TWI478433B

TWI478433B - 低通濾波器

Info

Publication number: TWI478433B
Application number: TW100104618A
Authority: TW
Inventors: Hsuan Ta Chou
Original assignee: Hon Hai Prec Ind Co Ltd
Priority date: 2011-02-11
Filing date: 2011-02-11
Publication date: 2015-03-21
Also published as: TW201234706A

Description

低通濾波器

本發明涉及濾波器，尤其涉及一種低通濾波器。

濾波器作為電子訊號處理系統中的關鍵器件，具有通過有用訊號和抑制干擾訊號的作用。在電路設計中，一般會在傳送放大器之後，加入一個低通濾波器來抑制傳送放大器的二倍頻諧波和三倍頻諧波。

然而，如何設計一款可抑制二倍頻諧波和三倍頻諧波的低通濾波器是當前一大挑戰。

鑒於以上內容，有必要提供一種低通濾波器，可抑制二倍頻諧波和三倍頻諧波。

本發明實施方式中提供的低通濾波器，包括第一埠、第二埠、訊號傳輸線、兩個開路傳輸線、第一耦合傳輸線及第二耦合傳輸線。訊號傳輸線連接於第一埠與第二埠之間，用於將射頻訊號從第一埠傳輸至第二埠，該訊號傳輸線的相對兩側分別為第一側與第二側。兩個開路傳輸線位於該訊號傳輸線的第一側且分別垂直連接於該訊號傳輸線上靠近該第一埠與該第二埠處，該兩個開路傳輸線與該訊號傳輸線之間形成T形間隙。第一耦合傳輸線與該訊號傳輸線平行且設置於該T形間隙內，該第一耦合傳輸線設有第一孔。第二耦合傳輸線與該訊號傳輸線平行且位於該訊號傳輸線的第二側，該第二耦合傳輸線設有第二孔。

優選地，兩個開路傳輸線包括第一開路傳輸線與第二開路傳輸線。第一開路傳輸線包括呈矩形的第一連接部與呈矩形的第一開路部，該第一連接部垂直連接於該訊號傳輸線與該第一開路部之間，該第一連接部的寬度比該第一開路部的寬度窄。第二開路傳輸線包括呈矩形的第二連接部與呈矩形的第二開路部，該第二連接部垂直連接於該訊號傳輸線與該第二開路部之間，該第二連接部的寬度比該第二開路部的寬度窄。其中，該第一連接部、該第二連接部與該訊號傳輸線之間形成第一間隙；該第一開路部與該第二開路部相對形成第二間隙。該第一間隙與該第二間隙共同構成該T形間隙。

優選地，該訊號傳輸線包括依次連接的第一匹配部、主訊號傳輸部及第二匹配部，該第一匹配部連接於該第一埠與該主訊號傳輸部之間，該第二匹配部連接於該第二埠與該主訊號傳輸部之間。

優選地，該第一匹配部由不少於三段的不同寬度微帶組成，微帶寬度由該第一埠向該主訊號傳輸部逐漸變窄，以達到阻抗匹配的效果；該第二匹配部由不少於三段的不同寬度微帶組成，微帶寬度由該主訊號傳輸部向該第二埠逐漸變寬，以達到阻抗匹配的效果。

優選地，該第一孔設置於該第一耦合線的兩端之一或中部，該第二孔設置於該第二耦合線的兩端之一或中部。

優選地，該第一孔設置於該第一耦合線上靠近該第二埠的一端，該第二孔設置於該第二耦合線上靠近該第一埠的一端。

藉由以下對具體實施方式詳細的描述結合附圖，將可輕易的瞭解上述內容及此項發明之諸多優點。

圖1是本發明低通濾波器100一實施方式的示意圖。在本實施方式中，低通濾波器100包括第一埠11、第二埠12、訊號傳輸線10、第一開路傳輸線21、第二開路傳輸線22、第一耦合傳輸線31、第二耦合傳輸線32。

訊號傳輸線10連接於第一埠11與第二埠12之間，用於將射頻訊號從第一埠11傳輸至第二埠12。為描述的方便，將訊號傳輸線10的相對兩側分別定義為第一側101與第二側102。

在本發明實施方式中，訊號傳輸線10包括依次連接的第一匹配部13、主訊號傳輸部15及第二匹配部14。第一匹配部13連接於第一埠11與主訊號傳輸部15之間，第一匹配部13由不少於三段的不同寬度微帶組成，微帶寬度由第一埠11向主訊號傳輸部15逐漸變窄，以達到阻抗匹配的效果。第二匹配部14連接於第二埠12與主訊號傳輸部15之間，第二匹配部14由不少於三段的不同寬度微帶組成，微帶寬度由主訊號傳輸部15向第二埠12逐漸變寬，以達到阻抗匹配的效果。

