TW201505250A - 帶通濾波器 - Google Patents

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Abstract

一種帶通濾波器包括第一均勻阻抗共振器、第二均勻阻抗共振器、第一非對稱階梯阻抗共振器、第二非對稱階梯阻抗共振器、第三非對稱階梯阻抗共振器和第四非對稱階梯阻抗共振器。第一均勻阻抗共振器由第一微帶線和第二微帶線組成，並與第二均勻阻抗共振器呈軸對稱；第一非對稱階梯阻抗共振器由第三微帶線和第四微帶線組成，並與第一非對稱階梯阻抗共振器呈軸對稱；第三非對稱階梯阻抗共振器由第五微帶線和第六微帶線組成，並與第三非對稱階梯阻抗共振器呈軸對稱。

Description

帶通濾波器
本發明涉及高頻元件，尤其涉及一種帶通濾波器。
濾波器為移動通訊產品中必備的高頻元件，其主要功能是用來分隔頻率，即通過一些頻率的信號而阻斷另一些頻率的信號。對於現今的濾波器產品，通帶設計少，頻率選擇性不是很強，已經滿足不了人們對多種無線通訊服務的需求。故在無線傳輸技術快速發展的今天，高效能、微小型以及低成本的多通帶濾波器已經成為了主要的發展趨勢。
鑒於以上內容，有必要提供一種帶通濾波器，能夠適合具有多種不同系統規格的無線通訊服務。
本發明實施方式中提供的帶通濾波器，包括：第一均勻阻抗共振器，由第一微帶線和第二微帶線組成，該第一微帶線與該第二微帶線垂直相交並呈“T”字形；第二均勻阻抗共振器，與該第一均勻阻抗共振器呈軸對稱；第一非對稱階梯阻抗共振器，由第三微帶線和第四微帶線組成，並位於該第一微帶線的一側；第二非對稱階梯阻抗共振器，與該第一非對稱階梯阻抗共振器呈軸對稱,且位於該第一微帶線的一側；第三非對稱階梯阻抗共振器，由第五微帶線和第六微帶線組成，同時位於該第一微帶線的另一側；第四非對稱階梯阻抗共振器，與該第三非對稱階梯阻抗共振器呈軸對稱，且位於該第一微帶線的另一側；輸入端，由第七微帶線構成，並與第一微帶線相連；輸出端，與該輸入端呈軸對稱。
優選地，該第一非對稱階梯阻抗共振器由第三微帶線和第四微帶線組成，該第三微帶線與該第四微帶線首尾相連並呈缺口長方形。
優選地，缺口所在邊與該第一微帶線垂直但不相交，同時靠近該第二微帶線。
優選地，該第四微帶線位於該缺口所在邊，並且寬度大於該第三微帶線的寬度。
優選地，該第三非對稱階梯阻抗共振器由第五微帶線和第六微帶線組成，該第五微帶線和第六微帶線首尾相連呈缺口長方形，缺口所在邊與該第一微帶線垂直但不相交。
優選地，該缺口長方形從缺口開始順時針方向的第一直邊和第二直邊為該第五微帶線，第三直邊、第四直邊和第五直邊為該第六微帶線。
優選地，該第六微帶線的寬度大於該第五微帶線的寬度。
優選地，該第一微帶線及該第一微帶線一側依次存在著該輸入端、該第二微帶線和該第一非對稱階梯阻抗共振器。
另，本發明另一實施方式描述的帶通濾波器，包括：呈軸對稱設置的兩組共振器，其中每一組共振器包括：第一共振器，包括呈L形的第一微帶線與呈長條形的第二微帶線，該第一微帶線的L形包括垂直相連的長邊與短邊，該第二微帶線垂直連接於所述第一微帶線的L形的長邊；第二共振器，呈設有缺口的長方形，該第二共振器與該第一微帶線的L形的短邊分別設置於該第二微帶線的相對側；第三共振器，呈設有缺口的長方形，該第二共振器與該第三共振器分別設置於該第一微帶線的L形的長邊的兩側；其中，兩組共振器中第一共振器的第一微帶線的L形的長邊與短邊連接處分別作為該帶通濾波器的輸入端與輸出端。
優選地，該第一微帶線的L形的短邊比長邊粗。
優選地，該第二共振器臨近該第二微帶線的長方形缺口處比長方形其他處粗。
