KR20050085445A - 의사-타원 응답을 갖는 대역통과 필터 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 체비셰프 응답(Chebyshev response)을 가지는 필터와 동일한 콤팩트함을 보유하면서 준-타원 응답(quasi-elliptic response)을 나타내는 유도성 아이리스(inductive iris)를 갖는 H-평면 필터를 제안한다. 본 발명은 또한 다수의 송신율 제로(0)를 사용할 수 있게 해준다. 이를 위해, 적어도 2개의 유도성 아이리스(7)에 의해 한정된 적어도 하나의 공동(4)을 포함하는 도파로 필터가 제안된다. 본 필터는 또한 이 유도성 아이리스(7) 중 하나에 배치된 적어도 하나의 플로우팅 삽입물(floating insert)(1)을 더 포함한다. 본 발명은 또한 적어도 하나의 삽입물을 포함하는 도파로 필터를 제조하는 방법에 있다.

Description

의사-타원 응답을 갖는 대역통과 필터{BANDPASS FILTER WITH PSEUDO-ELLIPTIC RESPONSE}

본 발명은 도파로 타입의 의사-타원 응답을 갖는 대역통과 필터에 관한 것이다. 이러한 필터는 특히 고주파수 송신 시스템에 사용된다.

광대역 양방향 송신 디바이스의 대중 시장의 발달은 선택도, 대역폭, 부피, 및 비용 면에서 상당한 제약을 나타내는 필터링 디바이스의 사용을 요구하고 있다. 이들 제약은 매우 가까이 있는 2개의 대역에 있는 신호가 서로 분리되어야만 하는 송신 신호와 수신 신호를 분리시키기 위해 안테나 측에서 수행되는 필터링의 레벨에서는 매우 크다.

밀리미터 주파수에 사용가능한 필터링 기술 중에서, 도파로 타입의 기술은 이 요구조건을 충족시키는데 충분히 높은 품질 계수를 나타낸다. 가장 일반적으로 사용되는 도파로 필터는 오늘날 유전체 삽입물(dielectric insert)을 갖는 E-평면 필터와 유도성 아이리스(inductive iris)를 갖는 H-평면 필터이다.

40㎓를 넘고 선택성이 높은 필터에 대해서는 유도성 아이리스를 갖는 H-평면 필터를 사용하는 것이 바람직하다. 도 1은 체비셰프 타입의 응답(Chebyshev type response)을 소유하는 4개의 유도성 아이리스를 갖는 차수 3의 대역통과 필터를 도시한다. 그러한 필터는, 선택성을 높게 하기 위하여, N+1인 아이리스의 수를 증가시키는 높은 차수 N을 가져야 한다. 그러나, 이 아이리스의 수의 증가는 필터의 사이즈의 증가를 야기한다.

아이리스 필터의 선택성을 증가시키기 위해, 예를 들어, W. MENZEL 등의 논문 "Planar integrated waveguide diplexer for low cost millimeter-wave applications" (EUMC, pp 676-680, 1997년 9월)로부터 통과대역 부근에 송신율 제로(0)를 도입하는 것이 알려져 있다. 송신율 제로(0)의 도입은 이 필터의 선택성을 증가시키는 준-타원 응답(quasi-elliptic response)을 생성한다. 한편, 송신율 제로(0)의 도입은 이 필터의 주축에 수직하게 놓인 도파로의 단면(또는 공진 공동)을 부가함으로써 이루어지며, 이에 의해 필터를 보다 덜 콤팩트하게 만든다. 나아가, 송신율 제로(0)의 수 및 주파수의 위치지정은 그 구현 방법으로 인해 제한된다.

도 1은 종래 기술에 따른 아이리스 도파로 필터를 도시하는 도면.

도 2는 아이리스 내 플로우팅 삽입물의 여러 실시예를 도시하는 도면.

도 3은 플로우팅 삽입물을 구비하는 도파로 필터의 실시예를 도시하는 도면.

도 4는 도 3의 필터의 주파수 응답의 예를 도시하는 도면.

도 5 및 도 6은 본 발명에 따라 2개의 삽입물을 갖는 도파로 필터의 2개의 실시예를 도시하는 도면.

도 7 및 도 8은 도 5 및 도 6의 필터의 2개의 주파수 응답의 예를 도시하는 도면.

도 9는 본 발명에 따른 필터를 제조하는 방식을 도시하는 도면.

