Beschreibung

Schaltungsanordnung

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung mit einer Filterschaltung, die insbesondere zur Verarbeitung von HF- Signalen über zwei Gigahertz geeignet und insbesondere bei WLAN-Modulen anwendbar ist.

WLAN-Systeme, zum Beispiel nach dem Standard 802.11a/b/g, werden überwiegend in PC-Anwendungen eingesetzt. Sowohl im Empfangs- als auch im Sendeteil dieser Systeme wird ein HF- Filter benötigt, welches für den gewünschten Frequenzbereich durchgängig ist und im Sperrbereich eine ausreichende Unter- drückung aufweist. In PC-Anwendungen ist es in der Regel aber nicht erforderlich, eine hohe Sperrbereichsunterdrückung zu erzielen .

Es besteht jedoch zunehmend Interesse, systemübergreifende Technologien zu schaffen und insbesondere die WLAN-Techno- logie auch mit dem Mobilfunk zui kombinieren, um beispielsweise über das Handy VOIP (= Voice Over IP) und andere Datenübertragungsfunktionen zu nutzen. Bei der Integration von WLAN-Funktionen in eine Funkzellenumgebung für Handys ist eine hohe Unterdrückung der Mobilfunkfrequenzen erforderlich, um eine stabile Koexistenz zwischen WLAN und Mobilfunksystemen zu ermöglichen.

Erste Versuche zur Herstellung von WLAN-Modulen, die in Mobilfunksysteme integriert sind, wurden aus diskreten Komponenten aufgebaut und benötigen daher eine verhältnismäßig große Modulfläche.

Bei Versuchen mit HF-Filtern, die in LTCC-Mehrschichttechnik aufgebaut sind, ergaben sich Probleme diese Filter in kleine keramische Frontendmodule zu integrieren. Diskrete auf LTCC- Technik aufgebaute Filter dagegen sind üblicherweise nicht mit der Herstellungstechnik von LTCC-Modulen kompatibel. Auch die Integration von HF-Filtern in LTCC-Substrate für Frontendmodule schafft Probleme, da aufgrund der hohen Kopplung des LTCC-Materials der Module mit dem Leistungsverstärker das in das Substrat integrierte HF-Filter instabil wird.

Darüber hinaus ist es möglich, derartige für WLAN- und Mobilfunk geeignete Module auf Laminat- oder LTCC-Technologie zu entwerfen und für die entsprechenden Filter diskrete Bauelemente auf LTCC, SAW oder FBAR-Technologie zu verwenden. Mit diesen Bauelementen sind gute Moduleigenschaften und zuverlässige Fertigung zu erwarten. Nachteilig daran ist jedoch die Größe derartiger Module, die relativ große Modulfläche erfordern.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung mit einer Filterschaltung anzugeben, die einfach herzustellen ist und die mit einem geringen Bauelementvolumen realisierbar ist.

Diese Aufgabe wird durch eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind weiteren Ansprüchen zu entnehmen.

Es wird vorgeschlagen, die Schaltungsanordnung in einem keramischen Mehrschichtaufbau zu realisieren. Dieser umfasst strukturierte Metallisierungsebenen, die durch keramische Schichten voneinander getrennt sind. In den Metallisierungs-

ebenen sind miteinander verbundene Schaltungskomponenten integriert, die zusammen eine Filterschaltung realisieren.

Die Filterschaltung umfasst Leiterabschnitte, Masseflächen und Durchkontaktierungen, die eine elektrische Verbindung zwischen Schaltungskomponenten ermöglichen, die in unterschiedlichen Metallisierungsebenen angeordnet sind. Zumindest Teile der Schaltungskomponenten sind kapazitiv miteinander verkoppelt .

Die Filterschaltung umfasst im Mehrschichtaufbau drei als Streifenleitungen ausgebildete Resonatoren. Diese sind parallel zueinander angeordnet und miteinander kapazitiv und/ oder magnetisch so verkoppelt, dass sie zusammen ein Passband aufspannen. Vorzugsweise sind die Streifenleitungen in der gleichen Metallisierungsebene angeordnet. Die Resonatoren können jedoch auch in unterschiedlichen Metallisierungsebenen angeordnet sein. Darüber hinaus ist es möglich, eine einzelne Streifenleitung in Form einer Mehrzahl von zueinander paralleler Streifen auszubilden, die in der gleichen oder in unterschiedlichen Metallisierungsebenen angeordnet und elektrisch miteinander verbunden sind.

In einer funktionstüchtigen Filterschaltung sind neben den als Streifenleitungen ausgebildeten Resonatoren zusätzlich nur noch Mittel vorhanden, die die gewünschte Kopplung von zumindest zwei der Resonatoren miteinander ermöglichen. Für eine magnetische Kopplung ist es ausreichend, die Streifenleitungen nahe beieinander anzuordnen. Vorzugsweise sind zumindest zwei der Resonatoren kapazitiv miteinander verkoppelt. Zu diesem Zweck sind die Streifenleitungen über Kondensatoren miteinander verbunden, die in Form von Metallisierungsflächen ausgebildet sind, die in

unterschiedlichen Metallisierungsebenen übereinander angeordnet sind. Vorzugsweise liegen diese Metallisierungsebenen im Mehrschichtaufbau direkt übereinander.

Eine Streifenleitung kann als Mikrostreifenleitung ausgebildet sein. Diese umfasst neben zumindest einem signalführenden streifenförmigen Leiter eine Masseebene, die im Abstand zum Leiter angeordnet ist. Möglich ist es jedoch auch, die Streifenleitung als Triplate-Leitung auszubilden, bei der der streifenförmige Leiter zwischen zwei Masseebenen angeordnet ist.

In einer Ausführungsform der Erfindung weist der keramische Mehrschichtaufbau daher eine erste und eine zweite Masseebene auf, die vorzugsweise in der obersten und der untersten

Metallisierungsebene des Mehrschichtaufbaus realisiert sind. Alle weiteren Schaltungskomponenten der Filterschaltung können dann zwischen diesen beiden Masseebenen angeordnet sein. Durch übereinander Anordnen der Schaltungskomponenten im keramischen Mehrschichtaufbau gelingt es, die für die

Schaltungsanordnung erforderliche Grundfläche zu minimieren.

