DE102005020086B4

DE102005020086B4 - Elektrisches Multiband-Bauelement

Info

Publication number: DE102005020086B4
Application number: DE102005020086A
Authority: DE
Inventors: Christian Korden; Horst Faulhaber; Dr. Waldherr Andreas; Christian Block
Original assignee: Epcos AG
Current assignee: SnapTrack Inc
Priority date: 2005-04-29
Filing date: 2005-04-29
Publication date: 2013-07-11
Anticipated expiration: 2025-04-30
Also published as: JP5345385B2; JP2009534871A; DE102005020086A1; US20080186106A1; WO2006117102A1

Abstract

Elektrisches Multiband-Bauelement, umfassend
– mindestens drei Signalpfade (1, 2, 3) zur Übertragung von Signalen in jeweils einem Frequenzband,
– eine Frequenzweiche (40), an die eingangsseitig ein Antennenpfad (123) und ausgangsseitig die Signalpfade (1, 2, 3) angeschlossen sind,
– wobei die Frequenzweiche (40) einen ersten Diplexer (41) und einen zweiten Diplexer (42) umfasst,
– wobei der zweite und der dritte Signalpfad (2, 3) mittels des zweiten Diplexers (42) zu einem gemeinsamen Pfad (23) zusammengefasst sind,
– wobei der gemeinsame Pfad (23) und der erste Signalpfad (1) mittels des ersten Diplexers (41) zum Antennenpfad (123) zusammengefasst sind,
– wobei im dritten Signalpfad (3) ein Bandpassfilter (32) angeordnet ist, das ein Double Mode SAW Filter umfasst,
– wobei das Double Mode SAW Filter eine akustische Spur umfasst, in der mindestens fünf Wandler angeordnet sind,
– wobei im ersten Signalpfad (1) Signale eines ersten Frequenzbandes übertragen werden,
– wobei im zweiten Signalpfad (2) Signale eines zweiten Frequenzbandes übertragen werden,
– wobei im dritten Signalpfad (3) Signale eines dritten Frequenzbandes übertragen werden,
– wobei für die Mittenfrequenz f₁ des ersten Frequenzbandes, die Mittenfrequenz f₂ des zweiten Frequenzbandes und die Mittenfrequenz f₃ des dritten Frequenzbandes gilt: f₁ < f₃ < f₂,
– wobei der erste Diplexer (41) einen ersten Tiefpass (11) und einen ersten Hochpass (230) umfasst, ...

Description

Es wird ein elektrisches Multiband-Bauelement angegeben.
Ein Multiband-Bauelement mit einem Triplexer ist aus der Druckschrift US 2003/0124984 A1 bekannt.
Ein Multiband-Bauelement mit einem Triplexer und einem mit akustischen Oberflächenwellen arbeitenden Bandpassfilter in einem GPS-Pfad ist aus der Druckschrift US 2004/0116098 A1 bekannt.
Eine Multiband Frontend-Schaltung mit einem Triplexer zur Trennung zweier Mobilfunk Signalpfade und eines GPS-Empfangspfads, die mit akustischen Oberflächenwellen arbeitende Elemente umfasst, ist aus der Druckschrift EP 1 601 112 A1 bekannt.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein elektrisches Multiband-Bauelement anzugeben, bei dem auch bei Datenübertragung in übrigen Frequenzbändern ein in hohem Maße störungsfreier Empfang in einem bestimmten Frequenzband möglich ist.
Es wird ein elektrisches Multiband-Bauelement angegeben, das mindestens drei Signalpfade zur Übertragung von Signalen in jeweils einem Frequenzband aufweist. Das Bauelement umfasst eine Frequenzweiche, an die eingangsseitig ein Antennenpfad und ausgangsseitig die Signalpfade angeschlossen sind, wobei in mindestens einem der Signalpfade ein Bandpassfilter angeordnet ist, das ein Double Mode SAW Filter (Resonatorfilter mit akustisch gekoppelten Wandlern) umfasst.
Unter einem DMS-Filter versteht man ein mit akustischen Oberflächenwellen arbeitendes Resonatorfilter mit akustisch gekoppelten Wandlern. Das DMS-Filter umfasst wenigstens eine akustische Spur, die durch zwei Reflektoren begrenzt ist und die eine Wandleranordnung mit mindestens drei Wandlern umfasst.
Das Multiband-Bauelement zeichnet sich durch eine niedrige Einfügedämpfung in Durchlassbereichen der Signalpfade aus. Der Signalpfad mit dem darin angeordneten DMS-Filter weist eine hohe Isolation – in einer Variante mehr als –40 dB – gegen weitere Signalpfade auf.
Das DMS-Filter ist vorzugsweise als ein SAW-Chip realisiert. In einer bevorzugten Variante umfasst das angegebene Multiband-Bauelement ein Trägersubstrat, auf dem der SAW-Chip angeordnet ist.
Das Trägersubstrat umfasst Metallisierungsebenen und zwischen diesen angeordnete dielektrische Schichten vorzugsweise aus Keramik oder einem Laminat.
Weitere Komponenten des Bauelements, z. B. Tiefpassfilter, Diplexer oder Anpassnetzwerke zur Anpassung der Ausgangsimpedanz von Signalpfaden können im Trägersubstrat integriert oder auf der Oberseite des Substrats montiert sein. Insbesondere kann die genannte, antennenseitig angeordnete Frequenzweiche zumindest teilweise im Trägersubstrat integriert sein. Die Integration im Substrat bedeutet, dass Schaltungselemente als Leiterbahnen in mindestens einer der Metallisierungsebenen des Trägersubstrats ausgebildet sind.
