KR101655984B1 - 두 개의 쿼드-모드 공진기를 포함하는 듀얼 밴드패스 필터 - Google Patents

두 개의 쿼드-모드 공진기를 포함하는 듀얼 밴드패스 필터 Download PDF

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Abstract

두 개의 쿼드-모드 공진기를 포함하는 듀얼 밴드패스 필터가 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 두 개의 쿼드-모드 공진기를 포함하는 듀얼 밴드패스 필터로서, 듀얼 밴드패스 필터는, 하위 주파수 패스 대역을 가지는 제1 쿼드-모드 공진기; 제1 쿼드-모드 공진기로부터 제1 간극(s1)을 유지하도록 가상의 중심 수평선(X)을 기준으로 제1 쿼드-모드 공진기의 하측에 비대칭 구조로 형성되며, 상위 주파수 패스 대역을 가지는 제2 쿼드-모드 공진기; 및 입력포트(30)와 연결되며 가상의 중심 수직선(Y)의 일측에 형성되는 제1 입력 스터브(31), 입력포트와 연결되며 중심 수직선의 일측에 형성되는 제2 입력 스터브(32), 출력포트(40)와 연결되며 중심 수직선의 타측에 형성되는 제1 출력 스터브(41), 출력포트와 연결되며 중심 수직선의 타측에 형성되는 제2 출력 스터브(42)로 이루어지는 입출력 라인을 포함하되, 듀얼 밴드패스 필터는 하나의 기판상에 마이크로스트립 라인의 평면 배치 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 두 개의 쿼드-모드 공진기를 포함하는 듀얼 밴드패스 필터가 제공된다.

Description

두 개의 쿼드-모드 공진기를 포함하는 듀얼 밴드패스 필터{Dual-wideband bandpass filter having two quad-mode resonators}
본 발명은 두 개의 쿼드-모드 공진기를 포함하는 듀얼 밴드패스 필터에 관한 것이다.
소형화와 저비용을 추구하는 현대 무선 통신 시스템에서 선택적인 주파수의 사용을 위하여 저비용, 소형, 낮은 삽입 손실 특징을 가진 듀얼 밴드 마이크로 스트립 밴드패스 필터가 요구된다.
복수의 공진이 요구되는 다중 통신시스템에 적용하기 위하여 다중 모드 공진기 및 다중 밴드 필터에 대한 연구가 진행되어 왔다.
종래에는 비아(via) 구조 및 다층 구조를 이용한 다중 모드 공진기들이 연구되었으나, 각 밴드에서의 삽입손실은 만족할 만큼의 낮은 수준을 달성하지 못하였다.
또한, 비아(via) 구조는 제조에 어려움이 있고 소형화에 제한이 될 수 있다.
관련한 배경기술로는 대한민국 등록특허공보 제10-1101745호(트리플 모드를 이용한 고감도 유전체 공진기 조립체)가 있다.
본 발명의 실시예들은 비아(via)구조를 사용하지 않고 하나의 기판에 평면 마이크로 스트립 라인으로 형성되는 소형의 두 개의 쿼드-모드 공진기를 포함하는 듀얼 밴드패스 필터를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 두 개의 쿼드-모드 공진기를 포함하는 듀얼 밴드패스 필터로서, 상기 듀얼 밴드패스 필터는, 하위 주파수 패스 대역을 가지는 제1 쿼드-모드 공진기; 상기 제1 쿼드-모드 공진기로부터 제1 간극(s1)을 유지하도록 가상의 중심 수평선(X)을 기준으로 상기 제1 쿼드-모드 공진기의 하측에 비대칭 구조로 형성되며, 상위 주파수 패스 대역을 가지는 제2 쿼드-모드 공진기; 및 입력포트(30)와 연결되며 가상의 중심 수직선(Y)의 일측에 형성되는 제1 입력 스터브(31), 상기 입력포트와 연결되며 상기 중심 수직선의 일측에 형성되는 제2 입력 스터브(32), 출력포트(40)와 연결되며 상기 중심 수직선의 타측에 형성되는 제1 출력 스터브(41), 상기 출력포트와 연결되며 상기 중심 수직선의 타측에 형성되는 제2 출력 스터브(42)로 이루어지는 입출력 라인을 포함하되, 상기 듀얼 밴드패스 필터는 하나의 기판상에 마이크로스트립 라인의 평면 배치 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 두 개의 쿼드-모드 공진기를 포함하는 듀얼 밴드패스 필터가 제공된다.
상기 제1 쿼드-모드 공진기(10)는, 하측변이 오픈된 구형 구조의 제1-1 스터브(11); 상기 제1-1 스터브의 내측 공간에 형성되되, 상기 제1-1 스터브의 하측변에서 수직 하방으로 연장되어 좌측과 수직 상방으로 각각 폴디드됨으로써, 상측변이 오픈된 구형 구조로 형성되는 폴디드 오픈 엔디드(folded open-ended) 형상의 제1-2 스터브(12); 상기 중심 수직선을 중심으로 상기 제1-2 스터브와 제2 간극(s2)이 유지되도록 대칭 구조로 형성되는 제1-3 스터브(13); 및 상기 제1-1 스터브의 상측변의 중심에서 수직 상방으로 연장되어, 상기 제1-1 스터브의 외곽을 따라 연장 형성되는 제1-4 스터브(14)를 포함할 수 있다.
상기 제1-2 스터브(12)는, 상기 제1-1 스터브의 하측변의 중심에서 좌측으로 제2-1 간극을 가지고 내측에서 접속되어 수직 하방으로 연장되며, 상기 수직 하방으로 연장된 부분이 좌측으로 폴디드되어 연장되며, 상기 폴디드되어 연장된 부분이 다시 수직 상방으로 폴디드되어 연장되도록 형성되며, 상기 제1-3 스터브는, 상기 제1-1 스터브의 하측변의 중심에서 우측으로 제2-2 간극을 가지고 내측에서 접속되어 수직 하방으로 연장되며, 상기 수직 하방으로 연장된 부분이 우측으로 폴디드되어 연장되며, 상기 폴디드되어 연장된 부분이 다시 수직 상방으로 폴디드되어 연장되도록 형성될 수 있다.
상기 제1-4 스터브는, 상기 제1-1 스터브의 상측변의 중심에서 수직 상방으로 연장되고, 다시 상기 중심 수직선을 기준으로 좌우로 폴디드되어 수평하게 연장되되, 좌우로 연장된 부분의 양단부가 다시 수직 하방으로 폴디드되어 연장되도록 형성될 수 있다.
상기 제2 쿼드-모드 공진기(20)는, 상측변이 오픈된 구형 구조의 제2-1 스터브(21); 상기 제2-1 스터브의 내측 공간에 형성되되, 상기 제2-1 스터브의 상측변에서 수직 상방으로 연장되어 좌측과 수직 하방으로 각각 폴디드됨으로써, 하측변이 오픈된 구형 구조로 형성되는 폴디드 오픈 엔디드(folded open-ended) 형상의 제2-2 스터브(22); 상기 중심 수직선을 중심으로 상기 제2-2 스터브와 제3 간극(s3)이 유지되도록 대칭 구조로 형성되는 제2-3 스터브(23); 및 상기 제2-1 스터브의 하측변의 중심에서 수직 하방으로 연장되어, 상기 제2-1 스터브의 외곽을 따라 연장 형성되는 제2-4 스터브(24)를 포함할 수 있다.
상기 제2-2 스터브(22)는, 상기 제2-1 스터브의 상측변의 중심에서 좌측으로 제3-1 간극을 가지고 내측에서 접속되어 수직 상방으로 연장되며, 상기 수직 상방으로 연장된 부분이 좌측으로 폴디드되어 연장되며, 상기 폴디드되어 연장된 부분이 다시 수직 하방으로 폴디드되어 연장되도록 형성되며, 상기 제2-3 스터브(23)는, 상기 제2-1 스터브의 상측변의 중심에서 우측으로 제3-2 간극을 가지고 내측에서 접속되어 수직 상방으로 연장되며, 상기 수직 상방으로 연장된 부분이 우측으로 폴디드되어 연장되며, 상기 폴디드되어 연장된 부분이 다시 수직 하방으로 폴디드되어 연장되도록 형성될 수 있다.
상기 제2-4 스터브는, 상기 제2-1 스터브의 하측변의 중심에서 수직 하방으로 연장되고, 다시 상기 중심 수직선을 기준으로 좌우로 폴디드되어 수평하게 연장되도록 형성될 수 있다.
