KR20050110430A - 가변 대역 통과 필터 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 직접 변환 수신기에 장착되는 가변 대역 필터에 있어서, 헤어핀-콤(hairpin-comb) 형태의 공진기를 적용하고, 공진기 대역폭의 상한을 억제시킴으로써, 수신 주파수 대역의 변화에도 불구하고 원하는 대역폭을 유지할 수 있는 가변 대역 통과 필터를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 가변 대역 통과 필터는, 직접변환 수신기에 적용되어 수신 신호 중 필요 대역군을 통과시키는 가변 대역 통과 필터에 있어서, 기판; 접지부와 개방부를 갖고, 상기 개방부에 연결된 가변 커패시터에 의해 공진 주파수가 조정되며, 상기 기판 상에 서로 이격되어 형성된 복수개의 공진부; 및 상기 복수개의 공진부의 양 끝에 연결되도록 상기 기판 상에 형성되고, 상기 복수개의 공진부와 임피던스 정합을 하며, 상기 수신 신호를 전달하는 급전선을 포함하고, 상기 복수개의 공진부는, 상기 수신 신호의 중심 주파수가 증가함에 따라 상기 필요 대역군의 고주파 측 극점 주파수를 푸시-다운(push-down)한다.

Description

가변 대역 통과 필터{TUNABLE BANDPASS FILTER}

본 발명은 가변 대역 통과 필터에 관한 것으로, 특히, 이동통신 시스템에 있어서, 신호 수신 시 원하는 대역만을 통과시키는 필터링 동작을 수행하는 가변 대역 통과 필터에 관한 것이다.

최근에, 이동통신의 발전에 힘입어 제 4세대 통신(초고속 멀티미디어 서비스)으로 전환하기 위한 여러 분야에서 많은 연구들이 활발히 진행되고 있으며, 제 4세대 통신을 위해 사용자가 유무선의 구분없이 서비스간 결합이나 상호 호환을 통하여 원하는 서비스를 언제 어디서나 제공받을 수 있고, 단말 이동성, 사용자 이동성 이외에도 서비스 이동성, 번호 이동성이 모두 지원될 것으로 예측되는 서비스 통합에 따라 유무선 통합이 이루어져야 하는데, 이러한 유무선 통합의 필요성으로 인해 유무선 통합을 위한 핵심기술로 대두되는 기술이 3가지가 있는데, 무선접속구간의 호환성을 해결하는 SDR(Software Defined Radio), 동적인 망설정으로 망간의 상호운용성을 강화하는 능동망(Active Network), 유무선 통합망에서 시그널링 문제를 해결하기 위한 SIP(Session Initiation Protocol)가 있다.

기지국과 단말기에서 통상 하드웨어로 RF를 지원하던 방식을 소프트웨어 형태로 지원하며 서비스에 따라 시스템을 유동적으로 전환하는 SDR은 서로 다른 접속 기술간 자동 설정, 소프트웨어 다운로드로 이동 단말기 교체 불필요 이동단말기에 각종 부가기능 부여, 전파의 혼선, 간섭 감소라는 많은 기대 효과를 가지고 있다. 이러한 SDR기술에서 디지털변환기(ADC) 위치가 RF영역으로 옮겨지게 됨으로써 기존에 사용하였던 슈퍼헤테로다인 수신기 대신 직접변환 수신기에 대한 연구가 수행되고 있다.

도 1은 종래의 직접변환 수신기를 나타낸 블록도로서, 이에 관하여 설명하면 다음과 같다.

