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TWI443905B - 髮夾式帶通濾波器及其相關降頻器 - Google Patents

髮夾式帶通濾波器及其相關降頻器 Download PDF

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TWI443905B
TWI443905B TW097130683A TW97130683A TWI443905B TW I443905 B TWI443905 B TW I443905B TW 097130683 A TW097130683 A TW 097130683A TW 97130683 A TW97130683 A TW 97130683A TW I443905 B TWI443905 B TW I443905B
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Tso Jui Tsai
Tzong Jyh Chen
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Wistron Neweb Corp
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/20—Frequency-selective devices, e.g. filters
    • H01P1/201—Filters for transverse electromagnetic waves
    • H01P1/203—Strip line filters
    • H01P1/20327—Electromagnetic interstage coupling
    • H01P1/20354—Non-comb or non-interdigital filters
    • H01P1/20372—Hairpin resonators

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Superheterodyne Receivers (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Description

髮夾式帶通濾波器及其相關降頻器
本發明係一種帶通濾波器及其相關降頻器，尤指一種可提升鏡像頻率拒斥效果的帶通濾波器及其相關降頻器。
在廣播系統中，超外差接收機(Super Heterodyne Receiver)是一種最為廣泛使用的接收機架構，其可以簡單的執行載波頻率調諧(即選台)、濾波及訊號放大。在超外差接收機中，訊號從天線接收經過放大、射頻濾波、降至中頻、經一至多個中頻放大及濾波，最後降至基頻作訊號解調處理。其中，由射頻降至中頻的過程中，往往會受到鏡像頻率(Image Frequency)干擾的影響，導致後續訊號處理發生問題。
請參考第1圖，第1圖為習知用於一超外差接收機之一降頻器10之示意圖。降頻器10包含有低雜訊放大器100、102、一接收端103、一鏡像消除濾波器(Image Reject Filter)104、一混頻器106、一本地振盪器(Local Oscillator)108、一中頻低通濾波器110及一中頻放大器112。降頻器10的運作方式係本領域具通常知識者所熟知，以下僅簡述之。射頻訊號VRF1 由天線接收後進入降頻器10，經兩級低雜訊放大器100、102放大後成為射頻訊號 VRF2 ；接著，鏡像消除濾波器104經由接收端103接收射頻訊號VRF2 ，並濾除鏡像頻率訊號，以產生射頻濾波訊號VFRF ，再經混頻器106降頻至中頻頻段，並由中頻低通濾波器110濾波和中頻放大器112放大後輸出中頻訊號VIF 。