Die Schaltungsanordnung weist einen Signalpfad auf, der drei Resonatoranschlüsse aufweisen kann. An jeden Resonatoran- Schluss ist ein Resonator mit einem ersten Ende angeschlossen. Im Signalpfad kann vor und nach jedem der Resonatoranschlüsse je ein serieller Kopplungskondensator angeordnet sein. Das jeweils zweite Ende der Resonatoren ist mit Masse verbunden .

In einer weiteren Ausführung sind zumindest zwei der Resonatoren mit einem ersten Ende an je einem Resonatoranschluss des Signalpfads angeschlossen und mit ihrem zweiten Ende mit

Masse verbunden. Darüber hinaus ist an jeden Resonatoran- schluss ein Querzweig gegen Masse angeschlossen, in dem ein mit Masse verbundener Erdungskondensator angeordnet ist. Zwischen je zwei Resonatoranschlüssen ist im Signalpfad ein serieller Kopplungskondensator angeordnet.

Mit Hilfe dieser Querzweige gelingt es, die elektrische Länge der Streifenleitungen zu reduzieren. In einem solchen Design kann die Länge der Streifenleitungsresonatoren auf weniger als λ/4 verkürzt werden, wobei λ die Wellenlänge bei Resonanzfrequenz des Resonators darstellt. Die in den Querzweigen angeordneten zusätzlichen Schaltungskomponenten können in anderen Metallisierungsebenen als die Resonatoren angeordnet sein. Auf diese Weise reduzieren sich die lateralen Dimensionen der Schaltungsanordnung weiter, die dann ausschließlich durch den Flächenbedarf und insbesondere die Länge der Streifenleitungen bestimmt ist.

Alle für die Filterschaltung erforderlichen Schaltungs- komponenten und insbesondere die Kondensatoren und deren

Metallisierungsflächen können im Mehrschichtaufbau beliebig verteilt sein. Insbesondere ist es möglich, die Kondensatoren in Metallisierungsebenen anzuordnen, die direkt denen der Streifenleitung beziehungsweise deren signalführenden Leitungen benachbart sind. Jede der Metallisierungsebenen kann mehrere Metallisierungsflächen aufweisen, die unterschiedlichen Kondensatoren zugeordnet sind. Die kapazitive Verkopplung solcher nebeneinander angeordneter Metallisierungsflächen ist dabei so minimal, dass sie vernachlässigt werden kann. Auf diese Weise gelingt es, die für die Kondensatoren der Filterschaltung erforderlichen Metallisierungsflächen in einer minimalen Anzahl von

Metallisierungsebenen anzuordnen und über entsprechende Durchkontaktierungen miteinander zu verschalten.

In einer Ausführungsform der Erfindung sind zwei der Resona- toren mit dem Signalpfad verbunden. Ein dritter Resonator ist zwischen diesen beiden Resonatoren angeordnet und an seinem ersten Ende direkt mit Masse verbunden. Das andere Ende dieses Resonators ist über einen Erdungskondensator mit Masse verbunden. Der dritte Resonator ist mit dem ersten und dem zweiten Resonator magnetisch verkoppelt. Erster und zweiter Resonator sind kapazitiv miteinander verkoppelt, wobei die Größe der Verkopplung durch die entsprechende Wahl der Kopplungskondensatoren bestimmt werden kann. Eine solche Anordnung von Resonatoren wird auch als Interdigitalanordnung bezeichnet.

In einer Ausführung der Erfindung weist der Signalpfad drei hintereinander angeordnete Resonatoranschlüsse auf, die mit je einem Resonator verbunden sind. Vor dem ersten und nach dem dritten Resonatoranschluss ist jeweils ein serieller

Anschlusskondensator im Signalpfad angeordnet. Zwischen je zwei aufeinander folgenden Resonatoranschlüssen ist im Signalpfad ein serieller Kopplungskondensator angeordnet. Vor dem ersten Resonatoranschluss und nach dem dritten Resonator- anschluss mündet ein Parallelpfad in den Signalpfad, in dem ein weiterer serieller Kopplungskondensator angeordnet ist, über den der erste und der dritte Resonator kapazitiv miteinander verkoppelt sind. Damit sind kapazitive Kopplungen zwischen allen denkbaren Resonatorpaaren möglich. über die Dimensionierung der jeweiligen Kopplungskondensatoren kann der Grad der Kopplung eingestellt werden. Auf diese Weise gelingt es, eine entsprechende Anzahl von Polstellen in der Filtercharakteristik vorzusehen. Diese können gezielt so

ausgewählt und dimensioniert sein, dass die frequenzabhängige übertragungscharakteristik an gewünschten Stellen eine ausreichende Dämpfung aufweist. über die Kopplung kann darüber hinaus die Flankensteilheit des Passbandes einge- stellt werden.

Die Güte eines Streifenleitungsresonators ist vom Leiterbahnquerschnitt abhängig. Eine bessere Güte wird durch einen größeren Querschnitt erzielt.

Die Herstellung der Streifenleiter beziehungsweise der signalführenden Metallisierungsstreifen erfolgt üblicherweise durch Aufdrucken einer Metallisierungspaste auf die keramischen Grünfolien. Technologiebedingt sind dabei Höhe und Breite der Metallisierungsstreifen begrenzt, so dass sich der Querschnitt eines einzelnen Streifen nicht beliebig erhöhen lässt. Es wird daher vorgeschlagen, einzelne Streifen durch zumindest zwei parallele miteinander verbundene Streifen zu ersetzen. Diese können an einem oder mehreren Punkten elektrisch miteinander verbunden sein, z.B. durch Durchkontaktierungen . Auf diese Weise gelingt es, den Querschnitt der Streifenleiter zu erhöhen, ohne dass dazu die Grundfläche des Mehrschichtaufbaus erhöht werden muss. Ein weiterer Vorteil kann erzielt werden, wenn auch innerhalb der gleichen Metallisierungsebene der Streifenleiter in zum

Beispiel zwei parallele Streifen aufgesplittert ist, die an zumindest einem Ende miteinander verbunden sind. Der Ersatz eines normal breiten Streifenleiters durch zwei schmälere aufgesplitterte Metallstreifen hat auch den Vorteil, dass durch die Verwendung der geringeren Streifenbreite die absolute Toleranz bei der Herstellung reduziert ist. Darüber hinaus weist ein solcher Leiter eine erhöhte Oberfläche auf, so dass dadurch die Stromtragfähigkeit eines solchen Leiters,

die aufgrund des Skineffekts von dessen Oberfläche abhängig ist, erhöht ist.

