專利名稱：柵門式濾波器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種柵門式濾波器(Fence-gate filter)，特別是涉及一種主要應(yīng)用于衛(wèi)星降頻器(Low Noise Block down-converter，LNB)的無線射頻(Radio-Frequency，RF)電路的鏡像濾波器(image filter)。
背景技術(shù)：
近幾年來由于無線通訊的快速發(fā)展，使通訊元件的研發(fā)獲得很大的商機(jī)，不論是產(chǎn)業(yè)界或?qū)W術(shù)界，均投下了相當(dāng)多的人力及物力在改善現(xiàn)有系統(tǒng)的通訊品質(zhì)。因?yàn)槿藗儗o線通訊頻段的需求不斷地增加，所以現(xiàn)代的微波通訊系統(tǒng)中，特別是衛(wèi)星及行動通訊系統(tǒng)，其發(fā)射及接收端常需要高效率的窄頻帶通濾波器作為頻道選擇之用。就濾波器而言，高效率即是指高選擇性(selectivity)及低插入損失(insertion loss)。高選擇性的濾波器對旁波帶(side band)的抑制能力相當(dāng)好，可以縮小相鄰頻道間的防護(hù)帶(guard band)，使頻率使用的情形更有效率。然而現(xiàn)有所廣泛使用的被動元件，多多少少都含有損失的成份，經(jīng)常造成傳輸訊號功率的耗損，即所謂的插入損失，若能降低此損失，對通訊系統(tǒng)中靈敏度的提升則有相當(dāng)?shù)闹妗?br> 然而，從濾波器設(shè)計(jì)的觀點(diǎn)來看，高選擇性及低插入損失通常是背道而馳的。在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法中，可以藉由增加濾波器的階數(shù)，也就是諧振器(resonator)的個數(shù)來提升其選擇性，但是往往卻必須犧牲掉通帶的性能，因?yàn)橹C振器的品質(zhì)因素(Quality Factor)有限，傳輸路徑中如果通過的諧振器越多，則造成的通帶損失越大。由此可知通帶內(nèi)及通帶外的性能其實(shí)是互相牽制的，使我們在針對不同規(guī)格設(shè)計(jì)濾波器時，不得不在兩者之間作些取舍。
由此可見，上述現(xiàn)有的濾波器在結(jié)構(gòu)與使用上，顯然仍存在有不便與缺陷，而亟待加以進(jìn)一步改進(jìn)。為了解決濾波器存在的問題，相關(guān)廠商莫不費(fèi)盡心思來謀求解決之道，但是長久以來一直未見適用的設(shè)計(jì)被發(fā)展完成，而一般產(chǎn)品又沒有適切的結(jié)構(gòu)能夠解決上述問題，此顯然是相關(guān)業(yè)者急欲解決的問題。
有鑒于上述現(xiàn)有的濾波器存在的缺陷，本設(shè)計(jì)人基于從事此類產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造多年豐富的實(shí)務(wù)經(jīng)驗(yàn)及專業(yè)知識，并配合學(xué)理的運(yùn)用，積極加以研究創(chuàng)新，以期創(chuàng)設(shè)一種新型結(jié)構(gòu)的柵門式濾波器，能夠改進(jìn)一般現(xiàn)有的濾波器，使其更具有實(shí)用性。經(jīng)過不斷的研究、設(shè)計(jì)，并經(jīng)反復(fù)試作樣品及改進(jìn)后，終于創(chuàng)設(shè)出確具實(shí)用價值的本實(shí)用新型。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的主要目的在于，克服現(xiàn)有的濾波器存在的缺陷，而提供一種新型結(jié)構(gòu)的柵門式濾波器，所要解決的技術(shù)問題是使該柵門式濾波器可應(yīng)用于衛(wèi)星降頻器中無線射頻電路的鏡像濾波器，其是以工作頻率的四分之一波長傳輸線及復(fù)數(shù)個共振腔交握方式的設(shè)計(jì)，具有較好的輸入匹配(input matching)及較低的插入損失，可使得該濾波器在特定的工作頻率下達(dá)到較低的通帶損失，使得品質(zhì)因數(shù)提高，頻率使用的情形更有效率，而適用于鏡像濾波，從而更加適于實(shí)用。
