KR100605425B1

KR100605425B1 - 마이크로스트립형 대역통과필터

Info

Publication number: KR100605425B1
Application number: KR1020040083337A
Authority: KR
Inventors: 전동석; 이홍열; 김동영; 조경익; 이상석
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2004-10-18
Filing date: 2004-10-18
Publication date: 2006-07-28
Anticipated expiration: 2024-10-18
Also published as: KR20060034177A; US7369017B2; US20060082425A1

Abstract

본 발명은 홈 네트워크, 텔레메틱스, 지능망교통시스템 및 위성 인터넷 등에 적용되는 협대혁 마이크로스트립형 대역통과필터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 소정의 신호가 입력되는 입력단자; 특성 대역의 선택신호가 출력되는 출력단자; 상기 입력단자의 적어도 일부와 전계결합되는 제1 공진기; 상기 제1 공진기의 적어도 일부와 전계결합되는 제2 공진기; 및 상기 출력단자 및 상기 제2 공진기의 적어도 일부와 전계결합되는 제3 공진기를 포함하여 구성되며, 또한 서로 인접하지 않은 공진기 간에는 교차결합 갭 혹은 교차결합선로로 자계결합을 형성함으로써, 밀리미터파 부품의 저가격 구현하기 위하여 설계 및 제조공정을 최적화하여 패턴을 단순화할 수 있을 뿐만 아니라 부품의 소형으로 생산 단가를 개선할 수 있으며, 대량 생산이 용이하게 할 수 있는 효과가 있다.

대역통과필터, 마이크로스트립, 교차결합 갭, 병렬결합, 감쇠극, 감쇠주파수, 전계결합, 자계결합, 교차결합선로

Description

마이크로스트립형 대역통과필터{Microstrip type bandpass filters}

도 1a 및 도 1b는 종래의 제1 실시예에 따른 마이크로스트립형 대역통과필터를 설명하기 위한 패턴도.

도 2a 및 도 2b는 종래의 제2 실시예에 따른 마이크로스트립형 대역통과필터를 설명하기 위한 패턴도.

도 3은 종래의 제3 실시예에 따른 마이크로스트립형 대역통과필터를 설명하기 위한 패턴도.

도 4는 종래의 제4 실시예에 따른 마이크로스트립형 대역통과필터를 설명하기 위한 패턴도.

도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로스트립형 대역통과필터를 설명하기 위한 패턴도.

도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로스트립형 대역통과필터의 주파수가 60㎓일 때 실험을 통한 응답특성을 나타낸 그래프.

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 마이크로스트립형 대역통과필터를 설명하기 위한 패턴도.

도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 마이크로스트립형 대역통과필터의 주파수가 60㎓일 때 실험을 통한 응답특성을 나타낸 그래프.

도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 실시예에 적용된 마이크로스트립형 비대칭 주파수 특성을 갖는 교차결합의 등가회로도로서, 도 9a는 교차결합 갭의 Pi형 등가회로이고, 도 9b는 도 9a의 이상적인 J-인버터로의 변환회로도이며, 도 9c는 도 9b의 이상적인 J-인버터와 전송선로로의 변환회로도이다.

도 10a 내지 도 10c는 본 발명의 실시예에 적용된 마이크로스트립형 비대칭 주파수 특성을 갖는 교차결합의 다른 등가회로도로서, 도 10a는 도 9c의 교차결합 갭의 등가회로도의 변환회로도이고, 도 10b는 교차결합 전송선로의 등가회로도이며, 도 10c는 도 10b의 교차결합의 등가회로의 변환회로도이다.

도 11은 본 발명의 제1 실시예 및 제2 실시예에 따른 교차결합 갭과 선로를 갖는 대역통과필터의 등가회로도.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 ***

100 : 입력단자, 200 : 제1 공진기,

300 : 제2 공진기, 400 : 제3 공진기,

500 : 출력단자, 600 : 교차결합선로,

a~c : 전계결합, d~f : 자계결합

본 발명은 홈 네트워크, 텔레메틱스, 지능망교통시스템 및 위성 인터넷 등에 적용되는 협대역 마이크로스트립형 대역통과필터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 밀리미터파 부품의 저가격 구현하기 위하여 설계 및 제조공정을 최적화하여 패턴을 단순화할 수 있을 뿐만 아니라 부품의 소형으로 생산 단가를 개선할 수 있으며, 대량 생산이 용이하게 할 수 있는 마이크로스트립형 대역통과필터에 관한 것이다.

