TWI239116B - Dual-band bandpass filter - Google Patents

Description

1239116 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種雙頻濾波器，且特別是有關於一種雙頻 帶通濾波器。 【先前技術】 無線區域網路和行動通訊的應用已相當廣泛，其發展將走向 多頻多模系統。在特定的多頻多模的射頻收發電路中，雙頻帶通 濾波器（Dual-band bandpass filter)是一重要的關鍵元件。請參照 第 1 圖，其繪示係為 HosseinHashemi 於 IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES，VOL· 50, NO· 1， JANUARY 2002，“Concurrent Multiband Low-Noise Amplifiers 一Theory，Design，and Applications” 中所提出之雙頻共 存式接收機電路（concurrent dual-band receiver)之架構圖。 請參照第2圖，其繪示係為美國專利編號US 6,147,571號 之雙頻帶多層之帶通濾波器（Dual-band multilayer bandpass filter) 之電路圖。其係於多層板結構中結合兩個不同頻率的濾波器，再 加上電容及電感組成之匹配電路來實現雙頻濾波器。但是此種雙 頻濾波器所需之額外的匹配電路，對於真正實現設計及電路佈局 時有相當的難度。 請參照第3圖，其繪示係為張盛富於ELECTRONICS LETTER，VOL.41，NO.1，JANUARY 2004, “Dual-band step_impedance badnpass filter for multimode wireless LANs” 中所 提出之應用於多模無線系統之雙頻濾波器，此雙頻濾波器調整半 波長傳輸線諧振腔的長度與阻抗，用以達成所需的兩個頻通帶。 但在第二次諧振模態的頻率係無法精準掌握，導致實用上有其困 1239116 難。此外，由於雙頻濾波器多半在單層印刷電路板上實現，故若 將此雙頻濾波器佈局於多層板中時，將會耗費大量面積，無法 到一般商用元件或模組的規格。 【發明内容】 有鑑於此，本發明的目的就是在提供一種雙頻帶通濾波器， 可由簡單之電路佈局達成，可以在多層陶瓷基板中以極小面積實 現，且精準地形成兩個不同中心頻率之通帶。 、 根據本發明之目的，提出一種雙頻帶通濾波器，具有分別對 應^第-頻率及第二頻率之第—通帶與第二通帶。該雙頻帶通渡 波is包括第-言皆振腔、组、第二諧振腔組及第一耦合元件。第一諧 振腔組包括第-譜振腔及第二譜振腔，第一譜振腔及第二譜振腔 係共用第-接地傳輸線，第—接地傳輸線之—端係接地，第一譜 振腔及第二諧振腔係藉由第—接地傳輸線產生麵合。第二譜振腔 組包括第三譜振腔及第四諧振腔，第三諧振腔及第四譜振腔係共 用第二接地傳輸線，第二接地傳輸線之—端係接地，第三譜振腔 及第四谐振腔係藉由第二接地傳輸線產生耦合。第一耦合元件 辆接於第-譜振腔組與第二諧振腔組之間，使第振腔組與第 二譜振腔組產钱合，以使雙頻帶通濾波ϋ具有第-通帶及第二 通帶。 為讓本lx明之上述目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文 特舉-較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下： 【實施方式】 對於-般的瀘、波器而言’常以四分之—波長之諧振腔來產生 讀振模態’㈣振腔之傳輸線長度L約等於所傳送之電磁波波長 ^39116 的四分之一，而傳輸線之一端係接地。 若欲使諧振腔之物理長度減小，則可加入與傳輸線串 1生=傳輸線長度減少’並仍可滿足同樣《之電磁波之踏振 二僅。.4參照第4圖，其繪示為兩獨立之错振腔。諧振腔310包 輸線311及電容313,傳輪線3〗1與電容3丨3串聯，電容 端係為接地，傳輸線311之—端亦接地。諧振腔320包括傳 :線切及電容323，傳輸線32丨與電容323串聯，電容323之 ，係為接地’傳輸線321之_端亦接地。