DE69616170T2

DE69616170T2 - Anpassungsgerät für akustische Oberflächenwellenanordnung

Info

Publication number: DE69616170T2
Application number: DE69616170T
Authority: DE
Inventors: Sigmund Bardal
Original assignee: Alcatel SA
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 1995-06-28
Filing date: 1996-06-07
Publication date: 2002-06-06
Anticipated expiration: 2016-06-08
Also published as: EP0751616B1; NO301202B1; ATE207674T1; DE69616170D1; US5757248A; NO952589D0; EP0751616A1; JPH09107262A; CA2180172A1; NO952589L; CA2180172C

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zum Anpassen und Abstimmen eines akustischen Oberflächenwellenfilters (SAW-Filter) an die charakteristische Impedanz Z&sub0; eines externen Systems, um Reflexionsverluste zu verringern. Typischerweise ist Z&sub0; = 50 Ω. SAW-Filter haben normalerweise eine hohe (kapazitive) Impedanz. Die Anordnung umfaßt einen Leistungsteiler/Kombinierer mit 180º Phasendifferenz zwischen den zwei Ausgangsanschlüssen des Teilers oder Eingangsanschlüssen des Kombinierers.
Der Einfügungsverlust des Filters ist aufgrund von dessen hohem Q-Wert sehr empfindlich gegen Verlust im Anpassungsnetzwerk. Zusätzliche Anforderungen sind einfache Abstimmbarkeit und Herstellbarkeit. Eine Abstimmung des Anpassungsnetzwerks ist aufgrund von Herstellungsstreuungen bei der SAW-Filterimpedanz erforderlich.
Bei niedrigeren Frequenzen (< 500 MHz) werden diverse L- oder Pi-Netze benutzt, die aus Kondensatoren, Induktivitäten und eventuell Widerständen bestehen. Das Hauptprinzip der herkömmlichen Anordnungen ist, die SAW-Filterkapazität entweder durch einen Shunt oder eine Reihen-Induktivität zu kompensieren, normalerweise mit einer zusätzlichen Transformation der resultierenden realen Impedanz zur charakteristischen Impedanz Z&sub0;. Die Abstimmung wird normalerweise bewerkstelligt durch Anpassen der Wicklungen einer oder mehrerer Induktivitäten.
Lösungen, die Induktivitäten verwenden, werden bei höheren Frequenzen (> 500 MHz) verlustreich. Dies gilt besonders, wenn Materialien mit hoher Permeabilität verwendet werden, was normalerweise notwendig ist, um die Magnetfelder so einzuschließen, daß direkte Kopplung zwischen Eingang und Ausgang des Filters minimiert wird (HF-Isolation). Außerdem sind parasitäre Effekte relativ schwierig genau vorherzusagen. Es gibt auch eine Schwierigkeit beim Modellieren, die mit der Definition einer Masseebene des Anpassungsnetzwerks zusammenhängt.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist, ein Anpassungssystem für SAW-Filter anzugeben, insbesondere im Hochfrequenzbereich oberhalb 500 MHz. Dies wird mit der in den Ansprüchen definierten Anordnung erreicht.
Die Grundidee ist, Induktivitäten zu vermeiden, indem die SAW-Filterimpedanz transformiert wird und die transformierte Impedanz mit einem Shunt-Kondensator kompensiert wird. Die Lösung wird ohne Durchgangslöcher und Masseverbindungen vom Substrat oder der Leiterplatte realisiert.
Eines der Hauptmerkmale der Erfindung ist, daß die Anordnung eine einstellbare Kondensatoreinrichtung umfaßt, die zwischen einem Leistungsteiler/Kombinierer und einem akustischen Oberflächenwellen-(SAW)--Filter installiert ist, um die Impedanz des SAW-Filters an die charakteristische Impedanz eines externen Systems anzupassen und abzustimmen.
