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Die Erfindung betrifft einen Triplexer für ein Multiband-Antennenmodul eines Fahrzeugs. Dazu weist der Triplexer einen einzigen Antennenanschluss zu einer breitbandigen oder Multibandantenne des Multiband-Antennenmoduls auf. Außerdem verfugt der Triplexer über drei Frequenzbandanschlüsse bzw. Ports zum Anschluss von Diensten im Gigaherzbereich. Ein erster Frequenzbandanschluss ist für ein Frequenzband im Gigahertzbereich mit höheren Resonanzfrequenzen als die nachfolgenden Anschlüsse vorgesehen. Ein zweiter Frequenzbandanschluss ist für ein Frequenzband im Gigahertzbereich mit höheren Resonanzfrequenzen als der nachfolgende Anschluss und niedrigeren Resonanzfrequenzen als der erste Frequenzbandanschluss vorgesehen. Ein dritter Frequenzbandanschluss ist für ein Frequenzband im Gigahertzbereich mit niedrigeren Resonanzfrequenzen als der zweite Frequenzbandanschluss vorgesehen.
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Ein derartiger Triplexer mit einer Multischichtstruktur ist aus der Druckschrift
US 6,876,840 B2 bekannt. Der bekannte Triplexer umfasst einen ersten Filterkreis und einen Tiefpassfilterkreis, die parallel zu einem Eingangsanschluss verbunden sind, und einen zweiten Filterkreis und einen dritten Filterkreis, die parallel zu einem Ausgangsanschluss des Tiefpassfilterkreises angeschlossen sind. Der erste Filterkreis lässt ein Signal für ein erstes Frequenzband passieren, und der Tiefpassfilterkreis lässt ein Signal eines vorbestimmten Frequenzbandes, das niedriger ist als das erste Frequenzband ist, passieren. Der zweite Filterkreis extrahiert ein Signal eines zweiten Frequenzbandes von dem vorbestimmten Frequenzbandsignal und der dritte Filterkreis extrahiert ein Signal eines dritten Frequenzbandes von dem vorbestimmten Frequenzbandsignal, wobei das dritte Frequenzband niedriger ist als das zweite Frequenzband. Der Tiefpassfilterkreis weist eine Schaltung für ein Erweitern eines Teils des vorbestimmten Frequenzbandes auf, das benachbart zum ersten Frequenzband ist. Gemäß der Erfindung kann der Triplexer ein Eingangssignal, das von einem Eingangsanschluss empfangen wird, in Signale des ersten, zweiten und dritten Frequenzbandes aufteilen.
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Um einen derartigen Triplexer zu realisieren, wird eine komplexe Struktur auf mehreren Schichten angeordnet und mit Durchkontakten wird dieser Block von mehreren Schichten versehen, um die Anschlüsse des Triplexers zu realisieren. Ein derartiger Triplexer hat somit den Nachteil, dass er aufwendig mit sehr hohen Fertigungskosten verbunden ist, zumal jede einzelne Schicht der vielschichtigen Struktur zueinander und aufeinander justiert werden muss und mit Durchkontakten zu versehen ist, um die Außenanschlüsse des Triplexers zu realisieren.
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Aus der Druckschrift
US 2006/0067254 A1 ist ein Triplexer für ein Multiband-Antennenmodul bekannt mit einem einzigen Antennenanschluss zu einer Multibandantenne des Multiband-Antennenmoduls, einem ersten Frequenzbandanschluss für ein Frequenzband im Gigahertzbereich mit höheren Resonanzfrequenzen als die nachfolgenden Anschlüsse, sowie einem zweiten Frequenzbandanschluss für ein Frequenzband im Gigahertzbereich mit höheren Resonanzfrequenzen als der nachfolgende Anschluss und niedrigeren Resonanzfrequenzen als der erste Frequenzbandanschluss und einem dritten Frequenzbandanschluss für ein Frequenzband im Gigahertzbereich mit niedrigeren Resonanzfrequenzen als der zweite Frequenzbandanschluss, wobei eine planare Keramikplatte eine planare Koppelstruktur mit Koppelelementen und mit kurzgeschlossenen oder offenen Stichleitungen sowie mit einem interdigitalen Filterkreis aufweist.
