濾波器雙工器簡(jiǎn)介

關(guān)于濾波器雙工器簡(jiǎn)介第一頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二1.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(duì)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(hào)的重要元件。主要作用是抑制不需要的信號(hào),使其不能通過濾波器,只讓需要的信號(hào)通過。第二頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二◆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(jī)電系統(tǒng)(MEMS)濾波器甚至有源的半導(dǎo)體可調(diào)濾波器。第三頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二◆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(shí)濾波器等；◆對(duì)于帶通濾波器，其主要性能指標(biāo)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第四頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二◆從實(shí)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五頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二波導(dǎo)濾波器介質(zhì)濾波器第六頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二第七頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二2.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)第八頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二等波紋型（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)的比較第九頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二橢圓函數(shù)型（EllipticFunction）:橢圓函數(shù)濾波器:（N=6,ripple=0.5dB）第十頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二3.不同種類濾波器特點(diǎn)

◆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。第十一頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二◆腔體濾波器可以處理高達(dá)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(dá)約30GHz。與LC和陶瓷濾波器相比，它們的體積較大，價(jià)格也較貴，因?yàn)樗鼈円话闶菑匿X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。第十二頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二◆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(xì)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(jī)，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。◆fbar濾波器是filmbulkacousticresonator濾波器的簡(jiǎn)稱，譯為薄膜腔聲諧振濾波器，基本結(jié)構(gòu)：第十三頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二◆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(diǎn)。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(jī)濾波器，雙工器，射頻前端及PGS接收前端模塊已大量使用。第十四頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二4.FBAR和其它濾波器的對(duì)比

第十五頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二第十六頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二第十七頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二第十八頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二第十九頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二第二十頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二5.雙工器基本原理與相關(guān)指標(biāo)●基本概念雙工器是異頻雙工電臺(tái)，中繼臺(tái)的主要配件，其作用是將發(fā)射和接收訊號(hào)相隔離，保證接收和發(fā)射都能同時(shí)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(jī)發(fā)射信號(hào)傳輸?shù)浇邮諜C(jī)。一般雙工器由六個(gè)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(jī)，發(fā)射端濾波器諧振于接收頻率。第二十一頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二●雙工器是由兩個(gè)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第二十二頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二●雙工器的指標(biāo)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回波損耗第二十三頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二a、工作頻率及帶寬

雙工器的工作頻率范圍應(yīng)當(dāng)不窄于應(yīng)用對(duì)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(jī)配上雙工器后接收機(jī)的輸入帶寬和發(fā)射機(jī)的輸出帶寬。對(duì)于雙工器來講，即是兩個(gè)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(gè)阻帶在一定衰減量時(shí)的頻率范圍第二十四頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二b、隔離度隔離度雙工器的隔離度是指兩個(gè)等效帶阻濾波器的阻帶衰減量，除一些特定的場(chǎng)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(dāng)?shù)摹?/p>

c、插入損耗雙工器的插入損耗是指對(duì)應(yīng)于通道中，通帶頻點(diǎn)對(duì)有用信號(hào)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(jìn)入雙工器的信號(hào)功率或電平；Ｐｏ、Ｕｏ表示從雙工器出來的信號(hào)功率或電平。第二十五頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二d、頻率穩(wěn)定度雙工器的頻率穩(wěn)定度應(yīng)包括兩個(gè)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(gè)雙工器所能承受的最大的輸入功率，是雙工器的一個(gè)使用安全性指標(biāo)。無線電話機(jī)的天線輸入阻抗和發(fā)射機(jī)的輸出阻抗均為５０Ω，因而要求雙工器的阻抗也應(yīng)為５０Ω。第二十六頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二

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(shí)，表示饋線和天線的阻抗完全匹配，此時(shí)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(shí)，表示全反射，能量完全沒有輻射出去。終端負(fù)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(shí)際阻抗Z0：需要的系統(tǒng)阻抗,一般為50ohm第二十七頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二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(duì)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(duì)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(duì)應(yīng)的RL約為40dB,在實(shí)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%.第二十八頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二6.微波濾波器雙工器廠家

Broadcom(Avago),Qorvo(RFMD+Triqunit)Skyworks,Murata,TDK(Epcos)第二十九頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二7.雙工器Layout注意事項(xiàng)

因?yàn)轭l分復(fù)用FDD，TX/RX會(huì)同時(shí)運(yùn)作，所以需要Duplexer來做Tx/Rx的隔離，來降低PA所產(chǎn)生的TXLeakage，對(duì)接收端的損害，如下圖:第三十頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二倘若接收訊號(hào)被發(fā)射訊號(hào)干擾，甚至LNA因強(qiáng)大的發(fā)射訊號(hào)，而導(dǎo)致飽和的話，那么SensitivityAdjacentChannelSelectivityMaxinputpowerlevelBlocking都會(huì)有所劣化，甚至Fail。第三十一頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二也因此，Duplexer三方都要做好隔離，如下圖:而隔離的好壞，取決兩個(gè)因素:1.Duplexer本身的isolation2.Layout關(guān)于第一點(diǎn)，當(dāng)然Duplexer有許多指標(biāo)要看，例如Size,Cost,InsertionLoss,VSWR….等。但I(xiàn)solation最是重要，若Isolation太差，那其他指標(biāo)再好都沒意義。第三十二頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二而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?yàn)門xPin跟RxPin在相反方向，原則上走線耦合的機(jī)會(huì)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:第三十三頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二因此走線時(shí)，要相互分開，以加強(qiáng)隔離度再來是Pin耦合，若Duplexer下方的GND挖空，那Pin之間沒有護(hù)城河保護(hù)，就會(huì)產(chǎn)生下圖的Pin耦合現(xiàn)象:第三十四頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二因?yàn)檫@些GNDPin若沒接地，基本上就只是金屬罷了，TxPin/AntPin會(huì)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”第三十五頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二由上圖可知，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?yàn)閂ia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(huì)流到MainGND，而不會(huì)去干擾RxPin。第三十六頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二所以Duplexer的Layout正確方式應(yīng)該如下圖:而且這樣的Layout，也可以加強(qiáng)散熱，因?yàn)镈uplexer的頻率響應(yīng)，是會(huì)隨溫度而有所變動(dòng)，如果離PA過近，散熱又不好，一旦高溫使其頻率響應(yīng)有所偏移，那么很可能主頻的功率，會(huì)大幅衰減。第三十七頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二尤其是像FBAR這種Outband砍比較深的，更會(huì)有這種現(xiàn)象。所以Duplexer的散熱，也是很重要的一個(gè)考慮第三十八頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期二另外，以AVAGO的ACMD-7612為例，中間的GNDPin直接連成一片金屬。而沒接地的金屬，就是輻射體[2-4]，前述Murata的Duplexer，其GNDPin比較小，或許還不是什么有效的輻射體，但AVAGO這顆，GNDPin整個(gè)連成一片，很可能會(huì)變有效的輻射體，因此TX訊