TWI479731B - 交錯耦合帶通濾波器 - Google Patents

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Description

交錯耦合帶通濾波器
本發明係有關於交錯耦合濾波器電路，更具體而言，係關於用以在高頻拒帶(high frequency rejection band)產生傳輸零點(transmission zero)的交錯耦合帶通濾波器電路。
現今許多可攜式通訊裝置對於通帶選擇性(pass band selectivity)有相當高的要求。三階交錯耦合帶通濾波器經常用以實現此類高選擇性的帶通濾波器。一般而言，採用磁場交錯耦合(magnetic cross-coupling)設計的微帶線濾波器(microstrip filter)能夠於低頻拒帶產生傳輸零點，而採用電場交錯耦合(electric cross-coupling)設計的微帶線濾波器能夠於高頻拒帶產生傳輸零點。
如第1A圖所示，描繪採用電場交錯耦合實現的習知帶通濾波器的電路示意圖。如圖所示，習知帶通濾波器由三組微帶線開路共振器12,14,16形成於介電基板11上。第1B圖描繪第1A圖的帶通濾波器的輸入埠至輸出埠信號傳輸的測量結果，曲線C1顯示出在高頻拒帶可產生傳輸零點。然而，在整合被動裝置(integrated passive device；IPD)製程中，輸入與輸出必須以電容器(capacitor)饋入，上述架構的輸入埠(開路共振器14)與輸出埠(開路共振器16)之間的電容過於接近，可能造成短路。又如第2A圖所示，描繪採用磁場交錯耦合實現的習知帶通濾波器的電路示意圖。如圖所示，習知帶通濾波器由三組微帶線開路共振器22,24,26形成於介電基板21上。第2B圖描繪第2A圖的帶通濾波器的輸入埠至輸出埠信號傳輸(S21)的測量結果，曲線C2顯示出在低頻拒帶可產生傳輸零點。
然而，在整合被動裝置(IPD)製程中，實現電場交錯耦合卻有相當程度的困難，難以利用此製程實現高頻拒帶的傳輸零點。如第3A圖所示，描繪以整合被動裝置(IPD)製程製作的磁場交錯耦合帶通濾波器30的電路示意圖。如圖所示，該磁場交錯耦合帶通濾波器30具有由電感32與電容器33a所構成的共振器、由電感34與電容器35a所構成的共振器以及由電感36與電容器37a所構成的共振器。該電容器35a作為信號輸入埠，而該電容器37a作為信號輸出埠。該開口32a的兩端係經由電容器33a與電容器下極片(capacitor lower plate)33b而相互電性連接，該開口34a的兩端係經由電容器35a、電容器下極片35b及通孔35c而相互電性連接，同樣地，該開口36a的兩端係經由電容器37a、電容器下極片37b及通孔37c而相互電性連接。請參照第3B圖，描繪磁場交錯耦合帶通濾波器30的信號傳輸的測量結果，曲線C31(S21)顯示出在低頻拒帶可產生傳輸零點，曲線C32顯示出在對稱組構下近乎相同的輸入埠反射(S11)與輸出埠反射(S22)。
由此可知，以習知技術而言，在整合被動裝置(IPD)製程中，難以實現電場交錯耦合，以致不易實現高頻拒帶的傳輸零點。因此，如何提出一種可應用於整合被動裝置(IPD)製程中，能夠有效利用磁場交錯耦合實現高頻拒帶的傳輸零點之交錯耦合帶通濾波器，實為目前各界亟欲解決之技術問題。
有鑒於上述習知技術之缺點，本發明提供一種交錯耦合帶通濾波器，包括：第二共振器，係由第二電感、互連電感與第二電容器所構成，該第二共振器具有由該第二電感的兩端點所形成之第二開口，其中，該第二電感的兩端點透過該互連電感相互電性連接，且該第二電感的中端復電性連接該第二電容器，該第二電容器復透過該互連電感以對稱方式分別與該兩端點電性連接；第一共振器，係由第一電感與第一電容器所構成，該第一共振器具有由該第一電感的兩端點所形成之第一開口，且該第一電感的兩端點透過該第一電容器相互電性連接；以及第三共振器，係由第三電感與第三電容器所構成，該第三共振器具有由該第三電感的兩端點所形成之第三開口，且該第三電感的兩端點透過該第三電容器相互電性連接，其中，部份該第一共振器與部份該第三共振器係對稱地設置於該第二開口內。
