KR100831076B1 - Balun-band pass filter using dual-mode ring resonator - Google Patents

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KR100831076B1
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balun
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band pass
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황희용
정을영
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강원대학교산학협력단
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Abstract

A balun-bandpass filter using a dual-mode ring resonator is provided to realize both a balun characteristic and a band pass filter characteristic in a band width by a simple microstrip line path structure. A balun-bandpass filter using a dual-mode ring resonator includes a substrate, a one-wavelength ring resonator(50), an input terminal(60), a first output terminal(70), and a second output terminal(80). The one-wavelength ring resonator includes a first line path(51), a second line path(52), a third line path(53), and an open stub line path. The input terminal supplies an input signal from the outside from the ring resonator. The first output terminal generates a first output signal from the ring resonator. The second output terminal generates a second output signal of the same level of the first output signal from the ring resonator and a phase difference of 180 degrees from the first output signal from the ring resonator. The ring resonator has a two-stage band pass characteristic through forming a dual mode by differentiating impedance between the first line path and the second line path through the first and second output terminal in the input terminal.

Description

이중모드 링 공진기를 이용한 발룬-대역 통과 필터{BALUN-BAND PASS FILTER USING DUAL-MODE RING RESONATOR}BALUN-BAND PASS FILTER USING DUAL-MODE RING RESONATOR}

도 1은 일반적인 무선 통신 시스템의 블록도이다.1 is a block diagram of a general wireless communication system.

도 2a 및 도 2b는 발룬의 기본적인 기능을 나타낸 도면이다.2A and 2B show the basic functions of the balun.

도 3은 동축형 Marchand 발룬의 구성도이다.3 is a block diagram of a coaxial Marchand balun.

도 4는 또 다른 동축형 Marchand 발룬을 나타낸 구성도이다.Figure 4 is a block diagram showing another coaxial Marchand balloon.

도 5a 및 도 5b는 마이크로 스트립 형태의 Marchand 발룬을 나타낸 구성도이다.5A and 5B are diagrams illustrating a Marchand balun in the form of a micro strip.

도 6a 및 도 6b는 반파장 발룬을 나타낸 도면이다.6A and 6B show a half-wavelength balun.

도 7은 공진기 간의 상호 결합을 이용한 개념적 블록도이다.7 is a conceptual block diagram using mutual coupling between resonators.

도 8은 결합계수에 따른 주파수의 변화를 나타낸 그래프이다.8 is a graph showing a change in frequency according to the coupling coefficient.

도 9는 스터브 선로를 이용한 이중모드 공진기의 개략도이다.9 is a schematic diagram of a dual mode resonator using stub lines.

도 10은 다단 임피던스 선로를 이용한 이중모드 링 공진기의 개략도이다.10 is a schematic diagram of a dual mode ring resonator using a multistage impedance line.

도 11a 및 도 11b는 각각 본 발명에 따른 발룬-대역 통과 필터 및 그의 등가회로 구조이다.11A and 11B are respectively a balun-band pass filter and an equivalent circuit structure thereof according to the present invention.

도 12a 및 도 12b는 본 발명에 따른 발룬-대역 통과 필터의 상측 및 하측 경로에 대한 등가 회로이다.12A and 12B are equivalent circuits for the upper and lower paths of the balun-band pass filter according to the present invention.

도 13은 임피던스 차에 대한 전체 전송 어드미턴스를 나타낸 그래프이다.13 is a graph showing total transmission admittance versus impedance difference.

도 14는 전체 전송 어드미턴스를 S 파라미터로 변환하여 전송 파라미터인 S(2,1)을 시뮬레이션한 결과를 나타낸 그래프이다.14 is a graph showing a result of simulating the transmission parameter S (2,1) by converting the entire transmission admittance into the S parameter.

도 15a 및 도 15b는 임피던스 차에 따른 커플링 계수의 시뮬례이션 결과를 나타낸 그래프로서, 도 15a는 반사손실, 도 15b는 커플링 계수에 대한 그래프이다.15A and 15B are graphs showing simulation results of coupling coefficients according to impedance differences. FIG. 15A is a reflection loss and FIG. 15B is a graph of coupling coefficients.

도 16은 출력 사이의 180° 길이 선로 임피던스(Z3)의 증가에 대한 감쇄극 주파수의 이동을 나타낸 그래프이다.FIG. 16 is a graph showing the shift of attenuation pole frequency with increasing 180 ° length line impedance Z 3 between outputs.

도 18은 스터브 선로 임피던스(Zs)의 증가에 대한 감쇄극 주파수의 이동을 나타낸 그래프이다.18 is a graph showing the shift of the attenuation pole frequency with an increase in the stub line impedance Z s .

도 19는 실제 제작된 발룬-대역 통과 필터의 사진이다.19 is a photograph of a manufactured balun-band pass filter.

도 20은 주파수 응답 특성에 대한 시뮬레이션과 본 발명 샘플의 측정 결과를 비교하여 나타낸 그래프이다.20 is a graph showing a comparison of the simulation results for the frequency response characteristics and the measurement results of the sample of the present invention.

도 21은 두 출력단의 출력차와 주파수에 대한 시뮬레이션과 본 발명 샘플의 측정 결과를 비교하여 나타낸 그래프이다.21 is a graph showing a comparison between the simulation results of the output difference and the frequency of the two output stages and the measurement result of the sample of the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호설명 ** Explanation of Signs of Major Parts of Drawings *

50: 링 공진기 51-53: 제1 내지 제3 선로50: ring resonator 51-53: first to third lines

54: 개방 스터브 선로 60: 입력단54: open stub line 60: input terminal

70: 제1출력단 80: 제2출력단70: first output stage 80: second output stage

본 발명은 이중모드 링 공진기를 이용한 발룬-대역 통과 필터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 한파장 길이의 이중모드 링형 공진기에서 대칭되는 위치에 각 출력단을 위치시킴에 의해 불평형 위상 특성을 얻고, 입출력단 선로간의 임피던스 차를 부여함에 의해 이중모드를 구현하여 입출력 신호의 불평형-평형 변환을 수행하는 발룬의 특성을 동시에 갖춘 이중모드 링 공진기를 이용한 발룬-대역 통과 필터(Balun-BPF)에 관한 것이다.The present invention relates to a balun-band pass filter using a dual mode ring resonator, and more particularly, to obtain an unbalanced phase characteristic by placing each output stage in a symmetrical position in a single wavelength dual mode ring resonator. The present invention relates to a balun-band pass filter (Balun-BPF) using a dual-mode ring resonator having a balun characteristic that realizes a dual mode by providing an impedance difference between lines and performs an unbalance-balance conversion of an input / output signal.

최근 거의 모든 전자기기에 무선 통신 기술이 사용되고 있고 기존의 유선통신 또한 무선 통신으로 대체되는 추세이다. 이에 따라 초광대역 통신(Ultra Wide Band, UWB), 초고속 무선랜(Wireless LAN), 지그비(Zigbee), 블루투스(Bluetooth) 등의 여러 무선 통신 기술이 개발되고 있고, 또한 이 통신 기술에 쓰이는 무선 소자들의 성능도 급속히 발전해가고 있다. 통신 기술 및 성능 발전의 가속화와 함께 무선 통신 소자 및 기기들의 소형화, 경량화 등에 대한 발전도 동시에 급격히 빨라지고 있다.Recently, almost all electronic devices are using wireless communication technology, and the existing wired communication is also being replaced by wireless communication. Accordingly, various wireless communication technologies such as ultra wide band (UWB), wireless LAN, Zigbee, and Bluetooth are being developed, and also wireless devices used in the communication technology are being developed. Performance is also developing rapidly. With the acceleration of the development of communication technology and performance, the development of miniaturization and light weight of wireless communication devices and devices is also rapidly accelerating.

그러나 이렇게 무선 통신 시스템의 기술 발달, 성능 향상 등에 의해 점점 사용량이 증대되고 있는 것과 비례해서, 무선기기 간의 통신 간섭, 전파 발생원의 증가 등 통신상의 잡음 요인들 또한 점점 증가하고 있다. 이에, 최근에는 무선 통신 시스템을 구성하는 소자들에 대해 기본적으로 잡음이나 고조파에 대한 저항성이 요구되고 있다. However, in proportion to the increasing usage due to the technology development and performance improvement of the wireless communication system, communication noise factors such as communication interference between radio devices and the increase of radio wave generation sources are also increasing. In recent years, resistance to noise and harmonics is basically required for the elements constituting the wireless communication system.

이러한 요구에 발맞춰서 최근 무선 통신 시스템에는 잡음과 고조파 제거에 용이한 평형 신호를 사용하는 증폭기나 믹서 등과 같은 평형 신호 소자들의 중요성이 커지고 있고 이에 대한 연구도 많이 진행 중이다. 그러나 그렇다고 무선 통신 시스템에서 이런 평형 신호 소자들만이 쓰이는 것은 아니다. 기존의 필터, 안테나 등과 같은 불평형 신호를 사용하는 소자들 역시 중요하고, 반드시 필요한 소자로서 동시에 쓰여지고 있다. 그래서 시스템에서는 이 불평형 신호 소자와 평형 소자가 동시에 쓰이며, 이 두 신호를 사용하는 소자들 간의 중간 변환 역할로 발룬(Balun)이라는 소자를 이용하고 있다. 이러한 이유에 의해, 발룬은 최근의 불평형 신호와 평형 신호를 사용하는 모든 무선 통신 시스템에 기본적으로 꼭 쓰이는 소자가 되었다.In line with these demands, balanced signal devices such as amplifiers and mixers that use balanced signals that are easy to remove noise and harmonics are increasing in wireless communication systems. However, this is not the only use of these balanced signal elements in wireless communication systems. Devices using unbalanced signals, such as conventional filters and antennas, are also important and necessary to be used simultaneously. Thus, in the system, the unbalanced signal element and the balanced element are used simultaneously, and a device called balun is used as an intermediate conversion between the elements using the two signals. For this reason, balun has become a fundamental element in all wireless communication systems that use the recent unbalanced and balanced signals.

보통 발룬은 통신 모듈 상에서 안테나와 저잡음 증폭기(LNA) 사이에서 대역 통과 필터(BPF)와 함께 사용되며, 대역 통과 필터의 전단이나 후단에 연속으로 연결되어, 이 필터와 함께 입출력 신호의 불평형-평형 변환과 필터링을 함께 수행한다.Usually, the balun is used with a band pass filter (BPF) between the antenna and the low noise amplifier (LNA) on the communication module, and is continuously connected to the front end or the rear end of the band pass filter, together with this filter to unbalance the input and output signals. And filtering together.

