KR20010094508A - The Varactor-Tuned Microstrip Ring Resonator with Harmonic Suppression and Its Manufacturing Method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 바렉터 동조 마이크로스트립 링 대역통과 여파기 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 대역 통과 여파기를 구성하는 링 공진기 내부에 저역통과 필터를 삽입하고, 링 공진기에 슬릿(slit)을 주어 바렉터 다이오드를 연결함으로써 주파수 조정이 가능한 고조파 억제 특성을 갖는 바렉터 동조 마이크로스트립 링 대역통과 여파기 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a varactor tuned microstrip ring bandpass filter and a method of manufacturing the same. More specifically, a lowpass filter is inserted into a ring resonator constituting the bandpass filter, and a slit is provided to the ring resonator. The present invention relates to a varactor tuned microstrip ring bandpass filter having a harmonic suppression characteristic that can be adjusted by connecting a varactor diode and a method of manufacturing the same.
최근 무선통신은 이동통신을 중심으로 급속한 발전을 보이고 있다.Recently, wireless communication is showing rapid development centering on mobile communication.
이와 함께 증가한 무선 통신의 수요자들은 통신 서비스의 질적 향상과 더불어 소유하고 있는 단말기의 소형화 및 경량화를 요구하고 있다.Increasingly, users of wireless communication are demanding miniaturization and lightening of their own terminals as well as improving the quality of communication services.
또한 무선 통신에서 사용하는 주파수 대역이 점차 높은 대역으로 이동하는 추세를 보임에 따라 이에 적합한 다양한 RF 기술의 개발이 요구되고 있다.In addition, as the frequency band used in wireless communication shows a tendency to move to a higher band, development of various RF technologies suitable for this is required.
1980년대부터 연구 개발이 가속화된 모노리식MIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit) 기술은 단일 반도체 기판 위에 초고주파 회로를 집적하는 방법으로 고주파용 회로 구현에 광범위한 응용영역을 가지고 있다.Monolithic Microwave Integrated Circuit (MIC) technology, which has been accelerated in research and development since the 1980s, is a method of integrating ultra-high frequency circuits on a single semiconductor substrate and has a wide range of applications for high-frequency circuit implementation.
회로를 모노리식MIC화 하기 위해서는 평면형 구조가 필수적으로 요구되므로 평면형의 마이크로스트립 또는 단일 평면 구조인 슬롯라인(Slotline), CPW(Coplanar Waveguide) 등의 전송선로를 이용하여야 한다.In order to monolithic MIC circuits, a planar structure is required, so transmission lines such as slotlines and coplanar waveguides, which are planar microstrips or single planar structures, must be used.
선형 공진기에 비하여 개방효과(open-end effect)가 없는 마이크로스트립 링공진기는 지금까지 분산, 위상속도, Q요소(Quality-factor) 그리고 유전상수 등 물질의 특성을 측정하는데 널리 이용되어 왔다.Microstrip ring resonators with no open-end effects compared to linear resonators have been widely used to measure the properties of materials such as dispersion, phase velocity, Q-factor and dielectric constant.
그러나 최근 상기와 같은 마이크로웨이브 단일집적회로의 소자로서, 링 공진기를 응용한 마이크로웨이브 회로에 관한 연구가 증가하는 추세를 보이고 있다.Recently, however, as a device of the microwave single integrated circuit, research on microwave circuits using a ring resonator has been increasing.
특히 마이크로스트립 링 공진기를 이용한 대역통과 여파기는 회로 형태가 단순하다는 장점을 가지고 있기 때문에 많은 연구가 이루어지고 있다.In particular, the bandpass filter using a microstrip ring resonator has a lot of research because of the advantage that the circuit shape is simple.
링 공진기의 공진 모드가 스플릿(Split)되는 현상을 이용한 이중모드 마이크로스트립 링 대역통과 필터, 두개의 링 공진기로 구성된 2단 바렉터 동조 링 대역통과 여파기, 고조파를 억제하는 마이크로스트립 링 대역통과 필터 등 다양한 연구가 발표됨에 따라 차세대 무선통신 시스템 내에서의 응용가능성이 높다.Dual-mode microstrip ring bandpass filter using split ring resonance mode, two-stage selector tuning ring bandpass filter composed of two ring resonators, microstrip ring bandpass filter suppressing harmonics As various studies have been published, the applicability in the next generation wireless communication system is high.
