KR100212434B1 - 대역통과 여파기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 특정한 두 주파수 사이의 신호는 모두 통과시키고 그 이외 주파수 대역의 신호는 통과시키지 않는 대역통과 여파기에 관한 것으로서, 공진기의 배열, 공진기의 결합구조 및 결합방법을 달리함으로써 삽입손실을 줄이는 동시에 스커트 특성을 개선하여 원하는 저지대역의 특성을 향상시킨 대역통과 여파기이다.

Description

대역통과 여파기

제1도는 본 발명 대역통과 여파기의 분해 사시도.

제2(a),(b),(c)도는 본 발명의 실시예에 따른 대역통과 여파기 몸체의 평면도.

제3(a)도는 전계 결합을 이용한 대역통과 여파기의 회로도.

(b)도는 자계 결합을 이용한 대역통과 여파기의 회로도.

(c)도는 전계, 자계 결합을 동시에 이용한 대역통과 여파기의 회로도.

제4도는 본 발명 대역통과 여파기의 일실시예에 따른 특성도.

제5도는 종래 대역통과 여파기 몸체의 평면도.

제6도는 종래 대역통과 여파기의 특성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 베이스 20 : 도체봉

30 : 몸체 40 : 신호 입출력 커넥터

50 : 커버 60 : 주파수 조절놉

70 : 창

3a ∼ 3c, 4a ∼ 4d, 5a ∼ 5e, 6a ∼ 6f : 공진기

본 발명은 무선통신 시스템에 있어서 특정한 두 주파수 사이의 신호는 모두 통과시키고 그 이외 주파수 대역의 신호는 통과시키지 않는 대역통과 여파기에 관한 것이다.

일반적으로 대역통과 여파기에서 원하는 여파특성을 갖는 회로망을 구현하는 방법에는 크게 2가지가 있는데 그 중 하나는 영상파라메터 방법(image parameter method)으로 1930년대에 W. P. Mason과 R. A. Sykes에 의해 개발된 방법이다. 이 방법은 ABCD 파라메터를 이용하여 영상임피던스와 영상 훼이즈(image pahse)를 정의하고 이를 이용한 감쇠함수특성을 유도하는 방법이다. 이 방법을 이용한 여파기의 설계에 있어서는 먼저 원하는 통과대역과 저지대역을 가질 수 있는 ABCD 파라메터를 선택하고, 부가해서 통과대역의 중심주파수에서의 영상 파라메터가 종단 임피던스와 같게 한다. 이와 같이하면 ABCD파라메터로 표시되는 영상 임피던스는 주파수의 함수가 되고 원하는 통과대역 모두에서 종단 임피던스와 같을 수가 없게 된다. 그리고 이러한 원인은 통과대역 내에서 부정합에 의한 손실이 생기게 한다.

그러나 부정합에 의한 손실은 여파기 설계가 되기 전에는 예측할 수 없는 단점이 있다.

두번째 방법은 앞에서 기술한 영상파라메터를 이용한 여파기설계의 단점을 보완하기 의해 개발된 방법으로 S. Darlington, M. E. Valkenburg 등에 의해 유도된 삽입손실방법(insertion loss method)에 의한 여파기 설계 방법이다. 이 방법은 수학자들에 의해 개발된 수학의 함수특성을 구현할 수 있는 회로를 설계하는 것으로 대표적인 수학함수 특성은 Maximally flat, Chebyshev, Elliptic등의 특성이 있다.

요즈음 전자제품에서 사용되고 있는 여파기는 통과대역에서의 삽입손실, 저지대역에서의 감쇠량, 그리고 원하는 부피의 3가지 조건을 동시 만족시켜야 한다. 그러나 여파기 설계에 사용되는 Maximally flat나 Chebyshev의 함수 특성은 3가지 조건을 동시에 만족시키기가 힘들게 된다. 예를 들어 저지대역의 감쇠량을 만족시키고 부피를 정하여 놓으면 삽입손실이 커지게 된고 삽입손실과 부피를 만족시키려고 하면 저지대역에서의 감쇠량이 만족할 수 없게 된다.

