CN112543012B - 复用双工器以及通信设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复用双工器以及通信设备，该复用双工器中的滤波器电路包含2个滤波器和2个开关，该2个开关为单刀双掷开关，其中第一滤波器两端分别连接第一开关和第二开关的第一不动端；第二滤波器两端分别连接第一开关和第二开关的第二不动端；第一开关和第二开关的动端分别作为所述滤波器电路的两端。本发明中的复用双工器包含4个90度电桥，以及4个上述滤波器电路，利用90度电桥的移相功能，把从发射滤波器泄露到接收滤波器的信号一分两路，并使其相位相差180度，从而互相抵消，改善隔离度。
Description
技术领域
本发明涉及滤波器技术领域，特别地涉及一种复用双工器以及通信设备。
背景技术
小基站系统是5G通信中的重要组成部分，需要其采用较高的发射频率；未来小基站系统中的滤波器、多工器会朝着小型话、高功率容量、高隔离度，以及低成本方向发展。
目前，基站系统中主要使用的是腔体滤波器、腔体多工器，腔体结构的滤波器、多工器的插损小、带外抑制好、隔离度高，但其显著缺点是尺寸较大，加工成本高，很难在未来的5G通信中得到广泛应用，而体声波滤波器、多工器的特点是插损好、带外抑制高、成本较低，但其显著缺点是功率容量较差，目前功率容量只有1.5W左右，很难适应未来5G通信的要求。同时小基站系统要求覆盖区域尽可能得大，所以发射功率都较大，如果收发系统隔离度较小的话，发射信号会耦合到接收系统，严重影响接收系统的灵敏度，所以小基站系统对收发系统的隔离度有更高的要求，一般要大于70dB，普通的体声波双工器很难满足要求。另外，目前通信系统都采用MIMO系统和载波聚合技术，要求收发系统能够复用，所以，体声波双工器要在小基站系统中得到广泛应用，必须要克服目前的缺点，即必须提升体声波双工器的功率容量、隔离度以及实现双工器重构复用。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种复用双工器以及通信设备，具有较好的隔离度和功率容量，并能实现双工器重构复用。
本发明提供如下技术方案：
第一种滤波器电路，包含2个滤波器和2个开关，该2个开关为单刀双掷开关，其中：第一滤波器两端分别连接第一开关和第二开关的第一不动端；第二滤波器两端分别连接第一开关和第二开关的第二不动端；第一开关和第二开关的动端分别作为所述滤波器电路的两端；第一滤波器和第二滤波器通带覆盖的频率不同。
可选地，至少一个所述滤波器由压电声波谐振器组成。
一种复用双工器，包含4个90度电桥，以及4个上述第一种滤波器电路，其中：第一滤波器电路两端分别连接第一电桥的0度输出端和第二电桥的输入端；第二滤波器电路两端分别连接第一电桥的-90度输出端和第二电桥的隔离端；第三滤波器电路两端分别连接第三电桥的0度输出端和第四电桥的输入端；第四滤波器电路两端分别连接第三电桥的-90度输出端和第四电桥的隔离端；第一电桥的隔离端与第三电桥的输入端连接；第一电桥的输入端作为所述复用双工器的天线端；第二电桥和第四电桥的-90度输出端分别作为所述复用双工器的发射端和接收端；第二电桥和第四电桥的0度输出端以及第三电桥的隔离端串接电阻后接地；第一滤波器电路和第二滤波器电路采用相同的滤波器，第三滤波器电路和第四滤波器电路采用相同的滤波器，第一滤波器电路与第三滤波器电路采用不同的滤波器。
第二种滤波器电路，包含2个滤波器和1个开关，该开关为单刀双掷开关，其中：第一滤波器第一端连接该开关的第一不动端；第二滤波器第一端连接该开关的第二不动端；第一滤波器和第二滤波器通带覆盖的频率不同。
可选地，至少一个所述滤波器由压电声波谐振器组成。
