DE102010055648A1

DE102010055648A1 - Filterbauelement

Info

Publication number: DE102010055648A1
Application number: DE102010055648A
Authority: DE
Inventors: Andreas Detlefsen; Dr. Franz Kubat
Original assignee: Epcos AG
Current assignee: SnapTrack Inc
Priority date: 2010-12-22
Filing date: 2010-12-22
Publication date: 2012-06-28
Anticipated expiration: 2030-12-23
Also published as: CN103262411A; WO2012084461A1; DE102010055648B4; CN103262411B

Abstract

Ein Filterbauelement (100), umfasst ein erstes Filter (10) und ein zweites Filter (20), die jeweils zwischen einen Eingangsanschluss (E100) und einen Ausgangsanschluss (A100) des Filterbauelements geschaltet sind. Das erste und das zweite Filter (10, 20) sind derart ausgebildet, dass sich der Durchlassbereich (D1) des ersten Filters (10) und der Durchlassbereich (D2) des zweiten Filters (20) zumindest bereichsweise überlappen. Ein Diplexnetzwerk (30, 40) ist jeweils zwischen die Eingangsseite (E10) des ersten Filters und die Eingangsseite (E20) des zweiten Filters (20) und zwischen die Ausgangsseite (A10) des ersten Filters und die Ausgangsseite (A20) des zweiten Filters (20) geschaltet.

Description

Die Erfindung betrifft ein (Ultra-)breitbandiges Filterbauelement, bei dem mehrere Frequenzfilter in einem Gehäuse des Filterbauelements miteinander verschaltet sind.
Filterbauelemente, bei denen die Filtereigenschaft durch Umwandlung eines elektrischen Signals in eine akustische Welle erfolgt, sind im Wesentlichen als Oberflächenwellen (SAW)-Filter oder Volumenwellen (BAW)-Filter ausgebildet. Bei einem Oberflächenwellenfilter ist auf einem Trägersubstrat eine metallische Struktur angeordnet, an die eine Spannung angelegt wird. Die metallische Struktur wirkt als Eingangswandler. Aufgrund der Kopplung zwischen dem Trägersubstrat und der metallischen Struktur des Eingangswandlers wird beim Anlegen einer Spannung an die metallische Struktur entlang der Oberfläche des Trägersubstrats eine akustische Welle erzeugt. Die akustische Welle wird an einer weiteren metallischen Struktur, die auf der Oberfläche des Trägersubstrats angeordnet ist und als Ausgangswandler wirkt, wieder in ein elektrisches Signal umgewandelt.
Die maximale Bandbreite von mit akustischen Wellen arbeitenden Filtern wird im Wesentlichen über die Kopplungseigenschaft des Trägersubstrats bestimmt. Bei einem Trägersubstrat aus Lithiumtantalat, beispielsweise LiTaO₃, ist die relative Bandbreite des Filters in Bezug auf die Mittenfrequenz des Filters auf zirka 4% begrenzt. Mit akustischen Filtern, die ein Substrat aus Lithiumniobat aufweisen, das einen größeren Kopplungsfaktor als Lithiumtantalat besitzt, lassen sich zwar größere Bandbreiten realisieren, jedoch haben die Flanken derartiger Filter eine geringere Flankensteilheit.
Es ist wünschenswert, ein Filterbauelement anzugeben, das eine große Bandbreite und zusätzlich auch eine hohe Flankensteilheit aufweist.
Ein Filterbauelement umfasst gemäß einer Ausführungsform einen Eingangsanschluss zum Anlegen eines Signals, einen Ausgangsanschluss zum Ausgeben des Signals, ein erstes Filter mit einer Eingangsseite und mit einer Ausgangsseite und ein zweites Filter mit einer Eingangsseite und mit einer Ausgangsseite. Das erste und zweite Filter sind jeweils zwischen den Eingangsanschluss und den Ausgangsanschluss geschaltet. Das erste Filter weist einen ersten Durchlassbereich auf und das zweite Filter weist einen zweiten Durchlassbereich auf. Das erste und das zweite Filter sind derart ausgebildet, dass der erste Durchlassbereich und der zweite Durchlassbereich sich zumindest bereichsweise überlappen. Ein erstes Diplexnetzwerk ist zwischen die Eingangsseite des ersten Filters und die Eingangsseite des zweiten Filters geschaltet. Ein zweites Diplexnetzwerk ist zwischen die Ausgangsseite des ersten Filters und die Ausgangsseite des zweiten Filters geschaltet.
