TWM469629U - 低損耗微型雙工器 - Google Patents

Description

低損耗微型雙工器

本創作關於一種無線通訊的濾波元件，特別是指一種雙工器元件。

參考圖8所示，雙工器(diplexer)係一具有三個訊號端X1~X3並可雙向傳輸的濾波裝置，在無線通訊系統中是重要的射頻電路元件，主要用來分離不同頻段之混合訊號，將不同頻帶的訊號分別輸出至不同的訊號端X2、X3；或是將訊號端輸入之訊號反送至天線。傳統的雙工器係由一低通濾波器F1及一高通或帶通濾波器F2組成，以達成頻率分離的目的。一般來說，為了讓兩訊號端X2、X3在傳送不同頻率訊號時互不影響且降低射頻系統輸出之功率，雙工器須具備良好的隔離度以及更小的***損耗。

隨著3G科技的快速發展及4G科技的到來，行動通訊裝置持續致力於高規格及輕薄化的發展，對元件特性的要求和微型化的需求也將成為必然地趨勢，但現有雙工器要同時具備前述低損耗及微型化之特徵仍有困難。

本創作之主要目的在於提供一種可兼具良好隔離度、低損耗及微型化體積優勢之「低損耗微型雙工器」。

本創作藉由以下技術方案達成前述目的： 該低損耗微型雙工器，包含以多層基板堆疊形成的一積層本體，該積層本體具有第一訊號端、第二訊號端及第三訊號端，該積層本體之一面係具有一接地面，在該積層本體中以導電圖案形成：一低頻濾波電路，連接在第一訊號端及第二訊號端之間，包含有設置在積層本體一側的電容元件及電感元件，該電容元件及電感元件於垂直方向上為重疊，且該電容元件係相對接近該接地面；一高頻濾波電路，連接在第一訊號端及第三訊號端之間，包含有設置在積層本體另一側的電容元件及電感元件，該電容元件及電感元件，該電容元件及電感元件於垂直方向上為重疊，且該電容元件係相對遠離該接地面。

本創作以依三維單一螺旋方向繞線而實現電感元件，且不同頻帶所用之電感元件在層積形成時，以垂直平行、水平錯開的原則分別設在積層本體的相對兩側，如此一來可降低不同頻段電感互耦之影響，提升元件的Q值及自諧振頻率(SRF)。此外，堆疊多層導電耦合面而實現電容元件時，將高頻濾波電路之電容元件放置在遠離接地面的位置，可避免電容與接地面之間產生寄生電容效應而影響元件的高頻特性，因此可降低雙工器之敏感度及損耗。採用多層基板堆疊結構的技術實現雙工器，可達到微型化與薄型化之目的。

