CN216488426U - 小型化高性能双工器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种小型化高性能双工器。包括介质层；金属层；接地底板；接地过孔；主体电路；输入输出端口；其中主体电路包括高通带通路、低通带通路；高通带通路包括第一串联电容、第一并联电感、第一并联电容、第二串联电容；低通带通路包括第一串联电感、第二并联电容、第二并联电感、第三并联电感、第三并联电容。本实用新型采用电容、电感并联接入低通电路的新型拓扑结构，提高整体电路的Q值和两个端口的隔离度，减少相互干扰。

Description

小型化高性能双工器

技术领域

本实用新型属于射频/微波/通信技术领域，具体涉及一种小型化高性能双工器。

背景技术

随着科学技术日新月异的发展，微波双工器在大量的微波技术领域和无线通讯系统中有着广泛的应用。因为用户对数据量的需求不断增加，运营商需要不断提升其数据传输能力。拓宽频谱、增大带宽、采用更高效的编码方式等都是行之有效的方法。在通信中为了提高传输效率，可以采用频率分割、让不同频段传输不同信号的方式实现频分双工(Frequency Division Duplex,FDD)。在该系统中，为了将不同频率的信号有效地分割开来而不相互影响，需要使用到双工器或多工器。双工器作为拥有三个端口的器件，可以将两个频段的信号一并从一个端口输入，并且在两个输出端口将信号分离。双工器普遍运用于宽频带或者是多工作频点天线的收发模块的应用中。普通金属波导双工器有低插入损耗、高隔离度、高功率容量、高Q值等优点，但其尺寸很大，制作成本高，调试麻烦，这些缺点限制了金属波导双工器在微波集成电路中的运用。微带结构的双工器虽然体积小、成本低、易加工，但在高频应用中，微带结构插入损耗大，电路Q值低。因此，小型化高性能、成本低的双工器在射频/微波/通信技术领域有着广泛的应用场景。

发明内容

本实用新型的目的在于针对背景技术中所提到的双工器性能较差、成本较高、尺寸较大的问题，提出一种小型化高性能双工器，采用IPD工艺和新型拓扑结构，具有成本低、集成度高、性能好的优点，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：

一种小型化高性能双工器，包括：

介质层(2)；

金属层(1)；

接地底板(3)，位于介质层(2)的下表面；

贯穿介质层(2)的接地过孔，用于连接金属层(1)和接地底板(3)；

主体电路；

输入输出端口；

其中，所述主体电路包括高通带通路、低通带通路；

所述高通带通路包括第一串联电容(6)、第一并联电感(7)、第一并联电容(8)、第二串联电容(9)，第一串联电容(6)的一端接输入端口(5-1)，第一串联电容(6)的另一端接第一并联电感(7)的一端、第二串联电容(9)的一端，第一并联电感(7)的另一端接第一并联电容(8)的一端，第一并联电容(8)的另一端通过接地过孔连接接地底板(3)，第二串联电容(9)的另一端接输出端口第一信号接出端(5-2)；

所述低通带通路包括第一串联电感(10)、第二并联电容(11)、第二并联电感(12)、第三并联电感(13)、第三并联电容(14)，第一串联电感(10)的一端接输入端口(5-1)，第一串联电感(10)的另一端接第二并联电容(11)的一端、第三并联电感(13)的一端和第三并联电容(14)的一端，第二并联电容(11)的另一端接第二并联电感(12)的一端，第二并联电感(12)的另一端通过接地过孔连接接地底板(3)，第三并联电感(13)的另一端与第三并联电容(14)的另一端连接后接输出端口第二信号接出端(5-3)。

作为优选，介质层(2)采用多级介质层，包括从下至上的第一介质层(2-1)、第二介质层(2-2)、第三介质层(2-3)、第四介质层(2-4)、第五介质层(2-5)、第六介质层(2-6)；金属层(1)包括从下至上的第一金属层(1-1)、第二金属层(1-2)、第三金属层(1-3)；第一金属层(1-1)位于第二介质层(2-2)、第三介质层(2-3)间，第二金属层(1-2)位于第三介质层(2-3)、第四介质层(2-4)间，第三金属层(1-3)位于第五介质层(2-5)、第六介质层(2-6)间；

