KR101149546B1 - Dual mode balance band pass filter - Google Patents
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Abstract
CRLH 전송 선로 단위 셀을 다수 단으로 직렬 연결하고 단락 스터브의 길이를 적절히 조절함으로써 이중 모드에서 동작하는 이중 모드 평형 대역 통과 여파기가 제공된다. 상기 이중 모드 평형 대역 통과 여파기는 고역통과 특성이 있는 Left-Handed (LH) 전송선로와 저역통과 특성이 있는 Right-Handed (RH) 전송선로가 결합된 차동 모드 및 공통 모드의 이중 모드에서 동작하는 평형 대역 통과 특성을 갖는 이중 모드 CRLH 전송선로 단위 셀을 다수 개 직렬 연결하여 구성한다.A dual mode balanced bandpass filter operating in dual mode is provided by cascading CRLH transmission line unit cells in multiple stages and adjusting the length of the short stub appropriately. The dual mode balanced bandpass filter operates in a differential mode and a common mode of dual mode, in which a left-handed (LH) transmission line having high pass characteristics and a right-handed (RH) transmission line having low pass characteristics are combined. A dual mode CRLH transmission line having band pass characteristics is formed by connecting a plurality of unit cells in series.
Description
본 발명은 신호의 송수신단에서 동작하는 회로 내에서 사용되는 대역 통과 여파기에 관한 것으로서, 더 상세하게는 Composite Right/Left-Handed (CRLH) 전송선로 단위 셀을 이용한 이중 모드 평형 대역 통과 여파기에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE
본 발명이 속한 기술은 정보 통신 신호 처리 분야에 속한 기술로써 부분으로 중요한 기술적 회로이며, 그 용도는 통신 신호의 통과 또는 저지에 이용된다. 수 GHz 이상의 주파수에서 집중소자를 사용한 여파기 설계는 구현하기가 어렵기 때문에 마이크로스트립 또는 스트립 라인을 사용하며, 이것으로 구성된 여파기는 대역 통과 특성을 정교하게 제어할 때 사용된다. 마이크로스트립 라인을 사용한 여파기 형태는 크게 선로 상의 커플링, 선로 상의 공진, 다중 임피던스 연결의 원리를 이용하여 구현하게 된다. 이러한 종래의 여파기들은 일반적으로 λ/4 (λ는 관내 파장임)의 정수배의 크기가 있으며, 이것을 이용하여 개선된 차단 특성을 얻기 위하여 여러 단으로 구성하여야 하는데 그렇게 함으로 인하여 크기가 커지고 또한, 주기적 구조가 아니므로 설계가 어려운 단점이 있다.The technology to which the present invention belongs is a technology that is partly important as a technology belonging to the field of information communication signal processing, and its use is used for passing or stopping communication signals. Filter designs using lumped elements at frequencies above a few GHz use microstrip or strip lines because they are difficult to implement, and the filters made up of these are used to precisely control the bandpass characteristics. The filter type using the microstrip line is largely implemented using the principle of coupling on line, resonance on line, and multiple impedance connection. These conventional filters generally have an integer multiple of λ / 4 (λ is the wavelength in the tube), and must be configured in several stages to obtain improved blocking characteristics using the filter, thereby increasing the size and the periodic structure. There is a disadvantage that the design is difficult.
본 발명은 이상과 같은 종래의 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로서, CRLH 전송 선로 단위 셀을 다수 단으로 직렬 연결하고 단락 스터브의 길이를 적절히 조절함으로써 이중 모드에서 동작하는 이중 모드 평형 대역 통과 여파기를 제공함에 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to improve the above-mentioned conventional problems, and provides a dual mode balanced band pass filter operating in the dual mode by serially connecting the CRLH transmission line unit cells in multiple stages and adjusting the length of the short stub appropriately. Has its purpose.
본 발명에 따른 이중 모드 평형 대역 통과 여파기는 고역통과 특성이 있는 Left-Handed (LH) 전송선로와 저역통과 특성이 있는 Right-Handed (RH) 전송선로가 결합된 차동 모드 및 공통 모드의 이중 모드에서 동작하는 평형 대역 통과 특성을 갖는 이중 모드 CRLH 전송선로 단위 셀을 다수 개 직렬 연결하여 구성하는 것을 특징으로 한다.The dual-mode balanced bandpass filter according to the present invention is used in a dual mode and a common mode in which a left-handed (LH) transmission line having a high pass characteristic and a right-handed (RH) transmission line having a low pass characteristic are combined. A dual mode CRLH transmission line having a balanced band pass characteristic in operation may be configured by serially connecting a plurality of unit cells.
