CN110661508A - 一种双工器、多工器、高频前端电路以及通信装置 - Google Patents

一种双工器、多工器、高频前端电路以及通信装置 Download PDF

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CN110661508A
CN110661508A CN201910874089.7A CN201910874089A CN110661508A CN 110661508 A CN110661508 A CN 110661508A CN 201910874089 A CN201910874089 A CN 201910874089A CN 110661508 A CN110661508 A CN 110661508A
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resonator
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transmission
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蔡华林
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Tianjin University
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Tianjin University
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Abstract

本发明提供一种双工器、多工器、高频前端电路以及通信装置，其中的双工器或者多工器，包括发射侧滤波器和接收侧滤波器，所述发射侧滤波器和接收侧滤波器被共同连接并连接于天线端子，通过设置谐振器频率的位置，在多工器中能有效的改善过渡带的滚降；同时，由于FBAR谐振器本身具有的阻抗特性，会在滚降沿附近恶化带外抑制，通过采用多个不同频率和机电耦合系数的谐振器，可以形成额外的带外零点，有效的改善带外抑制。

Description

一种双工器、多工器、高频前端电路以及通信装置
技术领域
本发明涉及通信技术领域，特别地涉及一种双工器、多工器、高频前端电路以及通信装置。
背景技术
宽带滤波器或者双工器、多工器一般使用LC滤波器来实现，可以实现数GHz的带宽。LTCC由于其具有多种优点，被广泛应用于LC滤波器中。但是由于Q值的限制，在插损，带外抑制和滚降上相比FBAR有较大的劣势。FBAR有更高的Q值，可以实现更好的插损，带外抑制，滚降等性能。但是由于机电耦合系数的限制，难以实现较宽的带宽。因此将LTCC的宽带特性和FBAR的高Q值特性结合可以实现更好性能的滤波器。
但是，FBAR有更加复杂的阻抗特性，在阻抗曲线中，Fs频率处阻抗较低，Fp频率处阻抗较高。因此，在FBAR和LTCC的结合过程中，尤其在双工器或者多工器中，保证Fs和Fp之间的区域用于形成滤波器的快速滚降沿，同时不对多工器的其他支路产生影响是需要解决的问题。另外，通过采用不同频率，机电耦合系数的谐振器，可以在带外形成多个传输零点，形成更好的抑制特性。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种LTCC和FBAR相结合的多工器，设置谐振器频率的位置以及机电耦合系数，在多工器中能有效的改善过渡带的滚降；同时，由于FBAR本身具有的阻抗特性，会在滚降沿附近恶化带外抑制，通过采用多个不同频率和机电耦合系数的谐振器，可以形成额外的带外零点，有效的改善带外抑制。
本发明的一方面提供的一种双工器的技术方案是：
一种双工器，包括发射侧滤波器和接收侧滤波器，所述发射侧滤波器和接收侧滤波器被共同连接并连接于天线端子，
所述发射侧滤波器包括：
至少一个LC谐振单元，连接在输入端子与天线端子之间；和
谐振器，被连接在输入端子与基准端子之间；和
电容，被连接在天线端子以及所述至少一个LC谐振单元的连接节点的任一者与基准端子之间；
