CN104348441A - 双工器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种双工器，其具备：设于输入端子和第一输出端子之间，选择性地使第一频带内的信号通过的第一带通滤波器、设于输入端子和第二输出端子之间，选择性地使第二频带内的信号通过的第二带通滤波器。第一带通滤波器包含多个第一谐振器。第二带通滤波器包含一个第二谐振器和串联谐振电路。串联谐振电路由设于输入端子和第二谐振器之间的电容器、经由该电容器连接输入端子和第二谐振器的线路的电感成分构成。

Description

双工器

技术领域

本发明涉及将向输入端子输入的频带不同的两个信号分离，再从各自对应的输出端子输出的双工器。

背景技术

近年来，以手机及智能手机为代表的小型无线通信装置要求小型化，另一方面，除本来的通信功能以外，增加了具有Bluetooth(注册商标)标准的通信及无线LAN(局域网)用的通信等其它通信功能的要求。

为了用1台无线通信装置处理频带不同的多个接收信号，需要将用天线接收的多个接收信号互相分离的装置。作为分离频带不同的两个接收信号的装置，双工器是公知的。

近年来，从无线通信装置小型化、低成本化的观点来看，双工器不仅要求将多个接收信号互相分离，目前还要求内置设于双工器的后段的带通滤波器。例如在日本专利申请公开2008－278361号公报中记载了内置有带通滤波器的双工器。

一般地，内置有至少一个带通滤波器的双工器具备输入端子、第一输出端子、第二输出端子、设于输入端子和第一输出端子的第一带通滤波器、设于输入端子和第二输出端子之间的第二带通滤波器、设于双工器的输入端子和第一带通滤波器的输入端之间的第一匹配元件、设于双工器的输入端子和第二带通滤波器的输入端之间的第二匹配元件。

第一带通滤波器选择性地使第一频带内的频率的第一信号通过。第二带通滤波器选择性地使比第一频带高的频带即第二频带内的频率的第二信号通过。以下，将从输入端子至第一输出端子的信号路径称为第一信号路径，将从输入端子至第二输出端子的信号路径称为第二信号路径。第一匹配元件例如为电感器，第二匹配元件例如为电容器。

第一及第二带通滤波器大多使用例如日本专利申请公开2008－278361号公报中记载的包含多个谐振器的带通滤波器。在日本专利申请公开2008－278361号公报中记载的带通滤波器中，邻接的两个谐振器电磁场耦合。

在具备分别包含多个谐振器的第一及第二带通滤波器的双工器中，用于构成第一及第二信号路径的元件的数量多，存在难以小型化的问题。另外，在该双工器中，如果要小型化，则用于构成第一信号路径的多个元件和用于构成第二信号路径的多个元件接近，在这些元件之间产生不期望的耦合及寄生电容，其结果是，有可能会使绝缘劣化，或产生伪信号，从而特性劣化。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种双工器，其具备两个带通滤波器，不使特性劣化就能够小型化。

本发明的第一方面的双工器具备输入端子，其输入第一频带内的频率的第一信号、比第一频带高的频带即第二频带内的频率的第二信号；第一输出端子，其用于输出第一信号；第二输出端子，其用于输出第二信号；第一带通滤波器，其设于输入端子和第一输出端子之间，选择性地使第一信号通过；第二带通滤波器，其设于输入端子和第二输出端子之间，选择性地使第二信号通过。

在本发明第一方面的双工器中，第一带通滤波器包含多个第一谐振器。第二带通滤波器包含一个第二谐振器、和连接输入端子和第二谐振器的串联谐振电路。串联谐振电路由设于输入端子和第二谐振器之间的电容器、和经由该电容器连接输入端子和第二谐振器的线路的电感成分构成。

