TWI581495B - 步階式阻抗諧振濾波器 - Google Patents

Description

步階式阻抗諧振濾波器

本發明係關於一種步階式阻抗諧振濾波器，尤其是一種控制饋送線之設置位置以改善濾波效能之步階式阻抗諧振濾波器。

無線通訊技術改變了人們收發訊息的方式，為了滿足使用者在收發訊息時的不同需求，具有多模式(Multi-mode)及多頻帶(Multi-bandwidth)之無線收發機成了通訊系統中不可或缺的必要構件。以無線通訊標準IEEE802.11a及IEEE802.11g為例，由於上述二標準的操作頻帶包含2.4GHz及5.2GHz，為了使無線收發機能同時在上述雙頻帶正常工作，該無線收發機必須設置一帶通濾波器(Bandpass Filter)，且該帶通濾波器可在頻率為2.4GHz及5.2GHz處形成通帶，並抑制通帶外的訊號，藉此達到多頻帶傳輸之目的。

帶通濾波器可透過步階式阻抗諧振器(Step Impedance Resonator，SIR)組成，舉例而言，該帶通濾波器可具有二個諧振器，該二個諧振器之電子長度(electrical length)通常為半波長或四分之一波長，且該二個諧振器各具有一耦合線與一饋送線(Tapped Line)，該二個諧振器之耦合線係彼此耦合以傳遞訊號，該二個諧振器之饋送線可分別作為訊號輸入端及訊號輸出端。

一般而言，插入損失的多寡與傳輸零點(Transmission Zeros)的可控制性向來是評斷濾波器之濾波效能的重要指標。惟，習知步階式阻抗諧振濾波器在改善插入損失及控制傳輸零點的位置時，通常 僅改變該二個諧振器之耦合線的長度或寬度，並未考量該二個諧振器之饋送線的設置位置，使得習知步階式阻抗諧振濾波器無法進一步的降低插入損失，以及準確地在所要求的頻率處產生傳輸零點。

有鑑於此，遂提供一種步階式阻抗諧振濾波器，以解決習知步階式阻抗諧振濾波器之濾波效能不佳的問題。

本發明之目的係提供一種步階式阻抗諧振濾波器，該步階式阻抗諧振濾波器可透過調整饋送線之設置位置以降低插入損失，以及控制傳輸零點的位置，具有提升濾波效能的效果。

為達到前述發明目的，本發明之步階式阻抗諧振濾波器包含：一第一諧振器，該第一諧振器具有一第一耦合線及一第一饋送線，該第一耦合線沿一第一方向延伸且具有一第一耦合端及一第一自由端，該第一饋送線沿一第二方向延伸且連接該第一耦合線，該第一方向垂直該第二方向；及一第二諧振器，該第二諧振器具有一第二耦合線及一第二饋送線，該第二耦合線沿相反該第一方向延伸且具有一第二耦合端及一第二自由端，該第二饋送線沿相反該第二方向延伸且連接該第二耦合線；其中，在該第二方向上，該第二耦合線位於該第二饋送線及該第二耦合端之間的區段，以及該第一耦合線位於該第一饋送線及該第一耦合端之間的區段，係部分重疊而彼此耦合；其中，在該第一方向上，該第一饋送線的中心延伸線與該第一耦合端切線之間具有一第一設置距離，該第二饋送線的中心延伸線與該第二自由端切線之間具有一第二設置距離，該第一設置距離大於該第二設置距離，且該第二設置距離介於9.3mm至10mm之間。藉此控制該第一設置距離及該第二設置距離，進而具有提升濾波效能的效果。

其中，該第一饋送線係連接於該第一耦合線背向該第二耦 合線的一側。藉此控制該第一設置距離及該第二設置距離，進而具有提升濾波效能的效果。

其中，該第一饋送線係連接於該第一耦合線背向該第二耦合線的一側。藉此控制該第一設置距離及該第二設置距離，進而具有提升濾波效能的效果。

其中，該第一耦合線具有一第一線段、一第二線段及一第三線段，該第一線段、該第二線段及該第三線段係沿該第一方向依序連接，該第一饋送線連接該第二線段且鄰近該第一線段。藉此控制該第一設置距離及該第二設置距離，進而具有提升濾波效能的效果。

其中，該第一饋送線的中心延伸線與該第一線段之端緣切線具有該第一設置距離。藉此控制該第一設置距離，進而具有提升濾波效能的效果。

其中，在該第一方向上，該第一線段的長度小於該第二線段的長度，該第一線段的長度等於該第三線段的長度。藉此控制該第一設置距離及該第二設置距離，進而具有提升濾波效能的效果。

其中，在該第二方向上，該第一線段的寬度大於該第二線段的寬度，該第一線段的寬度等於該第三線段的寬度。藉此控制該第一設置距離及該第二設置距離，進而具有提升濾波效能的效果。