종래에는 발룬을 안테나와 결합시킨 기술이 공개특허공보 제2001-10509호 및 특허 제576883호에 개시되어 있고, 체적탄성공진(FBAR)을 이용하여 구현되는 불평형-평형 입출력 구조의 FBAR 필터가 공개특허공보 제2006-27606호에 개시되어 있으며, 사각동축전송라인을 갖는 발룬을 구비한 마이크로웨이브 믹서가 공개특허공보 제2001-93792호에 개시되어 있고, 방향성 결합기를 이용한 밀리미터파 평면상의 발룬이 공개특허공보 제2001-10897호에 개시되어 있다.Conventionally, a technique in which a balloon is combined with an antenna is disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication Nos. 2001-10509 and 5,873,833, and an FBAR filter having an unbalanced input / output structure implemented using a volume elastic resonance (FBAR) is disclosed. A microwave mixer having a balun having a square coaxial transmission line is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2006-27606, and a microwave mixer is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-93792, and a balun on a millimeter wave plane using a directional coupler is disclosed. Publication No. 2001-10897.

발룬은 대역 통과 필터의 전단 또는 후단에 배치되므로 대역 통과 필터와 발룬을 하나의 소자로 합성하게 되면 무선 통신 시스템 상의 면적, 크기 등에서 큰 이점을 가져다 줄 뿐만 아니라 시스템의 디자인에도 큰 효율을 가져다 줄 수 있다.Since the balun is placed at the front or the rear of the bandpass filter, combining the bandpass filter and the balun into a single device not only has a great advantage in area, size, etc. in a wireless communication system, but also can bring great efficiency in the design of the system. have.

그러나, 상기한 바와 같이 종래에는 많은 이점에도 불구하고 아직 대역 통과 필터와 발룬을 하나의 소자로 합성한 기술이 제안되지 못하고 있다.However, as described above, in spite of many advantages, a technique in which a band pass filter and a balun are combined into one device has not been proposed.

따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 그 목적은 한파장 길이의 이중모드 링형 공진기에서 대칭되는 위치에 각 출력단을 위치시킴에 의해 불평형 위상 특성을 얻고, 입출력단 선로간의 임피던스 차를 부여하여 이중모드를 형성함에 의해 2단 대역통과 특성을 구현하여 입출력 신호의 불평형-평형 변환을 수행하는 발룬의 특성을 동시에 갖춘 이중모드 링 공진기를 이용한 발룬-대역 통과 필터를 제공하는 데 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, and its object is to obtain an unbalanced phase characteristic by placing each output stage in a symmetrical position in a one-wavelength dual mode ring resonator, and achieve impedance between input and output lines. The present invention provides a balun-band pass filter using a dual-mode ring resonator having a balun characteristic that performs unbalance-balanced conversion of input and output signals by implementing a two-stage bandpass characteristic by forming a dual mode by providing a difference. .

본 발명의 다른 목적은 간단한 마이크로스트립 선로 구조로 대역폭 내에서 발룬과 대역 통과 필터의 동시에 구현시킬 수 있어 적은 용량과 면적을 필요로 하는 초고주파 분야 및 밀리미터파 분야의 여러 분야에 응용할 수 있는 이중모드 링 공진기를 이용한 발룬-대역 통과 필터를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is a simple microstrip line structure, which can simultaneously implement a balun and a band pass filter in a bandwidth so that a dual mode ring can be applied to various fields of ultra high frequency and millimeter wave fields requiring small capacity and area. To provide a balun-band pass filter using a resonator.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 유전체로 이루어진 기판과; 양단부가 연결되며 각각 λ/4 길이의 제1 및 제2 선로와, 양단부가 각각 상기 제1 및 제2 선로의 양단부에 연결되며 λ/2 길이의 제3선로와, 상기 제3선로의 중간에 수직방 향으로 연장 형성되는 개방 스터브 선로를 구비하여, 전체적으로 사각형상으로 이루어지며 상기 기판 위에 마이크로스트립 선로를 사용하여 형성되는 한 파장 링 공진기와; 상기 제1 선로와 제2 선로 사이의 연결부분에 결합되어 외부로부터 입력신호를 링 공진기로 인가하기 위한 입력단과; 상기 제1 선로와 제3 선로의 일측단부 사이의 연결부분에 결합되어 상기 링 공진기로부터 제1출력신호를 발생하는 제1출력단과; 상기 제1 선로와 제3 선로의 타측단부 사이의 연결부분에 결합되어 상기 링 공진기로부터 제1출력신호와 180˚ 위상차를 가지며 동일한 크기의 제2출력신호를 발생하는 제2출력단으로 구성되며, 상기 입력단에서 제1 및 제2 출력단으로 통하는 제1 및 제2 선로 사이에 임피던스 차이를 부여하여 이중모드를 형성함에 의해 상기 링 공진기가 2단 대역통과 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 이중모드 링 공진기를 이용한 발룬-대역 통과 필터를 제공한다.The present invention for achieving the above object, a substrate made of a dielectric; Both ends are connected to the first and second lines having a length of λ / 4, respectively, and both ends are connected to both ends of the first and second lines, respectively, and have a third line having a length of λ / 2 and a middle line of the third line. A wavelength ring resonator having an open stub line extending in a vertical direction and having a generally rectangular shape and formed using a microstrip line on the substrate; An input terminal coupled to a connection portion between the first line and the second line to apply an input signal to a ring resonator from the outside; A first output end coupled to a connection portion between one side end of the first line and a third line to generate a first output signal from the ring resonator; And a second output terminal coupled to a connection between the other end of the first line and the third line, the second output terminal having a 180 ° phase difference from the ring resonator and generating a second output signal having the same magnitude from the ring resonator. Using the dual mode ring resonator, characterized in that the ring resonator has a two-stage bandpass characteristic by forming a dual mode by providing an impedance difference between the first and the second line from the input terminal to the first and second output terminals Provide a balun-band pass filter.

상기 개방 스터브 선로는 링 공진기의 내측 방향으로 연장 형성되는 것이 크기를 작게 하는 데 유리하다.The open stub line extends in the inward direction of the ring resonator, which is advantageous in reducing the size.

또한, 상기 제1 및 제2 출력단 간에는 λ/2 길이의 제3선로가 배치되고 입력단과 제1 및 제2 출력단 사이에는 λ/4 길이의 제1 및 제2 선로가 각각 배치되어, 상기 제1 및 제2 출력단 간의 위상 특성이 발룬의 위상 특성을 만족한다.In addition, a third line having a length of? / 2 is disposed between the first and second output terminals, and a first and second line having a length of? / 4 is disposed between the input terminal and the first and second output terminals, respectively. And the phase characteristic between the second output terminal satisfies the phase characteristic of the balun.

더욱이, 본 발명에서는 상기 제1 및 제2 선로의 제1 및 제2 임피던스 차를 조정함에 의해 커플링 계수의 크기와 감쇄극의 개수 및 위치를 설정할 수 있다.Furthermore, in the present invention, the magnitude of the coupling coefficient and the number and position of the attenuation poles can be set by adjusting the difference between the first and second impedances of the first and second lines.

이 경우, 상기 제1 및 제2 선로의 제1 임피던스와 제2 임피던스가 동일할 때 대역 통과 필터의 감쇄극이 한 개 형성되고, 제1 임피던스가 제2 임피던스보다 큰 경우 감쇄극이 형성되지 않으며, 제1 임피던스가 제2 임피던스보다 작은 경우 중심 주파수를 기준으로 양쪽에 하나씩 감쇄극이 형성된다.In this case, one attenuation pole of the band pass filter is formed when the first impedance and the second impedance of the first and second lines are the same, and when the first impedance is larger than the second impedance, the attenuation pole is not formed. For example, when the first impedance is smaller than the second impedance, one attenuation pole is formed on each side based on the center frequency.

또한, 상기 제1 및 제2 선로의 제1 임피던스와 제2 임피던스 간의 차의 절대값 크기에 따라 최상단 및 최하단 공진 주파수가 변경되고, 제1 임피던스와 제2 임피던스 간의 차의 절대값 크기에 비례하여 최상단 및 최하단 공진 주파수의 사이의 간격이 넓어진다.In addition, the uppermost and lowermost resonant frequencies are changed according to the magnitude of the absolute value of the difference between the first impedance and the second impedance of the first and second lines, and proportionally to the magnitude of the absolute value of the difference between the first impedance and the second impedance. The interval between the uppermost and lowermost resonant frequencies is widened.

본 발명의 발룬-대역 통과 필터에서는, 상기 개방 스터브 선로의 임피던스와 λ/2 길이 제3선로의 임피던스로 감쇄극의 위치를 설정하는 것이 가능하다.In the balun-band pass filter of the present invention, it is possible to set the position of the attenuation poles by the impedance of the open stub line and the impedance of the third line of? / 2 length.

이 경우, 상기 제3선로의 임피던스가 증가할수록 두 감쇄극은 낮은 주파수 대역으로 이동하며, 상기 개방 스터브 선로의 임피던스가 증가할수록 두 감쇄극은 높은 주파수 대역으로 이동한다.In this case, as the impedance of the third line increases, the two attenuation poles move to a lower frequency band, and as the impedance of the open stub line increases, the two attenuation poles move to a higher frequency band.

또한, 상기 입/출력단과 링 공진기 사이에는 각각 평행선로 갭 커플링을 사용하여 결합되는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the input / output terminal and the ring resonator are coupled to each other by using a gap coupling line in parallel.

(실시예)(Example)

본 발명의 상술한 목적과 여러 가지 장점은 이 기술 분야에 숙련된 사람들에 의해, 첨부된 도면을 참조하여 후술되는 본 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.The above objects and various advantages of the present invention will become more apparent from the preferred embodiments of the present invention described below with reference to the accompanying drawings by those skilled in the art.

이하에서는 무선 통신 시스템에서 연속으로 쓰이는 발룬과 대역 통과 필터를 간단한 마이크로스트립 선로 구조의 링 공진기를 사용하여 하나의 소자로 구현한 본 발명의 발룬 기능을 갖는 대역 통과 필터(Balun-BPF)에 대하여 설명한다. Hereinafter, a Balun-BPF having a balun function according to the present invention in which a balun and a band pass filter continuously used in a wireless communication system are implemented as a single element using a ring resonator having a simple microstrip line structure will be described. do.

