TWI569575B - 具均勻阻抗結構之超寬頻濾波器 - Google Patents

Description

具均勻阻抗結構之超寬頻濾波器

本發明係關於一種具均勻阻抗〔UIR，uniform impedance resonator〕結構之超寬頻〔UWB，ultra-wide band〕濾波器；特別是關於一種具雙端接地〔two-end grounded〕單一均勻阻抗共振器結構之超寬頻濾波器。

一般而言，習用寬頻〔WB〕濾波器，例如：中華民國專利公告第M339157號之〝一種雙模態寬頻濾波器〞新型專利，其揭示一種寬頻濾波器。該寬頻濾波器包含一環形共振器、一第一耦合線、一第二耦合線及一微擾結構。利用增大該微擾結構之尺寸規格，使該寬頻濾波器具有50%以上之頻寬比，且該基板適用於選擇各種材料，如此其可廣泛應用於超寬頻無線通訊系統中。

前述第M339157號之該基板具有一第一表面及一第二表面，而該環形共振器設置於該基板的第一表面，且該環形共振器用於形成一封閉迴路。該第一耦合線之終端電性連接於一射頻信號輸入埠，且耦合連接於該環形共振器之一邊，而該第二耦合線之終端電性連接於一射頻信號輸出埠，且耦合連接於該環形共振器之另一邊。另外，該微擾結構電性連接於該環形單元，且該微擾結構用於產生一寬通帶之頻率響應。該射頻信號輸入埠與該射頻信號輸出埠之間具有一相隔距離，而該環形共振器具有一導波長度，且該相隔距離低於該環形共振器之導波長度之 八分之一。

事實上，習用寬頻濾波器存在必須進一步縮小其電路面積及簡化整體結構，以克服在製程上與其他元件之間整合的困難。為了達成超寬頻濾波器在商業上廣泛通訊應用，其仍必然存在進一步簡化超寬頻濾波器之整體結構、縮小超寬頻濾波器之面積或簡化超寬頻濾波器之製程的潛在需求。前述中華民國專利公告第M339157號之新型專利僅為本發明技術背景之參考及說明目前技術發展狀態而已，其並非用以限制本發明之範圍。

有鑑於此，本發明為了滿足上述需求，其提供一種具均勻阻抗結構之超寬頻濾波器，其於一共振器設置至少一內彎折部，且該內彎折部設置於該共振器之一內側，以改善習用共振器具有構造複雜的技術缺點。

本發明較佳實施例之主要目的係提供一種具均勻阻抗結構之超寬頻濾波器，其於一共振器設置至少一內彎折部，且該內彎折部設置於該共振器之一內側，以達成簡化共振器之整體構造及最小化面積之目的。

為了達成上述目的，本發明較佳實施例之具均勻阻抗結構之超寬頻濾波器包含：一基板，其包含一第一表面及一第二表面；一共振器，其設置於該基板之第一表面，且該共振器包含一第一內側、一第二內側、一第一外側及一第二外側；一內彎折部，其設置於該共振器之第一內側；一第一導孔，其設置於該內彎折部，且該第一導孔連接該基板之第一表面及第二表面；一第二導孔，其設置於該共振器，且該第二導孔連接該基板之第一表面及第二表面； 一射頻信號輸入埠，其連接於該共振器之第一外側；及一射頻信號輸出埠，其連接於該共振器之第二外側；其中該內彎折部向內延伸彎折設置於該共振器之第一內側，以減少該共振器之面積。

本發明較佳實施例之該內彎折部具有一直角彎折臂。

本發明較佳實施例之該直角彎折臂具有一向內延伸長度。

為了達成上述目的，本發明另一較佳實施例之具均勻阻抗結構之超寬頻濾波器包含：一基板，其包含一第一表面及一第二表面；一共振器，其設置於該基板之第一表面，且該共振器包含一第一內側、一第二內側、一第一外側及一第二外側；一第一內彎折部，其設置於該共振器之第一內側；一第二內彎折部，其設置於該共振器之第二內側；一第一導孔，其設置於該第一內彎折部，且該第一導孔連接該基板之第一表面及第二表面；一第二導孔，其設置於該第二內彎折部，且該第二導孔連接該基板之第一表面及第二表面；一射頻信號輸入埠，其連接於該共振器之第一外側；及一射頻信號輸出埠，其連接於該共振器之第二外側；其中該第一內彎折部向內延伸彎折設置於該 共振器之第一內側，且該第二內彎折部向內延伸彎折設置於該共振器之第二內側，以減少該共振器之面積。

