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WO2007090370A1 - Duplexer - Google Patents

Duplexer Download PDF

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WO2007090370A1
WO2007090370A1 PCT/DE2007/000175 DE2007000175W WO2007090370A1 WO 2007090370 A1 WO2007090370 A1 WO 2007090370A1 DE 2007000175 W DE2007000175 W DE 2007000175W WO 2007090370 A1 WO2007090370 A1 WO 2007090370A1
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WO
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filter
band
transmission
branch
receiving
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Ceased
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PCT/DE2007/000175
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Jakob
Maximilian Pitschi
Gholamreza Dadgar Javid
Karl-Christian Wagner
Jürgen KIWITT
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TDK Electronics AG
Original Assignee
Epcos AG
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Publication date
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Ceased legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic elements; Electromechanical resonators
    • H03H9/70—Multiple-port networks for connecting several sources or loads, working on different frequencies or frequency bands, to a common load or source
    • H03H9/703—Networks using bulk acoustic wave devices
    • H03H9/706—Duplexers
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic elements; Electromechanical resonators
    • H03H9/70—Multiple-port networks for connecting several sources or loads, working on different frequencies or frequency bands, to a common load or source
    • H03H9/72—Networks using surface acoustic waves
    • H03H9/725—Duplexers

Definitions

  • a duplexer is a circuit that includes a transmit filter and a receive filter.
  • Filters with ladder type resonators are e.g. B. from the document US 6,747,530 Bl.
  • Different shunt branches of the ladder type arrangement are electrically coupled together to produce poles in the transfer function of the filter.
  • An object to be solved is to specify a duplexer with a high isolation in its reception band.
  • a duplexer is specified, with a transmit branch and a receive branch, which are connected to a common antenna.
  • the transmission branch is permeable to signals in the transmission band and the reception branch to signals in the reception band.
  • a band-stop filter is arranged with a stopband, which generates a short circuit to ground in the stopband.
  • the receiving band lies at least partially in the stop band of the band-stop filter.
  • a short circuit to ground is generated in the transmission branch in the reception band or in the vicinity of the reception band, a high isolation of the duplexer and, on the other hand, a high insertion attenuation of the transmission branch can be achieved in the reception band.
  • a receiving filter (Fl) is arranged, in whose passband the receiving band is located.
  • a transmission filter is arranged in the transmission branch, in whose transmission range the transmission band lies, wherein the transmission filter comprises the band-stop filter.
  • the transmit filter is preferably a bandpass filter, but in principle may also be a low-pass filter.
  • the transmission filter preferably has a matching element which is connected between the antenna and the band-stop filter.
  • the adapter is preferably in the series branch, i. H. Signal path of the transmission branch arranged.
  • the matching element may be a capacitance or an acoustic resonator.
  • the filters arranged in the duplexer preferably comprise resonators operating with acoustic waves.
  • a ladder-type arrangement of resonators in the respective filter is considered to be particularly advantageous.
  • a ladder-type arrangement comprises transverse branches and at least one series branch, which is arranged between two successive transverse branches. In each series and shunt branch at least one resonator is arranged. The shunt arms connect the signal path to ground.
  • the signal path always connects two signal-carrying connections.
  • a signal path transmission path
  • a further signal path reception path between the antenna connection and the signal-carrying connection of the reception branch. switched on branch.
  • the transmission filter preferably has at least two shunt branches, which branch off from the transmission path at different electrical nodes and both are connected to a common inductance to ground.
  • the bandstop filter with the coupled shunt branches of a ladder type arrangement has the advantage that it can be realized in a transmission filter with only a few base members.
  • the use of a limited number of base members has the advantage that only relatively small losses occur, so that in particular in the transmission band, a low insertion loss of the transmission branch can be achieved.
  • a pole in the transmission function of the transmission filter can also be achieved by measures described in US Pat. No. 6,747,530 B1.
  • the band-stop filter can in principle also be formed by a single transverse branch, which has a series resonant circuit. At the resonant frequency of the series resonant circuit then a short circuit to ground is achieved.
  • a phase shifter is preferably arranged, which realizes a phase rotation of 180 ° in the Smith diagram at a transmission frequency.
  • This can be z. B. be a ⁇ / 4 line, where ⁇ is the electrical wavelength at the transmission frequency.
  • duplexer will be explained in more detail on the basis of exemplary embodiments and the associated figures. It show schematically Figure 1 equivalent circuit diagram of a duplexer with a band-stop filter in the transmission branch, which generates a short circuit to ground in the receiving band
  • Figure 1 shows an equivalent circuit diagram of a duplexer with a transmit path TX and a receive path RX, both of which are connected to a common antenna port ANT.
  • the antenna of the duplexer which can be connected to the antenna connection ANT is characterized by an antenna impedance Za.
  • the reception path RX is arranged between the antenna terminal ANT and the reception output RX-OUT.
  • the transmission path TX is arranged between the antenna connection ANT and the transmission input TX-IN.
  • a reception filter Fl and in the transmission path TX a transmission filter F2 is arranged in the reception path RX.
  • a phase shifter PS is arranged between the antenna terminal ANT and the reception filter Fl.
  • Both filters Fl, F2 preferably contain resonators operating with surface acoustic waves or bulk waves.
  • these are resonators arranged in different shunt branches of the transmission branch, which are referred to as parallel resonators PR1, PR2, and a resonator arranged in the series branch of the transmission path TX, which is referred to as a series resonator SR.
  • parallel resonators PR1, PR2 a resonator arranged in the series branch of the transmission path TX
  • SR series resonator SR
  • several series resonators and more than just two shunt branches with at least one parallel resonator can also be provided in the filter F1 and / or F2.
  • Between two shunt branches preferably at least one series resonator is arranged.
  • the arrangement of parallel sonators and series resonators is referred to as a ladder type arrangement.
  • the transmission filter P2 further comprises a matching element Zm, which is arranged in a series branch between the antenna connection ANT and the ladder-type arrangement of the resonators PR1, PR2, SR.
  • the matching element Zm may be a capacitance or a resonator whose resonant frequency is preferably outside the bandwidth of the transmitting branch and the receiving branch, so that essentially only the static capacitance of the resonator provided as the matching element Zm is decisive, especially in the receiving band.
  • the parallel resonators PR1, PR2 are both connected to a common inductance L, which is connected to ground.
  • the circuit of the resonators SR, PR1, PR2 and the inductance L acts collectively as an effective series resonant circuit arranged in a shunt branch.
  • This series resonant circuit which is formed by the inductance L and the static capacitances of the resonators SR, PR1, PR2, generates a short circuit to ground at its resonant frequency and therefore acts as a band-stop filter.
  • the short-circuit is preferably essentially transformed into an open circuit by means of the matching element Zm at the antenna-side output of the transmitting branch, so that the signal at the output of the transmitting branch is almost completely reflected and thus conducted into the receiving branch.
  • the impedances of the band-stop filter, the matching element Zm and the phase shifter PS are matched to one another such that the received signal can be conducted into the reception path. A Relatively low insertion loss in the reception branch is thus achievable in the reception band.
  • a relatively low insertion loss in the transmission branch can be achieved in the transmission band if a band-stop filter as described above is used in the antenna-side part of the reception branch.
  • the (further) bandstop filter is then arranged in the receive filter.
  • the receive filter preferably also includes an arranged between the antenna and the bandstop filter fitting element that transforms the generated in the receive filter short circuit in the series resonance of the band-stop filter in an open circuit at the antenna port.
  • the series resonance of the band-stop filter is selected such that at least part of the transmission band overlaps with the blocking band of the band-stop filter.
  • FIG. 2 shows the transmission function 11 of the reception branch and the transmission function 21 of the transmission branch.
  • the transmission band is between 1900 and 2000 MHz.
  • the reception band is between 2100 and 2200 MHz.
  • the transfer function 12 of the receiving branch is shown in FIG. 2, the resonators of the receiving filter being replaced in the calculation in each case by their static capacitance.
  • the transfer function 22 of the transmission branch is shown, wherein the resonators of the transmission filter were each replaced by their static capacitance.
  • the transfer function 22 has a relatively broadband pole, which is at the frequency 2150 MHz, ie in the receiving band. It would also be possible to choose the pole outside, but in the vicinity of the receiving band, so that at least part of the receiving band would lie in the stopband of the band-stop filter.
  • the design of the duplexer is not limited to the presented in the figure 1 circuit.
  • RX-OUT receive output