본 발명의 Balun-BPF는 발룬과 대역 통과 필터의 특성을 동시에 충족시키기 위한 구조로서 기존의 기본적인 한파장(λ) 길이의 링 공진기를 사용하였으며, 이러한 공진기에 기존의 출력단과 대칭적인 위치에 또 하나의 출력단을 추가함으로써, 발룬의 180° 불평형 위상 특성을 나타내도록 하였다. 그리고, 2단 대역 통과 특성은 입력단에서 각 출력단으로 통하는 상하측 선로 간에 소정의 임피던스 차이를 부여함으로써 생성되도록 하였다. The Balun-BPF of the present invention uses a conventional one wavelength (λ) length ring resonator as a structure for simultaneously satisfying the characteristics of the balun and the band pass filter, and another one at a symmetrical position with the existing output stage. By adding the output stage of, the balun's 180 ° unbalanced phase characteristic was exhibited. In addition, the two-stage band pass characteristic is generated by providing a predetermined impedance difference between the upper and lower lines passing from the input terminal to each output terminal.

더욱 상세하게는, 본 발명에서는 발룬에서 2단만을 쓰는 발룬을 변형시켜, 두 출력 간에는 λ/2 길이의 선로가 배치되고 입력과 출력 사이에는 λ/4 길이의 선로가 각각 배치되도록 하여 두 출력 간의 위상 특성이 발룬의 위상 특성을 만족하도록 하였다. More specifically, in the present invention, a balun that uses only two stages in the balun is modified so that a line having a length of λ / 2 is disposed between the two outputs and a line having a length of λ / 4 is disposed between the input and the output, respectively. The phase characteristics were made to satisfy the balun's phase characteristics.

또한, 링 공진기에 의한 이중모드 특성을 이용하여 공진기간의 상호 결합량을 조절하였고, 상호 결합량의 조절에 의해 등가적으로 2단 대역 통과 필터의 동작이 수행될 수 있도록 하였다.In addition, the mutual coupling amount of the resonance period is controlled by using the dual mode characteristic of the ring resonator, and the operation of the two-stage band pass filter can be performed equivalently by controlling the mutual coupling amount.

이하에서는 먼저, 일반적인 무선 통신 시스템의 구성에 대하여 설명하고, 이어서 발룬 소자의 개요와 종류에 대해 설명한다. 그 다음 발룬과 대역 통과 필터를 구현하기 위한 기본 구조로서 이용되는 링 공진기에 대해 설명하도록 한다.Below, the structure of a general wireless communication system is demonstrated first, and then the outline | summary and kind of a balun element are demonstrated. Next, the ring resonator used as a basic structure for implementing the balun and the band pass filter will be described.

그후, 본 발명에 따른 Balun-BPF의 구조를 설명하고, ABCD 파라미터 및 어드미턴스 파라미터를 사용하여 해석한다. 기본적인 선로에 대한 ABCD 파라미터 해석을 통하여 전체적인 구조에 대한 파라미터를 구하고, ABCD-Y 파라미터 변환표를 이용하여 전체 전송 어드미턴스를 유도한다. 유도된 전송 어드미턴스는 지정된 변수 에 따른 Transmission zeros 지점과 커플링 계수의 변화를 알아냄으로서 임의의 원하는 필터 조건을 찾아낸다.The structure of the Balun-BPF according to the present invention is then described and analyzed using ABCD parameters and admittance parameters. Through the ABCD parameter analysis of the basic line, the parameters of the overall structure are obtained, and the overall transmission admittance is derived using the ABCD-Y parameter conversion table. The derived transmission admittance finds any desired filter condition by finding the variation of Transmission zeros and coupling coefficients according to the specified parameters.

또한, 최적화된 구조를 직접 제작 및 실제 측정하여 본 발명의 Balun-BPF가 발룬 특성과 대역 통과 필터의 특성을 모두 만족함을 확인하도록 한다.In addition, the Balun-BPF of the present invention satisfies both the balun characteristics and the bandpass filter characteristics by directly fabricating and measuring the optimized structure.

1. 일반적인 무선 통신 시스템의 구성 1. Composition of general wireless communication system

일반적인 무선 통신 시스템의 블록도를 도 1에 간략하게 나타내었다. 먼저 도면의 왼쪽에서부터 살펴보면 송수신을 위한 안테나(1)가 제일 외부에 위치하고 있고, 안테나의 후단에는 수신시에 안테나(1)를 통해 수신되는 무작위의 신호들 중에서 원하는 주파수만을 선택하고, 또한 송신시에 내부에서 만든 신호들과 내부에서 많은 원인으로 인하여 생길 수 있는 잡음신호 중에서 원하는 신호의 주파수만을 선택적으로 송신하기 위한 대역 통과 필터(BPF)(2)가 연결된다. A block diagram of a general wireless communication system is briefly shown in FIG. First, from the left side of the drawing, the antenna 1 for transmission and reception is located at the outermost side, and at the rear end of the antenna, only a desired frequency is selected from among random signals received through the antenna 1 at reception, and also at the time of transmission. A band pass filter (BPF) 2 is connected for selectively transmitting only a frequency of a desired signal among internally generated signals and noise signals that may be generated due to many causes.

상기 대역 통과 필터(2)와 송수신 전환 스위치 소자(Tx/Rx Switch)(4)의 중간에 발룬(Balun)(3)이 위치하여 서로 다른 두 신호를 사용하는 양쪽의 두 소자 간의 중재 역할을 수행한다. 또한, 발룬(3)의 후단에는 송수신 모드의 변환을 위한 스위치 소자(4)와 트랜스시버(Transceiver)(5)가 배치되고, 트랜스시버(5)에는 신호의 증폭을 위한 증폭기와 출력 신호를 만들기 위한 믹서 등의 소자가 배치된다. 마지막으로 시스템의 제어와 조작을 위한 내부 메모리 및 제어부(6)가 위치하는 것이 일반적인 무선 통신 시스템의 구성이다.A balun 3 is positioned between the band pass filter 2 and the Tx / Rx switch 4 to perform an arbitration role between two devices using two different signals. do. In addition, a switch element 4 and a transceiver 5 for arranging a transmission / reception mode are disposed at the rear end of the balun 3, and the transceiver 5 is an mixer for amplifying a signal and a mixer for making an output signal. And other elements are arranged. Finally, the internal memory and the control unit 6 for controlling and manipulating the system are located in the general wireless communication system.

도면에서 알 수 있듯이, 대부분의 무선 통신 시스템에서는 스위치 소자, 믹서, 증폭기와 같은 평형 신호를 사용하는 소자들과 안테나, 필터와 같은 불평형 신 호를 사용하는 소자들의 중간에 대역 통과 필터와 발룬이 함께 위치되어 신호의 필터링과 변환을 한꺼번에 수행할 수 있도록 하는 것이 보통이다.As can be seen, in most wireless communication systems, bandpass filters and baluns are placed in the middle of elements that use balanced signals, such as switch elements, mixers, and amplifiers, and those that use unbalanced signals, such as antennas and filters. It is usually located so that the filtering and conversion of the signal can be performed at once.

2. 발룬의 개요2. Overview of Balun

발룬은 1944년 Marchand에 의해서 제안된 이후 다양한 구조로 제시되어 왔으며 그 설계와 해석방법도 다양하게 제안되어 왔다. 발룬(Balun)은 BALance + UNbalance의 합성어로서 초고주파 소자에서 중요한 위치를 차지하는 소자이며 불평형(unbalanced) 신호를 평형(balanced) 신호로 변환해 주는 모든 회로 또는 구조물을 통칭한다. 물론 위와 반대의 변환 기능을 수행할 때도 똑같이 발룬이라고 부른다. The balun has been proposed in various structures since it was proposed by Marchand in 1944, and its design and analysis methods have been proposed in various ways. Balun is a compound word of BALance + UNbalance, a device that occupies an important position in a microwave device, and refers to any circuit or structure that converts an unbalanced signal into a balanced signal. Of course, the same is true of balun when performing the reverse conversion function.

여기서 불평형 신호는 공통의 기준전압(Ground)에 대해 하나의 신호선으로 전송되는 신호이고, 평형신호는 일반적으로 2개의 선을 통해서 전송되는 신호를 뜻한다. 이러한 발룬의 간단한 개념을 도 2에 간단히 나타내었다. 초고주파 회로상의 발룬(Balun)은, 믹서(mixer)나 증폭기의 평형 신호(Balanced Signal)를 사용하는 부품과 불평형 신호(Unbalanced Signal)를 입출력하는 부품들을 상호 연결하는 기능을 수행하며, 이러한 발룬의 출력 특성은 하나의 불평형 입력에 대해 두 개의 평형 출력을 나타낸다. 또한, 특정 주파수영역에서, 두 출력단이 180° 위상차 및 동일한 크기를 갖도록 하는 것이 발룬의 기본 조건이다.Here, the unbalanced signal is a signal transmitted through one signal line with respect to a common reference voltage (Ground), and the balanced signal generally means a signal transmitted through two lines. A simple concept of this balun is shown briefly in FIG. Baluns on the microwave circuits function to interconnect components that use balanced signals from mixers or amplifiers and components that input and output unbalanced signals. The characteristic represents two balanced outputs for one unbalanced input. In addition, in a particular frequency domain, it is a basic condition of the balun that the two output stages have a 180 ° phase difference and the same magnitude.

발룬에 대한 연구는 최초의 Marchand가 제시한 Marchand형 발룬에서 시작하여 동축선로를 이용한 발룬과 마이크로스트립 선로를 이용한 발룬 등 소형화와 안정된 동작을 위해서 여러 가지 연구가 현재 진행되고 있다.The research on balun starts from Marchand type balun presented by the first Marchand, and various studies are currently being conducted for miniaturization and stable operation such as balun using coaxial line and balun using microstrip line.

