CN1507105A - 三分波·合波器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种插入损耗低、小型、低成本的三分波·合波器，它避免了用多级高频开关或将两分波·合波器做成多级致使插入损耗增大、外形大及成本增加的问题。该三分波·合波器将第一频段作为通带而第二·第三频段作为衰减频段的低通滤波器作为第一滤波器F1，将第二频段作为通带而第一·第三频段作为衰减频段的第二滤波器F2作为具有SAW滤波器的带通滤波器，将第三频段作为通带而第一·第二频段作为衰减频段的高通滤波器作为第三滤波器F3。该第一·第二·第三滤波器F1、F2、F3的输入输出口的一方作为公共口连在一起。

Description

三分波·合波器
技术领域
本发明涉及将三个频段的信号分离或合成用的三分波·合波器，特别涉及形成作为一体化元器件的形态的三分波·合波器。
背景技术
在手机等移动通信设备领域，有时以一台设备处理三个不同频段的信号，例如AMPS信号、GPS信号、PCS信号等。
在这种用一台通信设备处理3个频段的信号时，如使用分离或合成这三个频段信号的分波·合波器，则能将该分波·合波器的后级或前级的电路作为公共电路，由此，以图使通信设备小型化并降低成本。
以前，为了分离及合成两个频段的信号，可采用二分波·合波器。为了使其再能处理三个频段的信号，如专利文献1所示，有一种方法是在多级设置开关，进行信号切换。图7为表示该构成例的方框图。图7为DCS、PCS、GSM三频手机的高频电路的方框图。图7中，连接天线1的二分波·合波器2，在发送时将DCS、PCS或GSM的发送信号合，接收时将接收信号分配给DCS、PCS或GSM。第一高频开关3切换DCS及PCS的发送部侧和DCS及PCS的接收部侧，第二高频切换开关4切换DCS的接收部Rxd侧及PCS的接收部Rxp侧，第三高频开关5切换GSM的发送部Txg侧及接收部Rxg侧。第一滤波器6让DCS、PCS的收发信号通过，第二滤波器7让GSM的收发信号通过。
可是，图7所示构成的三分波·合波器中，因为必须使收发信号通过二分波·合波器2及两个高频开关，因此与只设1级高频开关的情形相比，插入损耗增大。另外，由于构成高频开关用的二极管所占成本的比例高，故而存在总体成本增加的问题。
[专利文献1]
特开2000-165288公报
作为不用高频开关的三分波·合波器可以设想如图8(A)、(B)所示的构成。首先在图8(A)所示的例中，第一分波·合波器11由将第一频段作为通带而第二·第三频段作为衰减频段的低通滤波器13、和将第二·三频段作为通带而第一频段作为衰减频段的高通滤波器14构成。另外第二分波·合波器12由将第二频段作为通带而第三频段作衰减频段的低通滤波器15、和将第三频段作为通带而第二频段作为衰减频段的高通滤波器16构成。该例中，第一分波·合波器11连接天线侧的公共输入输出口17，同时连接第一频段的信号处理部侧的输入输出口18及第二分波·合波器12。第二分波·合波器12连接第一分波·合波器11，同时，连接第二频段信号处理部侧的输入输出口19及第三频段信号处理部侧的输入输出口20。
在图8(B)所示的例中，第一分波·合波器11由将第一·第二频段作为通带而第三频段作为衰减频段的低通滤波器13、和将第三频段作为通带而第一·第二频段作为衰减频段的高通滤波器14构成。另外，第二分波·合波器12由将第一频段作为通带而第二频段作为衰减频段的低通滤波器15、和将第二频段作为通带而第一频段作为衰减频段的高通滤波器16构成。在该例中，第一分波·合波器11连接天线侧的公共输入输出口17，同时连接第二分波·合波器12及第三频段的信号处理部侧的输入输出口20。第二分波·合波器12连接第一分波·合波器11，同时，连接第一频段的信号处理部侧的输入输出口18及第三频段信号处理部侧的输入输出口19。
但图8所示结构的三分波·合波器有两个二分波·合波器，并且要将它们连接。因此，要让第二频段的信号通过两个滤波器，结果插入损耗增大。另外，元器件数量也多，不利于进一步小型化。
本发明系鉴于上述情况所提出的，其目的在于提供一种能解决上述问题并小型、低成本的三分波·合波器。
发明内容
