KR101284992B1 - Waveguide Filter for using cavity - Google Patents
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Abstract
캐비티를 이용한 도파관 필터가 개시된다. 캐비티를 이용한 도파관 필터는 외부 신호를 입력 받는 제1 입출력부와, 제1 입출력부를 일측으로 위치시키고, 모드 결합에 의해 외부 신호를 필터링하는 캐비티(cavity)와, 캐비티의 다른 일측에서 제1 입출력부와 일직선 상이 아닌 일정 각도를 유지하며 위치하고, 필터링된 외부 신호를 출력하는 제2 입출력부를 포함한다.A waveguide filter using a cavity is disclosed. A waveguide filter using a cavity includes a first input / output unit for receiving an external signal, a cavity for positioning the first input / output unit to one side, and filtering an external signal by mode combining, and a first input / output unit at the other side of the cavity. It includes a second input and output unit for maintaining a predetermined angle, not a straight line and outputs the filtered external signal.
캐비티, 도파관, 입출력부 위치 Cavity, waveguide, input and output location
Description
본 발명의 실시예들은 캐비티를 이용한 도파관 필터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 도파관 입출력부를 임의의 지점에 위치시켜, 외부 모듈과의 연결시 부가적인 소자가 필요하지 않으므로, 제작비를 줄일 수 있고, 초고주파 대역에서의 필터 성능이 우수한 캐비티를 이용한 도파관 필터에 관한 것이다.Embodiments of the present invention relate to a waveguide filter using a cavity. More specifically, the waveguide input and output unit may be positioned at an arbitrary point, and thus, an additional element is not required when connecting to an external module, thereby reducing manufacturing cost and ultra high frequency. A waveguide filter using a cavity having excellent filter performance in a band.
본 발명은 지식경제부 및 정보통신연구진흥원의 IT원천기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2008-F-013-02, 과제명: 스펙트럼 공학 및 밀리미터파대 전파자원 이용 기술 개발].The present invention is derived from the research conducted as part of the IT source technology development project of the Ministry of Knowledge Economy and the Ministry of Information and Communication Research and Development. [Task management number: 2008-F-013-02, Task name: Spectrum engineering and millimeter wave propagation resource use] Technology development].
초고주파 송수신 시스템은 매우 우수한 성능을 요구하는 경우, 송수신기에서 발생되거나 외부에서 입력되는 신호 중 원하지 않는 신호를 없애기 위하여 도파관 전송선으로 구성된 도파관 필터를 사용할 수 있다. 여기서, 도파관 전송선은 마이크로스트립 전송선이나 동축선에 비하여 고출력 전송이 가능하고 신뢰성이 매우 우수하다.When a very high frequency transmission / reception system requires very good performance, a waveguide filter composed of waveguide transmission lines may be used to eliminate unwanted signals generated from a transceiver or input from an external source. Here, the waveguide transmission line is capable of high power transmission and excellent in reliability compared to the microstrip transmission line or the coaxial line.
도 1을 참조하면, 기존의 도파관 필터(101)는 일반적으로 두 개의 입출력부(103, 105)가 일직선 상에 위치하여 형성된다. 이러한 도파관 필터가 초고주파 송수신 시스템의 안테나 등에 연결될 때, 도파관 필터는 송수신 시스템의 안테나와 직접 연결될 수 없고, 부가적인 소자 즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 입출력부(201, 203)를 포함하는 도파관 벤드(bend)(201)를 이용하여 송수신 시스템의 안테나와 연결될 수 있다. 따라서, 도파관 필터와 외부 장치의 연결시 부가적인 소자를 이용함으로써, 제작비가 증가하고, 신호의 손실을 발생시킬 수 있다.Referring to FIG. 1, in the
본 발명의 실시예들은, 도파관 입출력부를 임의의 지점에 위치시켜, 외부 모듈과의 연결시 부가적인 소자가 필요하지 않으므로, 제작비를 줄일 수 있고, 초고주파 대역에서의 필터 성능이 우수한 캐비티를 이용한 도파관 필터를 제공하고자 한다.Embodiments of the present invention, by placing the waveguide input and output unit at any point, no additional element is required when connecting to the external module, the manufacturing cost can be reduced, the waveguide filter using a cavity having excellent filter performance in the ultra-high frequency band To provide.
본 발명의 일실시예에 따른 캐비티를 이용한 도파관 필터는 외부 신호를 입력 받는 제1 입출력부와, 상기 제1 입출력부를 일측으로 위치시키고, 모드 결합에 의해 상기 외부 신호를 필터링하는 캐비티(cavity)와, 상기 캐비티의 다른 일측에서 상기 제1 입출력부와 일직선 상이 아닌 일정 각도를 유지하며 위치하고, 상기 필터링된 외부 신호를 출력하는 제2 입출력부를 포함한다.A waveguide filter using a cavity according to an embodiment of the present invention includes a cavity for filtering an external signal by combining a first input / output unit for receiving an external signal, the first input / output unit to one side, and mode combining; And a second input / output unit positioned at the other side of the cavity while maintaining a predetermined angle rather than being aligned with the first input / output unit and outputting the filtered external signal.