저잡음 증폭기(LNA)(110)는, 안테나를 통하여 수신한 신호를 증폭하여 대역 통과 필터(BPF)(120)로 출력하는 역할을 한다. 또한, 대역 통과 필터(BPF)(120)는, 저잡음 증폭기(LNA)(110)로부터 입력된 신호 중 사용하고자 하는 대역군을 통과시키고, 사용하지 않는 신호의 대역군은 걸러내는 역할을 한다. 한편, 발진기(130)는, 로컬 발진 신호를 생성하고, 생성된 로컬 발진 신호를 복수개의 믹서(141, 142)로 출력하는 역할을 한다. 또한, 복수개의 믹서(141, 142)는, 대역 통과 필터(BPF)(120)로부터 입력된 신호를 발진기(130)에서 출력된 로컬 발진 신호를 혼합하여 다운컨버팅시키는 역할을 한다. 한편, 복수개의 증폭기(151, 152)는, 복수개의 믹서(141, 142)로부터 출력된 신호를 각각 입력받아 증폭하는 역할을 한다. 또한, 복수개의 아날로그-디지털 변환기(ADC)(161, 162)는, 복수개의 증폭기(151, 152)로부터 출력된 아날로그 신호를 입력받아 디지털 신호로 변환하는 역할을 한다. 한편, 디지털 신호 처리부(Digital Signal Processor : DSP)는, 아날로그-디지털 변환기(ADC)(161, 162)로부터 출력된 디지털 신호를 입력받아 처리하는 역할을 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 이 수신기에서 대역 통과 필터(BPF)(120)는 원하는 신호로부터 이미지 신호를 분리하고, 필터의 원 목적인 관심주파수에 신호를 한정하는데, 마이크로파(300㎒～30㎓) 대역에서 필터는 분포정수소자로 설계되어지고 보통은 마이크로스트립 형태를 많이 이용한다. 직접변환 수신기에서 영상 신호를 분리한다는 말은 기존의 슈퍼헤테로다인에서는 혼합기단을 거치면 영상 신호가 발생하게 되는데 이 때 이미지 신호를 분리하기 위한 필터로 영상 필터라고 하지만, 직접 변환 수신기에서 이미지 신호의 분리란 말은 사용하고자 하는 대역군은 도통시키고 사용하지 않는 신호의 대역군을 이미지로 봐서, 그 사용하지 않는 신호의 대역군을 이미지 신호로 보는 것이다. 이러한 사용하지 않는 신호의 대역을 걸러내는 의미로 이미지 필터라고 하며 보통 믹서 앞에서 이미지 제거를 수행한다.

SDR 수신기에서 필터는 원하는 신호와 이미지 신호의 분리기능 및 관심주파수에서의 신호만 통화하도록 대역제한 기능을 수행하는데, 하나의 관심 대역(예를 들어, PCS, WCDMA, WLAN 대역)을 수행하는 것이 아니라, 여러 대역의 신호를 수신하게 되며 관심대역에 따라 그 대역에 맞는 영상 필터링 과정이 수행되야 한다. 이러한 필터링 과정의 수행을 위해 제안된 방법으로 크게 가변대역필터를 이용하는 방법과 여러개의 필터를 만들어 놓은 후 스위치를 이용하여 대역을 바꾸는 방법이 있다.

가변대역통과 필터는 많은 응용에 여러 가지 기술들에 의해서 구현되어지며, 크게 자기적인 성질을 이용한 가변필터, 전기적인 성질을 이용한 가변필터, 기계적인 성질을 이용한 가변 필터로 나누어진다.

먼저 자기적인 성질을 이용한 가변필터를 살펴보면, YIG(yttrium iron garnet)와 같은 강자성(ferromagnetic) 화합물과 산화철에 알루미늄, 코발트, 망간, 니켈과 같은 여러 가지 다른 종류의 페라이트들은 자기적 비등방성(텐서 투자율)을 갖는데, 이러한 물질들을 이용하여 공진기를 구성하였을 때 직류 자계바이어스의 세기를 조절함으로써 공진기의 공진주파수를 변화시킬 수 있다.

자기적 성질을 이용한 가변 필터로는 YIG 필터, MSW(Magnetostatic Wave) 필터, 이-플래인(E-Plane) 필터 등이 있다.

전기적인 성질을 이용한 가변필터는 가변속도가 빠르며, 넓은 가변범위와 크기가 작다는 이점을 가지고 있으며, 대부분 역전압에 의해 커패시턴스 값이 변화하는 GaAS 바렉터 다이오드를 이용하여 공진부의 커패시턴스 값을 변화시켜서 공진주파수를 변화시키며, 보통 마이크로스트립 필터를 이용하고 있다.