其中，該第二耦合線具有一第四線段、一第五線段及一第六線段，該第四線段、該第五線段及該第六線段係沿相反該第一方向依序連接，該第二耦合線之該第四線段耦合該第一耦合線之該第一線段，該第二饋送線連接該第五線段且鄰近該第六線段。藉此控制該第一設置距離及該第二設置距離，進而具有提升濾波效能的效果。

其中，該第二饋送線的中心延伸線與該第六線段之端緣切線具有該第二設置距離。藉此控制該第二設置距離，進而具有提升濾波 效能的效果。

其中，在該第一方向上，該第四線段的長度小於該第五線段的長度，該第四線段的長度等於該第六線段的長度。藉此控制該第一設置距離及該第二設置距離，進而具有提升濾波效能的效果。

其中，在該第二方向上，該第四線段的寬度大於該第五線段的寬度，該第四線段的寬度等於該第六線段的寬度。藉此控制該第一設置距離及該第二設置距離，進而具有提升濾波效能的效果。

其中，該第一設置距離介於12mm至13.7mm之間。藉此控制該第一設置距離，進而具有提升濾波效能的效果。

其中，該第一設置距離為12.8mm。藉此控制該第一設置距離，進而具有提升濾波效能的效果。

其中，該第二設置距離為9.3mm。藉此控制該第二設置距離，進而具有提升濾波效能的效果。

〔本發明〕

1‧‧‧第一諧振器

11‧‧‧第一耦合線

11a‧‧‧第一耦合端

11b‧‧‧第一自由端

111‧‧‧第一線段

112‧‧‧第二線段

113‧‧‧第三線段

12‧‧‧第一饋送線

2‧‧‧第二諧振器

21‧‧‧第二耦合線

21a‧‧‧第二耦合端

21b‧‧‧第二自由端

211‧‧‧第四線段

212‧‧‧第五線段

213‧‧‧第六線段

22‧‧‧第二饋送線

A1‧‧‧第一方向

A2‧‧‧第二方向

D1‧‧‧第一設置距離

D2‧‧‧第二設置距離

G‧‧‧最小耦合間距

L‧‧‧耦合長度

第1圖：本發明之步階式阻抗諧振濾波器的結構圖。

第2圖：本發明之步階式阻抗諧振濾波器的頻率響應圖。

為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：本發明全文所述之「耦合」，係指能量由一介質傳遞至另一介質之連接方式。

請參照第1圖所示，其係本發明之步階式阻抗諧振濾波器的結構圖，係包含一第一諧振器1及一第二諧振器2，該第一諧振器1耦合該第二諧振器2，其中，該第一諧振器1及該第二諧振器2可透過電 路佈局的方式完成，例如在一基板上設置數個微帶線(microstrip line)，且該第一諧振器1及該第二諧振器2均為步階式阻抗諧振器，該第一諧振器1及該第二諧振器2之電子長度較佳均為四分之一波長。

該第一諧振器1具有一第一耦合線11及一第一饋送線12，該第一耦合線11沿一第一方向A1延伸且具有一第一耦合端11a及一第一自由端11b，該第一饋送線12沿一第二方向A2延伸且連接該第一耦合線11，該第一方向A1垂直該第二方向A2。

在本實施例中，該第一耦合線11具有一第一線段111、一第二線段112及一第三線段113，該第一線段111、該第二線段112及該第三線段113係沿該第一方向A1依序連接，該第一線段111之端緣即為該第一耦合端11a，該第三線段113之端緣即為該第一自由端11b，該第一饋送線12連接該第二線段112且鄰近該第一線段111，其中，該第一諧振器1係以該第一線段111耦合該第二諧振器2，在該第一方向A1上，該第一饋送線12的中心延伸線與該第一耦合線11之該第一耦合端11a切線之間具有一第一設置距離D1，亦即該第一饋送線12的中心延伸線與該第一線段111之端緣切線具有該第一設置距離D1。藉由界定該第一設置距離D1，可使該第一饋送線12能連接於該第一耦合線11之適當位置，具有提升濾波效能的效果。

又，在該第一方向A1上，該第一線段111的長度小於該第二線段112的長度，該第一線段111的長度等於該第三線段113的長度；在該第二方向A2上，該第一線段111的寬度大於該第二線段112的寬度，該第一線段111的寬度等於該第三線段113的寬度。藉此，該第一線段111、該第二線段112及該第三線段113能以較佳比例的方式配置，當該第一饋送線12連接該第二線段時112，更能進一步使該第一饋送線12的中心延伸線與該第一線段111之端緣具有適當之該第一設置距 離D1，具有提升濾波效能的效果。

