TWI383536B - 帶通濾波器 - Google Patents

Description

帶通濾波器

本發明涉及一種濾波器，尤其涉及一種帶通濾波器。

在設計各種不同應用的無線通訊產品時，濾波器係被廣泛使用的一種元件，其主要功能係用來過濾掉訊號的高頻諧波或者一些高頻雜訊。濾波器通常以其在通帶(passband)的插入損耗(insertion loss)以及在止帶(stopband)的抑制能力(rejection)來表示其效能。濾波器在止帶的抑制能力取決於其傳輸零點，傳輸零點愈多的濾波器在止帶的抑制能力有著愈好的表現。而習知的濾波器只有一個傳輸零點，其在止帶的抑制能力不好，其濾波效能不佳。

有鑒於此，需提供一種具有良好濾波效能的帶通濾波器。

一種帶通濾波器，包括輸入端、輸出端、複數傳輸線及一對耦合單元。輸入端用於饋入電磁波訊號，輸出端用於饋出電磁波訊號。該等傳輸線電性連接於該輸入端和該輸出端之間。該等耦合單元分別與其中一對傳輸線電性連接。每一耦合單元包括一對耦合區，每一耦合區包括一對耦合線，其中一耦合區的一對耦合線與另一耦合區的一對耦合線分別對應連接，且該其中一耦合區的兩耦合線為長寬相等之平行耦合微帶線，該另一耦合區的兩耦合線的長度和寬度均不相等。

本發明實施方式所提供之帶通濾波器，利用該等耦合單元的具有平行耦合微帶線，使得帶通濾波器在提高衰減速度的同時使傳輸零點更為靠近截止頻率。

請參閱圖1，所示為本發明實施方式之帶通濾波器10之結構示意圖。

在本實施方式中，帶通濾波器10印刷於電路板20上。帶通濾波器10大致呈菱形，其包括輸入端100、輸出端120、四個傳輸線140、142、144及146及第一耦合單元160和第二耦合單元180。四個傳輸線140、142、144及146分別為菱形的四個邊，傳輸線140平行於傳輸線144，傳輸線142平行於傳輸線146。輸入端100與輸出端120位於菱形的一對角，第一耦合單元160和第二耦合單元180位於菱形的另一對角，並分別向菱形的內部延伸。

在其它實施方式中，帶通濾波器10大致呈長方形或正方形。

在本實施方式中，傳輸線140和142之間的夾角為90度，傳輸線144和146之間的夾角為90度。

輸入端100係用於饋入電磁波訊號，輸出端120係用於饋出電磁波訊號。輸入端100與輸出端120為帶通濾波器10之50歐姆匹配阻抗。

傳輸線140、142、144及146電性連接於輸入端100和輸出端120之間並在輸入端100和輸出端120之間傳播電磁波訊號。

第一耦合單元160包括第一耦合區162及第二耦合區164。第一耦合區162包括第一耦合線1620和第二耦合線1622，第一耦合線1620和第二耦合線1622係平行設計並構成平行耦合微帶線。第一耦合線1620和第二耦合線1622與傳輸線146與140之間的夾角分別為45度。

第二耦合區164包括第三耦合線1640與第四耦合線1642。第四耦合線1642用於將帶通濾波器10的頻率調到1.5GHz範圍，而第三耦合線1640用於將帶通濾波器10的頻率調到更精準頻率1575.42MHz，即第四耦合線1642用於粗調頻率，第三耦合線1640用於微調頻率。第一耦合線1620的中心線和第三耦合線1640的中心線重合，第二耦合線1622的中心線和第四耦合線1642的中心線重合。

第二耦合單元180包括第三耦合區182及第四耦合區184。第三耦合區182包括第五耦合線1820和第六耦合線1822，第五耦合線1820和第六耦合線1822係平行設計並構成平行耦合微帶線。第五耦合線1820和第六耦合線1822與傳輸線142與144之間的夾角分別為45度。

第四耦合區184包括第七耦合線1840和第八耦合線1842。第八耦合線1842用於將帶通濾波器10的頻率調到1.5GHz範圍，而第七耦合線1840用於將帶通濾波器10的頻率調到更精準頻率1575.42MHz，即第八耦合線1842用於粗調頻率，第七耦合線1840用於微調頻率。第五耦合線1820的中心線和第七耦合線1840的中心線重合，第六耦合線1822的中心線和第八耦合線1842的中心線重合。 第一耦合區162和第三耦合區182及第二偶合區164和第四偶合區184分別相對輸入端100與輸出端120之間的對角線呈對稱設計。