所述接收侧滤波器包括：
至少两个LC谐振单元，在天线端子与输出端子之间串联连接；和
谐振器，被连接在输出端子与基准端子之间；和
电容，被连接在天线端子以及所述至少两个LC谐振单元的连接节点的任一者与基准端子之间。
本发明的另一方面提供的一种双工器的技术方案是：
一种双工器，包括发射侧滤波器和接收侧滤波器，所述发射侧滤波器和接收侧滤波器被共同连接并连接于天线端子，
所述发射侧滤波器包括：
至少一个LC谐振单元，连接在输入端子与天线端子之间；和
谐振器组，被连接在输入端子与基准端子之间；和
电容，被连接在天线端子以及所述至少一个LC谐振单元的连接节点的任一者与基准端子之间；
所述接收侧滤波器包括：
至少两个LC谐振单元，在天线端子与输出端子之间串联连接；和
谐振器组，被连接在输出端子与基准端子之间；和
电容，被连接在天线端子以及所述至少两个LC谐振单元的连接节点的任一者与基准端子之间。
本发明的另一方面提供的一种双工器的技术方案是：
一种双工器，包括发射侧滤波器和接收侧滤波器，所述发射侧滤波器和接收侧滤波器被共同连接并连接于天线端子，
所述发射侧滤波器包括：
至少一个第一谐振器，连接在输入端子与天线端子之间；和
第二谐振器，被连接在输入端子与基准端子之间；和
电容，被连接在天线端子以及所述至少一个第一谐振器的连接节点的任一者与基准端子之间；
所述接收侧滤波器包括：
至少一个LC谐振单元和一个第一谐振器，在天线端子与输出端子之间串联连接；和
第二谐振器，被连接在输出端子与基准端子之间；和
电容，被连接在天线端子以及所述至少两个LC谐振单元的连接节点的任一者与基准端子之间。
本发明的另一方面提供的一种多工器的技术方案是：
一种多工器，包括多个如上所述的发射侧滤波器和接收侧滤波器，所述多个发射侧滤波器和接收侧滤波器被共同连接并连接于天线端子。
本发明的一方面提供的一种高频前端电路的技术方案是：
一种高频前端电路，包括：
双工器或者多工器；和
与所述双工器或者所述多工器连接的放大电路。
本发明的另一方面提供的一种通信装置的技术方案是：
一种通信装置，包括：
对由天线元件收发的高频信号进行处理的RF信号处理电路；和
对在所述天线元件和所述RF信号处理电路之间传输所述高频信号的高频前端电路。
本发明取得的有益效果为：
(1)本发明确定了FBAR谐振器在LC滤波器拓扑结构中的位置，一般位于远离天线端的位置，采用谐振器替换原来的电容来实现高滚降；
(2)本发明确定了FBAR谐振器的频率的处在的位置以及Fs和Fp频率的设置，确保不对其他频段产生影响，同时能改善过渡带的滚降沿；
(3)本发明引入FBAR谐振器能够改善滚降，但会在特定位置恶化带外抑制，通过增加额外的谐振器，形成额外的传输零点，增加的额外谐振器具有不同的频率和机电耦合系数，会改善带外抑制。
附图说明
附图用于更好地理解本发明，不构成对本发明的不当限定。其中：
图1是现有的LC双工器的拓扑结构示意图；
图2是实施例一双工器的拓扑结构示意图；
图3是使用FBAR和LTCC结合的双工器曲线对比示意图；
图4是图3中2.4-3.6GHz频率区域的放大图；
图5是谐振器阻抗曲线在双工器的曲线所在的位置示意图；
图6是当左边谐振器的Fs靠近2.69GHz的情况下，对应的曲线示意图；
图7是当右边谐振器的Fp靠近3.3GHz的情况下，对应的曲线示意图；
图8是当谐振器对应的等效电容示意图；
图9是实施例二双工器的拓扑结构示意图；
图10是实施例三双工器的拓扑结构示意图；
图11是实施例三双工器的实现效果图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
图1是现有的双工器1的电路构成图。如图1所示，该双工器1包括发送侧滤波器11、接收侧滤波器12和天线端子13。
所述发送侧滤波器11由发送输入端子14输入由发送电路所生成的发送波，在发送通过频带对发送波进行滤波并输出至作为发送端输出端子的天线端子13。更为具体而言，所述发送侧滤波器11包括LC谐振单元111、电容112～113、匹配用的电感元件114～117和发送输入端子14。
