CN102420686B - 一种频分双工器及移动终端 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种频分双工器，包括：接收通路及发射通路，发射通路采用低通滤波器或带限滤波器。此外，还提供了一种移动终端，包括：无线收发机、发射声表面滤波器、功率放大器、频分双工器及天线；无线收发机，用于接收或发送信号，一端与发射声表面滤波器的输入端连接，另一端与频分双工器的接收端连接；发射声表面滤波器，用于选择发射频率，输出端与功率放大器的输入端相连；功率放大器，输出端与频分双工器的发射端连接；频分双工器，包括接收通路及发射通路，发射通路采用低通滤波器或带限滤波器，外接端与天线相连。通过上述方式，本发明能够有效降低双工器的***损耗，减少移动终端的发热量。
Description
技术领域
本发明涉及通讯领域，特别是涉及一种频分双工器及移动终端。
背景技术
现今的移动终端通常采用收发通路同时工作的模式，为了实现该工作模式，双工器是必不可少的设备。它通常由两组或者更多不同频率的带通滤波器组成，对接收信号及发射信号进行隔离，避免移动终端的发射信号传输到接收机。但是，现今技术水平下的双工器的***损耗非常大，其原因有：
(1)若移动终端的发射频率在1850MHz-1910MHz之间，而接收频率在1930MHz-1990MHz之间，因而，带通滤波器的参数需为中心频率1950MHz，过渡带20MHz。这样的带阻滤波器不仅实现起来非常困难，而且，***损耗也非常大。如WCDMA使用的，频段为1900MHz的双工器，其***损耗在2.5dB以上。
(2)在收发通路同时工作的模式下，接收通路要求信号在极其微弱的信号下也能工作，其典型值为-110dBm；而发射通路则要求发射功率尽可能地提高，以确保其它移动终端的接收效果，其典型值为28dB。而且，移动终端工作在非线性环境下，高达28dB的发射功率必然导致很强的杂散干扰，如果这些杂散干扰直接馈入接收通路，轻则影响接收通路的灵敏度，重则直接淹没接收信号。例如，在28dB的发射功率下，发射通路将输出-132dBm/Hz的噪声，而接收通路要求的输入噪声必须低于-173dBm/Hz，因此，典型的双工器必须提供41dB的隔离度，因而导致双工器的***损耗非常大。
如此之大***损耗将会导致如下的问题：
(1)为了确保发射通路输出足够的功率，双工器前一级的放大器必须提高输出功率，因而导致移动终端的耗电量增加，加重了移动终端电池的负荷。
(2)放大器的输出功率提高必然会导致发热量的增加。移动终端的发热会影响到电池的使用安全及用户的使用体验。
(3)放大器的输出功率提高也就是提高了放大器的技术指标，技术指标的提高必要导致成本的提高。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种频分双工器，能够有效降低双工器的***损耗。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种频分双工器，包括：接收通路及发射通路，所述发射通路采用低通滤波器，所述低通滤波器是电容电感滤波器，所述电容电感滤波器包括五组LC∏型滤波电路，所述LC∏型滤波电路包括第一电容、电感及第二电容，所述第一电容一端接地端，另一端与电感一端相连，电感的另一端与第二电容的一端相连，第二电容的另一端接地端，且第一组LC∏型滤波电路与第二组LC∏型滤波电路共用第一组LC∏型滤波电路的第二电容，第二组LC∏型滤波电路与第三组LC∏型滤波电路共用第二组LC∏型滤波电路的第二电容，依次类推，第一组的LC∏型滤波电路的第一电容的值为4.2pF，电感的值为4.1nH，第二电容的值为4.3pF；第二组的LC∏型滤波电路的电感的值为6.2nH，第二电容的值为4.3pF；第三组的LC∏型滤波电路的电感的值为6.2nH，第二电容的值为4.3pF；第四组的LC∏型滤波电路的电感的值为5.6nH，第二电容的值为4.3pF；第五组的LC∏型滤波电路的电感的值为5.6nH，第二电容的值为4.3pF；第六组的LC∏型滤波电路的电感的值为5.1nH，第二电容的值为3.3pF。
