KR101321772B1

KR101321772B1 - 통신 시스템에서 공진기 및 그를 이용한 필터

Info

Publication number: KR101321772B1
Application number: KR1020100029416A
Authority: KR
Inventors: 홍주연; 주정호; 김동호; 정영준; 이왕주; 최재익
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2010-03-31
Filing date: 2010-03-31
Publication date: 2013-10-28
Also published as: US20110241798A1; KR20110109619A

Abstract

본 발명은, 통신 시스템에서 신호를 소정 주파수 대역에 따라 필터링하는 필터의 필터링 RF 스펙트럼 특성을 개선하는 공진기 및 상기 공진기를 이용하여 필터링을 수행하는 필터에 관한 것으로, 필터는, 입력 단자에 직렬 연결되며, 제1공진 주파수를 갖는 제1공진부; 상기 제1공진부에 직렬 연결되며, 상기 입력 단자를 통해 입력된 신호를 필터링하는 필터링부; 상기 필터링부와 출력 단자 간에 직렬 연결되며, 제2공진 주파수를 갖는 제2공진부; 상기 입력 단자와 상기 제1공진부 간의 연결 단자에 병렬 연결되며, 상기 제1공진 주파수와 일치하는 제1영차 공진 주파수를 갖는 제1영차 공진부; 및 상기 출력 단자와 상기 제2공진부 간의 연결 단자에 병렬 연결되며, 상기 제2공진 주파수와 일치하는 제2영차 공진 주파수를 갖는 제2영차 공진부;를 포함한다.

Description

통신 시스템에서 공진기 및 그를 이용한 필터{Resonator and filter using thereof in a communication system}

본 발명은 통신 시스템에 관한 것으로서, 특히 통신 시스템에서 신호를 소정 주파수 대역에 따라 필터링하는 필터의 필터링 RF 스펙트럼 특성을 개선하는 공진기 및 상기 공진기를 이용하여 필터링을 수행하는 필터에 관한 것이다.

본 발명은 지식경제부의 산업원천기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2009-F-033-01, 과제명: 메타 전자파 구조를 이용한 전파(RF)스펙트럼 개선 기술 연구].

통신 시스템에서는 RF 신호를 송수신함으로써 통신이 이루어지며, 이러한 통신 수행을 위해서 RF 신호를 소정 주파수 대역에 따른 필터링이 필수적으로 필요하다. 상기 필터링을 수행하는 필터는 입력되는 주파수 신호 중 특정 주파수 대역의 신호만을 통과시키기 위한 장치로서 다양한 형식으로 구현되고 있다. 특히, RF 필터의 대역 통과 주파수는 필터의 인덕턴스 성분 및 캐패시턴스 성분에 의해 정해지며, 필터의 대역 통과 주파수 조절을 통해 원하는 주파수 대역의 신호를 필터링하여 신호를 송수신한다.

한편, 통신 시스템에서 보다 정확한 신호의 송수신을 위해 필터의 필터링 특성은 중요한 고려 요소이며, 특히 광대역의 주파수 대역에서 신호를 송수신하는 현재의 통신 시스템에서는, RF 스펙트럼의 열화 없이 소정 주파수 대역을 제외한 나머지 주파수 대역 신호의 필터링 성능을 보다 향상시키기 위한 필터에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 즉, 통신 시스템에서 RF 스펙트럼의 열화 없이 필터링 성능을 개선시킬 수 있는 필터가 필요하다.

따라서, 본 발명의 목적은 통신 시스템에서 RF 스펙트럼의 특성 열화 없이 필터링 성능을 개선하는 공진기 및 상기 공진기를 이용하는 필터를 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 통신 시스템에서 RF 신호를 송수신하는 광대역에서의 임피던스 정합을 수행하는 공진기 및 상기 공진기를 이용하여 필터링 성능을 개선하는 필터를 제공함에 있다.

그리고, 본 발명의 또 다른 목적은, 통신 시스템에서 RF 스펙트럼의 특성 열화 없이 엘립틱 필터(Elliptic Filter), 체비세브 필터(Chebyshev Filter), 또는 버터워스 필터(Butterworth Filter) 등의 필터와 용이하게 결합할 수 있는 공진기 및 상기 공진기를 이용하여 필터링 성능을 개선하는 필터를 제공함에 있다.

