KR101740805B1 - 가변 대역 통과 필터 장치 - Google Patents

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KR101740805B1
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Abstract

본 발명은 대역 통과 필터를 이용한 가변 대역 통과 필터 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 가변 대역 통과 필터 장치는, 수신채널의 변경에 연동하여, 회전 각을 결정하는 연산부, 복수의 튜닝 암을 장착하는 단일의 축을, 상기 회전 각 만큼 회전시키는 제어부 및 상기 축의 회전에 의해, 공진기를 중첩하는 상기 복수의 튜닝 암의 영역 변화에 기초하여, 대역 통과 필터에 대한 공진 주파수를 가변하는 가변부를 포함할 수 있다.

Description

가변 대역 통과 필터 장치{DEVICE FOR TUNABLE STRUCTURE OF BAND PASS FILTER}
본 발명은 대역 통과 필터를 이용한 가변 대역 통과 필터 장치에 관한 것이다.
공항에서 사용하는 TACAN(TACtical Air Navigation)과 DME 시스템(Distance measuring Equipment SYSTEM)은, 항공기에 방위 및 거리 정보를 제공하는 역할을 한다. 수신 감도 및 주파수 선택도를 향상하기 위하여, 이러한 TACAN 및 DME 시스템과 같은 항행 장비는 수신채널에 대한 대역 통과 필터를 사용하고 있다.
그러나 설치된 장소의 전파 환경 또는 전략 상의 이유로 사용하는 채널을 변경하고자 할 때에는, 항행 장비에 사용된 고정형의 대역 통과 필터를 교체해야만 채널변경이 가능할 수 있다. 예컨대, 항행 장비를 설치한 장소를 변경하거나 전시 상황에서 임의의 채널을 사용하고자 등의, 수신채널을 변경해야 하는 경우, 고정형의 대역 통과 필터를 사용하는 종래의 항행 장비에서는, 대역 통과 필터를 교체해야 채널변경이 가능할 수 있다.
또한, 가변형의 대역 통과 필터를 사용하는 경우에는, 항행 장비로부터 기존에 사용되던 대역 통과 필터를 분리한 후 교체해야 하는 절차가 필요하게 되어, 많은 인력과 비용을 소모시킬 수 있다. 또한, 가변 대역 통과 필터는 초기 통과 대역을 설정하기 번거로울 수 있으며 기구적인 안정성이 미흡하여 수리 및 교체에 따른 비용발생이 생길 수 있다.
또한, 항행 장비에 고정형의 대역 통과 필터를 사용하는 경우에는, 사용되는 채널(주파수)에 따라 송신되어 오는 신호가 수신기로 유입되는 격리 특성이 다르다. 그러므로, 특정 채널을 사용하는 항행 장비에서, 수신 감도가 떨어진다는 문제점이 발생할 수 있다.
그러므로, 종래의 항행 장비에서 채널 변경을 하기 위한 장치에 있어서, 대역 통과 필터를 교체하지 않고도 통과 대역이 가변될 수 있는 기술의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 회전 각에 따라 튜닝 암을 회전시켜 캐비티의 공진 주파수를 가변함으로써, 항행 장비에서 별도의 필터 교체 없이 기존의 필터를 사용하면서 통과 대역의 주파수를 가변할 수 있는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 이루기 위한 가변 대역 통과 필터 장치는, 수신채널의 변경에 연동하여, 회전 각을 결정하는 연산부, 복수의 튜닝 암(tuning arm)을 장착하는 단일의 축을, 상기 회전 각 만큼 회전시키는 제어부 및 상기 축의 회전에 의해, 공진기(resonator)를 중첩하는 상기 복수의 튜닝 암의 영역 변화에 기초하여, 대역 통과 필터에 대한 공진 주파수를 가변하는 가변부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 회전 각에 따라 튜닝 암을 회전시켜 캐비티의 공진 주파수를 가변함으로써, 항행 장비에서 별도의 필터 교체 없이 기존의 필터를 사용하면서 통과 대역의 주파수를 가변할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 가변 대역 통과 필터 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 대역 통과 필터를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 튜닝 암을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 다섯 단의 캐비티를 포함하는 대역 통과 필터를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 대역 통과 필터를 포함하는 가변 대역 통과 필터 장치를 구성하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 항행 장비에서의 모드 및 채널별 할당된 주파수를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 공진 주파수 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일실예에 따른 대역 통과 필터에 대한 주파수 특성을 나타내는 도면이다.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
본 명세서에서 설명되는 가변 대역 통과 필터 장치는 튜닝 암을 이용하여 캐비티 내 커패시턴스 값을 가변시켜 채널 변경을 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 가변 대역 통과 필터 장치를 나타내는 블록도이다.