Das Filterbauelement weist eine deutlich größere Bandbreite als das jeweilige einzelne erste und zweite Filter auf. Entsprechend der bandgebenden Eigenschaften der Einzelfilter, insbesondere entsprechend der Bandbreite und der Flankensteilheit der Einzelfilter, wird durch die Verschaltung ein (Ultra-)breitbandiges und/oder ein besonders steilflankiges Filter mit niedriger Einfügedämpfung, beispielsweise einer Einfügedämpfung von höchstens 3 dB, und mit einem kontinuierlichen Durchlassbereich definiert. Im Durchlassbereich weist das Filterbauelement beispielsweise Schwankungen (Ripples) von weniger als 2 dB auf.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren, die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung zeigen, näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Ausführungsform eines Filterbauelements mit zwei in ein Gehäuse des Filterbauelements integrierten Filtern,
2 eine Ausführungsform eines Filters des Filterbauelements,
3A Übertragungsfunktionen von Einzelfiltern des Filterbauelements,
3B eine resultierende Übertragungsfunktion des Filterbauelements,
4 eine Ausführungsform einer inneren Verschaltung von Einzelfiltern des Filterbauelements,
5 eine weitere Ausführungsform einer inneren Verschaltung von Einzelfiltern des Filterbauelements,
6 eine weitere Ausführungsform einer inneren Verschaltung von Einzelfiltern des Filterbauelements,
7 eine weitere Ausführungsform einer inneren Verschaltung von Einzelfiltern des Filterbauelements,
8A eine Ausführungsform eines Diplexnetzwerks des Filterbauelements,
8B eine weitere Ausführungsform eines Diplexnetzwerks des Filterbauelements,
8C eine weitere Ausführungsform eines Diplexnetzwerks des Filterbauelements,
8D eine weitere Ausführungsform des Diplexnetzwerks des Filterbauelements,
8E eine weitere Ausführungsform des Diplexnetzwerks des Filterbauelements,
9A eine Ausführungsform eines Diplexnetzwerks und eines Filters des Filterbauelements,
9B eine weitere Ausführungsform des Diplexnetzwerks und des Filters eines Filterbauelements,
10 eine weitere Ausführungsform eines Diplexnetzwerks und eines Filters des Filterbauelements.
1 zeigt eine Ausführungsform eines Filterbauelements 100 mit einem Eingangsanschluss E100 zum Anlegen eines Signals und einem Ausgangsanschluss A100 zum Ausgeben des Signals. Das Filterbauelement weist ein Gehäuse 70 auf, in dem zwei Einzelfilter 10 und 20 angeordnet sind. Die Einzelfilter sind jeweils derart ausgebildet, dass sie eine Filterfunktion als Übertragungsfunktion aufweisen. Die Filterfunktion kann beispielsweise einer Übertragungsfunktion eines Bandpassfilters mit einem Sperrbereich und einem Durchlassbereich entsprechen. Im Durchlassbereich hat das Filter im Vergleich zum Sperrbereich eine deutlich niedrigere Einfügedämpfung. Im Übergangsbereich zwischen Durchlass- und Sperrbereich weist das Filter jeweils eine linke und rechte Flanke auf.
2 zeigt eine mögliche Ausführungsform für die Einzelfilter 10 und 20. Im Ausführungsbeispiel der 2 kann das Filter beispielsweise als ein DMS(Dual-Mode-Surface Acoustic Wave)-Oberflächenwellenfilter ausgeführt sein. Bei dem Beispiel der in 2 gezeigten Ausführungsform weist das Filter 10 einen Eingangsanschluss E10 zum Anlegen eines Signals auf. Die DMS-Spur weist Wandlerstrukturen 1, 2 und 3 auf. Der Eingangsanschluss E10 ist mit der Wandlerstruktur 1 und der Wandlerstruktur 3 verbunden. Die Wandler 1 und 3 sind als Eingangswandler der DMS-Spur ausgebildet sind des Weiteren an einen Anschluss zum Anlegen eines Bezugspotentials M angeschlossen.
Ein Ausgangswandler 2 ist zwischen die beiden Eingangswandler 1 und 3 geschaltet. Der Ausgangswandler weist einen Ausgangsanschluss A10 zum Ausgeben eines Signals auf. Ein weiterer Anschluss des Ausgangswandlers ist mit einem Anschluss zum Anlegen eines Bezugspotentials verbunden. Das Bezugspotential kann beispielsweise ein Massepotential sein.
Die Wandlerstrukturen 1, 2 und 3 sind zwischen Reflektoren 4 und 5 angeordnet. Die Wandler können im Falle von Oberflächenwellenfiltern beispielsweise eine kammartige metallische Struktur aufweisen, die auf einem Trägersubstrat 6 angeordnet sind. Das Trägersubstrat kann beispielsweise ein Material aus Lithiumniobat, Lithiumtantalat oder Quarz enthalten.
Die in 1 gezeigten Einzelfilter 10 und 20 können in einem einfachen Ausführungsbeispiel jeweils die in 2 gezeigte Struktur aufweisen. Die Einzelfilter können auch deutlich komplexere Filterstrukturen enthalten. Die Einzelfilter 10 und 20 weisen jeweils eine charakteristische Filterübertragungsfunktion auf.
