JP6866454B2 - PCB-structured wideband filter to minimize signal phase balance - Google Patents
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Description
本発明は移動通信用広帯域フィルタに関し、さらに詳細には4Gと5Gの周波数帯をすべてカバーすることができ、信号の位相バランスを最小化するためのPCB構造の広帯域フィルタに関する。 The present invention relates to a wideband filter for mobile communication, and more particularly to a wideband filter having a PCB structure that can cover all 4G and 5G frequency bands and minimizes the phase balance of signals.
一般的に、フィルタはL(inductance)とC(capacitance)の組み合わせにより現れる周波数選択素子であって、帯域通過特性によりLPF(Low Pass Filter)、HPF(High Pass Filter)、BPF(Band Pass Filter)、BSF(Band Stop Filter)に区分される。 Generally, a filter is a frequency selection element that appears by a combination of L (industance) and C (capacity), and depends on band-pass characteristics, LPF (Low Pass Filter), HPF (High Pass Filter), BPF (Band Pass Filter). , BSF (Band Stop Filter).
フィルタの特性は、挿入損失(Insertion loss)とスカート(Skirt)、群遅延(Group delay)特性などで評価され得る。挿入損失とは、信号がフィルタを通過するときに発生する損失電力を意味し、スカートは通過帯域と阻止帯域を区分する傾きの角度(sharpness)であって、フィルタの構造で次数(Order)と関係している。通常、次数が増加するとスカート特性はよくなるものの、挿入損失と群遅延(Group delay)が増加することになる。ここで、群遅延(Group Delay;GD)とは、「GD=δθ/δω」、すなわち、角周波数(ω)による位相(θ)の変化量を意味し、周波数別に信号が遅れる相対的な時間を表す。 The characteristics of the filter can be evaluated by insertion loss, skirt, group delay characteristics, and the like. Insertion loss means the power loss generated when a signal passes through a filter, and the skirt is the angle of inclination (sharpness) that separates the pass band and the blocking band, and is the order (Order) in the structure of the filter. Involved. Generally, as the order increases, the skirt characteristics improve, but the insertion loss and group delay increase. Here, the group delay (GD) means "GD = δθ / δω", that is, the amount of change in the phase (θ) due to the angular frequency (ω), and the relative time during which the signal is delayed for each frequency. Represents.
また、フィルタは通過特性とスカート特性(これをフィルタ応答という)により、通過帯域が扁平なバターワース(Butterworth)とリップル(ripple)が一定なチェビシェフ(Chebyshev)、群遅延(Group delay)特性が良好なbessel/Gauhssian、スカート特性が良好なElliptic typeなどに区分することができる。 In addition, the filter has good Chebyshev and Group delay characteristics with a flat passband and constant ripple due to the pass characteristics and skirt characteristics (this is called the filter response). It can be classified into bessel / Butterworth, Elliptic type with good skirt characteristics, and the like.
そして、フィルタは具現する形態により、Lumped Element、Microstrip/Stripline、Ceramic/dielectric、Waveguide、Saw(Surface Acoustic Wave)方式に区分することができる。 Then, the filter can be classified into a Lumped Element, Microstrip / Stripline, Ceramic / Dielectric, Waveguide, and Saw (Surface Acoustic Wave) method depending on the form to be embodied.
一方、5G移動通信では、チャネルの容量を最大化させ、信号の信頼性を確保するために、多数のアンテナを使うMassive MIMO(Multi Input Multi Output)システムを採択している。一つのアンテナに多数のフィルタが内蔵されるMassive MIMOシステムにおいてフィルタの位相遅延は非常に重要な指標である。Massive MIMOシステムで内蔵されたフィルタの位相遅延が互いに異なる場合、信号の歪み(distortion)を誘発するため位相遅延を最小化する必要がある。すなわち、アンテナと直接連結されて使われるフィルタの場合、フィルタの位相特性は重要な指標となる。これは、フィルタの位相特性によってアンテナで生成されるビームの形状と方向が変わり得るためであるが、複数のフィルタが同時にアンテナと連結されて使われる場合、フィルタ間の位相誤差を最小化することが重要である。 On the other hand, in 5G mobile communication, a Massive MIMO (Multi Input Multi Output) system using a large number of antennas is adopted in order to maximize the capacity of the channel and ensure the reliability of the signal. The phase delay of a filter is a very important index in a Massive MIMO system in which a large number of filters are built in one antenna. When the phase delays of the filters built into the Massive MIMO system are different from each other, it is necessary to minimize the phase delays in order to induce signal distortion. That is, in the case of a filter used by being directly connected to an antenna, the phase characteristic of the filter is an important index. This is because the shape and direction of the beam generated by the antenna can change depending on the phase characteristics of the filter, but when multiple filters are used in combination with the antenna at the same time, the phase error between the filters should be minimized. is important.
