TW201225409A - Wideband high frequency filter - Google Patents

Description

201225409 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 . [0001] 本發明係有關一種高頻濾波器，尤指一種無線高頻 遽波器。 【先前技術】 [0002] 濾波器（filter)是無線通訊產品中的必備組件，其 主要功能係用來分隔頻率，即，濾波器可讓帶有某特定 頻率的訊號通過，並阻斷非特定頻率外的訊號。由於無 線通訊市場的蓬勃發展，通訊品質的需求不斷提高，訊 ^ 號接收裝置需要高頻寬且高效率的濾波器以處理所接收 的高頻訊號，而高效率的濾波器不但可濾除不必要的干 • 擾訊號，並使高頻訊號具有寬頻的使用率以及較佳的接 收增益。 [0003] 由於頻寬越寬，資料下載的速率可隨之大幅度提升 ，因此近幾年來60GHz頻段附近的無線傳輸研究與應用逐 漸受到注目。受到美國聯邦通訊委員會所制定的規範， q 在60GHz頻段附近（57~64 GHz)的無線通訊可享有近 7GHz的免費頻寬使用權，因此在國際通訊大廠如樂金 (LG)、松下（Panasonic)、NEC、三星（Samsung)、新 力（Sony)與東芝（Toshiba)組成的wireless HD group推波助瀾下，60GHz的頻段已可無線傳輸解析度高 達1 920x1 080p且未經壓縮的高解析視訊。在高頻傳輸下 ，60GHz的頻段可徹底落實無線溝通、高速傳輸的生活。 [0004] 傳統使用於商業化Wi-Fi、藍芽等產品的帶通型濾波 器已有許多不同的型式，最普遍的是傳輸線濾波器，其 099141838 表單編號A0101 第3頁/共16頁 0992072714-0 201225409

單層或雙層金屬線結構可直接和其他元件一同整合在電 路板上。如Hong-Hong Hu及其共同作者於vHCRnWAYT AX!) OPTICAL TECIJKOLOGY LETTERS/ Vol. 51, No. 1’ P53-P55，January 2009所發表之「關乂£1(：0^{- PACT ULTRA-WIDEBAND FILTER WITH WIDE STOP-BAND」，其揭露了一種應用於一般Wi_Fi頻段的傳輸線 濾波器，其係利用兩T字形的共振子配合訊號傳輸頭逹到 帶通濾波的效果。然而’就目前6〇GHz濾波器技術而言， 此類型濾波器始終有低允許帶頻寬、高損耗、允許帶和 禁止帶間轉換效率差，以及禁止帶延伸窄的問題，再者 ，傳輸線濾波器元件造成的群遲滯現象更會有造成的訊 號波形失真的問題。此外，若使用傳統的設計帶通濾波 器方式，將會需要提尚元件數量而增加設計難度和成本 ，因此極需要一種結構簡單且低成本的濾波器設計。 【發明内容】 [0005] 本發明之主要目的’在於解決使用於fi-Fi、藍芽頻 段的濾波器設計無法直接使用於6 〇GHz高頻段無線傳輸的 部分。 099141838 表單編號A0101 第4頁/共16頁 0992072714-0 201225409 [0008]

[0009]