其中，鏡像消除濾波器104係用來消除鏡像頻率干擾。鏡像頻率產生的原因在於：兩輸入頻率| fLO ±fIF |，都會在混頻器106輸出產生頻率fIF ；其中，頻率fLO 為本地振盪器108的振盪訊號頻率，而頻率fIF 為中頻訊號VIF 的頻率。因此，在超外差接收機中，頻譜上對稱於本地振盪訊號兩側的信號經過混頻器106時，會進入到相同的頻帶中，形成一種干擾訊號，降低了訊擾比(Signal to Interference Ratio，C/I Ratio)，而污染欲接收的信號，以致影響超外差接收機的接收效果。面對鏡像頻率干擾的問題，最常用的方法是在混頻器106前加一個帶通濾波器，即鏡像消除濾波器104，用以先把干擾信號濾除再進入混頻器106中，以將干擾降至最低。
為了衡量降頻器10的效能，有一項重要規格為鏡像頻率拒斥比(Image Frequency Rejection Ratio)，定義為接收頻率與鏡像頻率的增益差，例如，在衛星降頻器中，一般規格為40dB。而鏡像消除濾波器104在接收頻率與鏡像頻率的介入損耗(Insertion Loss)差距，則是決定降頻器10之鏡像頻率拒斥比的最重要參數。
在習知技術中，鏡像消除濾波器104的實現方式有許多種，例如髮夾式帶通濾波器(Hairpin Band Pass Filter)或者平行耦合 線濾波器(parallel－coupled line filter)等。請參考第2圖，第2圖為習知一髮夾式帶通濾波器20之示意圖。髮夾式帶通濾波器20係為橫向對稱式(transverse symmetry)架構，其包含有微帶線(Micro－strip Line)連接器IO_a、IO_b及共振器RSN_1~RSN_n。微帶線埠IO_a、IO_b連接於前、後級電路，用以接收及輸出訊號。共振器RSN_1~RSN_n之每一共振器的總長大約為欲接收之訊號波長的一半，共振器RSN_1~RSN_n的個數n代表髮夾式帶通濾波器20的階數(Order)，設計者可根據不同需求設計n的大小。例如，第3圖為n＝5時髮夾式帶通濾波器20之頻率響應示意圖。在第3圖中，曲線a1、b1、c1分別對應於散射參數S11、S21、S22，相關定義係業界所熟知，在此不贅述，如《Microelectronic Circuits》2004年第五版，作者為Adel S.Sedra及Kenneth C.Smith；《Feedback Control of Dynamic Systems》1994年第三版，作者為Gene F.Franklin、J.David Powell及Abbas Emami－Naeini；《Nonlinear Microwave Circuit》1998年，作者為Stephen A.Maas。由第3圖可知，欲接收最低頻率18.3GHz之介入損耗為5dB，而鏡像頻率頻段17.3~17.8GHz的最小介入損耗為40.3dB，所以鏡像頻率拒斥比僅為40.3－5＝35.3dB。
一般而言，髮夾式帶通濾波器20的階數越高，即n越大，則對鏡像頻率拒斥效果愈好，但其所占用的電路板面積亦較大，成本亦隨之增加；反之，若要減小外觀尺寸而限制髮夾式帶通濾波器20的階數大小，則可能會有鏡像頻率拒斥不足現象，影響訊號 接收品質。
因此，本發明之主要目的即在於提供一種帶通濾波器及其相關降頻器。
本發明揭露一種帶通濾波器，包含有一第一微帶線埠，用來接收一射頻訊號；一第二微帶線埠，用來輸出一射頻濾波訊號，該第二微帶線埠中形成有至少一共振腔，用來提升對應於該射頻濾波訊號之鏡像頻率的拒斥效果；以及複數個共振器，排列於該第一微帶線埠與該第二微帶線埠之間，用來對該射頻訊號進行帶通濾波處理，以產生該射頻濾波訊號。