Bei übereinander angeordneten Leitungsabschnitten des gleichen Leiters kann gewährleistet werden, dass der Abstand lateral benachbarter Resonatoren auch bei lateralem Versatz benachbarter d.h. übereinander angeordneter Metallisierungsebenen gegeneinander gleich bleibt. Indem die Struktur so gestaltet wird, dass die Kanten eines Resonators in einer ersten Metallisierungsebene allseits gegenüber denjenigen Kanten in einer benachbarten zweiten Metallisierungsebene zurückweichen, ist der Abstand lateral benachbarter Resonatoren stets durch den lateralen Abstand entsprechender Resonatorstrukturen (Resonatorkanten) in der zweiten Metallisierungsebene bestimmt, der auch nach lateralem

Ebenenversatz während der Herstellung kleiner bleibt als der derjenige entsprechender Resonatorstrukturen in der ersten Metallisierungsebene .

Dazu kann einer der übereinander angeordneten Metallisierungsstreifen in der genannten zweiten Metallisierungsebene breiter als derjenige der ersten Metallisierungsebene ausgeführt werden und der schmälere mittig über dem breiteren Metallisierungsstreifen angeordnet werden. Der gleiche Effekt kann auch erzielt werden, wenn der breitere Streifen längsgeschlitzt ist und der schmälere Streifen mittig über diesem Schlitz angeordnet wird.

In einer weiteren Ausführung wird im keramischen Mehrschicht- aufbau ein keramisches Material eingesetzt, das eine Dielektrizitätskonstante ε kleiner 20 aufweist. Vorteilhaft ist die Dielektrizitätskonstante jedoch noch geringer und liegt beispielsweise bei weniger als 15 oder sogar bei weniger als

10. Eine geringe Dielektrizitätskonstante erzeugt geringere Kopplungen. Auf diese Weise ist es möglich, den Mehrschichtaufbau als Substratmaterial für weitere Komponenten einer Schaltungsanordnung zu verwenden, die weitere Funktonen aufweist. Insbesondere ist es beispielsweise möglich, die Filterschaltung um einen Leistungsverstärker zu erweitern, der als diskretes Halbleiterbauelement auf der Oberfläche des Mehrschichtaufbaus montiert und elektrisch mit der Filterschaltung verbunden ist.

Darüber hinaus kann die Schaltungsanordnung noch Schaltungselemente aufweisen, die ebenfalls als diskrete Halbleiterbauelemente ausgebildet und ebenfalls auf dem Mehrschichtaufbau montiert und elektrisch mit der Filterschaltung beziehungsweise der Schaltungsanordnung verbunden sind. Auf diese Weise gelingt es, mit dem Mehrschichtaufbau als Substrat ein komplettes Frontendmodul zu realisieren.

Vorzugsweise ist der keramische Mehrschichtaufbau und damit das Substrat der erweiterten Schaltungsanordnung eine LTCC- Keramik (= Low Temperature Cofired Ceramic) . Eine solche ist monolithisch und weist beim Sintern einen nur geringen lateralen Schwund auf, so dass sich die auf der Stufe der Grünfolien erzeugten Strukturen wie Metallisierungen und Durchkontaktierungen sicher und ohne große laterale

Größenänderungen in die gesinterten und damit endgültigen Strukturen des Mehrschichtaufbaus überführen lassen.

Die Schaltungsanordnung kann einen Antennenanschluss aufweisen, an den der Signalpfad angeschlossen ist. Die

Filterschaltung ist im Signalpfad angeordnet, beispielsweise zwischen dem Antennenanschluss und einem Halbleiterschaltelement, an welchem sich der gemeinsame Signalpfad in einen

Sendepfad und einen Empfangspfad aufteilen kann. Sende- und Empfangspfad können dabei einem WLAN-System zugeordnet sein. Möglich ist es außerdem, mit Hilfe des Schaltelements einen weiteren Signalpfad anzuschließen, der für die übertragung von Signalen geeignet ist, die im gleichen Frequenzband übertragen werden. So ist es beispielsweise möglich, in der Schaltungsanordnung Signalpfade für WLAN und für Blue Tooth, die das gleiche Frequenzband bei zirka 2,4 Gigahertz nutzen, vorzusehen .

Mit der vorgeschlagenen Schaltungsanordnung beziehungsweise der darin enthaltenen Filterschaltung, die vorzugsweise antennenseitig in den Signalpfad eingebaut wird, können die WLAN-Frequenzen sicher gegen benachbarte Mobilfunkbänder isoliert werden. Diese Bänder, die beispielsweise zwischen 800 und 1990 Megahertz liegen, können dabei mit mehr als 40 dB unterdrückt werden. Mit der Filterschaltung ist weiterhin gewährleistet, dass die Mobilfunkbänder nicht negativ vom Sendebetrieb des WLAN-Systems beeinflusst werden. Dabei gelingt es auch, das Ausmaß des thermischen Rauschens, das von den Verstärkern des WLAN-Systems generiert wird, zu unterdrücken. Damit gelingt es auch, das den WLAN-Frequenzen nächstgelegene WCDMA-Empfangsband zwischen 2100 und 2170 Megahertz vor einem übersprechen durch die WLAN-Frequenzen zu schützen.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und der dazugehörigen Figuren näher erläutert.