其中，包括：无线收发机、发射声表面滤波器、功率放大器、频分双工器及天线；无线收发机，用于接收或发送信号，一端与所述发射声表面滤波器的输入端连接，另一端与所述频分双工器的接收端连接；发射声表面滤波器，用于选择发射频率，输出端与所述功率放大器的输入端相连；功率放大器，输出端与所述频分双工器的发射端连接；频分双工器，包括接收通路及发射通路，所述发射通路采用低通滤波器，外接端与所述天线相连，其中，所述低通滤波器是电容电感滤波器，所述电容电感滤波器包括多组LC∏型滤波电路，所述LC∏型滤波电路包括第一电容、电感及第二电容，所述第一电容一端接地端，另一端与电感的一端相连，电感的另一端与第二电容的一端相连，第二电容的另一端接地端，且第一组LC∏型滤波电路与第二组LC∏型滤波电路共用第一组LC∏型滤波电路的第二电容，第二组LC∏型滤波电路与第三组LC∏型滤波电路共用第二组LC∏型滤波电路的第二电容，依次类推，第一组的LC∏型滤波电路的第一电容的值为4.2pF，电感的值为4.1nH，第二电容的值为4.3pF；第二组的LC∏型滤波电路的电感的值为6.2nH，第二电容的值为4.3pF；第三组的LC∏型滤波电路的电感的值为6.2nH，第二电容的值为4.3pF；第四组的LC∏型滤波电路的电感的值为5.6nH，第二电容的值为4.3pF；第五组的LC∏型滤波电路的电感的值为5.6nH，第二电容的值为4.3pF；第六组的LC∏型滤波电路的电感的值为5.1nH，第二电容的值为3.3pF；所述接收通路的接收频段噪声水平是-173dBm/Hz；所述接收频段的抑制度在20dB以下；所述无线收发机在频段1、4、5、8的最大输出功率为6.5dBm，最小输出功率为-76dBm，接收频段噪声为-140dBm/Hz，在频段2的最大输出功率为7dBm，最小输出功率为-76dBm，接收频段噪声为-139dBm/Hz；所述发射声表面滤波器在各个频段的***损耗均为2.5dB，接收频段衰减均为30dB；所述功率放大器在各个频段的发射频段放大增益均为24dB，接收带内放大增益均为18dB，总输出接收频段噪声为-151dBm/Hz；所述频分双工器在频段1、4、5、8的***损耗为0.5dB，在频段2的***损耗为1dB，在各个频段的对接收频段的噪声衰减均为20dB，输出接收频段噪声为-173.5dBm/Hz。
其中，所述终端还包括：匹配网络器，用于实现无线收发机与天线之间的阻抗匹配，一端与频分双工器的输出端连接，另一端与天线连接。
本发明的有益效果是：区别于现有技术双工器的***损耗非常大的情况，本发明提供一种频分双工的双工器，其发射通路采用低***损耗的低通滤波器或带限滤波器取代了原来高***损耗的带阻滤波器，并根据接收通路的接收频段噪声水平及接收频段的抑制度重新确定了各个部件的参数，进而有效降低双工器的***损耗，减少移动终端的发热量。
附图说明
图1是本发明频分双工器一实施例的电路图；
图2是本发明频分双工器***损耗特性曲线图；
图3是本发明移动终端一实施例的结构示意图；
图4是本发明移动终端另一实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
