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Ein
mit akustischen Wellen arbeitendes Filter ist aus der Druckschrift
US 5,521,453 bekannt.
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Eine
zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Filter der eingangs
genannten Art anzugeben, das eine hohe Dämpfung außerhalb
seines Durchlassbereiches aufweist.
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Es
wird ein elektrisches Filter mit einem Bandpassfilter angegeben,
das eine Spur mit akustisch gekoppelten elektroakustischen Wandlern
umfasst. Das Filter umfasst eine Bandsperre, die mindestens ein
elektroakustisches Serienelement und mindestens ein elektroakustisches
Parallelelement aufweist. Das Serienelement der Bandsperre ist in Serie
mit mindestens einem der Wandler des Bandpassfilters geschaltet.
Das Serienelement der Bandsperre ist also in einem Serienzweig der
Filterschaltung angeordnet. Die Bandsperre umfasst mindestens einen
Querzweig, in dem das mindestens eine elektroakustische Parallelelement
angeordnet ist. Bei zumindest einem der elektroakustischen Elemente der
Bandsperre liegt die Resonanzfrequenz und die Antiresonanzfrequenz
außerhalb des Durchlassbereichs des Bandpassfilters.
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Das
angegebene Filter ist vorzugsweise als ein Hochfrequenzfilter, insbesondere
für den GHz-Bereich, vorgesehen. Es zeichnet sich durch eine
geringe Einfügedämpfung im Passband aus. Je nach
Ausgestaltung der Bandsperre gelingt es, die Nahselektion oder die
Weitabselektion des Bandpassfilters zu verbessern.
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Das
angegebene Filter ist in einer Variante als ein Sendefilter vorgesehen.
Die Bandsperre soll in diesem Fall Empfangssignale im Sendepfad
unterdrücken. Dabei wird die Unterdrückung in
einem oberhalb des Passbandes des Sendefilters liegenden Sperrband
verbessert. Das angegebene Filter ist in einer weiteren Variante
als ein Empfangsfilter vorgesehen. Die Bandsperre soll in diesem
Fall Sendesignale im Empfangspfad unterdrücken. Dabei wird die
Unterdrückung in einem unterhalb des Passbandes des Sendefilters
liegenden Sperrband verbessert.
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Die
Bandsperre erweist sich außerdem als besonders vorteilhaft
zur Unterdrückung von Intermodulationsprodukten und Bandrauschen.
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Mit
der Bandsperre können die Störsignale mit mindestens
50 dB unterdrückt werden. Die Erhöhung der Einfügedämpfung,
die durch die Bandsperre verursacht wird, liegt unterhalb von 0,2
dB.
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Das
Serienelement umfasst in einer vorteilhaften Variante mindestens
einen SAW-Wandler, der nachstehend als Serienwandler bezeichnet
wird. Das Parallelelement umfasst in einer vorteilhaften Variante
mindestens einen SAW-Wandler, der nachstehend als Parallelwandler
bezeichnet wird. SAW steht für Surface Acoustic Wave, d.
h. akustische Oberflächenwelle.
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Ein
SAW-Wandler umfasst eine akustische Spur, in der erste und zweite
Finger angeordnet sind. Die Finger sind als Metallstreifen ausgebildet,
die sich senkrecht zur Ausrichtung der Spur erstrecken. Die ersten
Finger sind an eine erste Sammelschiene und die zweiten Finger an
eine zweite Sammel schiene angeschlossen. Die ersten und zweiten
Finger sind vorzugsweise abwechselnd angeordnet.
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Die
Finger sind zumindest in einem mittleren Bereich des jeweiligen
Wandlers im Wesentlichen auf einem periodischen Raster angeordnet.
Der Fingerabstand wird zwischen den Mitten der aufeinander folgenden
Finger gemessen. Der Fingerabstand insbesondere in Randbereichen
eines Wandlers kann vom periodischen Raster abweichen.
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Ein
SAW-Wandler ist vorzugsweise Bestandteil eines SAW-Resonators. Ein
SAW-Resonator ist in einer Variante durch einen Wandler und zwei
Reflektoren gebildet, zwischen denen der Wandler angeordnet ist.
In einer weiteren Variante umfasst der SAW-Resonator eine Wandleranordnung
mit mindestens zwei nebeneinander angeordneten, akustisch miteinander
gekoppelten Wandlern. Die Wandleranordnung ist zwischen zwei Reflektoren
angeordnet. Der SAW-Resonator kann eine DMS-Spur umfassen. DMS steht
für Double Mode Surface Acoustic Wave.
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Das
Serienelement umfasst in einer vorteilhaften Variante mindestens
einen BAW-Resonator. Das Parallelelement umfasst in einer Variante
mindestens einen BAW-Resonator. BAW steht für Bulk Acoustic
Wave, d. h. akustische Volumenwelle.
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Im
Folgenden wird das Filter mit SAW-Wandlern erläutert, aber
die Beschreibung ist ohne Weiteres auf die BAW-Ausführung übertragbar.
Dabei ist ein SAW-Wandler durch einen BAW-Resonator zu ersetzten.
Die Beschreibung einer akustischen Spur, die akustisch gekoppelte
Wandler umfasst, oder einer Inline-Anordnung von Wandlern, ist auf
einen Resonatorstapel mit übereinander angeordneten, ggf. akustisch
gekoppelten BAW-Resonatoren übertragbar.
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Das
vorstehend beschriebene, mit Oberflächenwellen arbeitende
Bandpassfilter kann im Prinzip durch ein mit akustischen Volumenwellen
arbeitendes Filter (BAW-Filter) ersetzt werden. Das BAW-Filter umfasst
vorzugsweise akustisch miteinander gekoppelte BAW-Resonatoren. Das
BAW-Filter umfasst in einer weiteren Variante BAW-Resonatoren, die
in einer Laddertype-Anordnung verschaltet sind. Die Laddertype-Anordnung
umfasst in einem Signalpfad angeordnete Serienresonatoren und in Querzweigen
angeordnete Parallelresonatoren.
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Nachstehend
sind vorteilhafte Ausgestaltungen des Filters erläutert.
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Das
Serienelement und das Parallelelement sind in einer Variante leitend
miteinander verbunden. Die Bandsperre kann in diesem Fall vor oder
nach dem Bandpassfilter geschaltet sein.