一种复用双工器，包含6个90度电桥，以及4个上述第二种滤波器电路，其中：第一至第四滤波器电路中的开关的动端分别连接第一电桥0度输出端和-90度输出端，以及第四电桥0度输出端和-90度输出端；第一滤波器电路中，第一和第二滤波器的第二端分别连接第二和第三电桥的输入端；第二滤波器电路中，第一和第二滤波器的第二端分别连接第二和第三电桥的隔离端；第三滤波器电路中，第一和第二滤波器的第二端分别连接第五和第六电桥的输入端；第四滤波器电路中，第一和第二滤波器的第二端分别连接第五和第六电桥的隔离端；第一电桥输入端作为所述复用双工器的天线端；第二、第三电桥的-90度输出端分别作为所述复用双工器的第一和第二发射端；第五、第六电桥的-90度输出端分别作为所述复用双工器的第一和第二接收端；第一电桥的隔离端连接第四电桥的输入端；第四电桥的隔离端以及第二、第三、第五、第六电桥的0度输出端串接电阻后接地；第一滤波器电路和第二滤波器电路采用相同的滤波器，第三滤波器电路和第四滤波器电路采用相同的滤波器，第一滤波器电路与第三滤波器电路采用不同的滤波器。
一种通信设备，包含本发明所述的复用双工器。
根据本发明实施方式的技术方案，利用90度电桥的移相功能，把从发射滤波器泄露到接收滤波器的信号一分两路，并使其相位相差180度，从而互相抵消，改善隔离度。对于发射支路来说，发射信号经过90度电桥后，一分两路，分别经过两个发射滤波器，经过单个滤波器的功率减少了一半，所以在单颗滤波器功率容量一定的情况下，整体发射支路的功率容量提升一倍。通过多个单刀双掷开关的选择切换，可以复用重构4个双工器，减少了复杂度，满足载波聚合的需要。
附图说明
为了说明而非限制的目的，现在将根据本发明的优选实施例、特别是参考附图来描述本发明，其中：
图1是根据本发明实施方式的一种滤波器电路的示意图；
图2A是90度电桥各端口的示意图，图2B是该90度电桥各端口之间的相位关系；
图3是根据本发明实施方式的一种复用双工器的示意图；
图4是与本发明实施方式有关的Band1的TX与RX频段隔离度对比图；
图5是与本发明实施方式有关的Band3的TX与Band1的RX频段隔离度对比图；
图6是根据本发明实施方式的另一种滤波器电路的示意图；
图7是根据本发明实施方式的另一种复用双工器的示意图。
具体实施方式
本发明实施方式中，利用90度电桥的移相和功率分配特性，可以改善双工器的收发隔离度，以及提升双工器的功率容量，同时利用多个单刀双掷开关的选择和切换，重构复用多个双工器，减少了射频前端的复杂程度，适应载波聚合的需要。本发明实施方式中的滤波器可用各种可行的谐振器来实现，例如采用压电声波谐振器。以下结合附图加以说明。
图1是根据本发明实施方式的一种滤波器电路的示意图。如图1所示，开关1和开关3为单刀双掷开关，各具有两个不动端1和2以及动端3。通过单刀双掷开关的动作，可以在该滤波器电路的两端(该两端分别为两个上述动端3)之间选择接入滤波器1或者接入滤波器2。
本发明实施方式中，还采用4个上述滤波器电路和4个90度电桥来构成一种复用双工器。图2A是90度电桥各端口的示意图，图2B是该90度电桥各端口之间的相位关系。图3是根据本发明实施方式的一种复用双工器的示意图。
图3所示的拓扑结构包含了8个滤波器，这8个滤波器两两相同(相同和不同指覆盖频率的相同和不同)。即图中2个滤波器1相同，类似地，图中2个滤波器2、2个滤波器3、2个滤波器4也两两相同。而滤波器1至4互不相同，这样图中滤波器覆盖了4个不同的频率，通过开关的选择可以实现4个双工器功能。此处的开关为图中的开关1至开关8，皆为单刀双掷开关，各开关的3端口为动端，第1、2端口为不动端，3端口可以和1端口或2端口直接接通，而第1、2端口之间不能直接接通。通过开关的动端与不动端的不同接通方式而形成的4个双工器及相应的开关的动端所接通的不动端(即例如图中的“1端口”表示3端口与1端口接通，“2端口”表示3端口与2端口接通)如表1所示。
