CN112805874B

CN112805874B - 双工器

Info

Publication number: CN112805874B
Application number: CN201880098149.4A
Authority: CN
Inventors: 喻鸿飞; 罗旭荣
Original assignee: Nokia Shanghai Bell Co Ltd; Nokia Solutions and Networks Oy
Current assignee: Nokia Shanghai Bell Co Ltd; Nokia Solutions and Networks Oy
Priority date: 2018-09-27
Filing date: 2018-09-27
Publication date: 2022-08-09
Anticipated expiration: 2038-09-27
Also published as: CN112805874A; WO2020061915A1

Abstract

一种双工器，包括：第一滤波器，被配置为选择性地通过第一频率信号，第一滤波器包括第一连接器；第二滤波器，被配置为选择性地通过第二频率信号，第二滤波器包括第二连接器；以及第三滤波器，被配置为选择性地通过第一频率信号和第二频率信号，第三滤波器包括第三连接器，其中第三滤波器分开耦合到第一滤波器和第二滤波器，以及包括：至少第一腔和第二腔，其经由导电互连耦合，导电互连位于这样的壁中的孔内，该壁将第一腔与第二腔分开并且在第一腔和第二腔之间延伸。

Description

双工器

技术领域

本公开的实施例涉及双工器和其他频率选择性组合器。

背景技术

双工器是频率选择性分路器/组合器。在作为组合器操作时，不同频率的两个或更多个信号被组合以经由公共天线发送。在作为分路器操作时，不同频率的两个或更多个信号在公共天线处接收后被分路。当单个天线用于同时发送和接收时，双工器还可以用于将在一个或多个频率中的发送与在一个或多个不同频率处的接收隔离。双工器实现多频带和/或宽带通信。

发明内容

根据各种但不一定是全部实施例，提供了一种双工器，包括：第一滤波器，被配置为选择性地通过第一频率信号，第一滤波器包括第一连接器；第二滤波器，被配置为选择性地通过第二频率信号，第二滤波器包括第二连接器；以及第三滤波器，被配置为选择性地通过第一频率信号和第二频率信号，第三滤波器包括第三连接器，其中第三滤波器分别耦合到第一滤波器和第二滤波器，以及包括：至少第一腔和第二腔，其经由导电互连件耦合，导电互连件位于这样的壁中的孔内，该壁将第一腔与第二腔分开并且在第一腔和第二腔之间延伸。

在一些但不一定是全部示例中，导电互连件具有关于延伸穿过壁和孔的轴的旋转对称性。

在一些但不一定是全部示例中，导电互连件具有延伸穿过孔的宽度方向部分。

在一些但不一定是全部示例中，导电互连件具有第一高度方向部分并且具有第二高度方向部分，第一高度方向部分延伸穿过第一腔以接合导电互连件的宽度方向部分的一端，第二高度方向部分延伸穿过第二腔以接合宽度方向部分的相对端。

在一些但不一定是全部示例中，第一高度方向部分和第二高度方向部分被配置为具有取决于第一频率的高度。

在一些但不一定是全部示例中，第一频率与第一高度方向部分的高度成反比。

在一些但不一定是全部示例中，第一高度方向部分被配置为从第一腔的底座处的连接点延伸，并且第二高度方向部分被配置为从第二腔的底座处的连接点延伸。

在一些但不一定是全部示例中，宽度方向部分被配置为具有取决于第一频率和第二频率的长度。

在一些但不一定是全部示例中，导电互连件具有取决于第二频率的长度。

在一些但不一定是全部示例中，第二频率与导电互连件的长度成反比。

在一些但不一定是全部示例中，导电互连件为U形。

在一些但不一定是全部示例中，导电互连件为金属。

在一些但不一定是全部示例中，双工器包括电连接到导电互连件的可移动导体，其中可移动导体被配置为被移动以调谐导电互连件的电抗。

在一些但不一定是全部示例中，可移动导体是调节螺丝。

在一些但不一定是全部示例中，第一滤波器包括谐振器并且在第一频率谐振。

根据各种但不一定是全部实施例，提供了一种频率选择性分路器/组合器，包括：第一滤波器，被配置为选择性地通过第一频率信号，第一滤波器包括第一连接器；第二滤波器，被配置为选择性地通过第二频率信号，第二滤波器包括第二连接器；以及第三滤波器，被配置为选择性地通过第一频率信号和第二频率信号，第三滤波器包括第三连接器，其中第三滤波器分别耦合到第一滤波器和第二滤波器，以及包括：至少一个腔；以及导电互连件，导电互连件包括第一端部分、第二端部分以及中间部分，第一端部分连接到第三滤波器的腔，第二端部分连接到第三滤波器的腔的第二部分，中间部分是独立的且不连接到第三滤波器的腔。