3. 발룬의 종류3. Types of balun

도 3에서 나타내고 있는 것은 동축선로를 이용한 동축형 Marchand 발룬으로서, 동축선로의 내부 전류와 외부 전류의 위상이 반대임을 이용한 발룬의 가장 기본적인 형태이다. 동축 케이블의 한쪽은 접지시킨 상태로 신호를 입력시켜 불평형 신호를 만들어주고 다른 한쪽은 내부의 축과 외부 표면 쪽을 모두 신호선으로 사용하여 평형 신호를 만들어주는 구조이다. 간단하게 전류 흐름을 살펴보면, 내부 도체(11)의 내측 표면을 따라 흐르는 전류(Ico1)에 의해 외부 도체(12)의 내측 표면을 따라 흐르는 전류(Iin1)가 발생한다. 3 shows a coaxial Marchand balun using a coaxial line, which is the most basic form of a balun using a phase in which the internal current and the external current of the coaxial line are reversed. One side of the coaxial cable is grounded and inputs a signal to create an unbalanced signal, and the other side uses an inner shaft and an outer surface to form a balanced signal. Looking at the current flow simply, the current I in1 flowing along the inner surface of the outer conductor 12 is generated by the current I co1 flowing along the inner surface of the inner conductor 11.

외부 도체(12)의 외측 표면을 따라 흐르는 전류(Iout1)는 안쪽까지 이어진 동축선로의 외부 도체(12)와 이를 감싸는 전체 도체에 의해 형성된 λ/4의 길이의 단락 스터브(stub) 선로(13a,13b)에 의해 개방된 것처럼 보이므로 전류가 흐르지 않는다. 마찬가지로 Iout2 또한 전류가 흐르지 않으므로 Ico1와 크기가 같은 Ico2에 반대 방향의 전류 Iin2가 IB2의 방향으로 흐르게 된다. 따라서 전류 IB2는 위의 도 3과 같이 IB1와 함께 크기가 같고 위상은 반대인 평형 신호를 만들어낸다. 여기서 전류 Ico2가 흐르는 λ/4길이의 개방 스터브 선로(14)는 넓은 주파수 대역에 대해 위상 변환이 일정할 수 있도록 하는 역할을 한다. The current I out1 flowing along the outer surface of the outer conductor 12 is a short stub line 13a of length λ / 4 formed by the outer conductor 12 of the coaxial line extending to the inside and the entire conductor surrounding it. No current flows because it appears to be opened by .13b). Similarly, since I out2 also does not flow current, current I in2 in the opposite direction flows in the direction of I B2 to I co2 having the same size as I co1 . Thus, as shown in FIG. 3, the current I B2 is equal to I B1 and produces a balanced signal having the same phase and opposite phase. Here, the open stub line 14 having a length of λ / 4 through which the current I co2 flows serves to make the phase shift constant over a wide frequency band.

동축형 발룬은 그 구조와 원리가 간단하고 넓은 주파수 대역에 대해 우수한 특성을 갖는 장점이 있는 반면, 동축선로를 이용함으로 인해 제작이 까다롭고 부피 가 커서 다른 회로에 적용하기 힘든 단점을 가지고 있다. 하지만 가장 기본적인 원리의 발룬으로서 우수한 특성을 가진 발룬을 얻고자 할 때 여전히 많이 사용되는 구조이다.Coaxial balun has the advantage that its structure and principle are simple and have excellent characteristics over a wide frequency band.However, coaxial lines are difficult to fabricate and bulky, making them difficult to apply to other circuits. However, as a balun of the most basic principle, it is still a structure that is frequently used to obtain a balun with excellent characteristics.

도 4는 Marchand 발룬을 좀 더 넓은 대역에 적용하고 특성을 개선시키기 위한 발룬의 구조이다. 이 구조는 2개의 동축선로(15,16)를 병렬로 연결하여 형성한다. 여기서 Zb와 Za는 각각 상하측 선로의 임피던스이고, Zab는 동축선로의 외부에 의한 평형 전송 선로의 특성 임피던스이다.4 is a structure of a balloon for applying Marchand balun to a wider band and improving characteristics. This structure is formed by connecting two coaxial lines 15 and 16 in parallel. Where Z b and Z a are the impedances of the upper and lower lines, respectively, and Z ab is the characteristic impedance of the balanced transmission line by the outside of the coaxial line.

도 5는 도 4의 동축형 발룬의 동축선로를 마이크로스트립 선로로 대체하여 구현한 발룬이다. 동축형 발룬의 동축선로를 마이크로스트립 선로로 대체하기만 한 구조이기 때문에 기본적인 원리는 동축형 발룬과 같다. 도 5(a)는 하나의 동축선로를 단순하게 마이크로스트립으로 대치한 구조이고, 도 5(b)는 마이크로스트립 결합선로를 이용하여 동축선로를 이용한 발룬의 특성에 가까워질 수 있도록 한 발룬이다.5 is a balun implemented by replacing the coaxial line of the coaxial balun of FIG. 4 with a microstrip line. The basic principle is the same as that of the coaxial balun because it only replaces the coaxial line of the coaxial balun with a microstrip line. 5 (a) is a structure in which a single coaxial line is simply replaced by a microstrip, and FIG. 5 (b) is a balun that allows to approach the characteristics of a balun using a coaxial line using a microstrip coupling line.

도 4의 발룬과 비교해보면 입력단의 첫번째 결합선로 부분은 동축선로의 내부 도체와 일치하고, 다음의 결합 선로 부분은 동축선로의 외부 표면과 일치한다. 그리고 동축선로의 접지면은 결합선로의 한쪽 끝 부분을 각각 접지하였다. 기본적인 신호의 흐름을 살펴보면, 종단이 개방된 반 파장(λ/2) 선로에 불평형 신호가 인가되고 입력단과 반파장 선로 종단에서 한쪽 끝 부분이 각각 접지된 두 개의 λ/4 결합 선로의 다른쪽 끝 부분으로부터 크기가 같고 위상이 서로 반대인 평형 신 호를 얻을 수 있다.Compared with the balun of FIG. 4, the first coupling line portion of the input coincides with the inner conductor of the coaxial line, and the next coupling line portion coincides with the outer surface of the coaxial line. The ground plane of the coaxial line grounded one end of the coupling line. Looking at the basic signal flow, the other end of two λ / 4 combined lines with unbalanced signals applied to half-wavelength (λ / 2) lines with open ends and grounded at one end at the input and half-wavelength ends, respectively. Equilibrium signals of equal magnitude and opposite phases can be obtained from the part.

마이크로스트립 구조의 발룬은 동축선로 대신에 마이크로스트립 선로를 이용하기 때문에, 비록 동축형 발룬에 비해서는 성능이 떨어지고 사용 주파수 대역이 좁지만, 마이크로스트립 구조가 가지는 실제 제작상의 장점으로 인해 구현이 용이하고 대량 생산이 가능하며 인쇄회로기판(PCB)을 통해 다른 회로에 쉽고 간단하게 적용할 수 있어 고주파 회로에 많이 이용된다.Since the balun of the microstrip structure uses microstrip lines instead of the coaxial line, the performance of the microstrip structure is easy to implement due to the actual manufacturing advantages of the microstrip structure, although the performance is lower than that of the coaxial balun. It can be mass-produced and can be easily and simply applied to other circuits through a printed circuit board (PCB), which is widely used for high frequency circuits.

도 6은 λ/2 길이의 선로를 이용하여 출력간에 180°의 위상차를 준 단순한 발룬 구조이다. 이 구조는 단순하게 두 평형 출력 사이에 λ/2의 선로(21)를 하나 또는 주기적으로 위치시킴으로 인해 두 출력간의 위상차가 180°가 되도록 하는 원리이다. 이 구조는 단지 λ/2 길이의 마이크로스트립 선로를 이용하게 되므로 원리가 간단하고 구현이 용이하다는 장점이 있다. 하지만 λ/2의 길이는 한정된 주파수에서만 적용될 수 있으므로 사용 대역이 좁다는 단점이 있다. 이를 개선하기 위하여 도 6(b)에서 보는 것처럼 λ/2 길이의 선로(21)와 λ/4 길이의 공진부(22a,22b)로 이루어진 "ㄷ"자 형태의 구조를 주기적으로 배열시키는 방법이 있다. 하지만 이 구조 역시 특성의 향상을 위하여 많은 수의 구조를 주기적으로 사용하게 되므로, 전체적인 면적이 점점 커지는 단점이 있다.FIG. 6 is a simple balun structure that gives a 180 ° phase difference between outputs using a λ / 2 length line. This structure is based on the principle that the phase difference between the two outputs is 180 ° by simply placing one or periodically the line 21 of λ / 2 between the two balanced outputs. This structure has the advantage that the principle is simple and easy to implement since it only uses a λ / 2 length microstrip line. However, since the length of λ / 2 can be applied only at a limited frequency, the use band is narrow. In order to improve this, as shown in FIG. 6 (b), a method of periodically arranging a structure having a "c" shape consisting of a line 21 having a length of λ / 2 and resonators 22a and 22b having a length of λ / 4 is provided. have. However, this structure also uses a large number of structures periodically to improve the characteristics, there is a disadvantage that the overall area becomes larger.

4. 상호 결합량을 이용한 대역 통과 필터4. Bandpass Filter Using Mutual Coupling

일반적으로 저역통과 필터의 기본형들로부터 대역 통과 또는 대역 저지 필터로 변환될 때, 직렬 공진기와 병렬 공진기로 구성되어진다. 하지만, 특별한 종류의 전송선로에 대해 필터를 구현할 때에는, 오직 직렬 소자만을 또는 병렬 소자만을 사용하고자 하는 경우가 있다. 이 경우, 임피던스(K)와 어드미턴스(J) 인버터를 사용하여 대역 통과 또는 대역 저지 필터를 구현할 수 있다. 인버터를 사용한 필터의 특성을 집중소자로 구현한 필터와 동일하게 하기 위해서는, 입력단에서 바라본 반사 계수가 동일해야 한다. In general, when converted from the basic forms of the lowpass filter to the bandpass or bandstop filter, it consists of a series resonator and a parallel resonator. However, when implementing a filter for a particular type of transmission line, there are cases where only serial elements or parallel elements are desired. In this case, a band pass or band stop filter may be implemented using an impedance K and an admittance J inverter. In order to make the characteristic of the filter using the inverter the same as that of the filter implemented with the lumped element, the reflection coefficient seen from the input terminal must be the same.

일반적으로, 도 7과 같이 공진 주파수가 동일한 공진기(31,32) 사이에 인버터(33)나 결합 소자를 가하면 주파수는 공진 주파수를 기준으로 넓어진다. 즉, 도 8과 같이 결합 계수가 커질수록 벌이지는 주파수 간격은 넓어진다.In general, when an inverter 33 or a coupling element is applied between resonators 31 and 32 having the same resonant frequency as shown in FIG. 7, the frequency becomes wider based on the resonant frequency. That is, as the coupling coefficient increases as shown in FIG. 8, the frequency interval spreading becomes wider.