기계적인 성질을 이용한 가변필터는 원거리 통신(인공위성 또는 대류권 산란이나 레이더 시스템에서 요구되어지는 큰 전력과 낮은 삽입손실이 요구되어질 때 사용하며, 보통 도파관 공진기를 이용하여 구현된다.

가변 대역 통과 필터는, 도 2에 도시된 바와 같이 가변 대역 통과 필터의 공진기를 이루는 용량성 소자(커패시터) 또는 유도성 소자(인덕터)의 값을 가변시킴으로써 구현가능하다.

대역통과 필터를 설계할 경우, 입/출력단에서 외부 Q를, 중간단에서는 결합계수 k를 이용하여 원하는 대역과 대역폭을 결정하는데, J-인버터를 이용한 필터의 외부 Q와 결합계수 k의 표현식은 다음과 같다.

여기서, b는 공진부의 기울기 파라미터, g는 저역통과 프로토타입의 값, W는 비대역폭, J는 J-인버터의 값, 는 양끝 전송선에 연결되는 급전선의 어드미턴스(the terminating line admittance)이다. 상기 수학식 1 및 상기 수학식 2는 J값, 즉 결합부의 결합 특성과 기울기 파라미터 b, 즉 공진부의 특성을 포함하고 있으며, 저역통과 프로토타입의 값으로부터 외부 Q와 결합 계수 k의 계산이 가능함을 알 수 있다. 또한, 외부 Q()는 공진부 내부 특성과 외부 임피던스(, )를 함께 고려한 공진 첨예도(resonance sharpness)이다.

또한, g는 필터 설계에 있어서 기본형인 저역 통과 필터에서 다른 형태로 변형해 나가는 공지의 방식에 있어서 사용되는 프로토 타입으로서, 미리 설정된 테이블에서 획득한 값이다.

한편, 상기 수학식 1 및 상기 수학식 2에서 통과대역폭을 사용되는 중심주파수로 나눈 값인 비대역폭, W라는 요소가 있는데, 가변대역통과 필터의 통과 대역폭을 일정하게 하려면 주파수가 높은 주파수로 가변되어질 때, 대역폭은 그대로 있고 중심주파수만 변화하므로, W는 주파수에 반비례해야함을 알 수 있다. 이러한 조건으로부터 수학식 1에서 와 W는 반비례 관계이므로 는 주파수와 비례하고, 수학식 2에서 결합계수 k는 W에 비례 관계이므로 결합계수 k는 주파수에 반비례 관계를 가져야 일정한 대역폭을 유지함을 알 수 있다. 즉, 상술한 관계를 나타내면 하기 수학식과 같다.

여기서, 은 통과대역의 중심주파수이다. 다시 정리하면 일정한 대역폭을 갖기 위한 가변대역통과 필터의 조건은, 가 가변대역통과 필터가 높은 주파수를 통과시킬수록 증가하여야 하고, 결합계수 k는 높은 주파수를 통과시킬수록 감소하여야 한다.

그러나, 실제로 가변대역통과 필터를 구성하면 대역폭은 중심주파수 가 증가함에 따라 으로 증가하며, 는 중심주파수 가 증가함에 따라 로 감소하기 때문에, 이러한 이유로 인해 주파수를 낮은 주파수에서 높은 주파수로 가변할 경우 일정한 대역폭으로 가변되지 않고 주파수가 증가할수록 대역폭도 8~10％정도 증가하는 문제점이 있다.