Die Kondensatoreinrichtung ist selbst nicht einstellbar. Bei einer Ausgestaltung 1 wird die Position des Kondensators auf verschiedene Positionen eingestellt, bei einer anderen Ausgestaltung hat der Kondensator eine feste Position, aber Bonddrähte werden eingestellt, um unterschiedliche Montagepositionen des Kondensators zu simulieren.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung wird das Ziel der Erfindung erreicht durch eine Konversion von einem ungleichgewichtigen zu einem gleichgewichtigen Mikrostreifen basierend auf einem üblichen Wilkinson-Teiler in Kombination mit einer 180º-Phasenverschiebung zwischen den zwei Ausgangsarmen des Teilers.
Aus dem Stand der Technik, z. B. aus US-Patent Nr. 4 870 376 ist es gut bekannt, Wilkinson-Kombinierer und Mikrostreifenleitungsanordnungen in Verbindung mit SAW-Komponenten zu verwenden. Dieses US-Patent betrifft jedoch monolitische elastische Faltungsausgabeschaltungen (elastic convolver circuits) und ist nicht anwendbar auf das Anpassen und Abstimmen von SAW-Filterwandlern.
US-Patent 5 045 743 beschreibt ein akustisches Oberflächeriwellenbauelement mit einem akustischen Oberflächenwellenfaltungselement, das mit zwei auf einem piezoelektrischen Substrat angeordneten Eingangswandlern und einem rechteckigen Ausgangstor versehen ist, das zwischen den zwei Eingangswandlers angeordnet ist. Das Faltungselement hat auch eine Ausgabeanpassungsschaltung, die versucht, die zugewiesene Frequenzbandbreite, so wie sie ist, bestmöglich zu nutzen und dabei die Ausgabe auf dem höchstmöglichen Niveau zu halten.
US-Patent Nr. 4 460 877 betrifft ein Breitband-Leiterplatten-Symmetrierglied (Balun), das Allpaßfilter mit gekoppelten Streifen verwendet. Eine Ausgestaltung des beschriebenen Balun (balanced/unbalanced device) verwendet einen Wilkinson-Leistungsteiler/Kombinierer.
Die folgenden Vorteile werden mit der vorliegenden Erfindung erreicht:
- Anpassung von Hochfrequenz-SAW-Filtern unter Minimierung von übermäßigen Verlusten;
- einfache Herstellung und Abstimmung;
- keine Induktivitäten und Masseverbindungen (nur Substrat/Leiterplattenmasseebene, keine Durchgangsverbindungen), gewährleistet einfache und exakte Simulation und Realisierung;
- wegen der gleichgewichtigen (ausbalancierten) Natur der SAW-Filterzuführung ist das Problem der direkten elektromagnetischen Kopplung zwischen Eingabe und Ausgabe minimiert.
Die oben erwähnten und andere Aufgaben und Ziele der vorliegenden Erfindung ergeben sich deutlich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von Ausgestaltungen der Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigen:
- Fig. 1 eine erste Ausgestaltung der Erfindung; und
- Fig. 2 eine zweite Ausgestaltung der Erfindung.
In der nicht maßstäblichen Fig. 1 sind die Gegenstände 1 und 2 Eingabe- und Ausgabeanpassungsnetze, wohingegen Gegenstand 3 ein SAW-Filter ist, das aus auf einem piezoelektrischen Kristall 6 angeordneten Interdigitalwandlern 4 und 5 besteht. Zwischenverbindungen von Gegenständen 1 und 2 zum Gegenstand 3 sind nicht gezeigt. Eingabe- und Ausgabeanpassungsnetze sind abgesehen von der Vertauschung der Eingabe- und Ausgabeanschlüsse identisch, d. h. das Ausgabenetz 2 ist eine gespiegelte Version des Eingabenetzes 1. Daher wird nur eine Beschreibung des Eingabenetzes 1 geliefert.
Das Eingabeanpassungsnetz besteht aus einem Substrat 7 aus Keramik oder gedrucktem Leiterplattenmaterial. Ein Metallmuster bildet Mikrostreifenleitungen mit charakteristischen Impedanzen wie unten beschrieben. Die unterschiedliche Dicke der diversen gezeichneten. Leitungen bezeichnet unterschiedliche Impedanzen. Der Eingabe-Mikrostreifen 8 hat die gleiche charakteristische Impedanz Z&sub0; wie die Eingabeimpedanz der externen Schaltungen. Ein Wilkinson- Teiler 9 besteht aus zwei Mikrostreifenarmen mit charakteristischer Impedanz 2 Z&sub0;, wobei jeder der Arme eine physikalische Länge hat, die einer 90º-Phasenverschiebung entspricht, und einem Widerstand 10 mit R = 2Z&sub0;. Am Ausgang des Wilkinson-Teilers liegt ein 180º- Phasenschieber. Dieser besteht aus zwei Mikrostreifenleitungen 11 und 12 mit charakteristischer Impedanz Z&sub0; und mit einer Differenz in der physikalischen Länge, die einer 180º-Phasenverschiebung entspricht.
