4-1 章節介紹
本章節這次要做的設計就是延續前一章的設計，再次增加一個通道來給電路 使用，形成一個四通道多工器，進一步提供使用者多一項選擇來應用。但因為通 帶數目的增加，共振線所能提供的耦合量有限，之前章節的板材採用的是薄板，
薄板的耦合量限制的因素在於因為板材正面的微帶線金屬電路距離板材背面的接 地金屬面過近，導致電磁波的耦合能量會往接地面的方向去傳遞，假如我們要設 計的是耦合共振器帶通濾波器，這樣一來耦合的能量就無法完全傳遞給下一個共 振器，會直接導過去接地面，能設計的頻寬就無法很大。因此我們在本章改利用 厚板來應用，設計一個多工器，一樣利用混合耦合饋入和直接饋入的方式，使單 一共振線可以耦合多頻帶的共振線，再利用適當的電路佈局，使空間應用的效率 更好。
4-2 利用厚板材及混合耦合饋入與直接饋入設計 A 型四通 道多工器
4-2-1 設計規格與設計過程
在 A 型四通道多工器電路中，我所設計的是一個四通帶的多工器，由一段半 波長主共振器和一段共振器組成，並且更換電路板材，以下是我所設計的規格：
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g3=1，然後經由[5]中的理外部品質因數公式我們可以得到 f1和 f2和f3和f4分別在輸 入端和輸出端所算出的理論值為：
理論 Qe1(f1)=FBWg0g1=15.71 (4.1)
理論 Qe2(f1)=FBWg2g3=15.71 (4.2)
理論 Qe1(f2)=FBWg0g1=15.71 (4.3)
理論 Qe2(f2)=FBWg2g3=15.71 (4.4)
理論 Qe1(f3)=FBWg0g1=15.71 (4.5)
理論 Qe2(f3)=FBWg2g3=15.71 (4.6)
理論 Qe1(f4)=FBWg0g1=15.71 (4.7)
理論 Qe2(f4)=FBWg2g3=15.71 (4.8)
再來我們還要利用[5]中的理論耦合係數公式去計算 f1和 f2和f3和f4在各個共振 器之間的理論值，我們得到：
理論M12(f1)=FBW
√g1g2=0.064 (4.9)
理論M12(f2)=FBW
√g1g2=0.064 (4.10)
理論M12(f3)=FBW
√g1g2=0.064 (4.11)
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(圖 4-1) A 型四通道多工器之架構
4-2-3 電路佈局微調心路歷程
在微調過程中，我們設計的頻寬維持在 9%，然後因為電路容納了四個通帶，
為了縮小電路面積，各通帶的佈局位置變得比較靠近，因此彼此互相干擾的程度 會很大，通帶與通帶之間的響應干擾會很靈敏，有時後一個通帶調好了，去調整 下一個通帶的饋入位置時又會影響原本上一個通帶微調好的響應。因為這已經進 入微調階段了，所以有很多因素會影響。另外我也發現如果一開始要解決通帶頻 偏的問題時，不管是偏低頻或是偏高頻，調整共振線總長度絕對是一個很有用的 招式，當你在調整長度的時候，建議先從 0.1 mm 開始微調，因為這樣的改變就會 很明顯了，如果一次動的範圍太大，會看不出響應的趨勢是好還是壞，無法提供
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33 4-9)可知道 1.5 GHz、2.1 GHz、2.6 GHz、3.4 GHz 四個通帶分別測得的比例頻寬依 序是 7.38%、2.91%、5.07%、3.5%，從結果我們可以得知，量測的頻寬除了第一
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測比例頻寬達不到設計標準的現象。
接著如(圖 4-10)顯示的是各通帶之間的隔離度，從圖中可知，在各通帶的附近，
隔離度都有壓在-20 dB 以下，由於各個輸出端的佈局都沒有距離過近的問題，所 以響應呈現不錯的趨勢。
最後(圖 4-11)呈現的是實作的電路板材成品。
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(圖 4-3) 薄板與厚板饋入線的線寬比較圖
(圖 4-4) A 型四通道多工器全波模擬與量測比較圖
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(圖 4-5) A 型四通道多工器_第一通帶
(圖 4-6) A 型四通道多工器_第二通帶
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(圖 4-7) A 型四通道多工器_第三通帶
(圖 4-8) A 型四通道多工器_第四通帶
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(圖 4-9) A 型四通道多工器_頻寬量測
(圖 4-10) A 型四通道多工器_隔離度
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(圖 4-11) A 型四通道多工器電路製成
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第五章 利用匹配電路設計多通道帶通濾波器