3A zeigt jeweilige Übertragungsfunktionen der Filter 10 und 20, wobei eine Einfügedämpfung IL über einer Frequenz F aufgetragen ist. Das Filter 10 weist beispielsweise eine Mittenfrequenz von zirka 1960 MHz auf. Das Filter 20 ist oberhalb des Filters 10 angeordnet und hat eine Mittenfrequenz von ungefähr 2040 MHz. Das Filter 10 kann beispielsweise ein Sendefilter und das Filter 20 kann beispielsweise ein Empfangsfilter sein, die jeweils in einem Sendepfad beziehungsweise einem Empfangspfad eines Antennen-Duplexerbauelements angeordnet sind.
Die Einzelfilter 10 und 20 des Filterbauelements 100 sind derart ausgebildet, dass sich der jeweilige Durchlassbereich der Filter überlappt. Bei der in 3A gezeigten Ausführungsform überlappt sich die rechte Flanke des Filters 10 mit der linken Flanke des Filters 20. Die beiden Filterkurven sind derart zueinander verschoben, dass die rechte Flanke des Filters 10 die linke Flanke des Filters 20 überlappt, wenn die Einfügedämpfung des Filters 20 auf weniger als 10 dB abgefallen ist. Umgekehrt überlappt die linke Flanke des Filters 20 das Filter 10 in einem Bereich, in dem die rechte Flanke des Filters 10 um weniger als 10 dB gegenüber dem Durchlassbereich des Filters 10, insbesondere gegenüber der minimalen Einfügedämpfung im Durchlassbereich des Filters 10, abgefallen ist. Vorzugsweise weist das Filter 10 eine linke Flanke auf, die steiler als die rechte Flanke des Filters ist. Das Filter 20 weist vorzugsweise eine rechte Flanke auf, die steiler als seine linke Flanke ist.
3B zeigt die resultierende Filterübertragungsfunktion des Filterbauelements 100 zwischen dem Eingangsanschluss E100 und dem Ausgangsanschluss A100. Dargestellt ist die Filterübertragungsfunktion in Form des Streuparameters S21, der zwischen dem Eingangsanschluss E100 und dem Ausgangsanschluss A100 beispielsweise mittels eines Netzwerkanalysators messbar ist. Die resultierende Filterübertragungsfunktion weist in Bezug auf die Mittenfrequenz von nunmehr zirka 2000 MHz eine relative Bandbreite von ungefähr 8% auf. Das Filterbauelement lässt sich bezüglich der Impedanz am Ein- und Ausgang sowie bezüglich der Phasenlage beider Filter 10 und 20 an den Ein- und Ausgängen optimieren.
Am Beispiel der 3B wird deutlich, dass im Vergleich zu einem Einzelfilter auf dem gleichen Trägersubstrat ein Filterbauelement durch Verschaltung zweier Einzelfilter mit einer wesentlich größeren Bandbreite, als die beiden Einzelfilter jeweils aufweisen, realisiert werden kann. Gleichzeitig bleiben wesentliche Filtereigenschaften wie Flankensteilheit und spezifisches Temperaturverhalten unverändert. Bei einem derartigen Filterdesign wird die größte Bandbreite erzielt, wenn die Filterstrukturen der Einzelfilter 10 und 20 auf einem Trägersubstrat mit hoher Kopplung, beispielsweise einem Trägersubstrat aus Lithiumniobat, aufgebracht sind.
4 zeigt eine Ausführungsform einer inneren Verschaltung des Filterbauelements. Das Filterbauelement weist ein Filter 10 und ein Filter 20 auf. Die Filter 10 und 20 sind derart ausgebildet, dass ihre Übertragungsfunktion jeweils den charakteristischen Verlauf eines Bandpassfilters zeigt. Die Übertragungsfunktion, insbesondere die Funktion des Streuparameters S21, der Filter weist einen Durchlassbereich und einen Sperrbereich auf, wobei die Einfügedämpfung im Durchlassbereich niedriger als im Sperrbereich ist. Im Übergangsbereich zwischen dem Durchlassbereich und dem Sperrbereich weisen die beiden Filter jeweils Flanken auf. Die Übertragungsfunktion des Filters 10 und die Übertragungsfunktion des Filters 20 können beispielsweise den in 3A gezeigten Filterübertragungsfunktionen entsprechen.
Das Filter 10 ist in einen Signalpfad SP1 zwischen den Eingangsanschluss E100 und den Ausgangsanschluss A100 des Filterbauelements geschaltet. Das Filter 20 ist in einen Signalpfad SP2 zwischen den Eingangsanschluss E100 und den Ausgangsanschluss A100 des Filterbauelements geschaltet. Die beiden Signalpfade SP1 und SP2 sind somit parallel zwischen den Eingangs- und Ausgangsanschluss des Filterbauelements geschaltet.