상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은, 직접 변환 수신기에 장착되는 가변 대역 필터에 있어서, 헤어핀-콤(hairpin-comb) 형태의 공진기를 적용하고, 공진기 대역폭의 상한을 억제시킴으로써, 수신 주파수 대역의 변화에도 불구하고 원하는 대역폭을 유지할 수 있는 가변 대역 통과 필터를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 가변 대역 통과 필터는, 직접변환 수신기에 적용되어 수신 신호 중 필요 대역군을 통과시키는 가변 대역 통과 필터에 있어서, 기판; 접지부와 개방부를 갖고, 상기 개방부에 연결된 가변 커패시터에 의해 공진 주파수가 조정되며, 상기 기판 상에 서로 이격되어 형성된 복수개의 공진부; 및 상기 복수개의 공진부의 양 끝에 연결되도록 상기 기판 상에 형성되고, 상기 복수개의 공진부와 임피던스 정합을 하며, 상기 수신 신호를 전달하는 급전선을 포함하고, 상기 복수개의 공진부는, 상기 수신 신호의 중심 주파수가 증가함에 따라 상기 필요 대역군의 고주파 측 극점 주파수를 푸시-다운(push-down)한다.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여 본 발명의 가장 바람직한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 의한 가변 대역 통과 필터를 나타낸 예시도로서, 이러한 본 발명의 가변 대역 통과 필터는, 기판(310), 복수개의 공진부(321, 322) 및 급전선(330)을 포함한다.

기판(310)은, 소정의 유전율()을 갖는 물질로서 후술하는 복수개의 공진부(321, 322) 및 후술하는 급전선(330)이 형성되도록 지지하는 역할을 한다.

또한, 복수개의 공진부(321, 322)는, 개방부(321a)와 접지부(321b)를 갖고, 상기 기판(310) 상에 서로 이격되어 형성되며, 상기 개방부(321a)에 장착된 가변 캐패시터(예를 들면, 바렉터 다이오드)에 의해 공진 주파수가 조정되어 후술하는 급전선(330)을 통하여 수신된 신호의 통과 대역을 결정하고, 상기 수신 신호의 중심 주파수가 증가함에 따라 상기 필요 대역군의 고주파 측 극점 주파수를 푸시-다운(push-down)하는 역할을 한다.

여기서, 상기 복수개의 공진부(321, 322)는, 각각 상기 개방부(321a)와 상기 접지부(321b) 간의 마이크로 스트립 라인을 굽은 구조로 형성하여 공진부 사이의 커플링을 조절함으로써, 전송해를 저주파 방향으로 이동시켜 상기 필요 대역군의 고주파 측 극점 주파수를 푸시-다운하는 역할을 할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

한편, 급전선(330)은, 상기 복수개의 공진부(321, 322)의 양 끝에 연결되도록 상기 기판(310) 상에 형성되고, 상기 복수개의 공진부(321, 322)와 임피던스 정합을 하며 상기 수신 신호를 전달하는 역할을 한다.

또한, 가변 대역 통과 필터 내에 상기 선택적으로 장착될 수 있는 부가 공진부(도시되지 않음)는, 상기 급전선(330) 상에 형성되고, 상기 복수개의 공진부(321, 322)의 양 끝에 병렬적으로 연결되어, 부가적인 감쇠 극점을 설정하여 상기 필요 대역군의 고주파 측 극점 주파수를 푸시-다운하는 역할을 한다.

상술한 본 발명의 가변 대역 통과 필터의 일 실시예에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명의 푸시-다운 동작에 적용되는 전송해(transmission zero)에 관하여 설명하면 다음과 같다.

감쇠 극점(pole)을 알아보기 위하여, 유전율()이 4.5이고, 두께가 0.8mm인 FR4 기판에 도 4에 도시된 바와 같은 헤어핀-콤(hairpin-comb) 필터를 시뮬레이션하면, 도 5에 도시된 바와 같은 주파수 별 전송 특성 그래프를 획득할 수 있다.

여기서, 도 4의 헤어핀-콤(hairpin-comb) 필터에 적용된 실제 수치값은 하기 표와 같다.

도 5에서 통과대역 앞뒤로 생기는 감쇠 극점(510, 520)은 급전선을 기준으로 해서 양쪽 길이의 스트립라인, 즉 l1과 l2의 반공진(anti-resonance)에 의해 발생하는 감쇠 극점(510, 520)이며, 일정한 통과대역을 만들기 위해서 이용할 감쇠 극점(530)은 큰 원으로 표시된 부분으로 이 감쇠 극점(530)은 각 공진기 사이에서 발생하는 극점(530)이며, 그 등가회로는 도 6과 같다. 도 6을 참조하면, 공진부에 의한 등가회로(620, 630) 뿐만 아니라, 도 4의 음영 부분에 의한 커플링을 반영한 등가 회로(610)가 도시되어 있다.

