CN104883200B - 适用于双频收发系统的改进型双工器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种适用于双频收发系统的双工器，其包括第一收发端口、第二收发端口、天线端口、连接于第一收发端口和天线端口之间的低通滤波单元、连接于第二收发端口和天线端口之间的高通滤波单元。该低通滤波单元包括第一电感、第二电感、第三电感和第一电容。该高通滤波单元包括第四电感、第五电感、第二电容和第三电容。本发明中通过在低频通道上的低通滤波单元内增加一个电感，在高频通道上的高通滤波单元内增加一个电感，从而可以提高低频通道和高频通道之间的隔离度，同时还可以实现天线端口的静电释放功能。

Description

适用于双频收发系统的改进型双工器

【技术领域】

本发明涉及电路设计领域，特别涉及一种适用于双频收发系统的改进型双工器。

【背景技术】

图1示出了双频收发系统的传统双工器100。如图所示，其包括第一收发端口P1、第二收发端口P2和天线端口P3，第一收发端口P1和天线端口P3之间的通道为低频通道，也称第一通道，第二收发端口P2和天线端口P3之间的通道为高频通道，也称第二通道。在第一通道上，设置有低通滤波单元，其包括第一电感L₁、第二电感L₂和第一电容C₁，在第二通道上，设置有高通滤波单元，其包括第二电容C₂、第三电容C₃和第五电感L₅。

电感L₁、L₂和电容C₁组成了一个T型的低通网络，如图2中的低通特性曲线(LPF)所示。电容C₂、C₃和电感L₅组成了一个T型的高通网络，如图2中的高通特性曲线(HPF)所示。不同的频段的信号通过不同的通道进行传输，在低频通道工作时，高频通道对低频通道来说呈现是高阻态，这样高频通道C₂、C₃和L₅不会对低频通道产生影响；反之低频通道也不会影响高频通道。

实际上，图1所示的电路存在两个问题：第一，P1-P3之间的低通通道和P2-P3之间的高通通道的隔离度很低，导致实际应用过程中，P1-P3之间的低频通道和P1-P2之间的高频通道之间存在互相影响，即低频通道中的参数选择往往会影响高频通道的特性(如匹配、插损、带宽等关键指标)；第二，P3端口作为天线端口，是系统和外界的接口，需要进行静电释放保护(ESD)，传统的做法是在天线端口并联一个大电感到地，将多余电荷泄放到地，从而保护收发模块内部电路。

因此，有必要提出一种适用于双频收发系统的改进型双工器。

【发明内容】

本发明的目的之一在于提供一种适用于双频收发系统的改进型双工器，其能够提高低频通道和高频通道之间的隔离度，同时还可以实现天线端口的静电释放功能。

为了解决上述问题，本发明提供一种适用于双频收发系统的双工器，其包括：第一收发端口、第二收发端口、天线端口、连接于第一收发端口和天线端口之间的至少一个低通滤波单元和连接于第二收发端口和天线端口之间的至少一个高通滤波单元。该低通滤波单元包括第一电感、第二电感、第三电感和第一电容，第一电感的第一连接端作为低通滤波单元的第一连接端连接至第一收发端口，第一电感的第二连接端和第二电感的第一连接端相连，第二电感的第二连接端作为该低通滤波单元的第二连接端连接至天线端口，第一电容和第三电感依次串联在第一电感和第二电感的中间节点和地之间。该高通滤波单元包括第四电感、第五电感、第二电容和第三电容，第二电容的第一连接端作为高通滤波单元的第一连接端连接至第二收发端口，第二电容的第二连接端和第三电容的第一连接端相连，第三电容的第二连接端作为该高通滤波单元的第二连接端连接至天线端口，第五电感连接在第二电容和第三电容的中间节点和地之间，第四电感与第三电容或第二电容并联。

进一步的，连接于第一收发端口和天线端口之间的所述低通滤波单元的数目为多个，相邻的两个低通滤波单元中的一个低通滤波单元的第二连接端与另一个低通滤波单元的第一连接端相连，距离第一收发端口最近的低通滤波单元的第一连接端与第一收发端口相连，距离天线端口最近的低通滤波单元的第二连接端与天线端口相连，连接于第二收发端口和天线端口之间的所述高通滤波单元的数目为多个，相邻的两个高通滤波单元中的一个高通滤波单元的第二连接端与另一个高通滤波单元的第一连接端相连，距离第二收发端口最近的高通滤波单元的第一连接端与第二收发端口相连，距离天线端口最近的高通滤波单元的第二连接端与天线端口相连。

