KR100892024B1 - 밴드패스 필터 - Google Patents

Abstract

에지-결합된 필터(20)는 일련의 교차하는 T-형 도전체 부분들(32A-40A)을 포함하는 위상 속도 보상 전송선 섹션(30)을 포함한다.

밴드패스 필터, 위상 속도 보상, T-형 도전체 부분, 이븐 모드, 오드 모드

Description

밴드패스 필터{BANDPASS FILTER}

마이크로스트립 전송선들을 사용하여 만들어진 대부분의 마이크로웨이브 필터들은 2차, 3차 및 4차 고조파 신호들을 억제하지 않는 경향을 갖는다. 전통적으로, 이러한 문제를 해결하는 방법은 밴드패스 필터의 양단에 로우패스 필터를 추가하는 것이다. 물리적으로, 이 방법은 필터의 구조를 크게 만든다. 전기적으로, 로우패스 필터들을 사용하는 것은 신호 손실을 증가시키고, 대부분 고조파의 억제가 원하는 것만큼 좋지 않다.

에지-결합된 필터는 일련의 교차하는 T-형 도전체 부분들을 포함하는 위상 속도 보상 전송선 섹션을 포함한다.

당 기술분야에서 숙련된 사람들은 도면과 함께 다음의 발명의 상세한 설명을 읽음으로써 본 발명의 특징들 및 장점들을 쉽게 이해할 것이다.

도 1은 밴드패스 필터의 예시적인 실시예의 레이아웃.

도 2는 도 1의 선 2-2를 따라 취해진, 도 1의 필터의 단면 도식도.

도 3은 응답이 2차 및 3차 고조파들의 감쇄를 도시하는 예시적인 필터 구현에 대한 주파수의 함수로서의 감쇄의 그래프.

도 4A는 오버랩되고, 에지-결합된 도전체 스트립들을 도시하는, 필터 레이아웃의 확대된 부분의 상면도.

도 4B는 도 3A의 밴드패스 필터의 다이어그램 단면도.

도 4C는 전파의 이븐 및 오드 모드의 속도들을 필터 파라미터들의 함수로서 묘사하는 그래프.

도 5는 밴드패스 필터의 대안의 실시예의 레이아웃.

다음의 상세한 설명 및 몇몇의 도면에서, 유사한 구성요소들은 유사한 참조 번호들로 식별된다.

마이크로스트립 또는 스트립라인과 같은 평면형 전송선 매체에서 제조되는 에지-결합된 필터에서, 에너지는 에지-결합된 공진기 구성요소들 또는 도전체 스트립들을 통해 필터를 통해 전파된다. 필터 응답에서의 고조파들은 이븐 및 오드 모드들에서의 위상 속도들의 불일치로 인해 나타난다. 마이크로스트립 결합된 선들에서, 오드 모드는 이븐 모드보다 빠르게 이동한다. 또한, 오드 모드는 마이크로스트립 결합된 선들 또는 도전체 스트립들의 외부 에지들을 따라 이동하는 경향이 있고, 반면에 이븐 모드는 중심 근처에서 이동하는 경향이 있다. 예시적인 실시예에서, 필터의 고조파들을 억제하기 위하여, 이븐 및 오드 모드 전기적 길이들을 등화하는(equalizing) 수단이 제공된다.

도 1에 도시된 예시적인 실시예에서, 마이크로스트립 필터(20)는 공간적으로 분리된 입력/출력(I/O) 포트들(22 및 24)을 포함하고, 그것들은 위상 속도 보상 전 송선 섹션(30)에 의해 접속된다. 본 예시적인 실시예에서 전송선 섹션(30)은 에지-결합된 공진기 구성요소들(32-40)을 포함한다. 본 실시예에서 필터 축(26)을 따라 포트들(22, 24)이 배치된다. 전송선 섹션(30)은, 필터 축(26)에 대하여 스태거된(staggered) 오프셋 방식으로 배열된, 일련의 교차하는 도전체 섹션들 또는 선들(32-40)을 포함한다. 도전체 섹션들은 RF 동작 주파수 대역에서 에지-결합된다. 도전체 섹션들의 공간적인 분리는 DC 절연을 제공한다. 선들(32-40)은 인접하는 도전체 선 중의 대응하는 결합된 선 부분에 인접하는 결합된 선 부분들을 포함한다. 예를 들면, 선(32)은 선(34)의 선 세그먼트(34C)와 겹치는 선 세그먼트(32C)를 포함한다. 예시적인 실시예에서, 이들 겹치는 선 세그먼트들은 동작 주파수에서 대략 ¼ 파장의 길이이다.