優選地，該第三共振器從缺口開始順時針方向的第一直邊和第二直邊的寬度要小於第三直邊、第四直邊和第五直邊的寬度。
上述描述的帶通濾波器中的各個部分相互耦合，能夠產生多個頻帶，從而滿足多種通信服務的需求。
100,100a‧‧‧帶通濾波器
110‧‧‧第一均勻阻抗共振器
111,111a‧‧‧第一微帶線
112,112a‧‧‧第二微帶線
120‧‧‧第二均勻阻抗共振器
130‧‧‧第一非對稱階梯阻抗共振器
131‧‧‧第三微帶線
132‧‧‧第四微帶線
140‧‧‧第二非對稱階梯阻抗共振器
150‧‧‧第三非對稱階梯阻抗共振器
151‧‧‧第五微帶線
152‧‧‧第六微帶線
160‧‧‧第四非對稱階梯阻抗共振器
170‧‧‧輸入端
180‧‧‧輸出端
110a‧‧‧第一共振器
120a‧‧‧第二共振器
130a‧‧‧第三共振器
圖1為本發明帶通濾波器第一實施方式的示意圖。
圖2為本發明帶通濾波器第二實施方式的示意圖。
圖3為本發明第一實施方式中第一非對稱階梯阻抗共振器的展開結構圖。
圖4為本發明第一實施方式中第三非對稱階梯阻抗共振器的展開結構圖。
圖5為本發明第一實施方式中非對稱階梯阻抗共振器的共振頻率和尺寸關係圖。
圖6為本發明帶通濾波器第一實施方式的頻率相應曲線圖。
請參閱圖1，所示為本發明一實施方式中帶通濾波器100的示意圖。在本實施方式中，圖1所示帶通濾波器100的尺寸可為20.8mm*24.2mm，並可設計在RT/Duroid 5880的基板上，基板規格可以如下：介電常數為2.2、損耗正切為0.0009並且厚度為0.787。應當注意的是，以上帶通濾波器100的尺寸以及相關設計基板僅是示例性說明，本發明並不局限於此。
在本實施方式中，帶通濾波器100包括第一均勻阻抗共振器110、第二均勻阻抗共振器120、第一非對稱階梯阻抗共振器130、第二非對稱階梯阻抗共振器140、第三非對稱階梯阻抗共振器150、第四非對稱階梯阻抗共振器160、輸入端170和輸出端180。
其中，第一均勻阻抗共振器110與第二均勻阻抗共振器120、第一非對稱階梯阻抗共振器130與第二非對稱階梯阻抗共振器140、第三非對稱階梯阻抗共振器150與第四非對稱階梯阻抗共振器160分別呈軸對稱，且所有共振器都處於同一平面。
第一均勻阻抗共振器110由第一微帶線111和第二微帶線112組成，並且第一微帶線111與該第二微帶線112垂直相交並呈“T”字形。在本實施方式中，第一微帶線111和第二微帶線112的寬度都相同。
第一非對稱階梯阻抗共振器130由第三微帶線131和第四微帶線132組成並位於第一微帶線111的一側。在本實施方式中，第三微帶線131和第四微帶線132首尾相連成為一個缺口長方形，其缺口所在邊與第一微帶線111垂直但不相連，同時，其缺口位於第三微帶線131與第四微帶線132之間，另外，第四微帶線132的寬度要寬於第三微帶線131的寬度，同時，第四微帶線132僅位於缺口所在邊且相對於缺口靠近第一微帶線111。
第三非對稱階梯阻抗共振器150由第五微帶線151和第六微帶線152組成並位於第一微帶線111的另一側。在本實施方式中，第五微帶線151和第六微帶線152首尾相連也形成了一個缺口長方形，此缺口長方形缺口所在邊與第一微帶線111垂直但不相連。對於此缺口長方形，若以該缺口開始從順時針方向看，該缺口長方形包括第一直邊、第二直邊、第三直邊、第四直邊和第五直邊，第一直邊與第五直邊一起構成了缺口所在邊，且缺口就位於第一直邊和第五直邊之間，另外第一直邊和第二直邊均由第五微帶線151構成，第三直邊、第四直邊以及第五直邊均由第六微帶線152構成，且第五微帶線151的寬度要寬於第六微帶線152的寬度。
