KR20050089875A - 의사-타원 응답을 갖는 도파관 ｅ-평면 ｒｆ 대역통과 필터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 의사-타원 응답을 갖는 RF 대역통과 필터에 관한 것이다. 직사각형 도파관(301)내의 E 위치에 배치되는 유전체 기판(302)을 포함하고, 기판의 표면 중의 하나상에 삽입부(303-306)를 포함하는 필터내에, 상기 도파관의 벽에 전기적으로 연결된 도체가 배치되고, 상기 전도 삽입부에 대향하는 기판의 다른 표면상에는 필터의 송신 곡선에서 영점을 결정하게 할 수 있는 전기적 부동 삽입부가 배치된다. 이것은 필터 크기의 증가없이 스퓨리어스 주파수의 거부를 개선하는 의사-타원 유형의 응답 곡선을 나타내는 필터를 초래한다.

Description

의사-타원 응답을 갖는 도파관 Ｅ-평면 ＲＦ 대역통과 필터{WAVEGUIDE E-PLANE RF BANDPASS FILTER WITH PSEUDO-ELLIPTIC RESPONSE}

본 발명은 의사-타원 응답(pseudo-elliptic response)을 갖는 RF 대역통과 필터에 관한 것으로, 더 상세하게는 인쇄 유전체 삽입부(printed dielectric insert)를 갖는 E-평면 도파관 기술로 구현되는 RF 대역통과 필터에 관한 것이다. 본 발명은 더 상세하게 ㎜ 영역내에서 작동하고 높은 스펙트럼 순도 요구를 만족시켜야 하는 무선 전기통신 시스템에 적용된다.

Ka 대역에서 정지 위성을 이용하는 광대역 양방향 통신의 프레임워크내에서는, 대중 판매용 단말기에서 유용한 대역, 통상적으로 29.5-30㎓ 밖에 배치된 스퓨리어스 신호를 감쇠시킬 수 있는 출력 필터를 이용할 필요가 있다. 이러한 필터는 더 상세하게는 통상적으로 28.5㎓에 배치된 국부 발진기 주파수를 거부하게 할 수 있어야 한다. 대중 판매 구속에 부합하기 위해서, 이러한 필터는 저가이여야 한다.

요구되는 수요가 주어지면, 이러한 목적으로 다양한 방식에 따른 도파관 기술 유형, 특히

- 유도성 또는 용량성 조리개에 의해 함께 결합된 모노 또는 멀티 모드 공동(cavity)을 구비한 필터;

- 소산 모드(evanescent mode) 필터;

- 보통 FINLINE으로 언급되는, 금속 삽입부 또는 인쇄 유전체 삽입부를 포함하는, E-평면 유형의 필터를 이용하는 것이 알려져 있다.

본 발명에서 사용되는 기본적인 기술은 마지막에 언급한 필터에 해당하고, 도 1에 도시되어 있다.

이러한 도 1에서, 직사각형 단면의 RF 도파관(101)은 이러한 도파관 전파의 E-평면내에 배치된 평면 유전체 기판(102)에 의해 동일한 2개 부분으로 나누어진다. 이러한 기판은 상기 도파관의 품질 요인을 저하시키지 않도록 낮은 손실 및 최소 두께(예를 들어 0.2㎜ 미만)를 갖는다. 그러나, 상기 도면 뿐만 아니라 다른 도면에서, 기판의 두께는 읽기 쉽도록 하기 위해 크게 확대되어 표시되었다.

기판(102)은 그 표면 중 적어도 한 표면상에 기판(103)을 지지하고 그 토폴로지가 필터의 요구되는 응답을 결정하는 도파관의 내부면에 전기적으로 연결된 인쇄 도체를 포함한다. 용어를 간략하게 하기 위해서, 도파관에 전기적으로 연결된 이러한 도체들은 전도 삽입부로 언급될 것이다.

이러한 기술의 주요 이점은, 마이크로스트립 또는 부유(suspended) 마이크로스트립 기술과 같은 다른 평면 기술과 쉽게 통합되고 조화될 수 있는 능력이다. 이러한 능력은 이후 필터링 기능을 방사 시스템의 메인 카드상의 인쇄 회로로 통합할 수 있게 한다.

이러한 통합의 한 예시가 도 2에 단면도로 표시되어 있다.

유전체 기판(102)은 받침대(bedplate)(101)와 커버(111) 사이에 밀봉된다. 이러한 받침대 및 이러한 커버는 2개 송신 모드, 즉 가이드 모드(guided mode) 및 라인 송신 모드(line transmission mode)를 결정하는 채널(104)로 구멍이 뚫린다. 기판(102)의 상부면상에 인쇄된 도체(103) 및 하부면상에 인쇄된 도체(113)는 이러한 도파관의 응답 곡선을 수정할 수 있게 한다. 상기 도면에 도시된 기술은 기판의 상부면에 대해서는 마이크로스트립 기술에, 그리고 하부면에 대해서는 FINLINE 기술에 해당한다.