端輸端用以接受一原始電磁波。該訊號輸出 心出電磁波。該開路共振子 ::線、一第二帶狀線及一開路縱向帶狀 ㈣線與該第二帶狀線相互平行，該開路縱向帶狀線的 ==接該第一帶狀線及該第二帶狀線。該短路共 短路短路橫㈣狀線及—短路縱向帶狀線，該 橫向帶狀線係與該短路縱向帶狀線垂直連接。該開 路縱向帶狀線與該短賴向綠線平行設置，該訊號輸 Μ與㈣號輸出端分別設置於該第—帶狀線與該短路 橫向帶狀線之間。 由上述說明可知，本發明藉由該開路共振子及該短 路共振子之結構設計，關路共振子及該短路共振子係 運用左右手複合傳輸線超物質的概;^將右手禁止-允許帶 轉換頻率設計高於左手禁止-允許帶轉細率，而構成-寬頻的帶通濾H除此之外，藉由本發明之開路共振 子中的該帛帶狀線及該第二帶狀線配合開路縱向帶狀 線之設計，有效降低能量損耗的問題，因而能夠於60GHZ 的頻帶中達到高允許帶頻寬及低損耗的目的。 【實施方式】 [_] 凊參閱「圖丨」及「圖2」所示，其係分別為本發明 一較佳實施例之立體結構及平面尺寸示意圖，如圖所示 :本發明係為一種寬頻帶高頻濾波器，其係用以過濾中 心頻率為60GHz的一電磁波，該寬頻帶高頻濾波器包含有 一訊號輸入端10、一相對該訊號輸入端10設置的訊號輸 出端20、一開路共振子3〇及一相對該開路共振子3〇設置 099141838 表單煸號A0101 第5頁/共16頁 0992072714-0 201225409 的短路共振子40。 [0011] 該訊號輸入端1 0用以接受· 原始電磁波。該訊號輸 出端20輸出一濾波後的過濾電磁波。該開路共振子30具 有一第一帶狀線31、一第二帶狀線32及一開路縱向帶狀 線33，該第一帶狀線31與該第二帶狀線32相互平行，該 開路縱向帶狀線33的兩端垂直連接該第一帶狀線31及該 第二帶狀線32。該短路共振子40係具有一短路橫向帶狀 線41及一短路縱向帶狀線42，該短路橫向帶狀線41係與 該短路縱向帶狀線42垂直連接。該開路縱向帶狀線33與 該短路縱向帶狀線42平行設置，該訊號輸入端10與該訊 號輸出端20分別設置於該第一帶狀線31與該短路橫向帶 狀線41之間。 [0012] [0013] 需特別說明的是，為了解決習知技術之高損耗問題 ，透過該第一帶狀線31及該第二帶狀線32配合該開路縱 向帶狀線33之垂直連接，而達到降低能量損耗的目的。 更詳細的說明，該第一帶狀線31的長度大於該第二帶狀 線32的長度，且該第一帶狀線31及該第二帶狀線32係以 該開路縱向帶狀線33為中心而成對稱性結構。請特別參 閱「圖1」，該開路縱向帶狀線33與該短路縱向帶狀線42 平行，該短路橫向帶狀線41亦與該第一帶狀線31及該第 二帶狀線32平行。而該第一帶狀線31與該短路橫向帶狀 線41之間具有一間距容置該訊號輸入端10及該訊號輸出 端20，且該訊號輸入端10及該訊號輸出端20位於該第一 帶狀線31與該短路橫向帶狀線41的兩端。 099141838 表單編號Α0101 第6頁/共16頁 0992072714-0 201225409 [0014] 更進一步的說明，上述之元件係設置於一基板50上 ，並於本實施例中，該基板5 0係為一陶曼基板5 0，其材 . 質係為氧化鋁，且所有元件係以平放設置於該基板50上 ，因而能夠適用於目前晶片通用的印刷電路板上，而可 整合通訊元件做成系統晶片（System On Chip，SOC) 的設計，而第一帶狀線31、第二帶狀線32、該開路縱向 帶狀線33、該短路橫向帶狀線41及該短路縱向帶狀線42 之材質為銅。 [0015] 而配合「圖2」，本發明一較佳實施例之濾波器的詳 〇 細規格及間距列如表1，而該基板50之厚度為40微米 m)，而設置於該基板50上之該訊號輸入端10、該訊號輸 出端20、該開路共振子30及該短路共振子40的厚度為10 微米（// m)。 [0016] 表1.高頻濾波器之規格 參數 數值（公釐） 參數 數值（公釐） a 1.071 b 0.4221 L 1. 043 W S 0.021 Li 0. 203 L2 0.0441 WL1 0. 042 WL2 0. 056 Wi 0. 0175 W2 0.0385 Si 0.0105 S2 0.0175 Llx 0. 413 Ls 0. 175 Wlx 0. 042 S參數窄頻模擬結果示意圖，由S21之曲線可知，其-3dB 099141838 表單編號 A0101 第 7 頁/共 16 頁 0992072714-0 請參閱「圖3」所示，其係為本發明一較佳實施例之 [0017] ❹ 201225409 頻率分別在57.4GHz及63.6GHz，非常接近一般60GHz頻 段使用的57GHz至64GHz之間，且其允許帶範圍達到 6. 2GHz，相當符合60GHz的7GHz使用頻寬。而由Sn曲線 可得，其數值於57GHz至64GHz之間較低，而能得到較好 的阻抗匹配（Impendence Match)。另請配合參閱「 圖4」所示，其係本發明一較佳實施例之S參數寬頻示意 圖，如圖所示，本發明之濾波器的禁止帶從57.4 GHz向 下延伸至直流，從63. 6 GHz向上延伸至109. 4 GHz。因 而本發明之禁止帶延伸相當寬廣。 [0018] 综上所述，由於本發明藉由該開路共振子30及該短 路共振子40之結構設計，該開路共振子30及該短路共振 子40係運用左右手複合傳輸線超物質的概念將右手禁止-允許帶轉換頻率設計高於左手禁止-允許帶轉換頻率，而 構成一寬頻的帶通濾波器。除此之外，藉由本發明之開 路共振子30中的第一帶狀線31及第二帶狀線32配合開路 縱向帶狀線33之設計，有效降低能量損耗的問題，因而 能夠於60GHz的頻帶中達到高允許帶頻寬及低損耗的目的 。而由模擬結果可得，本發明之允許帶和禁止帶間轉換 效率超過9dB/GHz，且其禁止帶由57.4 GHz向下延伸至 直流，從63. 6 GHz向上延伸至109. 4 GHz，因而能夠作 為60GHz的高頻帶通濾波器使用。因此本發明極具進步性 及符合申請發明專利之要件，爰依法提出申請，祈鈞局 早曰賜准專利，實感德便。 以上已將本發明做一詳細說明，惟以上所述者，僅 爲本發明之一較佳實施例而已，當不能限定本發明實施 099141838 表單編號A0101 第8頁/共16頁 0992072714-0 [0019] 201225409 之範圍。即凡依本發明申請範圍所作之均等變化與修飾 等，皆應仍屬本發明之專利涵蓋範圍内。 【圖式簡單說明】 [0020] 圖1，係本發明一較佳實施例之立體結構示意圖。 [0021] 圖2，係本發明一較佳實施例之平面尺寸示意圖。 [0022] 圖3，係本發明一較佳實施例之S參數窄頻模擬結果示意 圖。 [0023] 圖4，係本發明一較佳實施例之S參數寬頻示意圖。 【主要元件符號說明】 [0024] 10 :訊號輸入端 [0025] 20 :訊號輸出端 [0026] 30 :開路共振子 [0027] 31 :第一帶狀線 [0028] 32 :第二帶狀線 Γ::了:〉pe:丨 [0029] 33 :開路縱向帶狀線 OHIcr::