최근에는, 홈 네트워크, 텔리메틱스, 지능망교통시스템 및 위성 인터넷에 대하여 밀리미터파 응용이 제안되고 있다. 이러한 시장에서 밀리미터파 기술이 성공하기 위하여 부품의 가격 및 크기를 과감하게 줄여야 한다.

도 1a 및 도 1b는 종래의 제1 실시예에 따른 마이크로스트립형 대역통과필터를 설명하기 위한 패턴도로서, 도 1a는 통과대역 상측에 감쇠극을 가지는 대역통과필터 패턴도이고, 도 1b는 통과대역 하측에 감쇠극을 가지는 대역통과필터 패턴도이다.

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 종래의 제1 실시예에 따른 대역통과필터는 마이크로스트립형 비대칭 주파수 특성을 갖는 교차결합(cross coupling) 및 개방 고리형 공진기(Open Loop Resonator)로 형성되는 바, 입력단자(10), 출력단자(11), 입력공진기(12), 상부공진기(13) 및 출력공진기(14)를 포함하여 이루어진다.

이때, 상기 입력단자(10)와 상기 입력공진기(12)의 사이에는 전계결합(18), 상기 입력공진기(12)와 상기 상부공진기(13)의 사이에는 전계결합(15), 상기 상부공진기(13)와 상기 출력공진기(14)의 사이에는 전계결합(16), 상기 출력단자(11)와 상기 출력공진기(14)의 사이에는 전계결합(19), 및 상기 입력공진기(12)와 상기 출력공진기(14)의 사이에는 자계결합(8)으로 각각 형성된다.

한편, 도 1a에서 상기 입력단자(10) 및 상기 출력단자(11)가 상기 입력공진 기(12) 및 상기 출력공진기(14)에 접촉되어 형성되므로, 상기 입력단자(10)와 상기 입력공진기(12) 사이의 전계결합(18) 및 상기 출력단자(11)와 상기 출력공진기(14) 사이의 전계결합(19)은 존재하지 않는다.

상기 입력단자(101)를 통하여 신호가 입력되면, 상기 입력된 신호는 상기 입력단자(10)와 개방 고리형 입력공진기(12)의 사이에서 전계결합(18)되고, 상기 전계결합(18)된 신호는 다시 개방 고리형 상부공진기(13)와의 전계결합(15)에 의해 상부공진기(13)로 전달되며, 상기 개방 고리형 상부공진기(13)에서 개방 고리형 출력공진기(14) 사이의 전계결합(16)을 통하여 개방 고리형 출력공진기(14)로 전달된다. 그리고, 상기 전달된 신호는 다시 출력단자(11)와 개방 고리형 출력공진기(14)의 전계결합(19)을 통하여 신호가 특성 대역을 선택하여 출력으로 전달된다.

도 1a에서 형성되는 주결합은 전계결합으로 이루어지고, 개방 고리형 입력공진기(12)와 개방 고리형 출력공진기(14)의 결합은 전계결합으로 이루어진다. 따라서, 감쇠극 특성은 대역의 상측에 형성되며, 감쇠극 특성 및 주파수는 교차결합(cross coupling)으로 조절된다.

또한, 도 1b에서 형성되는 주결합은 전계결합으로 이루어지고, 상기 개방 고리형 입력공진기(12)와 상기 개방 고리형 출력공진기(14)의 결합은 자계결합으로 이루어지므로, 감쇠극 특성은 대역의 하측에 형성된다.

그러나, 개방 고리형 공진기를 사용함에 따라 고선택성 채널링과 저삽입손실이 적용되는 이동통신시스템에 적합하지만, 감쇠극은 하나가 형성되고, 유전율 상수의 크고 작음에 따른 설계의 제한이 발생된다[J.S.Hong, M.J.Lancater(1999.02), "Microstrip cross coupled trisection bandpass filters with asymmetric frequency characteristics", IEE proc Microwave and antennas propagation, Vol 146. No 1, pp. 84-90].

도 2a 및 도 2b는 종래의 제2 실시예에 따른 마이크로스트립형 대역통과필터를 설명하기 위한 패턴도로서, 도 2a는 통과대역 상측에 감쇠극을 가지는 대역통과필터 패턴도이고, 도 2b는 통과대역 하측에 감쇠극을 가지는 대역통과필터 패턴도이다.

도 2a 및 도 2b를 참조하면, 종래의 제2 실시예에 따른 대역통과필터는 마이크로스트립형 비대칭 주파수 특성을 갖는 교차결합(cross coupling) 및 삼각형 공진기(Triangular Patch Resonator)로 형성되는 바, 상기 삼각형 공진기를 채용한 필터는 소형이며, 전계결합 및 자계결합으로 통과대역의 상/하 주파수에 하나의 감쇠극을 형성한다.