Figur 1 zeigt das Blockdiagramm einer Filterschaltung mit kammartiger Anordnung.

Figur 2 zeigt das Blockdiagramm einer Filterschaltung mit Interdigitalanordnung .

Figur 3 zeigt das Blockdiagramm einer weiteren Filterschaltung in Kammanordnung, bei der die Resonatoren masseseitig überbrückt sind.

Figur 4 zeigt eine beispielhafte Metallisierung für eine Filterschaltung gemäß Figur 3.

Figuren 5 und 6 zeigen beispielhafte Ausgestaltungen von Streifenleitungen im Querschnitt und in der Draufsicht.

Figur 7 zeigt die übertragungskurve einer erfindungsgemäßen Filterschaltung.

Figur 8 zeigt anhand zweier übertragungskurven den Effekt einer zusätzlichen überbrückung am masseseitigen Ende der Streifenleitungen .

Figur 9 zeigt eine beispielhafte Metallisierung für eine Filterschaltung gemäß Figur 2.

Figur 10 zeigt ein Blockdiagramm für ein Frontendmodul mit einer Filterschaltung.

Figur 11 zeigt ein Blockdiagramm für ein Frontendmodul, welches bei zwei WLAN-Frequenzbändern arbeitet,

Figur 12 zeigt ein Blockdiagramm für eine einfache Ausführung eines Frontendmoduls eines WLAN-Systems .

Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Filterschaltung. Diese ist in Mehrschicht-LTCC- Technologie ausgeführt. Sie umfasst im Wesentlichen drei Resonatoren TLl, TL2, TL3, die als Streifenleitungen, auch Transmissionsleitungen genannt, ausgeführt sind. Die

Streifenleitungen sind in räumlicher Nähe und parallel so angeordnet, dass zwischen den einzelnen Resonatoren magnetische Kopplungen Ml, M2 und M3 auftreten können. In der dargestellten Ausführung sind die Resonatoren in Kammanord- nung ausgeführt. Dabei sind die Streifenleitungen mit einem Ende an einen Signalpfad angebunden, der einen ersten Anschluss Tl mit einem zweiten Anschluss T2 verbindet. Die Verbindungsstelle der Streifenleitungen mit dem Signalpfad wird hier als Resonatoranschluss bezeichnet.

Zwischen je zwei Resonatoranschlüssen sind Koppelkondensatoren vorgesehen, beispielsweise ein Kondensator C4 zwischen dem ersten Resonatoranschluss für den ersten Resonator TLl und dem zweiten Resonatoranschluss für den zweiten Resonator TL2, sowie ein Kondensator C5 zwischen dem zweiten Resonatoranschluss und dem dritten Resonatoranschluss für den dritten Resonator TL3. Von jedem Resonatoranschluss ist ein Querzweig gegen Masse geführt, in dem jeweils ein Erdungskondensator angeordnet ist. Ein erster Querzweig, der mit dem ersten Resonatoranschluss verbunden ist, weist einen ersten Erdungskondensator Cl auf. Ein zweiter Querzweig, der mit dem zweiten Resonatoranschluss verbunden ist, weist einen Erdungskondensator C3 auf. Mit dem dritten Resonatoranschluss verbunden ist ein Querzweig mit einem dritten Erdungskonden- sator C2. Eine weitere kapazitive Verkopplung zwischen erstem und drittem Resonator TLl, TL3 wird erreicht, indem ein Parallelzweig vor dem ersten Resonatoranschluss und nach dem

dritten Resonatoranschluss mit dem Signalpfad verbunden ist. Im Parallelzweig ist ein Koppelkondensator C6 angeordnet.

Mit Hilfe der Erdungskondensatoren in den Querzweigen gegen Masse lassen sich die Streifenleitungen für die drei

Resonatoren wesentlich kürzer als bekannte Streifenleitungsresonatoren führen. Darüber hinaus kann die Filterschaltung in einem Keramikmaterial mit relativ niedriger Dielektrizitätskonstante und in akzeptablen Dimensionen ausgeführt werden. Koppel- und Erdungskondensatoren sind dabei oberhalb und unterhalb der Resonatoren im Mehrschichtaufbau angeordnet, so dass die lateralen Dimensionen der dargestellten Schaltungsanordnung im Wesentlichen durch die Länge der Streifenleitungen bestimmt sind. Die Kombinationen aus kapazitiver und magnetischer Kopplung erzeugen mehrere Polstellen, denen eine gezielte Einstellung der Transmissionskurve in Bezug auf Flankengestaltung und Unterdrückung kritischer Frequenzen ermöglicht.

Komplettiert wird der Mehrschichtaufbau durch zwei Masseebenen, die Teil der Transmissionsleitungen beziehungsweise Streifenleitungen sind und zwischen denen sämtliche Schaltungskomponenten, insbesondere die Metallisierungsflächen für Erdungs- und Kopplungskondensatoren sowie die Durchkontaktierungen zum Verbinden dieser Schaltungskomponenten angeordnet sind. Sofern zur Verbindung von Schaltungskomponenten Durchkontaktierungen durch mehrere der keramischen Schichten erforderlich sind, so sind diese vorzugsweise direkt übereinander angeordnet. Zur optimalen Aus- nutzung der lateralen Dimensionen sind die Durchkontaktierungen in der Nähe der Schaltungskomponenten ausgeführt.

Eine Streifenleitung oder Transmissionsleitung besteht zumindest aus einer signalführenden Leitung einer gegebenen elektrischen Länge einem parallel dazu geführten Masseleiter, insbesondere einer Masseebene. Die signalführende Leitung wiederum kann zur Erhöhung ihrer Querschnittsfläche horizontal gesplittet sein und zusätzlich Abschnitte aufweisen, die in unterschiedlichen aber direkt benachbarten Metallisierungsebenen angeordnet sind. Figur 5 zeigt eine einfache Ausführung einer solchen in zwei Metallisierungs- ebenen verlaufenden Streifenleitung, beziehungsweise deren signalführenden Abschnitt. Dieser umfasst einen oberen Streifen einer Breite WO und einen unteren Streifen der Breite WU, wobei WO kleiner WU. Der schmalere obere Leiterabschnitt ist vorzugsweise über den breiteren unteren Leitungsabschnitt zentriert angeordnet. Eine laterale

Relativverschiebung der beiden Leiterabschnitte ist dabei unerheblich für die Resonatoreigenschaften, da die überlappungsfläche aufgrund der mittigen Anordnung und der unterschiedlichen Breiten bis zur Verschiebung des oberen Streifenabschnitts über die Kante des unteren Streifenabschnitts unverändert bleibt.