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In
einer weiteren Variante ist das Serienelement in einem eingangsseitigen
Signalpfad angeordnet, wobei der Querzweig mit dem Parallelelement
an einen ausgangsseitigen Signalpfad angeschlossen ist, das vom
eingangsseitigen Signalpfad vorzugsweise galvanisch entkoppelt ist.
Die Eingangsseite kann gegen die Ausgangsseite ausgetauscht werden.
In diesem Fall ist das Bandpassfilter zwischen dem Serienelement
und dem Parallelelement der Bandsperre angeordnet.
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In
einer Ausführungsform liegen die Resonanzfrequenz und die
Antiresonanzfrequenz sowohl des Serienelements als auch des Parallelelements außerhalb
des Durchlassbandes des Bandpassfilters.
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Die
Resonanzfrequenz und die Antiresonanzfrequenz der beiden Elemente
der Bandsperre liegen in einer Variante oberhalb des Durchlassbandes
des Bandpassfilters. Der mittlere Fingerabstand des Serienwandlers
und des Parallelwandlers der Bandsperre ist in diesem Fall kleiner
als derjenige des Bandpassfilters.
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Der
mittlere Fingerabstand des Bandpassfilters wird als Verhältnis
der Länge der akustischen Spur und der Anzahl der Finger
in dieser Spur ermittelt. Die Länge der akustischen Spur
wird zwischen den nach außen gewandten Kanten der endständigen
Finger gemessen.
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In
einer weiteren Variante liegt die Resonanzfrequenz des Serienelements
der Bandsperre im Passband des Bandpassfilters, wobei seine Antiresonanzfrequenz
oberhalb des Passbandes des Bandpassfilters liegt. Die Resonanzfrequenz
und die Antiresonanzfrequenz des Parallelelements der Bandsperre
liegt ebenfalls oberhalb des Passbandes des Bandpassfilters. Der
mittlere Fingerabstand des Serienwandlers und derjenige des Bandpassfilters sind
im Wesentlichen gleich. Der mittlere Fingerabstand des Parallelwandlers
ist kleiner als derjenige des Bandpassfilters.
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In
einer weiteren Variante liegen die Resonanzfrequenz und die Antiresonanzfrequenz
der beiden Elemente der Bandsperre unterhalb des Durchlassbandes
des Bandpassfilters. Der mittlere Fingerabstand des Serienwandlers
und des Parallelwandlers der Bandsperre ist in diesem Fall größer
als derjenige des Bandpassfilters.
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In
einer weiteren Variante liegen die Resonanzfrequenz und die Antiresonanzfrequenz
des Serienelements der Bandsperre unterhalb des Durchlassbandes
des Bandpassfilters, wobei die Antiresonanzfrequenz des Parallelelements
der Bandsperre im Passband des Bandpassfilters liegt. Der mittlere Fingerabstand
des Parallelwandlers und derjenige des Bandpassfilters sind in diesem
Fall im Wesentlichen gleich gewählt. Der mittlere Fingerabstand
des Serienwandlers ist größer als derjenige des
Bandpassfilters gewählt.
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Das
Filter weist ein erstes elektrisches Tor auf, das in einer Variante
symmetrisch (balanced) ausgeführt ist. Das Filter umfasst
dabei einen ersten Signalpfad und einen zweiten Signalpfad, die
zu einer erdsymmetrischen Signalführung vorgesehen sind.
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Das
Filter weist ein zweites elektrisches Tor auf, das in einer Variante
symmetrisch (balanced) ausgeführt ist. Das bedeutet, dass
das Filter eingangsseitig und ausgangsseitig symmetrisch beschaltet
ist.
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In
einer weiteren Variante ist das zweite Tor unsymmetrisch (single-ended).
In diesem Fall stellt das Filter ein Balun dar. In einer weiteren
Variante sind beide Tore des Filters unsymmetrisch.
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Die
Wandler des Bandpassfilters umfassen mindestens einen an einen Eingangspfad
des Filters angeschlossenen Eingangswandler und mindestens einen
an einen Ausgangspfad des Filters angeschlossenen Ausgangswandler.
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Das
Bandpassfilter weist eine in der akustischen Spur angeordnete Wandleranordnung
auf, die vorzugsweise mindestens drei nebeneinander angeordnete,
akustisch miteinander gekoppelte Wandler umfasst. Jeder Wandler
ist vorzugsweise gegen Masse geschaltet. Die akustische Spur des
Bandpassfilters ist beidseitig durch zwei akustische Reflektoren
begrenzt. Das Bandpassfilter ist vorzugsweise als ein DMS-Filter
verwirklicht.
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Die
Wandleranordnung des Bandpassfilters umfasst in einer vorteilhaften
Variante mehr als drei Wandler, darunter Eingangswandler und Ausgangswandler.
Mindestens zwei der Ein- oder Ausgangswandler können parallel
geschaltet und an einen Signalpfad angeschlossen sein.
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In
einer Variante ist im ersten Signalpfad eine Serienschaltung eines
ersten Serienelements der Bandsperre und eines ersten Wandlers des
Bandpassfilters angeordnet. Im zweiten Signalpfad ist eine Serienschaltung
eines zweiten Serienelements der Bandsperre und eines zweiten Wandlers
des Bandpassfilters angeordnet.
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In
einer Variante umfasst die Bandsperre ein erstes Parallelelement
und ein zweites Parallelelement. Im Querzweig ist die Serienschaltung
des ersten und zweiten Parallelelements angeordnet. Die Parallelelemente
sind durch eine leitende Verbindung miteinander verbunden, die floatend
oder mit Masse verbunden sein kann.
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Die
Bandsperre umfasst in einer Ausführungsform eine Inline-Anordnung
von Wandlern, die mindestens zwei Elemente der Bandsperre umfasst. Jedes
Element der Bandsperre ist dabei als ein Wandler ausgebildet.
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Die
Inline-Anordnung umfasst in einer Variante das erste und das zweite
Serienelement der Bandsperre. Die Inline-Anordnung umfasst in einer weiteren
Variante das Serienelement und das Parallelelement der Bandsperre.
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Die
Inline-Anordnung umfasst in einer weiteren Variante das erste und
das zweite Parallelelement der Bandsperre. Das erste und zweite
Parallelelement sind in einer Variante leitend miteinander verbunden
und ggf. gegen Masse geschaltet.
