[논문]마이크로파 전송선로에 삽입된 주파수 선택 표면을 이용한 광대역 대역저지필터

김진영; 정창원

doi:10.5762/kais.2012.13.12.6022

[국내논문] 마이크로파 전송선로에 삽입된 주파수 선택 표면을 이용한 광대역 대역저지필터
Broad Band Stop Filter Using Frequency Selective Surface Embeded in Microwave Transmission Line 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.13 no.12, 2012년, pp.6022 - 6026

김진영 (서울과학기술대학교, NID융합기술대학원) , 정창원 (서울과학기술대학교, NID융합기술대학원)

초록
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본 논문은 마이크로스트립 전송선로에 삽입된 주파수 선택 표면(FSSs)을 사용하여 주기적인 구조를 갖는 대역저지필터(BSF)에 관한 것이다. 제안된 대역저지필터는 변형된 크로스 루프 슬롯 (Cross-loop slot)을 단위 셀로 하여 주기적인 구조로 설계하였으며, 설계된 대역 저지 필터는 등가회로 모델과 분산 도표(dispersion diagram)로 해석하였다. 대역 저지 필터의 중심주파수(fo)는 6.6 GHz이다. 제안된 필터는 단위 셀의 개수가 증가하면 3dB 대역폭은 넓어지고 삽입손실은 줄어드는 특성이 있다. 또한 제안한 대역저지필터는 소형의 평면구조를 가지며, 한 번의 에칭으로 제작이 가능 하여 다양한 분야의 RF 필터로서 사용 가능성이 높다.

Abstract ▼ AI-Helper

This article presents a band-stop filter (BSF) by using a periodic structure property of frequency selective surfaces (FSSs) embedded in a microstrip transmission line. The proposed BSF is designed with FSS unit cells modifying the cross-loop slots. The BSF is interpreted with an equivalent circuit model and a dispersion diagram. The center frequency (fo) of the BSF is 6.6GHz. Proposed filter increases the number of unit cell. As a result, 3dB bandwidth is wider and insertion loss is reduced. Also, Facbricated BSF exhibits uniplanar geometry, simple fabrication.

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

본 논문에서는 대역저지필터 (BSF)의 동작을 위해서 전송선로 신호선에 FSS 단위 셀을 삽입하여 1차원의 주기적인 구조로 설계하였다. 제안된 BSF는 평면형으로 구성되어 있으며, Spiral형태의 Cross-loop Slot은 FSS 단위셀로 사용된다[13].
본 논문에서는 대역저지필터 (BSF)의 동작을 위해서 전송선로 신호선에 FSS 단위 셀을 삽입하여 1차원의 주기적인 구조로 설계하였다. 제안된 BSF는 평면형으로 구성되어 있으며, Spiral형태의 Cross-loop Slot은 FSS 단위셀로 사용된다[13]. 제안된 필터의 단위셀 구조는 비교적 간단하며, 전송선로의 신호선에 완벽히 삽입되었다.
제시한 FSS의 단위셀은 기본적으로 Cross-loop Slot의 형태를 가지고 있다[13]. 제안한 FSS 단위 셀의 4개의 팔은 크기를 줄이기 위해 Spiral형태로 구성하였다. 사용된 기판은 두께 1.
BSF에 대한 단위 셀의 대역저지 특성을을 확인하기 위해 시뮬레이션을 통하여 S-parameter 값을 확인하였다. BSF 단위셀(BU)의 등가회로를 비교적 간단하게 제시하였다.
제안된 필터는 한 번의 에칭을 통해 기판 상에 제작된다. 본 논문에서는 위에서 언급한 시뮬레이션 결과를 확인하기 위해 FSS 단위셀을 BU(Band-stop Unit)로 구성하였고, 이들을 1, 3, 5, 7 개의 직렬 연결하여 제작 및 측정 하였다. [Fig.
본 논문에서는 수정된 FSS 단위셀 (SCLS)을 이용하여, 전송선로 평면상에 대역저지필터(BSF)를 설계, 제작 및 측정하였다. FSS셀은 초고주파대역에서 공간상 대역저지 혹은 대역통과 특성을 보이며, 이를 이용하여 전송선로에 FSS 단위 셀을 주기적으로 배열함으로 원하는 주파수에서 BSF를 설계 및 제작 하였다.
본 논문에서는 수정된 FSS 단위셀 (SCLS)을 이용하여, 전송선로 평면상에 대역저지필터(BSF)를 설계, 제작 및 측정하였다. FSS셀은 초고주파대역에서 공간상 대역저지 혹은 대역통과 특성을 보이며, 이를 이용하여 전송선로에 FSS 단위 셀을 주기적으로 배열함으로 원하는 주파수에서 BSF를 설계 및 제작 하였다. FSS를 이용한 BSF는 등가회로 모델과 분산도표(dispersion diagram)로 분석 하였으며, 필터특성을 시뮬레이션 및 측정 결과로 확인 하였다.
FSS셀은 초고주파대역에서 공간상 대역저지 혹은 대역통과 특성을 보이며, 이를 이용하여 전송선로에 FSS 단위 셀을 주기적으로 배열함으로 원하는 주파수에서 BSF를 설계 및 제작 하였다. FSS를 이용한 BSF는 등가회로 모델과 분산도표(dispersion diagram)로 분석 하였으며, 필터특성을 시뮬레이션 및 측정 결과로 확인 하였다. FSS 단위 셀을 전송선로에 완벽히 삽입하여 크기를 줄였고, 반사 손실, 스커트 특성, 대역폭은 BSF의 단위 셀의 수가 증가 하면서 향상됨을 확인하였다.