즉, 이러한 삼각형 공진기를 채용한 대역통과필터는 입력단자(20), 출력단자(21), 입력공진기(22), 상부공진기(23) 및 출력공진기(24)를 포함하여 이루어진다.

상기 입력단자(20)와 상기 입력공진기(22)의 사이에는 전계결합(28), 상기 입력공진기(22)와 상기 상부공진기(23)의 사이에는 전계결합(25), 상기 상부공진기(23)와 상기 출력공진기(24)의 사이에는 전계결합(26), 상기 출력단자(21)와 상기 출력공진기(24)의 사이에는 전계결합(29) 및 상기 입력공진기(22)와 상기 출력공진기(24)의 사이에는 자계결합(27)으로 각각 형성된다.

한편, 도 1a에서 상기 입력단자(20) 및 상기 출력단자(21)가 상기 입력공진 기(22) 및 상기 출력공진기(24)에 접촉되어 형성되므로, 상기 입력단자(20)와 상기 입력공진기(22) 사이의 전계결합(28) 및 상기 출력단자(21)와 상기 출력공진기(24) 사이의 전계결합(29)은 존재하지 않는다.

상기 입력단자(20)를 통하여 신호가 입력되면, 상기 입력된 신호는 상기 입력단자(20)와 상기 삼각형 입력공진기(22)의 사이에서 전계결합(28)이 형성되고, 상기 전계결합(28)된 신호는 다시 전계결합(25)에 의해 상기 삼각형 상부공진기(23)로 전달되며, 상기 삼각형 상부공진기(23)에서 전계결합(26)을 통하여 삼각형 출력공진기(24)로 전달된다. 그리고, 상기 전달된 신호는 다시 상기 출력단자(21)와 상기 삼각형 출력공진기(24)의 전계결합(29)을 통하여 신호가 특성 대역을 선택하여 출력으로 전달된다.

도 2a에서 형성되는 주결합은 전계결합으로 이루어지고, 상기 삼각형 입력공진기(22)와 상기 삼각형 출력공진기(24)의 결합은 전계결합으로 이루어진다. 따라서, 감쇠극 특성은 대역의 상측에 형성되며, 감쇠극 특성 및 주파수는 교차결합에 의해 조절된다.

또한, 도 2b에서 형성되는 주결합은 전계결합으로 이루어지고, 상기 입력공진기(22)와 상기 삼각형 출력공진기(24)의 결합은 자계결합으로 이루어지면, 감쇠극 특성은 대역의 하측에 형성된다. 이러한 삼각형 공진기를 사용하는 종래의 대역통과필터는 고선택성 채널링과 저삽입손실 적용되는 이동통신시스템에 적합하다[J.S.Hong, M.J.Lancater(2000), "Microstrip triangular patch resonator filters", IEEE MTTS digest, pp. 331-334].

도 3은 종래의 제3 실시예에 따른 마이크로스트립형 대역통과필터를 설명하기 위한 패턴도로서, 다층 평판으로 형성된 공진기의 대역통과필터 패턴도이다.

도 3을 참조하면, 종래의 제3 실시예에 따른 마이크로스트립형 대역통과필터는 입력단자(port1), 출력단자(port2), 입력공진기(L11, L12, C1), 상부공진기(L21, L22, C2) 및 출력공진기(L31, L32, C3)를 포함하여 이루어진다.

통상적인 다층평판으로 형성된 3개의 공진기는 인덕턴스 부분 및 커패시턴스 부분으로 구성된다. 두 번째 공진기의 인덕턴스 부분은 첫 번째 공진기 인덕턴스 부분과 세 번째 공진기의 인덕턴스 부분을 삼각형태로 결합하는 구조이다. 그리고, 첫 번째 공진기와 세 번째 공진기 사이에 교차결합(Cross coupling)으로 통과대역 아래쪽에 감쇠극이 형성된다.

상기 입력단자(port1)를 통하여 신호가 입력되면, 상기 입력된 신호는 상기 입력공진기(L11, L12, C1)를 통하여 공진하고, 상기 공진된 신호는 전계결합으로 상기 상부공진기(L21, L22, C2)로 전달되어 공진하며, 다시 전계결합을 통하여 상기 출력공진기(L31, L32, C3)로 전달되어 공진한다. 그리고, 상기 공진 신호는 상기 출력단자(port2)를 통하여 출력한다.