表1
| 双工器1 | 双工器2 | 双工器3 | 双工器4 | |
| 发射滤波器 | 滤波器1 | 滤波器1 | 滤波器2 | 滤波器2 |
| 接收滤波器 | 滤波器3 | 滤波器4 | 滤波器3 | 滤波器4 |
| 开关1 | 1端口 | 1端口 | 2端口 | 2端口 |
| 开关2 | 1端口 | 1端口 | 2端口 | 2端口 |
| 开关3 | 1端口 | 1端口 | 2端口 | 2端口 |
| 开关4 | 1端口 | 1端口 | 2端口 | 2端口 |
| 开关5 | 1端口 | 2端口 | 1端口 | 2端口 |
| 开关6 | 1端口 | 2端口 | 1端口 | 2端口 |
| 开关7 | 1端口 | 2端口 | 1端口 | 2端口 |
| 开关8 | 1端口 | 2端口 | 1端口 | 2端口 |
接下来以滤波器1作为发射和滤波器3作为接收组成的双工器1为例，介绍其改善隔离度的原理。从TX发射信号，经过电桥2后一分两路，其中电桥2的IN端得到的信号比ISO端相位落后90度，这两路信号分别经过滤波器1后到达电桥1的0度端口和-90端口。由90度电桥的相位关系可知，这两路信号经过电桥1后，在电桥1的IN端同相，而在电桥1的ISO端口完全反相，相互抵消，所以不会进入接收端RX，所以提高了隔离度。由于发射信号经过电桥2后，信号一分两路进入滤波器，如果每路滤波器达到其功率极限的情况下，则该拓扑结构功率容量可以提升1倍。
为了验证本实施方式的技术效果，发明人针对一个算例作了仿真，其中滤波器1覆盖为Band1_TX，其频段包括：1920MHz-1980MHz，滤波器3覆盖为Band1_RX，其频段包括：2110MHz-2170MHz，90度电桥的插损为0.3dB，相位不平衡度为3度。图4是与本发明实施方式有关的Band1的TX与RX频段隔离度对比图，图中实线为常规双工器的隔离度，图中虚线为本实施例1的仿真结果，从对比发现，隔离度改善22dB以上。
发明人针对另一个算例作了仿真，其中滤波器2覆盖为Band3_TX，其频段包括：1710MHz-1785MHz，滤波器3覆盖为Band1_RX，其频段包括：2110MHz-2170MHz，90度电桥的插损为0.3dB，相位不平衡度为3度。图5是与本发明实施方式有关的Band3的TX与Band1的RX频段隔离度对比图，图中实线为常规双工器的隔离度，图中虚线为本实施例1的仿真结果，从对比发现，隔离度改善23dB以上。
图6是根据本发明实施方式的另一种滤波器电路的示意图。该滤波器电路包含2个滤波器，该2个滤波器第一端连接至开关1的两个不动端，该开关同样为单刀双掷开关，从而可以选择该2个滤波器中的一个连接至外部电路。本发明实施方式中利用这4个滤波器电路和6个90度电桥构成另一种复用双工器，如图7所示，图7是根据本发明实施方式的另一种复用双工器的示意图。
图7中的2个滤波器1相同，类似地，2个滤波器2、3、4也分别两两相同。开关1至开关4为单刀双掷开关，通过开关的动端与不动端的不同接通方式而形成的4个双工器及相应的开关的动端所接通的不动端(即例如图中的“1端口”表示3端口与1端口接通，“2端口”表示3端口与2端口接通)如表2所示。采用图7中的电路，同样可以实现4个双工器并具有较佳的隔离度。
表2
