CN102255609A - 一种基于具有ltcc工艺的新型结构双工器 - Google Patents
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Abstract
一种应用于GSM/DCS频段并用LTCC技术实现的双工器。本发明包括：与公共端口相连接的高通滤波器；与公共端口相连接的低通滤波器。在公共端口与高通滤波器之间并联连接衰减低频成份的低频串联谐振器，并串接两个等值的电容器，其在高频通带内形成传输系数极大点；在公共端口与低通滤波器之间并联接入衰减高频成份的串联谐振器，并串联连接衰减更高频率分量的并联谐振器。
Description
技术领域
本产品涉及一种用于通信领域集总元件的双工器，特别是涉及一种采用多层LTCC技术进行加工的集总元件双工器。
背景技术
随着移动通信系统的不断发展和日益完善，对移动通信设备的要求也越来越高，不断的推动着移动电话系统向小型化、多模化(能同时兼容GSM900/DCS1800、PCS、IS-95以及3G系统)以及高性能化方向发展，从而推动着双工器向低成本、小型化、高频段的方向发展。
在移动通信系统中，无线信号的接收和发送都需要通过天线。如果给收信机和发信机各配给一个天线，不但增加了成本、体积，而且天线传递信号之间还会相互干扰。所以希望收发公用一副天线，这就需要用到双工技术。简单的说，双工器就是解决收发共用一副天线而又使其不相互影响的问题而设计的微波器件，它已成为通信系统中的重要构件之一。双工器具有三个端口，其作用是将工作于不同频段的信号分离开来，并将信号送入相应的连接端口中。而LTCC技术可将电阻、电感、电容埋在LTCC中，形成三维结构的双工器。这样可以大幅度缩小模块的体积，同时这种材料具有高可靠性，也就带来了设计上的灵活性。
经对现有技术的文献检索发现，中国专利1661912A提出了一种能够抑制分别沿高通滤波器侧及低通滤波器侧传送的多个频带信号损失的双工器集总原型，从其集总原型可以看出，专利中引入了四个谐振器和两个电容电感，这样造成了元件过多，这也就造成了在转换成实际可生产加工模型时，元件之间干扰过大，从而严重影响双工器的性能，同时这样过多的元件也不利于双工器的小型化，而且从随后给出的仿真结果可以看出，虽然双工器可以达到高隔离的要求，但是插入损耗相对比较大，这就造成这种集总原型在实际中无法真正得到广泛的应用，只能提供一种理论上的参考；此外，美国专利案0058063使用许多接地板以分隔电路元件，虽然这样做有效的阻隔了电路元件之间的互耦以及寄生效应，但是另一方面也加大了电路板面积，这对于小型化要求来说是无疑是无法达到要求的。
检索中还发现，A.Bruno Frazier等1995年在IEEE transactions onindustrial electronics第42卷中发表的小型化技术：过去，现在，和未来(TheMiniaturization Technologies：Past，Present，and Future)，论文很好的讲述了LTCC技术在小型化设备方面所具有的得天独厚的优势。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于GSM/DCS的小型化集总元件设计的双工器，并解决现有技术中存在的不足。本发明提出了一种独一无二结构的三维双工器装置，采用的谐振器结构可以在相对应的滤波器通带内产生传输零点，从而可以保证两个通带内信号互不影响，而其传输零点的引入减少了元件，改善了性能，简化了设计；传输系数最大点的引入改善了高通滤波器的通带特性；双工器采用LTCC技术实现，从而使双工器的三维设计更加灵活，结构更加紧凑，也易于与其射频前端模块相集成。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括高通滤波器和低通滤波器，所述的高通滤波器与低通滤波器相连接形成公共的天线端接口，高通滤波器和低通滤波器均采用集总元件，以实现双工器小型化低损耗的性能。
所述低通滤波器元件的水平配置平面与接地平面相平行，且两个谐振器平行排列，谐振器本身元件成一垂直方向搭建于接地平面上方，并由金属化过孔将各层之间以及元件本身相互连接起来。其中并联谐振器的电容元件配置在1和2层，电感元件配置在3-7层；串联谐振器的电感元件配置在1-3层，电容元件配置在5-7层。
所述高通滤波器元件的水平配置平面与接地平面相平行，且谐振器与两个电容器平行排列，谐振器本身元件成一垂直方向搭建于接地平面上方，并由金属化过孔将各层之间以及元件本身相互连接起来。其中串联谐振器的电感元件配置在1和2层，电容元件配置在3-7层；两个等值对称排列的电容元件配置在1-6层。
