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凡亿专栏 | 射频经典知识之双工器(Duplexer)
射频经典知识之双工器(Duplexer)

双工器是一使我们能够将 TX路径和 RX路径连接到一个共用天线,而不会相互干扰。当发射机和接收机的频率不同时,可以是两个滤波器组合在一起。一个滤波器用于接收,另一个用于发射,如下图所示。

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当发射机和接收机的频率相同时,滤波方法不起作用。在这种情况下,我们使用回环器(circultor),可以通过信号只有一个方向,如下所示。

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为什么需要双工器?

这个问题的简单答案可能来自于考虑这样一种情况,你没有双工器,无线接收机和发射机都直接连接到公共(单)天线。我们先想想发射信号会怎么样。根据设计,大部分信号会经过天线,但是一小部分信号会溢出到接收通道。溢出的信号量非常小,但是对接收路径的干扰可能相当严重,因为接收路径的设计是为了响应非常低的信号强度。在大多数无线通信中,到达接收端的信号通常很低(比如手机,是uv级)。所以接收器的路径应该设计成处理这样一个微弱的信号。由于接收路径的这种特性,即使是从发射机溢出的小信号也可能是非常严重的干扰,在最坏的情况下甚至会损坏接收机里的LNA。

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然而,双工器的作用如下所示。从发射机溢出的信号不能进入接收机通道,因为它只能通过接收机频率的信号,而发射频率的信号完全阻挡住(通常用于WCDMA和LTE的双工器隔离度超过55dB)。

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双工器TX RX隔离度

类似的逻辑也适用于接收信号。如果没有双工器,接收信号的一小部分可能溢出到发射器通路中。由于接收到的信号总量非常微弱,它不会损坏发射器路径上的任何东西,而发射器路径上的任何东西通常是设计来处理非常强的信号的,但它仍然可能是一个严重的干扰。如果溢出的信号被放大器放大,这种干扰会变得更加严重。



如果你有一个双工器在适当的位置,从接收器路径溢出的能量不能进入发射器路径,因为它会被滤波器过滤掉,只通过发射信号的频率。

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双工器的类型

就像滤波器一样,你会看到各种各样的双工器。小尺寸的双工器,比如(a) ,(b) ,(c) ,通常是SAW,BAW,FBAR,如果你打开手机,通常处理的功率不是很大。如果你看一个比移动设备大的系统,处理的功率相对较高,你会看到像(d) ,(e) ,(f)这样的双工器,它们是直接基于 pcb 或基于腔滤波器设计的。

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双工器实物

理想的双工器VS实际的双工器

就结构而言,双工器只是两个滤波器的复合体。因此,双工器的特性是基于滤波器的特性。在大多数移动通信中,传输频率和接收频率之间的差距并不大。所以双工器的关键要求之一,就是如何将接收器的频率和发射器的频率分开。理想的双工器要求是有非常尖锐的频率特性,没有任何重叠,但在现实中,你不能避免一定程度的重叠。


理想双工器和实际双工器的频率特性对比




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