KR101631425B1 - 필터 조립체 및 필터링 방법 - Google Patents

필터 조립체 및 필터링 방법 Download PDF

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Abstract

제1 필터(12), 노치 필터(26, 26') 및 위상 시프터(36)를 포함하는 필터 조립체가 제공된다. 제1 필터는 차단 대역을 갖는다. 필터 조립체는 사용시에 제1 필터의 출력을 제1 경로(18, 20, 22) 상의 주 신호(Si) 및 병렬 경로(26, 36, 38) 상의 보조 신호로 분할하고, 병렬 경로 상의 신호를 제1 필터의 통과 대역에 대응하는 차단 대역을 갖는 노치 필터(26)를 통과시키고/시키거나, 위상 시프터(36)를 통과시켜, 적어도 실질적으로 주 신호에 대한 반대 위상으로 위상 시프트되게 하여 조정 신호(Φf(ω))를 제공하도록 구성된다. 필터 조립체는 조정 신호와 주 신호를 결합(22)하여, 차단 대역에서 감쇠된 주 신호를 제공하도록 더 구성된다.

Description

필터 조립체 및 필터링 방법{A FILTER ASSEMBLY AND A METHOD OF FILTERING}
본 발명은 예를 들어 통신을 위한 필터 조립체 및 필터링에 관한 것이다.
필터들은 통신에서 널리 사용된다. 그들의 응용들은 몇 가지 예로서 기지국, 레이더 시스템, 증폭기 선형화, 점대점 라디오 및 RF 신호 제거에 있어서의 응용들을 포함한다. 어느 필터를 사용할지는 응용에 의존하지만, 필터들이 공유하는 소정의 바람직한 특성들이 존재한다. 예를 들어, 필터의 통과 대역에서의 삽입 손실의 양은 가능한 한 낮아야 하는 반면, 필터의 차단 대역에서의 삽입 손실의 양은 가능한 한 높아야 한다. 더구나, 일부 응용들에서, 통과 대역과 차단 대역 사이의 주파수 분리인 보호 대역은 매우 작아야 한다. 이것은 고차 필터의 배치를 필요로 한다. 물론, 고차 필터는 많은 수의 공진기를 포함하는 필터이다. 물론, 고차 필터는 대응하는 저차 필터보다 기술적으로 복잡하고 크다. 더구나, 필터의 차수의 증가는 차단 대역에서의 감쇠를 증가시키지만, 통과 대역에서의 감쇠도 불가피하게 증가시킨다.
일반적으로, 차단 대역에서의 더 높은 감쇠에 대한 요구는 송신 및 수신 채널들 사이의 더 높은 격리에 대한 요구들에 의해 유발된다. 따라서, 필터의 응답에서 노치로도 알려진 송신 제로의 삽입을 가능하게 하는 기술들에 많은 주의가 집중된다. 이러한 송신 제로는 통상적으로 필터의 차단 대역에 삽입되어 감쇠를 증가시킨다.
송신 제로는 필터의 타입에 따라 다양한 방식으로 삽입될 수 있다. 예를 들어, 공동(cavity) 필터들에서, 송신 제로는 필터의 인접하지 않는 공동들 사이에 추가적인 결합을 제공함으로써 삽입된다. 이러한 결합은 필터의 응답에서 송신 제로를 유발하며, 그의 송신 제로의 정확한 위치는 특정 필터의 회로의 파라미터들에 의존한다.
한편, 표면 실장 기술 필터들의 경우, 송신 제로를 구현하기 위한 최상의 방법은 덜 분명하다. 하나의 알려진 접근법은 대역 차단(노치) 필터와 송신 제로의 삽입을 필요로 하는 필터의 캐스케이드 접속을 이용하는 것이다. 그러나, 이러한 접근법은 필터의 전체 성능, 특히 통과 대역에서의 그의 삽입 손실에 대한 송신 제로의 영향을 자체적으로 나타내는 노치 필터의 품질(Q) 팩터에 의존하므로 어렵다.
