CN1177503C - 具有寄生接地电容的多层式频带分隔器 - Google Patents

Abstract

本发明具有寄生接地电容的多层式频带分隔器，包括一准高通滤波器、一半集总式低通滤波器及一相位移器。该准高通滤波器包括一连接输入信号的第三电容器、一其一端连接该第一电容器而另一端接地的第四电容器、一其一端接地而另一端连接该第三电容器及该第四电容器交接点的电感性元件及一其一端连接该第三、该第四电容器及该电感性元件交接点而另一端连接一第二输出端以产生一高频输出信号的第二电容器。该相移位器是一连接至输入信号的传输线元件。该半集总式低通滤波器包括一其一端连接该相位移位器未连接输入信号的一端而另一端连接一第一输出端以产生一低频输出信号的阻抗性元件及一跨接在该阻抗性元件上的第一电容器。

Description

具有寄生接地电容的多层式频带分隔器

发明领域

本发明涉及一种用于无线通信的滤波元件(filtering device usedin wireless communication)，尤其涉及一种多层式频带分隔器(multilayer band separator)，其使用传输线当电感，并利用寄生接地电容减短接地传输线长度以达到缩小化目的，此具有接近高通滤波器特性，因此有较小的插入损耗。

背景技术

在无线通信(wireless communication)中，多频操作已是无可避免的方式。在目前的无线通信系统中，要设计一个双频滤波器(即双工器(duplexer)或频带分离器(band separator)，一般而言考虑的主要因素有(1)插入损耗(insertion loss)；(2)防护带宽(guard band)；(3)绝缘度(isolation)；(4)带外(outband)抑制度(rejection)。当防护带很宽，又要求较佳插入损耗与绝缘度时，利用低通滤波器(lowpass filter)与高通滤波器(highpass filter)的组合较合适。当防护带很宽，又要求较佳插入损耗而不在乎绝缘度及其频宽时，利用两个带阻滤波器(bandstop filter)的组合较为适合。当着重于要求尺寸、带外抑制度时，利用两个带通滤波器(bandpass filter)或一带通加一带阻的组合较为合适。当防护带很窄且要求较佳插入损耗时，利用带阻滤波器(bandstop filter)与高通滤波器(highpass filter)的组合较为合适。例如，在台湾GSM900与DCS1800的双频滤波器应用或在美国MPS900与PCS1900的双频滤波器应用中，防护带很宽，且要求较低插入损耗，因此适合采用低通滤波器与高通滤波器的组合或利用两个带阻滤波器的组合较为合适。

图1是一传统上用于GSM/DCS双频手机中由二带阻滤波器组合的多层式频率分隔器(multilayered frequency separator)。在图1中，二带阻滤波Notch 1、Notch 2分别包括一电容器与一电感器的并联(shunt)组合。如图1所示，当信号T1输入时，由于LC参数值的不同，而使该滤波器分别在频率f1＝900MHz输出信号T3而在频率f2＝1800或1900MHz输出信号T2，其输出的双频输出信号示于图2中。由于GSM/DCS双频手机对于绝缘宽度(isolation bandwidth)在20dB的要求标准为占整个频宽的10％以上，因此，这类电路往往无法满足GSM/DCS双频手机对绝缘宽度的要求。据此，参考图3，在Tai et al.所提供的美国专利号5,880,649中，提供一改进电路。在图3中，除包括二带阻滤波器外，尚包括一电容器构成的低通滤波器及一LC并联构成的高通滤波器。如图3所示，当信号T11分别经过二带阻滤波器Notch 3、Notch 4，及相对应的低通滤波器及高通滤波器而分别在频率f1＝900MHz产生输出信号T33及在频率f2＝1800或1900MHz产生输出信号T22，其输出的双频输出信号示于图4中。如图4所示，此电路布局能使20dB处的频宽加大以符合系统要求，但须增加一级滤波器以致电路变的较为复杂，因而进一步增加制造成本。

发明内容

有鉴于此，本发明的一目的是提供一具有寄生接地电容的多层式频带分隔器，其使用接地传输线当电感，并利用寄生接地电容减短接地传输线长度以达到缩小化的目的，且因其特性接近高通滤波器，所以有较小的插入损耗。

本发明的另一目的是提供一其有寄生接地电容的多层式频带分隔器，其将低通滤波器的衰减极点(attenuate pole)转成开路极点(open-circuit pole)，并与低通滤波器产生串接效应以在高频端的低频部分产生一衰减极点，如此不用增加滤波器阶数即能得到较高抑制效果。

本发明提供一具有寄生接地电容的多层式频带分隔器，因使用寄生电容与传输线而使本发明具有较小的插入损耗及较高的抑制效果。该具有寄生接地电容的多层式频带分隔器包括一准高通滤波器(quasi-highpassfilter)、一半集总式低通滤波器(semi-lumped lowpass filter)及一相位移器(phase shifter)。该准高通滤波器包括一连接输入信号的第三电容器、一其一端连接该第三电容器而另一端接地的第四电容器、一其一端接地而另一端连接该第三电容器及该第四电容器交接点的电感性元件及一其一端连接该第三、该第四电容器及该电感性元件交接点而另一端连接一第二输出端以产生一高频输出信号的第二电容器。该相移位器是一连接至输入信号的传输线元件。该半集总式低通滤波器包括一其一端连接该相位移位器未连接输入信号的一端而另一端连接一第一输出端以产生一低频输出信号的阻抗性元件及一跨接在该阻抗性元件上的第一电容器。

