[국내논문]초광대역 마이크로스트립 선로와 Suspended 스트립 선로 간의 전이 구조를 이용한 Suspended 스트립 선로 여파기 설계 Suspended Stripline Filter Design Using a New Ultra-Wideband Microstrip-to-Suspended Stripline Transition원문보기
본 논문에서는 새로운 초광대역 마이크로스트립 선로-suspended 스트립 선로(SSL) 전이 구조를 제안하였고, 이 전이 구조를 이용하여 저손실의 높은 선택도를 갖는 여파기를 구현할 수 있음을 보여주었다. 제안된 전이구조는 광대역의 특성을 가지고 있으므로, SSL 여파기의 설계를 간단하게 할 수 있게 하고, 구현 시 별도의 튜닝이 필요 없음을 보여주었다. SSL 여파기 구현의 예로서 SSL 저역 및 고역 통과 여파기를 각각 구현하고, 이를 연결함으로써 2.3~10.5 GHz 대역에서 1.2 dB 이하의 적은 삽입 손실을 가지고, 또한 고선택도를 가지는 대역 통과 여파기를 구현한 것을 보여주고 있다.
본 논문에서는 새로운 초광대역 마이크로스트립 선로-suspended 스트립 선로(SSL) 전이 구조를 제안하였고, 이 전이 구조를 이용하여 저손실의 높은 선택도를 갖는 여파기를 구현할 수 있음을 보여주었다. 제안된 전이구조는 광대역의 특성을 가지고 있으므로, SSL 여파기의 설계를 간단하게 할 수 있게 하고, 구현 시 별도의 튜닝이 필요 없음을 보여주었다. SSL 여파기 구현의 예로서 SSL 저역 및 고역 통과 여파기를 각각 구현하고, 이를 연결함으로써 2.3~10.5 GHz 대역에서 1.2 dB 이하의 적은 삽입 손실을 가지고, 또한 고선택도를 가지는 대역 통과 여파기를 구현한 것을 보여주고 있다.
In this paper, a novel ultra-wideband microstrip-to-suspended stripline(SSL) transition is proposed, and SSL filters with low-loss and high selectivity have been realized using this transition. Since the proposed transition has low-loss and wide bandwidth characteristic, the design procedure of SSL ...
In this paper, a novel ultra-wideband microstrip-to-suspended stripline(SSL) transition is proposed, and SSL filters with low-loss and high selectivity have been realized using this transition. Since the proposed transition has low-loss and wide bandwidth characteristic, the design procedure of SSL filters become simplified. Additionally, the designed filters do not require extra time-consuming tuning. As design examples, SSL low-pass and high-pass filters have been implemented, and a implemented bandpass filter with connection of the low and high-pass filters performs 2.3~10.5 GHz bandwidth with less than 1.2 dB insertion loss and high selectivity.
In this paper, a novel ultra-wideband microstrip-to-suspended stripline(SSL) transition is proposed, and SSL filters with low-loss and high selectivity have been realized using this transition. Since the proposed transition has low-loss and wide bandwidth characteristic, the design procedure of SSL filters become simplified. Additionally, the designed filters do not require extra time-consuming tuning. As design examples, SSL low-pass and high-pass filters have been implemented, and a implemented bandpass filter with connection of the low and high-pass filters performs 2.3~10.5 GHz bandwidth with less than 1.2 dB insertion loss and high selectivity.
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문제 정의
본 논문에서는 상용으로 주로 사용하는 마이크로스트립 선로 기반의 회로와 쉽게 연결할 수 있도록마이크로스트립 선로로부터 SSL로, 혹은 그 역으로천이할 수 있는 그림 2에서 보여주는 새로운 전이구조를 제안하고 이를 구현하였다. 그림 2(a)의 구조는 윗면의 하우징을 제거한 상태의 새로운 전이 구조의 평면도를 보여준다.