図15は、従来の広帯域フィルタのキャビティ構造を説明するための概略図である。 FIG. 15 is a schematic diagram for explaining the cavity structure of the conventional wideband filter.
従来に移動通信基地局で使われるキャビティ(Cavity)構造のフィルタ(filter;50)は、図15に図示された通り、ハウジング(Housing;51)、共振器(Resonator;52)、チューニングスクリュー(Tuning screw;53)および入出力段50aのワイヤーループ(Wire Loop;54)、入出力段50bのディスクループ(Disc Loop;55)等の部品で構成される。
As shown in FIG. 15, the filter (filter; 50) having a cavity structure conventionally used in a mobile communication base station includes a housing (Housing; 51), a resonator (Resonator; 52), and a tuning screw (Tuning). It is composed of components such as a filter; 53), a wire loop (Wire Loop; 54) of the input /
図15を参照すると、キャビティフィルタ50の場合、各キャビティの共振周波数を調整するチューニングスクリュー53とキャビティ間の結合量を調節するチューニングスクリュー53′が、フィルタの特性をチューニングする過程ですべてのフィルタに同様に適用され難いため、フィルタ間の位相誤差が発生する。
Referring to FIG. 15, in the case of the
また、フィルタの入力段や出力段50aまたは50bで使われる短絡型Wire Loop54または開放型Disc Loop55の場合も、手作業のため組立の結果が一律的にはならず、位相誤差の要因となり得る。
Further, also in the case of the short-circuit
したがって、キャビティフィルタの場合、製造公差による電気的特性を調整し、必要となる周波数の共振および通過帯域を形成するために、チューニングスクリュー53、53′でチューニングを進める必要がある。
Therefore, in the case of a cavity filter, it is necessary to proceed with tuning with
ところが、チューニングスクリューを調整するチューニング作業は熟練した作業者によって行われるとしても、同じ位相遅延特性を有させるためには多くの時間と努力が要求され、このようなチューニング工程により各フィルタ(Filter)の位相遅延特性の偏差が発生することになる。 However, even if the tuning work for adjusting the tuning screw is performed by a skilled worker, a lot of time and effort are required to have the same phase delay characteristic, and each filter (Filter) is required by such a tuning process. The deviation of the phase delay characteristic of is generated.
本発明の目的は、従来のキャビティ(Cavity)構造のフィルタ(Filter)が有している位相遅延の偏差を解消して一律的な位相遅延特性を確保できる、PCB構造の広帯域フィルタを提供することである。 An object of the present invention is to provide a wideband filter having a PCB structure capable of eliminating the deviation of the phase delay of a conventional filter having a cavity structure and ensuring a uniform phase delay characteristic. Is.
本発明の他の目的は、信号の位相バランスを最小化するためのPCB構造の広帯域フィルタを提供することである。 Another object of the present invention is to provide a wideband filter with a PCB structure for minimizing the phase balance of signals.
本発明の実施例はPCB構造の広帯域フィルタを開示する。 Examples of the present invention disclose a wideband filter having a PCB structure.
開示された広帯域フィルタは、PCB基板と、前記PCB基板を実装するためのハウジングを含む。前記PCB基板は4G入出力ポートと、5G入出力ポート、アンテナ入出力ポート、前記4G入出力ポートと前記アンテナ入出力ポートの間で低域通過フィルタ(LPF)の機能をする4Gフィルタ部、前記5G入出力ポートと前記アンテナ入出力ポートの間で高域通過フィルタ(HPF)の機能をする5Gフィルタ部を含む。 The disclosed broadband filter includes a PCB board and a housing for mounting the PCB board. The PCB board includes a 4G input / output port, a 5G input / output port, an antenna input / output port, a 4G filter unit that functions as a low-pass filter (LPF) between the 4G input / output port and the antenna input / output port, and the above. It includes a 5G filter unit that functions as a high-pass filter (HPF) between the 5G input / output port and the antenna input / output port.
前記ハウジングは、前記4Gフィルタ部と前記5Gフィルタ部間に配置されて、線路間結合される電気的な信号を遮断するための隔離部と、前記ハウジングによって信号が共振されて発生する不要な信号を除去する異常共振抑制棒を含むことができる。 The housing is arranged between the 4G filter unit and the 5G filter unit, and has an isolation unit for blocking an electrical signal coupled between lines and an unnecessary signal generated by resonance of the signal by the housing. Anomalous resonance suppression rods can be included to eliminate.
