KR20000035337A

KR20000035337A - 유전체 필터의 자동 특성 조정 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20000035337A
Application number: KR1019990049447A
Authority: KR
Inventors: 안도마사미치; 구보타가즈히코
Original assignee: 무라타 야스타카; 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
Priority date: 1998-11-09
Filing date: 1999-11-09
Publication date: 2000-06-26
Also published as: EP1001483A2; US6437655B1; CN1254965A; DE69929153T2; JP3389868B2; DE69929153D1; CN1132265C; JP2000151229A; EP1001483B1; EP1001483A3

Abstract

본 발명은 유전체 필터의 특성을 단시간에 확실하게 자동 조정하는 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

유전체 필터의 특성 파라미터를 측정하고, 그 특성 파라미터를 이용하여 필터의 설계 등가 회로의 전기 파라미터를 산출하고, 유전체 필터의 특성 조정용 부위를 조정함과 아울러, 상기 조정에 의하여 변화된 전기 파라미터 및 조정량을 이용하여 조정량에 대한 전기 파라미터의 변화량을 나타내는 조정 함수를 산출한다. 그리고 상기 조정 함수에 의한 연립 방정식에 의거하여, 현재의 전기 파라미터와 목표로 하는 전기 파라미터의 차를 이용하여 조정량을 산출하여, 예를 들면 그 50%의 조정을 행한다. 상기 처리를 반복하여 행함으로써, 필터의 특성 파라미터를 순차로 목표값에 가깝게 한다.

Description

유전체 필터의 자동 특성 조정 방법 및 장치{A Method of and an Apparatus for Automatically Adjusting the Characteristics of a Dielectric Filter}

본 발명은 유전체 필터의 특성을 자동 조정하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

전형적인 유전체 필터는 전자계 결합 유전체 공진기로 구성된다. 각 공진기는 유전체 및 그 위의 전극막에 의하여 형성된다.

소망의 특성을 갖는 유전체 필터를 얻기 위하여, 전극 부분 또는 유전체 부분을 절단하여 제거하거나, 조정용 나사를 회전시켜서 유전체 부재 또는 금속 부재를 삽입 또는 제거하는 방법에 의하여 소망의 특성 조정이 행해지고 있다.

유전체 필터를 구성하는 재료의 물성이 항상 일정하며, 또한 각 유전체 필터의 여러 부분의 칫수 정밀도가 매우 높으면, 항상 거의 일정한 특성이 얻어진다. 그러나, 현실적으로는 이들 특성에는 편차가 있기 때문에, 이들 편차를 실제의 설계시에 미리 감안하여야 한다. 예를 들면 공진 주파수를 정하는 경우에는, 목표로 하는 공진 주파수보다 항상 약간 낮아지도록 설계해 두고, 공진 주파수가 목표 공진 주파수가 될 때까지 유전체 부분을 절단 제거하여 소망의 특성을 얻는 방법이 실제로 채택되고 있다.

그런데, 어느 특성 조정용의 조정 부위에 있어서의 유전체 또는 도전체의 절단/형성 또는 삽입/제거에 의한 섭동에 관해서는, 조정 대상의 특성 변화는 반드시 선형은 아니다. 따라서, 종래는 작업자의 경험과 감에 의하여 특성 조정이 행해지고 있었으나, 양산성이 낮고, 항상 안정된 제조를 행하는 것은 불가능하다고 하는 문제가 있었다.

상기 문제를 극복하기 위하여, 이와 같은 전자 부품의 특성을 자동 조정할 수 있는 오토메이션이 일본국 특허 제 2740925호에 개시되어 있다. 이것은 특성 조정 부위의 조정량에 대한 특성의 변화의 관계를 미리 구해두고, 그 관계에 의거하여 소정의 특성을 얻기 위한 조정량을 단순히 구하도록 한 경우에, 제품 개개의 조정량에 대한 특성 변화의 커브가 다른 것에 기인하는 조정 불량의 문제를 해소하기 위하여, 소정 시료수의 트리밍에 의하여 실제 데이터를 구하여, 소정 시료수의 전자 부품에 대한 트리밍 조건을 순차로 갱신함으로써, 전자 부품의 로트의 편차 및 제조 공정의 편차에 대응하도록 한 것이다.

그런데, 복수의 유전체 공진기와 입출력 결합 수단을 형성하여 구성한 유전체 필터에 있어서는, 필터의 소형화 및 경량화를 위하여, 다중 모드의 유전체 공진기가 사용된다. 예를 들면, 십자 형상의 유전체 기둥을 사용하여 2중 모드 또는 3중 모드의 공진 모드를 이용하는 경우, 각 공진기의 공진 주파수를 조정하기 위하여 상기 유전체 기둥의 소정 부위를 절삭하게 된다. 그러나, 복수의 공진 모드 가운데 조정 대상으로 하는 하나의 공진기의 공진 주파수를 다른 공진기로부터 완전히 독립하여 조정할 수는 없다. 예를 들면, 유전체 기둥의 어느 부위를 절삭하면, 몇개의 공진 모드의 공진 주파수가 동시에 변화하게 된다. 단지 어느 공진 모드에 대하여 가장 영향을 주는가라는 비율에 차가 있을 뿐이다. 따라서, 예를 들면 3중 모드의 공진기를 복수개 사용한 유전체 필터의 특성을 조정하는 경우에는, 작업자가 네트워크 애널라이저 등을 사용하여 특성을 측정하면서 조정을 행한다고 하는 방법에서는 실질상 불가능하였다.

본 발명의 목적은 유전체 필터의 특성을 단시간에 확실하게 자동조정하는 방법 및 장치를 제공하는데 있다.