Der erste und der zweite Signalpfad ist vorzugsweise jeweils ein Sendeempfangspfad. Der dritte Signalpfad ist vorzugsweise ein Empfangspfad.
Der erste Signalpfad wird vorzugsweise für ein Frequenzband mit einer Mittenfrequenz bis ca. 1 GHz oder bis 900 MHz benutzt. Der zweite Signalpfad wird vorzugsweise für ein Frequenzband mit einer Mittenfrequenz ab ca. 1800 MHz benutzt.
Das angegebene Multiband-Bauelement ist insbesondere zur Trennung von verschiedenen Mobilfunkbändern und zur Übertragung von Daten in einem zusätzlichen Frequenzband vorgesehen. In einer bevorzugten Variante sind das erste und das zweite Frequenzband Mobilfunkbänder und das dritte Frequenzband ein GPS-Band.
Für die Mittenfrequenz f₁ des ersten Frequenzbandes, die Mittenfrequenz f₂ des zweiten Frequenzbandes und die Mittenfrequenz f₃ des dritten Frequenzbandes gilt z. B. f₁ < f₃ < f₂. In einer Variante gilt: f₃ > 2f₁ und/oder f₃ < f₂ < 1,5f₃.
Das erste Frequenzband kann z. B. ein AMPS-Band für ein CDMA-Übertragungsverfahren sein (AMPS = Advanced Mobile Phone System, CDMA = Code Division Multiple Access). Dies entspricht einem Frequenzband 824–894 MHz mit einer Mittenfrequenz f₁ von 859 MHz. Dem ersten Frequenzband ist der erste Signalpfad zugeordnet.
Das dritte Frequenzband ist vorzugsweise den GPS-Signalen zugeordnet. GPS steht für Global Positioning System mit einem Frequenzband von 1574.42–1576.42 MHz und einer Mittenfrequenz f₃ von 1575.42 MHz. Dem dritten Frequenzband ist der dritte Signalpfad zugeordnet.
Das zweite Frequenzband ist z. B. einem PCS-Band (PCS = Personal Communication System) 1850–1990 MHz mit einer Mittenfrequenz f₂ von 1920 MHz zugeordnet. Dem zweiten Frequenzband ist der zweite Signalpfad zugeordnet.
Das angegebene Multiband-Bauelement ist aber auf eine Triband-Ausführung nicht beschränkt. Es können auch weitere Signal- bzw. Datenübertragungspfade, z. B. jeweils ein Pfad für die Übertragung von UMTS- bzw. Bluetooth-Daten vorgesehen sein.
Die Frequenzweiche ist vorzugsweise ausschließlich aus passiven Schaltungselementen wie z. B. Kapazitäten und Induktivitäten aufgebaut. Dies hat den Vorteil eines geringen Stromverbrauchs in einem Endgerät. Zumindest ein Teil der Komponenten oder alle Komponenten der Frequenzweiche können im Trägersubstrat integriert werden. Möglich ist aber auch, dass mindestens eine Komponente der Frequenzweiche als Chip ausgebildet ist, der auf diesem Substrat montiert ist.
Die Chips können oberflächenmontierbare Kontakte (SMD-Kontakte) aufweisen. Die Chips können auch jeweils als ein Bare-Die ausgebildet sein, der mittels Bonddrähten mit dem Trägersubstrat elektrisch verbunden ist. Die Chips, insbesondere der SAW-Chip, können alternativ auf dem Trägersubstrat in Flip-Chip-Anordnung montiert sein.
Ferner wird angenommen, dass das Bandpassfilter im dritten Signalpfad angeordnet ist.
Die Frequenzweiche ist vorzugsweise mehrstufig ausgebildet. Die Frequenzweiche umfasst in einer Variante einen ersten Diplexer und einen zweiten Diplexer, wobei der zweite und der dritte Signalpfad mittels des zweiten Diplexers zu einem gemeinsamen Pfad zusammengefasst sind, und wobei der gemeinsame Pfad und der erste Signalpfad mittels des ersten Diplexers zum Antennenpfad zusammengefasst sind.
Der erste Diplexer umfasst einen vorzugsweise an den ersten Signalpfad angeschlossenen ersten Tiefpass und einen vorzugsweise an den gemeinsamen Pfad angeschlossenen ersten Hochpass. Der zweite Diplexer umfasst einen vorzugsweise an den dritten Signalpfad angeschlossenen zweiten Tiefpass und einen vorzugsweise an den zweiten Signalpfad angeschlossenen zweiten Hochpass.
Das Bandpassfilter kann ein Sperrband, d. h. eine besonders hohe Unterdrückung von Signalen im ersten oder zweiten Frequenzbereich aufweisen.
Der zweite Hochpass kann eine Übertragungsfunktion aufweisen, die eine Polstelle bei einer im Wesentlichen im ersten oder im dritten Frequenzband liegenden Frequenz hat.
Das Double Mode SAW Filter kann eine oder mehrere akustische Spuren mit jeweils einer Anordnung aus mehreren in Reihe angeordneten Wandlern umfassen. Vorzugsweise sind mehrere parallel geschaltete Eingangswandler und mehrere parallel geschaltete Ausgangswandler vorgesehen. Die Wandleranordnung umfasst in einer Variante mindestens fünf Wandler, wobei Ein- und Ausgangswandler der jeweiligen akustischen Spur vorzugsweise abwechselnd angeordnet sind. In einer Variante ist zwischen jeweils zwei Ausgangswandlern ein Eingangswandler angeordnet. In einer weiteren Variante ist zwischen zwei Eingangswandlern ein Ausgangswandler angeordnet.
