KR20070061093A - The band rejection filter using dielectric waveguide - Google Patents
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Abstract
Description
도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 유전체 도파관 대역저지필터의 평면도 및 단면도.1A and 1B are a plan view and a cross-sectional view of a dielectric waveguide bandstop filter according to the present invention.
도 2a 내지 도 2f는 개구부의 다양한 실시 형태를 나타낸 도면.2A-2F illustrate various embodiments of openings.
도 3a 및 도 3b는 개부부의 모양에 따른 유전체 도파관 대역저지 필터의 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프.3A and 3B are graphs showing simulation results of a dielectric waveguide bandstop filter according to the shape of an opening portion;
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 대역저지필터를 병렬 배치한 경우의 평면도 및 단면도.4A and 4B are a plan view and a cross-sectional view when the band blocking filter according to the present invention is arranged in parallel.
도 5는 다수의 유전체 도파관 대역저지필터를 병렬 배치한 경우의 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프.5 is a graph showing simulation results when a plurality of dielectric waveguide bandstop filters are arranged in parallel.
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 외부 유전체 공진기를 이용한 대역저지필터를 나타낸 평면도 및 단면도.6a and 6b are a plan view and a cross-sectional view showing a band blocking filter using an external dielectric resonator according to the present invention.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
10: 유전체 도파관 11: 상면 접지면10: dielectric waveguide 11: top ground plane
12: 하면 접지면 13, 31: 비아12:
20: 개구부 30: 캐비티20: opening 30: cavity
본 발명은 유전체 도파관을 이용한 대역저지필터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다층의 유전체 기판상에 비아를 형성하고, 개구부를 형성하여 원하지 않는 대역의 신호를 감쇠하는 대역저지필터에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a bandstop filter using a dielectric waveguide, and more particularly, to a bandstop filter for forming a via on a multilayer dielectric substrate and forming an opening to attenuate an undesired signal.
지식 정보화 시대에 무선 통신 시스템은 음성과 문자 위주의 2세대, 화상정보 전송을 위한 IMT2000의 3세대 이동통신에서 100Mbps 이상의 전송속도를 갖는 4세대 시스템으로 발전하고 있다. 이러한 광대역 4세대 시스템에서는 이미 포화상태의 기존 주파수 대역이 아닌 밀리미터파를 사용할 것으로 예상된다. 이를 위해 밀리미터파용 부품 및 소자 개발을 위해 많은 시간과 노력이 필요하며 그와 같은 시스템에서 밀리미터파용 필터가 차지하는 비중은 매우 높다고 할 수 있다.In the age of knowledge and information, wireless communication systems are evolving from the 3rd generation mobile communication of IMT2000 for voice and text-oriented second generation and image information transmission to the fourth generation system with transmission speed of 100Mbps or more. It is expected that these wideband 4G systems will use millimeter waves rather than the existing frequency bands that are already saturated. This requires a lot of time and effort to develop millimeter wave components and devices, and the millimeter wave filter occupies a very high portion of such a system.
밀리미터파 송수신 시스템 개발에 있어서 가장 중요한 문제는 소형화와 저가격화이다. 기존의 송수신 시스템 개발에서 소형화와 저가격화를 가장 어렵게 만드는 요소 중에 하나가 바로 필터이다. 특히 도파관 필터의 경우 공기 중에서 주파수에 따라 기본적으로 차지하는 면적이 있게 되며, 입/출력의 전송형태에 따라 다양한 형태의 플랜지나 전이를 사용해야 한다.The most important problems in the development of millimeter wave transmission and reception systems are miniaturization and low cost. One of the factors that make miniaturization and low price is the most difficult in the development of the existing transmission and reception system is the filter. In particular, in the case of the waveguide filter, there is an area occupied basically in the air according to the frequency, and various types of flanges or transitions should be used according to the transmission type of input / output.
종래의 금속 도파관을 사용한 필터는 전체 시스템에서 차지하는 면적이 상당히 크고 정밀한 가공이 필요하기 때문에 기구물의 제작에 드는 비용이 비싸다. 그리고 가공에 시간이 많이 걸려 대량 생산이 어렵다.Filters using conventional metal waveguides are expensive to fabricate because of the large footprint of the overall system and the need for precise machining. And processing takes a lot of time, making mass production difficult.
본 발명의 출원인에 의해 출원된 대한민국 공개특허공보 제2005-43554호에는 비아를 이용한 도파관 필터에 대해 개시되어 있다.Korean Patent Laid-Open Publication No. 2005-43554, filed by the applicant of the present invention, discloses a waveguide filter using vias.
