1.2 双工器基本原理
基站/移动台双工工作的时候,通过天线共用器,使同一副天线得以同时提供给收发信机使用,并且又互不影响。主要指的是发信对收信的影响,因为发信电平比收信电平高许多。影响主要体现在两个方面:第一是发信电平不能通过双工器泄入收信机。强大的发信功率可能使收信前端电路重者烧毁,轻者阻塞。因此,必须通过一系列抑制电路,将进入收信前端的电平抑制到阻塞电平以下。这可以通过设置高性能的收信带通滤波器来实现;第二方面,防止发信机输出的边带外噪声进入收信机,形成对收信机的干扰。这可通过设置发信带通滤波器加以解决。
上图为双工器的原理示意图。由于收发信滤波器在距公共天线1/4波长处,故能保证两个滤波器互不影响,还能使发信信号只能输入天线,而不能输向收信机;收信信号只能由天线进入收信机,而无法进入发信机。由于收信滤波器工作在收信频率上,收信频率可由天线无衰减地进入收信机,但它对发信频率起到短路作用。经过λT/4传输线后,从天线向此传输线看入的阻抗为无穷大,所以由发信机来的信号不能进入终端短路的λT/4传输线,只能传向天线。同理,由天线送入的收信信号无法进入终端短路的λR/4传输线,只能传向收信机。
1.2.1 双工器种类
根据构成双工器所使用的滤波器,可把双工器分为以下几类:
-带通双工器
如上图的结构,可以通过对谐振腔的个数以及谐振腔的尺寸进行调整来增减RX/TX之间的隔离。这样的双工器在使得发射信号通过带通滤波器的同时,发射机的噪声和杂散也被带通滤波器大大衰减,这样有助于对共址的其他接收机的干扰。带通型双工器最适合于中等以及较宽的收发频率间隔。如果两个频率相隔很近,需要外加陷波滤波器或者天线分离。
-带阻双工器
发射机信号直接通过滤波器发射到天线,但是发射机的载波和噪声仅在接收支路的滤波器上得到衰减。这样对于共址接收机来讲,干扰的衰减是很有限的。带阻型双工器最适合于收发间隔非常接近的系统。
- 带通/带阻双工器
这种双工器结合了上述两种双工器的特点。
1.2.2 基站/移动台双工器的比较
基站以及配套用的直放站等设备,通常采用腔体滤波器构成的双工器。同轴腔体滤波器采用耦合同轴腔结构,准椭圆函数方式实现,Q值高,具有较为理想的通带特性和阻带特性,过渡带陡峭,寄生通带远,它能提供小的插损和高的滤波性能,功率容量大。机加工则采用数控铣床精密加工,表面处理采用铝板镀银工艺。同时由于是同轴腔形式,性能指标和电磁兼容性是统一的。腔体密封好,电磁辐射也小,这是通过机加工精度和合适的螺钉数量来保证的。由于腔体基本上为一个整体,温度特性亦较好。同时由于是微波无源部件,可靠性很高,MTBF应该大于200,000小时。
移动台普遍采用了纯粹收发信窄带滤波器构成的双工器,其采用了多级谐振器作为选频器件,Q值较高,选频特性较好。很多情况下都不采用原理图示的λT/4,λR/4传输线,也能获得高达60dB的隔离度,同时减少了传输损耗,对提高灵敏度有好处。高性能滤波器往往由介质谐振器,LC滤波器,SAW滤波器等构成。也构成了对应的介质双工器,LC双工器,SAW双工器,以及由Agilent公司专利持有的薄膜体声谐振器FBAR(利用压电材料薄膜中激励的体声波(而不是表面声波)做成的谐振器。它具有频率高、体积小、效率高等优点,并且与半导体工艺兼容,容易与其它元器件集成)制作的双工器等。