所述双工器的三个端口用以将该装置连接与天线及射频处理电路，天线所接受的混合信号输入至该双工器的中，低通滤波器将过滤掉高于其截止频率的高频部分，并在插入损耗相应图中形成传输零点，以抑制高频信号；同样，高通滤波器中也会过滤掉低于其截止频率的低频成分，高通滤波器除了在低通滤波器通带内形成传输零点以抑制低频成份以外，还将在高通滤波器通带内形成传输系数最大点，以改善高通滤波器的传输性能。
本发明好现有发明相比较：现有的采用集总元件实现的双工器，有些为了达到性能要求而采用了较多的元件，但是这样的实现也只是给了理论的实现结果，而未给出具体加工结果，事实上，这种多元件的双工器在具体实现起来是比较困难，所以这样的模型无法得到具体应用；或者是给出了集总模型，同时给出了实现过程，而且元件数量比较少，但是，这种双工器在具体实现时的性能表现一般，也就限制了其应用；又或者是为了达到降低元件之间的干扰而增加许多接地饭，这样做虽然改善了性能，但同时也增加了面积，从而制约了其小型化方面的发展。本发明的优势在于首先引入了传输零点和传输极大点，用较少的元件实现了较好的双工器性能；同时采用多层LTCC技术，使双工器可以在三维空间内灵活配置，从而使结构更加紧凑，达到实现小型化的目的；本发明的配置可在电路运作中大幅降低寄生电容效应，并且使寄生电容部分加诸于所配置电容器中，加入寄生电容部分的电容器的量值仍等于原始所设计的量值。
附图说明
图1是本发明的双工器集总原型电路
图2是本发明的按双工器集总原型设计的Layout图
图3是本发明低通滤波器Layout图
图4-7是本发明低通滤波器各元件的Layout图
图8是本发明高通滤波器Layout图
图9-11是本发明高通滤波器各元件的Layout图
图12是本发明低通滤波器与高通滤波器的典型频率响应
图13是本发明的传输特性曲线示意图并与实测结果进行比较
图14是本发明的隔离特性曲线示意图并与实测结果进行比较
其中：1-公共端口，2-高通滤波器输入端口，3-低通滤波器输入端口，4-高通滤波器中的串联谐振器，4a-电感元件，4b-电容元件，5、6-电容元件，7-低通滤波器中的并联谐振器，7a-电容元件，7b-电感元件，8-低通滤波器中的串联谐振器，8a-电感元件，8b-电容元件，9-低通滤波器电路原型，10-高通滤波器电路原型。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案的前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，图1为本实例的集总元件双工器原型示意图。双工器包含一低通滤波器9以及已高通滤波器10，两滤波器均连接于一公共端口1，以使输入的混合信号的高频成份与低频成份分开。低通滤波器9连接于公共端口1与低频输出端口3之间，其包含一个并联的谐振器7和一个串联谐振器8，7的谐振频率设计为比高频通带更高的频率上，8谐振器的谐振频率设计在高通滤波器10的通带内。高通滤波器10连接在公共端口1与高频输出端口2之间，高通滤波器10包含两个串联的电容器5和6，在此两电容之间并联一个串联谐振器4，该串联谐振器的谐振频率设计在低通滤波器9的通带内，此对称结构的高通滤波器10相当两个串联谐振器，谐振在高通滤波器10的通带内，行成传输极大点。
实例一：
图2所示是本实例根据图1所做的双工器Layout的结构示意图。其实例化的具体参数为：所用LTCC材料的相对介电常数为5.9，共七层介质，每层介质厚度为0.096mm，电介质损耗正切角为0.0015，金属材料为银，每层金属厚度为0.01mm，实现电感的所有线宽为0.15mm，所用方形焊盘宽度为0.235mm，金属化过孔直径为0.185mm，通孔均放置在焊盘的中央。由低通滤波器9引出的低通输出端口3的引线长度为0.673mm，宽度为0.235mm，低通滤波器9的电感元件7b采用五层顺时针螺旋方式实现，电容元件采用0.56mm*0.6mm的双层面板实现，电感元件8a采用三层逆时针螺旋电感方式实现，电容元件8b采用1.145mm*1.4mm的三层交指面板方式实现，为实现交指而挖去的矩形块为0.1mm*0.115mm；由高通滤波器10引出的高通输出端口2的引线长度为0.466mm，高通滤波器10的电感元件4a采用两层顺时针螺旋实现，4b电容采用1.65mm*1.52mm的五层交指面板方式实现，为实现内部交指除去的矩形块面积为0.385mm*0.39mm，电容元件5和6采用1.35mm*0.89mm的六层交指面板方式实现，为实现内部交指除去的矩形块面积为0.387mm*0.387mm；低通滤波器9与高通滤波器10之间端接的公共天线端口1距低频输出端的距离为0.115mm，水平距离为0.622mm，距高频输出口水平距离为0.625mm。