여기서, 필터의 주결합은 전계결합으로 이루어지고, 상기 입력공진기(L11, L12, C1)와 상기 출력공진기(L31, L32, C3)의 결합은 자계결합으로 이루어진다. 따라서, 감쇠극 특성은 통과대역의 상측에 형성되며, 감쇠극 특성 및 주파수는 교차결합으로 조절된다. 이러한 종래의 대역통과필터는 다층 기판에 LC결합 공진기를 사용하므로 마이크로파 소자 및 소형화에 적합하다[미국특허 제6,608,538호(2003. 09. 19)].

도 4는 종래의 제4 실시예에 따른 마이크로스트립형 대역통과필터를 설명하기 위한 패턴도로서, LC 공진기(LC Resonator)로 형성된 대역통과필터의 패턴도이고, 공진기의 형태는 LC결합 공진기이다.

도 4를 참조하면, 종래의 제4 실시예에 따른 마이크로스트립형 대역통과필터는 평판기판에 3개의 LC결합 공진기와 교차결합 갭(cross coupling gap), 교차결합 선로(cross coupling line) 혹은 상기 교차결합 갭과 교차결합선로의 혼합 구조로 구성되는 바, 입력단자(30), 출력단자(31), 입력공진기(32), 상부공진기(33), 출력공진기(34)를 포함하여 이루어진다.

또한, 각 공진기 사이의 결합관계에 있어서, 상기 입력공진기(32)와 상기 상부공진기(33)의 사이에는 결합(35) 및 상기 상부공진기(33)와 상기 출력공진기(34)의 사이에는 결합(36)이 존재하며, 상기 입력공진기(32)와 상기 출력공진기(34)의 사이에는 교차결합갭(37), 상기 입력공진기(32)와 상기 출력공진기(34)의 사이에는 교차결합선로(38), 상기 입력공진기(32)와 상기 출력공진기(34)의 사이에는 교차결합갭(37) 및 교차결합선로(38)가 존재한다.

상기 입력단자(30)에 마이크로파 신호가 LC결합 입력공진기(32)로 유입되고, 전계결합으로 LC결합 상부공진기(33)로 전달되며, 다시 LC결합 출력공진기(34)를 통하여 출력단자(31)로 출력하게 된다. 그리고, LC결합 입력공진기(32)와 LC결합 출력공진기(34) 사이에 교차결합 갭 혹은 교차결합선로 혹은 이를 혼합한 구조로 통과대역 상/하에 감쇠극이 형성된다.

상기와 같은 대역통과필터의 주결합은 전계결합으로 이루어지고, 교차결합은 자계결합 혹은 전계결합으로 이루어지며, LC결합 공진기를 사용하므로 마이크로파 소자 및 소형화에 적합하다.

그러나, 최근에는 홈 네트워크, 텔리메틱스, 지능망 교통시스템 및 위성 인터넷에 대한 밀리미터파 시스템의 소형화로 인하여 대역통과필터와 같은 수동소자의 가격 및 크기는 과감하게 줄여야 만 하는데, 종래의 기술들은 최소한 폭이 2.0mm이내의 폭에서 대역통과필터의 구현이 어려움이 있다. 만약에 폭이 2.0mm 이상이 되면, 대역통과필터의 차폐 시 도파관내에서 원하지 않는 도파관 모드가 발생하게 되기 때문이다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 입/출력단자와 공진기의 사이 및 공진기들 간에는 물리적으로 병렬결합된 전계결합으로 형성되며, 서로 인접하지 않은 공진기 간에는 교차결합 갭 혹은 교차결합선로로 자계결합을 형성함으로써, 밀리미터파 부품의 저가격 구현하기 위하여 설계 및 제조공정을 최적화하여 패턴을 단순화할 수 있을 뿐만 아니라 부품의 소형으로 생산 단가를 개선할 수 있으며, 대량 생산이 용이하게 할 수 있는 마이크로스트립형 대역통과필터를 제공하는데 있다.

전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면은, 소정의 신호가 입력되는 입력단자; 특성 대역의 선택신호가 출력되는 출력단자; 상기 입력단자의 적어도 일부와 전계결합되는 제1 공진기; 상기 제1 공진기의 적어도 일부와 전계결합되는 제2 공진기; 상기 출력단자 및 상기 제2 공진기의 적어도 일부와 전계결합되는 제3 공진기; 및 상기 제1 공진기와 상기 제3 공진기의 사이에 소정 간격의 교차결합 갭을 포함하여 이루어지는 마이크로스트립형 대역통과필터를 제공한다.

삭제

바람직하게는, 상기 교차결합 갭은 자계결합으로 형성되며, 통과대역의 상측에 감쇠극 특성을 발생시키도록 형성된다.