도 1은 유전체 공진기 부분의 사시도이다.

도 2는 유전체 공진기 부분의 상면도 및 유전체 필터의 단면도이다.

도 3은 전기 파라미터 조정용 부위의 예를 나타낸 도이다.

도 4는 3개의 공진 모드와 특성 조정용 부위간의 관계를 나타낸 도이다.

도 5는 어느 하나의 전기 파라미터 조정 부위에 있어서의 절삭량에 대한 각 전기 파라미터의 변화량을 나타낸 그래프이다.

도 6은 특성 조정 순서를 나타낸 플로 챠트이다.

도 7은 특성 조정 순서를 나타낸 플로 챠트이다.

도 8은 유전체 필터의 상면도 및 단면도이다.

도 9는 상기 유전체 필터의 등가 회로도이다.

도 10은 설계 등가 회로를 갖는 필터를 구성하는 전기 파라미터와 공진기 단위의 전기 파라미터간의 관계를 나타낸 도이다.

도 11은 6단의 공진기로 이루어지는 유전체 필터의 공진 주파수를 특성 조정의 목표값으로 수속하는 공정을 나타낸 도이다.

도 12는 본 발명에 따른 유전체 필터의 특성을 자동 조정하는 시스템의 모식적 평면도이다.

(도면의 주요 부분에 있어서의 부호의 설명)

1: 캐버티 2: 복합 유전체 기둥

2a, 2b: 유전체 기둥 3, 3a: 도전체

4a: 구멍 10, 11: 도전체 판

12, 13: 결합 루프 14, 15: 동축 커넥터

A1∼A7: 전기 파라미터 조정용 부위

501: 서버 컴퓨터

502, 503: 로컬 컴퓨터

506, 507: 네트워크 애널라이저

본 발명은 특성 조정 대상인 유전체 필터의 특성 파라미터를 측정하고, 상기 특성 파라미터를 이용하여 필터의 설계 등가 회로의 전기 파라미터(electric parameter)를 산출하는 전기 파라미터 추출 스텝과, 상기 유전체 필터의 전기 파라미터 조정용 부위를 조정하고, 전기 파라미터 추출 수단에 의하여 얻어진 상기 전기 파라미터 및 조정량을 이용하여, 상기 조정량에 대한 전기 파라미터의 변화량을 나타내는 조정 함수를 생성하는 조정 함수 생성 스텝과, 상기 조정 함수에 의한 연립 방정식에 의거하여, 상기 조정전에 얻어진 전기 파라미터 및 목표로 하는 전기 파라미터를 이용하여 상기 조정량을 산출하는 조정량 산출 스텝과, 상기 조정량 산출 스텝에서 산출된 양을 조정하는 조정 스텝을 포함하며, 상기 유전체 필터의 특성 파라미터가 소정값이 될 때기까지, 상기 전기 파라미터 추출 스텝과 상기 조정량 산출 스텝 및 상기 조정 스텝을 반복하여 행한다.

상기 조정량 산출 스텝은, 상기 조정 함수에 의한 연립 방정식에, 상기 전기 파라미터 추출 스텝에서 얻어진 전기 파라미터 및 목표로 하는 전기 파라미터를 대입하여 얻어진 산출 결과에 대하여, 일정한 비율을 곱하여 조정량을 산출한다.

이와 같이, 조정 함수에 의한 연립 방정식에 의거하여, 유전체 필터의 특성 파라미터(S파라미터)를 측정하여, 그 특성 파라미터로부터 산출한 필터의 설계 등가 회로의 전기 파라미터 및 목표로 하는 전기 파라미터간의 차를 이용하여 전기 파라미터 조정용 부위의 조정량을 산출한다. 유전체 필터의 특성 파라미터가 소정값이 될 때까지, 산출된 조정량의 보정을 반복하여 행함으로써, 종래의 경험 및 감에 의존하지 않고, 유전체 필터의 특성을 확실하고 자동적으로 조정할 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 따른 유전체 필터의 자동 특성 조정 방법 및 장치에 대하여 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명하겠다.

도 1은 특성 조정 대상인 유전체 필터의 주요부의 구성을 나타낸 사시도이다. 도 1에 있어서, 참조 부호 1은 유전체 캐버티이며, 그 내부에는 서로 상호 직교 관계로 배치되는 2개의 유전체 기둥(2a, 2b)으로 이루어지는 복합 유전체 기둥(2)을 일체적으로 형성하고 있다. 2개의 유전체 기둥(2a, 2b)의 양 단면에 대응하여 캐버티(1)의 접속 벽의 중앙부에는 각각 접속 벽의 외면으로부터 유전체 기둥(2a, 2b)의 내부를 향하여 연장되는 리세스부(4a)를 형성하고, 각 리세스부(4a)의 내면에 도전체(3a)를 형성하고 있다. 이 도전체(3a)는 캐버티(1)의 외주면에 형성된 도전체(3)에 연속하고 있다.

도 2는 상기 다중 모드의 유전체 공진기에 외부 결합 루프 및 동축 커넥터를 부착하여, 3단의 공진기로 이루어지는 대역 통과 필터를 구성한 예이며, 도 2a는 캐버티의 개구부에 도전체판을 부착하기 전의 평면도, 도 2b는 정면 방향에서 본 종단면도이다. 캐버티(1)의 상하에 형성된 2개의 개구부를 덮는 도전체판(10, 11)의 외면에는 2개의 동축 커넥터(14, 15)를 부착함과 아울러, 도전체판의 내면에 결합 루프(12, 13)를 부착하고 있다. 이들 결합 루프(12, 13)는 도 2a에 나타낸 바와 같이, 복합 유전체(10)의 각 유전체 기둥에 대하여 45도의 관계로 배치되어 있다. 결합 루프(12)는 제 1공진 모드인 TM_110(x+y)모드와 자계 결합하고, 결합 루프(13)는 제 3공진 모드인 TM_110(x-y)모드와 자계 결합한다. 후술하는 바와 같이, 상기 제 1 및 제 3공진 모드 이외에 제 2공진 모드인 TM₁₁₁모드를 생기게 하여, 제 1, 제 2 및 제 3공진 모드를 순차로 결합시킴으로써, 3단의 공진기로 이루어지는 대역 통과 필터의 특성을 갖는 유전체 필터를 구성한다.