前記4Gフィルタ部は、第1伝送零点を有する共振器を具現する第1スタブと、第2伝送零点を有する共振器を具現する第2スタブと、第3伝送零点を有する共振器を具現する第3スタブと、前記4G入出力ポートと前記第1スタブの間を連結する第1ストリップラインと、前記第1スタブと前記第2スタブを連結する第2ストリップラインと、前記第2スタブと前記第3スタブ間を連結する第3ストリップラインと、前記第3スタブと前記アンテナ入出力ポートを連結する第4ストリップラインを含む。 The 4G filter unit has a first stub that embodies a resonator having a first transmission zero point, a second stub that embodies a resonator having a second transmission zero point, and a second stub that embodies a resonator having a third transmission zero point. The 3 stub, the 1st strip line connecting the 4G input / output port and the 1st stub, the 2nd strip line connecting the 1st stub and the 2nd stub, the 2nd stub and the 1st stub. It includes a third strip line connecting the three stubs and a fourth strip line connecting the third stub and the antenna input / output port.
前記5Gフィルタ部は第4伝送零点を有する共振器を具現する第4スタブと、第5伝送零点を有する共振器を具現する第5スタブと、前記5G入出力ポートと前記第4スタブを連結する第1オープンカップリング部と、前記第4スタブと前記第5スタブの間を連結する第2オープンカップリング部と、前記第5スタブと前記アンテナ入出力ポートの間を連結する第3オープンカップリング部を含む。 The 5G filter unit connects a fourth stub that embodies a resonator having a fourth transmission zero point, a fifth stub that embodies a resonator having a fifth transmission zero point, the 5G input / output port, and the fourth stub. A first open coupling portion, a second open coupling portion connecting between the fourth stub and the fifth stub, and a third open coupling connecting between the fifth stub and the antenna input / output port. Includes part.
前記広帯域フィルタは基地局アンテナに実装され得る。 The broadband filter can be mounted on a base station antenna.
本発明の実施例によると、LC共振器の形成とフィルタ(Filter)の帯域を形成するカップリング線路の形状を、PCB基板に固定形成して位相遅延特性に影響を与えるチューニング工程を除去することによって、生産性を向上させることができると共に原価を節減することができる。 According to the embodiment of the present invention, the shape of the coupling line forming the LC resonator and the band of the filter (Filter) is fixedly formed on the PCB substrate to eliminate the tuning step that affects the phase delay characteristic. As a result, productivity can be improved and costs can be reduced.
また、本発明の実施例に係るPCB構造のフィルタは、無チューニング方式で一律的な位相遅延特性を具現することができ、したがって次世代(5G)移動通信のMassive MIMOシステムに適用する場合に位相遅延特性を大きく改善させることができる。 Further, the PCB-structured filter according to the embodiment of the present invention can realize a uniform phase delay characteristic in a non-tuning method, and therefore has a phase when applied to a Massive MIMO system of next-generation (5G) mobile communication. The delay characteristics can be greatly improved.
本発明と本発明の実施によって達成される技術的課題は、下記に説明する本発明の好ましい実施例によってより明確になるであろう。下記の実施例は単に本発明を説明するために例示されたものに過ぎず、本発明の範囲を制限するためのものではない。 The technical challenges achieved by the present invention and the practice of the present invention will be clarified by the preferred embodiments of the present invention described below. The examples below are merely exemplary to illustrate the invention and are not intended to limit the scope of the invention.
図1は、本発明の実施例に係る信号の位相バランスを最小化するためのPCB構造の広帯域フィルタ(以下、簡単に「広帯域フィルタ」という。)を図示した図面である。 FIG. 1 is a drawing illustrating a wideband filter having a PCB structure (hereinafter, simply referred to as “broadband filter”) for minimizing the phase balance of signals according to an embodiment of the present invention.
まず、PCB構造の広帯域フィルタ100は、数GHzの高周波帯域で伝送線路(Transmission line)を利用してフィルタを具現したものである。代表的にPCB基板10の両面にMicrostripやStriplineを利用して線路間のカップリング、線路上の共振、多重インピーダンス連結の原理を利用してフィルタを具現する。
First, the
このような広帯域フィルタは移動通信技術でマルチバンドを具現するために使われ得るが、本発明の実施例では下記の表1のように、4G移動通信網帯域と5G移動通信網帯域でマルチバンドを具現したものを例に挙げて説明する。 Such a broadband filter can be used to realize multi-band in mobile communication technology, but in the embodiment of the present invention, as shown in Table 1 below, multi-band in 4G mobile communication network band and 5G mobile communication network band. Will be described by taking as an example the one that embodies.