Das Bandpassfilter kann ferner mindestens einen SAW-Resonator umfassen, welcher dem Double Mode SAW Filter vor- oder nachgeschaltet ist. Möglich ist es auch, einen Resonator vorzuschalten und einen weiteren Resonator nachzuschalten. Der SAW-Resonator umfasst z. B. einen Wandler, der zwischen zwei Reflektoren angeordnet ist.
Der SAW-Resonator kann ein Serien- oder Parallelresonator sein. Ein Serienresonator wird im Signalpfad und Parallelresonator in einem Querzweig zwischen dem Signalpfad und Masse geschaltet.
Der hier genannte mindestens eine SAW-Resonator kann auch durch mindestens ein Ladder-Type-Glied bzw. eine Ladder-Type-Anordnung von SAW-Resonatoren ersetzt werden, welche mindestens einen Serienresonator und mindestens einen Parallelresonator umfasst.
Das Bandpassfilter kann in einer Variante einen symmetrischen Ausgang aufweisen. Dabei kann das DMS-Filter vorteilhafterweise als ein Balun benutzt werden.
Im ersten Signalpfad kann ein dritter Tiefpass angeordnet sein, der Signale des zweiten und des dritten Frequenzbandes unterdrückt. Seine Übertragungsfunktion kann eine Polstelle bei einer im Wesentlichen im zweiten oder im dritten Frequenzband liegenden Frequenz aufweisen.
Nach dem zweiten Hochpass kann ein Anpassnetzwerk zur Anpassung der Ausgangsimpedanz des zweiten Signalpfades für das vorgegebene zweite Frequenzband angeordnet sein. Nach dem Bandpassfilter kann auch ein Anpassnetzwerk zur Anpassung der Ausgangsimpedanz des dritten Signalpfades für das vorgegebene dritte Frequenzband angeordnet sein.
Mindestens einer der Signalpfade kann z. B. mittels eines Duplexers oder eines Umschalters in einen Empfangszweig und einen Sendezweig verzweigt sein. Duplexer und Umschalter sind vorzugsweise auf dem Trägersubstrat angeordnet.
In einer vorteilhaften Variante ist es vorgesehen, dass die Frequenzweiche das im dritten Signalpfad angeordnete Bandpassfilter mit einer DMS-Spur und einen Diplexer zur Trennung von Signalen des ersten und des zweiten Frequenzbandes umfasst. Das Bandpassfilter ist in diesem Fall direkt, d. h. ohne einen vorgeschalteten Diplexer an den gemeinsamen Antennenpfad angeschlossen. Die Frequenzweiche wird dabei als Triplexer betrachtet.
Das Multiband-Bauelement kann als ein kompaktes, vorzugsweise SMD-fähiges Chip realisiert sein, das im Weiteren auch Frontend-Modul genannt wird. Dieser Chip kann in einem Bauteil insbesondere die folgenden Komponenten (ggf. pro Signalpfad) umfassen: 1) einen Duplexer, 2) im Sendezweig des Signalpfades einen Leistungsverstärker, einen Leistungsdetektor, einen Richtkoppler, mindestens einen Umschalter z. B. zur Steuerung des Verstärkers. Die Integration eines Bandpasses am Eingang des Leistungsverstärkers ist vorgesehen. Neben den genannten Komponenten eines Sendepfades können im selben Modul auch Komponenten mindestens eines Empfangspfades, z. B. ein LNA und/oder ein Bandpassfilter realisiert sein.
Im Folgenden wird das angegebene Multiband-Bauelement und seine vorteilhaften Ausgestaltungen anhand von schematischen und nicht maßstabsgetreuen Figuren erläutert. Es zeigen:
1 ein Ersatzschaltbild eines Triband-Bauelements mit zwei hintereinander geschalteten Diplexern und einem DMS-Filter;
2 im Querschnitt den Aufbau des Multiband-Bauelements;
3 eine beispielhafte Realisierung der Schaltung gemäß 1;
4 ein Bandpassfilter mit einem DMS-Filter;
5 Übertragungsfunktionen von Signalpfaden des Multiband-Bauelements;
6 den prinzipiellen Aufbau eines Frontend-Moduls, das einen Duplexer und einen im ersten Signalpfad angeordneten Sendeverstärker umfasst;
7 den prinzipiellen Aufbau eines Frontend-Moduls, das in zwei Signalpfaden jeweils einen Duplexer und einen Sendeverstärker umfasst.
1 zeigt ein Blockschaltbild einer Schaltung, die in einem beispielhaften Multiband-Bauelement realisiert ist. Eine Frequenzweiche 40 ist eingangsseitig an einen Antennenpfad 123 und somit an ein Eingangstor IN – den Antenneneingang des Bauelements – angeschlossen. Die Frequenzweiche 40 eröffnet Signalpfade 1, 2 und 3. Der erste Signalpfad 1 ist an ein erstes Ausgangstor OUT1, der zweite bzw. dritte Signalpfad 2, 3 am ein zweites bzw. drittes Ausgangstor OUT2, OUT3 angeschlossen.
Die Frequenzweiche 40 weist hintereinander geschaltete Diplexer auf. Die Frequenzweiche 40 umfasst einen an die Antenne angeschlossenen ersten Duplexer 41 zur Trennung von Signalen des ersten Frequenzbandes, die in den ersten Signalpfad 1 geleitet werden, von den Signalen des zweiten und des dritten Frequenzbandes, die in einen für diese Bänder gemeinsamen Pfad 23 geleitet werden.
Im gemeinsamen Pfad 23 ist ein zweiter Diplexer 42 angeordnet, der zur Trennung von Signalen des zweiten Frequenzbandes, die in den zweiten Signalpfad 2 geleitet werden, von den Signalen des dritten Frequenzbandes, die in den dritten Signalpfad 3 geleitet werden, vorgesehen.