바람직하게는, 상기 교차결합 갭의 간격의 변화에 따라 상기 감쇠극의 감쇠주파수가 변화된다.

바람직하게는, 상기 제1 내지 제3 공진기는 λ/2 전송선로 공진기이다.

본 발명의 다른 측면은, 소정의 신호가 입력되는 입력단자; 특성 대역의 선택신호가 출력되는 출력단자; 상기 입력단자의 적어도 일부와 전계결합되는 제1 공진기; 상기 제1 공진기의 적어도 일부와 전계결합되는 제2 공진기; 상기 출력단자 및 상기 제2 공진기의 적어도 일부와 전계결합되는 제3 공진기; 및 상기 입력단자의 적어도 일부 및 상기 출력단자의 적어도 일부와 용량성 결합과 전송선로 유도성결합 형태의 복합적인 형태로 결합되는 교차결합선로를 포함하여 이루어지는 마이크로스트립형 대역통과필터를 제공한다.

바람직하게는, 상기 교차결합선로는 통과대역의 상측 및 하측에 감쇠극 특성을 발생시킨다.

바람직하게는, 상기 교차결합선로, 상기 제1 공진기 및 상기 제3 공진기의 간격에 따라 상기 감쇠극의 감쇠주파수가 변화된다.

바람직하게는, 상기 교차결합선로의 길이 또는 폭 변화에 따라 상기 감쇠극의 감쇠주파수가 변화된다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고, 단지 예시로 제시된 것이다.

(제1 실시예)

도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로스트립형 대역통과필터를 설명하기 위한 패턴도로서, 마이크로스트립형 비대칭 주파수 특성을 가지고 교차결합(cross coupling)과 λ/2 전송선로 공진기로 형성된 대역통과필터의 패턴도이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로스트립형 대역통과필터는 입력단자(100), 제1 내지 제3 공진기(200 내지 400) 및 출력단자(500)를 포함하여 이루어진다.

이때, 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로스트립형 대역통과필터는 병렬결합(Parallel Coupling) 필터의 형태로서, 상기 입력단자(100)와 상기 제1 공진기(200)의 사이에는 전계결합(a), 상기 제1 공진기(200)와 상기 제2 공진기(300)의 사이 및 상기 제2 공진기(300)와 상기 제3 공진기(400)의 사이에는 전계결합(b), 그리고 상기 제3 공진기(400)와 상기 출력단자(500)의 사이에는 전계결합(c)으로 각각 형성되어 있다. 상기 전계결합(a 내지 c)은 물리적으로 병렬결합(Parallel Coupling)으로 구성되어 있다.

또한, 제1 공진기(200)와 제3 공진기(400)의 사이에는 감쇠극 특성을 갖는 교차결합 갭(d)으로 형성되어 있다.

한편, 제1 내지 제 3공진기(200 내지 400)는 λ/2 전송선로 공진기로 구현됨 이 바람직하다.

도 5에서 예컨대, 마이크로파/밀리미터파의 입력신호가 상기 입력단자(100)를 통하여 입력되면, 상기 입력된 신호는 상기 입력단자(100)에서 전계결합(a)된다. 이때, 임피던스는 이미지 임피던스를 사용하여 유전율의 크고 작음에 상관없이 조절이 용이하다.

상기 입력단자(100)에서 전계결합(502)이 형성되어 마이크로파/밀리미터파의 입력신호가 λ/2 전송선로 공진기인 제1 공진기(200)로 전달되며, 상기 마이크로파/밀리미터파의 입력신호는 상기 제1 공진기(200)와 상기 제2 공진기(300) 사이의 전계결합(b)으로 제2 공진기(300)로 전달된다.

상기 제2 공진기(300)는 상기 제2 공진기(300)와 상기 제3 공진기(400) 사이의 전계결합(b)에 의해 상기 마이크로파/밀리미터파의 입력신호를 상기 제3 공진기(400)로 전달하며, 상기 전달된 마이크로파/밀리미터파의 입력신호는 상기 제3 공진기(400)와 상기 출력단자(500) 사이의 전계결합(c)으로 필터링되어 상기 출력단자(500)를 통하여 특성 대역의 선택신호가 출력된다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 대역통과필터의 주결합은 전계결합으로 이루어지고, 제1 공진기(200)와 제3 공진기(400)의 결합은 교차결합 갭(d)에 의해 자계결합으로 이루어진다. 따라서, 감쇠극 특성은 대역의 상측에 형성되며, 감쇠극 특성 및 주파수는 교차결합 갭(d)으로 조절될 수 있다.