공개특허 제2005-43554호에는 최상위 및 최하위에 접지면을 구비하고, 두 접지면 사이에 다층의 유전체 기판을 구비하며, 도파관의 양쪽 벽면에 두줄로 나열된 비아를 사용하여 구현하는 동시에 도파관 내부에도 비아를 사용함으로써, 제작이 용이하고 삽입 손실 및 크기를 줄일 수 있는 도파관 필터가 개시되어 있다.Patent Publication No. 2005-43554 has a ground plane at the top and bottom, a multi-layer dielectric substrate between the two ground planes, and is implemented using two rows of vias on both walls of the waveguide, and at the same time via the inside of the waveguide. By using, a waveguide filter is disclosed which is easy to manufacture and can reduce insertion loss and size.
비아를 이용해 도파관 필터를 구현하는 예는 상기 공개특허공보 제2005-43554호 이외에도 많이 존재한다.Examples of implementing a waveguide filter using vias exist in addition to the above-described Patent Publication No. 2005-43554.
하지만, 이와 같은 공지 기술들은 비아를 이용한 유전체 도파관 대역통과필터에 관한 것이다. 이에 따라, 비아를 이용해 특정 주파수 대역을 저지하는 유전체 도파관 대역저지 필터의 개발이 요구되고 있다.However, these known techniques relate to dielectric waveguide bandpass filters using vias. Accordingly, there is a demand for the development of a dielectric waveguide bandstop filter for blocking a specific frequency band using vias.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고 상기와 같은 요구에 부응하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명은 비아를 이용한 도파관 필터에서 개구부를 이용해 도파관과 캐비티를 커플링시켜 줌으로써, 신호의 저손실 및 소형화가 가능하며, 제작이 용이하여 적층 구조를 사용하는 모듈의 전체 구조에서 대역저지가 필 요한 부분에 간단히 삽입할 수 있는 유전체 도파관을 이용한 대역저지 필터를 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been proposed to solve the above problems and to meet the above requirements, and the present invention provides a method for coupling a waveguide and a cavity using an opening in a waveguide filter using vias, thereby reducing signal loss and miniaturization. The purpose of the present invention is to provide a bandstop filter using a dielectric waveguide that can be easily inserted into a portion requiring bandstop in an entire structure of a module using a laminated structure because of its ease of manufacture.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 상면 접지면과 하면 접지면 및 비아를 포함하는 유전체 도파관을 이용한 대역저지필터에 있어서, 상기 상면 접지면(또는 하면 접지면) 상에 마련되며, 원하는 대역 저지 주파수에 공진하도록 비아와 기판 수를 이용해 일정 폭과 길이 및 높이를 갖도록 형성된 적어도 하나 이상의 캐비티; 및 상기 유전체 도파관과 상기 캐비티를 연결하기 위해, 상기 유전체 기판과 상기 캐비티 사이에 형성된 적어도 하나 이상의 개구부를 포함한다.According to an aspect of the present invention, a bandstop filter using a dielectric waveguide including an upper ground plane, a lower ground plane, and a via is provided on the upper ground plane (or the lower ground plane), and a desired band is provided. At least one cavity formed to have a predetermined width, length, and height using a number of vias and substrates to resonate with a stop frequency; And at least one opening formed between the dielectric substrate and the cavity for connecting the dielectric waveguide and the cavity.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.The above objects, features and advantages will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, whereby those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. There will be. In addition, in describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1a는 본 발명에 따른 유전체 도파관 대역저지 필터의 평면도이고, 도 1b는 도 1a의 단면도이다.1A is a plan view of a dielectric waveguide bandstop filter according to the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional view of FIG. 1A.
본 발명에 따른 유전체 도파관 대역저지 필터는, 도면에 도시되 바와 같이 상면과 하면에 접지면(11, 12)을 형성하고, 벽을 따라 두 줄의 비아를 교차로 형성하여 유전체 도파관을 구성한다. 이때 벽면의 비아가 한 줄일 때와 두 줄일 때 그리고 비아 사이의 간격에 따라 성능이 변화된다. 비아 열의 경우 두 줄 이상에서는 거의 변화가 없으며 비아 사이의 간격은 사용주파수 파장의 1/10 이하가 되게 하는 것이 좋으며, 이것이 힘들면 공정상 가능한 한 가깝게 위치시키는 것이 좋다.In the dielectric waveguide bandstop filter according to the present invention, as shown in the drawing, the
일반적으로 내부가 공기로 채워진 금속 도파관을 바탕으로 유전체 도파관을 설계하기 위해서는 우선 다음의 [수학식 1]을 통해 알 수 있듯이 유전율이 변함에 따라 공기 중에서 설계된 도파관의 전체 크기를 x, y, z 축 모두에서 의 비율로 일정하게 축소해야 한다.In general, in order to design a dielectric waveguide based on a metal waveguide filled with air inside, as shown in Equation 1, the overall size of the waveguide designed in air is changed as the dielectric constant changes. At all The ratio should be reduced regularly.