Das Filter 10 weist eine Eingangsseite E10 zum Anlegen eines Signals und eine Ausgangsseite A10 zum Ausgeben eines Signals auf. Ebenso weist das Filter 20 eine Eingangsseite E20 zum Anlegen eines Signals und eine Ausgangsseite A20 zum Ausgeben eines Signals auf. Die Eingangsseite E10 zum Anlegen eines Signals ist über eine Anpassschaltung 30 mit dem Eingangsanschluss E100 des Filterbauelements verbunden. Die Ausgangsseite A10 zum Ausgeben eines Signals aus dem Filter 10 ist über eine weitere Anpassschaltung 40 mit dem Ausgangsanschluss A100 des Filterbauelements verbunden. Die Eingangsseite E20 zum Anlegen eines Signals an das Filter 20 ist unmittelbar mit dem Eingangsanschluss E100 des Filterbauelements verbunden. Die Ausgangsseite A20 des Filters 20 zum Ausgeben eines Signals ist unmittelbar mit dem Ausgangsanschluss A100 des Filterbauelements verbunden.
Die Anpassschaltungen 30 und 40 können beispielsweise jeweils als ein Diplexnetzwerk ausgebildet sein. Die Diplexnetzwerke 30 und 40 sind jeweils derart ausgebildet, dass das Filter 10 an einer Frequenz im Durchlassbereich des Filters 20, beispielsweise in dem in 3A gezeigten Durchlassbereich D2, hochohmige Eigenschaften aufweist. Das Filter 10 kann beispielsweise an einer Frequenz im Durchlassbereich D2 des Filters 20 hochohmiger als an einer Frequenz im Sperrbereich S2 des Filters 20 sein.
Des Weiteren können die Diplexnetzwerke 30 und 40 derart ausgebildet sein, dass das Filter 20 an einer Frequenz im Durchlassbereich D1 des Filters 10, beispielsweise in dem in 3A gezeigten Durchlassbereich D1, hochohmige Eigenschaften aufweist. Das Filter 20 kann beispielsweise für Frequenzen im Durchlassbereich 1 des Filters 10 hochohmiger als für Frequenzen im Sperrbereich S1 des Filters 10, beispielsweise in dem in 3A gezeigten Sperrbereich S1, ausgebildet sein.
Die Diplexnetzwerke 30 und 40 können dazu ausgebildet sein, die Phase der Filter 10 und 20 derart einander anzupassen, dass das Filter 10 im Frequenzbereich des Durchlassbereichs des Filters 20 hochohmige Eigenschaften aufweist und das Filter 20 im Frequenzbereich des Durchlassbereichs des Filters 10 ebenfalls hochohmige Eigenschaften aufweist.
Das Diplexnetzwerk 30 ist bei der in 4 gezeigten Ausführungsform dazu ausgebildet, eine Phasenänderung des Signals zwischen dem Eingangsanschluss E100 des Filterbauelements und der Eingangsseite E10 des Filters 10 zu bewirken. Das Diplexnetzwerk 40 ist dazu ausgebildet, eine Phasenänderung des Signals zwischen der Ausgangsseite A10 des Filters 10 und dem Ausgangsanschluss A100 des Filterbauelements zu bewirken.
Mit der in 4 gezeigten inneren Verschaltung des Filterbauelements aus den Einzelfilterstrukturen 10 und 20 und den Anpassschaltungen 30 und 40 lässt sich zwischen dem Eingangsanschluss E100 und dem Ausgangsanschluss A100 des Filterbauelements eine Filterübertragungsfunktion mit einer gegenüber den Filterübertragungsfunktionen der Einzelfilter 10 und 20 wesentlich größeren Bandbreite realisieren. Dabei bleiben wesentliche Filtereigenschaften der Einzelfilterstrukturen 10 und 20, beispielsweise die Flankensteilheit und das spezifische Temperaturverhalten, unverändert. Wenn das Filter 10 einen Durchlassbereich aufweist, der an einer niedrigeren Frequenz als der Durchlassbereich des Filters 20 liegt, bleibt die linke Flanke des Filters 10 und die rechte Flanke des Filters 20 bei der Zusammenschaltung der beiden Einzelfilter gemäß der in 4 vorgesehenen Ausführungsform nahezu unverändert.
Die 5, 6 und 7 zeigen weitere Möglichkeiten der inneren Verschaltung der Filter 10 und 20 des Filterbauelements 100, mit denen sich eine gegenüber den Einzelfiltern deutlich erhöhte Bandbreite erzielen lässt, wobei weitere charakteristische Filtereigenschaften, wie die Flankensteilheit und das spezifische Temperaturverhalten, der Einzelfilter 10 und 20 nahezu unverändert bleiben.