輸入端170與輸出端180也呈軸對稱，且輸入端170與第一微帶線111的一端相連。在本實施方式中，第一微帶線111及第一微帶線111一側依次存在著輸入端170、第二微帶線112和第一非對稱階梯阻抗共振器130。
另外，圖1中的第一均勻阻抗共振器110和第二均勻阻抗共振器120主要是用來耦合第一非對稱階梯阻抗共振器130、第二非對稱階梯阻抗共振器140、第三非對稱階梯阻抗共振器150以及第四非對稱階梯阻抗共振器160，其二者的形狀也是根據最佳耦合距離而設計的。而對於第一非對稱階梯阻抗共振器130、第二非對稱階梯阻抗共振器140、第三非對稱階梯阻抗共振器150以及第四非對稱階梯阻抗共振器160所呈現的缺口長方形，則是為了能夠使本實施方式中的帶通濾波器獲得最佳的諧振頻率而設計的。
在本實施方式中，圖1中各個呈軸對稱的對稱軸都相同，即在整體上，整個帶通濾波器呈現軸對稱。
圖2為本發明帶通濾波器的另一實施方式的示意圖100a，在此實施方式中，本發明中的帶通濾波器包括呈軸對稱設置的兩組共振器，其中每一組共振器包括第一共振器110a、第二共振器120a和第三共振器130a。
第一共振器110a包括呈L形的第一微帶線111a與呈長條形的第二微帶線112a，其中，第一微帶線111a的L形包括垂直相連的長邊與短邊，第二微帶線112a垂直連接於所述第一微帶線的L形的長邊。在本實施方式中，第一微帶線111a的L形的短邊比長邊粗。
第二共振器120a呈設有缺口的長方形，並且第二共振器120a與上述第一微帶線111a的L形的短邊分別設置於上述第二微帶線112a的相對側。在本實施方式中，第二共振器120a臨近上述第二微帶線112a的長方形缺口處比長方形其他處要粗。
第三共振器130a也呈設有缺口的長方形，並且與上述第二共振器120a分別設置於上述第一微帶線111a的L形的長邊的兩側。在本實施方式中，第三共振器130a從缺口開始順時針方向的第一直邊和第二直邊的寬度要小於第三直邊、第四直邊和第五直邊的寬度。
另外，上述兩組共振器中第一共振器110a的第一微帶線111a的L形的長邊與短邊連接處分別作為所述帶通濾波器的輸入端170與輸出端180。
對於上述兩種實施方式，是對本發明帶通濾波器的兩種不同描述，但二者實質相同，所以兩種實施方式中的帶通濾波器的功能以及形狀並無不同。
圖3為本發明中第一非對稱階梯阻抗共振器130的展開結構圖，其所示的圖形相當於將圖1中第一非對稱階梯阻抗共振器130進行拉伸所得圖形，在圖3中，較窄的邊相當於圖1中第一非對稱階梯阻抗共振器130中第三微帶線131，同樣也用131表示，較寬的邊相當於圖1中的第一非對稱階梯阻抗共振器130中第四微帶線132，同樣也用132表示。圖4為本發明中第三非對稱階梯阻抗共振器150的展開結構圖，其所示的圖形相當於將圖1中第三非對稱階梯阻抗共振器150進行拉伸所得圖形，其中，較窄的邊相當於圖1中第三非對稱階梯阻抗共振器150中第五微帶線151，同樣也用151表示，較寬的邊相當於圖1中的第三非對稱階梯阻抗共振器150中第六微帶線152，同樣也用152表示。針對圖3和圖4中所示的結構圖，實質都是表示的非對稱階梯阻抗共振器的原理結構圖，都由高阻抗部分和低阻抗部分組成，所以在圖3和圖4中，都用Z1表示高阻抗部分的阻抗值，Z2表示低阻抗部分的阻抗值，θ1表示高阻抗部分的物理長度，θ2表示低阻抗部分的物理長度。即Z1表示第三微帶線131和第五微帶線151的阻抗值，Z2表示第四微帶線132和第六微帶線152的阻抗值，θ1表示第三微帶線131和第五微帶線151的物理長度，θ2表示第四微帶線132和第六微帶線152的物理長度。根據圖3和圖4中所示結構圖，我們可以用Z2除以Z1可以得到阻抗比K，根據θ2/（θ2+θ1）可以得出電子長度比(α)。
