[논문]직사각형 링과 리지 구조를 이용한 도파관 저역통과 여파기 설계

오택균; 최학근; 이형기

doi:10.7236/jiibc.2014.14.1.7

[국내논문] 직사각형 링과 리지 구조를 이용한 도파관 저역통과 여파기 설계
Design of Waveguide Low Pass Filter using Rectangular Rings and Ridges 원문보기

한국인터넷방송통신학회 논문지 = The journal of the Institute of Internet Broadcasting and Communication, v.14 no.1, 2014년, pp.7 - 13

오택균 (단국대학교 전자전기공학과) , 최학근 (단국대학교 전자전기공학과) , 이형기 ((주) 하이게인 안테나)

초록
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본 논문에서는 위성통신 시스템에 사용 가능한 새로운 구조의 도파관 저역통과 여파기를 제안하였다. 제안된 저역통과 여파기는 고차모드의 간섭이 없는 광대역 특성과 저지대역에서의 충분한 감쇠 그리고 도파관의 소형화와 경량화를 위하여 evanescent-mode 리지 구조를 사용하여 설계 하였고, 도파관 내에 리지를 둘러싸는 직사각형 링을 삽입하여 반사손실과 격리도를 향상시켰다. 또한 매칭을 위해 여파기의 입출력 포트 단은 임피던스 스텝 구조를 사용하여 설계하였다. 제작된 저역통과 여파기는 통과 대역 주파수인 7.25 ~ 8.4 GHz에서 반사손실이 19.5 dB이상, 삽입손실은 1.41 dB이하로 측정 되었으며 억제 대역 주파수인 12.25 ~ 14.5 GHz에서의 격리도는 67.2 dB이상을 만족하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, a novel waveguide low pass filter for satellite communication is proposed. The proposed low pass filter is designed to obtain wideband characteristics without the interference of higher order modes, sufficient attenuation in the stop-band and small sized lightweight characteristics by evanescent-mode ridge structure. To improve return loss and rejection loss, rectangular ring is inserting around the ridges in the waveguide. Input and output ports of the low pass filter is designed by using the impedance step structure for the impedance matching of the filter. The proposed waveguide low pass filter is fabricated and then measured as return loss over 19.5 dB, insertion loss less than 1.41 dB at the pass-band of 7.25 ~ 8.4 GHz and rejection loss over 67.2 dB at the stop-band of 12.25 ~ 14.5 GHz.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 Evanescent-mode 리지 구조에 직사각형 링(rectangular ring)을 결합한 새로운 구조의 X / Ku 대역용 도파관 저역통과 여파기(LPF)를 제안하였고 설계하였다. 소형으로 제작하였으며 측정을 통하여 시뮬레이션 특성 결과와 비교 하였다.

제안 방법

본 논문에서는 그림 1(a)와 같이 evanescent-mode 리지 구조로 구성된 도파관을 설계하였고 리지는 입력포트에서 출력 포트 방향으로 높낮이가 달라지는 finned waveguide 구조를 사용하였다^[15]. 내부 evanescent-mode 리지 구조는 그림 1(b)와 같으며 가장 가운데 위치한 리지를 기준으로 z-축 방향 대칭 구조이다.
본 논문에서는 저지대역 내에서의 충분한 감쇠와 통과내역 내에서의 광대역 특성을 통한 특성 향상, 그리고 여파기의 소형화를 위하여 evanescent-mode 형태의 리지드 여파기를 설계하고 추가적인 공진을 통한 통과, 억제 대역에서의 특성 향상을 위하여 evanescent-mode 리지드 여파기 구조에 직사각형 링(rectangular ring)을 결합한 새로운 구조의 X / Ku 대역용 도파관 저역통과 여파기(LPF)를 제안하였다. 제안된 저역 통과 여파기는 도파관 내에서 횡축으로 대칭 배열된 9개의 리지에 5개의 직사각형 링을 배열함으로서, 특정 주파수에서 통과/억제 특성을 나타내는 새로운 구조의 저역 통과 여파기이다.
본 논문에서는 Evanescent-mode 리지 구조에 직사각형 링(rectangular ring)을 결합한 새로운 구조의 X / Ku 대역용 도파관 저역통과 여파기(LPF)를 제안하였고 설계하였다. 소형으로 제작하였으며 측정을 통하여 시뮬레이션 특성 결과와 비교 하였다.
여기서는 설계된 evanescent-mode 리지드 도파관 여파기 내에 위치한 리지를 둘러싸는 새로운 구조의 직사각형 링을 삽입하여 여파기의 특성을 개선하였다. 그림 3(a)는 그림 1(a) 의 구조에 직사각형 링이 삽입된 도파관 여파기의 입체도를 나타낸다.
Evanescent-mode 리지 구조는 리지의 높이가 서로 다른 구조를 가진다^[13]. 저역통과 여파기는 그림 1(a)에서 보이는 것과 같이 filter, transformer, port단으로 구분되며, filter 부분에는 표준 직사각형 도파관 모델과의 연결 및 임피던스 매칭을 위하여 계단 모양의 임피던스 트랜스포머(impedance transformer)^[14]를 부착하였다. 입출력 port는 표준 구형 도파관 규격인 WR-112(28.
본 논문에서는 저지대역 내에서의 충분한 감쇠와 통과내역 내에서의 광대역 특성을 통한 특성 향상, 그리고 여파기의 소형화를 위하여 evanescent-mode 형태의 리지드 여파기를 설계하고 추가적인 공진을 통한 통과, 억제 대역에서의 특성 향상을 위하여 evanescent-mode 리지드 여파기 구조에 직사각형 링(rectangular ring)을 결합한 새로운 구조의 X / Ku 대역용 도파관 저역통과 여파기(LPF)를 제안하였다. 제안된 저역 통과 여파기는 도파관 내에서 횡축으로 대칭 배열된 9개의 리지에 5개의 직사각형 링을 배열함으로서, 특정 주파수에서 통과/억제 특성을 나타내는 새로운 구조의 저역 통과 여파기이다.
표준 구형 도파관과의 연결 및 임피던스 매칭을 위하여 저역통과 여파기의 입출력 포트에 계단 모양의 임피던스 트랜스포머(impedance transformer)를 부착하였고 transformer의 규격은 25.68 * 11.39 mm로 설계하였다. 마지막 입출력 port는 표준 구형 도파관 규격인 WR-112(28.