상기 제1 쿼드-모드 공진기의 상기 제1-1 스터브의 종단부는 상기 제2 쿼드-모드 공진기의 상기 제2-1 스터브(21)의 종단부에 대해 제4 간극(3g)이 유지되도록 이격되게 형성될 수 있다.
상기 제1 입력 스터브는, 상기 입력포트로부터 상방으로 수직 연장되어 상기 제2-1 스터브의 외곽 및 상기 제1-1 스터브의 내곽을 따라 수직 연장되는 수직 입력변과, 상기 수직 입력변에서 우측으로 폴디드되어 상기 제1-1 스터브의 내곽을 따라 수평 연장되는 수평 입력변으로 형성되며, 상기 제2 입력 스터브는, 상기 입력포트로부터 상기 중심 수직선에 직교하도록 우측으로 수평 연장되어 상기 제2-1 스터브의 외곽을 따라 연장되도록 형성되며, 상기 제1 출력 스터브는, 상기 출력포트로부터 수직 상방으로 연장되어 상기 제2-1 스터브의 외곽 및 상기 제1-1 스터브의 내곽을 따라 수직 연장되는 수직 출력변과, 상기 수직 출력변에서 좌측으로 폴디드되어 상기 제1-1 스터브의 내곽을 따라 수평 연장되는 수평 출력변으로 형성되며, 상기 제2 출력 스터브는, 상기 출력포트로부터 상기 중심 수직선에 직교하도록 좌측으로 수평 연장되어 상기 제2-1 스터브의 외곽을 따라 연장되도록 형성될 수 있다.
상기 제1 입력 스터브의 상기 수직 입력변의 길이는 14.1mm, 상기 제1 입력 스터브의 상기 수평 입력변의 길이는 7.9mm, 상기 제2 입력 스터브의 상기 수평 입력변의 길이는 8.5mm이며, 상기 제1, 제2 입력 스터브의 마이크로 스트립 라인의 폭은 0.2mm이며(상기 치수는 ±5%의 오차 범위를 가짐), 상기 제1, 제2 출력 스터브는 상기 중심 수직선을 중심으로 상기 제1, 제2 입력 스터브에 대해 대칭 구조로 형성될 수 있다.
상기 제1 쿼드-모드 공진기의 마이크로 스트립 라인의 폭은 1mm이고, 상기 제1-1 스터브의 좌측 수평변의 길이는 10.7mm, 상기 제1-1 스터브의 좌측 수직변의 길이는 11mm, 상기 제1-2 스터브의 제1 좌측 수직변의 길이는 8mm, 상기 제1-2 스터브의 좌측 수평변의 길이는 7mm, 상기 제1-2 스터브의 제2 좌측 수직변의 길이는 6mm, 상기 제1-4 스터브의 중심 수직변의 길이는 5mm, 상기 제1-4 스터브의 좌측 수평변의 길이는 14.5mm, 상기 제1-4 스터브의 좌측 수직변의 길이는 3.2mm일 수 있다(상기 치수는 ±5%의 오차 범위를 가짐).
상기 제2 쿼드-모드 공진기의 마이크로 스트립 라인의 폭은 1mm이고, 상기 제2-1 스터브의 좌측 수평변의 길이는 9.1mm, 상기 제2-1 스터브의 좌측 수직변의 길이는 5.3mm, 상기 제2-2 스터브의 제1 좌측 수직변의 길이는 5.5mm, 상기 제2-2 스터브의 좌측 수평변의 길이는 6.6mm, 상기 제2-2 스터브의 제2 좌측 수직변의 길이는 4.3mm, 상기 제2-4 스터브의 중심 수직변의 길이는 4mm, 상기 제2-4 스터브의 좌측 수평변의 길이는 7.8mm일 수 있다(상기 치수는 ±5%의 오차 범위를 가짐).
상기 입력포트 및 상기 출력포트 각각의 스트립 라인의 폭은 1.5mm이고, 상기 입력포트 및 상기 출력포트 각각의 스트립 라인의 길이는 6mm일 수 있다(상기 치수는 ±5%의 오차 범위를 가짐).
상기 제2 간극은 1.6mm, 상기 제3 간극은 0.8mm일 수 있다(상기 치수는 ±5%의 오차 범위를 가짐).
상기 밴드패스 필터는 유전 상수 2.54, 두께 0.54mm, 손실 탄젠트 0.002인 테프론 기판 상에 형성되며, 상기 밴드패스 필터의 전체 크기는 30mm ㅧ 25.5mm(상기 치수는 ±5%의 오차 범위를 가짐)일 수 있다. 상기 필터의 크기는 0.38 λg ㅧ 0.32 λg에 상응한다.
상기 밴드패스 필터의 하위 주파수 밴드 대역에서의 비대역폭(fractional band width)은 17.5%이며, 삽입손실(insertion loss)은 0.87dB일 수 있다.
상기 밴드패스 필터의 상위 주파수 밴드 대역에서의 비대역폭(fractional band width)은 16%이며, 삽입손실(insertion loss)은 1.4dB일 수 있다.
상기 밴드패스 필터의 하위 주파수 대역의 중심 주파수는 2.4 GHz이고, 상기 밴드패스 필터의 상위 주파수 대역의 중심 주파수는 3.5 GHz일 수 있다.
상기 제1 쿼드-모드 공진기는 2.17 GHz, 2.35 GHz, 2.58 GHz, 2.64 GHz의 공진 주파수를 가질 수 있다.
상기 밴드패스 필터는 2.09 GHz, 2.67 GHz, 3.18 GHz, 4.14 GHz의 전송 영점(transmission zero)을 가질 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 비아(via)구조를 사용하지 않고 하나의 기판의 평면 마이크로 스트립 라인으로 형성되며, 크기가 30mm ㅧ 25.5mm인 소형으로 제조될 수 있는 두 개의 쿼드-모드 공진기를 포함하는 듀얼 밴드패스 필터를 구현할 수 있다.
또한, 종래의 밴드패스 필터와 비교하여 각각의 공진기가 4개의 트랜스미션 폴(transmission pole, or TP) 특성과 2개의 전송 영점(transmission zero, or TZ) 특성을 가지므로, 컷오프(cut-off) 반응을 향상시키고, 종래의 듀얼-모드, 트리플-모드, 쿼드-모드 공진기들에 비해 넓은 동작 대역폭 특성을 가진다.
또한, 종래 기술들과 비교하여 모든 동작 주파수 밴드에서 낮은 삽입손실을 가지며 넓은 비대역폭을 가진다.
또한, 마이크로스트립 라인의 폭이 동일하고 비아(via) 구조를 사용하지 않기 때문에 종래의 쿼드-모드 듀얼 필터에 비하여 제조 공정 비용을 줄일 수 있어서 경제적이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 두 개의 쿼드-모드 공진기를 포함하는 듀얼 밴드패스 필터의 구조를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 두 개의 쿼드-모드 공진기를 포함하는 듀얼 밴드패스 필터의 결합 구조의 특징을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1의 듀얼 밴드패스 필터의 기본 구조를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 쿼드-모드 공진기의 각 공진 주파수에서 전류 분포를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 밴드패스 필터의 등가 회로를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 쿼드-모드 공진기의 삽입손실 특성(S21)을 시뮬레이션한 예를 도시한 것이다.
도 7은 원하는 쿼드-모드 공진기를 설계하기 위한 4가지 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 제2 쿼드-모드 공진기의 파라미터는 일정하게 하고, 도 3(a)에 도시된 제1 쿼드-모드 공진기의 제1-1 스터브의 길이 a의 변화에 따른 듀얼 밴드패스 필터의 반사손실(S11) 특성을 시뮬레이션 한 예를 예를 도시한 것이다.
도 9는 제2 쿼드-모드 공진기의 파라미터는 일정하게 하고, 도 3(a)에 도시된 제1 쿼드-모드 공진기의 제1-2 스터브의 길이 b의 변화에 따른 듀얼 밴드패스 필터의 반사손실(S11) 특성을 시뮬레이션 한 예를 도시한 것이다.
도 10은 제2 쿼드-모드 공진기의 파라미터는 일정하게 하고, 도 3(a)에 도시된 제1 쿼드-모드 공진기의 제1-3 스터브의 길이 c의 변화에 따른 듀얼 밴드패스 필터의 반사손실(S11) 특성을 시뮬레이션 한 예를 도시한 것이다.
