KR100998603B1 - 이중 대역 필터 및 그 설계 방법 - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 평행 결합 선로 필터에 관한 것으로 보다 상세하게는 이중 대역 통과 특성을 가질 수 있는 평행 결합 선로 필터에 관한 것이다.
대역 통과 필터는 입력단으로 들어온 신호가 통과 주파수 대역에서는 출력단으로 전부 통과하고 이외 대역에서는 통과하지 않는 회로를 말한다. 평행 결합 선로(parallel coupled lines)를 이용한 필터는 그 구조가 간단하고 제작이 용이해 대역 통과 필터에 많이 적용되어 왔다.
다양한 무선 통신 서비스의 폭발적인 증가로 인하여, 최근의 마이크로파 통신 시스템은 때로 다중 대역 동작을 요구한다. 이러한 시스템에서는 간단하고 저비용이면서 고성능의 다중 대역 필터가 필수적이다. 선택도와 더불어, 통과 대역 사이의 주파수 분리, 부가적인 통과 대역의 대역폭 조절 능력, 삽입 손실 방법에 기초한 필터 통합 기술에의 적용 능력과 같은 성능이 다중 대역 필터의 중요한 문제로 고려되고 있다.
현대 무선통신 시스템에 필수적으로 사용되는 초고주파 대역용 이중 대역 필 터는 본질적으로 이중 대역 특성을 갖는 전송 선로에 의한 설계 방법이 주로 사용된다. 기존의 이중 대역 필터는 일반적으로 사용되지 않는 전송 선로 형태를 사용하여 그 구조가 복잡하거나, 또는 설계 과정이 전자기적 모의 실험에 크게 의존하는 형태여서 정확한 설계식이 존재하지 않으며 반복 실험에 소요되는 시간이 길고 그 정확도가 높지 않다는 문제점이 있었다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 평행 결합 선로를 이용하여 구조가 간단하고 설계가 용이한 이중 대역 필터와 상기 이중 대역 필터의 설계 방법을 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 이중 대역 필터는, 캐스캐이드 연결된 복수 단의 평행 결합 선로; 및 각 단의 평행 결합 선로 간의 연결단에 연결되는 병렬 스터브를 포함하고, 각 단의 평행 결합 선로는, 입력측의 2개의 포트 중 하나와 출력측의 2개의 포트 중 하나가 접지되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 병렬 스터브는 개방된 것일 수 있다.
또는, 상기 병렬 스터브는 접지된 것일 수 있다.
또한, 첫째 단의 평행 결합 선로의 입력측의 2개의 포트 중 하나가 상기 이중 대역 필터의 입력단이 되고, 마지막 단의 평행 결합 선로의 출력측의 2개의 포트 중 하나가 상기 이중 대역 필터의 출력단이 될 수 있다.
또한, 상기 각 단의 평행 결합 선로는, 상기 입력측의 2개의 포트 중 상기 연결단 또는 상기 입력단에 해당하지 않는 포트와, 상기 출력측의 2개의 포트 중 상기 연결단 또는 상기 출력단에 해당하지 않는 포트가 접지될 수 있다.
또한, 상기 이중 대역 필터는, 상기 입력단에 연결되는 병렬 스터브와 상기 출력단에 연결되는 병렬 스터브를 더 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여 상기된 본 발명에 따른 이중 대역 필터를 설계하는 방법은, 캐스캐이드 연결된 복수 단의 평행 결합 선로로 이루어지고, 각 단의 평행 결합 선로는 연결단에 해당하지 않는 포트가 개방된 구조의 단일 대역 필터의 설계 파라미터를 구하는 단계; 및 상기 단일 대역 필터의 통과 대역의 중심 주파수를 f1이라 할 때, f1과 mf1(m은 m>1을 만족하는 임의의 수)을 두 통과 대역 각각의 중심 주파수로 가지도록 상기 이중 대역 필터의 설계 파라미터를 상기 단일 대역 필터의 설계 파라미터와 상기 m을 이용하여 구하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 단일 대역 필터의 설계 파라미터는 각 단의 평행 결합 선로의 우모드 임피던스, 기모드 임피던스 및 전기적 길이일 수 있다.