上述该电感性元件及该阻抗性元件是以传输线(transmission line)方式来配置，使得本发明表现出近似(quasi)高通滤波器的特性因而具有较小的插入损耗。同时，该相位移器也以传输线(transmission line)方式来配置，使得本发明可将该半集总式低通滤波器的衰减极点转成开路极点，且两者的串接可在高频端的低频部分产生一衰减极点，如此即可在不增加滤波器阶数的状况下得到较高的抑制效果并增加绝缘宽度(isolation bandwidth)。

附图说明

为让本发明的上述及其它目的、特征、与优点能更显而易见，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下：

图1是一传统多层式频带分隔器；

图2是图1的电路响应(Circuit response)的特性曲线(characteristics)图；

图3是另一传统多层式频带分隔器；

图4是图3的电路响应(Circuit response)的特性曲线(characteristics)图；

图5是本发明其具有寄生接地电容的多层式频带分隔器；

图6是图5的电路响应(Circuit response)的特性曲线(characteristics)图；及

图7a-7h图是图5的电路布局示意图；

图8是图5电路的插入损耗示意图；

图9是本发明随电容C11的线性频率响应曲线。

具体实施方式

参考图5，是本发明具有寄生接地电容的多层式频带分隔器。为便于说明起见，以一些频带分隔器为例，然而本范例仅用以说明而非用以限制。在图5中，该具有寄生接地电容的多层式频带分隔器包括一准高通滤波器(quasi-highpass filter)QHF、一半集总式低通滤波器(semi-lumpedlowpass filter)SLF及一相位移器(phase shifter)L11。如图5所示，该准高通滤波器包括一连接输入信号Ant的第三电容器C33、一其一端连接该第三电容器C33而另一端接地的第四电容器C44、一其一端接地而另一端连接该第三电容器C33及该第四电容器C44交接点P3的电感性元件L33及一其一端连接该第三、该第四电容器C33、C44及该电感性元件L33交接点P3而另一端连接一第二输出端DCS以产生一高频输出信号的第二电容器C22。该相移位器L11是一连接至输入信号的传输线元件。该半集总式低通滤波器SLF包括一其一端连接该相位移位器L11未连接输入信号的一端P1而另一端连接一第一输出端GSM以产生一低频输出信号的阻抗性元件L22及一跨接在该阻抗性元件L22上的第一电容器C11。

该准高通滤波器使用接地传输线作为电感性元件L33，并利用寄生接地电容C44减短接地传输线长度以达缩小化目的，由于电路响应特性接近高通滤波器，因此具有较小的插入损耗(low insertion loss)(见图8)。该相位移器L11将该半集总式低通滤波器SLF的衰减极点(attenuationpole)在输入端Ant转成开路极点(图8)，并与该半集总式低通滤波器SLF产生串接效应，借以在高频响应曲线的低频部分产生一衰减极点，使得本发明不须增加任何滤波器阶数即能得到较高抑制效果并增加绝缘宽度(isolation bandwidth)。该半集总式低通滤波器SLF，在低频操作时的插入损耗|S11|及高频操作时的插入损耗|S21|在本发明是随电容C11的线性频率响应wc而变(见图9)，以得到如图6所示的最佳抑制度。

图7a-7h是图5的线路布局(layout)示意图。如图7a所示，布局C11及L11并在黑点标示处预留通孔(via)以串接各层使用，此通孔也是图5中的接点P1。如图7b所示，仅布局C11以与上述C11配合产生所需去除电容器(discrete capacitor)。如图7c所示，布局一保护性接地层，用以隔离随后在图7d中布局的L22，并与C11产生并联效果。同样地，在图7e中，也使用一保护性接地层，用以隔离随后在图7f中布局的C22、C33，并与之产生并联效果，其中，C22、C33之间须保持一适当距离。如图7g所示，布局L33、C22及C33，以形成并联电路，其中，在C22及C33间未有间距，如此与图7f中的C22及C33作用可产生如图7g所示的寄生电容C44。最后，将各信号输出输入端，包括输入信号Ant端、高频输出端DCS、低频输出端GSM及接地端GND，布局成如图7h所示的位置，如此便完成图5中电路的线路布局。

虽然本发明已以一些较佳实施例叙述如上，然其并非用以限定本发明，任何熟知此技术的人士，在不脱离本发明的精神及范围内，当可做更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种具有寄生接地电容的多层式频带分隔器，其至少具有一高频信号及一低频信号的操作频带分隔的能力，该多层式频带分隔器包括：

一准高通滤波器，其有形成十字排列的三电容元件及一接地电感元件的配置，用以作为该高频信号输出路径，其中一电容元件是利用其它二电容元件形成的寄生接地电容；

其中，所述的三电容元件及一接地电感元件的配置为一连接输入信号的第三电容器、一其一端连接该第三电容器而另一端接地的第四电容器、一其一端接地而另一端连接该第三电容器及该第四电容器交接点的电感性元件及一其一端连接该第三、该第四电容器及该电感性元件交接点而另一端连接一第二输出端以产生一高频输出信号的第二电容器；

一相位移器，与所述准高通滤波器并联，用以提供所述低频信号输出路径；及

一半集总式低通滤波器，串接所述相位移器，用以在不增加滤波器阶数下即得到较高的带外抑制度；

其中该半集总式低通滤波器包括一其一端连接该相位移位器未连接输入信号的一端而另一端连接一第一输出端以产生一低频输出信号的阻抗性元件及一跨接在该阻抗性元件上的第一电容器，该电感性元件与该阻抗性元件使用传输线实现。

2.如权利要求1所述的多层式频带分隔器，其中所述的相移位器是一连接至输入信号的传输线元件。

3.如权利要求1所述的多层式频带分隔器，其中所述的低频信号的操作频带是为900MHz。

4.如权利要求1所述的多层式频带分隔器，其中所述的低频信号的操作频带是为1800MHz。

5.如权利要求1所述的多层式频带分隔器，其中所述的低频信号的操作频带是为1900MHz。

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