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Die Erfindung betrifft ein Multiband-Filter, welches einen Durchlassbereich für zumindest zwei Mobilfunkbänder aufweist, in denen Senden und Empfangen möglich ist. Darüber hinaus weist es einen Sperrbereich für ein drittes drahtloses Übertragungssystem auf.
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Multiband-Filter für mehrere Mobilfunkbänder mit unterschiedlichen Frequenzbereichen benötigten entweder einen breiten oder mehrere schmalere Passbandbereiche, um die verschiedenen, den Bändern zugeordneten Frequenzbereiche passieren lassen zu können.
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Aus den Patentschriften
US 5 815 052 A ,
US 6 043 725 A und
US 6 115 592 A sind Multiband-Filter bekannt, die aus einer Parallelschaltung zweier Bandpassfilter bestehen. Aus der
US 5 184 096 A ist ein breitbandiges Passbandfilter bekannt, welches eine Parallelschaltung von drei Bandpassfiltern umfasst. Weitere Multiband-Filter werden durch spezielle Auslegung der entsprechenden Filterschaltungen erhalten.
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Aus der
EP 1 347 573 A1 sind Tiefpassfilter, Hochpassfilter, Bandpassfilter oder Bandsperrfilter umfassende Multiplexer bekannt.
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Ein Problem bei bekannten Multiband-Filtern besteht darin, dass ein breiter Durchlassbereich nur in ausreichender Entfernung von einem Sperrbereich erhalten werden kann, oder, anders ausgedrückt, weisen bekannte Multiband-Filter nur einen Durchgangsbereich mit hin zum Sperrbereich abgeflachter Flanke auf, so dass diese Filter eine zu große Übergangsbreite zwischen Sperrband und erstem Durchlassband aufweisen.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Multiband-Filter anzugeben, welches zumindest zwei oberhalb eines Sperrbereichs liegende Durchlassbereiche für unterschiedliche Mobilfunkbänder aufweist und welches insbesondere mit einer kleinen und daher verbesserten Übergangsbreite zwischen Sperrbereich und Durchlassbereich ausgestattet ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Bandsperr-Filter mit den Merkmalen von Anspruch 1 und dessen Verwendung mit den Merkmalen von Anspruch 15 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind weiteren Ansprüchen zu entnehmen.
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Es wird ein Bandsperr-Filter vorgeschlagen, welches einen ersten und einen zweiten zueinander parallel geschalteten Filterzweig aufweist. Im ersten Filterzweig ist ein erstes Teilfilter angeordnet, das einen Bandpass mit einem ersten Durchlassbereich umfasst. Im zweiten Filterzweig ist ein zweites Teilfilter angeordnet, das einen Hochpass mit einem zweitem Durchlassbereich umfasst, welcher frequenzmäßig über dem ersten Durchlassbereich angeordnet ist. Darüber hinaus ist vom ersten Filterzweig aus ein Querzweig quer gegen Masse geschaltet, in dem ein Impedanzelement und insbesondere ein Resonator angeordnet ist. Mit einem solchen Aufbau wird ein Bandsperr-Filter erhalten, welches einen unterhalb des ersten Durchlassbereichs ausgebildeten Sperrbereich aufweist, der mit steiler Flanke in einen ersten Durchlassbereich übergeht. Oberhalb des ersten Durchlassbereichs bildet sich ein zweiter Durchlassbereich aus.
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Das Bandsperr-Filter ist auf einem mehrschichtigen Substrat aufgebaut, welches zumindest zwei strukturierte Metallisierungsebenen aufweist. Bandpass und Hochpass sind dabei aus LC-Elementen aufgebaut, die zumindest teilweise in dem mehrschichtigen Substrat integriert sind. Bei geeigneter Dimensionierung der LC-Elemente und bei einer entsprechenden Platzierung der Resonanzfrequenz des Resonators gelingt es, mehrere Durchlassbereiche mit extrem hoher relativer Bandbreite von jeweils mehr als 5% bei gleichzeitig geringer Einfügedämpfung zu erhalten, wobei der nahe gelegene Sperrbereich eine hohe Dämpfung und eine geringe Übergangsbreite zum ersten Durchlassbereich aufweist. Das zumindest teilweise in das Substrat integrierte Bandsperr-Filter ist außerdem kompakt und kostengünstig herstellbar.