좀 더 상세히 설명하면 대역통과 여파기의 설계는 먼저 대역통과 여파기의 크기를 결정하고 중심 주파수, 대역폭율, 저지대역의 스커트 특성과 공진기 개수를 결정한다. 대역통과 여파기의 크기와 공진기 개수가 결정되면 공진기 1개의 크기가 결정되고 이에 따라 공진기 내부의 Q_u(Unloaded quality Factor : 무부하 양호도)가 결정됨으로써 이루어진다.

상기 설계에 따른 특성을 만족하는 대역통과 여파기를 구현함에 있어 삽입손실은 적을수록 좋다.

삽입손실에 영향을 주는 요인은

1) 공진기의 내부 Q_u

2) 공진기의 개수

4)전압 정재파비(VSWR: voltage standing wave ratio)또는 반사 손실(return loss)이다.

삽입손실은 공진기의 내부 Q_u가 클수록, 공진기 개수가 작을수록, 대역폭율이 클수록, 반사 손실이 작을수록 줄어든다. 그러나 삽입손실을 줄이기 위해 공진기의 개수를 줄이면 스커트 특성이 나빠져 저지대역의 특성을 만족시킬 수 없고, 공진기의 내부 Q_u를 크게하면 공진기의 크기가 커지므로 이미 정해진 대역통과 여파기의 크기, 공진기의 개수, 대역폭율 및 스커트 특성을 만족하는 대역통과 여파기의 설계는 굉장히 어려운 일이다.

또한 스커트 특성이 나빠서 저지대역의 특성을 만족시키지 못하면 오늘날과 같이 각기 다른 주파수 대역으로 나뉘어져 있는 무선통신에 있어서는 인접 대역간의 혼신 등에 의한 통신장애가 발생되는 문제점이 있다.

따라서 사용하고자 하는 여파기의 크기를 가능한 한 작게 하면서 상기 문제점을 해결할 수 있는 주파수특성의 제한조건을 만족시키기 위한 대역통과 여파기의 개발이 요구되었다. 본 발명은 상기와 같은 요구에 의해 발명된 것으로서 공진기의 배열, 공진기의 결합구조 및 결합방법을 달리함으로써 삽입손실을 줄이는 동시에 스커트 특성을 개선하여 원하는 저지대역의 특성을 만족시키는 대역통과 여파기를 제공하는데 그 목적이 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 대역통과 여파기의 구성은 제1도에 나타낸바와 같이 베이스(10)와, 상기 베이스(10)에 조립되거나 베이스(10)와 일체화되는 도체봉(20)과, 상기 베이스(10)와 도체봉(20) 위에 놓이며 다수의 공진기를 갖는 몸체(30)와, 상기 몸체(30)를 덮는 커버(50)와, 상기 커버(50)에 조립되며 주파수를 조정하는 주파수 조정 놉(nob : 60)과, 신호의 입출력을 연결하기 위한 신호 입출력 커넥터(40)를 포함하여 구성된다.

상기 도체봉(20)은 몸체(30)의 공진기 내부에 위치하고, 그 길이에 의해 원하는 공진주파수를 형성하는데 주된 역할을 담당하며, 커버(50), 베이스(10) 및 몸체(30)는 내부 및 외부의 영향으로부터 대역통과 여파기를 보호하기 위해 그라운드의 역할을 한다.

또한 공진기는 저지대역의 감쇠특성에 따라 전계 결합, 자계결합을 이용하거나 전계 결합 및 자계 결합을 동시에 이용하기 위하여 상부, 하부 또는 상하부 양쪽에 창(window : 70)을 형성할 수 있으며, 필요에 따라 공진기의 내벽은 삽입손실을 줄이기 위하여 도금된다. 종래의 창(70)을 통한 결합구조를 갖는 대역통과 여파기는 저지대역의 감쇠 특성에 따라 자계 결합을 이용하거나 전계 결합을 이용하여 왔다. 즉, 창(70)을 이용하여 자계 결합을 할 경우 저지대역의 고주파 측이 급격한 차단특성을 보이며, 반대로 전계 결합을 할 경우 저지대역의 저주파 측이 급격한 차단특성을 갖는다.

