DE102006005298A1 - Duplexer - Google Patents

Abstract

Es wird ein Duplexer angegeben, umfassend einen Sendezweig (TX), der für Signale im Sendeband durchlässig ist, und einen Empfangszweig (RX), der für Signale im Empfangsband durchlässig ist, wobei im Sendezweig (TX) eine Bandsperre mit einem Sperrband angeordnet ist, die im Sperrband einen Kurzschluss gegen Masse erzeugt, und wobei das Empfangsband im Sperrband der Bandsperre liegt.

Description

• Ein Duplexer ist eine Schaltung, die ein Sendefilter und ein Empfangsfilter umfasst.
• Filter mit Resonatoren in Laddertype-Bauweise sind z. B. aus der Druckschrift US 6,747,530 B1 bekannt. Verschiedene Querzweige der Laddertype-Anordnung sind zur Erzeugung von Polen in der Übertragungsfunktion des Filters elektrisch miteinander gekoppelt.
• Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, einen Duplexer mit einer hohen Isolation in seinem Empfangsband anzugeben.
• Es wird ein Duplexer mit einem Sendezweig und einem Empfangszweig angegeben, die an eine gemeinsame Antenne angeschlossen sind. Der Sendezweig ist für Signale im Sendeband und der Empfangszweig für Signale im Empfangsband durchlässig. Im Sendezweig ist eine Bandsperre mit einem Sperrband angeordnet, die im Sperrband einen Kurzschluss gegen Masse erzeugt. Das Empfangsband liegt dabei zumindest teilweise im Sperrband der Bandsperre.
• Dadurch, dass im Sendezweig im Empfangsband oder in der Nähe des Empfangsbandes ein Kurzschluss gegen Masse erzeugt wird, kann im Empfangsband einerseits eine hohe Isolation des Duplexers und andererseits eine hohe Einfügedämpfung des Sendezweigs erzielt werden.
• wobei im Empfangszweig (RX) ein Empfangsfilter (F1) angeordnet ist, in dessen Durchlassbereich das Empfangsband liegt.
• Im Folgenden wird der Duplexer und seine vorteilhaften Ausführungsformen näher erläutert.
• Im Sendezweig ist ein Sendefilter angeordnet, in dessen Durchlassbereich das Sendeband liegt, wobei das Sendefilter die Bandsperre umfasst. Das Sendefilter ist vorzugsweise ein Bandpassfilter, kann aber im Prinzip auch ein Tiefpassfilter sein.
• Das Sendefilter weist vorzugsweise ein Anpasselement auf, das zwischen der Antenne und der Bandsperre geschaltet ist. Das Anpasselement ist vorzugsweise im Serienzweig, d. h. Signalpfad des Sendezweigs angeordnet. Das Anpasselement kann eine Kapazität oder ein akustischer Resonator sein.
• Die im Duplexer angeordneten Filter (Empfangsfilter, Sendefilter) umfassen vorzugsweise mit akustischen Wellen arbeitende Resonatoren. Eine Laddertype-Anordnung von Resonatoren im jeweiligen Filter wird als besonders vorteilhaft betrachtet. Eine Laddertype-Anordnung umfasst Querzweige und mindestens einen Serienzweig, der zwischen zwei aufeinander folgenden Querzweigen angeordnet ist. In jedem Serien- und Querzweig ist mindestens ein Resonator angeordnet. Die Querzweige verbinden den Signalpfad mit Masse.
• Der Signalpfad verbindet stets zwei signalführende Anschlüsse. Ein Signalpfad (Sendepfad) ist zwischen dem Antennenanschluss und dem signalführenden Anschluss des Sendezweigs und ein weiterer Signalpfad (Empfangspfad) zwischen dem Antennenanschluss und dem signalführenden Anschluss des Empfangs zweigs geschaltet.
• Das Sendefilter weist vorzugsweise mindestens zwei Querzweige auf, die vom Sendepfad an verschiedenen elektrischen Knoten abzweigen und beide an eine gemeinsame Induktivität gegen Masse angeschlossen sind.
• Die Bandsperre mit den gekoppelten Querzweigen einer Laddertype-Anordnung hat den Vorteil, dass sie in einem Sendefilter mit nur wenigen Grundgliedern realisierbar ist. Die Verwendung von einer begrenzten Anzahl von Grundgliedern hat den Vorteil, dass nur relativ geringe Verluste entstehen, so dass insbesondere im Sendeband eine geringe Einfügedämpfung des Sendezweigs erzielt werden kann.
• Ein Pol in der Übertragungsfunktion des Sendefilters kann ferner durch Maßnahmen erzielt werden, die in der Druckschrift US 6,747,530 B1 beschrieben sind. Die Bandsperre kann im Prinzip auch durch einen einzigen Querzweig gebildet sein, der einen Serienschwingkreis aufweist. Bei der Resonanzfrequenz des Serienschwingkreises wird dann ein Kurzschluss gegen Masse erzielt.
• Zwischen der Antenne und dem Empfangsfilter ist vorzugsweise ein Phasenschieber angeordnet, der im Smith-Diagramm bei einer Sendefrequenz eine Phasendrehung von 180° realisiert. Dies kann z. B. eine λ/4-Leitung sein, wobei λ die elektrische Wellenlänge bei der Sendefrequenz ist.
• Im Folgenden wird der Duplexer anhand von Ausführungsbeispielen und der dazugehörigen Figuren näher erläutert. Es zeigen schematisch
• 1 Ersatzschaltbild eines Duplexers mit einer Bandsperre im Sendezweig, die im Empfangsband einen Kurzschluss gegen Masse erzeugt
• 2 Übertragungsfunktionen der Teilschaltungen des Duplexers
