KR20130115773A - Filter with tuning quality factor and control method thereof - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A filter and a filtering control method thereof are provided to maintain a frequency bandwidth regardless of the size of a core frequency. CONSTITUTION: A band pass filter (BPF) (100) comprises a resonator (110) and a reactance element. The resonator resonates with the core frequency of a filtering band. A reactance element controls a quality factor in order to control a bandwidth which is changed according to core frequency changes. The input end of the reactance element comprises a first reactance variable element and a second reactance element connected to the output end of the resonator.

Description

Ｑ 조절이 가능한 필터 및 필터링 제어 방법{Filter with tuning Quality factor and control method thereof}With Filter with tuning Quality factor and control method

본 발명은 필터 및 필터링 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 원하는 대역의 신호만을 필터링하여 출력하는 필터 및 필터링 제어 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a filter and a filtering control method, and more particularly, to a filter and a filtering control method for filtering and outputting only a signal of a desired band.

BPF(Band Pass Filter : 대역통과필터)는 도 1에 도시된 바와 같이, 통상적으로 인덕터(L)와 커패시터(C)를 병렬로 연결한 LC 공진기(Resonator)를 이용하여 구현할 수 있다.As shown in FIG. 1, a BPF (Band Pass Filter) may be implemented using an LC resonator in which an inductor L and a capacitor C are connected in parallel.

공진기의 커패시터(C)를 가변시켜 공진 주파수를 조정할 수 있는데, 대역폭을 일정하게 유지하기 어렵다는 문제가 있다. 대역폭은 공진기의 부하-Q(Loaded Qualtiy factor)에 따라 변하기 때문이다.The resonant frequency can be adjusted by varying the capacitor C of the resonator, but there is a problem that it is difficult to keep the bandwidth constant. This is because the bandwidth varies with the loaded quality factor (Q) of the resonator.

구체적으로, 도 2에 도시된 시뮬레이션 결과를 통해 알 수 있는 바와 같이, 주파수가 증가할수록 Q가 낮아져 대역폭이 증가하는 경향이 있다. 따라서, 설계를 할 때 대역폭과 Q를 서로 상충(Trade off)해야 하는 문제에 직면하게 된다.
Specifically, as can be seen through the simulation result shown in FIG. 2, as the frequency increases, the Q tends to decrease and the bandwidth increases. As a result, the design faces a trade-off between bandwidth and Q.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 중심 주파수의 크기와 상관 없이 주파수 대역을 좁고 일정하게 유지할 수 있도록 하기 위한 방안으로, Q 조절이 가능한 필터 및 필터링 제어 방법을 제공함에 있다.
The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a narrow and constant frequency band irrespective of the size of the center frequency, the filter and filtering control capable of Q adjustment In providing a method.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 필터는, 필터링 대역의 중심 주파수로 공진하는 공진기; 및 상기 중심 주파수 변화에 따라 변동되는 대역폭을 조정하기 위해, Q(Quality factor)를 조절하는 리액턴스 소자;를 포함한다.According to an embodiment of the present invention for achieving the above object, the filter comprises a resonator resonating at the center frequency of the filtering band; And a reactance element that adjusts a quality factor (Q) to adjust a bandwidth that varies according to the center frequency change.

그리고, 상기 리액턴스 소자는, 상기 공진기의 입력단에 연결된 제1 리액턴스 가변 소자; 및 상기 공진기의 출력단에 연결된 제2 리액턴스 가변 소자;를 포함할 수 있다.The reactance element may include: a first reactance variable element connected to an input terminal of the resonator; And a second reactance variable element connected to an output terminal of the resonator.

또한, 상기 제1 리액턴스 가변 소자와 상기 제2 리액턴스 가변 소자는, 가변 커패시터들일 수 있다.In addition, the first reactance variable element and the second reactance variable element may be variable capacitors.

그리고, 상기 제1 리액턴스 가변 소자의 커패시턴스와 상기 제2 리액턴스 가변 소자의 커패시턴스는 동일하게 가변될 수 있다.In addition, the capacitance of the first reactance variable element and the capacitance of the second reactance variable element may be equally variable.

또한, 상기 가변 커패시터들은 상기 공진기를 구성하는 커패시터와 인덕터에 각각 병렬로 연결되어, 상기 Q는 상기 가변 커패시터들의 커패시턴스들에 반비례할 수 있다.In addition, the variable capacitors may be connected in parallel to the capacitor and the inductor constituting the resonator, respectively, so that Q may be inversely proportional to the capacitances of the variable capacitors.

