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LC分频器 / LC三工器(LC Diplexers / LC Triplexers)LC分频器的基础知识

什么是分频器(Diplexer)?

在具有两个或更多不同频带的无线电系统中,用于对多个频率进行电气分离的设备称为多路复用器(Multiplexer)。它也被称为天线共用器或分频器。
分频器(Diplexer)是一种多路复用器,是用于对2个不同的频率进行电气分离的设备。这是通过在1个端口(公共端口)上共享具有不同频带的2个滤波器来实现的。
此外,还可以共享3个或更多的滤波器,3个时称为三工器(Triplexer),4个时称为四工器(Quadplexer),5个时称为五工器(Pentaplexer),6个时称为六工器(Hexaplexer)。

分频器(Diplexer) 具有2个不同频带的滤波器
三工器(Triplexer) 具有3个不同频带的滤波器

分频器的结构

分频器的结构是一种高频滤波器与低频滤波器通过移相器相连接。
与移相器的连接点称为公共端口。通过使用移相器,阻带中的阻抗相对于通带中的阻抗会变得足够高。

分频器和收发双向器之间的区别

与分频器(Diplexer)类似的设备是收发双向器(Duplexer)。在无线通信领域,它们也被称为RF分频器或RF收发双向器。
RF分频器和RF收发双向器在作为天线共用器和分频器这方面基本相同,但它们通常按如下所述分开使用。

RF分频器

为了使用低通滤波器、高通滤波器或带通滤波器对信号进行混合或分离,将其用于对频率相差较远的2个频带进行分离或混合。

RF收发双向器

对FDD用途的发送和接收进行分离时使用。也就是说,它是一种利用高Q值的空腔谐振器来对发送和接收非常接近的频率进行分离和混合的设备。

  • FDD(Frequency Division Duplex):一种为发送和接收分配不同频率的通信方式

什么是LC分频器?

RF分频器有时也被称为LC分频器。
利用电感器(L)和电容器(C)组成的LC滤波器制成的分频器称为LC分频器。

村田的LC分频器是一种由温度系数较小的LTCC(低温同时烧成陶瓷)和印刷铜线圈制成的多层结构分频器。此外,它的损耗少并具有优良的电气特性,可用于蜂窝网络和Wi-Fi™等多种用途。

下面对LC滤波器的结构、种类和LTCC的详情进行说明。

LC分频器的类型

根据频率分离方式的不同,LC分频器大致分为三种类型。

低通/高通分频器:Low Pass/High pass Diplexer

由低频(Low)侧端口的低通滤波器和高频(High)侧端口的高通滤波器组合而成的分频器。
这是极常见的分频器。

低通/高通分频器

低通/带通分频器:Low Pass/Band Pass Diplexer

由低频(Low)侧端口的低通滤波器和高频(High)侧端口的带通滤波器组合而成的分频器。
这是Wi-Fi分频器中常见的构成。

低通/带通分频器

带通/带通分频器:Band Pass/Band Pass Diplexer

由低频(Low)侧端口的带通滤波器和高频(High)侧端口的带通滤波器组合而成的分频器。

带通/带通分频器

LC分频器的使用示例

对村田的LC分频器的使用示例进行介绍。

Wi-Fi 6E/7

Wi-Fi是无线LAN的标准之一,表示使用国际标准IEEE 802.11的设备之间的相互连接已得到认可。
Wi-Fi用于笔记本电脑、平板电脑、智能手机和游戏机等多种设备。
以下是Wi-Fi标准——Wi-Fi 6E/7(频率2.4至2.5GHz / 5至7.125GHz)中LC分频器的实用示例。

使用型号:LFD182G45PJEF833 Wi-Fi 6E/7中LC分频器的实用示例1
Wi-Fi 6E/7中LC分频器的实用示例2
Wi-Fi 6E/7中LC分频器的实用示例3

除此之外,还备有多种面向非蜂窝网络(Bluetooth®/Wi-Fi™/Sub-1GHz)的产品。

蜂窝网络

由于信道数量的增加和CA的引入,对面向蜂窝网络的分频器和三工器的需求正在增加。
拥有与各波段和频率相应的产品阵容,以下是支持主流分频方法——LB/MB、MB/HB和HB/UHB的LC分频器实用示例。

  • CA(Carrier Aggregation/载波聚合):一种实现无线通信高速化的方法,是一种将多个载波通信集成在一起的方式
使用型号:LFD18788MPA4F498(LB/MB)
对617至960MHz和1427至2690MHz进行分离的分频器。
LB/MB的LC分频器实用示例1
LB/MB的LC分频器实用示例2
使用型号:LFD2H1G44MPEF859(MB/HB)
对频率2200MHz和2300MHz进行分离的分频器。
MB/HB的LC分频器实用示例1
MB/HB的LC分频器实用示例2
使用型号:LFD181G65PAGF743(HB/UHB)
对频率617至2690MHz和3300至5925MHz进行分离的分频器。
HB/UHB的LC分频器实用示例1
HB/UHB的LC分频器实用示例2

除此之外,还备有支持5G NR(New Radio)的产品等多种面向蜂窝网络的产品。

应对小型化需求

近年来,随着智能手机等移动通信设备的高功能化和小型化,对电子元件的性能和尺寸的要求也不断提高。另一方面,蜂窝网络通信向多频带转化等导致需要更多的滤波器来处理数量不断增加的频带。
在此背景下,在有限的安装空间内进行高密度贴装变得越来越重要,对电子元件进一步小型化的需求也日益增加。

为了满足这些小型化需求,村田备有1005尺寸的小型产品和带有LGA端子的分频器。

应对不受金属屏蔽影响的元件的需求

近年来,移动通信设备日趋小型化和薄型化,导致电子元件与终端内部的金属屏蔽之间的距离不断缩短。结果,金属屏蔽靠近电子元件,这可能会造成干扰并导致电子元件的特性劣化。
在这种情况下,可能会发生终端通信速度下降等问题,因此对不受金属屏蔽影响的元件的需求日益增加。
村田将新的改进融入LTCC技术,备有将金属屏蔽的影响遏制到下限的“屏蔽坚固”产品。
由此将金属屏蔽对顶面的影响遏制到了下限,即使在金属屏蔽靠近的状态下也能保持稳定的特性。

侧面图
产品与金属屏蔽之间不同距离的特性模拟数据
使用型号:LFD2H1G44MPEF859(MB/HB)

金属屏蔽靠近导致的特性变化

举例来说,当金属屏蔽放置在近处时,存在对高频率侧产生影响的倾向,因此,在此用高频段的插入损耗进行比较。

※基于相同的2200/2300MHz(MB/HB)分频器的仿真数据进行比较