本實(shí)用新型的另一目的在于，提供一種新型結(jié)構(gòu)的柵門式濾波器，所要解決的技術(shù)問題是使其以規(guī)則的柵門式電路布局結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得制程非常容易，而具有產(chǎn)業(yè)上的廣泛利用價值。
本實(shí)用新型的再一目的在于，提供一種新型結(jié)構(gòu)的柵門式濾波器，所要解決的技術(shù)問題是若需將該柵門式濾波器設(shè)計(jì)成高階帶通濾波器時，僅需將相同的電路部份復(fù)制鄰接，在設(shè)計(jì)上非常容易，且因電路的對稱，可減少設(shè)計(jì)模擬的時間，且能在特定工作頻波通帶產(chǎn)生更多的極點(diǎn)，使得通帶的平坦度提高，進(jìn)而可以達(dá)到較佳的濾波效果，從而更加適于實(shí)用。
本實(shí)用新型的目的及解決其技術(shù)問題是采用以下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。依據(jù)本實(shí)用新型提出的一種柵門式濾波器，是以工作頻率的四分之一波長傳輸線及復(fù)數(shù)個共振腔交握方式的設(shè)計(jì)，其至少包括一初階交握共振單元，該初階交握共振單元設(shè)置于該柵門式濾波器外側(cè)的輸入端，用以接收一訊號后加以濾波；至少一個一中間耦合單元，該中間耦合單元設(shè)置于該柵門式濾波器中，并平行連接于該初階交握共振單元，該中間耦合單元用以濾除該訊號中的雜訊；以及一末階交握共振單元，該末階交握共振單元設(shè)置于該柵門式濾波器外側(cè)的輸出端并連接該中間耦合單元，用以接收該訊號后加以濾波并傳送至輸出端。
本實(shí)用新型的目的及解決其技術(shù)問題還可以采用以下的技術(shù)措施來進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。
前述的柵門式濾波器，其中所述的初階交握共振單元及末階交握共振單元，是以工作頻率的四分之一波長傳輸線，并設(shè)計(jì)成至少具有一個一四分之一波長共振腔的交握方式，以產(chǎn)生電磁共振耦合的目的。
前述的柵門式濾波器，其中所述的初階交握共振單元及末階交握共振單元，更具有向外延伸的傳輸線，分別構(gòu)成該電路的輸入端及輸出端。
前述的柵門式濾波器，其中所述的中間耦合單元，是以工作頻率的四分之一波長傳輸線，并設(shè)計(jì)成至少具有一個一四分之一波長的共振腔，以產(chǎn)生電磁共振耦合的目的。
前述的柵門式濾波器，其中所述的傳輸線可為微帶線、帶狀線，以及一切具有信號傳輸功能的介質(zhì)線。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)和有益效果。由以上技術(shù)方案可知，為了達(dá)到前述實(shí)用新型目的，本實(shí)用新型的主要技術(shù)內(nèi)容如下本實(shí)用新型提出一種柵門式濾波器，該柵門式濾波器可應(yīng)用于衛(wèi)星降頻器中無線射頻電路的鏡像濾波器，其特征是以工作頻率的四分之一波長傳輸線及復(fù)數(shù)個共振腔交握方式的設(shè)計(jì)，形成如柵門式共平面架構(gòu)的電路布局，利用四分之一波長傳輸線及共振腔的電磁共振耦合作用，達(dá)到濾波的目的。因在饋入端采用共振腔交握的電路設(shè)計(jì)，故有較好的輸入匹配(input matching)，以及較低的插入損失，可使得該濾波器在特定的工作頻率下，達(dá)到較低的通帶損失，同時可以濾除較近的旁波帶并縮小相鄰頻道間的防護(hù)帶，產(chǎn)生較為陡峭的衰減，使得品質(zhì)因數(shù)提高，因而具有極佳的外頻抑制能力，使頻率使用的情形更有效率，而適用于鏡像濾波。
又因其是以規(guī)則的柵門式電路布局結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，均為共平面架構(gòu)，且不需再額外接地，因此使得制程非常容易，而具有產(chǎn)業(yè)上的廣泛利用價值。同時，若需將該柵門式濾波器設(shè)計(jì)成高階帶通濾波器時，僅需將相同的電路部份復(fù)制鄰接，因此設(shè)計(jì)非常容易，且因電路的對稱，可以減少設(shè)計(jì)模擬的時間，且能在特定工作頻波通帶產(chǎn)生更多的極點(diǎn)，使得通帶的平坦度提高，進(jìn)而可達(dá)到較佳的濾波效果。
