CN217281150U - 异面三维集成双工器、通信装置及传感装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种异面三维集成双工器、通信装置及传感装置，异面三维集成双工器包括第一基板、第二基板、第一滤波电路以及第二滤波电路，所述第二基板与所述第一基板相互隔离；其中，所述第一滤波电路与所述第二滤波电路电性连接；所述第一滤波电路与所述第二滤波电路分别搭载在所述第一基板与所述第二基板相背离的表面，从而可以最大限度地提升由第一滤波电路为主体的信号通路与由第二滤波电路为主体的信号通路之间的隔离度；在保证双工器高性能的同时，有效减小双工器面积尺寸，有效实现了双工器的小型化。

Description

异面三维集成双工器、通信装置及传感装置

技术领域

本申请涉及微波无源器件领域，具体涉及一种异面三维集成双工器、通信装置及传感装置。

背景技术

双工器是一种较为特殊的双向三端滤波器，其既要耦合接收信号，同时要将较大的发射功率馈送到天线上，因而要求双工器能够将发射和接收讯号相隔离，保证接收和发射都能同时正常工作。基于微带电路的双工器，由于其易于集成的特性，被广泛应用于通信系统的射频前端电路中。双工器是由两组不同频率的带通滤波器组成，从而避免本机发射信号传输到接收机。常见的双工器由六个阻带滤波器组成，各谐振于发射和接收频率。接收端滤波器谐振于发射频率，并防止发射功率串入接收机；发射端滤波器谐振于接收频率。

双工器的主要性能指标包括插损、驻波比、隔离度和温漂等，其中隔离度是体现发射端信号对接收端信号干扰程度的重要指标。当上下行频段资源有限、间隔很近的情况下，收发端隔离度不符合要求会直接影响到设备的系统性能，严重情况下完全无法工作，影响到用户的无线通信。现有技术中通过在双工器中添加匹配电路的方式来达到提升隔离度的目的，但随着器件的小型化发展，上述提高隔离度的方法会造成双工器的体积变大，不符合小型化的设计要求。

实用新型内容

本申请提供一种异面三维集成双工器、通信装置及传感装置，以解决高性能双工器小型化的技术问题。

本申请提供一种异面三维集成双工器，包括第一基板、第二基板、第一滤波电路以及第二滤波电路，所述第二基板与所述第一基板相互隔离；其中，所述第一滤波电路与所述第二滤波电路电性连接；所述第一滤波电路与所述第二滤波电路分别搭载在所述第一基板与所述第二基板相背离的表面。

可选的，异面三维集成双工器还包括半绝缘的第三基板，所述第三基板包括位于其两表面的金属层；其中，所述第三基板位于所述第一基板与所述第二基板之间，两所述金属层分别贴合至所述第一基板与所述第二基板；所述第三基板内设置有类同轴结构，所述第一滤波电路通过所述类同轴结构与所述第二滤波电路电性连接。

可选的，所述第一滤波电路包括若干依次耦合的U型开路谐振器；所述第二滤波电路包括枝节型滤波器，所述枝节型滤波器包括若干传输线及若干开路枝节；所述传输线具有阻抗并依次串联，且每一所述开路枝节电连接至相邻两所述传输线的连接处；所述枝节型滤波器与所述U型开路谐振器相互隔离。

可选的，异面三维集成双工器还包括输入馈线、第一输出馈线以及第二输出馈线，输入馈线形成于所述第一基板或所述第二基板，并相应地电性连接至所述U型开路谐振器或者所述枝节型滤波器；所述第一基板和所述第二基板键合，并电连接至所述输入馈线；第一输出馈线形成于所述第一基板，并耦合至所述U型开路谐振器；第二输出馈线形成于所述第二基板，并电连接至所述传输线；其中，所述第一输出馈线与所述第二输出馈线同侧布置，并均与所述输入馈线相对设置。