根据各种但不一定是全部实施例，提供了一种包括双工器的装置。根据各种但不一定是全部实施例，该装置是用于移动通信的基站。

根据各种但不一定是全部实施例，提供了一种装置，包括：第一滤波器，被配置为选择性地通过第一频率信号，第一滤波器包括第一连接器；第二滤波器，被配置为选择性地通过第二频率信号，第二滤波器包括第二连接器；以及第三滤波器，被配置为选择性地通过第一频率信号和第二频率信号，第三滤波器包括第三连接器，其中第三滤波器分别耦合到第一滤波器和第二滤波器，以及包括：至少第一腔和第二腔，其经由导电互连件耦合，导电互连件位于这样的壁中的孔内，该壁将第一腔与第二腔分开并且在第一腔和第二腔之间延伸。

根据各种但不一定是全部实施例，提供了一种用于移动通信的基站，包括：第一滤波器，被配置为选择性地通过第一频率信号，第一滤波器包括第一连接器；第二滤波器，被配置为选择性地通过第二频率信号，第二滤波器包括第二连接器；以及第三滤波器，被配置为选择性地通过第一频率信号和第二频率信号，第三滤波器包括第三连接器，其中第三滤波器分别耦合到第一滤波器和第二滤波器，以及包括：至少第一腔和第二腔，其经由导电互连件耦合，导电互连件位于这样的壁中的孔内，该壁将第一腔与第二腔分开并且在第一腔和第二腔之间延伸。

根据各种但不一定是全部实施例，提供了如所附权利要求中所要求保护的示例。

附图说明

现在将参照附图描述一些示例实施例，其中：

图1示出了本文描述的主题的示例实施例；

图2示出了本文描述的主题的另一示例实施例；

图3A、3B、3C示出了本文描述的主题的另一示例实施例；

图4示出了本文描述的主题的另一示例实施例；

图5示出了本文描述的主题的另一示例实施例。

具体实施方式

图1示出了双工器100的示例，包括：

第一滤波器110，被配置为选择性地通过第一频率信号111，第一滤波器110包括第一连接器102；

第二滤波器120，被配置为选择性地通过第二频率信号121，第二滤波器120包括第二连接器104；以及

第三滤波器130，被配置为选择性地通过第一频率信号111和第二频率信号121，第三滤波器130包括第三连接器106。

双工器是频率选择性分路器/组合器。

第一频率信号111是具有以第一频率F1为中心的操作带宽的信号。第一滤波器110包括谐振器，并且在第一频率F1谐振但不在第二频率F2谐振。

第二频率信号121是具有以第二频率F2为中心的操作带宽的信号。第二滤波器包括谐振器，并且在第二频率F2谐振但不在第一频率F1谐振。

第三滤波器130分别耦合到第一滤波器110和第二滤波器120。

图2更详细地示出了第三滤波器130的示例。

导电互连件150包括第一端部163a、第二端部163b和中间部分136，第一端部163a连接到第三滤波器130的腔132的壁的第一部分133a，第二端部163b连接到第三滤波器130的腔134的壁的第二部分133b。在一些示例中，中间部分136是独立且自支撑的。在一些示例中，导电互连件150不连接到第三滤波器130的任何壁。

在该示例中，第三滤波器130包括：至少第一腔132和第二腔134。

第一腔132和第二腔134经由导电互连件150耦合。导电互连件150位于壁142中的孔140内，壁142将第一腔132与第二腔134分开并且在第一腔132和第二腔134之间延伸。