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 통신 시스템에서 공진기에 있어서, 필터의 입력 단자에 병렬로 연결되며, 상기 입력 단자에 직렬 연결된 상기 필터의 제1공진부가 갖는 공진 주파수와 일치하는 영차 공진 주파수를 갖는 제1영차 공진부; 및 상기 필터의 출력 단자에 병렬로 연결되며, 상기 출력 단자에 직렬 연결된 상기 필터의 제2공진부가 갖는 공진 주파수와 일치하는 영차 공진 주파수를 갖는 제2영차 공진부;를 포함하며, 상기 제1영차 공진부는, 상기 입력 단자와 상기 제1공진부 간의 연결 단자와 접지 단자 사이에 병렬 연결된 제1인덕터와 제1캐패시터를 포함하고; 상기 제2영차 공진부는, 상기 출력 단자와 상기 제2공진부 간의 연결 단자와 접지 단자 사이에 병렬 연결된 제2인덕터와 제2캐패시터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 다른 장치는, 통신 시스템에서 필터에 있어서, 입력 단자에 직렬 연결되며, 제1공진 주파수를 갖는 제1공진부; 상기 제1공진부에 직렬 연결되며, 상기 입력 단자를 통해 입력된 신호를 필터링하는 필터링부; 상기 필터링부와 출력 단자 간에 직렬 연결되며, 제2공진 주파수를 갖는 제2공진부; 상기 입력 단자와 상기 제1공진부 간의 연결 단자에 병렬 연결되며, 상기 제1공진 주파수와 일치하는 제1영차 공진 주파수를 갖는 제1영차 공진부; 및 상기 출력 단자와 상기 제2공진부 간의 연결 단자에 병렬 연결되며, 상기 제2공진 주파수와 일치하는 제2영차 공진 주파수를 갖는 제2영차 공진부;를 포함하며; 상기 제1영차 공진부는, 상기 입력 단자와 상기 제1공진부 간의 연결 단자와 접지 단자 사이에 병렬 연결된 제1인덕터와 제1캐패시터를 포함하고, 상기 제2영차 공진부는, 상기 출력 단자와 상기 제2공진부 간의 연결 단자와 접지 단자 사이에 병렬 연결된 제2인덕터와 제2캐패시터를 포함하며; 상기 제1공진부는, 상기 입력 단자에 직렬 연결된 제3인덕터와 제3캐패시터를 포함하고, 상기 제2공진부는, 상기 출력 단자에 직렬 연결된 제4캐패시터와 제4인덕터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 다른 장치는, 통신 시스템에서 공진기에 있어서, 필터의 입력 단자에 직렬로 연결되며, 상기 입력 단자에 병렬 연결된 상기 필터의 제1공진부가 갖는 공진 주파수와 일치하는 영차 공진 주파수를 갖는 제1영차 공진부; 및 상기 필터의 출력 단자에 직렬로 연결되며, 상기 출력 단자에 병렬 연결된 상기 필터의 제2공진부가 갖는 공진 주파수와 일치하는 영차 공진 주파수를 갖는 제2영차 공진부;를 포함하며, 상기 제1영차 공진부는, 상기 입력 단자와 상기 제1공진부 사이에 병렬 연결된 제1인덕터와 제1캐패시터를 포함하고; 상기 제2영차 공진부는, 상기 출력 단자와 상기 제2공진부 사이에 병렬 연결된 제2인덕터와 제2캐패시터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 장치는, 통신 시스템에서 필터에 있어서, 입력 단자에 병렬 연결되며, 제1공진 주파수를 갖는 제1공진부; 상기 제1공진부에 직렬 연결되며, 상기 입력 단자를 통해 입력된 신호를 필터링하는 필터링부; 상기 필터링부와 출력 단자 간에 병렬 연결되며, 제2공진 주파수를 갖는 제2공진부; 상기 입력 단자와 상기 제1공진부 간에 직렬 연결되며, 상기 제1공진 주파수와 일치하는 제1영차 공진 주파수를 갖는 제1영차 공진부; 및 상기 출력 단자와 상기 제2공진부 간에 직렬 연결되며, 상기 제2공진 주파수와 일치하는 제2영차 공진 주파수를 갖는 제2영차 공진부;를 포함하며; 상기 제1영차 공진부는, 상기 입력 단자와 상기 제1공진부 간의 연결 단자와 접지 단자 사이에 병렬 연결된 제1인덕터와 제1캐패시터를 포함하고, 상기 제2영차 공진부는, 상기 출력 단자와 상기 제2공진부 간의 연결 단자와 접지 단자 사이에 병렬 연결된 제2인덕터와 제2캐패시터를 포함하며; 상기 제1공진부는, 상기 입력 단자에 직렬 연결된 제3인덕터와 제3캐패시터를 포함하고, 상기 제2공진부는, 상기 출력 단자에 직렬 연결된 제4캐패시터와 제4인덕터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은, 통신 시스템에서 공진 주파수와 영차 공진 주파수가 일치하는 영차 공진기를 통해 광대역에서 임피던스 정합을 수행함으로써, RF 스펙트럼의 특성 열화 없이 필터의 필터링 성능을 개선할 수 있다. 또한, 본 발명은, 영차 공진기와 엘립틱 필터(Elliptic Filter), 체비세브 필터(Chebyshev Filter), 또는 버터워스 필터(Butterworth Filter) 등의 필터를 결합함으로써, 상기 필터의 대역폭을 조절하여 필터링 성능, 특히 대역 차단 특성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 공진기 및 상기 공진기를 이용하는 필터 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 필터의 대역 통과 특성을 나타낸 그래프.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 필터의 전송(transmission) 특성을 나타낸 그래프.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 필터의 위상(phase) 특성을 나타낸 그래프.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 필터의 리플(ripple) 특성을 나타낸 그래프.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 필터의 그룹 딜레이(group delay)를 나타낸 그래프.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 필터의 반사 계수(reflection coefficient)를 나타낸 그래프.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩뜨리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