대상 데이터

본 논문의 저역통과 여파기는 알루미늄 재질로 제작하였다. 그림 6(a)는 제작된 저역통과 여파기의 내부 모습이다.

이론/모형

제작된 저역통과 여파기는 통과대역과 저지대역에 맞는 waveguide calibration kit의 사용 주파수가 각기 다르기 때문에 통과 대역(7.25 GHz ～ 8.4 GHz)의 측정은 WR-112, 저지 대역(12.25 GHz ～ 14.5 GHz)의 측정은 WR-75 waveguide calibration kit을 사용하여 각기 따로 측정 하였다. 시뮬레이션 결과와 측정치의 특성 비교는 그림 7에 나타내었으며 표 1에 측정 결과를 나타내었다.

성능/효과

시험 제작한 저역통과 여파기의 실제 측정특성과 시뮬레이션 특성을 비교해본 결과 통과대역인 X-band에서의 반사손실에서 16 dB 정도의 오차가 발생하였다. 이것은 소형 제작된 여파기 내부에 여러 구조물이 각기 결합되어 들어가고 직사각형 링의 얇은 두께의 가공상의 제약에 따른 제작 오차로 판단된다.
여파기의 통과 대역인 7.25 ∼ 8.4 GHz 에서 반사 손실은 35 dB 이상이고, 저지 대역인 12.25 ∼ 14.5 GHz에서의 격리도는 75 dB 이상으로 나타내었으며 추가적인 공진을 통해 여파기의 특성이 개선되었다는 것을 볼 수 있다.

후속연구

실제 측정특성과 시뮬레이션 특성치의 오차가 있었지만 X / Ku 대역용 도파관 저역통과 여파기로 사용 가능할 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	마이크로파 여파기란?	마이크로파 여파기는 통과대역 내의 주파수를 전송하고 억제대역 내에서는 감쇠시키는 2-포트 회로망이다[1]. 위성 통신이나 마이크로파 통신 시스템에서는 송신기와 수신기 사이에서 나타나는 spurious harmonic 성분을 억제하고 저주파 ripple의 제거 및 각종 검파 등을 위하여 저역통과 여파기를 사용한다[2],[3].
	Evanescent-mode 형태를 가지는 여파기의 장점은?	Evanescent-mode 형태를 가지는 여파기[3],[11-12]의 경우 여파기의 소형화와 경량화가 쉽고 넓은 저지대역을 가지는 이점을 가지고 있다.
	마이크로파 여파기는 어디에 활용되는가?	마이크로파 여파기는 통과대역 내의 주파수를 전송하고 억제대역 내에서는 감쇠시키는 2-포트 회로망이다[1]. 위성 통신이나 마이크로파 통신 시스템에서는 송신기와 수신기 사이에서 나타나는 spurious harmonic 성분을 억제하고 저주파 ripple의 제거 및 각종 검파 등을 위하여 저역통과 여파기를 사용한다[2],[3]. 이러한 저역통과 여파기로는 코루게이트 구조나 리지 구조 그리고 evanescent-mode 형태가 주로 사용된다.

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상세보기
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