在该示例中，第一腔132和第二腔134经由将第一腔132与第二腔134分开的壁142中的孔140电容耦合，并且经由位于孔140内并在第一腔132和第二腔134之间延伸的导电互连件150电感耦合。孔140是穿过壁142的开口，该开口在第一腔132中的电介质(例如，空气)体积与第二腔134中的电介质(例如，空气)体积之间提供互连的电介质(例如，空气)体积。孔140的大小(例如，横截面面积和/或体积)、形状和位置可以改变，例如，以调整双工器100的操作特性。在一些示例中，孔140是完全位于壁142内的通孔，而在其他示例中，孔140是位于壁142的一个或多个边缘的切口。

在一些示例中，导电互连件150位于孔140内，并且穿过孔而不接触壁142中限定孔142的部分。

在该示例中，但不一定是全部示例，导电互连件150具有关于轴152的旋转对称性，该轴152在第一方向上延伸穿过壁142和孔140。

导电互连件150的中间部分136是穿过孔140延伸的宽度方向部分160。导电互连件150具有第一高度方向部分162并且具有第二高度方向部分164，第一高度方向部分162穿过第一腔132延伸以接合导电互连件150的宽度方向部分160的一端161A，第二高度方向部分164通过第二腔134延伸以接合宽度方向部分160的相对端161B。

在该示例中，导电互连件150是U形的。图3A、3B、3C中更详细地示出了U形。这些图示出了导电互连件150的外表面154和第三滤波器130的壁138。图3A是图2的x-z平面的横截面。图3B是图2的y-z平面的横截面。图3C是图2的x-y平面的横截面。第一方向(z)平行于z轴。它由单位向量z定义。第二方向(x)平行于x轴。它由单位向量x定义。第三方向(y)平行于y轴。它由单位向量y定义。单位向量相互正交：z＝x^y。

在该示例中，导电互连件150是金属。

在该示例中，第一高度方向部分162在腔132内沿第一方向(z)向上延伸，第二高度方向部分164在腔134内沿第一方向(z)向上延伸。宽度方向部分160沿与第一方向(z)正交的第二方向(x)延伸。

返回参考图2，第一高度方向部分162被配置为从第一腔132的底座133A处的连接点163A延伸，而第二高度方向部分164被配置为从第二腔134的底座133B处的连接点163B延伸。底座133A是第一腔132的壁138的底板部分。底座133B是第二腔134的壁138的底板部分。在至少一些示例中，连接点163A、163B包括例如通过焊接形成的金属到金属连接。

导电互连件150同时具有两个主谐振模式。

(i)物理长度为H的垂直1/4λ谐振器具有电气长度H’。因此，第一谐振频率F1在1/4λ₁＝H’，其中λ₁是对应于谐振频率F1的谐振波长。

(ii)物理长度为X＝2H+W的1/2λ谐振器具有电气长度X’。因此，第二谐振频率F2在1/2λ₂＝X’，其中λ₂是对应于谐振频率F2的谐振波长。

导电互连件150的两端163A、163B的连接强制半波长谐振模式。

设k_H.H’＝H，其中k_H为常数，为速度因子。

&k_x.X’＝X，其中k_X为常数，为速度因子。

因此λ₁＝4H’＝(4H/k_H)＝(1/k_H)(4H)

以及λ₂＝2X’＝(2X/k_x)＝(1/k_x)(4H+2W)

如果我们假设k_H＝k_x＝k.

为了得到λ₂＝1.1λ₁则1.1^＊4H＝(4H+2W)，即W＝0.2H。

为了得到λ₂＝1.2λ₁则1.2^＊4H＝(4H+2W)，即W＝0.4H。

为了得到λ₂＝1.3λ₁则1.3^＊4H＝(4H+2W)，即W＝0.6H。

可以使用仿真来确定针对期望的第一频率F1和期望的第二较低频率F2的导电互连件150的尺寸。

因此，与第一频率F1和第二频率F2相关联的两个操作带宽可以覆盖用于电信的射频频谱的显著部分，例如用于3GPP的890MHz到2700MHz。

1/4λ谐振器的一次谐波(λ₁/4)和1/2λ谐振器的一次谐波(λ₂/2)的组合比1/4λ谐振器的一次谐波(λ₁/4)和1/4λ谐振器的二次谐波(3λ₁/4)的组合提供更好的覆盖。

