DE102018102832B4 - Filterschaltung mit einem Notchfilter - Google Patents
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Abstract
Filterschaltung, umfassend in einer Signalleitung (SL),- ein Bandfilter (BF), das es ermöglicht, ein Nutzfrequenzband durchzulassen und- ein Notchfilter (NF), das zu dem Bandfilter in Serie geschaltet ist, zum Ausfiltern einer Sperrbandfrequenz, wobei- das Notchfilter eine Serienschaltung einer Anzahl n von parallelen Nebenschlusselementen (SE) umfasst,- jedes Nebenschlusselement (SE1,SE2,..SEn) gegenüber den anderen Nebenschlusselementen in der Frequenz verschoben ist, so dass alle Nebenschlusselemente über ein Notchband verteilt sind,- das Notchfilter (NF) das Notchband (NB) bereitstellt,- im Notchfilter (NF) sämtliche parallelen Nebenschlusselemente (SE) durch einen einzigen Ein-Tor-SAW-Resonator realisiert sind, der einen Wandler mit zwei Sammelleitungen und einer Anzahl von Wandlerfingern, die abwechselnd mit einer der zwei Sammelleitungen verbunden sind, aufweist, wobei ein Fingerabstand zwischen den Mitten von zwei benachbarten Wandlerfingern eine Sperrbandfrequenz innerhalb des Notchbands (NB) definiert,- der Wandler des Ein-Tor-SAW-Resonators eine Anzahl von verschiedenen Fingerabständen (d1,..dx,..dn) umfasst und folglich eine Anzahl von n verschiedenen Nebenschlusselementen mit entsprechenden Sperrbandfrequenzen, die zusammen das Notchband bereitstellen.
Description
- Bei Mobilkommunikation kann die Isolation bei einem System, das aus einem PA, PA-Anpassung und TX-Filter (z. B. ein SAW-Duplexer) in einem jeweiligen Frontendmodul besteht, innerhalb des Sperrbands zu schlecht sein, um eine vorgegebene Spezifikation eines spezifizierten Frequenzbands zu erfüllen. Somit müssen zusätzliche Maßnahmen ergriffen werden, um die Isolation zwischen verschiedenen Bändern zu verbessern.
- Ein bekanntes Verfahren dafür besteht darin, ein Notchfilter in den Signalpfad einzubringen, das eine spezifische Frequenz ausfiltert, um einen Po1 in der Filtertransferfunktion zu schaffen. Normalerweise filtert ein Notchfilter nur eine einzige Frequenz aus und ist somit zum Dämpfen von gerade einmal einem Störsignal nützlich und verbessert die Isolation nur bei einer spezifischen Frequenz. Einbringen jeglicher weiterer Notche würde den Serienwiderstand unnötig erhöhen, wodurch Verluste entstehen, was unerwünscht ist.
- Aus der
US 2013 / 0 147 678 A1 ist eine Filterschaltung aus einem Duplexer und einem Bandeliminationsfilter bekannt, welches eine Ladder Type Anordnung aus Parallelresonatoren und seriellen Spulen umfasst. Aus derDE 11 2012 002 502 T5 ist eine Filterschaltung aus einem Diplexer und einem Bandstoppfilter bekannt. Aus derKR 10 0 860 509 B1 - Es ist eine Aufgabe der Erfindung, die Isolation zwischen verschiedenen Frequenzbändern zu verbessern, die gleichzeitig in Standardvorstufenmodulen arbeiten, ohne zu viele zusätzliche Verluste zu verursachen.
- Diese und andere Aufgaben werden durch eine Filterschaltung nach Anspruch 1 erfüllt. Weitere vorteilhafte Merkmale beinhaltende Ausführungsformen werden durch die abhängigen Ansprüche angegeben.
- Die Idee dahinter besteht darin, ein Notchfilter zum Ausfiltern einer Sperrbandfrequenz bereitzustellen. Das Notchfilter ist zu einem Bandfilter in Serie geschaltet und umfasst eine Serienschaltung von einer Anzahl von parallelen Nebenschlusselementen. Die Nebenschlusselemente sind gegenseitig in der Frequenz verschoben und stellen somit eine Anzahl von Sperrbandfrequenzen bereit, die über ein Notchband verteilt sind. Dies führt zu einem Notchfilter, das ein breites Notchband aufweist, gemäß der Verteilung der einzelnen Sperrbandfrequenzen. Dabei umfasst das Notchfilter nur einen einzigen Ein-Port-SAW-Resonator, der einen Wandler mit zwei Sammelleitungen und einer Anzahl von Wandlerfingern, die abwechselnd mit einer der zwei Sammelleitungen verbunden sind, aufweist. Ein Fingerabstand zwischen den Mitten von zwei benachbarten Wandlerfingern definiert eine Sperrbandfrequenz innerhalb des Notchbands. In dem Ein-Tor-Resonator ist eine Anzahl von verschiedenen Fingerabständen vorgesehen, die jeweils ein Nebenschlusselement mit einer entsprechenden Sperrbandfrequenz bereitstellen. Jedes der Nebenschlusselemente besteht nur aus einer geringen Anzahl von Fingern.
