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研究生:陳柏汎
研究生(外文):Po-Fan Chen
論文名稱:懸浮帶線濾波器之集總元件電路分析設計與雙頻雙模態微帶線濾波器設計
論文名稱(外文):Quasi-lumped Analyses of Suspended substrate stripline BPFs and Dual-mode Dual-band microstrip BPF Design
指導教授:何明華何明華引用關係
指導教授(外文):Min-Hua Ho
學位類別:碩士
校院名稱:國立彰化師範大學
系所名稱:電信工程研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2011
畢業學年度:99
語文別:中文
論文頁數:56
中文關鍵詞:懸浮帶線雙頻雙模態
外文關鍵詞:Suspended substrate striplineDual-mode Dual-band
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  本論文主要在研究以懸浮帶線為架構之帶通濾波器以及以耦合微帶線為架構的雙頻雙模態帶通濾波器。懸浮帶線方面,分別設計了三個窄頻及寬頻的負載式帶通濾波器,懸浮帶線具有低介入損耗、較陡峭的止帶響應以及輻射損失較低的功能,應用在帶通濾波器方面具有較平坦的通帶頻率響應,且面積可大幅縮小。而雙頻雙模態帶通濾波器方面也以耦合微帶線在偶模及奇模訊號分佈時,造成阻抗差異其功能類似於步階式阻抗共振器利用不同部分的阻抗而造成不同的基振及諧振頻率。設計一個可切換之單模耦合微帶線結構雙通帶濾波電路。
在懸浮帶線濾波器設計方面,吾人利用似集總元件等效電路 (Quasi lumped elements)來設計三個以懸浮帶線為架構的窄頻及寬頻之帶通濾波器。以懸浮帶線(Suspended Stripline, SSL)設計濾波器除可以縮小尺寸外,並具有低損耗的優點。利用上下正面耦合方式將訊號饋入共振電路,而隨著饋入的共振器尺寸及結構的不同,可以得到通帶在3.69 GHz~4.48 GHz,3.1 GHz~6.7 GHz以及3.21 GHz~5.6 GHz,三個帶通濾波器。並以奇、偶模電路或電場分布來探討通帶的形成原因。所提出的電路皆以電路模擬軟體模擬其等效電路,並以電磁模擬軟體模擬其電路特性,最後以實作電路來加以驗證。三者的結果相當吻合,顯示所提出懸浮帶線濾波器具有相當的可行性。
在雙頻雙模態帶通濾波器方面,利用奇模或偶模的電流分佈於相同的線寬情形下,造成微帶線的阻抗差異。設計一個共模通帶中心頻率在2.5 GHz,通帶範圍在2.28 GHz~2.69 GHz,而差模通帶中心頻率為3.5 GHz,通帶範圍為3.16 GHz~3.8 GHz的雙模可切換之雙通帶濾波器。此濾波器電路除了以電磁模擬軟體模擬特性外,並以實作電路來加以驗證,二者所得的結果十分相近,證明吾人所提出之雙頻雙模態帶通濾波器具有相當的可行性。
本論文所完成之設計成果可直接應用於實際之相關微波電路,所提出之設計概念則
可作為研發新型微波濾波器時之參考。

  A prototype of suspended stripline bandpass filter and its derivational wide-band response configuration are proposed in this paper with a source-load coupling feed design. Equivalent quasi-lumped elements circuit model is developed to represent the structure’s discontinuities of the prototype and to simulate its frequency responses. It exhibits two resonant modes which are termed the odd and the even modes. The LC circuit model for the wide-band filter is derived from modifying the LC circuit of prototype together with adding to the latter a few elements. The odd- and even-mode equivalent circuits for both the proposed BPFs are also established to analyze the mode resonances. Rather than one odd and one even mode are observed in the prototype design, the wide-band design excites multiple resonances which include two odd modes and two even modes. The design and physical layouts of the proposed BPFs are guided by the LC circuits and then the circuit layout dimensions are optimized by CST simulation.
In this thesis, the dual-mode dual-band BPF design using the coupled microstrips is also proposed. The even-mode or odd-mode impedances of the coupled lines will be excited exclusively and controlled. The common mode (CM) and differential mode (DM) excitations are used to switch the microstrip coupling between the even and odd mode ones for controlling the impedance of the coupled portions. As a result, two resonances under either even- or odd-mode excitation of the coupled microstrips are obtained at distinct frequencies. And a dual-band BPF can be accomplished upon the excitations of CM and DM placing on the coupled microstrips.
Experiments are conducted to verify the above filters’ designs and agreements are observed between the measured and simulated data.

