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DE10317969B4 - Duplexer mit erweiterter Funktionalität - Google Patents

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Abstract

Duplexer (DU) zur Trennung von Sende- und Empfangssignalen eines definierten Frequenzbandes,
mit einem unsymmetrischen Antennenport (ANT), einem symmetrischen Empfangsausgang (RX-OUT) und einem Sendeeingang (TX-IN),
mit einem Empfangspfad (RX), der zwischen dem Antennenport (ANT) und dem Empfangsausgang (RX-OUT) angeordnet ist,
mit einem Sendepfad (TX), der zwischen dem Antennenport (ANT) und dem Sendeeingang (TX-IN) angeordnet ist,
aufweisend ein Empfangs-Bandpaßfilter (RX-BP), das im Empfangspfad (RX) angeordnet ist, und ein Sende-Bandpaßfilter (TX-BP), das im Sendepfad (TX) angeordnet ist,
mit einem der Merkmale A) oder B):
A) das Empfangs-Bandpaßfilter (RX-BP) weist mehrere übereinander im Stapel angeordnete, akustisch miteinander gekoppelte, mit akustischen Volumenwellen arbeitende Resonatoren (RE, RE1) auf, wobei ein erster Resonator (RE1) unsymmetrisch und ein zweiter Resonator (RE) symmetrisch beschaltet ist,
B) das Empfangs-Bandpaßfilter (RX-BP) weist zwei Teilfilter auf, wobei ein erstes Teilfilter ein Reaktanzfilter in Laddertype- oder Latticetype-Bauweise mit mehreren mit akustischen Volumenwellen arbeitenden Resonatoren (RE, RE1)...

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Duplexer. Ein Duplexer dient zur Trennung von Sende- und Empfangssignalen eines Frequenzbandes eines Übertragungssystems, vorzugsweise eines Mobilfunkstandards, das ein Frequency Division Duplex-Verfahren oder ein gemischtes Frequency Division/Time Division Duplex-Verfahren nutzt. Das Frequenzband des Übertragungssystems ist in ein Sendeband und ein Empfangsband aufgeteilt. Ein Duplexer soll einerseits eine niedrige Einfügedämpfung im jeweiligen Durchlaßbereich und andererseits eine hohe Isolation der Empfangs- und Sendepfade, d. h. eine hohe Unterdrückung eines in eine Richtung zu übertragenden Signals im Durchlaßbereich des in die entgegengesetzte Richtung zu übertragenden Signals gewährleisten.
  • 1a zeigt schematisch einen bekannten Duplexer, der einen Antennenport ANT, einen Sendeeingang TX-IN und einen Empfangsausgang RX-OUT aufweist. Der Sendeeingang TX-IN ist mit einem Leistungsverstärker (PA, Power Amplifier) und der Empfangsausgang RX-OUT mit einem rauscharmen Verstärker (LNA, Low Noise Amplifier) verschaltbar. Zwischen dem Antennenport ANT und dem Sendeeingang TX-IN ist ein Sendepfad TX angeordnet. Zwischen dem Antennenport ANT und dem Empfangsausgang RX-OUT ist ein Empfangspfad RX angeordnet. In jedem Signalpfad ist ein Bandpaßfilter (Empfangs-Bandpaßfilter RX-BP im Empfangspfad RX bzw. Sende-Bandpaßfilter TX-BP im Sendepfad TX) angeordnet. Alle Ports des Duplexers ANT, TX-IN, RX-OUT sind dabei unsymmetrisch ausgebildet.
  • Aus der Druckschrift US 2003/0060170 A1 ist außerdem ein in 1b schematisch dargestellter Duplexer bekannt, bei dem alle Ports symmetrisch ausgebildet sind.
  • Aus der Druckschrift US 2001/0013815 A1 ist ein Duplexer bekannt, bei dem im Empfangspfad ein Balun in einem Filter durch eine DMS-Spur realisiert ist, die mit Serienresonatoren verschaltet ist. Die Serienresonatoren sind als SAW-Resonatoren ausgebildet (SAW = Surface Acoustic Wave). Die im Duplexer verwendeten Filterstrukturen sind alle in einer Technologie (SAW) ausgeführt.