Der erste Diplexer 41 umfasst einen im ersten Signalpfad angeordneten Tiefpass 11 sowie einen im gemeinsamen Pfad 23 angeordneten Hochpass 230. Der zweite Diplexer 42 umfasst einen im dritten Signalpfad angeordneten Tiefpass 31 sowie einen im zweiten Pfad 2 angeordneten Hochpass 21.
Im ersten Signalpfad 1 (z. B. Cell) ist nach dem Tiefpass 11 ein weiterer Tiefpass 12 angeordnet. Im zweiten Signalpfad 2 (z. B. IMT = International Mobile Telecommunications oder PCS) ist nach dem Hochpass 21 ein Anpassnetzwerk 22 zur Anpassung der Ausgangsimpedanz des zweiten Ausgangstores OUT2 an eine Referenzimpedanz, z. B. 50 Ohm angeordnet. Das Anpassnetzwerk 22 kann im Trägersubstrat integriert sein oder als ein Chip vorhanden sein, der auf dem Substrat montiert wird.
Im dritten Signalpfad 3 (z. B. GPS) ist hinter dem Tiefpass 31 ein Bandpassfilter 32 angeordnet, das ein DMS-Filter z. B. gemäß 4 umfasst. Im dritten Signalpfad 3 ausgangsseitig, d. h. nach dem Bandpassfilter 32 ist ein Anpassnetzwerk 33 zur Anpassung der Ausgangsimpedanz des dritten Ausgangstores OUT3 angeordnet.
Möglich ist es auch, im ersten Signalpfad 1 ausgangsseitig, d. h. nach dem Tiefpass 12 ein Anpassnetzwerk zur Anpassung der Ausgangsimpedanz des ersten Ausgangstores OUT1 anzuordnen.
Das Multiband-Bauelement kann neben den in 1 gezeigten Diplexern, Filtern und Anpassnetzwerken noch weitere, hier nicht gezeigte Komponenten umfassen.
In 2 ist ein Querschnitt des Multiband-Bauelements gezeigt. Das Bauelement umfasst ein Trägersubstrat 90, das mehrere Metallisierungsschichten mit dazwischen angeordneten dielektrischen Lagen umfasst. An der Unterseite des Substrats sind Kontakte vorgesehen, die zur SMD-Montage des Bauelements auf einer hier nicht gezeigten Leiterplatte geeignet sind. Auf der Substratoberseite ist das als SAW-Chip realisierte Bandpassfilter 32 sowie in 3 gezeigte, hier als diskrete Komponenten bzw. Chips ausgebildete Induktivitäten L1 und L3 angeordnet. Die Induktivität L1 ist dabei im Tiefpassfilter des ersten Diplexers 41 und die Induktivität L3 im Hochpassfilter 21 des zweiten Diplexers 42 angeordnet.
In einer weiteren Variante ist es möglich, die Induktivitäten L1 und L3 in mindestens einer Metallisierungsebene des Trägersubstrats 90 als strukturierte, z. B. mäanderförmig gefaltete oder spiralförmige Leiterbahnen zu realisieren. Teile einer Induktivität können in verschiedenen Metallisierungsebenen angeordnet und mittels vertikaler Durchkontaktierungen leitend miteinander verbunden sein.
Die dielektrischen Lagen des Trägersubstrats sind vorzugsweise aus einem keramischen Material, z. B. LTCC (LTCC = Low-Temperature Cofired Ceramics). Kunststoff mit vorzugsweise einer hohen Dielektrizitätskonstante ε > 10 kommt auch in Betracht als Material für diese Lagen.
Die Verwendung eines Mehrschichtsubstrats als Trägersubstrat und eines oberflächenmontierbaren SAW-Chips mit dem DMS-Filter hat den Vorteil, dass somit ein kompaktes Bauelement mit einer geringen Grundfläche und einer niedrigen Einfügedämpfung in Durchlassbereichen der Signalpfade realisiert werden kann.
In 3 ist eine beispielhafte Realisierung der Schaltung gemäß 1 vorgestellt. Der Tiefpass 11 ist durch die Induktivität L1 realisiert, welche die Signale des ersten Bandes durchlässt und die Signale der anderen beiden Bänder abblockt. Der Hochpass 230 ist durch eine Kapazität C1 realisiert, die vorzugsweise im Trägersubstrat 90 angeordnet ist. Die Kapazität lässt die Signale des zweiten und des dritten Bandes durch und blockt die Signale des ersten Bandes ab.
Der Tiefpass 12 ist als eine in einem Querzweig gegen Masse geschaltete Kapazität C2 und ein im Signalpfad 1 geschalteter Parallelschwingkreis, bestehend aus einer Induktivität L2 und einer Kapazität C3, realisiert. Der Tiefpass 12 selektiert alle Signale mit einer Frequenz, die im ersten Frequenzband oder unterhalb dieses Bandes liegen, und dämpft Signale bei höheren Frequenzen, insbesondere Signale des zweiten und des dritten Frequenzbandes.
Der Hochpass 21 umfasst eine im Signalpfad 2 angeordnete Kapazität C4 und einen in einem Querzweig gegen Masse angeordneten Serienschwingkreis, der aus einer Induktivität L3 und einer Kapazität C5 besteht. Der Serienschwingkreis L3, C5 wird vorzugsweise so gestimmt, dass er seine Resonanzfrequenz im dritten Frequenzband hat und somit die Signale des dritten Bandes mit einer hohen Unterdrückung dämpft. Die Induktivität L3 weist vorzugsweise eine hohe Güte auf, was z. B. mit einer Chipinduktivität mit SMD-Kontakten erreichbar ist.