Figur 6A zeigt eine weitere Ausführung, bei der der untere Streifenabschnitt in der Mitte geschlitzt ist und so aus zwei parallelen innerhalb der gleichen Metallisierungsebene verlaufenden Teilstreifen besteht. Die Entfernung der beiden voneinander wegweisenden Außenkanten der beiden Teilstreifen beträgt dabei WU, die Breite des oberen Streifens WO, wobei WO kleiner WU. Auch hier wird durch die zentrale Anordnung des oberen Streifens mittig über den beiden unteren

Teilstreifen gewährleistet, dass bei lateralem Versatz die überlappungsfläche bis zu einem bestimmten Ausmaß konstant bleibt. Figur 6B zeigt den in Figur 6A dargestellten,

geschlitzten, mehrstreifigen Streifenleiter in der Draufsicht. Die beiden in einer gemeinsamen Metallisierungsebene angeordneten Teilstreifen weisen eine Länge L auf und sind an beiden Enden über Querstücke miteinander elektrisch verbunden. Oberer und unterer Teilstreifen sind ebenfalls an zumindest einem Ende elektrisch miteinander verbunden, vorzugsweise an beiden Enden.

Figur 7 zeigt die übertragungskurve einer gemäß Figur 1 ausgestalteten Filterschaltung. Der Durchlassbereich, der durch die Resonanzfrequenzen der Streifenleitungsresonatoren und damit von deren elektrischer Länge L bestimmt ist, liegt hier bei zirka 2,4 bis 2,5 Gigahertz, was der Bandbreite eines ersten WLAN-Systems entspricht. Zu erkennen ist, dass insbesondere hin zu niedrigeren Frequenzen, in denen die

übertragungsbänder diverser Mobilfunksysteme angeordnet sind, eine hohe Dämpfung von 45 dB und mehr erzielt wird. Damit ist diese Filterschaltung hervorragend dazu geeignet, ein WLAN- System gegen ein vorzugsweise im gleichen Gehäuse unterge- brachtes Mobilfunksystem zu isolieren, so dass in der Mobilfunkeinrichtung paralleler WLAN- und Mobilfunkbetrieb möglich ist .

Figur 2 zeigt eine weitere Ausführung einer erfindungsgemäßen Filterschaltung, bei der wiederum drei als Streifenleiter ausgebildete Resonatoren parallel zueinander angeordnet sind. Im Unterschied zu der Ausführung nach Figur 1 sind hier jedoch nur zwei der Resonatoren über Resonatorsanschlüsse an die Signalleitung angeschlossen, die zwischen den Anschlüssen Tl und T2 verläuft. Ein dritter Streifenleitungsresonator TL2 ist mittig zwischen erstem und zweitem Resonator angeordnet aber elektrisch nicht mit diesem oder der Signalleitung verbunden. Die Resonatoren sind an dem von der Signalleitung

wegweisenden Ende mit Masse verbunden. An den Resonatoranschlüssen ist jeweils ein Querzweig gegen Masse mit einem daran angeordneten Erdungskondensator Cl, C2 angeschlossen.

Der Dritte, zwischen ersten und zweiten Streifenleitungsresonator TLl, TL3 angeordnete Resonator TL2 ist an einem Ende direkt mit Masse verbunden, am anderen Ende dagegen über einen Kondensator C3 mit Masse. Durch die räumliche Nähe zum ersten und zweiten Resonator kann er mit diesen magnetisch koppeln. Die Kopplungen M sind durch Doppelpfeile dargestellt .

Ein weiteres Detail dieser Anordnung ist eine überbrückende Leitung B, die wahlweise die masseseitigen Enden des ersten und zweiten Resonators TLl, TL3 miteinander verbinden kann.

Diese Verbindung B kann in einer Metallisierungsebene in Form eines Leiterstücks realisiert sein, die oberhalb der Streifenleitungen angeordnet ist. Mit Hilfe dieser überbrückungsleitung gelingt es, die Isolation an bestimmten Stellen der übertragungsfunktion weiter zu verbessern. Anstelle von nur einer überbrückungsleitung B können noch weitere überbrückungsleitungen vorgesehen sein, die alle miteinander parallel geschaltet sind. Auf diese Weise wird der Masse- anschluss am Kurzschlussende der Resonatoren verbessert. Zwischen dem Ende der Signalleitung Tl und dem ersten

Resonatoranschluss kann ein Anschlusskondensator C5 und zwischen dem zweiten Resonatoranschluss und dem zweiten Anschluss der Signalleitung T2 kann ein zweiter Anschlusskondensator C6 im Signalpfad angeordnet sein.

In Figur 8 ist die übertragungskurve Kl für ein nach Figur 2 ausgebildete Filterschaltung dargestellt und einer zweiten übertragungskurve K2 gegenübergestellt, die im Unterschied

dazu auf die überbrückungsleitung B verzichtet. Es zeigt sich, dass mit Hilfe der überbrückungsleitung B im nahen Sperrbereich eine wesentlich bessere Isolation erzielt werden kann als ohne diese überbrückungsleitung. Mit der über- brückungsleitung B wird eine Polstelle knapp unterhalb des Passbandes geschaffen, die zu einer steileren Flanke und damit einer besseren Isolation gegenüber in diesem Bereich gelegenen Mobilfunkbändern, beispielsweise dem WCDMA-Band führt. In den übrigen Bandbereichen bleibt die übertragungs- kurve von dieser zusätzlichen überbrückungsleitung nahezu unverändert .