본 발명은 종래의 대역 통과 여파기가 가지는 설계 방식과 다른 방법이 있다. 본 발명의 여파기는 고역통과 특성이 있는 Left-Handed (LH) 전송선로와 저역통과 특성이 있는 Right-Handed (RH) 전송선로가 결합된 차동 모드에서 동작하는 평형 대역 통과 특성이 있는 CRLH 전송선로의 단위 셀을 구현하였고, 상기 단위 셀을 원하는 개수만큼 직렬로 연결하는 구조이기 때문에 여파기 설계가 쉽고, 단순히 직렬로 구조를 연결함으로써 스커트 특성을 개선할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 본 발명은 이중 모드 평형 CRLH 전송선로 구조를 선택적으로 사용하였기 때문에 대역 통과 특성은 동일하면서 평형 단위 셀을 이용한 간편한 설계 방법으로, 여파기의 크기가 λ/4의 정수 배가 아닌 작은 크기를 갖는 기술적 과제를 제안한다. 본 발명에서 추구하는 기술적 문제해결은 이중 모드 평형 CRLH 전송선로 단위 셀을 이용하여 기존의 대역 통과 여파기의 특성을 그대로 얻으면서, 차동/공통모드에서 동작하는 평형 여파기를 구현할 수 있다는 것이다. 또한 기존 CRLH 전송선로 단위 셀을 병렬로 연결하여, 인터디지털 커패시터의 간격 또는 단락 스터브의 길이 등을 적절히 조절함으로써 이중 모드에서 동작하는 평형 대역 통과 여파기를 설계할 수 있다. 본 발명의 구조인 이중 모드 평형 CRLH 전송선로의 단위 셀을 이용한 구조로 설계를 하면 하나의 평형 단위 셀의 소자 값들만 구하여 이중 모드 평형 대역 통과 여파기를 설계할 수 있으며, 이러한 특성의 단위 셀을 여러 개 연결하여 구성할 때는 더 좋은 대역외 차단 개선 특성을 가진 이중 모드 평형 대역 통과 여파기를 구현할 수 있다.The present invention is different from the design scheme of the conventional band pass filter. The filter of the present invention is a CRLH transmission line having balanced bandpass characteristics operating in a differential mode in which a left-handed (LH) transmission line having a high pass characteristic and a right-handed (RH) transmission line having a low pass characteristic are combined. The unit cell is implemented, and since the unit cell is connected in series to a desired number in series, it is easy to design a filter, and there is an advantage that the skirt characteristic can be improved by simply connecting the structure in series. In addition, since the present invention selectively uses a dual-mode balanced CRLH transmission line structure, the bandpass characteristics are the same, and a simple design method using a balanced unit cell is provided. The size of the filter has a small size, not an integer multiple of λ / 4. Suggest a task. The technical problem solved by the present invention is to realize a balanced filter operating in a differential / common mode while using the dual-mode balanced CRLH transmission line unit cell while obtaining the characteristics of the existing band pass filter. In addition, a balanced bandpass filter operating in a dual mode can be designed by properly connecting unit cells of the existing CRLH transmission line in parallel and adjusting the interval of the interdigital capacitor or the length of the short stub. Designing the structure using the unit cell of the dual mode balanced CRLH transmission line, which is the structure of the present invention, it is possible to design a dual mode balanced bandpass filter by obtaining only the device values of one balanced unit cell, When configured in separate configurations, a dual-mode balanced bandpass filter with better out-of-band blocking enhancements can be implemented.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 CRLH 전송선로의 단위 셀 등가회로이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이중 모드 평형 CRLH 전송선로 단위 셀 등가회로이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이중 모드 중 공통 모드에서의 평형 CRLH 전송선로 단위 셀의 분산표이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이중 모드 중 차동 모드에서의 평형 CRLH 전송선로의 단위 셀의 분산표이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 이중 모드 중 공통 모드에서의 평형 CRLH 전송선로의 S-파라미터 특성도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 이중 모드 중 차동 모드에서의 평형 CRLH 전송선로의 S-파라미터 특성도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 이중 모드 평형 CRLH 전송선로 단위 셀의 직렬 연결한 평형 대역 통과 여파기를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 이중 모드 평형 CRLH 전송선로 단위 셀의 직렬 연결한 평형 대역 통과 여파기의 예를 나타낸 도면이다.1 is a unit cell equivalent circuit of a CRLH transmission line according to an embodiment of the present invention.
2 is a unit cell equivalent circuit of a dual mode balanced CRLH transmission line according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a distribution table of balanced CRLH transmission line unit cells in a common mode among dual modes according to an embodiment of the present invention.
4 is a distribution table of unit cells of a balanced CRLH transmission line in a differential mode among dual modes according to an embodiment of the present invention.
