CN112511131A - 一种具有高隔离度和高通频带低频侧高陡峭度的双工器 - Google Patents

一种具有高隔离度和高通频带低频侧高陡峭度的双工器 Download PDF

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Abstract

本发明的一种具有高隔离度和高通频带低频侧高陡峭度的双工器，包括设置在压电基板上的天线端子、发射端子和接收端子，天线端子与发射端子之间连接有发射滤波器，天线端子与接收端子之间连接有接收滤波器，所述接收滤波器具有串联臂以及与串联臂连接的多个并联臂，串联臂上设置有DMS滤波器和多个串联臂谐振器，每个并联臂上设置有并联臂谐振器；所述DMS滤波器与接收滤波器的所有并联臂谐振器进行共地连接。本发明所提供的双工器，在不增加额外器件以及结构复杂度的情况下，能够较好的改善了通带隔离度以及提高了高通频带低频侧的陡峭度，提高了双工器性能，具有较强的实用性。

Description

一种具有高隔离度和高通频带低频侧高陡峭度的双工器
技术领域
本发明涉及微波通信技术领域，尤其涉及一种具有高隔离度和高通频带低频侧高陡峭度的双工器。
背景技术
双工器，是一个比较特殊的双向三端滤波器。双工器既要将微弱的接受信号耦合进来，又要将较大的发射功率馈送到天线上去，且要求两者各自完成其功能而不相互影响。随着射频通信系统对高性能系统要求的持续增加，双工器的性能对整个通信系统的性能起着决定性的作用。双工器收发端的隔离度决定了信号之间的干扰程度，改善隔离度不仅能大大降低干扰，更能减少外围元件的使用。双工器通常由两组不同频率的带通滤波器组成，即发射通带滤波器和接收通带滤波器。因此，发射通带滤波器和接收通带滤波器的性能对双工器的性能有着重要的影响，滤波器的低通带插损、高阻带抑制和通带边缘陡峭度等成为主要考虑的技术指标。目前的一些双工器设计中，发射通带滤波器和接收通带滤波器均为梯形结构滤波器，或者，接收通带滤波器采用由为双模声表面波滤波器（Double-modeSAW，以下简称为DMS）结构与梯形结构共同构成。梯型滤波器具有多个并联臂谐振器，并联臂连接到接地电位的接地电极，接地电极易受到寄生电感影响，导致并联臂的谐振频率与反谐振频率差值变大，从而使得接收通带滤波器的低频侧陡度降低，同时会对双工器隔离度带来不好的影响。因此，对于该类型双工器而言，如何获得接收通带滤波器的低频侧高陡峭度及改善双工器的隔离度成为了需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题，提供一种新型结构的，可改善高通频带低频侧陡峭度及隔离度的双工器。
本发明的目的是这样实现的，提供一种具有高隔离度和高通频带低频侧高陡峭度的双工器，包括设置在压电基板上的天线端子、发射端子和接收端子，天线端子与发射端子之间连接有发射滤波器，天线端子与接收端子之间连接有接收滤波器，所述接收滤波器具有串联臂以及与串联臂连接的多个并联臂，串联臂上设置有DMS滤波器和多个串联臂谐振器，每个并联臂上设置有并联臂谐振器；所述DMS滤波器与接收滤波器的所有并联臂谐振器进行共地连接。
优选的，所述DMS滤波器中的所有IDT的接地电极与接收滤波器的所有并联臂谐振器进行共地连接。
优选的，所述DMS滤波器的输入端连接串联臂谐振器S1的一端，串联臂谐振器S1的另一端连接所述天线端子，DMS滤波器的输出端连接串联臂谐振器S2的一端，串联臂谐振器S2的另一端连接所述接收端子，串联臂谐振器S1与DMS滤波器之间连接有并联臂谐振器P1，串联臂谐振器S2与DMS滤波器之间连接有并联臂谐振器P2。
优选的，并联臂谐振器P1的谐振频率高于并联臂谐振器P2的谐振频率。
优选的，并联臂谐振器P1的静电容小于并联臂谐振器P2的静电容。
优选的，所述DMS滤波器为5阶滤波器。
优选的，双工器的发射频段为699MHz-716MHz，接收频段为729MHz-746MHz。