도 11은 제2 쿼드-모드 공진기의 파라미터는 일정하게 하고, 도 3(a)에 도시된 제1 쿼드-모드 공진기의 제1-2 스터브 및 제1-3 스터브 사이 간극 s2의 변화에 따른 듀얼 밴드패스 필터의 반사손실(S11) 특성을 시뮬레이션 한 예를 도시한 것이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 두 개의 쿼드-모드 공진기를 포함하는 듀얼 밴드패스 필터의 제원을 도시한 것이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 두 개의 쿼드-모드 공진기를 포함하는 듀얼 밴드패스 필터의 이미지 및 주파수 특성을 도시한 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서, "상에"라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상측에 위치하는 것을 의미하는 것이 아니다.
또한, 결합이라 함은, 각 구성요소 간의 접촉 관계에 있어, 각 구성요소 간에 물리적으로 직접 접촉되는 경우만을 뜻하는 것이 아니라, 다른 구성요소가 각 구성요소 사이에 개재되어, 그 다른 구성요소에 각 구성요소가 각각 접촉되어 있는 경우까지 포괄하는 개념으로 사용하도록 한다.
도면에서 나타난 각 구성요소의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
이하, 본 발명에 따른 두 개의 쿼드-모드 공진기를 포함하는 듀얼 밴드패스 필터의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 두 개의 쿼드-모드 공진기를 포함하는 듀얼 밴드패스 필터의 구조를 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 두 개의 쿼드-모드 공진기를 포함하는 듀얼 밴드패스 필터(1)는, 하위 주파수 패스 대역을 가지는 제1 쿼드-모드 공진기(10); 상기 제1 쿼드-모드 공진기(10)로부터 제1 간극(S1)을 유지하도록 가상의 중심 수평선(X)을 기준으로 상기 제1 쿼드-모드 공진기(10)의 하측에 비대칭 구조로 형성되며, 상위 주파수 패스 대역을 가지는 제2 쿼드-모드 공진기(20); 및 입출력 라인을 포함한다. 입출력 라인은, 입력포트(30)와 연결되며 가상의 중심 수직선(Y)의 일측에 형성되는 제1 입력 스터브(31), 상기 입력포트(30)와 연결되며 상기 중심 수직선(Y)의 일측에 형성되는 제2 입력 스터브(32), 출력포트(40)와 연결되며 상기 중심 수직선(Y)의 타측에 형성되는 제1 출력 스터브(41), 및 상기 출력포트(40)와 연결되며 상기 중심 수직선(Y)의 타측에 형성되는 제2 출력 스터브(42)를 포함한다.
본 실시예에 따르면, 제1 쿼드-모드 공진기(10)와 제2 쿼드-모드 공진기(20)는 도 1에 도시된 바와 같이, 가상의 중심 수평선(X)을 기준으로 볼 때는 좌우측이 대칭인 구조를 형성하나, 가상의 중심 수직선(Y)을 기준으로 볼 때는 상하측이 비대칭 구조임을 확인할 수 있다.
여기서, 제1 입력 스터브(31)와 제2 입력 스터브(32) 및 제1 출력 스터브(41)와 제2 출력 스터브(42)는, 제1 쿼드-모드 공진기(10)의 제1-2, 1-3 스터브(12, 13) 및 제2 쿼드-모드 공진기(20)의 제2-1, 2-2, 2-3 스터브(21, 22, 23)를 내측 공간에 두고 에워싸는 형태로 형성될 수 있다.
본 실시예에 따른 쿼드-모드 듀얼 밴드 패스 필터(1)의 제1 쿼드-모드 공진기(10)와 제2 쿼드-모드 공진기(20)는 하나의 기판상에서 하나의 평면으로 형성되며, 공통 입력포트(30) 및 공통 출력포트(40)를 공유하는 결합 구조를 가질 수 있다.
구체적으로, 본 실시예에 따른 듀얼 밴드패스 필터(1)는 두 개의 쿼드-모드 공진기(10, 20)를 포함하여 구성되며, 각각 일측변이 오픈된 구형 스터브에 2개의 폴디드 오픈 엔디드 스터브가 내측으로 연결되어 로드된 제1, 2 쿼드-모드 공진기(10, 20) 사이에 공통 입력 및 출력을 공유함으로써 쿼드-모드 특성을 나타내고 듀얼-밴드 성능을 실현할 수 있다.
이를 위해, 본 실시예에 따른 두 개의 쿼드-모드 공진기를 포함하는 듀얼 밴드패스 필터(1)는 하나의 기판 평면상에 마이크로 스트립 라인으로 형성된 복수의 스터브들로 형성된다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 제1 쿼드-모드 공진기(10)는, 하측변이 오픈된 구형 구조의 제1-1 스터브(11); 상기 제1-1 스터브(11)의 내측 공간에 형성되되, 상기 제1-1 스터브(11)의 하측변에서 수직 하방으로 연장되어 좌측과 수직 상방으로 각각 폴디드됨으로써, 상측변이 오픈된 구형 구조로 형성되는 폴디드 오픈 엔디드(folded open-ended) 형상의 제1-2 스터브(12); 중심 수직선(Y)을 중심으로 상기 제1-2 스터브(12)와 제2 간극(S2)이 유지되도록 대칭 구조로 형성되는 제1-3 스터브(13); 및 상기 제1-1 스터브(11)의 상측변의 중심에서 수직 상방으로 연장되어 상기 제1-1 스터브(11)의 외곽을 따라 일정 간격을 두고 연장되되, 상기 연장된 양단부에서 외곽을 따라 폴디드되어 수직 하방으로 연장됨으로써 상기 제1-1 스터브(11)의 외측변과 함께 그 사이에 한 쌍의 개방 공간을 형성하는 한 쌍의 외측 수직변을 형성하는 제1-4 스터브(14)를 포함할 수 있다.
즉, 제1 쿼드-모드 공진기(10)는, 상기 중심 수직선(Y)을 중심으로 좌우로 연장되고, 좌우로 연장된 부분이 수직 하방으로 폴디드되어 한 쌍의 외측 수직변을 형성하는 제1-1 스터브(11); 상기 제1-1 스터브(11)의 하측변의 내측에서 제2 간극(s2)을 유지하며 서로 대칭되게 접속되는 폴디드 오픈 엔디드 형상의 제1-2 스터브(12) 및 제1-3 스터브(13); 및 상기 제1-1 스터브(11)의 상측변의 외측에서 상기 제1-1 스터브(11)의 외곽을 따라 연장되고, 좌우로 연장된 부분이 하측으로 폴디드되어 한 쌍의 외측 수직변을 형성하는 제1-4 스터브(14)로 이루어진다.
이때, 제1-2 스터브(12) 및 제1-3 스터브(13)는 제2 간극(s2)을 유지하며 제1 쿼드-모드 공진기(10)의 중심 수직선(Y)을 중심으로 좌우로 대칭된 구조를 갖는다.
즉, 제1-2 스터브(12)는, 제1-1 스터브(11)의 하측변의 중심에서 좌측으로 제2-1 간극(즉, 제2 간극의 1/2 간극)을 가지고 내측에서 접속되어 수직 하방으로 연장되며, 상기 수직 하방으로 연장된 부분이 좌측으로 폴디드되어 연장되며, 상기 폴디드되어 연장된 부분이 다시 수직 상방으로 폴디드되어 연장되도록 형성될 수 있다. 그리고 제1-3 스터브(13)는, 제1-1 스터브(11)의 하측변의 중심에서 우측으로 제2-2 간극(즉, 제2 간극의 1/2 간극)을 가지고 내측에서 접속되어 수직 하방으로 연장되며, 상기 수직 하방으로 연장된 부분이 우측으로 폴디드되어 연장되며, 상기 폴디드 연장된 부분이 다시 수직 상방으로 폴디드 연장되도록 형성될 수 있다.
또한, 제1-4 스터브(14)는 제1-1 스터브(11)의 상측변에서 상기 제1-1 스터브(11)의 외곽을 따라 형성되는 "T"자 형상으로 이루어진다. 즉, 제1-4 스터브(14)는, 제1-1 스터브(11)의 상측변의 중심에서 수직 상방으로 연장되고, 다시 중심 수직선(Y)을 기준으로 좌우로 폴디드되어 수평하게 연장되되, 좌우로 연장된 부분의 양단부가 다시 수직 하방으로 폴디드 연장되도록 형성될 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 제2 쿼드-모드 공진기(20)는, 상측변이 오픈된 구형 구조의 제2-1 스터브(21); 상기 제2-1 스터브(21)의 내측 공간에 형성되되, 상기 제2-1 스터브(21)의 상측변에서 수직 상방으로 연장되어 좌측과 수직 하방으로 각각 폴디드됨으로써, 하측변이 오픈된 구형 구조로 형성되는 폴디드 오픈 엔디드(folded open-ended) 형상의 제2-2 스터브(22); 중심 수직선(Y)을 중심으로 상기 제2-2 스터브(22)와 제3 간극(s3)이 유지되도록 대칭 구조로 형성되는 제2-3 스터브(23); 및 상기 제2-1 스터브(21)의 하측변의 중심에서 수직 하방으로 연장되어, 상기 제2-1 스터브(21)의 외곽을 따라 일정 간격을 두고 연장됨으로써 상기 제2-1 스터브(21)의 외측변과 함께 그 사이에 한 쌍의 개방 공간을 형성하는 제2-4 스터브(24)를 포함할 수 있다.