상기의 마이크로스트립 링 대역통과 필터의 일반적인 구조에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.The general structure of the microstrip ring bandpass filter will be described below with reference to the accompanying drawings.
도 1은 종래의 이중모드 마이크로스트립 링 대역통과 여파기이고, 도 2는 종래의 2단 마이크로스트립 링 대역통과 여파기로서, 먼저, 도 1을 참조하여 설명하면, 종래의 마이크로스트립 링 대역통과 여파기는 입력선로(2)와 링 공진기(1), 출력선로(3) 그리고 커플링 간격(4)와 두개의 퇴보모드(Degenerate mode) 커플링을 위한 스터브(stub)(5)로 구성되어 있다.1 is a conventional dual mode microstrip ring bandpass filter, and FIG. 2 is a conventional two-stage microstrip ring bandpass filter. First, referring to FIG. 1, a conventional microstrip ring bandpass filter is input. It consists of a line (2), a ring resonator (1), an output line (3) and a stub (5) for coupling the spacing (4) and two degenerate mode couplings.
상기의 링 공진기(1)는 링의 평균 원주가 관내파장의 정수배가 될 때 공진이 일어나며 이것은 2πr=nλg식(1)로 표현된다.The ring resonator (1) in that the resonance when the average circumference of the ring is to be an integral multiple of the wavelength occurs in vitro which is represented by 2πr = nλ g (1).
상기 스터브(stub)(5)는 공진모드의 스플릿(split) 되는 정도를 조절하여 대역통과 여파기 특성을 유도한다.The stub 5 induces a bandpass filter characteristic by adjusting the degree of splitting of the resonance mode.
그러나 입력선로와 출력선로를 90각도 차이가 나도록 급전하였으므로 첫번째 공진모드에서 삽입손실과 반사손실이 큰 단점이 있다.However, since the input line and the output line are fed at a 90 degree difference, the insertion loss and the return loss are large in the first resonance mode.
상기와 같이 90도 차이나는 급전구조로 인한 1차 공진 모드에서의 삽입손실과 반사손실을 피하기 위해 두 개의 링 공진기를 커플링시킨 종래의 2단 링 대역통과 필터는 도 2와 같은 형태로 이루어진다.As described above, the conventional two-stage ring bandpass filter coupled with two ring resonators in order to avoid insertion loss and reflection loss in the first resonance mode due to the 90 degree difference feed structure is formed as shown in FIG.
그러나 입력선로 및 출력선로와 링 공진기 사이의 커플링 커패시턴스가 작으므로 대역통과 여파기로 사용하는데 무리가 있다.However, since the coupling capacitance between the input line and the output line and the ring resonator is small, it is difficult to use it as a band pass filter.
상기 링 대역통과 여파기의 삽입손실과 반사손실이 큰 것은 대역통과 여파기를 구성하는 링 공진기의 커플링 구조가 최대 커플링을 지원하지 않기 때문이다. 최근 이러한 링 공진기의 커플링 효율을 증가시킨 새로운 링 공진기 커플링 구조가 제시되었다.The insertion loss and reflection loss of the ring bandpass filter are large because the coupling structure of the ring resonator constituting the bandpass filter does not support the maximum coupling. Recently, a new ring resonator coupling structure has been proposed to increase the coupling efficiency of such a ring resonator.
또한 원하지 않는 모드를 억제하고 원하는 공진모드만을 지원하는 모드억제 링 공진기가 제시되었다.In addition, a mode suppression ring resonator is proposed to suppress unwanted modes and to support only desired resonance modes.
상기 새로 제안되었던 링 공진기는 다음과 같다.The newly proposed ring resonator is as follows.