  • Aus der Druckschrift US 2002/0140520 A1 ist ein Duplexer mit einem Empfangspfad bekannt. Darin ist ein Empfangsfilter angeordnet, in dem eine Laddertype-Anordnung ausgangsseitig mit einem Balun bzw. einem weiteren Glied zur Symmetrisierung der Laddertype-Anordnung verschaltet ist. Der Balun kann durch LC-Komponenten oder durch eine Anordnung von SAW- oder BAW-Resonatoren realisiert werden (BAW = Bulk Acoustic Wave). Einzelne in jeweils einer eigenen Spur angeordnete SAW-Resonatoren bzw. nebeneinander angeordnete BAW-Resonatoren sind nicht akustisch miteinander gekoppelt.
  • Es ist bekannt, zwischen dem Antennenport und dem Bandpaßfilter TX-BP und/oder RX-BP ein Anpassungsnetzwerk anzuordnen. Ein Anpassungsnetzwerk oder ein Impedanzwandler kann außerdem als Zwischenstufe zur Anpassung der Impedanz des Sendeeingangs TX-IN und des Leistungsverstärkers und/oder zur Anpassung der Impedanz des Empfangsausgangs RX-OUT und des rauscharmen Verstärkers verwendet werden.
  • Unter einem Impedanzwandler wird in dieser Schrift eine Schaltung verstanden, die eine Transformation der Ausgangsimpedanz einer ersten Stufe auf die Eingangsimpedanz einer nachgeschalteten zweiten Stufe durchfüfrt, wobei sich diese Impedanzen voneinander deutlich, z. B. um mindestens Faktor 2 unterscheiden. Eine in geringerem Maße erforderliche Impedanzanpassung zwischen den Stufen einer Schaltung kann durch ein Anpassungsnetzwerk durchgeführt werden.
  • Es ist auch bekannt, zwischen dem Empfangs-Bandpaßfilter und dem LNA mit einem differentiellen Eingang einen Balun zur Symmetrisierung des Empfangssignals anzuordnen. Der Ausgang eines PA ist hingegen meist unsymmetrisch ausgebildet, so daß die Symmetrisierung des Sendesignals nicht erforderlich ist.
  • Die dem Duplexer vor- oder nachgeschalteten Schaltungselemente bilden zu dem Duplexer eine Schnittstelle, an der bei einem Impedanzsprung ein Teil der Energie des Signals reflektiert wird, weswegen oft zusätzlich die Impedanzanpassung der Stufen erforderlich ist, wobei an den Anpassungselementen auch Signalverluste entstehen.
    •
  • Aufgabe der Erfindung ist daher, einen Duplexer anzugeben, der erweiterte Funktionalität besitzt und insbesondere mit einem rauscharmen Verstärker, einem Leistungsverstärker oder einem diese Verstärker umfassenden Chipsatz ohne Zwischenstufen verschaltbar ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Duplexer nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Die Erfindung schlägt einen Duplexer zur Trennung von Sende- und Empfangssignalen eines definierten Frequenzbandes vor, welcher einen unsymmetrisch ausgebildeten Antennenport, einen Empfangsausgang und einen Sendeeingang aufweist. Zwischen dem Antennenport und dem Empfangsausgang des Duplexers ist ein Empfangspfad angeordnet. Zwischen dem Antennenport und dem Sendeeingang ist ein Sendepfad angeordnet. Der Duplexer umfaßt ein Empfangs-Bandpaßfilter, das im Empfangspfad angeordnet ist, und ein Sende-Bandpaßfilter, das im Sendepfad angeordnet ist. Dabei ist der Empfangsausgang des Duplexers oder sowohl der Empfangsausgang als auch der Sendeeingang symmetrisch ausgebildet.
  • Dabei ist es möglich, daß das Empfangs-Bandpaßfilter (oder Sende-Bandpaßfilter) einen unsymmetrischen Ausgang (Eingang bei Sende-Bandpaßfilter) hat und mit einem im Duplexer integrierten Balun verschaltet ist, dessen symmetrische Seite an den symmetrisch ausgebildeten Empfangsausgang (oder Sendeeingang) angeschlossen ist.
  • In einer vorteilhaften Variante der Erfindung ist das Empfangs-Bandpaßfilter (oder Sende-Bandpaßfilter) antennenseitig unsymmetrisch und auf der anderen, an den Empfangsausgang (oder Sendeeingang) angeschlossenen Seite symmetrisch ausgeführt.
  • In einer weiteren Ausführungsform kann die Impedanz des Antennenports unterschiedlich von der Impedanz des Empfangsausgangs und/oder des Sendeeingangs sein, wobei die Impedanzen sich z. B. um mindestens den Faktor 2 unterscheiden. Dabei kann im entsprechenden Signalpfad antennenseitig oder alternativ auf der gegenüberliegenden Seite (nach dem Empfangs-Bandpaßfilter bzw. vor dem Sende-Bandpaßfilter) ein Impedanzwandler angeordnet sein.