5 zeigt eine weitere Ausführungsform der inneren Verschaltung des Filterbauelements 100. Das Einzelfilter 10 ist in einem Signalpfad SP1 zwischen den Eingangsanschluss E100 und den Ausgangsanschluss A100 des Filterbauelements geschaltet. Das Filter 20 ist in den Signalpfad SP2 zwischen den Eingangsanschluss E100 und den Ausgangsanschluss A100 des Filterbauelements geschaltet. Die beiden Einzelfilter 10 und 20 sind somit parallel zwischen den Eingangs- und Ausgangsanschluss des Filterbauelements geschaltet. Die Eingangsseite E10 des Filters 10 ist über die Anpassschaltung 30, beispielsweise ein Diplexnetzwerk, mit dem Eingangsanschluss E100 des Filterbauelements verbunden. Die Ausgangsseite A10 des Filters 10 ist unmittelbar mit dem Ausgangsanschluss A100 des Filterbauelements verbunden. Die Eingangsseite E20 des Filters 20 ist unmittelbar mit dem Eingangsanschluss E100 des Filterbauelements verbunden. Die Ausgangsseite A20 des Filters 20 ist über die Anpassschaltung 40, beispielsweise ein Diplexnetzwerk, mit dem Ausgangsanschluss A100 des Filterbauelements verbunden.
Das Diplexnetzwerk 30 ist dazu ausgebildet, dass die Impedanz im Pfad SP1 bei Frequenzen im Durchlassbereichs des Filters 20 hochohmig ist. Beispielsweise kann die Impedanz des Signalpfades SP1 für Frequenzen im Durchlassbereich des Filters 20 hochohmiger als für Frequenzen im Sperrbereich des Filters 20 sein. Entsprechend ist das Diplexnetzwerk 40 dazu ausgebildet, dass die Impedanz im Signalpfad SP2 bei Signalfrequenzen im Durchlassbereich des Filters 10 hochohmig wird. Beispielsweise kann die Impedanz im Signalpfad SP2 für Signalfrequenzen im Durchlassbereich des Filters 10 hochohmiger als für Signalfrequenzen im Sperrbereich des Filters 10 sein.
Das Diplexnetzwerk 30 kann beispielsweise derart ausgebildet sein, dass für Signale bei Frequenzen im Durchlassbereich des Filters 20 der Signalpfad SP1 beziehungsweise das Filter 10 als Leerlauf wirkt. Entsprechend kann das Diplexnetzwerk 40 dazu ausgebildet sein, dass für Signalfrequenzen im Durchlassbereich des Filters 10 der Signalpfad SP2 beziehungsweise das Filter 20 als ein Leerlauf wirkt.
Im Ausführungsbeispiel der 4 ist das Diplexnetzwerk 30 dazu ausgebildet, eine Phasenänderung des Signals zwischen dem Eingangsanschluss E100 des Filterbauelements und der Eingangsseite E10 des Filters 10 zu bewirken. Das Diplexnetzwerk 40 ist dazu ausgebildet, eine Phasenänderung des Signals zwischen der Ausgangsseite A20 des Filters 20 und dem Ausgangsanschluss A100 des Filterbauelements zu bewirken.
Bei den in den 4 und 5 gezeigten Ausführungsformen des Filterbauelements weisen die einzelnen Filter 10 und 20 jeweils eine unsymmetrische Ein- und Ausgangsseite (unbalanced/unbalanced; single ended/single ended) auf. Bei der in 6 gezeigten Ausführungsform weist das Filter 10 eine unsymmetrische Eingangsseite (unbalanced; single ended) und eine symmetrische Ausgangsseite (balanced) auf. Die einzelnen Filterstrukturen 10 und 20 sind in den Signalpfaden SP1 und SP2 parallel zwischen den Eingangsanschluss E100 und den Ausgangsanschluss A100 des Filterbauelements geschaltet.
Der Eingangsanschluss E10 des Filters 10 ist über die Anpassschaltung 30, beispielsweise ein Diplexnetzwerk, mit dem Eingangsanschluss E100 des Filterbauelements verbunden. Die Ausgangsseite A10 des Filters 10 ist über die Anpassschaltung 40, beispielsweise ein Diplexnetzwerk, mit dem Ausgangsanschluss A100 des Filterbauelements verbunden. Aufgrund der symmetrischen Ausgänge weist das Filter 10 eine weitere Ausgangsseite A10' auf, die über eine Anpassschaltung 50 mit dem Ausgangsanschluss A100 des Filterbauelements verbunden ist. Die Eingangsseite E20 des Filters 20 ist unmittelbar mit dem Eingangsanschluss E100 des Filterbauelements verbunden. Die Ausgangsseite A20 des Filters 20 ist ebenso unmittelbar mit dem Ausgangsanschluss A100 des Filterbauelements verbunden.