可选的，所述第三基板包括至少两个金属化通孔，所述金属化通孔贯穿两所述金属层。

可选的，所述类同轴结构包括第一连通孔以及至少两个第二连通孔，第一连通孔贯穿所述第三基板及两所述金属层，并电性连接至所述第一滤波电路和所述第二滤波电路；第二连通孔贯穿所述第三基板及所述金属层，且所述第二连通孔环绕所述第一连通孔设置。

可选的，异面三维集成双工器还包括第一短路枝节、第二短路枝节、第一传输线以及第二传输线，第一短路枝节形成于所述第一基板，并耦合至所述第一滤波电路；第二短路枝节形成于所述第二基板，并电连接至所述第二滤波电路；第一传输线形成于所述第一基板，所述第一传输线的一端耦合至所述第一滤波电路，其另一端与所述第一短路枝节形成一连接点；第二传输线形成于所述第二基板，所述第二传输线的一端电连接至所述第二滤波电路，其另一端与所述第二短路枝节形成一连接点；其中，所述第一连通孔通过金丝键合分别电性连接至两所述连接点。

可选的，相邻的所述U型开路谐振器的开口相对设置；其中一所述U型开路谐振器的部分伸入至相邻的另一所述U型开路谐振器内；所述开路枝节呈L型设置，且所述开路枝节均位于所述传输线的同侧。

可选的，所述第一基板与所述第二基板上均形成有切角，使得所述金属层的部分外露。

相应的，本申请还提供一种通信装置，其包括异面三维集成双工器，所述异面三维集成双工器为上述任一项所述的异面三维集成双工器。

相应的，本申请还提供一种传感装置，其包括异面三维集成双工器，所述异面三维集成双工器为上述任一项所述的异面三维集成双工器。

本申请提供一种异面三维集成双工器、通信装置及传感装置，异面三维集成双工器的隔离基于第一基板与第二基板的相互隔离，第一滤波电路与第二滤波电路分别搭载在第一基板与第二基板远离相背离的表面，使得异面三维集成双工器在保证双工器高性能的同时，也实现了双工器的小型化。

同时，第一滤波电路是由多个U型开路谐振器耦合形成，第二滤波电路是由多阶的枝节型滤波器形成；第二滤波电路通过多传输零点的引入使得滤波器在其截止频率附近获得高阶滚降特性，从而实现第一滤波电路相对于第二滤波电路的隔离；第一滤波电路中通过U型开路谐振器的强耦合结构保证了滤波结构宽带特性与高频波段滤波器隔离性能的统一，从而实现第二滤波电路相对于第一滤波电路的隔离；利用枝节型滤波器与U型开路谐振器之间的相互隔离，从而可以最大限度地提升由第一滤波电路为主体的信号通路与由第二滤波电路为主体的信号通路之间的隔离度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请提供的异面三维集成双工器的架构示意图；

图2是本申请提供的异面三维集成双工器的仰视图；

图3是本申请提供的异面三维集成双工器的俯视图；

图4是本申请提供的异面三维集成双工器的爆炸视图；

图5是本申请提供的异面三维集成双工器的仿真性能图。

附图标记说明：

100、第一基板；110、第一输出馈线；120、第一短路枝节；200、U型开路谐振器；300、第二基板；310、输入馈线；320、第二输出馈线；330、第二短路枝节；400、枝节型滤波器；410、传输线；420、开路枝节；500、金属化通孔；510、第一传输线；520、第二传输线；600、第三基板；610、金属层；620、金属化通孔；710、第一连通孔；720、第二连通孔。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。此外，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本申请，并不用于限制本申请。在本申请中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上”、“下”、“左”、“右”通常是指装置实际使用或工作状态下的上、下、左和右，具体为附图中的图面方向。

本申请提供一种异面三维集成双工器、通信装置及传感装置，以下分别进行详细说明。需要说明的是，以下实施例的描述顺序不作为对本申请实施例优选顺序的限定。且在以下实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