於本發明之另一實施態樣中，該第一、第二、第三電感、互連電感係由導磁半導體或金屬材料所形成。
此外，於本發明之又一實施態樣中，該第一電容器係信號輸入埠，而該第三電容器係信號輸出埠，且該第一開口與該第三開口係對稱地以相互遠離的方式設置於該第二開口外。
再者，於本發明之又另一實施態樣中，該第一共振器與該第三共振器之間產生有正的互感，且其中該第一共振器及該第二共振器之間產生的互感與該第二共振器及該第三共振器之間產生的互感具有相同的極性。
本發明復提供一種交錯耦合帶通濾波器，包括：第一共振器，具有第一開口；第二共振器，具有第二開口；以及第三共振器，具有第三開口，其中，部份該第一共振器與部份該第三共振器係對稱設置於該第二開口內，且該第一共振器與該第三共振器之間產生有正的互感，且其中該第一共振器及該第二共振器之間產生的互感與該第二共振器及該第三共振器之間產生的互感具有相同的極性。
相較於習知技術，本發明不但能夠達到較佳的傳輸零點效果，亦能夠克服習知技術難以利用整合被動裝置(IPD)製程下在高頻拒帶產生傳輸零點的問題，進一步提升帶通濾波器的高選擇性或改善製程的相容性。
以下係藉由特定的具體實施形態說明本發明之技術內容，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之其他優點與功效。本發明亦可藉由其他不同的具體實施形態加以施行或應用，本說明書中的各項細節亦可基於不同觀點與應用，在未悖離本發明之精神下進行各種修飾與變更。
須知，本說明書所附圖式所繪示之結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示之內容，以供熟悉此技藝之人士之瞭解與閱讀，並非用以限定本發明可實施之限定條件，故不具技術上之實質意義，任何結構之修飾、比例關係之改變或大小之調整，在不影響本發明所能產生之功效及所能達成之目的下，均應仍落在本發明所揭示之技術內容得能涵蓋之範圍內。同時，本說明書中所引用之如“第一”、“第二”、“開口”、及“兩端”等之用語，亦僅為便於敘述之明瞭，而非用以限定本發明可實施之範圍，其相對關係之改變或調整，在無實質變更技術內容下，當亦視為本發明可實施之範疇。
本發明所提出的磁場交錯耦合帶通濾波器能夠應用在整合被動裝置製程中，克服因不易實施電場交錯耦合，而導致難以產生高頻拒帶的傳輸零點之缺點，利用磁場交錯耦合在整合被動裝置製程中實現高頻拒帶的傳輸零點，以實現高選擇性帶通濾波器。
請參照第4A圖，示意地描繪本發明實施例的磁場交錯耦合帶通濾波器40的電路圖。如圖所示，該磁場交錯耦合帶通濾波器40係由第一、第二、及第三共振器所構成的三階磁場交錯耦合組構，包含由電感42與電容器43a所構成的第二共振器、由電感44與電容器45a所構成的第一共振器、以及由電感46與電容器47a所構成的第三共振器。該等電感42,44,46係由例如導磁半導體或金屬材料所形成。
該第二共振器係由電感42、互連電感48與電容器43a所構成，該開口42a係由該電感42的兩端點42b,42c所構成，其中，該電感42的兩端點42b,42c係經由該互連電感48而相互電性連接。該電感42自其中端42d電性連接該電容器43a，該電容器43a復透過該互連電感48以對稱方式分別與兩端點42b,42c電性連接。舉例而言，該電感42自中端42d分為對稱的左右兩側，經由電容器43a電性連接至電容器下極片43b，再經由該電容器下極片43b進一步透過互連電感48連接至該兩端點42b,42c，形成對稱的共振器組構。
