濾波器雙工器簡介

關(guān)于濾波器雙工器簡介第1頁，共41頁，2022年，5月20日，7點5分，星期五1.微波濾波器概述

◆微波濾波器是微波系統(tǒng)中重要元件之一，它是一種對頻率具有選擇性的二端口網(wǎng)絡(luò)，用來分離或者組合各種不同頻率信號的重要元件。主要作用是抑制不需要的信號,使其不能通過濾波器,只讓需要的信號通過。第2頁，共41頁，2022年，5月20日，7點5分，星期五◆微波濾波器的分類方法很多，根據(jù)通頻帶的不同，微波濾波器可分為低通、帶通、帶阻、高通濾波器；按濾波器的插入衰減地頻響特性可分為最平坦型和等波紋型；◆按材料分：基于分立電感(L)和電容(C)的集總元件濾波器、晶體濾波器、陶瓷濾波器、腔體濾波器、聲表面波(SAW)濾波器、體聲波(BAW)濾波器、薄膜體聲波諧振(FBAR)濾波器、微機電系統(tǒng)(MEMS)濾波器甚至有源的半導(dǎo)體可調(diào)濾波器。第3頁，共41頁，2022年，5月20日，7點5分，星期五◆從功能方面，濾波器一般分為：低通濾波器、帶通濾波器、高通濾波器、帶阻濾波器、延時濾波器等；◆對于帶通濾波器，其主要性能指標有：a）通帶頻率；b)插入損耗；c)回波損耗；d)通帶波紋;e)帶外抑制；f)功率容量。濾波器端口1端口2第4頁，共41頁，2022年，5月20日，7點5分，星期五◆從實現(xiàn)形式，微波濾波器主要有：微帶濾波器，波導(dǎo)腔體濾波器、介質(zhì)濾波器等。同軸腔體濾波器梳妝線濾波器第5頁，共41頁，2022年，5月20日，7點5分，星期五波導(dǎo)濾波器介質(zhì)濾波器第6頁，共41頁，2022年，5月20日，7點5分，星期五第7頁，共41頁，2022年，5月20日，7點5分，星期五2.濾波器理論基礎(chǔ)

最平坦型（Butterworth）:通帶內(nèi)插損和帶外抑制(-dB,圖中，k=0.3,1;N=5)第8頁，共41頁，2022年，5月20日，7點5分，星期五等波紋型（Chebyshev）通帶內(nèi)插損和帶外抑制(-dB,圖中，k=0.3,1;N=5)兩種響應(yīng)的比較第9頁，共41頁，2022年，5月20日，7點5分，星期五橢圓函數(shù)型（EllipticFunction）:橢圓函數(shù)濾波器:（N=6,ripple=0.5dB）第10頁，共41頁，2022年，5月20日，7點5分，星期五3.不同種類濾波器特點

◆集總元件或LC濾波器通常工作于頻率約3GHz以下的應(yīng)用。這些濾波器的尺寸取決于工作頻率和LC元件的尺寸?！籼沾蔀V波器是在很薄的陶瓷基板上制造的，使用分立型或集成式元件組成諧振電路。根據(jù)陶瓷基板的介電常數(shù)。陶瓷濾波器可以做得特別小，介電常數(shù)越高的材料可以做出越小的濾波器。使用批量生產(chǎn)方法可以使成本做得很低，也能把尺寸做小。陶瓷濾波器工作頻率受限于約6GHz，功率電平受限于約5W，但非常適合做成要求小尺寸的帶通和帶阻濾波器。第11頁，共41頁，2022年，5月20日，7點5分，星期五◆腔體濾波器可以處理高達約500W的功率電平，并具有突出的插損性能。腔體濾波器的工作頻率可以高達約30GHz。與LC和陶瓷濾波器相比，它們的體積較大，價格也較貴，因為它們一般是從鋁塊加工而成的?！袈菪綖V波器由一系列磁性耦合腔體組成，也屬于LC濾波器，同樣受限于僅通帶格式下的約3GHz頻率。雖然比傳統(tǒng)的LC濾波器具有更陡峭的響應(yīng)，但輸入功率受限于約5W。第12頁，共41頁，2022年，5月20日，7點5分，星期五◆SAW、BAW和FBAR濾波器采用半導(dǎo)體制造技術(shù)制造，使用光蝕刻工藝產(chǎn)生精細圖案，而MEMS濾波器采用這些工藝形成三維結(jié)構(gòu)。所有這些濾波器都可以小至2x2mm，雖然在電源處理能力方面有所限制。SAW、BAW和FBAR濾波器通常用于蜂窩通信手機，工作頻率最高約為3GHz。MEMS濾波器的工作頻率有可能做到18GHz以上?！鬴bar濾波器是filmbulkacousticresonator濾波器的簡稱，譯為薄膜腔聲諧振濾波器，基本結(jié)構(gòu)：第13頁，共41頁，2022年，5月20日，7點5分，星期五◆FBAR由Agilent(Avago前身）在1999年率先研發(fā)出來并在美國PCS頻段商用，F(xiàn)BAR具有體積小、工作頻率高、效率高、插入損耗低、帶外抑制大、高Q、大功率容量、低溫度系數(shù)以及良好的抗靜電沖擊能力和半導(dǎo)體工藝兼容性等優(yōu)點。利用FBAR技術(shù)可以制作濾波器、振蕩器、雙工器等多種高性能頻率器件。FBAR的主要應(yīng)用PCS,CDMA和W-CDMA，LTE用射頻濾波器，F(xiàn)BAR振蕩器等。在手機濾波器，雙工器，射頻前端及PGS接收前端模塊已大量使用。第14頁，共41頁，2022年，5月20日，7點5分，星期五4.FBAR和其它濾波器的對比