10‧‧‧低頻濾波電路

20‧‧‧高頻濾波電路

101‧‧‧第一電感線段

102‧‧‧第二電感線段

103‧‧‧第二電容耦合面

104‧‧‧第一電容耦合面

201‧‧‧第三電容耦合面

202‧‧‧第一輔助耦合面

203‧‧‧第四電容耦合面

204‧‧‧第二輔助耦合面

205‧‧‧第五電容耦合面

206‧‧‧第三電感線段

301‧‧‧第一電感線段

302‧‧‧第二電感線段

303‧‧‧第二電容耦合面

304‧‧‧第一輔助耦合面

305‧‧‧第六電容耦合面

401‧‧‧第三電容耦合面

402‧‧‧第二輔助耦合面

403‧‧‧第五電容耦合面

404‧‧‧第三輔助耦合面

405‧‧‧第四輔助耦合面

406‧‧‧第四電容耦合面

407‧‧‧第四電感線段

408‧‧‧第三電感線段

X1~X3‧‧‧訊號端

L1~L4‧‧‧第一電感~第四電感

C1~C6‧‧‧第一電容~第六電容

S1~S14‧‧‧第一基板~第十四基板

G‧‧‧接地面

F1‧‧‧低通濾波器

F2‧‧‧高通濾波器

圖1：本創作低損耗微型雙工器其高、低頻帶濾波元件 在積層結構中之空間分佈示意圖。

圖2：本創作第一較佳實施例之等效電路圖。

圖3：本創作第一較佳實施例之多層導電圖案分佈示意圖。

圖4：本創作第一較佳實施例之S參數特性曲線圖。

圖5：本創作第二較佳實施例之等效電路圖。

圖6：本創作第二較佳實施例之多層導電圖案分佈示意圖。

圖7：本創作第二較佳實施例之S參數特性曲線圖。

圖8：現有雙工器之電路方塊示意圖。

請參考圖1所示，本創作低損耗微型雙工器是以多層陶瓷材質的基板堆疊形成一積層本體，在各層的基板上會形成適當的導電圖案以構成電容、電感等元件。該雙工器包含有一低頻濾波電路10與一高頻濾波電路20，若將該積層本體劃分成四個空間區塊A1~A4，則低頻濾波電路10的電感元件與電容元件會分別設置在第一、第二空間區塊A1、A2，具有垂直重疊的空間關係；該高頻濾波電路20的電容元件與電感元件會分別設置在第三、第四空間區塊A3、A4，亦是垂直重疊的關係。但是該低頻濾波電路10及高頻濾波電路20在水平方向上，各自的電容元件會互相錯開，各自的電感元件同樣會互相錯開。

請參考圖2所示，為本創作第一較佳實施例的等效電路圖，該雙工器具有三個訊號端X1~X3，該低頻濾 波電路10連接在第一訊號端X1與第二訊號端X2之間，該高頻濾波電路20連接在第一訊號端X1與第三訊號端X3之間。

該低頻濾波電路10包括一第一電感L1、一第二電感L2、一第一電容C1及一第二電容C2。該第一電感L1的一端連接第一訊號端X1，另一端連接該第一電容C1，該第一電容C1的另一端為接地。第二電感L2與第二電容C2並聯成為一個LC並聯諧振電路，該LC並聯諧振電路的一端連接前述第一電感L1與第一電容C1相接的節點，LC並聯諧振電路的另一端連接到第二訊號端X2。

該高頻濾波電路30包括一第三電容C3、一第四電容C4、一第五電容C5及一第三電感L3。該第三電容C3的一端連接該第一訊號端X1，另一端連接該第四電容C4，該第四電容C4的另一端連接該第三訊號端X3。第五電容C5與第三電感L3串聯成為一個LC串聯諧振電路，此LC串聯諧振電路的一端連接前述第三電容C3與第四電容C4相接的節點，LC串聯諧振電路的另一端為接地。

參考圖3所示，當本創作第一較佳實施例以多層的基板堆疊時，依據圖面方向為基準，各基板的左半部用於形成該低頻濾波電路10，各基板的右半部用於形成該高頻濾波電路20。此較佳實施例選用至少十一層的基板S1~S11，由上而下依序稱為第一基板S1~第十一基板S11。

首先，針對形成於基板S1~S11左半部的該低頻濾波電路10其導電圖案進行說明：在第一基板S1與第三基板S3上分別形成第一 電感線段101，兩第一電感線段101串聯構成該第一電感L1。

在第五基板S5與第六基板S6上分別形成第二電感線段102，兩第二電感線段102串聯構成該第二電感L2。

在第九基板S9上形成一第二電容耦合面103，在第十基板S10上形成一第一電容耦合面104，在第十一基板上S11形成一接地面G，其中，該第二電容耦合面103與第一電容耦合面104互相耦合而形成該第二電容C2，該第一電容耦合面104與該接地面G互相耦合而形成該第一電容C1。

