专利名称：栅门式滤波器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种栅门式滤波器(Fence-gate filter)，特别是涉及一种主要应用于卫星降频器(Low Noise Block down-converter，LNB)的无线射频(Radio-Frequency，RF)电路的镜像滤波器(image filter)。
背景技术：
近几年来由于无线通讯的快速发展，使通讯元件的研发获得很大的商机，不论是产业界或学术界，均投下了相当多的人力及物力在改善现有系统的通讯品质。因为人们对无线通讯频段的需求不断地增加，所以现代的微波通讯系统中，特别是卫星及行动通讯系统，其发射及接收端常需要高效率的窄频带通滤波器作为频道选择之用。就滤波器而言，高效率即是指高选择性(selectivity)及低插入损失(insertion loss)。高选择性的滤波器对旁波带(side band)的抑制能力相当好，可以缩小相邻频道间的防护带(guard band)，使频率使用的情形更有效率。然而现有所广泛使用的被动元件，多多少少都含有损失的成份，经常造成传输讯号功率的耗损，即所谓的插入损失，若能降低此损失，对通讯系统中灵敏度的提升则有相当的助益。
然而，从滤波器设计的观点来看，高选择性及低插入损失通常是背道而驰的。在传统的设计方法中，可以藉由增加滤波器的阶数，也就是谐振器(resonator)的个数来提升其选择性，但是往往却必须牺牲掉通带的性能，因为谐振器的品质因素(Quality Factor)有限，传输路径中如果通过的谐振器越多，则造成的通带损失越大。由此可知通带内及通带外的性能其实是互相牵制的，使我们在针对不同规格设计滤波器时，不得不在两者之间作些取舍。
由此可见，上述现有的滤波器在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决滤波器存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但是长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品又没有适切的结构能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。
有鉴于上述现有的滤波器存在的缺陷，本设计人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新型结构的栅门式滤波器，能够改进一般现有的滤波器，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本实用新型。
实用新型内容本实用新型的主要目的在于，克服现有的滤波器存在的缺陷，而提供一种新型结构的栅门式滤波器，所要解决的技术问题是使该栅门式滤波器可应用于卫星降频器中无线射频电路的镜像滤波器，其是以工作频率的四分之一波长传输线及复数个共振腔交握方式的设计，具有较好的输入匹配(input matching)及较低的插入损失，可使得该滤波器在特定的工作频率下达到较低的通带损失，使得品质因数提高，频率使用的情形更有效率，而适用于镜像滤波，从而更加适于实用。
本实用新型的另一目的在于，提供一种新型结构的栅门式滤波器，所要解决的技术问题是使其以规则的栅门式电路布局结构设计，使得制程非常容易，而具有产业上的广泛利用价值。
本实用新型的再一目的在于，提供一种新型结构的栅门式滤波器，所要解决的技术问题是若需将该栅门式滤波器设计成高阶带通滤波器时，仅需将相同的电路部份复制邻接，在设计上非常容易，且因电路的对称，可减少设计模拟的时间，且能在特定工作频波通带产生更多的极点，使得通带的平坦度提高，进而可以达到较佳的滤波效果，从而更加适于实用。