도 1 및 도 2에 표시된 기술에서 가장 공통적으로 사용되는 대역통과 필터 토폴로지는, n이 필터의 차수인 경우에, 도파관의 내부면에 전기적으로 연결됨으로써 접지되는 n+1개의 유도 삽입부를 이용하는 단계로 이루어진다. 이들 삽입부는 대략 도파된 파장의 절반만큼 간격을 두고 떨어져 있고, 원칙적으로 기판의 단 한 면상에 인쇄된다. 그러나, 제조 허용오차에 대한 필터의 응답 민감도를 최소화하기 위해서, 상기 삽입부는 종종 바람직하게 기판의 양쪽 면상에 대개 동일한 방법으로 인쇄되지만, 여전히 도파관의 내부벽에 연결된다.

이러한 방식으로 얻어진 대역통과 필터의 응답 곡선은 소위 체비세프(Chebyshev) 유형을 갖는다.

필요한 스펙트럼 선택도를 얻기 위해서, 이론적으로 고차 필터를 이용할 수 있다. 이렇게 얻어진 필터는 상당한 물리적 크기 및 그 크기에 속하는 제조 에러에 대한 강한 민감도를 나타낸다. 따라서 실제로 제조하기가 매우 어렵거나 또는 심지어 제조가 불가능하다.

그러나, 거부될 주파수 또는 주파수 대역에 배치된 송신 영점(zero)이 체비세프 유형 필터의 합성으로 도입되어서, 부합될 템플릿에 대한 더 우수한 적합성과 함께 그에 대한 최적의 선택도를 얻는 동시에, 필터 차수를 감소시키고 그에 따라 그 크기를 최소로 감소시키는 것이 해당 기술 분야에서 알려져 있다. 그렇게 얻어진 응답이 "의사-타원 유형"으로 불린다.

그러나, 최근까지 이러한 송신 영점이 전술한 방법에 따른 도파관내에 만들어진 체비세프 유형 필터에 도입될 수 있는 방법이 알려져 있지 않다.

도 1은 유전체 삽입부를 갖는 E-평면 도파관 기술에서의 체비세프 유형의 대역통과 필터의 관통 사시도.

도 2는 마이크로스트립, FINLINE 및 E-평면 도파관 기술을 결합하는 구조의 단면도.

도 3은 도 1의 조건하에 있는 본 발명에 따른 대역통과 필터의 도면.

도 4는 순수한 체비세프 유형의 필터 및 본 발명에 따른 필터의 응답 곡선의 비교 그래프.

이러한 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명은 도파관의 E-평면내에 배치된 절연 기판이 설치된 도파관을 포함하며, 기판을 지지하고 그 크기 및 기판상의 그 위치를 통해 체비세프 유형 필터의 응답 곡선을 결정하는, 도파관의 내부면에 전기적으로 연결된 유도성 전도 삽입부를 그 표면 중 한 표면상에 포함하는 유형의, 의사-타원 응답을 갖는 RF 대역통과 필터를 제안한다. 상기 필터는 상기 기판의 다른 면상에 배치되고 그 크기 및 상기 기판상의 그 위치를 통해 상기 필터의 응답 곡선에서의 송신 영점을 결정하는 적어도 하나의 전기적 부동(floating) 삽입부를 더 포함하여, 이러한 영점 근방에 배치된 주파수를 감쇠시키고 상기 필터의 응답 곡선의 의사-타원 속성을 결정하게 할 수 있다.

표현 "부동 삽입부"는 전기적으로 전위에 연결되지 않아서 필터에 교차하는 전자기장에 의해 그 전압이 삽입부상에 부과되는 전도 삽입부를 의미하는 것으로 이해되어야 한다.

표현 "송신 영점"은 필터의 응답 곡선에서의 전체 감쇠를 의미하는 것으로 이해되어야 하고, 상기 감쇠는 주어진 주파수에 대해 실현된다.

다양한 특징에 따르면, 상기 필터는 송신 영점 세트를 결정하는 부동 삽입부 세트를 포함한다. 부동 삽입부의 수는 전도 삽입부의 수와 동일하다. 각각의 부동 삽입부는 전도 삽입부에 대향 배치된다. 상기 도파관은 직사각형 단면을 갖고, 상기 기판은 이러한 도파관내의 중간 길이 위치에 배치된다. 각각의 유도 삽입부는 상기 도파관의 2개 대향 측부에 전기적으로 연결된다. 상기 필터는 ㎜ 파 범위내에서 작동하도록 적응된다.

