KR20020021659A - Wideband harmonic rejection bandpass filter - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 고주파 무선시스템에 사용되는 공진기형 대역통과여파기 (Resonator type Band Pass Filter)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광대역의 고조파(harmonic)를 제거할 수 있는 성능이 향상된 공진기형 대역통과여파기에 관한 것이다.The present invention relates to a resonator type band pass filter used in a high frequency wireless system, and more particularly, to a resonator type band pass filter with improved performance capable of removing wideband harmonics. will be.
일반적으로, 여파기(filter)라 하는 것은 주파수 신호 가운데 특정 주파수 범위만을 통과시키는 것으로, 필요한 주파수 대역외에서는 감쇄를 크게 하여 선택적으로 주파수를 통과시키는 것이다. 대역통과필터(Band Pass Filter)는 단지 특정대역의 주파수 신호만을 통과시키고 나머지 주파수신호는 감쇄시키는 수동소자로서, 인덕터(L)와 커패시터(C)의 직렬회로와 병렬회로를 다단으로 연결시켜 구현할 수 있다.In general, the filter is to pass only a specific frequency range of the frequency signal, and to selectively pass the frequency by increasing the attenuation outside the required frequency band. A band pass filter is a passive device that passes only a frequency signal of a specific band and attenuates the remaining frequency signal. It can be implemented by connecting a series circuit and a parallel circuit of an inductor (L) and a capacitor (C) in multiple stages. have.
그러나 고주파(RF)신호에서는 집중 소자형 소자를 사용할 수 없으므로, 금속의 캐비티(cavity)내에 금속 공진기나 유전체 공진기(dielectric resonator)를 삽입시킨 공진기형 대역통과여파기를 널리 사용하게 된다.However, since a concentrated element type element cannot be used in a high frequency (RF) signal, a resonator type band pass filter in which a metal resonator or a dielectric resonator is inserted into a metal cavity is widely used.
도 1은 종래의 대역통과 여파기의 사용 상태도이고, 도 2a는 종래의 대역통과여파기를 도시한 정단면도이며, 도 2b는 종래의 대역통과 여파기를 도시한 평단면도이다.1 is a state diagram of a conventional bandpass filter, FIG. 2A is a front sectional view showing a conventional bandpass filter, and FIG. 2B is a planar sectional view showing a conventional bandpass filter.
도 1을 참조하면, 종래의 대역통과 여파기(10)는 특성이 열악하여 고조파가 발생하기 때문에 고조파를 억제하기 위하여 대역통과 여파기(10)의 후단에 별도의 저역통과 여파기(20)를 사용해야 하므로 여파기의 부피가 커지고 비용이 증가하며 특성이 나빠지는 문제점이 있다. 즉, 종래의 대역통과 여파기(10)에서는 통과대역 중심주파수의 2배 내지 3배에서 고조파가 발생하므로 이를 제거하기 위히여 별도로 저역통과여파기(20)를 사용하였다.Referring to FIG. 1, since the conventional bandpass filter 10 has poor characteristics and harmonics are generated, a separate lowpass filter 20 must be used at the rear end of the bandpass filter 10 to suppress harmonics. There is a problem that the volume is increased, the cost is increased and the characteristics are worse. That is, in the conventional band pass filter 10, harmonics are generated at two to three times the center frequency of the pass band, and thus the low pass filter 20 is separately used to remove the harmonics.
이러한 종래의 대역통과여파기(10)의 구조는 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 금속의 몸체(11)와 커버(18), 몸체(11)에 공진기 수만큼 형성된 캐비티(19), 캐비티(19)에 내장되는 공진기(12-1~12-5), 캐비티(19)와 캐비티(19) 사이에 신호를 커플링하기 위한 창(16-1~16-4), 임피던스를 조절하기 위한 조절나사(17-1~17-9), 입력 커넥터(14), 출력커넥터(15), 급전선(13a,13b) 등으로 이루어져 있다.The structure of the conventional bandpass filter 10 is as shown in Figure 2a and 2b, the body of the metal 11, the cover 18, the cavity 19, the cavity formed in the body 11, the number of resonators Resonators 12-1 to 12-5 embedded in 19, windows 16-1 to 16-4 for coupling signals between the cavity 19 and the cavity 19, for adjusting the impedance It consists of adjustment screws 17-1 to 17-9, input connector 14, output connector 15, feed line 13a, 13b, and the like.