本实用新型的目的及解决其技术问题是采用以下的技术方案来实现的。依据本实用新型提出的一种栅门式滤波器，是以工作频率的四分之一波长传输线及复数个共振腔交握方式的设计，其至少包括一初阶交握共振单元，该初阶交握共振单元设置于该栅门式滤波器外侧的输入端，用以接收一讯号后加以滤波；至少一个一中间耦合单元，该中间耦合单元设置于该栅门式滤波器中，并平行连接于该初阶交握共振单元，该中间耦合单元用以滤除该讯号中的杂讯；以及一末阶交握共振单元，该末阶交握共振单元设置于该栅门式滤波器外侧的输出端并连接该中间耦合单元，用以接收该讯号后加以滤波并传送至输出端。
本实用新型的目的及解决其技术问题还可以采用以下的技术措施来进一步实现。
前述的栅门式滤波器，其中所述的初阶交握共振单元及末阶交握共振单元，是以工作频率的四分之一波长传输线，并设计成至少具有一个一四分之一波长共振腔的交握方式，以产生电磁共振耦合的目的。
前述的栅门式滤波器，其中所述的初阶交握共振单元及末阶交握共振单元，更具有向外延伸的传输线，分别构成该电路的输入端及输出端。
前述的栅门式滤波器，其中所述的中间耦合单元，是以工作频率的四分之一波长传输线，并设计成至少具有一个一四分之一波长的共振腔，以产生电磁共振耦合的目的。
前述的栅门式滤波器，其中所述的传输线可为微带线、带状线，以及一切具有信号传输功能的介质线。
本实用新型与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上技术方案可知，为了达到前述实用新型目的，本实用新型的主要技术内容如下本实用新型提出一种栅门式滤波器，该栅门式滤波器可应用于卫星降频器中无线射频电路的镜像滤波器，其特征是以工作频率的四分之一波长传输线及复数个共振腔交握方式的设计，形成如栅门式共平面架构的电路布局，利用四分之一波长传输线及共振腔的电磁共振耦合作用，达到滤波的目的。因在馈入端采用共振腔交握的电路设计，故有较好的输入匹配(input matching)，以及较低的插入损失，可使得该滤波器在特定的工作频率下，达到较低的通带损失，同时可以滤除较近的旁波带并缩小相邻频道间的防护带，产生较为陡峭的衰减，使得品质因数提高，因而具有极佳的外频抑制能力，使频率使用的情形更有效率，而适用于镜像滤波。
又因其是以规则的栅门式电路布局结构设计，均为共平面架构，且不需再额外接地，因此使得制程非常容易，而具有产业上的广泛利用价值。同时，若需将该栅门式滤波器设计成高阶带通滤波器时，仅需将相同的电路部份复制邻接，因此设计非常容易，且因电路的对称，可以减少设计模拟的时间，且能在特定工作频波通带产生更多的极点，使得通带的平坦度提高，进而可达到较佳的滤波效果。
因此，与现有传统的印刷电路微带线滤波器(Printed Microstripfilter)，如指叉式滤波器(Interdigital filter)、边缘耦合式微带线滤波器(Edge coupled Microstrip)、发夹式带通滤波器(Hairpin filter)……等相比较，本实用新型栅门式滤波器至少具有下列优点1、本实用新型栅门式滤波器，其电路布局对称设计，使得电路设计模拟时间减少，且应用该电路对称方式设计高阶的带通滤波器(大于3阶)相当容易。
2、本实用新型栅门式滤波器，其馈入端采用共振腔交握方式，故有较好的输入匹配，及较低的传输损失，可达到高选择性及低插入损失的高效率的滤波效果。
3、本实用新型栅门式滤波器，能使频波通带产生较多的极点与零点，使得通带平坦度提高，且同时可滤除较近的旁波带并缩小相邻频道间的防护带，产生较为陡峭的衰减，而可达到较高的品质因数。
4、本实用新型栅门式滤波器，因具有较高的品质因数，可滤除较近的旁波带并缩小相邻频道间的防护带，使频率使用的情形更有效率，而适用于镜像滤波。
5、本实用新型栅门式滤波器，不需额外接地，且为共平面架构，故制程相当容易，并可降低制作的成本。
综上所述，本实用新型创新结构的栅门式滤波器，是以工作频率的四分之一波长传输线及复数个共振腔交握方式所设计，包括有交握共振单元与中间耦合单元所形成如栅门式共平面架构的电路布局，并利用四分之一波长传输线及共振腔的电磁共振耦合作用，达到滤波的目的。其具有上述诸多的优点及实用价值，并在同类产品中未见有类似的结构设计公开发表或使用而确属创新，其不论在结构上或功能上皆有较大的改进，在技术上有较大的进步，并产生了好用及实用的效果，且较现有的滤波器具有增进的多项功效，从而更加适于实用，而具有产业的广泛利用价值，诚为一新颖、进步、实用的新设计。