본 발명은 통신 시스템에서 RF 스펙트럼의 특성 열화 없이 필터링 성능을 개선하는 공진기 및 상기 공진기를 이용하는 필터를 제안한다. 본 발명의 실시 예에서는, RF 신호를 주파수 스펙트럼에 따라 필터링하는 필터 및, 상기 필터에 결합되어 임피던스 정합을 통해 상기 필터의 RF 스펙트럼의 특성 열화 없이 필터링 성능을 개선하는 공진기를 제안한다.

여기서, 본 발명의 실시 예에서는, 공진부를 포함하는 엘립틱 필터(Elliptic Filter), 체비세브 필터(Chebyshev Filter), 또는 버터워스 필터(Butterworth Filter) 등의 필터에 메타매터리얼(metamaterial) 영차 공진부로 구현된 공진기를 결합하여 필터를 구현하며, 이때 영차 공진부의 주파수 분산 특성을 이용하여 영차 공진주파수와 대역폭을 엘립틱 필터의 대역 통과 특성에 정합시키는 방식으로 공진기와 필터를 결합한다. 이렇게 공진기와 결합된 필터는 엘립틱 필터, 체비세브 필터, 또는 버터워스 필터와 같은 필터의 대역 통과 특성을 열화시키지 않으면서 대역 외 차단(cut-off) 특성 개선 등의 RF 스펙트럼 특성을 개선한다.

또한, 본 발명의 실시 예에서는, 복수의 공진부들을 포함하는 필터의 공진부들을 최소의 단위로 분할한 후, 입출력 단자인 입출력 포트(port)에 연결된 공진부에 영차 공진을 갖는 메타매터리얼 공진부를 각각 구현하고, 이렇게 구현된 메타매터리얼 공진부를 이용하여 필터의 RF 스펙트럼에 열화 없이 대역 외 차단 특성의 개선한다. 이때, 상기 메타매터리얼 공진부는, 밴드갭(band gap)이 없는 영차 공진기로서, 상기 필터의 입출력 포트에 열결된 공진부의 공진 주파수와 영차 공진기의 영차 공진 주파수가 일치하여 밴드갭이 존재하지 않으며, 주파수 대역폭이 적절히 조절되어 광대역에서 임피던스 정합이 이루어지고, 대역 외 차단 특성이 개선된다.

