隨著必須支持不同頻段的多頻段智能手機變得越來越普遍，雙工器成為越來越重要的無源元件。這種多頻帶帶通濾波器放置在天線和無線單元的電子設(shè)備之間，允許多個發(fā)射功率放大器和接收器前端支持不同的頻帶，同時共享一個公共天線路徑。

　　在接收器端，雙工器從天線接收兩個信號（通常稱為高頻帶和低頻帶信號）并將它們引導(dǎo)到適當?shù)慕邮掌髑岸耍辉诎l(fā)射端，它將來自不同頻段的兩個輸出功率放大器的信號組合起來，然后再到達天線（圖 1）。現(xiàn)代雙工器的技術(shù)和相關(guān)實施與 SAW 濾波器和其他單片固態(tài)濾波器密切相關(guān)。

　　圖 1：基本雙工器由共同封裝的低頻段和高頻段帶通濾波器組成，用于拆分/合并兩個相鄰頻段，以便它們可以共享單個天線。

　　一些雙工器架構(gòu)基于低通濾波器和高通濾波器的簡單配對來分離兩個感興趣的頻段。這些實現(xiàn)通常需要額外的帶通濾波，以進一步衰減感興趣信號頻譜之外的信號（圖 2）。雖然組合的低通加帶通濾波器方法比僅帶通拓撲具有更多的功能塊，但這種配對可以緩解設(shè)計滿足總體要求的濾波器的挑戰(zhàn)，因此可以降低成本并提供更好的性能，具體取決于情況的具體情況。

　　圖 2：一些雙工器將低通和高通濾波器與帶通濾波器結(jié)合使用，這增加了內(nèi)部復(fù)雜性，但實際上可能會簡化設(shè)計并提高性能。

　　雙工器是一個三端口無源器件，可以為接收器或發(fā)射器路徑插入相同的器件。雙工器必須為前端、功率放大器和天線提供定義的輸入或輸出阻抗，以實現(xiàn)適當?shù)募夐g匹配。

　　另請注意，術(shù)語雙工器和分離器有時在隨意的談話中可以互換使用，但它們通常是不同的。真正的分路器將單個信號沿兩條路徑平均分配（每條腿的功率是原始信號強度的一半），因此源可以饋送多個接收器；一個示例是連接到兩臺獨立電視的電纜饋送。

　　然而，一些分離器實際上充當雙工器，例如那些將單個廣播電視天線信號分離成 VHF 和 UHF 頻段的分離器。互補也是正確的：一個組合器接收兩個相同頻率的信號并將它們饋送到一個公共輸出，但一些組合器實際上是雙工器，例如那些從 VHF 和 UHF 天線獲取輸出并將它們組合到一個單根電纜。因此，在談?wù)撾p工器、分離器和組合器時，最好澄清這些術(shù)語。

　　雖然兩頻段雙工器是最常見的組合/分路配置，但也有三頻段三工器甚至四頻段四工器；雖然這些往往比雙工器具有更低的性能規(guī)格和更高的成本，但它們可能是最具成本效益、節(jié)省空間的方法。

　　雙工器與雙工器

　　請注意，雙工器與雙工器不同。與雙工器一樣，雙工器放置在系統(tǒng)天線及其電子設(shè)備（接收路徑輸入放大器和發(fā)射路徑功率放大器）之間。但是，雙工器的作用是將占用同一頻段的發(fā)射和接收信號相互分離；在全雙工甚至半雙工操作期間需要這種分離。通過控制輸入和輸出能量的流動，使相對高功率的輸出不會到達、過載甚至可能損壞敏感的接收器側(cè)輸入，雙工器將發(fā)射器和接收器耦合到天線，同時在發(fā)射器和接收器之間提供隔離。

　　盡管將發(fā)射器和接收器功能分離為頻譜的不同部分似乎更簡單，但這通常是不可能的。例如，雷達系統(tǒng)發(fā)射相對較高功率的信號，然后切換到接收器模式以捕捉微弱的回波反射；兩個信號的頻率相同（如果有的話，多普勒頻移除外）。如果在發(fā)射階段接收器與天線保持連接，則發(fā)射器信號將使接收器前端過載并使其進入飽和狀態(tài)，從而使其無法正常工作，直到前端恢復(fù)。根據(jù)功率水平，發(fā)射信號的功率可能會永久損壞接收器的敏感前端。與雙工器相比，雙工器是一個多頻帶單元，

　　雙工器設(shè)計和參數(shù)

