滤波器双工器简介
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◆fbar滤波器是 film bulk acoustic resonator滤波
器的简称，译为薄膜腔声谐振滤波器，基本结构：
◆FBAR由Agilent(Avago前身）在1999年率先研 发出来并在美国PCS频段商用，FBAR具有体积小 、工作频率高、效率高、插入损耗低、带外抑制大 、高Q、大功率容量、低温度系数以及良好的抗静 电冲击能力和半导体工艺兼容性等优点。利用 FBAR技术可以制作滤波器、振荡器、双工器等多 种高性能频率器件。FBAR的主要应用PCS,CDMA 和W-CDMA，LTE用射频滤波器，FBAR振荡器等 。在手机滤波器，双工器，射频前端及PGS接收前 端模块已大量使用。
◆腔体滤波器可以处理高达约500W的功率电平， 并具有突出的插损性能。腔体滤波器的工作频率可 以高达约30GHz。与LC和陶瓷滤波器相比，它们的 体积较大，价格也较贵，因为它们一般是从铝块加 工而成的。
◆螺旋式滤波器由一系列磁性耦合腔体组成，也属 于LC滤波器，同样受限于仅通带格式下的约3GHz 频率。虽然比传统的LC滤波器具有更陡峭的响应， 但输入功率受限于约5W。
◆对于带通滤波器，其主要性能指标有：
a）通带频率；b) 插入损耗； c) 回波损耗； d) 通带波纹; e) 带外抑制； f) 功率容量。
端口1
滤波器
端口2
◆从实现形式，微波滤波器主要有：微带滤 波器，波导腔体滤波器、介质滤波器等。
同轴腔体滤波器
梳妆线滤波器
波导滤波器
介质滤波器
2.滤波器理论基础
◆按材料分：基于分立电感(L)和电容(C)的集总元 件滤波器、晶体滤波器、陶瓷滤波器、腔体滤波器 、声表面波(SAW)滤波器、体声波(BAW)滤波器、 薄膜体声波谐振(FBAR)滤波器、微机电系统
(MEMS)滤波器甚至有源的半导体可调滤波器。
◆从功能方面，滤波器一般分为：低通滤波器、带 通滤波器、高通滤波器、带阻滤波器、延时滤波器 等；
◆陶瓷滤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组成谐振电路。根据陶瓷基板 的介电常数。陶瓷滤波器可以做得特别小，介电常 数越高的材料可以做出越小的滤波器。使用批量生 产方法可以使成本做得很低，也能把尺寸做小。陶 瓷滤波器工作频率受限于约6GHz，功率电平受限 于约5W，但非常适合做成要求小尺寸的带通和带阻 滤波器。
1.微波滤波器概述
◆微波滤波器是微波系统中重要元件之一， 它是一种对频率具有选择性的二端口网络， 用来分离或者组合各种不同频率信号的重要 元件。主要作用是抑制不需要的信号, 使其不 能通过滤波器, 只让需要的信号通过。
◆微波滤波器的分类方法很多，根据通频带的不同 ，微波滤波器可分为低通、带通、带阻、高通滤波 器；按滤波器的插入衰减地频响特性可分为最平坦 型和等波纹型；
b、隔离度
隔离度 双工器的隔离度是指两个等效带阻滤波器的 阻带衰减量，除一些特定的场合外，一般双工器的 接收通道和发射通道中的阻带的衰减量，也即双工 器的接收端和发射端至天线端的隔离度相当的。
c、插入损耗
双工器的插入损耗是指对应于通道中，通带频点对 有用信号的损耗。可用公式：１０ＬｇＰｉ/Ｐｏ或 ２０ＬｇＵｉ/Ｕｏ来表示。其中Ｐｉ、Ｕｉ表示进 入双工器的信号功率或电平；Ｐｏ、Ｕｏ表示从双 工器出来的信号功率或电平。
最平坦型（Butterworth）:
PLR
Pinc Pload
1 k2( )2N c
10 * log(PLR )
通带内插损和带外抑制(-dB, 图中，k=0.3,1;N=5)
等波纹型（Chebyshev）
PLR 1 k 2TN2 ( / c )
通带内插损和带外抑制(-dB, 图中，k=0.3,1; N=5) 两种响应的比较
◆SAW、BAW和FBAR滤波器采用半导体制造技术 制造，使用光蚀刻工艺产生精细图案，而MEMS滤 波器采用这些工艺形成三维结构。所有这些滤波器 都可以小至2x2mm，虽然在电源处理能力方面有所 限制。SAW、BAW和FBAR滤波器通常用于蜂窝通 信手机，工作频率最高约为3GHz。MEMS滤波器 的工作频率有可能做到18GHz以上。