이 감쇠 극점(530)은 거의 고정되며, 각 공진기 위에 달린 커패시턴스 값을 감소시켜 높은 주파수로 옮겨 갈 때, 이 감쇠 극점(530)이 통과대역 오른쪽에 발생하는 감쇠 극점(520)을 미는(push-down) 작용을 하므로, 적용 주파수가 변화함에도 불구하고 거의 일정한 대역폭을 만들게 된다.

도 3a에 도시된 바와 같은 굽은 구조의 헤어핀-콤 필터가 전송해(530)를 통하여 감쇠 극점(520)을 푸시-다운하는 동작에 관하여 설명하면 다음과 같다.

상술한 전송해는 용량성 커플링을 더하면 높은 주파수로 이동하고, 반대로 역 용량성 커플링을 더하면 낮은 주파수로 이동하는 경향이 있다. 이러한 성질을 이용하여 전송해를 가변 범위의 높은 주파수 가까이에 발생하도록 하면 일정한 대역폭을 만들기 위한 미는 영향을 더 증가시킬 수 있다. 각 공진기의 개방부 측의 공간을 증가시키면 공진기 사이의 개방부 측에서 상호 커패시턴스가 줄어들기 때문에 구조적으로 역 용량성 커플링을 더한 것과 같은 효과를 낼 수 있다.

상술한 필터를 설계하기 위한 프로그램으로 풀-웨이브(full-wave) EM 설계 프로그램으로 HFSS, Ensemble, IE3D, MWS 등이 있고, 전송 선로 이론을 바탕으로 한 Serenade, ADS 등이 있는데, 마이크로 스트립과 소자를 같이 해석 할 수 있는 프로그램은 Serenade밖에 없으므로, 풀-웨이브 EM 설계 프로그램보다 정확성은 떨어지지만 마이크로스트립과 소자를 같이 해석할 수 있는 Serenade를 시뮬레이션 프로그램으로 선택하여 가변 대역 통과 필터를 설계하는 일례를 개시한다. 또한, 실제 필터의 제작 시에는 IE3D를 병합하여 최적화할 수 있다.

먼저, 설계하기 위한 필터의 기준을 하기 표와 같이 설정하였다.

필터 형태 및 저역통과 프로토타입을 결정한다. 필터는 공진기를 반으로 구부려 같은 방향으로 나열한 헤어핀-콤(hairpin-comb) 형태로써 전계 커플링과 자계 커플링이 서로 상쇄되는 경향이 있어 커플링이 약하게 되어 통과대역을 협대역으로 구성할 때 크기가 감소되는 이점과 동시에 통과대역 양옆에 감쇠 극점(pole)이 형성되어 감쇠비가 좋은 이점이 있다. 즉, 헤어핀-콤(hairpin-comb) 형태는 헤어핀(hairpin) 형태보다 공진기 사이 간격이 좁은 이점이 있어 헤어핀-콤(hairpin-comb) 형태를 사용하였다. 헤어핀-콤(hairpin-comb) 필터의 길이와 입/출력단에 50Ω인 급전선의 폭과 위치는 다음과 같은 식으로 구할 수 있다.

여기서, Wid는 스트립라인의 폭, h는 기판의 높이, 은 유전율, 은 특성임피던스, 는 실효유전율, c는 전파속도(3×), L은 공진기의 전체길이를 말한다. 기판정보에 따라 유전율과 기판의 높이는 정해지고, 스트립라인의 폭은 설계자가 임의로 정함으로써 나머지 인자들을 위 식에 의해서 구할 수 있다. 실제적으로 공진기의 길이를 정할 때, 가변하고자 하는 공진주파수보다 높은 주파수에 기준을 잡아서 공진기를 구성하는 것이 좋다.

저역통과 프로토타입은 버터워스(Butterworth) 저역통과 프로토타입으로 정했고 두 개의 공진기를 사용하였으므로 저역통과 프로트타입의 기본값은 =1.0, =1.4142, =1.4142, =1.0이며, 프로토타입에 따른 외부 Q와 결합계수 k는 상기 수학식 1 및 상기 수학식 2에 의한 다음 식에 의해 결정되어지고, 각 대역별 외부 Q와 결합계수 k는 하기 표와 같다.