따라서, 동일한 특성을 갖는 대역저지 공진기 간의 상호 결합을 이용하여 2단 대역 통과 필터를 설계할 수 있다. 또한, 상호 결합량을 변화시켜 대역 통과 대역폭을 조절할 수 있다.Therefore, a two-stage band pass filter can be designed using mutual coupling between bandstop resonators having the same characteristics. In addition, the band pass bandwidth can be adjusted by varying the amount of mutual coupling.

5. 이중모드 링 공진기를 이용한 필터의 설계5. Design of Filter Using Dual-Mode Ring Resonator

링 공진기는 간단한 패치, 슬롯, 혹은 노치와 같은 불연속성을 줌으로 인해 쉽게 대역 통과 응답 특성을 얻어낼 수 있다는 장점으로 인해 이중모드 필터를 구현할 때 많이 쓰이는 구조이다. Ring resonators are often used to implement dual-mode filters because of their ability to easily obtain bandpass response by providing discontinuities such as simple patches, slots, or notches.

링 공진기의 기본 원리는 원형의 링 구조상에서, 입출력부의 중간점에 패치, 슬롯 또는 노치가 삽입되면 이로 인해 입력에서 출력으로 가는 서로 다른 2개의 경로가 형성되며, 이 2개의 경로로 인해 각각 2개의 축퇴(degenerate) 모드인 우수-기수 모드가 발생된다. 대체로 공진점 및 축퇴(degenerate) 모드의 생성점은 구조 내에서 대칭면에 존재하는 것이 보통이며 이렇게 생성된 우수-기수 모드를 이용하여 필터의 특성을 설계할 수 있다.The basic principle of a ring resonator is that in a circular ring structure, if a patch, slot, or notch is inserted at the midpoint of the input / output part, two different paths are formed from the input to the output. Even-odd mode, which is a degenerate mode, occurs. In general, the resonance and degenerate modes of generation usually exist in the plane of symmetry within the structure, and the resulting even-odd mode can be used to design the characteristics of the filter.

도 9는 링 공진기를 이용한 이중모드를 생성하여 필터를 만드는 가장 기본적인 구조 중 하나인 대칭점에 스터브 선로를 삽입하는 구조를 나타낸다. 도 9에서도 볼 수 있듯이 입력(41)과 출력(42)의 대칭점인 점선부분에 섭동을 위한 스터브 선로(45)가 배치되어 있으며 입력과 출력 사이에 λ/4 길이의 경로(43)와 스터브 선로가 포함된 3λ/4 길이의 경로(44)가 존재한다. 입력(41)과 출력(42)의 포트 부분은 이중모드 특성을 향상시키기 위하여 단순 선로의 연결이 아닌 커플링 갭으로 이루어져 있다. 이 구조에서의 스터브 선로(45)의 길이와 넓이는 각각의 우수-기수 모드의 크기와 비율을 결정하는 중요한 파라미터가 된다.9 illustrates a structure in which a stub line is inserted into a symmetry point, which is one of the most basic structures for generating a filter by generating a dual mode using a ring resonator. As shown in FIG. 9, a stub line 45 for perturbation is disposed at a dotted line, which is a symmetry point between the input 41 and the output 42, and a path 43 having a length of λ / 4 and a stub line between the input and the output. There is a path 44 of length 3λ / 4. Port portions of the input 41 and output 42 consist of coupling gaps, rather than simple line connections, to enhance the bimodal characteristics. The length and width of the stub line 45 in this structure are important parameters for determining the size and ratio of each even-odd mode.

도 10은 상기한 도 9의 스터브 선로를 넣는 방식과 유사한 방식으로, 3λ/4 길이의 경로에 대하여 중간의 소정 길이를 다른 임피던스를 갖는 선로(45a)와 λ/4 길이의 경로(43)와 동일한 패턴을 갖는 선로(44a,44b)로 바꾸는 다단 임피던스 방식이 있다. 스터브 선로 방식이 스터브 선로의 길이에 따라서 특성이 바뀌었다면, 다단 임피던스에 의한 방식은 임피던스가 다른 선로(45a) 구간을 얼마의 임피던스(Zp)와 얼마의 길이(2θp)로 대체하느냐에 의해 특성이 결정된다. 그러나 기본적인 구조의 해석이나 필터 설계방식은 스터브 선로의 방식과 유사하다. FIG. 10 is similar to the method of inserting the stub line of FIG. 9, in which the path 45a having a different impedance and the path 43 having a length of lambda / 4 are different for a path having a length of 3λ / 4; There is a multi-stage impedance method of switching to the lines 44a and 44b having the same pattern. If the stub line method is changed according to the length of the stub line, the multi-stage impedance method is characterized by how much impedance (Z p ) and how long (2θ p ) is replaced by the line 45a section with different impedance. This is determined. However, the basic structure analysis or filter design method is similar to the stub line method.

6. 본 발명에 따른 Balun-BPF의 평면 구조 및 등가회로6. Planar structure and equivalent circuit of Balun-BPF according to the present invention

본 발명에서 제안한 Balun-BPF의 평면 구조 및 등가회로를 도 11a 및 도 11b에 나타내었다. The planar structure and equivalent circuit of the Balun-BPF proposed in the present invention are shown in FIGS. 11A and 11B.

본 발명에서는, 발룬과 대역 통과 필터를 간단한 마이크로스트립 선로 구조 를 사용하여 하나의 Balun-BPF로 구현하고자 상기한 도 5 및 도 6의 λ/2 길이의 선로를 이용하여 출력간에 180˚의 위상차를 주는 마이크로스트립 구조의 발룬 설계방법, 도 7 및 도 8의 동일한 특성을 갖는 공진기 사이의 상호 결합을 이용하여 2단 대역 통과 필터를 설계하는 방법, 도 9 및 도 10의 이중 모드 링 공진기와 스터브 선로를 이용한 필터 설계 및 스터브 선로의 변형 방법을 고려하였다.In the present invention, to implement the balun and the band pass filter as a single Balun-BPF using a simple microstrip line structure, a phase difference of 180 ° between outputs is obtained by using the λ / 2 length line of FIGS. 5 and 6 described above. A method of designing a balun of a microstrip structure, a method of designing a two-stage bandpass filter using mutual coupling between resonators having the same characteristics of FIGS. 7 and 8, and the dual mode ring resonator and stub line of FIGS. 9 and 10. Filter design and deformation method of stub line are considered.

상기 설계방법들을 고려하여 얻어진 본 발명에 따른 Balun-BPF는 도 11a와 같이, 발룬과 대역 통과 필터의 특성을 동시에 충족시키기 위한 구조로서, 전체적인 구조는 입력단(60: P1)과 제1출력단(70: P2) 사이에 λ/4 길이의 제1선로(51)가 배치되는 한 파장 링 공진기(50)를 기본형으로 하나의 새로운 제2출력단(80: P3)을 기존의 제1출력단(70)과 대칭되는 위치, 즉 입력단(60)으로부터 하측 경로로 λ/4 길이의 제2선로(52)의 타단 위치에 하나 더 추가함에 의해 결과적으로 제1 및 제2 출력단(70,80) 사이에 λ/2 길이의 제3선로(53)가 배치되도록 하여 발룬의 180˚ 위상차 불평형 위상 특성을 만족하도록 하였다. Balun-BPF according to the present invention obtained in consideration of the above design method is a structure for simultaneously satisfying the characteristics of the balun and the band pass filter, as shown in Figure 11a, the overall structure is the input terminal 60 (P1) and the first output terminal 70 : One new second output stage 80 (P3) is formed based on the wavelength ring resonator 50 as long as the first line 51 having a length of λ / 4 is disposed between P2) and the existing first output stage 70. By adding one more to the symmetrical position, i.e., the other end of the second line 52 of length λ / 4 from the input end 60 to the lower path, consequently the λ / between the first and second output ends 70, 80. A third length 53 of two lengths is arranged to satisfy the 180 ° phase difference unbalanced phase characteristic of the balun.

또한, 입력단(60)에서 각 출력단(70,80)으로 통하는 상·하측의 제1 및 제2 선로(51,52) 사이에 임피던스 차이를 부여함에 의해 이중모드를 형성하여 2단 대역통과 특성이 나타나게 하였다.In addition, a dual mode is formed by providing an impedance difference between the upper and lower first and second lines 51 and 52 from the input terminal 60 to the respective output terminals 70 and 80 so that the two-stage band pass characteristics are improved. Appeared.

더욱이, 이중모드 필터를 생성하기 위하여 입출력단 사이에 삽입되는 개방 스터브(54)는 2출력단(70,80) 사이에 있는 180˚ 선로, 즉 λ/2 길이의 제3선로(53)의 중간에 삽입하였으며, 전체 면적을 줄이기 위해 링 공진기(50)의 안쪽 방향으로 위치시켰다. Furthermore, an open stub 54 inserted between the input and output stages to create a dual mode filter is placed in the middle of the 180 ° line between the two output stages 70 and 80, i.e., the third line 53 having a length of λ / 2. It was inserted and positioned inward of the ring resonator 50 to reduce the total area.

본 발명에서는 두 출력단(70,80) 간에는 λ/2 길이의 제3선로(53)가 배치되고 입력단(60)과 2출력단(70,80) 사이에는 λ/4 길이의 선로가 각각 배치되도록 하여 두 출력단(70,80) 간의 위상 특성이 발룬의 위상 특성을 만족하도록 하였다. 즉, 입력단(60)으로 불평형 신호가 인가될 때 제1 및 제2 출력단(70,80)으로부터 크기가 같고 위상이 서로 반대인 평형 신호를 얻을 수 있게 된다.In the present invention, a third line 53 having a length of λ / 2 is disposed between the two output terminals 70 and 80, and a line having a length of λ / 4 is disposed between the input terminal 60 and the two output terminals 70 and 80, respectively. The phase characteristics between the two output terminals 70 and 80 satisfy the balun's phase characteristics. That is, when an unbalanced signal is applied to the input terminal 60, a balanced signal having the same magnitude and opposite phases can be obtained from the first and second output terminals 70 and 80.

