TWM451675U - 雙頻帶通濾波器 - Google Patents

Description

雙頻帶通濾波器

本創作是關於一種無線通訊元件，特別是指雙頻帶通濾波器。

無線通訊技術的廣泛應用，無線通訊技術與無線網路系統早以深入人類的生活。現有雙頻操作系統，如無線區域網路(Wireless Local Area Network,WLAN)，其一般具有兩個操作頻帶，分別為2.4~2.5GHz和4.9~5.85GHz。然而在信號傳輸的過程中往往伴隨著雜訊的干擾，雜訊干擾會降低無線信號的傳輸品質與效率。為了要抑制雙頻操作系統中可能引進的雜訊，現有作法是結合兩個帶通濾波器來分別抑制該兩個操作頻帶中的雜訊強度。

雖然結合兩個帶通濾波器可抑制雙頻操作系統的雜訊，但兩個帶通濾波器的尺寸是一般單一個帶通濾波器的兩倍，使得整體電路的體積也會增加，從而不利於電子產品的縮小化，並且也會增加濾波器元件的製作成本；此外，該兩個帶通濾波器之間也會互相耦合而衍生信號失真的問題。

本創作的主要目的是提供一種雙頻帶通濾波器，其為可提供兩個操作頻帶的單一顆濾波器元件，克服已知結合兩個濾波器所帶來的大尺寸、高成本與信號失真的問題。

本創作雙頻帶通濾波器包含有： 一核心帶通濾波電路，具有一第一端與一第二端；一第一微帶線，連接該核心帶通濾波電路的第一端；一第二微帶線，連接該核心帶通濾波電路的第二端；一第一諧振單元，包含有：一諧振微帶線，連接該核心帶通濾波電路的第一端；以及一第一諧振電容，連接在該諧振微帶線與一接地端之間；以及一第二諧振單元，包含有：一諧振微帶線，連接該核心帶通濾波電路的第二端；以及一第二諧振電容，連接在該第二諧振單元的諧振微帶線與該接地端之間。

本創作雙頻帶通濾波器之線路可利用多層基材結構來達到薄型化設計，使得整體電路的體積得以縮小而有利於電子產品的縮小化，本創作也因其為單一顆濾波器元件，本創作之製造成本會低於結合兩個帶通濾波器的製造成本；再者，本創作並非使用兩個不同的帶通濾波器，故不會有兩濾波器電路信號間相互耦合而造成信號失真的問題，因此本創作可有效提升信號的品質。

請參考圖1與圖2所示，本創作雙頻高頻高通濾波器包含有一核心帶通濾波電路10、一第一微帶線21、一第二微帶線22、一第一諧振單元31與一第二諧振單元32。

該核心帶通濾波電路10具有一第一端與一第二端， 該兩端可分別為輸入端或輸出端，在此以第一端為輸入端且第二端為輸出端為例。於本較佳實施例中，該核心帶通濾波電路10為二階帶通濾波電路，但不以此為限。該核心帶通濾波電路10包含有一第一耦合元件C11、一第二耦合元件C12、一第一耦合線CL1、一第一電容元件C1、一第一電感元件L1、一第二耦合線CL2、一第二電容元件C2與一第二電感元件L2。

該第一耦合元件C11具有一第一端與一第二端，即分別為該核心帶通濾波電路10的第一端與第二端。該第一耦合線CL1連接該第一耦合元件C11的第一端與一接地端之間，該第一電容元件C1連接該第一耦合元件C11的第一端，該第一電感元件L1連接在該第一電容元件C1與該接地端之間。

該第二耦合線CL2連接該第一耦合元件C11的第二端與該接地端之間，該第二電容元件C2連接該第一耦合元件C11的第二端，該第二電感元件L2連接在該第二電容元件C2與該接地端之間。

該第一微帶線21具有一第一端與一第二端，該第二端連接該核心帶通濾波電路10的第一端，該第一微帶線21的第一端則可用於接收信號。該第一微帶線21可為曲折型線段(Meander line)。

該第一諧振單元31具有一諧振微帶線310與一第一諧振電容311，該諧振微帶線310連接該核心帶通濾波電路10的第一端，該第一諧振電容311連接在該諧振微帶線310與該接地端之間。

該第二微帶線22具有一第一端與一第二端，該第一端連接該核心帶通濾波電路10的第二端，該第二微帶線22的第二端則可用於輸出信號。該第二微帶線22可為曲折型線段(Meander line)。

該第二諧振單元32具有一諧振微帶線320與一第二諧振電容321，該諧振微帶線320連接該核心帶通濾波電路10的第二端，該第二諧振電容321連接在該諧振微帶線320與該接地端之間。