第15頁，共41頁，2022年，5月20日，7點5分，星期五第16頁，共41頁，2022年，5月20日，7點5分，星期五第17頁，共41頁，2022年，5月20日，7點5分，星期五第18頁，共41頁，2022年，5月20日，7點5分，星期五第19頁，共41頁，2022年，5月20日，7點5分，星期五第20頁，共41頁，2022年，5月20日，7點5分，星期五5.雙工器基本原理與相關(guān)指標●基本概念雙工器是異頻雙工電臺，中繼臺的主要配件，其作用是將發(fā)射和接收訊號相隔離，保證接收和發(fā)射都能同時正常工作.它是由兩組不同頻率的阻帶濾波器組成，避免本機發(fā)射信號傳輸?shù)浇邮諜C。一般雙工器由六個阻帶濾波器（陷波器）組成，各諧振于發(fā)射和接收頻率。接收端濾波器諧振于發(fā)射頻率，并防指發(fā)射功率串入接收機，發(fā)射端濾波器諧振于接收頻率。第21頁，共41頁，2022年，5月20日，7點5分，星期五●雙工器是由兩個濾波器組成的單元,是三端口網(wǎng)絡(luò)。超過三端口的多端口網(wǎng)絡(luò)為多工器。濾波器1端口1端口2濾波器2端口3第22頁，共41頁，2022年，5月20日，7點5分，星期五●雙工器的指標a工作頻率及帶寬b隔離度c插入損耗d頻率穩(wěn)定度e特性阻抗，最大輸入功率f駐波比g回波損耗第23頁，共41頁，2022年，5月20日，7點5分，星期五a、工作頻率及帶寬

雙工器的工作頻率范圍應(yīng)當不窄于應(yīng)用對象本身的工作頻率范圍。通常我們所說的帶寬，是指無線電話機配上雙工器后接收機的輸入帶寬和發(fā)射機的輸出帶寬。對于雙工器來講，即是兩個等效帶阻濾波器的阻帶帶寬，而不是取決于通帶帶寬。從其頻率響應(yīng)曲線上看，即是兩個阻帶在一定衰減量時的頻率范圍第24頁，共41頁，2022年，5月20日，7點5分，星期五b、隔離度隔離度雙工器的隔離度是指兩個等效帶阻濾波器的阻帶衰減量，除一些特定的場合外，一般雙工器的接收通道和發(fā)射通道中的阻帶的衰減量，也即雙工器的接收端和發(fā)射端至天線端的隔離度相當?shù)摹?/p>

c、插入損耗雙工器的插入損耗是指對應(yīng)于通道中，通帶頻點對有用信號的損耗?？捎霉剑海保埃蹋纾校?Ｐｏ或２０ＬｇＵｉ/Ｕｏ來表示。其中Ｐｉ、Ｕｉ表示進入雙工器的信號功率或電平；Ｐｏ、Ｕｏ表示從雙工器出來的信號功率或電平。第25頁，共41頁，2022年，5月20日，7點5分，星期五d、頻率穩(wěn)定度雙工器的頻率穩(wěn)定度應(yīng)包括兩個含義：一是本身結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，使其分布參數(shù)具有一定的穩(wěn)定度；二是其溫度穩(wěn)定性。e、特性阻抗、最大輸入功率最大輸入功率是一個雙工器所能承受的最大的輸入功率，是雙工器的一個使用安全性指標。無線電話機的天線輸入阻抗和發(fā)射機的輸出阻抗均為５０Ω，因而要求雙工器的阻抗也應(yīng)為５０Ω。第26頁，共41頁，2022年，5月20日，7點5分，星期五