또한, 링 공진기(50)에 의한 이중모드 특성을 이용하여 공진기간의 상호 결합량을 조절하였고, 상호 결합량의 조절에 의해 등가적으로 2단 대역 통과 필터의 동작이 수행될 수 있도록 하였다.In addition, the mutual coupling amount of the resonance period was adjusted by using the dual mode characteristic of the ring resonator 50, and the operation of the two-stage band pass filter was equivalently performed by controlling the mutual coupling amount.

더욱이, 도 11b의 등가회로에서 보이는 입/출력단(60,70,80)과 링 공진기(50) 사이의 커패시턴스(Cg)는 실제적인 구조에서는 이중모드 특성을 향상시키기 위하여 도 11a에서 보는 바와 같이 입/출력단(60,70,80)과 링 공진기(50) 사이의 평행선로 갭 커플링을 사용하여 구현하였다. Moreover, the capacitance C g between the input / output terminals 60, 70, 80 and the ring resonator 50 shown in the equivalent circuit of FIG. 11B is, as shown in FIG. 11A, to improve the dual mode characteristic in the practical structure. A parallel line gap coupling between the input / output terminals 60, 70, 80 and the ring resonator 50 is implemented.

이하에 상기와 같이 구현된 본 발명에 따른 Balun-BPF의 특성을 설명한다.Hereinafter will be described the characteristics of Balun-BPF according to the present invention implemented as described above.

6-1. 감쇄극의 형성6-1. Formation of attenuation poles

각각의 선로 임피던스와 감쇄극의 관계를 알아보기 위하여 일단 입력단(P1)과 제1출력단(P2)을 입출력단으로 설정하고 도 11b의 등가회로에서 제2출력단(P3)은 특성임피던스(Z0)로 대체하였다. 그리고 ABCD 파라미터와 Y 파라미터를 이용하여 입력단(P1)에서 제1출력단(P2)으로 향하는 경로를 2개의 경로로 나누어 각각 상측·하측으로 구분하고, 이렇게 나누어진 경로를 도 12a 및 도 12b에 나타내었다.In order to examine the relationship between the line impedance and the attenuation pole, the input terminal P1 and the first output terminal P2 are set as input / output terminals. In the equivalent circuit of FIG. 11B, the second output terminal P3 has a characteristic impedance Z 0 . Replaced by. The path from the input terminal P1 to the first output terminal P2 is divided into two paths, respectively, by using the ABCD parameter and the Y parameter. The paths are divided into upper and lower sides, respectively, and the divided paths are shown in FIGS. 12A and 12B. .

먼저, 상·하 경로의 전송 어드미턴스를 각각 구한 후 전체 전송 어드미턴스를 구하였다.First, the transmission admittances of the up and down paths were obtained, respectively, and then the total transmission admittances were obtained.

상·하 경로에 대한 각각의 ABCD 파라미터는 하기 수학식 1 및 2와 같다.Each ABCD parameter for the up and down paths is represented by Equations 1 and 2 below.

Figure 112007032443838-pat00001
Figure 112007032443838-pat00001

Figure 112007032443838-pat00002
Figure 112007032443838-pat00002

여기서, C=cosβl, S=jsinβl이고, Zp와 Zs는 제2출력단(P3) 부분과 개방 스터브(54) 선로의 임피던스로서 다음의 수학식 3 및 4와 같이 표현된다.Here, C = cosβl, S = j sinβl, and Z p and Z s are impedances of the line of the second output terminal P3 and the open stub 54, and are expressed by Equations 3 and 4 below.

Figure 112007032443838-pat00003
Figure 112007032443838-pat00003

Figure 112007032443838-pat00004
Figure 112007032443838-pat00004

위에서 구한 ABCD 파라미터를 정리하여 B성분을 구하면 다음 수학식 5 및 6과 같다.When the B component is obtained by arranging the ABCD parameters obtained above, Equations 5 and 6 are obtained.

Figure 112007032443838-pat00005
Figure 112007032443838-pat00005

Figure 112007032443838-pat00006
Figure 112007032443838-pat00006

파라미터 변환표를 참조하면 전송 어드미턴스는 Y21=-1/B이므로 위의 수학식 5와 6을 이용하여 전체 구조의 전송 어드미턴스를 다음 수학식 7과 같이 구할 수 있다.Referring to the parameter conversion table, since the transmission admittance is Y 21 = -1 / B, the transmission admittance of the entire structure can be obtained by using Equations 5 and 6 as shown in Equation 7 below.

Figure 112007032443838-pat00007
Figure 112007032443838-pat00007

여기서,

Figure 112007032443838-pat00008
는 전체 전송 어드미턴스,
Figure 112007032443838-pat00009
Figure 112007032443838-pat00010
는 각각 상측 경로와 하측 경로의 전송 어드미턴스이고,
Figure 112007032443838-pat00011
Figure 112007032443838-pat00012
는 각각 상측 경로와 하측 경로의 ABCD 파라미터의 B성분이다.here,
Figure 112007032443838-pat00008
Full transmission admittance,
Figure 112007032443838-pat00009
and
Figure 112007032443838-pat00010
Are transmission admittances of the upper path and the lower path, respectively,
Figure 112007032443838-pat00011
and
Figure 112007032443838-pat00012
Are B components of ABCD parameters of the upper path and the lower path, respectively.

전체 전송 어드미턴스를 알면 그것을 이용하여 전달 영점(transmission-zeros)을 알아낼 수 있다. transmission-zeros는 필터의 특성 중에서 감쇄극을 결정할 수 있는 파라미터이며, 전송 어드미턴스가 0이 되는 값으로 수학식 7을 이용하여 구할 수 있다. 수학식 7을 이용하여 transmission-zeros를 구하면 하기 수학식 8과 같으며 여기에서 볼 수 있듯이 상측 경로와 하측 경로의 전송 어드미턴스의 절대값이 같아지는 지점임을 알 수 있다. Knowing the total transmission admittance, it can be used to determine transmission zeros. Transmission-zeros is a parameter that can determine the attenuation pole among the characteristics of the filter, and can be obtained by using Equation 7 as a value where the transmission admittance becomes zero. When transmission-zeros are obtained using Equation 7, it is shown in Equation 8 below. As can be seen from the equation, it can be seen that the absolute values of the transmission admittances of the upper path and the lower path are the same.

Figure 112007032443838-pat00013
Figure 112007032443838-pat00013

도 13은 전체 전송 어드미턴스를 그래프로 나타낸 것으로, x축(normal frequency)과 그래프 곡선이 만나는 점이 transmission-zeros(

Figure 112007032443838-pat00014
) 지점을 나타낸다. FIG. 13 is a graph showing total transmission admittances. The point where the x-axis (normal frequency) and the graph curve meet is shown in transmission-zeros (
Figure 112007032443838-pat00014
) Represents a point.

여기서, 그래프의 변수(x)는 입력단(60)에서 제1 및 제2 출력단(70,80)으로 곧바로 연결되는 상하측 제1 및 제2 선로(51,52) 임피던스(Z1, Z2)의 차로서 다음의 수학식 9와 같은 관계를 갖는다.Here, the variable (x) of the graph is the impedance (Z 1 , Z 2 ) of the upper and lower first and second lines 51 and 52 directly connected from the input terminal 60 to the first and second output terminals 70 and 80. As a difference, it has a relationship as shown in Equation 9 below.

Figure 112007032443838-pat00015
Figure 112007032443838-pat00015

도 13의 결과에서 보면 transmission-zeros 지점은 각 출력단(70,80)으로 향하는 상/하측 제1 및 제2 선로(51,52)의 임피던스 Z1과 Z2의 임피던스 차(x)에 의해 결정이 되는 것을 알 수 있다. Z1과 Z2가 같을 때(x의 크기가 0일 때)는 한 개, Z1이 Z2보다 큰 경우(x의 크기가 음의 수일 때)는 감쇄극이 형성 되지 않는다. 그러나 Z1이 Z2보다 작은 경우(x의 크기가 양의 수일 때)는 중심 주파수를 기준으로 양쪽에 하나씩 transmission-zeros 지점이 형성이 되는 것을 볼 수 있다.In the result of FIG. 13, the transmission-zeros point is determined by the impedance difference x between the impedances Z 1 and Z 2 of the upper and lower first and second lines 51 and 52 directed to the respective output terminals 70 and 80. It can be seen that. When Z 1 and Z 2 the same (when the size of the x day 0) is one, when Z 1 is greater than Z 2 (when the size of the negative x days) does the attenuation pole is formed. However, when Z 1 is smaller than Z 2 (when x is a positive number), one transmission-zero point is formed on each side based on the center frequency.

즉, 상기한 도 13은 전송 어드미턴스가

Figure 112007032443838-pat00016
이 되는 지점 즉, 감쇄극을 위의 수학식 8을 이용하여 그래프로 나타낸 결과로서, 그래프에서 보듯이 감쇄극은 임피던스 차(x)에 의해 결정이 되며, Z1과 Z2가 같을 때는 한 개, Z1이 Z2보다 큰 경우는 감쇄극이 형성 되지 않고, Z1이 Z2보다 작은 경우는 중심 주파수의 양옆에 하나씩 감쇄극이 형성이 된다.That is, in FIG. 13, the transmission admittance is
Figure 112007032443838-pat00016
The attenuation poles, that is, the attenuation poles are graphed using Equation 8 above. As shown in the graph, the attenuation poles are determined by the impedance difference (x), and one when Z 1 and Z 2 are the same. When Z 1 is larger than Z 2 , the attenuation poles are not formed. When Z 1 is smaller than Z 2 , the attenuation poles are formed one by one on both sides of the center frequency.

다음의 도 14는 앞서 계산한 전체 전송 어드미턴스를 S 파라미터로 변환하여 전송 파라미터인 S(2,1)을 시뮬레이션하여 확인한 것이다. 마찬가지로 그래프의 변수는 상/하측 제1 및 제2 선로(51,52)의 임피던스 Z1과 Z2의 임피던스 차(x)로 설정하고 시뮬레이션하였다.Next, FIG. 14 shows a simulation by confirming the transmission parameter S (2,1) by converting the total transmission admittance calculated above into the S parameter. Similarly, the parameters of the graph were simulated by setting the impedance difference (x) between the impedances Z 1 and Z 2 of the upper and lower first and second lines 51 and 52.

