CN115250128B - 改善双工器性能的方法及双工器、通信设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双工器,包括梯形结构的发射滤波器和接收滤波器,其中,接收滤波器包含靠近天线端的第一谐振电路,第一谐振电路包含第一串联谐振器和第二串联谐振器以及电感,第一串联谐振器和第二串联谐振器串联在接收滤波器的串联支路上,电感并联在第一串联谐振器或者第二串联谐振器的两端。本发明还公开了一种调整双工器性能的方法及通信设备。
Description
技术领域
本发明涉及滤波器技术领域,特别地涉及一种改善双工器性能的方法及双工器、通信设备。
背景技术
无线通信技术向着多频段、多模方向快速发展,作为射频前端关键部件的滤波器、双工器以及多工器得到广泛关注,特别是在发展最快的个人移动通信领域更是得到广泛应用。目前在个人移动通信领域得到广泛应用的滤波器、双工器多是由表面声波谐振器或体声波谐振器制造而成。相较于表面声波谐振器,体声波谐振器性能更胜一筹,体声波谐振器具有Q值高、频率覆盖范围广、散热性能好等特性,更适合未来5G通信的发展需要。由于体声波谐振器其谐振由机械波产生,而非电磁波作为谐振来源,机械波的波长比电磁波波长短很多。因此,体声波谐振器及其组成的滤波器体积相对传统的电磁滤波器尺寸大幅度减小。
现有的双工器拓扑结构如图7所示,由一个发射滤波器601和接收滤波器602组成。由于发射滤波器601和接收滤波器602各自有一端共接于天线端,所以这两个滤波器互相影响。为了减少彼此的相互影响,常采用匹配移相网络,使得从天线端看起来,发射滤波器在接收频段呈现为高阻抗或开路状态,同时接收滤波器在发射频段呈现为高阻抗或开路状态。但现实是匹配网络仍然有其局限性,不能使得收发滤波器在彼此频段理想开路。另外,发现靠近天线端的谐振器也对双工器的性能有非常大的影响,可以用高Q值的谐振器进一步提升双工器性能,但是,谐振器性能的提升是件困难的事,所以在目前谐振器水平不变的情况下,如何进一步提升双工器性能,成为体声波双工器研究的热点。
发明内容
有鉴于此,本发明提出了一种插入第一谐振电路的改善双工器性能的方法及双工器、通信设备,有助于提升双工器性能。
本发明第一方面提出一种双工器,包括梯形结构的发射滤波器和接收滤波器,其中,所述接收滤波器包含靠近天线端的第一谐振电路,所述第一谐振电路包含第一串联谐振器和第二串联谐振器以及电感,所述第一串联谐振器和所述第二串联谐振器串联在所述接收滤波器的串联支路上,所述电感并联在所述第一串联谐振器或者所述第二串联谐振器的两端。
可选地,所述第一串联谐振器和所述第二串联谐振器为表面声波谐振器或体声波谐振器。
可选地,所述第一串联谐振器与所述第二串联谐振器的面积和/或形状不同。
可选地,所述第一串联谐振器与所述第二串联谐振器的二者中的一者加载质量负载,另一者不加载质量负载。
可选地,所述电感的电感值使所述第一谐振电路产生的第一个并联谐振点位于所述发射滤波器的通带内。
可选地,所述发射滤波器和所述接收滤波器中靠近天线端的并联谐振器直接接地。
本发明第二方面提出一种调整双工器性能的方法,所述双工器包括梯形结构的发射滤波器和接收滤波器,该方法包括:在所述接收滤波器中靠近天线端的位置设置第一谐振电路,所述第一谐振电路包含第一串联谐振器和第二串联谐振器以及电感,所述第一串联谐振器和所述第二串联谐振器串联在所述接收滤波器的串联支路上,所述电感并联在所述第一串联谐振器或者所述第二串联谐振器的两端。
可选地,所述第一串联谐振器和所述第二串联谐振器为表面声波谐振器或体声波谐振器。
可选地,所述第一串联谐振器与所述第二串联谐振器的面积和/或形状不同。
可选地,还包括:对所述第一串联谐振器与所述第二串联谐振器的二者中的一者加载质量负载,另一者不加载质量负载。
可选地,还包括:调整所述电感的电感值以使所述第一谐振电路产生的第一个并联谐振点位于所述发射滤波器的通带内。