本発明の実施例に係るPCB構造の広帯域フィルタ100は図1に図示された通り、PCB基板10と、PCB基板10を実装するためのハウジング20で構成される。
As shown in FIG. 1, the
図1を参照すると、PCB基板10は、4G入出力ポート110、5G入出力ポート120、アンテナ入出力ポート130、4G入出力ポート110とアンテナ入出力ポート130の間で低域通過フィルタ(LPF)の機能をする4Gフィルタ部140と、5G入出力ポート120とアンテナ入出力ポート130の間で高域通過フィルタ(HPF)の機能をする5Gフィルタ部150で構成される。
Referring to FIG. 1, the
また、4Gフィルタ部140は第1〜第3共振器の役割をする3個のスタブST1〜ST3と、各スタブST1〜ST3の間と入出力ポート110、130を連結するための4個のインダクタ成分ストリップライン141〜144で構成される。
Further, the
各スタブST1〜ST3は望む周波数帯域に阻止帯域を形成させるために、伝送零点(Transmission zero;TZ1〜TZ3)を有する3個の四角パッチ形態のオープンスタブ構造で具現されている。伝送零点は伝送量が0になる複素周波数平面上の点であって、この時、減衰量が無限大となるため減衰極ともいう。 Each stub ST1 to ST3 is embodied in an open stub structure in the form of three square patches having transmission zeros (Transmission zero; TZ1 to TZ3) in order to form a blocking band in a desired frequency band. The transmission zero point is a point on the complex frequency plane where the transmission amount becomes 0, and at this time, the attenuation amount becomes infinite, so that it is also called an attenuation pole.
信号の反射を減らすためのインピーダンスマッチングと信号のカップリング量の調節は、スタブとスタブを連結する線路(ストリップライン)の長さと幅を調整して得ることができる。 Impedance matching and adjustment of the amount of signal coupling to reduce signal reflection can be obtained by adjusting the length and width of the stub and the line (strip line) connecting the stub.
第1ストリップライン141は4G入出力ポート110と第1スタブST1の間を連結し、第2ストリップライン142は第1スタブST1と第2スタブST2の間を連結する。第3ストリップライン143は屈曲したパターンの形態で第2スタブST2と第3スタブST3の間を連結し、第4ストリップライン144は第3スタブST3とアンテナ入出力ポート130を連結する。
The
各ストリップライン141〜144の線路長は直列Lを決定する要素であって長さはλ/8より小さくなければならず、線路の幅はインピーダンスを決定する要素である。したがって、線路間のマッチングがなされるように線路の幅と長さを調整することができる。 The line length of each stripline 141-144 is a factor that determines series L, the length must be less than λ / 8, and the width of the line is a factor that determines impedance. Therefore, the width and length of the lines can be adjusted so that the lines are matched.
5Gフィルタ部150は、共振器の役割をする2個のスタブST4、ST5と、入出力ポート120、130と共振器の間を連結する容量性成分の3個のオープンカップリング部151〜153で構成される。
The
各スタブST4、ST5は望む周波数帯域に阻止帯域を形成させるために、伝送零点(Transmission zero;TZ4、TZ5)を有する2個の四角パッチ形態のオープンスタブ構造で具現されている。 Each stub ST4, ST5 is embodied in an open stub structure in the form of two square patches having a transmission zero (Transmission zero; TZ4, TZ5) in order to form a blocking band in a desired frequency band.
オープンカップリング部151〜153はMIM(Metal−Insulate−Matal)構造であって、一種のキャパシタを形成して低周波信号は抑制し、高周波信号は通過させる役割をする。このために、線路の間隔と幅を調整して高周波領域でインピーダンスマッチングがなされるようにする。
The
第1オープンカップリング部151は5G入出力ポート120と第4スタブST4の間を連結し、第2オープンカップリング部152は第4スタブST4と第5スタブST5の間を連結し、第3オープンカップリング部153は第5スタブST5とアンテナ入出力ポート130の間を連結する。
The first
ハウジング20は、互いに隣り合う4Gフィルタ部140と5Gフィルタ部150の間に配置されて、線路間結合される電気的な信号を遮断するための隔離部210と、ハウジングの内部の大きさによって信号が共振されて発生する不要な信号を除去する異常共振抑制棒220−1〜220−3で構成される。
The
隔離部210は、4Gフィルタ部140と5Gフィルタ部150で線路間結合される電気的な信号を遮断する役割をして入出力ポート間の隔離特性を改善し、異常共振抑制棒220−1〜220−3はハウジングの内部空間を分離してハウジング20により信号が共振されることを抑制する役割をする。
The
図2は図1に図示されたPCB基板の上面のパターン図であり、図3は図1に図示されたPCB基板の下面のパターン図であり、図4は図1に図示されたスタブの回路特性図であり、図5は図1に図示された線路間の高周波伝送のためのオープンカップリング部の具現例である。 FIG. 2 is a pattern diagram of the upper surface of the PCB substrate shown in FIG. 1, FIG. 3 is a pattern diagram of the lower surface of the PCB substrate shown in FIG. 1, and FIG. 4 is a stub circuit shown in FIG. It is a characteristic diagram, and FIG. 5 is a realization example of an open coupling portion for high frequency transmission between the lines shown in FIG.