대상 데이터

사용된 기판은 두께 1.57mm의 비교적 낮은 손실을 가지는 유전체기판(TLY-5: εr=2.2, tanδ=0.0009)을 사용하였다.
전송선로 전체 기판의 크기는 135.7 × 80 mm2이며, 50 Ω 정합을 위한 신호선의 폭은 4.8mm이다.
0009)을 사용하였다. FSS 단위 셀들(FSS unit cells : FUs)은 가로 세로 각각(Dx, Dz) 4.8mm의 정사각형 기판 상에 배열되었으며, 제안한 Spiral Cross-loop Slot (SCLS)의 치수는 교차길이;L=7.35mm, 교차너비;w=0.3mm, 슬롯간격;d=0.1mm이다. Cross-loop Slot는 이러한 파라미터들의 값을 변화하면서 공진 특성을 변화 시킬 수 있다.

데이터처리

4는 제안된 BSF 단위 셀의 등가회로이다. BSF에 대한 단위 셀의 대역저지 특성을을 확인하기 위해 시뮬레이션을 통하여 S-parameter 값을 확인하였다. BSF 단위셀(BU)의 등가회로를 비교적 간단하게 제시하였다.
007 pF이다. 추출된 값들의 결과는 Agilent ADS에서 회로 시뮬레이션으로 확인 되었다. BSF의 Full-wave시뮬레이션과 등가회로의 회로시뮬레이션의 결과가 일치함을 확인 하였다.

이론/모형

5 dB이다. 시뮬레이션은 Ansoft사의 HFSS에서 Floquet 모드를 사용하여 수행 하였다.
이러한 이유로, BSF는 특정 유도 파장에서 일정한 간격으로 반사되는 파의 최대에너지를 생성할 수 있다. 시뮬레이션은 2차원 상용 소프트웨어인 Ansoft사의 Desingner를 사용하였다. 시뮬레이션 결과는 Table 1에 나타내었다.