상기 [수학식 1]에서 이며, 밀리미터파(30 ~ 300GHz) 정도의 고주파에서는 k>>kc인 관계가 있으므로 간략화를 통해 반비례함을 알 수 있다. 여기서, 는 도파관 파장, 는 전파장수, k는 물질의 파수, kc는 차단파수이다. 또한 도파관 필터가 보통은 TE10 모드를 사용하는 특성상 z 축, 즉 높이는 약간의 손실 증가 이외에 필터의 특성에는 거의 영향이 없다. In [Equation 1] In the high frequency of the millimeter wave (30 ~ 300GHz) is k >> k c relationship is inversely proportional to the simplified. here, The waveguide wavelength, Is the wave length, k is the wave number of the material, and k c is the blocking wave. Also, because the waveguide filter usually uses the TE10 mode, the z-axis, i.e. the height, has little effect on the filter's properties, except for a slight increase in loss.
이는 패키징 면에서 장점을 가지고 있는 다층기판 공정을 사용하여 제작될 경우 입/출력단에 위치한 소자들과의 손쉬운 연결을 도울 수 있다. 이들 사실로부 터 유전율이 큰 기판을 사용함으로써 약간의 손실을 감안하면 도파관 필터의 전체 크기를 크게 줄일 수 있다는 것을 알 수 있다.This can facilitate easy connection with devices located at the input / output stages when fabricated using a multi-layer process that has advantages in packaging. From these facts, it can be seen that by using a substrate with a high dielectric constant, the overall size of the waveguide filter can be greatly reduced considering the slight loss.
본 발명에 따른 대역저지필터는 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이 다층기판의 내부에 위치한 상면 및 하면 접지면(11, 12)과, 두 줄의 비아(13)를 사용한 도파관 벽으로 구성된 유전체 도파관(10)과, 대역저지를 위해 특정 주파수에 공진을 일으키는 임의의 모양의 캐비티(30) 및 도파관 내에 신호를 커플링하기 위해 상기 캐비티(30)의 하부에 임의의 모양으로 형성된 개구부(20)를 포함한다.The bandstop filter according to the present invention has a dielectric composed of waveguide walls using upper and
개구부(20)는 도파관의 상면 접지면(11)이나 하면 접지면(12) 어디에 위치해도 무방하며, 개구부(20)의 크기는 커플링의 크기를 조절하기 위해 개구부 폭과 길이가 조절된다. 이 커플링의 크기에 따라 저지대역의 대역폭과 감쇠 값이 어느 정도 조절된다. 대역폭의 경우 통과 대역에 영향을 주지 않으면서 원하지 않는 신호를 감쇠하는 것이 중요하다.The opening 20 may be located anywhere on the
캐비티(30)는 사방에 비아(31)를 사용해 구성되며, 캐비티(30) 역시 개구부(20)와 마찬가지로 상면 접지면(11)이나 하면 접지면(12) 어디에 위치해도 무방하다. 캐비티(30)의 크기는 대역저지 주파수를 결정하는 가장 중요한 요소로, 캐비티(30)의 폭과 길이는 캐비티 비아(31)를 사용해 조절하고, 높이는 필요한 높이만큼의 기판 수를 조절하고, 캐비티 상면에 접지면을 위치시킴으로써 쉽게 결정할 수 있다. 이때 캐비티(30)의 크기에 따라 주파수가 이동하게 되는데, 이동된 저지대역의 특성은 대역폭이 각각 다를 수 있다. 그래서 특정 주파수에서 대역폭을 조절하기 위해서 개구부(20)의 크기를 조절하면 원하는 특성을 얻을 수가 있다. The
도 2a 내지 도 2f는 개구부의 다양한 실시 예를 나타낸 도면이다.2A to 2F illustrate various embodiments of an opening.
도 2a와 도 2d는 직사각형 모양과 타원형의 개구부를 각각 나타낸 것으로, 직사각형 및 타원형의 개구부는 도 3a 및 도 3b에 도시한 바와 같이 하나의 저지대역을 갖는다. 여기서, 도 3a는 S21을 나타내고 도 3b는 S11을 나타낸다. 2A and 2D show rectangular and elliptical openings, respectively, and the rectangular and elliptical openings have one stop band as shown in FIGS. 3A and 3B. Here, FIG. 3A shows S21 and FIG. 3B shows S11.