本発明の実施例に係るPCB基板10は図2および図3に図示された通り、トップ面10aとボトム面10bの導電パターン(ストリップライン)が所定の形状で互いに対称となるように配置されており、両面の導電パターンは多数のビアホール12を通じて連結され得るようになっている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
各入出力ポート110、120、130はそれぞれ50Ωのインピーダンス線路で構成されており、インピーダンスマッチングのために線路の幅や長さを調整することができる。
Each input /
また、4Gフィルタ部140と5Gフィルタ部150のトップ面10aとボトム面10bには、それぞれ5個のスタブST1〜ST5が配置されている。本発明の実施例で各スタブST1〜ST5は図4に図示された通り、インダクタ(L)の役割をする短絡回路スタブST−Lと、キャパシタ(C)の機能をする開放スタブST−Cで構成されて直列LC回路を具現する。ここで、直列LC回路のL値とC値は、四角パッチ型スタブの長さと広さを変更して調整することができ、これにより、伝送零点が決定される。
Further, five stubs ST1 to ST5 are arranged on the
また、5Gフィルタ部150のオープンカップリング部151〜153は図5に図示された通り、伝送線路の切断領域で基板のトップ面パターン10aとボトム面パターン10bが誘電体である基板本体10cを挟んで互いに重なるように構成されてキャパシタを具現している。オープンカップリング部151〜153の結合量は、線路が重なる領域が大きいほど大きくなり、小さいほど小さくなり、間隔が小さいほど大きくなり、大きいほど小さくなる。
Further, as shown in FIG. 5, the
図6は、図1に図示された広帯域フィルタのSパラメータ特性グラフである。本発明の実施例において、Sパラメータグラフのポート番号1はアンテナ入出力ポート130を表し、ポート番号2は4G入出力ポート110を表し、ポート番号3は5G入出力ポート120を表す。
FIG. 6 is an S-parameter characteristic graph of the wideband filter shown in FIG. In the embodiment of the present invention, the
本発明の実施例に係る広帯域フィルタ100は図6に図示されたグラフのように、アンテナ入出力ポート130であるポート1(Port 1)に信号を印加した時、ポート1に戻ってくる電力の比であって反射係数であるS(1、1)、ポート1からポート2に伝達される電力の比であって透過係数であるS(2、1)、ポート1からポート3に伝達される透過係数であるS(3、1)の特性を示す。
As shown in the graph illustrated in FIG. 6, the
図6を参照すると、図示されたグラフの横軸は周波数(freq、単位GHz)を示し、縦軸は信号の大きさ(dB)の値を示す。 Referring to FIG. 6, the horizontal axis of the illustrated graph indicates the frequency (freq, unit GHz), and the vertical axis indicates the value of the signal magnitude (dB).
図6のS(2、1)グラフは、比較的低周波である728〜2150MHz帯域を通過させる低域通過フィルタ(LPF)の特性を示し、S(3、1)グラフは比較的高周波である3440〜3520MHz(4G)、3600〜4200MHz(5G)、4400〜4900MHz(5G)帯域の高い周波数は通過させ、低い周波数は遮断させる高域通過フィルタ(HPF)の特性を示す。S(1、1)グラフは低域周波数帯と高域周波数帯を互いに隔離させる特性を示す。 The S (2, 1) graph of FIG. 6 shows the characteristics of a low-pass filter (LPF) that passes through the 728 to 2150 MHz band, which is a relatively low frequency, and the S (3, 1) graph is a relatively high frequency. It shows the characteristics of a high-pass filter (HPF) that allows high frequencies in the 3440 to 3520 MHz (4G), 3600 to 4200 MHz (5G), and 4400 to 4900 MHz (5G) bands to pass through and blocks low frequencies. The S (1, 1) graph shows the characteristic of separating the low frequency band and the high frequency band from each other.
図7は図1に図示された4Gフィルタ部のS(2、1)、S(2、2)パラメータ特性グラフであり、図8は図1に図示された4Gフィルタ部のS(2、1)位相特性グラフである。 FIG. 7 is a S (2, 1), S (2, 2) parameter characteristic graph of the 4G filter unit shown in FIG. 1, and FIG. 8 shows S (2, 1) of the 4G filter unit shown in FIG. ) It is a phase characteristic graph.
図7を参照すると、S(2、1)グラフによると4G入出力ポートからアンテナ入出力ポートへの信号の伝送は略2.4GHz以下の低周波を通過させる低域通過フィルタの特性を示し、S(2、2)グラフによると4G入出力ポートでの反射波は高域周波数を遮断する特性を示すことが分かる。 Referring to FIG. 7, according to the S (2, 1) graph, the transmission of the signal from the 4G input / output port to the antenna input / output port shows the characteristics of the low frequency passing filter that passes a low frequency of about 2.4 GHz or less. According to the S (2, 2) graph, it can be seen that the reflected wave at the 4G input / output port exhibits a characteristic of blocking high frequencies.