그리고, 본 발명의 실시 예에서는, 필터의 전달 영점 근처에서 대역 외 차단 특성을 개선하기 위해 입출력 포트에 연결된 공진부에 영차 공진 주파수가 일치하는 공진부를 필터와 결합함으로써, 대역 외 차단 특성이 기울기 변화량으로 현저하게 개선되며, 이때 주파수 분산 특성을 이용하여 대역폭을 조절하고 영차 공진 주파수를 조절하여 필터와 결합된 공진부, 즉 영차 공진부의 전달 특성을 필터의 전달 특성에 정합시켜 영차 공진부와 필터를 결합한다. 즉, 필터가 영차 공진 주파수를 갖는 영차 공진부를 포함하며, 이때 필터의 입출력 단자에 연결된 공진부의 공진 주파수와 상기 포함된 영차 공진부의 영차 공진 주파수가 일치하며, 상기 영차 공진부의 영차 공진 주파수 대역폭이 필터의 대역폭에 적합하게 제공된다. 그러면 여기서, 도 1을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 필터 및 상기 필터에 구현된 공진기를 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 공진기 및 상기 공진기를 이용하는 필터 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 상기 필터는, 입력 단자인 포트1(100)과 출력 단자인 포트2(160)에 직렬로 연결된 공진부1(120)과 공진부2(140), 및 상기 공진부1(120)과 공진부2(140) 사이에 연결된 필터링부(130)를 포함하며, 상기 포트1(100)과 공진부1(120) 사이에는 상기 공진부1(120)의 공진 주파수와 일치하는 영차 공진 주파수를 갖는 메타매터리얼 공진기인 영차 공진부1(110), 및 상기 포트2(160)과 공진부2(140) 사이에는 상기 공진부2(140)의 공진 주파수와 일치하는 영차 공진 주파수를 갖는 메타매터리얼 공진기인 영차 공진부2(150)를 포함한다.

여기서, 본 발명의 실시 예에 따른 필터는, 상기 공진부1(120)과 공진부2(140) 및 필터링부(130)에 의해 구현되는 엘립틱 필터, 체비세브 필터, 또는 버터워스 필터 등과 같은 하나의 필터에, 필터의 RF 스펙트럼에 열화 없이 대역 외 차단 특성을 개선하기 위해 영차 공진부1(110)과 영차 공진부2(150)가 결합된 구조이다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따른 필터는, 공진부1(120)과 공진부2(140) 및 필터링부(130)를 포함하는 필터가 입출력 단자에 영차 공진부1(110)과 영차 공진부2(150)를 포함한다. 이때, 상기 영차 공진부1(110)과 영차 공진부2(150)의 대역폭에 의해 광대역에서 임피던스 정합이 이루어지며, 그에 따라 필터의 RF스펙트럼 전달 특성을 열화시키지 않으면서도 필터의 역 외 차단 특성을 개선한다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 필터에서는, 입출력 단자 간에 공진부1(120)과 공진부2(140)가 직렬로 연결되고, 상기 공진부1(120)과 공진부2(140)의 연결 단자와 접지 단자 간에 필터링부(130)가 연결됨에 따라, 상기 영차 공진부1(110)과 영차 공진부2(150)가 입출력 단자 및 공진부1(120)과 공진부2(140)에 병렬 연결되지만, 본 발명의 다른 실시 예로 입출력 단자 간에 공진부1(120)과 공진부2(140)가 병렬로 연결될 경우 상기 영차 공진부1(110)과 영차 공진부2(150)는 직렬 연결된다. 즉, 본 발명은, 입출력 단자 간에서 공진부1(120)과 공진부2(140)의 연결에 따라 상기 영차 공진부1(110)과 영차 공진부2(150)가 연결, 다시 말해 상기 공진부1(120)과 공진부2(140)가 직렬로 연결되면 상기 영차 공진부1(110)과 영차 공진부2(150)가 병렬로 연결되어 필터와 공진기가 결합되며, 상기 공진부1(120)과 공진부2(140)가 병렬로 연결되면 상기 영차 공진부1(110)과 영차 공진부2(150)가 직렬로 연결되어 필터와 공진기가 결합된다. 그리고, 본 발명은, 상기 결합된 필터와 공진기 간에 주파수 대역폭을 조정하여 필터의 특성 열화 없이 대역 외 차단 특성을 향상시킨다.

