KR20160030161A - 대역-제거 필터 - Google Patents

대역-제거 필터 Download PDF

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KR20160030161A
KR20160030161A KR1020167000078A KR20167000078A KR20160030161A KR 20160030161 A KR20160030161 A KR 20160030161A KR 1020167000078 A KR1020167000078 A KR 1020167000078A KR 20167000078 A KR20167000078 A KR 20167000078A KR 20160030161 A KR20160030161 A KR 20160030161A
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앵 통 도미니끄 로
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Abstract

본 발명은 대역-제거 필터에 관한 것이고, 이 대역-제거 필터는, 접지면을 갖는 기판 상에, 제 1 단부들이라고 불리는, 스터브들의 단부들 중의 일단부에서의 3 개의 인쇄된 라인 섹션들 (20, 21, 22) 또는 "스터브들 (stubs)" 개방 회로, 및 입력 단자 (1) 와 출력 단자 (2) 사이에 직렬로 연결되고 스터브들의, 제 2 단부들이라고 불리는, 타단부들 사이를 서로 연결하는 제 1 및 제 2 인쇄된 송신 라인들 (10, 11) 을 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 송신 라인들의 각각은 2 개의 스터브들의 제 2 단부들 사이에 삽입되고, 상기 스터브들은 제 1 주파수 대역을 제거하도록 치수가 맞춰진다.
본 발명에 따르면, 개방 회로 스터브 (30, 31) 가 제 2 주파수 대역을 제거하도록 상기 제 1 및 제 2 인쇄된 송신 라인들 (10, 11) 의 적어도 하나에 삽입된다.

Description

대역-제거 필터{BAND-REJECTION FILTER}
본 발명은 다중-표준 또는 다중-무선 단말기들의 영역에 관한 것이고, 특히, 동일 인쇄 회로 기판 상에 구현된 복수의 무선 주파수 회로들을 포함하는 단말기들에 관한 것이다.
본 발명은, 보다 상세하게는, 동일 인쇄 회로 기판 상에서 상이한 주파수들에서 동작하는 무선 주파수 (radio frequency) 회로들의 공존을 가능하게 하는 그러한 단말기들에서 사용될 수 있는 대역-제거 필터에 관한 것이다.
수개의 무선 주파수 회로들이 동일한 전자 기판 상에서 구현될 때, 그 기판은, 상이한 무선-주파수 회로들이 공존할 수 있고 그 회로들의 각각이 다른 회로들을 오염시킴이 없이 동작할 수 있도록 설계되어야 한다. 이 제약은, 무선 회로들이 필요한 고도의 집적으로 인해 전자 기판 상에서 매우 가깝게 됨에 따라, 아주 더 강하게 된다.
도 1 은 디코더 단말기 (또는 셋 톱 박스) 의 전자 기판에서의 다중-무선 상황을 도식적으로 나타낸다.
이 단말기는 2.4GHz 의 주파수에서 동작하는 WiFi 송신기/수신기, 1.9GHz 의 주파수에서 동작하는 DECT 송신기/수신기, 및 GPS 수신기를 포함한다. 화살표들은, WiFi 송신기가 신호들을 송신할 때, 이들 신호들이 DECT 및 GPS 수신기들의 안테나들에 의해 캡처되는 것을 나타낸다.
이 단말기의 무선-주파수 분석은, 2.4GHz 에서의 노이즈 플로어 (noise floor) 로부터 DECT 수신기를 보호하기 위해 약 45dB 의 격리 (isolation) 가 필요한 것을 나타낸다. 역으로, DECT 회로가 송신할 때, 1.9GHz 의 신호가 WiFi 수신기에 대한 높은 수준의 간섭으로서 감지된다. 그것은 또한, GPS 수신기의 감도가 -135dBm 의 정도로 일반적으로 매우 낮은 것을 고려하면, GPS 수신기를 다른 송신기들에 의해 생성된 노이즈 플로어로부터 보호하기 위해 중요하다. 이것은, WiFi 송신기 또는 DECT 송신기에 의해 생성된 조금의 노이즈도 GPS 수신기와 간섭할 수 있다는 것을 의미한다.
따라서 이들 공존의 문제점들을 해결하기 위해, 송신부 및 수신부의 양자에서 특정 필터들이 WiFi 회로에 부가되어야만 한다. 통합된 필터를 갖는 안테나를 이용하는 것이 가능할 것이다. 하지만, 통합된 필터들을 갖는 현재의 2.4GHz 안테나들은 오직 DECT 대역에 대해 10dB 의 격리를 제공할 뿐이다. 10dB 의 추가적인 격리는 DECT 안테나와 WiFi 안테나 사이의 거리를 증가시킴으로써 획득될 수 있을 것이지만, 이것으로 불충분할 것이다.