표면 실장 기술을 이용하여 노치를 실현하는 두 가지 공지된 방법이 도 1에 도시된다. 도 1(a)에 도시된 필터는 접지된 대역 차단 공진기들(4)에 용량성 갭들(6)에 의해 결합되는 마이크로스트립 라인(2)으로 구성된다. 도 1(b)에 도시된 필터는 접지된 대역 차단 공진기들(4')에 병렬 라인 결합들(8)에 의해 결합되는 마이크로스트립 라인(2')으로 구성된다. 접지된 공진기들(4, 4')의 수는 원하는 송신 제로들의 수에 의존한다. 이러한 접근법의 공지된 개량은 접지된 공진기의 개방 포트를 리액턴스에 의해 종단하는 것이다. 이것은 크기를 줄이지만, 그러한 접속된 리액턴스의 유한 Q 팩터로 인해 삽입 손실을 증가시킨다.
발명의 요약
독자는 첨부된 독립 청구항들을 참조한다. 일부 바람직한 특징들이 종속 청구항들 내에 배열된다.
본 발명의 일례는 제1 필터, 노치 필터 및 위상 시프터를 포함하는 필터 조립체이다. 제1 필터는 차단 대역을 갖는다. 필터 조립체는 사용시에 제1 필터의 출력을 제1 경로 상의 주 신호 및 병렬 경로 상의 보조 신호로 분할하고, 병렬 경로 상의 신호를 제1 필터의 통과 대역에 대응하는 차단 대역을 갖는 노치 필터를 통과시키고/시키거나, 위상 시프터를 통과시켜, 적어도 실질적으로 주 신호에 대한 반대 위상으로 위상 시프트되게 하여 조정 신호를 제공하도록 구성된다. 필터 조립체는 조정 신호와 주 신호를 결합하여, 차단 대역에서 감쇠된 주 신호를 제공하도록 더 구성된다.
바람직한 실시예들은 높은 차단 대역 감쇠 및 낮은 통과 대역 삽입 손실 양자를 갖는 필터 조립체를 제공한다.
바람직한 실시예들은 넓은 송신 제로, 즉 넓고 깊은 노치를 갖는 피드-포워드 필터들로서 간주될 수 있다. 바람직한 실시예들은 통과 대역 삽입 손실의 변화가 거의 없이 차단 대역에서의 개선된 감쇠를 제공한다.
본 발명은 대응하는 방법들과도 관련된다.
이제, 본 발명의 실시예들은 도면들을 참조하여 예시적으로 설명된다. 도면들에서:
도 1은 2개의 공지된 필터(종래 기술)를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 필터를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 필터에서의 신호 S1을 무선 주파수의 함수로서 개략적으로 나타낸다.
도 4는 도 2에 도시된 필터에서의 신호 Φ(ω)를 무선 주파수의 함수로서 개략적으로 나타낸다.
도 5는 도 2에 도시된 필터에서의 신호 Si를 무선 주파수의 함수로서 개략적으로 나타낸다.
도 6은 도 2에 도시된 필터에서의 신호 Φf(ω)를 무선 주파수의 함수로서 개략적으로 나타낸다.
도 7은 도 2에 도시된 필터에서의 신호 S2를 무선 주파수의 함수로서 개략적으로 나타낸다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 필터를 나타내는 도면이다.
도 1에 도시된 공지 접근법을 고려할 때, 본 발명자는 삽입된 송신 제로가 작아서 차단 대역 감쇠를 크게 개선하기 위해서는 서로 인접하는 여러 개의 송신 제로를 삽입해야 하는 것이 그러한 공지 접근법의 단점이라는 것을 인식하였다. 그러나 이것은 통과 대역에서의 삽입 손실을 증가시키는 단점을 가질 것이다.
