双工器及通信射频器件的制作方法

本申请涉及通信技术领域，尤其是涉及一种双工器及通信射频器件。

背景技术：

在移动通信的基站系统中，通常通过发射天线发射特定频率范围内的承载通信数据的通信信号，并通过接收天线接收通信信号。

由接收天线接收的信号中不仅包含特定频率范围内的通信信号，而且还包括许多杂波或干扰信号。要从接收天线接收的信号中获取发射天线发射的特定频率范围内的通信信号，通常需要将接收天线接收的信号通过滤波器进行滤波，将通信信号特定频率外的杂波或干扰信号滤除。因此，设计的滤波器必须精确地控制其上限频率和下限频率。且如果发射信道和接收信道同时存在，则还应考虑信道的通带间保持高隔离度。

双工器是异频双工电台、中继台等的主要配件，其一般由两组不同频率的滤波器组成，能实现信号的接收与发送。

本申请的发明人在长期的研发工作中发现，现有的双工器因传输零点设置不够合理，发送频带与接收频带的带外抑制等特性较差，因此，现有的双工器很难做到接收信号与发射信号间的高度隔离。

技术实现要素：

本申请主要解决的技术问题是提供一种双工器及通信射频器件，以实现发射信号与接收信号的高度隔离。

为解决上述技术问题，本申请采用的第一个技术方案是：提供一种双工器，双工器包括第一信号端、第二信号端以及设置在第一信号端与第二信号端之间的第一滤波器和第二滤波器；第一滤波器用于发射第一频带的信号，包括：N个第一谐振器，N个第一谐振器依次连接；第一容性交叉耦合元件，N个第一谐振器中的第n+2个第一谐振器与第n+4个第一谐振器通过第一容性交叉耦合元件连接；第一感性交叉耦合元件，N个第一谐振器中的第n个第一谐振器与第n+2个第一谐振器通过第一感性交叉耦合元件连接，第n+5个第一谐振器与第n+7个第一谐振器通过第一感性交叉耦合元件连接；第二滤波器用于接收第二频带的信号，包括：M个第二谐振器，M个第二谐振器依次连接；第二容性交叉耦合元件，M个第二谐振器中的第m个第二谐振器与第m+2个第二谐振器通过第二容性交叉耦合元件连接，第m+3个第二谐振器与第m+5个第二谐振器通过第二容性交叉耦合元件连接。

为解决上述技术问题，本申请采用的第二个技术方案是：提供一种通信射频器件，射频器件包括如上任一所述的双工器，双工器设于通信射频器件的信号收发电路部分，用于对信号进行选择。

本申请的有益效果是：区别于现有技术，本申请的双工器包括第一信号端、第二信号端以及设置在第一信号端和第二信号端之间的第一滤波器和第二滤波器；第一滤波器用于发射第一频带的信号，第一滤波器包括N个第一谐振器，N个第一谐振器中的第n个第一谐振器与第n+2个第一谐振器通过第一感性交叉耦合元件连接，第n+2个第一谐振器与第n+4个第一谐振器通过第一容性交叉耦合元件连接，第n+5个第一谐振器与第n+7个第一谐振器通过第一感性交叉耦合元件连接，能够实现第一滤波器的至少三个传输零点，以获得第一频带信号的较优的带外抑制等特性。第二滤波器用于接收第二频带的信号，第二滤波器包括M个第二谐振器，M个第二谐振器中的第m个第二谐振器与第m+2个第二谐振器通过第二容性交叉耦合元件连接，第m+3个第二谐振器与第m+5个第二谐振器通过第二容性交叉耦合元件连接，能够实现第二滤波器的至少两个传输零点，以获得第二频带信号的较优的带外抑制等特性。因此，本申请的双工器能实现第一频带的信号与第二频带信号间的高度隔离。

附图说明

图1是本申请提供的双工器一实施例的拓扑结构示意图；

图2是图1实施例双工器的第一滤波器的一侧视结构示意图；

图3是图2实施例第一滤波器的3D结构示意图；

图4是图1实施例双工器的第二滤波器的一侧视结构示意图图；

图5是图4实施例第二滤波器的3D结构示意图；

图6是图1实施例双工器中第一谐振器一实施例的结构示意图；

图7是图6第一谐振器中第一谐振杆的剖视结构示意图；

图8是图1实施例双工器中第二谐振器一实施例的结构示意图；

图9是图8第二谐振器中第二谐振杆的剖视结构示意图；

图10为图1实施例的一等效电路原理示意图；

图11是图1实施例的电路模拟示意图；

图12是图1实施例的全腔仿真结果示意图；

图13是本申请提供的通信射频器件一实施例的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和技术效果更加明确、清楚，以下对本申请进一步详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本申请保护的范围。

