KR100392341B1 - Band pass filter using DGS - Google Patents
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Abstract
본 발명은 초고주파 및 이동통신장비 등의 수신 초단에 사용되는 대역통과 여파기에 관한 것이다.The present invention relates to a bandpass filter used for receiving ultra-high frequency, such as mobile communication equipment.
본 발명에 따르면, 마이크로 스트립 라인 패턴, 유전체 및 접지면으로 구성된 통상의 대역통과 여파기에 있어서, 상기 마이크로 스트립 라인 패턴의 마이크로 스트립 라인과 마이크로 스트립 라인이 만나는 부분의 하부 접지면에 일정 규격의 식각구조인 디지에스(DGS)를 구성함을 특징으로 하는 디지에스(DGS)를 이용한 대역통과 여파기를 제공한다.According to the present invention, in a conventional bandpass filter including a micro strip line pattern, a dielectric, and a ground plane, an etching structure having a predetermined size is provided on a lower ground plane of a portion where the micro strip line and the micro strip line of the micro strip line pattern meet. It provides a bandpass filter using a digital signal (DGS) characterized in that the configuration of the digital (DGS).
본 발명의 대역통과 여파기는 기존의 마이크로 스트립 선로를 이용한 대역통과 여파기의 접지면에 일정한 규칙의 디지에스(DGS:Defected Ground Structure), 즉 식각구조를 추가하여 단수가 증가하고, 대역폭이 증가하는 등 특성이 향상된다.The bandpass filter of the present invention increases the number of stages, increases the bandwidth by adding a definite ground structure (DGS), that is, an etching structure, to the ground plane of the bandpass filter using a conventional microstrip line. Characteristics are improved.
Description
본 발명은 초고주파 및 이동통신장비 등의 수신 초단에 사용되는 대역통과 여파기에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 기존의 마이크로 스트립 라인 패턴을 이용한 대역통과 여파기의 접지면에 일정한 규칙의 디지에스(DGS:Defected Ground Structure), 즉 식각구조를 추가하여 단수의 증가, 대역폭의 증가 등 특성이 향상된 디지에스(DGS)를 이용한 대역통과 여파기에 관한 것이다.The present invention relates to a bandpass filter used for receiving ultra-high frequency, such as mobile communication equipment, and more specifically, to the ground plane of a bandpass filter using a conventional micro strip line pattern. Structure), that is, the bandpass filter using DGS (DGS), which has improved characteristics such as an increase in number and an increase in bandwidth by adding an etching structure.
일반적으로 마이크로 스트립 라인 패턴을 이용한 대역통과 여과기는 구조상 전달함수와 대역폭 그리고 단수 등이 결정되면 여파기의 응답이 결정되어 이를 공지의 여파기 구현이론에 따라 실현할 수 있다. 그런데, 공지의 여파기는 기판의 구조적 특성 때문에 출력 파라미터 특성(스커트 특성)이 완만하여서 통과대역과 저지대역 사이의 중간대역이 넓고, 통과대역 폭이 좁다는 문제점이 있었다.In general, the bandpass filter using the micro strip line pattern has a structure that determines the transfer function, the bandwidth, and the number of stages, and thus the response of the filter can be determined according to a known filter implementation theory. However, the known filter has a problem in that the output parameter characteristic (skirt characteristic) is gentle due to the structural characteristics of the substrate, so that the intermediate band between the pass band and the stop band is wide and the pass band width is narrow.
근래와 같이 이동통신의 수요가 급증함에 따라 이동통신 주파수들이 근접하는 환경에서는 근접 채널간에 차단을 완벽하게 하지 못하므로 다른 종류의 이동통신 시스템이 인접한 경우 인접 주파수 신호에 간섭을 주고, 서로 잡음을 유발하여 시스템 전체 특성을 저하시키는 문제점이 있었고, 이와 같은 인접 주파수 신호의 간섭을 최소화하기 위해서는 감쇠영역 스커트 특성이 예리한 여파기가 절실하게 요구되고 있다.As the demand for mobile communication increases rapidly in recent years, in case of close proximity of mobile communication frequencies, the blocking between adjacent channels is not perfect. Therefore, when different types of mobile communication systems are adjacent, they interfere with adjacent frequency signals and cause noise to each other. Therefore, there is a problem of degrading the overall system characteristics, and in order to minimize such interference of adjacent frequency signals, a sharp filter having a sharp attenuation region skirt characteristic is urgently required.