LC谐振单元111连接在发送输入端子14与天线端子13之间；电容112～113在发送输入端子14和天线端子13与基准端子(接地)之间相互并联连接，电感元件114被连接在发送输入端子14与LC谐振单元111之间，电感元件115被连接在天线端子13与LC谐振单元111之间；电感元件116被连接在电容112的连接点与基准端子(接地)之间；电感元件117被连接在电容113的连接点与基准端子(接地)之间。
所述接收测滤波器输入从也作为接收侧输入端子的天线端子13被输入的接收波，在接收通过频带对该接收波进行滤波并输出至接收输出端子15。更为具体而言，所述接收测滤波器12包括LC谐振单元121～122、电容123～125、匹配用的电感元件126～1211、匹配用的电容元件1212～1213和接收输出端子15。
LC谐振单元121～122在天线端子13与接收输出端子15之间彼此串联连接；电容123～125在天线端子13、接收输出端子15以及LC谐振单元121～122的各连接点与基准端子(接地)之间相互并联连接，电感元件126和电容元件129被串联在天线端子13与LC谐振单元121之间；电感元件127和电容元件1210被串联在LC谐振单元121与LC谐振单元122之间，电感元件128被连接在LC谐振单元122与接收输出端子15之间；感元件129被连接在电容123的连接点与基准端子(接地)之间；感元件1210被连接在电容124的连接点与基准端子(接地)之间；感元件1211被连接在电容125的连接点与基准端子(接地)之间。
在本实施例中，所述LC谐振单元可以通过LTCC，分立器件，IPD或者其他形式实现。LTCC由于其具有多种优点，被广泛应用于LC谐振单元中。
实施例一
图2是实施例所涉及的双工器2的电路构成图。如图2所示，该双工器2包括发送侧滤波器21、接收侧滤波器22和天线端子23。
所述发送侧滤波器21由发送输入端子24输入由发送电路所生成的发送波，在发送通过频带对发送波进行滤波并输出至作为发送端输出端子的天线端子23。更为具体而言，所述发送侧滤波器21包括LC谐振单元211、谐振器212、电容213、匹配用的电感元件214～217和发送输入端子24。
LC谐振单元211连接在发送输入端子24与天线端子23之间；谐振器212连接在发送输入端子24与基准端子(接地)之间，电容213连接在天线端子23与基准端子(接地)之间；电感元件214被连接在发送输入端子24与LC谐振单元211之间，电感元件215被连接在天线端子23与LC谐振单元211之间；电感元件216被连接在谐振器212的连接点与基准端子(接地)之间；电感元件217被连接在电容213的连接点与基准端子(接地)之间。
所述接收测滤波器输入从也作为接收侧输入端子的天线端子23被输入的接收波，在接收通过频带对该接收波进行滤波并输出至接收输出端子25。更为具体而言，所述接收测滤波器22包括LC谐振单元221～222、电容223～224、谐振器225、匹配用的电感元件226～2211、匹配用的电容元件2212～2213和接收输出端子25。
LC谐振单元221～222在天线端子23与接收输出端子25之间彼此串联连接；电容223～224在天线端子23以及LC谐振单元221～222的连接点与基准端子(接地)之间相互并联连接，谐振器225连接在接收输出端子25与基准端子(接地)之间；电感元件226和电容元件2212被串联在天线端子23与LC谐振单元221之间；电感元件227和电容元件2213被串联在LC谐振单元221与LC谐振单元222之间，电感元件228被连接在LC谐振单元222与接收输出端子25之间；感元件229被连接在电容223的连接点与基准端子(接地)之间；感元件2210被连接在电容224的连接点与基准端子(接地)之间；感元件2211被连接在谐振器225的连接点与基准端子(接地)之间。
在本实施例中，谐振器212和谐振器225为FBAR谐振器，采用FBAR谐振器来替换图中的电容来进行滚降沿的改善，其中虚线处的谐振器是替换的谐振器，对应的电容需要去掉。谐振器的位置一般位于远离天线的位置，因为靠近天线端的元器件的变化对公共端的匹配都有影响，影响较大。在远离天线端的位置，替换电容影响相对较小。