본 발명의 목적은 체비셰프 응답을 가지는 필터와 동일한 콤팩트성을 보유하면서 준-타원 응답을 나타내는 유도성 아이리스를 갖는 H-평면 필터를 제안하는 것이다. 본 발명의 제 2의 목적은 다수의 송신율 제로(0)를 사용할 수 있게 하는 것이다. 이를 위해, 적어도 하나의 플로우팅 삽입물(floating insert)이 하나의 아이리스(iris) 내에 배치되어 있는 유도성 아이리스를 갖는 도파로 필터가 제안된다.

본 발명은 적어도 2개의 유도성 아이리스에 의해 한정된 적어도 하나의 공동을 포함하는 도파로 필터에 있다. 이 필터는 유도성 아이리스 중 하나에 배치된 적어도 하나의 플로우팅 삽입물을 더 포함한다.

플로우팅 삽입물(floating insert)이라는 표현은, 도파로 내에 순환하는 전자계(electromagnetic field)에 따라 그 전위가 플로우팅하도록 도파로에 전기적으로 연결되어 있지 않은 금속 삽입물을 의미하는 것으로 이해되어야 한다.

여러 가지 선호되는 실시예에 따라, 이 플로우팅 삽입물은 이 아이리스의 중심이 아니라 아이리스의 에지(edge)에 더 인접하게 배치된다. 이 필터는 도파로 내부에 유전체 포움(dielectric foam)으로 된 적어도 하나의 블록(block)을 포함한다. 이 플로우팅 삽입물은 포움으로 된 블록 위에 인쇄된다. 이 포움은 1에 가까운 상대 유전 상수를 가지고 있다.

본 발명은 또한 2개의 아이리스에 의해 한정된 적어도 하나의 공동을 포함하는 도파로가 2개의 부분으로 이루어지는 도파로 필터를 제조하는 방법에 있다. 이 도파로의 2개의 부분을 조립하기 전에, 유전체 포움으로 된 적어도 하나의 블록이 도파로 내부에 배치된다. 이 블록은 적어도 하나의 플로우팅 삽입물을 형성하는 적어도 하나의 금속화물(metallization)을 지지한다.

바람직하게는, 이 삽입물은 포움 위에 인쇄하는 기술에 의해 제조된다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 이하 나오는 상세한 설명을 판독함으로써 더 잘 이해되고 다른 특징과 잇점도 명백하게 될 수 있을 것이다.

도 2a는 2개의 매움 부재(shim)(2,3)에 의해 한정된 아이리스에 배치된 금속 삽입물(1)을 도시한다. 이 금속 삽입물(1)은 플로우팅 방식으로 배치되며, 즉 이 금속 삽입물(1)은 그 길이에 따라 그리고 전계와의 연결에 따라 좌우되는 주파수에서 공진할 수 있도록 도파로의 어느 에지와도 접촉하지 않는다. 이 전계와의 연결은 특히 도파로의 중심에 대한 삽입물의 위치 및 이 도파로의 축에 대한 삽입물의 기울기에 따라 달라진다. 현재까지 아이리스 내에 배치된 삽입물의 공진 주파수를 결정하기 위한 연산 모델은 존재하지 않는다.

이 삽입물을 치수 조정하는데 사용되는 방법은, λ_r이 원하는 공진 주파수에 대응하는 파장이라 할 때, λ_r/2인 삽입물의 길이로부터 시작하는데 있다. 이때, 전자기 시뮬레이터를 사용하여, 공진 주파수가 평가된 후, 삽입물의 사이즈가 수행된 시뮬레이션의 결과에 따라 수정되며 또한 가능하게는 아이리스 내 위치와 그 기울기도 수정된다. 이 삽입물의 길이는 몇 번의 시뮬레이션 후에 획득되며 프로토타입(prototype)을 사용하여 더 한정될 수 있다. 이 삽입물의 길이가 매우 크면, 이 삽입물을 구부려서 C 삽입물(도 2b), S 삽입물(도 2c), 또는 L 삽입물(도 2d)을 얻는 것이 항상 가능하다.

도파로 내에 삽입물이 존재하면 공진 주파수에 대해 송신율 제로(0)를 만드는 효과를 제공할 수 있다. 이 삽입물은 단순한 도파로를 선택성이 매우 높은 대역차단 필터(bandstop filter)로 변환시킨다. 그 단점은 이 도파로와 삽입물이 상호작용하여 추가적인 교란을 발생시킬 수 있다는 것이다. 필터 내에 삽입물이 놓이면 그 필터의 특성이 이 삽입물의 존재에 의해 수정된다.

