CN100370651C - 微波通讯用之接触式反平行发夹梳型滤波器 - Google Patents
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Abstract
一种微波通讯用之接触式反平行发夹梳型滤波器，其特征在于它是由二组方向相反、各组内数目相同且长度为半波长的发夹式振荡器所构成，滤波器之输入、输出端为贴线微带，输入端之贴线微带通过连接输入调整片再连接于滤波器中的第一个振荡器，输出端之贴线微带通过连接输出调整片与滤波器中的最后一个振荡器相连接。本发明的优越性在于其共振器间的耦合量小，容易制成小体积的窄带滤波器；可提高通带边缘的陡峭度，提高滤波器的灵敏度，接触式反平行发夹梳型滤波器不仅可以用于平面型传统金属型滤波器，更适用于制造具高品质因子的高温超导滤波器。
Description
(一)技术领域：
本发明涉及一种适用于微波通讯用的滤波器，特别是一种微波通讯用之接触式反平行发夹梳型滤波器。
(二)背景技术：
长久以来，滤波器一直是微波通讯中的一个重要元件，它具有过滤杂讯、使通讯信号清晰的功用。滤波器依功能使用有低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器及带止滤波器等四种。其中带通滤波器的作用是让固定频宽的讯号通过，而将较低频及较高频部分的信号隔除。带通滤波器在目前行动通讯应用上尤其显得重要，特别适用于基站的接收和发射系统上。高温超导薄膜有很高的品质因子(Q值)，是用高温超导薄膜制成的滤波器，具有低损耗及高选择性(高通带边缘陡峭度)等特点，目前已开始被应用在行动通讯基站之接收系统上。基站使用高温超导滤波器之后，可增加基站的覆盖面积、降低杂讯的干扰，提高通话品质；并可降低手机的发射功率，大幅减少电磁波辐射对人脑的影响，达到绿色环保的要求。使用高温超导薄膜制作的滤波器多为平面式结构，可有不同形式的结构：图1为典型的四级(四阶)条带(strip line)结构梳线(comb-line)型滤波器，振荡器(11)的一端接地(12)，另一端接一电容(13，14)后再接地(15)，左右之输入、输出端(16)为贴线(tapped-line)式、直接连结在第一个及第四个振荡器上；图2为一般形式的发夹式振荡(hairpin-resonator)之带通滤波器，请参考E.G.Cristal and S.Frankel，“Hairpin-ling and Hybrid Hairpin-Line/Half-Wave Parallel-Coupled-Line Filters”，IEEEE Trams.MTT，vol.MTT-20，pp.719-728，(November 1972)，在此设计上，滤波器里的振荡器(21)方向是上、下交替轮换，这结果使得振荡器间有很强的耦合效应，适合制作宽带的滤波器，若用于制作窄带滤波器、则滤波器会需要相当大的空间；图3为另一种发夹式振荡器之滤波器结构，请详见于M.Sagawa，K.Takahashi，andM.Makimoto，“Miniaturized Hairpin Resonator Filters and theirApplication to Receiver Front-End MIC’s”，IEEE Trams.MTT vol.37，pp.1991-1997(December 1998)，此种设计在振荡器开口(31)的前端被缩短、且产生很强的电容效应(32)，振荡器显示出半块状(semilumped)性质(33)、即上端(开口端)显出电容性效应，下端显出电感性效应。这种滤波器结构的震荡方向都是同向，为了缩短整个振荡器长度，振荡器的电容部分可以相当大、电感部分可以相当小，但这样它的品质因子(Q值)就会降低，同时在各个振荡器(34)间无法耦合产生振荡效应、在通带边无法产生衰减的极(pole)来增加带外的衰减效果；图4为一种发夹梳型(Hairpin-Comb)滤波器，此种滤波器所含振荡器(41)之方向皆相同，振荡器总长度为1/2波长，曲折二边之长度则小于1/4波长(42)，此种结构之滤波器适合制作窄带(narrow-band)滤波器，即频宽小于1％之滤波器中心频率，请参考George L.Matthaei，US Patent Number 5,888,942(Mar.30，1999)。
(三)发明内容：