도 3은 3중 모드의 유전체 공진기의 전기 파라미터 조정용 부위를 나타내고 있다. 또한, 도 4의 (A)는 제 1공진 모드인 TM_110(x+y)모드의 전계 분포를 나타내며, 도 4의 (B)는 제 2공진 모드인 TM₁₁₁모드의 전계 분포를 나타내며, 도 4의 (C)는 제 3공진 모드인 TM_110(x-y)모드의 전계 분포를 나타낸다.

이와 같은 3중 모드의 공진기를 사용하는 경우, 전기 파라미터는 제 1, 제 2, 제 3공진 모드의 공진 주파수 f1, f2, f3, 제 1 및 제 2공진 모드간의 결합 계수 k12, 제 2 및 제 3공진 모드간의 결합 계수 k23, 제 1 및 제 3공진 모드간의 결합 계수 k13을 포함한다. 이들 전기 파라미터를 조정하기 위해서는, 도 3에 나타낸 바와 같이 9개 또는 9개 이상의 절삭 부위를 선택하는 것이 바람직하다. 그러나, 실용상으로는 7개 부위 이상이면 충분하다. 예를 들면 A1으로 나타낸 부위를 절삭하면, f1, f2가 상승함과 아울러, k12가 증대된다. 이 조정 부위 A1의 절삭에 의하여 k12가 발생하고 있는 상태(상기 제 1 및 제 2공진 모드가 서로 결합하고 있는 상태)에서 조정 부위 A2를 절삭하면, f1, f2가 상승함과 아울러 k12가 감소한다. 조정 부위 A3을 절삭하면 주로 f2, f3이 상승함과 아울러 k23이 증대된다. 이 조정 부위 A3의 절삭에 의하여 A23이 발생하고 있는 상태(상기 제 2 및 제 3공진 모드가 서로 결합하고 있는 상태)에서, 조정 부위 A4를 절삭하면 f2, f3이 상승함과 아울러 k23이 감소한다. 조정 부위 A5를 절삭하면 주로 f1, f3이 상승한다. 또한 조정 부위 A6a 또는 A6b를 절삭하면 주로 f1, f3이 상승함과 아울러 k13이 증대된다. 이 k13이 발생하고 있는 상태에서, 조정 부위 A7a 또는 A7b를 절삭하면, f1, f3이 상승함과 아울러 k13이 감소한다.

이하, 본 발명의 조정 방법에 대하여 설명하겠다. 본 발명의 조정 방법은 예를 들면 도 12에 나타낸 시스템에 의하여 행해진다.

조정 머신(506, 507)은 각각 로컬 컴퓨터(502, 503)에 의하여 제어된다. 조정 머신은, 상술한 조정 부위에서 절단되는 필터의 소정 부위에 필터를 조정하기 위한 컨베이어와, 필터로부터 유전체를 제거하기 위한 스크류를 포함한다. 스크류의 전파(propagation)는 유전체의 소정량을 제거하기 위하여 로컬 컴퓨터에 의해 제어된다. 한 필터를 조정한 후, 컨베이어는 유전체를 절단하기 위한 소정의 부위에 다음의 다른 필터를 적용하기 위하여 이동한다. 조정 머신은 조정되어야할 필터의 전기적 특성을 측정하기 위한 네트워크 애널라이저(506, 507)에 연결되어 있다. 또한 애널라이저는 로컬 컴퓨터에 의하여 제어된다. 또한, 로컬 컴퓨터는 예를 들면 로컬 애리어 네트워크를 통하여 서버 컴퓨터(501)에 연결된다. 측정된 데이터는 로컬 컴퓨터로부터 서버 컴퓨터로 전송되어 서버에서 처리된다. 데이터 처리의 결과에 따라서, 로컬 컴퓨터는 조정 머신을 제어하여, 머신에서 유전체 필터를 더 조정한다.

먼저, 유전체 필터의 특성을 측정하고, 필터의 전기 파라미터를 공진기 단위의 전기 파라미터로 분해하고, 각 조정 부위의 절삭량과 전기 파라미터의 변화량을 예를 들면 최소 이승법에 의하여 함수화한다. 이 함수는 2차 함수, 3차 함수등의 지수 함수를 사용하여 근사할 수가 있다. 도 3에 나타낸 9개의 조정 부위 중에서, A6a, A6b중의 어느 한쪽 및 A7a, A7b중의 어느 한쪽을 절삭함으로써, 합계 7개 부위의 조정 부위의 절삭량을 Zn(n=1,2,3,4,5,6,7)으로 나타내면, 이하와 같은 관계식이 성립한다.