圖5為非對稱階梯阻抗共振器的共振頻率和尺寸關係圖。其中，K值表示阻抗比，α表示電子長度比，橫坐標fs1/f0表示第一倍頻對中心頻率的比值，縱坐標fs2/f0表示第二倍頻對中心頻率的比值，同時，圖5表示的對應關係圖還包括三種不同阻抗比K的情況下對應的曲線圖，其中，每一個K值對應不同α值可得第一倍頻對中心頻率的比值(fs1/f0)及第二倍頻對中心頻率的比值(fs2/f0)。另外，對於本發明中的第一非對稱階梯阻抗共振器130、第二非對稱階梯阻抗共振器140、第三非對稱階梯阻抗共振器150以及第四非對稱階梯阻抗共振器160都滿足圖5所示的關係圖。在本實施方式中，我們將第一非對稱階梯阻抗共振器130和第二非對稱階梯阻抗共振器140的阻抗比K設定為0.45，電子長度比α設定為0.2，第三非對稱階梯阻抗共振器150和第四非對稱階梯阻抗共振器160的阻抗比K設定為0.55，電子長度比α設定為0.65，如此，便可以參照圖5得出對應的第一倍頻和第二倍頻。當然，在其他的實施方式中，也可以根據需要給圖1中各個非對稱階梯阻抗共振器設定為其他的阻抗比K和電子長度比α。
圖6為本發明一實施方式的帶通濾波器100的頻率相應曲線圖。圖中橫軸表示通過帶通濾波器100的信號的頻率（單位：GHz），縱軸表示幅度（單位：dB），象限區包括反射的散射參數（S-parameter：S11）的幅度以及透射的散射參數（S-parameter：S21）的幅度。
由圖6可知，本實施方式中的帶通濾波器100可以獲取5個通帶，第一通帶的中心頻率為約為2.4GHZ，其S21約為-2.4dB、S11約為-20dB；第二通帶的中心頻率約為3.5GHZ，其S21約為-1.2dB、S11約為-25dB；第三通帶的中心頻率約為5.2GHZ，其S21約為-2.0dB、S11約為-28dB；第四通帶的中心頻率約為6.8GHZ，其S21約為-2.0dB、S11約為-24dB；第五通帶的中心頻率約為8.0GHZ，其S21約為-4dB、S11約為-32dB。其中五個通帶應用於無限區域網路（Wireless LAN,WLAN）、全球互通微波存取（Worldwide Interoperability for Microwave Access, WIMAX）、長期推演技術（Long Term Evolution, LTE）、C波段和X波段。另外，我們從圖6可以發現，在1.8GHZ、4.8GHZ處存在兩個傳輸零點，分別降到-70dB和-42dB，由於存在這兩個傳輸零點，本實施方式中的帶通濾波器100的選擇性還獲得不少的改善。
 
100‧‧‧帶通濾波器
110‧‧‧第一均勻阻抗共振器
111‧‧‧第一微帶線
112‧‧‧第二微帶線
120‧‧‧第二均勻阻抗共振器
130‧‧‧第一非對稱階梯阻抗共振器
131‧‧‧第三微帶線
132‧‧‧第四微帶線
140‧‧‧第二非對稱階梯阻抗共振器
150‧‧‧第三非對稱階梯阻抗共振器
151‧‧‧第五微帶線
152‧‧‧第六微帶線
160‧‧‧第四非對稱階梯阻抗共振器
170‧‧‧輸入端
180‧‧‧輸出端

Claims (12)

  1. 一種帶通濾波器，包括：
    第一均勻阻抗共振器，由第一微帶線和第二微帶線組成，該第一微帶線與該第二微帶線垂直相交並呈“T”字形；
    第二均勻阻抗共振器，與該第一均勻阻抗共振器呈軸對稱；