• 1 zeigt ein Ersatzschaltbild eines Duplexers mit einem Sendepfad TX und einem Empfangspfad RX, die beide an einen gemeinsamen Antennenanschluss ANT angeschlossen sind. Die an den Antennenanschluss ANT anschließbare Antenne des Duplexers ist durch eine Antennenimpedanz Za charakterisiert.
• Der Empfangspfad RX ist zwischen dem Antennenanschluss ANT und dem Empfangsausgang RX-OUT angeordnet. Der Sendepfad TX ist zwischen dem Antennenanschluss ANT und dem Sendeeingang TX-IN angeordnet. Im Empfangspfad RX ist ein Empfangsfilter F1 und im Sendepfad TX ein Sendefilter F2 angeordnet. Zwischen dem Antennenanschluss ANT und dem Empfangsfilter F1 ist ein Phasenschieber PS angeordnet.
• Beide Filter F1, F2 enthalten vorzugsweise mit akustischen Oberflächenwellen oder Volumenwellen arbeitende Resonatoren. In 1 sind dies in verschiedenen Querzweigen des Sendezweigs angeordnete Resonatoren, die als Parallelresonatoren PR1, PR2 bezeichnet werden, und ein im Serienzweig des Sendepfades TX angeordneter Resonator, der als Serienresonator SR bezeichnet wird. Im Filter F1 und/oder F2 können im Prinzip auch mehrere Serienresonatoren und mehr als nur zwei Querzweige mit mindestens einem Parallelresonator vorgesehen sein. Zwischen zwei Querzweigen ist vorzugsweise mindestens ein Serienresonator angeordnet. Die Anordnung von Parallelre sonatoren und Serienresonatoren wird als eine Laddertype-Anordnung bezeichnet.
• Das Sendefilter F2 umfasst ferner ein Anpasselement Zm, das in einem Serienzweig zwischen dem Antennenanschluss ANT und der Laddertype-Anordnung der Resonatoren PR1, PR2, SR angeordnet ist. Das Anpasselement Zm kann eine Kapazität oder ein Resonator sein, dessen Resonanzfrequenz vorzugsweise außerhalb der Bandbreite des Sendezweigs und des Empfangszweigs liegt, so dass insbesondere im Empfangsband im Wesentlichen nur die statische Kapazität des als Anpasselement Zm vorgesehenen Resonators ausschlaggebend ist.
• Die Parallelresonatoren PR1, PR2 sind beide an eine gemeinsame Induktivität L angeschlossen, die gegen Masse geschaltet ist. Bei einer Frequenz, die vorzugsweise im Empfangsband liegt, wirkt die Schaltung der Resonatoren SR, PR1, PR2 und der Induktivität L insgesamt als ein effektiver Serienschwingkreis, der in einem Querzweig angeordnet ist. Dieser Serienschwingkreis, der durch die Induktivität L und die statischen Kapazitäten der Resonatoren SR, PR1, PR2 gebildet ist, erzeugt bei seiner Resonanzfrequenz einen Kurzschluss gegen Masse und wirkt daher als eine Bandsperre.
• Der Kurzschluss wird bei der Serienresonanz der Bandsperre mittels des Anpasselements Zm am antennenseitigen Ausgang des Sendezweigs vorzugsweise im Wesentlichen in einen Leerlauf transformiert, so dass das Signal am Ausgang des Sendezweigs beinahe vollständig reflektiert und somit in den Empfangszweig geleitet wird. Im angegebenen Duplexer sind die Impedanzen der Bandsperre, des Anpasselements Zm und des Phasenschiebers PS derart aufeinander abgestimmt, dass das Empfangssignal in den Empfangspfad geleitet werden kann. Eine relativ niedrige Einfügedämpfung im Empfangszweig ist damit im Empfangsband erzielbar.
• Eine relativ niedrige Einfügedämpfung im Sendezweig ist im Sendeband erzielbar, wenn eine vorstehend beschriebene Bandsperre im antennenseitigen Teil des Empfangszweigs verwendet wird. Die (weitere) Bandsperre ist dann im Empfangsfilter angeordnet. Das Empfangsfilter umfasst vorzugsweise auch ein zwischen der Antenne und der Bandsperre angeordnetes Anpasselement, das den im Empfangsfilter erzeugten Kurzschluss bei der Serienresonanz der Bandsperre in einen Leerlauf am Antennentor transformiert. Dabei ist die Serienresonanz der Bandsperre derart gewählt, dass zumindest ein Teil des Sendebands mit dem Sperrband der Bandsperre überlappt.
• In 2 ist die Übertragungsfunktion 11 des Empfangszweigs und die Übertragungsfunktion 21 des Sendezweigs gezeigt. Das Sendeband liegt zwischen 1900 und 2000 MHz. Das Empfangsband liegt zwischen 2100 und 2200 MHz.
• Darüber hinaus ist in 2 die Übertragungsfunktion 12 des Empfangszweigs gezeigt, wobei die Resonatoren des Empfangsfilters bei der Berechnung jeweils durch ihre statische Kapazität ersetzt wurden. Ferner ist die Übertragungsfunktion 22 des Sendezweigs gezeigt, wobei die Resonatoren des Sendefilters jeweils durch ihre statische Kapazität ersetzt wurden. Die Übertragungsfunktion 22 weist einen relativ breitbandigen Pol auf, der bei der Frequenz 2150 MHz, also im Empfangband liegt. Möglich wäre auch, den Pol außerhalb, aber in der Nähe des Empfangsbands zu wählen, so dass zumindest ein Teil des Empfangsbands im Sperrband der Bandsperre liegen würde.
• Die Ausführung des Duplexers ist auf die in der 1 vorgestellte Schaltung nicht beschränkt.

