TW200941816A - Second order band-pass filter and wireless apparatus using the same - Google Patents

Description

200941816 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係指一種二階微波帶通濾波器及應用該濾波器之無線 裝置，尤指一種藉由彎折兩個四分之一波長開路傳輪線形成一交 錯式耦合結構，以產生至少兩個傳輸零點之二階微波帶通濾波器 ’ 及應用該濾波器之無線裝置。 【先前技術】

D 在現代通訊裝置的射頻前端電路中，帶通濾波器是一個重要且 基本的組成單元，其能使發射器（Transmitter)減少發射出不必要 的諧波及寄生訊號，或者提升接收器（Receiver)接收訊號時抑制 雜訊的能力。一般來說，由於現代通訊電路的操作頻率幾乎都落 在微波頻段’因此將帶通渡波器以傳輸線形式實現在印刷電路板 上是一種經濟且實用性高的做法，並且也已實際應用於毫米波 (MillimeterWave)頻段的無線通訊電路中。 〇 然而’以目前來說，如此做法卻不常應用於無線區域網路 (WLAN)裝置的前端電路中，_是2 4GHz附近的美國工業科 學與醫療應用（Indus仕ial，Scientific andMedica卜 ISM)頻帶，主 要是因為其需要高_微波舰器設計，以達到良好的頻帶外拒 斥效果（Out-BandR初ion)。雖然高階的微波帶通滤波器具有陡 直的戴止鮮響應特性’但其整體的長度或面積過大，將使得渡 波器在微波電路中佔據過大的面積，因此無法實現在符合標較 6 200941816 寸的主機板中，並與現代通訊系統中所講求的輕、薄、短、小等 設計訴求相違背。 請參考第1圖，第1圖為一習知二階微波帶通濾波器10之示 意圖。二階微波帶通濾波器10係實現於印刷電路板上，其包含有 一第一§凡號端11、一第一s扎號端12、一第一傳輸線諧振器13、一 第*一傳輸線為振器14及一阻抗反轉器（Impedance Inverter ) 15。 第一 §11號端11及第二訊號端12用來作為訊號輸入及輸出之用。 ❹ 第一傳輸線諧振器U及第二傳輸線諧振器14分別耦接於第一訊 號端11及第二訊號端12’其係一對互相對稱並向相反方向延伸之 四分之一波長開路微帶傳輸線，其中每一個四分之一波長開路微 帶傳輸線之特性阻抗及電氣長度分別以Z1及Θ 1表示。阻抗反轉 器15耦接於第一傳輸線諧振器13及第二傳輸線諧振器14之間， 其包含有一第一微帶線154、一第二微帶線I%及一電感152。第 一微帶線154之一端搞接於第一訊號端11，其另一端則透過電感 ❹ I52耦接於一地端GND ;第二微帶線150與第一微帶線154相對 稱，其一端柄接於第一訊號端12，另一端則透過電感152輕接於 地端GND ;其中’第一微帶線152及第二微帶線154之特性阻抗 及電氣長度分別以Z2及02表示。 由於四分之一波長開路微帶傳輸線等效於一串聯諳振電路，而 阻抗反轉器15係用來提供兩個_聯傳輸線諧振器（即第一傳輸線 諧振器13及第二傳輸線譜振器μ)之耦合及阻抗匹配，因此二階 7 200941816 微波f通濾、波器ι〇之頻率響應大致與一隹蛐_ 產生之頻率響應類似，其中各傳輸線之參數("ζι =通遽波器所 2)及接地如52之大何根據所需之頻神絲進1行 可=本的電路分析導出’於此不_。此外，如本’其 =階微峨細丨叫崎傳輸 零點（TransmissionZer〇)，以提昇通帶的拒 Ο ❹ 此種形式之二階微波帶猶波器來說 1。然而，對於 然盥_ ptbn β ^ 具通帶的低頻部分響應仍 〜、階帶通纽器之頻率響應類似，㈣法符人減〜 網路裝置之通帶拒斥能力的t求。 一^合無線區域 【發明内容】 以及種二階微波帶猶波器 乂及應用该濾波器之無線裝置。 