可选地,还包括:将所述发射滤波器和所述接收滤波器中靠近天线端的并联谐振器直接接地。
本发明第三方面提出一种通信设备,该通信设备包括本发明公开的双工器。
根据本发明实施方式的技术方案,在双工器的接收滤波器靠近天线端设置第一谐振电路,该第一谐振电路包括两个串联的谐振器和与任意其中一个串联谐振器并联的电感,通过控制该电感的大小,不仅可以改善双工器的带外抑制和隔离度,还可以改善发射滤波器的插损,提升双工器的总体性能。
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为本发明实施例1的双工器的拓扑结构;
图2a至图2d为四种局部电路的拓扑结构;
图3为图2a所示结构与图2b所示结构的传输特性对比图;
图4为图2a所示结构与图2b所示结构的反射特性对比图;
图5为图2a所示结构与图2c所示结构的传输特性对比图;
图6为图2a所示结构与图2d所示结构的传输特性对比图;
图7为采用传统技术方案的对比例的双工器的拓扑结构;
图8为图1所示双工器与图7所示双工器的发射滤波器的传输特性对比图;
图9为图1所示双工器与图7所示双工器的接收滤波器的传输特性对比图;
图10为图1所示双工器与图7所示双工器的隔离度对比图;
图11为图1所示双工器与图7所示双工器的发射滤波器的插损对比图;
图12为本发明实施例2的双工器的拓扑结构;
图13为本发明实施例3的双工器的拓扑结构。
具体实施方式
根据本发明实施方式的双工器,包括梯形结构的发射滤波器和接收滤波器,其中,接收滤波器包含靠近天线端的第一谐振电路,第一谐振电路包含第一串联谐振器和第二串联谐振器以及电感,第一串联谐振器和第二串联谐振器串联在接收滤波器的串联支路上,电感并联在第一串联谐振器或者第二串联谐振器的两端。下面结合具体实施例进行更详细的说明。
实施例1:
如图1所示,为本发明实施例1的双工器的拓扑结构。该双工器由发射滤波器以及接收滤波器组成,发射滤波器通带覆盖的频率低于接收滤波器通带覆盖的频率。发射滤波器一端接于公共端口1,另一端接发射端口2,接收滤波器一端接于公共端口1,另一端接接收端口3。公共端口1接天线,同时在公共端口1上还并联一个接地电感Lp,该电感Lp主要调节公共端口1的阻抗,起匹配作用。发射滤波器的拓扑结构如图1所示,总体采用梯形结构,具体为5-4结构(不限于5-4结构,可以是M-N结构,M和N为自然数,此处仅以5-4结构为例),包含1条串联支路和4条并联支路,串联支路由串联谐振器S11、S12、S13、S14和S15依次串接组成,串接于公共端口1和发射端口2之间,4条并联支路中,每条并联支路包括一个并联谐振器和至多一个电感。并联谐振器P11一端接于串联谐振器S11、S12之间,另一端直接接地,构成第一并联支路。并联谐振器P12一端接于串联谐振器S12、S13之间,另一端串接电感L1接地,构成第二并联支路。并联谐振器P13一端接于串联谐振器S13、S14之间,另一端串接电感L2接地,构成第三并联支路,并联谐振器P14一端接于串联谐振器S14、S15之间,另一端串接电感L3接地,构成第四并联支路。调整各串联谐振器S11、S12、S13、S14和S15的叠层厚度,使得串联谐振器的串联谐振频率位于发射滤波器的中心频率,而并联谐振器P11、P12、P13和P14需要加载质量负载,使得其串联谐振频率都低于串联谐振器的串联谐振频率,同时使并联谐振器P11、P12、P13和P14的并联谐振频率位于发射滤波器的中心频率附近。