該第二諧振器2具有一第二耦合線21及一第二饋送線22，該第二耦合線21沿相反該第一方向A1延伸且具有一第二耦合端21a及一第二自由端21b，該第二饋送線22沿相反該第二方向A2延伸且連接該第二耦合線21，其中，在該第二方向A2上，該第二耦合線21位於該第二饋送線22及該第二耦合端21a之間的區段，以及該第一耦合線11位於該第一饋送線12及該第一耦合端11a之間的區段，係部分重疊而彼此耦合。

在本實施例中，該第二耦合線21具有一第四線段211、一第五線段212及一第六線段213，該第四線段211、該第五線段212及該第六線段213係沿相反該第一方向A1依序連接，該第四線段211之端緣即為該第二耦合端21a，該第六線段213之端緣即為該第二自由端21b，該第二耦合線21之該第四線段211耦合該第一耦合線11之該第一線段111，該第二饋送線22連接該第五線段212且鄰近該第六線段213，其中，在該第一方向A1上，該第二饋送線22的中心延伸線與該第二自由端21b切線之間具有一第二設置距離D2，亦即該第二饋送線22的中心延伸線與該第六線段213之端緣切線具有該第二設置距離D2，且該第一設置距離D1大於該第二設置距離D2。藉由界定該第二設置距離D2，可使該第二饋送線22能連接於該第二耦合線21之適當位置，當該第一設置距離D1與該第二設置距離D2符合上述配置關係時，具有提升濾波效能的效果。

又，在該第一方向A1上，該第四線段211的長度小於該第五線段212的長度，該第四線段211的長度等於該第六線段213的長度；在該第二方向A2上，該第四線段211的寬度大於該第五線段212的寬度，該第四線段211的寬度等於該第六線段213的寬度。藉此，該第 四線段211、該第五線段212及該第六線段213能以較佳比例的方式配置，當該第二饋送線22連接該第五線段時212，更能進一步使該第二饋送線22的中心延伸線與該第六線段113之端緣具有適當之該第二設置距離D2，具有提升濾波效能的效果。

再者，該第一饋送線12及該第二饋送線22分別連接該第一耦合線11及該第二耦合線21後，該第一饋送線12及該第二饋送線22較佳係於該第二方向D2上彼此反向延伸。更詳言之，該第一饋送線12係連接於該第一耦合線11背向該第二耦合線21的一側，且該第一饋送線12係於該第二方向D2上以逐漸遠離該第二耦合線21的方式延伸；同理，該第二饋送線22係連接於該第二耦合線21背向該第一耦合線11的一側，且該第二饋送線22係於相反該第二方向D2上以逐漸遠離該第一耦合線11的方式延伸。藉由上述方式，可使該第一饋送線12及該第二饋送線22具有較佳之配置型態，具有提升濾波效能的效果。

該第一諧振器1及該第二諧振器2之實際長度於此並不設限，在本實施例中，該第一諧振器1及該第二諧振器2的長度或寬度可如表一所示：

當該第一諧振器1及該第二諧振器2之長度與寬度為上述數值時，在該第一方向A1上，該第一諧振器1之第一耦合端11a與該第二諧振器2之第二耦合端21a具有一耦合長度L，亦即該第一線段111之端緣至該第四線段211之端緣具有該耦合長度L，該耦合長度L介於5mm至13mm之間，且較佳為10mm；在該第二方向A2上，該第一諧振器1與該第二諧振器2之間具有一最小耦合間距G，亦即該第一線段111與該第四線段211之間具有一最小耦合間距G，該最小耦合間距G介於0.4mm至0.8mm之間，且較佳為0.4mm；該第一設置距離D1介於12mm至13.7mm之間，且較佳為12.8mm；該第二設置距離D2介於9.3mm至10mm之間，且較佳為9.3mm。

為證明本發明之步階式阻抗諧振濾波器確實可提升濾波效能，此處特以表一所述之尺寸進行模擬以得到一頻率響應圖，該模擬可透過一處理器執行，且該模擬軟體可為習知任何用以進行頻率響應分析之軟體，此為本領域技術人員所熟知，於此不再贅述。請參照第2圖所示，其係本發明之步階式阻抗諧振濾波器的頻率響應圖，S11為回波損耗，S21為插入損失，其中，該耦合長度L為10mm，該最小耦合間距G為0.4mm，該第一設置距離D1為12.8mm；該第二設置距離D2為9.3mm。由第2圖可知，當該第一設置距離D1及該第二設置距離D2為上述數值時，在頻率為2.4GHz及5.2GHz的情況下，插入損失分別為0.24dB及0.91dB，且可產生二個傳輸零點，該二個傳輸零點大約位於1.98GHz及2.47GHz。上述頻率響應圖可證明本發明之步階式阻抗諧振濾波器可具有較低之插入損失，以及在所要求的頻率處產生傳輸零點，具有提升濾波 效能的效果。

