CN1428889A - 三工滤波器及其多层结构 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种三工滤波器及其多层结构。该三工滤波器包括：并联在输入端的第一滤波器电路和低通滤波器电路以及与低通滤波器电路的输出端并联的第二滤波器电路和第三滤波器电路。第一滤波器电路通过第一频带信号，低通滤波器电路通过低于第一频带的预定频带的信号。第二滤波器电路从预定频带信号内提取第二频带信号，第三滤波器电路从预定频带信号内提取第三频带信号，第三频带低于第二频带。低通滤波器电路包括陷波电路，用于扩展与第一频带相邻的部分预定频带。根据本发明，三工滤波器可以将在输入端接收的输入信号分离为第一频带信号、第二频带信号以及第三频带信号。

Description

三工滤波器及其多层结构

技术领域

本发明涉及三工滤波器，更具体地说，本发明涉及将输入信号分离为三个不同频带内的信号的三工滤波器及其多层结构。

背景技术

当前，移动通信系统内包括更复杂功能块以满足客户的各种要求。此外，为了便于携带，移动终端具有安装在其内的更简单、更小部件。这样一种传统移动终端是可以同时处理两个频带信号的双频带移动终端。这种双频带移动终端通常包括多层双工器，该多层双工器通过一个天线同时接收两个不同频带信号并将接收信号互相分离。

在双频带移动终端中，通常，在一个输入端利用多层双工器接收两个不同频带(例如，码分多址(CDMA)频带(约824-894MHz)和个人通信业务(PCS)频带(约1850-1990MHz))的信号，并将各接收信号分别分路输出到两个输出端。多层双工器具有多层介质层的层压结构，该介质层具有形成在其上形成的高通滤波器和低通滤波器的导电图形。利用这种层压结构，多层双工器用于将通过一个天线接收的输入信号分离为相应频带的信号并将分离信号分别送到设置在后续级、与相应频带相关的频率处理电路。

此外，最近，还在移动终端内设置了全球定位系统(GPS)功能，所以需要三频带系统来独立处理三个频带的信号(例如，f1＝824-894MHz，f2＝1560-1580MHz以及f3＝1850-1990MHz)。

为了实现三频带系统，除了现有天线之外，传统移动终端进一步包括分离天线，或另一个设置在现有天线与双工器之间的高通滤波器。

以下将对传统移动终端采用的两种类型三频带系统做详细说明。

图1a和图1b示出传统移动终端中三频带系统的方框图。参考图1a，一种传统移动终端包括：现有天线2，用于接收f1和f3频带的信号；以及分离天线4，用于接收附加f2频带信号。利用典型双工器6将现有天线2接收的f1频带信号和f3频带信号互相分离。利用与f2频带相关的带通滤波器8对在分离天线4接收的f2频带信号进行处理。

另一方面，如图1b所示，在另一个传统移动终端中，现有天线2用于接收f2频带信号以及f1和f3频带信号，而不采用分离天线。此外，从接收信号中分别提取f2频带信号或f3频带信号。

然而，传统移动终端的上述三频带系统的缺陷在于，必须在移动终端内另外安装分离部件，所以增加了使该终端实现小型化和轻型化所需成本和难度。

然而，在f2频带位于f1频带与f3频带之间情况下，特别是与任何一个频带，例如，其中的f3频带相邻情况下，必须从相邻频带中分离出f3频带信号。然而，难以实现一种可以从相邻频带内准确分离出f3频带信号的单式电路系统，并且到现在为止还没有推出这种电路系统。

