TW530454B - Multi-layered band separator having parasitic grounding capacitance - Google Patents

Description

530454 五、發明說明（l) 發明背景 本發明係一種用於無線通訊之渡波元件（f i 11 e r i n g device used in wireless communication)，尤其是一種 多層式頻帶分隔器（multilayer band separator)，其使 用傳輸線當電感，並利用寄生接地電容減短接地傳輸線長 度以達縮小化目的，此具有接近高通濾波器特性，因此有 較小的***損耗。 在無線通訊（wireless communication)中，多頻操作 已是無可避免的方式。在目前的無線通訊系統中，要設計 一個雙頻濾波器（即雙工器（duplexer)或頻帶區隔器（band separator)，一般而言考慮的主要因素有（1)差入損耗 (insertion loss)，（2)區隔帶寬（guard band) ; (3)絕緣 度（isolation) ; (4)外頻（outband)抑制度（rejection)。 當區隔帶很寬’又要求較佳差入損耗與絕緣度時，利用低 通濾波器（lowpass filter)與高通濾波器（highpass fi Iter)之組合較合適。當區隔帶很寬，又要求較佳差入 損耗而不在乎絕緣度及其頻寬時，利用兩個帶拒遽波器 (bandstop filter)之組合較為適合。當著重於要求尺 寸、外頻抑制度時，利用兩個帶通濾波器（bandpass filter)或一帶通加一帶拒之組合較為合適。當區隔帶很 窄且要求較佳差入損耗時，利用帶拒濾波器（bandst〇p filter)與高通濾波器（highpass fUter)之組合較為合適 。例如，在台灣GSM90 0與DCS1 800之雙頻濾波器應用或在 美國MPS9 0 0與PCS1 900之雙頻濾波器應用中，區隔帶很寬

530454 五、發明說明（2) ’且要求較低差入損耗，因此適合採用低通濾波器與高通 濾波器之組合或利用兩個帶拒濾波器之組合較為合適。 第1圖係一傳統上用於GSM/DCS雙頻手機中由二帶拒滤波器 組合之多層式頻率分隔器（multilayered frequency separator)。在第1圖中，二帶拒濾波器Notch 1、Notch

2分別包括一電容器與一電感器之並聯（shunt)組合。如第 1圖所示，當信號T1輸入時，由於LC參數值的不同，而使 該濾波器分別在頻率f 1 =900MHz輸出信號T3而在頻率 f2 = 1 800或1 90 0 MHz輸出信號Τ2，其輸出之雙頻輸出信號 係示於第2圖中。由於GSM/DCS雙頻手機對於絕緣寬度U (isolation bandwidth)在2OdB的要求標準為佔整個頻寬 的ίο%以上，因此，這類電路往往無法滿足GSM/DCS雙頻手 機對絕緣寬度的要求。據此，參考第3圖，在Tai et al. 所提供之美國專利號5, 880, 649中，提供一改進電路。在 第3圖中，除包括二帶拒濾波器外，尚包括一電容器構成 之低通濾波器及一LC並聯構成之高通濾波器。如第3圖所 示菖仏號T11为別經過二帶拒濾波器N 〇 t c h 3、N 〇 t c h 4，及相對應之低通濾波器及高通濾波器而分別在頻率 Π = 900ΜΗζ產生輸出信號T33及在頻率f2 = 18〇〇或19〇〇 MHz

產生輸出信號T2_2，其輸出之雙頻輸出信號係示於第4圖 :。如第4圖所示，此電路佈局能使2〇dB處的頻寬加大以 符合系統要求，但須増加一級濾波器以致電路變的較 雜，因而進一步增加製造成本。 有鑑於此，本發明之一目的係提供一具有寄生接地電