また、図8を参照すると、S(2、1)の位相グラフはポート1に印加された信号がポート2に到達した時に見られる信号の位相角を周波数に応じて示したものであり、PCBタイプの場合、線路が一定であるため、すなわち、信号が進行した距離が一定であるため同じ位相結果を有するようになる。
Further, referring to FIG. 8, the phase graph of S (2, 1) shows the phase angle of the signal seen when the signal applied to the
通常的に位相特性グラフは周波数が高くなるほど波長が短くなるため、一字状の構造の線路を同じ距離だけ進行した時、位相グラフは周波数が上がるにつれて小さくなる線形的なグラフを示し、180°〜−180°範囲でグラフのすべてを表現するために−180°〜180°に反転させて表示するため、線路で信号の歪曲が発生しないとのこぎり波状のグラフ特性を示す。 Normally, the wavelength of a phase characteristic graph becomes shorter as the frequency increases, so when traveling the same distance along a line with a single-character structure, the phase graph shows a linear graph that decreases as the frequency increases, and is 180 °. Since the graph is inverted to −180 ° to 180 ° in order to represent the entire graph in the range of ~ -180 °, it shows a sawtooth-like graph characteristic that no signal distortion occurs in the line.
図示されたグラフによると、S(2、1)位相特性はm1(728MHz)で169.550であり、m2(2.15GHz)で124.769であることが分かり、m1とm2間の帯域の位相グラフが線形的に表されたのは該当帯域の信号が信号の歪曲なしに一定に進行したものであることを示す。 According to the illustrated graph, the S (2,1) phase characteristic is found to be 169.550 at m1 (728 MHz) and 124.769 at m2 (2.15 GHz), which is the band between m1 and m2. The linear representation of the phase graph indicates that the signal in the corresponding band travels constantly without distortion of the signal.
図9は図1に図示された5Gフィルタ部のS(3、1)、S(3、3)パラメータ特性グラフであり、図10は図1に図示された5Gフィルタ部のS(3、1)位相特性グラフである。 FIG. 9 is a graph of S (3, 1) and S (3, 3) parameter characteristics of the 5G filter unit shown in FIG. 1, and FIG. 10 shows S (3, 1) of the 5G filter unit shown in FIG. ) It is a phase characteristic graph.
図9を参照すると、S(3、1)グラフによると5G入出力ポートからアンテナ入出力ポートへの信号の伝送は略3.2GHz以上の高周波を通過させる高域通過フィルタの特性を示し、S(3、3)グラフによると5G入出力ポートでの反射波は低域周波数を遮断する特性を示すことが分かる。 Referring to FIG. 9, according to the S (3, 1) graph, the transmission of the signal from the 5G input / output port to the antenna input / output port shows the characteristics of the high frequency passing filter that passes a high frequency of about 3.2 GHz or more. (3, 3) According to the graph, it can be seen that the reflected wave at the 5G input / output port exhibits a characteristic of blocking low frequencies.
また、図10を参照すると、S(3、1)位相特性はポート1に印加された信号がポート3に到達した時に見られる信号の位相角を周波数に応じて示したものであって、PCBタイプの場合、線路が一定であるため、すなわち、信号が進行した距離が一定であるため同じ位相結果を有するようになる。
Further, referring to FIG. 10, the S (3, 1) phase characteristic shows the phase angle of the signal seen when the signal applied to the
図示されたグラフによると、m1(3.44GHz)で119.545であり、m2(4.9GHz)で165.057であることが分かり、728〜2150MHzで線形的な位相特性を示すことが分かる。 According to the illustrated graph, it can be seen that it is 119.545 at m1 (3.44 GHz), 165.057 at m2 (4.9 GHz), and shows a linear phase characteristic at 728-2150 MHz. ..
図11は本発明の実施例に係る4Gフィルタ部の等価回路図であり、図12は本発明の実施例に係る4Gフィルタ部のSパラメータ特性グラフである。 FIG. 11 is an equivalent circuit diagram of the 4G filter unit according to the embodiment of the present invention, and FIG. 12 is an S-parameter characteristic graph of the 4G filter unit according to the embodiment of the present invention.