  • In einer weiteren Ausführungsform kann die Funktionalität des Impedanzwandlers im entsprechenden Bandpaßfilter realisiert sein, wobei sich die Eingangsimpedanz des Sende-Bandpaßfilters und/oder des Empfangs-Bandpaßfilters von seiner Ausgangsimpedanz unterscheiden und an den gewünschten Impedanzpegel an den Ports des Duplexers angepaßt sind.
  • Ein gemäß der Erfindung ausgestalteter Duplexer hat gegenüber schon bekannten Duplexern den Vorteil, daß zwischen dem Duplexer und dem im Sendepfad vorgeschalteten Leistungsverstärker bzw. im Empfangspfad nachgeschalteten rauscharmen Verstärker keine Zwischenstufen wie z. B. Balun oder – bei unterschiedlichen Impedanzen des Duplexers und des entsprechenden Verstärkers – Impedanzwandler notwendig sind.
  • Die Bandpaßfilter können jeweils zumindest einen mit akustischen Oberflächenwellen arbeitenden Wandler, einen mit akustischen Volumenwellen arbeitenden Resonator (Dünnschichtresonator), einen Mikrowellenkeramik-Resonator, einen LC-Resonator oder eine beliebige Kombination dieser Komponenten enthalten.
  • Die Bandpaßfilter sind vorzugsweise auf einem Trägersubstrat aus Keramik oder Laminat angeordnet, wobei Teile der Bandpaßfilter oder weitere passive Schaltungselemente im Trägersubstrat verborgen sein können.
  • Die Isolation zwischen dem Sendepfad und dem Empfangspfad des Duplexers beträgt vorzugsweise mehr als 40 dB.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und der dazugehörigen Figuren näher erläutert. Die 2 bis 11 zeigen ganz oder ausschnittsweise verschiedene erfindungsgemäße Duplexer.
  • 1a zeigt einen bekannten Duplexer mit unsymmetrischen Ports.
  • 1b zeigt einen bekannten Duplexer mit symmetrischen Ports.
  • 2 zeigt einen erfindungsgemäßen Duplexer mit einem unsymmetrisch ausgebildeten Sendeeingang.
  • 3 zeigt einen weiteren erfindungsgemäßen Duplexer mit einem symmetrisch ausgebildeten Sendeeingang.
  • 4a, 4b, 4c zeigen jeweils einen weiteren erfindungsgemäßen Duplexer mit jeweils einem Impedanzwandler im Sende- und Empfangspfad.
  • 5 zeigt einen weiteren erfindungsgemäßen Duplexer mit jeweils einem Anpassungsnetzwerk im Sende- und Empfangspfad.
  • 6 zeigt einen erfindungsgemäßen Duplexer mit einem Phasenschieber.
  • 7a, 7b zeigen jeweils schematisch und ausschnittsweise ein im Empfangspfad des Duplexers angeordnetes Empfangs-Bandpaßfilter, das als Resonatorstapel der Dünnschichtresonatoren ausgebildet ist. 7b zeigt eine unsymmetrisch-symmetrische Beschaltung der im Stapel angeordneten und akustisch miteinander gekoppelten Dünnschichtresonatoren (links) sowie ein entsprechendes Ersatzschaltbild (rechts).
  • 7c, 7d zeigen jeweils schematisch und ausschnittsweise ein im Empfangspfad des Duplexers angeordnetes Empfangs-Bandpaßfilter, das mit akustischen Oberflächenwellen arbeitende, akustisch miteinander gekoppelte Wandler aufweist.
  • 8 zeigt schematisch und ausschnittsweise ein im Empfangspfad des Duplexers angeordnetes Empfangs-Bandpaßfilter, das als Resonatorstapel der akustisch und elektrisch miteinander gekoppelten Dünnschichtresonatoren ausgebildet ist.
  • 9a zeigt schematisch und ausschnittsweise ein in Ladder-Type Anordnung ausgebildetes Grundglied des Empfangs-Bandpaßfilters.
  • 9b zeigt schematisch und ausschnittsweise ein in Lattice-Type Anordnung ausgebildetes Grundglied des Empfangs-Bandpaßfilters.
  • 10 zeigt im schematischen Querschnitt den Aufbau eines erfindungsgemäßen Duplexers, der als Bauelement in Flip-Chip Anordnung ausgebildet ist.
  • 11 zeigt im schematischen Querschnitt den Aufbau eines erfindungsgemäßen Duplexers, der als Bauelement mit als Bonddrähte ausgeführten elektrischen Verbindungen ausgebildet ist.