Der Tiefpass 31 umfasst eine gegen Masse geschaltete Kapazität C6 und eine im Signalpfad 3 angeordnete Induktivität L4. Der Tiefpass 31 lässt die Signale des dritten Bandes und sperrt die Frequenzen oberhalb des dritten Bandes. Zusammen mit dem Bandpass 32 gelingt es, die Signale des dritten Bandes zu selektieren und die Signale des ersten und des zweiten Bandes zu dämpfen.
Nach dem Bandpassfilter 32 ist ein Anpassnetzwerk 33 geschaltet, das eine Serieninduktivität L5 und eine Kapazität C7 im Querzweig umfasst, die zusammen einen Tiefpass bilden. Mit dem Anpassnetzwerk 33 wird die Ausgangsimpedanz am Ausgangstor OUT3 z. B. an 50 Ohm oder eine andere Referenzimpedanz angepasst.
Das Anpassnetzwerk 22 umfasst eine Serieninduktivität L6, die in einer Variante Bestandteil des Multiband-Bauelements ist. Diese Induktivität kann aber auch extern, d. h. auf einer Leiterplatte, auf der das Bauelement montiert ist, angeordnet sein. Diese Induktivität kann aber auch im Trägersubstrat realisiert sein. Die Induktivität L6 kann in einer Variante z. B. dazu dienen, die Ausgangsimpedanz am zweiten Ausgangstor OUT2 derart anzupassen, dass der zweite Signalpfad 2 zur Übertragung von höherfrequenten Signalen, z. B. Signalen des S-DMB-Frequenzbandes 2633–2650 MHz (S-DMB = Satellite Digital Multimedia Broadcast) benutzt werden kann. Der zweite Signalpfad, wie auch der dritte Signalpfad in einer bevorzugten Variante, kann ein reiner Empfangspfad sein.
Die Anpassnetzwerke 22, 33 können jeweils andere Schaltungskomponenten als die Induktivitäten L6, L5 und die Kapazität C7 aufweisen.
Die Parallelresonanz des Parallelschwingkreises L2, C3 ist vorzugsweise so gewählt, dass dieser Schwingkreis im zweiten oder dritten Frequenzband sperrt. In der Übertragungsfunktion des ersten Signalpfades wird somit eine Polstelle bzw. ein Sperrband mit einer hohen Signalunterdrückung erzeugt.
Die Serienresonanz des Serienschwingkreises L3, C5 ist vorzugsweise so gewählt, dass sie im ersten oder dritten Frequenzband liegt. Dabei werden die Signale des genannten Frequenzbandes gegen Masse kurzgeschlossen. In der Übertragungsfunktion des zweiten Signalpfades wird somit eine Nullstelle bzw. ein Sperrband mit einer hohen Signalunterdrückung erzeugt.
In 4 ist ein Bandpassfilter 32 mit einer DMS-Spur 50 gezeigt. Die DMS-Spur umfasst eine Wandleranordnung, die zwischen akustischen Reflektoren 52 angeordnet ist. Die Wandleranordnung umfasst zwei Eingangswandler 502 und 504, die parallel geschaltet sind, sowie drei parallelgeschaltete Ausgangswandler 501, 503 und 505. Die Eingangswandler sind akustisch mit den Ausgangswandlern gekoppelt, aber galvanisch von diesen getrennt.
Die Wandler 502, 504 können auch als Ausgangswandler benutzt werden, wobei die Wandler 501, 503 und 505 dann als Eingangswandler benutzt werden.
Die DMS-Spur kann in einer Variante nur drei Wandler oder mehr als nur fünf Wandler umfassen. Die Ein- und Ausgangswandler sind dabei in Wellenausbreitungsrichtung stets abwechselnd in einer Reihe angeordnet. Die DMS-Spur ist vorzugsweise bezüglich ihrer Mittelachse oder ihres Mittelpunktes spiegel- oder punktsymmetrisch ausgebildet.
Mindestens einer der Wandler, vorzugsweise ein mittig angeordneter Wandler kann einen V-Split aufweisen.
Der DMS-Spur 50 ist ein SAW-Resonator 60 vorgeschaltet und ein weiterer SAW-Resonator 79 nachgeschaltet. Der Resonator 60 umfasst Reflektoren 62 und einen Wandler 61, der zwischen den Reflektoren 62 angeordnet ist. Der Resonator 70 umfasst Reflektoren 72 und einen Wandler 71, der zwischen den Reflektoren 72 angeordnet ist.
Auf mindestens einen der in 4 gezeigten Resonatoren 60 und 70 kann in einer Variante verzichtet werden.
Die Verwendung einer DMS-Spur im Bandpassfilter 32 des dritten Signalpfades 3 hat den Vorteil, dass dadurch eine hohe Isolation – in einer Variante mindestens –40 dB für das gesamte zweite bzw. dritte Frequenzband – zu den anderen beiden Frequenzbändern (d. h. dem ersten und dem zweiten Frequenzband) gewährleistet werden kann.
In der in 4 gezeigten Variante ist die DMS-Spur ein- und ausgangsseitig unsymmetrisch (unbalanced) beschaltet. In einer Variante kann die DMS-Spur vorzugsweise ausgangsseitig mit einem symmetrischen (balanced) Tor ausgebildet sein.
