무선데이터 통신을 위한 고효율 광대역 마이크로스트립 대역통과 필터 특성에 관한 연구 A study on characteristics of High Efficiency and Wideband Microstrip Band Pass Filter for Wireless Data Communication원문보기
본 논문에서는 고속 무선데이터 통신을 위하여 구형공진기와 SIOS를 사용하여 삽입손실이 작고, 차단특성이 아주 좁고, 광대역 특성을 갖는 마이크로스트립 대역통과필터를 연구하였다. 계단 임피던스 스터브는 일반 0.25${\lambda}$보다 30%의 길이를 줄일 수 있고, 또한 스터브의 임피던스의 크기를 변경할 수를 줄일 수 있는 장점이 있음으로 필터의 특성 개선에 적용할 수 있다. 본 논문의 객관성을 입증하기 위해서 최적화된 광대역 대역통과 필터를 구현하였다. 전송선로 모델을 사용하여 계산한 주파수 특성 결과는 실험값과 아주 잘 일치하였다. 구현된 필터의 모드발생스터브에 의하여 발생한 극점은 저 주파수 대역에서 3.610GHz, 4.265GHz, 고주파수 대역에서 8.494GHz, 9.056GHz이다. 필터의 3dB 대역폭은 58%(3.695GHz)이고, 삽입손실은 0.37dB, 30dB이고, 차단특성은 저 주파수 대역에서 237MHz, 고주파수대역에서 234MHz이다.
본 논문에서는 고속 무선데이터 통신을 위하여 구형공진기와 SIOS를 사용하여 삽입손실이 작고, 차단특성이 아주 좁고, 광대역 특성을 갖는 마이크로스트립 대역통과필터를 연구하였다. 계단 임피던스 스터브는 일반 0.25${\lambda}$보다 30%의 길이를 줄일 수 있고, 또한 스터브의 임피던스의 크기를 변경할 수를 줄일 수 있는 장점이 있음으로 필터의 특성 개선에 적용할 수 있다. 본 논문의 객관성을 입증하기 위해서 최적화된 광대역 대역통과 필터를 구현하였다. 전송선로 모델을 사용하여 계산한 주파수 특성 결과는 실험값과 아주 잘 일치하였다. 구현된 필터의 모드발생스터브에 의하여 발생한 극점은 저 주파수 대역에서 3.610GHz, 4.265GHz, 고주파수 대역에서 8.494GHz, 9.056GHz이다. 필터의 3dB 대역폭은 58%(3.695GHz)이고, 삽입손실은 0.37dB, 30dB이고, 차단특성은 저 주파수 대역에서 237MHz, 고주파수대역에서 234MHz이다.
This paper presents a compact, low insertion loss, sharp rejection and wide band microstrip band pass filter that is composed rectangular loop resonator and step-impedance-open-stub(SIOS) for wireless data communication. The SIOS can be reduce length about 30% more than general 0.25${\lambda}$<...
This paper presents a compact, low insertion loss, sharp rejection and wide band microstrip band pass filter that is composed rectangular loop resonator and step-impedance-open-stub(SIOS) for wireless data communication. The SIOS can be reduce length about 30% more than general 0.25${\lambda}$ stub. And stubs can have the advantage of tuning impedance magnitude. In order to demonstrate agrement of this paper prove, the optimized wide band pass filters are realized and experimented. A transmission line model used to calculate the frequency response of the new filters shows good agreement with measurements. The filter with perturbation stubs has four poles at rejection band, the poles are excited 3.610GHz, 4.265GHz at low frequency band, 8.494GHz, 9.056GHz at high frequency band. And the filter has 3dB fractional bandwidth of 57%(3.695GHz), an insertion loss of better than 0.37dB from 4.549GHz to 8.244GHz, and two rejection of greater than 30dB within 237MHz(4.312GHz${\sim}$ 4.549GHz) at low frequency band, 234MHz(8.244GHz-8.491GHz) at high frequency band.
This paper presents a compact, low insertion loss, sharp rejection and wide band microstrip band pass filter that is composed rectangular loop resonator and step-impedance-open-stub(SIOS) for wireless data communication. The SIOS can be reduce length about 30% more than general 0.25${\lambda}$ stub. And stubs can have the advantage of tuning impedance magnitude. In order to demonstrate agrement of this paper prove, the optimized wide band pass filters are realized and experimented. A transmission line model used to calculate the frequency response of the new filters shows good agreement with measurements. The filter with perturbation stubs has four poles at rejection band, the poles are excited 3.610GHz, 4.265GHz at low frequency band, 8.494GHz, 9.056GHz at high frequency band. And the filter has 3dB fractional bandwidth of 57%(3.695GHz), an insertion loss of better than 0.37dB from 4.549GHz to 8.244GHz, and two rejection of greater than 30dB within 237MHz(4.312GHz${\sim}$ 4.549GHz) at low frequency band, 234MHz(8.244GHz-8.491GHz) at high frequency band.