또한, 상기 이중 대역 필터의 설계 파라미터는 각 단의 평행 결합 선로의 우모드 임피던스, 기모드 임피던스 및 전기적 길이, 그리고 각 병렬 스터브의 특성 임피던스 및 전기적 길이일 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 이중 대역 필터는, 캐스캐이드 연결된 복수 단의 평행 결합 선로들; 각 단의 평행 결합 선로 간의 연결단에 연결되는 병렬 스터브들; 및 각 단의 평행 결합 선로의 입력측의 2개의 포트 중 하나와 출력측의 2개의 포트 중 하나를 접지시키는 비아홀을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 병렬 스터브들은 교번하여 서로 반대 방향으로 배치될 수 있 다.
또한, 상기 비아홀은 상기 비아홀을 기준으로 앞단의 평행 결합 선로와 뒷단의 평행 결합 선로에 의해 공유될 수 있다.
본 발명에 의한 이중 대역 필터 및 그 설계 방법에 따르면, 필터의 구조가 간단하고 설계가 용이한 장점이 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이하 설명 및 첨부된 도면들에서 실질적으로 동일한 구성요소들은 각각 동일한 부호들로 나타냄으로써 중복 설명을 생략하기로 한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에서 이용하는, 단일 대역 통과 특성을 가지는 기존 평행 결합 선로 필터의 구조이다. 도시된 평행 결합 선로 필터는 3차 평행 결합 선로 필터로서, 4개의 평행 결합 선로(110, 120, 130, 140)가 캐스캐이드 연결된 형태로 구성되며, 도시된 바와 같이 각 단의 평행 결합 선로의 출력측 두 포트 중 하나와 다음 단의 평행 결합 선로의 입력측 두 포트 중 하나가 연결되고, 연결단에 해당하지 않는 나머지 두 포트는 개방(open)된 형태로 이루어진다. 그리고 첫째 단의 평행 결합 선로(110)의 입력측 두 포트 중 하나(111)가 필터의 입력단이 되며, 마지막 단의 평행 결합 선로(140)의 출력측 두 포트 중 하나(141)가 필터의 출력단이 된다.
일반적으로 N(N≥1)차 평행 결합 선로 필터는 (N+1)개의 평행 결합 선로가 캐스캐이드 연결된 형태로 구성되며, 도시된 필터는 4개의 평행 결합 선로가 연결된 예이나 임의의 개수의 평행 결합 선로가 연결된 형태가 될 수 있음은 물론이다.
도시된 평행 결합 선로 필터에서, 각 단의 평행 결합 선로는 우모드 임피던스(even-mode impedance)(Z0e)와 기모드 임피던스(odd-mode impedance)(Z0o)를 가지고, 통과 대역의 중심 주파수 f1에서 90˚(=λ/4)의 전기적 길이(θ)를 가진다.
도 1에서 첫째 단의 우모드 임피던스 및 기모드 임피던스를 Z0e,1 및 Z0o,1, 둘째 단의 우모드 임피던스 및 기모드 임피던스를 Z0e,2 및 Z0o,2, 세째 단의 우모드 임피던스 및 기모드 임피던스를 Z0e,3 및 Z0o,3, 네째 단의 우모드 임피던스 및 기모드 임피던스를 Z0e,4 및 Z0o,4로 표시하였다. 일반적으로 (n+1)번째 단의 우모드 임피던스 및 기모드 임피던스를 Z0e,(n+1) 및 Z0o,(n+1)로 표시할 수 있다. 도시된 평행 결합 선로 필터를 설계함에 있어서, 상기 우모드 임피던스와 기모드 임피던스, 그리고 전기적 길이가 설계 파라미터가 된다. 각 평행 결합 선로의 우모드 임피던스 및 기모드 임피던스를 구하는 방법은 이미 잘 알려져 있으며, 예를 들어 문헌 [G. L. Matthaei, L. Young, and E. M. Jones, Microwave Filters, Impedance-Matching Network, and Coupling Structures, Artech House, Inc., Dedham, Massachusetts, 1980.]에 자세히 소개되어 있다.