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Die Druckschrift
DE 696 20 135 T2 zeigt einen akustischen Oberflächenwellenresonatorfilter, jedoch keinen Triplexer.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile im Stand der Technik zu überwinden und eine Struktur eines Triplexers vorzuschlagen, der mit möglichst wenigen Verfahrensschritten herstellbar ist und sich in ein flaches Multiband-Antennenmodul integrieren lässt.
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Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen werden mit den abhängigen Ansprüchen offenbart.
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Erfindungsgemäß wird ein Triplexer für ein Multiband-Antennenmodul für Fahrzeuge geschaffen. Dazu weist der Triplexer einen einzigen Antennenanschluss zu einer breitbandigen Antenne oder einer Multibandantenne des Multiband-Antennenmoduls auf. Außerdem verfügt der Triplexer über drei Frequenzbandanschlüsse bzw. Ports zum Anschluss von Diensten im Gigaherzbereich. Ein erster Frequenzbandanschluss ist für ein Frequenzband im Gigahertzbereich mit höheren Resonanzfrequenzen als die nachfolgenden Anschlüsse vorgesehen. Ein zweiter Frequenzbandanschluss ist für ein Frequenzband im Gigahertzbereich mit höheren Resonanzfrequenzen als der nachfolgende Anschluss und niedrigeren Resonanzfrequenzen als der erste Frequenzbandanschluss vorgesehen. Ein dritter Frequenzbandanschluss ist für ein Frequenzband im Gigahertzbereich mit niedrigeren Resonanzfrequenzen als der zweite Frequenzbandanschluss vorgesehen. Dazu weist der Triplexer auf einer planaren Keramikplatte eine planare Koppelstruktur mit Ringresonatoren und/oder mit Viertelwellenlängen-Koppelelementen und mit kurzgeschlossenen oder offenen Stichleitungen sowie mit interdigitalen Filterkreisen, beispielsweise ineinander greifenden Kondensatoren, auf.
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Durch das Einsetzen einer planaren Keramikplatte mit einer planaren Kopplungsstruktur, die Ringresonatoren und/oder Viertelwellenlängen-Koppelelemente sowie kurzgeschlossene oder offene Stichleitungen und interdigitale Filterkreise aufweist, lässt sich ein äußerst flach aufgebauter planarer Triplexer realisieren und mit Außenanschlüssen versehen, die an entsprechende Zuleitungen und Ableitungen oder unmittelbar an Transceiver anschließbar sind.
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Gemäß der Erfindung steht der Antennenanschluss ferner mit einer ersten Verzweigung auf dem Triplexer elektrisch in Verbindung. Diese erste Verzweigung weist einen ersten Kopplungsstrang zu dem ersten Frequenzbandanschluss und eine Verbindungsleitung zu einer zweiten Verzweigung auf, wobei der erste Kopplungsstrang für ein Frequenzband mit den höchsten vorkommenden Frequenzen in dem Triplexer vorgesehen ist.
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Dazu weist der erste Kopplungsstrang zwei in Serie geschaltete interdigitale erste und zweite Filterkreise mit nachgeschalteten Stichleitungen auf. Die von der ersten Verzweigung abgehende weitere Verbindungsleitung weist ihrerseits vorzugsweise zwei Stichleitungen auf, wobei die Verbindungsleitung ein Viertelwellenlängen-Filter versorgt, an das ein zweiter und ein dritter Kopplungsstrang für den zweiten Frequenzbandanschluss bzw. für den dritten Frequenzbandanschluss angeschlossen sind.
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Der zweite Kopplungsstrang weist für den zweiten Frequenzbandanschluss einen interdigitalen dritten Filterkreis auf. Dieser dritte Filterkreis ist erforderlich, um gegenüber dem ersten Kopplungsstrang niedrigere Resonanzfrequenzen zu übertragen und um eine entsprechende Entkopplung zwischen dem ersten und dem zweiten Frequenzband zu gewährleisten.
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In dem zweiten Kopplungsstrang sind zwischen dem dritten interdigitalen Filterkreis und dem zweiten Frequenzbandanschluss drei weitere Stichleitungen vorgesehen. Diese Stichleitungen können an ihren Ende auf Masse geschaltet sein.