Die Funktion des Wilkinson-Teilers ist eine Umwandlung von ungleichgewichtiger (unbalancierter) zu gleichgewichtiger (Ausbalancierter) Versorgung des SAN-Filters. Dies kann mit einem beliebigen Leistungsteiler mit 180º-Phasenverschiebung erreicht werden. Zwei Mikrostreifenleitungen 13 und 14 mit der charakteristischen Impedanz Z&sub0; sind der erste Teil der Leitungen, die den Phasenschieber mit dem SAW-Filter verbinden. Diese zwei Leitungen sind parallel und haben eine Trennung, die der Länge des Kondensators 15 entspricht, der diese Leitungen verbindet. Die Länge der Leitungen 13 und 14 ist der Bereich, in dem der Kondensator positioniert sein kann. Die Länge des verbleibenden Teiles 16 und 17 der Mikrostreifenleitung, die den Phasenschieber mit dem SAW-Filter verbindet, ist gegeben durch die SAW- Filterimpedanz, die charakteristische Impedanz und die Arbeitsfrequenz des SAW-Filters. Diese Leitungen, die als gerade Linien gezeigt sind, können einen willkürlichen Verlauf haben, solange sie die gleiche Länge haben.
Eine Abstimmung des Anpassungsnetzwerks wird durchgeführt durch Anpassen der Position des Kondensators entlang der zwei Leitungen 13 und 14, bevor er in der richtigen Position befestigt wird.
In Fig. 2 zeigt ein Anpassungsnetzwerk 19 eine zweite Ausgestaltung der Erfindung. Die Bezugszeichen 8 bis 12 zeigen Komponenten, die mit in Verbindung mit Fig. 1 beschriebenen Komponenten identisch sind. Von den Leitungen 11 und 12 gehen wie angegeben Mikrostreifenleitungen 20/22 und 21/23 aus. Diese Leitungen, die in Fig. 2 als gerade Linien gezeigt sind, können einen willkürlichen Verlauf haben, solange sie die gleiche Länge haben, Ein ortsfester Kondensator 24 ist zwischen den Leitungen 20 und 21 positioniert. Eine Anzahl von Spalten 25 bis 28 ist in den. Leitungen 22 und 23 angeordnet. Jeder der Spalte ist durch eine Anzahl (2 bis 5) von Bonddrähten 29 überbrückt. Ein Abstimmen des Anpassungsnetzwerks wird durchgeführt durch Durchschneiden von einem oder mehreren der Bonddrähte 29 eines oder mehrerer der überbrückten Spalte 25 bis 28. Dies entspricht einer Veränderung der effektiven elektrischen Länge der Leitungen 21 und 23 und hat daher die gleiche Funktion wie das in Verbindung mit Fig. 1 beschriebene Bewegen des Kondensators.
Es wird ein Beispiel betrachtet, wo die Leitungssegmente (22, 23) 50 Ω haben, mit einem Spalt in jedem Segment, wobei jeder Spalt von zwei Bonddrähten überbrückt ist. Wenn die Bonddrähte 2 mm lang sind und einen Durchmesser von 0,025 mm haben, ergibt das Durchschneiden eines der Bonddrähte in jedem Spalt eine vergrößerte elektrische Länge, die einer seitlichen Verschiebung des Kondensators um 0,2 mm entspricht. Die Bonddrähte können 1-3 mm lang sein, mit einem Durchmesser von 0,01 bis 0,1 mm.
Die oben erwähnten Ausgestaltungen der Erfindung müssen lediglich als Beispiele aufgefaßt werden und sollten nicht als Beschränkungen des Umfanges der Erfindung angesehen werden. Zum Beispiel kann die charakteristische Impedanz der Mikrostreifenleitungen (11, 12, 13, 14, 15, 16, 17) einen anderen Wert als Z&sub0;, z. B. 21, haben, so lange die charakteristische Impedanz der Arme des Wilkinson-Teilers 9 entsprechend geändert wird, so daß Z&sub1; am Eingang 8 des Wilkinson-Teilers in Z&sub0; transformiert wird.