도 2는 특성 임피던스가 Z0인 λ/4 길이의 전송 선로(a)와 이중 대역 특성을 가지는 줄어든 길이의 전송 선로(b)를 나타낸다. 전송 선로의 길이(θ<90˚), 특성 임피던스(Z1), 그리고 병렬 스터브의 서셉턴스(B(f))를 다음 수학식과 같이 선택함으로써, 주파수 f1에서 λ/4 길이의 전송 선로가 가지는 전기적 성능과 동일한 전기적 성능을 두 개의 주파수 f1과 mf1에서 동일한 전기적 성능을 가지도록, 이중 대역 특성을 가지는 줄어든 길이의 전송 선로를 디자인할 수 있다. 여기서 m은 1보다 큰 임의의 수이다. 그 조건은 다음과 같다.
도 3은 일반적인 평행 결합 선로(a)와 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 대역 특성을 가지는 줄어든 길이의 평행 결합 선로(b)를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 일반적인 평행 결합 선로(a)는 90˚(=λ/4)의 전기적 길이와 우모드 임피던스 Z0e 및 기모드 임피던스 Z0o를 가진다. 도 3을 참조하면, 평행 결합 선로에 포트 번 호(입력측의 1번 포트와 3번 포트, 출력측의 2번 포트와 4번 포트)가 매겨져 있으며, 이하에서 평행 결합 선로의 포트를 말할 때 도 3에서 매겨진 포트 번호를 기준으로 설명하기로 한다. 본 실시예에 의하면, 우모드(even-mode) 및 기모드(odd-mode) 해석을 통해 주파수 f1에서 평행 결합 선로(a)가 가지는 전기적 특성과 동일한 특성을 두 개의 주파수 f1과 mf1(m>1)에서 가지도록 디자인한다. 우모드 및 기모드 해석에 관하여는 문헌 [G. L. Matthaei, L. Young, and E. M. Jones, Microwave Filters, Impedance-Matching Network, and Coupling Structures, Artech House, Inc., Dedham, Massachusetts, 1980.]에 자세히 설명되어 있다.
우모드에서는, 두 전송 선로가 동일한 포텐셜에 있고, 이중 대역 평행 결합 선로는 도 4(a)에 도시된 바와 같은 전송 선로들의 조합으로 단순화될 수 있다. 기모드에서는, 두 전송 선로가 위상이 다른 포텐셜에 있고, 이중 대역 평행 결합 선로는 도 4(b)에 도시된 바와 같은 전송 선로들의 조합으로 단순화될 수 있다.
상기 수학식 1 내지 3을 도 4에 도시된 우모드 및 기모드 등가 회로에 적용하면, 이중 대역 동작을 위한 조건은 다음 수학식과 같다.
또한, 병렬 스터브의 전기적 길이 θ1과 브랜치 선로의 전기적 길이 2θ2는 다음과 같다.
그리고 병렬 스터브의 특성 임피던스 Z1과 브랜치 선로의 특성 임피던스 Z2는 다음 수학식에 따라 구할 수 있다.
상기 수학식에서 k와 l은 양의 정수로서, k와 l은 병렬 스터브와 브랜치 선로의 전기적 길이를 결정한다. 병렬 스터브와 브랜치 선로의 길이는 짧을수록 실용적인 디자인에 적합하므로, k와 l은 가능한 작은 값인 것이 바람직하다. 다만 상기 수학식 7을 참조하면, 임피던스 Z1 및 Z2는 이 전기적 길이에 따라 결정되므로, k와 l은 Z1 및 Z2가 양의 값을 가지도록 선택되어야 한다. 그리고 k와 l은 두 개의 통과대역에 대한 주파수 분리 비율을 나타내는 m에 따라서 결정된다.
