第四章 設計過程
4.5 耦合線耦合
≈ ，在此 i=1、2、3、4
Mii=0，fi=f0 諧振器 i 諧振頻率等於中心頻率 Mii > 0 ，fi < f0 諧振器 i 諧振頻率小於中心頻率 Mii < 0 ，fi > f0 諧振器 i 諧振頻率大於中心頻率
如果想要 Mii變大(不管正負) ，諧振器 i 諧振頻率變小，也就是說需要調長諧振器的 長度，反之則縮小長度。再回頭看表 4-5 欲使 M22= 【- 0.5383 Æ -0.8282】、M33= 【1.4526 Æ 0.5572】，換句話說，諧振器 2 跟 3 的長度大致上都是要往縮小的方向。看圖 4-16 有 許多電路參數，跟諧振器長度相關的參數乃是 L2 跟 L3。其中 L2 關係到 M22跟 M33的變化，
而 L3 跟 M22變化有關。接著耦合元素中差異大的還有 M12跟 M13，兩者的耦合量均不足，可以 調小電路中耦合線的間距(CS2) 來改善。最後只有改這三個參數，其餘均不變，最後模擬 響應如圖 4-17 所示。
4.5 耦合線耦合
設計出來的架構在實作上最困難的地方在於 S-1 與 L-4 間耦合線間隔小，所以在印刷 電路板製程的時候容易出現誤差。低頻的濾波器如圖 4-16 所示，它的 S-1 與 L-4 間耦合線 距離為 5mils 而圖 4-17 為低頻的濾波器在軟體 Sonnet 的模擬響應圖，表 4-6 經過微調電 路後在 Sonnet 的模擬耦合矩陣跟理想藕合矩陣比較。
圖 4- 16 低頻的濾波器的形狀
2 2.5 3 3.5
freq (GHz)
|S
11|,|S
21| ( d B)
2(even) 0.5286
(0.5441
-0.8639 (-0.8282)
0.5286 (0.5441)
3(odd) -0.7576
(-0.729
表 4- 7 圖 4-17 低頻的濾波器頻寬內的傳輸及反射損耗 2.5GHz 2.595
GHz
2.69 GHz
S11(dB) -11.359 -47.231 -14.192
S21(dB) -0.33 3.387E-4 -0.167
高頻濾波器跟低頻濾波器設計方法一模一樣，這也是盒狀耦合濾波器的優點，一樣的 架構下可以改變零點的位置。高頻的濾波器如圖 4-18 所示，它的 S-1 與 L-4 間耦合線距離 為 6mils，而圖 4-19 為高頻的濾波器在 Sonnet 的模擬響應圖，表 4-8 為高頻濾波器在頻 寬內的傳輸和反射損耗。
圖 4- 18 高頻濾波器的形狀
2.5 3 3.5 4
-80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10
freq (GHz)
|S 11|,|S 21| (dB)
S11 S21
圖 4- 19 高頻濾波器在 Sonnet 的模擬響應
表 4- 8 高頻濾波器在頻寬內的傳輸和反射損耗 3.4Hz 3.5GHz 3.6
GHz S11(dB) -17.795 -24.615 -4.757 S21(dB) -0.073 -0.016 -1.773
高頻濾波器的頻寬內反射損耗比較小，最小的只有 15.966dB，頻寬顯然也比原先要設 計的頻寬為大，不過模擬出來的響應顯示有略往低頻飄移的現象。
兩個低頻跟高頻的濾波器個別設計好了，加一個匯合點(junction)將兩個濾波器連接 起來就是一個頻率雙功器的雛形。上半部份是低頻濾波器，下面是高頻濾波器，設計上 2.5~2.69GHz 訊號的能量要從上路走，所以對這個頻段的訊號而言希望 Zin1=50Ω，Zin2= 無窮大。換句話說，希望往下看進去等於是開路端，Zin1和 Zin2並聯還是 50Ω，而且能量 都往上面的電路。如果看進去是短路端，那並聯之後還是短路，能量完全反射回去埠 3，
訊號既沒有經過低頻濾波器也沒有經過高頻濾波器。也可以利用 smith chart 來解釋，對 高頻濾波器而言 2.6GHz 的訊號的傳輸損耗約 80dB，|Zin2|=無窮大，|Γin2|=1。可是反射 系數絕對值等於 1 並不一定是等於開路端，也有可能是短路端或是其他 Zin2 不是純實數的 部份如圖 4-20 所示 ，藉著加上一段傳輸線使反射係數沿著|Γin2|=1 的圓順時鐘跑到開路 端Γ=1。假設原本是座落在短路端的話，則要加上四分之一波長的傳輸線(對 2.6GHz) 。
圖 4- 20 雙工器的電路圖跟史密斯圖
2 2.5 3 3.5 4 -100
-80 -60 -40 -20 0 20
freq (GHz)
|S
11|,|S
21| ( d B)
雙功器S13
雙功器S23
雙功器S33 BOX1 S
11
BOX1 S21 BOX2 S
11
BOX2 S
21
圖 4- 21 雙工器的模擬響應
由如圖 4-21 可顯示雙工器電路模擬的響應與原本個別的盒狀耦合架構的濾波器模擬 出來的響應差異不大，而且頻寬也沒有飄移。BOX1 表示低頻濾波器，BOX2 則是高頻濾波器，
圖中清楚看到 BOX2 在頻寬(3.4GHz~3.6GHz)內的響應跟雙工器的 S33響應幾乎完全吻合。
BOX1 在其頻寬內(2.5GHz~2.69GHz)的響應跟雙工器 S33響應差異較大，不過雙工器 S33仍在 -20dB 以下。原本兩個個別的盒狀耦合濾波器(BOX1、BOX2)原本都只有一個傳輸零點，但 是加上連接點後後就多出傳輸零點，不過兩個濾波器在另一個濾波器的通帶還是有很好的 傳輸抑制效果，達到本來製作雙工器的本意。
因為上述電路的輸入端、輸出端使用耦合(couple)方式輸入訊號，間隙最窄的地方只 有 5mils(千分之五英吋)，在實際製作電路時會增加其因難度，所以改成將輸入端、輸出 端使用匯入(tap)的方式，以此來改善其製作因難度。