상기 공진부1(120)는 포트1(100)에 직렬로 연결된 인덕터2(L2)와 캐패시터2(C2)를 포함하며, 상기 영차 공진부1(110)는, 상기 포트1(100)과 공진부1(120)의 연결 단자와 접지 단자 사이에, 즉 상기 포트1(100)과 공진부1(120)에 병렬로 연결된 캐패시터1(C1)과 인덕터1(L1)을 포함한다. 그리고, 상기 공진부1(120)이 포트1(100)과 병렬 연결되면, 인덕터2(L2)와 캐패시터2(C2)는 상기 영차 공진부1(110)과 접지 단자 사이에 직렬로 연결되고, 캐패시터1(C1)과 인덕터1(L1)은 상기 포트1(100)과 상기 공진부1(120) 사이에 병렬로 연결된다. 여기서, 상기 공진부1(120)의 공진 주파수와 상기 영차 공진부1(110)의 영차 공진 주파수는 일치, 즉 직렬 연결된 인덕터2(L2)와 캐패시터2(C2)로 이루어진 공진 주파수와 병렬 연결된 캐패시터1(C1)과 인덕터1(L1)로 이루어진 영차 공진 주파수는 일치한다.

또한, 상기 필터링부(130)는, 상기 공진부1(120) 및 공진부2(140)와 함께 엘립틱 필터, 체비세브 필터, 또는 버터워스 필터 등과 같은 필터가 되며, 상기 공진부1(120)과 공진부2(140)의 연결 단자에 직렬로 연결된 인덕터3(L3)과 캐패시터3(C3), 및 상기 캐패시터3(C3)과 접지 단자 사이에 병렬로 연결된 인덕터4(L4)와 캐패시터4(C4)를 포함한다.

그리고, 상기 공진부2(140)는 포트2(160)에 직렬로 연결된 캐패시터5(C5)와 인덕터5(L5)를 포함하며, 상기 영차 공진부2(150)는, 상기 포트2(160)와 공진부2(140)의 연결 단자와 접지 단자 사이에, 즉 상기 포트2(160)와 공진부2(140)에 병렬로 연결된 캐패시터6(C6)과 인덕터6(L6)을 포함한다. 그리고, 상기 공진부2(140)가 포트2(160)와 병렬 연결되면, 캐패시터5(C5)와 인덕터5(L5)는 상기 영차 공진부2(150)와 접지 단자 사이에 직렬로 연결되고, 캐패시터6(C6)과 인덕터6(L6)은 상기 포트2(160)와 상기 공진부2(140) 사이에 병렬로 연결된다. 여기서, 상기 공진부2(140)의 공진 주파수와 상기 영차 공진부2(150)의 영차 공진 주파수는 일치, 즉 직렬 연결된 인덕터5(L5)와 캐패시터5(C5)로 이루어진 공진 주파수와 병렬 연결된 캐패시터6(C6)과 인덕터6(L6)으로 이루어진 영차 공진 주파수는 일치한다.

여기서, 전술한 바와 같이 본 발명의 실시 예에서는, 공진부1(120)의 공진 주파수와 일치하는 영차 공진 주파수를 갖는 영차 공진부1(110)과, 공진부2(140)의 공진 주파수와 일치하는 영차 공진 주파수를 갖는 영차 공진부2(150)의 대역폭에 의해 광대역에서 공진부1(120)과 공진부2(140) 및 필터링부(130)로 구현된 필터와 임피던스 정합을 이루며, 그에 따라 상기 공진부1(120)과 공진부2(140) 및 필터링부(130)로 구현된 필터의 특성을 열화시키지 않으면서도 대역 외 차단 특성을 개선한다. 특히, 상기 공진부1(120) 및 공진부2(140)의 직렬 연결된 인덕터들(L2, L5)과 캐패시터들(C2, C5)로 이루어진 공진 주파수와, 상기 영차 공진부1(110) 및 영차 공진부2(150)의 병렬 연결된 인덕터들(L1, L6)과 캐패시터들(C1, C6)로 이루어진 영차 공진 주파수가 일치함에 따라, 영차 공진 주파수를 중심으로 대역 통과 특성이 밴드갭의 끊임없이 이어져 나타남, 즉 밴드갭이 존재하지 않는다.