본 발명의 일 실시예에서, 마이크로파 대역에서의 이중 대역 통과 필터를 구현하기 위해, 도 3(b)에 도시된 평행 결합 선로의 2번 포트와 3번 포트를 개방한 채 둘 이상의 평행 결합 선로를 캐스캐이드 연결할 수 있다. 그러나 이러한 구조는 스터브가 너무 만이 달리게 되어 비실용적이다. 도 3(a)에 도시된 평행 결합 선로의 2번 포트와 3번 포트를 접지시킨 채 캐스캐이드 연결함으로써 대역 통과 필터를 구현할 수도 있는데, 2번 포트와 3번 포트를 개방한 경우와 동일한 필터 특성을 얻기 위해서는 다음 조건을 만족해야 한다.
여기서, Z0e' 및 Z0o'는 접지된 경우의 평행 결합 선로의 우모드 임피던스 및 기모드 임피던스이다.
본 발명의 일 실시예에서, 도 3(b)에 도시된 평행 결합 선로의 2번 포트와 3번 포트를 접지시켜서 대역 통과 필터를 구현한다. 도 5는 도 3(b)에 도시된 평행 결합 선로에서 2번 포트와 3번 포트를 접지시킨 모습을 나타내는 도면이다. 도시된 바와 같이 2번 포트와 3번 포트를 접지시키게 되면 병렬 스터브 A와 A' 는 접지되어 필요가 없게 된다. 따라서 1번 포트와 4번 포트는 두 병렬 스터브, 즉 끝이 개방된 스터브와 접지된 스터브로 로드된다. 도 5를 참조하면, 개방된 병렬 스터브의 특성 임피던스와 전기적 길이는 Z1, θ1이고, 접지된 병렬 스터브의 특성 임피던스와 전기적 길이는 Z2, θ2이다. 이제 이 두 병렬 스터브를 개방된 하나의 병렬 스터브로 대체하고 두 병렬 스터브의 서셉턴스와 대체된 하나의 병렬 스터브의 서셉턴 스가 일치되도록 하면 1번 포트와 4번 포트에 하나의 개방된 병렬 스터브가 연결된 형태로 단순화할 수 있다. 도 6은 이렇게 단순화된 평행 결합 선로 두 단이 캐스캐이드 연결된 형태를 나타낸다. 도 6을 참조하면, 첫 번째 단의 4번 포트에 연결된 병렬 스터브와 두 번째 단의 1번 포트에 연결된 병렬 스터브는 하나의 병렬 스터브로 대체될 수 있다.
도 7은 도 1에 도시된 단일 대역 특성을 가지는 평행 결합 선로 필터를 기준으로 하여 설계된 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 대역 필터를 나타낸다.
도시된 이중 대역 필터는 3차 평행 결합 선로 필터로서, 4개의 평행 결합 선로(710, 720, 730, 740)가 캐스캐이드 연결된 형태로 구성되며, 도시된 바와 같이 각 단의 평행 결합 선로의 출력측 두 포트 중 하나(4번 포트)와 다음 단의 평행 결합 선로의 입력측 두 포트 중 하나(1번 포트)가 연결되고, 연결단에 해당하지 않는 나머지 두 포트(2, 3번 포트)는 접지된(grounded) 형태로 이루어진다. 그리고 첫째 단의 평행 결합 선로(710)의 입력측 두 포트 중 하나(1번 포트, 711)가 필터의 입력단이 되며, 마지막 단의 평행 결합 선로(740)의 출력측 두 포트 중 하나(4번 포트, 741)가 필터의 출력단이 된다. 첫째 단의 평행 결합 선로(710)와 마지막 단의 평행 결합 선로(740)에서 입력단과 출력단에 해당하지 않는 포트는 접지된다. 그리고 첫 번째 단의 1번 포트(711)와 마지막 단의 4번 포트(741)에 각각 개방된 병렬 스터브(715, 755)가 연결되고 각 단의 평행 결합 선로 간의 연결단에 개방된 병렬 스터브(725, 735, 745)가 연결된다.