譜振腔⑽與譜振腔 =均可譜振在頻率F1。傳輪線311與傳輸線321之長度係均小 也專輪線波長的四分之…請參照第5圖，其繪示係為譜振腔⑽ 振腔320之Sn參數響應之示意圖。 請參照第6圖，其繚示係依本發明中提出之諧振腔組之電路 圖。譜振腔組駕中包括諧振腔51Q、譜振腔52g及接地傳輸線 3〇。譜振腔510及譜振腔52〇即藉接地傳輸線53〇#同接地而 互相輕合。譜振腔51G包括傳輸線511及電容513，傳輸線5ιι …電谷513串聯，電容513之一端係為接地。諧振腔包括傳 輸t 及電容523，傳輸線521與電容523串聯，電容523之 端係為接地。傳輸線511與傳輸線521係共同耦接至接地傳輸 線550，接地傳輸線55〇之一端係接地。 一明參知、第7圖，其繪示係為諧振腔組耦合之s21參數響應之 不思圖。其中，諧振腔510及諧振腔52〇未耦合前之中心頻率係 均=F1，耦合後則產生頻率F2與F3之諧振模帶。可藉由改變 電谷513及電容523之大小，或改變傳輸線511、傳輸線521及 接地傳 1 輸線530之長度，以調整頻率F2及頻率打至所需之頻帶。 «月參照第8圖，其繪示係為依照本發明之一較佳實施例的一 種雙頻帶通濾波器。雙頻帶通濾波器具有分別以頻率⑽ 1239116 頻f F3為中心頻率之通帶（pass band)B】與通帶B2。雙頻帶通滤 波器700包括諧振腔組71〇、諧振腔組72〇、耦合元件7別、耦合 το件740、輸入電容750、輸出電容76〇、輸入埠77〇及輸出 780。 諧振腔組710包括諧振腔711及諧振腔715,諧振腔7ιι及 譜振腔715係共用接地傳輸線719，接地傳輸線719之—端係接 地，諧振腔711及諧振腔715係藉由接地傳輪線719產生麵合。 諧振腔組720包括諸振腔72|及譜振腔725，譜振腔721及譜振 腔725係共用接地傳輸線729，接地傳輸線729之一端係接地， 谐振腔721及諧振腔725係藉由接地傳輸線729產生耦合。 諧振腔711包括電容714及傳輸線712，傳輸線712與電容 714係為φ聯’電谷714之—端係接地。諧振腔715包括電容 及傳輸線716，傳輸線716與電容718係為串聯，電容us之一 端係接地’傳輸線712與傳輸線716係共同轉接至接地傳輸線 719。諧振腔、组720巾，諧振腔721包括電容⑶及傳輸線 傳輸線722與電容724係為串聯，電容以之一端係接地。譜振 腔725包括電容728及傳輸線以，傳72 串聯，電容728之-端係接地，傳輸線722與傳輸線以係2 耦接至接地傳輸線729。 耦合π件730耦接於諧振腔組71〇與諧振腔組72〇之間用 =使譜振腔組71〇與諧振腔組咖產生相合，以使雙頻帶通滤波 為·具有該通帶B1及該通帶於。而本實财，輕合元件別 係為電容性耗合元件’例如為電容，其電容之大小決定該通帶 之頻寬與通▼ B2之頻寬。耗合元件73〇以電容達成時，則其 =電容718與該傳輸線716之接點麵接，另一端與該電容724 ”刖線722之接點柄接。請參照第9圖，其繪示係為譜振腔組 1239116 710 ^諧振腔組72〇之間經由耦合元件73〇耦合的響應示意圖， 在通帶B1及通帶B2中各產生兩個分離的諧振模態。 耦合 /〇件740為磁性耦合元件，本實施例中，耦合元件74〇係為傳輸 線，耦接於接地傳輸線719與接地傳輸線729之間。而耦合元件 730的主耦合路徑與耦合元件74〇之交錯耦合之路徑有度的 相位差，耦合元件740將於通帶扪與通帶B2之較高頻禁帶^叩 )處各自產生一傳輸零點，以增加禁帶的衰減，且可對鏡像雜 訊產生抑制效果。 … —輸入電谷750與輸入埠770耦接，輸入電容75〇之一端與電 今714及傳輸線712耦接之端點耦接。輸出電容與輸出埠7肋 2接妹，電容760 一端與電I 728及傳輸線726搞接之端點搞 明多知帛10目’其繪示乃加入輸入電容750及輸入電容76〇 後之雙頻帶«波器彻之S2l參數響應之示意圖。輸人電容75〇 ，輸入電容76G的作用，係實現濾波器之外部Q值咖 y FaetGr) ’使m產生通帶m，及通B2， 波器700係由輪入埴^ Τ通愿 一輸出訊號。