該第二耦合元件C12連接在該第一與第二諧振單元31、32的諧振微帶線310、320之間，且第二耦合元件C12之一端與第一微帶線21之第二端相接，另一端與第二微帶線22之第一端相接。

請參考圖3與圖4，本創作在實際製作時，是以堆疊複數層基材的方式，構成積層式的帶通濾波器而具有前述的等效電路架構。於本創作的較佳實施例中係包含有十層基材41~50、一第一導通孔51、一第二導通孔52、一第一接地電極53、一第二接地電極54、一第一輸出電極與一第二輸出電極，該些基材41~50由上而下依序稱為第一基材41至第十基材50，該兩導通孔51、52係貫穿第二~第九基材42~49，該第一與第二接地電極53、54分別設置在該些基材41~50的相對兩側，該兩輸出電極分別設置在該些基材41~50的另外相對兩側且與該兩接地電極53、54分離設置。各個基材41~50上形成有導體圖案面，不同基材的導體圖案面之間可經由導通孔51、52而彼此電性連接，且不同基材的導體圖案面之間可彼此耦合 而等效為耦合元件、電容器或電感器，藉此實現本創作雙頻帶通濾波器之等效電路。

該第一基材41的表面形成一第一電容耦合面411、一第二電容耦合面412、一第一電感線段413與一第二電感線段414，該第一電感線段413連接該第一電容耦合面411，該第二電感線段414連接該第二電容耦合面412。該第一電感線段413與第二電感線段414分別構成該第一電感元件L1與第二電感元件L2。

該第二基材42的表面形成一第三電容耦合面421和一第四電容耦合面422，其中該第三電容耦合面421與第一電容耦合面411彼此耦合構成該第一電容元件C1，該第四電容耦合面422與第二電容耦合面412彼此耦合構成該第二電容元件C2。

該第三基材43的表面形成一第一耦合面431。

該第四基材44的表面形成一第二耦合面441與一第三耦合面442，該第二耦合面441係經由該第一導通孔51連接該第二基材42上的第三電容耦合面421，該第三耦合面442係經由該第二導通孔52連接該第二基材42上的第四電容耦合面422，其中該第三電容耦合面421、該第四電容耦合面422、該第一耦合面431、該第二耦合面441與第三耦合面442係構成該第一耦合元件C11。

該第五基材45的表面形成該第一微帶線21、第二微帶線22、第一耦合線CL1和第二耦合線CL2。該第一微帶線21經由該第一導通孔51連接該第四基材44的第二耦合面441，且該第一微帶線21電連接到一第一輸出電 極，以藉由該第一輸出電極連接到外部電路；該第一耦合線CL1的一端連接該第一微帶線21，該第一耦合線CL1的另端延伸到該第五基材45的側緣而電連接到該第一接地電極53；該第二微帶線22經由該第二導通孔52連接該第四基材44的第三耦合面442，且該第二微帶線22電連接到一第二輸出電極，以藉由該第二輸出電極連接到外部電路；該第二耦合線CL2的一端連接該第二微帶線22，該第二耦合線CL2的另端延伸到該第五基材45的側緣而電連接到該第一接地電極53。於本較佳實施例中，該兩耦合線CL1、CL2互相連接，或於另一較佳實施例中，該兩耦合線CL1、CL2可分離設置。

該第六基材46表面形成兩個第一接地面461，各個第一接地面461延伸到該第六基材46的兩側緣而分別電連接該第一與第二接地電極53、54。該兩第一接地面461分別對應形成在該第一電感線段413與第二電感線段414下方，作為該第一與第二電感線段413、414的接地端。

該第七基材47的表面形成一第二接地面471，該第二接地面471係延伸到該第七基材47的兩側緣而分別電連接該第一與第二接地電極53、54，且對應形成在該第一耦合線CL1和第二耦合線CL2下方，以作為該第一和第二耦合線CL1、CL2的接地端。

該第八基材48的表面形成一第四耦合面481。

該第九基材49的表面形成有該第一與第二諧振單元31、32的諧振微帶線310、320以及分別連接諧振微帶線310、320的一第五耦合面491和一第六耦合面492。該 兩諧振微帶線310、320係分離設置，其中該第一諧振單元31的諧振微帶線310經由該第一導通孔51連接該第一微帶線21，該第二諧振單元32的諧振微帶線320經由該第二導通孔52連接該第二微帶線22，該第五和第六耦合面491、492係分離設置且與該第八基材48上的第四耦合面481耦合構成該第二耦合元件C12。