上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
图1是本实用新型较佳实施例的3阶栅门式滤波器电路布局示意图。
图2A是本实用新型较佳实施例的3阶栅门式滤波器的等效电路(1)的电路图。
图2B是本实用新型较佳实施例的3阶栅门式滤波器的等效电路(2)的电路图。
图2C是本实用新型较佳实施例的3阶栅门式滤波器的等效电路(3)的电路图。
图3是本实用新型的特定工作频率领域下的频率响应图。
图4是本实用新型另一较佳实施例的4阶栅门式滤波器电路布局示意图。
10初阶交握共振单元11干字形传输线12ㄇ字形传输线共振腔特性阻抗 13ㄇ字形传输线共振腔特性阻抗20末阶交握共振单元21干字形传输线22ㄇ字形传输线共振腔特性阻抗 23ㄇ字形传输线共振腔特性阻抗30中间耦合单元31十字形传输线32ㄇ字形传输线共振腔特性阻抗 33ㄇ字形传输线共振腔特性阻抗40中间耦合单元41十字形传输线42ㄇ字形传输线共振腔特性阻抗 43ㄇ字形传输线共振腔特性阻抗50Ω传输线C101～C313电容元件
L1～L6电感元件具体实施方式
为更进一步阐述本实用新型为达成预定实用新型目的所采取的技术手段及功效，
以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型提出的栅门式滤波器其具体实施方式
、结构、特征及其功效，详细说明如后。
请参阅图1所示，是本实用新型一较佳实施例的3阶栅门式滤波器电路布局示意图，首先就其电路布局作说明。本实用新型栅门式滤波器，其至少包括有初阶交握共振单元10及末阶交握共振单元20，是分别设置于共平面架构的电路布局最外侧的输出及输入两端，其是以两个“ㄇ”字形传输线12、13交握于一“干”字形传输线11，以及两个“ㄇ”字形传输线共振腔22、23交握于一“干”字形传输线21所构成，在该交握处是以工作频率的四分之一波长传输线设计而构成两个共振腔交握方式，以利用交握的共振腔产生电磁共振耦合效应，而特性阻抗50Ω传输线14、24则分别为其输入埠与输出埠；又在两端的该初阶交握共振单元10与该末阶交握共振单元20的中间，再邻接一中间耦合单元30，是以两个“ㄇ”字形传输线32、33对向连接一个近似工作频率的二分之一波长的“十”字形传输线31所构成，且恰平行邻接于该“ㄇ”字形传输线共振腔12、13及该“ㄇ”字形传输线共振腔22、23旁，并在该邻接处是以近似工作频率的四分之一波长耦合，以产生电磁共振耦合效应。
请参阅图2A至图2C所示，是本实用新型较佳实施例的3阶栅门式滤波器的等效电路(1)的电路图。如图2A及图2C所示，分别为3阶栅门式滤波器中的初阶交握共振单元10及末阶交握共振单元20的等效电路，其π形电容网路C101、C102、C103，C104、C105、C106，C207、C208、C209及C210、C211、C212与电容元件C109、C110、C205及C206，分别为该“干”字形传输线11、21与该“ㄇ”字形传输线共振腔12、13、22、23相互耦合的等效电路，而电感元件L1、L2，L5及L6与电容元件C107、C108、C203及C204组成的串联共振电路与电容元件C111、C112、C201及C202，分别为该“ㄇ”字形传输线共振腔12、13、22、23共振的等效电路。
请再参阅图2B所示，是3阶栅门式滤波器的中间耦合单元30的等效电路图，其π形电容网路C301、C302、C303，C304、C305、C306，C308、C309、C310及C311、C312、C313分别为该“ㄇ”字形传输线共振腔12、13、22及23与该“ㄇ”字形传输线共振腔32、33相互耦合的等效电路，而电感元件L3及L4与电容元件C307为该“十”字形传输线31的等效电路。