〔식 1〕

조정 부위 A1에 대하여,

f1=f1ini(1+ψ11(Z1))

f2=f2ini(1+ψ12(Z1))

f3=f3ini(1+ψ13(Z1))

k12=k12ini+ψ14(Z1)

k23=k23ini+ψ15(Z1)

k13=k13ini+ψ16(Z1)

조정 부위 A2에 대하여,

f1=f1ini(1+ψ21(Z2))

f2=f2ini(1+ψ22(Z2))

f3=f3ini(1+ψ23(Z2))

k12=k12ini+ψ24(Z2)

k23=k23ini+ψ25(Z2)

k13=k13ini+ψ26(Z2)

조정 부위 A3에 대하여,

f1=f1ini(1+ψ31(Z3))

f2=f2ini(1+ψ32(Z3))

f3=f3ini(1+ψ33(Z3))

k12=k12ini+ψ34(Z3)

k23=k23ini+ψ35(Z3)

k13=k13ini+ψ36(Z3)

(중략)

조정 부위 A7에 대하여,

f1=f1ini(1+ψ71(Z7))

f2=f2ini(1+ψ72(Z7))

f3=f3ini(1+ψ73(Z7))

k12=k12ini+ψ74(Z7)

k23=k23ini+ψ75(Z7)

k13=k13ini+ψ76(Z7)

여기서, f1ini, f2ini, f3ini, k12ini, k23ini, k13ini는 각각의 파라미터의 초기값이다. 또한 ψnm(n=1,2,3,4,5,6,7, m=1,2,3,4,5,6)은 절삭량에 대한 파라미터의 변화량의 함수(이하, "조정 함수"라 함)이며, 각각 원점 0을 통과하는 2차 함수, 3차 함수등의 지수 함수이다.

상기 조정 함수 ψ11, ψ12, ψ13, …ψ21, ψ22, ψ23, …ψ74, ψ75, ψ76은, 유전체 필터의 조정 부위를 실제로 절삭함과 아울러, 그 절삭량에 대한 파라미터의 변화량으로 미리 구해둔다. 그 순서를 플로 챠트로서 도 6에 나타낸다. 플로 챠트에 나타낸 바와 같이, 먼저, 상기 모든 부위의 절삭량 Z1∼Z7을 초기화하고, S파라미터를 측정하고, 그 S파라미터를 실현하기 위한 전기 파라미터 f1, f2, f3, k12, k23, k13을 설계 등가 회로에 대한 피팅 계산에 의하여 산출하여 얻는다. 계속하여, 조정 부위의 서수인 m에 초기값 1을 넣어서, Z1을 미리 정해진 1스텝당의 절삭량으로 설정한다. 여기서 1스텝당의 절삭량은, 그 절삭 부위에 대하여 미리 정해진 최대의 허용 절삭량을, 미리 정해진 최대 스텝수로 나눈 값이다. 예를 들면 최대 절삭량을 5㎜로 정하고, 최대 스텝수를 10스텝으로 설정한 경우, 1스텝당의 절삭량은 0.5㎜가 된다. 먼저, 샘플의 조정 부위 A1을 1스텝당의 절삭량만큼 절삭하였을 때의 전기 파라미터 f1, f2, f3, k12, k23, k13의 변화량(변화 계수)를 각각 구한다. 이어서, 조정 부위 A2를 1스텝당의 절삭량만큼 절삭하여, 상기 6개의 전기 파라미터의 변화량을 구한다. 그리고, 조정 부위 A3을 1스텝당의 절삭량만큼 절삭하여, 상기 6개의 파라미터를 각각 구한다. 이하 동일하게 하여, 7개의 조정 부위에 대하여 1스텝당의 절삭량만큼 절삭하였을 때의 각 전기 파라미터의 변화량을 구한다. 계속하여, 다시 조정 부위 A1에 대하여 1스텝당의 절삭량(0.5㎜)만큼 더 절삭하고(이에 따라서 A1은 초기 상태로부터 1.0㎜만큼 절삭된 상태가 된다), 그 때의 상기 6개의 전기 파라미터의 변화량을 구한다. 그 후, 조정 부위 A2에 대하여 1스텝당의 절삭량만큼 더 절삭하고, 그 때의 상기 6개의 전기 파라미터의 변화량을 구한다. 이하 동일하게 하여, 7개의 조정 부위에 대하여 1스텝당의 절삭량 만큼 절삭함과 아울러, 그 절삭에 수반되는 전기 파라미터의 변화량을 구한다. 각 조정 부위에 있어서의 절삭량이 미리 정한 최대값에 이를 때까지, 상기의 처리를 순차로 반복하여 행함으로써, 각 조정 부위에 있어서의 절삭량에 대한 각 전기 파라미터의 변화를 구한다. 마지막으로, 각 조정 부위마다, 절삭량에 대한 각 전기 파라미터의 변화 곡선을 최소 이승법에 의하여 근사 곡선으로서 구한다. 이들 곡선이 상기 함수 ψ11, ψ12, ψ13, … ψ21,ψ22,ψ23, …ψ74,ψ75,ψ76에 상당한다.

도 5는 조정 부위 A1에 대하여, 최대 허용 절삭량 7㎜을 7스텝으로 나누어 절삭한 경우의 각 전기 파라미터의 변화의 산출 결과이다. 도 5에 있어서, 가로축은 절삭량(㎜), 세로축은 각 전기 파라미터의 변화율이다. F01, F02, F03은 상기 f1, f2, f3의 변화를 변화율로 나타내고 있다. 또한, k12, k23, k13은 절대값으로 나타내고 있다. 이 도에 나타낸 예에서는, 각 조정 함수는 다음의 2차 함수로 표현된다.