그리고, 도 2b와 도 2c와 도 2e 및 2f는 "ㅁ"형, "ㄷ"형, "8"형, "E"형을 갖는 개구부를 나타낸 것으로, 이는 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이 두 개의 저지대역을 갖는다.2B, 2C, 2E, and 2F show openings having a shape of "W", "C", "8", and "E", as shown in FIGS. 3A and 3B. It has two stopbands.
도 4a 및 도 4b는 3개의 저지대역 필터를 병렬 배치한 예를 나타낸 평면도 및 단면도이다.4A and 4B are a plan view and a cross-sectional view illustrating an example in which three stopband filters are arranged in parallel.
도 4b에 도시된 바와 같이 3개의 저지대역 필터를 사용하는 경우에는 상면 접지면(11) 상에 2개의 캐비티(30)를 형성하고, 상기 캐비티의 하부에 개구부(20)를 형성한다. 그리고, 하면 접지면(12)에 하나의 캐비티(30)를 형성하고, 상기 캐비티의 상부에 개구부(20)를 형성한다.In the case of using three stopband filters as shown in FIG. 4B, two
본 발명에 따른 대역저지 필터는 저지대역의 대역폭을 넓히기 위해 또는 저지대역에서부터 통과대역까지의 삽입손실 기울기를 크게 하기 위해 2개 이상을 사용하여 원하는 특성이 나타나게 조절할 수 있다.The bandstop filter according to the present invention may be adjusted to display desired characteristics by using two or more in order to increase the bandwidth of the stopband or to increase the insertion loss slope from the stopband to the passband.
그리고 도 5에 2개의 캐비티 공진기를 가지는 구조를 시뮬레이션한 결과가 도시되어 있는데, 이를 통해 저지대역 필터를 하나만 사용한 경우보다 저지대역이 늘어났음을 알 수 있다. 시뮬레이션 결과 38.3 ~ 39.2GHz의 900MHz 대역에서 10dB이상의 대역저지 특성을 나타내고 40GHz 이상에서 대역통과 특성을 가진다.In addition, a simulation result of a structure having two cavity resonators is shown in FIG. 5, which shows that the stopband is increased than when only one stopband filter is used. Simulation results show band-stop characteristics of more than 10 dB in the 900 MHz band of 38.3 ~ 39.2 GHz and band-pass characteristics above 40 GHz.
도 6a 및 도 6b는 다층기판으로 구성된 유전체 도파관과 특정 유전율을 가지며 외부에 존재하는 유전체 공진기와의 연결 구조를 나타낸 것이다.6A and 6B show a connection structure between a dielectric waveguide composed of a multilayer board and a dielectric resonator having a specific dielectric constant and externally present.
이는 전술한 대역저지필터의 원리와 동일하다. 그러나 외부에서 연결 가능한 구조를 사용함으로써, 외부 유전체 공진기(40)의 크기를 조절하거나 개구부(20)와의 정렬을 조절하여 저지대역의 주파수를 조절할 수 있다. 이는 기존의 다층기판에서 할 수 없는 일정부분의 성능 조절을 가능하는 매우 융통성 있는 구조이다.This is the same as the principle of the band stop filter described above. However, by using an externally connectable structure, the frequency of the stopband can be adjusted by adjusting the size of the external
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.The present invention described above is capable of various substitutions, modifications, and changes without departing from the technical spirit of the present invention for those skilled in the art to which the present invention pertains. It is not limited by the drawings.
상기와 같은 본 발명은 적층기술의 비아 공정과 패턴 프린팅 기법만을 이용하여 종래 금속 도파관을 사용해 구성되던 또는 구성할 수 없는 개구부 구조를 간단히 구현함으로써, 도파관 저지대역 필터를 소형화하고, 저가격화 및 경량화할 수 있다. 또한 본 발명은 원하는 저지대역의 대역폭 및 감쇠 값을 손쉽게 조절할 수 있고, 개구부의 모양에 따라 통과 대역의 양쪽에 모두 저지 대역을 가지는 특성을 나타낼 수 있으므로 성능과 크기 및 가격에 있어서 큰 장점을 갖는다.The present invention as described above simply implements an opening structure, which cannot or cannot be constructed using a conventional metal waveguide, by using only the via process and pattern printing technique of the lamination technology, thereby miniaturizing, reducing the cost, and reducing the waveguide stopband filter. Can be. In addition, the present invention can easily adjust the bandwidth and the attenuation value of the desired stopband, and can exhibit the characteristics of having a stopband on both sides of the passband according to the shape of the opening has a great advantage in performance, size and price.
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GRNT | Written decision to grant | ||
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