图12是图1中集总原型的低通滤波器与高通滤波器的典型频率响应图，由图中可以看到传输零点与传输极点对传输性能的改善。
图13是图1与图2中的插入损耗进行比较的结果，从中可以看出，两个结果吻合的相当好。
图14是图1与图2中的隔离特性进行比较的结果，从中可以看出，两个结果亦吻合的相当好。
根据测试结果可以看出，本实例的双工器不仅做到了小型化，具有较好的传输特性和隔离特性，而其容易集成到其它射频前端电路中。此外该双工器结构比较简单，所以加工比较容易，成本较低。
Claims (15)
1.一种使用集总元件方式并采用低温共烧陶瓷工艺(LTCC)实现的双工器，该双工器包括：低通滤波器(9)，高通滤波器(10)，并均连接到公共端口(1)。
2.根据权利要求1所述双工器，其特征在于，所述低通滤波器(9)包括一个并联谐振器(7)和一个串联谐振器(8)。其中，所述并联谐振器(7)串联在端口(1)和公共端口(3)之间；所述串联谐振器(8)与终端短路并联支路相接。
3.根据权利要求2所述双工器，其特征在于，所述串联谐振器(8)谐振在高通滤波器(10)通带内，而并联谐振器(7)谐振在比高通滤波器(10)通带更高的频率上；
4.根据权利要求1所述双工器，其特征在于，所述高通滤波器(10)采用对称结构，包括两个串联的等值电容元件(5)和(6)，以及一个串联谐振器(4)。其中所述串联谐振器(4)与终端短路并联支路相接。
5.根据权利要求4所述双工器，其特征在于，所述串联谐振器(4)谐振在低通滤波器(9)的中心频率处，高通滤波器(10)整体谐振在高通滤波器的通带内，从而达到传输系数最大值。
6.根据权利要求1所述双工器，其特征在于，所述双工器使用多层LTCC技术实现，元件均采用集总方式实现，并配置在不同LTCC层。
7.根据权利要求1所述双工器，其特征在于，所述低通滤波器(9)与高通滤波器(10)在LTCC中并列排列，所有元件占满七层。所有元器件以及层与层之间的连接均采用金属化过孔相连，连接处设置焊盘。
8.根据权利要求1所述双工器，其特征在于，所述低通滤波器(9)的并联谐振器电容(7a)配置在1和2层、电感(7b)配置在3-7层；串联谐振器(8)电感(8a)配置在1-3层、电容(8b)配置在5-7层，并与地面相接。
9.根据权利要求8所述双工器，其特征在于，所述电容板(7b)与并联谐振器(8)相连的端口与端口(3)相连，端口(3)配置在第一层，并联谐振器(7)的另一端口与公共端口(1)相连，公共端口配置在第二层。
10.根据权利要求1所述双工器，其特征在于，所述高通滤波器(10)的串联谐振器(4)的电感元件(4a)配置在1，2层，电容配置在3-7层并连接到地面；两个等值对称排列的电容器(5)和(6)配置在1-6层。
11.根据权利要求10所述双工器，其特征在于，所述电容器(5)与公共端口(1)相连接，电容器(6)与端口(2)相连接，端口(2)配置在第二层。
12.根据权利要求1所述集总元件双工器，其特征在于，所述电感采用多层螺旋电感方式实现。
13.根据权利要求1所述双工器，其特征在于，所述电容采用平板电容方式，且至少大于两层的交指电容方式实现。
14.根据权利要求1所述双工器，其特征在于，所述双工器接地平面成为集总元件双工器的第零层。
15.根据权利要求1所述双工器，其特征在于，所述所述双工器是适用于GSM/DCS通信系统的。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| DD01 | Delivery of document by public notice |
Addressee: Shanghai Jiaotai Information Technology Co., Ltd. Document name: Notification of before Expiration of Request of Examination as to Substance |
|
| DD01 | Delivery of document by public notice |
Addressee: Huang Jingang Document name: Notification that Application Deemed to be Withdrawn |
|
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20111123 |