ψ11(Z1)=(1.6721×10^-2)Z1²+ (4.0662×10^-2)Z1

ψ12(Z1)=(1.5943×10^-2)Z1²+ (1.6339×10^-2)Z1

ψ13(Z1)=(5.0085×10^-2)Z1²+ (1.3070×10^-2)Z1

ψ14(Z1)=(3.2535×10^-2)Z1²+ (5.0863×10^-2)Z1

ψ15(Z1)=(-1.2683×10^-2)Z1²+ (2.6757×10^-2)Z1

ψ16(Z1)=(1.4478×10^-2)Z1²+ (3.0814×10^-2)Z1

본 예에서는, 조정 부위 A1을 절삭함으로써, f1, f2가 f3보다 큰 비율로 상승하고 있다. 또한, k12가 k23, k13보다 크게 변화하고 있다.

상기 〔식 1〕에 의하면, 전기 파라미터 f1ini, f2ini, f3ini, k12ini, k23ini, k13ini는 측정 결과로부터 산출할 수 있으므로, 소망의 전기 파라미터 f1, f2, f3, k12, k23, k13을 제공하면, 상기 파라미터를 만족할 수 있는 절삭량 Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6, Z7을 산출할 수가 있다. 그러나, 동일하게 제조되고 동일하게 조립된 유전체 필터이더라도, 각 부의 칫수 공차 및 조립 정밀도에 따라서 유전체 필터의 특성은 서로 조금씩 다르다. 이 때문에, 계산에 의하여 구한 절삭량대로 절삭을 행하더라도, 전기 파라미터는 상기 함수대로는 변화하지 않는다. 따라서, 상기 함수를 실물에 맞추어 보정할 필요가 생긴다. 따라서, 계산에 의하여 구한 필요한 절삭량의 약 50%의 절삭을 행하고, 특성 조정을 몇 단계로 나누어, 그 때마다 파라미터의 초기값을 보정함으로써, 절삭량에 대한 전기 파라미터의 변화가 미리 정한 함수대로 대응하도록 한다. 구체적으로는 이하와 같이 하여 특성 조정을 행한다.

먼저, 완전히 절삭을 실시하지 않은 상태에서의 유전체 필터의 전기 파라미터를 초기값 f1ini, f2ini, f3ini, k12ini, k23ini, k13ini로 한다. 또한 소망의 필터 특성을 얻기 위한 공진기 단위의 전기 파라미터의 목표값을 f1trg, f2trg, f3trg, k12trg, k23trg, k13trg로 한다.

최초의 절삭에 있어서는, 초기값에 대한 보정량이 불명확하므로, 다음의 연립 방정식을 풀고, 절삭량 Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6, Z7을 구한다.

〔식 2〕

f1trg = f1ini(1+ψ11(Z1)+ψ21(Z2)+ψ31(Z3)+ψ41(Z4)+ψ51(Z5)+ψ61(Z6)+

ψ71(Z7))

f2trg = f2ini(1+ψ12(Z1)+ψ22(Z2)+ψ32(Z3)+ψ42(Z4)+ψ52(Z5)+ψ62(Z6)+

ψ72(Z7))

f3trg = f3ini(1+ψ13(Z1)+ψ23(Z2)+ψ33(Z3)+ψ43(Z4)+ψ53(Z5)+ψ63(Z6)+

ψ73(Z7))

k12trg = k12ini+ψ14(Z1)+ψ24(Z2)+ψ34(Z3)+ψ44(Z4)+ψ54(Z5)+ψ64(Z6)+

ψ74(Z7)

k23trg = k23ini+ψ15(Z1)+ψ25(Z2)+ψ35(Z3)+ψ45(Z4)+ψ55(Z5)+ψ65(Z6)+

ψ75(Z7)

k13trg = k13ini+ψ16(Z1)+ψ26(Z2)+ψ36(Z3)+ψ46(Z4)+ψ56(Z5)+ψ66(Z6)+

ψ76(Z7)

그리고, 미지수가 7개이고 식이 6개이므로, 이들 미지수는 일의적으로는 얻을 수 없다. 그러나, 절삭 가능한 양은 무한이 아니며, 예를 들면 Z1∼Z7은 모두 0㎜이상 6.0㎜이하 등과 같이, 각각 제한 범위가 존재하므로, 이들 조건과 함께 Z1∼Z7을 구한다. 그리고 실제의 절삭량 Z1'∼Z7'를 다음과 같이 구한다.

Z1' = Z1×0.5

Z2' = Z2×0.5

Z3' = Z3×0.5

Z4' = Z4×0.5

Z5' = Z5×0.5

Z6' = Z6×0.5

Z7' = Z7×0.5

이 0.5의 계수를 절삭량 완화율이라 부르고, 절삭량 완화율을 크게 하면 할수록(1에 가까울수록) 조정의 진행도가 빨라진다. 그러나, 전기 파라미터의 목표값에 대한 런 인(run-in) 정밀도는 저하한다. 반대로 절삭량 완화율을 작게 하면 조정의 진행도가 늦어지는데, 전기 파라미터의 목표값에 대한 런 인 정밀도는 향상된다.

2회째 이후의 절삭에 있어서는, 전회(제 n-1회째)의 절삭 종료후, 유전체 필터의 특성 파라미터(S파라미터)로부터 구한 전기 파라미터를 f1new, f2new, f3new, k12new, k23new, k13new으로 하고, 또한 실제로 절삭을 실시한 양을 Z1', Z2', Z3', Z4', Z5', Z6', Z7'으로 하고, 이들을 기초로 다음의 식을 이용하여 f1rev, f2rev, f3rev, k12rev, k23rev, k13rev을 각각 구한다.