Die Diplexnetzwerke 30, 40 und 50 sind ähnlich zu der in 1 gezeigten Ausführungsform dazu ausgebildet, die Phase der Einzelfilter 10 und 20 einander anzupassen, sodass das Filter 20 im Frequenzbereich des Durchlassbereichs des Filters 10 hochohmige Eigenschaften aufweist. Des Weiteren sind die Diplexnetzwerke 30, 40 und 50 dazu ausgebildet, dass das Filter 10 bei Frequenzen im Durchlassbereich des Filters 20 hochohmige Eigenschaften hat. Insbesondere können die Anpassschaltungen 30, 40 und 50 derart ausgebildet sein, dass das Filter 20 für Frequenzen im Durchlassbereich des Filters 10 hochohmiger als für Frequenzen im Sperrbereich des Filters 10 wirkt und dass das Filter 10 für Frequenzen im Durchlassbereich des Filters 20 hochohmiger als für Frequenzen im Sperrbereich des Filters 20 ist.
7 zeigt eine weitere Ausführungsform für die innere Verschaltung der Filter 10 und 20 des Filterbauelements 100. Im Unterschied zu der in 6 gezeigten Ausführungsform ist das Filter 10 als ein Einzelfilter mit einer symmetrischen Eingangsseite (balanced/balanced) und einer symmetrischen Ausgangsseite (balanced/balanced) ausgebildet. Im Unterschied zu 6 weist das Filter 10 somit eine weitere Eingangsseite E10' auf, die über eine Anpassschaltung 60, beispielsweise ein Diplexnetzwerk, mit dem Eingangsanschluss E100 des Filterbauelements verbunden ist.
Auch bei der in 7 gezeigten Ausführungsform sind die Diplexnetzwerke 30, 40, 50 und 60 dazu ausgebildet, die Phase der Filter derart zueinander anzupassen, dass das Filter 20 bei Signalfrequenzen im Durchlassbereich des Filters 10 hochohmige Eigenschaften aufweist und umgekehrt das Filter 10 bei Signalfrequenzen im Durchlassbereich des Filters 20 seinerseits hochohmig ist. Beispielsweise kann das Filter 10 für Signale mit Frequenzen im Durchlassbereich des Filters 20 hochohmiger als für Signale im Sperrbereich des Filters 20 sein. Das Filter 20 kann für Signale mit Frequenzen im Durchlassbereich des Filters 10 hochohmigere Eigenschaften als für Signale im Sperrbereich des Filters 10 aufweisen. Die Diplexnetzwerke können beispielsweise auch hier derart ausgebildet sein, dass der Signalpfad SP1 für Signale im Durchlassbereich des Filters 20 nahezu einen Leerlauf darstellt und der Signalpfad SP2 für Signalfrequenzen im Durchlassbereich des Filters 10 nahezu als Leerlauf wirkt.
Bei den in den 4, 5, 6 und 7 gezeigten Ausführungsformen ist jeweils mindestens ein Anpassnetzwerk beziehungsweise Diplexnetzwerk zwischen die Eingangsseite E10, E10' des Filters 10 und die Eingangsseite E20 des Filters 20 geschaltet. Mindestens eine weitere Anpassschaltung beziehungsweise ein weiteres Diplexnetzwerk ist zwischen die Ausgangsseite A10, A10' und die Ausgangsseite A20 des Filters 20 geschaltet.
In den Ausführungsbeispielen der 6 und 7 ist lediglich das Filter 10 als ein Filter mit unsymmetrischen/symmetrischen Seiten (unbalanced/balanced) beziehungsweise im eingangsseitig und ausgangsseitig symmetrisch Zustand (balanced/balanced) ausgebildet. Ebenso kann auch das Filter 20 an einer Seite unsymmetrisch und an der anderen Seite symmetrisch (unbalanced/balanced) beziehungsweise eingangsseitig symmetrisch und ausgangsseitig symmetrisch (balanced/balanced) ausgeführt sein. Bei dieser Art der Ausführungsform können die in den 6 und 7 vor und hinter das Filter 10 geschalteten Diplexnetzwerke auch entsprechend vor und hinter das Filter 20 geschaltet sein.