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문제 정의
간급결합구조를 갖는 구형 공진기에 0.25λ의 조정 스터브(tuning stub)를 사용한 특성에 대한 특성은 연구하였다[8].
본 논문에서는 고속 무선데이터 통신을 위하여 구형공진기와 SIOS를 사용하여 삽입손실이 작고, 차단특성이 아주 좁고, 광대역 특성을 갖는 마이크로스트립 대역통과필터를 제안하였다. 제안한 계단 임피던스 스터브는 일반 0.
본 논문에서는 고속 무선데이터 통신을 위하여 구형공진기와 계단 임피던스 개방 스터브(Stepped-Impedance-Open-Stub : SIOS)를 사용하여 삽입손실이 작고, 차단특성이 아주 좁고, 광대역 특성을 갖는 마이크로스트립 대역통과 필터를 제안하였다. 본 논문에서 제안한 계단 임피던스 스터브는 일반 0.
25λ의 조정 스터브(tuning stub)를 사용한 특성에 대한 특성은 연구하였다[8]. 본 연구에서는 SIOS의 길이와 폭을 변화함으로써 공진점의 특성변화를 연구하고자 한다. 그림 6은 구형공진기에 한 개의 SIOS를 Θ = 0˚, Θ = 90˚에 부착하였을 때의 구조이며, 구형공진기의 한 변의 중간에 SIOS를 부착함으로서 비대칭 구조를 갖게됨으로 공진기에서 축퇴모드를 발생한다.
제안 방법
삽입손실의 영향을 줄이기 위해서 공진기 간의 결합구조를 변경하고, 수동소자를 사용하여 필터의 특성을 개선하였다.[1~6] 삽입 손실을 줄이기 위하여 공진기는 HTS(High Temperature Superconductor)를 사용하여 필터를 구현하였다[7].
또한 구형공진기에 두 개의 계단 임피던스 개방 스터브를 적용하여 광대역 특성을 갖는 필터에 관하여 연구하였으며, 구형공진기의 이중모드 특성을 사용하여 필터의 특성을 개선하였다. 그리고 구형공진기와 급전구조는 결합구조를 사용하지 않고 직접결함으로써 필터의 삽입손실을 줄일 수 있는 구조를 제안하였다.
25λ보다 30%의 길이를 줄일 수 있고, 또한 스터브의 임피던스의 크기를 변경할 수를 줄일 수 있는 장점이 있음으로 필터의 특성 개선에 적용할 수 있다. 또한 구형공진기에 두 개의 계단 임피던스 개방 스터브를 적용하여 광대역 특성을 갖는 필터에 관하여 연구하였으며, 구형공진기의 이중모드 특성을 사용하여 필터의 특성을 개선하였다. 그리고 구형공진기와 급전구조는 결합구조를 사용하지 않고 직접결함으로써 필터의 삽입손실을 줄일 수 있는 구조를 제안하였다.
25λ보다 길이를 줄일 수 있고, 또한 스터브의 임피던스의 크기를 변경할 수를 줄일 수 있는 장점이 있음으로 필터의 특성 개선에 적용할 수 있다. 또한 구형공진기에 두 개의 계단 임피던스 개방 스터브를 적용하여 광대역 특성을 갖는 필터에 관하여 연구하였으며, 구형공진기의 이중모드특성을 사용하여 필터특성을 개선하였다. 또한 급전구조는 간접결합구조를 사용하지 않고 직접결합구조를 사용하여 필터의 삽입손실을 줄일 수 있는 구조를 제안하였다.
또한 구형공진기에 두 개의 계단 임피던스 개방 스터브를 적용하여 광대역 특성을 갖는 필터에 관하여 연구하였으며, 구형공진기의 이중모드특성을 사용하여 필터특성을 개선하였다. 또한 급전구조는 간접결합구조를 사용하지 않고 직접결합구조를 사용하여 필터의 삽입손실을 줄일 수 있는 구조를 제안하였다.