零點本發階微波帶賴波11，㈣產生至少二傳輸 号，具有—訊號端’·—第二訊號端；—第—傳輸線譜振 :具=㈣折，其，於該第 弟一方向開路；—筮-播认a 相對稱，具有複數辦:振器，與該第—傳輸線獅 朝向-第二方向開路，：第=端祕於該第二訊號端，另-端 及一阻浐及M 向與該第一方向之方向相反；以 振器之^糊：傳輸線諧 有—電感；―第―微帶線’其-端祕於該第- 200941816 訊號端，另一端透過該電感耦接於一地端；以及一第二微帶線， 與該第一微帶線相對稱，其一端耦接於該第二訊號端，另一端透 過5玄電感_接於該地端。 本發明另揭露一種無線網路裝置，其包含有一收發器及一二階 微波帶通it波ϋ。該收發ϋ係用來接收級射_無線訊號。該二 階微波帶通濾波器麵接於該收發器，用來對該無線訊號進行濾 0 ^其包含有一第一訊號端；一第二訊號端；一第一傳輸線諧振 器，具有複數個彎折，其-端输於該第—訊號端，另一端朝向 一第-方向開路；-第二傳輸線諧振器，與該第一傳輸線請振器 相對稱’具有複數個彎折’其一端轉接於該第二訊號端另一端 朝:一第二方向開路，該第一方向與該第二方向之方向相反；以 =阻抗轉H雛於該第—傳輸_振狀該第二傳輸線諧振 ，之間’包含有―電感：—第―微帶線，其—端辆接於該第一訊 m端’另一端透過該電感輕接於-地端；以及-第二微帶線，與 該第-微帶線相對稱，其一端輕接於該第二訊號端，另一端透過 該電感耦接於該地端。 【實施方式】 * -月參考第2圖’第2圖為本發明用於一無線網路裝置之一二階 微波帶通驗器20之示意圖。二階微波帶通狀⑽用以產生 ^少二傳輸零點’其包含有—第—訊號端21、―帛二訊號端22、 —第一傳輸線譜振器23、一第二傳輸_振器24及-阻抗反轉器 9 200941816 (Impedance Inverter ) 25。第一訊號端21及第二訊號端22用來作 為訊號輸入及輸出之用。第一傳輸線諧振器23係藉由彎折一四分 之一波長開路傳輸線所形成，其一端耦接於第一訊號端21，另一 端則朝向一第一方向D1形成開路。第二傳輸線諧振器24與第一 傳輸線諧振器23相對稱，亦由彎折一四分之一波長開路傳輸線所 形成’其一端耦接於第二訊號端22,另一端則朝向一第二方向D2 形成開路’其中第一方向D1及第二方向D2之方向相反，使得第 一傳輸線諧振器23及第二傳輸線諧振器24之末端形成一間隙 G1。阻抗反轉器25耦接於第一傳輸線諧振器23及第二傳輸線諧 振器24之間’其包含有一電感252、一第一微帶線254及一第二 微帶線256。第一微帶線254之一端搞接於第一訊號端21，另一 端則透過電感252耦接於一地端GND ;第二微帶線256與第一微 帶線254相對稱，其一端辆接於第二訊號端22，另一端則透過電 感252搞接於地端GND。此外，第一傳輸線諸振器23及第二傳 輸線諧振器24之特性阻抗及電氣長度分別以乙及01表示；而 ❹ 第一微帶線254及第二微帶線256之特性阻抗及電氣長度則分別 以Z2及02表示。 因此，相較於先前技術，本發明二階微波帶通濾波器2〇係藉 由彎折兩個四分之-波長開路傳輸線（即第一傳輸線譜振器23及 第二傳輸_振ϋ 24)，形成-交錯式齡（c聰㈤沖哗）結 構以提供號另-傳輸路徑，進而在通帶之低頻處產生一傳輸 零點。如此-來’本發明二階微波帶賴波器2() *但具有陡直的 200941816 更可縮小其 截止頻率響麟性’以大幅提升通帶的姆能力外 所占用印刷電路板的面積。 也就是說，由於四分之-波長微帶傳輸線等效於一串聯譜 振電路’且兩個串聯傳輸線繃器之間細電感她合，因此二 P·皮帶通舰n 1G可在其通帶的高頻處產生—第—傳輸零點一。 另-方面，藉由f折兩細分之—波長開路傳輸線所形成之交錯 ❹式搞合結構，二階微波帶通滤波器20除了具有第一微帶線254 i 第二微帶線256所形成之一第一訊號傳輸路徑外，另包含第一傳 輸線譜振器23及第二傳輸線譜振器24所形成之一第二訊號傳輸 路徑。在此情形下，二階微波帶通滤波器2〇可藉由訊號通過該^ 一訊號傳輸路徑及該第二訊號傳輸路徑時所產生之相位差異，於 通帶的低頻處產生一第二傳輸零點。 