- Keines der Nebenschlusselemente benötigt oder liefert einen wesentlichen Pol in der Übertragungsfunktion des Filters zum ausreichenden Ausfiltern einer Sperrbandfrequenz. Allerdings erzielt die Summe der kleinen Nebenschlusselemente, von denen jedes einen kleinen Notch liefert, eine verbesserte Isolation über ein substantiell breites Band. Es ist möglich, die Isolation durch Einstellen einer richtigen Admittanz für jedes Nebenschlusselement und durch Auswählen einer nützlichen Anzahl und Verteilung von Nebenschlusselementen anzupassen.
- Die Gesamtadmittanz des Notchfilters wird ausgewählt und auf einen Wert eingestellt, der vergleichbar mit dem eines bekannten Nebenschlusselements ist, aber über die Anzahl von Nebenschlusselementen verteilt ist. Somit ist die durch das Notchfilter hinzugefügte zusätzliche Gesamtimpedanz nur klein und erweitert die Impedanz eines bekannten Notchfilters, z.B. durch ein einziges Nebenschlusselement realisiert, nicht.
- Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist jeder Fingerabstand nur einmal in dem einzelnen Ein-Port-Resonator vorhanden. Somit weist jedes Paar von benachbarten Fingern eine andere Distanz auf.
- Die Filterschaltung kann akustische Filter, wie etwa SAW- oder BAW-Filter beinhalten. Die akustischen Filter können Teil eines Duplexers, Diplexers oder eines höheren Multiplexers sein, wie etwa eines Quadplexers.
- Das Bandfilter kann ein Bandpass, ein Hochpass oder ein Tiefpass sein. Eine bevorzugte Anwendung der Filterschaltung ist ein Tx-Filter, beispielsweise innerhalb eines Duplexers, der eine verbesserte Rx-Isolation benötigt. Hier ist das Notchfilter auf ein Notchband eingestellt, das gemäß den Rx-Frequenzen zentriert ist, die sich üblicherweise in einem Nachbarband befinden.
- Das Bandfilter kann ein DMS-Filter, ein Reaktanzfilter in einer Ladder Type- oder Lattice-Anordnung, ein LC-Filter oder ein Hybridfilter umfassen, das zwei Teilfilter kombiniert, die verschiedene Technologien verwenden.
- Die Filterschaltung kann in einem drahtlosen Frontendmodul für Zellularmobilfunkgeräte verwendet werden, wie beispielsweise einem drahtlosen Leistungs-HF-PAMiD-Frontendmodul. Mit der in einem solchen Modul verwendeten Filterschaltung ist es möglich, ein TX-RX-Notchfilterelement auf eine solche Weise anzupassen, dass die RX-Gesamtisolation in dem System maximal ist.
- Innerhalb des PAMiD- Frontendmoduls kann das Notchband bei der Nutzfrequenz einer jeweiligen anderen in dem Frontendmodul enthaltenen und durch dieses betriebenen Filterschaltung zentriert sein. Alternativ kann die andere Filterschaltung eine separate Schaltung sein, die mit dem PAMiD-Frontendmodul zusammenarbeitet.
- Nachfolgend wird die Filterschaltung ausführlicher unter Bezugnahme auf spezielle Ausführungsformen und die begleitenden Figuren erklärt. Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu.