본 논문에서는 새로운 구조의 광대 역 마이크로스트립-SSL 전이 구조를 소개하고, 그 설계 방법을 제시하고 있다. 또한 이러한 전이 구조를 이용하여 저역 통과, 고역 통과, 대역 통과 여파기를 설계하고 구현한 예를 보여주고 있는데, 구현된 대역 통과 여파기는 2.
본 논문에서는 새로운 구조의 초광대역 마이크로스트립-SSL 전이 구조를 제안하였다. 이를 이용하여 SSL 여파기 자체만의 설계를 통해 별도의 튜닝 없이간편 하게 고성능의 여파기를 구현할 수 있음을 보였다.
2-2절에서 구현한 SSL 저역 및 고역 통과 여파기를 이용하여 SSL 대역 통과 여파기를 구현하였다. 이러한 대역 통과 여파기의 모습을 그림 7에서 보여 주고 있다.
같다. RO 4003 8 mil 기판을 가운데 두고, 기판의 아래 위로 각각 80 mil의 간격을 유지하며, 600 mil의 너비를가지는 채널로 구성되어 있는 구조이며, 이를 이용하여 SSL 여파기를 구현하였다.
고역 통과 여파기의 경우도 저역 통과 여파기의설계 방법과 비슷한 방법으로 직렬 커패시터와 병렬인덕터를 이용하여 설계하였다. 3단의 체비세브 여파기의 등가회로 소자의 값은 그림 6(a)와 같으며, 그림 6(b)와 같이 SSL의 형태로 설계하였다.
설계하였다. 그림 4에서 보여주듯이 4가지형태의 분포형 소자 즉, 직렬 및 병렬 인덕터와 직렬및 병렬 커패시터를 이용하여 저역 통과 및 고역 통과 여파기를 구현하였다. 이러한 분포형 소자의 구조는 구현하고자 하는 집중 소자의 값과 SSL의 각구조에 대해 EM 시뮬레이션을 통해 구한 S 파라미터의 비교를 통하여 그 구조를 결정하였다.
gap을 형성한것을 보여주고 있다. 기판 아랫면의 접지면의 gap의간격을 조절함으로써 B-B'로부터 C-C의 전계 형상으로 자연스럽게 전이를 이루게 하였다.
본 논문에서의 SSL의 여파기는 참고문헌 [8]에서제시된 집중 소자용 분포형 소자를 이용한 방법을통하여 설계하였다. 그림 4에서 보여주듯이 4가지형태의 분포형 소자 즉, 직렬 및 병렬 인덕터와 직렬및 병렬 커패시터를 이용하여 저역 통과 및 고역 통과 여파기를 구현하였다.
이러한 대역 통과 여파기의 모습을 그림 7에서 보여 주고 있다. 여파기의 입력 및 출력은 마이크로스트립 선로로 구성되고, 새로운 마이크로스트립-SSL 전이 구조를 사용하였고, SSL 저역 및 고역 통과 여파기의 연속적인 연결로 대역 통과 여파기를 구현하였다. 그림 8(a)와 (b)는 제 작된 대 역 통과 여 파기 의 사진을 보여주고 있다.
이러한 간단한 구조를 이용하여, 각각 저역 및 고역 통과 여파기를 설계하였다. 그림 5에는 7단으로설계된 저역 통과 여파기의 모습을 나타내고 있다.
이 전이 구조의 구성을 살펴보면 먼저 그림 2의 A-出의 마이크로스트립 선로에서 C-C의 CPW로의 전이를 이루었다. 이러한 마이크로스트립 선로로부터 CPW로의 전이 구조는 참고문헌 [기에 제시된 설계 방법에 의해 그 구조를 구현하였다. SSL로의 자연스러운 전계 분포 및 임피던스의 유지를 최적화하기 위해서 B-B에서 C-C, 에서보여주듯이 기판의 바닥면인 접지면의 형상 변화를통하여 전이를 이루게 된다.