    第一非對稱階梯阻抗共振器，由第三微帶線和第四微帶線組成，並位於該第一微帶線的一側；
    第二非對稱階梯阻抗共振器，與該第一非對稱階梯阻抗共振器呈軸對稱,且位於該第一微帶線的一側；
    第三非對稱階梯阻抗共振器，由第五微帶線和第六微帶線組成，同時位於該第一微帶線的另一側；
    第四非對稱階梯阻抗共振器，與該第三非對稱階梯阻抗共振器呈軸對稱，且位於該第一微帶線的另一側；
    輸入端，由第七微帶線構成，並與第一微帶線相連；及
    輸出端，與該輸入端呈軸對稱。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之帶通濾波器，其中，該第三微帶線與該第四微帶線首尾相連並呈缺口長方形。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之帶通濾波器，其中，該缺口長方形之缺口所在邊與該第一微帶線垂直但不相交，同時靠近該第二微帶線。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之帶通濾波器，其中，該第四微帶線位於該缺口所在邊，並且寬度大於該第三微帶線的寬度。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之帶通濾波器，其中，該第五微帶線和第六微帶線首尾相連呈缺口長方形，缺口所在邊與該第一微帶線垂直但不相交。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之帶通濾波器，其中，該缺口長方形從缺口開始順時針方向的第一直邊和第二直邊為該第五微帶線，第三直邊、第四直邊和第五直邊為該第六微帶線。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之帶通濾波器，其中，該第六微帶線的寬度大於該第五微帶線的寬度。
  8. 如申請專利範圍第2項所述之帶通濾波器，其中，該第一微帶線及該第一微帶線一側依次存在著該輸入端、該第二微帶線和該第一非對稱階梯阻抗共振器。
  9. 一種帶通濾波器，包括呈軸對稱設置的兩組共振器，其中每一共振器包括：
    第一共振器，包括呈L形的第一微帶線與呈長條形的第二微帶線，該第一微帶線的L形包括垂直相連的長邊與短邊，該第二微帶線垂直連接於該第一微帶線的L形的長邊；
    第二共振器，呈設有缺口的長方形，該第二共振器與該第一微帶線的L形的短邊分別設置於該第二微帶線的相對側；
    第三共振器，呈設有缺口的長方形，該第二共振器與該第三共振器分別設置於該第一微帶線的L形的長邊的兩側；
    其中，兩組共振器中第一共振器的第一微帶線的L形的長邊與短邊連接處分別作為該帶通濾波器的輸入端與輸出端。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之帶通濾波器，其中，該第一微帶線的L形的短邊比長邊粗。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之帶通濾波器，其中，該第二共振器臨近該第二微帶線的長方形缺口處比長方形其他處粗。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之帶通濾波器，其中，該第三共振器從缺口開始順時針方向的第一直邊和第二直邊的寬度要小於第三直邊、第四直邊和第五直邊的寬度。
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