因此，與現(xiàn)有傳統(tǒng)的印刷電路微帶線濾波器(Printed Microstripfilter)，如指叉式濾波器(Interdigital filter)、邊緣耦合式微帶線濾波器(Edge coupled Microstrip)、發(fā)夾式帶通濾波器(Hairpin filter)……等相比較，本實(shí)用新型柵門式濾波器至少具有下列優(yōu)點(diǎn)1、本實(shí)用新型柵門式濾波器，其電路布局對稱設(shè)計(jì)，使得電路設(shè)計(jì)模擬時間減少，且應(yīng)用該電路對稱方式設(shè)計(jì)高階的帶通濾波器(大于3階)相當(dāng)容易。
2、本實(shí)用新型柵門式濾波器，其饋入端采用共振腔交握方式，故有較好的輸入匹配，及較低的傳輸損失，可達(dá)到高選擇性及低插入損失的高效率的濾波效果。
3、本實(shí)用新型柵門式濾波器，能使頻波通帶產(chǎn)生較多的極點(diǎn)與零點(diǎn)，使得通帶平坦度提高，且同時可濾除較近的旁波帶并縮小相鄰頻道間的防護(hù)帶，產(chǎn)生較為陡峭的衰減，而可達(dá)到較高的品質(zhì)因數(shù)。
4、本實(shí)用新型柵門式濾波器，因具有較高的品質(zhì)因數(shù)，可濾除較近的旁波帶并縮小相鄰頻道間的防護(hù)帶，使頻率使用的情形更有效率，而適用于鏡像濾波。
5、本實(shí)用新型柵門式濾波器，不需額外接地，且為共平面架構(gòu)，故制程相當(dāng)容易，并可降低制作的成本。
綜上所述，本實(shí)用新型創(chuàng)新結(jié)構(gòu)的柵門式濾波器，是以工作頻率的四分之一波長傳輸線及復(fù)數(shù)個共振腔交握方式所設(shè)計(jì)，包括有交握共振單元與中間耦合單元所形成如柵門式共平面架構(gòu)的電路布局，并利用四分之一波長傳輸線及共振腔的電磁共振耦合作用，達(dá)到濾波的目的。其具有上述諸多的優(yōu)點(diǎn)及實(shí)用價值，并在同類產(chǎn)品中未見有類似的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)公開發(fā)表或使用而確屬創(chuàng)新，其不論在結(jié)構(gòu)上或功能上皆有較大的改進(jìn)，在技術(shù)上有較大的進(jìn)步，并產(chǎn)生了好用及實(shí)用的效果，且較現(xiàn)有的濾波器具有增進(jìn)的多項(xiàng)功效，從而更加適于實(shí)用，而具有產(chǎn)業(yè)的廣泛利用價值，誠為一新穎、進(jìn)步、實(shí)用的新設(shè)計(jì)。
上述說明僅是本實(shí)用新型技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本實(shí)用新型的技術(shù)手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例并配合附圖詳細(xì)說明如后。


圖1是本實(shí)用新型較佳實(shí)施例的3階柵門式濾波器電路布局示意圖。
圖2A是本實(shí)用新型較佳實(shí)施例的3階柵門式濾波器的等效電路(1)的電路圖。
圖2B是本實(shí)用新型較佳實(shí)施例的3階柵門式濾波器的等效電路(2)的電路圖。
圖2C是本實(shí)用新型較佳實(shí)施例的3階柵門式濾波器的等效電路(3)的電路圖。
圖3是本實(shí)用新型的特定工作頻率領(lǐng)域下的頻率響應(yīng)圖。
圖4是本實(shí)用新型另一較佳實(shí)施例的4階柵門式濾波器電路布局示意圖。
10初階交握共振單元11干字形傳輸線12ㄇ字形傳輸線共振腔特性阻抗 13ㄇ字形傳輸線共振腔特性阻抗20末階交握共振單元21干字形傳輸線22ㄇ字形傳輸線共振腔特性阻抗 23ㄇ字形傳輸線共振腔特性阻抗30中間耦合單元31十字形傳輸線32ㄇ字形傳輸線共振腔特性阻抗 33ㄇ字形傳輸線共振腔特性阻抗40中間耦合單元41十字形傳輸線42ㄇ字形傳輸線共振腔特性阻抗 43ㄇ字形傳輸線共振腔特性阻抗50Ω傳輸線C101～C313電容元件
L1～L6電感元件具體實(shí)施方式