그 후, 와 결합계수 k에 따른 공진기 사이의 간격과 급전선의 위치를 결정한다. 외부 Q에 의해 입/출력 급전선의 위치가 결정되어지고, 결합계수 k에 의해 공진기 사이의 간격이 구해지게 되는데, 외부 Q는 단일 부하 공진기의 모델링에 의한 것(S11(입력 포트(1)로 입력된 신호가 입력 포트(1)로 다시 출력되는 것을 의미)을 이용)과 두 개의 부하 공진기에 의해 모델링(S21(입력 포트(1)로 입력된 신호가 출력 포트(2)로 출력되는 것을 의미)가 입력 포트을 이용)에 의해 구해질 수 있으며, 보통 헤어핀(hairpin) 필터의 급전선 위치는 다음과 같은 식에 의해 나타내어진다.

여기서, t는 가상접지(예를 들면, 접지부의 중점)에서부터 급전선까지의 거리, 은 헤어핀(hairpin)선의 특성임피던스, 는 급전선의 임피던스(보통 50Ω)이다.

하기 표는 각 대역별 공진기 길이에 따른 급전선의 위치(단위 : mm)이다.

위 결과를 보면 주파수가 낮을수록 가상 접지에서 급전선이 멀어지고, 주파수가 높을수록 가상접지에 가까워짐을 알 수 있다. 그러나, 가변대역통과 필터 설계시 급전선의 위치는 한 점으로 고정되기 때문에 설계 기준에 맞게 급전선의 최적위치를 찾아야 하며 가장 낮은 주파수의 위치에서 점점 가상접지 쪽으로 변화를 주어 최적위치를 찾는 것이 바람직하다.

결합계수 k는 다음과 같은 식에 의해 구할 수 있다.

여기서, 는 두 공진기 사이에서의 S21의 첫 번째와 두 번째 최대 값의 위치이다. 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이 두 공진기 사이에서 간격에 따른 S21의 dB값을 추출하여 첫 번째 S21의 최고값과 두 번째 S21의 최고값으로부터 상기 수학식 11을 이용하여 결합계수 k를 구할 수 있다. 그런 다음 상기 수학식 9에서 구하여진 결합계수의 값과 상기 수학식 11에 의해 구하여진 두 공진기 사이의 간격에 따른 결합계수 k를 비교하여 두 공진기 사이의 간격을 정한다. 그러나, 여기서 주어진 필터는 가변대역통과 필터이므로 기준을 2.14GHz에 맞춰 간격을 잡았다.

그 후, 컴퓨터 디자인 프로그램을 이용하여 각 절차에서 구해진 값을 가지고 시뮬레이션한다. 이 때, 시뮬레이션 과정에서 공진기 간격과 급전선의 위치를 최적화하는 과정을 거쳐 필터를 제작하게 된다.

상술한 과정을 통하여 필터를 제작함에 있어서, 유전체의 높이가 0.8mm, 접지면과 스트립라인은 두께 0.035mm인 구리로 된 FR4기판을 사용하여 모델링하였다. 헤어핀-콤(hairpin-comb)의 선의 폭은 0.4mm로 정하였으며, 두 공진기의 간격은 1.5mm이고, 급전선의 위치는 공진기의 중앙 가상접지로부터 1.1mm 되는 위치이다. 이 때 선의 실효유전율은 3.10175, 임피던스는 23.6142이었다. 최종적으로 제작된 필터는 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같은 형태의 필터이며, 복수개의 공진부(321, 322)가 실장된 영역의 넓이는 폭 9mm에 높이 4.4mm로 하여 전송 특성을 측정한다.

전송 특성을 측정한 결과는 도 8과 같으며, 도 8에 도시된 바와 같이 커패시턴스의 값이 변화함에 따라 대역이 이동함을 볼 수 있으며, 4Ghz에서 전송해(830)를 볼 수 있다. 이 때, 전송해(830)의 작은 변화에 비해 통과 대역 오른쪽의 감쇠 극점(820)의 변화는 훨씬 더 큰 것을 볼 수 있는데, 이러한 전송해(830)는 통과 대역의 우측 극점(820)을 억압한다.