즉, 제2 쿼드-모드 공진기(20)는, 상기 중심 수직선(Y)을 중심으로 좌우로 연장되고, 좌우로 연장된 부분이 수직 상방으로 폴디드되어 한 쌍의 외측 수직변을 형성하는 제2-1 스터브(21); 상기 제2-1 스터브(21)의 상측변의 내측에서 제3 간극(s3)을 유지하며 서로 대칭되게 접속되는 폴디드 오픈 엔디드 형상의 제2-2 스터브(22) 및 제2-3 스터브(23); 및 상기 제2-1 스터브(21)의 하측변의 외측에서 상기 제2-1 스터브(21)의 외곽을 따라 연장 형성되는 제2-4 스터브(24)로 이루어진다.
이때, 제2-2 스터브(22) 및 제2-3 스터브(23)는 제3 간극(s3)을 유지하며 제2 쿼드-모드 공진기(20)의 중심 수직선(Y)을 중심으로 좌우로 대칭된 구조를 갖는다.
즉, 상기 제2-2 스터브(22)는, 상기 제2-1 스터브(21)의 상측변의 중심에서 좌측으로 제3-1 간극(즉, 제3 간극의 1/2 간극)을 가지고 내측에서 접속되어 수직 상방으로 연장되며, 상기 수직 상방으로 연장된 부분이 좌측으로 폴디드되어 연장되며, 상기 폴디드되어 연장된 부분이 다시 수직 하방으로 폴디드되어 연장되도록 형성될 수 있다. 그리고 상기 제2-3 스터브(23)는, 상기 제2-1 스터브(21)의 상측변의 중심에서 우측으로 제3-2 간극(즉, 제3 간극의 1/2 간극)을 가지고 내측에서 접속되어 수직 상방으로 연장되며, 상기 수직 상방으로 연장된 부분이 우측으로 폴디드되어 연장되며, 상기 폴디드되어 연장된 부분이 다시 수직 하방으로 폴디드되어 연장되도록 형성될 수 있다.
또한, 제2-4 스터브(24)는 제2-1 스터브(21)의 하측변에서 상기 제2-1 스터브(21)의 외곽을 따라 형성되는 "T"자 형상으로 이루어진다. 즉, 제2-4 스터브(24)는, 제2-1 스터브(21)의 하측변의 중심에서 수직 하방으로 연장되고, 다시 중심 수직선(Y)을 기준으로 좌우로 폴디드되어 수평하게 연장되도록 형성될 수 있다.
도 1을 참조하여 입출력 라인을 설명하면, 제1 입력 스터브(31)는, 입력포트(30)로부터 상방으로 수직 연장되어 제2-1 스터브(21)의 외곽 및 제1-1 스터브(11)의 내곽을 따라 수직 연장되는 수직 입력변(31a)과, 수직 입력변(31a)에서 우측으로 폴디드되어 제1-1 스터브(11)의 내곽을 따라 수평 연장되는 수평 입력변(31b)으로 형성될 수 있다. 제2 입력 스터브(32)는, 입력포트(30)로부터 중심 수직선(Y)에 직교하도록 우측으로 수평 연장되어 제2-1 스터브(21)의 외곽을 따라 연장되도록 형성될 수 있다.
제1 출력 스터브(41)는, 출력포트(40)로부터 수직 상방으로 연장되어 제2-1 스터브(21)의 외곽 및 제1-1 스터브(11)의 내곽을 따라 수직 연장되는 수직 출력변(41a)과, 수직 출력변(41a)에서 좌측으로 폴디드되어 제1-1 스터브(11)의 내곽을 따라 수평 연장되는 수평 출력변(41b)으로 형성될 수 있다. 그리고, 제2 출력 스터브(42)는, 출력포트(40)로부터 중심 수직선(Y)에 직교하도록 좌측으로 수평 연장되어 제2-1 스터브(21)의 외곽을 따라 연장되도록 형성될 수 있다.
도 1을 참조하면, 입력포드(30)와 제1 입력 스터브(31) 및 제2 입력 스터브(32)는, 출력포드(40)와 제1 출력 스터브(41) 및 제2 출력 스터브(42)에 대해 중심 수직선(Y)을 기준으로 좌우로 대칭 구조를 형성함을 알 수 있다.
도 1을 참조하면, 제1 쿼드-모드 공진기(10)의 제1-1 스터브(11)의 종단부는 제2 쿼드-모드 공진기(20)의 제2-1 스터브(21)의 종단부에 대해 제4 간극(3g)이 유지되도록 이격되게 형성될 수 있다. 따라서, 제1 입력 스터브(31)의 수직 입력변(31a)와 수평 입력변(31b)는 도 1에 도시된 바와 같이 상기 제4 간극(3g) 사이에 배치될 수 있다. 이와 마찬가지로, 제1 쿼드-모드 공진기(10)의 제1-1 스터브(11)의 또 다른 종단부는 제2 쿼드-모드 공진기(20)의 제2-1 스터브(21)의 또 다른 종단부에 대해 제4 간극(3g)이 유지되도록 이격되게 형성될 수 있다. 따라서, 제1 출력 스터브(41)의 수직 입력변(41a)와 수평 입력변(41b)는 도 1에 도시된 바와 같이 상기 제4 간극(3g) 사이에 배치될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 이와 같이 제1, 제2 입력 스터브(31, 32)와 제1, 제2 출력 스터브(41, 42)을 통해 입출력 라인을 길게 형성함으로써 2개의 쿼드-모드 공진기(10, 20)와 입출력 라인 간의 결합 관계를 강화시킬 수 있고, 이를 통해 하위 주파수대역을 가지는 제1 쿼드-모드 공진기(10)에서 2개의 전송 영점(transmission zero, or TZ)을, 그리고 상위 주파수대역을 가지는 제2 쿼드-모드 공진기(20)에서 2개의 전송 영점을 가질 수 있다. 이를 통해 컷오프(cut-off) 반응을 크게 향상시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 두 개의 쿼드-모드 공진기를 포함하는 듀얼 밴드패스 필터(1)의 결합 구조의 특징을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 듀얼 밴드패스 필터(1)는 공통 입력 및 출력 포트들(30, 40)과 결합된 2개의 쿼드-모드 공진기(10, 20)로 구성될 수 있다.
도 2에서 S 및 L은 각각 입력 포트 및 출력 포트를 의미한다.
1, 2, 3, 4 노드들은 하위 패스밴드 중앙 주파수(lower passband center frequency)에서 제1 쿼드-모드 공진기(10)에 의해 생성되는 4개의 모드를 나타낸 것이며, 5, 6, 7, 8 노드들은 상위 패스밴드 중앙 주파수(upper passband center frequency)에서 제2 쿼드-모드 공진기(20)에 의해 생성되는 4개의 모드를 나타낸 것이다.
즉, 제1 쿼드-모드 공진기(10)와 제2 쿼드-모드 공진기(20)는 입력포트와 출력포트를 공유하면서, 제1 쿼드-모드 공진기(10)는 하위 주파수 패스밴드에서 4개의 공진 모드를 가지며, 제2 쿼드-모드 공진기(20)는 상위 주파수 패스 밴드에서 4개의 공진주파수를 가진다.
도 3은 도 1에 도시된 제1 쿼드-모드 공진기(10)의 기본 구조를 도시한 도면이다.
도 3(a)를 참조하면, 제1 쿼드-모드 공진기(10)는 반파 공진기(open-circuited λ/2 resonator)로서 2a의 길이를 갖는 제1-1 스터브(11), b의 길이를 갖는 2개의 폴디드 오픈 엔디드 형상의 제1-2 스터브(12) 및 제1-3 스터브(13), 2c의 길이를 갖는 제1-4 스터브(14)로 구성된다.