一般的にフィルタは挿入損失法によって設計される。挿入損失法では、通過帯域および阻止帯域の振幅と位相特性の全般にわたって高度な調整段階が許容されるが、望むスペックに合わせてButterworth、Chebyshev、Equal ripple、Ellipticなどのフィルタ応答を選択して設計する。フィルタの構造は低域通過構造を基本形としておき、設計を開始する際にフィルタの種類(LPF、HPF、BPF、BRF)によって構造を変換してフィルタを具現する。内部に構成されるそれぞれの素子値はフィルタ応答により決定され、本発明の実施例に係るPCB構造の広帯域フィルタはEllipticフィルタ応答を使う。 Filters are generally designed by the insertion loss method. The insertion loss method allows a high degree of adjustment over the amplitude and phase characteristics of the passband and stopband, but is designed by selecting filter responses such as Butterworth, Chebyshev, Equal ripple, and Elliptic according to the desired specifications. To do. The structure of the filter is based on the low-pass structure, and when the design is started, the structure is changed according to the type of filter (LPF, HPF, BPF, BRF) to embody the filter. The value of each element configured inside is determined by the filter response, and the wideband filter having a PCB structure according to the embodiment of the present invention uses an Elliptic filter response.
Ellipticフィルタ応答は下記の数学式1のように求められ、リップルファクター(Ripple factor)は通過帯域のリップルを決定し、リップルファクターと選択度(Selective factor)の組み合わせは阻止帯域のリップルを決定する。
The Elliptic filter response is obtained by the following
数学式1において、RnはN次Elliptic rational functionを示し、ω0はCutoff Frequency、εはRipple factor、ξはSelective factorを示す。
In
LP領域は比較的に少ない次数を使用して望む帯域で減衰値を得るために帯域阻止フィルタで具現する。帯域阻止応答は基本形から下記の数学式2のように周波数を置換して得ることができる。
The LP region is embodied in a band blocking filter to obtain an attenuation value in the desired band using a relatively low order. The band blocking response can be obtained from the basic form by substituting the frequency as shown in the following
低域通過基本形回路で並列キャパシタは、帯域阻止のために下記の数学式3の素子値を有する直列LC回路に変換される。 In the low-pass basic circuit, the parallel capacitor is converted into a series LC circuit having the element values of the following mathematical formula 3 for band blocking.
本発明の実施例ではリチャード(Richard)変換を利用して、インダクタ(L′k)を短絡回路スタブに、キャパシタ(C′k)を開放回路スタブに変換して図11に図示されたような等価回路を具現する。 In the embodiment of the present invention, the Richard conversion is used to convert the inductor (L' k ) into a short-circuit circuit stub and the capacitor ( C'k ) into an open circuit stub, as shown in FIG. Embody an equivalent circuit.
図11を参照すると、4Gフィルタ部140は第1〜第4ストリップライン141〜144が直列に連結される4個のインダクタLk′で表示され、第1〜第3スタブST1〜ST3は3個の直列LC共振器で表示される。直列LC共振器のLは1/ω0△Ck値を有し、Cは△Ck/ω0値を有する。そして3個のLC共振器は図12で3個の伝送零点TZ1〜TZ3で示される。
Referring to FIG. 11, the
図13は本発明の実施例に係る5Gフィルタ部の等価回路図であり、図14は本発明の実施例に係る5Gフィルタ部の特性グラフである。 FIG. 13 is an equivalent circuit diagram of the 5G filter unit according to the embodiment of the present invention, and FIG. 14 is a characteristic graph of the 5G filter unit according to the embodiment of the present invention.
図13を参照すると、5Gフィルタ部150は第1〜第3オープンカップリング部151〜153が直列に連結される3個のキャパシタCk′で表示され、第4および第5スタブST4、ST5は2個の直列LC共振器で表示される。直列LC共振器のLは1/ω0△Ck値を有し、Cは△Ck/ω0値を有する。そして2個のLC共振器は図14で2個の伝送零点TZ4、TZ5で示される。
Referring to FIG. 13,
本発明の実施例の通り、フィルタを複合的に利用した広帯域フィルタはデュプレクサー(Duplexer)とダイプレクサー(Diplexer)等に使われ得る。デュプレクサー(Duplexer)は一つのアンテナを送受信段で共有するようにするものであって、送信段の周波数のみを通過させるBPFと受信段の周波数のみを通過させるBPFで具現した後、その中間をアンテナと適切にマッチングさせるものである。ダイプレクサー(Diplexer)はデュプレクサー(Duplexer)とは異なり、BPFの代わりにLPFとHPFを使用したものであって、移動通信でMassive MIMOの具現などに使われ得る。 As in the embodiment of the present invention, a wideband filter using a combination of filters can be used for a duplexer, a duplexer, and the like. The duplexer is to share one antenna between the transmission and reception stages, and after embodying it with a BPF that passes only the frequency of the transmission stage and a BPF that passes only the frequency of the reception stage, the middle is intermediate. It matches the antenna properly. Unlike the duplexer, the duplexer uses the LPF and the HPF instead of the BPF, and can be used for the realization of Massive MIMO in mobile communication.