在本发明第一方面的双工器中，第二谐振器也可以是一端与第二输出端子连接，另一端接地，产生并联谐振。

另外，在本发明第一方面的双工器中，也可以是，第二谐振器的谐振频率和串联谐振电路的谐振频率都存在于第二频带内。

另外，本发明第一方面的双工器也可以还具备设于输入端子和第一带通滤波器之间的电感器。

本发明第二方面的双工器具备输入端子，其输入第一频带内的频率的第一信号和比第一频带高的频带即第二频带内的频率的第二信号；第一输出端子，其用于输出第一信号；第二输出端子，其用于输出第二信号；第一带通滤波器，其设于输入端子和第一输出端子之间，选择性地使第一信号通过；电感器，其设于输入端子和第一带通滤波器之间；第二带通滤波器，其选择性地使向输入端子输入的第一及第二信号中的第二信号通过，并使其从第二输出端子输出。

在本发明第二方面的双工器中，第一带通滤波器包含多个第一谐振器。第一谐振器一端接地，产生并联谐振。电感器具有电感成分和寄生电容。而且，由电感器的电感成分和寄生电容构成并联谐振电路。第二带通滤波器包含设于输入端子和第二输出端子之间的一个第二谐振器和所述并联谐振电路。

在本发明第二方面的双工器中，第二谐振器也可以是一端与第二输出端子连接，另一端接地，产生并联谐振。

另外，在本发明第二方面的双工器中，第二带通滤波器也可以还包含设于输入端子和第二谐振器之间的电容器。该电容器也可以使所述并联谐振电路和第二谐振器电容耦合。

在本发明第一方面的双工器中，使用由电容器和线路的电感成分构成的串联谐振电路和一个第二谐振器构成第二带通滤波器。因此，根据本发明，与使用分别由专用的电感器和电容器构成的多个谐振器构成第二带通滤波器的情况相比，可以减少双工器包含的元件的数量。由此，根据本发明，提供一种具备两个带通滤波器的双工器，能够实现不会使特性劣化就能够小型化的双工器。

在本发明第二方面的双工器中，由设于输入端子和第一带通滤波器之间的电感器的电感成分和寄生电容构成并联谐振电路。而且，使用该并联谐振电路和一个第二谐振器构成第二带通滤波器。因此，根据本发明，与使用分别由专用的电感器和电容器构成的多个谐振器构成第二带通滤波器的情况相比，可以减少双工器包含的元件的数量。由此，根据本发明，可以提供具备两个带通滤波器的双工器，能够实现不会使特性劣化就能够小型化的双工器。

本发明的其它目的、特征及益处，根据以下的说明就会完全明白。

附图说明

图1是表示本发明第一实施方式的双工器的结构的电路图；

图2是表示关于图1所示的双工器的第二频带的等价电路的电路图；

图3是表示图1所示的双工器的第一信号路径的频率特性的一个例子的特性图；

图4是表示图1所示的双工器的第二信号路径的频率特性的一个例子的特性图；

图5是表示比较例的双工器的结构的电路图；

图6是表示本发明第二实施方式的双工器的结构的电路图；

图7是表示关于图6所示的双工器的第二频带的等效电路的电路图；

图8是表示图6所示的双工器的第二信号路径的频率特性的一个例子的特性图。

具体实施方式

(第一实施方式)

下面，参照附图对本发明的实施方式详细地进行说明。首先，参照图1，对本发明的第一实施方式的双工器的电路结构进行说明。本实施方式的双工器1将第一频带内的频率的第一信号和比第一频带高的频带即第二频带内的频率的第二信号分离。第一频带例如是在IEEE802.11b及IEEE802.11g中使用的2.4GHz带。第二频带例如是在IEEE802.11a中使用的5GHz带。

双工器1具备输入第一信号和第二信号的输入端子2、用于输出第一信号的第一输出端子3、用于输出第二信号的第二输出端子4。以下，将从输入端子2至第一输出端子3的信号路径称为第一信号路径，将从输入端子2至第二输出端子4的信号路径称为第二信号路径。

双工器1还具备第一带通滤波器10、第二带通滤波器20、电感器L30。第一带通滤波器10设于输入端子2和第一输出端子3之间，选择性地使第一信号通过。电感器L30设于输入端子2和第一带通滤波器10之间。第二带通滤波器20设于输入端子2和第二输出端子4之间，选择性地使第二信号通过。

