KR20090030856A - 소형화된 교차-혼합 결합형 대역 통과 여파기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마이크로스트립 대역 통과 필터에 대한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 혼합 결합을 이용하는 연속 3극 교차 결합 구조를 가진 대역 통과 필터로서 소형화가 가능하고 광대역 저지 특성을 가지는 마이크로스트립 대역 통과 필터에 대한 것이다.

본 발명은, 마이크로스트립 대역 통과 필터에 있어서, 입력 포트가 연결되는 개방 고리형 공진기 형태의 제 1 공진기; 출력 포트가 연결되며 상기 제 1 공진기와 대칭 구조의 제 3 공진기; 및 상기 제 1 공진기와 상기 제 3 공진기의 내부를 연결하는 전송선 공진기 형태의 제 2 공진기를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 대역 통과 필터를 제공한다. 이에 따라 본 발명에 따른 마이크로스트립 대역 통과 필터는, 제 1 공진기와 제 3 공진기를 포함하는 한 쌍의 개방 고리형 공진기 내부에 전송선 공진기인 제 2 공진기를 위치시켜 혼합 결합을 이용한 연속 3극 교차 결합 구조를 형성한다.

대역 통과 필터, 교차 결합, 크로스-커플링, 대역 저지, 차단 특성

Description

마이크로스트립 대역 통과 필터{Microstrip Bandpass Filter}

본 발명은 마이크로스트립 대역 통과 필터에 대한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 혼합 결합을 이용하는 연속 3극 교차 결합 구조를 가진 대역 통과 필터로서 소형화가 가능하고 광대역 저지 특성을 가지는 마이크로스트립 대역 통과 필터에 대한 것이다.

무선통신 및 이동통신이 발전함에 따라 고주파 부품은 소형화, 고성능화, 및 저가격화되어야 할 필요성이 있다. 특히 대역 통과 필터는 낮은 삽입 손실과 높은 주파수 선택성을 가져야 한다. 그러나 높은 주파수 선택성을 유지하려면 필터의 차수가 높아지면서 삽입 손실이 증가한다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 수단으로서 마이크로스트립상에서 구현 가능한 높은 주파수 선택성을 가지는 교차 결합(cross coupling)을 이용한 필터에 대한 연구가 이루어지고 있다. 교차 결합을 이용한 필터의 동작 원리는 커플링을 공진기 간에 순차적으로 형성시키지 않고 임의로 공진기간의 커플링의 순서를 교차하게 만들어 통과 대역 주변에 통과 특성이 영(zero)가 되는 지점을 위치시켜서 높은 주파수 선택성을 구현한다.

종래 교차 결합을 이용한 마이크로스트립 대역 통과 필터에 대하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래 교차 결합을 이용한 마이크로스트립 대역 통과 필터의 일례를 도시한 도면이다.

도 1에 도시된 대역 통과 필터는 비대칭 주파수 특성을 갖는 마이크로스트립 대역 통과 필터로서, 교차 결합(cross coupling) 및 개방 고리형 공진기(open loop resonator)로 형성된다. 이는 J.-S.Hong과 M.J.Lancaster가 "Microstrip cross-coupled trisection bandpass filters with asymmetric frequency characteristics(IEE proc.-Microwave and antennas propagation, Vol 146. No 1, February 1999, pp. 84-90)"에서 제안한 구조이다.

도 1의 대역 통과 필터는, 유전체 기판(10) 위에 제 1 공진기(12)와 제 2 공진기(14) 및 제 3 공진기(16)를 구비하여 이루어진다. 제 1 공진기(12)에는 입력 포트(IN)가 구비되고, 제 3 공진기(16)에는 출력 포트(OUT)가 구비된다. 제 1 공진기(12)와 제 3 공진기(16)는 상호 근접하게 형성된 관계로 교차 결합을 형성한다. 교차 결합의 결과로서, 도 1의 대역 통과 필터는 대역의 상측에서 유한 주파수의 감쇠 극 특성을 갖는다.

도 2는 종래 교차 결합을 이용한 마이크로스트립 대역 통과 필터의 또 다른 예의 등가 회로도이다.

도 2에 따른 마이크로스트립 대역 통과 필터는 미국 특허 제6,608,538호에서 제안된 것으로서, 제 1 대역 공진기(L11, L12, C1)와, 제 2 대역 공진기(L21, L22, C2), 및 제 3 대역 공진기(L31, L32, C3)를 포함하며, 입력 포트(port1)는 제 1 대 역 공진기(L11, L12, C1)에 연결되고, 출력 포트(port2)는 제 3 대역 공진기(L31, L32, C3)에 연결된다. 여기서, 필터의 주결합은 전계결합으로 이루어지고, 상기 제 1 대역 공진기(L11, L12, C1)와 상기 제 3 대역 공진기(L31, L32, C3)의 결합은 자계결합으로 이루어진다.