本發明另揭露一種可提升鏡像頻率的拒斥效果的降頻器，包含有一接收端，用來接收一射頻訊號；一混頻器，用來根據一本地振盪訊號，將一射頻濾波訊號之頻率降至一預設頻率，以輸出一中頻訊號；一帶通濾波器，耦接於該接收端與該混頻器之間，其包含有一第一微帶線埠，耦接於該接收端，用來接收該射頻訊號；一第二微帶線埠，耦接於該混頻器，用來輸出該射頻濾波訊號，該第二微帶線埠中形成有至少一共振腔，用來提升對應於該射頻濾波訊號之鏡像頻率的拒斥效果；以及複數個共振器，排列於該第一微帶線埠與該第二微帶線埠之間，用來對該射頻訊號進 行帶通濾波處理，以產生該射頻濾波訊號。
請參考第4圖，第4圖為本發明實施例一髮夾式帶通濾波器40之示意圖。髮夾式帶通濾波器40較佳地係適用於第1圖所示之降頻器10中，用以實現鏡像消除濾波器104，其包含有一第一微帶線埠400、一第二微帶線埠402及共振器IRSN_1~IRSN_n。第一微帶線埠400及第二微帶線埠402用以連接前、後級電路，即第1圖中的低雜訊放大器102(經接收端103)及混頻器106，以接收射頻訊號VRF2 及產生射頻率波訊號VFRF 。共振器IRSN_1~IRSN_n則排列於第一微帶線埠400與第二微帶線埠402之間，每一共振器為U型且總長度約等於射頻濾波訊號VFRF 之波長的二分之一。此外，在第二微帶線埠402中，形成有共振腔RSLT_1~RSLT_m，用以提升對應於射頻率波訊號VFRF 之鏡像頻率的拒斥效果。
比較第4圖與第2圖可知，髮夾式帶通濾波器40之架構與髮夾式帶通濾波器20之架構相似，不同之處在於，第二微帶線埠402中形成有共振腔RSLT_1~RSLT_m。簡單來說，本發明係於第二微帶線埠402中形成共振腔RSLT_1~RSLT_m，以對波長為每一共振腔總長兩倍的訊號產生拒斥效果，亦即每一共振腔之總長約為射頻率波訊號VFRF 之波長的二分之一。如此一來，不需增加共 振器IRSN_1~IRSN_n的個數即可提升鏡像頻率拒斥效果。
在第4圖中，共振腔RSLT_1~RSLT_m皆為U型，且每一共振腔之總長度約等於射頻率波訊號VFRF 之波長的二分之一，以對射頻率波訊號VFRF 頻率的附近形成拒斥效應。當然，在電路設計上，本領域具通常知識者亦可以適當選擇共振腔RSLT_1~RSLT_m之長度、槽間隔、槽寬、個數、間隔等，來調整在鏡像頻率拒斥效果，以達到規格要求。
舉例來說，第5圖為n＝5、m＝2時，髮夾式帶通濾波器40之頻率響應示意圖。在第5圖中，曲線a2、b2、c2分別對應於散射參數S11、S21、S22，相關定義係業界所熟知，在此不贅述。由第5圖可知，欲接收最低頻率18.3GHz之介入損耗為5.9dB，而鏡像頻率頻段17.3~17.8GHz的最小介入損耗為52.4dB，所以鏡像頻率拒斥比為42.4－5.9＝46.5dB，較習知技術(參考第3圖)提高了11dB，因而可在不增加電路面積下，達到規格要求。
特別注意的是，第4圖所示僅為髮夾式帶通濾波器40之示意圖，本領域具通常知識者當可據以做不同之修飾而不限於此。例如，除了在第二微帶線埠402形成共振腔RSLT_1~RSLT_m外，亦可在第一微帶線埠400形成共振腔。另外，形成共振腔RSLT_1~RSLT_m的方式亦不限於特定製程，例如，可以透過蝕刻方式形成於第二微帶線埠402中。除此之外，以髮夾式帶通濾波器40 取代第1圖中的鏡像消除濾波器104，可提升降頻器10的鏡像頻率拒斥效果，相關連結方式應為本領域具通常知識者參考前述說明可完成，在此不贅述。又，本發明在此雖以髮夾式帶通濾波器40取代第1圖中的鏡像消除濾波器104，然而並不代表本發明僅侷限於髮夾式帶通濾波器之應用，熟知此技術技藝者，當可以得知本發明亦可以適用於其他帶通濾波器，例如平行耦合線濾波器即是，其改良方式同第4圖所示之髮夾式帶通濾波器40。
綜上所述，本發明係於微帶線中形成至少一共振腔，用以提升鏡像頻率頻段的介入損耗，從而增加鏡像頻率的拒斥效果。換句話說，本發明不需增加共振器的個數即可提升鏡像頻率拒斥效果，除了可維持電路面積外，亦可有效提升訊號接收品質。
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。