제1-2 스터브(12) 및 제1-3 스터브(13) 간의 간극 거리는 s2, 즉 제2 간극으로 표시된다. 제1 쿼드-모드 공진기(10)의 마이크로스트립 라인의 폭은 w1으로 표시되며, 모두 균일하다.
도 3(b), 3(c), 3(d), 3(e)는 도 3(a)의 제1 쿼드-모드 공진기(10)를 등가회로도로 도시한 것으로, 상기 공진기의 오퍼레이팅 메커니즘은 이븐-오드 모드 분석(even-odd-mode analysis)을 두 번 사용하는 것으로 설명될 수 있다(S. J. Sun, T. Su, K. Deng, B. Wu, and C. H. Liang, Compact microstrip dual-band bandpass filter using a novel stub-loaded quad-mode resonator, IEEE Microwave and Wireless Components Letters, vol. 23, no. 9, pp. 465-467, Sep. 2013.의 내용을 참조).
이븐-모드(even-mode) 반응 상태에서, 도 3(a)에 도시된 공진기의 대칭면(symmetrical plane)은 도 3(b)와 같이 이븐-모드로 나타낸 등가회로를 가진 자기벽(M.W, magnetic wall)으로 모델링 될 수 있고, 이 경우 도 3(b)의 모델은 개방-회로의 반파 공진기(open-circuited λ/2 resonator)로서 동작된다.
도 4는 본 실시예에 따른 제1 쿼드-모드 공진기(10)의 각 공진 주파수에서의 전류 분포를 도시한 도면이다.
도 4(a)는 이븐 모드(even-mode) 주파수(feven)의 전류분포를 나타낸 것이며, 도 3(b) 모델에 대한 전류분포는 도 4(a)로 나타내진다.
도 4(a)의 이븐 모드(even-mode) 주파수(feven1)는 [수학식 1]로 산출될 수 있다.
Figure 112015020065014-pat00001
제1 쿼드-모드 공진기(10)의 대칭면은, 오드-모드(odd-mode) 반응상태에서 도 3(c)에 나타낸 등가회로 모델로 해석될 수 있다. 도 3(c)의 모델은 오드-모드(odd-mode) 반응 상태에서 전기벽(E.W, electric wall)으로 모델링 될 수 있다. 이 경우, 도 3(c)의 모델은 단락-회로 1/4파 공진기(short-circuited λ/4 resonator)로 동작한다. 도 3(c) 모델의 제1 오드-모드 주파수(fodd1)의 전류분포는 도 4(b)로 나타내진다.
도 4(b)의 제1 오드-모드 주파수(fodd1)는 [수학식 2]로 산출될 수 있다.
Figure 112015020065014-pat00002
도 3(d)의 모델은 단락-회로 1/4파 공진기(short-circuited λ/4 resonator)로 동작하며, 도 3(d)의 제2 오드-모드 주파수(fodd2)의 전류분포는 도 4(c)로 나타내진다.
도 4(c)의 제2 오드-모드 주파수(fodd2)는 [수학식 3]로 산출될 수 있다.
Figure 112015020065014-pat00003
도 3(e)의 모델은 단락-회로 1/4파 공진기(short-circuited λ/4 resonator)로 동작하며, 도 3(e)의 제3 오드-모드 주파수(fodd3)의 전류분포는 도 4(d)로 나타내진다.
도 4(d)의 제3 오드-모드 주파수(fodd3)는 [수학식 4]로 산출될 수 있다.
Figure 112015020065014-pat00004
여기서, c는 광속이고, ε eff는 마이크로스트립 기판의 유효 유전체 상수(effective dielectric constant)를 나타낸다.
제2 쿼드-모드 공진기(20)는 제1 쿼드-모드 공진기(10)의 기본 구조에 대한 원리와 스터브 길이 차이에 따른 주파수 대역의 크기만 다를 뿐 위에 설명한 것과 유사한 원리로 동작되므로, 본 명세서에서는 상세한 설명을 생략하기로 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 밴드패스 필터(1)의 등가 회로를 도시한 도면이다.
도 5에서, Cm은 공진기 간의 상호 커패시턴스를 나타내고, Rg 및 Cg는 각각 마이크로스트립과 접지 사이에 저항 및 커패시턴스를 나타낸다.
C1, C2, C3, C4 및 L1, L2, L3, L4는 각각 제1 쿼드-모드 공진기(10)의 커패시턴스 및 인덕턴스들을 나타낸다.
C5, C6, C7, C8 및 L5, L6, L7, L8는 각각 제2 쿼드-모드 공진기(20)의 커패시턴스 및 인덕턴스들을 나타낸다.
여기서, Cx와 Ly (x=y=1, 2, 3, 4)는 4개의 트랜스미션 폴(transmission pole, or TP) 조건을 만족하는 주파수 특성을 갖는 4개의 공진기를 형성할 수 있다. 따라서, 상기 Cx와 Ly의 값을 적절히 제어함으로써 도 3의 등가회로도를 갖는 제1 쿼드-모드 공진기(10)를 구현할 수 있다. 이는 [수학식 5]로 산출될 수 있다.
Figure 112015020065014-pat00005
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 쿼드-모드 공진기(10)의 삽입손실 특성(S21)을 시뮬레이션한 예를 도시한 것이다.
도 6을 참조하면, Meven1공진주파수는 2.35 GHz, Modd1 공진주파수는 2.17 GHz, Modd2 공진주파수는 2.58 GHz, Modd3 공진주파수는 2.64 GHz에서 형성되는 것을 알 수 있다.
도 3과 도 4를 참조하면, 수학식 1~4에 따라 형성되는 쿼드-모드 공진기의 Meven, Modd1, Modd2, Modd3 공진주파수는 스터브의 길이 a, b, c 및 제2 간극(s2)에 의해 주로 제어될 수도 있다. 본 실시예에 따르면, 원하는 쿼드-모드 공진기를 설계하기 위해, 하기의 4가지 단계가 구성될 수 있다.
도 7은 원하는 쿼드-모드 공진기를 설계하기 위한 4가지 단계를 설명하기 위한 도면이다. 도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 쿼드-모드 공진기는 도 7(c)로 나타내진다.
첫째, 도 3을 참조하면, 하나의 반파(1/2λ1) 공진기는 원하는 공진 주파수에 의해 그 길이 a가 선택된다.
두 번째, 단일 1/4파(1/4 λ2) 오픈-엔디드 스터브가 상기 반파(1/2λ1) 공진기의 중앙에 추가된다. 상기 추가된 단일 오픈-엔디드 스터브의 길이를 합리적으로 제어함으로써, 듀얼-모드 공진기가 얻어질 수 있다. 이때, 상기 추가된 오픈-엔디드 스터브를 "T"자 형태로 폴드함으로써 사이즈를 줄일 수 있다.
세 번째, 상기 "T"자 형태로 폴디드된 오픈-엔디드 스터브는 중앙 수직선을 대칭으로 소정의 간극을 갖는 2개의 동일한 폴디드 오픈-엔디드 스터브로 분리된다. 이때, 상기 반파(1/2λ1) 공진기의 길이는 변하지 않게 일정하게 유지하면서, 상기 2개의 동일한 폴디드 오픈-엔디드 스터브 간의 간극 및 상기 폴디드 오픈-엔디드 스터브의 길이를 합리적으로 제어함으로써, 트리플-모드 공진기가 얻어질 수 있다.
끝으로, 또 다른 1/4파(1/4 λ3) 오픈-엔디드 스터브가 상기 2개의 동일한 폴디드 오픈-엔디드 스터브의 반대측에 위치하도록 상기 트리플-모드 공진기의 중앙에 추가된다. 상기 추가된 1/4파(1/4 λ3) 오픈-엔디드 스터브의 길이를 합리적으로 제어함으로써, 쿼드-모드 공진기가 얻어질 수 있다. 이때, 상기 추가된 오픈-엔디드 스터브를 "T"자 형태로 폴드함으로써 사이즈를 줄일 수 있다.
여기서, λ1, λ2, λ3는 앞서 언급된 각 단계에서 원하는 공진 주파수에 상응하는 각각의 주파수를 나타낸다.
즉, 스터브의 길이 a, b, c 및 제2 간극(s2)의 동시적 제어를 통해서, 원하는 쿼드-모드 공진기가 제조될 수 있다.
앞에서 언급한 각 단계에서 스터브를 형성하는 마이크로스트립 라인의 폭(w1)은 변하지 않고 일정하게 유지된다.
