第一章 前言
隨著無線通訊的快速發展，各種通訊系統中的基本元件，如放大器、天線和 濾波器等，不僅規格與響應要達到基本要求，在製作上都朝著小面積和低成本的 方向在進步，尺寸上的優勢以及容易製做的優點逐漸變成另一個微波元件的基本 素求。
在當今無線通訊系統以及行動通訊系統中，濾波器亦扮演著舉足輕重的角色，
尤以平面式濾波器最為重要，應用層面廣泛。因為其較易製作，同時具有尺寸小 而低成本的特性，而平行耦合線或是其交錯耦合的極佳響應，更時常被應用於平 面式濾波器當中[1][2]。設計濾波器時，首先需決定出共振腔結構，因其為濾波 器的ㄧ個基本元素，為了縮小濾波器尺寸，已有許多形式之共振腔結構被改良和 應用，如髮夾式濾波器[3]、摺疊式濾波器[4]，而近期內被廣泛運用的則是步階 阻抗型式的共振腔[5]，因其不僅縮小了濾波器尺寸，更具有將倍頻推遠的特性。
在多頻帶濾波器系統中，頻率多工器(frequency multiplexer)是另一個必要的 元件，它必須具有高隔絕度、小尺寸以及輕巧的特性。在分頻雙工(frequency division duplexing, FDD)收發系統中，又可以再分成全時雙工收發系統(full-duplex T/R system) 、與半時雙工收發系統 (half-duplex T/R system) 。在 傳統單端式 (single-ended)系統中，前者需要一個頻率雙工器(diplexer or duplexer)連結在傳輸 端、發送端與天線之間以產生頻率分離效應，為一個三端的濾波元件。後者則是 一個單刀雙擲(single-ploe double-through, SPDT)開關搭配兩個濾波器構成一個三 端元件連結在傳輸端、發送端與天線之間。縮小其尺寸是一個重要課題，雖然已 有許多濾波器在設計上改變其合成方式為縮小元件尺寸，但這些三端的雙工器都 需要兩個濾波器元件組成[6]。而平衡式元件近年有增加的趨勢，例如，平面式 天線常需要一個平衡式的饋入電路，在半時多工收發系統中，如果配合天線的平 衡式饋入，改成兩個平衡到單端轉換濾波器(balun filter)，則需外加一個雙刀雙擲
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(double-pole double-through, DPDT)開關如圖 1.1 (a)所示。此架構除體積大以外，
其雙刀雙擲開關也非常難以製作。另外，傳統的雙頻濾波器一般由兩個共振腔組 合而成，分別共振在不同的頻段[7]，而後隨著雙模(dual mode or two mode)雙頻 濾波器的發展，現在可使不同的模態共振在同一個共振腔，如 E 型共振腔等[8]， 180 度的移相器(phase shifter)，和魔術-T 混成器(magic-T hybrid)，如圖 1.1(b)，
不僅不需難做的雙刀雙擲開關，並且同時減少一半的濾波器面積，可以有效減少 Phase Shifter (180o)
Magic-T
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此篇論文提供一工字型共振腔，利用偶模與奇模訊號送入時，等效電路之差 異產生不同的諧振頻率，達到雙頻帶的效果。並以耦合矩陣的合成方式為基礎 [11]，用數值解析方法得到此種架構之理想電路的數值解，其中，奇模部分結構 首先被分析以及決定，而偶模部分結構則被用來調整另一頻帶之響應。此分析方 法可有效提供一個設計濾波器的參考依據，最後提出兩個例子證明此分析方法的 正確性。
在[10]所提出的電路架構中，二階濾波器在低頻段(~2GHz)之穿透損耗過高，
且兩頻帶的隔絕度不夠，而三階濾波器則是具有尺寸過大的疑慮，約達到 4 公分 x14 公分的大小。本論文之結構可有效的改善這些缺點，因雙耦合路徑產生的零 點，使得兩個頻帶的隔絕度都有達到-30dB，並且在尺寸上減少了 50%的面積。
本篇論文將在第二章詳述設計此濾波器的基本理論和設計流程，包含奇偶模 訊號的簡介、耦合矩陣應用、以及強耦合線的實現[12]；第三章則利用第二章介 紹之設計方法，求出理論的電路之各項參數，並且利用 ADS 電路模擬軟體進行 驗證；第四章則是將此電路架構實際用電磁模擬軟體校正，並且實作出來；最後 的第五章為本篇論文之結論。
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Input port Output port
11 12 11 12