CN117478093A - 一种小型化高隔离度双工器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种小型化高隔离度双工器，包括主体电路、输入输出端口；主体电路包括带通滤波器部分、低通滤波器部分、地。本发明通过改进带通滤波器和低通滤波器提升整体双工器的性能，带通滤波器通过一个π型电路引入一个零点，提升滤波器的选择性，改善滤波器低频的带外抑制，并引入一个高频抑制元件用于提升高频的带外抑制；低通滤波器通过引入一个传输零点改善低通滤波器通带边沿的陡峭性，实现较高的带外抑制，最后将带通滤波器部分与低通滤波器部分连接，进行匹配，使得双工器通带内的隔离度达到最优，从而提升双工器的性能，通过采用新型的电路拓扑结构，使得低通滤波器部分和带通滤波器部分得以实现较高的带外抑制和较低的插入损耗。
Description
技术领域
本发明属于射频/微波/通信技术领域，具体涉及一种基于IPD工艺的小型化高隔离度双工器。
背景技术
射频无源双工器作为射频前端的核心部件之一，微波双工器在大量的微波技术领域和无线通讯系统有着广泛的应用，而滤波器在无线通信系统中发挥着重要作用，滤波器是一种选频装置，可以使信号中特定的频率成分通过，而极大地衰减其他频率成分。利用滤波器的这种选频作用，可以滤除干扰噪声或进行频谱分析。双工器是在一个期间里面实现两个频段的滤波对提升数据传输能力是最行之有效的方法，可以提升频段的利用率，现如今对滤波器的设计工艺有SAW、BAW、LTCC、IPD等，SAW、BAW等窄带滤波器技术3G、4G频段如鱼得水，但无法很好的满足WiFi和5G中高频和宽带的需求，相反IPD和LTCC恰好能够很好地胜任，然而LTCC的尺寸和集成度不够，但通过IPD技术可以实现WiFi和5G滤波器的小型化，成熟稳定的先进晶圆制程使得IPD具有众多优点：小尺寸、易于集成、高一致性、低成本、产品链供应和可靠性更好，所以通过使用IPD技术可以更好地降低滤波器成本，但在小型化的双工器中，隔离度指标是设计中的一个难点，现有IPD提升双工器隔离度的手段主要有通过加入解耦电路增减隔离度，但是增加多余的器件增加优化难度，而且会使尺寸扩大，通过在双工器设计的时候提升两个滤波器的带外抑制和回波损耗可以有效地提升隔离度，同时可以减小芯片的尺寸。
发明内容
本发明的第一个目的在于针对背景技术中当前双工器尺寸大、该双工器包括低通滤波器和带通滤波器，为了解决双工器的隔离度、选择性差、插损大、成本高的问题，提供一种基于IPD工艺的小型化双工器，采用IPD工艺设计和新型电路拓扑结构，具有成本低、集成度高、性能好、高选择性的优点，可以满足当前射频/微波/通信技术领域的需求。
本发明采用的技术方案如下：
一种基于IPD工艺的小型化高隔离度双工器，包括：主体电路，输入输出端口；
其中，端口包括低通输入端口焊盘(4-1)、公共输入端口焊盘(4-2)、带通输入端口焊盘(4-3)、接地端口焊盘(4-4)；
所述主体电路包括带通滤波器部分、低通滤波器部分、地，带通滤波器部分包括第一串联电容(5)、第一串联电感(6)、第一并联电容(7)、第二串联电感(8)、第二串联电容(9)、第二并联电容(10)、第三并联电容(11)、第三串联电容(12)、第一并联电感(13)、第四串联电容(14)、第四并联电容(15)；低通滤波器部分包括第一串联电感(16)、第一串联电容(17)、第一并联电容(18)、第二并联电容(19)、第三并联电容(20)、第二串联电感(21)；
带通滤波器部分第一串联电容(5)的一端与公共输入端口焊盘(4-2)连接，第一串联电容(5)的另一端与第一串联电感(6)一端连接，第一串联电感(6)另一端、第一并联电容(7)一端、第二串联电感(8)一端与第二串联电容(9)一端连接，第一并联电容(7)另一端接地，第二串联电感(8)另一端、第二串联电容(9)另一端、第二并联电容(10)一端与第三串联电容(12)一端连接，第二并联电容(10)另一端接地，第一并联电感(13)一端、第三串联电容(12)另一端与第四串联电容(14)一端连接，第一并联电感(13)另一端与第三并联电容(11)一端串联接地，第四串联电容(14)另一端、第四并联电容(15)一端与带通输入端口焊盘(4-3)连接，第三并联电容(11)另一端、第四并联电容(15)另一端接地。