请参阅图1-图4，本申请提供一种异面三维集成双工器，其由至少两组不同频率的滤波器组成，从而利用不同频带的通信系统进行信号的发送以及接收。异面三维集成双工器包括第一滤波电路和第二滤波电路，其中第一滤波电路的工作频率与第二滤波电路的工作频率不同，分别用于信号的接收和发射。第一滤波电路包括第一馈线和若干依次耦合的U型开路谐振器200，本申请中第一馈线的电长度可以为四分之一波长，并耦合至U型开路谐振器200，其中，第一馈线为电长度为四分之一波长的开路线，上述波长为带通滤波器中心频率的波导波长，利用与U型开路谐振器200耦合的第一馈线可以实现异面三维集成双工器的隔离。

U型开路谐振器200为采用半波长的微带线结构的谐振器，全部的U型开路谐振器200沿直线依次排布耦合为高频Ka波段的带通滤波结构，即形成基于耦合馈电方式的新型7阶Hairpin BPF架构，该架构的第一个U型开路谐振器200和第二个U型开路谐振器200，以及第六个U型开路谐振器200和第七个U型开路谐振器200均通过第一馈线(类交指1/2波长)的强耦合结构，从而保证了滤波结构的宽带特性与高频Ka波段滤波器(隔离)性能的统一。

带通滤波响应由多个U型开路谐振器200构成，其中U型开路谐振器200的形状以及数量可以根据实际设计需要进行调整，本申请中U型开路谐振器200呈U型设置，定义上述U型开路谐振器200由两条纵向微带以及一横向微带组成，两纵向微带平行设置，横向微带的两端分别垂直连接至两纵向微带的端部，组成U型。相邻的两U型开路谐振器200的开口相对设置，并且纵向微带相互靠近，使得相邻的U型开路谐振器200交叉或者并列，以利用U型开路谐振器200耦合形成带通响应，同时通过合理排布U型开路谐振器200可以减小第一滤波电路的占用空间，实现异面三维集成双工器的小型化设计。同时以在通带的左侧实现一个传输零点，增加了对Ka波段的选择性。

第二滤波电路包括枝节型滤波器400，上述枝节型滤波器400包括若干传输线410和若干开路枝节420；其中，传输线410具有一定的阻抗，并沿一直线方向依次串联设置，本申请中传输线410的串联方向与前述多个U型开路谐振器200的排布方向基本一致；开路枝节420沿传输线410的设置方向任意排布，并且全部的开路枝节420的一端均电连接至相邻两传输线410的连接处。本申请中利用枝节型滤波器400构成低通滤波响应，其中枝节型滤波器400的阶数(也就是开路枝节420的数量)、开路枝节420的物理尺寸(包括开路枝节420的长度和宽度)均可以根据实际设计需要进行调整，本实施例中枝节型滤波器400为五阶，开路枝节420呈L型设置，并且沿传输线410的延伸方向依次排布；更优选的，开路枝节420均电连接至传输线410的同侧，可以更加合理地排布枝节型滤波器400，以便于实现双工器的小型化。更具体的，相邻的两开路枝节420的游离端朝向同一方向设置，剩余的相邻的开路枝节420的游离端朝向另一相对的方向设置；同时根据具体的隔离要求，各个开路枝节420的宽度和长度可以不一致。

传输线410沿一直线方向设置并形成低频K波段的低通滤波结构，上述低通滤波结构则采用基于开路枝节加载的7阶LPF架构，该架构能通过多传输零点的引入使得滤波器在其截止频率附近获得高阶滚降特性，以保证双工器低频K波段对高频Ka波段的高隔离性能。

第二滤波电路的低通滤波结构的作用是使射频信号在低频K波段通过，在高频Ka波段抑制；第一滤波电路的高频Ka波段滤波结构的作用是使射频信号在高频Ka波段通过，在低频K波段抑制。本申请中异面三维集成双工器包括带通响应通道和低通响应通道，其中带通响应通道是由多个U型开路谐振器200耦合形成的高频Ka波段通路滤波结构，低通响应通道是由多阶的枝节型滤波器400形成的低频K波段通路滤波结构。对于低通响应通道中的枝节型滤波器400在带通响应通道中相当于开路，实现第二滤波电路相对于第一滤波电路的隔离。