앞의 transmission-zeros의 그래프에서 이미 살펴보았지만 S(2,1)의 시뮬레이션 결과 역시 앞과 동일하게 Z1과 Z2가 같을 때는 감쇄극이 한 개, Z1과 Z2보다 큰 경우는 감쇄극이 형성되지 않고, Z1과 Z2보다 작은 경우는 중심 주파수를 기준으로 양쪽에 하나씩 감쇄극이 형성이 되는 것을 볼 수 있다. 따라서 필터의 설계시 스커트 특성을 향상시키기 위한 감쇄극을 삽입할 때 임피던스 차(x)의 크기를 고려하여 설계하면 원하는 지점에 감쇄극을 형성시킬 수 있다. As we have already seen in the graph of transmission-zeros, the simulation result of S (2,1) is the same as before, and when one of Z 1 and Z 2 is the same, there is one attenuation pole, and when Z 1 and Z 2 are larger than If it is not formed and is smaller than Z 1 and Z 2 , it can be seen that one attenuation pole is formed on each side based on the center frequency. Therefore, when the filter is designed in consideration of the magnitude of the impedance difference (x) when inserting the attenuation pole for improving the skirt characteristics, the attenuation pole can be formed at a desired point.

6-2. 커플링 계수 6-2. Coupling factor

상/하측 제1 및 제2 선로(51,52)의 임피던스 Z1과 Z2의 임피던스 차(x)에 따른 커플링 계수의 변화를 살펴보면 도 15b와 같이 표현된다. 커플링 계수는 하기 수학식 10을 이용하여 구하였다.A change in the coupling coefficient according to the impedance difference x between the impedances Z 1 and Z 2 of the upper and lower first and second lines 51 and 52 is represented as shown in FIG. 15B. Coupling coefficient was calculated using the following equation (10).

Figure 112007032443838-pat00017
Figure 112007032443838-pat00017

여기서, k는 커플링 계수(Coupling coefficient)이고, f 02f 01는 각각 통과대역의 최상단 및 최하단의 주파수이며, 그 위치를 도 15a에 나타내었다. f 02f 01는 앞서 계산한 Y 파라미터를 이용하여 x에 대한 시뮬레이션 통해 얻어내었다.Here, k is a coupling coefficient, f 02 and f 01 are frequencies at the top and bottom of the pass band, respectively, and the positions thereof are shown in FIG. 15A. f 02 and f 01 were obtained by simulation of x using the Y parameter calculated earlier.

먼저 도 15a에서 보면 x의 절대값 크기에 따라 최상단 및 최하단 공진 주파수가 달라지는 것을 알 수 있다. x의 절대값 크기가 약 2.4보다 작을 경우에는 공진 주파수가 한 개이고, 그보다 클 경우에는 x의 절대값 크기에 비례하여 2개의 공진 주파수 f 02f 01의 사이의 간격이 점점 넓어지는 것을 볼 수 있다. First, in FIG. 15A, it can be seen that the uppermost and lowermost resonant frequencies vary according to the magnitude of the absolute value of x. If the magnitude of x is less than about 2.4, there is one resonant frequency, and if it is larger than that, the distance between the two resonant frequencies f 02 and f 01 becomes wider in proportion to the magnitude of x. have.

커플링 계수에 대한 도 15b를 보면 역시 x의 값에 따라 커플링 계수가 정해지는데, x의 절대값 크기가 약 2.4보다 작을 경우에는 커플링 계수가 0이며, 그보다 클 경우에는 x의 절대값 크기에 비례하여 커플링 계수의 크기가 커지는 것을 알 수 있다. 즉, 도 15b의 결과에서 보면 감쇄극 뿐만 아니라 커플링계수의 결정에도 임피던스 차가 큰 영향이 있음을 알 수 있다.Referring to FIG. 15B for the coupling coefficient, the coupling coefficient is also determined according to the value of x. If the magnitude of x is smaller than about 2.4, the coupling coefficient is 0, and if it is larger than that, the magnitude of x is larger. It can be seen that the magnitude of the coupling coefficient increases in proportion to. In other words, it can be seen from the results of FIG. 15B that the impedance difference has a large influence on the determination of the coupling coefficient as well as the attenuation electrode.

6-3. 감쇄극의 이동6-3. Attenuation movement

이하에 2출력단(70,80) 사이의 λ/2 길이 제3선로(53)의 임피던스(Z3)와 그 제3선로(53a,53b)의 사이에 있는 개방 스터브(54) 선로의 임피던스(Zs)에 대한 영향에 대해 알아본다.Hereinafter, the impedance of the open stub 54 line between the impedance Z 3 of the third line 53 of λ / 2 length between the two output terminals 70 and 80 and the third line 53a and 53b ( Z s ).

먼저, λ/2 길이 제3선로(53)의 임피던스(Z3)를 증가시키면서 감쇄극 주파수가 어떤 경향으로 이동하는지에 대해 도 17에 나타내었다. 결과를 살펴보면 저대역과 고대역의 주파수 이동치가 정확히 일치하지는 않지만 전반적으로 λ/2 길이 제3선로(53)의 임피던스(Z3)가 증가할수록 두 감쇄극은 낮은 주파수 대역으로 이동하므로 λ/2 길이 제3선로(53)의 임피던스(Z3)와 감쇄극의 주파수 위치는 반비례의 관계에 있는 것을 알 수 있다.First, FIG. 17 shows how the attenuation pole frequency moves while increasing the impedance Z 3 of the third line 53 having a length of? / 2. The results show that the frequency shift values of the low band and the high band do not coincide exactly, but in general, as the impedance Z 3 of the third line 53 of length λ / 2 increases, the two attenuation poles move to a lower frequency band, so λ / 2. It can be seen that the impedance Z 3 of the length third line 53 and the frequency position of the attenuation electrode are in inverse proportion.

다음으로 λ/2 길이 제3선로(53)의 사이에 있는 개방 스터브(54) 선로의 임피던스(Zs)를 증가시키면서 감쇄극 주파수가 어떤 경향으로 이동하는지 알아본다. 여기서, Zs 스터브 선로의 입력 임피던스는 하기 수학식 11로 표현된다.Next, the trend of attenuation pole frequency shifts while increasing the impedance Z s of the open stub 54 line between the third line 53 of the? / 2 length. Here, the input impedance of the Z s stub line is expressed by Equation 11 below.

Figure 112007032443838-pat00018
Figure 112007032443838-pat00018

여기서 Zs는 스터브 선로의 특성 임피던스이고, βls는 스터브 선로의 전기적 길이이다.Where Z s is the characteristic impedance of the stub line and β l s is the electrical length of the stub line.

결과를 살펴보면 λ/2 길이 제3선로(53)의 임피던스(Z3)의 경우와는 반대로 스터브 선로의 임피던스(Zs)가 증가할수록 두 감쇄극은 높은 주파수 대역으로 이동하는 것을 알 수 있으므로 스터브 선로의 임피던스(Zs)와 감쇄극의 주파수 위치는 비례의 관계에 있다.As a result, it can be seen that as the impedance Z s of the stub line increases as opposed to the impedance Z 3 of the third line 53 of length λ / 2, the two attenuation poles move to a higher frequency band. The impedance Z s of the line and the frequency position of the attenuation electrode are in proportional relation.

6-4. 샘플 제작 및 측정 결과6-4. Sample production and measurement results

샘플 제작에는 비유전율 εr=6.15, 두께 0.64 mm, 유전체 손실 tanδ=0.0025인 Taconic사의 RF-60A 기판을 사용하였다. 제작된 Balun-BPF는 Anritsu사의 VNA 37397C를 이용하여 측정하였으며, 실제 제작된 Balun-BPF는 도 18에 나타내었다. 제작 결과, 입/출력단(60,70,80)을 제외한 안쪽의 링의 크기는 16.5 × 16.5㎟ 면적을 가졌다. Sample fabrication was performed using Taconic's RF-60A substrate with relative permittivity ε r = 6.15, thickness 0.64 mm and dielectric loss tan δ = 0.0025. The produced Balun-BPF was measured using Anritsu's VNA 37397C, the actual Balun-BPF is shown in Figure 18. As a result of the fabrication, the size of the inner ring excluding the input / output terminals 60, 70, and 80 had an area of 16.5 × 16.5 mm 2.

도 19, 도 20 및 도 21은 시뮬레이션과 실제 제작한 Balun-BPF의 S 파라미터 측정결과를 비교해 놓은 것이다. 측정결과, 삽입손실은 실제 제작 측정시 시뮬레이션 보다 전체적으로 2 ~ 3dB 낮은 -2 ~ -3dB로 나왔지만, 감쇄극의 위치나 통과대역 등의 전체적인 특성은 시뮬레이션과 동일하게 나왔다. 삽입손실이 시뮬레이션보다 2 ~ 3dB로 낮게 나오는 이유는 링 공진기(50)의 낮은 Q값과 제작시 기판에 의한 손실 등에 기인한 것이다. Q값은 수학식 12에 의해 계산할 수 있다.19, 20 and 21 compare the S parameter measurement results of the simulation and the actual Balun-BPF produced. As a result of the measurement, the insertion loss was -2 ~ -3dB, which is 2 ~ 3dB lower than the simulation in the actual fabrication measurement, but the overall characteristics such as the position of the attenuation pole and the pass band were the same as the simulation. The reason why the insertion loss is 2 to 3 dB lower than that of the simulation is due to the low Q value of the ring resonator 50 and the loss due to the substrate during manufacturing. The Q value can be calculated by equation (12).

Figure 112007032443838-pat00019
Figure 112007032443838-pat00019

계산 결과 Q값은 135정도의 매우 낮은 값이 나옴을 알 수 있다.The calculation result shows that the Q value is very low, about 135.

도 19의 대역 통과 필터의 특성부터 살펴보면 2.45GHz를 중심주파수로 약 42 MHz 대역폭을 가지는 2단 통과대역이 나타났고, 두 출력단(70,80) 간의 차이도 도 20에서 보듯이 1 dB 이내로 거의 차이가 없다. 그리고 도 21의 위상차 특성도, 도시된 바와 같이 전체적으로 181° ~ 184°로서 180°를 중심으로 1° ~ 4° 정도의 범위를 가지므로 발룬의 위상특성을 충분히 만족하였다.Referring to the characteristics of the band pass filter of FIG. 19, a two-pass band having a bandwidth of about 42 MHz is shown as a center frequency of 2.45 GHz, and the difference between the two output stages 70 and 80 is also almost within 1 dB as shown in FIG. There is no. As shown in FIG. 21, the phase difference characteristic of FIG. 21 is 181 ° to 184 ° as a whole, and the phase difference characteristic of the balun is sufficiently satisfied since it has a range of about 1 ° to 4 ° about 180 °.