한편, 대한민국 공개특허공보 제10-2006-0034177호(2006. 4. 21.공개)에 따른 마이크로스트립형 대역 통과 필터는, 입/출력단자와 공진기의 사이 및 공진기들 간에는 물리적으로 병렬결합된 전계결합으로 형성되며, 서로 인접하지 않은 공진기 간에는 교차결합 갭 혹은 교차결합 선로로 자계결합을 형성하도록 하는 것을 특징으로 한다.

도 1에 도시된 대역 통과 필터의 경우, 공진기 길이의 반파장에서 대역 통과 특성이 나타나는 동시에 이에 상응하는 고주파 주파수에서 대역 통과 특성이 나타나게 되므로 잡음이 발생하는 문제점이 존재하였다.

또한, 기존의 교차 결합을 이용한 대역 통과 필터는 구조적인 제한점으로 인하여 최소한 하나의 감쇄극을 얻기 위해서는 공진기가 3개가 필요하게 된다. 마이크로스트립상에서 교차 결합을 형성하기 위한 배열이 제한적이므로 대역 통과 필터를 소형화하기에는 한계가 발생한다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 단점을 해결하기 위하여, 개방 고리형 공진기 내부에 혼합 결합용 전송선 공진기를 위치시켜 필터의 크기를 최소화하고 교차 결합을 이용하여 대역 통과 주변에 감쇄극을 생성시킴으로써 높은 주파수 선택성을 가지는 마이크로스트립 대역 통과 필터를 제공함을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 더욱 향상된 주파수 선택성과 대역 저지 부분의 광대역 차단 특성을 실현하기 위하여 공진기에 스터브를 구비하여 고주파의 통과 특성을 억제하는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 대역 통과 필터를 제공함을 그 목적으로 한다.

본 발명은, 마이크로스트립 대역 통과 필터에 있어서, 입력 포트가 연결되는 개방 고리형 공진기 형태의 제 1 공진기; 출력 포트가 연결되며 상기 제 1 공진기와 대칭 구조의 제 3 공진기; 및 상기 제 1 공진기와 상기 제 3 공진기의 내부를 연결하는 전송선 공진기 형태의 제 2 공진기를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 대역 통과 필터를 제공한다. 이에 따라 본 발명에 따른 마이크로스트립 대역 통과 필터는, 제 1 공진기와 제 3 공진기를 포함하는 한 쌍의 개방 고리형 공진기 내부에 전송선 공진기인 제 2 공진기를 위치시켜 혼합 결합을 이용한 연속 3극 교차 결합 구조를 형성한다.

여기서, 상기 제 1 공진기는 일측이 개방된 제 1 개방부와 상기 제 1 개방부 와 마주보는 제 1 라인을 포함하고, 상기 제 2 공진기는 상기 제 1 개방부의 측부에 위치하는 일측이 개방된 제 2 개방부와 상기 제 2 개방부와 마주보는 제 2 라인을 포함하여 각각 형성됨을 특징으로 한다.

한편, 상기 제 2 공진기는, 상기 제 1 공진기 내부에 위치하여 상기 제 1 공진기와 커플링을 이루는 제 1 평행 라인과, 상기 제 3 공진기 내부에 위치하여 상기 제 3 공진기와 커플링을 이루는 제 2 평행 라인과, 상기 제 1 공진기와 상기 제 2 공진기의 개방부를 관통하는 관통 라인과, 상기 제 1 평행 라인과 상기 관통 라인을 연결하는 제 1 연결 라인, 및 상기 제 2 평행 라인과 상기 관통 라인을 연결하는 제 2 연결 라인을 포함하도록 형성될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 대역 통과 필터의 상기 제 1 공진기, 상기 제 2 공진기, 및 상기 제 3 공진기 중 어느 하나에는 대역 통과 특성을 향상시키기 위한 스터브가 구비될 수 있다.

본 발명에 의하면, 한 쌍의 개방 고리형 공진기 내부에 전송선 공진기를 위치시켜 혼합 결합을 이용한 연속 3극 교차 결합 구조의 대역 통과 필터를 소형으로 구성할 수 있으며, 우수한 통과 특성과 더불어 높은 차단 특성과 광대역 저지 특성을 얻을 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로스트립 대역 통과 필터의 패턴도이다.