作为优选，所述第一介质层(2-1)的材质采用GaAs、Si或玻璃等半导体。

作为优选，所述第四介质层(2-4)、第五介质层(2-5)采用氮化硅或碳氮化硅等材料。

作为优选，所述第二介质层(2-2)、第三介质层(2-3)、第六介质层(2-6)的采用氮化硅或BCB等材料。

作为优选，第一并联电感(7)、第一串联电感(10)、第二并联电感(12)、第三并联电感(13)采用螺旋电感；第三并联电感(13)和第三并联电容(14)并联接入电路，提高隔离度与电路Q值。

作为优选，所有的螺旋电感的形状不仅限于圆形，也可以是椭圆形、矩形、六边形、八边形等多边形；所有的平面电容不仅限于平行板结构，也可以是交指型、分形结构。

本实用新型的有益效果为：

1、采用IPD工艺的设计，用螺旋电感和平面电容结构代替传统的分立元件结构的电容电感，在提高双工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、采用电容电感并联接入低通通路的新型拓扑结构，提高整体电路的Q值和端口隔离度；

3、本实用新型可以通过改变螺旋电感和平面电容的个数、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为本实用新型实例的等效电路图；

图2(a)为本实用新型双工器结构示意图；

图2(b)为本实用新型双工器结构剖视图；

图3为本实用新型的接地焊盘示意图；

图4为本实用新型的电路拓扑结构示意图；

图5为本实用新型的S参数结果图；其中(a)为S31、S32、S33参数，(b)为S11、S22参数；

图6为本实用新型的隔离度结果图；

图中金属层1、第一金属层1-1、金属层1-2、金属层1-3、介质层2、第一介质层2-1、第二介质层2-2、第三介质层2-3、第四介质层2-4、第五介质层2-5、第六介质层2-6、接地底板3、第一接地焊盘4-1、第二接地焊盘4-2、第三接地焊盘4-3、第四接地焊盘4-4、第五接地焊盘4-5、输入端口5-1、输出端口第一信号接出端5-2、输出端口第二信号接出端5-3、第一串联电容6、第一并联电感7、第一并联电容8、第二串联电容9、第一串联电感10、第二并联电容11、第二并联电感12、第三并联电感13、第三并联电容14。

具体实施方式

为了更加清楚地说明本实用新型解决的问题、采用的技术方案和有益效果，下面结合图示说明本实用新型的具体实施方式，这里所描述的优选实施例子仅用于说明和解释本实用新型，并不用以限制本实用新型，凡是在本实用新型的精神和原则之内所做的修改、等同替换和改进等，均应在本实用新型的保护范围之内。

图1为本实用新型实例的等效电路图；图4中的第一串联电容6对应图1电路中的电容C1；第一并联电感7对应图1电路中的电感L1；第一并联电容8对应图1电路中的电容C3；第二串联电容9对应图1电路中的电容C2；第一串联电感10对应图1电路中的电感L2；第二并联电容11对应图1电路中的电容C4；第二并联电感12对应图1电路中的电感L4；第三并联电感13对应图1电路中的电感L5；第三并联电容14对应图1电路中的电容C6，输入端口5-1对应P1，输出端口第一信号接出端5-2、输出端口第二信号接出端5-3分别对应P2、P3。

图1等效电路的工作原理为：由电容C1、电感L1、电容C3、电容C2构成基本的高通通路，通过此谐振电路将端口P1输入的高频信号从端口P2输出，其中电感L1与电容C3串联在低边带形成零点；由电感L2、电感L4、电容C4、电感L5、电容C6构成基本的低通通路，通过此谐振电路将端口P1输入的低频信号从端口3输出，其中电感L4与电容C4串联在高边带形成零点。电感L5与电容C6构成的并联结构提高了两个通带的隔离度，减少了相互干扰，同时提高了电路的Q值。

如图2(a)、(b)所示，双工器主要结构包括金属层1(第一金属层1-1、金属层1-2、金属层1-3)、介质层2(第一介质层2-1、第二介质层2-2、第三介质层2-3、第四介质层2-4、第五介质层2-5、第六介质层2-6)、第一介质层2-1下表面的接地底板3、接地过孔、接地焊盘、主体电路、输入端口、输出端口。

如图3所示，第一接地焊盘4-1通过过孔穿过第一介质层2-1，与接地底板3相连；第二接地焊盘4-2通过过孔穿过第一介质层2-1，与接地底板3相连；第三接地焊盘4-3通过过孔穿过第一介质层2-1，与接地底板3相连；第四接地焊盘4-4通过过孔穿过第一介质层2-1，与接地底板3相连；第五接地焊盘4-5通过过孔穿过第一介质层2-1，与接地底板3相连。