도 8은 제2 쿼드-모드 공진기(20)의 파라미터는 일정하게 하고, 도 3(a)에 도시된 제1 쿼드-모드 공진기(10)의 제1-1 스터브(11)의 길이 a의 변화에 따른 듀얼 밴드패스 필터(1)의 반사손실(S11) 특성을 시뮬레이션 한 예를 도시한 것이다.
도 8을 참조하면, 제2 쿼드-모드 공진기(20)의 파라미터는 일정하게 하고, 제1 쿼드-모드 공진기(10)의 제1-1 스터브(11)의 길이 a를 각각 22.0, 22.1, 22.2, 22.3mm로 증가하도록 변경하였을 경우, 제2 쿼드-모드 공진기(20)가 담당하는 상위 패스 밴드의 주파수 특성을 변하지 않으나, 제1 쿼드-모드 공진기(10)가 담당하는 하위 패스 밴드의 주파수 특성이 점점 변화되는 것을 알 수 있다.
도 9는 제2 쿼드-모드 공진기(20)의 파라미터는 일정하게 하고, 도 3(a)에 도시된 제1 쿼드-모드 공진기(10)의 제1-2 스터브(12)의 길이 b의 변화에 따른 듀얼 밴드패스 필터(1)의 반사손실(S11) 특성을 시뮬레이션 한 예를 도시한 것이다.
도 10은 제2 쿼드-모드 공진기(20)의 파라미터는 일정하게 하고, 도 3(a)에 도시된 제1 쿼드-모드 공진기(10)의 제1-3 스터브(13)의 길이 c의 변화에 따른 듀얼 밴드패스 필터(1)의 반사손실(S11) 특성을 시뮬레이션 한 예를 도시한 것이다.
도 11은 제2 쿼드-모드 공진기(20)의 파라미터는 일정하게 하고, 도 3(a)에 도시된 제1 쿼드-모드 공진기(10)의 제1-2 스터브(12) 및 제1-3 스터브(13) 사이 간극 s2의 변화에 따른 듀얼 밴드패스 필터(1)의 반사손실(S11) 특성을 시뮬레이션 한 예를 도시한 것이다.
따라서, 도 8 내지 도 11을 참조하면, 제2 쿼드-모드 공진기(20)의 파라미터는 일정하게 하고, 제1 쿼드-모드 공진기(10)의 파라미터들만 변경할 경우, 제2 쿼드-모드 공진기(20)가 담당하는 상위 패스 밴드의 특성은 변하지 않고, 제1 쿼드-모드 공진기(10)가 담당하는 하위 패스 밴드의 주파수 특성만 변화되는 것을 확인할 수 있다.
여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 두 개의 쿼드-모드 공진기를 포함하는 듀얼 밴드패스 필터(1)는 각 쿼드-모드 공진기 간에 파라미터 변화에 대하여는 서로 간섭 영향을 가지지 않는 것을 확인하였다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상술한 설계 절차에 따라 다음과 같은 제원으로 두 개의 쿼드-모드 공진기를 포함하는 듀얼 밴드패스 필터(1)가 제조된다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 두 개의 쿼드-모드 공진기를 포함하는 듀얼 밴드패스 필터의 제원을 도시한 것이다.
도 12를 참조하면, 제1 입력 스터브(31)의 수직 입력변(31a)의 길이는 14.1mm, 제1 입력 스터브(31)의 수평 입력변(31b)의 길이는 7.9mm, 제2 입력 스터브(32)의 수평 입력변의 길이는 8.5mm이며, 상기 제1, 제2 입력 스터브(31, 32)의 마이크로 스트립 라인의 폭은 0.2mm이다. 또한, 제1, 제2 출력 스터브(41, 42)는 중심 수직선(Y)을 중심으로 제1, 제2 입력 스터브(31, 32)에 대해 대칭 구조를 갖는다. 따라서, 제1, 제2 출력 스터브(41, 42)의 마이크로 스트립 라인의 폭은 0.2mm이다.
또한, 입력포트(30) 및 출력포트(40) 각각의 스트립 라인의 폭은 1.5mm이고, 입력포트(30) 및 출력포트(40) 각각의 스트립 라인의 길이는 6mm이다.
도 12를 참조하면, 제1 쿼드-모드 공진기(10)의 마이크로 스트립 라인의 폭은 1mm이고, 제1-1 스터브(11)의 좌측 수평변의 길이는 10.7mm, 제1-1 스터브(11)의 좌측 수직변의 길이는 11mm, 제1-2 스터브(12)의 제1 좌측 수직변의 길이는 8mm, 제1-2 스터브(12)의 좌측 수평변의 길이는 7mm, 제1-2 스터브(12)의 제2 좌측 수직변의 길이는 6mm, 제1-4 스터브(14)의 중심 수직변의 길이는 5mm, 제1-4 스터브(14)의 좌측 수평변의 길이는 14.5mm, 제1-4 스터브(14)의 좌측 수직변의 길이는 3.2mm이다.
이에 대해, 제2 쿼드-모드 공진기(20)의 마이크로 스트립 라인의 폭은 1mm이고, 제2-1 스터브(21)의 좌측 수평변의 길이는 9.1mm, 제2-1 스터브(21)의 좌측 수직변의 길이는 5.3mm, 제2-2 스터브(22)의 제1 좌측 수직변의 길이는 5.5mm, 제2-2 스터브(22)의 좌측 수평변의 길이는 6.6mm, 제2-2 스터브(22)의 제2 좌측 수직변의 길이는 4.3mm, 제2-4 스터브(24)의 중심 수직변의 길이는 4mm, 제2-4 스터브(24)의 좌측 수평변의 길이는 7.8mm이다.
도 12를 참조하면, 제2 간극(s2)은 1.6mm, 상기 제3 간극(s3)은 0.8mm이다.
상술한 각 치수들은 실제 제작 시 ±5%의 제조 오차를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 두 개의 쿼드-모드 공진기를 포함하는 듀얼 밴드패스 필터(1)는 유전 상수 2.54, 두께 0.54mm, 손실 탄젠트 0.002인 테프론 기판상에 상술한 제원을 갖는 제1, 2 쿼드-모드 공진기(10, 20)가 형성되어 제조될 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 두 개의 쿼드-모드 공진기를 포함하는 듀얼 밴드패스 필터(1)의 이미지 및 주파수 특성을 도시한 것이다.
본 발명의 실시예들에 따라 제조된 두 개의 쿼드-모드 공진기를 포함하는 듀얼 밴드패스 필터(1)의 전체 크기는 30mm ㅧ 25.5mm (실제 제조 시에는 ±5%의 제조 오차를 가질 수 있음)로 제조될 수 있다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 두 개의 쿼드-모드 공진기를 포함하는 듀얼 밴드패스 필터(1)의 하위 주파수 밴드 대역에서의 비대역폭(fractional band width)은 17.5%이며, 0.87dB의 낮은 삽입손실(insertion loss)을 가지는 것으로 측정된다. 상기 듀얼 밴드패스 필터(1)의 하위 주파수 대역의 중심 주파수는 2.4 GHz이다.
또한, 상기 밴드패스 필터(1)의 삽입손실(insertion loss)은 1.4dB이며, 상위 주파수 밴드 대역에서의 비대역폭(fractional band width)은 16%인 것으로 측정된다. 상위 주파수 대역의 중심 주파수는 3.5 GHz이다.
도 13을 참조하면, 본 실시예에 따라 제조된 두 개의 쿼드-모드 공진기를 포함하는 듀얼 밴드패스 필터(1)는 총 4개의 전송 영점, 즉 2.09 GHz, 2.67 GHz, 3.18 GHz, 4.14 GHz의 전송 영점(transmission zero, or TZ)을 가지며, -20dB보다 작은 감쇄 수준을 갖는 것으로 측정된다. 이를 통해 컷오프(cut-off) 반응이 크게 향상될 수 있다.
표 1은 종래의 유사한 필터와 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 두 개의 쿼드-모드 공진기를 포함하는 듀얼 밴드패스 필터(1)를 비교한 것이다.