发明内容

因此，考虑到上述问题，提出本发明，并且本发明目的是提供一种其分路特性可以将在一个输入端接收的三个频带信号准确地分路输出到不同输出端的三工滤波器。

本发明的另一个目的是提供一种可以以高性能将在一个天线接收的输入信号分离为三个频带信号，并且可以这样对其实现小型化以将它适当安装在移动终端内的多层三工滤波器结构。

根据本发明的一个方面，通过提供一种可以将在输入端接收的输入信号分离为第一频带信号、第二频带信号以及第三频带信号的三工滤波器，可以实现本发明的上述以及其它目的，该三工滤波器包括：第一滤波器电路，其有一端与输入端相连，该第一滤波器电路通过第一频带信号；低通滤波器电路，其有一端与输入端相连，该低通滤波器通过预定频带信号，该预定频带低于第一频带；第二滤波器电路，其有一端与低通滤波器的另一端相连，该第二滤波器电路从预定频带信号内提取第二频带信号；第三滤波器电路，其有一端与低通滤波器的另一端相连，该第三滤波器电路从预定频带信号内提取第三频带信号，该第三频带低于第二频带；以及第一输出端、第二输出端和第三输出端，分别设置在第一滤波器电路、第二滤波器电路以及第三滤波器电路的另一端，用于输出第一频带信号、第二频带信号以及第三频带信号；该低通滤波器电路包括陷波电路，用于扩展与第一频带相邻的预定频带部分。

至少第一滤波器电路和第二滤波器电路之一优先包括：第一电容器和第二电容器，它们互相串联；第三电容器，其有一端连接在第一电容器与第二电容器之间；以及第一电感器，其有一端与第三电容器的另一端相连，其另一端接地。至少低通滤波器电路和第三滤波器电路之一优先包括：并联电路，该并联电路由并联的第四电容器和第二电感器构成；以及第五电容器，其有一端与并联电路的输出端相连，其另一端接地。所有第一滤波器电路至第三滤波器电路以及低通滤波器电路更优先具有相同构造，该构造可以是上述构造中的任何一种构造。

陷波电路优先包括第三电感器，串联在低通滤波器电路的并联电路输出端与第五电容器的一端之间，用于扩展与第一频带相邻的预定频带部分。

根据本发明的另一个方面，提供了一种含有多层介质层的多层三工滤波器结构，在多层介质层上形成的导电图形将输入端接收的输入信号分离为第一频带信号、第二频带信号以及第三频带信号，该多层三工滤波器结构包括：第一滤波器电路，该第一滤波器电路包括：第一电容器和第二电容器，与输入端串联；第三电容器，连接在第一电容器与第二电容器之间；以及第一电感器，其有一端与第三电容器相连，其另一端接地；低通滤波器电路，该低通滤波器电路包括：第一并联电路，其有一端与输入端相连的，第一并联电路由并联的第四电容器和第二电感器构成；第三电感器，其有一端与第一并联电路的另一端相连；以及第五电容器，其有一端与第三电感器的另一端相连，其另一端接地；第二滤波器电路，第二滤波器电路包括：第六电容器和第七电容器，与低通滤波器电路第一并联电路的另一端并联；第八电容器，连接在第六电容器与第七电容器之间；以及第四电感器，其有一端与第八电容器相连，其另一端接地；以及第三滤波器电路，第三滤波器电路包括：第二并联电路，其有一端与低通滤波器电路第一并联电路的另一端相连，第二并联电路由并联的第九电容器和第五电感器构成；以及第十电容器，其有一端与第二并联电路的另一端相连，其另一端接地。

多层三工滤波器结构优先进一步包括在其上形成有导电图形以构成表面安装天线的介质层。该多层三工滤波器进一步包括：第一输出端至第三输出端；以及至少一个接地端，在相应介质层的层压方向上，以延伸到相应介质层的边缘这样的方式形成在相应介质层上，第一输出端与第一滤波器电路相连，第二输出端与第二滤波器电路相连，第三输出端与第三滤波器电路相连。

多层介质层优先是：第一介质层，具有形成在其上形成的地线图形；第二介质层，具有在其上形成的第五电容器和第十电容器的图形；第三介质层，具有在其上形成的第一电感器至第五电感器的图形；以及第四介质层，具有在其上形成的第一电容器至第四电容器的图形以及在其上形成的第六电容器至第九电容器的图形，第一介质层至第四介质层从下向上进行顺序层压。

第三介质层或第四介质层更优先包括多层介质层，至少一个电感器具有至少形成在第三介质层的两个介质层上的图形并通过通路孔互连。此外，至少第三介质层和第四介质层之一具有一起形成在其上形成的电容器图形和电感器图形。