以上、本発明は図面に図示された一実施例を参照して説明されたが、本技術分野の通常の知識を有する者であればこれから多様な変形および均等な他の実施例が可能であることが理解できるであろう。 The present invention has been described above with reference to one embodiment illustrated in the drawings, but any person having ordinary knowledge in the art can now make various modifications and uniform other embodiments. You can understand that.
10:PCB基板
20:ハウジング
100:広帯域フィルタ
110:4G入出力ポート
120:5G入出力ポート
130:アンテナ入出力ポート
140:4Gフィルタ部
141〜144:ストリップライン
150:5Gフィルタ部
151〜153:オープンカップリング部
ST1〜ST5:スタブ
TZ1〜TZ5:伝送零点
10: PCB board 20: Housing 100: Wideband filter 110: 4G input / output port 120: 5G input / output port 130: Antenna input / output port 140: 4G filter unit 141-144: Strip line 150: 5G filter unit 151-153: Open Coupling part ST1 to ST5: Stub TZ1 to TZ5: Transmission zero point
Claims (3)
前記PCB基板は、
第1入出力ポート、
第2入出力ポート、
アンテナ入出力ポート、
第1伝送零点を有する共振器を形成する四角パッチ状の第1スタブと、第2伝送零点を有する共振器を形成する四角パッチ状の第2スタブと、第3伝送零点を有する共振器を形成する四角パッチ状の第3スタブと、前記第1入出力ポートと前記第1スタブとを連結しインダクタを形成する第1ストリップラインと、前記第1スタブと前記第2スタブとを連結しインダクタを形成する第2ストリップラインと、前記第2スタブと前記第3スタブを連結しインダクタを形成する第3ストリップラインと、前記第3スタブと前記アンテナ入出力ポートとを連結しインダクタを形成する第4ストリップラインとから構成され、前記第1入出力ポートと前記アンテナ入出力ポートの間で低域通過フィルタ(LPF)の機能をする第1フィルタ部、および、
第4伝送零点を有する共振器を実現する四角パッチ状の第4スタブと、第5伝送零点を有する共振器を実現する四角パッチ状の第5スタブと、前記第2入出力ポートと前記第4スタブとを容量結合する第1オープンカップリング部と、前記第4スタブと前記第5スタブとを容量結合する第2オープンカップリング部と、前記第5スタブと前記アンテナ入出力ポートとを容量連結する第3オープンカップリング部から構成され、前記第2入出力ポートと前記アンテナ入出力ポートの間で高域通過フィルタ(HPF)の機能をする第2フィルタ部を含む、PCB構造の広帯域フィルタ。 In a broadband filter including a PCB board and a housing that forms a space for mounting the PCB board.
The PCB board is
1st I / O port,
2nd I / O port,
Antenna input / output port,
A square patch-shaped first stub forming a resonator having a first transmission zero point, a square patch-shaped second stub forming a resonator having a second transmission zero point, and a resonator having a third transmission zero point are formed. A square patch-shaped third stub, a first strip line connecting the first input / output port and the first stub to form an inductor, and connecting the first stub and the second stub to form an inductor. A fourth strip line to be formed, a third strip line connecting the second stub and the third stub to form an inductor, and a fourth strip line connecting the third stub and the antenna input / output port to form an inductor. A first filter unit, which is composed of a strip line and functions as a low frequency pass filter (LPF) between the first input / output port and the antenna input / output port, and
A square patch-shaped fourth stub that realizes a resonator having a fourth transmission zero point, a square patch-shaped fifth stub that realizes a resonator having a fifth transmission zero point, the second input / output port and the fourth stub. The first open coupling portion that capacitively couples the stub, the second open coupling portion that capacitively couples the fourth stub and the fifth stub, and the fifth stub and the antenna input / output port are capacitively connected. A broadband filter having a PCB structure, which is composed of a third open coupling unit and includes a second filter unit that functions as a high frequency pass filter (HPF) between the second input / output port and the antenna input / output port. ..
前記第1フィルタ部が実装される空間と前記第2フィルタ部が実装される空間との間に形成され、前記第1フィルタ部と前記第2フィルタ部とを隔離するための隔離部と、
前記ハウジングの内部空間を分離し、前記ハウジングによる信号の共振を抑制するための異常共振抑制棒を含む、 請求項1に記載のPCB構造の広帯域フィルタ。 The housing is
An isolation unit formed between the space in which the first filter unit is mounted and the space in which the second filter unit is mounted, and for separating the first filter unit and the second filter unit,
Separating the inner space of the housing, the including abnormal resonance suppression rods to suppress the resonance of the signal by the housing, a broadband filter P CB structure according to claim 1.
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