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Vorteilhaft für eine steile Flanke zwischen dem Sperrbereich und dem ersten Durchlassbereich ist es, wenn als Impedanzelement ein elektroakustischer Resonator mit einer Güte von zumindest 500 eingesetzt ist. Vorzugsweise ist der Resonator so spezifiziert, dass seine Resonanzfrequenz ungefähr der oberen Kante des Sperrbereichs entspricht.
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Ein besonders breiter erster Durchlassbereich wird erhalten, wenn der Resonator einen hohen Pol-Nullstellen-Abstand aufweist. Bei einem elektroakustischen Resonator wird dieser Abstand umso größer, je höher die Kopplung des piezoelektrischen Materials des Resonators ist. Als hochkoppelnde Materialien für elektroakustische Resonatoren können beispielsweise Lithium-Niobat und Kalium-Niobat eingesetzt werden.
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Möglich ist es jedoch auch, den Pol-Nullstellen-Abstand eines elektroakustischen Resonators durch eine dazu in Serie geschaltete Induktivität zu vergrößern. In einer Ausgestaltung ist im Querzweig zur Masse daher der Resonator in Serie mit einer Induktivität verschaltet. In diesem Fall ist auch Lithiumtantalat als piezoelektrisches Material geeignet.
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Der elektroakustische Resonator kann ein SAW(Surface Acoustic Wave)-Resonator, ein BAW(Hulk Acoustic Wave)-Resonator oder ein keramischer Mikrowellenresonator sein, die jeweils mit hohen Güten zu verwirklichen sind.
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Von den LC-Elementen, aus denen Bandpass und Hochpass aufgebaut sind, ist zumindest ein Teil kostengünstig als integrierte Elemente im Substrat realisiert. Deren Güten liegen beispielsweise unter 50. Teile der LC-Elemente sind daher als diskrete Elemente in Form von Kondensatoren und/oder Spulen realisiert und insbesondere auf der Oberfläche des Substrats montiert das die integrierten LC-Elemente aufweist. Vorteilhaft ist es beispielsweise, die mit relativ geringen Fertigungstoleranzen herstellbaren Kapazitäten in Form von in das Substrat integrierten Elementen zu realisieren, zumindest einen Teil der Induktivitäten jedoch als diskrete Spule zu realisieren.
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In einer möglichen Anwendung des vorgeschlagenen Multiband-Filters entspricht der Sperrbereich dem für DVB-H System (digital video broadcast – handheld) reservierten Band zwischen 470 und 750 MHz, während erster und zweiter Durchlassbereich für die Sende- und Empfangsbänder den im 1 und 2 GHz-Bereich arbeitenden gängigen Mobilfunksystemen zugeordnet sind. Ein derart dimensioniertes Bandsperr-Filter weist also zumindest einen ersten Durchlassbereich zwischen 824 und 960 MHz und einen zweiten Durchlassbereich zwischen 1710 und 2170 MHz auf. Mit Hilfe von Serienkapazitäten, die ein- und ausgangsseitig des zweiten Filterzweigs mit dem Hochpass angeordnet sind, und von Serieninduktivitäten am Ein- und Ausgang des ersten Filterzweigs kann erreicht werden, dass immer nur einer der beiden Filterzweige transmittiert, während der jeweils andere Zweig einen Leerlauf darstellt.
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Es ist jedoch auch möglich, die Grenzfrequenz des Hochpass (zweites Teilfilter) in den Bereich des ersten Durchlassbereichs zu verlegen. Dies führt dazu, dass bei Beaufschlagung des Bandsperr-Filters mit Frequenzen im 1 GHz-Bereich sowohl der erste als auch der zweite Filterzweig Leistung übertragen kann. Signale im 2 GHz-Bereich werden jedoch ausschließlich im zweiten Filterzweig übertragen, während das erste Teilfilter einen Leerlauf darstellt. Durch eine derartige Wahl der Grenzfrequenz des Hochpass ist es möglich, ein sehr breites Übertragungsband zu realisieren, welches oberhalb des ersten Durchlassbereichs einen nur geringen Einbruch mit leicht erhöhter Dämpfung aufweist und bereits bei ca. 1300 MHz wieder optimal, d. h. mit geringer Einfügedämpfung transmittiert.