附图说明

通过以下结合附图所做的详细说明，本发明的上述以及其它目的、特征以及其它优势将更加容易理解，附图包括：

图1a和图1b示出传统移动终端三频带系统的方框图；

图2示出根据本发明优选实施例的三工滤波器等效电路的电路图；

图3a和图3b示出用于说明图2所示三工滤波器的介入损耗特性的曲线图；

图4a和图4b示出构成图2所示三工滤波器多层结构的介质层的原理图；

图5示出图4a和图4b所示介质层构成的多层三工滤波器结构的原理透视图。

具体实施方式

图2示出根据本发明优选实施例的三工滤波器等效电路的电路图。

如图2所示，三工滤波器主要包括：第一滤波器电路10，其有一端与输入端IN相连；低通滤波器电路20，其有一端与和第一滤波器电路10的一端并联的输入端IN相连；陷波电路25，包括在低通滤波器电路20内；第二滤波器电路30，其有一端与低通滤波器电路20的另一端相连；以及第三滤波器电路40，其有一端与和第二滤波器电路30的一端并联的低通滤波器电路20的另一端相连。在第一、第二以及第三滤波器电路10、30以及40的另一端分别设置第一、第二以及第三输出端OUT1、OUT2以及OUT3。

更具体地说，第一滤波器电路10包括：两个电容器C1和C2，它们串联在一起；电容器C3，其有一端连接在电容器C1和C2之间；以及电感器L1，其有一端与电容器C3的另一端相连，其另一端接地。低通滤波器电路20包括：并联电路，由并联的电容器C4和电感器L2构成；以及电容器C5，其有一端与并联电路的输出端相连，其另一端接地。第二滤波器电路30包括：三个电容器C6、C7和C8，它们以第一滤波器电路10内电容器C1、C2以及C3相同方式连接为T型；以及电感器L4，连接在电容器C8与地线之间。第三滤波器电路40，与低通滤波器电路20具有相同结构。也就是说，第三滤波器电路40包括：并联电路，由并联的电容器C9和电感器L5构成；以及电容器C10，其有一端与并联电路输出端相连，其另一端接地。

在上述构造的三工滤波器等效电路内，第一滤波器电路10和第二滤波器电路30用作高通滤波器，用于衰减不同的要求频带信号以仅通过高频带分量，而第三滤波器电路40用作低通滤波器，用于衰减要求频带信号以仅通过低频带分量，方式与低通滤波器电路20相同。

具体地说，低通滤波器电路20进一步包括由电感器L3构成的陷波电路25。陷波电路25用于增加特别频率的介入损耗以扩展低通滤波器电路输出的、与第一滤波器电路的输出信号频带相邻的部分输出信号频带，从而改善分路特性。第一滤波器电路10和低通滤波器电路20的精确分路可以降低介入损耗对第二滤波器电路30用于通过来自低通滤波器电路20的输出信号的频带的干扰。

以下将参考图3a和图3b更详细说明具有图2所示等效电路的三工滤波器的运行过程，图3a和图3b示出用于说明图2所示三工滤波器的介入损耗特性的曲线图。

图3a和图3b示出了用于示例的三工滤波器将一个信号分离为三个频带CDMA采用的f1(824-894MHz)、GPS采用的f2(1560-1580MHz)以及AMPS(高级移动电话业务)采用的f3(1850-1990MHz)信号的结果。为了实现这种三工滤波器，以下是所选择的图2所示等效电路各元件的参数：C1＝0.58pF、C2＝0.8pF、C3＝1.04pF、C4＝3.28pF、C5＝0.66pF、C6＝1.3pF、C7＝1.01pF、C8＝2.72pF、C9＝2.96pF、C10＝1.76pF、L1＝12.04nH、L2＝1.93nH、L3＝7.2nH、L4＝9.64nH以及L5＝3.53nH。

图3a示出第一滤波器电路10和低通滤波器电路20的介入损耗特性，图3b示出第二滤波器电路30和第三滤波器电路40的介入损耗特性。

参考图3a，将输入端IN的输入信号送到第一滤波器电路10和低通滤波器电路20。通过将对应于约1300MHz的信号的介入损耗最大值设置为约60dB，第一滤波器电路10可以仅通过对应于f3(IN-OUT1)的高频带分量。另一方面，通过将对应于f3的信号的介入损耗提高到80dB，低通滤波器电路20仅通过低频带分量(IN→ )。应该注意，低通滤波器覆盖了f1频带和f2频带。