根据本发明实施方式的技术方案，利用90度电桥的移相功能，把从发射滤波器泄露到接收滤波器的信号一分两路，并使其相位相差180度，从而互相抵消，改善隔离度。对于发射支路来说，发射信号经过90度电桥后，一分两路，分别经过两个发射滤波器，经过单个滤波器的功率减少了一半，所以在单颗滤波器功率容量一定的情况下，整体发射支路的功率容量提升一倍。通过多个单刀双掷开关的选择切换，可以复用重构4个双工器，减少了复杂度，满足载波聚合的需要。
上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，取决于设计要求和其他因素，可以发生各种各样的修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。
Claims (5)
1.一种复用双工器，其特征在于，包含4个90度电桥，以及4个滤波器电路，其中：
所述滤波器电路包含2个滤波器和2个开关，该2个开关为单刀双掷开关，其中：第一滤波器两端分别连接第一开关和第二开关的第一不动端，第二滤波器两端分别连接第一开关和第二开关的第二不动端，第一开关和第二开关的动端分别作为所述滤波器电路的两端，第一滤波器和第二滤波器通带覆盖的频率不同并且不连续；
第一滤波器电路两端分别连接第一电桥的0度输出端和第二电桥的输入端；
第二滤波器电路两端分别连接第一电桥的-90度输出端和第二电桥的隔离端；
第三滤波器电路两端分别连接第三电桥的0度输出端和第四电桥的输入端；
第四滤波器电路两端分别连接第三电桥的-90度输出端和第四电桥的隔离端；
第一电桥的隔离端与第三电桥的输入端连接；
第一电桥的输入端作为所述复用双工器的天线端；
第二电桥和第四电桥的-90度输出端分别作为所述复用双工器的发射端和接收端；
第二电桥和第四电桥的0度输出端以及第三电桥的隔离端串接电阻后接地；
第一滤波器电路和第二滤波器电路采用相同的滤波器，第三滤波器电路和第四滤波器电路采用相同的滤波器，第一滤波器电路与第三滤波器电路采用不同的滤波器。
2.根据权利要求1所述的复用双工器，其特征在于，至少一个所述滤波器由压电声波谐振器组成。
3.一种复用双工器，其特征在于，包含6个90度电桥，以及4个滤波器电路，其中：
所述滤波器电路包含2个滤波器和1个开关，该开关为单刀双掷开关，其中：第一滤波器第一端连接该开关的第一不动端，第二滤波器第一端连接该开关的第二不动端，第一滤波器和第二滤波器通带覆盖的频率不同并且不连续；
第一至第四滤波器电路中的开关的动端分别连接第一电桥0度输出端和-90度输出端，以及第四电桥0度输出端和-90度输出端；
第一滤波器电路中，第一和第二滤波器的第二端分别连接第二和第三电桥的输入端；
第二滤波器电路中，第一和第二滤波器的第二端分别连接第二和第三电桥的隔离端；
第三滤波器电路中，第一和第二滤波器的第二端分别连接第五和第六电桥的输入端；
第四滤波器电路中，第一和第二滤波器的第二端分别连接第五和第六电桥的隔离端；
第一电桥输入端作为所述复用双工器的天线端；
第二、第三电桥的-90度输出端分别作为所述复用双工器的第一和第二发射端；
第五、第六电桥的-90度输出端分别作为所述复用双工器的第一和第二接收端；
第一电桥的隔离端连接第四电桥的输入端；
第四电桥的隔离端以及第二、第三、第五、第六电桥的0度输出端串接电阻后接地；
第一滤波器电路和第二滤波器电路采用相同的滤波器，第三滤波器电路和第四滤波器电路采用相同的滤波器，第一滤波器电路与第三滤波器电路采用不同的滤波器。
4.根据权利要求3所述的复用双工器，其特征在于，至少一个所述滤波器由压电声波谐振器组成。
5.一种通信设备，其特征在于，包含权利要求1至4中任一项所述的复用双工器。
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