图3是使用FBAR和LTCC结合的双工器曲线对比图，其中实线是加了FBAR谐振器的，虚线是单独的LTCC双工器，可以看出FBAR的引入大大改善了滚降特性，其中，滚降的定义是从插损-3dB到某个深度的带外抑制比如-30dB位置所需的频率，频率越小滚降越好。
图4是图3的2.4-3.6GHz频率区域的放大示意图，其中实线是加了FBAR谐振器的，虚线是单独的LTCC双工器。
图5是谐振器阻抗曲线在双工器的曲线所在的位置，其中两个黑色粗线对应右边Y轴坐标，表示的随频率变化的阻抗曲线。上述双工器的左边滤波器通带右边界为2.69GHz，右边滤波器的通带左边界为3.3GHz，其中左边谐振器的Fs需要大于2.69GHz，右边谐振器的Fp小于3.3GHz，并且远离的越远越好。
图6是当左边谐振器的Fs靠近2.69GHz的情况下，对应的曲线余，可以看出在通带附近形成一个notch，严重恶化了插损。
图7是当右边谐振器的Fp靠近3.3GHz的情况下，对应的曲线，可以看出在通带附近形成一个notch，严重恶化了插损。
图8是当谐振器对应的等效电容，可以看出在谐振器谐振频率附近，会有快速的阻抗变换，导致阻抗变化较大，因此当位于通带内，通带的匹配会严重恶化，而谐振频率较远的位置，是一个固定的电容，在设计中使用此电容来等效LC谐振单元中的电容可以减小对通带的影响。
实施例二
图9是实施例所涉及的双工器3的电路构成图。如图9所示，该双工器3包括发送侧滤波器31、接收侧滤波器32和天线端子33。
所述发送侧滤波器31由发送输入端子34输入由发送电路所生成的发送波，在发送通过频带对发送波进行滤波并输出至作为发送端输出端子的天线端子33。更为具体而言，所述发送侧滤波器31包括LC谐振单元311、谐振器312～313、电容314、匹配用的电感元件315～318和发送输入端子34。
LC谐振单元311连接在发送输入端子34与天线端子33之间；谐振器312～313在发送输入端子34与基准端子(接地)之间相互并联连接，电容314连接在天线端子33与基准端子(接地)之间；电感元件315被连接在发送输入端子34与LC谐振单元311之间，电感元件316被连接在天线端子33与LC谐振单元311之间；电感元件317被连接在谐振器312～313的连接点与基准端子(接地)之间；电感元件318被连接在电容314与基准端子(接地)之间。
或者，谐振器312～313在发送输入端子34与基准端子(接地)之间相互串联连接。
所述接收测滤波器输入从也作为接收侧输入端子的天线端子33被输入的接收波，在接收通过频带对该接收波进行滤波并输出至接收输出端子35。更为具体而言，所述接收测滤波器32包括LC谐振单元321～322、电容323～324、谐振器325～326、匹配用的电感元件327～3212、匹配用的电容元件3213～3214和接收输出端子35。
LC谐振单元321～322在天线端子33与接收输出端子35之间彼此串联连接；电容323～324在天线端子33以及LC谐振单元321～322的连接点与基准端子(接地)之间相互并联连接，谐振器325～326在接收输出端子35与基准端子(接地)之间相互并联连接；电感元件327和电容元件3213被串联在天线端子33与LC谐振单元321之间；电感元件328和电容元件3214被串联在LC谐振单元321与LC谐振单元322之间，电感元件329被连接在LC谐振单元322与接收输出端子35之间；电感元件3210被连接在电容323的连接点与基准端子(接地)之间；感元件3211被连接在电容324的连接点与基准端子(接地)之间；感元件3212被连接在谐振器325～326的连接点与基准端子(接地)之间。
或者，谐振器325～326在接收输出端子35与基准端子(接地)之间相互串联连接。
在本实施例中，谐振器312～313和谐振器325～326为FBAR谐振器，采用FBAR谐振器来替换图中的电容来进行滚降沿的改善，其中虚线处的谐振器是替换的谐振器，对应的电容需要去掉。谐振器的位置一般位于远离天线的位置，因为靠近天线端的元器件的变化对公共端的匹配都有影响，影响较大。在远离天线端的位置，替换电容影响相对较小。