530454 五、發明說明（3) S i:f ϊ ί分隔器，其使用接地傳輸線當電感，並利 減短接地傳輸線長度以達縮小化目地，且 =近高通遽波器，所以有較小的***損耗。 、本發月之另一目的係提供一具有寄生接地電容之多層 2):分，广其將低通遽波器之衰減極點(attenuate = ^4：击：路極點（〇Peil-CirCUit P〇le)，並與低通濾波 ^ μ* π ffl β效應以在高頻埠的低頻部份產生一衰減極點， 如此不用〜加濾波器階數即能得到較高抑制效果。 51 提供一具有寄生接地電容之多層式頻帶分隔 =吏：寄生電容與傳輸線而使本發明具有較小的插人 CSS抑制效果。該具有寄生接地電容之多層式頻 帶刀^器匕括一準高通濾波器（quasi_highpass fiUer) 、一半集總式低通漉波器（semi_lumped 1〇wpass fUter) 及一相位移器（phase shifter)。該準高通濾波器包括一 連接輸入信號之第S電容器、—其一端連接該第一電容写 而另一端接地之第四電容器、一其一端接地而另—端連接 該第三電容器及該第四電容器交接點之電感性元件及一苴 一端連接該第三、該第四雷交哭+ 4 _ 、 $ m @ 該電感性7°件交接點而 另一鈿連接一第二輸出端以產生一高頻輸出信號之 容器。該相移位器係-連接至輸入信號之傳輸線元件。該 半集總式低通渡波器包括一其一端連接該相位移位^ = 接輸入信號之一端而另一端連接一第一輸出端以產^一 頻輸出信號之阻抗性元件及一跨接在該阻抗性笛 一電容器。 叶上之第 0356-6123TWF ； 890092 ； SUE.ptd 第7頁 530454

上述該電感性元件及該阻抗性元件係以傳輸線 (transmission line)方式來配置，使得本發明表現出近 似（quasi)高通濾波器之特性因而具有較小的***損耗。 同時，該相位移器也以傳輸線（transmissi〇n 方式 來配置，使得本發明可將該半集總式低通濾波器之衰^極 點轉成開路極點，且兩者之串接可在高頻埠的低頻部份產 生一衰減極點，如此即可在不增加濾波器階數的狀況下得 到較高的抑制效果並增加絕緣寬度（丨s〇 1 a t丨〇n bandwidth) 〇 圖示之簡單說明 為讓本發明之上述及其它目的、特徵、與優點能更顯 而易見，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細 說明如下： 第1圖係一傳統多層式頻帶分隔器； 第2圖係一第1圖之電路響應（circuit resp〇nse)之特 性曲線（characteristics)圖； 第3圖係另一傳統多層式頻帶分隔器； 第4圖係一第3圖之電路響應（circuit response)之特 性曲線（characteristics)圖； 第5圖係一本發明具有寄生接地電容之多層式頻帶分 隔器； 第6圖係一第3圖之電路響應（circuit response)之特 性曲線（characteristics)圖;及 第7(a)-7(h)圖係一第3圖之電路佈局示意圖。

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較佳實施例之詳細說明 ^ 參考第5圖，係本發明具有寄生接地電容之多層式頻 帶分，器。為便於說明起見，以一雙頻帶分隔器為例，然 而本範例僅用以說明而非用以限制。在第5圖中，該具有 寄生接地電容之多層式頻帶分隔器包括一準高通濾波器 (qUasi-highPass filter) QHF、一半集總式低通濾波器 (semi - lumped l〇wpass filter) SLF 及一相位移器（phase shifter) L11。如第5圖所示，該準高通濾波器包括一連 ，，入信號Ant之第三電容器C33、一其一端連接該第三電 容器C3 3而另一端接地之第四電容器C44、一其一端接地而 另一端連接該第二電容器C33及該第四電容器^4交接點p3 之電感性兀件L3 3及一其一端連接該第三、該第四電容器 C3 3、C44及該電感性元件L33交接點p3而另一端連接一 二輸出端DCS以產生一高頻輸出信號之第二電容器[22。該 相移位器LI 1係一連接至輪入信號之傳輸線元件。該隼κ 總式低通濾、波IISLF包括—其—端連接該相位移位器lu、 ΐί輸一端P1而另一端連接一第一輸出端GSM以 產生一低頻輸出信號之阻抗性元件L22及一 性元件L22上之第-電容器⑴。 阻抗 該準高通濾波器使用接地傳輸線作為電感性元件U ，並利用寄生接地電容C44減短接地傳輸線長度以達縮 化目的’由於電路響應特性接近高通滤波器，因此且 1、的插人損耗⑽insertiQn lQSS)(附件A)。該相位車又 裔L1 1將該半集總式低通濾波器SLF之衰減極點

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(attenuation pole)在輸入端Ant轉成開路極點（附件a)， 並與該半集總式低通濾波器SLF產生串接效應，藉以在高 頻響應曲線的低頻部份產生一衰減極點，使得本9發明不^貝 增加任何濾波器階數即能得到較高抑制效果並增加絕緣^ 度（isolation bandwidth)。該半集總式低通濾波-SLF， 在低頻操作時的***損耗丨S11 |及高頻操作時的***損 耗I S21 |在本發明係隨電容C11之線性頻率響應以而變、 (附件B )，以得到如第6圖所示之最佳抑制度。 第7(a)-7(h)圖係第5圖之線路佈局（iay0ut)示意圖。 如第7(a)圖所示，佈局C11及L11並在黑點標示處預^通孔 (via)以串接各層使用’此通孔也是第5圖中之接點pi 。如第7(b)圖所示，僅佈局C11以與上述C11配合產生所需 去除電容器（discrete capacitor)。如第7(c)圖所示，佈 局一保護性接地層，用以隔離隨後在第7 ( d)圖中佈局之 L22 ’並與C11產生並聯效果。同樣地，在第7(e)圖中，也 使用一保護性接地層，用以隔離隨後在第7 ( f )圖中佈局之 C22、C33，並與之產生並聯效果，其中，C22、C33間須保 持一適當距離。如第7(g)圖所示，佈局L33、C22及C33， 以形成並聯電路，其中，在C22及C 33間未有間距，如此與 第7(f)圖中之C2 2及C3 3作用可產生如第7(g)圖所示之寄生 電容C44。最後，將各信號輸出入端，包括輸入信號Ant 端、高頻輸出端DCS、低頻輸出端GSM及接地端GND，佈局 成如第7(h)圖所示之位置，如此便完成第5圖中電路之線 路佈局。

0356-6123TW ； 890092 ； SUE.ptd 第10頁 530454 五、發明說明（7) 雖然本發明已以一些較佳實施例揭露如上，然其並非 用以限定本發明’任何熟知此技術之人士，在不脫離本發 明之精神及範圍内，當可做更動與潤飾，因此本發明之保 護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 ❿

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Claims (1)

1. 530454 六、申請專利範圍 1· 一種具有寄生接地電容之多層式頻帶分隔器，其至 少具有一高頻信號及一低頻信號之操作頻帶分隔之能， 該多層式頻帶分隔器包括： 一準咼通濾波器（quasi - highpass filter)，具有形 成十子排列（cross shaped)之三電容元件及一接地電感元 件之配置，用以作為該高頻信號輸出路徑（passage)，"其 中一電容元件係利用其它二電容元件形成之寄生接地電容 一相位移器（phase shifter)，與該準高通濾波器並 聯’用以提供該低頻信號輸出路徑；及

   一半集總式低通濾波器（semi — lumped filter) ’串接該相位移器，用以在不増加濾波器階數下 即得到車父南的外頻抑制度（〇utband reject i〇n)。 ▲ 2二如申請專利範圍第丨項之多層式頻帶分隔器，其中 i Ϊ三電容元件及一接地電感元件之配置係為一連接輸J 仏號之第三電容器、一豆一端連接該宽— 接地之第四電容器、…另一* ，、鈿接地而另一端連接該第三ί 合^及忒第四電各器交接點之電感性元

   接-第-浐*诚、t器該電感性牛交接點而另-端$ 接第一 f出鳊从產生一高頻輸出信號之第二電容器。 3·如申請專利範圍第1項之多層式頻帶分隔器/盆中 ，該4相！ t!係一連接至輸入信號之傳輸線元件， ，該半隼第1項之多層式頻帶分隔器，其中 丰集、”式低通遽波器包括—其—端連接該相位移位ι

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   未連接輸入信號之一被二口 一低頻铨中另一端連接一第一輸出端以產生 1&*頻輸出 >[吕號之p且於^^ 之第一電容器。 柷陘70件及一跨接在該阻抗性元件上 5·如申明專利範圍第丨項之多層式頻帶分隔器，其中 該低頻信號之操作頻帶係為900MHz。 > 6二如申明專利範圍第上項之多層式頻帶分隔器，其中 該高頻信號之操作頻帶係為1 80 0 MHz。 7二如申請專利範圍第1項之多層式頻帶分隔器，其中 該局頻信號之操作頻帶係為19〇〇MHz。

   第13頁 0356-6123TWF ； 890092 ； SUE.ptd