、 換言之，在本發明二階微波帶通濾波器2〇中，第一傳輸線諧 ❹振器23及第二傳輸線鎌器24之長度大致相等於位於其通帶高 頻處之第一傳輸零點之頻率所對應波長的四分之一，而位於其通 帶低頻處之第二傳輸零點之頻率所對應之訊號分別通過該第一訊 號傳輸路徑及該第二訊號傳輸路徑後，其所產生之振幅大小相 同’而相位相反。 值得注意的是，本發明二階微波帶通濾波器2〇可藉由奇偶模 激勵方法（Even Mode/Odd Mode Excitation)，對電路進行分析， 11 200941816 • 以獲得二階微波帶通濾波器20之各^ -- 根據實際所需之頻率響應，設q v人知識者可 之位置H人Μ ^ 傳輪零點及第二傳輸零點 置付5無線區域網路褒置之通帶拒斥能力的需求。 請參考第3圖，第3圖為本發明竇 盔结舰丰* 巧不發月實施例用於一無線裝置，例如 通t波㈣—階微波帶财波器％之示意圖。二階微波帶 ❹ 參數如^ / 一無線網路卡之一咖介電基板上，其各項 =2:相對介電編，、厚度一及損失正切值 m ^第3圖所示’二階微波帶通顧器3G大致與二階 通极H2G_，其”―傳齡難㈣ ^振器34具有複數個料，並於末端形成-開關隙G2;而 反轉器35中之電感352係藉由一過孔（Via)接地所形成。 外’-階微絲财划3Q之歸柄財纽為4mm*8· 月、塵續參考第4圖’第4圖為第3圖中二psb微波帶通滤波器3〇 ^頻率響應tf意圖。第4醜示了二階微波帶财、波器如之散射 /數S1卜S12、S21及S22的實際量測結果，其中橫軸及縱軸分 ^代表頻率及功率，單位分別為GHz及dB。如第4 _示，二階 '皮ττ通雇波器3G所產生之通帶大致落在2 412GHz〜2 484GHz 之間其中心頻率係設計為2 45GHz。此外，由散射參數si2及 功可知’二階微波帶通遽波器3〇之通帶插入損失(InsertionLoss) 大致為4.5dB，而由散射參數su及S22，其通帶間的反射損失皆 12 200941816 .少於10dB。因此’本發明實施例二階微波帶通濾波器30具有良 好的頻率響應特性’以符合無線網路卡之通帶拒斥能力的需求。 綜上所述，本發明二階微波帶職波器係藉由彎折兩個四分之 -波長傳輸職振n，形成―交錯式齡結構，以提供訊號另一 傳輸路徑，進而在通帶之低頻處額外產生一傳輸零點。如此一來， 本發明二階微波帶通濾波科但具紐直賴止頻特應特性， 可大幅提升通帶的拒斥能力外，更可縮小其所占用印刷電路板的 ^ 面積。 以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍 所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。 【圖式簡單說明】 第1圖為一習知二階微波帶通濾波器之示意圖。 ❹第2圖為本發棚於一無線網路裝置之-二階微波^^慮波器之 示意圖。 第3圖為本發明實施姻於—無線網路卡之—二階微波帶通渡波 器之示意圖。 第4圖為第3圖中二階微波帶通濾波器之頻率響應示竟圖。 【主要元件符號說明】 1〇、20、30 二階微波帶通濾波器 13 200941816 11、2卜 31 第一訊號端 12、22、32 第二訊號端 13、23、33 第一傳輸線諧振器 14、24、34 第二傳輸線諧振器 15、25、35 阻抗反轉器 Z1 ' Z2 特性阻抗 Θ1、Θ2 電氣長度 154、156、254、256 、354、356微帶線 ^ 152、252、352 電感 GND 地端 D1 第一方向 D2 第二方向 G1 ' G2 間隙 Sll ' S12 ' S21 ' S22 散射參數 ❹ 14

Claims (1)