10‧‧‧降頻器
100、102‧‧‧低雜訊放大器
103‧‧‧接收端
104‧‧‧鏡像消除濾波器
106‧‧‧混頻器
108‧‧‧本地振盪器
110‧‧‧中頻低通濾波器
112‧‧‧中頻放大器
VRF1 、VRF2 ‧‧‧射頻訊號
VFRF ‧‧‧射頻率波訊號
VIF ‧‧‧中頻訊號
20、40‧‧‧髮夾式帶通濾波器
400‧‧‧第一微帶線埠
402‧‧‧第二微帶線埠
IO_a、IO_b‧‧‧微帶線埠
RSN_1~RSN_n、IRSN_1~IRSN_n‧‧‧共振器
RSLT_1~RSLT_m‧‧‧共振腔
a1、b1、c1、a2、b2、c2‧‧‧曲線
第1圖為習知用於一超外差接收機之一降頻器之示意圖。
第2圖為習知一髮夾式帶通濾波器之示意圖。
第3圖第2圖之髮夾式帶通濾波器為五階時的頻率響應示意圖。
第4圖為本發明實施例一髮夾式帶通濾波器之示意圖。
第5圖第4圖之髮夾式帶通濾波器為五階且包含兩個共振腔 時的頻率響應示意圖。
40‧‧‧髮夾式帶通濾波器
400‧‧‧第一微帶線埠
402‧‧‧第二微帶線埠
IO_a、IO_b‧‧‧微帶線埠
IRSN_1~IRSN_n‧‧‧共振器
RSLT_1~RSLT_m‧‧‧共振腔

Claims (15)

  1. 一種帶通濾波器，包含有：一第一微帶線埠，用來接收一射頻訊號；一第二微帶線埠，用來輸出一射頻濾波訊號，該第二微帶線埠中形成有至少一共振腔，用來提升對應於該射頻濾波訊號之鏡像頻率的拒斥效果；以及複數個共振器，排列於該第一微帶線埠與該第二微帶線埠之間，用來對該射頻訊號進行帶通濾波處理，以產生該射頻濾波訊號，其中該至少一共振腔之每一共振腔之總長度約等於該射頻濾波訊號之波長的二分之一。
  2. 如請求項1所述之帶通濾波器，其中該至少一共振腔之每一共振腔係為U型。
  3. 如請求項1所述之帶通濾波器，其中該至少一共振腔係以蝕刻方式形成於該第二微帶線埠中。
  4. 如請求項1所述之帶通濾波器，其中該複數個共振器之每一共振器係為U型。
  5. 如請求項1所述之帶通濾波器，其中該複數個共振器之每一共振器之總長度約等於該射頻濾波訊號之波長的二分之一。
  6. 如請求項1所述之帶通濾波器，其中該帶通濾波器為一髮夾式帶通濾波器。
  7. 如請求項1所述之帶通濾波器，其中該帶通濾波器為一平行耦合線濾波器。
  8. 一種可提升鏡像頻率的拒斥效果的降頻器，包含有：一接收端，用來接收一射頻訊號；一混頻器，用來根據一本地振盪訊號，將一射頻濾波訊號之頻率降至一預設頻率，以輸出一中頻訊號；一帶通濾波器，耦接於該接收端與該混頻器之間，其包含有：一第一微帶線埠，耦接於該接收端，用來接收該射頻訊號；一第二微帶線埠，耦接於該混頻器，用來輸出該射頻濾波訊號，該第二微帶線埠中形成有至少一共振腔，用來提升對應於該射頻濾波訊號之鏡像頻率的拒斥效果；以及複數個共振器，排列於該第一微帶線埠與該第二微帶線埠之間，用來對該射頻訊號進行帶通濾波處理，以產生該射頻濾波訊號，其中該至少一共振腔之每一共振腔之總長度約等於該射頻濾波訊號之波長的二分之一。
  9. 如請求項8所述之降頻器，其中該至少一共振腔之每一共振 腔係為U型。
  10. 如請求項8所述之降頻器，其中該至少一共振腔係以蝕刻方式形成於該第二微帶線埠中。
  11. 如請求項8所述之降頻器，其中該複數個共振器之每一共振器係為U型。
  12. 如請求項8所述之降頻器，其中該複數個共振器之每一共振器之總長度約等於該射頻濾波訊號之波長的二分之一。
  13. 如請求項8所述之降頻器，其係用於一超外差接收機。
  14. 如請求項8所述之降頻器，其中該帶通濾波器為一髮夾式帶通濾波器。
  15. 如請求項8所述之降頻器，其中該帶通濾波器為一平行耦合線濾波器。
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