[논문]메타매질 전송선로를 이용한 불요 공진모드 제거용 마이크로스트립 대역통과 필터

양두영; 이민수

doi:10.5392/jkca.2009.9.12.566

초록
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본 논문에서는 마이크로스트립 전송선을 이용하여 필터를 구현할 때 고조파 대역에서 나타나는 불요 공진모드 특성을 제거하도록 DCRLH 메타셀을 헤어핀 공진기와 결합하여 기본 통과대역 신호만을 전달하는 마이크로스트립 대역통과 필터를 설계하고 제작하였다. 대역통과 필터는 불요 고조파 통과특성을 제거하기 위한 DCRLH 메타셀 전송선로와 통과대역 신호를 잘 전달하기 위한 CCRLH 헤어핀 공진기로 구성하였다. DCRLH 성질을 갖는 인터디짓 메타셀(Interdigit Meta-cell)은 필터회로의 입력단과 출력단에 병렬로 삽입하였고, CCRLH 대역통과 성질을 갖는 헤어핀공진기(Hairpin Resonator)는 두개의 DCRLH 메타셀 사이에 설치하였다. 이렇게 구성함으로써 저지대역에서 나타나는 불요고조파신호를 억제시킬 수 있었고, 필터의 대역통과 성능을 개선할 수 있었다. WCDMA 이동통신과 WiBro 무선 인터넷 통신을 동시에 수행할 목적으로 제작된 마이크로스트립 대역통과 필터는 1.91GHz~2.41GHz의 통과대역에서 삽입손실은 0.2dB로 나타났고, 3GHz~7.5GHz의 저지대역에서 감쇄특성은 -30dB 이하로 양호한 성능을 나타내었다.

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In this paper, microstrip bandpass filter combined DCRLH metameterial-cells with a hairpin resonator is designed and fabricated to be transferred only fundamental passband signal, and removed a spurious resonant mode occurring when filter design using a microstrip transmission line is done. The band...

In this paper, microstrip bandpass filter combined DCRLH metameterial-cells with a hairpin resonator is designed and fabricated to be transferred only fundamental passband signal, and removed a spurious resonant mode occurring when filter design using a microstrip transmission line is done. The bandpass filter is composed of CCRLH hairpin resonator and DCRLH interdigit metameterial-cells. The hairpin resonator with CCRLH property is implemented between two DCRLH interdigit metameterial-cells with DCRLH property, which is parallel to input port and output port. The interdigit metameterial-cells suppress spurious harmonics occurring on the higher order frequency and improve a filter performance. Insertion loss of the fabricated microstrip bandpass filter on the passband from 1.91GHz to 2.41GHz is 0.2dB, and attenuation on the stopband from 3GHz to 7.7GHz is bellower than -30dB. Therefore, this filter has a good performance for both mobile communications of WCDMA and wireless internet of WiBro.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서 설계한 마이크로스트립 대역통과 필터는 2GHz 대역에서 무선통신을 담당하는 WCDMA 이동통신과 WiBro 무선 인터넷 통신을 동시에 수행할 목적으로 설계된 필터이다.
본 논문에서는 WCDMA 이동통신과 WiBro 무선인터넷 통신 대역을 동시에 통과시킬 수 있는 마이크로 스트립 대역통과 필터를 구현하였다. 일반적인 전송선로를 이용하여 필터를 구현할 때 배 수차 주파수에서 반복적으로 나타나는 불요 고조파 공진모드 특성을 제거하기 위하여 헤어핀 공진기의 입력단과 출력단에 MTM 메타셀을 병렬구조로 연결하여 대역통과 필터를 설계하였고, 그 성능을 향상시켰다.

제안 방법

1dB, 저지대역에서의 감쇄특성은 -30dB 범위로 설정하였다. 그리고 8GHz 이하의 저지 대역에서 나타나는 불요 고조파 공진모드는 모두 제거하도록 설계하였다.
본 논문에서는 일반적인 전송선로를 이용하여 필터를 구현할 때 배수차 주파수에서 반복적으로 나타나는 불요 공진 모드 특성을 제거할 수 있도록, 앞에서 언급 한두 종류의 CRLH 마이크로스트립 전송선로 를 결합시켜 저지대역에서 나타나는 고조파 성분들을 제거할 수 있는 마이크로스트립 대역통과 필터를 설계한다. 대역 통과 필터는 고조파 통과특성을 제거하기 위한 DCRLH 전송선로와 통과대역 신호를 잘 전달하기 위한 CCRLH 전송선로를 복합적으로 사용하여 구성한다.
이 MTM 메타셀 회로는 마이크로스트립으로 대역통과 필터를 구현할 때 반복적으로 나타나는 불요 고조파 공진 모드의 통과대역 특성을 억제시킨다. 설계과정에 있어서 필터의 통과대역 특성을 분석하기 위하여 입력신호원은 저주파에서부터 8GHz 이하에서 설정하였으며, 통과 대역 내의 리플은 0.1dB, 저지대역에서의 감쇄특성은 -30dB 범위로 설정하였다. 그리고 8GHz 이하의 저지 대역에서 나타나는 불요 고조파 공진모드는 모두 제거하도록 설계하였다.
대역통과 필터를 구현하였다. 일반적인 전송선로를 이용하여 필터를 구현할 때 배 수차 주파수에서 반복적으로 나타나는 불요 고조파 공진모드 특성을 제거하기 위하여 헤어핀 공진기의 입력단과 출력단에 MTM 메타셀을 병렬구조로 연결하여 대역통과 필터를 설계하였고, 그 성능을 향상시켰다. 제작된 공진기의 개선된 필터 의 성능을 측정한 결과, 1.
실험 결과이다. 필터의 성능을 파악하기 위하여 입력신호원은 40MHz에서 8GHz 까지 인가하여 신호전달 특성과 반사특성을 측정하였다. 측정결과 통과 대역은 1.