进一步的，相邻的两个低通滤波单元中的一个低通滤波单元中的第二电感和另一个低通滤波单元中的第一电感形成了一个共同的电感，相邻的两个高通滤波单元中的一个高通滤波单元中的第三电容和另一个低通滤波单元中的第二电感形成了一个共同的电容。

进一步的，从最接近天线端口的高通滤波单元开始数，在第奇数个高通滤波单元中的第四电感与第三电容并联，第偶数个高通滤波单元中的第四电感与第二电容并联。

进一步的，最接近第一收发端口的低通滤波单元的第一连接端依次通过一个电容和一个电感接地；最接近第一收发端口的高通滤波单元的第一连接端依次一个电感接地。

进一步的，第一收发端口至天线端口的通道上的工作频率为第一频率，第二收发端口至天线端口的通道上的工作频率为第二频率，低通滤波单元中的第三电感和第一电容形成谐振频率为第二频率的第一谐振网络，高通滤波单元中的第四电感和第三电容或者第四电感和第二电容形成谐振频率为第一频率的第二谐振网络。

进一步的，最接近天线端口的高通滤波单元中的第四电感和第五电感能够形成从天线端口至地的通道，以进行静电保护。

与现有技术相比，本发明中通过在低频通道上的低通滤波单元内增加一个电感，在高频通道上的高通滤波单元内增加一个电感，从而可以提高低频通道和高频通道之间的隔离度，同时还可以实现天线端口的静电释放功能。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1示出了双频收发系统的传统双工器的电路示意图；

图2为图1中的双工器的低频通道上的低通特性曲线(LPF)和高频通道上的高通特性曲线(HPF)的示意图；

图3为本发明中的改进的双工器在一个实施例中的电路图；

图4为图3中的双工器的低频通道上的低通特性曲线(LPF)和高频通道上的高通特性曲线(HPF)的示意图；

图5为本发明中的改进的双工器在另一个实施例中的电路图；

图6为本发明中的改进的双工器在另一个实施例中的电路图。

【具体实施方式】

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。除非特别说明，本文中的连接、相连、相接的表示电性连接的词均表示直接或间接电性相连。

图3为本发明中的改进的双工器300在一个实施例中的电路图。如图3所示的，所述双工器具有第一收发端口P1、第二收发端口P2和天线端口P3。第一收发端口P1和天线端口P3之间的通道为低频通道，也称第一通道，第二收发端口P2和天线端口P3之间的通道为高频通道，也称第二通道。

在低频通道上设置有低通滤波单元，该低通滤波单元包括第一电感L₃₁、第二电感L₃₂、第三电感L₃₃和第一电容C₃₁。第一电感L₃₁的第一连接端作为低通滤波单元的第一连接端连接至第一收发端口P1，第一电感L₃₁的第二连接端和第二电感L₃₂的第一连接端相连，第二电感L₃₂的第二连接端作为该低通滤波单元的第二连接端连接至天线端口P3，第一电容C₃₁和第三电感L₃₃依次串联在第一电感L₃₁和第二电感L₃₂的中间节点和地之间。

在高频通道上设置有高通滤波单元，该高通滤波单元包括第四电感L₃₄、第五电感L₃₅、第二电容C₃₂和第三电容C₃₃。第二电容C₃₂的第一连接端作为高通滤波单元的第一连接端连接至第二收发端口P2，第二电容C₃₂的第二连接端和第三电容C₃₃的第一连接端相连，第三电容C₃₃的第二连接端作为该高通滤波单元的第二连接端连接至天线端口P3，第五电感L₃₅连接在第二电容C₃₂和第三电容C₃₃的中间节点和地之间，第四电感L₃₄与第三电容C₃₃并联。

在此实施例中，低频通道上的工作频率为第一频率f1，高频通道上的工作频率为第二频率f2。低通滤波单元中的第三电感L₃₃和第一电容C₃₁形成谐振频率为第二频率f2的第一谐振网络，在频率响应上，增加了一个第二频率f2的凹陷，这样高频工作的信号泄漏到第一收发端口的分量会大大降低，从而增加了第一收发端口和第二收发端口在第二频率f2上的隔离度。具体来讲，第二频率f2的信号会经过第一谐振网络泄放到地，这样可以降低第二频率f2的信号泄漏到第一收发端口的分量。高通滤波单元中的第四电感L₃₄和第三电容C₃₃形成谐振频率为第一频率f1的第二谐振网络。第二谐振网络谐振在低频工作频率f1上，形成一个带阻网络，这样低频工作的信号泄漏到第二收发端口P2分量会大大降低，从而增加了第一收发端口和第二收发端口在低频工作频率f1上的隔离度。