보다 구체적으로 설명하면, 상기 공진부1(120), 공진부2(140), 및 필터링부(130)에 포함된 인덕터들(L2, L3, L4, L5)과 캐패시터들(C2, C3, C4, C5)은 3차 엘립틱 필터, 체비세브 필터, 또는 버터워스 필터가 되며, 상기 영차 공진부1(110) 및 공진부1(120)의 인덕터들(L1, L2)과 캐패시터들(C1, C2)은, 균형화된(balanced) CRLH(Composite Right/Left-Handed) 단위 셀이고, 상기 영차 공진부2(150) 및 공진부2(140)의 인덕터들(L6, L5)과 캐패시터들(C6, C6) 또한 균형환된 CRLH 단위 셀이다. 그리고, 상기 공진부1(120)과 공진부2(140), 및 영차 공진부1(110)과 영차 공진부2(160)는, 필터링부(130)를 중심으로 좌우 대칭 구조로서, 상기 공진부1(120)과 공진부2(140)의 인덕턴스와 캐패시턴스가 동일, 즉 인덕터2(L2)=인덕터5(L5), 캐패시터2(C2)=캐패시터5(C5)가 되고, 상기 영차 공진부1(110)과 영차 공진부2(150)의 인덕턴스와 캐패시턴스가 동일, 즉 인덕터1(L1)=인덕터6(L6), 캐패시터1(C1)=캐패시터6(C6)이 될 수 있다.

또한, 상기 공진부1(120)과 공진부2(130)의 공진 주파수와, 영차 공진부1(110)과 영차 공진부2(160)의 영차 공진 주파수가 일치, 다시 말해 상기 균형화된 CRLH의 인덕터2(L2)과 캐패시터2(C2) 및 인덕터5(L5)와 캐패시터5(C5)에 의해 이루어진 공진 주파수와 인덕터1(L1)과 캐패시터1(C1) 및 인덕터6(L6)과 캐패시터6(C6)에 의해 이루어진 영차 공진 주파수가 일치함에 따라, 영차 공진 주파수에서는 비균형화된(unbalanced) 조건에서 나타나는 밴드갭이 없는 대역 통과 특성을 갖는다. 아울러, 상기 영차 공진부들(110,160)에서의 통과 대역 중심 주파수가 공진부들(120,140) 및 필터링부(130)에 의해 구현된 필터, 즉 엘립틱 필터, 체비세브 필터, 또는 버터워스 필터의 대역 통과 중심 주파수와 일치하며, 전술한 바와 같이 균형화된 CRLH 단위 셀의 차단 주파수에 의한 대역폭이 상기 엘립틱 필터, 체비세브 필터, 또는 버터워스 필터의 대역폭과 적절하게 조화되도록 구현하여 상기 CRLH 셀을 상기 필터들에 결합함으로써, 상기 필터들의 필터링 스펙트럼 특성을 개선한다. 그러면 여기서, 도 2 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 필터의 성능 개선을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

도 2 내지 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템에서 필터의 특성을 도시한 그래프이다. 여기서, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 필터의 대역 통과 특성을 나타낸 그래프이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 필터의 전송(transmission) 특성을 나타낸 그래프이며, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 필터의 위상(phase) 특성을 나타낸 그래프이다. 또한, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 필터의 리플(ripple) 특성을 나타낸 그래프이고, 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 필터의 그룹 딜레이(group delay)를 나타낸 그래프이며, 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 필터의 반사 계수(reflection coefficient)를 나타낸 그래프이다.