성능/효과

FSS 단위 셀의 차수들을 조절함으로서, 삽입 손실 및 대역폭을 포함한 필터 성능 조절이 가능하며, 차수가 증가 할수록 삽입손실은 줄어들고 대역폭은 넓어지는 특성을 갖는다. 본 논문에서 제안하는 FSS를 이용한 필터는 기존의 다양한 FSS 단위셀들을 사용함으로서 설계 자유도를 높일 수 있다.
시뮬레이션 결과는 Table 1에 나타내었다. 1 ~ 7개의 단위셀을 삽입하여 시뮬레이션한 결과, 첫 번째 공진 주파수는 단위셀 수와 비교적 무관하게 6 GHz 대역에서 대역저지 특성을 보이며, 직렬 연결된 단위셀의 수가 증가 할수록 첫 번째 공진의 주파수 대역폭은 넓어지고, Q 값은 줄어들며, 리턴로스가 줄어들어 필터특성이 향상됨을 볼 수 있다. 또한, 본 논문에서 설계된 BSF는 기생공진에 의한 두 번째 공진을 가지고 있으며, 이 또한 1 ~ 7개의 직렬 단위 셀 수의 증가와 비교적 무관하게 9 GHz 대역에서 두 번째 공진 주파수를 갖는다.
추출된 값들의 결과는 Agilent ADS에서 회로 시뮬레이션으로 확인 되었다. BSF의 Full-wave시뮬레이션과 등가회로의 회로시뮬레이션의 결과가 일치함을 확인 하였다.
또한 측정결과는 위에서 언급한 시뮬레이션 결과와 유사함을 보인다. 측정결과로 부터 BSF의 단위 셀 수가 증가하면, 차단 주파수의 기울기가 가파른(Sharp) 특성을 보이며 결과적으로 필터성능이 향상됨을 알 수 있다. 또한, 분산도표(dispersion diagram)으로 부터 설계된 필터가 대역저지(stop-band) 특성을 갖는다는 것을 확인하기 위하여 [Fig.
FSS를 이용한 BSF는 등가회로 모델과 분산도표(dispersion diagram)로 분석 하였으며, 필터특성을 시뮬레이션 및 측정 결과로 확인 하였다. FSS 단위 셀을 전송선로에 완벽히 삽입하여 크기를 줄였고, 반사 손실, 스커트 특성, 대역폭은 BSF의 단위 셀의 수가 증가 하면서 향상됨을 확인하였다. 제안된 FSS 단위 셀을 사용한 BSF는 주파수 기생과 고조파 모드를 제거하기 위한 다양한 전자회로 기술에 응용될 것으로 예상된다.

후속연구

FSS 단위 셀을 전송선로에 완벽히 삽입하여 크기를 줄였고, 반사 손실, 스커트 특성, 대역폭은 BSF의 단위 셀의 수가 증가 하면서 향상됨을 확인하였다. 제안된 FSS 단위 셀을 사용한 BSF는 주파수 기생과 고조파 모드를 제거하기 위한 다양한 전자회로 기술에 응용될 것으로 예상된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	현재까지 공진기로 표현된 전송선로는 어떠한 구조로 연구가 진행되었는가?	이러한 필터는 전송선로에서 전파의 방향을 따라 단위 셀의 주기적인 배열은 등가회로상의 인덕턴스와 커패시턴스를 구성하며, 특정 공진 주파수를 갖도록 설계된다[1]. 현재까지 공진기로 표현된 전송선로는 photonic bandgap (PBG), electromagnetic bandgap (EBG), defected ground structure (DGS), split ring resonator (SRR) 등의 구조로 연구가 진행 되어 왔다[2-11]. PBG또는 EBG는 접지 면에서 주기적인 패턴 식각에 의해 마이크로파(micro wave) 혹은 밀리미터파(millimeter wave) 대역에서 공진기로 구현 된다[2-3].
	FSS는 어떠한 역할을 하는가?	이러한 점을 보완하기 위해 DGS와 SRR의 구조의 소형화 [4-5]및 신호선위에 식각된 패턴을 가진 주기적인 구조에 대한 많은 연구가 진행 되었다 [6-11]. FSS(주파수 선택 표면 : Frequency Selective Surface)는 이러한 주기적인 구조들 중 하나이며, 원하는 주파수 대역의 전자파를 전송하거나 원하지 않는 대역의 주파수를 차단시키는 역할을 하며, 대부분은 공간필터로 설계 된다[12].
	PBG또는 EBG의 구조로 구현된 공진기의 단점은 무엇이 있는가?	PBG또는 EBG는 접지 면에서 주기적인 패턴 식각에 의해 마이크로파(micro wave) 혹은 밀리미터파(millimeter wave) 대역에서 공진기로 구현 된다[2-3]. 하지만, 이 방법은 크기가 커지고, 접지면의 차폐 전류가 분포하는 등 몇몇의 단점을 가진다. 이러한 점을 보완하기 위해 DGS와 SRR의 구조의 소형화 [4-5]및 신호선위에 식각된 패턴을 가진 주기적인 구조에 대한 많은 연구가 진행 되었다 [6-11].

