本章節中我們擬探討最近非常熱門的盒狀耦合架構濾波器原理與特性來實現頻率雙工 器，這種耦合架構最早是由 R. J. Camron[14]所提出，它之所以稱為盒狀耦合架構濾波器 是因諧振腔彼此間耦合路徑為盒狀路徑，因諧振腔彼此間耦合強度一樣，所以諧振腔彼此 間耦合都可視為主耦合，各這有別於傳統濾波器具有主耦合與交錯耦合之分。無需調整諧 振腔彼此間耦合強度與相位便可控制上止帶或下止帶的傳輸零點位置，是盒狀耦合架構濾 波器的主要特性。在此，我們以最簡單的四階盒狀架構則濾波器來說明，其架構圖如圖 3-1 所示。
圖 3- 1 四階盒狀耦合結構之耦合架構圖
上圖中黑色點表示諧振器白色點表示訊源與負載，圖中四個諧振腔相互耦合成一個四 方盒狀，其中第二與第三腔是非同步諧振的諧振腔，亦即其諧振頻並不等於中心頻。這種 四階的帶通濾波器會在上止帶或下止帶有一個傳輸零點，注意盒狀結構的四個耦合路徑中 有一個是負號，這是最難實現的部份。數學分析顯示，在這四個耦合之中 M13=M34，M12=-M24
所以對耦合架構而言這個盒狀架構是對稱的，此處 Mij為低通雛型濾波器的耦合矩陣的矩陣 元素，一般最好濾波器的物理結構也是對稱才容易達成 M13=M34，M12=-M24的目標。
有趣的是，此種架構具有零點移動的特性，就是不需改變耦合強度，只需將第二腔與 第三腔的頻率(此二腔是非同步諧振之諧振腔)互換即可將傳輸零點由上止帶移到下止帶，
反之亦然。
圖 3- 2 用倒轉器表示盒狀耦合濾波器的耦合架構
圖 3-2 用倒轉器來表示耦合架構，之前第二章理論也提到倒轉器的 J 值跟 M 值成正比。
換句話說之前提到耦合架構需要的條件是 M13=M34，M12=-M24，在這邊就變成 J13=J34，J12=-J24。 最早將這種架構以微帶線形式實現的是 S. Amari 等人[15]。但其物理結構非對稱對濾 波器的微調非常敏感。最近 A. G. Lamperez 等人[16]提出一種對稱式架構來製作頻率雙 工器，它的第三腔是使用一個高階模(1 個波長諧振腔，而非 1/2 波長諧振腔)的諧振腔，
如此便可很容易的達成 M13=M34，M12=-M24的條件，使用這樣架構的濾波器將沒有[10]中所出 現的缺點。圖 3-3 顯示[16]中所提之架構，所完成的頻率雙工器:
圖 3- 3 [16]中所提的頻率雙工器與濾波器之佈局
在圖 3-3 中二個濾波器佈局幾乎完全一樣，但是一個濾波器在上止帶、一個濾波器在 下止帶，有一個傳輸零點，這就是所謂的零點移動特性。如此合成的濾波器頻率雙工器具 有如圖 3-4 之特性:
圖 3- 4 圖 3-3 之頻率雙工器的響應
由圖 3-4 可以明顯的看出，二個濾波器各有一個傳輸零點頻率落在在對方的通帶。
回頭來看圖 3-3 其中 res. 2 與 res. 6 為一個高階模諧振腔，各具有一個席夫曼移相 器(Schifman phase shifter)它可以提供一個 180o的相移，而 res. 3 與 res. 7 則沒有此 180o移相器，因此前段所述盒狀耦合結構濾波器要求的 M13=M34，M12=-M24便可達成。
雖然這方案似乎非常理想，但是因為它使用了一個高階模諧振腔，這樣會在通帶頻率 約一半的地方產生偽頻通帶(spurious passband)，在[16]中因為二個通帶頻率很近，不會 造成問題。如果考慮濾波器設計時所保留的保護帶(guardband)則不無影響頻率雙工器性能 的可能。
有鑑於此，我們初步提出一種可能架構:T-型雙模諧振腔，來構建盒狀耦合結構的第二 與第三腔[5]。如此，因為沒有使用高階模諧振腔，前述[16]中出現的偽頻通帶問題將不會 出現。但是，因為它是一個雙模諧振腔，物理結構上一個耦合結構要控制二個耦合強度: M13
與 M12或 M23與 M24這在設計上是一個困難的挑戰。圖 3-5 顯示初步構想的濾波器。
res. 1 res. 4
res.
2 3
圖3- 5 初步構想的盒狀耦合結構濾波器
圖 3- 6 折曲後的 T-型雙模諧振腔
利用圖 3-6 的折曲形成的雙模濾波器架構，成功的在模擬軟體上模擬出兩個不同頻段 的盒狀耦合架構的濾波器。然後將模擬好的兩個濾波器加上結合點組成一個雙工器。原本 盒狀架構源流和諧振器 1、負載和諧振器 4 之間的耦合是利用耦合線(coupled-line)如圖 3-8 所示。不過考慮到製程上的困難，另外設計利用匯入線(tapped-line)耦合如圖 3-8 所 示來避免因製程上的困難而增加影響濾波器的變數。
圖 3- 7 匯入線耦合
圖 3- 8 耦合線耦合