본 발명자는 세라믹 필터로부터의 신호 출력의 작은 부분을 노치 필터 블록 내에 결합함으로써 (노치로도 알려진) 넓은 송신 제로를 필터 조립체의 감쇠 특성 내에 삽입하는 것이 가능하다는 것을 인식하였다. 이것은 차단 대역에서 세라믹 필터로부터 출력된 주 신호와 크기가 유사하지만 반대 위상을 갖는 신호를 생성한다. 이어서, 주 신호와 정정 신호가 결합된다. 결과적으로, 삽입 손실은 거의 증가하지 않지만, 차단 대역에서 상당한 추가 감쇠가 발생한다. 이것은 "피드-포워드" 정정으로 간주될 수 있다.
필터 조립체
더 구체적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 필터 조립체(10)는 입력(14) 및 출력(16)을 갖는 제1 세라믹 필터(12)를 포함한다. 본 발명자는 세라믹 필터(12)가 허용 가능하게 낮은 삽입 손실을 갖지만, 자체적으로는 차단 대역에서 불충분한 감쇠를 제공한다는 것을 고려하였다. 출력(16)은 제1의 느슨하게 결합된 지향성 결합기(18)에 접속된다. 지향성 결합기(18)의 주 출력(20)은 제2 지향성 결합기(22)에 접속되며, 지향성 결합기(18)의 제2 출력(24)은 노치 필터 블록(26)에 접속된다. 노치 필터 블록(26)은 제1 세라믹 필터(12)의 차단 대역의 위치에 그의 통과 대역을 갖는다. 노치 필터 블록(26)의 차단 대역은 제1 세라믹 필터(12)의 통과 대역과 동일한 주파수 범위를 갖는다. 이 예에서, 노치 필터 블록(26)은 순환기(28), 제2 세라믹 필터(30) 및 저항기(32)를 포함한다. 지향성 결합기(18)의 제2 출력(24)은 순환기(28)에 접속된다.
순환기(28)의 출력(34)은 증폭기(38)에 접속되는 주파수 종속 위상 시프터(36)에 접속된다. 증폭기(38)는 제2 지향성 결합기(22)에 입력으로서 제공되는 출력(40)을 갖는다.
제1 세라믹 필터(12) 및 제2 세라믹 필터(30)는 유사한 통과 대역 특성들을 갖는다.
동작
도 2에 도시된 필터 조립체의 동작은 다음과 같다.
세라믹 필터(12)는 그의 입력 신호를 필터링하여, 그의 출력(16)에서 필터링된 출력 신호(S1)를 제공한다.
이어서, 필터링된 신호(S1)는 지향성 결합기(18)로 전달되며, 이 지향성 결합기는 출력(20)에서 제공되는 주 출력 신호(Si)에서 매우 낮은 감쇠를 갖지만, 그의 보조 출력(24)에서는 필터링된 신호(S1)의, Φ(ω)로 표시되는 비교적 저전력의 복제 신호를 생성한다.
이어서, 복제 신호 Φ(ω)는 노치 필터(26)를 통과하여, 노치 필터 출력(34)에서, 제2 필터(30)의 통과 대역에서 크게 감쇠되지만 그의 통과 대역에서 최소 영향을 갖는 처리된 신호(42)를 제공한다. 이어서, 처리된 신호(42)는 위상 시프터(36)에서 위상이 조정되며, 이어서 증폭기(38)에 의해 증폭되고, 결과 신호 Φf(ω)가 제2 지향성 결합기(22)에 제공된다.
제2 지향성 결합기(22)에서, 주 신호 Si와 정정 신호 Φf(ω)가 결합되어 출력 신호 S2가 제공된다. 통과 대역에서, 정정 신호 Φf(ω)는 비교적 작고, 따라서 삽입 손실 성능에 거의 또는 전혀 영향을 주지 않는다. 그러나, 차단 대역에서, 정정 신호 Φf(ω)는 의도된 바와 같이 기본적으로 주 신호 Si와 크기가 동일하고, 반대 위상을 갖는다. 이것은 원하는 대로 더 큰 차단 대역 감쇠를 유발한다. 결과적으로, 예리한 차단 대역 감쇠 특성이 통과 대역과 차단 대역 사이의 있는 주파수의 함수로서 나타난다.