그림 4에서 보여주듯이 4가지형태의 분포형 소자 즉, 직렬 및 병렬 인덕터와 직렬및 병렬 커패시터를 이용하여 저역 통과 및 고역 통과 여파기를 구현하였다. 이러한 분포형 소자의 구조는 구현하고자 하는 집중 소자의 값과 SSL의 각구조에 대해 EM 시뮬레이션을 통해 구한 S 파라미터의 비교를 통하여 그 구조를 결정하였다.
분포의 형상을 나타낸 것이다. 즉, A-A'의 일반적인 마이크로스트립 선로의 전계분포에서 B.B*의 CBCPW(Conductor Backed Coplanar Waveguide)의 전계 분포로 변화하였다. 또한 BE에서 CPW인 C。으로 전이되면서 하우징에 홈을 내어 air.
최종적으로 일정한 특성 임피던스를 얻기 위한 CPW의 전송 선로 너비와 SSL의 선로 너비 차이가많아 SSL 신호 선로의 너비를 최적으로 테이퍼링함으로써 전이 구조를 이루었다.
이론/모형
보여주고 있다. 제안한 전이 구조에 대한 시뮬레이션은 3-D EM 시뮬레이터인 CST Microwave Studio 를 사용하였다. 측정을 위해서 back-to-back의 구조로제작하였으며, 마이크로스트립 선로에서 SMA 커넥터를 연결하여 측정하였다 측정된 결과의 삽입 손실은 1.
성능/효과
있다. 2.3-10.5 GHz에서 군지연은 0.2 ns 이하로서, 여파기의 동작 영역에서 군지연의 변화가 적은것을 확인할 수 있다. 이는 다른 UWB 여파기의 군지연의 특성과 비슷하다糾
5 pF의 병렬 커패시턴스의 모습을 나타내고 있다. SSL의 그라운드 면과의 커플링을 통하여 병렬 커패시턴스의 구현하였는데, 13 GHz 이상의 주파수에서원하는 집중 소자의 값과 분포형 소자의 S 파라미터가 다소 차이가 나는 것을 보여준다. 그림 4(d)는 2.
그림 8(a)와 (b)는 제 작된 대 역 통과 여 파기 의 사진을 보여주고 있다. 기존의 SSL 여파기风向의 설계에서는 사용되는 전이 구조가 여파기의 기생 성분으로 한 부분을 차지한 반면, 본 논문의 새로운 전이구조의 초광대역 특성으로 인해 SSL 여파기의 설계에 큰 영향을 주지 않아 설계가 간편하여지는 것이큰 차이점이라 할 수 있다.
넷째, 다양한 임피던스를 구현할 수 있기 때문에 설계의 폭이 넓다. 다섯째, 강한커플링의 커패시턴스 구현이 가능해 넓은 대역의 여파기 제작이 용이하다. 한편, 단점으로는 구조상 소형화 하는 데는 어려움이 있으며, 하우징 제작시 정교한 기술이 요구된다間.
없어 높은 Q값을 가지게 된다. 둘째, 삽입 손실및 군 지연 특성이 아주 우수하다. 셋째, 인쇄된 전송선과는 달리 차폐가 되어 있어, 외부로 방사되는에너지가 거의 없다.
둘째, 삽입 손실및 군 지연 특성이 아주 우수하다. 셋째, 인쇄된 전송선과는 달리 차폐가 되어 있어, 외부로 방사되는에너지가 거의 없다. 넷째, 다양한 임피던스를 구현할 수 있기 때문에 설계의 폭이 넓다.
전이 구조를 제안하였다. 이를 이용하여 SSL 여파기 자체만의 설계를 통해 별도의 튜닝 없이간편 하게 고성능의 여파기를 구현할 수 있음을 보였다. 새로운 전이 구조를 사용하여 SSL 여파기를구현하는 예로서, SSL 저역 및 고역 통과 여파기 설계를 하였고, 이를 연결한 대역 통과 여파기의 구현에 대해 설명하고 있다.