为了充分确保f2频带，低通滤波器电路20优先进一步包括陷波电路25，陷波电路25具有与电容器C5串联的电感器L3。陷波电路25用于将其输入端

的介入损耗特性曲线从使f2频带衰减某个程度的平缓斜度改变为陡峭斜度( )，这样可以可靠保证f2频带。换句话说，陷波电路25使低通滤波器电路20输出端

的介入损耗大于电容器C4和电感器L2构成的并联电路(也是一种陷波电路)的介入损耗，因此可以将介入损耗特性从如图3a虚线所示的平缓斜度改变为如图3a实线所示的陡峭斜度(

)。因此，低通滤波器电路20可以使其输出信号更可靠地含有对应于f2的频带分量。

此后，将低通滤波器电路20的输出信号送到第二滤波器电路30和第三滤波器电路40。通过将与f1相邻的1000MHz频率的介入损耗最大值设置为80dB，第二滤波器电路30仅通过对应于f2的高频带分量(

→OUT2)。另一方面，通过将与f2相邻的1550MHz频率的介入损耗最大值设置为50dB，第三滤波器电路40仅通过对应于f1的低频带分量( →OUT3)。

因此，第一滤波器电路10将对应于f3的频带信号送到第一输出端OUT1，第二滤波器电路30将对应于f2的频带信号送到第二输出端OUT2，第三滤波器电路40将对应于f1的频带信号送到第三输出端OUT3。因此，本发明提供了一种可以将输出端接收的输入信号分离为三个频带信号的单式三工滤波器模块，所以可以容易地实现三频带移动终端。

为了实现三频带移动终端，本发明进一步提供了一种适合作为移动终端一部分的三工滤波器结构。通常要求这种三工滤波器具有可以适当安装在移动终端内的小型尺寸。为了满足这种小型化要求，根据本发明，该三工滤波器具有多层介质层的层压结构，多层介质层具有在其上形成的三工滤波器电路导电图形。

图4a和图4b示出构成图2所示三工滤波器多层结构的介质层的原理图。

如图4a和图4b所示，多层三工滤波器结构包括11层介质层①至。在第一介质层①形成地线图形100。在第二介质层②上形成的是低通滤波器电路20和第三滤波器电路40内的接地电容C5和电容器C10的图形125和140。将电感器L1、L2、L3、L4以及L5的图形211、222、223、234以及245形成在第三介质层③至第七介质层⑦上。形成在第六介质层⑥至第十介质层⑩上的是电容器C1、C2、C3和C4以及电容器C6、C7、C8和C9的图形111、112、113、124、137、138、139和149以及电容器C1、C2和电容器C6、C7的伪图形110和130。第一介质层①至第十介质层⑩从下向上顺序层压在一起。

在本实施例中，对于小型化三工滤波器的最佳导电图形，沿着电容器C3和C8的图形113和138以及伪图形110和130，在第六介质层和第七介质层上分别形成电感器L2的图形222和222’，如图4b所示。此外，还附加设置第十一介质层，在第十一介质层上形成导电图形200以构造与输入端T5相连的天线。

更具体地说，形成在第一介质层①上的是地线(电极)图形100，地线图形100包括7个延伸到第一介质层①边缘的地线端T0。将分别与地线端T0相连的电容器C5和C10的图形125和140形成在第二介质层②上，并在第三介质层③至第七介质层⑦上形成相应滤波器电路内的各电感器的图形。在第十一介质层上形成的电感器图形的长度适合其电感。电感器图形单独形成在相应层上，并通过通路孔互连，因此它们在有限面积内具有要求的长度从而使三工滤波器实现小型化。

在本实施例中，形成在第三介质层③上的电感器L3、L4和L5的图形通过通路孔互连并延伸到第四介质层④或第五介质层⑤，因此具有要求的电感。以这样的方式将第一滤波器电路10和第二滤波器电路30的接地电感L1和L4的图形形成在第三介质层上，即它们延伸到第三介质层的边缘，从而分别与地线端T0相连。以这样的方式将第三滤波器电路40的电感器L5的图形245和245′分别形成在第三介质层和第四介质层上，即它们延伸到第三介质层和第四介质层的边缘，从而与低通滤波器电路20的输出端 和第三输出端OUT3相连。将构成陷波电路25的电感器L3的图形223、223′以及223″形成在第五介质层上。其中，图形223″延伸到第五介质层的边缘，从而与低通滤波器电路20的输出端