그리고, 이런 문제점을 개선하기 위해 여파기 단수를 증가시켜 이 스커트 특성을 맞추는 방법이 제안되었으나, 이런 방법은 여파기 단수의 증가에 따른 전체적인 크기와 무게의 증가로 인해 여러 가지의 문제를 야기시키고 또한 제작비용도 현저하게 증가시키는 등 여러 문제점을 내포하고 있다.In order to solve this problem, a method of adjusting the skirt characteristics by increasing the number of filters is proposed, but this method causes various problems due to the increase in the overall size and weight according to the increase in the number of filters and also the manufacturing cost. There is also a number of problems, such as a significant increase.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 마이크로 스트립 라인 패턴을 이용한 대역통과 여파기의 접지면에 식각면을 구성하면, 이 식각면이 공진기와 같은 특성을 갖는다는 점에 착안하여, 대역통과 여파기의 접지면에 인위적인 식각면(DGS)을 만들어 줌으로써 다단의 대역통과 여파기와 같은 효과를 나타내고, 대역폭의 증가와 감쇠특성이 우수하며, 부피를 감소시켜 소형화, 집적화가 용이한 디지에스(DGS)를 이용한 대역통과 여파기를 제공하기 위한 것이다.The present invention has been made to solve the above problems of the prior art, and when the etching surface is formed on the ground plane of the bandpass filter using the micro strip line pattern, the etching surface has the same characteristics as the resonator. In view of this, artificial etch plane (DGS) is created on the ground plane of the bandpass filter, which has the same effect as the multi-stage bandpass filter, and the increase of bandwidth and attenuation characteristics are excellent, and the volume is reduced, making it easy to miniaturize and integrate. It is to provide a bandpass filter using DGS.
도 1 은 본 발명의 전체 사시도.1 is an overall perspective view of the present invention.
도 2 는 본 발명의 등가 회로도2 is an equivalent circuit diagram of the present invention.
도 3 은 본 발명의 등가 회로도3 is an equivalent circuit diagram of the present invention.
도 4 는 도 2의 등가회로의 시뮬레이션 결과 그래프.4 is a graph of simulation results of the equivalent circuit of FIG. 2.
도 5 는 본 발명 디지에스(DGS)의 등가회로인 공진회로도.5 is a resonant circuit diagram of an equivalent circuit of the present invention DGS.
도 6 은 본 발명 디지에스(DGS)의 시험기판의 평면도.6 is a plan view of a test substrate of the present invention (DGS).
도 7 는 도 5의 공진회로와 도6의 시험기판의 시뮬레이션 결과 그래프.7 is a graph illustrating simulation results of the resonance circuit of FIG. 5 and the test substrate of FIG. 6.
도 8 은 본 발명에 따른 대역통과 여파기의 특성 측정 결과 그래프.8 is a graph of a characteristic measurement result of a bandpass filter according to the present invention;
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
1,3: 입출력 단의 마이크로 스크립 라인,1,3: micro script line of the input and output stage,
2: 마이크로 스크립 라인,2: micro script line,
4: 유전체 기판,4: dielectric substrate,
5: 접지면,5: ground plane,
6: 디지에스(DGS)6: DGS
본 발명은 마이크로 스트립 라인 패턴, 유전체 기판 및 접지면으로 구성된 통상의 대역통과 여파기에 있어서, 상기 마이크로 스트립 라인 패턴의 마이크로 스트립 라인과 마이크로 스트립 라인이 만나는 부분의 하부 접지면에 일정 규격의 식각구조인 디지에스(DGS)를 구성함을 특징으로 하는 디지에스(DGS)를 이용한 대역통과 여파기에 관한 것이다.The present invention relates to a conventional bandpass filter including a micro strip line pattern, a dielectric substrate, and a ground plane, wherein an etching structure having a predetermined size is formed on a lower ground plane of a portion where the micro strip line and the micro strip line of the micro strip line pattern meet. The present invention relates to a bandpass filter using a digital signal (DGS) characterized in that the digital signal (DGS) is configured.
이하, 본 발명을 첨부도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명에 따른 입출력 단의 마이크로 스크립 라인(1)(3)과 상기 입출력 단의 마이크로 스크립 라인(1)(3) 사이의 마이크로 스크립 라인(2)과 유전체 기판(4) 및 접지면(5)으로 구성된 통상의 1단 대역통과 여파기에 있어서, 상기 마이크로 스크립 라인(2) 양 끝단의 입출력 단의 마이크로 스크립 라인(1)(3) 저부 접지면에일정 규격으로 식각하여 디지에스(DGS)(6)를 구성한다.The microscript line 2 and the dielectric substrate 4 and the ground plane 5 between the microscript lines 1 and 3 of the input and output stages and the microscript lines 1 and 3 of the input and output stages according to the present invention. In the conventional single-stage bandpass filter, the micro script lines (D) of the micro script lines (1) and (3) of the input and output ends of both ends of the micro script lines (2) are etched to a predetermined standard (DGS) (6). ).