그러나 저지대역의 양 측 즉, 저주파 측과 고주파 측이 모두 급격한 차단특성을 갖도록 하는 대역통과 여파기를 구현하기 위해서 특별한 결합구조와 결합방법이 필요하다.

따라서 본 발명의 일실시예로 먼저 3개의 공진기를 갖는 대역통과 여파기의 몸체(30)는 제2(a)도와 같은 구조를 가지며, 공진기(3a∼3c)는 상하부 모두 창(70)을 통해 델타형(Δ)을 이루며 상호 결합되어 있다. 본 발명의 다른 실시예로 4개의 공진기를 갖는 대역통과 여파기의 몸체(30)는 제2(b)도와 같은 구조를 가지며, 공진기(4a∼4d)는 창(70)을 통해 상하부 모두 사각형(□)을 이루며 상호 결합되어 있다.

상기와 같이 상하부 모두 제2(a),(b)도와 같은 결합구조를 갖는 대역통과 여파기는 전계 결합 및 자계 결합을 동시에 이용함으로써 저지대역의 저주파 측과 고주파 측이 모두 급격한 차단특성을 갖게 된다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 대역통과 여파기의 몸체(30)는 제2(c)도에 나타낸 바와 같이 5 개의 공진기(5a ∼ 5e)를 가지며 중앙의 공진기(5c)를 중심으로 두 개의 델타형(Δ)을 이루며 배열되어 있으며, 신호의 입출력을 연결하는 신호 입출력 커넥터(40)는 상호 결합되어 있지 않은 공진기(5a와 5e 또는 5b와 5d)에 구비되거나 상호 결합되어 있는 공진기(5a와 5b 또는 5d와 5e)에 구비될 수 있다.

상기 공진기(5a ∼ 5e)는 창(70)을 통하여 상호 결합되는데 공진기(5a)와 공진기(5b), 공진기(5b)와 (5c), 공진기(5c)와 공진기(5d), 공진기(5d)와 공진기(5e)가 상호 결합되며, 본 발명에서는 대역통과 여파기의 특서을 개선하기 위하여 특히, 공진기(5c)는 공진기(5a) 및 공진기(5e)와도 결합되도록 하여 전체적으로 2 개의 델타형(Δ) 결합구조를 이룬다.

즉, 중앙에 위치하는 공진기(5c)는 4개의 창(70)을 구비하고, 중앙에 위치하는공진기에 인접한 공진기(5a, 5b, 5d, 5e)는 2개의 창(70)을 구비하여 인접한 공진기들과 창(70)을 통해 델타형 구조로 결합한다.

대역통과 여파기의 공진기(5a ∼ 5e)는 상기와 같은 2개의 델타형(Δ)결합구조를 한 면(상부 또는 하부) 또는 양 면(상하부)에 가질 수 있다.

상기와 같은 몸체(30)의 공진기 배열구조에 2 개의 공진기가 더 추가될 때마다 델타형(Δ) 배열이 하나 더 늘어나게 되고, 그 결과 공진기의 한 면 또는 양면의 창(70)을 통한 델타형(Δ) 결합 또한 하나 더 늘어나게 된다.

공진기(5a ∼ 5e)의 한 면이 창(70)을 통한 2 개의 델타형(Δ)결합구조를 갖는 대역통과 여파기는 원하는 저지대역의 특성에 따라 그 결합방법을 달리하는데, 고주파측 저지대역의 급격한 차단특성이 요구되는 경우에는 자계 결합을, 저주파측 저지대역의 급격한 차단특성이 요구되는 경우에는 전계 결합을 이용할 수 있다.

또한 상하부가 창(70)을 통하여 2 개의 델타형(△)으로 결합되는 대역통과 여파기는 양 저지대역 모두 급격한 차단특성이 요구되는 경우에 자계 결합과 전계 결합을 동시에 이용할 수 있다. 전계 결합, 자계 결합 또는 전계 결합 및 자계 결합의 양은 창(70)의 크기에 따라 달라지며, 도시되지는 않았지만 일반적으로 결합양을 조절하기 위한 조절놉을 창(70)위에 구비될 수 있다.