第二滤波电路通过多传输零点的引入使得滤波器在其截止频率附近获得高阶滚降特性，以保证双工器低频K波段对高频Ka波段的高隔离性能，从而实现第一滤波电路相对于第二滤波电路的隔离。同理的，第一滤波电路中通过第一馈线与U型开路谐振器200的强耦合结构保证了滤波结构宽带特性与高频Ka波段滤波器(隔离)性能的统一，从而实现第二滤波电路相对于第一滤波电路的隔离。本申请中利用枝节型滤波器400与U型开路谐振器200的结构实现第一滤波电路与第二滤波电路之间的相互隔离，从而可以最大限度地提升发送信号与接收信号之间的隔离度；同时使得异面三维集成双工器无需额外的隔离网络，就可以实现高隔离的效果，同时也实现了异面三维集成双工器的小型化。

异面三维集成双工器还包括相互隔离的第一基板100和第二基板300；其中第一滤波电路与第二滤波电路分别搭载在第一基板100与第二基板300远离相背离的表面，即第一滤波电路位于第一基板100远离第二基板300的表面上，第二滤波电路位于第二基板300远离第一基板100的表面上。利用隔离的第一基板100与第二基板300保证第一滤波电路和第二滤波电路的隔离，以实现异面三维集成双工器的多层结构设计，从而可以进一步减小异面三维集成双工器的尺寸，实现结构的小型化。

相较于现有技术中平面双工器，本申请中第一滤波电路与第二滤波电路分别搭载在第一基板100与第二基板300远离相背离的表面，实现双工器匹配网络的三维堆叠结构，从而实现整个双工器的三维集成。该三维集成结构能够在大幅减小双工器面积尺寸的同时，有效减小了双工器各频段通路的空间寄生耦合，进一步提高了双工器各通路的隔离度。

进一步的，第一基板100与第二基板300上均形成有切角，使得第三基板600上金属层610的部分外露，利用上述切角使得双工器的金属层610的一部分裸露在外，用以与组件金属支撑壳体接触，保证双工器在组件中的固定(悬置)。避免连通孔610减弱第一基板100与第二基板300的绝缘效果，确保带通响应通道和低通响应通道的隔离效果。

进一步的，异面三维集成双工器还包括输入馈线310、第一输出馈线110和第二输出馈线320，其中输入馈线310形成于第一基板100的表面，并且耦合至U型开路谐振器200，具体的方案图中未示出；或者输入馈线310形成于第二基板300的表面，并且电连接至传输线410，本申请中输入馈线310是通过下述的第二输出馈线320电连接至传输线410。第一基板100和第二基板300通过金丝键合，并且该键合处电连接至输入馈线310。第一输出馈线110形成于第一基板100的表面，并且耦合至U型开路谐振器200；第二输出馈线320形成于第二基板300的表面，并且电连接至传输线410；本申请中第一输出馈线110与第二输出馈线320同侧布置，并均与输入馈线310相对设置。本申请中第一基板100与第二基板300通过金丝键合，利用电连接至键合处的输入馈线310可以馈电给U型开路谐振器200和枝节型滤波器400，由于第一输出馈线110和第二输出馈线320分别位于第一基板100和第二基板300的端部，使得异面三维集成双工器的带通信号和低通信号可以异面传输，因而可以更加充分地利用基板，实现集成化设计。

本实施例中输入馈线310设置在第二基板300的表面，并且电连接至传输线410的一端，第二输出馈线320设置在第二基板300另一相对的端部，并电连接至传输线410的另一端，因而输入馈线310和第二输出馈线320分别电连接至传输线410的两端，使得经第二滤波电路处理后的低通信号传输至第二输出馈线320。第一输出馈线110的一端电连接至输入馈线310，另一端耦合至U型开路谐振器200，从而将输入馈线310的信号传输至第一滤波电路；第一输出馈线110位于第一滤波电路的另一端，从而使得经第一滤波电路处理后的带通信号传输至第一输出馈线110。