    •
  • In 2 ist eine erste Variante des erfindungsgemäßen Duplexer DU mit einem unsymmetrisch ausgebildeten Sendeeingang TX-IN gezeigt. Der Duplexer weist einen unsymmetrisch ausgebildeten Antennenport ANT und parallel zueinander verlaufende Signalpfade RX (Empfangspfad) und TX (Sendepfad), die an einem Ende an den Antennenport ANT direkt oder über eine hier nicht dargestellte Anpassungsschaltung und am gegenüberliegenden Ende jeweils an einen weiteren Port (Empfangsausgang RX-OUT des Empfangspfades, Sendeeingang TX-IN des Sendepfades) angeschlossen sind. Im Sendepfad TX ist ein Sende-Bandpaßfilter TX-BP und im Empfangspfad RX ein Empfangs-Bandpaßfilter RX-BP angeordnet.
  • Der Sendeeingang TX-IN ist in dieser Variante unsymmetrisch ausgebildet.
  • Der Empfangsausgang RX-OUT ist symmetrisch ausgebildet. Das Empfangs-Bandpaßfilter RX-BP ist am Eingang (antennenseitig) unsymmetrisch und ausgangsseitig symmetrisch ausgebildet und weist daher eine im Filter integrierte Balun-Funktionalität auf.
  • Der Eingang des Sende-Bandpaßfilters TX-BP sowie der Ausgang des Empfangs-Bandpaßfilters RX-BP ist hier direkt mit dem entsprechenden Port TX-IN bzw. RX-OUT verbunden. Möglich ist es auch, daß zwischen dem Ausgang des Empfangs-Bandpaßfilters RX-BP und dem Empfangsausgang RX-OUT und/oder zwischen dem Sendeeingang TX-IN und dem Eingang des Sende-Bandpaßfilters TX-BP eine weitere Schaltung (z. B. Anpassungsnetzwerk, Impedanzwandler oder Balun) geschaltet ist.
  • In allen Ausführungsformen können die auf das Empfangs-Bandpaßfilter oder den Empfangspfad bezogenen, in Figuren und/oder im Text der Beschreibung erläuterten Merkmale ohne Einschränkung auf das Sende-Bandpaßfilter bzw. Sendepfad übertragen werden.
  • 3 zeigt eine Variante der Erfindung, bei der zwischen dem Empfangs-Bandpaßfilter RX-BP und dem Empfangsausgang RX-OUT eine Schaltung geschaltet ist, die einerseits einen Balun BA zur Symmetrisierung des Empfangssignals und andererseits einen Impedanzwandler IW zur Anpassung der Ausgangsimpedanz des Empfangs-Bandpaßfilters RX-BP an die Impedanz der Nachstufe umfaßt. Der Ausgang des Empfangs-Bandpaßfilters RX-BP ist hier entsprechend unsymmetrisch ausgebildet.
  • Der Sendeeingang TX-IN ist in dieser Variante symmetrisch ausgebildet, wobei der Eingang des Sende-Bandpaßfilters TX-BP ebenfalls symmetrisch ausgeführt ist. Es ist aber auch möglich, ein Sende-Bandpaßfilter TX-BP mit einem unsymmetrischen Eingang zu verwenden und zwischen diesem Eingang und dem Sendeeingang TX-IN einen Balun zu schalten.
  • In 4a, 4b ist die Möglichkeit vorgestellt, einen Impedanzwandler IW im Empfangspfad RX bzw. einen Impedanzwandler IW1 im Sendepfad TX jeweils antennenseitig anzuordnen. In 4a sind die Impedanzwandler IW, IW1 gezeigt, die jeweils mit einem unsymmetrischen Eingang und einem unsymmetrischen Ausgang ausgebildet sind. Die Filter TX-BP und RX-BP sind mit einem unsymmetrischen Eingang und einem symmetrischen Ausgang ausgebildet.
  • In 4b ist eine Variante der Erfindung gezeigt, wobei die Filter TX-BP und RX-BP jeweils mit einem symmetrischen Eingang und einem symmetrischen Ausgang ausgebildet sind. Die Impedanzwandler IW, IW1 weisen eine Balun-Funktionalität auf und haben einen unsymetrischen Eingang und einen symmetrischen Ausgang.
  • In der in 4c gezeigten Variante sind die Impedanzwandler IW, IW1 im jeweiligen Pfad RX bzw. TX ausgangsseitig angeordnet und mit symmetrischem Ein- und Ausgang ausgebildet. Die Filter TX-BP und RX-BP sind wie in 4a schon erklärt ausgebildet.