低通滤波器部分第一串联电感(16)一端、第一串联电容(17)一端、第一并联电容(18)一端与公共输入端口焊盘(4-2)连接，第一并联电容(18)另一端接地，第一串联电感(16)另一端、第一串联电容(17)另一端、第二串联电感(21)一端与第二并联电容(19)一端连接，第二并联电容(19)另一端接地，第二串联电感(21)另一端、第三并联电容(20)一端与低通输入端口焊盘(4-1)连接，第三并联电容(20)另一端接地。
作为优选，由第一串联电容(5)、第一串联电感(6)、第一并联电容(7)构成高频抑制元件；
作为优选，由第三并联电容(11)、第一并联电感(13)、第四串联电容(14)、第四并联电容(15)构成低频抑制元件，具体是以π型电路对带通部分的低频产生抑制；
所述带通滤波器部分和低通滤波器部分组成一个双工器，通过调控电路可以使得双工器通带内的隔离度增强；带通滤波器中，第三并联电容(11)、第一并联电感(13)、第四串联电容(14)、第四并联电容(15)组成一个π型电路，在低频产生了一个零点，通过增大第一并联电感(13)的电感值、第三并联电容(11)的电容值使零点向低频移动，同时可以提升带通滤波器的通带内插损，增大第四串联电容(14)、第四并联电容(15)的电容值使零点的抑制能力更强，同时提升低频的隔离度，由第一串联电容(5)、第一串联电感(6)、第一并联电容(7)组成了一个高频抑制电路，通过增大第一串联电感(6)的电感值、第一并联电容(7)的电容值，减小第一串联电容(5)的电容值提升带通滤波器高频的带外抑制，进而提升整个双工器高频部分的隔离度。低通滤波器中，第一串联电容(17)使得高频产生一个零点，增大第一串联电容(17)的电容值使低通滤波器的零点向低频移动，从而改善低通滤波器通带内的隔离度，同时提升低通滤波器的通带边沿的陡峭性，通过增大第二并联电容(19)的电容值、第二串联电感(21)的电感值、第三并联电容(20)的电容值提升低通滤波器高频的带外抑制，同时提升双工器高频的隔离度。
作为优选，第一串联电感(6)、第二串联电感(8)、第一并联电感(13)、第一串联电感(16)、第二串联电感(21)的形状包括不仅限于圆形、椭圆形、螺旋形、矩形、六边形、八边形等多边形；具体是采用螺旋形电感，其线宽随着电感圈数的增加逐渐增加或者逐渐减小或者保持不变。
更为优选，第一串联电感(6)、第二串联电感(8)、第一并联电感(13)、第一串联电感(16)、第二串联电感(21)采用八边形电感；
作为优选，第一串联电容(5)、第一并联电容(7)、第二串联电容(9)、第二并联电容(10)、第三并联电容(11)、第三串联电容(12)、第四串联电容(14)、第四并联电容(15)、第一串联电容(17)、第一并联电容(18)、第二并联电容(19)、第三并联电容(20)采用平面电容或贴片电容。所述平面电容的结构采用平行板结构、交指型或分形结构。
本发明双工器可通过频率移植到其它工作频段。
本发明的有益效果为：
1、采用IPD工艺的设计，用八边形电感、八边形渐变电感和MIM电容结构代替传统的分立元件结构的电容电感，在提高滤波器性能的同时实现小型化，且具有成本低、集成度高的优点，适合批量生产；
2、本发明通过改善双工器的带通滤波器部分和低通滤波器部分，该双工器的带通部分实现了低频和高频实现了较高的带外抑制和低插损，该双工器的低通部分实现了超低插损，并且高频的带外抑制可以稳定保持在20dB以上，具有很好的滤波特性，通过将带通部分和低通部分组合，同时很大程度的提升了该双工器的隔离度。
3、本发明通过改变八边形电感、渐变八边形电感和MIM电容的个数和数值来改变双工器的工作频率，适用于VHF、UHF、700&800MHz、Wifi以及5G等各个频段。