도 1에 관하여 설명한 바와 마찬가지로, 도 7에 도시된 실시예는 4개의 평행 결합 선로가 연결된 예이나 본 발명은 임의의 개수의 평행 결합 선로가 연결된 형태가 될 수 있음은 물론이다. N차 평행 결합 선로 필터를 구성할 경우 (N+1)개의 평행 결합 선로가 캐스캐이드 연결될 것이며, 따라서 개방된 병렬 스터브의 개수는 (N+2)개가 될 것이다.
본 실시예에서는, 도 1에 도시된 것과 같은 구조의, 통과 대역의 중심 주파수를 f1으로 하는 단일 대역 필터의 설계 파라미터를 기초로, f1과 mf1(m은 m>1을 만족하는 임의의 수)을 두 통과 대역 각각의 중심 주파수로 가지도록 이중 대역 필터의 설계 파라미터를 구한다. 여기서 이중 대역 필터의 설계 파라미터는 각 평행 결합 선로의 우모드 임피던스, 기모드 임피던스, 주파수 f1에서의 전기적 길이, 그리고 각 병렬 스터브의 특성 임피던스와 주파수 f1에서의 전기적 길이가 된다.
이하에서는, 도 7에 도시된 실시예를 보다 일반화하여 (N+1)개의 평행 결합 선로가 캐스캐이드 연결된 구조의 이중 대역 필터를 나타낸 도 8a을 참조하여 설명한다. 도 8a에 도시된 이중 대역 필터는 도 8b에 도시된 기존 단일 대역 필터의 설계 파라미터를 이용하여 설계한다.
우선 제 n(n=1, 2, ... N+1) 번째 단의 평행 결합 선로의 우모드 임피던스 Ze,n과 기모드 임피던스 Zo,n은 다음 수학식에 따라 구할 수 있다.
여기서, Z0는 표준 임피던스를, Z0o,n 및 Z0e,n은 각각 도 8b에 도시된 단일 대역 필터의 제 n 번째 단의 기모드 임피던스 및 우모드 임피던스를 나타낸다.
그리고 각 단의 평행 결합 선로의 전기적 길이는 다음 수학식에 따라 구할 수 있다.
그리고 각 병렬 스터브의 특성 임피던스는 다음 수학식들에 따라 구할 수 있다.
이중 대역 필터의 입력단에 연결된 병렬 스터브의 특성 임피던스 Zstub,1은 다음과 같다.
제 n 번째 단과 제 (n+1)번째 단의 평행 결합 선로 간의 연결단에 연결되는 병렬 스터브의 특성 임피던스 Zstub,n+1은 다음과 같다.
이중 대역 필터의 출력단에 연결된 병렬 스터브의 특성 임피던스 Zstub,N+2는 다음과 같다.
각 병렬 스터브의 전기적 길이는 다음 수학식들에 따라 구할 수 있다. 상기 수학식 12 내지 14에서 θ1, θ2, Z1,n, Z1,n+1, Z2,n, Z2,n+1은 다음 수학식들에 따라 구해질 수 있다.
도 7 및 도 8a에 도시된 실시예에서는 병렬 스터브를 끝이 개방된 스터브로 하여 구현하였으나, 병렬 스터브들은 끝이 접지된 스터브로 하여 구현할 수도 있다. 이 경우 각 병렬 스터브의 특성 임피던스와 전기적 길이를 나타내는 상기 수학식 12 내지 15는 다음 수학식들로 대체된다.
도 8a에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 대역 필터는 주파수 f1과 mf1을 중심주파수로 하여 이중 대역 특성을 가지나, 도 8b에 도시된 단일 대역 특성을 가지는 필터에 비해서 대역폭은 약간 줄어들게 된다. 그 이유는 도 8b에 도시된 단일 대역 필터와 중심 주파수를 f1으로 동일하게 하는 것을 가정하고, 상기된 수식들을 도출하였고, 이 과정에서 대역폭을 결정하는 슬롭 파라미터(slope parameter)가 변하기 때문이다. 대역폭이 줄어드는 정도는 다음 수학식과 같이 정확하게 알 수 있다. 아래에서, 수학식 22는 개방된 스터브를 사용하는 경우에 줄어드는 대역폭을, 수학식 23은 접지된 스터브를 사용하는 경우에 줄어드는 대역폭을 나타낸다.