本发明的目的在于设计一种微波通讯用之接触式反平行发夹梳型滤波器，它是一种微波带通滤波器，它具有体积小，极高的通带选择性，极高的杂讯抑制能力，易于制成带宽小于1％的滤波器中心频率的窄带滤波器及适合使用具高品质因子的高温超导薄膜制作，尤其适合使用高温超导薄膜制成行动通讯基站接收系统中的滤波器。
本发明的技术方案：一种微波通讯用之接触式反平行发夹梳型滤波器，其特征在于它是由二组方向相反，同一组内数目相同、方向相同、彼此直接相邻且长度为半波长的发夹式振荡器所构成，滤波器之输入、输出端为贴线微带，输入端之贴线微带通过连接输入调整片再连接于滤波器中的第一个振荡器，输出端之贴线微带通过连接输出调整片与滤波器中的最后一个振荡器相连接。
上述所说的二组方向相反、各组内数目相同且长度为半波长的发夹式振荡器的形状相同或不同。
上述所说的二组方向相反、各组内数目相同且长度为半波长的发夹式振荡器间的距离相同或不同。
上述所说的二组方向相反、各组内数目相同且长度为半波长的发夹式滤波器结构中二组振荡器的分隔间距与其组内相邻振荡器的间距相同或不同。
上述所说的滤波器中之各振荡器组中的同向振荡器的数目至少为2个。
上述所说的滤波器中之振荡器组大于2组，但相邻两组振荡器的方向必须相反。
上述所说的与滤波器之输入、输出端连接的输入调整片及输出调整片的调整片之几何形状及平面大小随不同滤波器的电气规格而改变。
上述所说的滤波器中之发夹式振荡器其转折处依需要设计有具微调作用的不同的几何形结构，为直角状、阶梯状、抹角状、圆角状或顶端凸起状。
上述所说的滤波器用金属薄膜制作或使用具高品质因子的高温超导薄膜制作。
本发明的优越性在于：1、接触式反平行发夹梳型滤波器其共振器间的耦合量小，容易制成小体积的窄带滤波器；2、具有很好的通带选择性，即具有很高的通带边缘陡峭度，提高滤波器的灵敏度，可将杂讯过滤的很干净；3、此种滤波器不仅可用金属薄膜制作，更适合使用具高品质因子的高温超导薄膜制作；4、本发明适合制作高温超导滤波器，应用在各种不同的微波通讯系统上，不仅可以用于平面型传统金属型滤波器，更适用于制造具高品质因子的高温超导滤波器。
(四)附图说明：
图1为一个现有四极线性结构之滤波器，输出、输入端为接触式贴线结构。
图2为现有典型的发夹式振荡器之滤波器结构，其中发夹式振荡器之方向交替呈现相反方向。
图3为现有半块状(semilump)的发夹式振荡器之滤波器结构。
图4为现有一个四极发夹梳型滤波器结构，其发夹式振荡器之方向皆同向。
图5为本发明所涉一种微波通讯用之接触式反平行发夹梳型滤波器的整体结构示意图。
图6为本发明所涉一种微波通讯用之接触式反平行发夹梳型滤波器的一个10极接触式反平行发夹梳型滤波器的实施例结构示意图。
图7为本发明所涉一种微波通讯用之接触式反平行发夹梳型滤波器的电脑模拟仿真的滤波器频率响应图；此图是根据图6结构、使用Sonnet软体所计算出来。
图8为本发明所涉一种微波通讯用之接触式反平行发夹梳型滤波器的一个22极的接触式反平行发夹梳型滤波器实施例的频率响应实测图，此滤波器使用高温超导薄膜制作，带外抑制大于90dB；图中显示S11，S22和S21等图形。
其中：11为梳型振荡器，12为接地，13为电容Cr，14为电容Cr1，15为接地，16为输入、输出端，21为发夹式振荡器，31为振荡器开口端，32为电容效应结构，33为振荡器显示出半块状(semilumped)性质的结构，34为各个半块状发夹式振荡器，41为方向皆相同的滤波器所含之振荡器，42为小于1/2振荡器的长度，Cc为电容，51为开口向上的发夹式振荡器组，52为开口向下的发夹式振荡器组，53为开口向上的振荡器间的距离，54为开口向下的振荡器间的距离，55为二组振荡器分隔的间距，56为接触式输入端，57为接触式输出端，58为阶梯状发夹式振荡器之转折处，59为小阶梯状发夹式振荡器之转折处，60为顶端凸起状发夹式振荡器之转折处，61为调节片，71为10极(pole)的带通滤波器之微带输入端，72为10极(pole)的带通滤波器之微带输出端，73为10极(pole)的带通滤波器之输入端调节片，74为10极(pole)的带通滤波器之输出端调节片，75为10极(pole)的带通滤波器之与输入端连接的第一个发夹式振荡器，75-76间为10极(pole)的带通滤波器中之方向相同的五个发夹式振荡器，77-78间为10极(pole)的带通滤波器中之方向相反的五个发夹式振荡器，78为10极(pole)的带通滤波器之与输出端连接的最后一个发夹式振荡器，80、81、82、83、84、85、86、87、88、89为为使滤波器的频率响应达到需求的规格而对每一发夹式振荡器之折回处所做的几何结构形状调整(可包括直角状、阶梯状、抹角状、圆角状或顶端凸起状等)。