5-1 章節介紹
本章節要做的設計改變是除了利用原本混合直接饋入與耦合饋入式的耦合共 振濾波器之外，要再利用匹配電路的設計額外增加一個混合直接饋入與耦合饋入 的耦合共振濾波器架構，去增加設計一個帶通濾波器或是雙工器，進而可以多增 加訊號通道使用，頻寬的設計上也可以適當調整，形成一個三工器或是四通道多 工器。目的是要解決當設計成多通道濾波器時因為耦合空間不足而無法微調出好 的頻率響應的情況下所做的替代方案。所以後續的小節將介紹利用厚板設計的新 型三工器與四通道多工器之匹配電路設計。
5-2 利用匹配電路與混合耦合與直接饋入設計 B 型三工器
5-2-1 設計規格與設計過程
這一章的重點是在於匹配電路設計，我們將利用傳統分支線來設計匹配電路，
此 B 型三工器之等效電路如(圖 5-1)，在(圖 5-1)二段 50 歐姆(L1，L2)來達成下 列匹配電路的條件。
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(圖 5-1) B 型三工器之等效電路圖
我們利用 L1 與 L2 去滿足不同通道開路的條件，因此在設計的過程中為求到 最佳化，頻率的設計位置需要多加考量。
在 B 型三工器的電路中，我所設計的是一個三工帶通濾波器，由二段 50 歐姆傳輸 線以及二段半波長主共振器和四段半波長共振器組成，並且更換電路板材為厚板，
以下是我所設計的規格：
頻帶規格：
操作頻率(f1)=1.5 GHz；比例頻寬=5%
；二階巴特渥斯響應
操作頻率(f2)=1.7GHz；比例頻寬=5%
；二階巴特渥斯響應
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M12=fp2
2 −fp12
fp22 +fp12 =0.035 (5.16)
等我們初步的設計好雙工器和帶通濾波器二個電路的佈局之後，我們開始要 設計二電路之間的匹配長度。首先，我們先給雙工器去設計一個阻抗匹配的電路，
可以發現因為我們要使 f3(2.6 GHz)在開路的情況下發生，就必須要設計一段長度，
可以讓 f3 的訊號無法通過雙工器，達到我們的目的，我們可以在從史密斯圖中找 到接近開路點的頻率約為 2.74 GHz，線段長度約為 49.9 mm。
接著，給帶通濾波器去設計一個阻抗匹配的電路，可以發現因為我們要使 (f1+f2)/2 在開路的情況下發生，就必須要設計一段長度，可以讓(f1+f2)/2 的訊號過 不去帶通濾波器，達到我們的目的，我們可以在從史密斯圖中找到接近開路點的 頻率約為 1.581 GHz，線段長度約為 25.1 mm。
最後，我們把所有測試完的共振線全部整合再一起，等效電路如(圖 5-2)，去 看頻率響應的結果是否有明顯的通帶呈現出來，然後開始進行微調的階段。
(圖 5-2) B 型三工器之架構
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(圖 5-4) B型三工器全波模擬與量測比較圖
(圖 5-5) B型三工器_第一通帶
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(圖 5-6) B型三工器_第二通帶
(圖 5-7) B型三工器_第三通帶
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(圖 5-8) B型三工器_頻寬量測
(圖 5-9) B型三工器_隔離度
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(圖 5-10) B 型三工器電路製成
5-3 利用匹配電路與混合耦合與直接饋入設計 B 型四通道 多工器
5-3-1 設計規格與設計過程
這一章的重點是在於匹配電路設計，我們將利用傳統分支線來設計匹配電路，
此 B 型四通道多工器之等效電路如(圖 5-11)，在(圖 5-11)中二段 50 歐姆(L1，L2) 來達成下列匹配電路的條件。
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(圖 5-11) B 型四通道多工器之等效電路
我們利用 L1 和 L2 去滿足不同通道開路的條件，因此在設計的過程中為求到 最佳化，頻率的設計位置需要多加考量。
在 B 型四通道多工器的電路中，我所設計的是一個四工帶通濾波器，由二段 50 歐 姆傳輸線以及二段半波長主共振器和六段半波長共振器組成，並且更換電路板材 為厚板，以下是我所設計的規格：
頻帶規格：
操作頻率(f1)=1.5 GHz；比例頻寬=5%
；二階巴特渥斯響應
操作頻率(f2)=1.7 GHz；比例頻寬=5%
；二階巴特渥斯響應
操作頻率(f3)=2.6 GHz；比例頻寬=5%
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(f1+f2)/2 在開路的情況下發生，就必須要設計一段長度，可以讓(f1+f2)/2 的訊號過 不去第二雙工器，達到我們的目的，我們可以在從史密斯圖中找到接近開路點的 頻率約為 1.581 GHz，線段長度約為 29.5 mm。
最後，我們把所有測試好的共振線全部整合再一起，如(圖 5-12)，去看頻率 響應的結果是否有明顯的通帶呈現出來，然後開始進行微調的階段。