이와 같은 구성의 본 발명의 대역통과 여파기의 등가회로를 도 2에 도시하였다. 도 2에 되시된 바와 같이 본 발명 대역통과 여파기의 등가회로는 본 발명의 식각구조인 디지에스(DGS)(6)가 LC 공진 회로로 구성되어 있다. 따라서 식각구조인 디지에스(DGS)(6)가 LC 공진회로와 같은 효과를 나타내는 것이다.The equivalent circuit of the bandpass filter of the present invention having such a configuration is shown in FIG. As shown in FIG. 2, in the equivalent circuit of the bandpass filter of the present invention, a digital resonance (DGS) 6, which is an etching structure of the present invention, is composed of an LC resonant circuit. Accordingly, the etching structure DGS 6 has the same effect as the LC resonant circuit.
또한 본 발명의 대역통과 여파기의 등가회로는 도 3의 도시와 같이 나타낼 수 있으면, 이 등가회로는 기존의 3단의 대역통과 여파기와 같은 등가회로로 해석되므로 본 발명 역시 3단의 대역통과 여파기가 됨을 알 수 있다.In addition, if the equivalent circuit of the bandpass filter of the present invention can be represented as shown in Fig. 3, the equivalent circuit is interpreted as an equivalent circuit such as the existing three-stage bandpass filter. It can be seen that.
도 4는 도 2의 본 발명의 대역통과 여파기의 등가회도를 이용하여 각 선로의 물리적인 길이를 계산한 시뮬레이션 결과를 나타낸다.FIG. 4 shows simulation results of calculating the physical length of each line using the equivalent circuit diagram of the bandpass filter of the present invention of FIG. 2.
도 4의 그래프를 보면 중심주파수 4㎓에서 대역폭 400㎒의 대역을 갖는 대역통과 여파기의 특성을 보이고 있고, 4.8㎓에서 나타나는 감쇠극은 도 2의 입출력 단에 형성된 디지에스(DGS)(6) LC공진회로의 공진 주파수를 나타내는 것이다. 이와 같은 시뮬레이션 결과로 알 수 있듯이 디지에스(DGS)(6)는 인버터로서 해석됨과 동시에 등가회로 자체가 갖는 공진 특성, 즉 대역저지특성이 동시에 나타난다. 이러한 특성은 기존의 대역통과필터에서는 나타나지 않는다. 따라서 본 발명은 상위대역 모서리에서 기존구조보다 훌륭한 감쇠특성을 보이는 것이다.The graph of FIG. 4 shows the characteristics of a bandpass filter having a bandwidth of 400 MHz at the center frequency of 4 GHz, and the attenuation pole shown at 4.8 GHz is a DGS (6) LC formed at the input / output stage of FIG. It represents the resonant frequency of the resonant circuit. As can be seen from the simulation results, the DGS 6 is interpreted as an inverter and simultaneously exhibits the resonance characteristic of the equivalent circuit itself, that is, the band blocking characteristic. This characteristic does not appear in the existing bandpass filter. Therefore, the present invention shows better attenuation characteristics than the existing structure at the upper band edge.
도 2의 본 발명의 대역통과 여파기의 등가회로중 LC공진회로 부분, 즉 디지에스(DGS)(6)가 공진기로 동작하는 것을 시험하기 위해 도 5의 도시와 같은 인덕터의 값이 1.3814nH, 커패시터의 값이 0.7527㎊인 공진 회로를 구성하고, 도 5의 소자 값을 갖은 디지에스(DGS)(6)를 도 6의 도시와 같이 유전체 기판(4)상부에 전송선로인 마이크로 스트립라인(1)을 형성하고, 유전체 기판(4) 저부의 접지면(5)을 식각하여 디지에스(DGS)(6)(도면상 점선부분)구성하였다. 도 6에서 a, b, g는 디지에스(DGS)의 공진 주파수와 3㏈ 컷오프(cutoff) 주파수를 결정짓는 중요한 파라미터이다. 그리고 w는 사용된 기판의 50Ω에 해당하는 값이 사용된다.In order to test that the LC resonant circuit portion of the equivalent circuit of the bandpass filter of FIG. 2 of the present invention, i.e., the DGS 6 operates as a resonator, an inductor value of 1.3814nH, a capacitor as shown in FIG. The microstrip line 1, which constitutes a resonant circuit having a value of 0.7527 Hz, and has a digital signal (DGS) 6 having the device value of FIG. 5, is a transmission line on the dielectric substrate 4 as shown in FIG. The ground plane 5 of the bottom of the dielectric substrate 4 was etched to form a DGS 6 (dotted line on the drawing). 6, a, b, and g are important parameters for determining the resonant frequency and 3 kHz cutoff frequency of the digital signal (DGS). And w is a value corresponding to 50 ms of the substrate used.