(五)具体实施方式：
实施例1：一种微波通讯用之接触式反平行发夹梳型滤波器(见图5)，所说的滤波器结构由二组反平行发夹型振荡器所构成，第一组发夹型振荡器组51的开口向上，第二组发夹型振荡器组52的开口向下；此二组发夹型振荡器的数目相同，均为n个，相对应的振荡器形状一样，振荡器间的距离53和54相同，但方向相反，如图5中振荡器1和2n，2和2n-1，......，n-1和n+1；二组振荡器分隔的间距55与其它相邻组内振荡器的间距53和54不同。第一个振荡器51-1外接一接触式输入端56，最后一个振荡器52-2n外接另一相同结构、但相反方向(上下颠倒)的接触式输出端57。发夹式振荡器之转折处有为使滤波器的频率响应达到需求的规格而对每一发夹式振荡器之折回处所做的几何结构形状的调整(可包括直角状、阶梯状、抹角状、圆角状或顶端凸起状等不同的几何形结构)，本例可为小阶梯状59、阶梯状58或顶端凸起状60。输入端56连接于第一个振荡器51-1间有具有调节滤波器频率相应功能的调节片61，输出端57连接于最后一个振荡器52-2n间亦有具有调节滤波器频率相应功能的调节片61，调节片61的形状大小随着不同滤波器的电气规格而改变。
上述所说的滤波器可使用高温超导薄膜制作出适合第三代(3G)行动通讯基站使用的超导滤波器。
实施例2：本发明“接触式反平行发夹梳型滤波器”是使用Sonnet电磁模拟仿真软体所设计，Sonnet软体是一种平面式全波形电磁模拟仿真软体，由美国Sonnet软体公司所出版。本例为一个10极(pole)的带通滤波器(见图6、7)，平面结构如图6所示。此滤波器之讯号由输入端之微带71进入，经调节片73、接连到第一个振荡器75，第一个振荡器75至第五个振荡器76的方向皆相同；第六个振荡器77至第十个振荡器78的方向相同、但与第一至第五个振荡器的方向相反；第十个振荡器78再向外连接一调节片74，最后再接输出端72。每一发夹型振荡器的折回区域(80，81，82，83，84及85，86，87，88，89)都可做适当的几何结构修正，使滤波器的频率响应(图7)达到需求的规格。
实施例3：本例为一个使用高温超导薄膜制造适合3G基站使用的高温超导滤波器，此滤波器为22极(由22个振荡器所组成)，在77K(液态氮温度)实际量测到的频率响应如图八所示；此滤波器之波形(频率响应)未经微调，带外抑制大于90dB。
Claims (9)
1.一种微波通讯用之接触式反平行发夹梳型滤波器，其特征在于它是由二组方向相反，同一组内数目相同、方向相同、彼此直接相邻且长度为半波长的发夹式振荡器所构成，滤波器之输入、输出端为贴线微带，输入端之贴线微带通过连接输入调整片再连接于滤波器中的第一个振荡器，输出端之贴线微带通过连接输出调整片与滤波器中的最后一个振荡器相连接。
2.根据权利要求1所说的一种微波通讯用之接触式反平行发夹梳型滤波器，其特征在于所说的二组方向相反、各组内数目相同且长度为半波长的发夹式振荡器的形状相同或不同。
3.根据权利要求1所说的一种微波通讯用之接触式反平行发夹梳型滤波器，其特征在于所说的二组方向相反、各组内数目相同且长度为半波长的发夹式振荡器间的距离相同或不同。
4.根据权利要求1所说的一种微波通讯用之接触式反平行发夹梳型滤波器，其特征在于所说的二组方向相反、各组内数目相同且长度为半波长的发夹式滤波器结构中二组振荡器的分隔间距与其组内相邻振荡器的间距相同或不同。
5.根据权利要求1所说的一种微波通讯用之接触式反平行发夹梳型滤波器，其特征在于所说的滤波器中之各振荡器组中的同向振荡器的数目至少为2个。
6.根据权利要求1所说的一种微波通讯用之接触式反平行发夹梳型滤波器，其特征在于所说的滤波器中之振荡器组大于2组，但相邻两组振荡器的方向必须相反。
7.根据权利要求1所说的一种微波通讯用之接触式反平行发夹梳型滤波器，其特征在于所说的与滤波器之输入、输出端连接的输入调整片及输出调整片的调整片之几何形状及平面大小随不同滤波器的电气规格而改变。
8.根据权利要求1所说的一种微波通讯用之接触式反平行发夹梳型滤波器，其特征在于所说的滤波器中之发夹式振荡器其转折处依需要设计有具微调作用的不同的几何形结构，为直角状、阶梯状、抹角状、圆角状或顶端凸起状。
9.根据权利要求1所说的一种微波通讯用之接触式反平行发夹梳型滤波器，其特征在于所说的滤波器用金属薄膜制作或使用具高品质因子的高温超导薄膜制作。
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