본 발명의 다른 실시예에 따른 캐비티를 이용한 도파관 필터는 적층된 복수 개의 캐비티와, 최상단으로 적층되는 캐비티의 일측에 위치하여, 외부 신호를 입력 받는 제1 입출력부와, 최하단으로 적층되는 캐비티의 일측에서 상기 제1 입출력부와 일직선 상이 아닌 일정 각도를 유지하며 위치하고, 상기 복수 개의 캐비티에 의한 모드 결합에 의해 필터링된 상기 외부 신호를 출력하는 제2 입출력부를 포함한다.A waveguide filter using a cavity according to another embodiment of the present invention is located on one side of a plurality of stacked cavities, a cavity stacked at the top, a first input / output unit receiving external signals, and one side of a cavity stacked at the bottom of the cavity. The second input / output unit may include a second input / output unit which is positioned while maintaining a predetermined angle with respect to the first input / output unit and outputs the external signal filtered by mode combining by the plurality of cavities.
본 발명의 실시예들에 따르면, 도파관 입출력부를 임의의 지점에 위치시켜, 외부 모듈과의 연결시 부가적인 소자가 필요하지 않으므로, 제작비를 줄일 수 있다. 또한, 외부 모듈과의 연결시 부가적인 소자가 필요하지 않으므로, 부가적인 소자 이용시 발생하는 손실을 감소시켜 초고주파 대역에서의 필터 성능이 우수하고, 부가적인 소자만큼의 부피를 줄일 수 있다.According to embodiments of the present invention, since the waveguide input / output unit is located at an arbitrary point, no additional device is required when connecting to an external module, thereby reducing manufacturing costs. In addition, since an additional device is not required when connecting to an external module, the loss caused when using the additional device is reduced, so that the filter performance is excellent in the ultra-high frequency band, and the volume of the additional device can be reduced.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 캐비티를 이용한 도파관 필터에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, a waveguide filter using a cavity according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 캐비티를 이용한 도파관 필터를 도시한 사시도이다. 도 4는 도 3의 a-a'의 부분을 따라 절단한 단면도를 도시한 도면이다.3 is a perspective view illustrating a waveguide filter using a cavity according to an embodiment of the present invention. 4 is a cross-sectional view taken along the portion of a-a 'of FIG. 3.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 캐비티를 이용한 도파관 필터(301)는 캐비티(303), 제1 입출력부(305), 제2 입출력부(307), 제1 신호 결합부(309) 및 제2 신호 결합부(311)를 포함한다.3 and 4, the
캐비티(303)는 임의의 매질 예를 들어, 유전체 매질을 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 캐비티(303)는 다각형, 원형, 또는 타원형 등 적어도 어느 하나의 모양으로 형성될 수 있다.The
캐비티(303)는 외부 신호를 입력 받는 제1 입출력부(305)를 일측으로 위치시키고, 모드 결합에 의해 외부 신호를 필터링한다. 여기서, 캐비티(303)는 두 개 이상의 모드를 결합하여, 모드 결합을 발생할 수 있다.The
이때, 캐비티(303)의 모드는 캐비티(303)의 가로(L), 세로(W) 및 높이(H)에 의해서 결정될 수 있다. 예를 들어, 캐비티(303)의 가로가 10mm, 세로가 7mm, 높이가 2.85mm인 경우, 캐비티(303)는 도 5에 도시된 바와 같이, TE102 모드 및 TE301 모드를 결합하여, 모드 결합을 발생할 수 있다.In this case, the mode of the
도 5를 참조하면, 도파관 필터의 전달 특성(S21)이 갑자기 증가하는 부분은 캐비티(303) 내부에 특정 모드가 발생한 것을 의미하는 것으로, 40~45GHz에서는 TE102 모드가 발생하고, 45~50GHz에서는 TE301 모드가 발생한 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 5, the portion where the transfer characteristic S21 of the waveguide filter is suddenly increased means that a specific mode is generated inside the
제1 입출력부(305)는 캐비티(303)의 일측에 위치하여, 외부 신호를 입력 받는다. 구체적으로, 제1 입출력부(305)는 캐비티(303)의 상부에 위치하여, 외부 신호를 입력 받을 수 있다.The first input /
제2 입출력부(307)는 캐비티(303)의 다른 일측에서 제1입출력부(305)와 일직선 상이 아닌 일정 각도(θ)를 유지하며 위치하고, 캐비티(303) 내부에서 발생되는 모드 결합에 의해 필터링된 외부 신호를 출력한다. 예를 들어, 제2 입출력부(307)는 캐비티(303)의 측면에 위치하여, 필터링된 외부 신호를 출력할 수 있다. The second input /
여기서, 제1 입출력부(305) 및 제2 입출력부(307)는 직각을 유지할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.Here, the first input /
또한, 제1 입출력부(305) 및 제2 입출력부(307)는 도 6에 도시된 바와 같이, 내부에 공진기(601)를 각각 포함하여, 신호 차단 특성을 개선할 수 있다.In addition, as illustrated in FIG. 6, the first input /