該第十基材50的表面形成有一第三接地面501，該第三接地面501係延伸到該第十基材50的兩側緣而分別電連接該第一與第二接地電極53、54，且對應形成在該第五和第六耦合面491、492下方以作為接地端，其中該第五耦合面491和該第三接地面之間構成該第一諧振電容311，該第六耦合面492和該第三接地面之間構成該第二諧振電容321。

請參考圖5所示，為本創作高通濾波器之S參數波形圖，虛線代表返射(reflected)係數(S₁₁ )，實線代表傳送(transmitted)係數(S₂₁ )。根據圖中可以看出本創作具有雙頻特性，係包含有一第一頻帶W1與一第二頻帶W2，該第一頻帶W1係操作在2.45GHz，該第二頻帶W2係操作在5GHz，又該第二頻帶W2的頻寬達到2700MHz之寬頻頻寬，第二頻帶W2與第一頻帶W1的頻寬比相當高。此外，由圖中還可觀察出本創作在1800GHz以下具有一個傳輸零點A，在第一頻帶W1與第二頻帶W2之間具有兩個傳輸零點B、C，以及在第二頻帶W2之外頻(8GHz~12GHz)具有兩個傳輸零點D、E，故本案一共提供五個傳輸零點A~E，藉此有效抑制雜訊而增加帶通濾波器 的效能。

第一頻帶W1與第二頻帶W2之間傳輸零點B、C的位置係藉由改變該第一與第二電感線段413、414的長度而調整。請參考圖6所示，假設S21參數波形以虛線波形作為參考，當第一與第二電感線段413、414的長度縮短而使第一與第二電感元件L1、L2的電感值降低，S21參數的波形會如細實線波形所示，其零點位置會往高頻移動；反之，當第一與第二電感線段413、414的長度增長而使第一與第二電感元件L1、L2的電感值增加，S21參數的波形如粗實線波形所示，其零點位置會往低頻移動。

此外，在頻率8GHz~12GHz之間傳輸零點D、E的位置係藉由改變該第五和第六耦合面491、492的面積而調整。請參考圖7所示，假設S21參數波形以虛線波形做為參考，當第五和第六耦合面491、492的面積減小而使第一與第二諧振電容311、321的電容值降低，S21參數的波形如細實線波形所示，其零點位置會往高頻移動；反之，當第五和第六耦合面491、492的面積增大而使第一與第二諧振電容311、321的電容值增加，S21參數的波形如粗實線波形所示，其零點位置會往低頻移動。

是以，使用者可視需求改變第一與第二電感元件L1、L2和第一與第二諧振電容311、321的電容或電感值來調整各個傳輸零點的位置，使用上相當彈性。

10‧‧‧核心帶通濾波電路

21‧‧‧第一微帶線

22‧‧‧第二微帶線

31‧‧‧第一諧振單元

310‧‧‧諧振微帶線

311‧‧‧第一諧振電容

32‧‧‧第二諧振單元

320‧‧‧諧振微帶線

321‧‧‧第二諧振電容

41~50‧‧‧第一基材~第十基材

411‧‧‧第一電容耦合面

412‧‧‧第二電容耦合面

413‧‧‧第一電感線段

414‧‧‧第二電感線段

421‧‧‧第三電容耦合面

422‧‧‧第四電容耦合面

431‧‧‧第一耦合面

441‧‧‧第二耦合面

442‧‧‧第三耦合面

461‧‧‧第一接地面

471‧‧‧第二接地面

481‧‧‧第四耦合面

491‧‧‧第五耦合面

492‧‧‧第六耦合面

501‧‧‧第三接地面

51‧‧‧第一導通孔

52‧‧‧第二導通孔

53‧‧‧第一接地電極

54‧‧‧第四接地電極

圖1：本創作之電路方塊示意圖。

圖2：本創作之等效電路圖。

圖3：本創作較佳實施例中多層基材的立體分解圖。

圖4：本創作較佳實施例中多層基材與第一、第二接地電極的側視示意圖。

圖5：本創作之S參數特性圖。

圖6：當調整第一與第二電感線段的長度時，本創作之S21參數特性圖。

圖7：當調整第五和第六耦合面的面積時，本創作之S21參數特性圖。

10‧‧‧核心帶通濾波電路

21‧‧‧第一微帶線

22‧‧‧第二微帶線

31‧‧‧第一諧振單元

310‧‧‧諧振微帶線

311‧‧‧第一諧振電容

32‧‧‧第二諧振單元

320‧‧‧諧振微帶線

321‧‧‧第二諧振電容

Claims (6)

