[논문]단락 개방간극 링 구조와 인터디지틀 선로의 결합형 소형 초광대역 여파기 설계

오승훈; 김군태; 강성인; 이정혁; 한준희; 김형석

doi:10.5370/kiee.2013.62.12.1706

단락 개방간극 링 구조와 인터디지틀 선로의 결합형 소형 초광대역 여파기 설계
Design of the Miniaturized Ultra-WideBand(UWB) Filter of the Shorted Open Gap Ring Structure combined with the interdigital Line 원문보기

전기학회논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, v.62 no.12, 2013년, pp.1706 - 1711

오승훈 (School of Electrical and Electronics Eng., Chung-Ang University) , 김군태 (School of Electrical and Electronics Eng., Chung-Ang University) , 강성인 (School of Electrical and Electronics Eng., Chung-Ang University) , 이정혁 (School of Electrical and Electronics Eng., Chung-Ang University) , 한준희 (School of Electrical and Electronics Eng., Chung-Ang University) , 김형석 (School of Electrical and Electronics Eng., Chung-Ang University)

Abstract ▼ AI-Helper

This paper presents the filter of a resonator comprising a shorted open gap ring(SOGR) and interdigital lines. The proposed filter has the ultra wideband characteristic operating from 3 GHz to 10.5 GHz. In order to achieve the remarkable improvement in the size-reduction of the overall filter structure, only one cell of the SOGR with the inter-digital lines is adopted. It is shown that this filter has the size of $18mm{\times}15mm$ using a metamaterial, the fractional bandwidth over 100%, the insertion loss much less than 1dB, an acceptable return loss performance in the results.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

기존 여파기의 크기에 대한 문제점 등을 해결하기 위해, 본 논문에서는 전기적 공진 방법과는 다른 좌우수 결합형 전송 선로(Composite Right and Left Handed-Transmission Line, CRLH-TL)의 이론을 적용하여 소형의 초광대역 여파 기와 공진기를 설계하는 방법을 제안한다. 이때, 여파기의 소형화를 위하여 많은 수의 CRLH-TL 단위 구조를 이용하는 방식과는 다르게 1단의 CRLH-TL을 사용한 공진기를 설계한다[4]-[7].

제안 방법

본 논문에서는 제시된 단락 개방간극 링(SOGR) 구조와 인터디지틀 선로가 결합된 CRLH-TL 공진 특성을 사용하여 UWB에서 적용가능한 소형 여파기를 제안하였다.
앞서 설계한 CRLH-TL 공진기를 여파기에 적용하기 위하여 공진기 양 옆단에 급전부를 연결하여 UWB 여파기를 설계한다.
위에서 다단임피던스 구조를 앞서 제안된 CRLH-TL공진 기와 결합하여 UWB에서 동작하는 여파기를 설계하였다. 이는 CRLH-TL과 다단임피던스의 병렬 접합 구조인데, 공진기 구조가 UWB대역의 중심주파수의 파장길이보다 매우 작은 길이이기 때문에 병렬접합이 효과적으로 적용이 되었 다.

대상 데이터

설계된 여파기는 UWB 100%이상의 통과 대역폭과 UWB 인 3~10.5GHz에서 1dB이하의 삽입손실을 가지며, 전체적인 크기는 18mmx15mm의 매우 작은 크기를 가진다.
CRLH-TL의 조건에 맞추어 보았을 때 C_L을 얻을 수 있는 인터디지털 단의 길이는 0~2mm의 길이의 제한이 있다. 인터디지틀 라인의 핑거개수는 핑거사이의 간격까지 고려하여 12~14개를 선정하였다. 이때 인터디지틀 결합 선로의 캐패시턴스 공식에 의거하여 초기 C_L값을 조정 할 수 있다.

성능/효과

3’의 크기로 축소 할 수 있었다. 또한, 기존 CRLH-TL에 비해 파장방향 직교축의 길이가 1.44배 감소 되었다.
설계된 CRLH-TL공진기의 크기는 4.35mm x 9.05mm로 매우 작으며, ‘관내파장/10.3’의 크기로 축소 할 수 있었다. 또한, 기존 CRLH-TL에 비해 파장방향 직교축의 길이가 1.
설계된 UWB여파기는 100%이상의 통과 대역폭을 가지며, 1dB이하의 삽입손실과 우수한 반사손실 특성을 가진다. 또한, 설계된 여파기의 전체적인 크기는 18mmx15mm로 매우 작은 크기를 가진다.