도 3은 두개의 커플라인과 슬릿으로 구성된 마이크로스트립 링 공진기이고,도 4는 마이크로스트립 모드억제(Mode Suppression) 링 공진기로서, 먼저, 도 3을 참조하여 설명하면, 상기 링 공진기는 입력선로(2)와 슬릿을 지닌 링 공진기(6), 출력선로(3) 그리고 일정간격을 두고 내부와 외부에서 각도 θ에 해당하는 호의 길이로 오픈된 링을 둘러싸고 있는 두 쌍의 커플라인(7)으로 구성된다.3 is a microstrip ring resonator composed of two couple lines and a slit, and FIG. 4 is a microstrip mode suppression ring resonator. First, referring to FIG. 3, the ring resonator is an input line 2. And a ring resonator 6 with a slit, an output line 3 and two pairs of couple lines 7 surrounding an open ring with an arc length corresponding to an angle θ at an interval, inside and outside. .
따라서 커플링 효과를 극대화시킬 수 있으며, 이러한 커플링 구조에 의해 특정 주파수가 억제되는 현상이 있다.Therefore, the coupling effect can be maximized, and a certain frequency is suppressed by the coupling structure.
도 4를 참조하여 설명하면, 링 공진기(1)의 일부분을 저역통과 여파기(8)로 대치하여 원하지 않는 모드를 억제하는 특성을 갖는다.Referring to FIG. 4, a portion of the ring resonator 1 is replaced with a low pass filter 8 to suppress unwanted modes.
상기의 모드억제 링 공진기를 응용하여 최근 고조파 억제 특성을 지닌 2단 커플 링 대역통과 필터의 연구가 발표되었다.Recently, a study of a two-stage coupling bandpass filter having harmonic suppression characteristics has been published by applying the mode suppression ring resonator.
이는 다음과 같다.This is as follows.
도 5는 고조파가 억제된 마이크로스트립 다단 커플 링 대역통과 여파기이다. 초고주파 대역에서 사용하는 분포소자(Distributed Element)는 집중소자(Lumped Element)와 달리 불필요한 고조파 성분을 지닌다. 이러한 고조파 성분을 모드 억제 링 공진기(9)를 응용하여 억제하였다.5 is a microstrip multistage coupling bandpass filter with harmonics suppressed. Distributed elements used in the ultra-high frequency band have unnecessary harmonic components unlike the concentrated elements. Such harmonic components were suppressed by applying the mode suppression ring resonator 9.
본 발명의 목적은 대역 통과 여파기의 링에 슬릿(slit)을 주고 링의 내부와 외부에 커플라인을 길게 늘어뜨려 손실을 줄이고, 두개의 커플라인에 따른 강한 감쇄극 특성을 지닌 링 공진기 내부에 저역통과 여파기를 적용하여 고조파 특성을 억제하고, 입·출력 선로에 λ/4 개방 스터브로 억제된 모드를 감쇄시킨 후 바렉터 다이오드를 연결하여 설계된 대역통과 여파기의 통과대역을 조절하여 마이크로파 및 밀리미터파 회로에 응용 가능하도록 하는 바렉터 동조 마이크로스트립 링 대역통과 여파기를 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to give a slit to a ring of a band pass filter and to reduce the loss by lengthening a couple line inside and outside the ring, and to a low band inside a ring resonator having strong attenuation characteristics according to two couple lines. By applying a pass filter to suppress harmonics, attenuate the mode suppressed by the λ / 4 open stub on the input and output lines, and connect the varistor diodes to adjust the pass band of the designed band pass filter to adjust the microwave and millimeter wave circuit. The present invention provides a varistor tuned microstrip ring bandpass filter that can be applied to the present invention.
도 1은 종래의 이중모드 마이크로스트립 링 대역통과 여파기1 is a conventional dual mode microstrip ring bandpass filter
도 2는 종래의 2단 마이크로스트립 링 대역통과 여파기2 is a conventional two-stage microstrip ring bandpass filter
도 3은 두개의 커플라인과 슬릿으로 구성된 마이크로스트립 링 공진기3 is a microstrip ring resonator consisting of two couplelines and slits
도 4는 마이크로스트립 모드억제(Mode Suppression) 링 공진기4 is a microstrip mode suppression ring resonator.