进一步的，第一基板100与第二基板300间设置有半绝缘的第三基板600，并且半绝缘的第三基板600的上表面和下表面分别设置有金属层610。当第一基板100和第二基板300分别固定至第三基板600的相对表面时，两金属层610分别贴合至所述第一基板100与所述第二基板300，可以视为第一滤波电路和第二滤波电路直接接地。确保第一滤波电路的带通信号和第二滤波电路的低通信号保持良好的隔离度，使得异面三维集成双工器具有稳定的工作性能。

该双工器的第一滤波电路(高频Ka波段通路滤波器)与第二滤波电路(低频K波段通路滤波器)分别置于第三基板600(本申请中为接地板)两侧，将类同轴结构嵌入在第三基板600中，使得第一滤波电路与第二滤波电路电性连接。

异面三维集成双工器还包括匹配网络，上述匹配网络包括第一短路枝节120、第二短路枝节330、第一传输线510和第二传输线520。

上述类同轴结构包括第一连通孔710和至少两个第二连通孔720，第一连通孔710贯穿第三基板600及两金属层610，同时第一连通孔710电性连接至第一短路枝节330和第二短路枝节120，为了保证信号更好的垂直传输，需要保证第一连通孔710与两金属层610分离开，第二连通孔720贯穿隔板600及金属层610，并且全部的第二连通孔720环绕第一连通孔710设置，环绕的直径大小影响着阻抗匹配情况，同时第二连通孔720相当于屏蔽环，减少信号在传输过程中的泄露。

通过金丝键合的第一传输线510与第二传输线520，以及类同轴垂直转换结构的互连通路实现双工器匹配网络的三维堆叠结构，从而实现整个双工器的三维集成。此外，上下两侧的第一基板100和第二基板300用以实现高频Ka波段的BPF和低频K波段的LPF以及大部分匹配网络，位于中间的第三基板600(本申请中为Rogers 4350基板)则用于实现匹配网络中的垂直过渡结构，同时第一基板100和第二基板300的信号互连则通过金丝键合实现。

此外，第三基板600包括至少两个金属化通孔620，上述金属化通孔620贯穿两金属层620，加强第一基板100与第二基板300之间的共地效果，保证了所述第一滤波电路与所述第二滤波电路的接地处于同等电势。

从图5中可以看出，该双工器的S参数仿真结果，第一个通带的频段为低频K波段，此通带的回波损耗为10dB，与高频Ka波段的隔离度为45dB；第二个通带的频段为高频Ka波段，此通带的回波损耗为14dB，与低频K波段的隔离度为40dB。

进一步的，异面三维集成双工器还包括匹配网络，上述匹配网络包括第一短路枝节120、第二短路枝节330、第一传输线510和第二传输线520，其中，第一短路枝节120形成于第一基板100，并耦合至U型开路谐振器200。第二短路枝节330形成于第二基板300，并电连接至输入馈线310与传输线410。第一传输线510形成于第一基板100的表面，并且耦合至U型开路谐振器200；第一传输线510与第一短路枝节120形成一连接点。第二传输线520形成于第二基板300的表面，第二传输线520的两端分别电连接至输入馈线310与传输线410；第二传输线520与第二短路枝节330形成一连接点。第一连通孔通过金丝键合分别电性连接至两连接点，以使得第一滤波电路与第二滤波电路之间的信号相连通。

本申请通过采用了基于第一短路枝节120型高频通路滤波结构，以及基于第二短路枝节330型低频通路滤波结构，使得共同加载的匹配网络很好地实现了滤波器在各自频带的良好匹配以及相互之间的隔离，避免了处于同一架构的低通滤波结构和高频Ka波段滤波结构相互干扰，使得第一滤波电路与第二滤波电路隔离。

第一连通孔710通过金丝键合分别电性连接至两连接点，以便于输入馈线310的信号传输至第一滤波电路和第二滤波电路；同时可以更加合理地排布馈线和谐振器的位置，以实现异面三维集成双工器的小型化设计。