Figur 9 zeigt anhand einer Aufrisszeichnung eine Möglichkeit, wie die Filterschaltung gemäß Figur 2 in einem Mehrschich- taufbau realisiert werden kann. Dargestellt sind die einzelnen Keramiklagen im Abstand zueinander und die zwischen den Keramiklagen angeordneten Metallisierungen, die die Schaltungskomponenten der Filterschaltung aus Figur 2 realisieren. Die Metallisierung 1 auf der obersten keramischen Schicht und die Metallisierung 20 auf der untersten keramischen Schicht des Mehrschichtaufbaus stellen Masseebenen dar. Sämtliche übrigen Schaltungskomponenten, die in Form von strukturierten Metallisierungen realisiert sind, sind zwischen diesen beiden Metallisierungsebenen angeordnet .

Kondensatoren beziehungsweise Kapazitäten sind durch übereinander liegende und einander zumindest teilweise überlappende Metallisierungsflächen realisiert. Beispielsweise ist der Erdungskondensator C3 (aus Figur 2) durch die beiden Metallisierungsflächen 19 und die Masseebene 20 gebildet. Die Erdungskondensatoren Cl und C2 werden jeweils durch die Masseebene 1 und eine der beiden Metallisierungsflächen 2 und 3 gebildet. Die drei als Streifenleitungen

realisierten Resonatoren TLl, TL2 und TL3 sind in der Figur als jeweils zwei elektrische Durchkontaktierungen miteinander verbundene und in unterschiedlichen Metallisierungsebenen angeordnete Metallstreifen realisiert. Resonator TLl umfasst beispielsweise die Streifen 13 und 16, Resonator TL2 die

Streifen 14 und 17 und Resonator TL3 die Streifen 15 und 18. Die kapazitive Kopplung mittels des Kopplungskondensators C4 ist durch die Metallisierungsfläche 4, die sowohl zwischen den Metallisierungsflächen 2 und 9 als auch zwischen den Metallisierungsflächen 3 und 10 angeordnet ist, gebildet. Der Anschlusskondensator C5 ist durch die Kapazität zwischen den Metallisierungsflächen 5 und 2, der Anschlusskondensator C6 dagegen durch die Kapazität zwischen den Metallisierungsflächen 5, 2 und 9 gebildet, der Anschlusskondensator C6 dagegen durch die Kapazität zwischen den Metallisierungsflächen 6, 3 und 10. Der Erdungskondensator Cl ist durch Metallisierungsflächen 1 und 2, der Erdungskondensator C2 durch die Metallisierungsflächen 1 und 3 gebildet. Die Resonatoren TLl bis TL3 sind jeweils beispielsweise wie in Figur 5 dargestellt ausgebildet. Als weitere wichtige Details dieser Struktur sind die überbrückungsleitungen B, die in Form der Metallstreifen 11 und 12 in Figur 9 realisiert sind und die die masseseitigen Enden der Resonatoren TLl und TL3 miteinander verbinden. Die beiden Streifen 11 und 12 sind elektrisch parallel geschaltet und über Durchkontaktierungen mit den Streifenleitungen beziehungsweise den Resonatoren verbunden .

Weiterhin entnimmt man diesem Beispiel, dass es nicht erforderlich ist, zusätzliche keramische Schichten zwischen den Resonatoren und den sie verkuppelnden Resonatoren beziehungsweise deren Metallisierungsflächen anzuordnen. Auch sieht man, dass zwischen den signalführenden Leitungen der

Resonatoren und für eine Mikrostreifenleitung erforderlichen Massefläche (hier Massefläche 20) Schaltungskomponenten in Form von Metallisierungen vorgesehen sein können, ohne dass diese die Funktion der Filterschaltung stören würden. Die zusätzliche Metallisierungsebene 19 zwischen der Massefläche 20 und den Resonatorstreifen in der Metallisierungsebene darüber führen lediglich dazu, dass der Wellenwiderstand nicht definiert ist.

Der elektrische Anschluss der Filterschaltung von Figur 9, entspricht den Anschlüssen Tl und T2 in Figur 2 und kann über die Metallisierungsstreifen 7 und 8 erfolgen. Mit der Erfindung ist es auch möglich, wie in Figur 9 klar ersichtlich, in einer Metallisierungsebene mehrere, unterschiedlichen Konden- satoren zuzurechnende Metallisierungsflächen nebeneinander anzuordnen, ohne dass diese sich gegenseitig negativ beeinflussen würden. Auf diese Weise wird ein kompaktes Design des Mehrschichtaufbaus und damit ein bezüglich der Abmessungen minimiertes die Filterschaltung realisierendes Bauelement geschaffen.

Dem erfindungsgemäßen Gedanken steht es nicht entgegen, weitere keramische Lagen in den Mehrschichtaufbau zu integrieren, die frei von Metallisierungen sein können oder zusätzliche Metallisierungen und damit zusätzliche Schaltungskomponenten darstellen, die mit der Filterschaltung verbunden sein können, oder die anderen Funktionen der Schaltungsanordnung zugerechnet werden können. Zur Schaltungsanordnung können insbesondere diskrete Bauelemente gerechnet werden, die auf dem Mehrschichtaufbau als Substrat montiert sind und mit der Filterschaltung im Mehrschichtaufbau verbunden sind.

Sofern die lateralen Dimensionen dieser diskreten in der Schaltungsanordnung verwendeten Bauelemente in der Summe die Grundfläche des in Figur 9 dargestellten Mehrschichtaufbaus überschreiten, kann der kompakte Aufbau auch etwas entzerrt werden, indem hier übereinander beziehungsweise in unterschiedlichen Metallisierungsebenen angeordnete Metallisierungsflächen nebeneinander in insgesamt weniger Metallisierungsebenen angeordnet werden können. Vorteilhaft ist es jedoch, wenn zu Schaltungskomponenten verbundene Metallisierungen über vertikal durch den Mehrschichtaufbau verlaufende Durchkontaktierungen miteinander verbunden werden können, ohne dass horizontal dazu verlaufende Leiterabschlüsse erforderlich sind.