본 논문의 객관성을 입증하기 위해서 최적화된 광대역 대역통과 필터를 3가지를 구현하였다. 구형공진기는 주파수 6GHz에서 설계하였으며, 공진기 전체길이의 크기와 폭은 23.
그러나 일반적인 구형공진기 결합구조는 높은 삽입손실 특성을 갖고 있다. 삽입손실의 영향을 줄이기 위해서 공진기 간의 결합구조를 변경하고, 수동소자를 사용하여 필터의 특성을 개선하였다.[1~6] 삽입 손실을 줄이기 위하여 공진기는 HTS(High Temperature Superconductor)를 사용하여 필터를 구현하였다[7].
대상 데이터
그림 5를 수치해석하기 위한 기판 사양은 앞에서 제시한 것과 동일하다. 구형 공진기의 설계는 기본 모드의 공진주파수는 f0 = 6.0GHz이고, 구형공진기의 전체길이와 폭은 각각 23.48mm, 0.64mm, 급전선의 길이와 폭은 5mm, 0.64mm이다. 그림 5는 수치해석과 실험 결과이며, S11과 S21를 나타내며, 이론적인 결과와 실험결과가 일치함을 알 수 있다.
구형공진기는 주파수 6GHz에서 설계하였으며, 공진기 전체길이의 크기와 폭은 23.48mm, 0.64mm, 입출력 급전선의 길이와 폭은 5mm, 0.64mm, 모드발생스터브는 0.5mm×0.5mm, SIOS의 길이와 폭은 W1 = 0.4mm, L1 = 2mm, W2 = 0.8mm이고, L2는 2.10mm, 2.16mm, 2.20mm이다.
성능/효과
23mm이다. 그러나 본 논문에서 제안한 SIOS를 사용하면 전체스터브의 길이를 30%이상 줄일 수 있음을 알 수 있다.
본 논문에서 제안한 계단 임피던스 스터브는 일반 0.25λ보다 길이를 줄일 수 있고, 또한 스터브의 임피던스의 크기를 변경할 수를 줄일 수 있는 장점이 있음으로 필터의 특성 개선에 적용할 수 있다.
일반적으로 필터의 차단특성 개선하기 위해서 다수의 공진기를 이용하여 필터를 구현하지만 삽입손실이 증가하는 단점을 가지고 있다. 본 논문에서는 제안한 구조는 필터 특성이 다른 구조에 비하여 아주 우수한 결과를 얻을 수 있음을 확인하였다. 표 2는 본 논문에서 구현한 최적화된 무선 데이터 통신을 위한 RF 필터의 계산값과 실헙값이다.
제안한 계단 임피던스 스터브는 일반 0.25λ보다 30%의 길이를 줄일 수 있고, 또한 스터브의 임피던스의 크기를 변경할 수를 줄일 수 있는 장점이 있음으로 필터의 특성 개선에 적용할 수 있다.
후속연구
본 논문에서는 제안한 구조는 필터 특성이 다른 구조에 비하여 아주 우수한 결과를 얻을 수 있음을 확인하였다. 본 논문의 적용분야는 광대역 무선통신분야 및 RF 계측기 등에 적용할 수 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
현재 통신사업의 특징은?
현재 통신사업은 무선과 유선이 결합되고, 방송과 통신이 결합되고, 산업 간의 결합을 통하여 새로운 산업을 창출하고 있다. 특히 무선통신분야에서는 무선 데이터통신시스템의 고성능화, 소형화, 저가격등을 요구하고 있다.
무선통신분야에서는 무선 데이터통신시스템에 무엇을 요구하고 있는가?
현재 통신사업은 무선과 유선이 결합되고, 방송과 통신이 결합되고, 산업 간의 결합을 통하여 새로운 산업을 창출하고 있다. 특히 무선통신분야에서는 무선 데이터통신시스템의 고성능화, 소형화, 저가격등을 요구하고 있다. 아울러 통신모듈에서 중요한 역할을 하는 마이크로파 대역의 필터는 광대역, 고 효율을 갖으면서 동시에 저렴한 가격으로 구현이 가능한 필터가 필요하다.
마이크로스트립 구형 공진기의 단점은?
이러한 요구는 마이크로스트립 구형 공진기를 사용하면 가능하다. 그러나 일반적인 구형공진기 결합구조는 높은 삽입손실 특성을 갖고 있다. 삽입손실의 영향을 줄이기 위해서 공진기 간의 결합구조를 변경하고, 수동소자를 사용하여 필터의 특성을 개선하였다.
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