如图1所示，图1是本申请提供的双工器一实施例的拓扑结构示意图。本实施例的双工器10包括第一信号端101、第二信号端102以及设置在第一信号端101与第二信号端102之间的第一滤波器103和第二滤波器104。其中，第一滤波器103用于发射第一频带的信号，第一滤波器103包括N个第一谐振器105、第一容性交叉耦合元件106、第一感性交叉耦合元件107和第一感性交叉耦合元件108，N个第一谐振器105依次连接在第一信号端101与第二信号端102之间，N个第一谐振器105中的第n个第一谐振器105与第n+2个第一谐振105器通过第一感性交叉耦合元件107连接，第n+2个第一谐振器105与第n+4个第一谐振器105通过第一容性交叉耦合元件106连接，第n+5个第一谐振器105与第n+7个第一谐振器105通过第一感性交叉耦合元件108连接。

第二滤波器104用于接收第二频带的信号，第二滤波器104包括M个第二谐振器109、第二容性交叉耦合元件110、第二容性交叉耦合元件111，M个第二谐振器109依次连接在第一信号端101与第二信号端102之间，M个第二谐振器109中的第m个第二谐振器109与第m+2个第二谐振器109之间通过第二容性交叉耦合元件110连接，第m+3个第二谐振器109与第m+5个第二谐振器109之间通过第二容性交叉耦合元件111连接。

当然，n为大于等于1的自然数，N为大于等于n+7的自然数，m为大于等于1的自然数，M为大于等于m+5的自然数。

谐振器是一种选频和抑制信号的通信设备，其主要起频率控制的作用，凡涉及频率的发射和接收的通信设备都需要谐振器，谐振器的类型可以是直插式或贴片式等。

本实施例的第一滤波器103在多个第一谐振器105共同作用下形成所需的频响曲线，以实现第一频带信号，且因第n个第一谐振器105和第n+2个第一谐振器105间、第n+2个第一谐振器105和第n+4个第一谐振器105间、第n+5个第一谐振器105和第n+7个第一谐振器105间均设置有第一容性或第一感性交叉耦合元件，能够实现第一滤波器103的至少3个传输零点，以获得第一频带信号的较优的带外抑制等特性。

本实施例的第二滤波器104在多个第二谐振器109共同作用下形成所需的频响曲线，以实现第二频带信号，且因第m个第二谐振器109和第m+2个第二谐振器109间、第m+3个第二谐振器109和第m+5个第二谐振器109间均设置有第二容性交叉耦合元件，能够实现第二滤波器104的至少2个传输零点，以获得第二频带信号的较优的带外抑制等特性。

传输零点是滤波器传输函数等于零，即在传输零点对应的频点上电磁能量不能通过网络，因而起到完全隔离作用，对通带外的信号起到抑制作用，能更好的实现多个通带间的高度隔离。

区别于现有技术，本实施例的第一滤波器103发射的第一频带信号具有至少3个传输零点及第二滤波器104接收的第二频带信号具有至少2个传输零点，均具有较优的带外抑制等特性，因此，本实施例双工器10能够实现第一频带信号与第二频带信号间的高度隔离。

可选地，本实施例中，N个第一谐振器105中的第一个谐振器105与第一信号端101连接，N个第一谐振器105中的最后一个谐振器105与第二信号端102连接；M个第二谐振器109中的第一个谐振器109与第一信号端101连接，M个第二谐振器109中的最后一个谐振器109与第二信号端102连接。

可选地，如图1-图3所示，图2是图1实施例双工器的第一滤波器的一侧视结构示意图；图3是图2实施例第一滤波器的3D结构示意图。上述N为8，n为1，第1个第一谐振器105和第3个第一谐振器105通过第一感性交叉耦合元件107连接，第3个第一谐振器105和第5个第一谐振器105通过第一容性交叉耦合元件106连接，第6个第一谐振器105和第8个第一谐振器105通过第一感性交叉耦合元件108连接。