同时，电感L₃₄和L₃₅形成了从天线端口P3到地的通路，其也具有静电释放功能，这样就无需额外再增加从天线端口P3到地的大电感。

图4为图3中的双工器的低频通道上的低通特性曲线(LPF)和高频通道上的高通特性曲线(HPF)的示意图。如图4所示的，低通特性曲线在第二频率f2处形成凹陷，以进一步的隔离高频的工作信号，高通特性曲线在第一频率f1处形成凹陷，以进一步的隔离低频的工作信号。

对比改进后的电路与传统方案之间，改进后的电路具有如下优点中的一个或多个：

1、增大了P1-P3和P2-P3两条通道之间的隔离度，使得各自通道的参数选择更加独立于另一条通道，两者之间互不干扰，增强了电路的鲁棒性；

2、在改善隔离度的同时，P1-P3和P2-P3两条通道的插损会得到明显的改善；

3、P1-P3和P2-P3两通道的幅度响应在切换区域会显得更加陡峭，也就是各通路的选择性更高；

4、各个端口的阻抗匹配会更容易实现，P1、P2、P3各个端口的回损特性得到明显改善；

5、跟传统的ESD保护电路相比，在不增加器件的情况下，同时具有ESD保护能力；

6、在多制式兼容的情况下，该电路更加适用于现有GSM通信系统(频分复用，且收发分时)、WCDMA通信系统(全双工系统)，并具有更好的性能。

在需要获得更高的隔离度和更为陡峭的滤波特性的场合，可以将图3所示的低通滤波单元和高通滤波单元加以串联，如图5为两级级联之后的电路图，它在两个工作频点上的隔离度加更高。

如图5所示的，在第一收发端口P1和天线端口P3之间包括有两个低通滤波单元511和512，在第二收发端口P2和天线端口P3之间包括有两个高通滤波单元521和522。其中低通滤波单元511包括有第一电感L₄₁、第二电感L₄₂、第三电感L₄₃和第一电容C₄₁。低通滤波单元512包括有第一电感L₄₂、第二电感L₅₂、第三电感L₅₃和第一电容C₅₁。其中电感L₄₂是低通滤波单元511中的第二电感和低通滤波单元512中的第一电感共同形成的。该高通滤波单元521包括第四电感L₄₄、第五电感L₄₅、第二电容C₄₂和第三电容。该高通滤波单元522包括第四电感L₅₄、第五电感L₅₅、第二电容和第三电容C₅₃。其中电容C₄₃是高通滤波单元521中的第三电容和高通滤波单元522中的第二电容共同形成的。

第三电感L₄₃和第一电容C₄₁组成的谐振电路谐振在第二频率f2，第三电感L₅₃和第一电容C₅₁组成的谐振电路谐振在第二频率f2，他们都抑制高频通道的工作信号f2泄露至第一收发端口P1。第四电感L₄₄和第二电容C₄₂组成的谐振电路谐振在第一频率f1，第四电感L₅₄和第三电容C₅₃组成的谐振电路谐振在第一频率f1，他们都抑制低频通道的工作信号f1泄露至第二收发端口P2。

在其他实施例中，低通滤波单元和高频滤波单元还可以是多级串联。此时，相邻的两个低通滤波单元中的一个低通滤波单元的第二连接端与另一个低通滤波单元的第一连接端相连，距离第一收发端口最近的低通滤波单元的第一连接端与第一收发端口P1相连，距离天线端口最近的低通滤波单元的第二连接端与天线端口P3相连。相邻的两个高通滤波单元中的一个高通滤波单元的第二连接端与另一个高通滤波单元的第一连接端相连，距离第二收发端口P2最近的高通滤波单元的第一连接端与第二收发端口P2相连，距离天线端口P3最近的高通滤波单元的第二连接端与天线端口P3相连。从最接近天线端口P3的高通滤波单元开始数，在第奇数个高通滤波单元中的第四电感与第三电容并联，第偶数个高通滤波单元中的第四电感与第二电容并联。