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Die
Elemente (Wandler) der Bandsperre, die in einer Inline-Anordnung
angeordnet sind, sind vorzugsweise nebeneinander angeordnet und
akustisch miteinander gekoppelt.
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Die
Inline-Anordnung kann in Form eines Mehrtor-Resonators verwirklicht
sein, der das erste und zweite Serienelement der Bandsperre umfasst. Die
Inline-Anordnung kann in Form eines Mehrtor-Resonators verwirklicht
sein, der das erste und zweite Parallelelement der Bandsperre umfasst.
Unter einem Mehrtor-Resonator (auf Englisch multi Port resonator)
versteht man eine akustische Spur mit einer Anzahl N in Ausbreitungsrichtung
der Welle nebeneinander angeordneten Wandlern, die einen 2N-Pol
bilden. N ist eine natürliche Zahl, die mindestens zwei
beträgt.
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Ein
Mehrtor-Resonator mit N Wandlern in einer Spur stellt verglichen
mit N separaten Resonatoren eine besonders platzsparende Lösung
dar. Mit einem Mehrtor-Resonator gelingt es, Verluste zu reduzieren.
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Die
einzelnen Wandler des Mehrtor-Resonators sind akustisch gekoppelt
und können sowohl in Serien- als auch in Querzweigen der
Filterschaltung angeordnet sein. Durch eine akustische Kopplung von
zwei Resonatoren oder Wandlern gelingt es, in der Übertragungsfunktion
des Gesamtfilters eine zusätzliche Polstelle bzw. Nullstelle
zu erzeugen. Diese kann zu einer gezielten Unterdrückung
bei einer bestimmten Frequenz benutzt werden.
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Die
Inline-Anordnung kann einen Zwischenreflektor aufweisen, der zwischen
den Wandlern angeordnet ist. Der Zwischenreflektor ist in einer
Variante akustisch teilweise durchlässig.
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Der
Zwischenreflektor ist in einer weiteren Variante akustisch undurchlässig.
In diesem Fall umfasst die Inline-Anordnung zwei akustisch voneinander
entkoppelte Resonatoren, die einen gemeinsamen Reflektor haben.
Diese Ausführung ist besonders platzsparend.
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Die
Bandsperre kann mehrere Inline-Anordnungen oder Mehrtor-Resonatoren
aufweisen. Eine erste Inline-Anordnung umfasst vorzugsweise zwei Serienelemente
und eine zweite Inline-Anordnung zwei Parallelelemente der Bandsperre.
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Das
Filter weist einen dritten Signalpfad auf, in dem ein dritter Wandler
des Bandpassfilters angeordnet ist. Der dritte Signalpfad ist vorzugsweise
erdunsymmetrisch (single-ended) und galvanisch vom ersten und zweiten
Signalpfad entkoppelt. Der dritte Signalpfad bildet einen Eingangspfad,
und der erste und zweite Signalpfad einen Ausgangspfad, oder umgekehrt.
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Der
Querzweig verbindet in einer Variante den ersten Signalpfad und
den zweiten Signalpfad. Der Querzweig kann auch einen der Signalpfade, beispielsweise
den dritten Signalpfad, mit Masse verbinden.
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In
einer Variante ist im dritten Signalpfad eine Serienschaltung des
Serienelements und des dritten Wandlers des Bandpassfilters angeordnet.
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Die
Bandsperre umfasst in einer Variante mindestens einen weiteren Querzweig,
in dem ein weiteres elektroakustisches Parallelelement oder eine
Serienschaltung von Parallelelementen angeordnet ist.
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Der
erste und zweite Wandler des Bandpassfilters sind in einer Ausführungsform
parallel geschaltet und an einen gemeinsamen Signalpfad angeschlossen.
Der Querzweig mit dem Parallelelement ist in einer Variante an den
gemeinsamen Signalpfad angeschlossen. Das Serienelement ist in einer
Variante im gemeinsamen Signalpfad angeordnet. Das Serienelement
der Bandsperre kann alternativ im dritten Signalpfad angeordnet
sein.
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Das
gemeinsame Signalpfad ist in einer Variante vom dritten Signalpfad
galvanisch entkoppelt und bildet (anstelle des ersten und zweiten
Signalpfades) einen Ausgangspfad.
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In
einer vorteilhaften Variante sind die Serienelemente mit dem mindestens
einen im Querzweig angeordneten Parallelelement in einer gemeinsamen
akustischen Spur angeordnet. Die Serienelemente und das mindestens
eine Parallelelement sind akustisch miteinander gekoppelt.