●双工器是由两个滤波器组成的单元,是三端
口网络。超过三端口的多端口网络为多工器
。
端口1
滤波器1
端口2 滤波器2
端口3
●双工器的指标 • a 工作频率及带宽 • b 隔离度 • c 插入损耗 • d 频率稳定度 • e 特性阻抗，最大输入功率 • f 驻波比 • g 回波损耗
a、工作频率及带宽 双工器的工作频率范围应当不窄于应用对象本身的 工作频率范围。 通常我们所说的带宽，是指无线电话机配上双工器 后接收机的输入带宽和发射机的输出带宽。 对于双工器来讲，即是两个等效带阻滤波器的阻带 带宽，而不是取决于通带带宽。从其频率响应曲线 上看，即是两个阻带在一定衰减量时的频率范围
( ) 2
2
z( N 1) / 2
( ) 2
2
p( N 1) / 2
( 2
) 2 zN /2
,
( 2
2 pN /2
)
,
N N
odd even
椭圆函数滤波器: （N=6,ripple=0.5dB）
3.不同种类滤波器特点
◆集总元件或LC滤波器通常工作于频率约3GHz以 下的应用。这些滤波器的尺寸取决于工作频率和LC 元件的尺寸。
椭圆函数型（Elliptic Function）:
P 1 k C ( ) LR
22 N
其中椭圆函数：CN
( )
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
CC0 0((((2222p2p21z2z211)1))()(((2222p2pz222z2222))))
4.FBAR和其它滤波器的对比
5. 双工器基本原理与相关指标
●基本概念
双工器是异频双工电台，中继台的主要配件，其作 用是将发射和接收讯号相隔离，保证接收和发射都 能同时正常工作.它是由两组不同频率的阻带滤波器 组成，避免本机发射信号传输到接收机。一般双工 器由六个阻带滤波器（陷波器）组成，各谐振于发 射和接收频率。接收端滤波器谐振于发射频率，并 防指发射功率串入接收机，发射端滤波器谐振于接 收频率。
器的简称，译为薄膜腔声谐振滤波器，基本结构：
◆FBAR由Agilent(Avago前身）在1999年率先研 发出来并在美国PCS频段商用，FBAR具有体积小 、工作频率高、效率高、插入损耗低、带外抑制大 、高Q、大功率容量、低温度系数以及良好的抗静 电冲击能力和半导体工艺兼容性等优点。利用 FBAR技术可以制作滤波器、振荡器、双工器等多 种高性能频率器件。FBAR的主要应用PCS,CDMA 和W-CDMA，LTE用射频滤波器，FBAR振荡器等 。在手机滤波器，双工器，射频前端及PGS接收前 端模块已大量使用。
◆腔体滤波器可以处理高达约500W的功率电平， 并具有突出的插损性能。腔体滤波器的工作频率可 以高达约30GHz。与LC和陶瓷滤波器相比，它们的 体积较大，价格也较贵，因为它们一般是从铝块加 工而成的。
◆螺旋式滤波器由一系列磁性耦合腔体组成，也属 于LC滤波器，同样受限于仅通带格式下的约3GHz 频率。虽然比传统的LC滤波器具有更陡峭的响应， 但输入功率受限于约5W。
◆对于带通滤波器，其主要性能指标有：
a）通带频率；b) 插入损耗； c) 回波损耗； d) 通带波纹; e) 带外抑制； f) 功率容量。
端口1
滤波器
端口2
◆从实现形式，微波滤波器主要有：微带滤 波器，波导腔体滤波器、介质滤波器等。
同轴腔体滤波器
梳妆线滤波器
波导滤波器
介质滤波器
2.滤波器理论基础
◆按材料分：基于分立电感(L)和电容(C)的集总元 件滤波器、晶体滤波器、陶瓷滤波器、腔体滤波器 、声表面波(SAW)滤波器、体声波(BAW)滤波器、 薄膜体声波谐振(FBAR)滤波器、微机电系统
(MEMS)滤波器甚至有源的半导体可调滤波器。
◆从功能方面，滤波器一般分为：低通滤波器、带 通滤波器、高通滤波器、带阻滤波器、延时滤波器 等；