전계 결합을 이용하는 경우의 회로도는 제3(a)도와 같으며, 대역통과 여파기를 구현함에 있어서는 공진기(5a ∼ 5e)의 상부가 창(70)을 통해 델타형(Δ) 결합구조를 이루며, 그 결합면 위에 커버(50)가 놓인다.

전계 결합은 도체봉(20)간의 결합이 도체봉(20)이 개방되어 있는 부분(상부)으로 이루어지는데, 이 경우 도체봉(20)이 개방되어 있는 부분은 자계의 성분은 미세하나 전계의 성분은 충분이 커서, 상부 창(70)의 크기에 따라 전계 결합압이 조절된다.

자계 결합을 이용하는 경우의 회로도는 제3(b)도와 같으며 전계 결합과 달리 공진기(5a ∼ 5e)의 하부가 창(70)을 통해 델타형(Δ) 결합구조를 이루며, 그 결합면이 베이스(10)위에 놓인다. 자계결합은 도체봉(20)간의 결합이 도체봉(20)이 단락되어 있는 부분(하부)으로 이루어지는데, 이 경우 도체봉(20)이 단락된 부분에는 전계의 성분은 미세하나 자계의 성분은 충분이 커서, 하부 창(70)의 크기에 따라 자계 결합압이 조절된다. 또한 자계 결합과 전계 결합을 동시에 이용하는 경우의 회로도는 제3도의 (c)와 같으며 공진기(5a ∼ 5e)의 상하부 모두가 창(70)을 통해 2 개의 델타형(Δ) 결합구조를 이루며, 커버(50)와 베이스(10)사이에 놓인다. 따라서 상술한 바와 같이 상부 창(70)을 통한 전계 결합과 하부 창(70)을 통한 자계 결합이 동시에 이루어지는 것이다. 상기 실시예에서 제3(a)내지 (c)도의 회로도에서 n=5 이다.

상기 실시예에 따른 대역통과 여파기 설계시 요구 특성은 다음과 같다.

1)통과대역 삽입손실

845 ∼ 849(대역폭 4) / 2.4 dB(최대)

2)저지대역 감쇠특성

851/ 30 dB(최소)

상기와 같은 특성을 갖도록 한 면이 제2(c)도와 같은 공진기 결합구조를 갖고 자계결합을 이용(제3(b)도 참조)하여 설계된 대역통과 여파기의 특성을 측정한 결과는 제4도와 같이 삽입손실 2.077 dB, 저지대역의 감쇠특성은 39.806 dB이다.

동일한 특성을 갖도록 설계된 종래의 대역통과 여파기(제5도 참조)는 3개씩 2열로 배열된 6개의 공진기(6a ∼ 6f)를 가지며, 공진기(6a ∼ 6f)는 ㄷ자형의 직렬 결합 구조를 가지는데, 이 대역통과 여파기의 특성은 제6도와 같이 삽입손실 2.427 dB, 저지대역의 감쇠특성은 26.306 dB이다.

결과적으로 본 발명 대역통과 여파기와 종래의 대역통과 여파기를 비교해 볼 때 공진기의 개수를 1개 줄이면서도 삽입손실과 저지대역의 감쇠특성에 있어서는 종래의 대역통과 여파기에 비해 월등히 뛰어난 특성을 갖는다. 특히 저지대역의 감쇠특성은 설계시 요구보다 훨씬 좋은 30dB이상을 나타낸다. 상술한 바와 같이 본 발명 대역통과 여파기는 3 개 이상의 공진기를 갖는 대역통과 여파기의 공진기 상하부를 창을 통해 자계 및 전계 결합을 동시에 이용하여 결합시킴으로써 저지대역의 저주파측 및 고주파 측의 급격한 차단특성을 갖도록 한다. 또한 5 개 이상의 공진기를 갖는 대역통과 여파기의 공진기를 2 개 이상의 델타형(Δ)을 이루도록 배열하고, 공진기의 한 면 또는 양면을 2 개 이상의 델타형 (Δ) 결합을 이루게 하여, 요구하는 저지대역의 감쇠특성에 따라 전계 결합, 자계 결합을 이용하거나 전계 결합 및 자계 결합을 동시에 이용함으로써 대역통과 여파기의 특성을 이상에 가깝게 개선하여, 저지대역의 감쇠특성이 나빠서 발생되는 통신장애를 방지하는 효과가 있다.