도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로스트립형 대역통과필터의 주파수가 60㎓일 때 실험을 통한 응답특성을 나타낸 그래프로서, 다음과 같은 조건으로 마이크로스트립형 대역통과필터를 설계 및 제작하였을 때 얻은 응답특성이다.

예를 들면, 산화알루미늄(Al₂O₃)으로 형성된 기판(Substrate)의 유전율(ε_r=9.4), 유전손실(tanδ=0.0005), 두께(thickness, 0.2mm) 및 금(Au)의 두께(thickness, 0.2㎛), 제1 공진기(200)의 길이(length, 0.901mm) 및 폭(width, 0.061mm.0.071mm), 제2 공진기(300)의 길이(length, 0.894mm) 및 폭(width, 0.071mm), 제3 공진기(400)의 길이(length, 0.901mm) 및 폭(width, 0.061mm.0.071mm), 전계결합(a)(c)의 길이(length, 0.434mm), 폭(width, 0.061mm), 갭(Gap, 0.207mm), 전계결합(b)의 길이(length, 0.317mm), 폭(width, 0.071mm), 갭(Gap, 0.6mm), 교차결합 갭(d)의 폭(width, 0.071mm) 및 갭(Gap, 0.26mm) 등과 같은 조건으로 설계 및 제작된 마이크로스트립형 대역통과필터의 주파수가 60㎓일 때 대역통과 주파수의 상측에 감쇠극(Attenuation Pole)이 발생하였다.

(제2 실시예)

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 마이크로스트립형 대역통과필터를 설명하기 위한 패턴도로서, 도 5에 도시한 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로스트립형 대역통과필터와 동일한 부분 즉, 입력단자(100), 제1 내지 제3 공진기(200 내지 400), 출력단자(500) 및 전계결합(a 내지 c) 및 교차결합 갭(d) 등에 대해서는 동일부호 및 동일명칭을 부여하기로 한다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 마이크로스트립형 대역통과필터로서, 마이크로스트립형 대칭 주파수 특성을 갖는 교차결합(cross coupling)과 λ/2 전송선로 공진기로 형성되어 있다. 특히, 본 발명의 제2 실시예에 따른 마이크로스트립형 대역통과필터는 교차결합선로(600)의 교차결합(e 및 f)을 더 포함하여 이루어진다.

이때, 상기 입력단자(100)와 상기 제1 공진기(200)의 사이에는 전계결합(a), 상기 제1 공진기(200)와 상기 제2 공진기(300)의 사이 및 상기 제2 공진기(300)와 상기 제3 공진기(400)의 사이에는 전계결합(b), 그리고 상기 제3 공진기(400)와 상기 출력단자(500)의 사이에는 전계결합(c)으로 각각 형성되어 있다. 상기 전계결합(a 내지 c)은 물리적으로 병렬결합(Parallel coupling)으로 구성되어 있다.

또한, 제1 공진기(200)와 제3 공진기(400)의 사이에는 감쇠극 특성을 갖는 교차결합 갭(d)으로 형성되어 있으며, 상측으로 형성된 교차결합선로(600)에 의해 교차결합(e 및 f)이 형성되어 있다.

한편, 제1 내지 제 3공진기(200 내지 400)는 λ/2 전송선로 공진기로 구현됨이 바람직하다.

도 7에서 예컨대, 마이크로파/밀리미터파의 입력신호가 상기 입력단자(100)를 통하여 입력되면, 상기 입력된 신호는 상기 입력단자(100)에서 전계결합(a)된다. 이때, 임피던스는 이미지 임피던스를 사용하여 유전율의 크고 작음에 상관없이 조절이 용이하다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 대역통과필터의 주결합은 전계결합으로 이루어지고, 제1 공진기(200)와 제3 공진기(400)의 결합은 교차결합 갭(d)에 의해 자계결합으로 이루어진다. 또한, 상기 제1 공진기(200)와 제3 공진기(400) 사이에 형성된 교차결합선로(600)의 교차결합(e 및 f)으로 직렬형 pi형 용량성 결합과 전송선로 유도성결합 형태의 복합적인 형태로 결합된다.

따라서, 본 발명의 제2 실시예에 따른 대역통과필터는 상기 교차결합 갭(d)에 의한 감쇠극 특성은 통과대역의 상측에 형성되며, 상기 교차결합선로(600)에 의한 감쇠극 특성은 통과대역의 하측에 형성된다. 즉, 감쇠극 특성 및 주파수는 교차결합선로(600)와 교차결합 갭(d)으로 조절될 수 있다.

도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 마이크로스트립형 대역통과필터의 주파수가 60㎓일 때 실험을 통한 응답특성을 나타낸 그래프로서, 다음과 같은 조건으로 마이크로스트립형 대역통과필터를 설계 및 제작하였을 때 얻은 응답특성이다.