Figure 112015020065014-pat00006
[1]은「Z. Yao, C. Wang, and N. Y. Kim, A compact dual-mode dual-band bandpass filter using stepped-impedance open-loop resonators and center-loaded resonators, Microwave and Optical Technology Letters, vol. 55, no. 12, pp. 3000-3005, Dec. 2013」의 내용을 참조한 것임
[2]는 「Y. Li, C. Wang, and N. Y. Kim, Compact and high-selectivity dual-band bandpass filter with tunable passband for WiMAX and WLAN applications, Microwave and Optical Technology Letters, vol. 55, no. 9, pp. 2106-2110, Sep. 2013.」의 내용을 참조한 것임
[6]은「T. S. King, and S. H. Tiong, Compact dualband bandpass filter using triple-mode stub loaded resonator, IEEE International RF and Microwave Conference, Penang, Malaysia, pp. 30-33, Dec. 2013.」의 내용을 참조한 것임
[7]은「H. W. Liu, S. Li, and B. P. Ren, Microstrip dual-band bandpass filter with E-shaped multimode resonator, Electronics Letters, vol. 49, no. 14, pp. 887-888, Jul. 2013.」의 내용을 참조한 것임
[9]는「S. J. Sun, T. Su, K. Deng, B. Wu, and C. H. Liang, Compact microstrip dual-band bandpass filter using a novel stub-loaded quad-mode resonator, IEEE Microwave and Wireless Components Letters, vol. 23, no. 9, pp. 465-467, Sep. 2013.」의 내용을 참조한 것임
[10]은「L. Gao, and X. Y. Zhang, High-selectivity dual-band bandpass filter using a quad-mode resonator with source-load coupling, IEEE Microwave and Wireless Components Letters, vol. 23, no. 9, pp. 474-476, Sep. 2013.」의 내용을 참조한 것임
[11]은「L. Lin, S. J. Sun, B. Wu, and C. H. Liang, Dual-band bandpass filter with wide upper stopband using quad-mode stepped impedance stub-loaded resonator, Electronics Letters, vol. 50, no. 16, pp. 1145-1146, Jul. 2014.」의 내용을 참조한 것임
표 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 두 개의 쿼드-모드 공진기를 포함하는 듀얼 밴드패스 필터(1)는 종래 기술들과 비교하여 모든 동작 주파수 밴드에서 낮은 삽입손실을 가지며 넓은 비대역폭(fractional band width, or FBW)을 가지는 것을 알 수 있다.
또한, 본 실시예에 따라 제조된 두 개의 쿼드-모드 공진기를 포함하는 듀얼 밴드패스 필터(1)는 각각의 쿼드-모드 공진기가 4개의 트랜스미션 폴(transmission pole) 조건을 만족하는 주파수 특성을 가지며, 이를 통해 종래의 듀얼-모드, 트리플-모드, 쿼드-모드 공진기들에 비해 넓은 동작 대역폭 특성을 가진다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 비아(via) 구조를 사용하지 않고 2개의 주파수 밴드에서 낮은 삽입손실을 가지는 두 개의 쿼드-모드 공진기를 포함하는 듀얼 밴드패스 필터를 하나의 평면으로 구현할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 두 개의 쿼드-모드 공진기를 포함하는 듀얼 밴드패스 필터(1)는 WLAN, WiMAX 등의 응용에 적합하게 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 두 개의 쿼드-모드 공진기를 포함하는 듀얼 밴드패스 필터(1)는 마이크로스트립 라인의 폭이 동일하고 비아(via)를 사용하지 않기 때문에 종래의 쿼드-모드 듀얼 필터에 비하여 제조 공정 비용을 줄일 수 있어서 경제적이다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
1: 두 개의 쿼드-모드 공진기를 포함하는 듀얼 밴드패스 필터
10: 제1 쿼드-모드 공진기
11, 12, 13, 14: 제1 쿼드-모드 공진기의 각 스터브
20: 제2 쿼드-모드 모드 공진기
21, 22, 23, 24: 제2 쿼드-모드 공진기의 각 스터브
30: 입력포트
31: 제1 입력 스터브
31a: 수직 입력변
31b: 수평 입력변
32: 제2 입력 스터브
40: 출력포트
41: 제1 출력 스터브
41a: 수직 출력변
41b: 수평 입력변
42: 제2 출력 스터브
s1: 제1 간극
s2: 제2 간극
s3: 제3 간극
3g: 제4 간극

Claims (20)

  1. 두 개의 쿼드-모드 공진기를 포함하는 듀얼 밴드패스 필터로서,
    상기 듀얼 밴드패스 필터는,
    하위 주파수 패스 대역을 가지는 제1 쿼드-모드 공진기;
    상기 제1 쿼드-모드 공진기로부터 제1 간극(s1)을 유지하도록 가상의 중심 수평선(X)을 기준으로 상기 제1 쿼드-모드 공진기의 하측에 비대칭 구조로 형성되며, 상위 주파수 패스 대역을 가지는 제2 쿼드-모드 공진기; 및
    입력포트(30)와 연결되며 가상의 중심 수직선(Y)의 일측에 형성되는 제1 입력 스터브(31), 상기 입력포트와 연결되며 상기 중심 수직선의 일측에 형성되는 제2 입력 스터브(32), 출력포트(40)와 연결되며 상기 중심 수직선의 타측에 형성되는 제1 출력 스터브(41), 상기 출력포트와 연결되며 상기 중심 수직선의 타측에 형성되는 제2 출력 스터브(42)로 이루어지는 입출력 라인을 포함하되,
    상기 듀얼 밴드패스 필터는 하나의 기판상에 마이크로스트립 라인의 평면 배치 구조로 형성되며,
    상기 제1 쿼드-모드 공진기(10)는,
    하측변이 오픈된 구형 구조의 제1-1 스터브(11);
    상기 제1-1 스터브의 내측 공간에 형성되되, 상기 제1-1 스터브의 하측변에서 수직 하방으로 연장되어 좌측과 수직 상방으로 각각 폴디드됨으로써, 상측변이 오픈된 구형 구조로 형성되는 폴디드 오픈 엔디드(folded open-ended) 형상의 제1-2 스터브(12);
    상기 중심 수직선을 중심으로 상기 제1-2 스터브와 제2 간극(s2)이 유지되도록 대칭 구조로 형성되는 제1-3 스터브(13); 및
    상기 제1-1 스터브의 상측변의 중심에서 수직 상방으로 연장되어, 상기 제1-1 스터브의 외곽을 따라 연장 형성되는 제1-4 스터브(14)를 포함하는 것을 특징으로 하는 두 개의 쿼드-모드 공진기를 포함하는 듀얼 밴드패스 필터.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1-2 스터브(12)는,
    상기 제1-1 스터브의 하측변의 중심에서 좌측으로 제2-1 간극을 가지고 내측에서 접속되어 수직 하방으로 연장되며, 상기 수직 하방으로 연장된 부분이 좌측으로 폴디드되어 연장되며, 상기 폴디드되어 연장된 부분이 다시 수직 상방으로 폴디드되어 연장되도록 형성되며,
    상기 제1-3 스터브는,
    상기 제1-1 스터브의 하측변의 중심에서 우측으로 제2-2 간극을 가지고 내측에서 접속되어 수직 하방으로 연장되며, 상기 수직 하방으로 연장된 부분이 우측으로 폴디드되어 연장되며, 상기 폴디드되어 연장된 부분이 다시 수직 상방으로 폴디드되어 연장되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 두 개의 쿼드-모드 공진기를 포함하는 듀얼 밴드패스 필터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1-4 스터브는,
    상기 제1-1 스터브의 상측변의 중심에서 수직 상방으로 연장되고, 다시 상기 중심 수직선을 기준으로 좌우로 폴디드되어 수평하게 연장되되, 좌우로 연장된 부분의 양단부가 다시 수직 하방으로 폴디드되어 연장되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 두 개의 쿼드-모드 공진기를 포함하는 듀얼 밴드패스 필터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 쿼드-모드 공진기(20)는,
    상측변이 오픈된 구형 구조의 제2-1 스터브(21);
    상기 제2-1 스터브의 내측 공간에 형성되되, 상기 제2-1 스터브의 상측변에서 수직 상방으로 연장되어 좌측과 수직 하방으로 각각 폴디드됨으로써, 하측변이 오픈된 구형 구조로 형성되는 폴디드 오픈 엔디드(folded open-ended) 형상의 제2-2 스터브(22);
    상기 중심 수직선을 중심으로 상기 제2-2 스터브와 제3 간극(s3)이 유지되도록 대칭 구조로 형성되는 제2-3 스터브(23); 및