如果将导电互连件150的每个谐振器建模为电容C和电感L的不同的简单LC电路，则谐振频率与(LC)^-1/2线性成比例，因此相应的谐振波长与(LC)^1/2成正比。对于第一近似值，L和C都与导体长度线性成比例，因此谐振波长取决于谐振器(W或X)的物理长度，第一近似值与谐振器(W或X)的物理长度成正比。这种线性关系由速度因子k表示。然而，应当理解，导体/谐振器的电气长度可以通过改变其电抗(改变L和/或C)来调谐。例如，这可以通过连接诸如电容器或电感器的分立组件或通过改变导体/谐振器与其自身磁场(L)相互作用的方式或导体/谐振器与附近电场(C)相互作用的方式来实现。这可以例如通过改变导电互连件150的形状和尺寸及其与附近导体138、142的关系(诸如距离或介电常数)来实现。

因此，第一高度方向部分162和第二高度方向部分164被配置为具有取决于第一频率F1的高度H。在一些但不一定是全部示例中，第一频率F1与第一高度方向部分162的高度H成反比，例如λ₁与H成正比。

导电互连件150具有取决于第二频率F2的长度(X＝2H+W)。在一些但不一定是全部示例中，第二频率F2与导电互连件150的长度X成反比，例如λ₂与X成正比。

宽度方向部分160被配置为具有取决于第一频率F1和第二频率F2的长度W，例如W＝k.(λ₂-λ₁)/2。

图4示出了图2所示的第三滤波器130的示例。第三滤波器130包括电连接到导电互连件150的可移动导体170。可移动导体170被配置为被移动以调谐导电互连件150的电抗。在该示例中，可移动导体170是调节螺钉。在一些但不一定是全部示例中，一些或全部可移动导体170被配置用于手动移动。

返回参照图1，在至少一个示例中，双工器100的外部尺寸配合在尺寸为20*74*76(mm)的长方体内，其中第一频率F1为2.03GHz，并且第二较低频率为1.04(GHz)。因此，与目前的双工器相比，它具有紧实尺寸。

图5示出了包括连接到天线202的双工器100的基站200或其他电信节点的示例。基站可以是蜂窝基站。

包括双工器100的射频电路和天线202可以被配置为在多个操作谐振频带中操作。例如，操作频带可以包括(但不限于)长期演进(LTE)(美国)(734至746MHz和869至894MHz)；长期演进(LTE)(世界其他地方)(791至821MHz和925至960MHz)；调幅(AM)无线电(0.535-1.705MHz)；调频(FM)无线电(76-108MHz)；蓝牙(2400-2483.5MHz)；无线局域网(WLAN)(2400-2483.5MHz)；hiper局域网(HiperLAN)(5150-5850MHz)；全球定位系统(GPS)(1570.42-1580.42MHz)；美国-全球移动通信系统(US-GSM)850(824-894MHz)和1900(1850-1990MHz)；欧洲全球移动通信系统(EGSM)900(880-960MHz)和1800(1710-1880MHz)；欧洲宽带码分多址(EU-WCDMA)900(880-960MHz)；个人通信网络(PCN/DCS)1800(1710-1880MHz)；美国宽带码分多址(US-WCDMA)1700(发射：1710至1755MHz，接收：2110至2155MHz)和1900(1850-1990MHz)；宽带码分多址(WCDMA)2100(发射：1920-1980MHz，接收：2110-2180MHz)；个人通信业务(PCS)1900(1850-1990MHz)；时分同步码分多址(TD-SCDMA)(1900MHz至1920MHz，2010MHz至2025MHz)；超宽带(UWB)低频(3100-4900MHz)；UWB高频(6000-10600MHz)；数字视频广播-手持(DVB-H)(470-702MHz)；DVB-H美国(1670-1675MHz)；数字无线电单频(DRM)(0.15-30MHz)；全球微波接入互操作性(WiMax)(2300-2400MHz，2305-2360MHz，2496-2690MHz，3300-3400MHz，3400-3800MHz，5250-5875MHz)；数字音频广播(DAB)(174.928-239.2MHz，1452.96-1490.62MHz)；射频识别低频(RFID LF)(0.125-0.134MHz)；射频标识高频(RFID HF)(13.56-13.56MHz)；射频标识超高频(RFID UHF)(433MHz、865-956MHz、2450MHz)。