따라서 본 실시예에 따른 이중 대역 필터를 설계함에 있어서, 기준이 되는 단일 대역 특성을 가지는 필터의 설계 파라미터를 대역폭이 좀더 크도록 설계함으 로써 대역폭이 줄어드는 것을 보상할 수가 있다.
아래 표 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 실제로 4단의 이중 대역 필터를 설계한 예를 나타낸다. 첫 번째 중심 주파수 2.4 GHz 에서 8% 의 상대 대역폭(절대 대역폭 192 MHz(=2.4GHz*0.08))을 가지고 두 번째 중심 주파수 5.2GHz 에서 192 MHz의 절대 대역폭을 가지는 필터를 설계하기 위하여, 상기 수학식 21 및 22에 따라서 기준이 되는 단일 대역 필터의 상대 대역폭을 12.07%로 결정한다. 그리고 나서 상기 수학식 9 내지 20을 이용하여 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 대역 필터의 설계 파라미터를 구한 결과가 아래 표 1에 나타나 있다.
도 7에 도시된 실시예에 따른 이중 대역 필터를 실제로 구현함에 있어서, 마이크로스트립 선로를 이용하여 평면형 구조로 설계한다면, 도 9에 도시된 레이아웃으로 설계될 수 있다.
도 7과 도 9를 함께 참조하면, 도면부호 911 및 912가 평행 결합 선로(710)에 해당하고, 도면부호 921 및 922가 평행 결합 선로(720)에 해당하고, 도면부호 931 및 932가 평행 결합 선로(730)에 해당하고, 도면부호 941 및 942가 평행 결합 선로(740)에 해당한다. 그리고 도면부호 961, 962, 963, 964, 965가 각각 병렬 스터브(715, 725, 735, 745, 755)에 해당한다. 그리고, 비아홀(via hole)(950~957)을 통하여 평행 결합 선로의 포트가 접지된다. 그러나 도 9에 도시된 레이아웃에 따르면, 비아홀과 평행 결합 선로 간의 스터브가 겹치게 되어서 실제적으로 사용할 수 없다. 즉, 비아홀(951)은 병렬 스터브(962)와, 비아홀(953)은 병렬 스터브(963)와, 비아홀(955)은 병렬 스터브(964)와 겹치게 된다.
따라서 본 발명의 일 실시예에서는, 도 10에 도시된 바와 같이, 비아홀과 스터브가 겹치지 않도록 레이아웃을 구성한다. 도 7과 도 10를 함께 참조하면, 도면부호 1011 및 1012가 평행 결합 선로(710)에 해당하고, 도면부호 1021 및 1022가 평행 결합 선로(720)에 해당하고, 도면부호 1031 및 1032가 평행 결합 선로(730)에 해당하고, 도면부호 1041 및 1042가 평행 결합 선로(740)에 해당한다. 그리고 도면부호 1061, 1062, 1063, 1064, 1065가 각각 병렬 스터브(715, 725, 735, 745, 755)에 해당한다. 그리고, 비아홀(via hole)(1050~1054)을 통하여 평행 결합 선로의 포트가 접지된다.
본 실시예에 의하면 병렬 스터브가 교번하여 서로 반대 방향으로 배치되고, 평행 결합 선로의 위치를 병렬 스터브와 겹치지 않도록 재배치한다. 예컨대, 도시된 바와 같이, 병렬 스터브(1061, 1063, 1065)와 병렬 스터브(1062, 1064)가 서로 반대 방향으로 배치된다. 그리고 도 7에서 두 번째 단의 평행 결합 선로를 이루는 아래쪽 선로를 위쪽으로 재배치(도면부호 1022)하고, 선로(1022)와 선로(1011)이 비아홀(1051)을 공유하도록 하며, 이에 따라 세 번째 단의 평행 결합 선로를 이루는 선로들(1031, 1032)을 위쪽으로 재배치하고 선로(1032)와 선로(1021)이 비아홀(1052)를 공유하도록 한다. 또한, 도 7에서 네 번째 단의 평행 결합 선로를 이루는 아래쪽 선로를 위쪽으로 재배치(도면부호 1042)하고, 선로(1042)와 선로(1031)이 비아홀(1053)을 공유하도록 한다.