제1 신호 결합부(309)는 캐비티(303)와 제1 입출력부(305)를 연결하는 부분으로, 제1 입출력부(305)를 통해 수신된 외부 신호를 캐비티(303)로 전달할 수 있 다.The first signal combiner 309 connects the
제2 신호 결합부(311)는 캐비티(303)와 제2 입출력부(307)를 연결하는 부분으로, 캐비티(303)에 의해 필터링된 외부 신호를 제2 입출력부(307)로 전달할 수 있다.The second signal combiner 311 is a portion connecting the
여기서, 제1 신호 결합부(309) 및 제2 신호 결합부(311)는 크기(d)를 변화시켜, 캐비티(303)의 내부에서 발생되는 모드 결합의 양을 조절할 수 있다. 제1 신호 결합부(309) 및 제2 신호 결합부(311)의 크기 변화에 따른 모드 결합의 양은 도 7에 도시된 바와 같다. 이때, 캐비티(303)의 모드 결합량에 의해 통과 대역이 결정될 수 있다. 여기서, 통과 대역은 외부 신호를 통과시키는 대역으로서, 약 40~47GHz일 수 있고, 저지 대역은 외부 신호를 감쇠시키는 대역으로서, 통과 대역을 제외한 대역일 수 있다.Here, the first signal combiner 309 and the second signal combiner 311 may change the size d to adjust the amount of mode coupling generated inside the
본 발명의 실시예에 따른 캐비티를 이용한 도파관 필터는 제1 입출력부로 입력된 외부 신호를 캐비티에 의해 필터링하여, 제2 입출력부로 전달하는 것으로 언급하였으나 이에 한정되지 않고, 제2 입출력부로 입력된 외부 신호를 캐비티에 의해 필터링하여, 제1 입출력부로 전달할 수도 있다.The waveguide filter using the cavity according to an embodiment of the present invention is referred to as filtering the external signal input to the first input / output unit by the cavity and transferring the signal to the second input / output unit, but the present invention is not limited thereto, and the external signal input to the second input / output unit is not limited thereto. May be filtered by the cavity and transferred to the first input / output unit.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 캐비티를 이용한 도파관 필터를 도시한 사시도이다. 도 9는 도 8의 b-b'의 부분을 따라 절단한 단면도를 도시한 도면이다.8 is a perspective view illustrating a waveguide filter using a cavity according to another embodiment of the present invention. FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the portion of b-b 'of FIG. 8.
도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 캐비티를 이용한 도파관 필터(801)의 기본적 구조는 도 3 내지 도 7을 참조하여 설명한 일실시예에 따른 캐비티를 이용한 도파관 필터의 기본적 구조와 동일하므로, 그 내용은 생략한다.8 and 9, a basic structure of a
다만, 캐비티(803)는 적층된 복수 개의 캐비티(803_1 ~ 803_3)를 포함한다. 이때, 캐비티(303)는 유전체 캐비티일 수 있고, 저온 소성 세라믹(LTCC: Low Temperature Co-fired Ceramic)과 같은 다층 유전체 기판(1101)의 일부를 이용하여 구성될 수 있다. 이때, 유전체 캐비티로 구성된 유전체 도파관은 예를 들어, 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같다. 여기서, 캐비티(803)는 적층된 복수 개의 유전체 캐비티 외곽에, 다층 유전체 기판을 통과하도록 위치하는 접지 비어(1001)를 포함할 수 있다. 이때, 접지 비어(1001)는 입력된 외부 신호에 대하여, 반사체 역할을 하여 상기 외부 신호가 캐비티 외부로 누설되는 것을 방지할 수 있다.However, the
제1 입출력부(805)는 최상단으로 적층되는 캐비티(803_3)의 일측에 위치하여, 외부 신호를 입력 받는 부분으로, 금속 도파관으로 구성될 수 있다.The first input /
제2 입출력부(807)는 최하단으로 적층되는 캐비티(803_1)의 일측에서 제1 입출력부(805)와 일직선 상이 아닌 일정 각도를 유지하며 위치하고, 복수 개의 캐비티(803)에 의한 모드 결합에 의해 필터링된 외부 신호를 출력한다. 이때, 제2 입출력부(807)는 유전체로 구성될 수 있다.The second input /
제1 신호 결합부(809)는 캐비티(803)와 제1 입출력부(805)를 연결하는 부분으로, 복수 개의 신호 결합부(809_1 ~ 809_3)를 포함한다. 복수 개의 신호 결합부(809_1 ~ 809_3)는 복수 개의 캐비티(803_1 ~ 803_3)에 각각 위치하여, 제1 입출력부(805)를 통해 입력된 외부 신호를 최상단에 적층되는 캐비티(803_3)에서 최하 단에 적층되는 캐비티(803_1)로 전달할 수 있다.The first signal combiner 809 is a portion connecting the
본 발명의 실시예들에 따르면, 도파관 입출력부를 임의의 지점에 위치시켜, 외부 모듈과의 연결시 부가적인 소자가 필요하지 않으므로, 제작비를 줄일 수 있다. 또한, 외부 모듈과의 연결시 부가적인 소자가 필요하지 않으므로, 부가적인 소자 이용시 발생하는 손실을 감소시켜 초고주파 대역에서의 필터 성능이 우수하고, 부가적인 소자만큼의 부피를 줄일 수 있다.According to embodiments of the present invention, since the waveguide input / output unit is located at an arbitrary point, no additional device is required when connecting to an external module, thereby reducing manufacturing costs. In addition, since an additional device is not required when connecting to an external module, the loss caused when using the additional device is reduced, so that the filter performance is excellent in the ultra-high frequency band, and the volume of the additional device can be reduced.