， 接收一輸入訊號，並於輸出埠780輸出 ㈣九述之雙頻帶通遽波器700中’只要是傳輸線形式之元件， 例如為傳輸線712、僂輪令 干 值^^ 傳輸線716、傳輸線722、傳輸線726、接地 傳輪線719、接地傳輸線729、 皆r 、 次以傳輸線達成之耦合元件740， ^ = P )形式或以微帶線P㈣形式實現 更了貫見於夕層陶瓷電路板中。 請參照•第η圖，其繪示乃將第8圖所示之本發明一較佳實 Μ列之雙頻帶通濾波器應 、 實現之雔… 瓷電路板時之示意圖。用以 之雙頻m皮器1GG之多層料電路板包括有介質層 1239116 110、介質層120、介質層130、介質層140、介質層15〇、介質 層I60及介質層170。介質層110中包括接地傳輸線719、接地 傳輸線729、耦合元件740、la端及化端。本實施例中，耦合元 件740即以傳輸線形式達成。la端及lb端係接地。 介質層120及介質層130之間包括傳輸線716、傳輸線了^、 傳輸線726及傳輸線722。而傳輸線712及傳輸線則分別透 過Via孔1c及^^孔ld穿過介質層13〇、介質層14〇、介質層 150耦接至介質層16〇。傳輸線716及傳輸線722則連接至介質 層14〇 ’I為層130包括金屬片138。介質層140包括金屬片141 及金屬片143。金屬片141與金屬片138形成電容，及金屬片 與金屬片138所形成之電容串聯後，所得到之電容即為第8圖中 之耦合元件730。 介質層150主要包括接地金屬片15卜接地金屬片151係接 地。接地金屬片151與金屬片141形成電容對應至第8圖之電容 ，718,接地金屬片151與金屬片143形成電容對應至電容724。介 質層160包括金屬片167及金屬片169。傳輸線712經貫穿v比 孔lc穿過介質層130、介質層14〇及介質層15〇而後耦接至金屬 片167,而金屬片167與接地金屬片151係形成第8圖之電容 714。傳輸線726經貫穿％8孔ld穿過介質層13〇、介質層i4Q 及介質層150而後耦接至金屬片169，而金屬片169與接地金屬 片151形成電容對應至電容728。 介質層170包括金屬片171、金屬片173、輪入埠77〇及輸 出埠78〇。金屬片m與金屬片167之間形成電容對應至第8圖 中之輸入電容750。金屬片173與金屬片169形成電容對應至輸 入電容760。上述之多層陶瓷基板1〇〇設計之面積為1〇6mih * 70mils，總咼度21.2mils，而其每一層介質層僅厚約i至3mil。 11 1239116 本發明上述實施例所揭露之雙頻帶通濾波器，可整合至射頻 模組中，達到實用之目的，且結構簡單，成本低廉，效果明確， 可符合商用模組之規格，具高度產業應用價值。 综上所述，雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，然其並 非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精 和範圍内，當可作各種之更動與潤倚，因此本發明之 視後附之申請專利範圍所界定者為準。 现固田

12 .1239116 【圖式簡單說明】 第 1 圖繪示係為 Hossein Hashemi 於 IEEE TRANS ACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES，VOL· 50, NO. 1， JANUARY 2002，“Concurrent Multiband Low-Noise Amplifiers——Theory，Design，and Applications” 中提出之雙頻共存 式接收機電路之架構圖。 第2圖繪示圖係為美國專利編號US 6，147,571號之雙頻帶 多層之帶通濾波器之電路圖。 第3圖繪示係為張盛富於ELECTRONICS LETTER，VOL.41， NO. 1，JANUARY 2004，“Dual-band step-impedance badnpass filter for multimode wireless LANs”中所提出之應用於多模無線系統之 雙頻濾波器之示意圖。 第4圖繪示係為兩獨立之諧振腔。 - 第5圖繪示係為諧振腔之S21參數響應之示意圖。 第6圖繪示係依本發明中提出之一種諧振腔組之電路圖。 第7圖繪示係為諧振腔組耦合之S21參數響應之示意圖。 