Die 8A, 8B, 8C, 8D und 8E zeigen mögliche Ausführungsformen der Diplexnetzwerke 30, 40, 50 und 60. Die Diplexnetzwerke sind im Wesentlichen dazu ausgebildet, zwischen ihrem Eingang und ihrem Ausgang eine Phasendrehung eines Signals zu bewirken. Bei der in 8A dargestellten Ausführungsform ist das Diplexnetzwerk durch eine Leiterbahn P realisiert. Die 8B und 8C zeigen jeweils T-Verschaltungen von Spulen L und Kondensatoren C. Bei der in 8B dargestellten Ausführungsform sind zwei Kondensatoren C in Serie zwischen einen Ein- und Ausgang des Diplexnetzwerks geschaltet und eine Spule L ist an einen Bezugsspannungsanschluss geschaltet. Bei der in 8C dargestellten Ausführungsform sind zwei Spulen L in Serie zwischen den Ein- und Ausgang des Diplexnetzwerks geschaltet, wobei zwischen den Spulen ein Kondensator C mit einem Bezugsspannungsanschluss verbunden ist. Die 8D und 8E zeigen π-Verschaltungen von Spulen L und Kondensatoren C. Bei der in 8D dargestellten Ausführungsform ist ein Kondensator C zwischen einen Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss des Diplexnetzwerks geschaltet. Spulen L sind jeweils zwischen den Eingangsanschluss und einen Bezugsspannungsanschluss beziehungsweise zwischen den Ausgangsanschluss und einen Bezugsspannungsanschluss geschaltet. Bei der in 8E gezeigten Ausführungsform ist eine Spule L zwischen den Eingangs- und Ausgangsanschluss des Diplexnetzwerks geschaltet. Ein Kondensator C ist zwischen den Eingangsanschluss und einen Bezugsspannungsanschluss und ein weiterer Kondensator C ist zwischen den Ausgangsanschluss und einen Bezugsspannungsanschluss geschaltet. Die Bezugsspannung kann beispielsweise ein Massepotential sein.
Die 9A zeigt eine Ausführungsform, bei der die als Diplexnetzwerk ausgebildete Anpassschaltung als eine T-Verschaltung von Kondensatoren C und einer Spulen L ausgebildet ist. Das Diplexnetzwerk kann beispielsweise an den Eingangsanschluss E10 des Filters 10 geschaltet sein. Das Anpassnetzwerk kann vereinfacht werden, indem weniger als die in 9A gezeigten drei diskreten Elemente vorgesehen werden. Bei der in 9B gezeigten Ausführungsform weist das Anpassnetzwerk 30 beispielsweise lediglich einen Kondensator C und eine Spule L auf. Bei einer weiteren Ausführungsform können die diskreten Elemente teilweise in den Chip des nachgeschalteten Filters integriert werden. Die passiven Einzelelemente können auch in ein Gehäuse des Filterbauelements, beispielsweise in ein Nieder-Temperatur-Einbrandgehäuse (LTCC-Gehäuse) integriert sein.
10 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der das Anpassnetzwerk ein diskretes Element, beispielsweise eine Spule L, aufweist, die jeweils vor und hinter das Filterbauelement geschaltet ist. Das Anpassungsnetzwerk kann darüber hinaus auch Kondensatoren aufweisen, die beispielsweise auf dem akustischen Chip des Filterbauelements integriert sein können.
Durch die Ausbildung der beiden Einzelfilter derart, dass sich die Filterübertragungsfunktionen im Durchlassbereich überlappen und zwischen die beiden Filter eingangsseitig beziehungsweise ausgangsseitig ein Anpassungsnetzwerk, insbesondere ein Diplexnetzwerk, geschaltet ist, lässt sich ein Filterbauelement mit einer Gesamtübertragungsfunktion realisieren, die eine deutlich größere Bandbreite als die Bandbreite der jeweiligen Einzelfilter aufweist. Auf einem Trägersubstrat aus Lithiumtantalat lässt sich beispielsweise eine relative Bandbreite erzielen, die deutlich größer als 4 ist. Das Filterbauelement kann derart ausgebildet sein, dass die Gesamtübertragungsfunktion eine besonders steile linke oder eine besonders steile rechte Flanke aufweist. Es lassen sich auch Übertragungsfunktionen mit zwei besonders steilen Flanken realisieren.
Bezugszeichenliste

10: Filter
20: Filter
30: Anpassschaltung (Diplexnetzwerk)
40: Anpassschaltung (Diplexnetzwerk)
50: Anpassschaltung (Diplexnetzwerk)
60: Anpassschaltung (Diplexnetzwerk)
70: Gehäuse
100: Filterbauelement
E: Eingangsanschluss
A: Ausgangsanschluss
L: Spule
C: Kondensator

Claims

Filterbauelement, umfassend: – einen Eingangsanschluss (E100) zum Anlegen eines Signals, – einen Ausgangsanschluss (A100) zum Ausgeben des Signals, – ein erstes Filter (10) mit einer Eingangsseite (E10) und einer Ausgangsseite (A10), – ein zweites Filter (20) mit einer Eingangsseite (E20) und mit einer Ausgangsseite (A20), – wobei das erste und zweite Filter (10, 20) zwischen den Eingangsanschluss (E100) und den Ausgangsanschluss (A100) geschaltet sind, – wobei das erste Filter (10) einen ersten Durchlassbereich (D1) und das zweite Filter (20) einen zweiten Durchlassbereich (D2) aufweisen, – wobei das erste und das zweite Filter (10, 20) derart ausgebildet sind, dass der erste Durchlassbereich (D1) und der zweite Durchlassbereich (D2) sich zumindest bereichsweise überlappen, – wobei ein erstes Diplexnetzwerk (30) zwischen die Eingangsseite (E10) des ersten Filters und die Eingangsseite (E20) des zweiten Filters (20) geschaltet ist, – wobei ein zweites Diplexnetzwerk (40) zwischen die Ausgangsseite (A10) des ersten Filters und die Ausgangsseite (A20) des zweiten Filters (20) geschaltet sind.