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Das
angegebene Filter wird nun anhand von schematischen und nicht maßstabsgetreuen
Figuren erläutert. Es zeigen:
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1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 1F jeweils
ein Bandpassfilter, das im angegebenen Filter eingesetzt wird;
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2A, 2B, 2C Erläuterungen
zu Ersatzschaltbildern;
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3 ein
Filter, bei dem die Bandsperre zwei Serienelemente und einen Querzweig
mit zwei seriell geschalteten Parallelelementen umfasst;
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4 ein
Filter, bei dem die Bandsperre zwei Serienelemente und einen Querzweig
mit einem Parallelelement umfasst;
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5 ein
Filter, bei dem die Bandsperre zwei Serienelemente und zwei Querzweige
mit jeweils einem Parallelelement umfasst;
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5A ein
Filter, bei dem die Bandsperre eine Brückenschaltung von
vier Resonatoren aufweist;
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6 ein
Filter, bei dem die Bandsperre zwei ausgangsseitig geschaltete Serienelemente
und ein eingangsseitig geschaltetes Parallelelement umfasst;
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7 eine
Variante des in 6 gezeigten Filters, bei dem
die Serienelemente akustisch miteinander gekoppelt sind;
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7A eine
weitere Variante des in 6 gezeigten Filters, bei dem
die Serienelemente akustisch miteinander gekoppelt sind;
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8 ein
Filter mit zwei Serienelementen, die akustisch miteinander gekoppelt
sind, und einem Querzweig mit zwei seriell geschalteten Parallelelementen;
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8A eine
Variante des Filters gemäß der 8,
bei dem die Bandsperre einen mit akustischen Oberflächenwellen
arbeitenden Multiport-Resonator aufweist;
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8B eine
Variante des Filters gemäß der 8,
bei dem die Bandsperre zwei akustische Spuren mit jeweils zwei akustisch
miteinander gekoppelten SAW-Wandlern umfasst;
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8C eine
Variante des Filters gemäß der 8,
bei dem die Serienelemente mit dem Parallelelement akustisch gekoppelt
ist;
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9 ein
Filter, bei dem das Serienelement und das Parallelelement der Bandsperre
ein L-Glied bilden;
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10 ein
Filter, bei dem die Bandsperre einen Mehrtor-Resonator mit in einer
akustischen Spur angeordneten Serien- und Parallelelementen umfasst;
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11 ein
beidseitig erdunsymmetrisch beschaltetes Filter, wobei das Serienelement
der Bandsperre im Ausgangspfad und das Parallelelement im Eingangspfad
angeordnet ist;
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12 ein
beidseitig erdunsymmetrisch beschaltetes Filter, bei dem das Serienelement
und das Parallelelement der Bandsperre akustisch miteinander gekoppelt
sind;
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12A das Filter gemäß der 12,
bei dem das Serienelement und das Parallelelement der Bandsperre
in einer akustischen Spur angeordnet sind;
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13 ein
als Balun ausgeführtes Filter, bei dem das Serienelement
und das Parallelelement der Bandsperre akustisch miteinander gekoppelt
sind;
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13A das Filter gemäß der 13,
bei dem das Serienelement und das Parallelelement der Bandsperre
in einer akustischen Spur angeordnet sind;
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14 das
Filter gemäß der 9, das beidseitig
erdunsymmetrisch beschaltet ist;
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15 eine
Variante des Filters gemäß der 3,
bei dem die Parallelelemente in einem Resonatorstapel realisiert
sind;
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15A eine Variante des Filters gemäß der 3,
bei dem die Parallelelemente in einer Inline-Anordnung mit einem
Zwischenreflektor realisiert sind;
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16 eine
Variante des Filters gemäß der 6,
bei dem die Parallelelemente in einem Resonatorstapel realisiert
sind;
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16A eine Variante des Filters gemäß der 6,
bei dem die Parallelelemente in einer Inline-Anordnung mit einem
Zwischenreflektor realisiert sind;
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17 eine
Variante des Filters gemäß der 3,
bei dem die Serienelemente bzw. die Parallelelemente in jeweils
einer Inline-Anordnung mit einem Zwischenreflektor realisiert sind;
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18A, 19A jeweils Übertragungsfunktionen
für ein Filter mit und ohne Bandsperre;
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18B, 19B jeweils Übertragungsfunktionen
für ein Filter mit Bandsperre und den Frequenzgang des
Betrags des Leit wertes Y des Serienelements und des Parallelelements
der Bandsperre.
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1A zeigt
ein beispielhaftes Bandpassfilter 100, das als ein DMS-Filter
mit akustisch longitudinal gekoppelten Wandlern 52, 61, 62 realisiert
ist. Das Bandpassfilter 100 umfasst eine akustische Spur,
die durch akustische Reflektoren 31, 32 beidseitig
begrenzt ist. In der Spur ist eine Wandleranordnung angeordnet,
die zwei Ausgangswandler 61, 62 und einen zwischen
diesen angeordneten Eingangswandler 52 umfasst.
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Der
Eingangswandler 52 ist an einen (erdunsymmetrischen) Eingangspfad
angeschlossen. Der erste Ausgangswandler 61 ist an einen
ersten Ausgangspfad und der zweite Ausgangswandler 62 an einen
zweiten Ausgangspfad angeschlossen.
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Das
DMS-Filter kann als Balun wirken, wobei der erste und zweite Ausgangspfad
zusammen einen erdsymmetrischen Signalpfad bilden.
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Die
Ausgangswandler 61, 62 können aber auch
leitend miteinander verbunden und an einen gemeinsamen (erdunsymmetrischen)
Signalpfad angeschlossen sein. Dies entspricht einem DMS-Filter
mit zwei erdunsymmetrischen Toren.
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Bei
mehreren Eingangswandlern und mehreren Ausgangswandlern kann mindestens
ein erster Eingangswandler an einen ersten Teilpfad und mindestens
ein zweiter Eingangswandler an einen zweiten Teilpfad eines erdsymmetrischen
Eingangspfades angeschlossen sein. Mindestens ein erster Ausgangswandler
ist dann an einen ersten Teilpfad und mindestens ein zweiter Ausgangswandler
an einen zweiten Teilpfad eines erdsymmetrischen Ausgangspfades
angeschlossen. Dies entspricht einem DMS-Filter mit zwei erdsymmetrischen
Toren.
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Jeder
Wandler weist zwei kammartige Elektroden mit Elektrodenfingern auf,
die ineinander greifen. Zwischen zwei Fingern, die mit unterschiedlichen
elektrischen Potentialen verbunden sind, wird eine akustische Welle
angeregt. Die Welle breitet sich in Längsrichtung der akustischen
Spur aus. Die Ein- und Ausgangswandler sind in Längsrichtung akustisch
gekoppelt. Die im Eingangswandler 52 angeregte Welle regt
ein elektrisches Signal in den Ausgangswandlern 61, 62 an.
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In
der 1B ist eine weitere Variante zur Ausbildung des
Bandpassfilters gezeigt, bei der die Wandleranordnung drei parallel
geschaltete Eingangswandler 51, 52, 53 aufweist.
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Der
Eingangswandler 52 ist in 1A zwischen
zwei Ausgangswandlern 61, 62 angeordnet. Umgekehrt
kann ein Ausgangswandler zwischen zwei Eingangswandlern angeordnet
sein. Vorzugsweise sind die Ein- und Ausgangswandler in alternierender
Reihenfolge angeordnet. In einer Variante ist einer der Ein- oder
Ausgangswandler, beispielsweise der mittlere Ausgangswandler 62 in
den 1C und 1D, durch
einen V-Split in Teilwandler 62a, 62b aufgeteilt,
die aufeinander folgen. Die Teilwandler 62a, 62b sind
vorzugsweise durch eine gemeinsame Sammelschiene 99 leitend
miteinander verbunden.
