双工器、三工器和四工器解密

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您将了解双工器、三工器和四工器及其滤波应用。 不要不知所措⸺并没有听起来那样复杂！


双工器、三工器和四工器都属于一类设备，这类设备统称为“多工器”。多工器有单一输入端口和多个输出端口。多工器是一组非叠加的滤波器，这些滤波器在组合方式上确保不相互加载，并且输出之间高度隔离。


双工器


双工器由两个（收发）滤波器合并组成，共用一个公共节点（天线），允许设备同时发射 (Tx) 和接收 (Rx)（参见图 1）。





双工器通常用于频分双工 (FDD) 无线电应用，其中一个滤波器是发射滤波器，另一个是接收滤波器。双工器的设计能够确保每个滤波器的通带不会加载另一个滤波器。另外，接收滤波器输出中出现的发射信号需要显著衰减，这一点也很重要。之所以需要这种高等级的隔离，是为了确保信号不会导致接收前端发生过驱。这种隔离往往被称为发射频率下的收发隔离，常见数值在 55 dB 以上。


另外，接收频率下也需要高等级收发隔离。这是为了防止发射信号产生的宽偏移噪声（接收频率）在接收器输入中出现，从而降低灵敏度。以上两种隔离要求构成“带内隔离要求”⸺收发滤波器对应同一频带。我们将在本章后文的“四工器”一节，介绍更高量级多工器的交叉频带隔离要求。


三工器


三工器由三台滤波器（或端口）组成，共用一个节点（或端口）（参见图 2）。三工器的通带加载和隔离目标与双工器相同。三工器有 12/13 频带三工器和 1/4 频带三工器。





在频分双工系统中，常见的三工器应用是将通常需要两个双工器的地方合并成一个三工器，以此节省电路板空间。具体例子如图 3 所示。在上方，Band  2 和 13 被合并到一个三工器，这是因为两个频带的接收频带或下行链路频带相互邻近。因此，利用一个宽带更宽的滤波器合并两个滤波器，从而形成三滤波器结构。在下方，Band 1 和 4 被合并到一个三工器，这是因为 Band 4 的下行链路是 Band 下行链路的一个子集。





四工器


四工器将四个滤波器合并，共用一个节点（参见图 4）。四工器的通带加载和隔离目标与双工器相同。四工器有 Band 25/4 和 Band 1/3 四工器。四工器允许两个频带同时连接到天线，这对于载波聚合等应用非常有用（在载波聚合中，一部手机可能需要同时接收两个频带）。（关于载波聚合，在第 3 章有介绍。）四工器的复杂程度高于双工器和三工器，这是因为四个滤波器必须共同设计，并且满足严格的交叉隔离规范。





“交叉隔离”是指频带之间的隔离。回想一下，双工器要求发射信号在相应的接收频率输出端大幅衰减。对于四工器而言，发射信号需要在两个接收输出端大幅衰减。与此相似，为控制接收频带的噪声，需要对接收频率下的发射信号进行隔离，现在四工器有两个接收输出端。当您考虑所有情况时，会发现四工器有八个重要隔离，而双工器只有两个！

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