双工器是移动终端中必不可少的设备，双工器通过划分两个不同的频率区间，使得接收通路及发射通路工作在不同的频率区间，就可以轻易的将接收信息和发送信息区分出来。但现今的双工器通常采用带阻滤波器来实现。受移动终端的工作频率的限制，该带阻滤波器的过渡带只能为20MHz，且必须提供高达41dB的隔离度，因而导致双工器的***损耗非常大。
为了解决上述问题，本发明提供了一种频分双工器，包括接收通路及发射通路。且发射通路采用低***损耗的低通滤波器或带限滤波器来替代高***损耗的带阻滤波器。
如图1所示的是一种电容电感滤波器，是低通滤波器中的一种。
LC∏型滤波电路包括第一电容、电感及第二电容，第一电容一端接地端，另一端与电感一端相连，电感的另一端与第二电容的一端相连，第二电容的另一端接地端。
电容电感滤波器包括多组LC∏型滤波电路，且第一组LC∏型滤波电路与第二组LC∏型滤波电路共用第一组LC∏型滤波电路的第二电容，第二组LC∏型滤波电路与第三组LC∏型滤波电路共用第二组LC∏型滤波电路的第二电容，依次类推。电容电感的值不同时，滤波的特性曲线也不相同。在本实施例中，第一组的LC∏型滤波电路的第一电容的值为4.2pF，电感的值为4.1nH，第二电容的值为4.3pF。第二组的LC∏型滤波电路的电感的值为6.2nH，第二电容的值为4.3pF。第三组的LC∏型滤波电路的电感的值为6.2nH，第二电容的值为4.3pF。第四组的LC∏型滤波电路的电感的值为5.6nH，第二电容的值为4.3pF。第五组的LC∏型滤波电路的电感的值为5.6nH，第二电容的值为4.3pF。第六组的LC∏型滤波电路的电感的值为5.1nH，第二电容的值为3.3pF。
以第一组LC∏型滤波电路的第一电容与电感的连接端作为输入，第六组LC∏型滤波电路的第二电容与电感的连接端作为输出，通过仿真技术可以得到电容电感滤波器***损耗特性曲线，如图2所示，可得出改电容电感滤波器***损耗最大值为0.3dB，远低于普通使用带阻滤波器的双工器的典型***损耗值2.5dB。
区别于现有技术双工器的***损耗非常大的情况，本发明提供一种频分双工器，其发射通路采用低***损耗的低通滤波器或带限滤波器取代了原来高***损耗的带阻滤波器，进而有效降低双工器的***损耗。
本发明还提供了一种移动终端，如图3所示，包括：无线收发机110、发射声表面滤波器120、功率放大器130、频分双工器140、网络匹配器150及天线160。
无线收发机110用于接收或发送信号，一端与发射声表面滤波器120的输入端连接，另一端与频分双工器140的接收端连接。
发射声表面滤波器120输出端与功率放大器130的输入端相连。通过输入换能器将输入电信号转换成声信号，声信号沿压电基片表面传播，并在输出换能器被转换成电信号，通过选择适当的基片材料，并对两个换能器进行加权，进而实现频率选择功能。通过发射声表面滤波器120的选择作用，可以使发射信号限定在特定的频率上，而且过滤非工作频率上的干扰信号。
功率放大器130输出端与频分双工器140的发射端连接。发射信号经过功率放大器的放大作用后，获得足够的功率通过天线160发送到空间中，以尽可能地被下一个接收端，如基站、移动终端所接收。
频分双工器140包括接收通路及发射通路。且发射通路采用低***损耗的低通滤波器或带限滤波器来替代高***损耗的带阻滤波器。
如图1所示的是一种电容电感滤波器，是低通滤波器中的一种。
LC∏型滤波电路包括第一电容、电感及第二电容，第一电容一端接地端，另一端与电感一端相连，电感的另一端与第二电容的一端相连，第二电容的另一端接地端。