第三耦合線1640的寬度大於第一耦合線1620的寬度，第三耦合線1640的長度小於第一耦合線1620的長度，即第一耦合線1620的寬度和長度均不等於第三耦合線1640的寬度和長度。第二耦合線1622的寬度大於第四耦合線1642的寬度，第二耦合線1622的長度大於第四耦合線1642的長度，即第二耦合線1622的寬度和長度均不等於第四耦合線1642的寬度和長度。換而言之，第一耦合區162的耦合線的長度和寬度均不等於第二耦合區164的耦合線的長度和寬度。

第三耦合線1640的寬度大於第四耦合線1642的寬度，第三耦合線1640的長度小於第四耦合線1642的長度，即第四耦合線1642的寬度和長度均不等於第三耦合線1640的寬度和長度，從而第二耦合區164的兩耦合線的長度和寬度均不相等。第一耦合線1620的長度和寬度等於第二耦合線1622的長度和寬度，從而第一耦合線1620和第二耦合線1622形成平行耦合微帶線。

第七耦合線1840的寬度大於第五耦合線1820的寬度，第五耦合線1820的長度大於第七耦合線1840的長度，即第五耦合線1820的寬度和長度均不等於第七耦合線1840的寬度和長度。第八耦合線1842的寬度小於第六耦合線1822的寬度，第六耦合線1822的長度大於第八耦合線1842的長度，即第六耦合線1822的寬度和長度均不等於 第八耦合線1842的寬度和長度。換而言之，第三耦合區182的耦合線的長度和寬度均不等於第四耦合區184的耦合線的長度和寬度。

第七耦合線1840的寬度大於第八耦合線1842的寬度，第七耦合線1840的長度小於第八耦合線1842的長度，即第八耦合線1842的寬度和長度均不等於第七耦合線1840的寬度和長度，從而第四耦合區184的兩耦合線的長度和寬度均不相等。第六耦合線1822的長度和寬度等於第五耦合線1820的長度和寬度，從而第六耦合線1822和第五耦合線1820形成平行耦合微帶線。

在本實施方式中，第八耦合線1842與第三耦合線1640相對，第四耦合線1642與第七耦合線1840相對。

在本實施方式中，所有的耦合線均為耦合微帶線。

請參照圖2，圖2揭示了本發明之帶通濾波器10之主要尺寸標示。在本實施方式中，輸入端100和輸出端120之間的對角線的長度B為18.5mm，第一耦合單元160和第二耦合單元180之間的對角線的長度A為16.9mm。第五耦合線1820的長度C為4.9mm，其寬度C’為1.0mm。第一耦合線1620、第二耦合線1622及第六耦合線1822的長度和寬度均等於第五耦合線1820的長度和寬度。第八耦合線1842的長度D為2.7mm，其寬度D’為0.9mm。第四耦合線1642的長度和寬度均等於第八耦合線1842的長度和寬度。第三耦合線1640的長度E為0.4mm，其寬度E’為1.1mm。第七耦合線1840的長度和寬度均等於第三耦合 線1640的長度和寬度。傳輸線140、142、144及146的長度F均為12mm，其線寬均為0.1mm。

請參照圖3，所示為本發明帶通濾波器10之等效電路圖。圖3之電感L1、L2、L3及L4係分別由本發明帶通濾波器10之傳輸線140、142、144和146所等效形成，電容C1、C2、C3和C4係分別由傳輸線140、142、144和146與電路板20之接地金屬面所等效形成，電感L1和L4之間的T型濾波器由第一耦合單元160所等效形成，電感L2和L3之間的T型濾波器由第二耦合單元180所等效形成。

請參閱圖4，所示為經電磁模擬所得本發明實施方式中帶通濾波器10之測試圖。圖中橫軸表示通過帶通濾波器10的訊號的頻率(單位：GHz)，縱軸表示幅度(單位元：dB)，象限區包括透射之散射參數(S-parameter：S21)的幅度。透射之散射參數(S21)表示通過低通帶通濾波器10的訊號的輸入功率與訊號的輸出功率之間的關係，其相應的數學函數為：S21(dB)=10Lg(輸出功率/輸入功率)。