附图说明
图1为本发明的双工器的等效电路图；
图2为本发明的介质层、金属层、接地环整体结构示意图；
图3为本发明的双工器的电路拓扑结构示意图；
图4为本发明的双工器实施实例的S参数结果图；其中(a)为S13和S12参数，(b)为S11、S22和S33参数，(c)为S23参数。
具体实施方式
为了更加清楚地说明本发明解决的问题、采用的技术方案和有益效果，下面结合图示说明本发明的具体实施方式，这里所描述的优选实施例子仅用于说明和解释本发明，并不用以限制本发明，凡是在本发明的精神和原则之内所做的修改、等同替换和改进等，均应在本发明的保护范围之内。
实施例：
如图2所示，基于IPD工艺的小型化(1.3mm*0.5mm)双工器包括电路层1，环绕在电路层1周围的接地环2,介质层3，衬底；
所述介质层3采用GaAs工艺、Si工艺或玻璃等半导体工艺实现。
所述电路层1包括主体电路；输入输出端口。
其中，图3端口包括低通输入端口焊盘4-1、公共输入端口焊盘4-2；带通输入端口焊盘4-3；接地端口焊盘4-4；
所述如图3主体电路包括带通滤波器部分和低通滤波器部分，带通滤波器部分包括第一串联电容5、第一串联电感6、第一并联电容7、第二串联电感8、第二串联电容9、第二并联电容10、第三并联电容11、第三串联电容12、第一并联电感13、第四串联电容14、第四并联电容15；低通滤波器部分包括第一串联电感16、第一串联电容17、第一并联电容18、第二并联电容19、第三并联电容20、第二串联电感21；
带通滤波器部分第一串联电容5的一端与公共输入端口焊盘4-2连接，第一串联电容5的另一端与第一串联电感6一端连接，第一串联电感6另一端、第一并联电容7一端、第二串联电感8一端与第二串联电容9一端连接，第一并联电容7另一端接地，第二串联电感8另一端、第二串联电容9另一端、第二并联电容10一端与第三串联电容12一端连接，第二并联电容10另一端接地，第一并联电感13一端、第三串联电容12另一端与第四串联电容14一端连接，第一并联电感13另一端与第三并联电容11一端串联接地，第四串联电容14另一端、第四并联电容15一端与带通输入端口焊盘4-3连接。
低通滤波器部分第一串联电感16一端、第一串联电容17一端、第一并联电容18一端与公共输入端口焊盘4-2连接，第一并联电容18另一端接地，第一串联电感16另一端、第一串联电容17另一端、第二串联电感21一端与第二并联电容19一端连接，第二并联电容19另一端接地，第二串联电感21另一端、第三并联电容20一端与低通输入端口焊盘4-1连接，第三并联电容20另一端接地。
图1为图3所示主体电路的小型化双工器的等效电路图；
带通滤波器部分第一串联电容5等效为电容C1、第一串联电感6等效为电感L1、第一并联电容7等效为电容C2、第二串联电感8等效为电感L2、第二串联电容9等效为电容C3、第二并联电容10等效为电容C4、第三并联电容11等效为电容C6、第三串联电容12等效为电容C5、第一并联电感13等效为电感L3、第四串联电容14等效为电容C7、第四并联电容15等效为电容C8；低通滤波器部分第一串联电感16等效为电感L4、第一串联电容17等效为电容C10、第一并联电容18等效为电容C9、第二并联电容19等效为电容C11、第三并联电容20等效为电容C12、第二串联电感21等效为电感L5；
如图1所示，该电路的工作原理为：带通滤波器部分，由电感L2、电容C3、电容C4、电容C5、电感L3、电容C6、电容C7、电容C8组成了一个带通滤波器，其中电感L3、电容C6、电容C7、电容C8组成一个π型电路，在低频产生了一个零点，通过增大电感L3、电容C6可以使零点向低频移动，同时可以提升带通滤波器的通带内插损，增大电容C7、电容C8可以使零点的抑制能力更强，同时可以提升低频的隔离度，经过优化可以使带通滤波器的低频保持在30dB以上，同时双工器低通滤波器通带的隔离度也保持在30dB以上，由电感L1、电容C1、电容C