본 발명의 가변 대역 통과 필터 장치(100)는 연산부(110), 제어부(120) 및 가변부(130)를 포함할 수 있다.
연산부(110)는 수신채널의 변경에 연동하여, 회전 각을 결정한다. 즉, 연산부(110)는 수신하는 채널(주파수)이 변경됨에 따라, 상기 채널에 대응하는 회전 각을 결정할 수 있다.
여기서, 대역 통과 필터는 n개(n은 2 이상의 자연수)의 캐비티(cavity)를 포함할 수 있다. 이때, 연산부(110)는 상기 튜닝 암(tuning arm) 각각이, 상기 캐비티가 갖는 곡률 이내에서 움직이도록 상기 회전 각을 결정할 수 있다. 즉, 대역 통과 필터는 적어도 2개의 캐비티를 포함할 수 있으며, 이때 연산부(110)는 튜닝 암 각각이 캐비티가 갖는 곡률을 고려하여 회전 각을 결정할 수 있다. 대역 통과 필터 장치의 보다 상세한 구조적인 설명을 위하여 하기 도 2 및 도 3을 참조하여 설명하고자 한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 대역 통과 필터를 나타내는 도면이다.
대역 통과 필터는 2개 이상의 캐비티를 포함할 수 있으나, 도 2에서는 1개의 캐비티에 대하여 설명하고자 한다. 즉, 대역 통과 필터는 도 2에서 설명하는 캐비티를 복수 개 포함할 수 있다.
도 2의 (a)는 측면에서의 캐비티(210)를 도시한 도면이고, 도 2의 (b)는 상면에서의 캐비티(210)를 도시한 도면이다. 캐비티(210)는 튜닝 암(220) 및 공진기(230)를 포함할 수 있다. 복수의 캐비티(210)를 모두 덮는 하나의 뚜껑(빗금)은 튜닝 암(220)이 캐비티가 갖는 곡률 이내에서 움직일 수 있도록 일부분에 구멍이 뚫려있는 구조일 수 있다. 가변 대역 통과 필터 장치(100)는 캐비티(210) 내 튜닝 암(220)을 상하 또는 좌우로 이동시켜 공진기(230) 및 그라운드 간의 커패시턴스(capacitance) 값을 변화시킬 수 있다. 이에 대한 보다 상세한 설명은 제어부(120) 설명으로 대체하고자 한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 튜닝 암을 나타내는 도면이다.
튜닝 암(320) 각각은 캐비티(310) 내에 위치하는 공진기(330)를 수평 방향으로 덮는 머리부재(321) 및 머리부재(321)를 공진기(330)로부터 수직 방향으로 이격시켜 축에 장착하는 팔부재(322)를 포함할 수 있다. 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 튜닝 암(320)은 머리부재(321)와 팔부재(322)를 포함할 수 있는데, 머리부재(321)는 공진기(330)의 상단과 수평하게 위치할 수 있고, 팔부재(322)는 공진기(330)의 상단으로부터 머리부재(321)가 이격되도록, 머리부재(321)를 축에 장착할 수 있다.
이때, 머리부재(321)는 가변하는 공진 주파수의 크기를 고려하여, 그 면적을 조정할 수 있다. 도 3의 (b)와 같이, 가변 대역 통과 필터 장치(100)는 머리부재(321)의 면적에 따라 공진 주파수를 다르게 가변할 수 있다. 머리부재(321)의 면적이 넓을수록 커패시턴스 값이 증가할 수 있다.