-
1 zeigt eine Filterschaltung des Stands der Technik; -
2 zeigt die Übertragungskurve der Filterschaltung von1 ; -
3 zeigt eine Filterschaltung gemäß einer Ausführungsform; -
4A und4B zeigen die Übertragungskurve der Filterschaltung von3 ; -
5 zeigt einen Wandler, der in der Ausführungsform der3 als ein Nebenschlussresonator verwendet werden kann; -
6 zeigt ein Vorstufenmodul, das eine Filterschaltung gemäß3 umfasst. -
1A zeigt eine bekannte Filterschaltung gemäß dem Stand der Technik, die ein Bandfilter BF und ein innerhalb einer Signalleitung in Serie geschaltetes Notchfilter NF umfasst. Das Bandfilter BF kann als ein Bandpassfilter verkörpert sein. Das Notchfilter N umfasst ein Nebenschlusselement SE, das zur Signalleitung SL parallel geschaltet ist. Wie in1B gezeigt ist, kann das Notchfilter einen Ein-Tor-SAW-Resonator R umfassen, der eine Resonanzfrequenz von f0 aufweist. Aufgrund der Beschaltung des Resonators R als ein Nebenschlusselement entspricht die Resonanzfrequenz f0 einer einzigen Sperrbandfrequenz. -
2 zeigt die Übertragungskurve der Filterschaltung von1 . In dem Beispiel ist das Bandpassfilter BF ein Tx-Filter und das Passband ist mit dem Tx-Band konform. Das entsprechende Rx-Band befindet sich oberhalb des Tx-Bands. In der Figur ist die erforderliche Isolation des Tx-Filters als ein Rechteck dargestellt. Der Graph 1 von2 zeigt die Übertragungskurve und die gepunktete Linie von Graph 2 stellt eine Übertragungskurve der gleichen Filterschaltung dar, allerdings ohne ein Notchfilter. Es ist gezeigt, dass Kurve 2 unzureichend ist und die erforderliche Isolation wie in Kurve 1 kann nur mit einem Notchfilter NF erreicht werden. Allerdings könnte die Isolation unterhalb des durch die Sperrbandfrequenz f0 des Notches geschaffenen Pols möglicherweise verbessert werden. -
3 zeigt eine Filterschaltung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Filterschaltung umfasst ein Bandfilter BF und ein innerhalb einer Signalleitung SL in Serie geschaltetes Notchfilter NF. Anders als in1 umfasst das präsentierte Notchfilter NF eine Serie von parallelen Nebenschlusselementen S1 bis S6. Jedes der Nebenschlusselemente ist einer anderen Sperrbandfrequenz f1 bis f6 zugeteilt. Das Notchfilter kann durch eine Serie von kleinen Notches von niedriger Admittanz aufgebaut sein, von welchen jedes unzureichend sein würde, einen nützlichen Pol in der Übertragungskurve (Admittanzkurve S21) zu schaffen. Wenn diese allerdings parallel zusammengeschaltet werden, schafft das Notchfilter NF ein breites Notchband NB3, wie man anhand von Kurve 3 in4B sehen kann, die ein vergrößerter Ausschnitt von4A in der Rx-Region ist. Lediglich zu Vergleichszwecken dargestellt entspricht die Kurve 1 einer von einer Filterschaltung gemäß1 erzielten und in2 gezeigten Kurve 1. Wie man sehen kann, ist ein neues Notchband NB3 geschaffen, das breiter als der Pol Nf0 gemäß einem „Notchband“ NB1 ist, wie es durch ein bekanntes Filter gemäß1 geschaffen wird. - Kurve 3 zeigt eine verbesserte Isolation bei Frequenzen unterhalb des Pols von Kurve 1 gemäß dem Stand der Technik. Dadurch ist die Isolation für das ganze Rx-Band verbessert, da das Maximum der Dämpfungskurve 1 (schlechteste Dämpfung) höher (schlechter) ist als das Maximum der Dämpfungskurve 3. Als Ergebnis wird die hohe Dämpfung eines einzigen von einem Notchfilter des Stands der Technik herrührenden Pols zugunsten einer breiten Dämpfung ohne störendes Maximum herabgesetzt.
-
5 zeigt einen Wandler TRNF eines SAW-Ein-Tor-Resonators R, der in der Ausführungsform der Filterschaltung von3 als ein Notchfilter NF verwendet werden kann. Der Wandler weist zwei Sammelleitungen mit interdigitalen Wandlerfingern auf, die abwechselnd mit den zwei Sammelleitungen verbunden sind. Zwei jeweils benachbarte Wandlerfinger weisen einen Mitte-zu-Mitte-Fingerabstand d auf. Der Wandler TRNF umfasst eine Serie von n verschiedenen Fingerabständen d1 bis dn und jeder auftretende Fingerabstand ist einer jeweiligen Sperrbandfrequenz des Notchfilters NF zugeordnet und erzeugt einen kleinen Pol in der Übertragungskurve. Die Fingerabstände d1 bis dn und die dementsprechende Sperrbandfrequenz davon sind gegenseitig um denselben Betrag verschoben und somit gleichmäßig verteilt. -