또한, 상기 급전선(330) 상에 형성되고, 상기 복수개의 공진부(321, 322)의 양 끝에 병렬적으로 연결되어, 부가적인 감쇠 극점(940)을 설정하여 상기 필요 대역군의 고주파 측 극점 주파수를 푸시-다운하는 부가 공진부가 적용된 경우에 전송 특성을 측정한 결과는 도 9와 같다.

또한, 도 10은 상술한 과정에 의해 제작된 필터가 갖는 전송 특성을 차단 특성을 반영하는 모델(S11) 및 통과 특성을 반영하는 모델(S21)에 대하여 도시한 것이다.

필터 특성을 튜닝하는 요소로써 공진기간 간격과 급전선의 위치를 바꾸어서 튜닝을 하게 되는데, 굽은 구조로 인한 시뮬레이션 오차로 인해 대역폭의 변화가 있었으며, 커패시턴스의 값을 0.5pF에서 1.0pF까지 변화함에 따라 1.92Ghz~2.54Ghz의 가변대역을 가지고 중심주파수가 변화하였다. 각 대역에 따른 삽입손실과 대역폭은 하기 표와 같다.

상기 표 5로부터 삽입손실은 3~5dB의 설계기준과 비교하여 볼 때 적합함을 알 수 있지만, 대역폭은 점점 커짐을 알 수 있다. 이렇게 대역폭이 커지는 것은 통과대역을 억압해 주는 감쇠 극점이 설계된 것보다 훨씬 위에서 생겨서 통과대역 오른쪽에 생기는 감쇠 극점을 억압을 못한 것이다. 따라서, 이 감쇠 극점을 억압하기 위해서 유전율을 적절하게 선택하여 감쇠 극점을 조정하거나 상기 부가 공진부를 급전선과 공진기 사이에 넣어서 강제 감쇠폴을 만들어서 억압을 할 수 있다.

상술한 바와 같이, 유전율을 변화시켜 전송해를 조절할 수 있는데, 도 3a와 같은 구조에서 공진기 끝에 커패시터를 1.8pF을 연결하고 급전선은 공진기의 가상 접지로부터 0.4mm 떨어진 위치에서 유전율을 2.2, 4.5, 7.0, 10.2로 크기를 변화하였을 때 결과는 각각 도 11a, 도 11b, 도 11c 및 도 11d에 도시되어 있다.

도 11a, 도 11b, 도 11c 및 도 11d에 도시된 바와 같이, 유전율이 높아지면 높아질수록 전송해는 낮은 대역으로 내려오고 10.2일 때는 통과대역 바로 오른쪽의 극점과 합쳐짐을 볼 수 있다. 도 12는 두께에 따른 전송해의 변화이다. 도 12에 도시된 바와 같이 두께에 의해서는 전송해가 변화하지 않음을 알 수 있는데, 이는 두께가 변화하더라도 커플링 영역의 변화는 없기 때문이다.

시뮬레이션 결과, 유전율 7.0정도가 적합하며, 상기 부가 공진부를 이용하였을 경우에는 더 확실한 효과를 볼 수 있고, 급전선을 가상 접지 근처로 가져갈 수 있기 때문에 협대역 여파기를 설계하기 쉽다.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니다.

본 발명은, 직접 변환 수신기에 장착되는 가변 대역 필터에 있어서, 헤어핀-콤(hairpin-comb) 형태의 공진기를 적용하고, 공진기 대역폭의 상한을 억제시킴으로써, 수신 주파수 대역의 변화에도 불구하고 원하는 대역폭을 유지할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명은, 헤어핀-콤(hairpin-comb) 형태의 공진기에 굽어진 모양을 가해 기판 상의 실장 면적을 감소시킬 수 있는 장점이 있다.