上述的电路是在T型网络的基础上改进的，实际上T型网络通过网络的变换，可以等价于Π型网络，因此通过对图3改进电路的改进，也可以得到T型和Π型网络混合的级联双工器电路图，如图6所示。图6中的双工器与图5中的双工器的区别在于：最接近第一收发端口P1的低通滤波单元511的第一连接端依次通过一个电容C₄₄和一个电感L₄₇接地。最接近第二收发端口P2的高通滤波单元521的第一连接端通过一个电感L₄₈接地。这样，可以得到T型和Π型网络混合的级联双工器。

在本发明中，“连接”、“相连”、“连”、“接”等表示电性连接的词语，如无特别说明，则表示直接或间接的电性连接。本发明中的“高”、“低”都表示相对的含义，高是用来区分于低的，而低是用来区分于高的，他们也可以被理解为“第一”和“第二”的含义。需要指出的是，熟悉该领域的技术人员对本发明的具体实施方式所做的任何改动均不脱离本发明的权利要求书的范围。相应地，本发明的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述具体实施方式。

Claims (5)

1.一种适用于双频收发系统的双工器，其特征在于，其包括：

第一收发端口；

第二收发端口；

天线端口；

连接于第一收发端口和天线端口之间的至少一个低通滤波单元，该低通滤波单元包括第一电感、第二电感、第三电感和第一电容，第一电感的第一连接端作为低通滤波单元的第一连接端连接至第一收发端口，第一电感的第二连接端和第二电感的第一连接端相连，第二电感的第二连接端作为该低通滤波单元的第二连接端连接至天线端口，第一电容和第三电感依次串联在第一电感和第二电感的中间节点和地之间；

连接于第二收发端口和天线端口之间的至少一个高通滤波单元，该高通滤波单元包括第四电感、第五电感、第二电容和第三电容，第二电容的第一连接端作为高通滤波单元的第一连接端连接至第二收发端口，第二电容的第二连接端和第三电容的第一连接端相连，第三电容的第二连接端作为该高通滤波单元的第二连接端连接至天线端口，第五电感连接在第二电容和第三电容的中间节点和地之间，第四电感与第三电容或第二电容并联，

第一收发端口至天线端口的通道上的工作频率为第一频率，第二收发端口至天线端口的通道上的工作频率为第二频率，

低通滤波单元中的第三电感和第一电容形成谐振频率为第二频率的第一谐振网络，

高通滤波单元中的第四电感和第三电容或者第四电感和第二电容形成谐振频率为第一频率的第二谐振网络，

最接近天线端口的高通滤波单元中的第四电感和第五电感能够形成从天线端口至地的通道，以进行静电保护。

2.根据权利要求1所述的双工器，其特征在于，

连接于第一收发端口和天线端口之间的所述低通滤波单元的数目为多个，相邻的两个低通滤波单元中的一个低通滤波单元的第二连接端与另一个低通滤波单元的第一连接端相连，距离第一收发端口最近的低通滤波单元的第一连接端与第一收发端口相连，距离天线端口最近的低通滤波单元的第二连接端与天线端口相连，

连接于第二收发端口和天线端口之间的所述高通滤波单元的数目为多个，相邻的两个高通滤波单元中的一个高通滤波单元的第二连接端与另一个高通滤波单元的第一连接端相连，距离第二收发端口最近的高通滤波单元的第一连接端与第二收发端口相连，距离天线端口最近的高通滤波单元的第二连接端与天线端口相连。

3.根据权利要求2所述的双工器，其特征在于，

相邻的两个低通滤波单元中的一个低通滤波单元中的第二电感和另一个低通滤波单元中的第一电感形成了一个共同的电感，

相邻的两个高通滤波单元中的一个高通滤波单元中的第三电容和另一个高通滤波单元中的第二电容形成了一个共同的电容。

4.根据权利要求2所述的双工器，其特征在于，从最接近天线端口的高通滤波单元开始数，在第奇数个高通滤波单元中的第四电感与第三电容并联，第偶数个高通滤波单元中的第四电感与第二电容并联。

5.根据权利要求2所述的双工器，其特征在于，

最接近第一收发端口的低通滤波单元的第一连接端依次通过一个电容和一个电感接地；

最接近第一收发端口的高通滤波单元的第一连接端通过一个电感接地。