도 10에 도시된 실시예에 의하면, 통과 대여에서는 특성 변화가 거의 없고 저지 대역에서만 특성이 약간 변하므로 요구되는 성능을 무리 없이 달성할 수 있다. 이 점은 후술할 도 12에 관한 설명에서 다시 언급할 것이다.
도 11은 ADS(advanced design system)를 이용하여 도 7에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 대역 필터와 그것의 기준이 되는 도 1에 도시된 기존의 단일 대역 필터의 이상 회로 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 도 11을 참조하면, 이중 대역 필터의 첫 번째 통과 대역에서, 두 필터는 거의 동일한 응답을 나타냄을 확인할 수 있다.
도 12는 도 9에 도시된 레이아웃에 따른 이중 대역 필터와 도 10에 도시된 레이아웃에 따른 이중 대역 필터의 이상 회로 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 도 12에 도시된 바와 같이, 저지 대역에 속하는 2.9GHz와 5.6GHz 근처를 제외하고는 두 필터의 성능은 거의 동일함을 확인할 수 있다. 따라서 도 10에 도시된 실시예에 의해, 요구되는 성능을 무리없이 달성할 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에서 이용하는, 단일 대역 통과 특성을 가지는 기존 평행 결합 선로 필터의 구조이다.
도 2는 특성 임피던스가 Z0인 λ/4 길이의 전송 선로와 이중 대역 특성을 가지는 줄어든 길이의 전송 선로를 나타낸다.
도 3은 일반적인 평행 결합 선로와 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 대역 특성을 가지는 줄어든 길이의 평행 결합 선로를 나타낸다.
도 4는 우모드 및 기모드 각각에서 이중 대역 평행 결합 선로가 단순화된 모습을 나타낸다.
도 5는 도 3(b)에 도시된 평행 결합 선로에서 2번 포트와 3번 포트를 접지시킨 모습을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 단순화된 평행 결합 선로 두 단이 캐스캐이드 연결된 형태를 나타낸다.
도 7은 도 1에 도시된 단일 대역 특성을 가지는 평행 결합 선로 필터를 기준으로 하여 설계된 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 대역 필터를 나타낸다.
도 8a는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 대역 필터의 일반화된 구조를 나타낸다.
도 8b는 도 8a에 도시된 이중 대역 필터의 설계의 기준이 되는 기존 단일 대역 필터의 일반화된 구조를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 대역 필터의 레이아웃을 나타낸다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이중 대역 필터의 레이아웃을 나타낸다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 대역 필터와 그것의 기준이 되는 기존의 단일 대역 필터의 이상 회로 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
도 12는 도 9에 도시된 레이아웃에 따른 이중 대역 필터와 도 10에 도시된 레이아웃에 따른 이중 대역 필터의 이상 회로 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
Claims (18)
- 캐스캐이드 연결된 복수 단의 평행 결합 선로; 및각 단의 평행 결합 선로 간의 연결단에 연결되는 병렬 스터브를 포함하고,각 단의 평행 결합 선로는, 입력측의 2개의 포트 중 하나와 출력측의 2개의 포트 중 하나가 접지되는 것을 특징으로 하는 이중 대역 필터.
- 제1항에 있어서,상기 병렬 스터브는 개방된 것을 특징으로 하는 이중 대역 필터.
- 제1항에 있어서,상기 병렬 스터브는 접지된 것을 특징으로 하는 이중 대역 필터.
- 제1항에 있어서,첫째 단의 평행 결합 선로의 입력측의 2개의 포트 중 하나가 상기 이중 대역 필터의 입력단이 되고, 마지막 단의 평행 결합 선로의 출력측의 2개의 포트 중 하나가 상기 이중 대역 필터의 출력단이 되는 것을 특징으로 하는 이중 대역 필터.