참고문헌 (15)

D. M. Pozar, "Microwave Engineering", John Wiley, 2005, Article(CrossRefLink)
V. Radisic, Y. Qian, and T. Itoh, "Novel 2-D Photonic Bandgap Structure for Microstrip Lines", IEEE Microwave Guided Wave Lett., Vol.8, No.2, pp.69-71, 1998.

상세보기
Y. Li, H. Jiang, L. He, H. Li, Y. Zhang, and H. Chen, "Multichanneled filter based on a branchy defect in microstrip photonic crystal", Appl. Phys. Lett., Vol.88, No.081106, 2006, Article(CrossRefLink)
D. Ahn, J. S. Park, C. S. Kim, J. Kim, Y. Qian, and T. Itoh, "A Design of the Low-Pass Filter Using the Novel Microstrip Defected Ground Structure", IEEE Trans. Microwave Theory Tech., Vol.49, No.1, pp.86-93, 2001, Article(CrossRefLink)

상세보기
F. Falcone, T. Lopetegi, M. A. G. Laso, J. D. Baena, J. Bonache, M. Beruete, R. Marques, F. Martin, and M. Sorolla, "Babinet Principle Applied to the Design of Metasurfaces and Metamaterials", Phys. Rev. Lett., Vol.93, No.197401, 2004, Article(CrossRefLink)
J. Sor, Y. Qian, and T. Itoh, "A Novel Low-Loss Slow-Wave CPW Periodic Structure for Filter Applications", 2001 IEEE MTT-S Int. Microwave Symp. Dig., Vol.1, pp.307-310, 2001, Article(CrossRefLink)
M. Kazerooni, G. R. Rad, and A. Cheldavi, "Behavior Study of Simultaneously Defected Microstrip and Ground Structure (DMGS) in Planar Circuits", PIERS Proceedings Vol.1, No.1214, pp.895-900, 2009.
I. A. Ibraheem, and M. Koch, "Coplanar waveguide metamaterials: The role of bandwidth modifying slots", Appl. Phys. Lett., Vol.91, No.113517, 2007, Article(CrossRefLink)
C. S. Kee, M. Y. Jang, I. M. Park, H. Lim, J. E. Kim, H. Y. Park, and J. I. Lee, "Photonic band gap formation by microstrip ring: A way to reduce the size of microstrip photonic band gap structures", Appl. Phys. Lett., Vol.80, No.1520, 2002, Article(CrossRefLink)
C. S. Kee, M. Y. Jang, S. I. Kim, I. M. Park, and H. Lim, "Tuning and widening of stop bands of microstrip photonic band gap ring structures", Appl. Phys. Lett., Vol.86, No.181109, 2005, Article(CrossRefLink)
D. Chen, S. Wang, L. Li, Z. Liu, and X. Z. Zhao, "Microstrip filter with H-shaped fractal", Appl. Phys. Lett., Vol.88, No.253507, 2006, Article(CrossRefLink)
B. A. Munk, "Frequency Selective Surfaces:Ttheory and Design", John Wiley, 2000, Article(CrossRefLink)
X. Meng, and A. Chen, "Influence of cross-loop slots FSS structure parameters on frequency response", 2009 IEEE Int. Symp., Vol.1, No.939, 2009, Article(CrossRefLink)
H. P. Myers, "Introductory Solid State Physics", CRC Press, 1997.
C. Caloz, and T. Itoh, "Electromagnetic Metamaterials: Transmission Line Theory and Microwave Applications", Wiley, 2005, Article(CrossRefLink)

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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