도 3에서는 유전체 기판은 별도로 도시하지 않았고, 도 3에 도시된 패턴은 유전체 기판에 마이크로스트립으로 형성한 것을 나타낸 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로스트립 대역 통과 필터(40)는 입력 포트(42)가 연결되는 제 1 공진기(50)와, 제 1 공진기(50)와 대칭되도록 형성되는 제 3 공진기(70), 및 제 1 공진기(50)의 내부와 제 3 공진기의 내부를 연결하도록 형성되는 제 2 공진기(60)를 포함한다.

제 1 공진기(50)는 일측에 제 1 개방부(54)가 형성된 개방 고리형 공진기의 형태로 이루어지며, 제 1 개방부(54)와 마주보는 부분이 제 1 라인(52)을 이룬다. 제 1 라인(52)에는 입력 포트(42)가 연결된다. 제 3 공진기(70)는 제 1 공진기(50)와 대칭되도록 구비된다. 제 3 공진기(70)의 제 3 개방부(74)는 제 1 공진기(50)의 제 1 개방부(54)와 마주보는 형태로 위치하며, 제 3 개방부(74)와 마주보는 부분은 제 3 라인(72)을 이룬다. 출력 포트(44)는 제 3 공진기(70)의 상기 제 3 라인(72) 에 연결된다.

한편, 제 2 공진기(60)는 제 1 공진기(50)와 제 3 공진기(70)의 내부를 연결하도록 형성되며, 전송선 공진기의 형태로 이루어진다. 제 2 공진기(60)는 제 1 라인(62)과 나란하게 형성되는 제 1 평행 라인(62)과, 제 3 라인(72)과 나란하게 형성되는 제 2 평행 라인(66)과, 제 1 공진기(50)의 제 1 개방부(54)와 제 3 공진기(70)의 제 3 개방부(74)를 관통하는 관통 라인(64)을 포함한다. 또한, 제 2 공진기(60)는 제 1 평행 라인(62)의 말단과 관통 라인(64)의 일단을 연결하는 제 1 연결 라인(63) 및 제 2 평행 라인(66)의 말단과 관통 라인(64)의 타단을 연결하는 제 2 연결 라인(65)을 추가로 포함한다. 도 3에서, 제 1 연결 라인(63)과 제 2 연결 라인(65)은 각각 제 1 공진기(50)와 제 3 공진기(70)와의 커플링 효과를 배제하기 위하여 가능한한 내측 중앙에 위치하도록 하였다.

이러한 구성에 의하여, 제 1 공진기와 제 2 공진기 간에 커플링이 형성되고, 제 2 공진기와 제 3 공진기 간에 커플링이 형성되며, 제 1 공진기와 제 3 공진기 간에도 커플링이 형성되어 교차 결합을 이루게 된다.

도 4는 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따른 마이크로스트립 대역 통과 필터의 패턴도이다.

도 4는 제 2 공진기(60)에서 제 1 연결 라인(63)과 제 2 연결 라인(65)이 도 3에서와 같이 꺽이지 않고 직선 형태를 갖도록 한 마이크로스트립 대역 통과 필터를 나타낸다. 도 4와 같은 경우에 있어서는 제 1 연결 라인(63)과 제 1 공진기(50) 간에, 또한 제 2 연결 라인(65)과 제 3 공진기(70) 간에 추가적인 커플링이 발생하 여 전체 교차 결합에 따른 필터의 성능에 또 다른 영향을 줄 수 있다.

본 발명은 교차결합 구조를 기본으로 하여 타원형 여파기만이 보여주는 우수한 차단특성을 가진다. 이때 교차결합에 혼합결합이 사용되면 설계변수가 증가하여 여파기 요구사항에 대한 설계 자유도가 늘어난다. 차단 특성은 물론, 대역 내 삽입손실과 반사손실의 목표 그리고 크기 축소(다수의 설계목표)를 결합의 혼용으로 손쉽게 구현할 수 있다.

도 5는 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따른 마이크로스트립 대역 통과 필터에 있어서 스터브를 구비한 패턴도이다.

스터브(80)는 필터(40)의 대역 저지 특성을 향상시키기 위하여 구비되는 것으로서, 스터브(80)가 구비됨에 따라 필터의 고유 특성인 2차 모드에서 대역 통과 특성이 저지된다.

도 5에서는 스터브(80)가 제 1 공진기(50)에 연결되는 것으로 도시하였으나, 스터브(80)는 제 2 공진기(60) 또는 제 3 공진기(70)에 연결되도록 구성하는 것도 가능함은 물론이다.