각 도전체 섹션은 각각의 T-형 부분(32A-40A)을 포함한다. 본 예시적인 실시예에서, T-형 부분들은 필터 축에 평행하게 배향된 평행 레그 부분, 및 평행 레그 부분에 수직 방향이고 평행 레그 부분을 양분하는 횡단형 스터브(stub)를 갖는다. 예를 들면, T-형 부분(32A)은 평행 레그 부분(도전체 섹션(32)의 부분을 포함함) 및 횡단형 스터브(32B)를 갖는다. 횡단형 스터브들(32B-40B)의 방향들은 교차하고, 스터브 길이들도 그러하다. 필터 응답은 (도 4에 도시된 바와 같이) 그 중심 주파수에 대하여 대칭이고; ¼ 파장 결합된 선의 길이에 따라, 횡단형 스터브 길이들은 최적화될 수 있고, 그것은 상이한 스터브 길이들을 야기시킨다. 오드 모드는 결합된 선들 또는 도전체 스트립들의 외부 에지들을 따라 이동하는 경향이 있고, 반면에 이븐 모드는 중심 근처에서 이동하는 경향이 있기 때문에, T-형 섹션들 은 오드 모드에 의해 이동되는 전송선 길이를 추가하지만, 이븐 모드는 그렇지 않다. 그 결과, 전송선(30)을 따라 전파하는 오드 및 이븐 모드 컴포넌트들은 위상이 같게 출력에 도달한다.

도 1 및 도 2의 예시적인 필터 실시예는 마이크로스트립으로 구성된다. 필터는 실질적으로 평면형 유전체 기판(23), 예를 들면, 기판 높이 h를 갖는 듀로이드 또는 알루미나와 같은 기판을 포함한다. 도전성의 그라운드 평면층(25)은 유전체 기판의 한 표면, 여기서는 기판(23)의 바닥 표면 위에 형성된다. 도전성 마이크로스트립 트레이스 패턴은 대향하는 기판 표면, 본 예에서는 상부 표면 위에 형성된다. 트레이스 패턴은 도전체 섹션들(32-40) 및 I/O 포트들(22, 24)을 형성한다. 예시적인 실시예에서, 트레이스 패턴은 포토리소그래피 기법들을 이용하여 제조된다.

이븐 및 오드 모드들의 위상 속도 불일치들은 오드 모드 이동 경로를 확장함으로써 보상될 수 있다. 예시적인 필터 구조에서, 필터의 교차하는 T-형 부분들은 보상을 제공한다. 마이크로스트립 결합된 선에서, 오드 모드는 더 빠르고 선의 에지들 상에서 이동하는 경향이 있는 반면에, 이븐 모드는 더 느리고 결합된 선들의 중심을 따라 이동한다. 도 1에 도시된 예시적인 필터 구조는 주기적으로 스터브들을 도입하고 필터 내에서 ¼ 파장 결합된 선 섹션들의 전기적 길이를 조정함으로써 필터 구조 내의 이븐 및 오드 모드들의 위상 속도들의 불일치를 보상한다. 예시적인 실시예에서, 대부분의 위상 보상은 T-형 부분들에 의해 제공된다. 어떤 위상 보상은, 결합된 선들의 길이들을 공칭 ¼ 파장으로부터 달라지게 함으로써, 예를 들면, 최적화함으로써 제공될 수 있다.

도 4A-4C는 마이크로스트립 전송선 실시예에 대한 설계 파라미터들의 변동이 에지-결합된 필터에서 이븐 및 오드 모드 전파의 위상 속도들에 어떻게 영향을 미치는지를 묘사한다. 도 4A는 유전체 기판(23)의 표면 위에 마이크로스트립 도전체들로서 형성된 에지-결합된 도전체 스트립들 C1 및 C2의 개략적인 예시이다. 도전체 스트립들 C1 및 C2는 나란히 배열되고 거리 s만큼 이격된다. 단면도인 도 4B에 도시된 바와 같이, 기판(23)은 높이 h를 갖는다. 도 4C는 상이한 비율의 w/h에 대하여, 비율 s/h의 함수로서 이븐 모드(ve) 및 오드 모드(vo)에 대해 계산된 위상 속도들을 도시하는 그래프이다.

예시적인 시뮬레이션 실시예에서, 도 3에 도시된 바와 같이, 필터(20)는 2차 및 3차 고조파를 매우 양호한 대역 외 차단으로서 감쇄시킨다. 도 3은 10GHz에 중심을 둔 통과 대역에 대하여, 약 2.5GHz의 공칭 대역폭을 갖는 예시적인 필터 구현에 대한 주파수 함수로서의 감쇄의 그래프이다. 도 3은 반사 손실(S(1,1)) 및 삽입 손실(S(2,1))의 예시적인 시뮬레이션 플롯을 주파수의 함수로서 도시한다. 도 3에 그 성능이 도시된 예시적인 시뮬레이션 실시예는 Agilent의 ADS 선형 시뮬레이터 툴을 이용하여 행해진다. 마이크로스트립 필터의 이러한 예시적인 실시예는 또한 매우 높은 대역 외 차단 특성들을 갖는 매우 낮은 손실의 필터를 나타낸다. 본 예시적인 필터 실시예는 필터 대역폭의 80% 이상에 대하여 좋은 선형 위상을 나타낸다. 삽입 손실 특성에서의 고조파들은 억제되고 있다.