In 5 sind Übertragungsfunktionen des Multiband-Bauelements gezeigt. Die Übertragungsfunktion 81 des ersten Signalpfades zeigt auch im niederfrequenten Bereich unterhalb von 600 MHz eine niedrige Einfügedämpfung. Dies hat den Vorteil, dass über den ersten Signalpfad 1 Signale eines unterhalb von 600 MHz liegenden weiteren Frequenzbandes mit einer geringen Einfügedämpfung mitübertragen werden können. Die Signale des ersten und des weiteren Frequenzbandes können voneinander durch eine Frequenzweiche getrennt werden.
Die Übertragungsfunktion 82 des zweiten Signalpfades zeigt eine geringe Einfügedämpfung im Frequenzbereich von 1,6 bis 3 GHz.
Die Übertragungsfunktion 83 des dritten Signalpfades weist eine hohe Unterdrückung von Signalen in einem oberen Sperrband oberhalb von 1,7 GHz sowie eine sehr hohe Unterdrückung von Signalen unterhalb von 1,3 GHz auf. Gleichzeitig ist in der Übertragungsfunktion des dritten Signalpfads 3 im dritten Frequenzband eine geringe Einfügedämpfung erreichbar.
Auf dem Trägersubstrat oder im Substrat können in einer Variante weitere, vorzugsweise passive Komponenten wie z. B. Duplexer zur Trennung von Sende- und Empfangssignalen des jeweiligen Signalpfades angeordnet sein. Auch die Anordnung von Halbleiterchips, z. B. Umschaltern, auf dem Substrat kommt in Betracht.
6 und 7 zeigen jeweils eine Ausführung des Multiband-Bauelements als ein hochintegriertes Frontend-Modul. Die gestrichelte Linie stellt das Trägersubstrat 90 dar, auf dem oder in dem all die in den Figuren vorgestellten Komponenten angeordnet sind.
In 6 ist ein Ausführungsbeispiel des Frontend-Moduls gezeigt, das unten angegebene Komponenten des ersten Signalpfades 1 umfasst.
Der dritte Signalpfad 3 ist in 6, 7 direkt an den Antenneneingang IN bzw. den Antennenpfad 123 angeschlossen. Dies bedeutet, dass sowohl der Diplexer 41 als auch das Bandpassfilter 32 mit einer DMS-Spur direkt an den Antennenpfad 123 angeschlossen sind.
Der Diplexer 41 ist wie in 1 zur Trennung vom ersten und zweiten Signalpfad 1, 2 vorgesehen. Im ersten Signalpfad 1 ist ein Duplexer 431 zur Trennung des Sendepfades TX1 vom Empfangspfad RX1 angeordnet. Die Pfade RX1 und TX1 sind beide dem ersten Frequenzband zugeordnet. Der Duplexer 431 weist zwei Bandpässe, darunter ein Sendefilter und ein Empfangsfilter auf. Im Sendepfad TX1 ist ein Leistungsverstärker 461 angeordnet. Am Verstärkereingang, der der Ausgangsseite des ersten Signalpfades entspricht, ist ein Bandpass 471 – Interstage Filter – angeordnet, der vorzugsweise nur Sendesignale des ersten Frequenzbandes durchlässt.
In 7 ist ein Ausführungsbeispiel des Frontend-Moduls gezeigt, das unten angegebene Komponenten der beiden Signalpfade 1 und 2 umfasst.
Der zweite Signalpfad 2 ist hier im Wesentlichen wie der in 6 bereits erläuterte erste Signalpfad 1 ausgebildet. Im zweiten Signalpfad 2 ist ein Duplexer 432 zur Trennung des Sendepfades TX2 vom Empfangspfad RX2 angeordnet. Die Pfade RX2 und TX2 sind beide dem zweiten Frequenzband zugeordnet. Der Duplexer 432 weist zwei Bandpässe, darunter ein Sendefilter und ein Empfangsfilter auf. Im Sendepfad TX2 ist ein Leistungsverstärker 462 angeordnet. Am Verstärkereingang des Verstärkers 462, der der Ausgangsseite des zweiten Signalpfades 2 entspricht, ist ein Bandpass 472 – Interstage Filter – angeordnet, der vorzugsweise nur Sendesignale des zweiten Frequenzbandes durchlässt und insbesondere die Sendesignale des ersten Frequenzbandes unterdrückt.
In 5 ist der Sendepfad TX1 mittels eines Richtkopplers 44 elektromagnetisch an einen zusätzlichen Signalpfad gekoppelt, in dem ein Leistungsdetektor 45 (Power Detector) und ein Abschlusswiderstand R angeordnet ist. Dieser zusätzliche Signalpfad ist in der in 7 gezeigten Ausführungsform an beide Sendepfade TX1, TX2 der Signalpfade 1 und 2 gekoppelt.
V_en ist eine Versorgungsspannung zur Versorgung des Leistungsdetektors. V_det ist eine Ausgangsspannung, die zur Detektion bzw. Monitoring der Signalstärke des Ausgangssignals des Verstärkers dient und die einem gleichgerichteten Teil des Sendesignals entspricht.
Die Spannungen V_cc, V_cc1 und V_cc2 sind Versorgungsspannungen für den jeweiligen Verstärker. V_reg ist eine Referenzspannung für den Verstärker. V_stby ist eine Steuerspannung zur Ansteuerung eines Umschalters 481, 482, der zur Freigabe der Referenzspannung V_reg bzw. zur Einstellung des Standby-Modus betätigt wird. Im Standby-Modus verbraucht der Verstärker keinen Strom. V_mode ist eine Spannung, die zur Auswahl und Einstellung des Betriebsmode des Verstärkers dient.
In einer Variante ist es möglich, auch hier nicht gezeigte Komponenten der Empfangspfade RX1, RX2 wie z. B. einen Bandpass und einen rauscharmen Verstärker (LNA) im angegebenen Frontend-Modul zu integrieren.