从图3可以看出，本实施例的双工器加入FBAR谐振器滚降改善，但带外有部分区域带外抑制恶化。图9是采用不同频率或者kt的谐振器和原有的谐振器并联(或串联)来改善带外抑制。
实施例三
图10是实施例所涉及的双工器4的电路构成图。如图10所示，该双工器4包括发送侧滤波器41、接收侧滤波器42和天线端子43。
所述发送侧滤波器41由发送输入端子44输入由发送电路所生成的发送波，在发送通过频带对发送波进行滤波并输出至作为发送端输出端子的天线端子43。更为具体而言，所述发送侧滤波器41包括谐振器411～412、电容413、匹配用的电感元件414～418和发送输入端子44。
谐振器411连接在发送输入端子44与天线端子43之间，谐振器412连接在发送输入端子44与基准端子(接地)之间，电容413连接在天线端子43与基准端子(接地)之间，电感元件414被连接在发送输入端子44与LC谐振单元411之间，电感元件415并连接在谐振器411的两端，电感元件416被连接在天线端子43与LC谐振单元311之间；电感元件417被连接在谐振器412的连接点与基准端子(接地)之间；电感元件418被连接在电容413的连接点与基准端子(接地)之间。
所述接收测滤波器输入从也作为接收侧输入端子的天线端子43被输入的接收波，在接收通过频带对该接收波进行滤波并输出至接收输出端子45。更为具体而言，所述接收测滤波器42包括LC谐振单元421、谐振器422、电容423～424、谐振器425、匹配用的电感元件426～4212、匹配用的电容元件4213～4214和接收输出端子45。
LC谐振单元421、谐振器422在天线端子43与接收输出端子45之间彼此串联连接；电容423～424、谐振器425在天线端子43、接收输出端子45、LC谐振单元421以及谐振器422的连接点与基准端子(接地)之间相互并联连接；电感元件426和电容元件4213被串联在天线端子43与LC谐振单元421之间；电感元件427和电容元件4214被串联在LC谐振单元421与谐振器422之间，电感元件428并联在谐振器422的两端，电感元件429被连接在谐振器422与接收输出端子45之间；电感元件4210被连接在电容423的连接点与基准端子(接地)之间；感元件4211被连接在电容424的连接点与基准端子(接地)之间；感元件4212被连接在谐振器425的连接点与基准端子(接地)之间。
从图10可以看出，改变频率和机电耦合系数的谐振器也可以是替换其他位置电容的谐振器。
图11是本实施例所涉及的双工器实现效果，在2.7-2.8GHz的抑制从原来的25改善到现在的30dB。
实施例四
本实施例提供一种多工器，该多工器包括多个发送侧滤波器、接收侧滤波器和天线端子，所述多个发送侧滤波器的一端分别与天线端子连接，所述接收侧滤波器的一端也与天线端子连接。
在本申请中，所述发送侧滤波器和接收侧滤波器结构如上述实施例所述，在本申请中不再赘述。
实施例五
在此，对具备上述实施例所涉及的双工器的高频前段电路以及通信装置进行说明。
所述高频前端电路、RF信号处理电路和基带信号处理电路构成通信装置。
所述高频前端电路具备双工器、功率放大电路和低噪声放大器电路。
功率放大器电路是对从RF信号处理电路输出的高频发送信号进行放大，经由发送输入端子、发送侧滤波器、以及天线端子而输出至天线元件的发送放大电路。
低噪声放大器电路是对经由天线元件、天线端子以及发送侧滤波器而得到的高频信号进行放大，并输出至RF信号处理电路的接收放大电路。
RF信号处理电路通过下变换等针对从天线元件经由接收信号路径而输入的高频接收信号进行信号处理，将进行该信号处理而生成的接收信号输出至基带信号处理电路。此外，RF信号处理电路3通过上变换等而对从基带信号处理电路输入的发送信号进行信号处理，将进行该信号处理而生成的高频发送信号输出至功率放大器电路。RF信号处理电路3例如是RFIC(Radio Frequency Integrated Circuit：射频集成电路)。