本發明較佳實施例之該共振器為一雙端接地均勻阻抗共振器。

本發明較佳實施例之該雙端接地均勻阻抗共振器包含一均勻阻抗微帶線。

本發明較佳實施例之該共振器具有一ㄇ型本體。

本發明較佳實施例之該第一內彎折部之形狀對稱於該第二內彎折部之形狀，如此該第一內彎折部及第二內彎折部形成一對稱性折曲及對稱性饋入方式之電路結構。

本發明較佳實施例之該第一內彎折部之大小尺寸相同於該第二內彎折部之大小尺寸。

本發明較佳實施例之該第一內彎折部具有一第一直角彎折臂，而該第二內彎折部具有一第二直角彎折臂。

本發明較佳實施例之該第一直角彎折臂及第二直角彎折臂具有一向內延伸長度。

本發明較佳實施例之該第一內彎折部及第二內彎折部之間具有一間隔距離。

本發明較佳實施例之該超寬頻濾波器為一階電路，且該超寬頻濾波器串接另一個或數個超寬頻濾波器而形成一多階電路。

1‧‧‧超寬頻濾波器

1a‧‧‧超寬頻濾波器

10‧‧‧基板

20‧‧‧共振器

201‧‧‧第一內側

202‧‧‧第二內側

203‧‧‧第一外側

204‧‧‧第二外側

a‧‧‧第一側彎折部

b‧‧‧第二側彎折部

21‧‧‧第一內彎折部

21a‧‧‧內彎折部

22‧‧‧第二內彎折部

23‧‧‧射頻信號輸入埠

24‧‧‧射頻信號輸出埠

25‧‧‧第一導孔

26‧‧‧第二導孔

第1圖：本發明較佳實施例之具均勻阻抗結構之超寬頻濾波器之構造示意圖。

第2圖：本發明較佳實施例之具均勻阻抗結構之超寬頻 濾波器進行模擬〔插入損失S(2,1)及返回損失S(1,1)〕之模擬結果示意圖。

第3圖：本發明較佳實施例之具均勻阻抗結構之超寬頻濾波器進行模擬與實測〔插入損失S(2,1)及返回損失S(1,1)〕之比較示意圖。

第4圖：本發明另一較佳實施例之具均勻阻抗結構之超 寬頻濾波器之構造示意圖。

為了充分瞭解本發明，於下文將舉例較佳實施例並配合所附圖式作詳細說明，且其並非用以限定本發明。

一般而言，隨著寬頻網路普及與可攜式電子產品的廣泛使用，在超寬頻通訊應用上，未來的需求趨勢係提供多媒體與資訊高速的傳輸。事實上，超寬頻技術具有高達480Mbps之高傳輸速率，正適合做為個人無線區域網路之通訊技術，且超寬頻具有傳輸大量資料、高速、低傳輸消耗功率、高安全性、低成本等優點。

目前將超寬頻通訊技術主要應用於三大系統，其包含影像系統、車用雷達系統及通訊與量測系統。因此，超寬頻濾波器做為超寬頻系統中用以降低干擾，並做為過濾非必要訊號的關鍵射頻元件，且在近來受到相當多的關注。

首先，本發明較佳實施例之具均勻阻抗結構之超寬頻濾波器可適用於各種超寬頻通訊系統，例如：影像系統、車用雷達系統及通訊與量測系統，但其並非用以限定本發明之應用範圍；再者，本發明較佳實施例之具均勻阻抗結構之超寬頻濾波器可適當選擇各種材料進行，但其並非用以限定本發明之適用材料範圍。

第1圖揭示本發明較佳實施例之具均勻阻抗結構之超寬頻濾波器之構造示意圖。請參照第1圖所示，舉 例而言，在構造上本發明較佳實施例之具均勻阻抗結構之超寬頻濾波器1主要包含一基板10、一共振器〔例如：雙端接地均勻阻抗共振器〕20、一第一側彎折部a、一第一內彎折部21、一第二側彎折部b、一第二內彎折部22、一射頻信號輸入埠23、一射頻信號輸出埠24、一第一導孔25及一第二導孔26，且該共振器20包含一均勻阻抗微帶線。本發明較佳實施例之該超寬頻濾波器1適用於目前通訊與量測系統中超寬頻頻帶規範3.1至10.6GHz。