舉例來說，第一埠11與第二埠12的阻抗一般為50歐姆（Ohm），而主訊號傳輸部15的阻抗一般為90歐姆。根據微帶線寬度越寬，則其阻抗越小，微帶線越窄，則其阻抗越大的原理，第一匹配部13藉由微帶寬度由第一埠11向主訊號傳輸部15逐漸變窄，將阻抗由50歐姆逐漸轉變為90歐姆。同理，第二匹配部14可藉由微帶寬度由主訊號傳輸部15向第二埠12逐漸變寬，將阻抗由90歐姆逐漸轉變為50歐姆。在本實施方式中，第一匹配部13或第二匹配部14的微帶線寬度的變化是圖1所示的階梯式的。根據上述原理，本領域一般技術人員可以用其它的實施方式來實現，例如第一匹配部13或第二匹配部14可以是梯形或三角形。

第一開路傳輸線21與第二開路傳輸線22位於訊號傳輸線10的第一側101且分別垂直連接於訊號傳輸線10上靠近第一埠11與第二埠12處。第一開路傳輸線21、第二開路傳輸線22及訊號傳輸線10之間共同形成T形間隙40。在本發明實施方式中，該T形間隙40由矩形的第一間隙41與垂直連通於該第一間隙41中部的第二間隙42共同形成。

第一開路傳輸線21包括呈矩形的第一連接部211與呈矩形的第一開路部212。第一連接部211垂直連接於訊號傳輸線10與第一開路部212之間，第一連接部211的寬度比第一開路部212的寬度窄。

第二開路傳輸線22包括呈矩形的第二連接部221與呈矩形的第二開路部222。第二連接部221垂直連接於訊號傳輸線10與第二開路部222之間，第二連接部221的寬度比第二開路部222的寬度窄。

第一連接部211、第二連接部221與訊號傳輸線10之間形成第一間隙41。第一開路部212與第二開路部222之間形成第二間隙42。

第一耦合傳輸線31與訊號傳輸線10平行且設置於第一間隙41內。第一耦合傳輸線31設有第一孔31a。在本實施方式中，該第一孔31a可設置於第一耦合傳輸線31上靠近第二埠12的一端。

第二耦合傳輸線32與訊號傳輸線10平行且位於訊號傳輸線10的第二側102。第二耦合傳輸線32設有第二孔32a。在本實施方式中，該第二孔32a設置於第二耦合傳輸線32上靠近第一埠11的一端。

應當注意的是，圖1中的低通濾波器100僅為本發明的一種較佳實施例，本領域技術人員依本案發明精神可作等效修飾或變化，如圖2-6所示，本領域技術人員可將圖1中的第一孔31a設置於第一耦合傳輸線31的兩端之一或中部，第二孔32a設置於第二耦合傳輸線32的兩端之一或中部。

在低通濾波器100中，藉由訊號傳輸線10、第一開路傳輸線21、第二開路傳輸線22共同形成如圖7所示的π型濾波器，可有效抑制二倍頻諧波。

另外，藉由設有第一孔31a的第一耦合傳輸線31與設有第二孔32a的第二耦合傳輸線32，本發明低通濾波器100可以有效抑制三倍頻諧波。

圖8是本發明低通濾波器100的等效電路圖。在本實施方式中，圖1中主訊號傳輸部15可為阻抗值為90歐姆的微帶線。圖1中第一埠11與第二埠12即為圖8中的第一埠P1與第二埠P2，其阻抗值均為50歐姆。圖1中第一匹配部13可等效為圖8中第一電感L1，第一電感L1連接於第一埠P1與主訊號傳輸部15之間，第一電感L1可產生阻抗變化效果，以達到阻抗匹配效果。圖1中的第二匹配部14可等效為圖8中第二電感L2，第二電感L2連接於主訊號傳輸部15與第二埠P2之間，第二電感L2可產生阻抗變化效果，以達到阻抗匹配效果。

圖1中第一開路傳輸線21可等效為圖8中第一電容C1，第一電容C1一端透過節點n1連接於主訊號傳輸部15，另一端接地，故，第一電容C1可透過節點n1將主訊號傳輸部15上傳輸的二倍頻諧波耦合到地，從而抑制二倍頻諧波。圖1中第二開路傳輸線22可等效為圖8中第二電容C2，第二電容C2一端透過節點n2連接於主訊號傳輸部15，另一端接地，故，第二電容C2可透過節點n2將主訊號傳輸部15上傳輸的二倍頻諧波耦合到地，從而抑制二倍頻諧波。

圖1中設有第一孔31a的第一耦合傳輸線31可等效為圖8中串連在節點n3與地之間的第三電容C3與第三電感L3，第三電容C3與第三電感L3可透過節點n3將主訊號傳輸部15上傳輸的三倍頻諧波耦合到地，從而抑制三倍頻諧波。圖1中設有第二孔32a的第二耦合傳輸線32可等效為圖8中串連在節點n4與地之間的第四電容C4與第四電感L4，第四電容C4與第四電感L4可透過節點n4將主訊號傳輸部15上傳輸的三次諧波耦合到地，從而抑制三倍頻諧波。

