TWI381574B - Dual band bandpass filter - Google Patents

Description

雙頻帶通濾波器

本發明是有關於一種雙頻帶通濾波器，特別是指一種可以達到較佳緊密電路佈局的雙頻帶通濾波器。

隨著無線通訊裝置的普及，雙頻射頻收發器(Dual-band RF transceiver)在無線通訊領域所扮演的角色就日益重要，而在雙頻射頻收發器的前端電路中，雙頻帶通濾波器(Dual-band bandpass filter)更是不可或缺的元件之一。最初，一雙頻帶通濾波器是以二個單頻帶通濾波器(Single-band bandpass filter)利用平面電路的方式來實現，這種方式往往導致該雙頻帶通濾波器的面積便得十分龐大，因此，若是想應用於以方便攜帶為基礎的無線移動通訊裝置時，往往不能符合市場的需求，所以，步階式阻抗諧振器(Stpped-impedance resonator, SIR)開始被使用於設計一雙頻帶通濾波器，如：J.-T. Kuo和H.-S. Cheng於2004年在IEEE Microwave Wireless Component Letter提出的「Design of quasi-elliptic function filters with a dual-passband response」、Y.-H. Hsieh等人於2008年在Microwave and Optical Technology Letters提出的「Design of spur-line-loaded cross-coupled dual-band bandpass filter with wide upper-end stopband」等文獻紛紛被提出，而這些文獻大多利用半波長步階式阻抗諧振器或是四分之一波長步階式阻抗諧振器來設計一雙頻帶通濾波器，然而這些相關的設計 仍存在著面積不夠小的問題，以Y.-H. Heieh的文獻為例，其採用四分之一波長步階式阻抗諧振器來設計一雙頻帶通濾波器，該雙頻帶通濾波器的面積為140.835mm² (尺寸為22.9mm×6.15mm)，因此，習知之設計仍有改善的空間。

因此，本發明之目的，即在提供一種雙頻帶通濾波器，包含：一第一諧振器，其包括一第一線段、一第二線段，及一第三線段；一第二諧振器，其包括一第一線段、一第二線段，及一第三線段；一第三諧振器，其包括一第一線段，及一第二線段；一第四諧振器，其包括一第一線段，及一第二線段；其中，該第一、第二諧振器之第一線段平行間隔一段距離，該第一、第二諧振器之第二線段分別由該第一、第二諧振器之第一線段的一端平行延伸，該第一、第二諧振器之第三線段分別由該第一、第二諧振器之第二線段的一端平行延伸，然後轉九十度往彼此接近的方向延伸；該第三、第四諧振器分別位於該第一、二諧振器之間，並且該第三、第四諧振器之第一線段平行間隔一段距離並延伸，該第三、第四諧振器之第二線段分別由該第三、第四諧振器之第一線段的一端平行延伸，然後轉九十度往彼此遠離的方向延伸，再分別轉九十度往接近該第三、第四諧振器之第一線段的方向延伸。

由第一諧振器輸入的訊號經由以下二條不同路徑來傳遞：一條路徑是經由該第一諧振器之第三線段與該第二諧振器之第三線段進行諧振，以將輸入訊號傳遞至該第二諧振器作輸出，另一條路徑是部分第一諧振器與部分第三諧振器進行諧振，然後，部分第三諧振器與部分第四諧振器進行諧振，最後，部分第四諧振器與部分第二諧振器進行諧振，以將輸入訊號傳遞至該第二諧振器作輸出。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

參閱圖1與圖2，本發明雙頻帶通濾波器的一較佳實施例是印刷在一單層印刷電路基板(圖未示)上之金屬導線，且包含一第一諧振器1、一第二諧振器2、一第三諧振器3，與一第四諧振器4，且每一諧振器1~4皆為四分之一波長步階式阻抗諧振器。

該第一、第二諧振器1、2分別包括一具有一第一寬度W₁ 之第一線段11、21，一具有一第二寬度W₂ 之第二線段12、22，一具有一第三寬度W₃ 之第三線段13、23，一具有一第四寬度W₄ 之第四線段14、24，及一具有該第三寬度W₃ 之饋送線段15、25，此處該第一至第四寬度W₁ ~W₄ 的大小關係為第一寬度W₁ 最寬，並依序遞減至該第四寬度W₄ 最窄。