如图4所示，输入端口5-1、输出端口第一信号接出端5-2、输出端口第二信号接出端5-3位于第三金属层1-3。高通带通路由第一串联电容6、第一并联电感7、第一并联电容8、第二串联电容9构成，且第二串联电容9的另一端通过微带线与输出端口第一信号接出端5-2相连；低通带通路由第一串联电感10、第二并联电容11、第二并联电感12、第三并联电感13、第三并联电容14构成，且第三并联电感13和第三并联电容14的一端通过微带线与输出端口第二信号接出端5-3相连。第一串联电容6、第一串联电感10的另一端通过微带线皆与输入端口5-1相连；第一并联电容8的另一端通过微带线与接地焊盘4-1相连；第二并联电感12的另一端通过微带线与接地焊盘4-3相连；第三并联电容14与第三并联电感13的另一端通过微带线与第一串联电感10相连。高频信号从输出端口第一信号接出端5-2输出，低频信号从输出端口第二信号接出端5-3输出。

如图5(a)-(b)所示，本实施例的双工器的低通通路插损较小，约为1.3dB，通带内的回波损耗为-20dB以下；高通通路插损较小，约为1.4dB，通带内的回波损耗约为-20dB以下；输入端口的回波损耗约为-25dB，其产生的反射很少。

如图6所示，两个通带的隔离度在-15dB以下，相互的干扰很小。

上述实施例并非是对于本实用新型的限制，本实用新型并非仅限于上述实施例，只要符合本实用新型要求，均属于本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.小型化高性能双工器，其特征在于包括：

介质层（2）；

金属层（1）；

接地底板（3），位于介质层（2）的下表面；

贯穿介质层（2）的接地过孔，用于连接金属层（1）和接地底板（3）；

主体电路；

输入输出端口；

其中，所述主体电路包括高通带通路、低通带通路；

所述高通带通路包括第一串联电容（6）、第一并联电感（7）、第一并联电容（8）、第二串联电容（9），第一串联电容（6）的一端接输入端口（5-1），第一串联电容（6）的另一端接第一并联电感（7）的一端、第二串联电容（9）的一端，第一并联电感（7）的另一端接第一并联电容（8）的一端，第一并联电容（8）的另一端通过接地过孔连接接地底板（3），第二串联电容（9）的另一端接输出端口第一信号接出端（5-2）；

所述低通带通路包括第一串联电感（10）、第二并联电容（11）、第二并联电感（12）、第三并联电感（13）、第三并联电容（14），第一串联电感（10）的一端接输入端口（5-1），第一串联电感（10）的另一端接第二并联电容（11）的一端、第三并联电感（13）的一端和第三并联电容（14）的一端，第二并联电容（11）的另一端接第二并联电感（12）的一端，第二并联电感（12）的另一端通过接地过孔连接接地底板（3），第三并联电感（13）的另一端与第三并联电容（14）的一端连接后接输出端口第二信号接出端（5-3）。

2.如权利要求1所述的小型化高性能双工器，其特征在于介质层（2）采用多级介质层，包括从下至上的第一介质层（2-1）、第二介质层（2-2）、第三介质层（2-3）、第四介质层（2-4）、第五介质层（2-5）、第六介质层（2-6）；金属层（1）包括从下至上的第一金属层（1-1）、第二金属层（1-2）、第三金属层（1-3）；第一金属层（1-1）位于第二介质层（2-2）、第三介质层（2-3）间，第二金属层（1-2）位于第三介质层（2-3）、第四介质层（2-4）间，第三金属层（1-3）位于第五介质层（2-5）、第六介质层（2-6）间。

3.如权利要求2所述的小型化高性能双工器，其特征在于所述第一介质层（2-1）的材质采用GaAs、Si或玻璃。

4.如权利要求2所述的小型化高性能双工器，其特征在于所述第四介质层（2-4）、第五介质层（2-5）采用氮化硅或碳氮化硅；所述第二介质层（2-2）、第三介质层（2-3）、第六介质层（2-6）的采用氮化硅或BCB。

5.如权利要求1所述的小型化高性能双工器，其特征在于第一并联电感（7）、第一串联电感（10）、第二并联电感（12）、第三并联电感（13）采用螺旋电感。

6.如权利要求1或5所述的小型化高性能双工器，其特征在于螺旋电感的形状包括且不仅限于圆形、椭圆形、矩形、六边形、八边形。

7.如权利要求1所述的小型化高性能双工器，其特征在于电容包括且不仅限于平行板结构，交指型结构或分形结构。

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