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Während die Durchlassbereiche praktisch ausschließlich von entsprechend dimensionierten LC-Elementen von Bandpass und Hochpass geschaffen werden, wird mit Hilfe des in einen Querzweig zum ersten Filterzweig angeordneten Impedanzelements ein steiler Übergang vom ersten Durchlassbereich in den Sperrbereich realisiert, der in einer Ausführung bis ca. 750 MHz mit einer Dämpfung von mindestens –13 dB und unterhalb von 700 MHz mit einer Dämpfung von mehr als –25 dB sperrt.
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Ein geeigneter Bandpass im ersten Filterzweig umfasst zumindest eine erste und eine zweite Serieninduktivität, eine erste und eine zweite Serienkapazität und quer dazu gegen Masse geschaltet, eine erste Parallelinduktivität. Der Bandpass kann außerdem eine dritte Serieninduktivität und wahlweise eine zweite Parallelinduktivität umfassen. Erste und zweite Parallelinduktivität sind jeweils in einem eigenen Querzweig zum zweiten Filterzweig angeordnet und können mit einer ebenfalls im jeweiligen Querzweig angeordneten Kapazität in Serie geschaltet sein.
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Ein geeigneter Hochpass im zweiten Filterzweig kann eine erste und eine zweite Serienkapazität und eine zwischen den beiden Serienkapazitäten in einem Querzweig gegen Masse angeordnete Induktivität umfassen. Die Induktivität im Querzweig des Hochpasses kann außerdem mit einer ebenfalls im Querzweig angeordneten Kapazität in Serie geschaltet sein.
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Wird das Bandsperr-Filter mit hoher Leistung beaufschlagt, wie es beispielsweise im Sendezweig eines Mobilfunksystems der Fall ist, so sollte der Resonator eine besondere Leistungsfestigkeit aufweisen und Signale von mehr als 30 dBm ohne Schaden aushalten können, was einer anliegenden Leistung von mehr als 1 Watt entspricht.
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Die Leistungsfestigkeit eines z. B. als Eintor-SAW-Resonator ausgebildeten Resonators kann durch Kaskadierung erhöht werden. Eine Vervierfachung der Leistungsfestigkeit wird beispielsweise mit einer zweifach Kaskade zweier in Serie geschalteter Resonatoren erhalten. Die Impedanz eines solchen kaskadierten Resonators kann dabei durch entsprechende Vervierfachung der Resonatorfläche gegenüber dem unkaskadierten Resonator unverändert bleiben.
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Eine geringere Leistungsbeaufschlagung erfährt der Resonator auch dann, wenn er im ersten Filterzweig in der Nähe des Signalausgangs angeordnet ist, bzw. wenn der Querzweig mit dem Resonator endständig im ersten Filterzweig angeordnet ist und das Bandsperrfilter mit einer entsprechenden Polarität verschaltet ist.
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Wird ein SAW-Resonator im Querzweig zum ersten Filterzweig eingesetzt, so kann dieser als 1-Tor-Resonator ohne Reflektoren ausgebildet sein. Dabei wird zusätzliche Chipfläche eingespart und damit auch die Substratfläche für das gesamte Bandsperr-Filter reduziert.
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Das vorgeschlagene Bandsperr-Filter kann insbesondere in Mobiltelefonen eingesetzt werden, die Sende- und Empfangspfade im ersten und im zweiten Durchlassbereich aufweisen. Wird das Filter dann im Sendepfad zwischen Antenne und Sendeverstärker eingesetzt, so können mit dem Bandsperr-Filter im Sperrbereich liegende Störsignale ausgefiltert werden, die infolge eines Rauschens des Sendeverstärkers auftreten können. Durch die hohe Unterdrückung von Signalen im Sperrbereich ist es möglich, einen ebenfalls im Mobilfunkgerät realisierten DVB-H Empfangszweig (= Digital Video Broadcast-Handheld) ohne Störung durch den gleichzeitigen Telefonbetrieb im ersten oder zweiten Durchlassbereich zu betreiben.