在第三基板S3上的該第一電感線段101，其一端經由數層基板而電性連接到第六基板S6上的第二電感線段102及第十基板S10上的第一電容耦合面104。

其次，針對形成於基板S1~S11右半部的該高頻濾波電路20其導電圖案進行說明：在第一基板S1上形成一第三電容耦合面201，該第三電容耦合面201與同基板上的第一電感線段101相連，在第二基板S2上形成一第一輔助耦合面202，藉此，該第三電容耦合面201與第一輔助耦面202形成該第三電容C3。

在第一基板S1及第三基板S3上分別形成一第四電容耦合面203，該第一基板S1上的第四電容耦合面203沒有連接到同基板上的第三電容耦合面201；又在第四基板S4上形成一第二輔助耦合面204，該第一輔助耦合面202 與第二輔助耦合面204電性相連，其中，前述兩個第四電容耦合面203、第一輔助耦合面202、第二輔助耦合面204共同耦合而形成該第四電容C4。

在該第三基板S3上形成一第五電容耦合面205，該第五電容耦合面205未與同基板上的第四電容耦合面203電性連接，其中，該第五電容耦合面205會與其上、下方的第一輔助耦合面202、第二輔助耦合面204共同耦合而形成該第五電容C5。

在第七、第八基板S7、S8上分別形成第三電感線段206，兩第三電感線段206串聯構成該第三電感L3。且第七基板S7上的第三電感線段206係電性連接該第三基板S3上的第五電容耦合面205。

參考圖4所示，為依據本創作第一較佳實施例所測得之S參數曲線圖。曲線A可觀察出低頻帶***損失，曲線B可觀察出高頻帶***損失，曲線C可看出返回損失。而且在低頻濾波電路10及高頻濾波電路20各自具有極低的***損失之特性下，還能夠維持通帶以外的衰減量，即證明本創作之雙工器具有良好的隔離度特性。

參考圖5所示，本創作在第二較佳實施例中，該低頻濾波電路10的第一電感L1兩端再並聯一第六電容C6；該高頻濾波電路20的第四電容C4再串聯一第四電感L4而連接到第三訊號端X3。

參考圖6所示，當本創作第二較佳實施例以多層的基板堆疊時，依據圖面方向為基準，各基板的左半部用於形成該低頻濾波電路10，各基板的右半部用於形成該 高頻濾波電路20。此較佳實施例選用至少十四層的基板S1~S14，由上而下依序稱為第一基板S1~第十四基板S14。

首先，針對形成於基板S1~S14左半部的該低頻濾波電路10其導電圖案進行說明：在第一基板S1、第三基板S3與第五基板S5上分別形成第一電感線段301，該第一電感線段301串聯構成該第一電感L1。

在第七基板S7至第九基板S9上分別形成第二電感線段302，該第二電感線段302串聯構成該第二電感L2。

在第十二基板S12上形成一第二電容耦合面303，在第十三基板S13上形成一第一輔助耦合面304，該第二電容耦合面303與第一輔助耦合面304互相耦合，形成該第二電容C2。

在第十四基板S14上形成一接地面G，該接地面G與上方的第一輔助耦合面304互相耦合，形成該第一電容C1。

在第十二基板S12上另外形成一第六電容耦合面305，該第六電容耦合面305與其下方之第一輔助耦合面304互相耦合，形成該第六電容C6。

除此之外，在第五基板S5上的第一電感線段301再電連接至第七基板S7上的第二電感線段302、第十三基板13上的第一輔助耦合面304。

針對形成於基板S1~S14右半部的該高頻濾波電路20其導電圖案進行說明： 在第一基板S1上形成一第三電容耦合面401，在第二基板S2上形成一第二輔助耦合面402，該第三電容耦合面401與第二輔助耦合面402互相耦合，形成該第三電容C3。

在第三、第五基板S3,S5上形成第五電容耦合面403，在第四、第六基板S4,S6上分別形成第三輔助耦合面404及第四輔助耦合面405，前述兩第五電容耦合面403結合第三、第四輔助耦合面404,405共同形成該第五電容C5。