請再參照第1圖所示，舉例而言，該基板10具有一預定厚度〔例如：0.787mm〕，而該基板10包含一第一表面〔未標示〕及一第二表面〔未標示〕，且該基板10可選擇由各種材質基板製成，例如：選擇懸浮基板、矽基板、砷化鎵基板、陶瓷基板、玻璃基板、玻璃纖維基板、碳氫化合物陶瓷基板、鐵弗龍基板、鐵弗龍玻璃纖維基板、鐵弗龍陶瓷基板或其它材質基板製成。另外，該基板10之相對介電常數〔relative permittivity〕為2.2，不同材質基板具有不同之相對介電常數。

請再參照第1圖所示，舉例而言，該共振器20設置於該基板10之第一表面，而該共振器20具有一ㄇ型本體，且該共振器20包含一第一內側〔inner side〕201、一第二內側202、一第一外側〔outer side〕203及一第二外側204。該第一內側201及第一外側203位於該共振器20之左側〔第1圖之左側〕，而該第二內側202及第二外側204位於該共振器20之右側〔第1圖之右側〕。

請再參照第1圖所示，舉例而言，將該第一內彎折部21設置於該共振器20之第一內側201，而將該第二內彎折部22設置於該共振器20之第二內側202，以達成簡化該共振器20之整體構造。在本發明設計上，將該第一內彎折部21及第二內彎折部22向該共振器20之內部彎 折設置，以達成該共振器20之最小化面積。

請再參照第1圖所示，舉例而言，相對於該共振器20之縱向軸，該第一內彎折部21之形狀及位置對稱於該第二內彎折部22之形狀及位置。另外，該第一內彎折部21之大小尺寸相同、略相同或不相同於該第二內彎折部22之大小尺寸。該第一內彎折部21具有一第一直角彎折臂〔bending arm〕或其它角度的彎折臂，而該第二內彎折部22具有一第二直角彎折臂或其它角度的彎折臂。該第一內彎折部21及第二內彎折部22之間具有一預定間隔距離〔spaced distance〕。

請再參照第1圖所示，舉例而言，將該射頻信號輸入埠〔port 1〕23連接於該共振器20之第一外側203〔第1圖之左側〕，而將該射頻信號輸出埠〔port 2〕24連接於該共振器20之第二外側204〔第1圖之右側〕，且相對於該共振器20之縱向軸，該射頻信號輸入埠23之形狀及位置對稱於該射頻信號輸出埠24之形狀及位置。

請再參照第1圖所示，舉例而言，該第一導孔〔via-hole〕25位於第一內彎折部21之端點〔第1圖之左側〕上，而該第二導孔〔via-hole〕26位於第二內彎折部22之端點〔第1圖之右側〕上，且相對於該共振器20之縱向軸，該第一導孔25之形狀及位置對稱於該第二導孔26之形狀及位置。

請再參照第1圖所示，舉例而言，本發明較佳實施例之具均勻阻抗結構之超寬頻濾波器選擇採用電磁理論之傳輸線理論與微帶線理論進行分析理論，並採用一般UIR計算分析，以便直接輸入阻抗進行共振條件推導建立數學模型。另外，本發明採用IE3D、HFSS軟體進行模擬與最佳化。

表1：本發明較佳實施例之超寬頻濾波器〔如

第2圖揭示本發明較佳實施例之具均勻阻抗結構之超寬頻濾波器進行模擬之模擬結果示意圖。請參照第1及2圖所示，舉例而言，該超寬頻濾波器1進行模擬後，獲得其模擬結果：中心頻率〔center frequency〕約為6.26GHz、插入損耗〔insertion loss〕約為0.31dB、-3dB通帶〔bandpass〕約為3.23GHz至9.28GHz之間及頻寬比〔FBW，fractional bandwidth〕約為96.65%。

第3圖揭示本發明較佳實施例之具均勻阻抗結構之超寬頻濾波器進行模擬與實測之比較示意圖。請參照第3圖所示，舉例而言，該超寬頻濾波器1進行模擬後與實測進行比較後，顯示實作與設計模擬結果大致上吻合，並具有優良的通帶低損耗特性與通帶邊緣快速衰減特性，如表2所示之比較結果數據。

上述實驗數據為在特定條件之下所獲得的初步實驗結果，其僅用以易於瞭解或參考本發明之技術內容而已，其尚需進行其他相關實驗。該實驗數據及其結果並非用以限制本發明之權利範圍。