Als oberste Schicht des Mehrschichtaufbaus können zu

Isolationszwecken eine oder mehrere zusätzliche Keramikschichten angeordnet sein. Prinzipiell ist es jedoch auch möglich, die Grundfläche der obersten keramischen Schicht mit der Masseebene 1 entsprechend zu vergrößern, so dass die von der Massefläche 1 nicht bedeckte Oberfläche der obersten keramischen Schicht als Substrat für die Montage diskreter Bauelemente zur Verfügung steht.

Figur 3 zeigt das Blockschaltbild einer Filterschaltung mit kammartiger Anordnung von drei parallelen in Form von

Streifenleitungen realisierten Resonatoren TLl, TL2 und TL3. Deren Aufbau unterscheidet sich gegenüber dem in Figur 1 dargestellten durch die überbrückungsleitung Bl, die die drei Resonatoren am masseseitigen Ende in der gleichen Metalli- sierungsebene miteinander verbindet. Optional kann eine weitere überbrückungsleitung B2 vorgesehen sein, die hier die beiden äußeren Resonatoren TLl und TL3 am masseseitigen Ende miteinander verbindet, wobei die überbrückungsleitung B2

jedoch in einer darüber oder darunter angeordneten Metallisierungsebene ausgebildet ist. Auch in dieser Ausführung werden die anhand von Figur 8 erläuterten Verbesserungen bezüglich der Isolation unterhalb des Durchlassbereiches erzielt.

Figur 4 zeigt die Struktur eines möglichen Mehrschichtaufbaus, mit dem die im Blockdiagramm der Figur 3 schematisch dargestellte Filterschaltung in Form konkreter Metallisierungen und keramischer Lagen realisiert werden kann. Die Form der Darstellung entspricht derjenigen der eben erläuterten

Figur 9. Wesentlicher Unterschied zu der Struktur von Figur 9 ist in Figur 4 die überbrückungsleitung Bl, die die drei streifenförmigen Resonatoren auf der Masseseite in der gleichen Metallisierungsebene wie die Streifenleitungen miteinan- der verbindet. Jede der drei Resonatoren TLl bis TL3 ist wieder durch zwei übereinander angeordnete wie in Figur 5 ausgebildete Metallisierungsstreifen realisiert, die hier an beiden Enden miteinander verbunden sind. Die drei Resonatoren bestehen daher aus paarweisen Streifen 17 und 21, 18 und 22 sowie 19 und 23. Die Kopplungskondensatoren Cl und C2 sind durch die Masseebenen 1 und 2 beziehungsweise 3 und 1 gebildet. Der Erdungskondensator C3 ist durch die Masseflächen 24 und 25 gebildet. Die Kopplungskondensatoren C4 und C5 sind durch die Masseflächen 9 und 8 gebildet, die jeweils zwischen Masseebenen 2 und 11 beziehungsweise 3 und 12 angeordnet sind. Masseflächen 2 und 11 sowie 3 und 12 sind jeweils über Durchkontaktierungen miteinander verbunden, so dass die Kopplungskondensatoren C4 und C5 jeweils aus zwei parallel geschalteten Kondensatoren bestehen. Die kapazitive Verkopp- lung zweier nebeneinander angeordneter Metallisierungsflächen mittels einer weiteren, beide erste Metallisierungsflächen überlappenden größeren Metallisierungsfläche hat den Vorteil, dass bei gegebener Kapazität die dafür erforderliche Grund-

fläche im Mehrschichtaufbau verkleinert werden kann. Alternativ ist es natürlich auch möglich, die Kondensatoren durch jeweils nur zwei einander überlappende Metallisierungsflächen zu realisieren, die dann naturgemäß einen größeren Flächen- bedarf aufweisen. Der Kopplungskondensator C6 besteht aus dem kapazitiv in Kaskade verschalteten Metallisierungsflächen 11, 13 und 12. Die Anschlusskondensatoren C7 und 8 umfassen Metallisierungsflächen 5 und 2 beziehungsweise 4 und 3.

Auch hier ist eine überbrückungsleitung B2 durch die parallel geschalteten Metallisierungsstreifen 14 und 15 realisiert, die über Durchkontaktierungen mit den masseseitigen Enden der Resonatoren TLl und TL3 verbunden sind.

Figur 7 zeigt die Transmissionskurven der in Figur 4 dargestellten Filterschaltung, die dem Blockschaltbild von Figur 3 entspricht. Die Transmissionskurve S21 zeigt zwei Polstellen unterhalb des Passbandes nahe bei zwei Gigahertz. Diese resultieren aus der Kombination von magnetischen und kapazitiven Kopplungen zwischen den Resonatoren. Während die kapazitiven Kopplungen von der überlappungsfläche der entsprechenden Metallisierungsfläche, deren Abstand und der Dielektrizitätskonstante der keramischen Schicht dazwischen bestimmt ist, ist die magnetische Kopplung eine Funktion des Abstands der Streifenleitungen. Die Kopplungen Ml und M3 der beiden außen gelegenen Streifenleitungsresonatoren mit dem mittleren Streifenleitungsresonator definieren in Verbindung mit den Kopplungskondensatoren C4 und C5 die Polstelle nahe des Passbandes. Die magnetische Kopplung M2 zwischen den beiden äußeren Streifenleitungsresonatoren definiert die weitere Polstelle, die in der Abbildung ganz links dargestellt ist und ebenfalls unterhalb des Passbandes liegt. Eine Vergrößerung des Abstands zwischen Resonatoren würde die

magnetischen Kopplungen Ml bis M3 verändern und damit die Position der Polstellen. In diesem Zusammenhang dienen die überbrückungsleitungen B2, in der Figur 4 die Metallisierungsstreifen 14 und 15 zwischen den masseseitigen Enden des ersten und dritten Resonators TLl, TL3 zur Einstellung der magnetischen Kopplung M2 unabhängig von den magnetischen Kopplungen Ml und M3. Eine Veränderung der Kopplung kann durch eine Veränderung von Streifenbreite und Anzahl von überbrückungsstreifen erzielt werden. Die überbrückungs- streifen können dabei auch unterhalb der Streifenleitungen angeordnet werden oder sowohl oberhalb als auch unterhalb angeordnet sein. Die Verbindungsleitungen Bl entsprechend den streifenförmigen Metallisierungen 16 und 20 in Figur 4 schaffen eine zusätzliche magnetisch Verkopplung zwischen den Resonatoren TLl und TL2, TL2 und TL3 beziehungsweise TLl und TL3. In Abhängigkeit von den gewünschten Filtereigenschaften kann auch auf diese Metallisierungsstreifen 16 und 20 verzichtet werden.