본 발명에 따른 실시예들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 상기 매체는 프로그램 명령, 데이터 구조 등을 지정하는 신호를 전송하는 반송파를 포함하는 광 또는 금속선, 도파관 등의 전송 매체일 수도 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한 다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.Embodiments according to the present invention may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. The program instructions recorded on the medium may be those specially designed and constructed for the present invention or may be available to those skilled in the art of computer software. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tape, optical media such as CD-ROMs, DVDs, and magnetic disks, such as floppy disks. Magneto-optical media, and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, and the like. The medium may be a transmission medium such as an optical or metal line, a wave guide, or the like, including a carrier wave for transmitting a signal designating a program command, a data structure, or the like. Examples of program instructions include not only machine code generated by the compiler, but also high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter. The hardware device described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the present invention, and vice versa.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.As described above, the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, but the present invention is not limited to the above embodiments, and those skilled in the art to which the present invention pertains various modifications and variations from such descriptions. This is possible.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined by the equivalents of the claims, as well as the claims.
도 1은 기존의 도파관 필터의 구성을 도시한 도면이다.1 is a view showing the configuration of a conventional waveguide filter.
도 2는 도1의 도파관과 외부 장치를 연결할 때 이용되는 도파관 벤드를 도시한 도면이다.FIG. 2 illustrates a waveguide bend used when connecting the waveguide and the external device of FIG. 1.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 캐비티를 이용한 도파관 필터를 도시한 사시도이다.3 is a perspective view illustrating a waveguide filter using a cavity according to an embodiment of the present invention.
도 4는 도 3의 a-a'의 부분을 따라 절단한 단면도를 도시한 도면이다.4 is a cross-sectional view taken along the portion of a-a 'of FIG. 3.
도 5는 도파관 필터의 전달 특성을 도시한 도면이다.5 is a diagram illustrating a transfer characteristic of a waveguide filter.
도 6은 공진기가 포함된 도파관 필터의 구성을 도시한 도면이다.6 is a diagram illustrating a configuration of a waveguide filter including a resonator.
도 7은 신호 결합부의 크기에 따른 모드 결합의 양 및 통과 대역을 도시한 도면이다.7 is a diagram illustrating the amount of mode coupling and the pass band according to the size of the signal coupling unit.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 캐비티를 이용한 도파관 필터를 도시한 사시도이다.8 is a perspective view illustrating a waveguide filter using a cavity according to another embodiment of the present invention.
도 9는 도 8의 b-b'의 부분을 따라 절단한 단면도를 도시한 도면이다.FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the portion of b-b 'of FIG. 8.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유전체 도파관의 평면도를 도시한 도면이다.10 is a plan view of a dielectric waveguide according to another embodiment of the present invention.
도 11은 도 10의 c-c'의 부분을 따라 절단한 단면도를 도시한 도면이다.FIG. 11 is a cross-sectional view taken along the portion of c-c 'of FIG. 10.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
301: 도파관 필터 303: 캐비티301: waveguide filter 303: cavity
305: 제1 입출력부 307: 제2 입출력부305: first input / output unit 307: second input / output unit
309: 제1 신호 결합부 311: 제2 신호 결합부309: First signal combiner 311: Second signal combiner
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