후속연구

이는 UWB 시스템에서 높은 통신 품질을 보장할 것으로 기대되며, 여파기 뿐만 아니라 집적 회로 혹은 다양한 RF 소자의 소형화에 기여를 할 것으로 전망된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	기존의 UWB 여파기 연구에서 사용한 공진방법은 무엇인가?	기존 UWB 여파기의 연구는 주로 다중 모드(multi mode) 공진기를 마이크로스트립(microstrip)에 적용하여 UWB 여 파기를 구현하는 고전적인 전자기 공진 방법을 사용하였다 [1]-[2]. 기존 연구된 다중모드 공진기는 광대역 특성을 얻기 위해 저역통과 여파기와 고역통과 여파기의 혼합형 구조를 사용하였다.
	메타 재질은 무엇인가?	메타 재질은 일반 전자기 이론에서 언급된 현상과는 다른 특이한 현상을 보인다. 메타 재질은 음의 투자율과 유전율을 가지는 인위적인 구조 또는 매질이다. 특정 주파수의 전자기파가 메타 재질내에서 진행할 때, 음의 위상상수와 위상 속도를 가진다.
	가변 콘덴서를 연결한 여파기의 한계점은 무엇인가?	위의 여파기는 UWB 여파기로써 동작할 수는 있으나, 여파기 전체를 초소형으로 만드는 데는 적합하지 않을 수 있 다. 이를 개선하기 위해 전기적 공진 길이에 따른 여파기의 크기를 소형화하기 위한 연구의 필요성이 대두된다.

참고문헌 (10)

H. Wang, L. Zhu and W. Menzel, "Ultra-Wideband Bandpass Filter with Hybrid Microstrip/CPW Structure," IEEE Microwave And Wireless Component Letters, vol. 15, no. 12, pp. 844-846, December 2005.

상세보기
C.-L. Hsu, F.-C. Hsu, and J.-T. Kuo, "Microstrip Bandpass Filters for Ultra-Wideband(UWB) Wireless Communications," IEEE MTT-S Intl. Dig., pp. 675-678, June 2005.
H. Ishida, and K. Araki, "Design and Analysis of UWB Bandpass Filter with Ring Filter," IEEE MTT-S Intl. Dig., vol. 3, pp. 1307-1310, June 2004.
Christophe Caloz, Tatsuo Itoh, Electromagnetic Metamaterials : Transmission Line Theory and Microwave Applicaions, WILEY-INTERSCIENCE, John-Wiley & Sons Inc., Hobokin, NJ 2006.
Sungtek Kahng, and Jeongho Ju, "Design of the UWB BandPass Filter based on the 1 Cell of Microstrip CRLH-TL," International Conference Microwave and Millimeter Wave Technology, 2008, vol. 1, pp. 67-72, April 2008.
J. Ju, S. Kahng, "A compact UWB bandpass filter using a center-tapped composite right/left-handed transmission-line zeroth-order resonator" Microwave and Optical Technology Letters, Volume 53, Issue 9, pages 1974-1976, September 2011

상세보기
S. Kahng and Dongjin Lim, "A Center-Tapped CRLH ZOR UWB Bandpass Filter with Improved Stopband", Microwave Journal, vol. 55, no. 6, pp. 86-92, June 2012
Boram Lee, Sungtek Kahng "Compact UWB Bandpass Filter as Cascaded Center-Tapped CRLH Transmission-Line ZORs for Improved Stopband" Journal of Electrical Engineering & Technology, vol.8, no.2, pp. 371-375, August 2013

원문보기 상세보기
K. C. Gupta, R. Garg, I. Bahl, and P. Bhartia, Microstrip Lines and Slotlines, Artech House, Inc., Norwood, MA 1996.
David M. Pozar, Microwave Engineering Third Edition, John Wiley & Sons, Inc., Wiley publishing company 2005.

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