도 2 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따라 영차 공진부들(110,150)과 결합된 엘립틱 필터(이하 '제1필터'라 칭하기로 함)는, 협대역(200)에서 S11(210)과 S21(220)이 영차 공진부들(110,150)과 결합되지 않은 엘립틱 필터(이하 '제2필터'라 칭하기로 함)보다 통과 대역이 약간 넓어지며, 특히 광대역(250)의 대역 외 차단에서 제1필터의 대역 통과 그래프(270)의 기울기가 제2필터의 대역 통과 그래프(260)의 기울기보다 급격하게 떨어지게 되며, 이는 상기 제1필터가 제2필터와 달리 차단 대역이 멀어질수록 대역 외 차단 성능이 향상된다.

또한, 상기 제1필터의 대역 통과 특성, 즉 전송 특성으로 대역 외 차단 특성 그래프(330)가, 3차 제2필터의 대역 외 차단 특성 그래프(310) 및 5차 제2필터의 대역 외 차단 특성 그래프(320)보다 기울기가 급격하게 변화함으로, 제1필터가 제2필터보다 대역 외 차단 특성이 보다 우수함을 알 수 있다.

그리고, 상기 제1필터의 위상 변화 특성(400)은, 제2필터의 위상 변화 특성(450)과 비교하면 통과 대역의 주파수에 따른 위상 변화 값에는 크게 차이가 없으며, 통과 영점의 추가로 인해 상기 제2필터의 차단 영역의 위상 변화가 크지만 상기 제1필터의 차단 영역의 위상 변화는 작다.

아울러, 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 제1필터의 리플 특성은, 영차 공진부들(110,150)에 포함된 병렬 연결의 인덕터들(L1, L6)과 캐패시터들(C1, C6)에 의해 이루어진 영차 공진 주파수는, 균형화된 조건에 의해 공진부들(120,140)에 포함된 직렬 연결의 인덕터들(L2, L5)과 캐패시터들(C2, C5)에 의해 이루어진 공진 주파수와 일치하며, 제2필터에 영차 공진부들(110,150)이 결합된 제1필터와 같이 상기 제2필터의 대역폭이 포함된 대역폭을 갖는 CRLH 단위 셀을 결합함으로써, CRLH의 단점인 리플이 통과 대역 내 차단 영역 근처에서 심하게 발생하는 것을 최소화하며, 그에 따라 제2필터에 영차 공진부들(110,150)의 결합이 가능하다.

뿐만 아니라, 상기 제1필터의 그룹 딜레이 특성(650)은, 제2필터의 그룹 딜레이 특성(600)과 같이 6~8 nsec 정도로 비슷하며 제2필터의 특성 열화가 없으며, 상기 제1필터의 반사 계수, 다시 말해 입력 반사 계수(700)와 출력 반사 계수(750)는 제1필터의 반사 계수와 비슷하여 제2필터의 특성 열화가 없다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따른 제1필터는 제2필터의 RF 스펙트럼의 특성 열화 없이 필터링 성능을 개선한다.