그리고, 상기 리액턴스 소자는, 상기 공진기의 입력단과 출력단에서, 상기 공진기를 구성하는 커패시터와 인덕터에 각각 병렬로 연결되는 커패시터들을 더 포함할 수 있다.The reactance element may further include capacitors connected in parallel to the capacitor and the inductor of the resonator, respectively, at an input terminal and an output terminal of the resonator.

또한, 상기 리액턴스 소자는, 상기 중심 주파수가 낮아지는 경우 상기 Q를 감소시키고, 상기 중심 주파수가 높아지는 경우 상기 Q를 증가시킬 수 있다.In addition, the reactance element may decrease the Q when the center frequency is lowered and increase the Q when the center frequency is increased.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 필터링 제어 방법은, 필터링 대역의 중심 주파수가 조정되는 단계; 및 상기 중심 주파수에 의해 변화되는 대역폭을 조정하기 위해, Q(Quality factor)를 조절하는 단계;를 포함한다.
On the other hand, the filtering control method according to another embodiment of the present invention, the step of adjusting the center frequency of the filtering band; And adjusting a quality factor (Q) to adjust a bandwidth changed by the center frequency.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 필터의 Q 조절이 가능하므로, 중심 주파수의 크기와 상관없이 주파수 대역폭을 좁고 일정하게 유지할 수 있게 된다.
As described above, according to the present invention, since the Q adjustment of the filter is possible, the frequency bandwidth can be kept narrow and constant regardless of the magnitude of the center frequency.

도 1은 통상적인 BPF를 도시한 도면,
도 2는 중심 주파수 변화에 따른 Q 변화로 인한 대역폭 변화의 컴퓨터 시뮬레이션 결과가 나타난 그래프,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, Q 조절이 가능한 BPF의 회로도,
도 4는 중심 주파수 변화에 따라, 요구되는 Q와 이를 구현하기 위한 Cr, 및 C2,4를 나타낸 그래프, 그리고,
도 5는, 도 3에 도시된 BPF를 컴퓨터 시뮬레이션하여 VHF 및 UHF 대역에서의 주파수 응답을 나타낸 그래프이다.1 shows a typical BPF,
2 is a graph showing a computer simulation result of a change in bandwidth due to a change in Q according to a change in center frequency;
3 is a circuit diagram of a BPF capable of Q adjustment, according to a preferred embodiment of the present invention;
4 is a graph showing Q required and C r , and C 2 , 4 for implementing the same according to the change of the center frequency,
FIG. 5 is a graph showing the frequency response in the VHF and UHF bands by computer simulation of the BPF shown in FIG. 3.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the drawings will be described the present invention in more detail.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, Q 조절이 가능한 BPF(Band Pass Filter : 대역통과필터)의 회로도이다. 본 실시예에 따른 BPF는 중심 주파수 가변이 가능함은 물론, 이에 따른 Q(Qualtiy factor : 품질계수) 조절이 가능하다.3 is a circuit diagram of a BPF (Band Pass Filter) capable of Q adjustment according to a preferred embodiment of the present invention. In the BPF according to the present embodiment, the center frequency can be changed, and accordingly, Q (Qualtiy factor) can be adjusted.

이에 따라, 본 실시예에 따른 BPF는 중심 주파수가 변화하더라도 대역폭을 균일하게 유지시킬 수 있다. 환언하면, 본 실시예에 따른 BPF는 대역폭을 균일하게 유지시키면서, 중심 주파수를 변화시킬 수 있다고 할 수 있다.Accordingly, the BPF according to the present embodiment can maintain the bandwidth uniformly even when the center frequency changes. In other words, it can be said that the BPF according to the present embodiment can change the center frequency while keeping the bandwidth uniform.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 BPF(100)는, 공진기(110), C1, C2, C3 및 C4를 구비한다. 공진기(110)는 Lr과 Cr이 병렬로 연결되어 구성되는 병렬 LC 공진기(Resonator)이다.As shown in FIG. 3, the BPF 100 according to the present embodiment includes a resonator 110, C 1 , C 2 , C 3, and C 4 . The resonator 110 is a parallel LC resonator in which L r and C r are connected in parallel.