다른 가능성은, 대역-제거 마이크로스트립 필터 (band-rejection microstrip filter) 를 WiFi 안테나와 회로의 나머지 부분 사이에 송신 및 수신에서 삽입하는 것에 있다. 예를 들어, 대역-제거 필터들은, 송신 라인들에 의해 서로 연결된 개방 회로 라인 섹션들 또는 스터브들 (stubs) 을 포함하는 것으로 알려져 있다.
이러한 제거 필터는 도 2 에 도시된다. 이 필터는 접지면을 갖는 기판 상에 구현된다. 그것은 제 1 단부 (extremity) 개방 회로를 갖는 3 개의 스터브들 (20, 21 및 22), 또는 입력부 (1) 와 출력부 (2) 사이에 직렬로 연결된 2 개의 인쇄 송신 라인들 또는 마이크로스트립 라인들 (10 및 11) 을 포함한다. 마이크로스트립 라인들 (10 및 11) 은 스터브들의, 제 2 단부들이라고 불리는, 다른 단부들 사이를 서로 연결하고, 마이크로스트립 라인 (10) 은 스터브들 (20 및 21) 의 제 2 단부들 사이에 삽입되고, 마이크로스트립 라인 (11) 은 스터브들 (21 및 22) 의 제 2 단부들 사이에 삽입된다.
스터브들은 주어진 주파수 대역, 예컨대 DECT 신호들의 주파수 대역 또는 GPS 신호들의 주파수 대역을 제거 또는 필터링하도록 치수화 (dimensioned) 된다. 이러한 제거는 길이 λ/4 의 송신 라인들 및 스터브들을 이용함으로써 실현되고, 여기서, λ 는 필터링할 주파수 대역의 중심 주파수에 대응하는 파장이다.
이 필터의 분석은 제거가 주로 스터브들의 길이 (λ/4) 에 연관되는 것을 보였다. 송신 라인들 (10 및 11) 의 길이는 덜 결정적이고 제거에서의 현저한 열화 없이 λ/4 주위에서 변화할 수 있다.
단순한 마이크로스트립 라인들 및 스터브들을 갖는 이러한 필터 토폴로지 (topology) 는 하지만, 전술한 애플리케이션에서 DECT 대역 및/또는 GPS 를 차단하기 위해 필요한 것들과 같은 높은 제거 레벨들을 획득할 수 없다.
더욱이, 이 필터는 스터브들의 길이에 의해 고정된 단일 주파수 대역만을 제거할 수 있다.
본 발명의 하나의 목적은 높은 제거 레벨을 갖는 마이크로스트립 라인들을 이용한 대역-제거 필터를 제안하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 단술한 설계를 가지고 또한 수개의 주파수 대역들을 제거할 수 있는 대역-제거 필터를 제안하는 것이다.
이 목적을 위해, 본 발명은, 대역-제거 필터로서, 접지면 (ground plane) 을 갖는 기판 상에, 스터브들의, 제 1 단부들이라고 불리는, 단부들 중 하나에서 3 개의 인쇄된 라인 섹션들 또는 "스터브들 (stubs)" 개방 회로, 및 입력 단자와 출력 단자 사이에 직렬로 연결되고 상기 스터브들의, 제 2 단부들이라고 불리는, 다른 단부들 사이에 서로 연결하는 제 1 및 제 2 인쇄된 송신 라인들을 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 송신 라인들의 각각은 2 개의 스터브들의 제 2 단부들 사이에 삽입되고, 상기 스터브들은 제 1 주파수 대역을 제거하도록 치수화되는, 그러한 대역-제거 필터를 제안한다. 본 발명에 따르면, 개방 회로 스터브가, 제 2 주파수 대역을 제거하도록 상기 제 1 및 제 2 인쇄된 송신 라인들의 적어도 하나에 삽입된다.
특정 실시형태에 따르면, 제 1 및 제 2 주파수 대역들은 실질적으로 동일하다. 따라서, 인쇄된 송신 라인들 중 적어도 하나 내로 삽입된 것과 개방 회로 스터브들은 동일한 주파수 대역을 제거하는데 기여하고 이 대역의 고도의 제거를 달성하는데 기여한다.
일 변형형태로서, 상기 제 1 및 제 2 주파수 대역들은 상이하다. 필터는 2 개의 주파수 대역들을 제거할 수 있다.
바람직하게는, 개방 회로 스터브들은, 제 2 주파수 대역의 제거의 수준을 증가시키기 위해 2 개의 인쇄된 송신 라인들에 삽입된다.