상기와 같은 도 5의 공진회로와 도 6의 시험기판을 시뮬레이터를 이용하여 그 특성을 측정하여 그 결과를 도 7에 도시하였다.The resonance circuit of FIG. 5 and the test substrate of FIG. 6 are measured using a simulator, and the results are shown in FIG. 7.
도 7의 그래프를 보면, 도 5의 공진회로와 도 6의 시험기판의 시뮬레이션의 결과가 거의 일치하고 있어 디지에스(DGS)(6)는 공진기 역할을 함을 알 수 있다.Referring to the graph of FIG. 7, it can be seen that the results of simulation of the resonance circuit of FIG. 5 and the test substrate of FIG. 6 almost match, and thus, the DS 6 acts as a resonator.
상기와 같이 디지에스(DGS)(6)의 구조가 공진기 역할을 함을 확인하고 디지에스(DGS)(6) 구조를 대역통과 여파기의 회로에 적용하여 본 발명의 대역통과 여파기를 설계하여 도 1의 도시와 같이 제작하였다. 이때 사용된 기판은 타코닉(Taconic)사의 CER-10(er=10, h=1.5748㎜)을 사용했다. 이와 같이 제작된 본 발명의 대역통과 여파기의 특성을 측정하여 그 결과를 도 8에 도시하였다.As described above, it is confirmed that the structure of the DGS 6 serves as a resonator, and the DGS 6 structure is applied to the circuit of the bandpass filter to design the bandpass filter of the present invention. Made as shown in the city. At this time, Taconic CER-10 (er = 10, h = 1.5748 mm) was used for the substrate. The characteristics of the bandpass filter of the present invention manufactured as described above were measured and the results are shown in FIG. 8.
본 발명에 따른 대역통과 여파기는 도 8에 나타난 것처럼 1단 대역통과 여파기의 구조임에도 불구하고 결과는 3단의 대역통과 여파기의 특성을 나타내고 있으며, 중심주파수 4㎓와 대역폭 400㎒을 만족하면서 오른쪽 감쇠특성이 우수하고, 삽입손실이 1.2㏈, 반사손실이 27㏈의 우수한 특성을 보이고 있다.Although the bandpass filter according to the present invention has the structure of the single-stage bandpass filter as shown in FIG. 8, the result shows the characteristics of the three-stage bandpass filter, and satisfies the center frequency of 4 kHz and the bandwidth of 400 MHz and the right attenuation. It has excellent characteristics, insertion loss of 1.2㏈ and reflection loss of 27㏈.
이와 같은 디지에스(DGS)의 구조는 대역통과 여파기 이외 다른 필터 구조에도 응용이 가능할 것으로 생각된다. 예를들면 멀티레이어(Multi-layer)나 MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit)등과 같이 크기가 작을 필요가 있는 부품 및 구조에 응용가능 하고, 기타 필터가 아닌 능동소자의 입출력 단에 디지에스(DGS)패턴을 활용하여 감쇠극 효과를 만들어 차단효과를 볼 수 있는 것이다.Such a structure of DGS can be applied to other filter structures besides the bandpass filter. For example, it can be applied to parts and structures that need to be small, such as multi-layer or monolithic microwave integrated circuit (MMIC), and the DGS pattern on the input and output terminals of active devices rather than other filters. You can see the blocking effect by using the attenuation pole effect.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시태양 및 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 개량이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and drawings, and various permutations, modifications, and improvements can be made without departing from the technical spirit of the present invention. It will be apparent to those who have
본 발명에 따른 대역통과 여파기는 디지에스(DGS)패턴 구조로 인하여 사용할 수 있는 대역폭이 넓어지며, 디지에스(DGS) 자체의 공진 특성으로 인하여 저지대역에서 감쇠극점을 형성하여 광대역의 저지대역을 제공하고, 양쪽 대역 모서리에서의 감쇠특성이 우수해지며, 단수 증가효과로 인한 부피감소는 물론 1단의 구조로 3단의 효과를 나타내고, 소형화, 집적화가 용이하다.The bandpass filter according to the present invention has a wider usable bandwidth due to the DGS pattern structure, and forms attenuation poles in the stopband due to the resonance characteristics of the DGS itself to provide a wideband stopband. In addition, the attenuation characteristics at both edges of the band are excellent, and the volume reduction due to the increase in the number of stages, as well as the three-stage effect in one-stage structure, miniaturization, easy to integrate.
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