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Der dritte Kopplungsstrang zwischen der zweiten Verzweigung mit dem Viertelwellenlängen-Filter und dem dritten Frequenzbandanschluss bildet eine Leiterbahn mit rechtwinklig zueinander angeordneten Leiterbahnelementen, von denen vier in Serie geschaltete identische Koppel-Filterelemente darstellen.
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Mit Hilfe des Triplexers ist es sogar gelungen, Resonanzfrequenzen im Subgigahertzbereich von 0,8 GHz für eine Telefonantenneüber den dritten Kopplungsstrang zu übertragen. Im Detail koppelt der erste Frequenzbandanschluss einen WLAN IE– EE 802.16 a/p – Dienst mit Resonanzfrequenzen fa zwischen 5,15 GHz ≤ fa ≤ 5,925 GHz frequenzselektiv über den ersten Kopplungsstrang und die erste Verzweigung mit dem Antenennanschluss.
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Der zweite Frequenzbandanschluss koppelt einen WLAN IEEE 802.11 b/g – Dienst mit Resonanzfrequenzen fb zwischen 2,4 GHz ≤ fb ≤ 2,485 GHz frequenzselektiv über den zweiten Kopplungsstrang und die erste und zweite Verzweigung mit dem Antenennanschluss.
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Schließlich koppelt der dritte Frequenzbandanschluss einen Tel./LR – Dienst (Telefon/Long Range) mit Resonanzfrequenzen fT bzw. fLR zwischen 0,824 GHz ≤ fLR ≤ 0,96 GHz bzw. zwischen 1,71 GHz ≤ fLR ≤ 2,2 GHz frequenzselektiv über den dritten Kopplungsstrang und die erste und zweite Verzweigung mit dem Antenennanschluss.
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Dabei soll die Entkopplung zu ungewunschten Frequenzbandanschlüssen besser als 15 dB sein.
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Ein Transmissionsfaktor TMF zwischen Antennenanschluss des Triplexers und einem der Frequenzbandanschlüsse liegt zwischen –2 dB ≤ TMF ≤ 0 dB.
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Während auf der einen Seite des Keramiksubstrats lediglich ein einziger Antennenanschluss für die oben genannten Frequnenzbereiche zum Senden und Empfangen an den Triplexer angeschlossen ist, werden an die drei Frequenzbandanschlüsse entsprechend der unterschiedlichen Frequenzbänder angepasste Tranceivers angeschlossen. Dabei ist die Anpassung bezogen auf 50 Ohm an jedem der Frequenzbandanschlüsse besser als –10 dB.
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Außerdem ist der Triplexer vorzugsweise über Streifenleitungen an seinen Frequenzbandanschlüssen kontaktierbar.
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Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
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1 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen Triplexer gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
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2 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen Triplexer gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
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3 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Triplexers in Zusammenwirken mit einer Antenne eines Multiband-Antennenmoduls und drei Kommunikationsdiensten im Gigahertzbereich.
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1 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen Triplexer 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Dieser Triplexer 1 ist planar gestaltet und seine planare Koppelstruktur 9 ist auf eine Keramikplatte 8 aufgebracht. Die Keramikplatte 8 weist an einer Oberkante 39 einen Antennenanschluss 3 auf, der beispielsweise mit einer planar invertierten F-Antenne oder einer Dipolantenne eines Multiband-Antennenmoduls verbunden werden kann. Mit Hilfe des erfindungsgemaßen Triplexers 1 kann mit dem Antennenanschluss 3 ein erster Frequenzbandanschluss 4 für ein Frequenzband im Gigahertzbereich mit höheren Resonanzfrequenzen als die nachgeordneten Frequenzbandanschlüsse 5 und 6 des Triplexers 1 verbunden werden.
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Ein zweiter Frequenzbandanschluss 5 ist für ein Frequenzband im Gigahertzbereich mit höheren Resonanzfrequenzen als der dritte Frequenzbandanschluss 6 vorgesehen und weist niedrigere Resonanzfrequenzen als der erste Frequenzbandanschluss 4 auf. Der dritte Frequenzbandanschluss 6 ist für ein Frequenzband im Gigahertzbereich mit niedrigeren Resonanzfrequenzen als der zweite Frequenzbandanschluss 5 und somit auch für niedrigere Resonanzfrequenzen als der erste Frequenzbandanschluss 4 vorgesehen.