在第一滤波器103中，第1个第一谐振器105和第3个第一谐振器105间的第一感性交叉耦合元件107能够在通带高端产生一个传输零点；第3个第一谐振器105和第5个第一谐振器105间的第一容性交叉耦合元件106能够在通带低端产生一个传输零点；第6个第一谐振器105和第8个第一谐振器105间的第一感性交叉耦合元件108能够在通带高端产生一个传输零点。因此，本实施例的第一滤波器103能够产生3个传输零点。

其中，第一滤波器103的高端传输零点强度的强弱顺序为：第1个第一谐振器105与第3个第一谐振器105间的传输零点强度最强，第6个第一谐振器105与第8个第一谐振器105间的传输零点的强度最弱。

本实施例的第一滤波器103的相邻两个第一谐振器105间设置有第一窗口112，以实现相邻两第一谐振器105间的耦合；进一步地在第一窗口112处设置第一调节杆113，以调节相邻两第一谐振器105之间的耦合强度。

具体地，本实施例的第一滤波器103的每个第一窗口112处均设置有第一调节杆113。

本实施例的第一滤波器103的非相邻的两个第一谐振器105之间设置有第一感性交叉耦合元件107、108以及第一容性交叉耦合元件106，以实现非相邻两第一谐振器105之间的耦合。其中的第一感性交叉耦合元件107、108为设置在两非相邻的第一谐振器105之间的第二窗口，第一容性交叉耦合元件106为设置在两非相邻第一谐振器105之间的飞杆。具体地，第一感性交叉耦合元件107为设置在第1个第一谐振器105和第3个第一谐振器105之间的第二窗口，第一感性交叉耦合元件108为设置在第6个第一谐振器105和第8个第一谐振器105之间的第二窗口，第一容性交叉耦合元件106为设置在第3个第一谐振器105与第5个第一谐振器105之间的飞杆。其中，飞杆的电特征等同于电容，第二窗口的电特征等同于电感。进一步地，在第二窗口处设置第二调节杆114以调节非相邻两第一谐振器105之间的耦合强度。

本实施例所述的相邻两个第一谐振器105是指依次连接的两个第一谐振器105，非相邻的第一谐振器105是指没有依次连接关系的第一谐振器105。

本实施例的第一滤波器103能够发射第一频带信号，该第一频带信号的频段为870MHz～877.5MHZ。在其它实施例中，可以调整第一滤波器103中多个第一谐振器105的数量及连接方式，以获取其它频段信号。

请参阅图1、图4及图5，图4是图1实施例双工器的第二滤波器的一侧视结构示意图图；图5是图4实施例第二滤波器的3D结构示意图。上述M为7，m为1，第1个第二谐振器109和第3个第二谐振器109通过第二容性交叉耦合元件110连接，第4个第二谐振器109和第6个第二谐振器109通过第二容性交叉耦合元件111连接。

在第二滤波器104中，第1个第二谐振器109和第3个第二谐振器109间的第二容性交叉耦合元件110能够在通带低端产生一个传输零点；第4个第二谐振器109和第6个第二谐振器109间的第二容性交叉耦合元件111能够在通带低端产生一个传输零点。因此，本实施例的第二滤波器104能够产生2个传输零点。

其中，第二滤波器104的低端传输零点强度的强弱顺序为：第4个第二谐振器109与第6个第二谐振器109间的传输零点强度最强，第1个第二谐振器109与第3个第二谐振器109间的传输零点的强度最弱。

本实施例的第二滤波器104的相邻两个第二谐振器109间设置有第一窗口112，以实现相邻两个第二谐振器109间的耦合。进一步地，在第一窗口112处设置第一调节杆113，以调节相邻的两个第二谐振器109之间的耦合强度。

可选地，本实施例的第二滤波器104的每个第一窗口112均设置有第一调节杆113。

本实施例的第二滤波器104的非相邻的两个第二谐振器109之间设置有第二容性交叉耦合元件110和111，其中的第二容性交叉耦合元件110和111为设置在非相邻两第二谐振器109之间的飞杆。具体地，第二容性交叉耦合元件110为设置在第1个第二谐振器109和第3个第二谐振器109之间的飞杆，第二容性交叉耦合元件111为设置在第4个第二谐振器109和第6个第二谐振器109之间的飞杆。其中，飞杆的电特征等同于电容。

