2014 十一月

用于智能手机中WLAN和蓝牙的多层双工器

用于多频带设备的迷你滤波器

随着功能和频带的不断增多,智能手机的可用空间不断减少。TDK已将其双工器组合扩展为用于WLAN和蓝牙(频率为2.4 GHz和5.0 GHz)的小型DPX 1005多层双工器,该多层双工器具备封装尺寸极小、省电和插入损耗低的主要特点。

智能手机中的多馈天线是为服务手机和无线业务(包括GPS、无线LAN和蓝牙等)的多个频带而设计。这些共享宽带天线减少了所需天线的数量,且有助于节省智能手机中的宝贵空间,但与此同时也需要更多的滤波器,以确保良好识别间隔很窄的频带内的信号。天线接口的关键元件是双工器,即组合了高通 (HPF) 和低通 (LPT) 滤波器的一种无源元件。置于天线接口的双工器,在天线侧有一个共享端口,在射频前端侧则有两个输出端口。这些端口的作用就是将接收的复合信号分离至各自的频率(高频带,低频带),或将单独的发送信号组合成复合信号,然后通过共用天线(图1)发送出去。

图1:智能手机中WLAN/蓝牙电路框图

新型TDK DPX系列双工器用于分离和组合2.4-GHz和5-GHz频带内的WLAN和蓝牙信号。

成熟的LTCC技术

由于需要更多的滤波器来过滤不断增加的频带,双工器最重要的设计需求就是小型化。TDK用于2.4 GHz和5.0 GHz WLAN和蓝牙的新型DPX105950DT-6010B1多层双工器采用先进的LTCC(低温烧结陶瓷)工艺制造,具备超小封装尺寸(仅为1.0 mm × 0.5 mm),纤薄插入高度(仅为0.4 mm)。该新型双工器是目前市场上同类产品中最小的元件,比现有的1608型号小60 %以上。

该新型双工器采用LC设计和LTCC工艺(一项成熟工艺,已广泛用于除DPX系列外的多种高频元件和模块),其多层的导体模式丝印至绿色介电板(基铝玻璃陶瓷)上。直接丝印在介电板上的电极和带状线通过导孔进行电气连接,从而形成电容器部分和电感器部分。连接完成后,电容器和电感器部件会反过来分别用作双工器的高通 (HPF) 和低通 (HPF) 滤波器。印制完成后,介电板被分层、切割并划分为多个元件进行烧制。图2显示了多层双工器的基本内部结构。

图2:TDK DPX 1005多层双工器的基本内部结构

内部电极或带状线通过丝印导体涂层(银等)印至绿色介电板而形成。然后堆叠介电板以形成多层,再进行切割、划分成多个元件,最后在低于银导体熔点的温度烧制。

LTCC的烧制温度大约900 °C(甚至更低),低于银导体的熔点(962 °C)。多层板带来的一大特殊挑战是如何生产尺寸精确且不弯曲的陶瓷设备,因为使用热扩展系数 (CTE) 不同的多种材料时会发生弯曲现象。新型DPX 1005双工器的电感器和电容器所处的层也使用了不同的陶瓷材料:其中电感器部分的介电质具有较低的介电常数,而电容器部分的介电质则具有较高的介电常数。鉴于此,TDK公司采用与CTE匹配的材料来生产高精度的多层元件,确保其烧制过程中不会弯曲。

电源效率更高,选择性更大

高频带侧支持5-GHz无线LAN (IEEE802.11a/n/ac),而低频带侧支持2.4-GHz无线LAN (IEEE802.11b/g/n) 和蓝牙。凭借超薄陶瓷层,新型双工器不仅比传统的双工器小,且性能更卓越。新型1005双工器的最大低频带和高频带插入损耗仅分别为0.5 dB和0.8 dB,比现有双工器(图3)的电源效率(影响电池寿命的一个因素)更高。此外,新型双工器的最小低频带和高频带衰减分别为23 dB和25 dB,极大地提高了其选择性。

图3:TDK DPX 1005多层双工器的低频带和高频带插入损耗

新型TDK DPX 1005多层双工器的插入损耗比传统的双工器低,电源效率更高。

新型TDK DPX 1005多层双工器(自2014年3月开始量产)的面市,彰显了TDK集团始终坚持不懈致力于进一步减小元件尺寸和高度的决心。新型元件减小了射频收发电路(用于智能手机和其它移动通信设备中的无线LAN和蓝牙)所需的安装面积和体积,从而有助于实现更小、更薄和更轻的设备。该小型双工器还非常适合集成到模块中。

表:TDK DPX 1005多层双工器的关键数据

型号

DPX105950DT-6010B1

尺寸 [mm]

1.0 × 0.5 × 0.4

2.4 GHz至2.5 GHz时的最大低频带插入损失 [dB]

0.5

4.9 GHz至5.95 GHz时的最大高频带插入损耗 [dB]    

0.8

4.8 GHz至6.0 GHz时的最小低频带衰减 [dB]

23

2.4 GHZ至2.5 GHz时的最小高频带衰减 [dB]

25

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