필터의 일 실시예는 매우 콤팩트하여, 다수의 필터들을 사용하는 대부분의 마이크로웨이브 집적 회로들의 크기 및 무게를 상당히 감소시킨다.

본 필터 구조는 마이크로스트립 이외의 전송선 형태, 예를 들면, 스트립라인 또는 공면 도파관에서 구현될 수 있다.

다른 예시적인 실시예가 도 5에 도시되어 있으며, 이것은 헤어핀형 필터(100)의 레이아웃을 묘사한다. 헤어핀형 구성은 I/O 포트들(102, 104) 및 위상 속도 보상 전송선 섹션(110)을 포함한다. 전송선 섹션(110)은 뱀 모양 또는 일련의 U-형 벤드들로 배열되고, 각각은 에지-결합된 공진기 섹션들 및 U-벤드 내에 배치된 T-형 부분을 포함한다. 예를 들면, 도전체 섹션들(112, 114)은 동작 주파수에서 전기적 길이의 약 ¼ 파장이고, 그들 사이에 공간을 두고 평행하게 배치된다. 마찬가지로, 도전체 섹션들(114, 118)은 에지-결합된다. T-형 부분(116)은 도전체 섹션들(114, 118)의 단부들을 접속하고, 위상 속도 보상을 제공한다. ¼ 파장 섹션들의 길이들 또한, 위상 속도 보상을 제공하기 위해 조정될 수 있다. 필터(100)는 예를 들면, 마이크로스트립 또는 스트립라인 내에 구성될 수 있다. 예시적인 통과 대역은 1.85GHz에 중심이 있는 200MHz이다.

상기의 내용은 본 발명의 구체적인 실시예들의 설명 및 예시였지만, 이하의 청구항들에서 정의되는 바와 같이, 본 발명의 범주 및 사상을 벗어나지 않고, 그에 대한 다양한 변동들 및 변경들이 당 기술 분야에서 숙련된 사람들에 의해 행해질 수 있다.

Claims (12)

1. RF 밴드패스 필터 회로로서,

   제1 입력/출력(I/O) 포트(22);

   제2 I/O 포트(24); 및

   상기 제1 I/O 포트와 상기 제2 I/O 포트 사이에 결합되어 있으며, 교차하는 도전체들 사이의 신호 결합을 위하여 배열된 복수의 평행-결합된 도전체 부분들(32 내지 40)을 포함하는 위상 속도 보상 전송선 섹션(30)

   을 포함하고,

   상기 위상 속도 보상 전송선 섹션은, 각각의 오드(odd) 모드 및 이븐(even) 모드 전파 신호 컴포넌트들의 위상 속도 보상을 위하여, 복수의 T-형(T-shaped) 도전체 부분을 포함하고,

   상기 T-형 도전체 부분들은 평행 레그 및 그 평행 레그에 가로로 배향된 횡단형 스터브(32B 내지 40B)를 가지며,

   상기 T-형 도전체 부분의 상기 횡단형 스터브는 상기 평행 레그를 양분하는 RF 밴드패스 필터 회로.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,

   상기 위상 속도 보상 전송선 섹션은 마이크로스트립 전송선 섹션인 RF 밴드패스 필터 회로.
5. 제1항에 있어서,

   상기 위상 속도 보상 전송선 섹션은 스트립라인 섹션인 RF 밴드패스 필터 회로.
6. 제1항에 있어서,

   상기 위상 속도 보상 전송선 섹션은,

   대향하는 제1 및 제2 평면 표면들을 갖는 유전체 기판(23)과;

   상기 제1 평면 표면 상에 형성된 그라운드 평면(25)과;

   에지 결합을 제공하기 위해, 교차하는 도전체들의 단부들 사이에 틈을 가진, 선형 필터 축(26)의 주변에 스태거된(staggered) 배열로, 상기 제2 평면 표면 상에 형성된 상기 병렬-결합된 도전체들을 포함하는 RF 밴드패스 필터 회로.
7. 제1항에 있어서,

   상기 위상 속도 보상 전송선 섹션은, 이븐 모드 전파 속도보다 큰 오드 모드 전파 속도에 대하여 보상을 제공하는 RF 밴드패스 필터 회로.
8. 제7항에 있어서,

   상기 필터의 응답의 고조파들은 상기 위상 속도 보상 전송선 섹션에 의해 억제되는 RF 밴드패스 필터 회로.
9. 제1항에 있어서,

   상기 필터는 상기 제1 및 제2 I/O 포트들에 로우패스 필터가 없는 RF 밴드패스 필터 회로.
10. 제1항에 있어서,

    상기 전송선 섹션은 헤어핀형 구성(110)으로 배열된 RF 밴드패스 필터 회로.
11. 제10항에 있어서,

    상기 T-형 도전체 부분들(116)은 상기 헤어핀형 구성의 U-벤드(bend)들로 배열된 RF 밴드패스 필터 회로.
12. 제1항에 있어서,

    상기 도전체 부분들(32-40)은 선형 필터 축(26) 주변에 스태거된 배치로 배열된 RF 밴드패스 필터 회로.

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