예컨대, 가변하고자 하는 공진 주파수의 크기가 비교적 큰 경우, 본 발명의 운영자는, 머리부재(321)의 면적이 확대 조정되도록 설계할 수 있다. 반면, 가변하고자 하는 공진 주파수의 크기가 비교적 작은 경우, 본 발명의 운영자는, 머리부재(321)의 면적을 유지하거나, 축소 조정되도록 설계할 수도 있다.
다시 도 1을 설명하면, 제어부(120)는 복수의 튜닝 암을 장착하는 단일의 축을, 상기 회전 각만큼 회전시킨다. 즉, 제어부(120)는 2개 이상으로 구성된 캐비티 내 튜닝 암이, 회전 각 만큼 회전시킬 수 있다.
도 2의 (b)를 참고하여 설명하면, 제어부(120)는 튜닝 암(220)이 회전 각만큼 회전되도록 축을 회전시킬 수 있다.
또한, 제어부(120)는 상기 공진기의 상단으로부터 설정된 거리로 이격되는 상기 튜닝 암을 평행하게 이동하도록 상기 축을 회전시킬 수 있다. 즉, 제어부(120)는 공진기를 수평 방향으로 덮는 머리부재가 평행하게 회전 각만큼 이동하도록 축을 좌우로 회전시킬 수 있다.
도 2의 (b)를 참고하여 설명하면, 제어부(120)는 튜닝 암(220)이 공진기(230) 상면을 평행하게 이동하도록 좌우로 축을 회전시킬 수 있다.
가변부(130)는 상기 축의 회전에 의해, 공진기를 중첩하는 상기 복수의 튜닝 암의 영역 변화에 기초하여, 대역 통과 필터에 대한 공진 주파수를 가변한다. 즉, 가변부(130)는 축이 회전하여 튜닝 암이 공진기와 중첩되는 영역이 변화됨에 따라, 영역 변화에 기초하여 공진 주파수를 가변할 수 있다. 예를 들면, 회전 각에 따라 튜닝 암이 공진기와 중첩되는 영역이 50%일 때와 100%일 때, 가변부(130)는 두 영역 변화에 기초하여 서로 다른 공진 주파수로 가변할 수 있다.
또한, 가변부(130)는 튜닝 암이 공진기 위를 평행하게 움직임에 따라, 서로간의 병렬 커패시턴스 값을 가변할 수 있다. 이때, 가변부(130)는 대역 통과 필터 내 캐비티의 공진주파수를 수학식 1의 등가 회로수식에 의해 결정할 수 있다.
Figure 112015082666503-pat00001
가변부(130)는 축의 회전에 의해 튜닝 암 및 공진기 간의 병렬 커패시턴스 값을 가변시킬 수 있는데, 이는 수학식 1에서 "L"값은 고정이고 "C" 값을 변화시켜 캐비티의 공진 주파수를 가변하도록 하는 것일 수 있다.
또한, 가변부(130)는 상기 캐비티 각각에서 변화된 커패시턴스 값을 합산하여, 가변할 상기 공진 주파수를 계산할 수 있다. 즉, 가변부(130)는 복수의 캐비티에서 각각 변화되는 커패시턴스 값을 합산하여 공진 주파수를 가변할 수 있다.
또한, 가변부(130)는 상기 공진기와 상기 튜닝 암 간의 이격 거리를 더 고려하여, 상기 공진 주파수를 가변할 수 있다. 다시 말해, 튜닝 암이 상하로 회전됨에 따라, 튜닝 암과 공진기 사이의 이격 거리(영역 변화)가 발생하고, 가변부(130)는 이격 거리에 따라 공진 주파수를 가변할 수 있다.
또한, 가변부(130)는 회전하는 상기 튜닝 암과 공진기 사이의 커패시턴스 값을 변화시켜, 상기 대역 통과 필터의 공진 주파수를 가변할 수 있다. 즉, 가변부(130)는 캐비티 안의 회전하는 튜닝 암과 공진기 사이에서 발생하는 영역 변화에 따라, 커패시턴스 값을 변화시켜 대역 통과 필터에 대한 공진 주파수를 가변할 수 있다.