예를 들면, 산화알루미늄(Al₂O₃)으로 형성된 기판(Substrate)의 유전율(ε_r=9.4), 유전손실(tanδ=0.0005), 두께(thickness, 0.2mm) 및 금(Au)의 두께(thickness, 0.2㎛), 제1 공진기(200)의 길이(length, 0.853mm) 및 폭(width, 0.061mm.0.071mm), 제2 공진기(300)의 길이(length, 0.85mm) 및 폭(width, 0.071mm), 제3 공진기(400)의 길이(length, 0.853mm) 및 폭(width, 0.061mm.0.071mm), 전계결합(a)(c)의 길이(length, 0.408mm), 폭(width, 0.061mm), 갭(Gap, 0.214mm), 전계결합(b)의 길이(length, 0.295mm), 폭(width, 0.071mm), 갭(Gap, 0.64mm), 교차결합 갭(d)의 폭(width, 0.071mm) 및 갭(Gap, 0.26mm), 교차결합선로(600)의 길이(length, 1.312mm) 및 폭(width, 0.03mm), 교차결합(e 및 f)의 길이(length, 0.408mm), 폭(width, 0.061/0.03mm, 0.071/0.03mm) 및 갭(Gap, 0.35mm) 등과 같은 조건으로 설계 및 제작된 마이크로스트립형 대역통과필터의 주파수가 60㎓일 때 대역통과 주파수의 상측에 감쇠극(Attenuation Pole)이 발생하였다.

도 8에 도시한 바와 같이, 상기 교차결합선로(600)는 상기 제1 공진기(200) 및 상기 제3 공진기(400)의 간격에 따라 상기 감쇠극(Attenuation Pole)의 감쇠주파수가 변화된다. 또한, 상기 교차결합선로(600)의 길이 또는 폭 변화에 따라 상기 감쇠극의 감쇠주파수가 변화될 수 있다.

도 9a 내지 9c를 참조하면, 교차결합 갭(d)의 캐패시턴스는 Cg(701), 접지와 전송선로 사이의 캐패시턴스는 Cp(702), Cg와 Cp의 합은 Cg+Cp(703), J-인버터는 J=ωCg(704)이고, 전송선로는 Z_o'φ(705)로 표시하였다.

이때, J-인버터와 서셉턴스는 하기의 수학식 1 내지 4에 의해 구한다.

도 10a 내지 도 10c를 참조하면, 도 10a는 도 9c와 같이 상기의 수학식 1 내지 4에 의해 구해진다. 도 10a 및 도 10b는 각각 도 10c로 변환될 수 있다.

이때, J-인버터와 서셉턴스는 도 10a에서 도 10c로 변환되는 경우, 하기의 수학식 5 및 6에 의해 구해지고, 도 10b에서 도 10c로 변환되는 경우, 하기의 수학식 7 내지 9에 의해 구해진다.

도 11은 본 발명의 제1 실시예 및 제2 실시예에 따른 교차결합 갭 또는 교차결합선로를 갖는 대역통과필터의 등가회로도이다.

도 11을 참조하면, 지시번호 (901) 내지 (906)는 인버터이고, (911) 및 (912)은 서셉턴스, (913) 및 (914)은 교차결합 갭의 서셉턴스, (915) 및 (916)은 교차결합선로의 서셉턴스이다.

도 11에서 입력단으로 보는 입력 어드미턴스는 하기의 수학식 10과 같다.

수학식 10에서

,

,

이며,

의 관계가 이용된다.

한편, J₀₁인버터(901) 쪽에서 바라본 어드미턴스(Ya)는 하기의 수학식 11과 같이 얻을 수 있다.

상기 수학식 11에서, λ/2 전송선로 공진기 jB_A(ω)는 하기의 수학식 12에서와 같이 나타낼 수 있다.

상기 λ/2 전송선로 공진기인 제2 공진기(200)의 서셉턴스는 하기의 수학식 13과 같이 유도할 수 있다.

상기와 같이 유도된 수학식으로 입력단 전계결합(a)이 형성되어 마이크로파/밀리미터파의 입력신호가 제1 공진기(200)로 전달되며, 상기 마이크로파/밀리미터파의 입력신호는 상기 제1 공진기(200)와 제2 공진기(300) 사이의 전계결합(b)으로 제2 공진기(300)로 전달된다.

상기 제2 공진기(300)의 형성은, 전송선로 길이가 2Θ=λ/2 이면, 하기의 수학식 14와 같이 유도된다.