接收滤波器的拓扑结构如图1所示,总体采用梯形结构,具体也为5-4结构(不限于5-4结构,可以是M-N结构,M和N为自然数,此处仅以5-4结构为例),包含1条串联支路和4条并联支路,串联支路由靠近天线端的第一谐振电路11以及串联谐振器S22、S23、S24和S25依次串接组成,串接于公共端口1和接收端口3之间,其中靠近天线端的第一谐振电路包括两个串联的谐振器S21a、S21b和电感Ls,串联谐振器S21a和S21b的面积以及形状可以不同,电感Ls并接于更靠近天线端的谐振器S21a两端。4条并联支路中,每条并联支路包括一个并联谐振器和至多一个电感。并联谐振器P21一端接于串联谐振器S21b、S22之间,另一端直接接地(因为靠近天线端的谐振器以及电感对收发滤波器的性能影响最大,所以这个并联谐振器P21不接电感),构成第一并联支路。并联谐振器P22一端接于串联谐振器S22、S23之间,另一端串接电感L4接地,构成第二并联支路。并联谐振器P23一端接于串联谐振器S23、S24之间,另一端串接电感L5接地,构成第三并联支路,并联谐振器P24一端接于串联谐振器S24、S25之间,另一端串接电感L6接地,构成第四并联支路。调整各串联谐振器S21a、S21b、S22、S23、S24和S25的叠层厚度,使得串联谐振器的串联谐振频率位于接收滤波器的中心频率,而并联谐振器P21、P22、P23和P24需要加载质量负载,使得其串联谐振频率都低于串联谐振器的串联谐振频率,同时使并联谐振器P21、P22、P23和P24的并联谐振频率位于接收滤波器的中心频率附近。
在这里,重点研究接收滤波器中第一谐振电路11的传输以及反射特性,以便解释其对整个双工器性能的影响。需要对比如图2a、图2b、图2c和图2d所示的四种结构的传输以及反射特性。其中图2a为本发明采用的第一谐振电路结构,图2b为单个谐振器结构,图2c为单个谐振器并联一个电感结构,图2d为电感并联在两个串联的谐振器两端,这四种结构一端接输入端in,另一端接输出端out,进行相关测试以比较其特性。
首先比较图2a和图2b两种结构的传输特性如图3,虚线为图2a的第一谐振电路的传输曲线,而实线为图2b的单个谐振器的传输曲线,从图中可以看出,与单个谐振器相比,除了其固有的串联谐振频点Fs以及并联谐振频点Fp没有变外,第一谐振电路的传输曲线另外增加了两个抑制点A和B,分别称之为第一并联谐振点和第二并联谐振点,第一并联谐振频点A位于谐振器的串联谐振频点Fs左侧,而第二并联谐振频点B位于谐振器的并联谐振频点Fp右侧,这两个并联谐振点相当于开路,特别是第一并联谐振点A更加重要,如果控制电感Ls使得第一并联谐振点A刚好位于发射滤波器的通带内,则可以增大接收滤波器在发射滤波器通带内的阻抗,从而减少接收滤波器对发射滤波器的影响,既可以改善收发隔离度,又可以改善发射滤波器的插损。图4为图2a和图2b两种结构的反射特性对比图,虚线为第一谐振电路的反射曲线,而实线为图2b的单个谐振器的反射曲线,所以从图中可以看到,在串联谐振频点Fs左侧,第一谐振电路的反射系数要大于单个谐振器的反射系数,所以会使得接收滤波器在发射滤波器通带内的阻抗变大,更接近于开路,从而减少接收滤波器对发射滤波器的影响。图5为图2a和图2c两种结构的传输特性,虚线为图2a的第一谐振电路的传输曲线,而实线为图2c的谐振器和电感Ls并联的传输曲线,从图中可以看出,与单个谐振器和电感并联相比,除了其固有的串联谐振频点Fs没有变外,第一谐振电路的传输曲线额外增加了一个抑制零点Fp,而图2c的结构因为并联电感的原因,其右侧的并联谐振频点移到了抑制点B这个位置。图6为图2a和图2d两种结构的传输特性,虚线为图2a的第一谐振电路的传输曲线,而实线为图2d电感Ls并联在两个串联的谐振器两端的传输曲线,从图中可以看出,除了其固有的串联谐振频点Fs没有变外,第一谐振电路的传输曲线额外增加了一个抑制零点Fp,同时在Fs左侧的某些区域抑制变得更宽更深。通过图2a、图2b、图2c和图2d结构的传输曲线对比,可知第一谐振电路具有独特的特性,除了具有更多的抑制点外,还可以增大接收滤波器在发射滤波器频段的阻抗,减少接收滤波器对发射滤波器的影响,从而改善发射滤波器的插损,需要说明的是这个第一谐振电路只有靠近天线端放置,才能有效提升双工器性能。