  • Anstelle der Impedanzwandler IW, IW1 kann im entsprechenden Signalpfad auch eine andere Schaltung angeordnet werden, wie z. B. in 5 gezeigte Anpassungsnetzwerke MA, MA1.
  • In 6 ist im Empfangspfad RX ein Phasenschieber angeordnet, der alternativ auch im Sendepfad TX oder in beiden Pfaden angeordnet werden kann.
  • In einer bevorzugten Variante kann ein im Empfangspfad RX angeordnetes Anpassungsnetzwerk MA bzw. Phasenschieber PH eine (an die Phasendrehung von 180° im Smith-Diagram) angepaßte Transformationsleitung (vorzugsweise eine λ/4-Leitung) sein, die im Durchlaßbereich des Sende-Bandpaßfilters TX-BP ein offenes Ende am Eingang des Empfangs-Bandpaßfilters RX-BP gewährleistet.
  • 7a zeigt schematisch und ausschnittsweise ein im Empfangspfad des Duplexers angeordnetes Empfangs-Bandpaßfilter RX-BP, das als Resonatorstapel RS der Dünnschichtresonatoren RE und RE1 ausgebildet ist. Der Resonator RE besteht aus zwei Elektroden E1 und E2 und einer dazwischen angeordneten piezoelektrischen Schicht PS. Analog ist der Resonator RE1 aus Elektroden E3, E4 und der piezoelektrischen Schicht PS1 aufgebaut. Die Dünnschichtresonatoren RE und RE1 sind akustisch über das Koppelschichtsystem KS gekoppelt. Die Resonatoren RE, RE1 und das Koppelschichtsystem KS bilden zusammen den Resonatorstapel RS. Der Resonatorstapel ist auf einem Trägersubstrat TS angeordnet, wobei zwischen dem Trägersubstrat TS und dem Resonatorstapel RS ein akustischer Spiegel AS vorgesehen ist, der das Heraustreten der akustischen Welle in Richtung Trägersubstrat verhindert. Der akustische Spiegel AS weist eine Schicht LZ mit niedriger akustischer Impedanz und eine Schicht HZ mit hoher akustischer Impedanz auf.
  • Das Koppelschichtsystem KS stellt meist einen teilweise durchlässigen akustischen Spiegel dar und kann aus einer oder mehreren Schichten bestehen. In 7b ist angedeutet, daß das Koppelschichtsystem KS aus einer Abfolge der Schichten LZ, HZ mit niedriger bzw. hoher akustischer Impedanz bestehen kann.
  • Das Trägersubstrat TS umfaßt eine oder mehrere dielektrische Schichten, wobei auf, unter und (bei mehreren Schichten) zwischen den dielektrischen Schichten Metallisierungsebenen ME angeordnet sind. Die Metallisierungsebenen ME sind miteinander mittels Durchkontaktierungen DK sowie mit den auf der Substratoberseite angeordneten Bauelement-Strukturen, z. B. Resonatoren oder Filtern, und der (unten angeschlossenen) Platine des Endgeräts mittels Durchkontaktierungen DK, Verbindungsleitungen und elektrischen Anschlüsse verbunden. In den Metallisierungsebenen ME können zumindest teilweise Anpassungselemente, die Bandpaßfilter TX-BP und RX-BP sowie weitere Schaltungselemente (z. B. Induktivitäten, Kapazitäten, Leitungsabschnitte) ausgebildet sein.
  • In 7b links ist eine beispielhafte unsymmetrisch-symmetrische Verschaltung (Balun-Schaltung) der gestapelten Resonatoren RE1 und RE gezeigt. Rechts ist ein entsprechendes Ersatzschaltbild vorgestellt. Dabei ist der Resonator RE1 an einen unsymmetrischen Port mit einer signalführenden Leitung und einem dieser zugeordneten elektrischen Anschluß T1 angeschlossen. Der Resonator RE ist an einen symmetrischen Port mit zwei signalführenden Leitungen und diesen zugeordneten elektrischen Anschlüssen T21, T22 angeschlossen. Das so verschaltete Empfangs-Bandpaßfilter RX-BP realisiert eine Balun-Funktionalität des Duplexers im Empfangspfad. Durch die Integration der Balun-Funktionalität im Empfangs-Bandpaßfilter RX-BP läßt sich ein als diskretes Bauelement ausgeführter, einem Duplexer nachzuschaltender Balun im Empfangspfad des Endgerätes erfindungsgemäß einsparen.