本发明的分波·合波器，对第一·第二·第三的3个频段的信号从频率低的频段开始依次进行分离·合成，其特征在于，包括
将第一频段作为通带而第二·第三频段作为衰减频段的第一滤波器、将第二频段作为通带而第一·第三频段作为衰减频段的第二滤波器、及将第三频段作为通带而第一·第二频段作为衰减频段的第三滤波器，将第一·第二·第三滤波器输入输出口的一方作为公共口而连在一起，用低通滤波器构成第一滤波器，用带通滤波器构成第二滤波器，用高通滤波器构成第三滤波器。
这样，通过利用第一·第二·第三的三个滤波器，将它们的输入输出口的一方作为公共口连在一起，从而第一·第二·第三的三个频段的信号只通过上述3个滤波器中的某一个，所以力图能降低插入损耗。另外，因元器件数量减少，故能实现小型化，成本亦降低。
另外，本发明的特征在于，构成第一·第三滤波器的元件中，至少一个安装在各层都是由陶瓷组成的多层基板上，在该多层基板内构成其余的元件，第二滤波器的主要部分用SAW滤波器构成，同时，该SAW滤波器也安装在所述多层基板上。这样，通过不是在多层基板内形成带通滤波器，而是使用SAW滤波器，从而能够取得低插入损耗及高衰减特性。
另外，本发明的特征在于，将构成第一·第三滤波器的所有元件都做在各层由陶瓷组成的多层基板内，用SAW滤波器构成第二滤波器的主要部分，同时，该SAW滤波器装在所述多层基板上。这样，通过用多层基板上的SAW滤波器构成带通滤波器，从而能得到低插入损耗及高衰减特性。
另外，本发明将第二频段作为接收专用系统使用的频段。由此能不向SAW滤波器输入大功率输出信号，防止SAW滤波器损坏。
另外，本发明的特征在于，设置与第一滤波器的所述公共口侧串联的电感器。由此，上述电感器起到作为第一滤波器即低通滤波器的一部分的作用，能抑制位于比该第一滤波器的通带高的高频侧的第二·第三频段的信号向第一滤波器洩漏。其结果，能抑制第二·第三频段的信号损耗。
另外，本发明的特征在于，所述高通滤波器及所述低通滤波器分别具有衰减极点，设所述高通滤波器的通带为1900MHz、所述带通滤波器的通带为1500MHz，而所述低通滤波器的通带为800MHz，并且设所述高通滤波器的衰减极点频率为接近所述带通滤波器的通带的频率，将所述低通滤波器的衰减极点频率为所述带通滤波器的通带和所述高通滤波器的通带之间的频率。
这样，通过使高通滤波器的衰减极点接近带通滤波器的通带，从而能使第二频段的信号优先并使其在该高通滤波器中有效地衰减。另外，通过将低通滤波器的衰减极点定在带通滤波器的通带和高通滤波器的通带之间，能使比带通滤波器的通带高的高频侧及高通滤波器的通带比较均匀地衰减。
另外，本发明的特征在于，所述多层基板做成近似长方体的形状，信号输入输出端子配置在多层基板安装面的各条边上，同时，接地端子配置在相邻信号的输入输出端子间。由此，提高信号输入输出端子间的隔离度，能降低三个频段的信号插入损耗。
另外，本发明的特征在于，避开SAW滤波器的输入输出端子连接用焊盘正下方的层，设置所述多层基板内的元件。由此，能提高第二频段的信号和第一·第三频段的信号间的隔离度，能降低对于三个频段的信号的插入损耗。
另外，本发明的特征在于，在所述多层基板内构成线圈，同时，在与构成该线圈的层接触的其它的层上，而且避开靠近线圈的位置，设置线圈以外的元件。由此提高线圈的Q值，能降低通过具有该线圈的滤波器的信号的插入损耗。
附图说明
图1为本发明实施形态的三分波·合波器的外形立体图及剖面图。
图2为同一三分波·合波器的电路图。
图3为表示设在同一三分波·合波器的各层的电极图形及导体图形的具体示例图。
图4为表示设在同一三分波·合波器的各层的电极图形及导体图形的具体示例图。
图5为表示设在同一三分波·合波器的各层的电极图形及导体图形的具体示例图。
图6为表示第一·第三·第三滤波器的通过特性图。
图7为已有的三分波·合波器的方框图。
图8为利用已有技术的三分波·合波器的方框图。
标号说明
100……多层基板
F1第一滤波器(低通滤波器)
F2第二滤波器(带通滤波器)
F3第三滤波器(高通滤波器)
La1、Lp1……片状线圈
SAW……SAW滤波器
Es……SAW滤波器的输入输出端子连接用焊盘
具体实施方式