为检验本发明实施方案的技术效果,进一步做仿真对比。对比例的拓扑为图7,图7和图1的区别在于接收滤波器靠近天线端的第一个谐振器为普通的单个串联谐振器。该双工器的发射滤波器覆盖频段为2.5GHz-2.57GHz,接收滤波器覆盖频段为2.62GHz-2.69GHz,实施例1中的第一谐振电路11中的电感为4.5nH。图8为发射滤波器的传输曲线对比图,图中虚线为实施例1的发射滤波器的传输曲线,而实线为对比例的发射滤波器的传输曲线,从图8中可以看到,在2GHz附近,带外抑制改善5-14dB。图9为接收滤波器的传输曲线对比图,图中虚线为实施例1的接收滤波器的传输曲线,而实线为对比例的接收滤波器的传输曲线,从图9中可以看到,在2.3GHz附近,带外抑制改善18dB,在3GHz附近,额外多了一个抑制零点,改善带外抑制10dB左右。图10为隔离度对比图,图中虚线为对比例的隔离度曲线,而实线为实施例1的隔离度曲线。从图中可以看到,特别是在发射频段2.5GHz-2.57GHz隔离度改善3-5dB。图11为发射滤波器的插损对比图,图中虚线为实施例1的插损曲线,实线为对比例的插损曲线,从图中可以看到,发射滤波器插损改善0.25dB左右。
实施例2:
如图12所示,为本发明实施例2的双工器的拓扑结构。该双工器由发射滤波器以及接收滤波器组成,发射滤波器通带覆盖的频率低于接收滤波器通带覆盖的频率。发射滤波器一端接于公共端口1,另一端接发射端口2,接收滤波器一端接于公共端口1,另一端接接收端口3。实施例2与实施例1的主要区别在于接收滤波器,接收滤波器靠近天线端也包括一个第一谐振电路21,这个谐振电路与实施例1中的第一谐振电路11略有不同,实施例2中的第一谐振电路21也包括两个串联的谐振器S21a、S21b和电感Ls,电感Ls并接于谐振器S21b两端。控制电感Ls使得谐振电路21的第一并联谐振点A刚好位于发射滤波器的通带内,则可以增大接收滤波器在发射滤波器通带内的阻抗,从而减少接收滤波器对发射滤波器的影响,既可以改善收发隔离度,又可以改善发射滤波器的插损。
实施例3:
如图13所示,为本发明实施例3的双工器的拓扑结构。该双工器由发射滤波器以及接收滤波器组成,发射滤波器通带覆盖的频率低于接收滤波器通带覆盖的频率。发射滤波器一端接于公共端口1,另一端接发射端口2,接收滤波器一端接于公共端口1,另一端接接收端口3。实施例3与实施例1的主要区别在于接收滤波器,接收滤波器靠近天线端也包括一个第一谐振电路31,这个谐振电路与实施例1中的第一谐振电路11略有不同,实施例3中的第一谐振电路31也包括两个串联的谐振器S21a、S21b和电感Ls,其中更靠近天线端得谐振器S21a加载了质量负载,电感Ls并接于谐振器S21a两端。控制电感Ls使得谐振电路31的第一并联谐振点A刚好位于发射滤波器的通带内,则可以增大接收滤波器在发射滤波器通带内的阻抗,从而减少接收滤波器对发射滤波器的影响,既可以改善收发隔离度,又可以改善发射滤波器的插损。
根据本发明实施方式的调整双工器性能的方法,双工器包括梯形结构的发射滤波器和接收滤波器,包括:在接受滤波器中靠近天线端的位置设置第一谐振电路,第一谐振电路包含第一串联谐振器和第二串联谐振器以及电感,第一串联谐振器和第二串联谐振器串联在接收滤波器的串联支路上,电感并联在第一串联谐振器或者第二串联谐振器的两端。其中,第一串联谐振器和第二串联谐振器可以为表面声波谐振器或体声波谐振器。第一串联谐振器与第二串联谐振器的面积和/或形状可以不同。可以对第一串联谐振器与第二串联谐振器的二者中的一者加载质量负载,另一者不加载质量负载。调整电感的电感值以使第一谐振电路产生的第一个并联谐振点位于发射滤波器的通带内。
根据本发明实施方式的通信设备,包括本发明公开的任一项双工器。
综上,根据本发明实施方式的技术方案,在双工器的接收滤波器靠近天线端设置第一谐振电路,该第一谐振电路包括两个串联的谐振器和与任意其中一个串联谐振器并联的电感,通过控制该电感的大小,不仅可以改善双工器的带外抑制和隔离度,还可以改善发射滤波器的插损,提升双工器的总体性能。