◆陶瓷滤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组成谐振电路。根据陶瓷基板 的介电常数。陶瓷滤波器可以做得特别小，介电常 数越高的材料可以做出越小的滤波器。使用批量生 产方法可以使成本做得很低，也能把尺寸做小。陶 瓷滤波器工作频率受限于约6GHz，功率电平受限 于约5W，但非常适合做成要求小尺寸的带通和带阻 滤波器。
1.微波滤波器概述
◆微波滤波器是微波系统中重要元件之一， 它是一种对频率具有选择性的二端口网络， 用来分离或者组合各种不同频率信号的重要 元件。主要作用是抑制不需要的信号, 使其不 能通过滤波器, 只让需要的信号通过。
◆微波滤波器的分类方法很多，根据通频带的不同 ，微波滤波器可分为低通、带通、带阻、高通滤波 器；按滤波器的插入衰减地频响特性可分为最平坦 型和等波纹型；
b、隔离度
隔离度 双工器的隔离度是指两个等效带阻滤波器的 阻带衰减量，除一些特定的场合外，一般双工器的 接收通道和发射通道中的阻带的衰减量，也即双工 器的接收端和发射端至天线端的隔离度相当的。
c、插入损耗
双工器的插入损耗是指对应于通道中，通带频点对 有用信号的损耗。可用公式：１０ＬｇＰｉ/Ｐｏ或 ２０ＬｇＵｉ/Ｕｏ来表示。其中Ｐｉ、Ｕｉ表示进 入双工器的信号功率或电平；Ｐｏ、Ｕｏ表示从双 工器出来的信号功率或电平。
最平坦型（Butterworth）:
PLR
Pinc Pload
1 k2( )2N c
10 * log(PLR )
通带内插损和带外抑制(-dB, 图中，k=0.3,1;N=5)
等波纹型（Chebyshev）
PLR 1 k 2TN2 ( / c )
通带内插损和带外抑制(-dB, 图中，k=0.3,1; N=5) 两种响应的比较
◆SAW、BAW和FBAR滤波器采用半导体制造技术 制造，使用光蚀刻工艺产生精细图案，而MEMS滤 波器采用这些工艺形成三维结构。所有这些滤波器 都可以小至2x2mm，虽然在电源处理能力方面有所 限制。SAW、BAW和FBAR滤波器通常用于蜂窝通 信手机，工作频率最高约为3GHz。MEMS滤波器 的工作频率有可能做到18GHz以上。
●双工器是由两个滤波器组成的单元,是三端
口网络。超过三端口的多端口网络为多工器
。
端口1
滤波器1
端口2 滤波器2
端口3
●双工器的指标 • a 工作频率及带宽 • b 隔离度 • c 插入损耗 • d 频率稳定度 • e 特性阻抗，最大输入功率 • f 驻波比 • g 回波损耗
a、工作频率及带宽 双工器的工作频率范围应当不窄于应用对象本身的 工作频率范围。 通常我们所说的带宽，是指无线电话机配上双工器 后接收机的输入带宽和发射机的输出带宽。 对于双工器来讲，即是两个等效带阻滤波器的阻带 带宽，而不是取决于通带带宽。从其频率响应曲线 上看，即是两个阻带在一定衰减量时的频率范围
( ) 2
2
z( N 1) / 2
( ) 2
2
p( N 1) / 2
( 2
) 2 zN /2
,
( 2
2 pN /2
)
,
N N
odd even
椭圆函数滤波器: （N=6,ripple=0.5dB）
3.不同种类滤波器特点
◆集总元件或LC滤波器通常工作于频率约3GHz以 下的应用。这些滤波器的尺寸取决于工作频率和LC 元件的尺寸。
椭圆函数型（Elliptic Function）:
P 1 k C ( ) LR
22 N
其中椭圆函数：CN
( )
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
CC0 0((((2222p2p21z2z211)1))()(((2222p2pz222z2222))))
4.FBAR和其它滤波器的对比
5. 双工器基本原理与相关指标
●基本概念
双工器是异频双工电台，中继台的主要配件，其作 用是将发射和接收讯号相隔离，保证接收和发射都 能同时正常工作.它是由两组不同频率的阻带滤波器 组成，避免本机发射信号传输到接收机。一般双工 器由六个阻带滤波器（陷波器）组成，各谐振于发 射和接收频率。接收端滤波器谐振于发射频率，并 防指发射功率串入接收机，发射端滤波器谐振于接 收频率。