2组成了一个高频抑制电路，通过增大电感L1、电容C2，减小C1的值可以提升带通滤波器高频的带外抑制，提升整个双工器高频部分的隔离度，经过优化可以保持滤波器在10GHz以后的带外抑制在20dB以上，同时提升了双工器高频的隔离度；低通滤波器部分，由电容C9、电感L4、电容C11、电感L5、电容C12组成了一个低通滤波器，其中加入电容C10可以在高频产生一个零点，增大电容C10的值可以使低通滤波器的零点向低频移动，从而改善低通滤波器通带内的隔离度，同时也提升了低通滤波器的通带边沿的陡峭性，电容C11、电感L5、电容C12可以对高频部分产生抑制，通过增大电容C11、电感L5、电容C12的值可以提升低通滤波器4.8GHz以后的带外抑制，同时也提升了双工器4.8GHz后的隔离度，通过优化使得低通滤波器在10GHz以后的带外抑制在20dB以上，由带通滤波器部分和低通滤波器组成的双工器，通过优化，在低通滤波器和带通滤波器的通带内隔离度可以达到25dB以上。
如图4所示，本实施例的wifi/5G频段的基于IPD工艺的小型化双工器的插损较小，低通滤波器0-2.5GHz的插损为0.6dB，带通滤波器5.15-7.125GHz的插损为1.1dB；通带内的回波损耗约为12dB；低通滤波器的通带边沿的陡峭性很好，带外抑制4.8GHz后可以稳定在20dB以上，部分频段达到40dB以上，带通滤波器的通带边沿的陡峭性很好，低频0-2.5GHz可以到达30dB，部分频段达到40dB以上，高频10GHz以后可以稳定保持在20dB的超宽带的抑制，双工器的隔离度效果在两个滤波器的通带内都能保持在25dB，同时通过调整版图，该双工器的尺寸为1.3mm*0.5mm。
上述实施例并非是对于本发明的限制，本发明并非仅限于上述实施例，只要符合本发明要求，均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种小型化高隔离度双工器，基于IPD工艺，所述双工器包括：主体电路，输入输出端口；所述输入输出端口端口包括低通输入端口焊盘(4-1)、公共输入端口焊盘(4-2)、带通输入端口焊盘(4-3)、接地端口焊盘(4-4)；
所述主体电路包括带通滤波器部分、低通滤波器部分、地，带通滤波器部分包括第一串联电容(5)、第一串联电感(6)、第一并联电容(7)、第二串联电感(8)、第二串联电容(9)、第二并联电容(10)、第三并联电容(11)、第三串联电容(12)、第一并联电感(13)、第四串联电容(14)、第四并联电容(15)；低通滤波器部分包括第一串联电感(16)、第一串联电容(17)、第一并联电容(18)、第二并联电容(19)、第三并联电容(20)、第二串联电感(21)；
其特征在于：
由第一串联电容(5)、第一串联电感(6)、第一并联电容(7)构成高频抑制元件；
由第三并联电容(11)、第一并联电感(13)、第四串联电容(14)、第四并联电容(15)构成低频抑制元件。
2.根据权利要求1所述双工器，其特征在于所述带通滤波器部分第一串联电容(5)的一端与公共输入端口焊盘(4-2)连接，第一串联电容(5)的另一端与第一串联电感(6)一端连接，第一串联电感(6)另一端、第一并联电容(7)一端、第二串联电感(8)一端与第二串联电容(9)一端连接，第一并联电容(7)另一端接地，第二串联电感(8)另一端、第二串联电容(9)另一端、第二并联电容(10)一端与第三串联电容(12)一端连接，第二并联电容(10)另一端接地，第一并联电感(13)一端、第三串联电容(12)另一端与第四串联电容(14)一端连接，第一并联电感(13)另一端与第三并联电容(11)一端串联接地，第四串联电容(14)另一端、第四并联电容(15)一端与带通输入端口焊盘(4-3)连接，第三并联电容(11)另一端、第四并联电容(15)另一端接地。