中文摘要 i
英文摘要 ii
誌謝 iii
目錄 iv
圖目錄 v
表目錄 viii
第一章 前言 1
1-1 內容提要 1
第二章 懸浮帶線濾波器電路之集總元件電路分析設計 4
2-1 導論 4
2-2 懸浮帶線(SSL)結構分析探討 5
2-3 電路設計與分析 8
第三章 雙頻雙模態微帶線濾波器設計 41
3-1 導論 41
3-2 雙頻雙模態微帶線濾波器分析探討 42
3-3 未來展望 44

第四章 結論 51
參考文獻 53
作者簡歷 56

圖目錄
圖 2.1 懸浮帶線結構 (a) 3D全體圖 (b) 剖面空間圖 16
圖 2.2 單層SSL電磁場分佈圖 16
圖 2.3 雙層電路懸浮帶線電磁場分佈圖 (a) 奇模態 (b) 偶模態分析 17
圖 2.4 懸浮帶線內部空間與板材表示圖 17
圖 2.5 串接型式之懸浮帶線 (a) 電感 (b) 平面左右耦合(c) 上下耦合 (d) 指插式(e) 平面加倍耦合 18
圖 2.6 並接型式之懸浮帶線 (a) 電容 (b) 埋入式之電感 (c) 延伸式之電感 19
圖 2.7 懸浮帶線帶通濾波器A之正、反面電路結構 20
圖 2.8 濾波器A之等效之LC電路模型 20
圖 2.9 濾波器A兩零點控制之響應比較圖 21
圖 2.10 濾波器A 之CST電路模擬與LC電路模擬之比較 21
圖 2.11 濾波器A的奇、偶模LC等效電路圖。(a) 奇模等效半電路圖、(b) 偶模等效半電路圖 22
圖2.12 濾波器A 之CST半電路及LC等效電路相位響應圖 22
圖2.13 濾波器A 之LC等效電路之奇、模電路相位差響應圖 23
圖2.14 濾波器A 之LC等效電路中不同C2值所得到之相位差響應圖 23
圖2.15 濾波器A之偶模LC等效電路中不同L4值所得到之偶模相位響應圖 24
圖2.16 濾波器A 之LC等效電路中不同L4值所得到之頻率響應圖 24
圖2.17 濾波器A 之奇、偶模LC等效電路中不同L3值(nH)所得到之奇、偶模相位響應圖 25
圖2.18 濾波器A 之LC等效電路中不同L3值所得到之頻率響應圖 25
圖2.19 濾波器A 之奇、偶模LC等效電路中不同C4值(pF)所得到之奇、偶模相位響應圖 26
圖 2.20濾波器A 之LC等效電路中不同C4值所得到之頻率響應圖 26
圖 2.21 濾波器A之實作電路正面結構 27
圖 2.22 濾波器A 之實作電路背面結構 27
圖 2.23 濾波器A 之CST模擬與實作結果之比較 28
圖 2.24 懸浮帶線帶通濾波器B之正、反面電路結構 29
圖 2.25 濾波器B之等效LC電路模型 29
圖 2.26 濾波器B之route 1及route 2間的cross coupling 30
圖 2.27 濾波器B兩零點控制之響應比較圖 30
圖 2.28 濾波器B的奇、偶模LC等效電路圖。(a) 奇模等效電路圖、(b) 偶模等效電路圖 31
圖 2.29 濾波器B 之奇、偶模LC等效電路相位及奇偶模相位差響應圖 31
圖 2.30 濾波器B 之LC等效電路中不同C2值所得到之相位差響應圖 32
圖 2.31 濾波器B 之LC等效電路中不同L4值所得到之頻率響應圖 32
圖 2.32 不同的L3 及 C4.組合之頻率響應圖 set 1 ( L3 = 0.607 nH, C4 = 1.066 pF ), set 2 ( L3 = 0.57 nH, C4 = 1.15 pF ), set 3 ( L3 = 0.5 nH, C4 = 1.2 pF) 33
圖 2.33 濾波器B之實作電路正面結構 33
圖 2.34 濾波器B之實作電路背面結構 34
圖 2.35 濾波器B 之CST模擬與實作結果之比較 34
圖 2.36 懸浮帶線帶通濾波器C之正、反面電路結構 35
圖 2.37 濾波器C之等效之LC電路模型 36
圖 2.38 濾波器C 之LC電路模型上各電流路徑 36
圖 2.39 共振器在各極點的電場分布圖 37
圖 2.40 濾波器C有無零點殖入結構之LC電路模擬比較圖 38
圖 2.41 濾波器C之CST模擬與實作結果之比較 38
圖 2.42 濾波器C之實作電路正面結構 39
圖 2.43 濾波器C之實作電路背面結構 39
圖 3.1 雙頻雙模態微帶線濾波器基本傳輸線架構 45
圖 3.2 β = fDM /fCM與奇模阻抗(Z0/Rodd)及偶模阻抗(Z0/Reven)之關係圖 45
圖 3.3 以傳輸線結構模擬之頻率響應圖 46
圖 3.4 雙頻雙模態微帶線濾波器初步的電路結構 46
圖 3.5 雙頻雙模態微帶線濾波器初步結構的頻率響應圖 47
圖 3.6 雙頻雙模態微帶線濾波器寬頻電路結構 47
圖 3.7 耦合間隙(S)與Q值關係圖 48
圖 3.8 雙頻雙模態微帶線濾波器common mode之模擬與實作頻率響應圖 48
圖 3.9 雙頻雙模態微帶線濾波器differential mode之模擬與實作頻率響應圖 49
圖 3.10 雙頻雙模態微帶線濾波器實作電路照 49
表目錄
表 2.1 濾波器A之模擬與實作結果比較表 28
表 2.2 濾波器B之模擬與實作結果比較表 35
表 2.3 濾波器C之模擬與實作結果比較表 40
表 3.1 濾波器之模擬與實作結果比較表 50




參考文獻
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