优选的，所述发射滤波器包括顺次串联的串联臂谐振器S3、S4、S5、S6和S7，串联臂谐振器S3一端连接所述发射端子，串联臂谐振器S7一端连接所述天线端子，串联臂谐振器S4与S5之间连接有并联臂谐振器P3,串联臂谐振器S5与S6之间连接有并联臂谐振器P4，串联臂谐振器S6与S7之间连接有并联臂谐振器P5，并联臂谐振器P3、P4和P5进行共地连接。
优选的，串联臂谐振器S3和S4的谐振频率不同。
本发明的技术效果至少体现在：
所提供的双工器，在不增加额外器件以及结构复杂度的情况下，能够较好的改善了通带隔离度以及提高了高通频带低频侧的陡峭度，同时获得了较优的带外抑制性能。
附图说明
图1为本发明第一实施例的双工器的电路结构示意图；
图2为本发明第一实施例的双工器电路原理示意图；
图3为第一比较例的双工器的电路结构示意图；
图4为第一比较例的双工器的电路原理示意图；
图5为本发明第一实施例与第一比较例中的接收滤波器的S参数衰减特性曲线对比图；
图6为本发明第一实施例与第一比较例中的接收滤波器的S参数隔离特性曲线对比图；
图7为第二比较例双工器的电路结构示意图；
图8为第二比较例双工器的电路原理示意图；
图9为本发明第一实施例与第二比较例中的接收滤波器的S参数衰减特性曲线对比图；
图10为本发明第一实施例与第二比较例中的接收滤波器的S参数隔离特性曲线对比图。
附图标记
1-天线端子，2-发射端子，3-接收端子，4-第一接地端，5-第二接地端，6-第三接地端，7-第四接地端。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的双工器作详细的说明，应该说明的是，本发明的实施方式并不限于所提供的具体实施例。
本发明实施例提供的一种具有高隔离度和高通频带低频侧高陡峭度的双工器，包括设置在压电基板上的天线端子、发射端子和接收端子，天线端子与发射端子之间连接有发射滤波器，天线端子与接收端子之间连接有接收滤波器，所述接收滤波器具有串联臂以及与串联臂连接的多个并联臂，串联臂上设置有DMS滤波器和多个串联臂谐振器，每个并联臂上设置有并联臂谐振器；所述DMS滤波器至少与一个并联臂谐振器进行共地连接。可以理解的是，所提供的双工器，一个基本的构思在于通过DMS滤波器至少与一个并联臂谐振器进行共地连接，极大的削弱接寄生电感对接收滤波器性能的恶化影响，以提高双工器的性能。作为一种更优的选择，可将所述DMS滤波器与所有并联臂谐振器进行共地连接。
可以理解的是，所述DMS滤波器通常可配置为多阶纵向耦合谐振器型的声表面波滤波器，DMS滤波器的阶数取决于所设置的IDT（叉指换能器）的数量。作为可选择的实施方式，可以选择将DMS滤波器的所有奇数位IDT或者所有偶数位IDT的接地电极连接在一起，然后与所有并联臂谐振器进行共地连接。作为最优的选择，建议将DMS滤波器的所有IDT的接地电极连接在一起，然后与所有并联臂谐振器进行共地连接。
本发明设计的双工器尤其适用的工作频段为Band 12频段，双工器的发射频段为699MHz-716MHz，接收频段729MHz-746MHz。下面针对该工作频段提供三种不同结构的双工器。其中，较为优选的为第一实施例，应该说明的是，第一比较例和第二比较例同样构成对现有双工器的改进，比较例只是相对第一实施例而言。
第一实施例：
参阅图1和图2所示分别为本实施例的双工器的电路结构示意图和电路原理图，本实施例的双工器包括设置在压电基板上的天线端子1、发射端子2和接收端子3，天线端子1与发射端子之间连接有发射滤波器，天线端子1与接收端子3之间连接有接收滤波器。所述接收滤波器具有串联臂以及与串联臂连接的多个并联臂，串联臂上依次设置有串联臂谐振器S1、DMS滤波器和串联臂谐振器S2，串联臂谐振器S1的一端连接所述天线端子1，串联臂谐振器S1的另一端连接所述DMS滤波器的输入信号端，DMS滤波器的输出信号端连接串联臂谐振器S2的一端，串联臂谐振器S2的另一端连接所述接收端子3，串联臂谐振器S1与DMS滤波器之间连接有并联臂谐振器P1，串联臂谐振器S2与DMS滤波器之间连接有并联臂谐振器P2，DMS滤波器的所有IDT的接地电极连接在一起，然后与并联臂谐振器P1共地连接于第一接地端4，并联臂谐振器P2连接第二接地端5，第一接地端4与第二接地端5相连接，从而形成DMS滤波器、并联臂谐振器P1与并联臂谐振器P2的共地连接。