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Ohne ein solches Bandsperr-Filter wäre es möglich, dass das Rauschen des Sendeverstärkers im Bereich der DVB-H-Frequenzen zur zweiten für das DVB-H-System benötigten Antenne übertragen wird und dort für eine verminderte Empfangsqualität beziehungsweise eine Störung DVB-H-Empfangs sorgt. Vorzugsweise ist das Bandsperr-Filter daher in einem oder mehreren Sendezweigen zwischen einem Leistungsverstärker und der Antenne angeordnet. Zwischen Bandsperr-Filter und Antenne kann die Verzweigung zu weiteren Sende- und Empfangszweigen durch zumindest eines der Elemente Antennenschalter, Duplexer oder Diplexer oder durch Kombination der genannten Elemente vorgenommen sein.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung ist eine Überbrückungsschaltung für das Bandsperrfilter vorgehen, die das Bandsperrfilter aus dem Mobilfunkpfad – hier dem Sendepfad – herausnimmt und überbrückt, wenn DVB-H nicht aktiviert ist. Dadurch können die elektrische Verluste, die durch die zusätzlichen Filterelemente des Bandsperrfilters möglicherweise entstehen können, auf den Zeitraum beschränkt werden, in dem DVB-H aktiviert ist. Die Überbrückungsschaltung kann einen zusätzlichen Schalter umfassen, der einen Überbrückungspfad öffnet oder schließt.
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Im Folgenden wird das vorgeschlagene Bandsperr-Filter anhand von Ausführungsbeispielen und der dazugehörigen Figuren näher erläutert. Die Figuren sind rein schematisch und nicht maßstabsgetreu dargestellt und dienen allein der Erläuterung der Erfindung.
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Es zeigen:
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1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Bandsperr-Filters,
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2 ein zweites Ausführungsbeispiel,
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3 ein drittes Ausführungsbeispiel,
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4 ein viertes Ausführungsbeispiel,
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5 das Übertragungsverhalten der in den 1 bis 4 dargestellten Bandsperr-Filter,
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6 das Durchlassverhalten der isoliert betrachteten ersten und zweiten Filterzweige, und
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7 im schematischen Querschnitt ein auf einem mehrschichtigen Substrat realisiertes Bandsperr-Filter.
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1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines vorgeschlagenen Bandsperr-Filters. Zwischen einem ersten Anschluss T1 und einem zweiten Anschluss T2 sind ein erster Filterzweig FZ1 und ein zweiter Filterzweig FZ2 parallel geschaltet. Im ersten Filterzweig FZ1 ist ein Bandpass BP angeordnet. Dieser umfasst in Serie geschaltet eine erste Induktivität L1, eine erste Kapazität C1, eine dritte Kapazität C3 und eine fünfte Induktivität L5. Zwischen der ersten und dritten Kapazität C1, C3 ist in einem Querzweig gegen Masse eine zweite Induktivität L2 angeordnet. Zwischen der dritten Kapazität C3 und der fünften Induktivität L5 ist in einem weiteren Querzweig gegen Masse ein Resonator R und dazu in Serie eine vierte Induktivität L4 angeordnet. Die Nummerierung bedeutet dabei nicht, dass eine entsprechende Anzahl des jeweiligen Schaltungselementtyps vorhanden ist. Vielmehr zählt die Nummerierung über alle, d. h. auch unterschiedliche Elemente oder Schaltungspunkte hoch.
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Beide Filterzweige FZ1 und FZ2 sind auf einem mehrschichtigen Substrat realisiert. Dabei können sämtliche Kapazitäten als integrierte Kapazitäten innerhalb des mehrschichtigen Substrats in Form von Metallisierungsflächen realisiert sein, die in einander benachbarten Metallisierungsebenen des Substrats strukturiert sind. Ebenso kann ein Teil der Induktivitäten L als integrierte Elemente im Mehrschichtsubstrat realisiert sein. Zumindest ein Teil der Induktivitäten ist jedoch jeweils als diskretes Bauelement realisiert und vorzugsweise auf der Oberfläche des Mehrschichtsubstrats montiert. Der Resonator R ist vorzugsweise ein elektro-akustischer Resonator, beispielsweise ein SAW-Resonator, der als bloßer Chip (Bare Die) mittels Flip-Chip-Technik ebenfalls auf der Oberfläche des Mehrschichtsubstrats angeordnet und mit der im Substrat integrierten Verschaltung elektrisch verbunden ist.