这些包括低频蜂窝(824-960MHz)和高频蜂窝(1710-2180MHz)。较低蜂窝频段(824-960MHz)包括US-GSM 850(824-894MHz)；EGSM 900(880-960MHz)；EU-WCDMA 900(880-960MHz)。较高蜂窝频段(1710-2180MHz)包括PCN/DCS1800(1710-1880MHz)；US-WCDMA1900(1850-1990MHz)频段；WCDMA21000频段(发射：1920-1980MHz接收：2110-2180MHz)；PCS1900(1850-1990MHz)。

操作谐振模式(操作带宽)是天线可以有效操作的频率范围。天线可以有效操作的频带是天线的回波损耗小于操作阈值的频率范围。

本文中使用的双工器是指将多个(N个)端口频率复用到一个端口上的装置，其中N≥2，即，其至少作为双工器操作。本文档中使用双输入端口双工器来指代N＝2的双工器。三路复用器是N＝3的双工器。四路复用器是N＝4的双工器。附加的谐振频率可以由导电互连件150的更高谐波产生，或者通过引入一个或多个附加导电互连件150来产生，如上所述，这些导电互连件150具有不同的电气长度和不同的1/4λ谐振和1/2λ谐振。

在已经描述了结构特征的情况下，它可以由用于执行该结构特征的一个或多个功能的部件来代替，而不管该功能或那些功能是明确描述的还是隐含描述的。

如本文所使用的，“模块”是指不包括将由终端制造商或用户添加的某些部分/组件的单元或装置。双工器100是模块。

上述示例发现作为以下项的使能组件的应用：汽车系统；电信系统；包括消费电子产品的电子系统；分布式计算系统；用于生成或呈现媒体内容(包括音频、视觉和视听内容以及混合、中介、虚拟和/或增强现实)的媒体系统；包括个人健康系统或个人健身系统的个人系统；导航系统；也称为人机界面的用户界面；包括蜂窝、非蜂窝和光网络的网络；自组织网络；因特网；物联网；虚拟化网络；以及相关软件和服务。

本文档中使用的术语“包括”具有包含性含义而非排他性含义。换言之，对X包括Y的任何引用都指示X可以包括仅一个Y或者可以包括多于一个Y。如果意图使用具有排他性含义的“包括”，则在上下文中将通过引用“仅包括一个”或者使用“由…组成”来明确。

在本说明书中，参考了各种示例。关于示例的特征或功能的描述指示那些特征或功能存在于该示例中。在文本中使用术语“示例”或“例如”或“能够”或“可以”表示，无论是否明确声明，至少在所描述的示例中存在这样的特征或功能，无论是否被描述为示例，并且它们可以但不是必须存在于一些或所有其他示例中。因此，“示例”、“例如”、“能够”或“可以”指的是一类示例中的特定实例。实例的属性可以是仅该实例的属性，也可以是类的属性，也可以是类的子类(包括类中的一些但不是全部示例)的属性。因此，隐含地公开了参照一个示例而不是参照另一示例描述的特征，在可能的情况下可以在该另一示例中作为工作组合的一部分来使用，但是不一定必须在该另一示例中使用。

尽管在前面的段落中已经参照各种示例描述了实施例，但是应当理解，可以在不脱离权利要求的范围的情况下对给出的示例进行修改。

在前面的描述中描述的特征可以在与以上明确描述的组合不同的组合中使用。

尽管已经参照某些特征描述了功能，但是无论是否描述，这些功能都可以由其他特征来执行。

尽管已经参照某些实施例描述了特征，但是无论是否描述，这些特征也可以存在于其他实施例中。

本文档中使用的术语“一”或“该”具有包含性含义而非排他性含义。也就是说，对X包括一/该Y的任何引用都指示，除非上下文明确指出相反含义，否则X可以包括仅一个Y或者可以包括多于一个Y。如果意图使用具有排他性含义的“一”或“该”，则它将在上下文中明确。在某些情况下，可以使用“至少一个”或“一个或多个”来强调包含性含义，但不应将这些术语的缺失视为暗示排他性含义。