대상 데이터

가지고 제작한 사진이다. 제작에 사용된 마이크로 스트립기판은 비유전율이 3.5, tand=0.0018 인 Taconic 사의 RF-35-0300을 사용하였고, 이 기판 위에 설계된 대역통과 필터의 회로 패턴을 감광, 현상, 그리고 에칭 과정을 통하여 제작하였다. 그리고 제작된 인쇄회로 기판(PCB)의 입출력 포트에 SMA 커넥터를 연결하여 필터를 완성하였다.

성능/효과

2dB 이내로 양호한 값을 나타내었다. 따라서 이 논문에서 제안한 설계 방법을 이용하면 기본 통과대역 신호는 잘 전달시키면서 고조파 대역에서 발생되는 불요 고조파 공진모드는 효과적으로 억제시킬 수 있다.
일반적인 전송선로를 이용하여 필터를 구현할 때 배 수차 주파수에서 반복적으로 나타나는 불요 고조파 공진모드 특성을 제거하기 위하여 헤어핀 공진기의 입력단과 출력단에 MTM 메타셀을 병렬구조로 연결하여 대역통과 필터를 설계하였고, 그 성능을 향상시켰다. 제작된 공진기의 개선된 필터 의 성능을 측정한 결과, 1.89GHz~2.41GHz의 통과 대역에서 삽입손실은 0.2dB 이내의 낮은 값을 나타내었으며, 저지대역의 감쇄특성은 -30dB 이하로 양호한 특성을 보였다.
필터의 성능을 파악하기 위하여 입력신호원은 40MHz에서 8GHz 까지 인가하여 신호전달 특성과 반사특성을 측정하였다. 측정결과 통과 대역은 1.89GHz~2.41GHz에서 나타났고, 통과대역 내에서 삽입손실은 0.2dB, 통과대역내의 리플은 0.15dB, 그리고 3GHz~7.5GHz 대역에서 저지대역 특성은 -30dB 이하로 나타났다. 통과대역에서 설계치(1.
7GHz로 나타났으며, WCDMA 이동통신 주파수대역과 WiBro 무선인터넷 주파수 대역을 동시에 포함하고 있다. 통과 대역 내의 리플특성은 설계기준에서 설정한 0.1dB 이고, 저지 대역의 감쇄특성은 -30dB 이하로 나타났다. 그리고 기본 통과 대역인 2.
5GHz 대역에서 저지대역 특성은 -30dB 이하로 나타났다. 통과대역에서 설계치(1.89GH z~2.4GHz)와 측정치(1.89GHz~2.41)에 대한 통과 대역 오차의 범위는 하한주파수와상한주파수에서 ±10MHz 를 벗어났고, 약 4% 정도의 대역이 넓어지는 현상이 나타났지만 통과대역 내의 삽입손실과 리플 특성 값은 0.2dB 이내로 양호한 값을 나타내었다. 따라서 이 논문에서 제안한 설계 방법을 이용하면 기본 통과대역 신호는 잘 전달시키면서 고조파 대역에서 발생되는 불요 고조파 공진모드는 효과적으로 억제시킬 수 있다.

참고문헌 (7)

V. G. Veselago, "The electrodynamics of substances with simultaneously negative values of ${\varepsilon}$ and ${\mu}$ ", Soviet Physics Usp., Vol.10, No.4, pp.509-514, 1968(1).

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C. Caloz and T. Itoh, "Application of the transmission line theory of Left-Handed(LH) materials to the realization of a microstrip LH transmission line," IEEE-APS Int'l Symp., San Antonio, TX, Vol.2, pp.412-415, 2002(6).
C. Caloz and T. Itoh, "Transmission line approach of left-handed materials and microstrip implementation of an artificial LH transmission line," IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol.52, No.5, pp.1142-1149, 2004(5).

상세보기
A. Sanada, C. Caloz, T. ltoh,"Characteristics of the and composite right/left-handed transmission lines," IEEE Microwave WIreless Compon. Lett., Vol.14, No.2, pp.68-70, 2004(2).

상세보기
L-H Lin, M. D. Vincentis, C. Caloz, and Itoh, "Arbitrary dual-band components using composite right/left-handed transmission line," IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol.52, No.4, pp.1142-1149, 2004(4).

상세보기
C. Caloz, "Dual composite right/left-handed (D-CRLH) transmission line metarneterial," IEEE Microwave WIreless Comp. Lett., Vol.16, No. 11, pp.585-687, 2003(11).

상세보기
C. Caloz and T. ltoh, Electrormgnetic metameterials: transmission line theory and microuxme applications, John WIley & Sons, Inc., 2003.

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