특정 실시형태에 따르면, 필터는, 개방 회로 스터브가 삽입된 적어도 하나의 제 3 인쇄된 송신 라인을 더 포함하고, 상기 제 3 송신 라인은 상기 제 1 및 제 2 인쇄된 송신 라인들과 직렬로 연결되고 입력 단자와 제 1 송신 라인 사이에 또는 제 2 송신 라인과 출력 단자 사이에 삽입되며, 상기 스터브는 제 3 주파수 대역을 제거하도록 치수화된다.
특정 실시형태에 따르면, 상기 제 3 주파수 대역은 상기 제 1 및 제 2 주파수 대역들 중 하나와 동일하다. 이 추가적인 스터브는 상기 제 1 및 제 2 주파수 대역들 중 하나의 제거 수준을 증가시킬 수 있다.
또 다른 특정 실시형태에 따르면, 제 3 주파수 대역은 상기 제 1 및 제 2 주파수 대역들과 상이하다. 3 개의 주파수 대역들이 상이한 경우에, 필터는 그러면 3 개의 주파수 대역들을 차단할 수 있다.
특정 실시형태에 따르면, 기판은 FR4 로서 통상적으로 알려진 기판과 같은 저비용 기판이다. 분석들은, 본 발명의 필터는 사용되는 기판의 전기적 특성들에서의 임의의 드리프트 (drift) 에 민감하지 않다는 것을 밝혔다.
예시적인 방식으로 주어진, 첨부 도면들에 의해 도시된, 이하의 예들을 읽으면 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자 (이하, '통상의 기술자' 라 함) 에게 다른 이점들이 또한 발생할 수도 있다.
- 도 1 은 동일 인쇄 회로 기판 상에 구현되고 상이한 주파수들에서 동작하는 복수의 무선 시스템들을 포함하는 단말기의 도를 나타낸다.
- 도 2 는 종래 기술의 대역-제거 필터의 도를 나타낸다.
- 도 3 은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 대역-제거 필터의 도를 나타낸다.
- 도 4 는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 대역-제거 필터의 도를 나타낸다.
- 도 5 는 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 대역-제거 필터의 도를 나타낸다.
- 도 6 은 본 발명과 부합하는 필터의 제거 성능들을 나타내는 곡선을 나타낸다.
본 발명에 따르면, 전통적으로 사용되는 3 개의 스터브들을 연결하는 송신 라인들에 개방 회로 스터브들이 삽입되는 대역-제거 필터가 제안된다.
본 발명의 필터의 제 1 실시형태는 도 3 에서 도식적으로 나타내어져 있다. 도 2 에 이미 제시된 엘리먼트들은 동일한 참조부호들을 갖는다.
도 3 을 참조하면, 필터는, 접지면을 갖는 기판 상에, 입력부 (1) 와 출력부 (2) 사이에 직렬로 연결된 2 개의 마이크로스트립 라인들 (10 및 11) 을 포함한다. 그것은 또한, 제 1 단부들이라고 불리는, 그들의 단부들 중 하나에서 3 개의 라인 섹션들 또는 스터브들 (20, 21 및 22) 개방 회로를 포함한다. 마이크로스트립 라인들 (10 및 11) 은 스터브들의 2 개의 단부들 사이에 삽입된다. 보다 구체적으로, 마이크로스트립 라인 (10) 은 스터브 (20) 의 제 2 단부와 스터브 (21) 의 제 2 단부 사이에 연결되고, 마이크로스트립 라인 (11) 은 스터브 (21) 의 제 2 단부와 스터브 (22) 의 제 2 단부 사이에 연결된다.
본 발명에 따르면, 개방 회로 스터브들 (30 및 31) 이 마이크로스트립 라인들 (10 및 11) 에 각각 삽입된다.
이 실시형태에서, 스터브들 (20, 21, 22, 30 및 31) 은 λ1/4 의 정도로 분명하게 동일한 길이들을 가지고, λ1 은 차단 또는 제거할 주파수 대역의 중심 주파수 f1 와 연관된 파장이다.
공진기 (resonator) 를 형성하는, 개방 회로 스터브가 내부에 삽입된 이러한 유형의 마이크로스트립 라인은 Herriot-Watt University 에서 Hussein Nasser Hamad Shaman 에 의해 이루어진 "Advanced Ultra Wideband (UWB) microwave filters for modern wireless communication" 라는 제목의 2008년 8월의 논문에서 기술되어 있다.