在該第五基板S5上另形成一第四電容耦合面406，該第四電容耦合面406與上、下方之第三、第四輔助耦合面404,405共同形成該第四電容C4。

在該第七基板S7上形成一第四電感線段407，該第四電感線段407電連接第五基板S5上的第四電容耦合面406，該第四電感線段407係作為該第四電感L4。

在第十、十一、十四基板S10,S11,S14上形成第三電感線段408，該第三電感線段408串聯構成該第三電感L3，且位在第十基板10上的第三電感線段408係電連接至第三基板S3上的第五電容耦合面403。

參考圖7所示，為依據本創作第二較佳實施例所測得之S參數曲線圖。曲線A可觀察出低頻帶***損失，曲線B可觀察出高頻帶***損失，曲線C可看出返回損失。相較於第一較佳實施例，本創作調整該低頻濾波電路10及高頻濾波電路20之電容、電感元件，便可達到調整濾波器的頻率及外頻衰減零點之頻率點。其中，在高頻部分， 本創作在2.4~5.9GHz的頻段之中仍然維持良好的高頻傳輸效能。

整體而言，本創作以金屬線路依三維單一螺旋方向繞線而實現電感元件，且不同頻帶所用之電感元件在層積形成時，以垂直平行、水平錯開的原則分別設在左、右兩側，如此一來可降低不同頻段電感互耦之影響，提升元件的Q值及自諧振頻率(SRF)。

此外，本創作堆疊多層導電的耦合面而實現雙工器所需之電容元件，尤其將高頻帶之電容元件放置在遠離接地面的上方區塊，可避免高頻濾波電路中的電容與接地面之間產生寄生電容效應而影響元件的高頻特性，因此可降低雙工器之敏感度及損耗。

又採用多層結構的技術實現雙工器，可達成產品微型化與薄型化之目的，更有利於應用在射頻模組及系統產品上。

10‧‧‧低頻濾波電路

20‧‧‧高頻濾波電路

L1~L3‧‧‧第一電感~第三電感

C1~C5‧‧‧第一電容~第五電容

X1~X3‧‧‧第一訊號端~第三訊號端

Claims (5)