該第一共振器係由電感44與電容器45a所構成，該開口44a係由該電感44的兩端點44b,44c所構成，其中，該電感44的兩端點44b,44c係透過電容器45a而相互電性連接。舉例而言，該電感44的端點44b，經由電容器45a連接至電容器下極片45b，再經由電容器下極片45b與通孔45c連接至端點44c，形成共振器組構。
該第三共振器係由電感46與電容器47a所構成，該開口46a係由該電感46的兩端點46b,46c所構成，其中，該電感46的兩端點46b,46c係透過電容器47a而相互電性連接。舉例而言，該電感46的端點46b，經由電容器47a連接至電容器下極片47b，再經由電容器下極片47b與通孔47c連接至端點46c，形成共振器組構。
如圖所示，該第一及第三共振器僅有一部份係設置於該開口42a內，且以該電感42的中端42d為準左右對稱分佈，其中，第一共振器的開口44a與該第三共振器的開口46a係對稱地設置於該開口42a外，且在相反方向上相互遠離。此外，該電容器45a係作為信號輸入埠，而該電容器47a則可作為信號輸出埠。於本實施例中，該第一共振器與該第三共振器之間可產生正的互感(positive mutual inductance)，且該第一共振器及該第二共振器之間所產生的互感的極性(mutual inductance polarity)相同於該第二共振器與該第三共振器之間所產生的互感的極性。也就是說，信號輸入埠(第一共振器)與該信號輸出埠(第三共振器)之間具有正的互感，且信號輸入埠與第二共振器之間以及信號輸出埠與第二共振器之間皆具有相同的互感極性，如此一來，使得本發明的磁場交錯耦合帶通濾波器40能夠有效地在高頻拒帶產生傳輸零點，得以克服先前技術無法利用整合被動裝置(IPD)製程實現高頻拒帶傳輸零點的缺點。此外，本發明所述實施例中所有電感元件皆可以感應線圈實現，且不以此為限。
請參照第4B圖，描繪磁場交錯耦合帶通濾波器40的信號傳輸的測量結果，曲線C41(S21)顯示出在高頻拒帶可產生傳輸零點，而曲線C42顯示出在對稱組構下近乎相同的輸入埠反射(S11)與輸出埠反射(S22)。如圖所示，磁場交錯耦合帶通濾波器40能夠於接近3.292 GHz的高頻拒帶產生-61.529dB的傳輸零點，相較於第1B圖所示帶通濾波器的信號傳輸的測量結果(約-45dB的傳輸零點)，本發明不僅具有較佳的傳輸零點效果，且同時克服習知技術難以利用整合被動裝置(IPD)製程下在高頻拒帶產生傳輸零點的問題。
經上述說明，應了解到，本發明相較於習知技術，更能夠實現高選擇性的帶通濾波器，因應先進的可攜式通訊裝置對於通帶選擇性不斷提升的市場需求。此外，本發明所揭露的三階交錯耦合帶通濾波器係以磁場交錯耦合的組構來實現習知須採用電場交錯耦合實現的高頻拒帶傳輸零點，使得本發明無論在帶通濾波器的高選擇性或者製程的相容性上皆較習知技術有著顯著的改善與提升。
上述實施形態僅例示性說明本發明之原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟習此項技藝之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施形態進行修飾與改變。因此，本發明之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所列。
11．．．介電基板
12．．．開路共振器
14．．．開路共振器
16．．．開路共振器
21．．．介電基板
22．．．開路共振器
24．．．開路共振器
26．．．開路共振器
30．．．磁場交錯耦合帶通濾波器
32．．．電感
32a．．．開口
33a．．．電容器
33b．．．電容器下極片
34．．．電感
34a．．．開口
35a．．．電容器
35b．．．電容器下極片
35c．．．通孔
36．．．電感
36a．．．開口
37a．．．電容器
37b．．．電容器下極片
37c．．．通孔
40．．．磁場交錯耦合帶通濾波器
42．．．電感
42a．．．開口
42b．．．端點
42c．．．端點