이와 같이 구성된 종래의 대역통과여파기(10)는 커버(18)의 구조가 평판으로 되어 몸체(11)와 결합함으로써 밀폐된 캐비티를 형성하여 입력신호를 필터링한 후 고조파가 포함된 신호를 출력하였다.In the conventional band pass filter 10 configured as described above, the structure of the cover 18 is a flat plate and is coupled to the body 11 to form a closed cavity to filter the input signal and output a signal including harmonics.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 고조파 제거 특성이 향상된 공진기형 대역통과여파기를 제공하는데 그 목적이 있다.An object of the present invention is to provide a resonator type band pass filter with improved harmonic rejection characteristics in order to solve the above problems.
도 1은 종래의 대역통과 여파기의 사용 상태도,1 is a state diagram using a conventional bandpass filter,
도 2a는 종래의 대역통과여파기를 도시한 정단면도,Figure 2a is a front sectional view showing a conventional bandpass filter,
도 2b는 종래의 대역통과 여파기를 도시한 평단면도,Figure 2b is a plan sectional view showing a conventional bandpass filter,
도 3a는 본 발명에 따른 대역통과 여파기의 일부를 절개하여 도시한 정면도,Figure 3a is a front view showing a cut part of the bandpass filter according to the present invention,
도 3b는 본 발명에 따른 대역통과 여파기를 도시한 평면도,3b is a plan view showing a bandpass filter according to the present invention;
도 3c는 본 발명에 따른 대역통과 여파기를 도시한 저면도,Figure 3c is a bottom view showing a bandpass filter in accordance with the present invention,
도 3d는 본 발명에 따른 대역통과 여파기를 도시한 측면도,Figure 3d is a side view showing a bandpass filter in accordance with the present invention,
도 4는 본 발명에 따른 대역통과 여파기의 등가 회로도,4 is an equivalent circuit diagram of a bandpass filter according to the present invention;
도 5는 종래의 대역통과여파기 특성을 도시한 그래프,5 is a graph showing the characteristics of a conventional bandpass filter,
도 6은 본 발명에 따른 대역통과여파기 특성을 도시한 그래프.6 is a graph showing the bandpass filter characteristics according to the present invention.
☞도면의 주요부분에 대한 부호의 설명☜☞ Explanation of symbols for main parts of drawing
301: 입력 커넥터 302: 출력 커넥터301: input connector 302: output connector
303-1~303-5: 공진기 임피던스 조절자303-1 to 303-5: resonator impedance adjuster
304-1~304-4: 창 임피던스 조절자304-1 ~ 304-4: Window Impedance Adjuster
310: 몸체 312: 캐비티310: body 312: cavity
314: 창 320: 공진기314 window 320 resonator
322: 홈 330: 커버322: groove 330: cover
332: 돌출부 324: 공진기 고정나사332: protrusion 324: resonator screw
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 장치는, 입력 커넥터를 통해 입력된 신호를 대역통과시켜 출력 커넥터로 출력하는 N개의 공진기를 갖는 공진기형 대역통과여파기에 있어서, 금속으로 되어 N개의 캐비티를 형성하는 몸체; 상기 몸체에 형성된 캐비티 안에 실장되는 N개의 공진기; 금속으로 된 평판에 외부로 돌출된 N개의 돌출부를 갖고 상기 돌출부의 내부에는 상기 공진기의 상부를 포함하기 위한 홈이 형성되며 상기 몸체와 결합되는 커버; 및 임피던스 특성을 조절하기 위해 상기 커버에 설치되는 조절자로 구성된 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the apparatus of the present invention is a resonator type bandpass filter having N resonators for bandpassing a signal input through an input connector and outputting the signal to an output connector. Forming body; N resonators mounted in cavities formed in the body; A cover having N protrusions protruding outward from a metal plate and having a groove formed therein to include an upper portion of the resonator in the protrusions; And an adjuster installed on the cover to adjust the impedance characteristic.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3a는 본 발명에 따른 대역통과 여파기의 일부를 절개하여 도시한 정면도이고, 도 3b는 본 발명에 따른 대역통과 여파기를 도시한 평면도이며, 도 3c는 본 발명에 따른 대역통과 여파기를 도시한 저면도이고, 도 3d는 본 발명에 따른 대역통과 여파기를 도시한 측면도이다.Figure 3a is a front view showing a cut part of the bandpass filter according to the present invention, Figure 3b is a plan view showing a bandpass filter according to the present invention, Figure 3c is a bottom view showing a bandpass filter according to the present invention 3d is a side view showing a bandpass filter according to the present invention.