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Anstelle
nur eines Eingangswandlers kann grundsätzlich eine Parallelschaltung
von mindestens zwei Eingangswandlern eingesetzt werden. Anstelle nur
eines Ausgangswandlers kann grundsätzlich eine Parallelschaltung
von mindestens zwei Ausgangswandlern eingesetzt werden.
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In
der in 1C gezeigten Variante sind zwei
Eingangswandler 51, 52 parallel geschaltet und an
einen Anschluss IN des Eingangstores angeschlossen. Der Teilwandler 62a ist
leitend mit dem ersten Ausgangswandler 61 verbunden und
an einen ersten Anschluss OUT1 des Ausgangstores angeschlossen.
Der Teilwandler 62b ist leitend mit dem zweiten Ausgangswandler 62 verbunden
und an einen zweiten Anschluss OUT2 des Ausgangstores angeschlossen.
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Die
gemeinsame Sammelschiene 99, die zwei Teilwandler 62a, 62b des
mittleren Ausgangswandlers 62 verbindet, kann floatend
sein. Sie kann aber auch mit Masse verbunden sein. Die Masseanbindung
der Sammelschiene 99 ist wie in der Variante gemäß der 1D über
eine leitende Verbindung der Sammelschiene 99 mit Masseschienen
der Eingangswandler 51 und/oder 52 möglich.
Diese leitende Verbindung kommt über verlängerte
Finger von Masseelektroden der Wandler 51, 62a sowie 62b, 52 zustande
und ist durch die akustische Spur durchgeführt.
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Das
Bandpassfilter 100 kann zwei leitend miteinander verbundene
DMS-Filter aufweisen, siehe 1E. Die
Eingangswandler 52, 53 der beiden DMS-Spuren sind
leitend miteinander verbunden und an den Eingangsanschluss des Bandpassfilters
angeschlossen. Die Ausgangswandler 61, 62 des
ersten DMS-Filters sind leitend miteinander verbunden und an den
ersten Ausgangsanschluss des Bandpassfilters angeschlossen. Die
Ausgangswandler 63, 64 des zweiten DMS-Filters
sind leitend miteinander verbunden und an den zweiten Ausgangsanschluss des
Bandpassfilters angeschlossen.
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Die
beiden in 1E gezeigten DMS-Filter bilden
eine Inline-Anordnung. Die Reflektoren 32, 33 können
durch einen für die beiden DMS-Filter gemeinsamen Reflektor
ersetzt werden.
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In
der 1F ist eine weitere Ausgestaltung des Bandpassfilters 100 gezeigt.
Das Bandpassfilter weist hier zwei miteinander verkoppelte akustische Spuren
auf, die jeweils als eine DMS-Spur ausgebildet sind.
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Jeder
Ausgangswandler 62a, 62b, 66, 67 der ersten
DMS-Spur ist mit einem der Eingangswandler 55a, 55b, 58, 59 der
zweiten DMS-Spur (Wandler 66 mit Wandler 58, Wandler 62a mit
Wandler 55a, Wandler 62b mit Wandler 55b,
Wandler 67 mit Wandler 59) in Serie geschaltet.
Diese Wandler stellen Koppelwandler zur akustischen Kopplung der
beiden DMS-Spuren dar.
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Die
Eingangswandler 51, 52 der ersten DMS-Spur sind
leitend miteinander verbunden und an den Eingangsanschluss des Bandpassfilters
angeschlossen. Der erste Ausgangswandler 68 des zweiten
DMS-Filters ist an den ersten Ausgangsanschluss des Bandpassfilters
angeschlossen. Der zweite Ausgangswandler 69 des zweiten
DMS-Filters ist an den zweiten Ausgangsanschluss des Bandpassfilters
angeschlossen.
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In
den nachstehend erläuterten Ausführungsformen
des Filters kann das Bandpassfilter 100 gemäß der 1A durch
die Varianten gemäß einer der 1B–1F oder
ein ähnlich aufgebautes Bandpassfilter ersetzt werden.
Die Anzahl der Ein- und Ausgangswandler ist auf die gezeigten Varianten nicht
beschränkt.
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In
den 2A, 2B und 2C sind
Ersatzschaltzeichen (links) für akustische Resonatoren (rechts)
erläutert, die in den nachfolgenden Figuren als Serienelemente 21, 22 und/oder
Parallelelemente 23, 24 der Bandsperre 200 eingesetzt
werden. In den 2A, 2B ist
ein akustischer Eintor-Resonator und in der 2C ein
akustischer Zweitor-Resonator vorgestellt.
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Ein
mit Oberflächenwellen arbeitender akustischer Resonator
umfasst eine akustische Spur mit einer Wandleranordnung, die mindestens
einen SAW-Wandler 71, 72 aufweist. Die Wandleranordnung
ist zwischen zwei Reflektoren 31, 32 angeordnet,
die die akustische Spur beidseitig begrenzen. Die Wandleranordnung
und die Reflektoren bilden zusammen eine Inline-Anordnung. Die Inline-Anordnung
kann einen akustisch teilweise durchlässigen Zwischenreflektor 35 oder 36 umfassen,
der zwischen zwei Wandlern 71, 72 der Wandleranordnung angeordnet
ist (vgl. 2C, 15A, 16A, 17).
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Ein
mit Oberflächenwellen arbeitender akustischer Resonator
umfasst in einer weiteren Variante eine Inline-Anordnung, die neben
den Wandlern 71, 72 einen akustisch nicht durchlässigen
Zwischenreflektor 35 aufweist. Der Wandler 71 und
die Reflektoren 31, 35 bilden zusammen einen ersten
Resonator, der Wandler 72 und die Reflektoren 35, 32 einen
unabhängigen zweiten Resonator. Beide akustisch voneinander
entkoppelte Resonatoren haben in diesem Fall einen gemeinsamen Reflektor.
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Die
SAW-Wandler einer Inline-Anordnung können wie in 2B leitend
miteinander verbunden sein. Eine solche Verbindung ist über
eine gemeinsame Sammelschiene möglich. Der Resonator mit
N Wandlern kann aber auch wie ein 2N-Pol beschaltet sein, siehe 2C.
N ist eine natürliche Zahl, die mindestens zwei beträgt.