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Dementsprechend sind auch unterschiedliche Kopplungsstränge 27, 30 und 31 zu den unterschiedlichen Frequenzbandanschlüssen 4, 5 und 6 vorgesehen. An diese Frequenzbandanschlüsse 4, 5 und 6 des Triplexers 1 können entsprechend ausgelegte Transceiver angeschlossen werden. Die Dimensionen einer derartigen Keramikplatte hängen von der relativen Permittivität des Keramikmaterials ab. Abmessungen von 5 mm × 5 mm oder 30 mm × 30 mm sind möglich.
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Der erste Frequenzbandanschluss 4 wird über den Kopplungsstrang 27 mit dem einzigen Antennenanschluss 3 verbunden. Dazu weist der Kopplungsstrang 27 zwei interdigitale Filterkreise 23 und 24, beispielsweise ineinander greifende Kondensatoren, auf, denen jeweils eine Stichleitung 16 und 17 zugeordnet ist.
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Vor dem interdigitalen Filterkreis 23 ist eine Verzweigung 26 angeordnet, von der zum einen der Kopplungsstrang 27 zu dem ersten Frequenzbandanschluss 4 abgeht und zum anderen eine Verbindungsleitung 28 zu den weiteren Entkopplungssträngen 30 und 31 für Frequenzbänder mit geringeren Resonanzfrequenzen als der Frequenzbandanschluss 4 führt.
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Fur eine Frequenzselektion sind bereits an der Verbindungsleitung 28 Stichleitungen 18 und 19 angeordnet, wobei die Verbindungsleitung 28 dann in ein λ/4-Filter übergeht, der gleichzeitig die zweite Verzweigung 29 dieses Triplexers 1 darstellt. Der Kopplungsstrang 30 für den Frequenzbandanschluss 5 weist zunächst einen interdigitalen Filterkreis 25, beispielsweise einen ineinander greifenden Kondensator, auf.
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Zwischen dem interdigitalen dritten Filterkreis 25 für den zweiten Kopplungsstrang 30 und dem zweiten Frequenzbandanschluss 5 sind drei weitere Stichleitungen 20, 21 und 22 angeordnet, die einen gemeinsamen entsprechenden Bandfilter für den zweiten Frequenzbandanschluss 5 bilden.
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Da der dritte Frequenzbandanschluss 6 in dieser Ausführungsform der Erfindung für äußerst niedrige Resonanzfrequenzen im Vergleich zum Frequenzbandanschluss 4 vorgesehen ist, die teilweise unterhalb von einem Gigahertz liegen, ist hier der dritte Kopplungsstrang 31 mit vier Koppelelementen 12, 13, 14 und 15 einer Leiterbahn 32 versehen. Damit wird gewährleistet, dass eine deutliche Entkopplung von den ersten beiden Kopplungssträngen 27 und 30 erreicht wird und zum anderen eine gute Frequenzselektion.
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2 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen Triplexer 2 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Komponenten mit gleichen Funktionen wie in 1 werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erörtert. Der Unterschied dieser Ausführungsform des Triplexers 2 gegenüber der ersten Ausführungsform gemäß 1 besteht im Wesentlichen darin, dass hier teilweise statt λ/4-Filtern bzw. λ/4-Resonatoren ein Kreisresonator 10 eingesetzt ist, der einerseits die zweite Verzweigung 29 in dem Triplexer 2 ermöglicht und andererseits eine Frequenzfilterwirkung in dem zweiten Kopplungsstrang 30 darstellt. Der dritte Kopplungsstrang 31 weist in dieser zweiten Ausführungsform der Erfindung nur drei Koppel-Filterelemente auf, die jedoch auch reichen, um eine klare Frequenzselektion für den dritten Frequenzbandanschluss 6 zu erzielen.