第一線段11、21分別具有一第一長度L₁ 與一第二長度 L₂ ，且平行間隔一第一距離d₁ (值得注意的是，本案中所指的距離都是指最接近的兩相鄰邊之間的距離)。第二線段12、22分別由該第一線段11、21之一端平行延伸一第三長度L₃ 與一第四長度L₄ 。第三線段13、23分別由該第二線段12、22之一端平行延伸一第五長度L₅ ，然後轉90度往彼此接近的方向延伸一第六長度L₆ 之後，並距離一第二距離d₂ 。該饋送線段15、25分別連接於該第二線段12、22與該第三線段13、23連接之端部，並往彼此遠離且垂直於第二線段12、22的方向延伸一足夠供輸出輸入訊號的長度。第四線段14、24分別與第二線段12、22平行間隔一第三距離d₃ ，並分別連接於饋送線段15、25，同時，往靠近第一線段11、21之方向分別延伸一第七長度L₇ 及一第八長度L₈ ，且該第七長度L₇ 及第八長度L₈ 分別小於該第三及第四長度L₃ 、L₄ ，並使得第四線段14、24之一端與該第一線段11、21距離該第三距離d₃ 。值得注意的是，該第一、第二諧振器1、2之第一線段11、12上皆具有一接地點16、26。

由於該第一、二諧振器1、2之第一至第四線段11~14、21~24中具有三種不同特性阻抗之線段，因此，藉由適當調整該等線段11~14、21~24之長度與寬度，可以使得該第一、第二諧振器1、2在一第一頻率f₁ 及一第二頻率f₂ 間產生諧振。

該第三、第四諧振器3、4分別位於該第一、二諧振器1、2之間，並包括一具有該第一寬度W₁ 之第一線段31、 41，及一具有該第三寬度W₃ 之第二線段32、42。

該第三、第四諧振器3、4之第一線段31、41具有相同的一第九長度L₉ ，且平行間隔一第四距離d₄ ，同時，該第三、第四諧振器3、4之第一線段31、41分別與該第一、二諧振器1、2之第三線段間隔一第五距離d₅ 。該第三、第四諧振器3、4之第二線段32、42分別由該第三、第四諧振器3、4之第一線段31、41的一端平行延伸一第十長度L₁₀ ，然後轉90度往彼此遠離的方向延伸一第十一長度L₁₁ ，再分別轉90度往接近該第三、第四諧振器3、4之第一線段31、41的方向延伸一第十二長度L₁₂ 。其中，該第三、第四諧振器3、4之第二線段32、42與該第一、第二諧振器1、2最接近處距離一第六距離d₆ 。值得注意的是，該第三、第四諧振器3、4之第一線段31、41上皆具有一接地點33、43。

由於該第三、四諧振器3、4之第一至第二線段31~32、41~42中具有二種不同特性阻抗之線段，因此，藉由適當調整該等線段31~32、41~42之長度與寬度，可以使得該第三、四諧振器3、4在一第一頻率f₁ 及一第二頻率f₂ 間產生諧振。

在本實施例中，該第三、第四諧振器3、4上的接地點33、43，是利用一鉚釘接地的方式，以達到電場隔離的效果，換句話說，該第三、第四諧振器3、4對於第一、第二諧振器1、2所產生之交錯耦合效應，可以被隔離，因此，可以有效降低交錯耦合效應的設計複雜度。

因此，聯合參閱圖1、2，由第一諧振器1之饋送線段15輸入的訊號可以經由以下二條不同路徑來傳遞：一條路徑是經由該第一諧振器1之第三線段13與該第二諧振器2之第三線段23進行諧振，以將輸入訊號傳遞至該第二諧振器2上，並經由該第二諧振器2之饋送線段25輸出；另一條路徑是該第一諧振器1之第一、第二線段11、12及部分第三線段13(與該第一諧振器1之第一線段11平行的部分)與該第三諧振器3之第一線段31與部分第二線段32(鄰近該第一諧振器1之第一、第二線段11、12的部分)進行諧振，以將訊號傳遞至該第三諧振器3上，然後，該第三諧振器3之第一線段31及部分第二線段32(鄰近該第四諧振器4的部分)與該第四諧振器4之第一線段41及部分第二線段42(鄰近該第三諧振器3的部分)進行諧振，以將訊號傳遞至該第四諧振器4上，最後，該第四諧振器4之第一線段41與部分第二線段42(鄰近該第二諧振器2之第一、第二線段21、22的部分)與該第二諧振器2之第一、第二線段21、22及部分第三線段23(與該第二諧振器2之第一線段21平行的部分)進行諧振，以將輸入訊號傳遞至該第二諧振器2上，並經由該第二諧振器2之饋送線段25輸出。

參閱圖3，本實施例在特定尺寸下量測到的返回損失S₁ 及入射損失S₂ 波形圖。該等諧振器1~4之線段長度及寬度的數據如下表1所示：

由圖3顯示的波形圖所示，可以觀察到本發明交織耦合佈局之雙頻帶通濾波器於2.45GHz、5.5GHz之頻寬比分別為15%與9.9%，其插入損失分別為1.1dB與1.4dB；此外，藉由第一、第二諧振器1、2之第四線段14、24的設計，可以植入可控制的傳輸零點(Zero)，以壓抑雙通帶以外的止帶區所可能出現的諧振偽模，以增加止帶的頻寬，以本實施例而言可以增加到5.12GHz。