第一带通滤波器10包含多个第一谐振器。在图1所示的例子中，第一带通滤波器10包含输入端10a、输出端10b、在输入端10a和输出端10b之间级联连接的三个第一谐振器11、12、13、电容器C14、C15、C16。谐振器11包含电感器L11和电容器C11。谐振器12包含电感器L12和电容器C12。谐振器13包含电感器L13和电容器C13。

电感器L30的一端与输入端子2连接。电感器L30的另一端与带通滤波器10的输入端10a连接。电感器L11的一端和电容器C11、C14的各一端与输入端10a连接。电感器L11的另一端和电容器C11的另一端接地。电感器L12的一端和电容器C12、C15的各一端与电容器C14的另一端连接。电感器L12的另一端和电容器C12的另一端接地。电感器L13的一端、电容器C13的一端及带通滤波器10的输出端10b与电容器C15的另一端连接。电感器L13的另一端和电容器Cl3的另一端接地。电容器Cl6的一端与带通滤波器10的输入端10a连接。电容器C16的另一端与带通滤波器10的输出端10b连接。带通滤波器10的输出端10b与第一输出端子3连接。

谐振器11、12、13全都构成并联连接的电感器和电容器的并联谐振电路，产生并联谐振。电容器C14使邻接的谐振器11、12电容耦合。电容器C15使邻接的谐振器12、13电容耦合。电容器C16使未邻接的谐振器11、13电容耦合。

构成第一带通滤波器10的多个电感器的电感和多个电容器的电容设定为得到与第一频带对应的第一带通滤波器10的通过带宽。

电感器L30是调节第一信号路径的阻抗特性的匹配元件，使得第一信号路径关于第一频带，成为从输入端子2观察的第一信号路径的反射系数的绝对值为0或其附近的状态，关于第二频带，成为从输入端子2观察的第一信号路径的反射系数为1或其附近的状态，即成为从输入端子2观察的第一信号路径为开放或与之相近的状态。

第二带通滤波器20包含一个第二谐振器21、连接输入端子2和第二谐振器21的串联谐振电路22。第二谐振器21包含电感器L21和电容器C21。电感器L21的一端和电容器C21的一端与第二输出端子4连接。电感器L21的另一端和电容器C21的另一端接地。这样，第二谐振器21的一端(电感器L21的一端和电容器C21的一端)与第二输出端子4连接，第二谐振器21的另一端(电感器L21的另一端和电容器C21的另一端)接地。第二谐振器21构成并联连接的电感器L21和电容器C21的并联谐振电路，产生并联谐振。

串联谐振电路22由设于输入端子2和第二谐振器21之间的电容器C22、和经由该电容器C22连接输入端子2和第二谐振器21的线路的电感成分L22构成。电容器C22的一端经由上述线路的一部分与输入端子2连接。电容器C22的另一端经由上述线路的另一部分，与电感器L21的一端和电容器C21的一端连接。

电容器C22是调节第二信号路径的阻抗特性的匹配元件，使得第二信号路径关于第二频带，成为从输入端子2观察的第二信号路径的反射系数的绝对值为0或其附近的状态，关于第一频带，成为从输入端子2观察的第二信号路径的反射系数为1或其附近的状态，即成为从输入端子2观察的第二信号路径为开放或与它相近的状态。

在本实施方式的双工器1中，第一带通滤波器10选择性地使向输入端子2输入的第一信号及第二信号中的第一信号通过，并使其从第一输出端子3输出。另外，第二带通滤波器20选择性地使向输入端子2输入的第一信号及第二信号中的第二信号通过，并使其从第二输出端子4输出。

图3表示第一信号路径的频率特性的一个例子。图3中，横轴表示频率，纵轴表示衰减量。图3的曲线表示第一信号路径的通过衰减特性。第一频带即带通滤波器10的通过带宽为第一信号路径的通过衰减特性的衰减量为3dB以下的频率范围。

接着，参照图2，对第二频带的双工器1的作用进行说明。图2是表示关于双工器1的第二频带的等效电路的电路图。在图2中，符号30表示与第二频带的第一信号路径等效的元件。关于第二频带，双工器1的电路结构如图2所示，可以看作相对于第二信号路径并联连接有元件30的结构。如上所述，第一信号路径的阻抗特性被调整为在第二频带，从输入端子2观察的第一信号路径为开放或与其相近的状态。因此，关于第二频带，图2所示的元件30具有开放或与其相近的阻抗。