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로스트립 대역 통과 필터의 통과 및 대역저지 특성을 나타낸 그래프이다.

본 발명의 중요한 특징은 설계 자유도를 높인 혼합결합 구조를 교차결합에 사용함으로써, 장치의 크기를 줄이면서도, 통과대역의 삽입손실이 작고 저지대역 차단특성이 뛰어난 결과를 얻을 수 있다는 것이다.

그런데 차단 대역의 확장을 위해 불요 하모닉이 발생하는 주파수의 신호가 지나가지 못하도록, 제 1 공진기에서 전류가 강세를 보이는 지점을 찾아내어 90도 개방형 스터브를 달아 단락특성을 만들면 불요파 에너지가 다른 공진기로 넘어갈 수 없게되어, 불요파 억제 효과를 거둘 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명에 따른 마이크로스트립 대역 통과 필터는 유전체 기판 상의 동일 평면에 제 1, 2, 3 공진기를 좁은 공간에 모두 배열할 수 있어 필터의 소형화를 도모할 수 있다. 또한 본 발명에 따른 마이크로스트립 대역 통과 필터의 소형화된 대칭형 구조는 다수의 대역 통과 필터를 연결하여 사용할 때에도 공간의 점유도가 적은 장점과 높은 대역 통과 특성을 나타내는 특징이 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

본 발명은 소형의 대역 통과 필터에 대한 것으로서, 무선통신이나 이동통신에 사용되는 고주파 통신 부품 산업에 그 이용가능성이 현저하다.

도 1은 종래 교차 결합을 이용한 마이크로스트립 대역 통과 필터의 일례를 도시한 도면,

도 2는 종래 교차 결합을 이용한 마이크로스트립 대역 통과 필터의 또 다른 예의 등가 회로도,

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로스트립 대역 통과 필터의 패턴도,

도 4는 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따른 마이크로스트립 대역 통과 필터의 패턴도,

도 5는 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따른 마이크로스트립 대역 통과 필터에 있어서 스터브를 구비한 패턴도,

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로스트립 대역 통과 필터의 통과 및 대역저지 특성을 나타낸 그래프이다.

<도면의 주요부분에 대한 도면 부호의 설명>

40 : 대역 통과 필터 42 : 입력 포트

44 : 출력 포트 50 : 제 1 공진기

60 : 제 2 공진기 70 : 제 3 공진기

80 : 스터브

Claims (6)

1. 마이크로스트립 대역 통과 필터에 있어서,

   입력 포트가 연결되는 개방 고리형 공진기 형태의 제 1 공진기;

   출력 포트가 연결되며 상기 제 1 공진기와 대칭 구조의 제 3 공진기; 및

   상기 제 1 공진기와 상기 제 3 공진기의 내부를 연결하는 전송선 공진기 형태의 제 2 공진기

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 대역 통과 필터.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 공진기는 일측이 개방된 제 1 개방부와 상기 제 1 개방부와 마주보는 제 1 라인을 포함하고, 상기 제 2 공진기는 상기 제 1 개방부의 측부에 위치하는 일측이 개방된 제 2 개방부와 상기 제 2 개방부와 마주보는 제 2 라인을 포함하여 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 대역 통과 필터.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 제 2 공진기는,

   상기 제 1 공진기 내부에 위치하여 상기 제 1 공진기와 커플링을 이루는 제 1 평행 라인과,

   상기 제 3 공진기 내부에 위치하여 상기 제 3 공진기와 커플링을 이루는 제 2 평행 라인과,

   상기 제 1 공진기와 상기 제 2 공진기의 개방부를 관통하는 관통 라인과,

   상기 제 1 평행 라인과 상기 관통 라인을 연결하는 제 1 연결 라인, 및

   상기 제 2 평행 라인과 상기 관통 라인을 연결하는 제 2 연결 라인

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 대역 통과 필터.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 제 1 연결 라인과 상기 제 2 연결 라인은 상기 제 1 공진기 및 상기 제 3 공진기의 중앙 방향으로 각각 꺽여져서 형성되는 것을 특징으로 마이크로스트립 대역 통과 필터.
5. 제 3 항에 있어서,

   상기 제 1 연결 라인과 상기 제 2 연결 라인은 상기 제 1 공진기와 상기 제 3 공진기에 대하여 각각 커플링을 이루도록 구비되는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 대역 통과 필터.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 제 1 공진기, 상기 제 2 공진기, 및 상기 제 3 공진기 중 어느 하나에는 대역 통과 특성을 향상시키기 위한 스터브가 구비되는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 대역 통과 필터.

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