為更進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型為達(dá)成預(yù)定實(shí)用新型目的所采取的技術(shù)手段及功效，
以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對依據(jù)本實(shí)用新型提出的柵門式濾波器其具體實(shí)施方式
、結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細(xì)說明如后。
請參閱圖1所示，是本實(shí)用新型一較佳實(shí)施例的3階柵門式濾波器電路布局示意圖，首先就其電路布局作說明。本實(shí)用新型柵門式濾波器，其至少包括有初階交握共振單元10及末階交握共振單元20，是分別設(shè)置于共平面架構(gòu)的電路布局最外側(cè)的輸出及輸入兩端，其是以兩個“ㄇ”字形傳輸線12、13交握于一“干”字形傳輸線11，以及兩個“ㄇ”字形傳輸線共振腔22、23交握于一“干”字形傳輸線21所構(gòu)成，在該交握處是以工作頻率的四分之一波長傳輸線設(shè)計(jì)而構(gòu)成兩個共振腔交握方式，以利用交握的共振腔產(chǎn)生電磁共振耦合效應(yīng)，而特性阻抗50Ω傳輸線14、24則分別為其輸入埠與輸出埠；又在兩端的該初階交握共振單元10與該末階交握共振單元20的中間，再鄰接一中間耦合單元30，是以兩個“ㄇ”字形傳輸線32、33對向連接一個近似工作頻率的二分之一波長的“十”字形傳輸線31所構(gòu)成，且恰平行鄰接于該“ㄇ”字形傳輸線共振腔12、13及該“ㄇ”字形傳輸線共振腔22、23旁，并在該鄰接處是以近似工作頻率的四分之一波長耦合，以產(chǎn)生電磁共振耦合效應(yīng)。
請參閱圖2A至圖2C所示，是本實(shí)用新型較佳實(shí)施例的3階柵門式濾波器的等效電路(1)的電路圖。如圖2A及圖2C所示，分別為3階柵門式濾波器中的初階交握共振單元10及末階交握共振單元20的等效電路，其π形電容網(wǎng)路C101、C102、C103，C104、C105、C106，C207、C208、C209及C210、C211、C212與電容元件C109、C110、C205及C206，分別為該“干”字形傳輸線11、21與該“ㄇ”字形傳輸線共振腔12、13、22、23相互耦合的等效電路，而電感元件L1、L2，L5及L6與電容元件C107、C108、C203及C204組成的串聯(lián)共振電路與電容元件C111、C112、C201及C202，分別為該“ㄇ”字形傳輸線共振腔12、13、22、23共振的等效電路。
請?jiān)賲㈤唸D2B所示，是3階柵門式濾波器的中間耦合單元30的等效電路圖，其π形電容網(wǎng)路C301、C302、C303，C304、C305、C306，C308、C309、C310及C311、C312、C313分別為該“ㄇ”字形傳輸線共振腔12、13、22及23與該“ㄇ”字形傳輸線共振腔32、33相互耦合的等效電路，而電感元件L3及L4與電容元件C307為該“十”字形傳輸線31的等效電路。
因此，以上述的四分之一波長傳輸線及共振腔交握方式設(shè)計(jì)的柵門式濾波器，因該初階交握共振單元10及末階交握共振單元20中的傳輸線，及該中間耦合單元30的傳輸線所產(chǎn)生的電磁共振耦合效應(yīng)，故可使該柵門式濾波器在特定工作頻率點(diǎn)產(chǎn)生極點(diǎn)及零點(diǎn)，而具有極佳的外頻抑制效果，請配合參閱圖3所示，是本實(shí)用新型的特定工作頻率領(lǐng)域下的頻率響應(yīng)圖，即該柵門式濾波器操作于特定工作頻率下，由輸入端及輸出端所量測到的插入損失及反射損失(return loss)在頻率領(lǐng)域下所呈現(xiàn)的相對關(guān)系。因其在電路饋入端具有復(fù)數(shù)個交握的共振腔，可產(chǎn)生較佳的電磁耦合，因此可達(dá)到較佳的輸入匹配及較低的插入損失的特點(diǎn)，且能使頻波通帶與旁波帶產(chǎn)生較多的極點(diǎn)與零點(diǎn)，使得通帶平坦度提高，且同時可濾除較近的旁波帶并縮小相鄰頻道間的防護(hù)帶，產(chǎn)生較為陡峭的衰減，而可達(dá)到較高的品質(zhì)因數(shù)，因而具有極佳的外頻抑制能力，使頻率使用的情形更有效率，而適用于鏡像濾波。