도 5는 고조파가 억제된 마이크로스트립 다단 커플 링 대역통과 여파기5 is a harmonic-suppressed microstrip multistage coupling bandpass filter
도 6은 본 발명 커플라인과 슬릿으로 구성된 모드억제 마이크로스트립 링 공진기Figure 6 is a mode inhibiting microstrip ring resonator composed of the present invention coupleline and slit
도 7은 본 발명 고조파가 억제된 마이크로스트립 링 대역통과 여파기Figure 7 shows the present invention harmonics suppressed microstrip ring bandpass filter
도 8은 본 발명인 고조파 억제 특성을 갖는 바렉터 동조 마이크로스트립 링 대역통과 필터Fig. 8 is a varactor tuned microstrip ring bandpass filter having the present inventors harmonic suppression characteristics.
도 9는 상기 도 7의 고조파 억제 특성을 갖는 마이크로스트립 링 대역통과 여파기의 시뮬레이션 결과 그래프9 is a graph illustrating simulation results of a microstrip ring bandpass filter having harmonic suppression characteristics of FIG.
도 10은 상기 도 7의 고조파 억제 특성을 갖는 마이크로스트립 링 대역통과 여파기의 측정결과 그래프FIG. 10 is a graph showing measurement results of a microstrip ring bandpass filter having harmonic suppression characteristics of FIG.
도 11은 본 발명의 삽입손실에 대한 시뮬레이션 결과 그래프11 is a graph of simulation results for insertion loss of the present invention
도 12는 본 발명의 삽입손실에 대한 측정결과 그래프12 is a graph of the measurement results for the insertion loss of the present invention
도 13은 본 발명의 유전체 기판상에 링 대역통과 여파기의 제작과정을 나타 내는 예시도Figure 13 is an exemplary view showing the manufacturing process of the ring bandpass filter on the dielectric substrate of the present invention
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
1 : 링 공진기 2 : 입력선로1: ring resonator 2: input line
3 : 출력선로 4 : 커플링 갭3: output line 4: coupling gap
5 : 커플링 스터브 6 : 슬릿을 지닌 링 공진기5: coupling stub 6: ring resonator with slit
7 : 커플라인 8 : 링 공진기의 일부분을 저역통과 여파기7: Couple line 8: Low pass filter to a part of ring resonator
9 : 모드 억제 링 공진기 10: 저역통과 여파기가 집적된 슬릿을 갖는 링9 mode suppression ring resonator 10 ring with slit with integrated lowpass filter
11 : 커플링 간격 12 : λ/4 개방 스터브11 coupling distance 12 lambda / 4 opening stub
13 : 바렉터 다이오드13: varistor diode
w : 커플라인의 넓이w: width of couple line
ψ: 링의 슬릿을 나타내기 위한 기준 각도ψ: reference angle for representing the slit of the ring
θ: 커플라인의 전기적 길이를 나타내기 위한 각도θ: angle for indicating electrical length of couple line
이하에서는 본 발명의 목적을 달성하기 위한 실시예의 구성 및 작용에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings with respect to the configuration and operation of the embodiment for achieving the object of the present invention will be described.
도 6은 본 발명 커플라인과 슬릿으로 구성된 모드억제 마이크로스트립 링 공진기로서, 전기적 길이 θ를 갖는 커플라인(7)과 슬릿으로 구성된 링 공진기 내부에 모드억제 링 공진기와 같이 저역통과 여파기를 구성하여 급전선로와 일반적인 공진기 부분은 특성임피던스를 유지하였으며, 링 공진기 내부에 삽입한 저역통과 여파기는 낮은 임피던스(Zl)을 갖는 병렬 커패시턴스 부분, 높은 임피던스(Zh)를 갖는 직렬인덕턴스를 갖는 좁은 부분, 다시 병렬 커패시턴스를 갖는 부분 3단계로 이루어져 있다.FIG. 6 is a mode inhibiting microstrip ring resonator composed of a couple line and a slit of the present invention, and a low pass filter is formed inside a ring resonator composed of a couple line 7 and a slit having an electrical length θ such that a low pass filter is formed. The furnace and the general resonator part retained characteristic impedance, and the lowpass filter inserted inside the ring resonator has a parallel capacitance part with low impedance (Zl), a narrow part with series inductance with high impedance (Zh), and again parallel capacitance. Part consists of three steps.