본 발명의 다른 특징 및 이점은, 첨부 도면과 관련하여 비제한적인 예시에 의해 제공되는, 후술되는 설명에서 명백하게 명확해질 것이다.

도 3을 참조하면, 상기 도면에 도시된 바와 같은, 본 발명에 따른 필터는 도 1의 필터와 비교가능한 구조를 갖고, 이러한 도파관의 E-평면내에 세로로 배치된 얇은 유전체 기판(302)이 설치된 도파관(301)을 포함한다. 이러한 기판의 상부면은, 기판의 세로 가장자리상에 배치된 그 종단이 기판을 지지하는 도파관의 내부 측면(301A,301B)과 전기적 접촉하는 더 넓거나 또는 더 좁은 직사각형 금속배선(metallization)으로 형성된 4개 유도 삽입부(303 내지 306)를 포함한다. 바람직하게, 이러한 유도 삽입부는 최상의 가능한 전기적 접촉을 보장하도록 도파관의 2개 대향 측부에 전기적으로 연결된다. 이러한 삽입부는 체비세프 유형의 대역통과 필터링 기능을 얻을 수 있게 한다.

상기 삽입부의 크기 및 위치는 요구되는 응답 곡선을 얻도록 알려진 방식으로 결정된다. 이러한 특정 경우에, 4개 삽입부가 있기 때문에 상기 필터는 3차 필터이다.

본 발명에 따르면, 기판의 하부면은 여기서 좁은 직사각형 금속배선으로 형성되고 2개의 전도 대역으로 축소되는 2개의 삽입부(314,315)를 포함한다. 이들 금속배선은 전기적으로 "부동적"이다. 즉, 상기 금속배선은 기판을 지탱하는 도파관의 2개 측면(301A,301B)에 연결되지 않는다. 상기 금속배선은 기판의 다른 면상에 배치된 삽입부(304,305)에 대면하게 배치되고, 도파관의 세로축에 대해 더 크거나 더 작은 범위까지 기울어진다.

상기 도면의 이해를 용이하게 하기 위해서, 상기 기판의 하부면에는, 2개의 "부동" 삽입부(314,315)가 배치될 돌출부의 4개 코너 위치에 4개의 작은 대시(dash)(307) 형태의 전도 삽입부의 돌출부가 그 위에 표시되었다. 이러한 결합된 구조는 그 전체 크기의 어떠한 증가도 수반하지 않고서 필터의 응답 곡선에서 송신 영점을 발생시키게 할 수 있다. 이들 영점이 배치되는 주파수는 이들 "부동" 삽입부의 크기 및 방위에 의해 결정된다. 이들 크기 및 이들 방위는 또한 그 자체로 알려진 합성 방법에 의해 결정된다. 유도성 전도 삽입부 및 "부동" 삽입부 양쪽의 완전한 크기표시 파라미터 세트는 요구되는 응답의 함수로서 필터의 응답 곡선의 세계적 맞춤법(tailoring)을 허용한다.

전술한 예시에서, 2개의 삽입부(314,315)는 2개 영점을 응답 곡선에 삽입하게 할 수 있지만, 단 하나를 추가하거나 또는 2개의 다른 부동 삽입부를 전도 삽입부(303,306)에 대향 배치함으로써 그 4개를 삽입하게 할 수 있다.

일반적인 방식에서, 후자가 n+1개 전도 삽입부를 포함하기 때문에 n차 필터내에서 최대 n+1개 송신 영점을 발생할 수 있다. 필터의 설계자는 따라서 부과된 템플릿에 최상으로 부합하도록 필터의 통과대역의 양측상에 이들 영점을 분배할 수 있을 것이다. 영점이 통과대역에 더 가깝게 배치될수록 더 많은 후자의 템플릿이 붕괴될 것이라는 점이 이해될 것이다. 대부분의 경우에, 따라서 매칭 및 대역폭 측면에서 만족스러운 성능을 회복하도록 전도 삽입부를 다시 엔지니어링할 필요가 있을 것이다. 이것은 그렇게 큰 유동성으로 삽입될 수 있는 다수의 영점이 완전(entirely) 체비세프 유형의 필터의 경우에서보다 훨씬 더 많은 수의 파라미터를 변경하게 할 수 있으므로 구현하기가 더 용이할 잘 알려진 반복 방법에 의해 수행될 것이다. 심지어 필터의 차수를 감소시키고 그에 따라 그 크기 및 그 비용을 감소시키는 동시에 매우 상당한 선택도를 유지하도록 이러한 유동성으로부터 혜택을 받을 수 있을 것이다.