ANT

Antenne

RX

Empfangspfad

TX

Sendepfad

RX-OUT

Empfangsausgang

TX-IN

Sendeeingang

F1

Empfangsfilter

F2

Sendefilter

PS

Phasenschieber

Za

Antennenimpedanz

Zm

Anpasselement

L

Induktivität

PR1, PR2

Parallelresonatoren

SR

Serienresonator

11

Übertragungsfunktion des Empfangszweigs

12

Übertragungsfunktion des Empfangszweigs, wobei die Resonatoren des Empfangsfilters jeweils durch ihre statische Kapazität ersetzt wurden

21

Übertragungsfunktion des Sendezweigs

22

Übertragungsfunktion des Sendezweigs, wobei die Resonatoren des Sendefilters jeweils durch ihre statische Kapazität ersetzt wurden

Claims (9)

1. Duplexer – mit einem Sendezweig (TX), der für Signale im Sendeband durchlässig ist, – mit einem Empfangszweig (RX), der für Signale im Empfangsband durchlässig ist, – wobei im Sendezweig (TX) eine Bandsperre mit einem Sperrband angeordnet ist, die im Sperrband einen Kurzschluss gegen Masse erzeugt, – wobei das Sperrband zumindest teilweise mit dem Empfangsband überlappt.
2. Duplexer nach Anspruch 1, wobei im Empfangszweig (RX) ein Empfangsfilter (F1) angeordnet ist, in dessen Durchlassbereich das Empfangsband liegt.
3. Duplexer nach Anspruch 1 oder 2, wobei im Sendezweig (TX) ein Sendefilter (F2) angeordnet ist, in dessen Durchlassbereich das Sendeband liegt, wobei das Sendefilter (F2) die Bandsperre umfasst.
4. Duplexer nach Anspruch 3, – mit einem Antennenanschluss (ANT), an den der Sendezweig (TX) und der Empfangszweig (RX) angeschlossen sind, – wobei das Sendefilter (F2) ein Anpasselement (Zm) aufweist, das zwischen dem Antennenanschluss (ANT) und der Bandsperre geschaltet ist.
5. Duplexer nach Anspruch 4, wobei das Anpasselement (Zm) eine Kapazität ist.
6. Duplexer nach Anspruch 4, wobei das Anpasselement (Zm) ein akustischer Resonator ist.
7. Duplexer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, der mit akustischen Wellen arbeitende Resonatoren umfasst.
8. Duplexer nach einem der Ansprüche 3 bis 7, – wobei das Sendefilter (F2) mindestens zwei Querzweige aufweist, die von einem Signalpfad an verschiedenen elektrischen Knoten abzweigen und beide an eine gemeinsame, gegen Masse geschaltete Induktivität (L) angeschlossen sind, – wobei in jedem Querzweig ein akustischer Resonator (PR1, PR2) angeordnet ist.
9. Duplexer nach einem der Ansprüche 2 bis 8, – wobei im Empfangsfilter eine weitere Bandsperre angeordnet ist, – wobei die Serienresonanz der weiteren Bandsperre derart gewählt ist, dass zumindest ein Teil des Sendebands mit dem Sperrband der weiteren Bandsperre überlappt, – wobei das Empfangsfilter ein zwischen der Antenne und der weiteren Bandsperre angeordnetes Anpasselement umfasst, das den im Empfangsfilter (F1) erzeugten Kurzschluss bei der Serienresonanz der Bandsperre in einen Leerlauf am Antennentor transformiert.