    상기 제2-1 스터브의 하측변의 중심에서 수직 하방으로 연장되어, 상기 제2-1 스터브의 외곽을 따라 연장 형성되는 제2-4 스터브(24)를 포함하는 것을 특징으로 하는 두 개의 쿼드-모드 공진기를 포함하는 듀얼 밴드패스 필터.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2-2 스터브(22)는,
    상기 제2-1 스터브의 상측변의 중심에서 좌측으로 제3-1 간극을 가지고 내측에서 접속되어 수직 상방으로 연장되며, 상기 수직 상방으로 연장된 부분이 좌측으로 폴디드되어 연장되며, 상기 폴디드되어 연장된 부분이 다시 수직 하방으로 폴디드되어 연장되도록 형성되며,
    상기 제2-3 스터브(23)는,
    상기 제2-1 스터브의 상측변의 중심에서 우측으로 제3-2 간극을 가지고 내측에서 접속되어 수직 상방으로 연장되며, 상기 수직 상방으로 연장된 부분이 우측으로 폴디드되어 연장되며, 상기 폴디드되어 연장된 부분이 다시 수직 하방으로 폴디드되어 연장되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 두 개의 쿼드-모드 공진기를 포함하는 듀얼 밴드패스 필터.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제2-4 스터브는,
    상기 제2-1 스터브의 하측변의 중심에서 수직 하방으로 연장되고, 다시 상기 중심 수직선을 기준으로 좌우로 폴디드되어 수평하게 연장되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 두 개의 쿼드-모드 공진기를 포함하는 듀얼 밴드패스 필터.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 제1 쿼드-모드 공진기의 상기 제1-1 스터브의 종단부는 상기 제2 쿼드-모드 공진기의 상기 제2-1 스터브(21)의 종단부에 대해 제4 간극(3g)이 유지되도록 이격되게 형성되는 것을 특징으로 하는 두 개의 쿼드-모드 공진기를 포함하는 듀얼 밴드패스 필터.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 제1 입력 스터브는,
    상기 입력포트로부터 상방으로 수직 연장되어 상기 제2-1 스터브의 외곽 및 상기 제1-1 스터브의 내곽을 따라 수직 연장되는 수직 입력변과, 상기 수직 입력변에서 우측으로 폴디드되어 상기 제1-1 스터브의 내곽을 따라 수평 연장되는 수평 입력변으로 형성되며,
    상기 제2 입력 스터브는,
    상기 입력포트로부터 상기 중심 수직선에 직교하도록 우측으로 수평 연장되어 상기 제2-1 스터브의 외곽을 따라 연장되도록 형성되며,
    상기 제1 출력 스터브는,
    상기 출력포트로부터 수직 상방으로 연장되어 상기 제2-1 스터브의 외곽 및 상기 제1-1 스터브의 내곽을 따라 수직 연장되는 수직 출력변과, 상기 수직 출력변에서 좌측으로 폴디드되어 상기 제1-1 스터브의 내곽을 따라 수평 연장되는 수평 출력변으로 형성되며,
    상기 제2 출력 스터브는,
    상기 출력포트로부터 상기 중심 수직선에 직교하도록 좌측으로 수평 연장되어 상기 제2-1 스터브의 외곽을 따라 연장되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 두 개의 쿼드-모드 공진기를 포함하는 듀얼 밴드패스 필터.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 입력 스터브의 상기 수직 입력변의 길이는 14.1mm, 상기 제1 입력 스터브의 상기 수평 입력변의 길이는 7.9mm, 상기 제2 입력 스터브의 상기 수평 입력변의 길이는 8.5mm이며, 상기 제1, 제2 입력 스터브의 마이크로 스트립 라인의 폭은 0.2mm이며(상기 치수는 ±5%의 오차 범위를 가짐),
    상기 제1, 제2 출력 스터브는 상기 중심 수직선을 중심으로 상기 제1, 제2 입력 스터브에 대해 대칭 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 두 개의 쿼드-모드 공진기를 포함하는 듀얼 밴드패스 필터.
  11. 제5항에 있어서,
    상기 제1 쿼드-모드 공진기의 마이크로 스트립 라인의 폭은 1mm이고, 상기 제1-1 스터브의 좌측 수평변의 길이는 10.7mm, 상기 제1-1 스터브의 좌측 수직변의 길이는 11mm, 상기 제1-2 스터브의 제1 좌측 수직변의 길이는 8mm, 상기 제1-2 스터브의 좌측 수평변의 길이는 7mm, 상기 제1-2 스터브의 제2 좌측 수직변의 길이는 6mm, 상기 제1-4 스터브의 중심 수직변의 길이는 5mm, 상기 제1-4 스터브의 좌측 수평변의 길이는 14.5mm, 상기 제1-4 스터브의 좌측 수직변의 길이는 3.2mm인 것(상기 치수는 ±5%의 오차 범위를 가짐)을 특징으로 하는 두 개의 쿼드-모드 공진기를 포함하는 듀얼 밴드패스 필터.
  12. 제5항에 있어서,
    상기 제2 쿼드-모드 공진기의 마이크로 스트립 라인의 폭은 1mm이고, 상기 제2-1 스터브의 좌측 수평변의 길이는 9.1mm, 상기 제2-1 스터브의 좌측 수직변의 길이는 5.3mm, 상기 제2-2 스터브의 제1 좌측 수직변의 길이는 5.5mm, 상기 제2-2 스터브의 좌측 수평변의 길이는 6.6mm, 상기 제2-2 스터브의 제2 좌측 수직변의 길이는 4.3mm, 상기 제2-4 스터브의 중심 수직변의 길이는 4mm, 상기 제2-4 스터브의 좌측 수평변의 길이는 7.8mm인 것(상기 치수는 ±5%의 오차 범위를 가짐)을 특징으로 하는 두 개의 쿼드-모드 공진기를 포함하는 듀얼 밴드패스 필터.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 입력포트 및 상기 출력포트 각각의 스트립 라인의 폭은 1.5mm이고, 상기 입력포트 및 상기 출력포트 각각의 스트립 라인의 길이는 6mm인 것(상기 치수는 ±5%의 오차 범위를 가짐)을 특징으로 하는 두 개의 쿼드-모드 공진기를 포함하는 듀얼 밴드패스 필터.
  14. 제5항에 있어서,
    상기 제2 간극은 1.6mm, 상기 제3 간극은 0.8mm인 것(상기 치수는 ±5%의 오차 범위를 가짐)을 특징으로 하는 두 개의 쿼드-모드 공진기를 포함하는 듀얼 밴드패스 필터.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 밴드패스 필터는 유전 상수 2.54, 두께 0.54mm, 손실 탄젠트 0.002인 테프론 기판 상에 형성되며, 상기 밴드패스 필터의 전체 크기는 30mm ㅧ 25.5mm(상기 치수는 ±5%의 오차 범위를 가짐)인 것을 특징으로 하는 두 개의 쿼드-모드 공진기를 포함하는 듀얼 밴드패스 필터.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 밴드패스 필터의 하위 주파수 밴드 대역에서의 비대역폭(fractional band width)은 17.5%이며, 삽입손실(insertion loss)은 0.87dB인 것을 특징으로 하는 두 개의 쿼드-모드 공진기를 포함하는 듀얼 밴드패스 필터.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 밴드패스 필터의 상위 주파수 밴드 대역에서의 비대역폭(fractional band width)은 16%이며, 삽입손실(insertion loss)은 1.4dB인 것을 특징으로 하는 두 개의 쿼드-모드 공진기를 포함하는 듀얼 밴드패스 필터.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 밴드패스 필터의 하위 주파수 대역의 중심 주파수는 2.4 GHz이고, 상기 밴드패스 필터의 상위 주파수 대역의 중심 주파수는 3.5 GHz인 것을 특징으로 하는 두 개의 쿼드-모드 공진기를 포함하는 듀얼 밴드패스 필터.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 제1 쿼드-모드 공진기는 2.17 GHz, 2.35 GHz, 2.58 GHz, 2.64 GHz의 공진 주파수를 가지는 것을 특징으로 하는 두 개의 쿼드-모드 공진기를 포함하는 듀얼 밴드패스 필터.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 밴드패스 필터는 2.09 GHz, 2.67 GHz, 3.18 GHz, 4.14 GHz의 전송 영점(transmission zero)을 가지는 것을 특징으로 하는 두 개의 쿼드-모드 공진기를 포함하는 듀얼 밴드패스 필터.
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Haiwen Liu외 5인, "Quad-Band Bandpass Filter Using Quad-Mode Stub-loaded Resonators", ETRI Joural, Vol-36, No-4, 2014년8월.*
Ker Chia Lee외 2인, "Compact Dual-band Filter Using Quadruple-Mode Resonator for WLANs", Proceedings of APMC 2012, Kaohsiung, Taiwan, 2012년12월.*
Wei Shen외 2인, "A Novel Microstrip Filter Using Three-Mode Stepped Impedance Resonator (TSIR)", IEEE MICROWAVE AND WIRELESS COMPONENTS LETTERS, VOL-19, NO-12, 2009년12월.*

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