링 공진기 내부에 저역통과 여파기가 위치하는 자리에 따라 억제되는 모드가 달라지게 된다.The mode of suppression varies depending on where the lowpass filter is located inside the ring resonator.
도 7은 본 발명 고조파가 억제된 마이크로스트립 링 대역통과 여파기 로서, 상기 커플라인(7)과 슬릿으로 구성된 모드억제 마이크로스트립 링 공진기를 응용하여 설계한 링 대역통과 여파기이다.7 is a ring bandpass filter designed by applying a mode inhibiting microstrip ring resonator composed of the coupleline 7 and a slit as a microstrip ring bandpass filter suppressing harmonics of the present invention.
저역통과 여파기가 집적된 슬릿을 갖는 링(10)이 커플링 간격(11)을 갖고 위치하고 있으며 입력선로와 츨력선로, 급전선로와 링 공진기 사이의 새로운 커플링 구조로 지니고 있다. 또한 입력선로와 출력 선로에 일정 간격을 두고 λ/4 개방 스터브(12)가 위치하는데, 이것은 불필요한 성분을 감쇄시키는 역할을 한다.A ring 10 having a slit with integrated lowpass filter is located with a coupling gap 11 and has a new coupling structure between the input line and the output line, the feed line and the ring resonator. In addition, the λ / 4 open stub 12 is positioned at regular intervals between the input line and the output line, which serves to attenuate unnecessary components.
도 8은 본 발명인 고조파 억제 특성을 갖는 바렉터 동조 마이크로스트립 링 대역통과 필터 로서, 상기 고조파 억제 특성을 갖는 링 대역통과 필터를 구성하는 공진기 내부의 ψ= 90°되는 위치에 슬릿을 주고 바렉터 다이오드를 구성한 것으로, 마이크로파가 입력되는 입력선로(2)와 특정 모드를 억제하며 공진을 일으키는 두개의 모드억제 링 공진기(10), 링 공진기 사이의 커플링 간격(11), 커플라인(7), 입·출력 선로에 위치한 λ/4 개방 스터브(12), 그리고 바렉터 다이오드(13)로 구성되어 있다.FIG. 8 is a varactor tuned microstrip ring bandpass filter having harmonic suppression characteristics according to the present invention, wherein a slit is provided at a position where? = 90 ° in a resonator constituting the ring bandpass filter having harmonic suppression characteristics. 2, a mode suppression ring resonator 10 which suppresses a specific mode and causes resonance, a coupling interval 11 between the ring resonator, a couple line 7, It consists of a λ / 4 open stub 12 and a varistor diode 13 located on the output line.
상기의 구성으로 이루어진 본 발명에 대하여 RF 회로 디자인 툴(CAD Tool), HP ADS ver. 1.1에 의한 시뮬레이션 결과와 회로망 분석기(Network Analyzer)에 의한 측정하였다.With respect to the present invention having the above configuration, RF Circuit Design Tool (CAD Tool), HP ADS ver. The simulation result of 1.1 and the measurement by the network analyzer (Network Analyzer) were measured.
도 9는 상기 도 7의 고조파 억제 특성을 갖는 마이크로스트립 링 대역통과 여파기의 시뮬레이션 결과이다.9 is a simulation result of the microstrip ring bandpass filter having the harmonic suppression characteristic of FIG. 7.
도 10은 상기 도 7의 고조파 억제 특성을 갖는 마이크로스트립 링 대역통과여파기의 측정결과이다.FIG. 10 is a measurement result of the microstrip ring bandpass filter having the harmonic suppression characteristic of FIG.
도 11은 본 발명의 삽입손실에 대한 시뮬레이션 결과 그래프이다.11 is a graph of simulation results for insertion loss of the present invention.
도 12는 본 발명의 삽입손실에 대한 측정결과 그래프이다.12 is a graph of a measurement result for insertion loss of the present invention.