由基带信号处理电路处理后的信号例如作为图像信号而被用于图像显示，或者作为声音信号而被用于通话。
另外，高频前端电路也可以在双工器、功率放大器电路、以及低噪声放大器电路之间具备其他的电路元件。
另外，上述说明中以双工器为例进行了说明，但是本发明例如也能够应用于3个滤波器的天线端子被共用化的三工器、4个滤波器的天线端子被共用化的四工器。换句话说，高频前端电路以及通信装置具备2个以上的滤波器即可。
进而，高频前端电路以及通信装置并不限定于具备发送滤波器以及接收滤波器的双方的构成，也可以是仅具备发送滤波器、或者仅具备接收滤波器的构成。
此外，通信装置也可以根据高频信号的处理方式而具备基带信号处理电路。
本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种双工器，包括发射侧滤波器和接收侧滤波器，所述发射侧滤波器和接收侧滤波器被共同连接并连接于天线端子，其特征在于，
所述发射侧滤波器包括：
至少一个LC谐振单元，连接在输入端子与天线端子之间；和
谐振器，被连接在输入端子与基准端子之间；和
电容，被连接在天线端子以及所述至少一个LC谐振单元的连接节点的任一者与基准端子之间；
所述接收侧滤波器包括：
至少两个LC谐振单元，在天线端子与输出端子之间串联连接；和
谐振器，被连接在输出端子与基准端子之间；和
电容，被连接在天线端子以及所述至少两个LC谐振单元的连接节点的任一者与基准端子之间。
2.根据权利要求1所述的双工器，其特征在于，还包括：连接在输入端子与LC谐振单元之间、天线端子与LC谐振单元之间、电容与基准端子之间、谐振器的连接点与基准端子之间的匹配元件。
3.一种双工器，包括发射侧滤波器和接收侧滤波器，所述发射侧滤波器和接收侧滤波器被共同连接并连接于天线端子，其特征在于，
所述发射侧滤波器包括：
至少一个LC谐振单元，连接在输入端子与天线端子之间；和
谐振器组，被连接在输入端子与基准端子之间；和
电容，被连接在天线端子以及所述至少一个LC谐振单元的连接节点的任一者与基准端子之间；
所述接收侧滤波器包括：
至少两个LC谐振单元LC谐振单元，在天线端子与输出端子之间串联连接；和
谐振器组，被连接在输出端子与基准端子之间；和
电容，被连接在天线端子以及所述至少两个LC谐振单元的连接节点的任一者与基准端子之间。
4.根据权利要求3所述的双工器，其特征在于，所述谐振器做包括至少两个并联的谐振器；
或者，所述谐振器做包括至少两个串联的谐振器。
5.一种双工器，包括发射侧滤波器和接收侧滤波器，所述发射侧滤波器和接收侧滤波器被共同连接并连接于天线端子，其特征在于，
所述发射侧滤波器包括：
至少一个第一谐振器，连接在输入端子与天线端子之间；和
第二谐振器，被连接在输入端子与基准端子之间；和
电容，被连接在天线端子以及所述至少一个第一谐振器的连接节点的任一者与基准端子之间；
所述接收侧滤波器包括：
至少一个LC谐振单元和一个第一谐振器，在天线端子与输出端子之间串联连接；和
第二谐振器，被连接在输出端子与基准端子之间；和
电容，被连接在天线端子以及所述至少两个LC谐振单元的连接节点的任一者与基准端子之间。
6.根据权利要求5所述的双工器，其特征在于，还包括：连接在输入端子与第一谐振器之间、天线端子与第一谐振器之间、电容与基准端子之间、第二谐振器的连接点与基准端子之间的匹配元件。
7.根据权利要求5所述的双工器，其特征在于，所述第一谐振器和第二谐振器分别为FBAR谐振器。
8.一种多工器，其特征在于，包括多个如权利要求1～7中任一项所述的发射侧滤波器和接收侧滤波器，所述多个发射侧滤波器和接收侧滤波器被共同连接并连接于天线端子。
9.一种高频前端电路，其特征在于，包括：
权利要求1～7中任一项所述的双工器或者权利要求8所述的多工器；和
与所述双工器或者所述多工器连接的放大电路。
10.一种通信装置，其特征在于，包括：
对由天线元件收发的高频信号进行处理的RF信号处理电路；和
对在所述天线元件和所述RF信号处理电路之间传输所述高频信号的权利要求9所述的高频前端电路。
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