第4圖揭示本發明另一較佳實施例之具均勻阻抗結構之超寬頻濾波器之構造示意圖。請參照第1及4圖所示，相對於第1圖所示之該超寬頻濾波器1，本發明另一較佳實施例之超寬頻濾波器1a僅包含單一內彎折部21a，且該內彎折部21a設置於該共振器20之第一內側201，以達成簡化該共振器20之整體構造及最小化面積。該第一導孔25位於該內彎折部21a之端點〔第4圖之左側〕上，而該第二導孔26位於該第二側彎折部b〔第4圖之右側〕上。

前述較佳實施例僅舉例說明本發明及其技術特徵，該實施例之技術仍可適當進行各種實質等效修飾及/或替換方式予以實施；因此，本發明之權利範圍須視後附申請專利範圍所界定之範圍為準。本案著作權限制使用於中華民國專利申請用途。

1‧‧‧超寬頻濾波器

10‧‧‧基板

20‧‧‧共振器

201‧‧‧第一內側

202‧‧‧第二內側

203‧‧‧第一外側

204‧‧‧第二外側

21‧‧‧第一內彎折部

22‧‧‧第二內彎折部

23‧‧‧射頻信號輸入埠

24‧‧‧射頻信號輸出埠

25‧‧‧第一導孔

26‧‧‧第二導孔

Claims (10)

1. 一種具均勻阻抗結構之超寬頻濾波器，其包含：一基板，其包含一第一表面及一第二表面；一共振器，其設置於該基板之第一表面，而該共振器具有一略ㄇ字型本體，且該共振器包含一側彎折部、一第一內側、一第二內側、一第一外側及一第二外側；一內彎折部，其設置於該共振器之第一內側；一第一導孔，其設置於該內彎折部，且該第一導孔連接該基板之第一表面及第二表面；一第二導孔，其設置於該共振器之側彎折部，而該側彎折部連接於該共振器之第二內側，且該第二導孔連接該基板之第一表面及第二表面；一射頻信號輸入埠，其連接於該共振器之第一外側；及一射頻信號輸出埠，其連接於該共振器之第二外側；其中該內彎折部向內延伸彎折設置於該共振器之第一內側，以減少該共振器之面積。
2. 依申請專利範圍第1項所述之具均勻阻抗結構之超寬頻濾波器，其中該內彎折部具有一直角彎折臂。
3. 依申請專利範圍第2項所述之具均勻阻抗結構之超寬頻濾波器，其中該直角彎折臂具有一向內延伸長度。
4. 一種具均勻阻抗結構之超寬頻濾波器，其包含：一基板，其包含一第一表面及一第二表面；一共振器，其設置於該基板之第一表面，且該共振器包含一第一內側、一第二內側、一第一外側及一第二外側；一第一內彎折部，其設置於該共振器之第一內側；一第二內彎折部，其設置於該共振器之第二內側，且該第一內彎折部及第二內彎折部之間具有一間隔距離；一第一導孔，其設置於該第一內彎折部，且該第一導孔連接該基板之第一表面及第二表面；一第二導孔，其設置於該第二內彎折部，且該第二導孔 連接該基板之第一表面及第二表面；一射頻信號輸入埠，其連接於該共振器之第一外側；及一射頻信號輸出埠，其連接於該共振器之第二外側；其中該第一內彎折部向內延伸彎折設置於該共振器之第一內側，且該第二內彎折部向內延伸彎折設置於該共振器之第二內側，以減少該共振器之面積。
5. 依申請專利範圍第1或4項所述之具均勻阻抗結構之超寬頻濾波器，其中該共振器為一雙端接地共振器。
6. 依申請專利範圍第4項所述之具均勻阻抗結構之超寬頻濾波器，其中該第一內彎折部之形狀對稱於該第二內彎折部之形狀。
7. 依申請專利範圍第4項所述之具均勻阻抗結構之超寬頻濾波器，其中該第一內彎折部之大小尺寸相同於該第二內彎折部之大小尺寸。
8. 依申請專利範圍第4項所述之具均勻阻抗結構之超寬頻濾波器，其中該第一內彎折部具有一第一直角彎折臂，而該第二內彎折部具有一第二直角彎折臂。
9. 依申請專利範圍第8項所述之具均勻阻抗結構之超寬頻濾波器，其中該第一直角彎折臂及第二直角彎折臂具有一向內延伸長度。
10. 依申請專利範圍第4項所述之具均勻阻抗結構之超寬頻濾波器，其中該第一內彎折部之大小尺寸不相同於該第二內彎折部之大小尺寸。