공진기(110)를 구성하는 Cr은 가변 커패시터이다. Cr에 의해 BPF의 필터링 대역의 중심 주파수가 결정된다. 즉, Cr의 변화에 따라 BPF의 중심 주파수가 변화한다.C r constituting the resonator 110 is a variable capacitor. The center frequency of the filtering band of the BPF is determined by C r . That is, the center frequency of the BPF changes as the C r changes.

C1과 C2는 공진기(110)의 입력단에 연결되는데, 직렬로 연결되어 공진기(110)를 구성하는 Cr과 Lr에 각각 병렬로 연결된다. C1과 C2의 접점에는 입력측이 연결된다.C 1 and C 2 are connected to the input terminal of the resonator 110, and are connected in parallel to C r and L r , which are connected in series to constitute the resonator 110, respectively. The input side is connected to the contacts of C 1 and C 2 .

C3과 C4는 공진기(110)의 출력단에 연결되는데, 직렬로 연결되어 공진기(110)를 구성하는 Cr과 Lr에 각각 병렬로 연결된다. C3과 C4의 접점에는 부하(RL)이 연결된다.C 3 and C 4 are connected to the output terminal of the resonator 110, and are connected in parallel to C r and L r , which are connected in series to constitute the resonator 110, respectively. The load (R L ) is connected to the contacts of C 3 and C 4 .

한편, C2와 C4는 가변 커패시터들이다. 후술하겠지만, C2와 C4에 의해 BPF의 Q가 결정된다. 즉, C2와 C4의 변화에 따라 BPF의 Q가 변화한다고 할 수 있다.On the other hand, C 2 and C 4 are variable capacitors. As will be described later, Q of BPF is determined by C 2 and C 4 . In other words, it can be said that the Q of the BPF changes as the C 2 and C 4 change.

도 1에 도시된 BPF의 부하-Q(Loaded Qualtiy factor)는 아래의 수학식 1로 나타낼 수 있다.The Load-Quality Factor (Q) of the BPF illustrated in FIG. 1 may be represented by Equation 1 below.

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서, XP는 병렬 연결된 Lr과 Cr에 의한 리액턴스(reactance)를 나타내고, RP는 'RS 및 Lr과 Cr에 의한 저항' 또는 'RL 및 Lr과 Cr에 의한 저항'을 나타낸다. RS=RL로 설계됨이 일반적이므로, 'RS 및 Lr과 Cr에 의한 저항'과 'RL 및 Lr과 Cr에 의한 저항'은 동일하다.Where X P represents the reactance by L r and C r connected in parallel, and R P is the resistance by R S and L r and C r or the resistance by R L and L r and C r 'Is displayed. Since it is generally designed to be R S = R L , 'resistance by R S and L r and C r ' and 'resistance by R L and L r and C r ' are the same.

한편, 수학식 1에 따르면, QL은 RP에 비례함을 확인할 수 있다. 따라서, QL을 높이기 위해서는 RP를 증가시키고, QL을 낮추기 위해서는 RP를 감소시키면 된다.Meanwhile, according to Equation 1, it can be seen that Q L is proportional to R P. Therefore, to increase the Q L increase the P R, is when to lower the Q L P R reduces.

한편, 도 3에 도시된 바와 같이 BPF(100)가 공진기(110) 외에 C1, C2, C3 및 C4를 더 구비하는 경우, '공진기(110)의 입력 측에서 공진기(110) 밖을 바라본 임피던스(Rieff)'와 '공진기(110)의 출력 측에서 공진기(110) 밖을 바라본 임피던스(Roeff)'는 아래의 수학식 2와 같다.Meanwhile, as shown in FIG. 3, when the BPF 100 further includes C 1 , C 2 , C 3, and C 4 in addition to the resonator 110, the outside of the resonator 110 is located at the input side of the resonator 110. Impedance (R ieff ) 'and' impedance (R oeff ) looking out of the resonator 110 at the output side of the resonator 110 'is shown in Equation 2 below.

Figure pat00002
Figure pat00002

여기서, "C1=C3"이고, "C2=C4"인 것을 상정하였다. 따라서, 수학식 2에서 C1은 C3으로 대체가능하고, C2는 C4로 대체가능하다. 또한, Ri는 'RS와 C1, C2, Lr및 Cr에 의한 저항'을 나타낸다.Here, it was assumed that "C 1 = C 3 " and "C 2 = C 4 ". Accordingly, in Equation 2, C 1 may be replaced with C 3 , and C 2 may be replaced with C 4 . In addition, R i represents 'resistance by R S and C 1 , C 2 , L r and C r '.