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Ein
mit Volumenwellen arbeitender akustischer Resonator umfasst einen
Resonatorstapel mit mindestens einem BAW-Resonator. Jeder BAW-Resonator
umfasst zwei Elektroden 81, 83, 85, 87 und eine
zwischen den Elektroden angeordnete Piezoschicht 82, 84. Übereinander
angeordnete BAW-Resonatoren 801, 802 können
eine gemeinsame Elektrode, in 2B die
Elektrode 83, aufweisen. In einer weiteren Variante ist
zwischen den BAW-Resonatoren 801, 802 eine Koppelschicht 86 angeordnet,
die vorzugsweise teilweise akustisch durchlässig ist. Die Koppelschicht 86 kann
aber auch durch einen undurchlässigen akustischen Spiegel
ersetzt werden.
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Der
BAW-Resonator 801, 802 entspricht dem SAW-Wandler 71, 72.
Die Koppelschicht 86 entspricht dem akustisch teilweise
durchlässigen Zwischenreflektor 35, der auch als
ein Koppelelement geeignet ist. Die longitudinale akustische Kopplung zwischen
zwei nebeneinander angeordneten SAW-Wandlern, die in ein und derselben
akustischen Spur angeordnet sind, entspricht einer vertikalen akustischen
Kopplung zwischen zwei BAW-Resonatoren, die in ein und demselben
Resonatorstapel realisiert sind. Auf diese Weise kann in einem Ausführungsbeispiel
ein SAW-Resonator durch einen BAW-Resonator ersetzt werden, und
umgekehrt. Ein SAW-Resonator mit einer Anzahl N gekoppelter Wandler
wird dann durch einen Resonatorstapel mit N gekoppelten BAW-Resonatoren
ersetzt.
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In
den 3 ff. sind verschiedene Ausgestaltungen des Filters
mit einem Bandpassfilter 100 und einer Bandsperre 200 vorgestellt.
Das Bandpassfilter 100 umfasst einen ersten Wandler 11,
einen zweiten Wandler 12 und einen dritten Wandler 13.
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Die
Bandsperre 200 umfasst ein erstes Serienelement 21,
ein zweites Serienelement 22, ein erstes Parallelelement 23 und
ein zweites Parallelelement 24.
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Die
Wandler 11, 12 sind Ausgangswandler und der Wandler 13 ein
Eingangswandler. Der Wandler 13 ist in einem Eingangspfad
angeordnet. Die Wandler 11, 12 sind jeweils im
ersten bzw. zweiten Ausgangspfad angeordnet (3, 4, 5, 5A, 6, 7, 7A, 8, 8A, 8B, 8C, 9, 10, 13, 13A, 15, 15A, 16, 16A, 17) oder parallel geschaltet
und an einen gemeinsamen (single-ended) Ausgangspfad angeschlossen
(11, 12, 12A, 14).
In den Figuren wird der an den dritten Wandler 13 der DMS-Spur
angeschlossene Signalpfad als Eingangspfad bezeichnet. Die Ein-
und Ausgangsseite können gegeneinander ausgetauscht werden.
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Der
Eingangspfad ist in den gezeigten Varianten single-ended ausgebildet.
Er kann bei der entsprechenden Anzahl und Beschaltung der Eingangswandler,
wie auch der Ausgangspfad, balanced ausgebildet sein.
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In
der 3 ist ein erstes Filter gezeigt. Im ersten Ausgangspfad
ist eine Serienschaltung des ersten Wandlers 11 und des
ersten Serienelements 21 angeordnet. Im zweiten Ausgangspfad
ist eine Serienschaltung des zweiten Wandlers 12 und des zweiten
Serienelements 22 angeordnet. Der erste und zweite Ausgangspfad
bilden zusammen einen balanced Signalpfad. Die Serienelemente 21, 22 sind als
akustische Resonatoren ausgeführt und akustisch voneinander
entkoppelt. Dies gilt auch für 4, 5, 5A, 6, 14, 15A.
-
Zwischen
beiden Ausgangspfaden ist ein Querzweig angeordnet. Im Querzweig
ist eine Serienschaltung des ersten und zweiten Parallelelements 23, 24 der
Bandsperre angeordnet. Die Parallelelemente 23, 24 sind
als akustisch voneinander entkoppelte akustische Resonatoren ausgeführt,
die leitend miteinander verbunden sind. Dies gilt auch für 5A, 8, 8A.
-
Die
beiden hintereinander geschalteten Parallelelemente 23, 24 können
gegen Masse geschaltet sein. Die elektrische Verbindung zwischen
den Parallelelementen 23, 24 kann aber auch floatend
bleiben. Dies trifft auch für 8, 8A, 8B 10, 15, 15A, 16, 16A zu.
-
In
der Variante gemäß der 4 ist anstelle der
Serienschaltung des ersten und zweiten Parallelelements 23, 24 nur
ein Parallelelement 23 vorgesehen. In der Variante gemäß der 5 ist
neben dem ersten Querzweig mit dem ersten Parallelelement 23 ein
zweiter Querzweig mit dem zweiten Parallelelement 24 vorgesehen.
-
Die
Serien- und Parallelelemente der Bandsperre 200 bilden
in den Varianten gemäß den 3, 4 und 5 eine
ausgangsseitige Laddertype-Anordnung von akustischen Resonatoren
für einen erdsymmetrischen (balanced) Signalpfad. Alternativ
kann im single-ended Eingangspfad eine Laddertype-Anordnung angeordnet
sein, die ein im Serienzweig angeordnetes Serienelement 21 und
ein im Querzweig angeordnet, gegen Masse geschaltetes Parallelelement 23 aufweist,
siehe 9 und 14.
-
In
den 9 und 14 bilden akustisch voneinander
entkoppelte Bandsperrelemente 21, 23 ein einfaches
Laddertype-Glied (L-Glied). Die Variante mit gekoppelten Bandsperrelementen 21, 23 ist
in 13, 13A zu sehen. Das Filter gemäß der 14 entspricht
im Prinzip der 9, ist aber für einen
unsymmetrischen (d. h. single-ended/single-ended) Betrieb ausgelegt.
-
Die 5A stellt
eine Alternative der in 5 gezeigten Ausführungsform
dar. Die Laddertype-Anordnung von akustischen Resonatoren ist dabei
durch eine Latticetype-Anordnung, d. h. eine Brückenschaltung
der Resonatoren ersetzt.