또한 정해진 크기의 대역통과 여파기를 설계함에 있어 공진기 개수를 줄일 수 있으므로 생산시 가공이 용이하고 생산 비용이 절감되며 대역통과 여파기를 소형 경량화 할 수 있다. 본 발명 대역통과 여파기는 뛰어난 저지대역 특성을 가지므로 현재 상당부분 수입에 의존하고 있는 이동통신의 기지국 등의 무선통신 설비에 널리 사용될 수 있으므로 수입대체 효과 또한 크다.

Claims (6)

1. 베이스(10)와, 상기 베이스(10)에 조립되거나 베이스(10)와 일체화되며 그 길이에 의해 공진기의 공진 주파수를 주로 결정하는 도체봉(20)과, 상기 베이스(10)와 도체봉(20) 위에 놓이며 소정 부피의 공진 공간을 갖는 다수의 공진기를 구비한 몸체(30)와, 상기 몸체(30)를 덮는 커버(50)와, 상기 커버(50)에 조립되며 공진기의 주파수를 미세 조정하는 주파수 조정 놉(60)과, 신호의 입출력을 연결하기 위한 신호 입출력 커넥터(40)를 포함하여 상기 신호 입출력 커넥터(40)로 입력된 신호에서 임의의 두 주파수 대역 사이의 신호만을 통과시켜 출력하는 대역통과 여파기에 있어서, 상기 몸체(30)에 구비된 공진기는 상부와 하부 양쪽에 각각 창(70)을 형성하여 창(70)을 통해 인접한 공진기들과 결합하는 것을 특징으로 하는 대역통과 여파기.
2. 베이스(10)와, 상기 베이스(10)에 조립되거나 베이스(10)와 일체화되며 그 길이에 의해 공진기의 공진 주파수를 주로 결정하는 도체봉(20)과, 상기 베이스(10)와 도체봉(20) 위에 놓이며 소정 부피의 공진 공간을 갖는 다수의 공진기를 구비한 몸체(30)와, 상기 몸체(30)를 덮는 커버(50)와, 상기 커버(50)에 조립되며 공진기의 주파수를 미세 조정하는 주파수 조정 놉(60)과, 신호의 입출력을 연결하기 위한 신호 입출력 커넥터(40)를 포함하여 상기 신호 입출력 커넥터(40)로 입력된 신호에서 특정한 두 주파수 대역 사이의 신호만을 통과시켜 출력하는 대역통과 여파기에 있어서, 상기 몸체(30)는 공진기를 5개 이상의 홀수개로 구비하되, 2개 이상의 델타형을 이루도록 배열하고, 중앙에 위치하는 하나 이상의 공진기는 4개의 창(70)을 구비하고, 중앙에 위치하는 공진기에 인접한 공진기는 2개의 창(70)을 구비하여 인접한 공진기들과 창(70)을 통해 상호 델타형 결합 구조로 결합하는 것을 특징으로 하는 대역통과 여파기.
3. 제2항에 있어서, 상기 창(70)은 공진기의 상부 또는 하부 한쪽에만 형성되어 상기 공진기들을 결합시키는 것을 특징으로 하는 대역통과 여파기.
4. 제2항에 있어서, 상기 창(70)은 공진기의 상부와 하부 양쪽에 형성되어 상기 공진기들을 결합시키는 것을 특징으로 하는 대역통과 여파기.
5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 신호가 입출력되는 두 개의 상기 입출력 커넥터(40)는 상기 창(70)으로 상호 결합되지 않은 공진기에 각각 구비되는 것을 특징으로 하는 대역통과 여파기.
6. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 신호가 입출력되는 두 개의 상기 입출력 커넥터(40)는 상기 창(70)으로 상호 결합되어 있는 공진기에 각각 구비되는 것을 특징으로 하는 대역통과 여파기.