〔식 3〕

f1rev = f1new/(1+ψ11(Z1')+ψ21(Z2')+ψ31(Z3')+ψ41(Z4')+ψ51(Z5')+

ψ61(Z6')+ψ71(Z7'))

f2rev = f2new/(1+ψ12(Z1')+ψ22(Z2')+ψ32(Z3')+ψ42(Z4')+ψ52(Z5')+

ψ62(Z6')+ψ72(Z7'))

f3rev = f3new/(1+ψ13(Z1')+ψ23(Z2')+ψ33(Z3')+ψ43(Z4')+ψ53(Z5')+

ψ63(Z6')+ψ73(Z7'))

k12rev = f12new -(ψ14(Z1')+ψ24(Z2')+ψ34(Z3')+ψ44(Z4')+ψ54(Z5')+

ψ64(Z6')+ψ74(Z7'))

k23rev = k23new -(ψ15(Z1')+ψ25(Z2')+ψ35(Z3')+ψ45(Z4')+ψ55(Z5')+

ψ65(Z6')+ψ75(Z7'))

k13rev = f13new -(ψ16(Z1')+ψ26(Z2')+ψ36(Z3')+ψ46(Z4')+ψ56(Z5')+

ψ66(Z6')+ψ76(Z7'))

상기 〔식 3〕은 〔식 2〕의 역계산이며, 현재의 전기 파라미터와 조정 함수간의 관계를 정합시키기 위하여 필요한 초기값을 구하고 있다. 즉 상기의 식에 있어서,

f1ini = f1rev

f2ini = f2rev

f3ini = f3rev

k12ini = k12rev

k23ini = k23rev

k13ini = k13rev

으로서 초기값을 보정한다. 그리고 〔식 2〕의 연립 방정식을 풀고, 새로운 절삭량 Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6, Z7을 구한다. 그러나, 이들 절삭량은 절대값이며, 각 조정 부위에 대하여 이미 Z1'∼Z7'의 절삭을 행하고 있으므로, 또한 절삭량 완화율을 0.5로 하고 있으므로, 이 시점에 있어서의 실제의 절삭량은 조정 부위 A1∼A7에 대하여 다음과 같다.

(Z1-Z1')×0.5

(Z2-Z2')×0.5

(Z3-Z3')×0.5

(Z4-Z4')×0.5

(Z5-Z5')×0.5

(Z6-Z6')×0.5

(Z7-Z7')×0.5

여기서, f1을 예로 들어 한 실시 형태를 나타낸다. 예를 들면 f1tag=890[MHz], f1ini=880[MHz]이며, 〔식 2〕를 푼 결과, Z1=10[㎜]이 된 경우, 절삭 완화율을 0.5로 설정하면, 10×0.5=5[㎜]이므로, 실제 절삭량은 5[㎜] 가 된다. 그 후, 다시 측정하여 f1=886[MHz]가 되어 있다고 하면, 〔식 3〕에 있어서 f1new에 886[MHz]를 대입하고, Z1'∼Z7'에 실제로 절삭한 양(Z1'=5[㎜])을 대입하여, f1rev, f2rev, f3rev, k12rev, k23rev, k13rev를 구한다. 여기서, f1rev=879.5[MHz]가 되었다고 하면, 이것을 〔식 2〕에 있어서의 f1ini에 대입한다. 그리고, f1tag = 890[MHz]을 〔식 2〕에 대입하여 Z1∼Z7을 구한다. Z1=11[㎜]이 되었다고 하면, 1회째에서의 절삭량이 5[㎜]가 되므로, 11-5=6, 6×0.5=3[㎜]이기 때문에, 2회째의 절삭량이 3[㎜]가 된다. 이하 동일하게 행한다.

다음으로, 특성 조정 방법의 전체적인 흐름을 플로 챠트로서 도 7에 나타낸다. 먼저, 특성 조정 대상인 유전체 필터의 S파라미터(S11, S12, S21, S22)를 네트워크 애널라이저에 의하여 측정한다. 이렇게 측정된 값이 목표 범위내에 들어 있지 않으면(아직 절삭되어 있지 않은 상태에서는, 측정값이 반드시 목표 범위내에 들어 있지 않다), 상기 S파라미터에 대응하는 전기 파라미터(상기 S파라미터를 나타내는 특성을 실현하기 위한 전기 파라미터)를 필터의 설계 등가 회로에 대한 피팅 계산에 의하여 구한다. 첫회의 절삭이라면, 여기서 구한 현재의 전기 파라미터 f1, f2, f3, k12, k23, k13을 〔식 2〕에 나타낸 연립 방정식의 초기값 f1ini, f2ini, f3ini, k12ini, k23ini, k13ini으로 사용한다. 〔식 2〕의 목표 파라미터 f1trg, f2trg, f3trg, k12trg, k23trg, k13trg는 이들 목표 파라미터를 목표로 하는 S파라미터를 실현하기 위한 전기 파라미터로서 사용하기 위하여, 필터의 설계 등가 회로에 대한 피팅 계산에 의하여 구해둔다. 또한, 조정 함수 ψ11, ψ21, ψ31, ψ41, …ψ76은, 상술한 바와 같이, 샘플의 절삭에 의하여 미리 구해둔다. 이들 기지수를 〔식 2〕에 대입하여 절삭량 Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6, Z7을 산출한다. 그리고 각 절삭량의 50%를, 실제의 절삭량 Z1', Z2', Z3', Z4', Z5', Z6', Z7'로 하고, 그 양만큼 로봇에 의하여 절삭한다.