第二带通滤波器20由一个第二谐振器21和串联谐振电路22构成。第二谐振器21包含并联连接的电感器L21和电容器C21。串联谐振电路22由电容器C22和经由该电容器C22连接输入端子2和第二谐振器21的线路的电感成分L22构成。

如果将电感器L21的电感设为L₂₁，将电容器C21的电容设为C₂₁，则第二谐振器21的谐振频率f₂₁为1/{2π√(L₂₁C₂₁)}。另外，如果将电感成分L22的电感设为L₂₂，将电容器C22的电容设为C₂₂，则串联谐振电路22的谐振频率f₂₂为1/{2π√(L₂₂C₂₂)}。第二谐振器21的谐振频率f₂₁和串联谐振电路22的谐振频率f₂₂都存在于第二频带内。电感L₂₁和电容C₂₁设定为得到希望的谐振频率f₂₁。电容C₂₂设定为根据电感L₂₂而得到希望的谐振频率f₂₂。

图4表示第二信号路径的频率特性的一个例子。图4中横轴是频率，纵轴是衰减量。图4中，带有记号S1的曲线表示第二信号路径的通过衰减特性，带有记号S2的曲线表示第二信号路径的反射衰减特性。第二频带即带通滤波器20的通过带宽为第二信号路径的通过衰减特性S1的衰减量为3dB以下的频率范围。在图4所示的例子中，第二信号路径的反射衰减特性S2在第二频带内存在的相互不同的两个谐振频率f₂₂、f₂₁中取极大值。

接着，与图5所示的比较例的双工器进行比较，同时对本实施方式的双工器1的效果进行说明。首先，对图5所示的比较例的双工器101的构成进行说明。在该双工器101中，第二信号路径的构成与双工器1不同。双工器101代替双工器1中的第二带通滤波器20，具备第二带通滤波器120和电容器C123。电容器C123设于带通滤波器120和输入端子2之间。图5中符号L123表示经由电容器C123连接输入端子2和带通滤波器120的线路的电感成分。

带通滤波器120含有两个谐振器121、122。两个谐振器121、122进行电磁场耦合。谐振器121包含电感器L121和电容器C121。谐振器122包含电感器L122和电容器C122。电感器L121的一端和电容器C121的一端经由上述线路与电容器C123连接。电感器L121的另一端和电容器Cl21的另一端接地。电感器L122的一端和电容器C122的一端与第二输出端子4连接。电感器L122的另一端和电容器C122的另一端接地。

比较例的双工器101中，没有进行由电容器C123的电容和电感成分L123的电感确定的谐振频率纳入第二频带内的设定。一般地，该谐振频率为比第二频带高的频率。电容器C123和电感成分L123未构成带通滤波器120的一部分。

在比较例的双工器101中，用于构成第一及第二信号路径的元件的数量多，存在难以小型化的问题。另外，在该双工器101中，如果要小型化，用于构成第一信号路径的多个元件和用于构成第二信号路径的多个元件接近，在这些元件之间产生不期望的耦合及寄生电容，其结果是，绝缘劣化，产生伪信号，特性有可能劣化。

与此相反，本实施方式的双工器1中，使用由电容器C22和线路的电感成分L22构成的串联谐振电路22和一个第二谐振器21构成第二带通滤波器20。因此，根据本实施方式的双工器1，与像比较例的双工器101那样、使用分别由专用的电感器和电容器构成的多个谐振器121、122构成第二带通滤波器120的情况相比，可以减少构成第二带通滤波器20的元件的数量。

另外，在双工器1中，为了构成串联谐振电路22，需要电容器C22，但在比较例的双工器101中同样也设有电容器C123。因此，在双工器1中，与双工器101相比，没有增加构成串联谐振电路22的元件数量。