Figur 10 zeigt die weitere Ausgestaltung einer vorgeschlagenen Schaltungsanordnung, die die im Mehrschichtaufbau integrierten Schaltungskomponenten und auf dem Mehrschichtaufbau montierte diskrete Bauelemente umfasst. Alle Schaltungskomponenten, die innerhalb der gestrichelten Linie angeordnet sind, sind der Schaltungsanordnung zuzurechnen.

Die Schaltungsanordnung von Figur 10 umfasst einen Antennen- anschluss, der direkt mit einer ersten Filterschaltung FSl verbunden ist, die erfindungsgemäß ausgebildet ist. Die Filterschaltung ist weiter mit einem Schaltelement SE verbunden, der den bislang einheitlichen Signalpfad wahlweise mit drei Teilsignalpfaden verbinden kann. Der in der Figur unten dargestellte Signalpfad ist ein Sende-/Empfangspfad für ein Blue Tooth System und ist ausgangsseitig (in der Figur

links dargestellt) mit einem entsprechenden Transceiver IC2 verbunden. Der in der Figur mittlere Signalpfad entspricht dem Empfangspfad eines WLAN-Systems und mündet vom Schalter direkt in einen Transceiver ICl. Im obersten Teilpfad, der dem Sendepfad des WLAN-Systems entspricht, ist zwischen dem Transceiver ICl und dem Schaltelement SE eine zweite Filterschaltung FS2 und zwischen dieser Filterschaltung und dem Schaltelement SE ein Leistungsverstärker PA angeordnet.

In einer weiteren Variante dieser Schaltungsanordnung ist gemäß Figur 12 im oberen Teilpfad zwischen dem Leistungsverstärker PA und dem Schaltelement SE eine weitere erfindungsgemäß ausgebildete Filterschaltung angeordnet. Durch die gestrichelte Darstellung in der Figur 12 für die beiden Filterschaltungen des oberen Teilpfades ist angedeutet, dass diese beiden Filterschaltungen optional sind und für das Funktionieren der gesamten als Frontendmodul FEM ausgebildeten Schaltungsanordnung nicht unbedingt erforderlich sind, da deren Filterfunktion als Passbandfilter bereits durch die erste Filterschaltung FSl erfüllt wird.

In einer weiteren Ausgestaltung umfasst die als Frontendmodul FEM ausgebildete Schaltungsanordnung gemäß Figur 11 antennenseitig einen Diplexer DP, der den Antennenanschluss auf zwei Signalpfade aufteilt. Im oberen Signalpfad ist zunächst eine erste Filterschaltung FSl angeordnet, die mit einem Schaltelement SE verbunden ist. Dieses verbindet die Filterschaltung FSl wahlweise mit einem Sendepfad TX oder einem Empfangspfad RX. In beiden Pfaden ist schalterseitig jeweils ein Verstärker PA beziehungsweise LNA angeordnet. Im Sendepfad kann zwischen Transceiver ICl und Verstärker PA eine dritte Filterschaltung FS3 angeordnet sein. Der zweite am Diplexer DP getrennte Signalpfad, in der Figur 11 unten

dargestellt, entspricht einer Schaltungskonfiguration, wie sie bereits anhand von Figur 10 erläutert wurde. Hinter der eingangsseitigen als Passbandfilter fungierenden Filterschaltung FS2 wird der Signalpfad mit einem zweiten Schal- telement SE2 auf drei Teilpfade aufgeteilt, einen Sende-/Em- pfangspfad für Blue Tooth, der in einen Transceiver IC2 mündet sowie einen Sendepfad TX und einen Empfangspfad RX für einen zweiten WLAN-Frequenzbereich. Da die beiden für WLAN zugelassenen Frequenzbereiche mit 2,4 - 2,5 und 4,9 - 5,85 GHz ausreichend weit voneinander getrennt sind, ist zur Trennung der Signale für die unterschiedlichen WLAN- Frequenzbänder ein Diplexer DP ausreichend, der aus einem Hochpass und einem Tiefpass besteht. Optional kann auch hier auf die dritte und vierte Filterschaltung FS3, FS4, die jeweils im Sendepfad der beiden WLAN-Systeme angeordnet sind, verzichtet werden.

Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungen beschränkt. Mögliche Umsetzungen in Form von durch Metallisierungen realisierten Schaltungskomponenten können nach Bedarf variiert werden und außerdem eine weitere Anzahl von Schaltungskomponenten umfassen. Die Schaltungsanordnung ist speziell für WLAN-Systeme und andere drahtlose Kommunikations- und Datenübertragungssysteme vorgesehen, aber nicht auf diese beschränkt. Die vorgeschlagene Schaltungsanordnung lässt sich auch mit anderen Frequenzbereichen beziehungsweise Passbändern realisieren und zur entsprechenden Differenzierung zwischen zwei unterschiedlichen Frequenzbändern einsetzen. Vorteilhaft wird die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung beziehungsweise die darin enthaltene Filterschaltung wegen der steilen unteren Flanke des Passbandes jedoch zur Selektion hochfrequenter Frequenzbänder gegenüber niederfrequenteren Nachbarbändern eingesetzt,

insbesondere da die rechte Flanke des Passbands nicht so steil ausgebildet ist wie die rechte und die Selektion gegenüber höheren Frequenzen dementsprechend geringer ist.