커넥터 및 전송 선로 길이에 의한 손실을 확인하기 위해, 전이 구조와 동일한 길이의 마이크로스트립 선로를 제작하여 커넥터를 포함하여 측정한 결과, 제안한 전이 구조와 비슷한 삽입 손실 결과를 얻었다. 이를 통해 본 논문에서 제안한 전이 구조에 의한 삽입 손실은 아주 적은 0」dB 이하의 값을 가지고 있음을 예측할 수 있다. 측정 결과로서 16 GHz 이상의대역에서 반사 손실의 성능이 떨어짐을 확인할 수 있는데, 이는 사용된 기판의 손실 탄젠트 및 커넥터의 성능 때문이라고 예측된다.
이를 통해 본 논문에서 제안한 전이 구조에 의한 삽입 손실은 아주 적은 0」dB 이하의 값을 가지고 있음을 예측할 수 있다. 측정 결과로서 16 GHz 이상의대역에서 반사 손실의 성능이 떨어짐을 확인할 수 있는데, 이는 사용된 기판의 손실 탄젠트 및 커넥터의 성능 때문이라고 예측된다.
제안한 전이 구조에 대한 시뮬레이션은 3-D EM 시뮬레이터인 CST Microwave Studio 를 사용하였다. 측정을 위해서 back-to-back의 구조로제작하였으며, 마이크로스트립 선로에서 SMA 커넥터를 연결하여 측정하였다 측정된 결과의 삽입 손실은 1.2 dB 이하의 값을 가졌으며, 19.5 아Iz 이하의대역에서 반사 손실은 10 dB 이하의 값을 갖는다. 커넥터 및 전송 선로 길이에 의한 손실을 확인하기 위해, 전이 구조와 동일한 길이의 마이크로스트립 선로를 제작하여 커넥터를 포함하여 측정한 결과, 제안한 전이 구조와 비슷한 삽입 손실 결과를 얻었다.
5 아Iz 이하의대역에서 반사 손실은 10 dB 이하의 값을 갖는다. 커넥터 및 전송 선로 길이에 의한 손실을 확인하기 위해, 전이 구조와 동일한 길이의 마이크로스트립 선로를 제작하여 커넥터를 포함하여 측정한 결과, 제안한 전이 구조와 비슷한 삽입 손실 결과를 얻었다. 이를 통해 본 논문에서 제안한 전이 구조에 의한 삽입 손실은 아주 적은 0」dB 이하의 값을 가지고 있음을 예측할 수 있다.
후속연구
5 GHz의 대역을 가지며, 높은 선택도를 가짐을 확인할 수 있다. 13 GHz 이상의 주파수에서 여파기의 감쇠 현상이 감소하는 현상은 본 저역 여파기 구조에의한 것으로 향후 개선할 예정이다.
9 GHz 이상의 주파수에서시뮬레이션과 제작된 여파기의 삽입 손실의 차이는제작 오차 및 커넥터의 손실을 포함한 것에 의한 것이라 예측할 수 있다. 13~18 GHz의 영역에서 삽입손실이 감소된 것은 본 논문에서 설계된 저역 통과여파기의 특성으로 인한 것이고, 향후 설계의 개선을 통해 성능이 향상되리라고 생각된다.
향후 다양한 여파기 구조와 새로운 전이 구조와의 결합을 통해 고성능의 여파기를 구현할 수 있게 될 것이다. 또한 주로 상용으로 사용되는 마이크로스트립기반의 회로와도 쉽게 연결이 될 수 있는 구조이기때문에 향후 다양한 분야에의 응용이 예측된다.
향후 다양한 여파기 구조와 새로운 전이 구조와의 결합을 통해 고성능의 여파기를 구현할 수 있게 될 것이다. 또한 주로 상용으로 사용되는 마이크로스트립기반의 회로와도 쉽게 연결이 될 수 있는 구조이기때문에 향후 다양한 분야에의 응용이 예측된다.
참고문헌 (9)
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