5 is an S-parameter characteristic diagram of a balanced CRLH transmission line in a common mode among dual modes according to an embodiment of the present invention.
6 is an S-parameter characteristic diagram of a balanced CRLH transmission line in a differential mode among dual modes according to an exemplary embodiment of the present invention.
7 is a diagram illustrating a balanced band pass filter connected in series with unit cells of a dual mode balanced CRLH transmission line according to an embodiment of the present invention.
8 is a diagram illustrating an example of a balanced band pass filter connected in series with a unit cell of a dual mode balanced CRLH transmission line according to an exemplary embodiment of the present invention.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, detailed descriptions of well-known functions or configurations will be omitted if it is determined that the detailed description of the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention. The following terms are defined in consideration of the functions of the present invention, and may be changed according to the intentions or customs of the user, the operator, and the like. Therefore, the definition should be based on the contents throughout this specification.
본 발명에서는 도 1에 나타난 것과 같이 고역통과 특성이 있는 Left-Handed (LH) 전송선로와 저역통과 특성이 있는 Right-Handed (RH) 전송선로가 결합된 대역 통과 특성이 있는 CRLH 전송선로의 단위 셀 구조를 이용하였다. 이 단위 셀은 고주파 특성을 나타내는 Left-Handed (LH) 전송선로의 구현 시 생기는 기생 성분에 의하여 CRLH 전송선로가 만들어지는 것을 이용하여 여파기를 구현하고자 한다.In the present invention, as shown in FIG. 1, a unit cell of a CRLH transmission line having a band pass combining a Left-Handed (LH) transmission line having a high pass characteristic and a Right-Handed (RH) transmission line having a low pass characteristic. The structure was used. This unit cell is to implement the filter using the CRLH transmission line is made by the parasitic components generated during the implementation of the Left-Handed (LH) transmission line showing high frequency characteristics.
도 1에서 CRLH 전송선로의 단위 셀에서 직렬 공진 주파수 fse, 병렬 공진 주파수 fsh, 천이 주파수 f0와, RH 특성 임피던스 ZRH, 및 LH 특성 임피던스 ZLH를 다음과 같은 수학식 1 내지 5로 표현할 수 있다.In FIG. 1, the series resonance frequency f se , the parallel resonance frequency f sh , the transition frequency f 0 , the RH characteristic impedance Z RH , and the LH characteristic impedance Z LH in the unit cell of the CRLH transmission line are represented by
만일 fse = fsh 조건, 즉 직렬 공진 주파수 fse와 병렬 공진 주파수 fsh가 동일하다면 이것을 균형 CRLH (Balanced CRLH) 전송선로라고 언급하며, 직렬과 병렬 공진 주파수가 다른 fse ≠ fsh조건일 경우에는 불균형 CRLH (Unbalanced CRLH) 전송선로 구조라고 언급한다. CRLH 전송선로는 인공적인 주기적인 구조이기 때문에 그것의 분산 그래프는 단위 셀의 주기적인 경계조건을 적용하여 다음 수학식 6과 같이 표현된다.If f se = f sh , that is, the series resonant frequency f se is equal to the parallel resonant frequency f sh , it is referred to as balanced CRLH (Balanced CRLH) transmission line, and if the series and parallel resonant frequencies are different f se ≠ f sh. In this case, it is referred to as unbalanced CRLH transmission line structure. Since the CRLH transmission line is an artificial periodic structure, its dispersion graph is expressed by Equation 6 by applying periodic boundary conditions of the unit cell.
도 2의 이중 모드 평형 CRLH 전송선로 단위 셀 구조는 도 1의 CRLH 전송선로 단위 셀을 2개의 단락 스터브를 상호 연결하여 구성하였다. 이때 연결된 두 단락 스터브의 중심을 접지시킨다. 이 구조는 차동 모드에서는 두 CRLH 전송선로 단위 셀의 연결부분이 단락되어 CRLH 전송선로로 동작하고, 공통 모드에서는 두 단위 셀의 연결부분이 단선되지만 그 지점이 접지가 되어 있기 때문에 정상적인 CRLH 전송선로로 동작하는 특성을 이용한 것이다. 결국, 차동/공통모드에서 모두 동일한 전기적 특성을 얻도록 설계된 것이다. 또한, 상기 수학식들을 이용하여 이중 모드의 공통모드에서의 분산표는 도 3, 그리고 이중 모드의 차동모드에서의 분산표는 도 4에 나타내었다. 이것을 보면 공통/ 차동모드 즉 이중 모드에서 정상적인 CRLH 전송선로로 동작하는 것을 확인할 수 있다. The unit cell structure of the dual mode balanced CRLH transmission line of FIG. 2 is constructed by connecting two shorting stubs to the CRLH transmission line unit cell of FIG. 1. At this time, ground the center of the connected two short stubs. In the differential mode, this structure operates as a CRLH transmission line by shorting the connection part of two CRLH transmission line unit cells.In a common mode, the connection part of two unit cells is disconnected but the point is grounded. It's a feature that works. As a result, they are designed to achieve the same electrical characteristics in both differential and common modes. In addition, the dispersion table in the common mode of the dual mode is shown in FIG. 3, and the dispersion table in the differential mode of the dual mode is shown in FIG. This shows that it operates as a normal CRLH transmission line in common / differential mode.