在本申请另一些实施例中还公开了一种通信装置，其包括一种异面三维集成双工器，并且上述异面三维集成双工器即为具体实施方式中公开的异面三维集成双工器。

在本申请另一些实施例中还公开了一种传感装置，其包括一种异面三维集成双工器，并且上述异面三维集成双工器即为具体实施方式中公开的异面三维集成双工器。

以上对本申请提供一种异面三维集成双工器、通信装置及传感装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (11)

1.一种异面三维集成双工器，其特征在于，包括：

第一基板；

第二基板，其与所述第一基板相互隔离；

第一滤波电路以及第二滤波电路；

其中，所述第一滤波电路与所述第二滤波电路电性连接；所述第一滤波电路与所述第二滤波电路分别搭载在所述第一基板与所述第二基板相背离的表面。

2.根据权利要求1所述的异面三维集成双工器，其特征在于，还包括：

半绝缘的第三基板，其包括位于其两表面的金属层；

其中，所述第三基板位于所述第一基板与所述第二基板之间，两所述金属层分别贴合至所述第一基板与所述第二基板；所述第三基板内设置有类同轴结构，所述第一滤波电路通过所述类同轴结构与所述第二滤波电路电性连接。

3.根据权利要求1所述的异面三维集成双工器，其特征在于，

所述第一滤波电路包括若干依次耦合的U型开路谐振器；

所述第二滤波电路包括枝节型滤波器，所述枝节型滤波器包括若干传输线及若干开路枝节；所述传输线具有阻抗并依次串联，且每一所述开路枝节电连接至相邻两所述传输线的连接处；

所述枝节型滤波器与所述U型开路谐振器相互隔离。

4.根据权利要求3所述的异面三维集成双工器，其特征在于，还包括：

输入馈线，其形成于所述第一基板或所述第二基板，并相应地电性连接至所述U型开路谐振器或者所述枝节型滤波器；所述第一基板通过金丝键合所述第二基板，并电连接至所述输入馈线；

第一输出馈线，其形成于所述第一基板，并耦合至所述U型开路谐振器；以及

第二输出馈线，其形成于所述第二基板，并电连接至所述传输线；

其中，所述第一输出馈线与所述第二输出馈线同侧布置，并均与所述输入馈线相对设置。

5.根据权利要求2所述的异面三维集成双工器，其特征在于，

所述第三基板包括至少两个金属化通孔，所述金属化通孔贯穿两所述金属层。

6.根据权利要求2所述的异面三维集成双工器，其特征在于，所述类同轴结构包括：

第一连通孔，其贯穿所述第三基板及两所述金属层，并电性连接至所述第一滤波电路和所述第二滤波电路；以及

至少两个第二连通孔，其贯穿所述第三基板及所述金属层，且所述第二连通孔环绕所述第一连通孔设置。

7.根据权利要求6所述的异面三维集成双工器，其特征在于，还包括：

第一短路枝节，其形成于所述第一基板，并耦合至所述第一滤波电路；

第二短路枝节，其形成于所述第二基板，并电连接至所述第二滤波电路；

第一传输线，其形成于所述第一基板，所述第一传输线的一端耦合至所述第一滤波电路，其另一端与所述第一短路枝节形成一连接点；以及

第二传输线，其形成于所述第二基板，所述第二传输线的一端电连接至所述第二滤波电路，其另一端与所述第二短路枝节形成一连接点；

其中，所述第一连通孔通过金丝键合分别电性连接至两所述连接点。

8.根据权利要求3所述的异面三维集成双工器，其特征在于，相邻的所述U型开路谐振器的开口相对设置；其中一所述U型开路谐振器的部分伸入至相邻的另一所述U型开路谐振器内；

所述开路枝节呈L型设置，且所述开路枝节均位于所述传输线的同侧。

9.根据权利要求2所述的异面三维集成双工器，其特征在于，所述第一基板与所述第二基板上均形成有切角，使得所述金属层的部分外露。

10.一种通信装置，其特征在于，包括权利要求1－9中任一项所述的异面三维集成双工器。

11.一种传感装置，其特征在于，包括权利要求1－9中任一项所述的异面三维集成双工器。

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