1. 200941816 十、申請專利範固·· 種微波帶職絲，用以產生至少二傳輸零點，包含有·· —第一訊號端； —第二訊號端； —第-傳輸線麵H，具有複數個彎折，其_端雛於該第一 訊號端’另一端朝向一第一方向開路； —第二傳輸線諧振器，與該第一傳輸線諧振器相對稱，具有複 〇 數個彎折，其一端耦接於該第二訊號端，另一端朝向一第 一方向開路，該第一方向與該第二方向之方向相反；以及 —阻抗反轉器（Impedance Inverter)，耦接於該第一傳輸線諧振 器及該第一傳輸線譜振器之間，包含有： 一'電感， 一第一微帶線’其一端耦接於該第一訊號端，另一端透過 該電感耦接於一地端；以及 一第二微帶線’與該第一微帶線相對稱，其一端耦接於該 ® 第二訊號端，另一端透過該電感耦接於該地端。 2. 如請求項1所述之一階微波帶通遽波器，其中該第一傳輸線諧 振器及該二傳輸線諧振器之長度對應於該二階微波帶通濾波 器之一第一傳輸零點之頻率所對應波長的四分之一。 3. 如請求項2所述之二階微波帶通濾波器，其中該第一傳輸零點 係對應於該二階微波帶通濾波器之一通帶中之一高頻截止頻 15 200941816 率0 4.如請求項1所述之二階微波帶通濾波器，其中該第一傳輸線諧 振器及β亥第—傳輸線譜振器形成一第一訊號傳輸路徑，該第一 微帶線及該第二微帶線形成一第二訊號傳輸路徑，該二階微波 帶通濾、波器之一第二傳輸零點之頻率所對應之訊號通過該第 一訊號傳輸路技及該第二訊號傳輸路徑後所產生之相位相反。 ❹ 5.如請求項4所述之二階微波帶通濾波器，其中該第二傳輸零點 係對應於該一階微波帶通遽波器之一通帶中之一低頻截止頻 率。 6.如請求項1所述之二階微波帶通濾波器，其中該電感係由一過 孔（Via)所形成。 ❾ 7_如請求項1所述之二階微波帶通濾波器，其係形成於一介電基 板上。 8. 如凊求項7所述之二階微波帶通濾、波器，其中該介電基板係一 FR4玻璃纖維基板。 9. 如請求項1所述之二階微波帶通滤波器，其中該二階微波帶通 濾波器之一通帶之中心頻率約為2.45GHz。 16 200941816 10.—種無線網路裝置，包含有： —收發器’用來接收或發射一無線訊號；以及 號 -二階微波帶通濾波H，输於該收發^，絲對該無線訊 進行濾波，其包含有： 一第一訊號端； 一第二訊號端； 一第-傳輸線諧振器，具有複數個騎，其—軸接於該 第一訊號端，另一端朝向一第一方向開路； 一第二傳輸線諧振器，與該第一傳輸線諧振器相對稱，具 有複數個f折’其—雜接於該第二峨端，另—端朝 向一第二方向開路，該第一方向與該第二方向之方向相 反；以及 阻抗反轉器（Impedance Inverter )，耦接於該第一傳輪線 諧振器及該第二傳輸線諧振器之間，包含有： 一電感；

   一第一微帶線，其一端耦接於該第一訊號端，另一端逯 過該電感耦接於一地端；以及 一第二微帶線，與該第一微帶線相對稱，其一端耦接於 5亥第二訊號端，另一端透過該電感麵接於該地端。 如凊求j員1〇所述之無線網路裝置，其中該第一傳輸線諧振器 及該二傳輸線諧振器之長度對應於該二階微波帶通濾波器之 "第一傳輸零點之頻率所對應波長的四分之一。 17 200941816 12. 如請求項η所述之無線網路健，其中該第—傳輸零點係對 應於該二階微波帶通渡波器之—通帶中之一高纖止頻率。 13. 如請料1G·之無_路裝置，其中該第—傳輸線譜振器 及/第一傳輸線β白振器形成—第一訊號傳輸路徑，該第一微帶 線及該第二微帶線形成—第二訊號傳輸路徑，該二階微波帶通 ;慮波器之第一傳輸零點之頻率所對應之訊號通過該第-訊 ❹ 雜輸路徑及娜二喊傳輪路彳线職生之相位相反。 14. 如吻求項13所述之無線網路裝置，其中該第二傳輸零點係對 應於該二階微波帶通濾波器之_通帶中之一低頻截止頻率。 15. 如請求項Η)所述之無線網路裳置，其中該電感係由一過孔 (Via)所形成。 ❹16•如請求項Π)騎之無線網钟置，其巾該二階微波帶通滤波 器係形成於一介電基板上。 ’其中該介電基板係一 FR4 17.如請求項16所述之無線網路裝置 玻璃纖維基板。 18.如請求項10所述之無線網路 路I置，其中該二階微波帶通渡波 器之-通帶之中心頻率約為2 45咖。 18