又因?yàn)樵摉砰T式濾波器的電路布局是為共平面架構(gòu)，且不需額外接地線，因此制程相當(dāng)容易，且電路布局的對稱設(shè)計(jì)，可以使得設(shè)計(jì)模擬時間減少，且在設(shè)計(jì)成高階的濾波器時，僅需將該中間耦合單元30復(fù)制并平行鄰接，請配合參閱圖4所示，是本實(shí)用新型另一較佳實(shí)施例的4階柵門式濾波器電路布局圖，即利用前述的電路設(shè)計(jì)原理，在原本3階柵門式濾波器中的該中間耦合單元30旁平行鄰接一中間耦合單元40，而構(gòu)成一4階柵門式濾波器，因此可輕易達(dá)成設(shè)計(jì)高階帶通濾波器的目的。
以上所述，僅是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并非對本實(shí)用新型作任何形式上的限制，雖然本實(shí)用新型已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本實(shí)用新型，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實(shí)施例，但凡是未脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上的實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種柵門式濾波器，是以工作頻率的四分之一波長傳輸線及復(fù)數(shù)個共振腔交握方式的設(shè)計(jì)，其特征在于其至少包括一初階交握共振單元，該初階交握共振單元設(shè)置于該柵門式濾波器外側(cè)的輸入端，用以接收一訊號后加以濾波；至少一個一中間耦合單元，該中間耦合單元設(shè)置于該柵門式濾波器中，并平行連接于該初階交握共振單元，該中間耦合單元用以濾除該訊號中的雜訊；以及一末階交握共振單元，該末階交握共振單元設(shè)置于該柵門式濾波器外側(cè)的輸出端并連接該中間耦合單元，用以接收該訊號后加以濾波并傳送至輸出端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柵門式濾波器，其特征在于其中所述的初階交握共振單元及末階交握共振單元，是以工作頻率的四分之一波長傳輸線，并設(shè)計(jì)成至少具有一個一四分之一波長共振腔的交握方式，以產(chǎn)生電磁共振耦合的目的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柵門式濾波器，其特征在于其中所述的初階交握共振單元及末階交握共振單元，更具有向外延伸的傳輸線，分別構(gòu)成該電路的輸入端及輸出端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柵門式濾波器，其特征在于其中所述的中間耦合單元，是以工作頻率的四分之一波長傳輸線，并設(shè)計(jì)成至少具有一個一四分之一波長的共振腔，以產(chǎn)生電磁共振耦合的目的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柵門式濾波器，其特征在于其中所述的傳輸線可為微帶線、帶狀線，以及一切具有信號傳輸功能的介質(zhì)線。
專利摘要本實(shí)用新型是關(guān)于一種柵門式濾波器，其至少包括一初階交握共振單元，該初階交握共振單元設(shè)于柵門式濾波器外側(cè)輸入端，用以接收一訊號后加以濾波；至少一個一中間耦合單元，設(shè)于柵門式濾波器中，并平行連接于初階交握共振單元，中間耦合單元用以濾除訊號中的雜訊；以及一末階交握共振單元，設(shè)于柵門式濾波器外側(cè)輸出端并連接中間耦合單元，用以接收訊號后加以濾波并傳送至輸出端。該濾波器以工作頻率的四分之一波長傳輸線及復(fù)數(shù)個共振腔交握方式所設(shè)計(jì)，包括交握共振單元與中間耦合單元所形成如柵門式共平面架構(gòu)的電路布局，并利用四分之一波長傳輸線及共振腔的電磁共振耦合作用，達(dá)到濾波的目的。
文檔編號H01P1/205GK2749064SQ200420093130
公開日2005年12月28日 申請日期2004年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月8日
發(fā)明者柯慶來 申請人:百一電子股份有限公司