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3 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Triplexers in Zusammenwirken mit einer Antenne 7 eines Multiband-Antennenmoduls 40. Die Antenne 7 kann eine planar invertierte F-Antenne oder eine dipolartige Antenne oder auch eine Patchantenne darstellen, wobei hier Telefonfrequenzbänder und Long-Range-Frequenzbänder zusammen mit WLAN-Frequenzbändern durch eine einzige Antenne 7 abgestrahlt und empfangen werden können. Dazu ist der Triplexer 1 über den Antennenanschluss 3 mit der Antenne 7 verbunden. Die einzelnen Frequenzbereiche, die hier mit dieser Antenne 7 abgestrahlt oder empfangen werden können sind bereits oben ausführlich erörtert und werden hier nicht noch einmal wiederholt.
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Um den Triplexer 1 sind entsprechend Transceiver angeordnet, die für den WLAN-a/b-Dienst vorgesehen sind und mit dem Frequenzbandanschluss 4 zusammenwirken, während ein entsprechender Transceiver für den WLAN-b/g-Dienst mit dem Frequenzbandanschluss 5 zusammenwirkt. Für einen dritten Frequenzbandanschluss 6 des Triplexers 1 mit den niedrigsten Resonanzfrequenzen ist ebenfalls ein Transceiver vorgesehen, der die Frequenzbereiche der Telefondienste und der Long-Range-Dienste abdeckt.
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Ein derartiger Triplexer 1 ist dadurch charakterisiert, dass er in seiner bevorzugten Ausführungsform mit interdigitalen Filterkreisen 23, 24, 25, mehreren Viertelwellenlängen-Koppelelementen 11 bis 15 und kurzgeschlossenen oder offenen Stichleitungen 16 bis 22 realisiert ist, wie es bereits 1 gezeigt hat. Diese Leitungsstrukturen sind auf dem dort gezeigten Keramiksubstrat aufgebracht. Mit diesen Kopplungsstrukturen auf dem Keramiksubstrat können einerseits hohe Signalfrequenzen zunächst aus- bzw. eingekoppelt werden, so dass zunächst ein WLAN-Dienst bei 5,15 GHz bis 5,925 GHz aus- und eingekoppelt wird, anschließend wird ein WLAN-Dienst bei 2,4 GHz bis 2,48 GHz aus- bzw. eingekoppelt und schließlich wird ein Telefonsignal oder ein Long-Range-Signal aus- bzw. eingekoppelt, wie es oben bereits erwähnt ist.
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Dabei ist die Anpassung bezogen auf einen 50-Ohm-Anschluss an jedem der Frequenzbandanschlüsse 4, 5 und 6 besser als –10 dB. Die gewünschten Transmissionsfaktoren TMF zwischen dem Antennenanschluss 3 und einem der Dienstanschlüsse bzw. Frequenzbandanschlüssen 4, 5, 6 liegen zwischen –2 dB und 0 dB. Andererseits ist die Entkopplung zwischen den Dienstanschlüssen besser als 15 dB. An den Triplexer 1 können Streifenleitungen kontaktiert werden und eine bevorzugte Größe weist eine Fläche von 33 mm × 30 mm auf.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Triplexer (1. Ausführungsform)
- 2
- Triplexer (2. Ausführungsform)
- 3
- Antennenanschluss
- 4
- erster Frequenzbandanschluss (bzw. Port)
- 5
- zweiter Frequenzbandanschluss (bzw. Port)
- 6
- dritter Frequenzbandanschluss (bzw. Port)
- 7
- Antenne
- 8
- planare Keramikplatte
- 9
- planare Koppelstruktur
- 10
- Ringresonator
- 11–15
- Koppelelement
- 16–22
- Stichleitungen
- 23
- interdigitaler Filterkreis
- 24
- interdigitaler Filterkreis
- 25
- interdigitaler Filterkreis
- 26
- erste Verzweigung
- 27
- erster Kopplungsstrang
- 28
- Verbindungsleitung
- 29
- zweite Verzweigung
- 30
- zweiter Kopplungsstrang
- 31
- dritter Kopplungsstrang
- 32
- Leiterbahn
- 39
- Oberkante
- 40
- Multiband-Antennenmodul
- fa
- Resonanzfrequenzen eines ersten Frequenzbands
- fb
- Resonanzfrequenzen eines zweiten Frequenzbands
- fT
- Resonanzfrequenzen eines dritten Frequenzbands fur Telefon
- fLR
- Resonanzfrequenzen eines dritten Frequenzbands für Long Range
- TMF
- Transmissionsfaktor