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Der im zweiten Filterzweig realisierte Hochpass HP umfasst eine sechste Kapazität C6 und eine achte Kapazität C8, zwischen denen in einem Querzweig gegen Masse eine siebte Induktivität L7 angeordnet ist.
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2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines vorgeschlagenen Bandsperr-Filters, bei dem im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel innerhalb des Hochpasses im Querzweig und in Serie zur siebten Induktivität L7 eine siebte Kapazität C7 gegen Masse geschaltet ist. Aufgrund des zusätzlichen Schaltungselements (7. Kapazität) sind die diskreten Werte der übrigen Schaltungselemente neu optimiert. Dies führt dazu, dass nicht nur die Schaltungselemente des Hochpasses HP, sondern auch die Schaltungselemente innerhalb des Bandpasses BP andere diskrete Werte annehmen können. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass jedes der beiden Filter mit Hilfe entsprechend dimensionierter Schaltungselemente des zweiten Filters angepasst wird und umgekehrt. Allein aufgrund dieser Tatsache können sich bei den diskreten Werten der Schaltungselemente auch größere Unterschiede zu den Werten ergeben, die im ersten Ausführungsbeispiel für den dort vom Ersatzschaltbild her identischen Bandpass gewählt werden können.
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3 zeigt ein weiteres (drittes) Ausführungsbeispiel eines Bandsperr-Filters, welches ausgehend vom zweiten Ausführungsbeispiel eine weitere Kapazität aufweist, die als zweite Kapazität C2 in Serie zur zweiten Induktivität L2 in den entsprechenden Querzweig gegen Masse geschaltet ist. Der Hochpass HP bleibt gegenüber dem zweiten Ausführungsbeispiel bezüglich der Schaltungsanordnung unverändert, ebenso die Anordnung der Schaltungselemente des Bandpasses BP gegenüber dem zweiten Ausführungsbeispiel, nicht aber deren diskrete Werte.
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4 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel einer Bandsperre, bei dem die Anordnung der Schaltungselemente gegenüber dem dritten Ausführungsbeispiel im Hochpass HP unverändert bleibt. Der Bandpass BP dagegen umfasst nun im ersten Filterzweig FZ1 in Serie geschaltet eine erste Induktivität L1, eine erste Kapazität C1, eine vierte Induktivität L4, eine siebte Kapazität C7 und eine siebte Kapazität L7. In einem Querzweig gegen Masse ist zwischen der ersten Kapazität C1 und der vierten Induktivität L4 eine zweite Kapazität C2 und eine zweite Induktivität L2 in Serie geschaltet. Ein erster Querzweig gegen Masse zwischen der vierten Induktivität L4 und der siebten Kapazität C7 umfasst eine dort angeordnete fünfte Induktivität L5. In einem dritten Querzweig gegen Masse, direkt benachbart zum zweiten Querzweig, ist in Serie ein Resonator R und eine sechste Induktivität L6 angeordnet. Auch hier gilt, dass bei einer Optimierung des Bandsperrfilters nicht nur die diskreten Werte der Querschaltungselemente verändert werden, die unterschiedlich gegenüber den anderen Ausführungsbeispielen sind, sondern sämtliche Komponenten eines Filters ebenso wie die Schaltungselemente des zweiten Filters angepasst bzw. neu optimiert sind.
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5 zeigt die simulierten Übertragungsfunktionen der vier Ausführungsbeispiele in Form ihrer Streuparameter S21. In das Diagramm eingezeichnet sind der Sperrbereich SP, der erste Durchlassbereich D1 und der zweite Durchlassbereich D2, die hier so gewählt sind, dass der Sperrbereich SP mit dem Frequenzbereich des DVB-H Systems zusammenfällt, während D1 sämtliche Frequenzen der 1 GHz-Mobilfunkbänder und D2 sämtliche Frequenzen der 2 GHz-Mobilfunkbänder umfasst.
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Es zeigt sich, dass sämtliche Durchlasskurven 1 bis 4 der Ausführungsbeispiele 1 bis 4 die Spezifikationen für diese gedachte Anwendung erfüllen. Ein leichter Einbruch der Übertragungsfunktion zwischen erstem Durchlassbereich D1 und zweitem Durchlassbereich D2 ist für die gewünschte Anwendung unschädlich, da dort keine Mobilfunkbänder vorhanden sind.