因此，以上述的四分之一波长传输线及共振腔交握方式设计的栅门式滤波器，因该初阶交握共振单元10及末阶交握共振单元20中的传输线，及该中间耦合单元30的传输线所产生的电磁共振耦合效应，故可使该栅门式滤波器在特定工作频率点产生极点及零点，而具有极佳的外频抑制效果，请配合参阅图3所示，是本实用新型的特定工作频率领域下的频率响应图，即该栅门式滤波器操作于特定工作频率下，由输入端及输出端所量测到的插入损失及反射损失(return loss)在频率领域下所呈现的相对关系。因其在电路馈入端具有复数个交握的共振腔，可产生较佳的电磁耦合，因此可达到较佳的输入匹配及较低的插入损失的特点，且能使频波通带与旁波带产生较多的极点与零点，使得通带平坦度提高，且同时可滤除较近的旁波带并缩小相邻频道间的防护带，产生较为陡峭的衰减，而可达到较高的品质因数，因而具有极佳的外频抑制能力，使频率使用的情形更有效率，而适用于镜像滤波。
又因为该栅门式滤波器的电路布局是为共平面架构，且不需额外接地线，因此制程相当容易，且电路布局的对称设计，可以使得设计模拟时间减少，且在设计成高阶的滤波器时，仅需将该中间耦合单元30复制并平行邻接，请配合参阅图4所示，是本实用新型另一较佳实施例的4阶栅门式滤波器电路布局图，即利用前述的电路设计原理，在原本3阶栅门式滤波器中的该中间耦合单元30旁平行邻接一中间耦合单元40，而构成一4阶栅门式滤波器，因此可轻易达成设计高阶带通滤波器的目的。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上的实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。
权利要求1.一种栅门式滤波器，是以工作频率的四分之一波长传输线及复数个共振腔交握方式的设计，其特征在于其至少包括一初阶交握共振单元，该初阶交握共振单元设置于该栅门式滤波器外侧的输入端，用以接收一讯号后加以滤波；至少一个一中间耦合单元，该中间耦合单元设置于该栅门式滤波器中，并平行连接于该初阶交握共振单元，该中间耦合单元用以滤除该讯号中的杂讯；以及一末阶交握共振单元，该末阶交握共振单元设置于该栅门式滤波器外侧的输出端并连接该中间耦合单元，用以接收该讯号后加以滤波并传送至输出端。
2.根据权利要求1所述的栅门式滤波器，其特征在于其中所述的初阶交握共振单元及末阶交握共振单元，是以工作频率的四分之一波长传输线，并设计成至少具有一个一四分之一波长共振腔的交握方式，以产生电磁共振耦合的目的。
3.根据权利要求1所述的栅门式滤波器，其特征在于其中所述的初阶交握共振单元及末阶交握共振单元，更具有向外延伸的传输线，分别构成该电路的输入端及输出端。
4.根据权利要求1所述的栅门式滤波器，其特征在于其中所述的中间耦合单元，是以工作频率的四分之一波长传输线，并设计成至少具有一个一四分之一波长的共振腔，以产生电磁共振耦合的目的。
5.根据权利要求1所述的栅门式滤波器，其特征在于其中所述的传输线可为微带线、带状线，以及一切具有信号传输功能的介质线。
专利摘要本实用新型是关于一种栅门式滤波器，其至少包括一初阶交握共振单元，该初阶交握共振单元设于栅门式滤波器外侧输入端，用以接收一讯号后加以滤波；至少一个一中间耦合单元，设于栅门式滤波器中，并平行连接于初阶交握共振单元，中间耦合单元用以滤除讯号中的杂讯；以及一末阶交握共振单元，设于栅门式滤波器外侧输出端并连接中间耦合单元，用以接收讯号后加以滤波并传送至输出端。该滤波器以工作频率的四分之一波长传输线及复数个共振腔交握方式所设计，包括交握共振单元与中间耦合单元所形成如栅门式共平面架构的电路布局，并利用四分之一波长传输线及共振腔的电磁共振耦合作用，达到滤波的目的。
文档编号H01P1/205GK2749064SQ200420093130
公开日2005年12月28日 申请日期2004年9月8日 优先权日2004年9月8日
发明者柯庆来 申请人:百一电子股份有限公司