最重要的是，本發明之雙頻帶通濾波器的面積為100.201mm² (尺寸為10.33mm×9.7mm)，相較於習知之相似的雙頻帶通濾波器而言，面積可以大幅縮減，以Y.-H. Heieh的文獻為例，本實施例可以縮減雙頻帶通濾波器的面 積達29%，同時，對應之頻率響應結果亦不受面積縮減的影響而大幅衰減，因此，本發明可以做到較佳緊密排列的電路佈局。

綜上所述，本發明確實可以有效達到縮小雙頻帶通濾波器的面積，並不影響頻率響應的結果，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1‧‧‧第一諧振器

11‧‧‧第一線段

12‧‧‧第二線段

13‧‧‧第三線段

14‧‧‧第四線段

15‧‧‧饋送線段

16‧‧‧接地點

2‧‧‧第二諧振器

21‧‧‧第一線段

22‧‧‧第二線段

23‧‧‧第三線段

24‧‧‧第四線段

25‧‧‧饋送線段

26‧‧‧接地點

3‧‧‧第三諧振器

31‧‧‧第一線段

32‧‧‧第二線段

33‧‧‧接地點

4‧‧‧第四諧振器

41‧‧‧第一線段

42‧‧‧第二線段

43‧‧‧接地點

圖1是本發明之雙頻帶通濾波器之結構圖；圖2是本發明之訊號傳遞路徑示意圖；及圖3是量測本實施例之頻率響應之波形圖。

1‧‧‧第一諧振器

11‧‧‧第一線段

12‧‧‧第二線段

13‧‧‧第三線段

14‧‧‧第四線段

15‧‧‧饋送線段

16‧‧‧接地點

2‧‧‧第二諧振器

21‧‧‧第一線段

22‧‧‧第二線段

23‧‧‧第三線段

24‧‧‧第四線段

25‧‧‧饋送線段

26‧‧‧接地點

3‧‧‧第三諧振器

31‧‧‧第一線段

32‧‧‧第二線段

33‧‧‧接地點

4‧‧‧第四諧振器

41‧‧‧第一線段

42‧‧‧第二線段

43‧‧‧接地點

Claims (6)

1. 一種雙頻帶通濾波器，包含：一第一諧振器，其包括一第一線段、一第二線段，及一第三線段；一第二諧振器，其包括一第一線段、一第二線段，及一第三線段；一第三諧振器，其包括一第一線段，及一第二線段；一第四諧振器，其包括一第一線段，及一第二線段；其中，每一諧振器之第一線段上皆具有一接地點，該第一、第二諧振器之第一線段平行間隔一段距離，該第一、第二諧振器之第二線段分別由該第一、第二諧振器之第一線段的一端平行延伸，該第一、第二諧振器之第三線段分別由該第一、第二諧振器之第二線段的一端平行延伸，然後轉九十度往彼此接近的方向延伸；該第三、第四諧振器分別位於該第一、二諧振器之間，並且該第三、第四諧振器之第一線段平行間隔一段距離並延伸，該第三、第四諧振器之第二線段分別由該第三、第四諧振器之第一線段的一端平行延伸，然後轉九十度往彼此遠離的方向延伸，再分別轉九十度往接近該第三、第四諧振器之第一線段的方向延伸；由第一諧振器輸入的訊號經由以下二條不同路徑 來傳遞：一條路徑是經由該第一諧振器之第三線段與該第二諧振器之第三線段進行諧振，以將輸入訊號傳遞至該第二諧振器作輸出，另一條路徑是部分第一諧振器與部分第三諧振器進行諧振，然後，部分第三諧振器與部分第四諧振器進行諧振，最後，部分第四諧振器與部分第二諧振器進行諧振，以將輸入訊號傳遞至該第二諧振器作輸出。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之雙頻帶通濾波器，其中，該第一、第二諧振器分別更包括一連接於該第一、第二諧振器之第二線段與該第一、第二諧振器之第三線段連接之端部，並往彼此遠離且垂直於該第一、第二諧振器之第二線段的方向延伸之饋送線段。
3. 依據申請專利範圍第2項所述之雙頻帶通濾波器，其中，該第一、第二諧振器分別更包括一與該第一、第二諧振器之第二線段平行間隔且分別連接於該第一、第二諧振器之饋送線段的第四線段。
4. 依據申請專利範圍第錯誤！找不到參照來源 。項所述之雙頻帶通濾波器，其中，該第三、第四諧振器上的接地點，是以一鉚釘接地的方式實施。
5. 依據申請專利範圍第1項所述之雙頻帶通濾波器，其中，每一諧振器之第一線段具有一第一寬度，該第一、第二諧振器之第二線段具有一第二寬度，該第一、第二諧振器之第三線段及該第三、第四諧振器之第二線段具有一第三寬度。
6. 依據申請專利範圍第3項所述之雙頻帶通濾波器，其中，該第一、第二諧振器之第四線段具有一第四寬度。