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Durch geeignete Dimensionierung der Schaltungselemente L und C sowie durch geeignete Resonanzfrequenz des Resonators R ist es jedoch auch möglich, die Spezifikationen des Bandsperr-Filters und insbesondere Sperrbereiche SP sowie ersten und zweiten Durchlassbereich D1, D2 individuell auf ein anderes Problem hin zu optimieren.
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6 zeigt nochmals die Übertragungsfunktion BS des Bandsperrfilters nach dem ersten Ausführungsbeispiel, die in einer Simulation den isoliert betrachteten Teilübertragungsfunktionen von Hochpass HP und Bandpass BP gegenüber gestellt wird. Aus den Teilübertragungsfunktionen zeigt sich, dass der Hochpass HP im zweiten Durchlassbereich D2 mit minimaler Einfügedämpfung durchlässt. Jedoch auch im ersten Durchlassbereich D1 kann noch viel Energie übertragen werden, da die Grenzfrequenz des Hochpasses HP am oberen Rand des ersten Durchlassbereichs D1 liegt. Die Grenzfrequenz ist die Frequenz, bei der das entsprechende Hochpassfilter HP 3 dB-Dämpfung gegenüber dem Punkt mit der geringsten Einfügedämpfung innerhalb des zweiten Durchlassbereichs D2 aufweist. Der isolierte Bandpass BP zeigt eine starke Fehlanpassung. Die Teilübertragungsfunktion erzeugt im Wesentlichen die linke Flanke der Gesamtübertragungsfunktion hin zum Sperrbereich. Dennoch wird durch Parallelschaltung dieser beiden Filter (Bandpass, Hochpass) die in der 6 dargestellte Übertragungskurve BS für die Bandsperre erhalten. Dies zeigt, dass sich die beiden Filterzweige gegenseitig anpassen und daher keine äußeren Anpasselemente mehr benötigen.
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7 zeigt ausschnittsweise und im schematischen Querschnitt eine mögliche Realisierung von Schaltungskomponenten für das vorgeschlagene Bandsperr-Filter. Dieses ist hier auf einem mehrschichtigen Substrat SU aufgebaut, welches in der dargestellten Ausführung zwei innen liegende Metallisierungsebenen M1 und M2 aufweist. Das Substrat ist vorzugsweise aus Keramik und insbesondere aus LTCC-Keramik (low temperature cofired ceramics). Möglich sind aber auch Mehrschichtsubstrate aus anderen Keramiken oder aus einem gegebenenfalls gefüllten dielektrischen Kunststoffleiterplattenmaterial. In den Metallisierungsebenen M1, M2 sind Leiterbahnen und metallisierte Flächen angeordnet, die miteinander über Durchkontaktierungen verschaltet sein können.
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Auf der Oberfläche des Substrats SU ist als diskrete Komponente auf jeden Fall ein Resonator R z. B. wie hier in Flipchip-Bauweise mit Hilfe von auf der Oberfläche des Substrats angeordneten bondbaren Kontakten verbunden. Der Resonator ist hier als SAW-Resonator dargestellt. Möglich ist es jedoch auch, den Resonator als BAW- oder Mikrowellenkeramikresonator auszubilden.
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Als weitere diskrete Schaltungskomponente ist hier eine Induktivität L ebenfalls auf der Oberfläche des Substrats SU angeordnet und elektrisch beispielsweise als SMD Bauelement (= surface mounted device) mit der Schaltung innerhalb des Substrats verbunden. Eine Kapazität C ist beispielhaft durch zwei in einander benachbarten Metallisierungsebenen M1, M2 angeordnete Metallisierungsflächen realisiert, wie in der 7 dargestellt. Weitere Induktivitäten können in Form von Induktivitätsbehafteten Metallisierungen und Durchkontaktierungen realisiert sein. Besonders hohe Induktivitätswerte können durch längere Leiterbahnen und insbesondere durch z. B. mäandrierende Leiterbahnen mit einer geeigneten, proportional zur Induktivität ausgebildeten elektrischen Länge oder als Spiralen oder über mehrere Metallisierungsebenen realisierte Spulen ausgeführt werden. Vorzugsweise wird das Substrat SU und die darin und darauf realisierte Schaltung des Bandsperr-Filters über Außenkontakte AK, AK' kontaktiert, die auf der Unterseite des Substrats angeordnet sind.