Claims

1. Anordnung zum Anpassung und Abstimmen der Impedanz eines akustischen Oberflächenwellenfilters (SAW- Filter) (3) an die charakteristische Impedanz eines externen Systems, mit einem Leistungsteiler/Kombinierer mit 180º Phasendifferenz zwischen den zwei Ausgangsanschlüssen des Teilers oder den zwei Eingangsanschlüssen des Kombinierers, ferner mit einer einstellbaren Kondensatoreinrichtung, die einen zwischen zwei Mikrostreifenleitungen (13/16, 14/17; 20/22, 21/23) geschalteten. Kondensator (15, 24) umfasst, die die Impedanz des akustischen Oberflächenwellenfilters wandelt, wobei die einstellbare Kondensatoreinrichtung zwischen das akustische Oberflächenwellenfilter (3) und die zwei Ausgangsanschlüsse des Leistungsteilers oder die zwei Eingangsanschlüsse des Kombinierers geschaltet ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, bei dem die Anordnung ein Mikrostreifennetzwerk ist, wobei der Leistungsteiler/Kombinierer einen Wilkinson-Teiler (9, 10) in Kombination mit einem 180º-Phasenschieber (11, 12) zwischen den Ausgangsarmen (13, 14; 20, 21) des Teilers (9, 10) umfasst.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Kondensator zwischen zwei parallele Mikrostreifenleitungen (13, 14) geschaltet ist und bei der die Impedanz eine Funktion der einstellbaren seitlichen Position des Kondensators zwischen den parallelen Mikrostreifenleitungen ist, wodurch die Abstimmung oder Anpassung möglich wird.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Kondensator an einer festgelegten Position (24) zwischen zwei parallele Mikrostreifenleitungen (20/22, 21/23) geschaltet ist und bei der die Impedanz eine Funktion der einstellbaren Länge der parallelen Mikrostreifenleitungen ist, wodurch die Abstimmung oder Anpassung möglich wird.

5. Anordnung nach Anspruch 4, bei der die Länge der parallelen Mikrostreifenleitungen (20/22, 21/23) durch Manipulieren einer Anzahl von Bonddrähten (29) einstellbar ist, die zum Überbrücken von Spalten (25/28) in den Mikrostreifenleitungen verwendet sind.

6. Anordnung nach Anspruch 5, bei der die parallen Mikrostreifenleitungen (20/22, 21/23) Leitungssegmente (23, 23) mit einer charakteristischen Impedanz von 50 Ohm umfassen, wobei jedes der Leitungssegmente wenigstens einen besagten Spalt umfasst, jeder besagte Spalte durch wenigstens zwei Bonddrähte (29) überbrückt ist und jeder Bonddraht eine Länge zwischen 1 und 3 mm und einen Durchmesser zwischen 0,01 und 0,1 mm hat.