도 2의 (b)를 참고하여 설명하면, 가변부(130)는 튜닝 암(220)과 공진기(230) 사이의 영역 변화(240)에 기초하여 변화시킨 커패시턴스 값에 따라 대역 통과 필터의 통과 대역을 가변할 수 있다.
이때, 각 캐비티에서의 커패시턴스 값은 균등하게 변화할 수 있다. 즉, 복수의 캐비티 내에서의 커패시턴스 값은 일정하게 변화할 수 있다.
또한, 가변부(130)는 위상 고정 루프(PLL: Phase Locked Loop) 신호를 이용하여, 상기 수신채널이 상기 회전수에 대응하는 채널로 가변되었는지 확인할 수 있다. 즉, 가변부(130)는 내부 PLL 신호를 통해 대역 통과 필터의 통과 대역이 가변하고자 하는 수신채널로 가변되었는지 확인할 수 있다.
이러한, 본 발명의 가변 대역 통과 필터 장치(100)에 따르면, 회전 각에 따라 튜닝 암을 회전시켜 캐비티의 공진 주파수를 가변함으로써, 항행 장비에서 별도의 필터 교체 없이 기존의 필터를 사용하면서 통과 대역의 주파수(채널)를 가변할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 다섯 단의 캐비티를 포함하는 대역 통과 필터를 나타내는 도면이다.
도 4에서 대역 통과 필터(400) 내 캐비티(410)가 다섯 단으로 구성된 일례를 설명하나, 이에 한정된 것은 아니다.
대역 통과 필터(400)는 모터에 연결된 축(420)을 포함할 수 있다. 또한, 대역 통과 필터(400)는 축(420)에 연결된 튜닝 암(430)을 다섯 단의 캐비티(410) 내에 포함할 수 있다. 가변 대역 통과 필터 장치(100)는 축(420)을 회전시켜 튜닝 암(430)과 공진기(440) 사이의 커패시턴스 값을 조절할 수 있다. 이때, 가변 대역 통과 필터 장치(100)는 각 캐비티(410)의 공진 주파수를 변화시킬 수 있다. 이로 인하여, 가변 대역 통과 필터 장치(100)는 전체 캐비티(410)에 대한 대역 통과 필터(400)의 통과 대역을 가변할 수 있다.
또한, 대역 통과 필터(400)는 +90도로 회전되어 장착될 수 있다. 이에 대한 보다 상세한 설명은 하기 도 5를 참조하여 설명하고자 한다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 대역 통과 필터를 포함하는 가변 대역 통과 필터 장치를 구성하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
항행 장비(500)에서의 가변 대역 통과 필터 장치(510)는 +90도로 회전된 대역 통과 필터(520)와 연결하여 구성될 수 있다. 이때, 가변 대역 통과 필터 장치(510)는 대역 통과 필터(520)를 구동하는 모터와 연결될 수 있다.
도 6은 항행 장비에서의 모드 및 채널별 할당된 주파수를 도시한 도면이다.
TACAN 또는 DME 시스템에서 수신기의 주파수 통과 대역은, 채널 1 로부터 126을 모드 구분하여 '1025MHz~1150MHz'로 할당될 수 있다. 예컨대 모드 X로 구분된 채널 1 내지 63에 대해 할당된 수신기의 주파수 통과 대역은, 상기 '1025MHz~1150MHz'의 일부인 1025MHz 부터 1087MHz 까지 일 수 있다. 이때 상기 채널 1로 부터 126 각각은 1MHz 스텝으로 구분되어 구성될 수 있다.
따라서, 가변 대역 통과 필터 장치(100)는 도 6에 도시된 주파수 통과 대역에 따라 채널을 변경할 수 있다. 그 결과는 도 7 및 도 8을 참조하여 설명하고자 한다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 공진 주파수 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 7의 (a)는 회전 각에 따른 커패시턴스 값의 변화를 나타낸 도면이다. 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이, 가변 대역 통과 필터 장치(100)는 -16.8deg 부터 +3.0deg에 걸쳐서, 1.016pF 부터 1.042pF 까지 가변할 수 있다.