图1是表示本发明实施形态的三分波·合成器的构成图，图1(A)是简要外形立体图、图1(B)是简要剖面图。这里将陶瓷组成的多片层叠成的多层基板100构成第一·第二·第三滤波器的一部分。在该多层基板100的上部，分别装有SAW滤波器SAW、及片状线圈La1、Lp1。从多层基板100的下表面延续至侧面，配置着以AMPS、PCS等表示的多个信号输入输出端子及接地端子GND。
图1中，整个多层基板100做成近似长方体形状，信号输入输出端子配置在多层基板100的安装面(图1中的下表面)的各条边上，同时，接地端子GND配置在相邻的信号输入输出端子之间。
图2为该三分波·合波器的等效电路图。分别在天线口ANT和AMPS信号的输入输出口AMPS之间设置第一滤波器F1，天线口ANT和GPS信号的输入输出(输出)口GPS之间设置第二滤波器F2，在天线口ANT和PCS信号的输入输出口PCS之间设置第三滤波器F3。天线口ANT将第一·第二·第三滤波器的输入输出口的各个口的一方作为公共口连在一起。这里，AMPS是使用800MHz频段(859±35MHz)的信号的系统(Advanced Mobil Phone System)，GPS是使用1500MHz频段(1575.42±1.025MHz)的信号的系统(Global PositioningSystem)，PCS是使用1900MHz频段(1920±70MHz)的信号的系统(PersonalCommunication Service)。AMPS和PCS是和基地台间进行收发的系统，而GPS是只接收来自GPS卫星的信号的接收专用系统。
第一滤波器F1是使AMPS的使用频段即800MHz频段以下的频率信号通过的低通滤波器。第二滤波器F2是使GPS用的1500MHz频段的频率信号通过的带通滤波器。第三滤波器F3是使PCS的使用频段即1900MHz频段以上的频率信号通过的高通滤波器。
第一滤波器F1由电感器La1、La2和电容器Ca1、Ca2构成。这里，电感器La1由图1所示的装在多层基板100的上部的片状线圈组成。另外，电感器La2由在多层基板100的内部形成的电感器电极(线圈图形)组成。另外，电容器Ca1、Ca2也由在多层基板100的内部形成的电容器电极组成。
第二滤波器F2由SAW滤波器SAW、电容器Cg1、及电感器Lg1组成。这里，SAW滤波器SAW如图1所示，装在多层基板100的上部。电容器Cg1由多层基板100的内部形成的电容器电极组成。电感器Lg1由多层基板100的内部形成的电感器电极(线圈)组成。这样，不是在多层基板内作为LC滤波器电路形成带通滤波器，而是通过使用SAW滤波器来形成，由此能得到低插入损耗及高衰减特性。
第三滤波器F3由电容器Cp1、Cp2、Cp3及电感器Lp1构成。这里，电感器Lp1由片状线圈组成，如图1所示装在多层基板100的上部。另外，电容器Cp1、Cp2、Cp3由形成于多层基板100内部的电容器电极组成。
如图2所示，通过在第一滤波器F1的公共口(ANT)侧插入电感器La1，从而电感器起到作为低通滤波器的一部分的功能，从而能抑制位于比该第一滤波器F1的通带高的高频侧的第二·第三频段的信号向第一滤波器洩漏。其结果，能抑制第二·第三频段的信号损耗。
图3～图5表示设置在所述多层基板100的各介质层上的电极图形的具体示例。图3(A)所示的介质层是最下层的介质层，在其上部依次层叠图3(B)所示的介质层，图3(C)所示的介质层、图3(D)所示的介质层、……、直至图3(H)所示的介质层，接着将图4(A)所示的介质层、图4(B)所示的介质层……、图4(G)所示的介质层层叠在一起，再将图5(A)所示的介质层，图5(B)所示的介质层、图5(C)所示的介质层依次层叠。图5(D)表示将SAW滤波器、片状线圈La1、Lp1装在上述构成的多层基板的上部的状态。
在图3中，从多层基板100的侧面延续至下表面，分别设置AMPS信号的输入输出端子AMPS、GPS信号的输入输出端子GPS、PCS信号的输入输出端子PCS、天线端子ANT、接地端子GND。这样，相邻的信号输入输出端子之间配置接地端子GND。图3(B)及图3(D)所示的介质层上，分别设置与特定的接地端子GND连接的接地电极Gnd，在图3(C)的介质层上，设置着电容器Ca1用的电容器电极Ca1，图3(E)所示的介质层上，设置是电容器Ca1、Cp1用的电容器电极Ca1、Cp1。图3(F)所示的介质层上设置的电容器Ca2用的电容器电极Ca2。图3(H)所示的介质层上，分别设置的是电感器La2、Lg1用的线圈La2、Lg1(的一部分)。