綜上所述，本發明之步階式阻抗諧振濾波器可調整第一饋送線12及第二饋送線22之設置位置，進而得到較低之插入損失，以及使傳輸零點具有較高的可控制性，具有提升濾波效能的效果。

雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

1‧‧‧第一諧振器

11‧‧‧第一耦合線

11a‧‧‧第一耦合端

11b‧‧‧第一自由端

111‧‧‧第一線段

112‧‧‧第二線段

113‧‧‧第三線段

12‧‧‧第一饋送線

2‧‧‧第二諧振器

21‧‧‧第二耦合線

21a‧‧‧第二耦合端

21b‧‧‧第二自由端

211‧‧‧第四線段

212‧‧‧第五線段

213‧‧‧第六線段

22‧‧‧第二饋送線

A1‧‧‧第一方向

A2‧‧‧第二方向

D1‧‧‧第一設置距離

D2‧‧‧第二設置距離

G‧‧‧最小耦合間距

L‧‧‧耦合長度

Claims (14)

1. 一種步階式阻抗諧振濾波器，包含：一第一諧振器，該第一諧振器具有一第一耦合線及一第一饋送線，該第一耦合線沿一第一方向延伸且具有一第一耦合端及一第一自由端，該第一饋送線沿一第二方向延伸且連接該第一耦合線，該第一方向垂直該第二方向；及一第二諧振器，該第二諧振器具有一第二耦合線及一第二饋送線，該第二耦合線沿相反該第一方向延伸且具有一第二耦合端及一第二自由端，該第二饋送線沿相反該第二方向延伸且連接該第二耦合線；其中，在該第二方向上，該第二耦合線位於該第二饋送線及該第二耦合端之間的區段，以及該第一耦合線位於該第一饋送線及該第一耦合端之間的區段，係部分重疊而彼此耦合；其中，在該第一方向上，該第一饋送線的中心延伸線與該第一耦合端切線之間具有一第一設置距離，該第二饋送線的中心延伸線與該第二自由端切線之間具有一第二設置距離，該第一設置距離大於該第二設置距離，且該第二設置距離介於9.3mm至10mm之間。
2. 如申請專利範圍第1項所述之步階式阻抗諧振濾波器，其中該第一饋送線係連接於該第一耦合線背向該第二耦合線的一側。
3. 如申請專利範圍第1項所述之步階式阻抗諧振濾波器，其中該第二饋送線係連接於該第二耦合線背向該第一耦合線的一側。
4. 如申請專利範圍第1項所述之步階式阻抗諧振濾波器，其中該第一耦合線具有一第一線段、一第二線段及一第三線段，該第一線段、該第二線段及該第三線段係沿該第一方向依序連接，該第一饋送線連接該第二線段且鄰近該第一線段。
5. 如申請專利範圍第4項所述之步階式阻抗諧振濾波器，其中該第一饋 送線的中心延伸線與該第一線段之端緣切線具有該第一設置距離。
6. 如申請專利範圍第4項所述之步階式阻抗諧振濾波器，其中在該第一方向上，該第一線段的長度小於該第二線段的長度，該第一線段的長度等於該第三線段的長度。
7. 如申請專利範圍第4項所述之步階式阻抗諧振濾波器，其中在該第二方向上，該第一線段的寬度大於該第二線段的寬度，該第一線段的寬度等於該第三線段的寬度。
8. 如申請專利範圍第4項所述之步階式阻抗諧振濾波器，其中該第二耦合線具有一第四線段、一第五線段及一第六線段，該第四線段、該第五線段及該第六線段係沿相反該第一方向依序連接，該第二耦合線之該第四線段耦合該第一耦合線之該第一線段，該第二饋送線連接該第五線段且鄰近該第六線段。
9. 如申請專利範圍第8項所述之步階式阻抗諧振濾波器，其中該第二饋送線的中心延伸線與該第六線段之端緣切線具有該第二設置距離。
10. 如申請專利範圍第8項所述之步階式阻抗諧振濾波器，其中在該第一方向上，該第四線段的長度小於該第五線段的長度，該第四線段的長度等於該第六線段的長度。
11. 如申請專利範圍第8項所述之步階式阻抗諧振濾波器，其中在該第二方向上，該第四線段的寬度大於該第五線段的寬度，該第四線段的寬度等於該第六線段的寬度。
12. 如申請專利範圍第1項所述之步階式阻抗諧振濾波器，其中該第一設置距離介於12mm至13.7mm之間。
13. 如申請專利範圍第12項所述之步階式阻抗諧振濾波器，其中該第一設置距離為12.8mm。
14. 如申請專利範圍第1項所述之步階式阻抗諧振濾波器，其中該第二設 置距離為9.3mm。