相连。

另外，以这样的方式将低通滤波器电路20的电感器L2的图形222和222′与其它电容器图形113和138以及伪图形110和130一起分别设置在第六介质层和第七介质层上，即它们延伸到第六介质层和第七介质层的边缘，从而与低通滤波器电路20的输出端 和输入端IN相连。

除了形成在第二介质层上的图形之外，形成在第六介质层和第七介质层上的是电容器C1至C4和C6至C9的图形。设置在第六介质层上的是分别与第一滤波器电路10和第二滤波器电路30的电感器L1和L4串联的电容器C3和C8的图形113和138。形成在第八介质层上的是第一滤波器电路10的串联电容器C1和C2的图形111和112以及第二滤波器电路30的串联电容器C6和C7的图形137和139。图形111、112以及137和139延伸到第八介质层的边缘，从而分别与相关端T1、T5、Tc以及T2相连。

分别形成在第九介质层和第十介质层的是分别与低通滤波器电路20和第三滤波器电路40的电感器L2和L5并联的电容器C4和C9的图形124和149。图形124和149分别延伸到第九介质层和第十介质层的边缘，从而与相关端Tc和T3相连。

与三工滤波器的输入端IN相连的天线图形200更优先附加形成在第十一介质层上，该层被层压为顶层。

图5示出图4a和图4b所示介质层构成的多层三工滤波器结构的原理图。如图5所示，在层间边界形成侧端T0、T1、T2、T3、T5以及Tc，从而使延伸到介质层边缘的各图形互连。侧端T0、T1、T2、T3、T5以及Tc分别对应于地线、第一输出端OUT1、第二输出端OUT2、第三输出端OUT3、输入端IN以及低通滤波器电路输出端

并已经参考图4a和图4b对它们进行了说明。

本技术领域内的普通技术人员明白，利用具有上述介质层的多层结构容易制造三工滤波器。例如，对每个介质层设置介质材料片。以通常形成印刷电路图形的方式，在相应介质材料片上形成如图4a和图4b所示的图形。对结果介质层进行层压和热压结。此后，将如图5所示的外部电极形成在结果介质层上，从而使延伸到各层边缘的各端互连。

根据上述说明，本发明提供了一种其分路特性可以将通过一个天线接收的输入信号准确分离为三个频带信号，并且其多层三工滤波器结构可以实现小型化从而适于安装在移动终端的三工滤波器。为了使三工滤波器实现小型化，多层三工滤波器结构具有在其上形成导电图形的多层层压介质层。

尽管为了说明问题，对本发明优选实施例进行了说明，但是，本技术领域内的普通技术人员明白，可以在所附权利要求所述的本发明实质范围内，对其进行各种修改、添加和替换。

Claims (14)

1.一种用于将在输入端接收的输入信号分离为第一频带信号、第二频带信号以及第三频带信号的三工滤波器，该三工滤波器包括：

第一滤波器电路，其有一端与所述输入端相连，所述第一滤波器电路通过所述第一频带信号；

低通滤波器电路，其有一端与所述输入端相连，所述低通滤波器通过预定频带信号，所述预定频带低于所述第一频带；

第二滤波器电路，其有一端与所述低通滤波器的另一端相连，所述第二滤波器电路从所述预定频带信号内提取所述第二频带信号；

第三滤波器电路，其有一端与所述低通滤波器的所述另一端相连，所述第三滤波器电路从所述预定频带信号内提取第三频带信号，所述第三频带低于所述第二频带；以及

第一输出端、第二输出端和第三输出端，分别设置在所述第一滤波器电路、第二滤波器电路以及第三滤波器电路的另一端，用于输出所述第一频带信号、第二频带信号以及第三频带信号；