圖9是本發明低通濾波器100一實施方式的尺寸圖。在本發明一具體實施例中，第一匹配部13與第二匹配部14關於主訊號傳輸部15的中垂線呈軸對稱，故僅描述第一匹配部13的尺寸，第一匹配部13的寬度先由34mil變為18mil，再變為12mil，其中寬度為34mil、18mil、12mil的長度分別為15mil、17mil、17mil。第一開路傳輸線21與第二開路傳輸線22的長度均為173mil，寬度均為(34+66)mil。第一、二開路傳輸線21、22的第一、二開路部212、222的長度為129mil。第一耦合傳輸線31的長度為151mil，寬度為28mil。第一孔31a的圓心離第二連接部221的距離為20mil。第二耦合傳輸線32的長度為151mil，寬度為28mil，離訊號傳輸線10的距離為（36-28）mil，第二孔32a的圓心離第二耦合傳輸線32的較近一端的距離為10mil。

圖10是本發明低通濾波器100的π型濾波器（如圖7所示）一實施方式的諧波抑制效果圖。在本實施方式中，如圖7所示的π型濾波器應用於3.5GHz的WiMAX頻段，通訊行規中工作頻率（如3.5GHz）的反射損耗（Return Loss）要在-10dB以下，二倍頻諧波（如7.5GHz）的插入損耗（Insertion Loss）要在-40db以下，三倍頻諧波（如10.5GHz）的插入損耗要在-20db以下。

圖10中S1代表反射損耗曲線圖，S2代表插入損耗曲線圖。從圖10中S1可以明顯看出，當工作頻率X=3.5GHz時反射損耗Y在-10dB以下，說明3.5GHz的射頻訊號可以在第一埠11與第二埠12之間傳遞；當工作頻率X=7.5-10.5GHz時反射損耗Y約等於0dB，說明7.5-10.5GHz射頻訊號並不能在第一埠11與第二埠12之間傳遞。

從圖10中S2可以明顯看出，當工作頻率X=3.6GHz時插入損耗Y=-0.44，並不會對工作頻段3.5GHz附近頻段造成抑制；當工作頻率X=6.80-7.2GHz時插入損耗Y=-49.69-55.89GHz，此時插入損耗均在-40db以下，說明可有效抑制6.80-7.2GHz之間的二倍頻諧波。當工作頻率X=10.20-10.80GHz時插入損耗Y=-10.72-4.45GHz，此時插入損耗均在-20db以上，說明並不能有效抑制10.20-10.80GHz之間的三倍頻諧波。總的來說，圖7中的π型濾波器結構可以有效抑制二倍頻諧波，但並不能有效抑制三倍頻諧波。

圖11是本發明低通濾波器100（如圖1所示）一實施方式的諧波抑制效果圖。在本實施方式中，如圖1所示的低通濾波器100應用於3.5Ghz的WiMAX頻段。

圖11中S3代表反射損耗曲線圖，S4代表插入損耗曲線圖。從圖11中S3可以明顯看出，當工作頻率X=3.5GHz時反射損耗Y在-10dB以下，說明3.5GHz的射頻訊號可以在第一埠11與第二埠12之間傳遞；當工作頻率X=7.5-10.5GHz時反射損耗Y約等於0dB，說明7.5-10.5GHz射頻訊號並不能在第一埠11與第二埠12之間傳遞。

從圖11中S4的可以明顯看出，當工作頻率X=3.6GHz時插入損耗Y=-0.37db，並不會對工作頻段3.5GHz附近頻段造成抑制；當工作頻率X=-6.80-7.20GHz時插入損耗Y=-55.94-59.97GHz，此時插入損耗均在在-40db以下，說明有效地抑制了二倍頻諧波。當工作頻率X=10.20-10.80GHz時插入損耗Y=-33.75-24.98GHz，此時插入損耗均在-20db以下，說明有效地抑制了三倍頻諧波。總的來說，圖1中的低通濾波器100不僅有效抑制二倍頻諧波，而且有效抑制三倍頻諧波。

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。

100．．．低通濾波器

10．．．訊號傳輸線

11．．．第一埠

12．．．第二埠

13．．．第一匹配部

14．．．第二匹配部

15．．．主訊號傳輸部

101．．．第一側

102．．．第二側

21．．．第一開路傳輸線

211．．．第一連接部

212．．．第一開路部

22．．．第二開路傳輸線

221．．．第二連接部

222．．．第二開路部

31．．．第一耦合傳輸線

31a．．．第一孔

32．．．第二耦合傳輸線

32a．．．第二孔

40．．．T形間隙

41．．．第一間隙

42．．．第二間隙

圖1為本發明低通濾波器一實施方式的示意圖。

圖2為本發明低通濾波器另一實施方式的示意圖。

圖3為本發明低通濾波器又一實施方式的示意圖。

圖4為本發明低通濾波器又一實施方式的示意圖。

圖5為本發明低通濾波器又一實施方式的示意圖。

圖6為本發明低通濾波器又一實施方式的示意圖。

圖7為本發明低通濾波器的π型濾波器一實施方式的示意圖。

圖8為本發明低通濾波器一實施方式的等效電路圖。

圖9為本發明低通濾波器一實施方式的尺寸圖。

圖10為本發明低通濾波器的π型濾波器一實施方式的諧波抑制效果圖。

圖11為本發明低通濾波器一實施方式的諧波抑制效果圖。