도 3은 4개의 아이리스(7)를 통해 2개의 액세스 경로(6) 및 3개의 상호 연결된 공동(4)을 구비하는 필터에 대한 사시도를 도시한다. 도 3의 필터는 아이리스 내에 배치된 플로우팅 삽입물(1)을 포함한다. 도 3의 필터는 하나의 동일한 통과 대역을 가지도록 도 1에 도시된 타입의 필터이다. 플로우팅 삽입물은 대역의 경계에서 필터의 제거율(rejection)을 강화시키기 위해 통과 대역 외부에 그 공진 주파수가 놓이도록 결정된다. 송신율 제로(0)는 필터의 기울기가 매우 증가되어야 하는 위치에 놓인다.

이 필터 내의 전계를 과도하게 교란하여 삽입물 없는 필터의 특성을 과도하게 교란하지 않도록 하기 위해, 이 삽입물은 매움 부재(2)에 가까이 배치되는 것이 바람직하다. 도파로의 중앙에 이 삽입물을 배치하는 것도 가능하며, 즉 전계와의 연결 계수가 최대가 되는 곳에 배치하는 것도 가능하지만, 이 경우에 너무 많은 연결로 인해 필터의 특성 및 특히 그 통과 대역을 크게 수정되는 효과가 생기기 때문에, 동일한 통과대역을 보유하도록 이 필터를 적절히 치수 재조정하여야 한다.

도 4는 도 1의 필터에 비해 도 3의 필터의 가능한 응답의 일례를 도시한다. 곡선 10은 체비셰프 타입의 주파수 응답을 가지는 도 1의 필터에 대응한다. 곡선 11은 삽입물이 주파수 12에서 공진하는 경우 도 3의 필터의 응답에 대응한다. 곡선 11은 체비셰프 타입의 응답보다 통과대역 상한에서 더 높은 제거율을 나타내는 준-타원 타입의 응답에 대응한다. 이 필터의 통과대역은 동일하게 유지된다.

물론, 하나의 삽입물을 추가하는 것만으로는 충분치 않을 수 있다. 바람직하게는 수 개의 삽입물이 추가된다. 도 5는 2개의 다른 아이리스에 놓인 2개의 삽입물(50, 51)을 갖는 필터를 도시한다. 도 6은 동일한 아이리스에 놓인 2개의 삽입물(52, 53)을 갖는 필터를 도시한다. 필터가 4개의 아이리스를 구비하는 경우에 각 아이리스에는 하나, 2개, 또는 그 이상의 삽입물을 놓는 것도 전적으로 가능하며 나아가 최대 8개의 삽입물이 놓일 수 있으며, 이에 의해 8개의 송신율 제로(0)를 추가할 수 있으며 그리하여 이 필터의 응답의 에지의 레벨에서 생성된 효과를 상당히 강화할 수 있다.

수 개의 삽입물이 사용되는 경우, 각 삽입물의 사이즈는 개별적으로 결정되어야 한다. 이때 삽입물의 사이즈를 한정하고 가능하게는 아이리스의 매움 부재를 치수 재조정하기 위해 모든 삽입물을 포함하는 필터에 대해 시뮬레이션이 수행된다.

도 7은, 도 5 및 도 6에 대응하며, 삽입물의 공진 주파수가 통과 대역의 하나의 동일한 측에 놓여 있는 필터의 응답 곡선(14)을 도시한다. 이 기술 분야에 숙련된 자라면, 곡선 14에서 2개의 삽입물에 의해 생성된 효과는 곡선 11에 비해 증폭된 효과를 나타낸다는 것을 알 수 있을 것이다.

도 8은, 도 5 및 도 6에 대응하며, 삽입물의 공진 주파수가 통과 대역의 각 측에 놓여 있는 필터의 응답 곡선(15)을 도시한다. 명백히, 이 대역의 각 측에서 에지의 제거율을 증가시키기를 원한다면, 더 많은 수의 삽입물을 추가하는 것도 가능하다.

이 기술 분야에 숙련된 자라면, 본 발명에 따른 필터의 부피(bulkiness)는 송신율 제로(0)가 아닌 필터에 비해 불변으로 유지된다는 것을 알 수 있을 것이다. 또한 송신율 제로(0)의 수는 M*(N+1)과 같을 수 있으며, 여기서 M은 아이리스당 삽입물의 수이며 N은 아이리스 필터의 차수이며, 이에 의해 이 필터의 부피를 변경함이 없게 된다.

그러한 필터를 제조하는 것에 관한 한, 다수의 기술이 이용가능하다. 도 9를 참조하여 후술되는 기술은 더 적은 비용으로 그러한 필터를 제조할 수 있게 해준다.