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Transceivers (AREA)
  • Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)
  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)

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

Beschreibung
Duplexer
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 Bl 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 Empfangs- zweig 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 Empfangsbändes 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 (Fl) 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. Signal - pfad 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 Antennenan- schluss und dem signalführenden Anschluss des Sendezweigs und ein weiterer Signalpfad (Empfangspfad) zwischen dem Antennen- anschluss 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 Bl 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 Figur 1 Ersatzschaltbild eines Duplexers mit einer Bandsperre im Sendezweig, die im Empfangsband einen Kurzschluss gegen Masse erzeugt
Figur 2 Übertragungsfunktionen der TeilSchaltungen des Duplexers
Figur 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 Fl und im Sendepfad TX ein Sendefilter F2 angeordnet. Zwischen dem Antennenanschluss ANT und dem Empfangsfilter Fl ist ein Phasenschieber PS angeordnet .
Beide Filter Fl, F2 enthalten vorzugsweise mit akustischen Oberflächenwellen oder Volumenwellen arbeitende Resonatoren. In Figur 1 sind dies in verschiedenen Querzweigen des Sendezweigs angeordnete Resonatoren, die als Parallelresonatoren PRl, PR2 bezeichnet werden, und ein im Serienzweig des Sende- pfades TX angeordneter Resonator, der als Serienresonator SR bezeichnet wird. Im Filter Fl 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 P2 umfasst ferner ein Anpasselement Zm, das in einem Serienzweig zwischen dem Antennenanschluss ANT und der Laddertype-Anordnung der Resonatoren PRl, 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 PRl, 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, PRl, 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, PRl, 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 Anpass- element, 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 Figur 2 ist die Überfragungsfunktion 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 Figur 2 die Übertragungsfunktion 12 des Empfangszweigs gezeigt, wobei die Resonatoren des Empfangs- filters 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 Figur 1 vorgestellte Schaltung nicht beschränkt.
Bezugszeichenliste
ANT Antenne
RX Empfangspfad
TX Sendepfad
RX-OUT Empfangsausgang
TX-IN Sendeeingang
Fl Empfangsfilter
F2 Sendefilter
PS Phasenschieber
Za Antennenimpedanz
Zm Anpasselement
L Induktivität
PRl, 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

Patentansprüche
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 überläppt .
2. Duplexer nach Anspruch 1, wobei im Empfangszweig (RX) ein Empfangsfilter (Fl) 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 (P2) 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 (PRl, 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 (Fl) erzeugten Kurzschluss bei der Serienresonanz der Bandsperre in einen Leerlauf am Antennentor transformiert .
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