在权利要求中出现特征(或特征组合)是对该特征(或特征组合)本身的引用，也是对实现基本相同技术效果的特征(等同特征)的引用。例如，等同特征包括作为变体并且以基本相同的方式实现基本相同的结果的特征。例如，等同特征包括以基本相同的方式执行基本相同的功能以实现基本相同的结果的特征。

在本说明书中，参考了使用形容词或形容词短语来描述示例的特征的各种示例。对与示例相关的特性的这种描述指示该特性在一些示例中完全如所描述的那样存在，并且在其他示例中基本如所描述的那样存在。

在前述说明书中努力提请注意那些被认为重要的特征的同时，应当理解，无论是否对其进行强调，申请人都可以经由权利要求来寻求关于前面提到和/或在附图中示出的任何可专利特征或特征的组合的保护。

Claims

1.一种双工器，包括：

第一滤波器，被配置为选择性地通过第一频率信号，所述第一滤波器包括第一连接器；

第二滤波器，被配置为选择性地通过第二频率信号，所述第二滤波器包括第二连接器；以及

第三滤波器，被配置为选择性地通过所述第一频率信号和所述第二频率信号，所述第三滤波器包括第三连接器，

其中所述第三滤波器分别耦合到所述第一滤波器和所述第二滤波器，以及

包括：

至少第一腔和第二腔，所述第一腔和所述第二腔经由导电互连件耦合，所述导电互连件位于这样的壁中的孔内，所述壁将所述第一腔与所述第二腔分开并且在所述第一腔和所述第二腔之间延伸。

2.根据权利要求1所述的双工器，其中所述导电互连件具有关于延伸穿过所述壁和孔的轴的旋转对称性。

3.根据权利要求1或2所述的双工器，其中所述导电互连件具有延伸穿过所述孔的宽度方向部分。

4.根据权利要求3所述的双工器，其中所述导电互连件具有第一高度方向部分并且具有第二高度方向部分，所述第一高度方向部分延伸穿过所述第一腔以接合所述导电互连件的所述宽度方向部分的一端，所述第二高度方向部分延伸穿过所述第二腔以接合所述宽度方向部分的另一端。

5.根据权利要求4所述的双工器，其中所述第一高度方向部分和所述第二高度方向部分被配置为具有取决于所述第一频率的高度。

6.根据权利要求5所述的双工器，其中所述第一频率与所述第一高度方向部分的所述高度成反比。

7.根据权利要求5或6所述的双工器，其中所述第一高度方向部分被配置为从所述第一腔的底座处的连接点延伸，并且所述第二高度方向部分被配置为从所述第二腔的底座处的连接点延伸。

8.根据权利要求5或6所述的双工器，其中所述宽度方向部分被配置为具有取决于所述第一频率和所述第二频率的长度。

9.根据权利要求1、2、5或6所述的双工器，其中所述导电互连件具有取决于所述第二频率的长度。

10.根据权利要求9所述的双工器，其中所述第二频率与所述导电互连件的长度成反比。

11.根据权利要求1、2、5或6所述的双工器，其中所述导电互连件为U形。

12.根据权利要求1、2、5或6所述的双工器，其中所述导电互连件为金属。

13.根据权利要求1、2、5或6所述的双工器，包括可移动导体，所述可移动导体电连接到所述导电互连件，其中所述可移动导体被配置为被移动以调谐所述导电互连件的电抗。

14.根据权利要求1、2、5或6所述的双工器，其中可移动导体是调节螺丝。

15.根据权利要求1、2、5或6所述的双工器，其中所述第一滤波器包括谐振器并且在所述第一频率谐振。

16.一种频率选择性分路器/组合器，包括：

包括：

至少一个腔；以及

导电互连件，所述导电互连件包括第一端部分、第二端部分以及中间部分，所述第一端部分连接到所述第三滤波器的腔的第一部分，所述第二端部分连接到所述第三滤波器的腔的第二部分，所述中间部分是独立的且不连接到所述第三滤波器的腔。

17.一种电子设备，包括根据权利要求1至15中任一项所述的双工器，或根据权利要求16所述的频率选择性分路器/组合器。

18.根据权利要求17所述的电子设备，其中所述电子设备是用于移动通信的基站。