[0030 ] 40 :短路共振子 [0031] 41:短路橫向帶狀線 [0032] 42:短路縱向帶狀線 [0033] 50 :基板 099141838 表單編號A0101 第9頁/共16頁 0992072714-0

Claims (1)

1. 201225409 七、申請專利範圍： 1 . 一種寬頻帶高頻濾波器，其係用以過濾中心頻率為60GHz 的一電磁波，該寬頻帶高頻濾波器包含有： 一訊號輸入端，其用以接受一原始電磁波； 一相對該訊號輸入端設置的一訊號輸出端，其輸出一濾波 後的過丨慮電磁波， 一開路共振子，其具有一第一帶狀線、一第二帶狀線及一 開路縱向帶狀線，該第一帶狀線與該第二帶狀線相互平行 ，該開路縱向帶狀線的兩端垂直連接該第一帶狀線及該第 二帶狀線； 一相對該開路共振子設置的短路共振子，其係具有一短路 橫向帶狀線及一短路縱向帶狀線，該短路橫向帶狀線係與 該短路縱向帶狀線垂直連接； 該開路縱向帶狀線與該短路縱向帶狀線平行設置，該訊號 輸入端與該訊號輸出端分別設置於該第一帶狀線與該短路 橫向帶狀線之間。 2 .如申請專利範圍第1項所述之寬頻帶高頻濾波器，其中具 有一基板，該基板供該訊號輸入端、該訊號輸出端、該開 路共振子及該短路共振子固定設置，且該第一帶狀線、該 第二帶狀線、該開路縱向帶狀線、該短路橫向帶狀線及該 短路縱向帶狀線係平放設置於該基板上。 3 .如申請專利範圍第1項所述之寬頻帶高頻濾波器，其中該 第一帶狀線相鄰該短路橫向帶狀線而設置。 4 .如申請專利範圍第3項所述之寬頻帶高頻濾波器，其中該 第一帶狀線的長度大於該第二帶狀線的長度。 099141838 表單編號A0101 第10頁/共16頁 0992072714-0 201225409 5 .如申請專利範圍第3項所述之寬頻帶高頻濾波器，其中該 第一帶狀線及該第二帶狀線係以該開路縱向帶狀線為中心 而成對稱性結構。 6. 如申請專利範圍第5項所述之寬頻帶高頻濾波器，其中該 訊號輸入端與該訊號輸出端分別設置於該第一帶狀線與該 短路橫向帶狀線之間，並位於該第一帶狀線與該短路橫向 帶狀線的兩端。 7. 如申請專利範圍第6項所述之寬頻帶高頻濾波器，其中該 訊號輸入端及該訊號輸出端之長度為0.175公爱’寬度為 〇 0. 021公釐，且其與該短路橫向帶狀線之間距為0. 0175 公釐，與該第一帶狀線之間距為0. 01 05公釐。 8. 如申請專利範圍第6項所述之寬頻帶高頻濾波器，其中短 路橫向帶狀線之長度為1.043公釐，寬度為0.0385公釐 ;該短路縱向帶狀線之長度為0. 0441公釐，寬度為 0. 056公釐；該第一帶狀線之長度為1. 043公釐，寬度為 0. 0175公釐；該第二帶狀線之長度為0. 41 3公釐，寬度 為0. 042公釐；該開路縱向帶狀線之長度為0. 203公釐， ^ 寬度為0.042公釐。 9 .如申請專利範圍第6項所述之寬頻帶高頻濾波器，其中具 有一基板*該基板供該訊號輸入端、該訊號輸出端、該開 路共振子及該短路共振子固定設置，且該第一帶狀線、該 第二帶狀線、該開路縱向帶狀線、該短路橫向帶狀線及該 短路縱向帶狀線係平放設置於該基板上，該基板之長度為 1.071公釐，寬度為0. 4221公釐，厚度為40微米；而該 訊號輸入端、該訊號輸出端、該開路共振子及該短路共振 子固定設置於該基板上，且該兩第一帶狀線、第二帶狀線 099141838 表單編號A0101 第11頁/共16頁 0992072714-0 201225409 、該開路縱向帶狀線、該短路橫向帶狀線及該短路縱向帶 狀線之厚度為10微米。 ίο . 如申請專利範圍第9項所述之寬頻帶高頻濾波器，其中該 第一帶狀線、該第二帶狀線、該開路縱向帶狀線、該短路 橫向帶狀線及該短路縱向帶狀線之材質為銅，而該基板之 材質為氧化鋁。 099141838 表單編號A0101 第12頁/共16頁 0992072714-0