  • 7c zeigt ausschnittsweise als Ersatzschaltbild eine weitere vorteilhafte Variante der Erfindung mit einem in SAW Technik (SAW = surface acoustic wave) ausgebildeten Empfangs-Bandpaßfilter RX-BP, das eine integrierte Balun-Funktionalität aufweist. Der elektrische Anschluß T1 ist dem unsymmetrischen Port, vorzugsweise einem Eingangsport des Bandpaßfilters, zugeordnet und an einen ersten Wandler W1 (Eingangswandler) angeschlossen. Der Wandler W1 ist akustisch mit Wandlern W21 und W22 (Ausgangswandler) gekoppelt. Die Wandler W1, W21 und W22 sind mit akustischen Oberflächenwellen arbeitende Interdigitalwandler.
  • Die Wandler W1, W21 und W22 sind in einer von Reflektoren RF1, RF2 begrenzten akustischen Spur angeordnet, wobei der Eingangswandler W1 zwischen den Ausgangswandlern W21 und W22 liegt.
  • Der Ausgangswandler W21 ist zwischen dem elektrischen Anschluß T21 eines symmetrisch ausgebildeten Ports (Ausgangsports) und Masse geschaltet. Der Ausgangswandler W22 ist zwischen dem elektrischen Anschluß T22 desselben Ports und Masse geschaltet.
  • 7d zeigt eine Weiterbildung der in 7c schon erläuterten Schaltung, wobei die heißen Anschlüsse der Ausgangswandler W21, W22 nicht direkt, sondern über eine nachgeschaltete Struktur mit den Anschlüssen T21 bzw. T22 verbunden sind. Die nachgeschaltete Struktur stellt ein Grundglied einer an sich bekannten, für eine symmetrische Signalführung geeigneten Ladder-Type Anordnung dar.
  • Die heißen Anschlüsse der Wandler W21, W22 sind mit den entsprechenden Anschlüssen T21, T22 des symmetrischen Ports jeweils über eine signalführende Signalleitung verbunden. In jeder Signalleitung ist ein Serienresonator (entsprechend RE1 oder RE2) geschaltet. Die beiden Signalleitungen sind miteinander über einen Parallelzweig und einen darin angeordneten Parallelresonator RE verbunden. Der Parallelresonator RE ist beispielsweise als SAW Eintorresonator oder als FBAR Resonator ausgebildet (FBAR = thin film bulk acoustic wave resonator).
  • 8 zeigt eine weitere Ausgestaltung des Empfangs-Bandpaßfilters RX-BP. Der Resonatorstapel RS besteht aus übereinander angeordneten Resonatoren RE und RE1, die eine gemeinsame Elektrode E2 haben. Der Resonatorstapel RS ist in Membrantechnologie über einem im Substrat TS ausgebildeten Hohlraum HR angeordnet.
  • 9a und 9b zeigen beispielhafte Beschattungen von Resonatoren als Grundglied einer Ladder-Type Anordnung (9a) und einer Lattice-Type Anordnung (9b). Die Grundglieder können mit weiteren gleich oder unterschiedlich gestalteten Grundgliedern kombiniert werden und bilden zusammen ein Bandpaßfilter, hier das ausschnittsweise gezeigte Empfangs-Bandpaßfilter RX-BP. Anstelle der Resonatoren können auch akustische Wandler verwendet werden.
  • 10 zeigt einen beispielhaften Aufbau des in Flip-Chip-Anordnung ausgeführten erfindungsgemäßen Duplexers im schematischen Querschnitt. In dieser Variante der Erfindung ist ein Chip CH, der auf dem Trägersubstrat TS aufgebrachte Bauelementstrukturen wie z. B. den Resonator RE bzw. Bandpaßfilter RX-BP, TX-BP trägt, auf einem weiteren Trägersubstrat TS' angeordnet und mit diesem über Bumps BU elektrisch und mechanisch verbunden.
  • 11 zeigt eine weitere Möglichkeit, den auf einem Trägersubstrat TS' montierten Chip CH mit diesem über Bonddrähte BD elektrisch zu verbinden.
  • Der Duplexer kann einen Teil eines modular aufgebauten Bauelements, z. B. eines Frontendmoduls, bilden.
  • Neben den in den Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Figuren vorgestellten Verwirklichungen der Erfindung sind noch eine Reihe weiterer Kombinationen denkbar, die durch Weglassen einzelner Komponenten oder durch Kombination einzelner Komponenten der beschriebenen Ausführungsbeispiele erhalten werden können. Als Schichten oder strukturierte Schichten ausgebildete Elemente können jeweils einen Mehrschichtaufbau aufweisen.