42d．．．中端
43a．．．電容器
43b．．．電容器下極片
43c．．．通孔
44．．．電感
44a．．．開口
44b．．．端點
44c．．．端點
45a．．．電容器
45b．．．電容器下極片
45c．．．通孔
46．．．電感
46a．．．開口
46b．．．端點
46c．．．端點
47a．．．電容器
47b．．．電容器下極片
47c．．．通孔
48．．．互連電感
C1．．．曲線
C2．．．曲線
C31．．．曲線
C32．．．曲線
C41．．．曲線
C42．．．曲線
第1A圖係顯示習知採用電場交錯耦合的帶通濾波器的電路示意圖；
第1B圖係顯示第1A圖的帶通濾波器的輸入埠至輸出埠信號傳輸的測量結果；
第2A圖係顯示習知採用磁場交錯耦合的帶通濾波器的電路示意圖；
第2B圖係顯示第2A圖的帶通濾波器的輸入埠至輸出埠信號傳輸的測量結果；
第3A圖係顯示以整合被動裝置(IPD)製程實施的磁場交錯耦合帶通濾波器的電路示意圖；
第3B圖係顯示第3A圖的磁場交錯耦合帶通濾波器的信號傳輸的測量結果；
第4A圖係顯示根據本發明實施例的磁場交錯耦合帶通濾波器的電路示意圖；以及
第4B圖係顯示第4A圖的磁場交錯耦合帶通濾波器的信號傳輸的測量結果。
40．．．磁場交錯耦合帶通濾波器
42．．．電感
42a．．．開口
42b．．．端點
42c．．．端點
42d．．．中端
43a．．．電容器
43b．．．電容器下極片
43c．．．通孔
44．．．電感
44a．．．開口
44b．．．端點
44c．．．端點
45a．．．電容器
45b．．．電容器下極片
45c．．．通孔
46．．．電感
46a．．．開口
46b．．．端點
46c．．．端點
47a．．．電容器
47b．．．電容器下極片
47c．．．通孔
48．．．互連電感

Claims (6)

  1. 一種交錯耦合帶通濾波器，包括：具有第二開口之第二共振器，係由第二電感、互連電感與第二電容器所構成，該第二開口係由該第二電感的兩端點所構成，其中，該第二電感的兩端點係透過該互連電感相互電性連接，該第二電感的中端設有該第二電容器並電性連接該第二電容器，且該第二電容器透過該互連電感以對稱方式分別與該兩端點電性連接；具有第一開口之第一共振器，係由第一電感與第一電容器所構成，該第一開口係由該第一電感的兩端點所構成，且該第一電感的兩端點透過該第一電容器相互電性連接；以及具有第三開口之第三共振器，係由第三電感與第三電容器所構成，該第三開口係由該第三電感的兩端點所構成，且該第三電感的兩端點透過該第三電容器相互電性連接，其中，部份該第一共振器與部份該第三共振器係對稱地設置於該第二開口內。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之交錯耦合帶通濾波器，其中，該第一共振器與該第三共振器之間產生有正的互感，且其中該第一共振器及該第二共振器之間產生的互感與該第二共振器及該第三共振器之間產生的互感具有相同的極性。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之交錯耦合帶通濾波器，其中，該第一、第二、第三電感、該互連電感係由導磁半導體材料所形成。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之交錯耦合帶通濾波器，其中，該第一、第二、第三電感、該互連電感係由導磁金屬材料所形成。
  5. 如申請專利範圍第2項所述之交錯耦合帶通濾波器，其中，該第一電容器係信號輸入埠，而該第三電容器係信號輸出埠。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之交錯耦合帶通濾波器，其中，該第一開口與該第三開口係對稱地設置於該第二開口外，且相互遠離。
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