도 2의 등가회로로 나타내는 이중 모드 평형 CRLH 전송선로 단위 셀을 여러 단 연결하게 되면 광대역의 대역 통과 특성을 얻을 수 있는데, 공통모드의 S-파라미터 특성은 그림 5에 그리고 차동모드의 S-파라미터 특성은 도 6에 나타내었다. 도 7은 위의 도 2의 등가회로로 구성된 이중 모드 평형 단위 셀을 직렬로 연결하여 구성한 대역 통과 여파기를 나타낸 것이다. 또, 본 발명에서는 등가회로에서 집중소자로 구성된 CRLH 전송선로 단위 셀을 분포소자 즉 마이크로스트립을 이용한 PCB 형태로 구현하기 위해서 단위 셀의 직렬 인덕터(LR) 와 직렬 캐패시터 (CL)는 인터디지털 캐패시터로 그리고 병렬 인덕터(LL)와 병렬 캐패시터(CR)는 단락 스터브로 구현하였다. 이와 같은 형태로 이중 모드 평형 대역 통과 여파기를 구현한 예제는 도 8에 나타내었다. When multiple units of a dual mode balanced CRLH transmission line unit represented by the equivalent circuit of FIG. 2 are connected, wide band pass characteristics can be obtained. The S-parameter characteristics of the common mode are shown in FIG. Is shown in FIG. 6. FIG. 7 illustrates a band pass filter configured by connecting a dual mode balanced unit cell composed of the equivalent circuit of FIG. 2 in series. In addition, in the present invention, in order to implement a CRLH transmission line unit cell composed of a lumped element in an equivalent circuit in the form of a PCB using a distribution element, that is, a microstrip, the series inductor L R and the series capacitor C L of the unit cell are interdigital. Capacitors and parallel inductors (L L ) and parallel capacitors (C R ) are implemented as short stubs. An example of implementing a dual mode balanced bandpass filter in this form is shown in FIG. 8.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예로서 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허 청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형이 가능할 것이다.Although the present invention has been described as a specific preferred embodiment, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and the present invention is not limited to the above-described embodiments without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims. Anyone with a variety of variations will be possible.
210: 이중 모드 CRLH 전송선로 단위 셀
LR: 직렬 인덕터
CL: 직렬 커패시터
LL: 병렬 인덕터
CR: 병렬 커패시터210: dual mode CRLH transmission line unit cell
L R : Series Inductor
C L : series capacitor
L L : Parallel Inductor
C R : Parallel Capacitor
Claims (3)
상기 직렬 인덕터 및 상기 직렬 커패시터는 인터디지털 커패시터 구조로 구현되며 상기 병렬 인덕터 및 상기 병렬 커패시터는 단락 스터브로 구현되고, 상기 단락 스터브 2개의 상호 연결을 통하여 CRLH 전송선로 단위 셀 두 개를 상호 연결하고, 상기 단락 스터브의 길이 또는 상기 인터디지털의 간격을 조절함으로써 상기 이중 모드에서 정상 동작하며 광대역 또는 협대역의 대역 통과 특성을 갖는 이중 모드 평형 CRLH 전송 선로 단위 셀 구조를 구성하는 이중 모드 평형 대역 통과 여파기. The CRLH transmission line unit cell is composed of a series inductor, a series capacitor, a parallel inductor, and a parallel capacitor. The CRLH transmission line unit cell has a balanced bandpass characteristic operating in dual mode of differential and common modes by connecting a plurality of CRLH transmission line unit cells in series. ,
The series inductor and the series capacitor are implemented in an interdigital capacitor structure, and the parallel inductor and the parallel capacitor are implemented as short stubs, and interconnect two CRLH transmission line unit cells through the interconnection of two short stubs. And a dual mode balanced CRLH transmission line unit cell structure operating normally in the duplex mode by adjusting the length of the short stub or the interval of the interdigital, and having a wide band or narrow band band pass characteristic.
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Payment date: 20150423 Year of fee payment: 4 |
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| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20160826 Year of fee payment: 5 |
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| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |