匯入式耦合

利用匯入式耦合其實跟耦合線耦合一樣，從規格得到的理想響應跟理想耦合矩陣均相 同，因此不必完全重新設計匯入式耦合的濾波器。一開始保留中間四個諧振器的大小、間 距以確保耦合的強弱跟相性。當然能量改用匯入的方式勢必會造成變動，所以等到決定匯 入式耦合的高度之後仍需要微調電路。除此之外匯入式耦合濾波器會比耦合線耦合濾波器 多一個傳輸零點，不論高頻或低頻濾波器多出來的傳輸零點都發生在高頻的地方。

為了讓耦合線耦合跟匯入式耦合有相同的耦合量，因此要設計讓兩者的 Qext 一樣。首 先先從之前已經設計好的低頻濾波器，將除了第一諧振腔以外的部份去除掉如圖 4-22(a) 所示，改成匯入式耦合如圖 4-22(b)所示。

(a) (b)

圖 4- 22 量測外部品質因數的電路圖

在 Sonnet 模擬得到 S11 的資料(xxx.s1p)，然後將資料放到 ADS 裡面模擬如圖 4-23 所示。

MSUB MSub1

Rough=0 mil TanD=0 T=0.7 mil Hu=3.9e+034 mil Cond=1.0E+50 Mur=1 Er=3.6 H=20 mil

MSub S_Param

SP1

Step=0.001 GHz Stop=2.8 GHz Start=2.4 GHz

S-PARAMETERS

MLIN TL2 L=-74 mil {t}

W=43 mil Subst="MSub1"

MLIN TL1 L=-109 mil {-t}

W=43 mil Subst="MSub1"

Term Term2 Z=50 Ohm Num=2

Term Term1 Z=50 Ohm Num=1

2.45 2.50 2.55 2.60 2.65 2.70 2.75

2.40 2.80

-100

freq, GHz

phase(S(1,1)) m5freq=

delay(1,1)=2.856E-92.588GHz m6freq=

phase(S(1,1))=-0.1022.588GHz

m9freq=

phase(S(1,1))=90.2242.483GHz m10freq=

phase(S(1,1))=-90.3462.690GHz

圖 4- 24 group delay 跟 S11 的相位

利用找 Qext方法決定了匯入點的位置後，開始模擬整個濾波器電路。比照之前設計電 路的方式，所設計出來低頻部份的濾波器其電路如下圖 4-25 所示：

圖 4- 25 低頻部份的濾波器電路

其在 Sonnet 模擬結果如圖 4-26 所示：

2 2.5 3 3.5

-100 -80 -60 -40 -20 0 20

freq (GHz)

|S 11|,|S 21| (dB)

S₁₁ S₂₁

圖 4- 26 低頻部份濾波器的模擬結果 -3dB 的頻率分別為：2.482GHz 及 2.731GHz，

3dB 頻寬為：0.249GHz，中心頻率為：2.6065GHz

高頻部份的濾波器電路如圖 4-27 所示：

圖 4- 27 高頻部份的濾波器電路 其電路模擬結果如下圖 4-28 所示：

3 3.2 3.4 3.6 3.8 4 4.2

-80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10

freq (GHz)

|S 11|,|S 21| (dB)

S11

S₂₁

圖 4- 28 高頻部份濾波器的模擬結果 -3dB 的頻率分別為：3.358GHz 及 3.616GHz，

3dB 頻寬為：0.258GHz，中心頻率為：3.487GHz

雙工器整體電路為圖 4-29，其模擬結果與個別濾波器模擬響應比較如圖 4-30 所示。

2 2.5 3 3.5 4

-100 -80 -60 -40 -20 0 20

freq (GHz)

Response(dB)

雙工器S₁₃ 雙工器S₂₃ 雙工器S₃₃ BOX1S₁₁ BOX1S₂₁ BOX2S₁₁ BOX2S₂₁

圖 4- 30 雙工器整體模擬結果與個別濾波器模擬比較 圖 4- 29 雙工器其整體電路圖

由圖 4-30 觀察到在匯入式耦合情況下雙工器的響應跟個別濾波器響應相差接近，表示 這種利用 junction 將兩個濾波器結合成一個頻率雙工器的方法可以保留原來個別濾波器 的響應，換句話說可以先設計出兩個濾波器後在以此設計頻率雙工器。這邊要注意的地方 是雙工器響應 S13與 S23在頻率 3.89GHz 的地方有個突起，這和個別濾波器的響應不符。探 究其問題是在於模擬軟體 Sonnet 有 box resonance，剛好在匯入式耦合的雙工器模擬情況 下有此問題出現，在實際電路上是不會有這種響應發生。

由 4.5 跟 4.6 兩節模擬結果參考