그 후, S파라미터를 측정하고, 그 값이 목표 범위내에 들어있는가 아닌가를 판정한다. 측정 파라미터가 목표 범위내에 들어있지 않으면, 현재의 S파라미터로부터 전기 파라미터를 산출하고, 계속하여 이 구한 전기 파라미터 f1, f2, f3, k12, k23, k13을 상기 〔식 3〕에 있어서의 전기 파라미터 f1new, f2new, f3new, k12new, k23new, k13new로 하고, 또한 실제의 절삭량 Z1', Z2', Z3', Z4', Z5', Z6', Z7'을 대입하여 〔식 3〕의 연립 방정식을 풀고, 전기 파라미터 f1rev, f2rev, f3rev, k12rev, k23rev, k13rev를 구한다. 다시 이들 파라미터를 f1ini, f2ini. f3ini, k12ini, k23ini, k13ini로 함으로써 초기값을 보정한다. 그 후, 상기 〔식 2〕의 연립 방정식으로부터 다음의 절삭량 Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6, Z7을 구하고, 실제의 절삭량을, 새로이 절삭해야 할 양의 50%로 하여, 로봇에 의하여 미리 정한 절삭 처리를 행한다. 이하 상기의 처리를 반복함으로써, S파라미터를 목표 범위내로 순차로 가깝게 하고, 상기 파라미터가 목표 범위내에 들어왔을 때에 처리를 종료한다.

S파라미터의 목표값에 대한 차가 소정값보다 작아졌을 때, 또한 전기 파라미터의 목표값에 대한 차가 소정값보다 작아졌을 때, 상기 절삭량 완화율을 100%로 하여 한꺼번에 조정을 종료하도록 해도 된다. 또한, 절삭 처리를 반복할 수록, 상기 절삭량 완화율을 크게 하여, 목표값에 대한 런 인 정밀도에 그다지 영향을 주지 않고, 상기 조정에 요하는 전체 시간을 단축하여도 된다.

이상에 나타낸 실시 형태에서는, 3중 모드의 유전체 공진기를 1개만 사용한 3단의 공진기로 이루어지는 유전체 필터를 예를 들었으나, 싱글 모드의 유전체 공진기를 사용하여 유전체 필터를 구성하는 경우에도 마찬가지로 적용할 수 있다. 또한 복수의 유전체 공진기를 사용하여 하나의 유전체 필터를 구성하는 경우에 대해서도 마찬가지로 적용할 수 있다.

이어서, 3중 모드의 유전체 공진기를 2개 사용하여 6단의 공진기로 이루어지는 대역 통과 특성을 갖는 유전체 필터를 구성하는 경우의 예에 대하여 도 8∼도 11을 참조하여 설명하겠다.

도 8은 유전체 필터의 구조를 나타낸 예이며, 도 8a는 캐버티의 상부 개구부에 배치된 유전체판만을 제거하여 나타낸 필터의 평면도이고, 도 8b는 정면 방향에서 본 종단면도이다. 캐버티(1a, 1b)의 상하의 2개의 개구부에는 2개의 도전체판(10, 11)이 형성된다. 도전체판(10)의 외면에는 2개의 동축 커넥터(14a, 14b)를 부착함과 아울러, 도전체판의 내면에는 결합 루프(12a, 12b)를 부착하고 있다. 이들 결합 루프(12a, 12b)는 도 8a에 나타낸 바와 같이, 복합 유전체(10)의 각 유전체 기둥에 대하여 45도의 관계로 배치하고 있다. 결합 루프(12a)는 TM_110(x+y)모드와 자계 결합하고, 결합 루프(13a)는 TM_110(x-y)모드와 자계 결합한다. 마찬가지로, 결합 루프(12b)는 TM_110(x+y)모드와 자계 결합하고, 결합 루프(13b)는 TM_110(x-y)모드와 자계 결합한다. 앞서 나타낸 실시 형태의 경우와 마찬가지로, TM₁₁₁모드도 생기게 하여, 3중 공진 모드를 순차로 결합시킨다. 따라서, 결합 루프(12a)→TM_110(x+y)모드→TM₁₁₁모드→TM_110(x-y)모드→결합 루프(13a, 13b)→TM_110(x-y)모드→TM₁₁₁모드→TM_110(x+y)모드→결합 루프(14b)를 상기 순서로 순차로 결합하여, 6단의 공진기로 이루어지는 대역 통과 필터 특성을 갖는 유전체 필터를 구성한다.

상기 필터의 설계 등가 회로는 도 9와 같이 나타내어진다. 또한, 전기 파라미터와 공진기 단위의 전기 파라미터의 대응 관계는 도 10과 같이 된다. 도 10에 있어서, 설계 파라미터는 6단의 공진기로 이루어지는 필터의 설계 등가 회로에 있어서의 전기 파라미터이다. 이들 설계 파라미터 중에서 K12, K23, K34, K45, K56이 주된 결합 계수이며, K13, K46은 감쇠극을 생기게 하기 위한 유극화용 점프 결합 계수이다. 이들 파라미터 가운데, 공진기 단위의 전기 파라미터 f1, f2, f3, k12, k23, k13이 조정 대상이다. 설계 파라미터 가운데 K01, K34, K67, K03, K47, K07, Q1∼Q6은 고정 파라미터이며, 조정 대상외이다. 도 9에 있어서는, K03, K47, K07에 대해서는 생략되어 있다.

상술한 3중 모드의 유전체 공진기를 1개만 사용한 유전체 필터의 경우와 마찬가지로, 상기 특성 조정을 반복하여 행하면, 상기 설계 파라미터가 목표값에 가까워지고, 이에 따라서 S파라미터가 목표 범위내에 들어온다. 이 때의 특성 조정에 수반된 설계 파라미터 F1∼F6의 변화의 이미지는 도 11에 나타낸 바와 같다. 이와 같이, 절삭전의 초기 특성에서는 각 공진기의 공진 주파수는 통상 서로 다르지만, 상기 조정의 스텝을 거칠 때마다 순차로 소정값으로 수속되어 간다.