从以上可知，根据本实施方式的双工器1，与比较例的双工器101相比，可以减少双工器1包含的多个元件的数量，特别是可以减少用于构成第二信号路径的元件的数量。由此，根据本实施方式，伴随小型化，可以抑制在用于构成第一信号路径的多个元件和用于构成第二信号径路的多个元件之间产生不期望的耦合及寄生电容，其结果是，可以抑制绝缘劣化及伪信号的产生之类的特性的劣化。因此，根据本实施方式，可以提供具备两个带通滤波器10、20的双工器1，可以实现不会使特性劣化就能够小型化的双工器1。

(第二实施方式)

接着，对本发明第二实施方式的双工器进行说明。图6是表示本实施方式的双工器的构成的电路图。以下，对本实施方式的双工器51与第一实施方式的双工器1不同的方面进行说明。本实施方式的双工器51，代替第一实施方式的双工器1的电感器L30，具备电感器80。电感器80设于输入端子2和第一带通滤波器10之间。另外，电感器80具有电感成分L80和寄生电容C80。寄生电容C80与电感成分L80并联连接。而且，由电感器80的电感成分L80和寄生电容C80构成并联谐振电路。

另外，本实施方式的双工器51代替双工器1的第二带通滤波器20而具备第二带通滤波器70。第二带通滤波器70选择性地使向输入端子2输入的第一及第二信号中的第二信号通过，并使其从第二输出端子4输出。第二带通滤波器70包含设于输入端子2和第二输出端子4之间的一个第二谐振器71、设于输入端子2和第二谐振器71之间的电容器C72、上述并联谐振电路。电容器C72与第一实施方式的电容器C22一样，是调节第二信号路径的阻抗特性的匹配元件。本实施方式中，由于并未使用电容器C72构成串联谐振电路，所以在图6中未表示经由电容器C72连接输入端子2和第二谐振器21的线路的电感成分。

在本实施方式中，如上所述，由电感器80的电感成分L80和寄生电容C80构成并联谐振电路，该并联谐振电路构成第二带通滤波器70的一部分。以下，参照图7对此详细地进行说明。

图7是表示关于双工器51的第二频带的等效电路的电路图。在第二频带中，第一带通滤波器10所包含的电容器C11、C12、C13、C14、C15的阻抗非常小。因此，关于第二频带，双工器51的电路构成如图7所示，可以看作在输入端子2和地之间设有电感器80，该电感器80相对于第二信号路径并联连接的结构。

如上所述，由电感器80的电感成分L80和寄生电容C80构成并联谐振电路。电容器C72使该并联谐振电路和第一谐振器71电容耦合。这样一来，在本实施方式中，第二带通滤波器70由并联谐振电路和第一谐振器71和电容器C72构成。

在此，将电感器L71的电感设为L₇₁，将电容器C71的电容设为C₇₁，将电容器C72的电容设为C₇₂。另外，将电感成分L80的电感设为L₈₀，将寄生电容C80的电容设为C₈₀。

上述并联谐振电路的谐振频率为1/{2π√(L₈₀C₈₀)}。另外，第二谐振器71的谐振频率为1/{2π√(L₇₁C₇₁)}。在本实施方式中，以设定与第二频带对应的第二带通滤波器70的通过带宽的方式，设定了各电感L₇₁、L₈₀和各电容C₇₁、C₇₂、C₈₀。

图8表示本实施方式的第二信号路径的频率特性的一个例子。图8中横轴为频率，纵轴为衰减量。图8中带有记号S3的曲线表示第二信号路径的通过衰减特性，带有记号S4的曲线表示第二信号路径的反射衰减特性。第二频带即带通滤波器70的通过带宽为第二信号路径的通过衰减特性的衰减量为3dB以下的频率范围。

如以上说明，在本实施方式的双工器51中，由设于输入端子2和第一带通滤波器10之间的电感器80的电感成分L80和寄生电容C80构成并联谐振电路。而且，使用该并联谐振电路和一个第二谐振器71构成第二带通滤波器70。本实施方式的双工器51中，与如图5所示的比较例的双工器101那样，使用分别由专用的电感器和电容器构成的多个谐振器121、122构成第二带通滤波器120的情况相比，可以减少构成第二带通滤波器70的元件的数量。