进一步的，所述发射滤波器包括顺次串联的串联臂谐振器S3、S4、S5、S6和S7，串联臂谐振器S3一端连接所述发射端子2，串联臂谐振器S7一端连接所述天线端子1，串联臂谐振器S4与S5之间连接有并联臂谐振器P3,串联臂谐振器S5与S6之间连接有并联臂谐振器P4，串联臂谐振器S6与S7之间连接有并联臂谐振器P5，并联臂谐振器P3、P4和P5共同连接第三接地端6。
作为一种优选的改进方案，将并联臂谐振器P1的谐振频率配置为高于并联臂谐振器P2的谐振频率。作为可参考的，本实施例中设置的具体谐振频率分别为：并联臂谐振器P1的谐振频率为718MHz，并联臂谐振器P2的谐振频率为713MHz。应该说明的是，在该接收滤波器结构中，并联臂谐振器P1和并联臂谐振器P2的谐振频率与反谐振频率之差可影响高通频带低频侧的陡度，谐振频率与反谐振频率之差越小，高通频带的低频侧的陡度越高，且由于接收滤波器的并联臂谐振器P1的谐振频率接近于发射滤波器的通带高频段，因此并联臂谐振器P1对高通频带的低频侧的陡度影响更大。因此，上述的设置方案，可有利于提升接收滤波器通带低频侧的陡峭度。
作为一种优选的改进方案，并联臂谐振器P1的静电容小于并联臂谐振器P2的静电容。可以理解的是，并联臂谐振器P1的电容越小，从并联臂谐振器P1到接地端的电流越小，可防止接收滤波器通带损耗由于电流流失而恶化。作为可参考的，本实施例中设置的具体电容值分别为：并联臂谐振器P1静态电容为3.62pf，并联臂谐振器P2静态电容5.1pf。
作为一种优选的，在本实施例中，所述DMS滤波器配置为5阶滤波器。可以理解的是，可根据双工器实际设计要求，将所述DMS滤波器配置设置为7阶或者9阶结构的滤波器。
作为一种优选的，串联臂谐振器S3和S4的谐振频率不同，从而可提升接收通带的功率耐受性。可以理解的是，串联臂谐振器S3和S4通常为交指式谐振器，具体还可设置为串联臂谐振器S3和S4的交指对数不同，孔径长度不同。
第一比较例：
参阅图3和图4所示分别为本实施例双工器的电路结构示意图和电路原理图，本实施例的双工器结构与第一实施例的双工器的电路结构基本相同，不同之处仅在于，将本实施例双工器中的DMS滤波器的所有IDT的接地电极连接在一起，然后与并联臂谐振器P1共地连接于第一接地端4，将并联臂谐振器P2单独接地于第二接地端5。
参阅图5所示为本发明第一实施例与第一比较例中的接收滤波器的S参数衰减特性曲线对比图，图5中，实线表示的是第一实施例中的接收滤波器的S参数衰减特性曲线，虚线表示的是第一比较例中的接收滤波器的S参数衰减特性曲线。从图中可以得出，第一实施例的接收滤波器通带低频端的衰减由-3dB衰减到-50dB的频率差为7MHz, 第一比较例的接收滤波器通带低频端的衰减由-3dB衰减到-50dB的频率差为10MHz,第一实施例的接收滤波器通带低频端的陡度更为优异。图6所示为本发明第一实施例与第一比较例中的接收滤波器的S参数隔离特性曲线对比图，图6中，实线表示的是第一实施例中的接收滤波器的S参数隔离特性曲线，虚线表示的是第一比较例中的接收滤波器的S参数隔离特性曲线，从图中可以看出，第一实施例的接收滤波器通带低频端的陡度更优异，同时第一实施例的接收滤波器在发射通带的隔离度水平更优异。从图5和图6中可以得出，本发明第一实施例和第一比较例的双工器均具备了接收滤波器的通带低频端的高陡峭度，以及接收滤波器在发射通带的高隔离度。
第二比较例：
参阅图7和图8所示分别为提供的第二比较例双工器的电路结构示意图和电路原理示意图，第二比较例双工器的电路结构与第一实施例的不同之处在于，将第二比较例双工器中的DMS滤波器的所有IDT的接地电极一起共地连接于第四接地端7，并联臂谐振器P1单独接地于第一接地端4，,并联臂谐振器P2单独接地于第二接地端5。