第8圖繪示係為依照本發明一較佳實施例之一種雙頻帶通 濾波器之電路圖。 第9圖繪示係為依照本發明提出之一種雙頻帶通濾波器未 加入輸入電容及輸出電容之S21參數響應之示意圖。 第10圖繪示係為依照本發明提出之一種雙頻帶通濾波器之 S21參數響應之示意圖。 第11圖繪示係依照本發明一實施例之雙頻濾波器應用於多 層陶瓷電路之示意圖。 13 1239116 【主要元件符號說明】 310、 320、510、520、711、715、721、725 :譜振腔 311、 321、511、521、712、716、722、726 ··傳輪線 313、323、513、523、714、718、724、728 :電容 500、710、720 :諧振腔組 530、719、729 :接地傳輸線 700 :雙頻帶通濾波器 730、740 :耦合元件

750 :輸入電容 760 :輸出電容 770 :輸入埠 780 :輸出埠 110 〜120 、 130 > 140 、 150 、 160 、 170 : 介質 層 la、 b :端點 lc " Id : via 孔 138 、141、143、167、169、171、173 ·· 金屬 片 151 •接地金屬片

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Claims (1)

1. Ϊ239116 十、申請專利範圍： 1 · 一種雙頻帶通濾波器（Dual bandpass filter)，具有分別對 應至一第一頻率及一第二頻率之一第一通帶（pass band)與一第二 _ 通帶’該雙頻帶通濾波器包括： 一第一諧振腔組，包括一第一諧振腔及一第二諧振腔，該第 一諧振腔及該第二諧振腔係共用一第一接地傳輸線，該第一接地 傳輪線之一端係接地，該第一諧振腔及該第二諧振腔係藉由該第 一接地傳輸線產生耦合； 一第二諧振腔組，包括一第三諧振腔及一第四諧振腔，該第 —咱振腔及該第四諧振腔係共用該第二接地傳輸線，該第二接地镛 傳輪線之一端係接地，該第三諧振腔及該第四諧振腔係藉由該第 二接地傳輸線產生耦合；以及 一第一耦合元件，耦接於該第一諧振腔組與該第二諧振腔組 之間，用以使該第一諧振腔組與該第二諧振腔組產生耦合，以使 "亥雙頻帶通濾波器具有該第一通帶及該第二通帶。 2·如申請專利範圍第1項所述之濾波器，其中該第一輕合 疋件係為一電容性耦合元件。 ^ 3·如申請專利範圍第2項所述之濾波器，其中該電容性搞 一一件係為一電谷，該電容之大小決定該第一通帶之頻寬與該第 二通帶之頻寬。 、Λ 具有二如申請專利範圍第1項所述之渡波器，其中該濾波器更 〃 第一耦合元件，該第二耦合元件係為一磁性耦合元件。 5.”請專利範圍第4項所述之濾波器，其中該磁性耦合 一傳輸線’具一第一端及一第二端’該第-端與該第： 使^輪線_ ’該第二端與該第二接地傳輸線純，該傳輸線 Μ第一通帶與該第二通帶之較高頻禁帶（st〇p band)各自產生一 15 1239116 傳輸零點。 6.如申請專利範圍第5項所述之濾波器，其中該傳輸線係 · 以帶線（strip line)形式實現於一介質基板中。 - 7 ·如申請專利範圍第5項所述之濾波器，其中該傳輸線係 以微帶線（micro-strip line)形式實現於一介質基板中。 8. 如申請專利範圍第1項所述之濾波器，其中該第一諧振 腔组中，該第一諧振腔包括： " 一第一電容；及 一第一傳輸線，該第一傳輸線與該第一電容係為串 聯’該第一電容之一端係接地；以及 籲 ΰ亥第一谐振腔包括： 一第二電容；及 一第二傳輸線，該第二傳輸線與該第二電容係為串 ' 聯，該第二電容之一端係接地，該第一傳輸線與該第二傳輸線係 • 共同耗接至該第一接地傳輸線。 9. 如申請專利範圍第8項所述之濾波器，其中於該第二譜 振腔組中，該第三諧振腔包括： 一第三電容；及 春 一第三傳輸線，該第三傳輸線與該第三電容係為串 聯，該第三電容之一端係接地；以及 該第四諧振腔包括： 一第四電容；及 一第四傳輪線，該第四傳輸線與該第四電容係為串 聯，該第四電容之一端係接地，該第三傳輸線與該第四傳輪線係 共同輕接至該第二接地傳輸線。 i〇·如申請專利範圍第9項所述之濾波器，其中該第一輕合 16