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Im folgenden werden konkrete Werte angegeben, wie die Schaltungselemente des ersten Ausführungsbeispiels entsprechend einer Optimierung dimensioniert werden können, um das gewünschte Durchlassverhalten des Bandsperr-Filters zu erhalten. Die Induktivitätswerte sind dabei in nH angegeben, die Kapazitätswerte in pF:
L1 = 28,62
C1 = 1,65
L2 = 0,80
C3 = 12,42
L4 = 6,21
L5 = 7,34
C6 = 3,05
L7 = 4,12
C8 = 3,12.
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Für das erste Ausführungsbeispiel wird die Resonanzfrequenz des Resonators R so gewählt, dass sie im Bereich der oberen Flanke des Sperrbereichs SP zu Liegen kommt. Dabei wird berücksichtigt, dass die vierte Induktivität L4, die in Serie zum Resonator R geschaltet ist, die Resonanzfrequenz hin zu niedrigeren Frequenzen verschiebt. Ohne diese Induktivität wäre eine entsprechend niedrigere Resonanzfrequenz des Resonators zu wählen.
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Im Beispiel wird ein Lithium-Tantalat SAW Resonator mit einer Resonanzfrequenz von 773 MHz, einer Antiresonanzfrequenz von 801 MHz und einer statischen Kapazität von 4,44 pF verwendet. In entsprechender Weise können durch geeignete Optimierungsverfahren die diskreten Werte für die Schaltungselemente der in den 2 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiele ermittelt werden. Mit den dargestellten Simulationsergebnissen wird jedoch nachgewiesen, dass die vorgestellten Bandsperr-Filter die gewünschten Eigenschaften aufweisen. Im Einzelnen sind dies die große Breite des gesamten Durchlassbereichs, in dem das Bandsperr-Filter eine niedrige Dämpfung aufweist. Dieser gesamte Durchlassbereich ist zur Aufnahme mehrerer unterschiedlicher Mobilfunkbänder oder anderer drahtloser Anwendungen geeignet. Weiterhin zeigen die vorgestellten Bandsperr-Filter eine steile Flanke hin zu einem Sperrbereich, wobei eine Übergangsbandbreite von ca. 10% relativer Bandbreite erreicht werden kann. Der Sperrbereich wiederum zeichnet sich ebenfalls durch eine hohe Breite aus. Die relative Bandbreite des Sperrbereichs gemäß den Spezifikationen des DVB-H-Systems beträgt beispielsweise ca. 55% relativer Bandbreite, bezogen auf die Mittenfrequenz bei 510 MHz. Mithin wird ein Bandsperr-Filter angegeben, welches bisher nicht erreichte Eigenschaften durch die neue Kombination Bandpass und Hochpass erzielt, die zumindest zum Teil in Form von integrierten LC-Elementen realisiert ist.
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Die Erfindung ist nicht auf die in den Ausführungsbeispielen dargestellten Einzelschaltungen beschränkt. Es ist klar, dass die Einzelfilter durch Hinzufügen und Weglassen einzelner Schaltungskomponenten variiert werden können. Prinzipiell sind weitere LC-Schaltungen für Bandpass- und Hochpassfilter bekannt und können im vorgeschlagenen Bandsperr-Filter eingesetzt werden. Dabei sind auch unterschiedliche Kombinationen bekannter und neu konstruierter Bandpass- und Hochpassfilter möglich.
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Bezugszeichenliste
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- BP
- Bandpass
- BS
- Bandsperre
- C1, C2, ...
- Kapazitäten
- FZ1, FZ2
- erster und zweiter Filterzweig
- HP
- Hochpass
- L1, L2, ...
- Induktivitäten
- R
- Resonator
- 1–4
- Durchlasskurven von Beispiel 1–4
- T1, T2
- Anschlüsse
- D1, D2
- erster und zweiter Durchlassbereich
- SPS
- Sperrbereich
- AK
- Außenkontakt
- M
- Metallisierungsebene
- SU
- Substrat