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 (13)
1.一种双工器,其特征在于,包括梯形结构的发射滤波器和接收滤波器,其中,
所述发射滤波器包含1条串联支路和多条并联支路,该串联支路中的多个串联谐振器依次串接于所述双工器的公共端口和发射端口之间,每条并联支路包括一个并联谐振器和至多一个与该并联谐振器串联的电感;
所述接收滤波器包含1条串联支路和多条并联支路,该串联支路中的多个串联谐振器依次串接于所述双工器的公共端口和接收端口之间,每条并联支路包括一个并联谐振器和至多一个与该并联谐振器串联的电感;
所述接收滤波器还包含靠近所述天线端的第一谐振电路,所述第一谐振电路包含第一串联谐振器和第二串联谐振器以及电感,所述第一串联谐振器和所述第二串联谐振器串联在所述接收滤波器的串联支路上,所述电感并联在所述第一串联谐振器或者所述第二串联谐振器的两端,所述电感的电感值使第一谐振电路产生的第一个并联谐振点位于发射滤波器的通带内。
2.根据权利要求1所述的双工器,其特征在于,所述第一串联谐振器和所述第二串联谐振器为表面声波谐振器或体声波谐振器。
3.根据权利要求1或2所述的双工器,其特征在于,所述第一串联谐振器与所述第二串联谐振器的面积和/或形状不同。
4.根据权利要求1或2所述的双工器,其特征在于,所述第一串联谐振器与所述第二串联谐振器的二者中的一者加载质量负载,另一者不加载质量负载。
5.根据权利要求1或2所述的双工器,其特征在于,所述电感的电感值使所述第一谐振电路产生的第一个并联谐振点位于所述发射滤波器的通带内。
6.根据权利要求1或2所述的双工器,其特征在于,所述发射滤波器和所述接收滤波器中靠近天线端的并联谐振器直接接地。
7.一种调整双工器性能的方法,所述双工器包括梯形结构的发射滤波器和接收滤波器,所述发射滤波器包含1条串联支路和多条并联支路,该串联支路中的多个串联谐振器依次串接于所述双工器的公共端口和发射端口之间,每条并联支路包括一个并联谐振器和至多一个与该并联谐振器串联的电感;
所述接收滤波器包含1条串联支路和多条并联支路,该串联支路中的多个串联谐振器依次串接于所述双工器的公共端口和接收端口之间,每条并联支路包括一个并联谐振器和至多一个与该并联谐振器串联的电感;
其特征在于,所述方法包括:
在所述接收滤波器中靠近天线端的位置设置第一谐振电路,所述第一谐振电路包含第一串联谐振器和第二串联谐振器以及电感,所述第一串联谐振器和所述第二串联谐振器串联在所述接收滤波器的串联支路上,所述电感并联在所述第一串联谐振器或者所述第二串联谐振器的两端,调整所述电感的电感值使第一谐振电路产生的第一个并联谐振点位于发射滤波器的通带内。
8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,所述第一串联谐振器和所述第二串联谐振器为表面声波谐振器或体声波谐振器。
9.根据权利要求7或8所述的方法,其特征在于,所述第一串联谐振器与所述第二串联谐振器的面积和/或形状不同。
10.根据权利要求7或8所述的方法,其特征在于,还包括:
对所述第一串联谐振器与所述第二串联谐振器的二者中的一者加载质量负载,另一者不加载质量负载。
11.根据权利要求7或8所述的方法,其特征在于,还包括:
调整所述电感的电感值以使所述第一谐振电路产生的第一个并联谐振点位于所述发射滤波器的通带内。
12.根据权利要求7或8所述的方法,其特征在于,还包括:
将所述发射滤波器和所述接收滤波器中靠近天线端的并联谐振器直接接地。
13.一种通信设备,其特征在于,包括权利要求1至6中任一项所述的双工器。
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