Filterbauelement nach Anspruch 1, – wobei mindestens eines der Filter (10) mindestens eine weitere Ausgangsseite (A10') aufweist, – wobei ein drittes Diplexnetzwerk (50) zwischen die weitere Ausgangsseite (A10') des einen Filters und die Ausgangsseite (A20) des anderen Filters (20) geschaltet ist.
Filterbauelement nach einem der Ansprüche 1 oder 2, – wobei mindestens eines der Filter (10) mindestens eine weitere Eingangsseite (E10') aufweist, – wobei ein viertes Diplexnetzwerk (60) zwischen die weitere Eingangsseite (E10') des einen Filters und die Eingangsseite (E20) des anderen Filters (20) geschaltet ist.
Filterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Diplexnetzwerke (30, 40, 50, 60) derart ausgebildet sind, dass das erste Filter (10) an einer Frequenz im zweiten Durchlassbereich (D2) hochohmiger als an einer Frequenz im Sperrbereich des zweiten Filters ausgebildet ist und das zweite Filter (20) an einer Frequenz im ersten Durchlassbereich (D1) hochohmiger als an einer Frequenz im Sperrbereich des zweiten Filters ausgebildet ist.
Filterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei zumindest eines der Diplexnetzwerke (30) dazu ausgebildet ist, eine Phasenänderung des Signals zwischen dem Eingangsanschluss (E100) des Filterbauelements und der Eingangsseite (E10) des ersten Filters (10) zu bewirken.
Filterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei zumindest eines der Diplexnetzwerke (40) dazu ausgebildet ist, eine Phasenänderung des Signals zwischen dem Ausgangsanschluss (A100) des Filterbauelements und der Ausgangsseite (A20) des zweiten Filters (20) zu bewirken.
Filterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Diplexnetzwerke (30, 40, 50, 60) jeweils passive Elemente (P, L, C), insbesondere π-Verschaltungen oder T-Verschaltungen von Spulen (L), Kondensatoren (C) und/oder Leitungen (P), umfassen.
Filterbauelement nach Anspruch 7, wobei die Elemente (P, L, C) der Diplexnetzwerke (30, 40, 50, 60) zumindest teilweise in dem ersten Filter (10) und/oder dem zweiten Filter (20) integriert sind.
Filterbauelement nach einem der Ansprüche 7 oder 8, – wobei das erste und zweite Filter (10, 20) jeweils metallische Strukturen (1, 2, 3, 4, 5) aufweist, die auf einem Substrat (6) angeordnet sind, – wobei die Elemente (P, L, C) der Diplexnetzwerke (30, 40, 50, 60) zumindest teilweise in dem Substrat integriert sind.
Filterbauelement nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Elemente (P, L, C) der Diplexnetzwerke (30, 40, 50, 60) zumindest teilweise in ein Gehäuse (70), insbesondere in ein Nieder-Temperatur-Einbrandgehäuse, des Filterbauelements integriert sind.
Filterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das erste und zweite Filter (10, 20) derart ausgebildet sind, dass der erste Durchlassbereich (D1) in einem niedrigeren Frequenzbereich als der zweite Durchlassbereich (D2) liegt.
Filterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 11, – wobei das erste Filter (10) derart ausgebildet ist, dass der erste Durchlassbereich (D1) eine linke Flanke aufweist, die steiler als die rechte Flanke des ersten Durchlassbereichs ist, – wobei das zweite Filter (20) derart ausgebildet ist, dass der zweite Durchlassbereich (D2) eine rechte Flanke aufweist, die steiler als die linke Flanke des zweiten Durchlassbereichs ist.
Filterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das erste Filter (10) und das zweite Filter (20) jeweils als ein akustisches Filter, insbesondere als ein Oberflächenwellen-Filter oder ein Volumenwellenfilter, ausgebildet sind.
Filterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 13, das einen dritten Durchlassbereich (D3) aufweist, der sich über den ersten Durchlassbereich (D1) und den zweiten Durchlassbereich (D2) erstreckt, wobei die Einfügedämpfung des Filterbauelements im dritten Durchlassbereich um weniger als 5 dB schwankt.
Filterbauelement nach Anspruch 14, wobei der dritte Durchlassbereich (D3) eine relative Bandbreite von mehr als 4% aufweist.