상기 제2 공진기(300)의 서셉턴스는 하기의 수학식 15와 같이 얻을 수 있다.

상기 제2 공진기(300)는 상기 전계결합(b)으로 마이크로파/밀리미터파의 입력신호를 상기 제3 공진기(400)로 전달한다. 상기 전달된 마이크로파/밀리미터파의 입력신호는 출력단 전계결합(c)으로 필터링되어 출력된다.

상기 제2 및 제3 공진기(300 및 400)의 형성은, 하기의 수학식 16과 같이 유도된다.

상기와 같이, 본 발명에 따르면, 상기 교차결합 갭(d) 및 상기 교차결합선로(600)를 변화시킴으로써, 통과대역의 변화 없이 감쇠극(Attenuation Pole)의 감쇠주파수(Attenuation Frequency)를 변화시킬 수 있다.

전술한 본 발명에 따른 마이크로스트립형 대역통과필터에 대한 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 마이크로스트립형 대역통과필터에 따르면, 입/출력단자와 공진기의 사이 및 공진기들 간에는 물리적으로 병렬결합된 전계결합으로 형성되며, 서로 인접하지 않은 공진기 간에는 교차결합 갭 혹은 교차결합선로로 자계결합을 형성함으로써, 밀리미터파 부품의 저가격 구현하기 위하여 설계 및 제조공정을 최적화하여 패턴을 단순화할 수 있을 뿐만 아니라 부품의 소형으로 생산 단가를 개선할 수 있으며, 대량 생산이 용이하게 할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 유전상수에 따른 필터 설계의 제한에서 자유롭고, 패턴 형태를 단순화하여 설계공정에 따른 제조공정을 최적화하여 생산 단가를 향상시켜 밀리미터파의 홈 네트워크, 텔리메틱스, 지능망 교통시스템 및 위성 인터넷 시스템 모듈인 SOP(System On Package)에 적합하며, 마이크로파에 사용되는 이동통신, 개인통신, CT 및 위성통신 시스템의 RF단 필터 및 이미지 제거용 필터에 용이하게 사용할 수 있는 이점이 있다.

Claims

소정의 신호가 입력되는 입력단자;

특성 대역의 선택신호가 출력되는 출력단자;

상기 입력단자의 적어도 일부와 전계결합되는 제1 공진기;

상기 제1 공진기의 적어도 일부와 전계결합되는 제2 공진기;

상기 출력단자 및 상기 제2 공진기의 적어도 일부와 전계결합되는 제3 공진기; 및

상기 제1 공진기와 상기 제3 공진기의 사이에 위치하는 소정 간격의 교차결합 갭을 포함하여 이루어지는 마이크로스트립형 대역통과필터.
삭제
제 1 항에 있어서, 상기 교차결합 갭은 자계결합으로 형성되며, 통과대역의 상측에 감쇠극 특성을 발생시키도록 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립형 대역통과필터.
제 3 항에 있어서, 상기 교차결합 갭의 간격의 변화에 따라 상기 감쇠극의 감쇠주파수가 변화되는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립형 대역통과필터.
제 1 항에 있어서, 상기 제1 내지 제3 공진기는 λ/2 전송선로 공진기인 마 이크로스트립형 대역통과필터.
소정의 신호가 입력되는 입력단자;

특성 대역의 선택신호가 출력되는 출력단자;

상기 입력단자의 적어도 일부와 전계결합되는 제1 공진기;

상기 제1 공진기의 적어도 일부와 전계결합되는 제2 공진기;

상기 출력단자 및 상기 제2 공진기의 적어도 일부와 전계결합되는 제3 공진기; 및

상기 입력단자의 적어도 일부 및 상기 출력단자의 적어도 일부와 용량성 결합과 전송선로 유도성결합 형태의 복합적인 형태로 결합되는 교차결합선로를 포함하여 이루어지는 마이크로스트립형 대역통과필터.
제 6 항에 있어서, 상기 교차결합선로는 통과대역의 상측 및 하측에 감쇠극 특성을 발생시키는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립형 대역통과필터.
제 7 항에 있어서, 상기 교차결합선로, 상기 제1 공진기 및 상기 제3 공진기의 간격에 따라 상기 감쇠극의 감쇠주파수가 변화되는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립형 대역통과필터.
제 7 항에 있어서, 상기 교차결합선로의 길이 변화에 따라 상기 감쇠극의 감쇠주파수가 변화되는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립형 대역통과필터.
제 7 항에 있어서, 상기 교차결합선로의 폭 변화에 따라 상기 감쇠극의 감쇠주파수가 변화되는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립형 대역통과필터.