电容电感滤波器包括多组LC∏型滤波电路，且第一组LC∏型滤波电路与第二组LC∏型滤波电路共用第一组LC∏型滤波电路的第二电容，第二组LC∏型滤波电路与第三组LC∏型滤波电路共用第二组LC∏型滤波电路的第二电容，依次类推。电容电感的值不同时，滤波的特性曲线也不相同。在本实施例中，第一组的LC∏型滤波电路的第一电容的值为4.2pF，电感的值为4.1nH，第二电容的值为4.3pF。第二组的LC∏型滤波电路的电感的值为6.2nH，第二电容的值为4.3pF。第三组的LC∏型滤波电路的电感的值为6.2nH，第二电容的值为4.3pF。第四组的LC∏型滤波电路的电感的值为5.6nH，第二电容的值为4.3pF。第五组的LC∏型滤波电路的电感的值为5.6nH，第二电容的值为4.3pF。第六组的LC∏型滤波电路的电感的值为5.1nH，第二电容的值为3.3pF。
以第一组LC∏型滤波电路的第一电容与电感的连接端作为输入，第六组LC∏型滤波电路的第二电容与电感的连接端作为输出，通过仿真技术可以得到电容电感滤波器***损耗特性曲线，如图2所示，可得出改电容电感滤波器***损耗最大值为0.3dB，远低于普通使用带阻滤波器的双工器的典型***损耗值2.5dB。
匹配网络器150用于实现无线收发机110与天线160之间的阻抗匹配，一端与频分双工器140的输出端连接，另一端与天线160连接。
天线160为印刷天线，印刷于电路板上，接收信号及发射信号均通过天线160进行收发。在其它的实施方式中，也可以是金属制成的条形天线等，本发明不作限定。
本发明的移动终端可以适用于多种类型移动通讯技术，如CDMA、WCDMA、GSM等等。为了能更好地陈述，下面以WCDMA为例进行陈述。
按照国际约定，WCDMA有九个工作频段：
| 工作频段 | 频率(MHz) | 工作国家 |
| 频段1 | 2,100 | |
| 频段2 | 1,900 | |
| 频段3 | 1,800 | |
| 频段4 | 2,100/1,700 | |
| 频段5 | 850 | 美国 |
| 频段6 | 850 | 日本 |
| 频段7 | 2,500 | |
| 频段8 | 900 | |
| 频段9 | 1,700 | 日本 |
如图4所示，本发明所提供的移动终端可自由选择工作在频段1、2、4、5、8中，因而，移动终端设置有多个分支，每个分支都有发射声表面滤波器220、功率放大器230、频分双工器240，匹配网络器250。每个发射声表面滤波器220的选择工作频率不同，可分别设置工作在频段1、2、4、5、8中。经过发射声表面滤波器220选择后的信号被功率放大器230进行放大，经频分双工器240的发射通路传输到匹配网络器270，然后经多路工作开关270，传输到天线260中。如果天线260接收到接收信号时，经过多路工作开关270传输到匹配网络器270，然后通过频分双工器的接收通路传输到无线收发机210。
移动终端使用低通滤波器虽然能够降低频分双工器240的***损耗，但由于低通滤波器本身的性质会导致在接收频段的抑制度变差，为了保证通讯的质量，会增加对功率放大器230和无线收发机210的噪声抑制要求。在现有技术下，增加对功率放大器230和无线收发机210的噪声抑制难以实现。因而，需要重新分配移动终端的各个部分的参数，使得接收频段的抑制度工作在可接收范围内。
首先，确定移动终端接收通路的接收频段噪声水平是-173dBm/Hz，接收频段的最大抑制度为20dB。
因此在噪声最恶劣的情况下，无线收发机210在频段1、4、5、8的最大输出功率为6.5dBm，最小输出功率为-76dBm，接收频段噪声为-140dBm/Hz，在频段2的最大输出功率为7dBm，最小输出功率为-76dBm，接收频段噪声为-139dBm/Hz。
发射声表面滤波器220在各个频段的***损耗均为2.5dB，接收频段衰减均为30dB。
无线收发机210及发射声表面滤波器220的参数确定后，即可确定功率放大器230的参数。功率放大器230在各个频段的发射频段放大增益均为24dB，接收带内放大增益均为18dB，总输出接收频段噪声为-151dBm/Hz。