도 7의 (b)는 회전 각에 따른 주파수의 변화를 나타낸 도면이다. 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이, 가변 대역 통과 필터 장치(100)는 -16.8deg 부터 +3.0deg에 따라, 1150MHz 부터 1025MHz 까지 가변할 수 있다. 이는, 도 6에서 설명한 TACAN 및 DME 시스템에서 수신기의 주파수 통과 대역인 '1025MHz ~ 1150MHz'를 포함할 수 있고, 126MHz의 통과 대역폭을 가지는 결과일 수 있다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 대역 통과 필터에 대한 주파수 특성을 나타내는 도면이다.
가변 대역 통과 필터 장치(100)가 제어 신호에 의해 모터를 회전하고, 각각의 공동 내의 튜닝 암을 회전시키면, 결과적으로 항행 장비의 수신기에서 사용하는 대역 통과 필터의 통과 대역 주파수를 가변시킬 수 있다. 가변 대역 통과 필터 장치(100)에 의해 가변된 대역 통과 필터의 통과 대역은, 도 6에서 설명한 항행 장비의 수신기에 할당된 주파수 통과 대역인 '1025MHz ~ 1150MHz'를 포함할 수 있고, 126MHz 이상의 통과 대역폭을 가질 수 있다.
또한, 가변 대역 통과 필터 장치(100)는 내부 PLL(Phase Locked Loop) 신호를 통해 대역 통과 필터의 통과 대역이 변경이 요청된 수신채널로 가변되었는지 확인할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 방법은 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 실시예를 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. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
100 : 가변 대역 통과 필터 장치
110 : 연산부
120 : 제어부
130 : 가변부

Claims (10)

  1. 수신채널의 변경에 연동하여, 회전 각을 결정하는 연산부;
    복수의 튜닝 암을 장착하는 단일의 축을, 상기 회전 각 만큼 회전시키는 제어부; 및
    상기 축의 회전에 의해, 공진기를 중첩하는 상기 복수의 튜닝 암의 영역 변화에 기초하여, 대역 통과 필터에 대한 공진 주파수를 가변하는 가변부
    를 포함하고,
    상기 대역 통과 필터는 n개(상기 n은 2 이상의 자연수)의 캐비티를 포함하고,
    상기 연산부는,
    상기 튜닝 암 각각이, 상기 캐비티가 갖는 곡률 이내에서 움직이도록 상기 회전 각을 결정하는
    가변 대역 통과 필터 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가변부는,
    상기 캐비티 각각에서 변화된 커패시턴스 값을 합산하여, 가변할 상기 공진 주파수를 계산하는
    가변 대역 통과 필터 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 튜닝 암 각각은,
    상기 캐비티 내에 위치하는 공진기를 수평 방향으로 덮는 머리부재; 및
    상기 머리부재를, 상기 공진기로부터 수직 방향으로 이격시켜 상기 축에 장착하는 팔부재
    를 포함하는 가변 대역 통과 필터 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 머리부재는,
    가변하는 상기 공진 주파수의 크기를 고려하여, 면적을 조정하는
    가변 대역 통과 필터 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 가변부는,
    상기 공진기와 상기 튜닝 암 간의 이격 거리를 더 고려하여, 상기 공진 주파수를 가변하는
    가변 대역 통과 필터 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 공진기의 상단으로부터 설정된 거리로 이격되는 상기 튜닝 암을 평행하게 이동하도록 상기 축을 회전시키는
    가변 대역 통과 필터 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 가변부는,
    회전하는 상기 튜닝 암과 공진기 사이의 커패시턴스 값을 변화시켜, 상기 대역 통과 필터의 공진 주파수를 가변하는
    가변 대역 통과 필터 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    각 캐비티에서의 커패시턴스 값은,
    균등하게 변화하는
    가변 대역 통과 필터 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 가변부는,
    위상 고정 루프 신호를 이용하여, 상기 수신채널이 회전수에 대응하는 채널로 가변되었는지 확인하는
    가변 대역 통과 필터 장치.
KR1020150119965A 2015-08-26 2015-08-26 가변 대역 통과 필터 장치 KR101740805B1 (ko)

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