(圖 5-12) B 型四通道多工器之架構
5-3-3 實驗模擬與結果討論
在 B 型四通道多工器電路的實作過程中，我們一樣改用厚板的設計，厚板的 參數在換算系統阻抗 50 歐姆的傳輸線的時候，線寬為 3.4 mm，有利於接頭焊接。
最後我們利用高阻抗的共振線來設計頻寬較大的帶通濾波器，如(圖 5-13) 為 B 型 四通道多工器電路模擬尺寸圖
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1.7 GHz、2.6 GHz、2.9 GHz 四個通帶分別測得的比例頻寬依序是 5.44%、4.79%、
3.52%、2.75%，從結果我們可以得知，量測的頻寬除了第三、第四個通帶沒有接 近設計標準之外，剩下的二個通帶皆有達到。我推測原因應該是雖然這次的設計 使用厚板，可以增加耦合量去達到頻寬的要求，但是因為又多增設了一個通道，
電路的佈局導致場型分配不佳，才會使響應不夠完美。
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(圖 5-14) B 型四通道多工器全波模擬與量測比較圖
(圖 5-15) B 型四通道多工器_第一通帶
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(圖 5-16) B 型四通道多工器_第二通帶
(圖 5-17) B 型四通道多工器_第三通帶
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(圖 5-18) B 型四通道多工器_第四通帶
(圖 5-19) B 型四通道多工器_頻寬量測
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(圖 5-20) B 型四通道多工器_隔離度
(圖 5-21) B 型四通道多工器電路製成
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第六章 結論與未來展望
本論文充分的利用耦合共振器的概念下去設計雙工器、三工器、多工器。設
計的過程中著重於操作頻率的分配，因為要避開倍頻效應以及要考量到四分之波 長短路的效應，才能使通帶的訊號有效的通過。除了中心頻率之外，頻寬的設計 也是本論文一大挑戰，因為要設計多通帶的濾波器，電路的佈局位置和共振線阻 抗大小都會影響耦合量的需求。另外搭配耦合饋入與直接饋入的組合，嘗試著提 高系統整合性，省掉不必要的匹配電路。本論文整個實現流程我覺得最困難的地 方在於微調模擬的階段，首先，我覺得整合電路後的第一個頻率響應是一個很重 要的指標，也就是微調開局的好壞，假如是好的響應，則有助於後續的響應趨勢，再來就是過程中經驗的累積，有時候微調的地方只能動一邊，會發現通帶的響應 一部分好另一部分差，這時候就要做取捨，決定是否該繼續這條路徑下去看響應 趨勢，通常我會繼續下去，直到一個響應達成後再努力微調好另一個響應，有時 候響應彼此之間會互相影響，所以就需要靠著經驗去判斷。總而言之，微調這項 過程，很艱辛也很耗時，我採用投影片比對的方式來當幫助我來判斷趨勢是好是 壞，到了最後，有逐漸微調到好的結果，雖然還不算完美，所以我未來的工作就 是會再繼續透過電路佈局的修改，調出更好的通帶響應，然後再把電路面積進一 步的縮小，以及讓通帶之間的干擾減少，這樣一來能夠在實作上讓量測跟模擬更 微接近、準確。
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文獻參考
[1] D. M. Pozar, Microwave Engineering, 2nd ed. New York: Wiley, 1998, ch8.
[2] 射頻被動元件設計/翁敏航編著,--初版,--台北市：台灣東華
Dig.,June, 2002, pp. 1927−1930.
[7] S. Srisathit, S. Patisang, R. Phromloungsri, S. Bunnjaweht, S. Kosulvit, and M.
Chongcheawchamnan, ‘‘High isolation and compact size microstrip hairpin diplexer,’’
IEEE Microw. Wireless Compon. Lett., vol. 15, no. 2, pp. 101−103, February, 2005.
[8] B. Strassner and K. Chang, ‘‘Wide-band low-loss high-isolation microstrip periodic-stub diplexer for multiple-frequency applications,’’ IEEE Trans. Microw.
[8] B. Strassner and K. Chang, ‘‘Wide-band low-loss high-isolation microstrip periodic-stub diplexer for multiple-frequency applications,’’ IEEE Trans. Microw.