기존의 무선 통신 시스템에는 발룬과 대역 통과 필터가 별개로 시스템에 연결되어 있어, 시스템 내에서 많은 면적을 차지하였다. 상기한 바와 같이 본 발명에서는 기존의 각각 연결되어 있던 발룬과 대역 통과 필터를 이중모드 링 공진기를 이용하여 하나의 소자로 구현한 Balun-BPF를 제공한다.In the existing wireless communication system, the balun and the bandpass filter are separately connected to the system, taking up a large area in the system. As described above, the present invention provides a Balun-BPF in which the existing balun and the band pass filter are implemented as a single device using a dual mode ring resonator.

본 발명에서는 발룬의 특성을 만족하면서 동시에 대역 통과 특성을 얻기 위해, 발룬에 간단한 패치 또는 슬롯과 같은 불연속성을 추가함으로 인해 쉽게 대역 통과 응답특성을 얻을 있는 링 공진기 구조를 이용하였고, 이 공진기에 대칭적인 출력단을 하나 더 추가함으로써 결과적으로 두 출력단 사이에 λ/2 길이의 제3선로가 놓여 발룬의 180° 불평형 위상 특성이 나오게 하였다. In the present invention, in order to satisfy the characteristics of the balun and at the same time to obtain the bandpass characteristics, a ring resonator structure is used which easily obtains the bandpass response characteristics by adding discontinuities such as simple patches or slots to the balun. The addition of one more output stage resulted in a third line of λ / 2 length between the two output stages, resulting in a 180 ° unbalanced phase characteristic of the balun.

또한, 전송 어드미턴스 파라미터 분석을 통해 입력에서 출력으로 통하는 상하/측 제1 및 제2 선로의 임피던스 차를 조정함으로서 커플링 계수의 크기와 감쇄극의 개수 및 위치를 정할 수 있었고, 2출력단 사이의 스터브 선로의 임피던스와 λ/2 길이 제3선로의 임피던스로 감쇄극의 위치를 조절할 수 있다.In addition, through the analysis of the transmission admittance parameter, the magnitude of the coupling coefficient and the number and position of the attenuation poles could be determined by adjusting the impedance difference between the upper and lower first and second lines from the input to the output. The position of the attenuation electrode can be adjusted by the impedance of the line and the impedance of the third line having a length of? / 2.

더욱이, 본 발명의 최적화된 Balun-BPF에서는 통과대역 내에서는 2단 대역 통과 필터의 특성과 181° ~ 184°의 불평형 위상과 출력 간 1dB 이내의 전력 분배차를 모두 만족하는 발룬의 특성을 보였다. Furthermore, the optimized Balun-BPF of the present invention exhibited the characteristics of a balun that satisfies both the characteristics of the two-stage bandpass filter, the unbalanced phase of 181 ° to 184 °, and the power distribution difference within 1dB between the outputs in the passband.

본 발명에서 제안한 Balun-BPF는 간단한 마이크로스트립 선로 구조로 대역폭 내에서 발룬과 대역 통과 필터의 특성을 동시에 구현시킬 수 있어 보다 적은 용량 과 면적을 필요로 하는 초고주파 분야 및 밀리터리파 분야 등의 여러 분야에 응용될 수 있다.The Balun-BPF proposed in the present invention is a simple microstrip line structure that can simultaneously implement the characteristics of the balun and the bandpass filter within the bandwidth, so that it can be applied to various fields such as the ultra-high frequency field and the military wave field requiring less capacity and area. Can be applied.

Claims (9)

유전체로 이루어진 기판과;A substrate made of a dielectric; 양단부가 연결되며 각각 λ/4 길이의 제1 및 제2 선로와, 양단부가 각각 상기 제1 및 제2 선로의 양단부에 연결되며 λ/2 길이의 제3선로와, 상기 제3선로의 중간에 수직방향으로 연장 형성되는 개방 스터브 선로를 구비하여, 전체적으로 사각형상으로 이루어지며 상기 기판 위에 마이크로스트립 선로를 사용하여 형성되는 한 파장 링 공진기와;Both ends are connected to the first and second lines having a length of λ / 4, respectively, and both ends are connected to both ends of the first and second lines, respectively, and have a third line having a length of λ / 2 and a middle line of the third line. A wavelength ring resonator having an open stub line extending in a vertical direction and formed in a generally rectangular shape and formed using a microstrip line on the substrate; 상기 제1 선로와 제2 선로 사이의 연결부분에 결합되어 외부로부터 입력신호를 링 공진기로 인가하기 위한 입력단과;An input terminal coupled to a connection portion between the first line and the second line to apply an input signal to a ring resonator from the outside; 상기 제1 선로와 제3 선로의 일측단부 사이의 연결부분에 결합되어 상기 링 공진기로부터 제1출력신호를 발생하는 제1출력단과;A first output end coupled to a connection portion between one side end of the first line and a third line to generate a first output signal from the ring resonator; 상기 제1 선로와 제3 선로의 타측단부 사이의 연결부분에 결합되어 상기 링 공진기로부터 제1출력신호와 180˚ 위상차를 가지며 동일한 크기의 제2출력신호를 발생하는 제2출력단으로 구성되며, A second output end coupled to a connection between the other end of the first line and the third line, the second output end having a 180 ° phase difference from the ring resonator and generating a second output signal having the same magnitude, 상기 입력단에서 제1 및 제2 출력단으로 통하는 제1 및 제2 선로 사이에 임피던스 차이를 부여하여 이중모드를 형성함에 의해 상기 링 공진기가 2단 대역통과 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 이중모드 링 공진기를 이용한 발룬-대역 통과 필터.The dual mode ring resonator has a two-stage bandpass characteristic by providing a dual mode by providing an impedance difference between the first and second lines from the input terminal to the first and second output terminals. Balun-band pass filter used. 제1항에 있어서, 상기 개방 스터브 선로는 링 공진기의 내측 방향으로 연장 형성되는 것을 특징으로 하는 이중모드 링 공진기를 이용한 발룬-대역 통과 필터.The balun-band pass filter according to claim 1, wherein the open stub line extends inwardly of the ring resonator. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 출력단 간의 위상 특성이 발룬의 위상 특성을 만족하도록 상기 제1 및 제2 출력단 간에는 λ/2 길이의 제3선로가 배치되고, 입력단과 제1 및 제2 출력단 사이에는 λ/4 길이의 제1 및 제2 선로가 각각 배치되 는 것을 특징으로 하는 이중모드 링 공진기를 이용한 발룬-대역 통과 필터.The third line of claim 1, wherein a third line having a length of? / 2 is disposed between the first and second output terminals such that the phase characteristic between the first and second output terminals satisfies the phase characteristic of the balun. 2. A balun-band pass filter using a bimodal ring resonator, wherein the first and second lines having a length of λ / 4 are disposed between two output terminals. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 선로의 제1 및 제2 임피던스 차를 조정함에 의해 커플링 계수의 크기와 감쇄극의 개수 및 위치를 설정되는 것을 특징으로 하는 이중모드 링 공진기를 이용한 발룬-대역 통과 필터.2. The dual mode ring resonator of claim 1, wherein the magnitude of the coupling coefficient and the number and position of the attenuation poles are set by adjusting the first and second impedance differences between the first and second lines. Balun-band pass filter. 제4항에 있어서, 상기 제1 및 제2 선로의 제1 임피던스와 제2 임피던스가 동일할 때 대역 통과 필터의 감쇄극이 한 개 형성되고, 제1 임피던스가 제2 임피던스보다 큰 경우 감쇄극이 형성되지 않으며, 제1 임피던스가 제2 임피던스보다 작은 경우 중심 주파수를 기준으로 양쪽에 하나씩 감쇄극이 형성되는 것을 특징으로 하는 이중모드 링 공진기를 이용한 발룬-대역 통과 필터.The attenuation pole of the band pass filter is formed when the first impedance and the second impedance of the first and second lines are the same, and the attenuation pole is formed when the first impedance is larger than the second impedance. Balun-band pass filter using a dual-mode ring resonator, characterized in that the attenuation poles are formed on each side based on the center frequency when the first impedance is less than the second impedance. 제4항에 있어서, 상기 제1 및 제2 선로의 제1 임피던스와 제2 임피던스 간의 차의 절대값 크기에 따라 최상단 및 최하단 공진 주파수가 변경되고, 제1 임피던스 와 제2 임피던스 간의 차의 절대값 크기에 비례하여 최상단 및 최하단 공진 주파수 사이의 간격이 넓어지는 것을 특징으로 하는 이중모드 링 공진기를 이용한 발룬-대역 통과 필터.The absolute value of the difference between the first impedance and the second impedance according to claim 4, wherein the resonant frequency of the uppermost and lowermost is changed according to the magnitude of the absolute value of the difference between the first impedance and the second impedance of the first and second lines. A balun-band pass filter using a bimodal ring resonator, characterized in that the spacing between the top and bottom resonant frequencies is widened in proportion to the magnitude. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 개방 스터브 선로의 임피던스와 λ/2 길이 제3선로의 임피던스에 따라 감쇄극의 위치가 설정되는 것을 특징으로 하는 이중모드 링 공진기를 이용한 발룬-대역 통과 필터.The balun using a dual mode ring resonator according to any one of claims 1 to 6, wherein the position of the attenuation pole is set according to the impedance of the open stub line and the impedance of the? / 2 length third line. -Band pass filter. 제7항에 있어서, 상기 제3선로의 임피던스가 증가할수록 두 감쇄극은 낮은 주파수 대역으로 이동하며, 상기 개방 스터브 선로의 임피던스가 증가할수록 두 감쇄극은 높은 주파수 대역으로 이동하는 것을 특징으로 하는 이중모드 링 공진기를 이용한 발룬-대역 통과 필터.8. The method of claim 7, wherein the two attenuation poles move to a lower frequency band as the impedance of the third line increases, and the two attenuation poles move to a higher frequency band as the impedance of the open stub line increases. Balun-band pass filter using mode ring resonator. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입/출력단과 링 공진기 사이에는 각각 평행선로 갭 커플링을 사용하여 결합되는 것을 특징으로 하는 이중모드 링 공진기를 이용한 발룬-대역 통과 필터.The balun-band pass filter according to any one of claims 1 to 6, wherein the input / output stage and the ring resonator are respectively coupled by using parallel line gap coupling.
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