Es ist vorteilhaft, passive Modulkomponenten wie z. B. Diplexer, Tiefpässe, Leitungen, Richtkoppler, Induktivitäten und Kapazitäten im Inneren des Trägersubstrats und Bandpässe, Duplexer und aktive Komponenten als Chips auf dem Trägersubstrat zu realisieren.
Die auf dem Trägersubstrat anzuordnenden Komponenten, insbesondere das Bandpassfilter mit der DMS-spur, können jeweils als ein ungehäuster Chip (Bare-Die) oder als ein gehäuster Chip (vorzugsweise ein SMD-Bauteil) ausgebildet sein. Ein Bare-Die kann auf dem Trägersubstrat drahtgebondet oder in einer Flip-Chip-Anordnung montiert sein.
Die Duplexer 431, 432 sind in den in 6, 7 vorgestellten Varianten jeweils zumindest teilweise auf dem Trägersubstrat 90 oder in diesem Substrat integriert.
Ein Duplexer umfasst ein Sendefilter, ein Empfangsfilter und in der Regel ein Anpassnetzwerk zur Impedanzanpassung, das z. B. eine Phasenleitung, vorzugsweise eine im Empfangszweig angeordnete λ/4-Leitung aufweist.
Es ist möglich, das Sendefilter und das Empfangsfilter eines Duplexers in einem gemeinsamen Duplexer-Chip zu realisieren. Alternativ ist es möglich, diese Filter als getrennte Filter-Chips auszubilden. Das Anpassnetzwerk des Duplexers kann zumindest teilweise im Duplexer-Chip oder Filter-Chip integriert sein. Vorzugsweise ist die λ/4-Leitung komplett im Duplexer-Chip integriert. Das Anpassnetzwerk des Duplexers kann aber auch zumindest teilweise im Substrat integriert sein.
Das angegebene Multiband-Bauelement ist auf die in Figuren gezeigten Ausgestaltungen, insbesondere die Ausgestaltung von Anpassnetzwerken, Filtern und Diplexern, nicht beschränkt. Die Frequenzweiche kann in einer Variante ggf. als Triplexer ausgebildet sein, obwohl die Ausgestaltung mit kaskadierten Diplexern als besonders vorteilhaft erscheint.
Bezugszeichenliste

1: erster Signalpfad
11: erster Tiefpass
12: dritter Tiefpass
123: Antennenpfad
2: zweiter Signalpfad
21: zweiter Hochpass
22: Anpassnetzwerk
23: gemeinsamer Pfad
230: erster Hochpass
3: dritter Signalpfad
31: zweiter Tiefpass
32: Bandpassfilter
33: Anpassnetzwerk
40: Frequenzweiche
41: erster Diplexer
42: zweiter Diplexer
431, 432: Duplexer
44: Richtkoppler
45: Leistungsdetektor
461, 462: Leistungsverstärker
471, 472: Bandpässe
481, 482: Umschalter
50: DMS-Spur
60, 70: Resonatoren
61, 71: Wandler
501, 503, 505: Ausgangswandler
502, 504: Eingangswandler
52, 62, 72: akustische Reflektoren
81: Übertragungskurve des ersten Signalpfades
82: Übertragungskurve des zweiten Signalpfades
83: Übertragungskurve des dritten Signalpfades
90: Trägersubstrat
C1 bis C7: Kapazitäten
IN: Antenneneingang
L1 bis L6: Induktivitäten
OUT1: erster Ausgang
OUT2: zweiter Ausgang
OUT3: dritter Ausgang
OUT1-RX, OUT2-RX, OUT1-TX, OUT2-TX: Ausgänge
R: Abschlusswiderstand
RX1, RX2: Empfangszweige
TX1, TX2: Sendezweige
V_reg: Referenzspannung
V_mode, V_stby, V_en: Steuerspannung
V_det: Spannung

Claims

Elektrisches Multiband-Bauelement, umfassend – mindestens drei Signalpfade (1, 2, 3) zur Übertragung von Signalen in jeweils einem Frequenzband, – eine Frequenzweiche (40), an die eingangsseitig ein Antennenpfad (123) und ausgangsseitig die Signalpfade (1, 2, 3) angeschlossen sind, – wobei die Frequenzweiche (40) einen ersten Diplexer (41) und einen zweiten Diplexer (42) umfasst, – wobei der zweite und der dritte Signalpfad (2, 3) mittels des zweiten Diplexers (42) zu einem gemeinsamen Pfad (23) zusammengefasst sind, – wobei der gemeinsame Pfad (23) und der erste Signalpfad (1) mittels des ersten Diplexers (41) zum Antennenpfad (123) zusammengefasst sind, – wobei im dritten Signalpfad (3) ein Bandpassfilter (32) angeordnet ist, das ein Double Mode SAW Filter umfasst, – wobei das Double Mode SAW Filter eine akustische Spur umfasst, in der mindestens fünf Wandler angeordnet sind, – wobei im ersten Signalpfad (1) Signale eines ersten Frequenzbandes übertragen werden, – wobei im zweiten Signalpfad (2) Signale eines zweiten Frequenzbandes übertragen werden, – wobei im dritten Signalpfad (3) Signale eines dritten Frequenzbandes übertragen werden, – wobei für die Mittenfrequenz f₁ des ersten Frequenzbandes, die Mittenfrequenz f₂ des zweiten Frequenzbandes und die Mittenfrequenz f₃ des dritten Frequenzbandes gilt: f₁ < f₃ < f₂, – wobei der erste Diplexer (41) einen ersten Tiefpass (11) und einen ersten Hochpass (230) umfasst, wobei der erste Hochpass (230) dem gemeinsamen Pfad (23) und der erste Tiefpass (11) dem ersten Signalpfad (1) zugeordnet ist, – wobei der zweite Diplexer (42) einen zweiten Tiefpass (31) und einen zweiten Hochpass (21) umfasst, – wobei der zweite Tiefpass (31) dem dritten Signalpfad (3) und der zweite Hochpass (21) dem zweiten Signalpfad (2) zugeordnet ist, – wobei der zweite Hochpass (21) eine Übertragungsfunktion aufweist, die eine Polstelle bei einer im dritten Frequenzband liegenden Frequenz hat, – wobei im ersten Signalpfad (1) ein dritter Tiefpass (12) angeordnet ist, – wobei der dritte Tiefpass (12) eine Übertragungsfunktion aufweist, die eine Polstelle bei einer im dritten Frequenzband liegenden Frequenz hat.