일부 구현 상태들과 관련하여, 도 2에 도시된 예에서, 증폭기(38)의 이득은 제1 지향성 결합기(18)의 결합과 제2 지향성 결합기(22)의 결합의 합이며, 여기서 결합은 보조 포트를 통해 출력 또는 입력되는 지향성 결합기에 대한 주 신호 입력의 비율의 공지된 척도이다.
더구나, 제2 지향성 결합기(22) 전에 노치 필터(26), 위상 시프터(36) 및 증폭기(38)를 통하는 '피드-포워드' 분로 내의 신호, 특히 정정 신호 Φf(ω)의 전력은 주 신호 Si보다 약 10 dB 낮다. 이것은 증폭기(38)가 저전력이고, 양호한 선형성을 갖는 출력 신호 S2를 제공하는 것을 가능하게 한다.
더구나, 정정 신호 Φf(ω)의 위상은 증가된 감쇠를 요구하는 주파수 범위에서 피드-포워드 분로 내의 복제 신호 Φ(ω)의 위상과 반대 위상을 갖도록 제어된다. 이것은 Φf(ω)=Φ(ω)+K로 표현될 수 있으며, 여기서 K는 상수이다.
더 설명하기 위하여, 도 2에 도시된 필터 내의 신호들의 예들이 도 3 내지 7에 도시된다.
도 3은 세라믹 필터(12)로부터의 신호 S1을 무선 주파수의 함수로서 개략적으로 나타낸다. 세라믹 필터(12)의 통과 대역은 주파수 범위 f1 내지 f2이다.
도 4는 복제 신호 Φ(ω)를 무선 주파수의 함수로서 개략적으로 나타낸다. 제1 지향성 결합기(18)의 결합은 레벨 C1로 도시된다.
도 5는 주 신호 Si를 무선 주파수의 함수로서 개략적으로 나타낸다. 이것은 도 4에 도시된 주파수의 함수로서의 S1과 매우 유사하다.
도 6은 정정 신호 Φf(ω)를 무선 주파수의 함수로서 개략적으로 나타낸다. 제1 지향성 결합기(18)의 결합은 C1로 표시되고, 증폭은 C1+A의 진폭 변화에 의해 표시되며, 여기서 A는 증폭기의 이득이다.
도 7은 결과 신호 S2를 무선 주파수의 함수로서 개략적으로 나타낸다. 도 3에 비해 "견부들"의 "협소화"가 명백하다.
대안 필터 조립체
도 8에 도시된 바와 같이, 도 2의 예와 유사한 대안 예에서, 주파수 종속 위상 시프터(36)는 노치 필터(26') 내의 순환기(28')와 제2 세라믹 필터(30') 사이에 대신 접속된다. 이러한 노치 필터 내로의 위상 보상의 통합은 순환기(28')로 인한 임의의 원치 않는 위상 변화를 효과적으로 보상한다.
도 8의 예는 도 2에 도시된 피드-포워드 필터의 대안 구현으로 간주될 수 있다. 도 8의 예에서, (도 2의 예에서와 같이), 신호 S1, Φ(ω), Si 및 Φf(ω)는 도 3 내지 7에 개략적으로 도시된다.
일부 추가적인 대안 실시예들
도 2 내지 8을 참조하여 전술한 예들에서, 위상 보상은 무선 주파수 도메인에서 행해진다. 일부 대안 예들(도시되지 않음)에서, 위상 보상은 디지털 도메인에서 행해진다. 이것은 고감쇠 차단 대역의 대역폭의 확장을 가능하게 한다.