아이리스를 형성하는 매움 부재(91)를 구비한 도파로에 대응하도록 전도성 블록(90)이 몰딩되고 및/또는 가공된다. 전도성 리드(conducting lid)(92)는 블록(90)을 밀폐시키는 역할을 하며 이에 의해 도파로 필터를 형성한다. 먼저, 포움(93 내지 95)으로 된 제 1, 제 2, 및 제 3 블록은 리드(92)를 밀폐시키기 전에 도파로 내에 위치된다. 포움(93 내지 95)으로 된 블록은 예를 들어 ROHACELL HF라는 상표명으로 시판되는 폴리메타크릴레이트 포움(polymethacrylate foam)으로부터 제조되며, 이 포움은 예를 들어 열압축(thermo-compression)에 의해 몰딩된다. 일반적으로, 사용되는 포움은 예를 들어 10^-4 정도의 낮은 손실을 갖는 1에 가까운 상대 유전 상수(ε_r)를 가져야 하며, 이 포움 위에 금속화물을 만드는 것이 가능하다. 포움(93 내지 95)으로 된 제 1 및 제 3 블록은 또한 금속 삽입물(96, 97)을 위한 기판으로 작용한다. 삽입물(96, 97)은 선택된 포움과 양립되는 기술을 사용하여 제조된다. 이 금속화물은, 예를 들어, 그 구현되는 패턴이 이미 새겨져 있는 마스크를 통해 도포된 전도성 페인트를 증착시키는 것이다. 이 페인트는 예를 들어 은(silver) 타입이고 이 포움 위에 유지되도록 충분한 기계적 부착력을 나타내야 한다.

바람직하게는, 전체 도파로는 균질한 전파 매체를 얻기 위해 포움으로 채워진다. 그러나, 포움의 거동이 공기와 매우 동일하다면 포움으로 전체 도파로를 충진하는 것은 가능하지 않다. 예를 들어 삽입물을 지지하는 포움으로 된 하나의 블록을 사용하는 것도 가능하며, 이때 이 블록은 도파로의 중간에 또는 일측에 부착된다.

명백하게, 본 발명에 대해 다수의 변형이 가능할 것이다. 필터의 공동의 수는 이 기술 분야에 숙련된 자의 요구조건에 따라 변동할 수 있다. 다수의 타입의 포움이 사용될 수 있다. 전도성 페인트의 선택은 비교적 넓다. 이 삽입물은, 예를 들어, 포움과 일체로 된 금속 층의 포토리소그래피 기술에 의해 페인팅이 아닌 인쇄 기술에 따라 제조될 수도 있다.

전술된 바와 같이, 본 발명은 도파로 필터 등에 이용가능하다.

Claims (8)

1. 적어도 2개의 유도성 아이리스(inductive iris)에 의해 한정된 적어도 하나의 공동(cavity)(4)을 포함하는 도파로 필터에 있어서,

   상기 필터는 상기 유도성 아이리스 중 하나에 배치된 적어도 하나의 플로우팅 삽입물(floating insert)(1)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 도파로 필터.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 플로우팅 삽입물(1)은 상기 아이리스(7)의 중심이 아니라 상기 아이리스(7)의 에지(edge)에 더 가까이 배치되는 것을 특징으로 하는, 도파로 필터.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 도파로 내부에 유전체 포움(dielectric foam)으로 된 적어도 하나의 블록(block)(93 내지 95)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 도파로 필터.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 플로우팅 삽입물(96, 97)은 상기 포움으로 된 블록(93, 95) 위에 인쇄되는 것을 특징으로 하는, 도파로 필터.
5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 포움은 1에 가까운 상대 유전 상수(dielectric constant)를 가지는 것을 특징으로 하는, 도파로 필터.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 포움은 폴리메타크릴레이트 포움(polymethacrylate foam)인 것을 특징으로 하는, 도파로 필터.
7. 2개의 아이리스(7, 91)에 의해 한정된 적어도 하나의 공동(4)을 포함하는 도파로가 2개의 부분(90, 92)으로 이루어지는 도파로 필터를 제조하는 방법에 있어서,

   상기 도파로의 상기 2개의 부분(90, 92)을 조립하기 전에, 유전체 포움으로 된 적어도 하나의 블록(93 내지 95)이 상기 도파로 내부에 배치되며, 그리고 상기 블록(93, 95)은 적어도 하나의 플로우팅 삽입물(96, 97)을 형성하는 적어도 하나의 금속화물을 지지하는 것을 특징으로 하는, 도파로 필터를 제조하는 방법.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 삽입물(96, 97)은 상기 포움 위에 인쇄하는 기술에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는, 도파로 필터를 제조하는 방법.