参阅图9所示为本发明第一实施例与第二比较例中的接收滤波器的S参数衰减特性曲线对比图，图9中，实线表示的是第一实施例中的接收滤波器的S参数衰减特性曲线，虚线表示的是第二比较例中的接收滤波器的S参数衰减特性曲线。从图中可以看出，虽然第一实施例的接收滤波器通带低频端的陡峭度与第二比较例的接收滤波器通带低频端的陡峭度相近，但是第一实施例的接收滤波器在发射通带的整体衰减水平较第二比较例更为优异。分析认为，第二比较例中的DMS滤波器接地端在压电基板上单独接地的方式不能提供足够的衰减，使得其接收滤波器在发射通带的隔离度水平差于第一实施例。
图10为本发明的第一实施例与第二比较例中的接收滤波器的S参数隔离特性曲线对比图，图10中，实线表示的是第一实施例中的接收滤波器的S参数隔离特性曲线，虚线表示的是第二比较例中的接收滤波器的S参数隔离特性曲线。从图中可以看出，第一实施例接收滤波器在发射通带的隔离度水平较第二比较例更为优异。
在本发明的实施例的描述中，需要理解的是，指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了使于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的实施例的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的实施例的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
在本发明的实施例的描述中，需要理解的是，“-”和“~”表示的是两个数值之同的范围，并且该范围包括端点。例如:“A-B”表示大于或等于A，且小于或等于B的范围。“A~B''表示大于或等于A，且小于或等于B的范围。
在本发明的实施例的描述中，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种具有高隔离度和高通频带低频侧高陡峭度的双工器，包括设置在压电基板上的天线端子、发射端子和接收端子，天线端子与发射端子之间连接有发射滤波器，天线端子与接收端子之间连接有接收滤波器，其特征在于：所述接收滤波器具有串联臂以及与串联臂连接的多个并联臂，串联臂上设置有DMS滤波器和多个串联臂谐振器，每个并联臂上设置有并联臂谐振器；所述DMS滤波器与接收滤波器的所有并联臂谐振器进行共地连接。
2.根据权利要求1所述的双工器，其特征在于：所述DMS滤波器中的所有IDT的接地电极与所有并联臂谐振器进行共地连接。
3.根据权利要求2所述的双工器，其特征在于：所述DMS滤波器的输入端连接串联臂谐振器S1的一端，串联臂谐振器S1的另一端连接所述天线端子，DMS滤波器的输出端连接串联臂谐振器S2的一端，串联臂谐振器S2的另一端连接所述接收端子，串联臂谐振器S1与DMS滤波器之间连接有并联臂谐振器P1，串联臂谐振器S2与DMS滤波器之间连接有并联臂谐振器P2。
4.根据权利要求3所述的双工器，其特征在于：并联臂谐振器P1的谐振频率高于并联臂谐振器P2的谐振频率。
5.根据权利要求3所述的双工器，其特征在于：并联臂谐振器P1的静电容小于并联臂谐振器P2的静电容。
6.根据权利要求3所述的双工器，其特征在于：所述DMS滤波器为5阶滤波器。
7.根据权利要求1所述的双工器，其特征在于：双工器的发射频段为699MHz-716MHz，接收频段为729MHz-746MHz。
8.根据权利要求3所述的双工器，其特征在于：所述发射滤波器包括顺次串联的串联臂谐振器S3、S4、S5、S6和S7，串联臂谐振器S3一端连接所述发射端子，串联臂谐振器S7一端连接所述天线端子，串联臂谐振器S4与S5之间连接有并联臂谐振器P3,串联臂谐振器S5与S6之间连接有并联臂谐振器P4，串联臂谐振器S6与S7之间连接有并联臂谐振器P5，并联臂谐振器P3、P4和P5进行共地连接。
9.根据权利要求8所述的双工器，其特征在于：串联臂谐振器S3和S4的谐振频率不同。
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