한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims

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통신 시스템에서 공진기에 있어서,
필터의 입력 단자에 직렬로 연결되며, 상기 입력 단자에 병렬 연결된 상기 필터의 제1공진부가 갖는 공진 주파수와 일치하는 영차 공진 주파수를 갖는 제1영차 공진부; 및
상기 필터의 출력 단자에 직렬로 연결되며, 상기 출력 단자에 병렬 연결된 상기 필터의 제2공진부가 갖는 공진 주파수와 일치하는 영차 공진 주파수를 갖는 제2영차 공진부;를 포함하며,
상기 제1영차 공진부는, 상기 입력 단자와 상기 제1공진부 사이에 병렬 연결된 제1인덕터와 제1캐패시터를 포함하고;
상기 제2영차 공진부는, 상기 출력 단자와 상기 제2공진부 사이에 병렬 연결된 제2인덕터와 제2캐패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 공진기.
제11항에 있어서,
상기 제1인덕터와 상기 제1캐패시터에 의해 이루어진 영차 공진 주파수는 상기 제1공진부의 공진 주파수와 일치하고;
상기 제2인덕터와 상기 제2캐패시터에 의해 이루어진 영차 공진 주파수는 상기 제2공진부의 공진 주파수와 일치하는 것을 특징으로 하는 공진기.
제12항에 있어서,
상기 제1공진부는, 상기 입력 단자와 접지 단자 사이에 직렬 연결된 제3인덕터와 제3캐패시터를 포함하고;
상기 제2공진부는, 상기 출력 단자와 접지 단자 사이에 직렬 연결된 제4캐패시터와 제4인덕터를 포함하는 것을 특징으로 하는 공진기.
제13항에 있어서,
상기 제1인덕터와 상기 제3인덕터, 및 상기 제1캐패시터와 상기 제3캐패시터는, 균형화된(balanced) CRLH(Composite Right/Left-Handed) 단위 셀이며;
상기 제2인덕터와 상기 제4인덕터, 및 상기 제2캐패시터와 상기 제4캐패시터는, 균형화된 CRLH 단위 셀인 것을 특징으로 하는 공진기.
제11항에 있어서,
상기 필터는, 상기 제1공진부와 상기 제2공진부 간에 연결된 필터링부를 포함하며;
상기 제1영차 공진부와 상기 제2영차 공진부 간, 및 상기 제1공진부와 상기 제2공진부 간은, 상기 필터링부를 중심으로 좌우 대칭 구조인 것을 특징으로 하는 공진기.
통신 시스템에서 필터에 있어서,
입력 단자에 병렬 연결되며, 제1공진 주파수를 갖는 제1공진부;
상기 제1공진부에 직렬 연결되며, 상기 입력 단자를 통해 입력된 신호를 필터링하는 필터링부;
상기 필터링부와 출력 단자 간에 병렬 연결되며, 제2공진 주파수를 갖는 제2공진부;
상기 입력 단자와 상기 제1공진부 간에 직렬 연결되며, 상기 제1공진 주파수와 일치하는 제1영차 공진 주파수를 갖는 제1영차 공진부; 및
상기 출력 단자와 상기 제2공진부 간에 직렬 연결되며, 상기 제2공진 주파수와 일치하는 제2영차 공진 주파수를 갖는 제2영차 공진부;를 포함하며;
상기 제1영차 공진부는, 상기 입력 단자와 상기 제1공진부 간의 연결 단자와 접지 단자 사이에 병렬 연결된 제1인덕터와 제1캐패시터를 포함하고, 상기 제2영차 공진부는, 상기 출력 단자와 상기 제2공진부 간의 연결 단자와 접지 단자 사이에 병렬 연결된 제2인덕터와 제2캐패시터를 포함하며;
상기 제1공진부는, 상기 입력 단자에 직렬 연결된 제3인덕터와 제3캐패시터를 포함하고, 상기 제2공진부는, 상기 출력 단자에 직렬 연결된 제4캐패시터와 제4인덕터를 포함하는 것을 특징으로 하는 필터.
제16항에 있어서,
상기 제1인덕터와 상기 제3인덕터, 및 상기 제1캐패시터와 상기 제3캐패시터는, 균형화된(balanced) CRLH(Composite Right/Left-Handed) 단위 셀이며;
상기 제2인덕터와 상기 제4인덕터, 및 상기 제2캐패시터와 상기 제4캐패시터는, 균형화된 CRLH 단위 셀인 것을 특징으로 하는 필터.
제16항에 있어서,
상기 제1인덕터와 상기 제1캐패시터에 의해 이루어진 상기 제1영차 공진 주파수는 상기 제3인덕터와 상기 제3캐패시터에 의해 이루어진 상기 제1공진 주파수와 일치하고;
상기 제2인덕터와 상기 제2캐패시터에 의해 이루어진 상기 제2영차 공진 주파수는 상기 제4인덕터와 상기 제4캐패시터에 의해 이루어진 상기 제2공진 주파수와 일치하는 것을 특징으로 하는 필터.
제16항에 있어서,
상기 제1영차 공진부와 상기 제2영차 공진부 간, 및 상기 제1공진부와 상기 제2공진부 간은, 상기 필터링부를 중심으로 좌우 대칭 구조인 것을 특징으로 하는 필터.
제16항에 있어서,
상기 필터링부는, 상기 제1공진부와 상기 제2공진부 간의 연결 단자와 접지 단자 사이에 직렬 연결된 제5인덕터와 제5캐패시터, 및 상기 제5캐패시터와 접지 단자 사이에 병렬 연결된 제6인덕터와 제6캐패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 필터.