所述低通滤波器电路包括陷波电路，用于扩展与所述第一频带相邻的部分所述预定频带。

2.根据权利要求1所述的三工滤波器，其中至少所述第一滤波器电路和第二滤波器电路之一包括：

第一电容器和第二电容器，它们互相串联；

第三电容器，其有一端连接在所述第一电容器与第二电容器之间；以及

第一电感器，其有一端与所述第三电容器的另一端相连，其另一端接地。

3.根据权利要求1所述的三工滤波器，其中所述第三滤波器电路包括：

并联电路，所述并联电路由并联的第一电容器和电感器构成；以及

第二电容器，其有一端与所述并联电路的输出端相连，其另一端接地。

4.根据权利要求1所述的三工滤波器，其中所述低通滤波器电路包括：

并联电路，所述并联电路由并联的第一电容器和第一电感器构成；

第二电容器，其有一端与所述并联电路的输出端相连，其另一端接地；

所述陷波电路连接在所述并联电路的所述输出端与所述第二电容器的所述一端以扩展与所述第一频带相邻的部分所述预定频带。

5.根据权利要求4所述的三工滤波器，其中所述陷波电路至少包括一个第二电感器。

6.根据权利要求1所述的三工滤波器，其中所述输入端与一个天线相连。

7.根据权利要求1所述的三工滤波器，其中所述第一频带约为1850-1990MHz，所述第二频带约为1560-1580MHz，所述第三频带约为824-894MHz。

8.一种包括多层介质层的多层三工滤波器结构，在多层介质层上形成的导电图形将输入端接收的输入信号分离为第一频带信号、第二频带信号以及第三频带信号，所述多层三工滤波器结构包括：

第一滤波器电路，所述第一滤波器电路包括：第一电容器和第二电容器，与所述输入端串联；第三电容器，连接在所述第一电容器与第二电容器之间；以及第一电感器，其有一端与所述第三电容器相连，其另一端接地；

低通滤波器电路，所述低通滤波器电路包括：第一并联电路，其有一端与输入端相连，所述第一并联电路由并联的第四电容器和第二电感器构成；第三电感器，其有一端与所述第一并联电路的另一端相连；以及第五电容器，其有一端与所述第三电感器的另一端相连，其另一端接地；

第二滤波器电路，所述第二滤波器电路包括：第六电容器和第七电容器，与所述低通滤波器电路所述第一并联电路的另一端并联；第八电容器，连接在所述第六电容器与第七电容器之间；以及第四电感器，其有一端与所述第八电容器相连，其另一端接地；以及

第三滤波器电路，所述第三滤波器电路包括：第二并联电路，其有一端与所述低通滤波器电路所述第一并联电路的另一端相连，所述第二并联电路由并联的第九电容器和第五电感器构成；以及第十电容器，其有一端与所述第二并联电路的另一端相连，其另一端接所述地。

9.根据权利要求8所述的多层三工滤波器结构，该多层三工滤波器结构进一步包括在其上形成导电图形以构成表面安装天线的介质层。

10.根据权利要求8所述的多层三工滤波器结构，该多层三工滤波器结构进一步包括：第一输出端至第三输出端；以及至少一个在相应介质层的层压方向上，以延伸到所述相应介质层的边缘的方式形成在所述介质层的相应介质层上的地端。所述第一输出端与所述第一滤波器电路相连，所述第二输出端与所述第二滤波器电路相连，所述第三输出端与所述第三滤波器电路相连。

11.根据权利要求8所述的多层三工滤波器结构，其中所述多层介质层是：第一介质层，具有形成在其上的地线图形；第二介质层，具有形成在其上的所述第五电容器和第十电容器的图形；第三介质层，具有形成在其上的所述第一电感器至第五电感器的图形；以及第四介质层，具有形成在其上的所述第一电容器至第四电容器的图形以及形成在其上的所述第六电容器至第九电容器的图形，所述第一介质层至第四介质层从下向上顺序层压。

12.根据权利要求11所述的多层三工滤波器结构，其中所述第三介质层包括多层介质层，至少一个所述电感器具有至少形成在所述第三介质层的所述两个介质层上的图形并通过通路孔互连。

13.根据权利要求11所述的多层三工滤波器结构，其中所述第四介质层包括多层介质层。

14.根据权利要求11所述的多层三工滤波器结构，其中至少所述第三介质层和第四介质层之一具有一起形成在其上的电容器图形和电感器图形。

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