6 zeigt ein Frontendmodul FEM, das eine Filterschaltung gemäß3 umfasst. Hier ist das Bandfilter als ein Tx-Filter TxF eines Duplexers verkörpert. Das entsprechende Rx-Filter ist mit dem Tx-Filter verbunden, um einen Duplexer auszubilden, der in dem entsprechenden Rx- und Tx-Band arbeitet. Das Notchfilter ist zwischen dem Leistungsverstärker PA und dem Tx-Filter TxF platziert. - Bezugszeichenliste
-
- BF
- Bandfilter
- d1, dx, dn
- Fingerdistanzen zwischen den Mitten von zwei benachbarten Wandlerfingern
- f0
- Sperrbandfrequenz eines einzelnen Notchfilters
- f1 bis f6
- Sperrbandfrequenzen von SE1 bis SE6
- FEM
- PAMiD-Vorstufe
- N
- Kerbe
- NB
- Notchband
- NF
- Notchfilter
- PA
- Leistungsverstärker
- R
- Ein-Tor-SAW-Resonator
- R
- Resonator
- RxF
- Rx-Filter
- SE1 bis SE6
- Nebenschlusselemente
- SL
- Signalleitung
- TR
- Wandler aufweisend ein
- TxF
- Tx-Filter
- 1
- 2
- Admittanz eines gewöhnlichen Filters
- 3
- Admittanz eines Bandpassfilters Sammelleitungen Duplexer oder Multiplexer Filterschaltung weitere Filterschaltung Anpassschaltung Nachbarband parallele Nebenschlusselemente Sperrbandfrequenz Nutzbandfrequenz
Claims (7)
- Filterschaltung, umfassend in einer Signalleitung (SL), - ein Bandfilter (BF), das es ermöglicht, ein Nutzfrequenzband durchzulassen und - ein Notchfilter (NF), das zu dem Bandfilter in Serie geschaltet ist, zum Ausfiltern einer Sperrbandfrequenz, wobei - das Notchfilter eine Serienschaltung einer Anzahl n von parallelen Nebenschlusselementen (SE) umfasst, - jedes Nebenschlusselement (SE1,SE2,..SEn) gegenüber den anderen Nebenschlusselementen in der Frequenz verschoben ist, so dass alle Nebenschlusselemente über ein Notchband verteilt sind, - das Notchfilter (NF) das Notchband (NB) bereitstellt, - im Notchfilter (NF) sämtliche parallelen Nebenschlusselemente (SE) durch einen einzigen Ein-Tor-SAW-Resonator realisiert sind, der einen Wandler mit zwei Sammelleitungen und einer Anzahl von Wandlerfingern, die abwechselnd mit einer der zwei Sammelleitungen verbunden sind, aufweist, wobei ein Fingerabstand zwischen den Mitten von zwei benachbarten Wandlerfingern eine Sperrbandfrequenz innerhalb des Notchbands (NB) definiert, - der Wandler des Ein-Tor-SAW-Resonators eine Anzahl von verschiedenen Fingerabständen (d1,..dx,..dn) umfasst und folglich eine Anzahl von n verschiedenen Nebenschlusselementen mit entsprechenden Sperrbandfrequenzen, die zusammen das Notchband bereitstellen.
- Filterschaltung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die parallelen Nebenschlusselemente (SE) aus parallel zu der Signalleitung (SL) geschalteten Resonatoren (R) ausgewählt sind wobei jedes Nebenschlusselement eine kleine Admittanz von ungefähr dem 1/n-Fachen der Admittanz eines normalen Notchfilters (NF) aufweist, wobei n die Anzahl von Nebenschlusselementen ist, wobei das normale Notchfilter (NF) durch ein einziges Nebenschlusselement realisiert ist.
- Filterschaltung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die parallelen Nebenschlusselemente (SE) aus Resonatoren (R) ausgewählt sind, die mit akustischen Wellen arbeiten.
- Filterschaltung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Wandler jeden Fingerabstand nur einmal umfasst, so dass jedes Paar von benachbarten Fingern einen anderen Abstand aufweist.
- PAMiD-Frontendmodul (FEM), umfassend die Filterschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, einen Leistungsverstärker (PA) und eine Anpassschaltung, wobei eine weitere, in einem Nachbarband arbeitende Filterschaltung Teil des PAMiD-Frontendmoduls oder einer anderen mit dem PAMiD-Frontendmodul zusammenarbeitenden Vorrichtung ist, wobei das Notchband (NB) auf das Nachbarband zentriert ist.
- PAMiD-Frontendmodul nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Filterschaltung und die weitere Filterschaltung Bandpassfilter sind und Teil eines Duplexers oder eines Multiplexers sind, wobei das einer Filterschaltung zugewiesene Notchband (NB) auf das Nutzfrequenzband der jeweiligen anderen Filterschaltung des Duplexers oder Multiplexers zentriert ist.
- PAMiD-Frontendmodul nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Filterschaltung ein Tx-Filter eines Duplexers ist wobei das Notchband (NB) mit dem Nutzband des Rx-Filters desselben Duplexers konform ist.
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