    • DU
    Duplexer
    RX
    Empfangspfad
    TX
    Sendepfad
    ANT
    Antennenport
    RX-BP
    Empfangs-Bandpaßfilter
    TX-BP
    Sende-Bandpaßfilter
    RX-OUT
    Empfangsausgang
    TX-IN
    Sendeeingang
    IW, IW1
    Impedanzwandler
    RE, RE1, RE2
    Resonatoren
    RS
    Resonatorstapel
    MA, MA1
    Anpassungsnetzwerk
    CH
    Chip
    TS, TS'
    Trägersubstrat
    DS
    dielektrische Schicht
    ME
    Metallisierungsebene
    DK
    Durchkontaktierungen
    HR
    Hohlraum
    AS
    akustischer Spiegel
    KS
    Koppelschichtsystem
    LZ
    Schicht mit niedriger akustischer Impedanz
    HZ
    Schicht mit hoher akustischer Impedanz
    BU
    Bump
    BD
    Bonddraht
    E1 bis E4
    Elektroden
    PS, PS1
    piezoelektrische Schicht
    T1
    elektrischer Anschluß eines unsymmetrischen Ports
    T21, T22
    elektrische Anschlüsse eines symmetrischen Ports
    W1
    Eingangswandler
    W21, W22
    Ausgangswandler
    RF1, RF2
    Reflektoren

Claims (25)

  1. Duplexer (DU) zur Trennung von Sende- und Empfangssignalen eines definierten Frequenzbandes, mit einem unsymmetrischen Antennenport (ANT), einem symmetrischen Empfangsausgang (RX-OUT) und einem Sendeeingang (TX-IN), mit einem Empfangspfad (RX), der zwischen dem Antennenport (ANT) und dem Empfangsausgang (RX-OUT) angeordnet ist, mit einem Sendepfad (TX), der zwischen dem Antennenport (ANT) und dem Sendeeingang (TX-IN) angeordnet ist, aufweisend ein Empfangs-Bandpaßfilter (RX-BP), das im Empfangspfad (RX) angeordnet ist, und ein Sende-Bandpaßfilter (TX-BP), das im Sendepfad (TX) angeordnet ist, mit einem der Merkmale A) oder B): A) das Empfangs-Bandpaßfilter (RX-BP) weist mehrere übereinander im Stapel angeordnete, akustisch miteinander gekoppelte, mit akustischen Volumenwellen arbeitende Resonatoren (RE, RE1) auf, wobei ein erster Resonator (RE1) unsymmetrisch und ein zweiter Resonator (RE) symmetrisch beschaltet ist, B) das Empfangs-Bandpaßfilter (RX-BP) weist zwei Teilfilter auf, wobei ein erstes Teilfilter ein Reaktanzfilter in Laddertype- oder Latticetype-Bauweise mit mehreren mit akustischen Volumenwellen arbeitenden Resonatoren (RE, RE1) ist, und ein unsymmetrisch/symmetrisch beschaltetes zweites Teilfilter in einer akustischen Spur angeordnete, akustisch longitudinal miteinander gekoppelte, mit akustischen Oberflächenwellen arbeitende Wandler aufweist.
  2. Duplexer nach Anspruch 1, bei dem in mindestens einem der Bandpaßfilter (TX-BP, RX-BP) ein Mikrowellenkeramik-Resonator oder ein LC- Resonator angeordnet ist.
  3. Duplexer nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Sendeeingang (TX-IN) unsymmetrisch ausgeführt ist.
  4. Duplexer nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Sendeeingang (TX-IN) symmetrisch ausgeführt ist.
  5. Duplexer nach Anspruch 4, bei dem das Sende-Bandpaßfilter (TX-BP) eingangsseitig symmetrisch ausgeführt ist.
  6. Duplexer nach Anspruch 4, bei dem das Sende-Bandpaßfilter (TX-BP) eingangsseitig unsymmetrisch ausgebildet ist, und bei dem zwischen dem Sende-Bandpaßfilter (TX-BP) und dem Sendeeingang (TX-IN) ein Balun angeordnet ist.
  7. Duplexer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Impedanz des Antennenports (ANT) unterschiedlich von der Impedanz des Empfangsausgangs (RX-OUT) und/oder des Sendeeingangs (TX-IN) ist.