3.根据权利要求1或2所述双工器，其特征在于所述低通滤波器部分第一串联电感(16)一端、第一串联电容(17)一端、第一并联电容(18)一端与公共输入端口焊盘(4-2)连接，第一并联电容(18)另一端接地，第一串联电感(16)另一端、第一串联电容(17)另一端、第二串联电感(21)一端与第二并联电容(19)一端连接，第二并联电容(19)另一端接地，第二串联电感(21)另一端、第三并联电容(20)一端与低通输入端口焊盘(4-1)连接，第三并联电容(20)另一端接地。
4.根据权利要求1所述双工器，其特征在于第一串联电感(6)、第二串联电感(8)、第一并联电感(13)、第一串联电感(16)、第二串联电感(21)的形状包括圆形、椭圆形、螺旋形、矩形、六边形或八边形。
5.根据权利要求1所述双工器，其特征在于第一串联电感(6)、第二串联电感(8)、第一并联电感(13)、第一串联电感(16)、第二串联电感(21)采用八边形电感。
6.根据权利要求1所述双工器，其特征在于第一串联电容(5)、第一并联电容(7)、第二串联电容(9)、第二并联电容(10)、第三并联电容(11)、第三串联电容(12)、第四串联电容(14)、第四并联电容(15)、第一串联电容(17)、第一并联电容(18)、第二并联电容(19)、第三并联电容(20)采用平面电容或贴片电容。
7.根据权利要求1所述双工器，其特征在于带通滤波器中，第三并联电容(11)、第一并联电感(13)、第四串联电容(14)、第四并联电容(15)组成一个π型电路，在低频产生了一个零点，通过增大第一并联电感(13)的电感值、第三并联电容(11)的电容值使零点向低频移动，同时可以提升带通滤波器的通带内插损，增大第四串联电容(14)、第四并联电容(15)的电容值使零点的抑制能力更强，同时提升低频的隔离度，由第一串联电容(5)、第一串联电感(6)、第一并联电容(7)组成了一个高频抑制电路，通过增大第一串联电感(6)的电感值、第一并联电容(7)的电容值，减小第一串联电容(5)的电容值提升带通滤波器高频的带外抑制，进而提升整个双工器高频部分的隔离度。
8.根据权利要求1所述双工器，其特征在于低通滤波器中，第一串联电容(17)使得高频产生一个零点，增大第一串联电容(17)的电容值使低通滤波器的零点向低频移动，从而改善低通滤波器通带内的隔离度，同时提升低通滤波器的通带边沿的陡峭性，通过增大第二并联电容(19)的电容值、第二串联电感(21)的电感值、第三并联电容(20)的电容值提升低通滤波器高频的带外抑制，同时提升双工器高频的隔离度。
9.根据权利要求1所述双工器，其特征在于，所述介质层(3)采用GaAs工艺、Si工艺或半导体工艺。
10.根据权利要求1所述双工器，其特征在于，所述双工器的尺寸为1.3mm*0.5mm。
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| CN202311045954.XA CN117478093A (zh) | 2023-08-18 | 2023-08-18 | 一种小型化高隔离度双工器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117478093A true CN117478093A (zh) | 2024-01-30 |
Family
ID=89628186
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311045954.XA Pending CN117478093A (zh) | 2023-08-18 | 2023-08-18 | 一种小型化高隔离度双工器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117478093A (zh) |
-
2023
- 2023-08-18 CN CN202311045954.XA patent/CN117478093A/zh active Pending
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