本实施例所述的相邻的两个第二谐振器109是指依次连接的两个第二谐振器109，非相邻的第二谐振器109是指没有依次连接关系的第二谐振器109。

本实施例上述结构的第二滤波器104能够获取第二频带信号，该第二频带信号的频段为825MHz～832.5MHZ。在其它实施例中，可以调整第二滤波器104中多个第二谐振器109的数量及连接方式，以获取其它频段信号。

本申请实施例不限定第一窗口及第二窗口的形状及排布方向等。其中，第一滤波器103的多个第一谐振器105的排腔、第二滤波器104的多个第二谐振器109的排腔均为不规则形状。

请继续参阅图6和图7，图6是图1实施例双工器中第一谐振器一实施例的结构示意图；图7是图6第一谐振器中第一谐振杆的剖视结构示意图。本实施例的第一谐振器105包括第一腔体1051、容置于第一腔体1051内的第一谐振杆1052以及一端置于第一腔体1051内的第一调谐杆1053，第一谐振杆1052包括U形侧壁1054、第一底壁1055、由U形侧壁1054和第一底壁1055形成的第一内腔1056，其中，U形侧壁1054的一端与第一底壁1055连接，U形侧壁1054的另一端沿远离第一内腔1056的方向延伸弯折。

其中，U形侧壁1054为非对称型，即两端长度不同，U形侧壁1054与第一底壁1055连接的一端的弯折长度大于其远离第一底壁1055的一端的弯折长度。当然，在其它实施例中，U形侧壁也可以为对称型。

请继续参阅图8和图9，图8是图1实施例双工器中第二谐振器一实施例的结构示意图；图9是图8第二谐振器中第二谐振杆的剖视结构示意图。本实施例中，第二谐振器109包括第二腔体1091、容置于第二腔体1091内的第二谐振杆1092以及一端置于第二腔体1091内的第二调谐杆1093，第二谐振杆1092包括L形侧壁1094、第二底壁1095、由L形侧壁1094和第二底壁1095形成的第二内腔1096，其中，L形侧壁1094的一端与第二底壁1095连接，L形侧壁1094的另一端沿远离第二内腔1096的方向延伸。

可选地，第一谐振器105的第一内腔1056的内径A1大于第二谐振器109的第二内腔1096的内径A2。

其中，A1可以为15mm，A2可以为10mm。

可选地，第一谐振杆1052的高度B1大于第二谐振杆1092的高度B2。

其中，B1的范围可以为[30.80mm-0.05mm，30.80mm+0.05mm]，B2的范围可以为[17.50mm-0.03mm，17.50mm+0.03mm]。

可选地，从图7及图9可以看出，第一谐振杆1052的U形侧壁1054的壁厚C1小于第二谐振杆1092的L形侧壁的壁厚C2；U形侧壁1054远离第一底壁1055的一端的弯折长度W可以为5.00mm。

其中，C1可以为0.80mm，C2可以为1.00mm。

可选地，第一谐振杆1052的最大外径D1大于第二谐振杆1092的最大外径D2。

其中，D1可以为36.40mm，D2可以为20.80mm。

可选地，第一底壁1055的外径E1大于第二底壁1095的外径E2。

其中，E1的范围可以为[16.60mm-0.05mm，16.60mm+0.05mm]，E2的范围可以为[12.00mm-0.05mm，12.00mm+0.05mm]。

可选地，U形侧壁1054、L形侧壁1094、第一底壁1055与第二底壁1095均采用车、铣、钻、磨、抛光等取出材料的方法获得。

其中，第一频带的信号范围为870MHz～877.5MHZ，第二频带的信号范围为825MHz～832.5MHZ。

可选地，第一滤波器103及第二滤波器104均为TEM金属同轴滤波器；第一谐振器105的无载品质因素Q1大于第二谐振器109的无载品质因素Q2，优选地，Q1为5000，Q2为4600；第一谐振器105的第一谐振杆1052以及第二谐振器109的第二谐振杆1092均为M4号螺杆，且均为镀银铜材质，在其它实施例中，第一谐振杆1052和第二谐振杆1092还可以为其它尺寸及其它材质；第一谐振器105的频偏X1等于第二谐振器109的频偏X2，具体地，X1和X2的范围为[-0.3MHz，0.3MHz]，其中，频偏X1和X2对应的低温、常温及高温分别为-40℃、25℃、65℃。