도 3a 내지 도 3d를 참조하면, 본 발명의 대역통과여파기는 알루미늄 등의금속으로 되어 공진기(320)를 내장하기 위한 캐비티(312)가 형성된 몸체(310)와, 몸체(310)에 형성된 캐비티(312) 안에 실장되는 공진기(320), 공진기(320)를 포함하기 위한 홈이 형성된 커버(330), 임피던스 조절을 위한 조절자(303-1~303-5, 304-1~304-4), 입력 커넥터(301), 출력 커넥터(302) 등으로 구성된다. 이와 같은 대역통과여파기는 필요에 따라 공진기(320)의 수를 가변하여 다단으로 형성할 수 있으나 본 발명의 실시예에서는 5개의 공진기를 이용하여 구현한 예를 보여준다.3A to 3D, the bandpass filter of the present invention is made of metal such as aluminum, and includes a body 310 in which a cavity 312 is formed to embed the resonator 320, and a cavity formed in the body 310. A resonator 320 mounted in the 312, a cover 330 in which a groove is formed to include the resonator 320, a regulator for adjusting impedance (303-1 to 303-5, 304-1 to 304-4), The input connector 301, the output connector 302, etc. are comprised. Such a band pass filter may be formed in multiple stages by varying the number of resonators 320 as necessary, but the embodiment of the present invention shows an example implemented using five resonators.
입력 커넥터(301)는 동축케이블 등이 연결되어 고주파 신호를 입력하기 위한 것이고, 입력 커넥터(301)를 통해 입력된 고주파 신호는 커넥터(301)와 첫번째 공진기(320) 사이에 연결된 급전선(미도시)을 통해 몸체(310) 내부의 첫번째 캐비티(312)에 실장된 첫번째 공진기(320)로 전달된다.The input connector 301 is for inputting a high frequency signal by connecting a coaxial cable or the like, and a high frequency signal input through the input connector 301 is a feed line (not shown) connected between the connector 301 and the first resonator 320. It is transmitted to the first resonator 320 mounted in the first cavity 312 inside the body 310 through.
몸체(310)는 5개의 공진기(320)를 실장하기 위하여 5개의 캐비티(312)가 형성되어 있고, 각 캐비티(312)의 중앙에는 원기둥형의 공진기(320)가 나사(324)에 의해 결합되어 몸체(310)에 고정되어 있다. 그리고 각 캐비티(312)와 캐비티(312) 사이에는 공진기(320)간 신호를 커플링하기 위한 창(314: Iris)이 형성되어 있고, 창(314)의 임피던스는 창 임피던스 조절자(304-1~304-4)에 의해 조절된다. 공진기(320)는 황동으로 된 혹은 황동이 도금된 금속 봉으로 이루어지는데, 본 발명의 실시예에서는 원주형으로 도시하여 설명하였으나 사각기둥 등 다른 형상으로 이루어질 수도 있고, 상부와 하부의 크기가 다를 수도 있다. 그리고 공진기(320)의 일단에는 몸체(310)와 나사결합을 위한 나사홈이 형성되어 있고, 타단에는 후술하는 바와 같이 공진기 임피던스 조절자(303-1~303-5)를 수용하기 위한 홈(322)이 형성되어 있다.In the body 310, five cavities 312 are formed to mount five resonators 320, and a cylindrical resonator 320 is coupled to the center of each cavity 312 by a screw 324. It is fixed to the body 310. In addition, a window 314 (Iris) is formed between each cavity 312 and the cavity 312 for coupling a signal between the resonators 320, and the impedance of the window 314 is the window impedance adjuster 304-1. 304-4). The resonator 320 is made of brass or a metal rod plated with brass. In the exemplary embodiment of the present invention, the cylindrical rod is illustrated in a circumferential shape. have. And one end of the resonator 320 is formed with a screw groove for screwing the body 310 and the other end, the groove 322 for accommodating the resonator impedance adjusters (303-1 ~ 303-5) as described later ) Is formed.