- 제4항에 있어서,상기 각 단의 평행 결합 선로는, 상기 입력측의 2개의 포트 중 상기 연결단 또는 상기 입력단에 해당하지 않는 포트와, 상기 출력측의 2개의 포트 중 상기 연결단 또는 상기 출력단에 해당하지 않는 포트가 접지되는 것을 특징으로 하는 이중 대역 필터.
- 제4항에 있어서,상기 입력단에 연결되는 병렬 스터브와 상기 출력단에 연결되는 병렬 스터브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 대역 필터.
- 제1항에 기재된 이중 대역 필터를 설계하는 방법으로서,캐스캐이드 연결된 복수 단의 평행 결합 선로로 이루어지고, 각 단의 평행 결합 선로는 연결단에 해당하지 않는 포트가 개방된 구조의 단일 대역 필터의 설계 파라미터를 구하는 단계; 및상기 단일 대역 필터의 통과 대역의 중심 주파수를 f1이라 할 때, f1과 mf1(m은 m>1을 만족하는 임의의 수)을 두 통과 대역 각각의 중심 주파수로 가지도록 상기 이중 대역 필터의 설계 파라미터를 상기 단일 대역 필터의 설계 파라미터와 상기 m을 이용하여 구하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 대역 필터 설계 방법.
- 제7항에 있어서,상기 단일 대역 필터의 설계 파라미터는 각 단의 평행 결합 선로의 우모드 임피던스, 기모드 임피던스 및 전기적 길이인 것을 특징으로 하는 이중 대역 필터 설계 방법.
- 제8항에 있어서,상기 이중 대역 필터의 설계 파라미터는 각 단의 평행 결합 선로의 우모드 임피던스, 기모드 임피던스 및 전기적 길이, 그리고 각 병렬 스터브의 특성 임피던스 및 전기적 길이인 것을 특징으로 하는 이중 대역 필터 설계 방법.
- 제9항에 있어서,상기 병렬 스터브는 개방된 것이고,제 n 번째 단과 제 (n+1)번째 단의 평행 결합 선로 간의 연결단에 연결되는 병렬 스터브의 특성 임피던스 Zstub,n+1은 다음 수학식에 따라 구하는 것을 특징으로 하는 이중 대역 필터 설계 방법.여기서, θ1, θ2, Z1,n, Z1,n+1, Z2,n, Z2,n+1은 다음 수학식들에 따라 구해지고,여기서, Z0는 표준 임피던스를, Z0o,n 및 Z0e,n은 각각 상기 단일 대역 필터의 제 n 번째 단의 기모드 임피던스 및 우모드 임피던스를 나타낸다.
- 제9항에 있어서,상기 병렬 스터브는 접지된 것이고,제 n 번째 단과 제 (n+1)번째 단의 평행 결합 선로 간의 연결단에 연결되는 병렬 스터브의 특성 임피던스 Zstub,n+1은 다음 수학식에 따라 구하는 것을 특징으로 하는 이중 대역 필터 설계 방법.여기서, θ1, θ2, Z1,n, Z1,n+1, Z2,n, Z2,n+1은 다음 수학식에 따라 구해지고,여기서, Z0는 표준 임피던스를, Z0o,n 및 Z0e,n은 각각 상기 단일 대역 필터의 제 n 번째 단의 기모드 임피던스 및 우모드 임피던스를 나타낸다.
- 캐스캐이드 연결된 복수 단의 평행 결합 선로들;각 단의 평행 결합 선로 간의 연결단에 연결되는 병렬 스터브들; 및각 단의 평행 결합 선로의 입력측의 2개의 포트 중 하나와 출력측의 2개의 포트 중 하나를 접지시키는 비아홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 대역 필터.
- 제16항에 있어서,상기 병렬 스터브들은 교번하여 서로 반대 방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 이중 대역 필터.
- 제16항에 있어서,상기 비아홀은 상기 비아홀을 기준으로 앞단의 평행 결합 선로와 뒷단의 평행 결합 선로에 의해 공유되는 것을 특징으로 하는 이중 대역 필터.
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