상기와 같은 링 대역통과 여파기의 유전체 기판위의 회로 제조과정을 설명하면 다음과 같다.The circuit manufacturing process on the dielectric substrate of the ring bandpass filter as described above is as follows.
도 13은 본 발명의 유전체 기판상에 링 대역통과 여파기의 제작과정을 나타내는 예시도 로서, 컨덕터(9)의 내부에 유전체(11)가 채워진 기판을 원하는 회로의 크기만큼 기판을 절단한다(L100).FIG. 13 is an exemplary diagram illustrating a process of manufacturing a ring bandpass filter on a dielectric substrate of the present invention, in which a substrate in which the dielectric 11 is filled in the conductor 9 is cut to a desired circuit size (L100). .
상기 과정(L100)에서 기판이 절단되면, TRP 포토레지스터(7) 용액을 얇게 도포한다(L200).When the substrate is cut in the process (L100), the TRP photoresist 7 solution is applied thinly (L200).
상기 과정(L200)에서 TRP 포토레지스터(7)가 기판위에 도포되면, 링 공진기의 패턴을 가진 음각필름(12)을 기판위에 올려놓은 뒤 자외선 노광기에 쬔다(L300).When the TRP photoresist 7 is applied on the substrate in the process (L200), the negative film 12 having the pattern of the ring resonator is placed on the substrate and then floated on the ultraviolet exposure unit (L300).
상기 과정(L300)에서 자외선에 쬐어진 기판은, 현상액에 넣어져 자외선을 쬔부분은 회로로 남고 나머지 부분을 지워진다(L400).The substrate exposed to ultraviolet rays in the process (L300) is put into the developer, the portion of the ultraviolet rays are left as a circuit and the remaining portions are erased (L400).
상기 과정(L400)에서 기판위에 원하는 패턴의 회로가 남게 되면, 염화제이철 용액에 넣어서, 자외선에 쬐인 컨덕터(9) 부분은 링 회로로 남고 나머지 컨덕터(9) 부분은 식각한다.When the circuit of the desired pattern is left on the substrate in the process (L400), and put in the ferric chloride solution, the conductor 9 portion exposed to ultraviolet light remains a ring circuit and the remaining conductor 9 portion is etched.
상기 과정(L500)에서, 기판의 회로 위에 바렉터 다이오드를 링 공진기의 슬릿 부분에 접착시킨다.In the process L500, the varistor diode is bonded to the slit portion of the ring resonator over the circuit of the substrate.
상기의 모든 과정을 거쳐서 본 발명이 의도하는 대로 고조파가 억제 특성을 갖는 바렉터 동조 마이크로스트립 링 대역통과 여파기가 제작된다.Through all the above processes, a varactor tuned microstrip ring bandpass filter is produced in which harmonics have suppression characteristics as intended by the present invention.
이상의 설명에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명은 링 공진기 내부에 저역통과 여파기를 삽입하여 고조파 성분을 억제한 모드 억제 링 공진기를 2단으로 연결하고, 입, 출력부의 커플링 효율을 향상시키기 위해 링에 슬릿을 주고 링의 내부와 외부에 커플라인을 길게 늘어뜨려 삽입손실과 반사손실을 향상시킨 구조를 적용함으로써, 마이크로 및 밀리미터 회로에서 원치않는 고조파 부분을 통과시키지 않는 여파기로, 마이크로파 증폭기 내 스퓨리어스 신호를 억제하는 데 응용할 수 있는 효과가 있다. 또한 바렉터 다이오드의 바이어스 전압을 조정하여 주파수 동조할 수 있으므로 회로 구현에 유연성이 있다.As can be seen from the above description, the present invention connects a mode suppression ring resonator in which a low pass filter is inserted into the ring resonator to suppress harmonic components in two stages, and improves the coupling efficiency of the input and output sections. By applying a structure that improves insertion loss and return loss by slitting and extending the couple line inside and outside the ring, the spurious signal in the microwave amplifier is a filter that does not pass unwanted harmonics in the micro and millimeter circuits. There is an effect that can be applied to suppress the. In addition, the bias voltage of the varistor diode can be adjusted for frequency tuning, which provides flexibility in circuit implementation.
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