커버(330)는 금속으로 된 평판에 공진기(320)를 안에 포함하기 위하여 바깥쪽으로 돌출된 5개의 돌출부(332)가 돌출되어 있으며, 각 돌출부(332)의 내부에는 홈이 형성되어 캐비티(312)에 실장된 공진기(320)의 상부를 감싸고 있다. 그리고 커버(330)는 몸체(310)와 결합되어 밀폐공간을 형성시킴과 아울러 공진기 임피던스 조절자(303-1~303-5)와 창 임피던스 조절자(304-1~304-4)를 설치하기 위한 관통공이 형성되어 있다.The cover 330 has five protrusions 332 protruding outwards to include the resonator 320 in the metal plate, and a groove is formed in each of the protrusions 332 to form a cavity 312. The upper portion of the resonator 320 mounted in the enclosing. In addition, the cover 330 is combined with the body 310 to form a closed space and to install the resonator impedance regulators 303-1 to 303-5 and the window impedance regulators 304-1 to 304-4. Through holes are formed.
그리고 커버(330)와 공진기(320)는 닿지 않도록 되어 있으며, 각 돌출부(332)의 중앙에는 관통공이 형성되어 공진기 임피던스를 조절하기 위한 조절 볼트가 삽입되어 있고, 이 조절 볼트는 커버 외측에서 너트에 의해 지지된다. 이와 같이 돌출부(332)에 설치된 조절 볼트는 공진기의 임피던스를 조절하기 위한 공진기 임피던스 조절자이다. 이때 조절 볼트가 공진기(320)와 닿지 않도록 공진기의 상부에는 홈(322)이 형성되어 있다. 그리고 본 발명의 실시예에서는 돌출부(332)의 형상을 모서리가 부드럽게 모따기 처리된 직육면체로 도시하여 설명하였으나 다른 다양한 형태로 가능하다. 여기서, 공진기(320)와 커버(330) 구멍 사이의 작은 틈으로 인해 낮은 임피던스를 만들어 주어 고조파를 제거할 수 있으며, 특히 여파기의 높이를 낮출 수 있게 된다. 즉, 본 발명에 따른 커버를 사용할 경우에는 임피던스를 낮게 하여 대역통과여파기의 전체 크기를 작게 할 수 있으며, 이에 따라 비용을 절감할 수 있음과 아울러 더욱 컴팩트하게 구현할 수 있다.In addition, the cover 330 and the resonator 320 are not in contact with each other. A through-hole is formed in the center of each of the protrusions 332, and an adjusting bolt is inserted into the nut to adjust the resonator impedance. Is supported by. As such, the adjustment bolt installed in the protrusion 332 is a resonator impedance adjuster for adjusting the impedance of the resonator. At this time, the groove 322 is formed on the resonator so that the adjustment bolt does not contact the resonator 320. In the embodiment of the present invention, the shape of the protrusion 332 is illustrated as a rectangular parallelepiped with smooth chamfered edges, but may be in various other forms. Here, the small gap between the cavity of the resonator 320 and the cover 330 makes a low impedance to remove harmonics, and in particular, lowers the height of the filter. In other words, when the cover according to the present invention is used, the overall impedance of the band pass filter can be reduced by lowering the impedance, thereby reducing the cost and more compactly implementing the cover.
5개의 공진기(320)를 거친 필터링된 고주파 신호는 마지막 공진기(320)와 출력 커넥터(302) 사이에 연결된 급전선(미도시)에 의해 출력 커넥터(302)로 전달되어 외부로 출력된다. 그리고 입력 커넥터(301)와 출력 커넥터(302)는 나사에 의해 몸체(310)에 부착되어 있으며, 동축케이블 등 외부 도체와 커넥터로 연결하기 쉽도록 나사산이 형성되어 있다.The filtered high frequency signal passing through the five resonators 320 is transmitted to the output connector 302 by a feed line (not shown) connected between the last resonator 320 and the output connector 302 and output to the outside. In addition, the input connector 301 and the output connector 302 are attached to the body 310 by screws, and a thread is formed to facilitate connection with an external conductor such as a coaxial cable and a connector.
도 4는 본 발명에 따른 대역통과 여파기의 등가 회로도이다.4 is an equivalent circuit diagram of a bandpass filter according to the present invention.
앞서 설명한 도 3a 내지 도 3d에 도시된 5개 공진기를 갖는 여파기는 도 4에 도시된 바와 같이 개략적인 등가회로로 표현될 수 있다.The filter having the five resonators illustrated in FIGS. 3A to 3D described above may be represented by a schematic equivalent circuit as illustrated in FIG. 4.
