專利名稱：柵門式濾波器的制作方法
技術領域：
本實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：
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，不論是產(chǎn)業(yè)界或學術界，均投下了相當多的人力及物力在改善現(xiàn)有系統(tǒng)的通訊品質。因為人們對無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)的抑制能力相當好，可以縮小相鄰頻道間的防護帶(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?shù)闹妗?br> 然而，從濾波器設計的觀點來看，高選擇性及低插入損失通常是背道而馳的。在傳統(tǒng)的設計方法中，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，因為諧振器的品質因素(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。由此可知通帶內及通帶外的性能其實是互相牽制的，使我們在針對不同規(guī)格設計濾波器時，不得不在兩者之間作些取舍。
由此可見，上述現(xiàn)有的濾波器在結構與使用上，顯然仍存在有不便與缺陷，而亟待加以進一步改進。為了解決濾波器存在的問題，相關廠商莫不費盡心思來謀求解決之道，但是長久以來一直未見適用的設計被發(fā)展完成，而一般產(chǎn)品又沒有適切的結構能夠解決上述問題，此顯然是相關業(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，本設計人基于從事此類產(chǎn)品設計制造多年豐富的實務經(jīng)驗及專業(yè)知識，并配合學理的運用，積極加以研究創(chuàng)新，以期創(chuàng)設一種新型結構的柵門式濾波器，能夠改進一般現(xiàn)有的濾波器，使其更具有實用性。經(jīng)過不斷的研究、設計，并經(jīng)反復試作樣品及改進后，終于創(chuàng)設出確具實用價值的本實用新型。
實用新型內容本實用新型的主要目的在于，克服現(xiàn)有的濾波器存在的缺陷，而提供一種新型結構的柵門式濾波器，所要解決的技術問題是使該柵門式濾波器可應用于衛(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數(shù)個共振腔交握方式的設計，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到較低的通帶損失，使得品質因數(shù)提高，頻率使用的情形更有效率，而適用于鏡像濾波，從而更加適于實用。
本實用新型的另一目的在于，提供一種新型結構的柵門式濾波器，所要解決的技術問題是使其以規(guī)則的柵門式電路布局結構設計，使得制程非常容易，而具有產(chǎn)業(yè)上的廣泛利用價值。
本實用新型的再一目的在于，提供一種新型結構的柵門式濾波器，所要解決的技術問題是若需將該柵門式濾波器設計成高階帶通濾波器時，僅需將相同的電路部份復制鄰接，在設計上非常容易，且因電路的對稱，可減少設計模擬的時間，且能在特定工作頻波通帶產(chǎn)生更多的極點，使得通帶的平坦度提高，進而可以達到較佳的濾波效果，從而更加適于實用。
本實用新型的目的及解決其技術問題是采用以下的技術方案來實現(xiàn)的。依據(jù)本實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數(shù)個共振腔交握方式的設計，其至少包括一初階交握共振單元，該初階交握共振單元設置于該柵門式濾波器外側的輸入端，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置于該柵門式濾波器外側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。
本實用新型的目的及解決其技術問題還可以采用以下的技術措施來進一步實現(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，并設計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，并設計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線。
本實用新型與現(xiàn)有技術相比具有明顯的優(yōu)點和有益效果。由以上技術方案可知，為了達到前述實用新型目的，本實用新型的主要技術內容如下本實用新型提出一種柵門式濾波器，該柵門式濾波器可應用于衛(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數(shù)個共振腔交握方式的設計，形成如柵門式共平面架構的電路布局，利用四分之一波長傳輸線及共振腔的電磁共振耦合作用，達到濾波的目的。因在饋入端采用共振腔交握的電路設計，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帶，產(chǎn)生較為陡峭的衰減，使得品質因數(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構設計，均為共平面架構，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計成高階帶通濾波器時，僅需將相同的電路部份復制鄰接，因此設計非常容易，且因電路的對稱，可以減少設計模擬的時間，且能在特定工作頻波通帶產(chǎn)生更多的極點，使得通帶的平坦度提高，進而可達到較佳的濾波效果。
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，本實用新型柵門式濾波器至少具有下列優(yōu)點1、本實用新型柵門式濾波器，其電路布局對稱設計，使得電路設計模擬時間減少，且應用該電路對稱方式設計高階的帶通濾波器(大于3階)相當容易。
2、本實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，可達到高選擇性及低插入損失的高效率的濾波效果。
3、本實用新型柵門式濾波器，能使頻波通帶產(chǎn)生較多的極點與零點，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帶，產(chǎn)生較為陡峭的衰減，而可達到較高的品質因數(shù)。
4、本實用新型柵門式濾波器，因具有較高的品質因數(shù)，可濾除較近的旁波帶并縮小相鄰頻道間的防護帶，使頻率使用的情形更有效率，而適用于鏡像濾波。
5、本實用新型柵門式濾波器，不需額外接地，且為共平面架構，故制程相當容易，并可降低制作的成本。