1. 一種雙頻帶通濾波器，其包含有：一核心帶通濾波電路，具有一第一端與一第二端；一第一微帶線，連接該核心帶通濾波電路的第一端；一第二微帶線，連接該核心帶通濾波電路的第二端；一第一諧振單元，包含有：一諧振微帶線，連接該核心帶通濾波電路的第一端；以及一第一諧振電容，連接在該諧振微帶線與一接地端之間；以及一第二諧振單元，包含有：一諧振微帶線，連接該核心帶通濾波電路的第二端；以及一第二諧振電容，連接在該第二諧振單元的諧振微帶線與該接地端之間。
2. 如請求項1所述之雙頻帶通濾波器，該核心帶通濾波電路包含有：一第一耦合元件，具有一第一端與一第二端，分別為該核心帶通濾波電路的第一端與第二端；一第一耦合線，連接該第一耦合元件的第一端與該接地端之間；一第一電容元件，連接該第一耦合元件的第一端；一第一電感元件，連接在該第一電容元件與該接地端之間；一第二耦合線，連接該第一耦合元件的第二端與該接 地端之間；一第二電容元件，連接該第一耦合元件的第二端；及一第二電感元件，連接在該第二電容元件與該接地端之間。
3. 如請求項2所述之雙頻帶通濾波器，該核心帶通濾波電路、該第一微帶線、該第二微帶線、該第一諧振單元與第二諧振單元係由堆疊的多層基材、一第一導通孔和一第二導通孔構成。
4. 如請求項3所述之雙頻帶通濾波器，其中：所述多層基材包含有第一基材至第十基材、一第一接地電極與一第二接地電極，該第一與第二基材分別設置在所述多層基材的相對兩側；該第一基材的表面形成一第一電容耦合面、一第二電容耦合面、一第一電感線段與一第二電感線段，該第一電感線段連接該第一電容耦合面，該第二電感線段連接該第二電容耦合面；該第二基材的表面形成一第三電容耦合面和一第四電容耦合面；該第三基材的表面形成一第一耦合面；該第四基材的表面形成一第二耦合面與一第三耦合面，該第二耦合面經由該第一導通孔連接該第二基材上的第三電容耦合面，該第三耦合面經由該第二導通孔連接該第二基材上的第四電容耦合面；該第五基材的表面形成該第一微帶線、第二微帶線、第一耦合線和第二耦合線，該第一微帶線經由該第一導通 孔連接該第四基材的第二耦合面，該第一耦合線的一端連接該第一微帶線，該第一耦合線的另端延伸到該第五基材的側緣而電連接到該第一接地電極，該第二微帶線經由該第二導通孔連接該第四基材的第三耦合面，該第二耦合線的一端連接該第二微帶線，該第二耦合線的另端延伸到該第五基材的側緣而電連接到該第一接地電極；該第六基材表面形成兩個第一接地面，各個第一接地面延伸到該第六基材的兩側緣而分別電連接該第一與第二接地電極；該第七基材的表面形成一第二接地面，該第二接地面係延伸到該第七基材的兩側緣而分別電連接該第一與第二接地電極；該第八基材的表面形成一第四耦合面；該第九基材的表面形成有該第一與第二諧振單元的諧振微帶線以及分別連接諧振微帶線的一第五耦合面和一第六耦合面，該第一諧振單元的諧振微帶線經由該第一導通孔連接該第一微帶線，該第二諧振單元的諧振微帶線經由該第二導通孔連接該第二微帶線；該第十基材的表面形成有一第三接地面，該第三接地面係延伸到該第十基材的兩側緣而分別電連接該第一與第二接地電極；其中該第一電感線段與第二電感線段分別構成該第一電感元件與第二電感元件；該第三電容耦合面與第一電容耦合面彼此耦合構成該第一電容元件，該第四電容耦合面與第二電容耦合面彼此 耦合構成該第二電容元件；該第三電容耦合面、該第四電容耦合面、該第一耦合面、該第二耦合面與第三耦合面構成該第一耦合元件；該第五和第六耦合面與該第八基材上的第四耦合面耦合構成該第二耦合元件，且該第五耦合面和該第三接地面之間構成該第一諧振電容，該第六耦合面和該第三接地面之間構成該第二諧振電容。
5. 如請求項4所述之雙頻帶通濾波器，該第五基材上的第一、第二耦合線互相連接。
6. 如請求項3至5中任一項所述之雙頻帶通濾波器，該第一與第二微帶線為曲折型線段(Meander line)。