이 공진기는, 송신 라인의 폭 (W) 보다 적은 폭 (WS) 및 길이 (λ1/4) 를 갖는 라인 섹션 또는 스터브를 형성하도록 U 자 형태의 송신 라인을 새김으로써 구현된다. 송신 라인들 (10 및 11) 은 스터브들 (30 및 31) 의 구현을 가능하게 하기 위해 λ1/4 보다 약간 더 큰 길이 (L) 를 갖는다. 이전에 나타낸 바와 같이, 라인들 (10 및 11) 의 길이의 이러한 변형은 필터의 성능에 적은 영향을 갖는다.
송신 라인 (10) 및 개방 회로 스터브 (30) 로부터 형성된 공진기와 송신 라인 (11) 및 개방 회로 스터브 (31) 로부터 형성된 공진기는 동일 방향으로 (라인에서 동일 포인트에서 개방 회로) 연결되거나 두미식 (head to tail) (반대 방향) 연결된다. 도 3 의 예에서, 2 개의 공진기들은 두미식으로 연결된다.
선택된 구성 (두미식이든 또는 아니든) 에 따르면, 좌측 또는 우측으로 더 가파른 기울기를 갖는 비대칭 전달 함수를 갖는 필터가 획득될 수 있다는 것이 밝혀졌다.
WiFi 대역을 통과시키고 DECT 대역을 필터링하도록 의도된 필터에 대해, WiFi 대역을 가능한 한 적게 열화시키기 위해 필터의 전달 함수의 우측 기울기를 증가시키는 것이 중요하다. 선택되는 구성 (두미식이거나 아닌 스터브들 (30 및 31)) 은 따라서 애플리케이션에 따라 변화한다.
이 제 1 실시형태에서, 5 개의 스터브들 (20, 21, 22, 30 및 31) 은, 이 대역에 대한 고도의 제거에 도달할 수 있는, 중심 주파수 (f1) 주위의 주파수 대역을 제거하는 것에 기여한다.
이 실시형태는, 단일 주파수 대역, 예컨대, DECT 와 연관된 대역 또는 GPS 와 연관된 대역을 제거하기 위해 이용된다.
도 4 에 의해 예시된 다른 실시형태에 따르면, 마이크로스트립 라인들 (10 및 11) 은 각각, 스터브들 (20, 21 및 22) 의 길이 (λ1/4) 와는 상이한 길이 (λ2/4) 를 갖는 개방 회로 스터브들 (30' 및 31') 을 포함하고, λ2 는 차단 또는 제거할 제 2 주파수의 중심 주파수 (f2) 와 연관된 파장이다.
이 필터는 따라서, 2 개의 주파수 대역들, 예컨대, DECT 와 연관된 주파수 대역 및 GPS 와 연관된 주파수 대역이 제거되는 것을 가능하게 한다.
다른 주파수 대역들을 제거하기 위해서 또는 주어진 주파수 대역 상에서 요구되는 제거의 레벨을 증가시키기 위해서 다른 공진기들이 또한 추가될 수 있다. 예를 들어, 도 5 에 의해 예시된 실시형태에서, 필터는 또한, 필터의 입력부 (1) 와 출력부 (2) 사이에 마이크로스트립 라인들 (10 및 11) 과 직렬로 연결된 2 개의 다른 공진기들을 포함한다.
마이크로스트립 라인 (12) 으로부터 그리고 그 내부에 삽입된 스터브 (32) 로부터 형성된 제 1 공진기가 입력부 (1) 와 마이크로스트립 라인 (10) 사이에 연결된다. 마이크로스트립 라인 (13) 으로부터 그리고 그 내부에 삽입된 스터브 (33) 로부터 형성된 제 2 공진기가 마이크로스트립 라인 (11) 과 출력부 (2) 사이에 연결된다.
스터브들 (32 및 33) 의 길이는 예를 들어 λ3/4 와 동일하고, λ3 는 차단 또는 제거할 제 3 주파수 대역의 중심 주파수 f3 와 연관된 파장이다. 당연히, 이들 스터브들과 연관된 주파수 대역들 중 하나의 제거의 레벨을 증가시키기 위해 스터브들 (30 및 31) 또는 스터브들 (20, 21 및 22) 과 동일한 길이를 갖는 스터브들 (32 및 33) 을 이용하는 것 또한 가능하다. 마이크로스트립 라인들의 길이는 그들이 포함하는 스터브의 길이보다 약간 더 크게 취해진다.
당연히, 주어진 주파수 대역 상에서 요구되는 제거의 레벨에 따라, 필터에 공진기들을 추가하는 것이 필요할 수 있다. 본원에 제시된 필터 토폴로지는 공진기들이 필터의 입력부와 출력부 사이에서 매우 쉽게 추가되는 것을 가능하게 한다.