Multiband-Bauelement nach dem vorherigen Anspruch, wobei das Bandpassfilter (32) ein Sperrband im zweiten Frequenzbereich aufweist.
Multiband-Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Bandpassfilter (32) ein Sperrband im ersten Frequenzbereich aufweist.
Multiband-Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei gilt: f₃ > 2f₁.
Multiband-Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei gilt: f₃ < f₂ < 1,5f₃.
Multiband-Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der erste und der zweite Signalpfad (1, 2) jeweils ein Sendeempfangspfad ist, und wobei der dritte Signalpfad (3) ein Empfangspfad ist.
Multiband-Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der erste und der zweite Signalpfad (1, 2) jeweils zur Übertragung von einem Mobilfunkband ausgelegt sind, und wobei der dritte Signalpfad (3) zur Übertragung von GPS-Signalen ausgelegt ist.
Multiband-Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei mehrere parallel geschaltete Eingangswandler und mehrere parallel geschaltete Ausgangswandler vorgesehen sind, wobei zwischen zwei der Ausgangswandler ein Eingangswandler angeordnet ist, oder wobei zwischen zwei der Eingangswandler ein Ausgangswandler angeordnet ist.
Multiband-Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Bandpassfilter (32) mindestens einen ersten Resonator aufweist, welcher dem Double Mode SAW Filter vorgeschaltet ist.
Multiband-Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Bandpassfilter (32) mindestens einen zweiten Resonator aufweist, welcher dem Double Mode SAW Filter nachgeschaltet ist.
Multiband-Bauelement nach einem der beiden vorherigen Ansprüche, wobei der mindestens eine erste und/oder zweite Resonator einen Serienresonator umfasst.
Multiband-Bauelement nach einem der zwei vorherigen Ansprüche, wobei der mindestens eine erste und/oder zweite Resonator einen Parallelresonator umfasst.
Multiband-Bauelement nach einem der drei vorherigen Ansprüche, wobei der mindestens eine erste und/oder zweite Resonator mindestens ein Ladder-Type-Glied bildet.
Multiband-Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Bandpassfilter (32) einen symmetrischen Ausgang aufweist.
Multiband-Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei nach dem zweiten Hochpass (21) ein erstes Anpassnetzwerk (22) angeordnet ist.
Multiband-Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei nach dem Bandpassfilter (32) ein zweites Anpassnetzwerk (33) angeordnet ist.
Multiband-Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der zweite und der dritte Signalpfad (2, 3) jeweils ein Empfangspfad der erste Signalpfad (1) ein Sendeempfangspfad ist, oder wobei der erste und der dritte Signalpfad (1, 3) jeweils ein Empfangspfad der zweite Signalpfad (2) ein Sendeempfangspfad ist.
Multiband-Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei in mindestens einem der Signalpfade, ausgewählt aus dem ersten und dem zweiten Signalpfad (1, 2), jeweils ein Duplexer (431, 432) angeordnet ist.
Multiband-Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, das als eine oberflächenmontierbare bauliche Einheit ausgebildet ist.
Multiband-Bauelement nach dem vorherigen Anspruch, umfassend ein Trägersubstrat (90), wobei das Bandpassfilter (32) als Chip ausgebildet ist, der auf dem Trägersubstrat (90) montiert ist.
Multiband-Bauelement nach dem vorherigen Anspruch, wobei das Trägersubstrat (90) Metallisierungsebenen und zwischen diesen angeordnete keramische Lagen aufweist.
Multiband-Bauelement nach einem der beiden vorherigen Ansprüche, wobei die Frequenzweiche (40) zumindest teilweise im Trägersubstrat integriert ist.
Multiband-Bauelement nach Anspruch 20, wobei der Duplexer (431, 432) zumindest teilweise auf dem Trägersubstrat (90) integriert ist.
Multiband-Bauelement nach einem der vier vorherigen Ansprüche, wobei in mindestens einem der Signalpfade, ausgewählt aus dem ersten und dem zweiten Signalpfad (1, 2), jeweils ein Verstärker (461, 462) angeordnet ist, der auf dem Trägersubstrat (90) montiert ist.
Multiband-Bauelement nach einem der fünf vorherigen Ansprüche, bei dem ein weiterer Signalpfad vorgesehen ist, der an einen Sendezweig (TX1, TX2) des ersten oder des zweiten Signalpfades (1, 2) mittels eines Richtkopplers (44) elektromagnetisch gekoppelt ist, wobei der Richtkoppler (44) auf dem Trägersubstrat (90) oder im Trägersubstrat (90) integriert ist.
Multiband-Bauelement nach dem vorherigen Anspruch, wobei der weitere Signalpfad zugleich an den Sendezweig (TX1) des ersten Signalpfades (1) und an den Sendezweig (TX2) des zweiten Signalpfades (2) elektromagnetisch gekoppelt ist.