본 실시 형태에서는, 유전체 기둥을 사용한 TM모드의 유전체 공진기에 의해 형성된 유전체 필터의 특성 조정을 예로 들었다. 그러나, 유전체 블록 또는 유전체판에 전극을 형성한 TEM 모드의 유전체 공진기에 의해 형성된 필터인 경우에는, 전극 부분 또는 유전체 부분을 부분적으로 절삭함으로써, 특성 조정을 행할 수 있으면 된다. 또한 TE모드의 유전체 공진기에 대해서도, 유전체 부분을 절삭함으로써 특성 조정을 행할 수 있으면된다.

또한, 특성 조정은 기본적으로 공진계에 대하여 몇개의 섭동을 주어 행하므로, 공진 공간에 대한 유전체 또는 도전체의 삽입 또는 제거에 의하여 조정하도록 해도 된다. 게다가 결합 루프 등의 결합 수단과 공진기간의 결합을 통하여 결합 조정을 행하는 경우에는, 결합 루프의 방향 및 변형량의 조정에 의하여 그 조정을 행하도록 하면 된다. 상기의 경우, 특성 조정용 로봇은 유전체 또는 도전체의 삽입/제거량을 제어함으로써 특성 조정을 행하게 된다.

본 발명에 의하면, 조정 함수에 의한 연립 방정식에 의거하여, 유전체 필터의 특성 파라미터(S파라미터)를 측정하여, 상기 특성 파라미터로부터 구한 필터의 설계 등가 회로의 전기 파라미터 및 목표로 하는 전기 파라미터를 이용하여 전기 파라미터 조정용 부위의 조정량을 구한다. 유전체 필터의 특성 파라미터가 소정값이 될 때까지, 산출된 조정량의 보정을 반복함으로써, 소망의 필터 특성이 용이하게 얻어진다. 따라서, 종래의 경험 및 감에 의존하지 않고, 유전체 필터의 특성을 확실하고 자동적으로 조정할 수가 있다.

Claims

특성 조정 대상인 유전체 필터의 특성 파라미터를 측정하고, 상기 특성 파라미터를 이용하여 필터의 설계 등가 회로의 전기 파라미터(electric parameter)를 산출하는 전기 파라미터 추출 스텝과,

상기 유전체 필터의 전기 파라미터 조정용 부위를 조정하고, 전기 파라미터 추출 수단에 의하여 얻어진 상기 전기 파라미터 및 조정량을 이용하여, 상기 조정량에 대한 전기 파라미터의 변화량을 나타내는 조정 함수를 생성하는 조정 함수 생성 스텝과,

상기 조정 함수에 의한 연립 방정식에 의거하여, 상기 조정전에 얻어진 전기 파라미터 및 목표로 하는 전기 파라미터를 이용하여 상기 조정량을 산출하는 조정량 산출 스텝과,

상기 조정량 산출 스텝에서 산출된 양을 조정하는 조정 스텝을 포함하며,

상기 유전체 필터의 특성 파라미터가 소정값이 될 때까지, 상기 전기 파라미터 추출 스텝과 상기 조정량 산출 스텝 및 상기 조정 스텝을 반복하여 행하는 유전체 필터의 자동 특성 조정 방법.
제 1항에 있어서, 상기 조정량 산출 스텝은, 상기 조정 함수에 의한 연립 방정식에, 상기 전기 파라미터 추출 스텝에서 얻어진 전기 파라미터 및 목표로 하는 전기 파라미터를 대입하여 얻어진 산출 결과에 대하여, 일정한 비율을 곱하여 조정량을 산출하는 것을 특징으로 하는 유전체 필터의 자동 특성 조정 방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 조정전에 얻어진 전기 파라미터는, 1회째의 조정에 있어서는, 상기 전기 파라미터 추출 수단에 의하여 얻어진 전기 파라미터로 하고, 2회째 이후의 조정에 있어서는, 전회의 조정후에 상기 전기 파라미터 추출 스텝에서 얻어진 전기 파라미터 및 기조정량(already-adjusted amount)을, 상기 조정 함수에 의한 연립 방정식에 대입하여 역산한 전기 파라미터로 하는 것을 특징으로 하는 유전체 필터의 자동 특성 조정 방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 유전체 필터는 다중 모드의 유전체 필터인 것을 특징으로 하는 유전체 필터의 자동 특성 조정 방법.
제 3항에 있어서, 상기 유전체 필터는 다중 모드의 유전체 필터인 것을 특징으로 하는 유전체 필터의 자동 특성 조정 방법.
특성 조정 대상인 유전체 필터의 특성 파라미터를 측정하고, 상기 특성 파라미터를 이용하여 필터의 설계 등가 회로의 전기 파라미터를 산출하는 전기 파라미터 추출 수단과,

상기 유전체 필터의 전기 파라미터 조정용 부위를 조정하고, 상기 전기 파라미터 추출 수단에 의하여 얻어진 상기 전기 파라미터 및 조정량을 이용하여, 상기 조정량에 대한 전기 파라미터의 변화량을 나타내는 조정 함수를 생성하는 조정 함수 생성 수단과,

상기 조정 함수에 의한 연립 방정식에 의거하여, 상기 조정전에 얻어진 전기 파라미터 및 목표로 하는 전기 파라미터를 이용하여 상기 조정량을 산출하는 조정량 산출 수단과,

상기 조정량 산출 수단에 의하여 산출된 양을 조정하는 조정 수단과,

상기 유전체 필터의 특성 파라미터가 소정값이 될 때까지, 상기 전기 파라미터 추출 수단을 이용한 처리, 상기 조정량 산출 수단을 이용한 처리 및 상기 조정 수단을 이용한 처리를 반복하여 행하는 제어 수단을 포함하는 유전체 필터의 자동 특성 조정 장치.