필터의 콤팩트성 (compactness) 을 증가시키기 위해, 성능의 손실 없이 마이크로스트립 라인들 (10 내지 13) 에서 벤드들 (bends) 들을 실현하는 것이 가능하다.
도 6 은, 파장들 λ1 및 λ3 이 동일하고 (λ1 = λ3), DECT 의 주파수 대역의 중심 주파수와 연관되고, 파장 λ2 이 GPS 주파수 대역의 중심 주파수와 연관되는, 도 5 의 필터와 부합하는 필터의 성능을 나타낸다.
도 6 에서 볼 수 있는 바와 같이, 이 필터는 2.4GHz WiFi 대역을 감쇠시킴이 없이 GPS 및 DECT 대역에서 -60dB 의 제거율들에 도달하기 위해 사용될 수 있다.
이 필터 토폴로지는 또한, 기판의 파라미터들 및 스터브들 또는 마이크로스트립 라인들의 제조 공차들에 관련된 드리프트들에 대해 거의 민감하지 않은 이점을 갖는다. 필터의 제거 성능들은 본질적으로 스터브들의 길이 (λ/4) 에 관련된다. 스터브들의 임피던스 또는 기판의 유전율의 드리프트는 오직 제거되는 대역폭의 폭에 영향을 미칠 뿐이다.
이러한 유형의 필터는 따라서, 도 1 에서 도식적으로 예시된 경우에서와 같이 상이한 주파수 대역들에서 동작하는 무선 시스템들 사이에 동일한 인쇄 회로 기판 상에서의 공존을 가능하게 하는 표준 단말기들 상에서 이용되기에 특히 적합하다.
상기 기술된 실시형태들은 예들로서 제공되었다. 그것들은, 특히 공진기들의 수, 기판 또는 송신 라인들에 대해 사용되는 재료들, 동작 주파수 대역들 등에 관해 변형될 수 있음은 통상의 기술자에게 있어 자명할 것이다.

Claims (9)

  1. 대역-제거 필터로서,
    접지면을 갖는 기판 상에, 스터브들의, 제 1 단부들이라고 불리는, 단부들 중의 일단부에서의 3 개의 인쇄된 라인 섹션들 (20, 21, 22) 또는 "스터브들 (stubs)" 개방 회로, 및 입력 단자 (1) 와 출력 단자 (2) 사이에 직렬로 연결되고 상기 스터브들의, 제 2 단부들이라고 불리는, 타단부들 사이를 서로 연결하는 제 1 및 제 2 인쇄된 송신 라인들 (10, 11) 을 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 송신 라인들의 각각은 2 개의 스터브들의 상기 제 2 단부들 사이에 삽입되고, 상기 스터브들은 제 1 주파수 대역을 제거하도록 치수가 맞춰지며,
    개방 회로 스터브 (30, 31; 30', 31') 가, 제 2 주파수 대역을 제거하도록 상기 제 1 및 제 2 인쇄된 송신 라인들 (10, 11) 의 적어도 하나에 삽입되는, 대역-제거 필터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 주파수 대역들은 실질적으로 동일한, 대역-제거 필터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 주파수 대역들은 상이한, 대역-제거 필터.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    개방 회로 스터브 (30, 31; 30', 31') 가, 상기 제 2 주파수 대역을 제거하도록 상기 2 개의 제 1 및 제 2 인쇄된 송신 라인들 (10, 11) 의 각각에 삽입되는, 대역-제거 필터.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    개방 회로 스터브 (32, 33) 가 삽입된 적어도 하나의 제 3 인쇄된 송신 라인 (12, 13) 을 더 포함하고, 상기 제 3 송신 라인은 상기 제 1 및 제 2 인쇄된 송신 라인들 (10, 11) 과 직렬로 실장되고 상기 입력 단자와 상기 제 1 송신 라인 사이에 또는 상기 제 2 송신 라인과 상기 출력 단자 사이에 삽입되며, 상기 스터브는 제 3 주파수 대역을 제거하도록 치수가 맞춰지는, 대역-제거 필터.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 3 주파수 대역은 상기 제 1 및 제 2 주파수 대역들 중 하나와 동일한, 대역-제거 필터.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 3 주파수 대역은 상기 제 1 및 제 2 주파수 대역들과는 상이한, 대역-제거 필터.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판은 FR4 로서 통상적으로 알려진 기판과 같은 저비용 기판인, 대역-제거 필터.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 필터를 포함하는, 무선 전자 디바이스.
KR1020167000078A 2013-07-04 2014-07-02 대역-제거 필터 KR20160030161A (ko)

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