频分双工器240在频段1、4、5、8的***损耗为0.5dB，在频段2的***损耗为1dB，在各个频段的对接收频段的噪声衰减均为20dB，输出接收频段噪声为-173.5dBm/Hz。
多路工作开关270的***损耗为：高频0.8dB，低频0.5dB。
传输线的***损耗为：高频0.7dB，低频0.5dB。
这样，对应频段2、8的频分双工器240的***损耗从2.5dB降低到1dB，节省了70mA的电流，明显降低了移动终端的发热量。对应其它频段的频分双工器240的***损耗从1.5dB降低到0.5dB，同样节省了50毫安的电流，明显降低了移动终端的发热量。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (3)
1.一种频分双工器，其特征在于，包括：接收通路及发射通路，所述发射通路采用低通滤波器，所述低通滤波器是电容电感滤波器，所述电容电感滤波器包括五组LC∏型滤波电路，所述LC∏型滤波电路包括第一电容、电感及第二电容，所述第一电容一端接地端，另一端与电感一端相连，电感的另一端与第二电容的一端相连，第二电容的另一端接地端，且第一组LC∏型滤波电路与第二组LC∏型滤波电路共用第一组LC∏型滤波电路的第二电容，第二组LC∏型滤波电路与第三组LC∏型滤波电路共用第二组LC∏型滤波电路的第二电容，依次类推，第一组的LC∏型滤波电路的第一电容的值为4.2pF，电感的值为4.1nH，第二电容的值为4.3pF；第二组的LC∏型滤波电路的电感的值为6.2nH，第二电容的值为4.3pF；第三组的LC∏型滤波电路的电感的值为6.2nH，第二电容的值为4.3pF；第四组的LC∏型滤波电路的电感的值为5.6nH，第二电容的值为4.3pF；第五组的LC∏型滤波电路的电感的值为5.6nH，第二电容的值为4.3pF；第六组的LC∏型滤波电路的电感的值为5.1nH，第二电容的值为3.3pF。
2.一种移动终端，其特征在于，包括：无线收发机、发射声表面滤波器、功率放大器、频分双工器及天线；
无线收发机，用于接收或发送信号，一端与所述发射声表面滤波器的输入端连接，另一端与所述频分双工器的接收端连接；
发射声表面滤波器，用于选择发射频率，输出端与所述功率放大器的输入端相连；
功率放大器，输出端与所述频分双工器的发射端连接；
频分双工器，包括接收通路及发射通路，所述发射通路采用低通滤波器，外接端与所述天线相连，其中，所述低通滤波器是电容电感滤波器，所述电容电感滤波器包括多组LC∏型滤波电路，所述LC∏型滤波电路包括第一电容、电感及第二电容，所述第一电容一端接地端，另一端与电感的一端相连，电感的另一端与第二电容的一端相连，第二电容的另一端接地端，且第一组LC∏型滤波电路与第二组LC∏型滤波电路共用第一组LC∏型滤波电路的第二电容，第二组LC∏型滤波电路与第三组LC∏型滤波电路共用第二组LC∏型滤波电路的第二电容，依次类推，第一组的LC∏型滤波电路的第一电容的值为4.2pF，电感的值为4.1nH，第二电容的值为4.3pF；第二组的LC∏型滤波电路的电感的值为6.2nH，第二电容的值为4.3pF；第三组的LC∏型滤波电路的电感的值为6.2nH，第二电容的值为4.3pF；第四组的LC∏型滤波电路的电感的值为5.6nH，第二电容的值为4.3pF；第五组的LC∏型滤波电路的电感的值为5.6nH，第二电容的值为4.3pF；第六组的LC∏型滤波电路的电感的值为5.1nH，第二电容的值为3.3pF。
3.根据权利要求2所述的移动终端，其特征在于，所述终端还包括：匹配网络器，用于实现无线收发机与天线之间的阻抗匹配，一端与频分双工器的输出端连接，另一端与天线连接。
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