图4(A)及图4(B)所示的介质层上，设置从图3的(H)层开始连续的电感器La2、Lg1用的线圈La2、Lg1(的一部分)。图4(C)、图4(E)的介质层上，设置连接PCS信号的输入输出端子PCS的电容器Cp3用的电容器电极pcs，以及连接天线输入输出端子ANT的电容器Cg1用的电容器电极Ant。图4(D)及图4(F)所示的介质层上，设置电容器Cg1、Cp3用的电容器电极Cg1、Cp3。图4(F)所示的介质层上，设置电容器Cp2用的电容器电极Cp2。图4(G)所示的介质层上，设置连接天线输入输出端子ANT的、电容器Cp2、Cp3、Cg1共用的电容器电极Ant。
图5(A)所示的介质层上，分别设置电容器Cp2、Cg1用的电容器电极Cp2、Cg1。图5(C)所示的介质层上设置，连接SAW滤波器的输入输出端子用焊盘Es，另外设置安装电感器La1、Lp1的片状线圈用焊盘Ea、Ep。然后，如图5(D)所示，SAW滤波器SAW对于焊盘Es进行表面安装，片状线圈La1、Lp1对于焊盘Ea、Ep分别表面安装。
如图3～图5所示，信号输入输出端子配置在整体做成近似长方体形状的多层基板的安装面各条边上，同时，接地端子GND分别配置在相邻的各信号输入输出端子之间。由此，能够提高信号输入输出端子之间的隔离度，降低三个频段的信号插入损耗。
另外，如图5(B)、图5(C)的介质层，在连接SAW滤波器的输入输出端子的焊盘Es正下方的层上，不设置各种电极图形，在其它的层上形成电容器用电极或线圈用的导体图形。由此，能够提高通过SAW滤波器的第二波段信号和通过第一·第三滤波器的第一·第三频段的信号之间的隔离度，能减少三个频段的信号的插入损耗。
又如图3(G)所示的介质层那样，在与形成线圈图形的图3(H)所示的介质层接触的层上，避开与该线圈图形相近的位置，形成除了线圈以外的元件。在该例中，在图3(G)所示的整个介质层上，除了通孔以外，未设特别的电极图形或导体图形。由此，提高线圈的Q值，能减少通过具有该线圈的第一·第二滤波器的信号的插入损耗。
图6表示图3～图5所示结构的三分波·合波器的通过特性。这里，图6中的曲线F1表示第一滤波器F1的通过特性，曲线F2表示第二滤波器F2的通过特性，曲线F3表示第三滤波器F3的通过特性。即，第一滤波器F1是设800MHz作为通带、而在1700MHz附近有衰减极点的低通滤波器。第三滤波器F3是设1900MHz作为通带、而在1600MHz附近有衰减极点的高通滤波器。第二滤波器是设以1575MHz作为中心的规定频段作为通带，在其低频侧和高频侧均分别有衰减极点。通过使高通滤波器的衰减极点接近带通滤波器的通带，能够使第二频段的信号优先并用该高通滤波器有效衰减。另外，通过将低通滤波器的衰减极点定在带通滤波器的通带和高通滤波器的通带之间。从而能使比带通滤波器的通带高的高频侧及高通滤波器的通带比较均匀地衰减。
还有，在上述所示的实施形态中，构成第一·第三滤波器的元件中各有一个和第二滤波器的主要部分即SAW滤波器一起安装在多层基板上。但并不限于此，也可以构成第一·第三滤波器的所有元件都构成在多层基板内，而将作为第二滤波器的主要部分的SAM滤波器安装在多层基板上。利用这种构成也能得到低插入损耗及高衰减特性。
根据本发明，使用第一·第二·第三的三个滤波器，通过将它们的输入输出口的一方作为公共口连在一起，从而第一·第二·第三的三个频段的信号只通过这3个滤波器中的某一个，以图能降低插入损耗。另由于能削减元器件数量，故能实现小型化及低成本。
另外，根据本发明，通过构成第一·第三滤波器的元件中至少一个安装在各层由陶瓷组成的多层基板上，其余元件在该多层基板内构成，并用SAW滤波器构成第二滤波器的主要部分，同时把SAW滤波器安装在所述多层基板上，从而与在多层基板内形成LC电路的带通滤波器的情形相比，能得到低插入损耗及高衰减特性。