도 4에서 각 공진기(320)는 서로 병렬 연결된 LC 공진탱크로 표현되고, 공진기와 공진기 사이를 연결하는 창(314)은 커플링 인덕터(Lw1~Lw4)로 표현되며, 입출력 커넥터(301,302)와 급전선은 입력단과 출력단의 입출력 커패시터(Csi,Cso)로 등가 표현된다. 즉, 제1 공진기는 Lr1과 Cr1으로 표현되고, 제2 공진기는 Lr2과 Cr2으로 표현되고, 제3 공진기는 Lr3과 Cr3으로 표현되고, 제4 공진기는 Lr4과 Cr4으로 표현되고, 제5 공진기는 Lr5과 Cr5으로 표현된다. 그리고 Csi는 입력단의 커패시터이고, Cso는 출력단 커패시터이며, Lw1~Lw4는 공진기간 창에 의해 나타나는 커플링 인덕터이다. 이때 각 창 임피던스 조절자에 의해 Lw1~Lw4값을 조절할 수 있고, 각 공진기 임피던스 조절자에 의해 각 공진기의 임피던스를 조절할 수 있다.In FIG. 4, each resonator 320 is represented by an LC resonant tank connected in parallel to each other, a window 314 connecting the resonator and the resonator is represented by coupling inductors L w1 to L w4 , and input / output connectors 301 and 302. And feeder lines are equivalently represented by input and output capacitors (C si , C so ). That is, the first resonator is represented by L r1 and C r1 , the second resonator is represented by L r2 and C r2 , the third resonator is represented by L r3 and C r3 , and the fourth resonator is represented by L r4 and C r4. The fifth resonator is represented by L r5 and C r5 . C si is an input capacitor, C so is an output capacitor, and L w1 to L w4 are coupling inductors indicated by the resonance period window. In this case, the L w1 to L w4 values may be adjusted by each window impedance adjuster, and the impedance of each resonator may be adjusted by each resonator impedance adjuster.
따라서 공진기의 임피던스를 조절하는 공진기 임피던스 조절자에 의해 통과대역의 중심주파수를 조절할 수 있고, 공진기간 커플링을 조절하는 창 임피던스 조절자에 의해 통과대역의 대역폭을 조절할 수 있다.Therefore, the center frequency of the pass band may be adjusted by the resonator impedance adjuster for adjusting the impedance of the resonator, and the bandwidth of the pass band may be adjusted by the window impedance adjuster for adjusting the resonance period coupling.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 공진기형 대역통과여파기에서 커버에 돌출부를 형성한 후 그 내부에 공진기를 포함하도록 함으로써 대역통과여파기의 특성을 향상시킬 수 있다. 즉, 830MHz 대역의 중심주파수를 갖는 대역통과필터의 특성에서 종래에는 도 5에 도시된 그래프와 같이 대략 3GHz 대역부터 높은 고조파 신호가 발생되었으나 본 발명에 따른 대역통과필터의 특성에서는 도 6에 도시된 그래프에서와 같이 높은 주파수 대역에서 고조파가 현저하게 감쇄된 것을 알 수 있다.As described above, according to the present invention, by forming the protrusion on the cover of the resonator type band pass filter and including the resonator therein, the characteristics of the band pass filter can be improved. That is, in the characteristics of the band pass filter having a center frequency of 830 MHz band, a high harmonic signal is generated from about 3 GHz band as shown in the graph of FIG. 5. However, in the characteristic of the band pass filter according to the present invention, As shown in the graph, it can be seen that harmonics are significantly attenuated in the high frequency band.
따라서 본 발명에 따른 대역통과여파기를 사용할 경우에는 종래와 같이 별도로 저역통과여파기를 사용할 필요가 없으므로 비용도 절감되고, 구조도 컴팩트한 통신 시스템을 구현할 수 있는 잇점이 있다. 더욱이 본 발명에 따르면 공진기와 커버 돌출부의 내부 홈 사이의 작은 틈으로 인해 낮은 임피던스를 만들어 줄 수 있으므로 여파기의 높이를 낮출 수 있어 보다 컴팩트하게 구현할 수 있다.Therefore, when the band pass filter according to the present invention is used, there is no need to use a low pass filter separately as in the prior art, thereby reducing costs and providing a compact structure communication system. Furthermore, according to the present invention, since the small gap between the resonator and the inner groove of the cover protrusion can make a low impedance, the height of the filter can be lowered, thereby making it more compact.
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2002
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