-
Das
Bandpassfilter 100 kann wie in 6, 7, 7A, 11, 16, 16A zwischen dem Serien- und Parallelelement der
Bandsperre 200 angeordnet sein. Der Querzweig mit dem Parallelelement 23, 25 ist
dabei an den Eingangspfad und den Eingangswandler 13 angeschlossen.
Die Serienelemente 21, 22 sind in 6, 7, 7A, 16, 16A – wie in den 3, 4, 5 – in
den Serienzweigen des erdsymmetrischen (balanced) Ausgangspfads
angeordnet.
-
Ein
balanced ausgebildeter Signalpfad weist einen ersten und einen zweiten
Teilpfad auf. Die Signalamplitude in diesen Teilpfaden ist vorzugsweise
in mindestens einem Frequenzbereich im Wesentlichen gleich, wobei
die Phasendifferenz zwischen den Teilpfaden 180° beträgt.
-
In
der 11 ist das Serienelement 21 der Bandsperre
in einem single-ended ausgebildeten Ausgangspfad angeordnet, an
den beide Ausgangswandler 11, 12 angeschlossen
sind. Das Filter gemäß der 11 entspricht
im Prinzip dem Filter gemäß der 6,
ist aber für einen unsymmetrischen (d. h. single-ended/single-ended)
Betrieb ausgelegt.
-
In
den Varianten gemäß den 7, 7A, 8, 8A, 8B sind
die Serienelemente 21, 22 der Bandsperre 200 akustisch
miteinander gekoppelt, aber in voneinander unterschiedlichen Ausgangspfaden
angeordnet.
-
In
der 7A ist das Parallelelement 23 als ein
Eintor-Resonator realisiert. Die gekoppelten Serienelemente 21, 22 sind
als in einer akustischen Spur nebeneinander angeordnete Wandler
realisiert. Die akustische Spur ist durch akustische Reflektoren 33, 34 begrenzt
und als ein Zweitor-Resonator ausgeführt, der ein Vierpol
darstellt.
-
Der
Querzweig in der Variante gemäß der 8A ist
bereits in Zusammenhang mit der Variante gemäß der 3 beschrieben.
Die Filter gemäß den 8, 8A stellen
jeweils eine Variante des Filters gemäß der 3 dar,
wobei im Unterschied zu 3 die Serienelemente 21, 22 akustisch
miteinander gekoppelt sind. Dies trifft auch für die 6 und 7, 7A zu.
-
In
der Variante gemäß der 8B sind
auch Parallelelemente 23, 24 der Bandsperre 200 akustisch
miteinander gekoppelt. Sie sind in einem Zweitor-Resonator bzw.
einem Eintor-Resonator mit akustisch gekoppelten, in Serie geschalteten
Teilresonatoren realisiert.
-
In
der 8C ist eine weitere Variante des Filters gemäß der 8 gezeigt,
in der die gesamte Bandsperre innerhalb einer Spur realisiert wird.
Die Serienelemente 21, 22 sind dabei mit den im Querzweig
angeordneten Parallelelementen 23, 24 in einer
gemeinsamen akustischen Spur angeordnet. Die Serienelemente 21, 22 und
Parallelelemente 23, 24 sind akustisch miteinander
gekoppelt.
-
Die
Parallelelemente 23, 24 sind nebeneinander angeordnet
und in Serie geschaltet. Die Parallelelemente 23, 24 sind
vorzugsweise als Teilwandler eines Wandlers ausgebildet und auf
einer Seite an eine gemeinsame Stromschiene angeschlossen. Der elektrische
Knoten, an dem die beiden Parallelelemente galvanisch miteinander
verbunden sind, ist in der gezeigten Variante mit Masse verbunden.
Dieser Knoten bzw. die gemeinsame Stromschiene kann auch floatend
ausgebildet sein.
-
In
den 15, 15A, 16, 16A, 17 sind verschiedene Ausführungsformen
des Filters vorgestellt, bei denen die Parallelelemente 23, 24 der
Bandsperre 200 akustisch miteinander gekoppelt sind.
-
In
der Variante gemäß der 10 umfasst die
Bandsperre 200 einen Mehrtor-Resonator, der eine Wandleranordnung
mit vier nebeneinander angeordneten Wandlern aufweist. Die endständigen Wandler
(hier Serienwandler) des Zweitor-Resonators sind als Serienelemente 21, 22 der
Bandsperre vorgesehen. Die mittig angeordneten, in Serie geschalteten
Wandler (hier Parallelwandler) sind als Parallelelemente 23, 24 der
Bandsperre vorgesehen und leitend mit den Wandlern 11, 12 des
DMS-Filters verbunden. Die Parallelwandler dienen als Koppelwandler
zur Einkopplung des Ausgangssignals des DMS-Filters in die akustische
Spur des Mehrtor-Resonators.
-
In
diesem Fall sind sowohl Serienelemente 21, 22 als
auch Parallelelemente 23, 24 der Bandsperre akustisch
miteinander verkoppelt.
-
In
den 8C, 12, 12A, 13, 13A sind verschiedene Ausführungsformen
des Filters vorgestellt, bei denen das Serienelement 21 mit
dem Parallelelement 23 akustisch gekoppelt ist. In den 12A und 13A sind
die gekoppelten Elemente 21, 23 der Bandsperre 200 als
in einer akustischen Spur nebeneinander angeordnete Wandler realisiert.
-
In
den 12, 12A sind beide Bandsperrelemente 21, 23 leitend
miteinander und mit den Wandlern 11, 12 des Bandpassfilters 100 verbunden. Der
Querzweig mit dem Parallelelement 23 ist dabei zwischen
dem Serienelement 21 und dem Bandpassfilter 100 angeordnet.
-
Die
Bandsperre 200 ist in den 13, 13A zwischen dem Eingang IN und dem Bandpassfilter 100 angeordnet.
Der Querzweig mit dem Parallelelement 23 ist an den Eingang
IN des Filters angeschlossen. Das Serienelement 21 ist
mit dem dritten Wandler 13 des Bandpassfilters 100 in
Serie geschaltet.
-
In
den Varianten gemäß den 15A, 16A umfasst die Bandsperre 200 eine Inline-Anordnung
gemäß der 2C.