由圖4可知，本發明實施方式中之帶通濾波器10具有良好之濾波效能。從曲線|S21|可觀察到，通帶頻段與衰減頻段間形成陡的“過渡坡”，並且在通帶頻段範圍內的訊號的插入損耗接近0。

在本實施方式中，帶通濾波器10藉由耦合單元160、180與傳輸線140、142、144及146之間成45度夾角產生兩個傳輸零點，從而提高了帶通濾波器10在止帶的抑制能力 ，提高了帶通濾波器10的濾波效能。

在本實施方式中，利用第一耦合區162和第三耦合區182分別具有平行耦合微帶線，從而提高了帶通濾波器10的衰減速度，同時使得帶通濾波器10的傳輸零點更為靠近截止頻率。而且，在通帶頻段內，具有較低之損耗值。

綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，舉凡熟悉本案技藝之人士，在爰依本案發明精神所作之等效修飾或變化，皆應包含於以下之申請專利範圍內。

10‧‧‧帶通濾波器

20‧‧‧電路板

100‧‧‧輸入端

120‧‧‧輸出端

140、142、144、146‧‧‧傳輸線

160‧‧‧第一耦合單元

162‧‧‧第一耦合區

1620‧‧‧第一耦合線

1622‧‧‧第二耦合線

164‧‧‧第二耦合區

1640‧‧‧第三耦合線

1642‧‧‧第四耦合線

180‧‧‧第二耦合單元

182‧‧‧第三耦合區

1820‧‧‧第五耦合線

1822‧‧‧第六耦合線

184‧‧‧第四耦合區

1840‧‧‧第七耦合線

1842‧‧‧第八耦合線

L1、L2、L3、L4‧‧‧電感

C1、C2、C3、C4‧‧‧電容

圖1為本發明帶通濾波器之結構示意圖。

圖2為本發明帶通濾波器之尺寸示意圖。

圖3為本發明帶通濾波器之等效電路圖。

圖4為本發明帶通濾波器之測試圖。

10‧‧‧帶通濾波器

20‧‧‧電路板

100‧‧‧輸入端

120‧‧‧輸出端

140、142、144、146‧‧‧傳輸線

160‧‧‧第一耦合單元

162‧‧‧第一耦合區

1620‧‧‧第一耦合線

1622‧‧‧第二耦合線

164‧‧‧第二耦合區

1640‧‧‧第三耦合線

1642‧‧‧第四耦合線

180‧‧‧第二耦合單元

182‧‧‧第三耦合區

1820‧‧‧第五耦合線

1822‧‧‧第六耦合線

184‧‧‧第四耦合區

1840‧‧‧第七耦合線

1842‧‧‧第八耦合線

Claims (7)

1. 一種帶通濾波器，包括：一輸入端，用於饋入電磁波訊號；一輸出端，用於饋出電磁波訊號；複數傳輸線，電性連接於該輸入端和該輸出端之間；以及一對耦合單元，分別與其中一對傳輸線電性連接，每一耦合單元包括一對耦合區，每一耦合區包括一對耦合線，其中一耦合區的一對耦合線與另一耦合區的一對耦合線分別對應連接，且該其中一耦合區的兩耦合線為長寬相等之平行耦合微帶線，該另一耦合區的兩耦合線的長度和寬度均不相等；其中每一耦合單元中具有不等長耦合線的耦合區的較長耦合線用於粗調該帶通濾波器的頻率，其較短耦合線用於微調該帶通濾波器的頻率。
2. 如申請專利範圍第1項所述的帶通濾波器，其中每一耦合單元中的一耦合區的耦合線的長度和寬度與另一耦合區的耦合線的長度和寬度均不相等。
3. 如申請專利範圍第1項所述的帶通濾波器，其中長度相等之兩耦合微帶線與其相鄰傳輸線之間的夾角分別為45度。
4. 如申請專利範圍第1項所述的帶通濾波器，其中兩相鄰傳輸線之間的夾角為90度。
5. 如申請專利範圍第1項所述的帶通濾波器，其中該等傳輸線形成四邊形，該輸入端和該輸出端位於該四邊形的一對角，該等耦合單元位於該四邊形的另一對角。
6. 如申請專利範圍第5項所述的帶通濾波器，其中該耦合單 元分別向該四邊形的內部延伸。
7. 如申請專利範圍第6項所述的帶通濾波器，其中該四邊形為菱形。