1. 一種低損耗微型雙工器，包含以多層基板堆疊形成的一積層本體，該積層本體具有第一訊號端、第二訊號端及第三訊號端，該積層本體之一面係具有一接地面，在該積層本體中以導電圖案形成：一低頻濾波電路，連接在第一訊號端及第二訊號端之間，包含有設置在積層本體一側的電容元件及電感元件，該電容元件及電感元件於垂直方向上為重疊，且該電容元件係相對接近該接地面；一高頻濾波電路，連接在第一訊號端及第三訊號端之間，包含有設置在積層本體另一側的電容元件及電感元件，該電容元件及電感元件，該電容元件及電感元件於垂直方向上為重疊，且該電容元件係相對遠離該接地面。
2. 如請求項1所述之低損耗微型雙工器，該低頻濾波電路包含一第一電感、一第二電感、一第一電容及一第二電容，其中：該第一電感的一端連接該第一訊號端，另一端連接該第一電容，該第一電容的另一端接地；該第二電感與第二電容並聯成為一個LC並聯諧振電路，該LC並聯諧振電路的一端連接前述第一電感與第一電容相接的節點，LC並聯諧振電路的另一端連接到第二訊號端；該高頻濾波電路包含一第三電容、一第四電容、一第五電容及一第三電感；該第三電容的一端連接該第一訊號端，另一端連接該第 四電容，該第四電容的另一端連接該第三訊號端；該第五電容與第三電感串聯成為一個LC串聯諧振電路，該LC串聯諧振電路的一端連接前述第三電容與第四電容相接的節點，LC串聯諧振電路的另一端接地。
3. 如請求項2所述之低損耗微型雙工器，該積層本體包含依序堆疊的第一至第十一基板，其中：構成該低頻濾波電路之導電圖案包含：在第一基板與第三基板上各形成一第一電感線段，兩第一電感線段串聯構成該第一電感；在第五基板與第六基板上各形成一第二電感線段，兩第二電感線段串聯構成該第二電感；在第九基板上形成一第二電容耦合面，在第十基板上形成一第一電容耦合面，在第十一基板上形成該接地面，其中：該第二電容耦合面與第一電容耦合面互相耦合而形成該第二電容；該第一電容耦合面與該接地面互相耦合而形成該第一電容；第三基板上的該第一電感線段之一端電性連接到第六基板上的第二電感線段與第十基板上的第一電容耦合面；構成該高頻濾波電路之導電圖案包含：在第一基板上形成一第三電容耦合面，該第三電容耦合面與同一基板上的第一電感線段相連，在第二基板上形成一第一輔助耦合面，該第三電容耦合面與第一輔助耦面互相耦合而形成該第三電容；在第一基板及第三基板上分別形成一第四電容耦 合面，該第一基板上的第四電容耦合面未電連接到同一基板上的第三電容耦合面；該第四基板上形成一第二輔助耦合面，該第一輔助耦合面與第二輔助耦合面電性相連，其中，該兩第四電容耦合面、第一輔助耦合面、第二輔助耦合面共同耦合而形成該第四電容；在該第三基板上形成一第五電容耦合面，該第五電容耦合面未與同一基板上的第四電容耦合面電性連接，其中，該第五電容耦合面與第一輔助耦合面、第二輔助耦合面共同耦合而形成該第五電容；在該第七基板、第八基板上各形成一第三電感線段，兩第三電感線段串聯構成該第三電感；第七基板上的第三電感線段係電性連接該第三基板上的第五電容耦合面。
4. 如請求項2所述之低損耗微型雙工器，該低頻濾波電路的第一電感兩端再並聯一第六電容；該高頻濾波電路的第四電容再串聯一第四電感而連接到該第三訊號端。
5. 如請求項4所述之低損耗微型雙工器，該積層本體包含依序堆疊的第一至第十四基板，其中，構成該低頻濾波電路之導電圖案包含：在該第一基板、第三基板與第五基板上各形成一第一電感線段，該等第一電感線段串聯構成該第一電感；在第七基板、第八基板與第九基板上各形成一第二電感線段，該等第二電感線段串聯構成該第二電感；在第十二基板上形成一第二電容耦合面，在第十三基板上形成一第一輔助耦合面，該第二電容耦合面與第 一輔助耦合面互相耦合，形成該第二電容；在第十四基板上形成該接地面，該接地面與第一輔助耦合面互相耦合，形成該第一電容；在第十二基板上另形成一第六電容耦合面，該第六電容耦合面與該第一輔助耦合面互相耦合，形成該第六電容；其中，在第五基板的第一電感線段再電連接至第七基板上的第二電感線段與第十三基板上的第一輔助耦合面；構成該高頻濾波電路之導電圖案包含：在第一基板上形成一第三電容耦合面，在第二基板上形成一第二輔助耦合面，該第三電容耦合面與第二輔助耦合面互相耦合，形成該第三電容；在第三基板與第五基板上各形成一第五電容耦合面，在第四基板與第六基板上分別形成一第三輔助耦合面及一第四輔助耦合面，前述兩第五電容耦合面結合該第三輔助耦合面與第四輔助耦合面共同形成該第五電容；該第五基板上另形成一第四電容耦合面，該第四電容耦合面與該第三輔助耦合面與第四輔助耦合面共同形成該第四電容；該第七基板上形成一第四電感線段，該第四電感線段電連接第五基板上的第四電容耦合面，該第四電感線段係作為該第四電感；在第十基板、第十一基板與第十四基板上各形成一第三電感線段，該第三電感線段串聯構成該第三電感， 且位在第十基板上的第三電感線段係電連接至第三基板上的第五電容耦合面。