另外，根据本发明，通过将构成第一·第三滤波器的所有元件做在多层基板内，将第二滤波器的主要部分即SAW滤波器安装在多层基板上，从而能得到低插入损耗及高衰减特性。
另外，根据本发明，通过将第二频段作为接收专用系统用的频段，从而对SAW滤波器没有大功率信号的输入，能防止损坏SAW滤波器。
另外，根据本发明，通过设置与第一滤波器的公共口侧串联的电感器，从而所述电感器起到第一滤波器即低通滤波器的一部分的作用，能抑制位于比该第一滤波器的通带高的高频侧的第二·第三频段的信号向第一滤波器泄漏。其结果，能抑制第二·第三频段信号的损耗。
另外，根据本发明，通过所述高通滤波器及所述低通滤波器分别具有衰减极点，并设高通滤波器的通带为1900MHz，带通滤波器的通带为1500MHz，低通滤波器的通带为800MHz，使高通滤波器的衰减极点靠近带通滤波器的通带，从而使第二频段的信号优先并用该高通滤波器有效衰减。另通过将低通滤波器的衰减极点定在带通滤波器的通带和高通滤波器的通带之间，能使比带通滤波器的通带高的高频侧及高通滤波器的通带比较均匀地衰减。
另外，根据本发明，通过所述多层基板做成近似长方体形状，信号输入输出端子配置在多层基板的安装面的各条边上，同时，接地端子配置在相邻的信号输入输出端子间，从而提高信号输入输出间的隔离度，减少三个频段的信号的插入损耗。
另外，根据本发明，通过避开SAW滤波器的输入输出端子连接用焊盘正下方的层设置多层基板内的元件，由此提高第二频段的信号和第一·第三频段的信号的隔离度，能减少三个频段的信号的插入损耗。
另外，根据本发明，通过在多层基板内构成线圈，同时还在与构成该线圈的层接触的其它的层上并避开靠近线圈的位置，设置线圈以外的元件，从而能提高线圈的Q值，并能使通过具有该线圈的滤波器的信号插入损耗降低。

Claims (9)

1.一种三分波·合波器，对第一·第二·第三的三个频段的信号从频率低的频段开始依次进行分波·合波，其特征在于，包括
将第一频段作为通带而第二·第三频段作为衰减频段的第一滤波器、
将第二频段作为通带而第一·第三频段作为衰减频段的第二滤波器、以及
将第三频段作为通带而第一·第二频段作为衰减频段的第三滤波器，
将第一·第二·第三滤波器的输入输出口的一方作为公共口连在一起，分别用低通滤波器构成第一滤波器，带通滤波器构成第二滤波器，高通滤波器构成第三滤波器。
2.如权利要求1所述的三分波·合波器，其特征在于，
将构成第一·第三滤波器的元件中至少一个安装在各层由陶瓷组成的多层基板上，把其余的元件做在该多层基板内，用SAW滤波器构成第二滤波器的主要部分，同时，将该SAW滤波器安装在所述多层基板上。
3.如权利要求1所述的三分波·合波器，其特征在于，
将构成第一·第三滤波器的所有元件都做在各层由陶瓷组成的多层基板内，用SAW滤波器构成第二滤波器的主要部分，同时，将该SAW滤波器安装在所述多层基板上。
4.如权利要求2或3所述的三分波·合波器，其特征在于，
第二频段是接收专用系统用的频段。
5.如权利要求1至4任一项所述的三分波·合波器，其特征在于，
设有与第一滤波器的所述公共口侧串联的电感器。
6.如权利要求1至5任一项所述的三分波·合波器，其特征在于，
所述高通滤波器及所述低通滤波器分别具有衰减极点，设所述高通滤波器的通带为1900MHz，所述带通滤波器的通带为1500MHz，所述低通滤波器的通带为800MHz，并且设所述高通滤波器的衰减极点频率为接近所述带通滤波器的通带的频率，设所述低通滤波器的衰减极点频率为所述带通滤波器的通带和所述高通滤波器的通带之间的频率。
7.如权利要求2至6任一项所述的三分波·合波器，其特征在于，
所述多层基板做成近似长方体形状，信号输入输出端子配置在所述多层基板的安装面的各条边上，接地端子配置在相邻的输入输出信号端子之间。
8.如权利要求2至7任一项所述的三分波·合波器，其特征在于，
避开SAW滤波器的输入输出端子连接用焊盘正下方的层，设置所述多层基板内的元件。
9.如权利要求2至8任一项所述的三分波·合波器，其特征在于，
在所述多层基板内构成线圈，同时在与构成该线圈的层接触的上层的避开靠近所述线圈的位置，设置所述线圈以外的元件。
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