綜上所述，本實用新型創(chuàng)新結構的柵門式濾波器，是以工作頻率的四分之一波長傳輸線及復數(shù)個共振腔交握方式所設計，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，達到濾波的目的。其具有上述諸多的優(yōu)點及實用價值，并在同類產(chǎn)品中未見有類似的結構設計公開發(fā)表或使用而確屬創(chuàng)新，其不論在結構上或功能上皆有較大的改進，在技術上有較大的進步，并產(chǎn)生了好用及實用的效果，且較現(xiàn)有的濾波器具有增進的多項功效，從而更加適于實用，而具有產(chǎn)業(yè)的廣泛利用價值，誠為一新穎、進步、實用的新設計。
上述說明僅是本實用新型技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本實用新型的技術手段，并可依照說明書的內容予以實施，以下以本實用新型的較佳實施例并配合附圖詳細說明如后。


圖1是本實用新型較佳實施例的3階柵門式濾波器電路布局示意圖。
圖2A是本實用新型較佳實施例的3階柵門式濾波器的等效電路(1)的電路圖。
圖2B是本實用新型較佳實施例的3階柵門式濾波器的等效電路(2)的電路圖。
圖2C是本實用新型較佳實施例的3階柵門式濾波器的等效電路(3)的電路圖。
圖3是本實用新型的特定工作頻率領域下的頻率響應圖。
圖4是本實用新型另一較佳實施例的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電感元件具體實施方式
為更進一步闡述本實用新型為達成預定實用新型目的所采取的技術手段及功效，
以下結合附圖及較佳實施例，對依據(jù)本實用新型提出的柵門式濾波器其具體實施方式
、結構、特征及其功效，詳細說明如后。
請參閱圖1所示，是本實用新型一較佳實施例的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，是分別設置于共平面架構的電路布局最外側的輸出及輸入兩端，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所構成，在該交握處是以工作頻率的四分之一波長傳輸線設計而構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，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。
請參閱圖2A至圖2C所示，是本實用新型較佳實施例的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。
請再參閱圖2B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計的柵門式濾波器，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，故可使該柵門式濾波器在特定工作頻率點產(chǎn)生極點及零點，而具有極佳的外頻抑制效果，請配合參閱圖3所示，是本實用新型的特定工作頻率領域下的頻率響應圖，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)在頻率領域下所呈現(xiàn)的相對關系。因其在電路饋入端具有復數(shù)個交握的共振腔，可產(chǎn)生較佳的電磁耦合，因此可達到較佳的輸入匹配及較低的插入損失的特點，且能使頻波通帶與旁波帶產(chǎn)生較多的極點與零點，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帶，產(chǎn)生較為陡峭的衰減，而可達到較高的品質因數(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。
又因為該柵門式濾波器的電路布局是為共平面架構，且不需額外接地線，因此制程相當容易，且電路布局的對稱設計，可以使得設計模擬時間減少，且在設計成高階的濾波器時，僅需將該中間耦合單元30復制并平行鄰接，請配合參閱圖4所示，是本實用新型另一較佳實施例的4階柵門式濾波器電路布局圖，即利用前述的電路設計原理，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，而構成一4階柵門式濾波器，因此可輕易達成設計高階帶通濾波器的目的。
以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例而已，并非對本實用新型作任何形式上的限制，雖然本實用新型已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本實用新型，任何熟悉本專業(yè)的技術人員，在不脫離本實用新型技術方案的范圍內，當可利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本實用新型技術方案內容，依據(jù)本實用新型的技術實質對以上的實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本實用新型技術方案的范圍內。
權利要求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數(shù)個共振腔交握方式的設計，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置于該柵門式濾波器外側的輸入端，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置于該柵門式濾波器外側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，并設計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，分別構成該電路的輸入端及輸出端。
4.根據(jù)權利要求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，并設計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線。
專利摘要本實用新型是關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于柵門式濾波器外側輸入端，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，設于柵門式濾波器外側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數(shù)個共振腔交握方式所設計，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