도 1은 종래의 직접변환 수신기를 나타낸 블록도,

도 2는 일반적인 J-인버터를 이용한 가변 대역 통과 필터를 나타낸 예시도,

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 의한 가변 대역 통과 필터를 나타낸 예시도,

도 4는 헤어핀-콤(hairpin-comb) 필터를 나타낸 예시도,

도 5는 도 4의 필터를 시뮬레이션한 결과를 나타낸 그래프,

도 6은 도 4의 필터의 등가 회로를 나타낸 회로도,

도 7은 두 개의 공진부의 공진 응답 특성을 나타낸 그래프,

도 8은 도 3a의 필터의 전송 특성을 나타낸 그래프,

도 9는 부가 공진부를 이용한 경우의 전송 특성을 나타낸 그래프,

도 10은 도 3a의 필터의 차단/도통 특성을 나타낸 그래프,

도 11a~도 11d는 도 3a의 필터의 유전율에 따른 전송 특성의 변화를 나타낸 그래프,

도 12는 도 3a의 필터에 적용된 기판 두께에 따른 전송 특성의 변화를 나타낸 그래프.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

310 : 기판 321, 322 : 복수개의 공진부

330 : 급전선

Claims (10)

1. 직접변환 수신기에 적용되어 수신 신호 중 필요 대역군을 통과시키는 가변 대역 통과 필터에 있어서,

   기판;

   접지부와 개방부를 갖고, 상기 개방부에 연결된 가변 커패시터에 의해 공진 주파수가 조정되며, 상기 기판 상에 서로 이격되어 형성된 복수개의 공진부; 및

   상기 복수개의 공진부의 양 끝에 연결되도록 상기 기판 상에 형성되고, 상기 복수개의 공진부와 임피던스 정합을 하며, 상기 수신 신호를 전달하는 급전선

   을 포함하고,

   상기 복수개의 공진부는, 상기 수신 신호의 중심 주파수가 증가함에 따라 상기 필요 대역군의 고주파 측 극점 주파수를 푸시-다운(push-down)하는

   가변 대역 통과 필터.
2. 제1항에 있어서,

   상기 복수개의 공진부는, 전송해를 저주파 방향으로 이동시켜 상기 필요 대역군의 고주파 측 극점 주파수를 푸시-다운하는

   것을 특징으로 하는 가변 대역 통과 필터.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 복수개의 공진부는, 각각 상기 개방부와 상기 접지부 간의 마이크로 스트립 라인을 굽은 구조로 형성하는

   것을 특징으로 하는 가변 대역 통과 필터.
4. 제3항에 있어서,

   상기 복수개의 공진부는, 각 공진부의 상기 개방부 측의 간격이 상기 접지부 측의 간격보다 넓게 설정되는

   것을 특징으로 하는 가변 대역 통과 필터.
5. 제1항에 있어서,

   상기 복수개의 공진부는, 부가적인 감쇠 극점을 설정하여 상기 필요 대역군의 고주파 측 극점 주파수를 푸시-다운하는

   것을 특징으로 하는 가변 대역 통과 필터.
6. 제1항 또는 제5항에 있어서,

   상기 급전선 상에 형성되고, 상기 복수개의 공진부의 양 끝에 병렬적으로 연결되는 공진 회로

   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 대역 통과 필터.
7. 제2항 또는 제4항에 있어서,

   상기 복수개의 공진부는, 부가적인 감쇠 극점을 설정하여 상기 필요 대역군의 고주파 측 극점 주파수를 푸시-다운하는

   것을 특징으로 하는 가변 대역 통과 필터.
8. 제3항에 있어서,

   상기 복수개의 공진부는, 부가적인 감쇠 극점을 설정하여 상기 필요 대역군의 고주파 측 극점 주파수를 푸시-다운하는

   것을 특징으로 하는 가변 대역 통과 필터.
9. 제2항 또는 제8항에 있어서,

   상기 급전선 상에 형성되고, 상기 복수개의 공진부의 양 끝에 병렬적으로 연결되는 공진 회로

   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 대역 통과 필터.
10. 제7항에 있어서,

    상기 급전선 상에 형성되고, 상기 복수개의 공진부의 양 끝에 병렬적으로 연결되는 공진 회로

    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 대역 통과 필터.