  8. Duplexer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem sich die Eingangsimpedanz des Sende-Bandpaßfilters (TX-BP) und/oder des Empfangs-Bandpaßfilters (RX-BP) von seiner Ausgangsimpedanz unterscheidet.
  9. Duplexer nach Anspruch 8, bei dem sich die Ein- und Ausgangsimpedanz des Sende-Bandpaßfilters (TX-BP) und/oder des Empfangs-Bandpaßfilters (RX-BP) um mindestens den Faktor 2 unterscheiden.
  10. Duplexer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem im Sende-Bandpaßfilter (TX-BP) ein mit akustischen Oberflächenwellen arbeitender Wandler angeordnet ist.
  11. Duplexer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem im Sende-Bandpaßfilter (TX-BP) mindestens ein mit akustischen Volumenwellen arbeitender Resonator (RE) angeordnet ist.
  12. Duplexer nach einem der Ansprüche 1 bis 11, der auf einem Trägersubstrat (TS) angeordnet ist, das eine oder mehrere dielektrische Schichten (DS) und auf, unter und zwischen den dielektrischen Schichten (DS) angeordnete Metallisierungsebenen (ME) aufweist.
  13. Duplexer nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem im Empfangspfad (RX) und/oder Sendepfad (TX) antennenseitig ein Anpassungsnetzwerk (MA, MA1) angeordnet ist.
  14. Duplexer nach Anspruch 13, bei dem das Anpassungsnetzwerk (MA) im Empfangspfad (RX) angeordnet ist und eine angepaßte Transformationsleitung aufweist.
  15. Duplexer nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei dem das Sende-Bandpaßfilter (TX-BP) und/oder das Empfangs-Bandpaßfilter (RX-BP) und/oder das Anpassungsnetzwerk (MA, MA1) zumindest teilweise in den Metallisierungsebenen (ME) des Trägersubstrats (TS) ausgebildet sind.
  16. Duplexer nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei dem das Sende-Bandpaßfilter (TX-BP) und/oder das Empfangs-Bandpaßfilter (RX-BP) und/oder das Anpassungsnetzwerk (MA, MA1) jeweils als ein Chip (CH) ausgebildet ist, der auf dem Trägersubstrat (TS) angeordnet ist.
  17. Duplexer nach Anspruch 16, bei dem der oder die Chips (CH) mittels Bonddrähte (BD) oder in Flip-Chip-Anordnung mittels Bumps (BU) mit dem Trägersubstrat (TS) elektrisch verbunden sind.
  18. Duplexer nach einem der Ansprüche 12 bis 17, bei dem die dielektrischen Schichten (DS) des Trägersubstrats (TS) aus Keramik oder Laminat ausgebildet sind.
  19. Duplexer nach einem der Ansprüche 11 bis 18, bei dem das Sende-Bandpaßfilter (RX-BP) mehrere übereinander im Stapel angeordnete, akustisch miteinander gekoppelte, mit akustischen Volumenwellen arbeitende Resonatoren (RE, RE1) aufweist.
  20. Duplexer nach Anspruch 19, bei dem im Stapel ein erster Resonator (RE) unsymmetrisch und ein zweiter Resonator (RE1) symmetrisch beschaltet ist.
  21. Duplexer nach einem der Ansprüche 11 bis 18, bei dem das Sende-Bandpaßfilter (TX-BP) zumindest ein Glied einer Lattice-Type Anordnung aufweist.
  22. Duplexer nach einem der Ansprüche 1 bis 21, bei dem zwei direkt übereinander angeordnete Resonatoren (RE, RE1) eine gemeinsame Elektrode (E2) haben.
  23. Duplexer nach einem der Ansprüche 1 bis 22, bei dem die Isolation zwischen dem Sendepfad (TX) und dem Empfangspfad (RX) mehr als 40 dB beträgt.
  24. Duplexer nach einem der Ansprüche 1 bis 23, bei dem im Sendepfad (TX) und/oder Empfangspfad (RX) zwischen dem Antennenport (ANT) und dem entsprechenden Bandpaßfilter (RX-BP, TX-BP) ein Phasenschieber (PH) angeordnet ist, der zur Aufspaltung der vom Antennenport (ANT) kommenden Sende- und Empfangssignale entsprechend auf den Sende- und Empfangspfad dient.
  25. Duplexer nach einem der Ansprüche 1 bis 24, bei dem im Sendepfad (TX) und/oder Empfangspfad (RX) ein dem Sende-Bandpaßfilter und/oder dem Empfangs-Bandpaßfilter vor- oder nachgeschalteter Impedanzwandler (IW) vorgesehen ist.
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