-
Die
Inline-Anordnung gemäß der 15A umfasst
Parallelelemente 23, 24 (Wandler 71, 72 in 2C),
endständige Reflektoren 33, 34 und einen zwischen
den Wandlern angeordneten Zwischenreflektor 35. Die Parallelelemente 23, 24 sind
in Serie geschaltet und ggf. auf Masse bezogen.
-
Die
Filter gemäß den 15, 15A stellen jeweils eine Variante des Filters
gemäß der 3 dar, wobei
im Unterschied zu 3 die Parallelelemente 23, 24 akustisch
miteinander gekoppelt sind.
-
Die
in den 16, 16A vorgestellte Bandsperre
umfasst ein eingangsseitig angeordnetes Parallelelement 23 und
ausgangsseitig angeordnete Serienelemente 21, 22,
die wie in der Variante gemäß der 8 beschaltet
und akustisch miteinander gekoppelt sind.
-
Die
Inline-Anordnung gemäß der 16A umfasst
Serienelemente 21, 22 (Wandler 71, 72 in 2C),
endständige Reflektoren 33, 34 und einen zwischen
den Wandlern angeordneten Zwischenreflektor 36. Die Serienelemente 21, 22 sind
in unterschiedlichen Ausgangspfaden angeordnet.
-
In
der 17 ist eine Ausführungsform gezeigt,
bei der die Bandsperre 200 zwei Inline-Anordnungen umfasst.
Die erste Inline-Anordnung umfasst wie in der Variante gemäß der 16A zwei Wandler (Serienelemente 21, 22),
zwischen denen ein ggf. akustisch teilweise durchlässiger
Zwischenreflektor 36 angeordnet ist. Die zweite Inline-Anordnung
entspricht derjenigen in der 16A.
-
Mit
den Zwischenreflektoren 35, 36 gelingt es, den
gewünschten Grad der akustischen Kopplung zwischen den
Wandlern einzustellen.
-
Weitere
Kombinationsmöglichkeiten des in 1A–1E gezeigten
Bandpassfilters 100 und einer Bandsperre 200 sind
möglich. Die Reflektoren 31, 32, 33, 34, 35, 36 sind
in den Figuren floatend ausgebildet. Sie können aber im
Prinzip auf Masse gelegt sein.
-
Die
in Form einer Brückenschaltung realisierte Bandsperre gemäß der 5A enthält
vier akustisch voneinander entkoppelte akustische Resonatoren. Je
zwei der Resonatoren oder alle vier Resonatoren können
aber auch akustisch miteinander gekoppelt sein.
-
Die
Brückenschaltung lässt sich im Prinzip bei einer
geeigneten Verschaltung durch zwei Zweitor-Resonatoren mit jeweils
zwei gekoppelten Wandlern wie in 8B, durch
zwei Inline-Anordnungen wie in 17 oder
durch eine Inline-Anordnung mit vier Wandlern in einer akustischen
Spur gemäß der 10 realisieren.
-
In
der 18A ist eine Übertragungsfunktion 1 einer
Filterschaltung gezeigt, die ein DMS-Filter, aber keine Band sperre
aufweist. Außerdem ist eine Übertragungsfunktion 2 einer
Filterschaltung gezeigt, die ein DMS-Filter und eine Bandsperre
umfasst.
-
In
der 18B ist die Übertragungsfunktion 2 und
die Admittanzkurve 2s für das Serienelement sowie
die Admittanzkurve 2p für das Parallelelement der
Bandsperre gezeigt. Die Admittanzkurven entsprechen dem gegen Frequenz
aufgetragenen Betrag des Leitwerts Y21. Die Resonanz des Serienelements
liegt bei 2142 MHz, also im Durchlassband des DMS-Filters.
-
Die
Antiresonanz des Serienelements liegt bei 2220 MHz, also im Bereich
der oberen Flanke der Übertragungsfunktion 2.
Die Resonanz des Parallelelements liegt bei 2263 und die Antiresonanz
des Parallelelements bei 2343 MHz. All diese Resonanzfrequenzen
liegen oberhalb des Durchlassbandes des DMS-Filters. Die Filterschaltung
mit der Bandsperre zeigt unter diesen Umständen eine breitbandig
verbesserte Nahselektion oberhalb des Passbandes des DMS-Filters.
-
In
diesem Fall konnte die Nahselektion des Filters um ca. 15 dB auf
39 dB erhöht werden.
-
In
der Variante gemäß den 19A, 19B liegt die Resonanz des Serienelements bei 2400
MHz, die Antiresonanz des Serienelements bei 2488 MHz, die Resonanz
des Parallelelements bei 2537 MHz und die Antiresonanz des Parallelelements
oberhalb von 2600 MHz. In diesem Fall liegt auch die Resonanzfrequenz
des Serienelements weit oberhalb des Durchlassbandes des DMS-Filters. Dabei
gelingt es, die Weitabselektion des Filters im Frequenzbereich zwischen
2500 und 2600 MHz von 42 dB (ohne Bandsperre) auf 58 dB (mit Bandsperre) zu
verbessern.
-
- 1
- Übertragungsfunktion
eines DMS-Filters ohne Bandsperre
- 2
- Übertragungsfunktion
eines DMS-Filters mit Bandsperre
- 2s
- Admittanzkurve
für das Serienelement
- 2p
- Admittanzkurve
für das Parallelelement
- 100
- Bandpassfilter
- 11
- erster
Wandler
- 12
- zweiter
Wandler
- 13
- dritter
Wandler
- 200
- Bandsperre
- 21,
22
- Serienelement
der Bandsperre
- 23,
24, 25
- Parallelelement
der Bandsperre
- 31,
32, 33, 34
- akustischer
Reflektor
- 35,
36
- Zwischenreflektor
- 51,
52, 53
- Eingangswandler
- 58,
59
- Eingangswandler
- 55a,
55b
- Teilwandler
des Wandlers 55
- 61,
62, 63
- Ausgangswandler
- 62a,
62b
- Teilwandler
des Wandlers 62
- 66,
67, 68, 69
- Ausgangswandler
- 71,
72
- Wandler
- 81,
83, 85, 87
- Elektroden
- 82,
84
- Piezoschicht
- 86
- Kopplungsschicht
- 801,
802
- BAW-Resonator
- IN
- Anschluss
des Eingangstores
- OUT,
OUT1, OUT2
- Anschlüsse
des Ausgangstores
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
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