도 3에 표시된 필터는 유형 RO4003의 두께 0.2㎜인 기판이 설치된, 단면 3.556x7.112㎟의 유형 WR28의 표준 도파관내에 주입된 특정 실시예에 해당한다.

이러한 필터는 3차 필터이고, 따라서 4개 전도 삽입부를 가지며, 이들 삽입부는 Ka 유형의 단말기의 통과대역, 즉 29.5-30.0㎓에 따른 통과대역을 얻기 위해 엔지니어링되었다. 이러한 필터의 응답 곡선은, 이러한 전도 삽입부만을 포함하는 경우에, 따라서 단독으로 체비세프 유형을 갖고, 도 4에서 "401"로 표시된다.

"부동" 삽입부의 크기는 거부될 28.5㎓의 주파수에 매우 근접해서 2개의 영점을 얻도록 결정되었다. 이들은 도 4의 곡선(402)의 골(403)에 대응한다. 이러한 곡선(402)은 본 발명에 따른 필터의 전술한 예시적 실시예의 의사-타원 응답 곡선이다.

이러한 예시에서, 2개의 영점이 매우 가까워서 응답 곡선내에서 이들을 구별할 수 없게 하고, 순수한 체비세프 유형의 필터와 비교하여 제거될 13㏈의 스퓨리어스 주파수보다 더 큰 감쇠가 얻어진다는 점에 유의한다.

28.0㎓ 주위에서의 상승(upturn)은 문제가 되지 않고, 가능하면 다른 수단에 의해, 예를 들어 다른 추가 영점을 삽입함으로써 제거될 수 있다. 추가로, 낮은 주파수에서의 필터의 절단 가장자리의 급준성(steepness)이 개선된다. 이들 이점이 얻어지는 동시에, 필터의 초기 크기 및 매우 낮은 가격을 유지하는데, 이는 단순하게 기존의 기판상에 소수의 추가 금속배선을 배치하는 단계로 이루어지기 때문이다.

본 발명을 위협하지 않고서 부동 삽입부의 형상 및 위치에 관해 소수의 변형예가 용이하게 착수될 수 있다. 부동 삽입부의 크기는 그 공진 주파수에 따라 달라진다. 부동 삽입부가 유도 삽입부 아래에 그 전체 표면을 포함할 수 없도록 크기를 표시할 수 있는 것이 가능하다. 또한 굽은 삽입부로 재분류할 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명은 의사-타원 응답을 갖는 RF 대역통과 필터에서 이용가능하다.

Claims (7)

1. 도파관의 E-평면내에 배치된 절연 기판(302)이 설치되고, 상기 기판을 지지하고 그 크기 및 상기 기판상에서의 그 위치를 통해 체비세프 유형의 필터 응답 곡선을 결정하는, 상기 도파관의 내부면에 전기적으로 연결되는 유도성 전도 삽입부(303-306)를 그 표면 중 한 표면상에 포함하는 도파관(301)을 포함하는 유형의, 의사-타원 응답을 갖는 RF 대역통과 필터에 있어서,

   상기 기판의 다른 표면상에 배치되고 그 크기 및 상기 기판상의 그 위치를 통해 상기 필터의 응답 곡선에서 송신 영점을 결정하는 적어도 하나의 전기적 부동 삽입부(314)를 더 포함하여, 이러한 영점 근방에 배치된 주파수를 감쇠시킬 수 있게 하고 상기 필터의 응답 곡선의 의사-타원 속성을 결정하는 것을 특징으로 하는, 의사-타원 응답을 갖는 RF 대역통과 필터.
2. 제 1항에 있어서, 송신 영점 세트를 결정하는 부동 삽입부 세트(314-315)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 의사-타원 응답을 갖는 RF 대역통과 필터.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 부동 삽입부(314-315)의 수는 전도 삽입부(303-306)의 수와 동일한 것을 특징으로 하는, 의사-타원 응답을 갖는 RF 대역통과 필터.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 부동 삽입부(314-315)는 상기 전도 삽입부(303-306)에 대향 배치되는 것을 특징으로 하는, 의사-타원 응답을 갖는 RF 대역통과 필터.
5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도파관(301)은 직사각형 단면을 갖고, 상기 기판(302)은 상기 도파관내에서 중간 길이 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는, 의사-타원 응답을 갖는 RF 대역통과 필터.
6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 유도 삽입부는 상기 도파관의 2개 대향 측부에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는, 의사-타원 응답을 갖는 RF 대역통과 필터.
7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, ㎜파 범위내에서 작동하도록 적응되는 것을 특징으로 하는, 의사-타원 응답을 갖는 RF 대역통과 필터.