일반
본 발명은 본 발명의 본질적인 특성들로부터 벗어나지 않고서 다른 특정 형태들로 구현될 수 있다. 설명된 실시예들은 모든 면에서 한정이 아니라 예시적인 것으로만 간주되어야 한다. 따라서, 본 발명의 범위는 위의 설명이 아니라 첨부된 청구항들에 의해 지시된다. 청구항들의 균등론의 의미 및 범위 내에 속하는 모든 변경들은 그들의 범위 내에 포함되어야 한다.

Claims (11)

  1. 제1 필터(12), 노치 필터(26, 26') 및 위상 시프터(36)를 포함하는 필터 조립체로서,
    상기 제1 필터는 통과 대역 및 차단 대역을 갖고, 상기 필터 조립체는 사용시에 상기 제1 필터의 출력을 제1 경로(18, 20, 22) 상의 주 신호(Si) 및 병렬 경로(26, 36, 38) 상의 보조 신호로 분할하고, 상기 병렬 경로 상의 상기 신호를 상기 제1 필터의 통과 대역에 대응하는 차단 대역을 갖는 상기 노치 필터(26)를 통과시키고, 혹은 상기 위상 시프터(36)를 통과시켜, 적어도 실질적으로 상기 주 신호에 대한 반대 위상으로 위상 시프트되게 하여 조정 신호(Φf(ω))를 제공하도록 구성되고, 상기 필터 조립체는 상기 조정 신호와 상기 주 신호를 결합(22)하여, 상기 차단 대역에서 감쇠된 상기 주 신호를 제공하도록 더 구성되는 필터 조립체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 노치 필터(26)는 순환기(28), 제2 필터(30) 및 저항기(32)를 포함하고, 상기 순환기(28)는 저항기(32)에 접속되는 세라믹 필터(30)에 접속되는 필터 조립체.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 필터(12) 및 상기 제2 필터(30)는 유사한 통과 대역 특성들을 갖는 필터 조립체.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 필터(12)는 세라믹 필터를 포함하고, 상기 제2 필터는 세라믹 필터를 포함하는 필터 조립체.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 노치 필터(26')는 상기 위상 시프터를 포함하는 필터 조립체.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 사용시에 상기 노치 필터(26)로부터의 신호는 증폭기(38)에 의해 증폭되는 필터 조립체.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 사용시에 상기 분할은 제1 지향성 결합기(18)에 의해 수행되고, 상기 결합은 제2 지향성 결합기(22)에 의해 수행되는 필터 조립체.
  8. 제6항에 있어서, 상기 증폭기는 상기 제1 지향성 결합기의 결합과 상기 제2 지향성 결합기의 결합을 합한 것에 대응하는 이득을 갖고, 결합은 각자의 지향성 결합기의 보조 포트에서 제공되는 상기 각자의 지향성 결합기에 대한 주 입력/출력의 비율의 척도(measure)인 필터 조립체.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조정 신호는 상기 주 신호의 진폭보다 10 dB 낮은 진폭을 갖는 필터 조립체.
  10. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 사용시에 상기 보조 신호는 상기 조정 신호를 제공하기 위해 상기 위상 시프터(36)에 의해 위상이 180도 변경되는 필터 조립체.
  11. 신호를 필터링하는 방법으로서,
    통과 대역과 차단 대역을 갖는 제1 필터(12)에 의해 필터링하는 단계;
    상기 제1 필터(12)의 출력을 제1 경로(18, 20, 22) 상의 주 신호(Si) 및 병렬 경로(26, 36, 38) 상의 신호로 분할하는 단계;
    상기 병렬 경로 상의 상기 신호를 상기 제1 필터의 통과 대역에 대응하는 차단 대역을 갖는 노치 필터(26)를 통과시키고, 혹은 상기 병렬 경로 상의 상기 신호를 적어도 실질적으로 상기 주 신호(Si)에 대한 반대 위상으로 위상 시프트시킴으로써 조정 신호(Φf(ω))를 제공하는 단계;
    상기 조정 신호(Φf(ω))와 상기 주 신호를 결합(22)하여, 상기 차단 대역에서 감쇠된 상기 주 신호를 제공하는 단계
    를 포함하는 방법.
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