수학식 2에 나타나지는 않았지만, Ro는 'RL과 C3, C4, Lr및 Cr에 의한 저항'을 나타낸다. "C1=C3", "C2=C4"이고, RS=RL로 설계됨이 일반적이므로, Ri와 Ro는 동일하다.Although not shown in Equation 2, R o represents 'R L and resistance by C 3 , C 4 , L r and C r '. Since "C 1 = C 3 ", "C 2 = C 4 " and R S = R L are generally designed, R i and R o are the same.

한편, 수학식 2를 수학식 1에 대입하면, 도 3에 도시된 BPF(100)의 QL을 아래의 수학식 3과 같이 계산할 수 있다.Meanwhile, when Equation 2 is substituted into Equation 1, Q L of the BPF 100 illustrated in FIG. 3 may be calculated as Equation 3 below.

Figure pat00003
Figure pat00003

여기서, Ri ,o는 Ri 또는 Ro를 의미하고, C1 ,3은 C1 또는 C3을 의미하며, C2 ,4는 C2 또는 C4를 의미한다.Here, R i , o means R i or R o , C 1 , 3 means C 1 or C 3 , C 2 , 4 means C 2 or C 4 .

수학식 3에 따르면, QL은 C2 ,4에 반비례함을 확인할 수 있다. 따라서, QL을 높이기 위해서는 C2 ,4를 감소시키고, QL을 낮추기 위해서는 C2 ,4를 증가시키면 된다.According to Equation 3, it can be seen that Q L is inversely proportional to C 2 , 4 . Therefore, to increase Q L , decrease C 2 , 4 , and to decrease Q L , increase C 2 , 4 .

도 4는 VHF 및 UHF 대역에서 중심 주파수 변화에 따라, 대역폭 유지를 위해 요구되는 QL와 이를 구현하기 위한 C2 ,4를 나타낸 그래프이다.4 is a graph showing Q L required for bandwidth maintenance and C 2 , 4 for implementing the same according to the change of the center frequency in the VHF and UHF bands.

도 4에 도시된 바에 따르면, Cr을 낮추어 중심 주파수를 높이는 경우 대역폭 유지를 위해 QL을 높일 것이 요구되는데, 이는 C2 ,4를 감소시켜 해결할 수 있음은 그래프 상에서 확인가능하다.As shown in FIG. 4, when lowering C r to increase the center frequency, it is required to increase Q L to maintain bandwidth, which can be solved by reducing C 2 and 4 .

도 5는, 도 3에 도시된 BPF(100)를 컴퓨터 시뮬레이션하여 VHF 및 UHF 대역에서의 주파수 응답을 나타낸 그래프이다. 도 5에 도시된 그래프를 통해, 도 3에 도시된 BPF(100)에 대한, VHF 및 UHF 대역에서의 중심 주파수 변화에 따른 대역폭 변화를 확인할 수 있다.FIG. 5 is a graph showing the frequency response in the VHF and UHF bands by computer simulation of the BPF 100 shown in FIG. Through the graph shown in FIG. 5, the bandwidth change according to the change of the center frequency in the VHF and UHF bands of the BPF 100 shown in FIG. 3 can be confirmed.

즉, 도 5에 도시된 그래프를 통해, 도 3에 도시된 BPF(100)는, VHF 및 UHF 대역에서 중심 주파수 변화에 따른 대역폭 변화가 거의 없이, 일정한 대역폭을 나타내고 있음을 확인할 수 있다.That is, it can be seen from the graph shown in FIG. 5 that the BPF 100 shown in FIG. 3 shows a constant bandwidth with little change in bandwidth due to the change of the center frequency in the VHF and UHF bands.

지금까지, Q 조절이 가능한 BPF에 대해 바람직한 실시예를 들어 상세히 설명하였다.So far, the BPF capable of Q adjustment has been described in detail with reference to a preferred embodiment.

위 실시예를 통해 제시한 회로도는 이해와 설명의 편의를 위한 일 예에 불과한 것으로 변형이 가능하다. 예를 들어, C1과 C2의 위치를 서로 바꾸거나 양자를 병렬로 연결가능함은 물론, C3과 C4의 위치를 서로 바꾸거나 양자를 병렬로 연결하는 것도 가능하다.The circuit diagram presented through the above embodiments is only an example for convenience of understanding and explanation, and may be modified. For example, the positions of C 1 and C 2 may be interchanged or both may be connected in parallel, as well as the positions of C 3 and C 4 may be interchanged or both may be connected in parallel.