在一个应用场景中，本申请实施例为实现表1所示参数性能的双工器，首先根据表1中各参数建立如图1所示的拓扑结构，并在先进设计系统(Advanced Design System，ADS)中构建与该拓扑结构相应的电路模型(如图10所示)；然后对该电路模型进行电路仿真，使电路仿真的结果满足第一频带为870MHz～877.5MHZ的发射信号以及第二频带为825MHz～832.5MHZ的接收信号明显隔离。

图10为图1实施例的一等效电路原理示意图。如图10所示，当只进行信号的发射时，通过第一信号端101将信号传输给第1个第一谐振器105，经第一滤波器103中的8个第一谐振器105的传输后通过第二信号端102将信号发射出去；当只进行信号的接收时，通过第一信号端101将信号传输给第1个第二谐振器109，经第二滤波器104中的7个第二谐振器109的传输后将信号传输至第二信号端102；当同时进行信号的发射与接收时，经第一信号端101输入的信号分别通过第一滤波器103和第二滤波器104进行传输，且在第一滤波器103中传输的信号与在第二滤波器104中传输的信号互不干扰。

在本实施方式中，双工器10可以同时互不干扰的进行信号的发射和接收，既考虑了指标性能的要求，又考虑了生产过程中的工艺加工等复杂程度，使得加工、装配、工艺流程简单，能提高生产效率。

图11是图1实施例的电路模拟示意图。如图11所示，第一频带具有3个传输零点(虚线圆圈所示)：低端1个，高端2个；第二频带具有2个传输零点(虚线圆圈所示)：低端2个。关于传输零点的获取方法、原理及强度分布这里不赘述。图中mij表示某一频点及其频率，dB(s(i，j))表示该频点的信号功率大小，mij可以反应频带某一频点的信号功率情况，可以进一步反映频带的带外抑制、插入损耗及回波损耗等参数，mij的选择可以根据用户实际需要确定，由图11可知，第一频带870MHz～877.5MHZ的发射信号与第二频带825MHz～832.5MHZ的接收信号明显隔离；

进一步地，通过高频结构仿真(High Frequency Structure Simulator，HFSS)对双工器10进行全腔的仿真，以使双工器10达到表1中所示的各种指标要求，图12是图1实施例的全腔仿真结果示意图，由图12可知，带外抑制满足表1所示的要求，即806-821MHz≥55dB、847-862MHz≥58dB、880-890MHz≥50dB；插入损耗指在传输系统中某处由于元件或器件的插入而发生的负载功率的损耗，第一频带和第二频带的插入损耗基本满足表1所示的要求(在测试过程中，允许存在一定误差)，即870-877.5MHz≤2.55dB、825-832.5MHz≤1.6dB；回波损耗是表示信号反射性能的参数，回波损耗说明入射功率的一部分被反射回信号源，第一频带和第二频带的回波损耗满足表1所示的要求，即870-877.5MHz≥18dB、825-832.5MHz≥18dB。

表1双工器第一实施例的指标性能

其中，表1中所示功率值为功率绝对值。

在整个设计过程中，做到了使电路的模型精简，排腔合理等要求，从而使该设计利于实现且可靠性好，又节约了大量的成本，以至可批量生产。

本申请进一步提出一种通信射频器件，图13是本申请提供的通信射频器件一实施例的结构示意图，本实施例通信射频器件130包括如上任一实施例所述的双工器1301，其中，双工器1301包括发射滤波器1302及接收滤波器1303，双工器1301设于通信射频器件130的信号收发电路部分，用于对信号进行选择。其中，本实施例的发射滤波器1302为上述实施例中的第一滤波器103，本实施例的接收滤波器1303为上述实施例中的第二滤波器104，第一滤波器103及第二滤波器104的结构及工作原理这里不赘述。

区别于现有技术，本申请实施例双工器的第一滤波器发射的第一频带信号具有至少3个传输零点及第二滤波器接收的第二频带信号具有至少2个传输零点，均具有较优的带外抑制等特性，因此，本实施例双工器能够实现第一频带信号与第二频带信号间的高度隔离。

此外，在本实施例双工器的设计过程中，既考虑了指标性能规格要求，又考虑了生产过程中的工艺复杂程度以及成本方面的问题，使得双工器的指标性能良好，且工艺流程精简，并使得调试顺利很多，大大提高了经济效益。

以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利保护范围，凡是利用本申请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，均同理包括在本申请的专利保护范围内。