　　在較低頻率下使用的低功率雙工器（約 500 MHz）是使用 PC 板上的分立元件構(gòu)建的。用于更高頻率和更高功率水平的雙工器，大約 1 GHz/10 W 及以上，通常使用更高性能的射頻組件構(gòu)建為模塊或混合設(shè)備。然而，對于 1 GHz 以上的低功耗便攜式設(shè)備應(yīng)用，例如 Wi-Fi、智能手機和 GPS 接收器，其功率水平低于幾瓦，設(shè)計人員使用基于 SAW（表面聲波）和 FBAR（薄膜體聲諧振器）技術(shù)。

　　用于將 UHF 和 VHF 廣播電視信號合并到單根電纜上的低成本標準雙工器；在電纜的另一端使用相同的單元將它們拆分到電視機輸入端的各個調(diào)諧器。

　　由于雙工器是特殊形式的濾波器，因此使用傳統(tǒng)的濾波器參數(shù)來表征它們。這些包括眾所周知的濾波器因素，例如中心頻率、帶寬、插入損耗、衰減、功率處理和溫度穩(wěn)定性。

　　雙工器還有一個額外的關(guān)鍵性能參數(shù)：低頻帶和高頻帶之間的最終隔離。這個數(shù)字超出了通帶外濾波器滾降的特性；相反，它是那些低通帶和高通帶的滾降以及兩個通帶彼此接近程度的函數(shù)。因此，它定義了一個頻段中的信號相對于另一頻段衰減多少。一些供應(yīng)商明確指定隔離；對于那些他們不知道的情況，設(shè)計人員可以通過重疊高頻帶和低頻帶的帶寬和插入損耗圖來確定它。

　　具有代表性的雙工器是TDK DPX165950DT-8126A1，它是一種用于 2.4 GHz 和 5.0 GHz 無線 LAN （WLAN） 頻段的多層芯片單元。低頻段和高頻段之間的隔離度優(yōu)于 30 dB（圖 4）。低頻段插入損耗（2400至2496 MHz）為0.6 dB（最大值），對應(yīng)的高頻段插入損耗（4900至5950 MHz）為1.4 dB（最大值）；典型值約為這些數(shù)字的一半。低頻段和高頻段端口濾波器都有急劇滾降，分別如圖 5 和圖 6 所示。該設(shè)備非常小巧，只有 1.6 × 0.8 × 0.6 mm 高。

　　圖 4：用于 2.4/5.0 GHz 頻段的 TDK DPX165950DT-8126A1 雙工器在低頻段和高頻段之間提供至少 30 dB 的隔離。

　　圖 5：對于 TDK 組件，通帶中的低頻段插入損耗約為 1 dB，而高頻段插入損耗略高于 1 dB（典型值）。

　　圖 6：對于 TDK 雙工器，每個帶通濾波器的通帶外衰減至少為 10 到 15 dB。

　　另一個有趣的部件是Johanson Technology的2450DM40A1575系列，它是 2.5 × 2.5 × 1.2 mm 高的組件。該雙工器設(shè)計用于將用于藍牙、802.11 （Wi-Fi）、ZigBee 或該頻段中專有 WLAN 的標稱 2.4 GHz ISM（工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療）頻段與標稱 1.5 GHz GPS 信號分開，如需要在基于 LAN 的組合產(chǎn)品中，該產(chǎn)品還必須使用獨立的 GPS 功能進行地理定位。

　　為了提高性能，該器件除了前置雙工器模塊外，還包括 SAW 和 LC 帶通濾波器（圖 7）。 GPS 部分的帶寬約為 100 MHz，在通帶外的插入損耗超過 40 dB（圖 8）。相比之下，WLAN 部分具有數(shù)百 MHz 的較寬帶寬，具有更平緩的插入損耗滾降（圖 9）和大約 40 dB 的最大插入損耗。

　　圖 7：Johanson Technology 的 2450DM40A1575E 將 2.4 GHz 無線 LAN 頻段與 GPS 載波頻率分開。

　　圖 8：GPS 頻段需要一個具有急劇滾降的窄通帶來選擇 GPS 信號，同時衰減附近的潛在干擾信號。

　　圖 9：對于頻譜的無線 LAN 部分，2450DM40A1575E 通帶更寬，滾降更平緩。

　　這些只是眾多可用單元中的兩個示例，每個單元都針對頻譜和應(yīng)用配對的不同部分量身定制。

　　概括

　　無線設(shè)備（例如 2.4/5 GHz 智能手機）或包含 GPS 接收器等輔助功能的無線 LAN 中的多頻帶操作需要雙工器。通過帶通濾波器將輸入信號分離為兩個（或更多）組成頻帶，或?qū)⒍鄠€頻帶組合成一個信號，一個天線可以滿足多個前端/功率放大器的需求。對于低功率器件，可以使用單片 SAW 或 FBAR 技術(shù)制造雙工器，這些技術(shù)在微型、低成本封裝中提供了非常好的性能。