f駐波比電壓駐波比：指駐波波腹電壓與波節(jié)電壓幅度之比，又稱為駐波系數(shù)、駐波比。駐波比等于1時，表示饋線和天線的阻抗完全匹配，此時高頻能量全部被天線輻射出去，沒有能量的反射損耗；駐波比為無窮大時，表示全反射，能量完全沒有輻射出去。終端負載阻抗ZL和特性阻抗Z0越接近，反射系數(shù)R越小，駐波比VSWR越接近于1，匹配也就好。VSWR=（1+|Γ|）/（1-|Γ|）；其中Γ=（Z-Z0）/（Z+Z0）VSWR：輸入輸出電壓駐波比Γ：反射系數(shù)Z：輸入或輸出端的實際阻抗Z0：需要的系統(tǒng)阻抗,一般為50ohm第27頁，共41頁，2022年，5月20日，7點5分，星期五g回波損耗回波損耗，又稱為反射損耗。是電纜鏈路由于阻抗不匹配所產(chǎn)生的反射，是一對線自身的反射。不匹配主要發(fā)生在連接器的地方，但也可能發(fā)生于電纜中特性阻抗發(fā)生變化的地方。回波損耗是傳輸線端口的反射波功率與入射波功率之比，以對數(shù)形式來表示，單位是dB：RL=-10lg[(反射功率)/(入射功率)]

=-20lg[(VSWR+1)/(VSWR-1)]例如，如果注入1mW(0dBm)功率給放大器其中10%被反射(反彈)回來，回波損耗就是10dB。0%反射即沒有反射的VSWR為1，對應(yīng)的RL約為40dB,在實際中是不可能的，所以VSWR要越小接近1越好。RL在10dB和40dB之間說明功率反射小于10%，RL小于10dB說明功率反射超過了10%.第28頁，共41頁，2022年，5月20日，7點5分，星期五6.微波濾波器雙工器廠家

Broadcom(Avago),Qorvo(RFMD+Triqunit)Skyworks,Murata,TDK(Epcos)第29頁，共41頁，2022年，5月20日，7點5分，星期五7.雙工器Layout注意事項

因為頻分復(fù)用FDD，TX/RX會同時運作，所以需要Duplexer來做Tx/Rx的隔離，來降低PA所產(chǎn)生的TXLeakage，對接收端的損害，如下圖:第30頁，共41頁，2022年，5月20日，7點5分，星期五倘若接收訊號被發(fā)射訊號干擾，甚至LNA因強大的發(fā)射訊號，而導(dǎo)致飽和的話，那么SensitivityAdjacentChannelSelectivityMaxinputpowerlevelBlocking都會有所劣化，甚至Fail。第31頁，共41頁，2022年，5月20日，7點5分，星期五也因此，Duplexer三方都要做好隔離，如下圖:而隔離的好壞，取決兩個因素:1.Duplexer本身的isolation2.Layout關(guān)于第一點，當然Duplexer有許多指標要看，例如Size,Cost,InsertionLoss,VSWR….等。但Isolation最是重要，若Isolation太差，那其他指標再好都沒意義。第32頁，共41頁，2022年，5月20日，7點5分，星期五而Layout的不好，又分走線耦合跟Pin耦合，以Murata的SAYRF1G95HQ0F0A來做說明:由上圖可看到，因為TxPin跟RxPin在相反方向，原則上走線耦合的機會不大，比較可能的是ANT走線耦合Rx走線,以及Tx走線耦合ANT走線:第33頁，共41頁，2022年，5月20日，7點5分，星期五因此走線時，要相互分開，以加強隔離度再來是Pin耦合，若Duplexer下方的GND挖空，那Pin之間沒有護城河保護，就會產(chǎn)生下圖的Pin耦合現(xiàn)象:第34頁，共41頁，2022年，5月20日，7點5分，星期五因為這些GNDPin若沒接地，基本上就只是金屬罷了，TxPin/AntPin會以耦合的方式去干擾RxPin。因此GNDPin要連起來特別注意的是，不要忽略那句”多打Via”第35頁，共41頁，2022年，5月20日，7點5分，星期五由上圖可知，GNDPin沒接地，基本上就只是金屬，若沒打Via，就算GNDPin連起來，ANTPin一樣可以透過耦合的方式去干擾RxPin，而且GNDVia要打越多越好，因為Via有等效電阻，Via打越多，等同于越多電阻并聯(lián)，而電阻是越并越小，換言之，Via越多，其阻抗就越低，那么Noise就越會流到MainGND，而不會去干擾RxPin。第36頁，共41頁，2022年，5月20日，7點5分，星期五所以Duplexer的Layout正確方式應(yīng)該如下圖:而且這樣的Layout，也可以加強散熱，因為Duplexer的頻率響應(yīng)，是會隨溫度而有所變動，如果離PA過近，散熱又不好，一旦高溫使其頻率響應(yīng)有所