anwendbar, in denen die störende Nebenmode im Bereich eines zu unterdrückenden Gegenbands zu liegen kommt. Die störende Nebenmode muss keine Platten-Mode sein, sondern kann eine beliebige andere parasitäre Mode sein. Die Erfindung ist auch nicht nur auf das genannte Ausführungsbeispiel eines B1B3 Carrier Aggregation Modes beschränkt. Sie ist immer dann einsetzbar, wenn der Abstand zwischen Hauptfrequenz und
Nebenmode ungefähr dem Abstand eines Gegenbands vom Hauptband entspricht .
In ähnlicher Weise ist auch das Substratmaterial der SAW- Filter nicht auf das genannte Lithium-Niobat beschränkt und kann ein beliebiges anderes einkristallines Substrat
umfassen .
Die Anzahl sowohl serieller Resonatoren RS als auch
paralleler Resonatoren RP kann von dem in Figur 3 gezeigten Beispiel abweichen und höher oder niedriger gewählt werden.
Ein SAW-Filter kann einen Schichtaufbau oberhalb des
piezoelektrischen Substrats aufweisen, der weitere hier nicht genannte Moden ermöglicht. Weiterhin kann der Abstand von Nebenmoden zur Hauptmode durch entsprechend veränderte
Materialien verändert werden, sodass die Erfindung dadurch auch auf weitere Konstellationen anwendbar ist.
Bezugs zeichenliste
BIRX Rx Frequenzbereich von Band 1
B1TX Tx Frequenzbereich von Band 1
CRSI statische Kapazität von RS1
DPX Duplexer
fP Resonanzfrequenz der Platten-Mode von RP fRP Hauptresonanz des Parallelresonators
KS Si02 Schicht
LP ParallelInduktivität
P Fingerperiode
PZ Parallelzweige
RF Reflexionsfaktor
RP Parallelresonator
RS Serienresonatoren
RS1 Erster Serienresonator
SZ Serienzweig
Tl Filtereingang
T2 Filterausgang

Claims

Patentansprüche
SAW Filter,
- umfassend
- einen zwischen Filterein- und -ausgang verschalteten Serienzweig, in dem
Serienresonatoren (RS) angeordnet sind, und
- n parallel zum Serienzweig gegen ein
Festpotenzial verschaltete Parallelzweige, in denen jeweils ein Parallelresonator angeordnet ist, wobei 2 < n < 5,
- bei dem die Serienresonatoren (RS) zusammen mit den Parallelresonatoren ein Passband aufspannen
- bei dem ein Gegenband oberhalb des Passbands zu
unterdrücken ist, das im Frequenzbereich einer auftretenden Nebenmode liegt
- bei dem ein erster Parallelresonator (RPx) eine
Fingerperiode aufweist, die geringer ist als für die Gestaltung eines Passbands erforderlich, so dass seine Hauptresonanz bei einer höheren Frequenz erscheint
- bei dem die dadurch beeinträchtigte Bandbreite des Passbands durch eine Parallelinduktivität kompensiert wird, die in Serie zum Parallelresonator (RPx) geschaltet ist
- bei dem durch die Frequenzverschiebung der
Hauptresonanz des Parallelresonators (RPx) auch die Frequenz der störenden Nebenmode aus dem zu
unterdrückenden Gegenband des Filters heraus verschoben ist. SAW Filter nach Anspruch 1,
bei dem außer dem ersten Parallelresonator (RPX) weitere Parallelresonatoren (RP) eine höhere Resonanzfrequenz aufweisen und jeweils mit weiteren
Parallelinduktivitäten kompensiert sind, die in Serie zum jeweiligen Parallelresonator (RP) geschaltet sind.
SAW Filter nach Anspruch 1 oder 2,
aufgebaut auf einem Lithiumniobat Substrat mit einem Schnittwinkel zwischen rot 125 und rot 130.
SAW Filter nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einer über einer Elektrodenmetallisierung auf dem Substrat angeordneten S1O2 Schicht zur Kompensation des Temperaturgangs des Filters.
SAW Filter nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Parallelinduktivität als Kupferspule
ausgebildet ist.
SAW Filter nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das SAW Filter ein Tx Filter eines Duplexers ist bei dem auch das Rx Filter des Duplexers aus
Serienresonatoren und Parallelresonatoren aufgebaut ist bei dem der Serienzweig des Rx Filters und des Tx
Filters des Duplexers beide über einen ersten
Serienresonator mit einer Antenne verbunden sind
bei dem die ersten Serienresonatoren eine geringere statische Kapazität aufweisen als die übrigen
Serienresonatoren. SAW Filter nach Anspruch 6,
- bei dem der Duplexer zum Betrieb in Band 3 ausgelegt ist und
- bei dem das zu unterdrückende Gegenband das Rx Band von Band 1 ist.
SAW Filter nach Anspruch 6 oder 7,
bei dem der oder die ersten Serienresonatoren mit der geringen statischen Kapazität kaskadiert sind, um eine erforderliche Leistungsfestigkeit zu erzielen.
Verfahren zum Verschieben einer störenden Vertikal- oder Platten-Mode eines auf einem Lithiumniobat Substrat aufgebauten und Raleigh Wellen nutzenden SAW Filters, a) bei dem in einem ersten Schritt das Filter aus SAW Resonatoren entworfen wird, um ein Passband mit einer gegebenen Spezifikation zu erhalten, wobei Serienresonatoren (RS) in einem zwischen Filterein- und -ausgang verschalteter Serienzweig angeordnet werden und bei dem n parallel zum Serienzweig gegen ein Festpotenzial verschaltete Parallelzweige vorgesehen werden, in denen jeweils ein
Parallelresonator angeordnet wird, wobei die
Parallelresonatoren und die Serienresonatoren (RS) jeweils einen Schichtaufbau über einem
piezoelektrischen Substrat aufweisen, der die
Ausbreitung einer akustischen Platten-Mode
begünstigt
b) bei dem der oder die ersten Parallelresonatoren
ermittelt werden, deren Platten-Moden die
Unterdrückung in einem parallelen Frequenzband oberhalb des Passbands stören, c) bei dem die Fingerperiode dieser ersten Parallel¬ resonatoren verringert wird, bis die Platten-Mode aus dem parallelen Frequenzband herausgeschoben ist d) bei dem die Bandbreite des Passbands durch
serielles Verschalten derjenigen Parallelzweige mit dem oder den ersten Parallelresonatoren mit einer Induktivität auf einen gegebenen Wert erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 9,
- bei dem in Schritt a) das Filter bezüglich seiner
Durchlasscharakteristik im Passband und im nahen Stoppband optimiert wird
- bei dem in Schritt b) die Lage der Platten-Moden
durch Simulation mit einem mathematischen Modell oder durch Experiment ermittelt werden
- bei dem in Schritt c) die Hauptresonanz der ersten Parallelresonatoren zumindest um einen solchen Betrag zu höheren Frequenzen verschoben wird, bis zumindest das Maximum eines durch die Platten-Mode induzierten Peaks aus dem parallelen Frequenzband hinausgeschoben ist .
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