另外，第二带通滤波器70除第二谐振器71以外，包含由电感器80的电感成分L80和寄生电容C80构成的并联谐振电路。但是，电感器80因为本来是为了调节第一信号路径的阻抗特性而设置的，所以在双工器51中，与双工器101相比，构成上述并联谐振电路的元件数量没有增加。

从以上可知，根据本实施方式的双工器51，与比较例的双工器101相比，可以减少双工器51所包含的多个元件的数量，特别是可以减少用于构成第二信号路径的元件的数量。由此，根据本实施方式，伴随小型化，可以抑制在用于构成第一信号路径的多个元件和用于构成第二信号路径的多个元件之间产生不期望的耦合及寄生电容，其结果是，可以抑制绝缘的劣化及伪信号产生之类的特性的劣化。因此，根据本实施方式，提供一种具备两个带通滤波器10、70的双工器51，可以实现不会使特性劣化就能够小型化的双工器51。

本实施方式的其它结构、作用及效果，和第一实施方式一样。

另外，本发明不限于上述各实施方式，可以进行各种变更。例如，第一带通滤波器10的构成不限于如各实施方式那样的包含三个第一谐振器11、12、13的构成，也可以仅包含二个或四个以上的第一谐振器。

很显然，基于以上的说明可以实施本发明的各种方式及变形例。因此，在以下的权利要求范围的均等的范围，也可以按照上述最佳方式以外的方式实施本发明。

Claims (7)

1.一种双工器，其特征在于，

具备：

输入端子，输入第一频带内的频率的第一信号、作为比所述第一频带高的频带的第二频带内的频率的第二信号；

第一输出端子，用于输出所述第一信号；

第二输出端子，用于输出所述第二信号；

第一带通滤波器，设于所述输入端子和所述第一输出端子之间，选择性地使所述第一信号通过；以及

第二带通滤波器，设于所述输入端子和所述第二输出端子之间，选择性地使所述第二信号通过，

所述第一带通滤波器包含多个第一谐振器，

所述第二带通滤波器包含一个第二谐振器、连接所述输入端子和所述第二谐振器的串联谐振电路，

所述串联谐振电路由设于所述输入端子和所述第二谐振器之间的电容器、和经由所述电容器连接所述输入端子和所述第二谐振器的线路的电感成分构成。

2.如权利要求1所述的双工器，其特征在于，

所述第二谐振器的一端与所述第二输出端子连接，另一端接地，所述第二谐振器产生并联谐振。

3.如权利要求1所述的双工器，其特征在于，

所述第二谐振器的谐振频率和所述串联谐振电路的谐振频率都存在于所述第二频带内。

4.如权利要求1所述的双工器，其特征在于，

还具备设于所述输入端子和所述第一带通滤波器之间的电感器。

5.一种双工器，其特征在于，

具备：

输入端子，输入第一频帯内的频率的第一信号、作为比所述第一频带高的频带的第二频带内的频率的第二信号；

第一输出端子，用于输出所述第一信号；

第二输出端子，用于输出所述第二信号；

第一带通滤波器，设于所述输入端子和所述第一输出端子之间，选择性地使所述第一信号通过；

电感器，设于所述输入端子和所述第一带通滤波器之间；以及

第二带通滤波器，选择性地使向所述输入端子输入的所述第一及第二信号中的所述第二信号通过，并使其从所述第二输出端子输出，

所述第一带通滤波器包含多个第一谐振器，

所述第一谐振器的一端接地，所述第一谐振器产生并联谐振，

所述电感器具有电感成分和寄生电容，

由所述电感器的电感成分和所述寄生电容构成并联谐振电路，

所述第二带通滤波器包含设于所述输入端子和所述第二输出端子之间的一个第二谐振器和所述并联谐振电路。

6.如权利要求5所述的双工器，其特征在于，

所述第二谐振器的一端与所述第二输出端子连接，另一端接地，所述第二谐振器产生并联谐振。

7.如权利要求5所述的双工器，其特征在于，

所述第二带通滤波器还包含设于所述输入端子和所述第二谐振器之间的电容器，

所述电容器使所述并联谐振电路和所述第二谐振器电容耦合。