한편, C1, C2, C3 및 C4는 공진기(110)에 의해 결정되는 중심 주파수에 의해 변화되는 대역폭을 조정하기 위해 Q를 조절하기 위한 소자들로, 다른 종류의 리액턴스 소자들로 대체 가능하다.Meanwhile, C 1 , C 2 , C 3 and C 4 are elements for adjusting Q to adjust the bandwidth changed by the center frequency determined by the resonator 110, and are replaced with other kinds of reactance elements. It is possible.

또한, 위 실시예에서 언급한 BPF 역시 이해와 설명의 편의를 위한 일 예에 불과하다. 본 발명의 기술적 사상은 BPF 이외의 다른 필터, 예를 들면 BRF(Band Reject Filter)에도 적용가능하다.In addition, the BPF mentioned in the above embodiment is just one example for convenience of understanding and explanation. The technical idea of the present invention is applicable to other filters besides BPF, for example, a band reject filter (BRF).

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention.

100 : BPF(Band Pass Filter)
110 : 공진기
C1, C3 : 커패시터
C2, C4, Cr : 가변 커패시터
Lr : 인덕터100: BPF (Band Pass Filter)
110: resonator
C 1 , C 3 : Capacitor
C 2 , C 4 , C r : Variable Capacitor
L r : Inductor

Claims (8)

필터링 대역의 중심 주파수로 공진하는 공진기; 및
상기 중심 주파수 변화에 따라 변동되는 대역폭을 조정하기 위해, Q(Quality factor)를 조절하는 리액턴스 소자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 필터.
A resonator resonating at the center frequency of the filtering band; And
And a reactance element that adjusts a quality factor (Q) to adjust a bandwidth that varies according to the center frequency change.
제 1항에 있어서,
상기 리액턴스 소자는,
상기 공진기의 입력단에 연결된 제1 리액턴스 가변 소자; 및
상기 공진기의 출력단에 연결된 제2 리액턴스 가변 소자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 필터.
The method of claim 1,
The reactance element,
A first reactance variable element connected to an input terminal of the resonator; And
And a second reactance variable element connected to an output terminal of the resonator.
제 2항에 있어서,
상기 제1 리액턴스 가변 소자와 상기 제2 리액턴스 가변 소자는, 가변 커패시터들인 것을 특징으로 하는 필터.
The method of claim 2,
And the first reactance variable element and the second reactance variable element are variable capacitors.
제 3항에 있어서,
상기 제1 리액턴스 가변 소자의 커패시턴스와 상기 제2 리액턴스 가변 소자의 커패시턴스는 동일하게 가변되는 것을 특징으로 하는 필터.
The method of claim 3, wherein
And the capacitance of the first reactance variable element and the capacitance of the second reactance variable element are equally variable.
제 3항에 있어서,
상기 가변 커패시터들은 상기 공진기를 구성하는 커패시터와 인덕터에 각각 병렬로 연결되어,
상기 Q는 상기 가변 커패시터들의 커패시턴스들에 반비례하는 것을 특징으로 하는 필터.
The method of claim 3, wherein
The variable capacitors are respectively connected in parallel to the capacitor and the inductor constituting the resonator,
Q is inversely proportional to the capacitances of the variable capacitors.
제 3항에 있어서,
상기 리액턴스 소자는,
상기 공진기의 입력단과 출력단에서, 상기 공진기를 구성하는 커패시터와 인덕터에 각각 병렬로 연결되는 커패시터들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 필터.
The method of claim 3, wherein
The reactance element,
And at the input and output ends of the resonator, capacitors connected in parallel to capacitors and inductors constituting the resonator, respectively.
제 1항에 있어서,
상기 리액턴스 소자는,
상기 중심 주파수가 낮아지는 경우 상기 Q를 감소시키고, 상기 중심 주파수가 높아지는 경우 상기 Q를 증가시키는 것을 특징으로 하는 필터.
The method of claim 1,
The reactance element,
And reducing the Q when the center frequency is lowered and increasing the Q when the center frequency is increased.
필터링 대역의 중심 주파수가 조정되는 단계; 및
상기 중심 주파수에 의해 변화되는 대역폭을 조정하기 위해, Q(Quality factor)를 조절하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 필터링 제어 방법.
Adjusting the center frequency of the filtering band; And
And adjusting a quality factor (Q) to adjust a bandwidth that is changed by the center frequency.
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