[논문]미앤더 마이크로스트립 전송선을 이용한 고감쇄 LPF 설계 및 제작

서수덕; 조학래; 양두영

doi:10.5762/kais.2014.15.3.1734

미앤더 마이크로스트립 전송선을 이용한 고감쇄 LPF 설계 및 제작
Design and Fabrication of Deep Attenuation LPF using Meander Microstrip Transmission Line 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.15 no.3, 2014년, pp.1734 - 1739

서수덕 ((주)이너트론) , 조학래 ((주)이너트론) , 양두영 (제주대학교 통신공학과)

초록
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본 논문에서는 변형된 DCRLH 구조의 전송선로를 이용하여 저지대역에서 나타나는 고조파 공진 특성을 제거하고, 큰 감쇄 특성을 갖는 마이크로스트립 저역통과 필터를 설계하고 제작하였다. 저역통과 필터는 통과대역 신호를 잘 전달하고 저지대역 감쇄특성을 키우기 위한 병렬 개방스터브 선로와 고조파 통과특성을 제거하기 위한 직렬 단락스터브 선로를 복합적으로 사용하여 구성하였다. 이렇게 구성함으로써 저지대역에서 나타나는 불필요한 고조파신호를 억제시킬 수 있었고, 필터의 대역통과 성능을 개선할 수 있었다. 제작된 저역통과필터는 1.5 GHZ 이내의 통과대역에서 삽입손실 1.26 dB, 정재파비 1.65, 그리고 1.84 GHz에서 2.18 GHz의 저지대역에서 100 dB 감쇄, 20 와트 전력테스트에서 양호 평가를 얻어 모든 면에서 스펙에서 정한 규정 값 이상의 우수한 성능을 가질 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, microstrip low pass filter using transmission line with the modified DCRLH structure is designed and fabricated to be removed a spurious resonant mode, and a deep attenuation in stop band. The low pass filter is composed of shunt open-stub to get a deep attenuation and series short-stub to eliminate the spurious harmonics in stop band. In this way, the spurious harmonics occurring on the higher order frequency are suppressed and the filter performance is improved. Insertion loss and VSWR of the fabricated microstrip low pass filter in the passband from DC to 1.5 GHz is 1.26 dB and 1.65, and attenuation on the stopband from 1.84 GHz to 2.18 GHz is less than -100 dB. And also this filter has a good performance for 20 watt power test.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 변형된 DCRLH 구조의 전송선로를 이용하여 저지대역에서 나타나는 고조파 성분들을 제거할 수 있는 마이크로스트립 저역통과 필터를 설계하였다. 또한 통과대역 신호를 잘 전달하고 저지대역 감쇄특성을 키우기 위한 병렬 개방스터브 선로와 고조파 통과특성을 제거하기 위한 직렬 단락스터브 선로를 복합적으로 사용하여 저역통과필터의 시제품을 제작하고 측정하였다.
본 논문에서는 변형된 DCRLH 구조의 전송선로를 이용하여 저지대역에서 나타나는 고조파 성분들을 제거할 수 있는 마이크로스트립 저역통과 필터를 설계한다. 저역 통과 필터는 통과대역 신호를 잘 전달하고 저지대역 감쇄특성을 키우기 위한 병렬개방 스터브 (Shunt open-stub) 선로와 고조파 통과특성을 제거하기 위한 직렬 단락스터브 (Series short-stub) 선로를 복합적으로 사용하여 구성한다.

제안 방법

본 논문에서는 변형된 DCRLH 구조의 전송선로를 이용하여 저지대역에서 나타나는 고조파 성분들을 제거할 수 있는 마이크로스트립 저역통과 필터를 설계하였다. 또한 통과대역 신호를 잘 전달하고 저지대역 감쇄특성을 키우기 위한 병렬 개방스터브 선로와 고조파 통과특성을 제거하기 위한 직렬 단락스터브 선로를 복합적으로 사용하여 저역통과필터의 시제품을 제작하고 측정하였다. 그리고 기 측정된 결과를 토대로 미비한 점들을 다시 보완하는 작업을 반복 실시하였으며, 이렇게 얻어진 설계제원을 바탕으로 상용화가 가능한 최종 5개의 완제품 시료를 완성하였다.

성능/효과

결과적으로 Fig. 7의 저역통과필터의 신호전달과 반사 손실에 대한 제반특성은 DC ~ 1.5 GHz의 통과대역에서 삽입손실과 정재파비는 최대 1.5 dB, 2.0 : 1 이하의 설계 스펙 규정을 만족하며, 1.84 GHz ~ 2.18 GHz의 저지대역에서 최소 -100 dB 이하의 매우 우수한 대역제거 성능을 갖는다.
또한 통과대역 신호를 잘 전달하고 저지대역 감쇄특성을 키우기 위한 병렬 개방스터브 선로와 고조파 통과특성을 제거하기 위한 직렬 단락스터브 선로를 복합적으로 사용하여 저역통과필터의 시제품을 제작하고 측정하였다. 그리고 기 측정된 결과를 토대로 미비한 점들을 다시 보완하는 작업을 반복 실시하였으며, 이렇게 얻어진 설계제원을 바탕으로 상용화가 가능한 최종 5개의 완제품 시료를 완성하였다. 측정 결과, LPF 필터 각각에 따른 5개의 시료들은 삽입손실, 정재파비, 저지대역 감쇄, 고전력 테스트에서 모두 우수한 성능으로 통과되었다.
따라서 이 필터의 성능은 통과대역 DC ~ 1.5 GHz, 저지대역 1.84 GHz ~ 2.18 GHz, 최대 삽입손실 1.14 dB, VSWR 1.64, 저지대역 감쇄 100.9 dB로써 -30°C ~ +65°C의 온도의 변화에도 스펙에서 정한 모든 규격을 매우 잘 충족시킨다.
측정 결과, LPF 필터 각각에 따른 5개의 시료들은 삽입손실, 정재파비, 저지대역 감쇄, 고전력 테스트에서 모두 우수한 성능으로 통과되었다. 저역통과필터는 삽입손실 1.26 dB, 정재파비 1.65, 저지대역 감쇄 101.4 dB, 20 W 전력테스트에서 양호한 평가를 얻어 모든 면에서 스펙에서 정한 규정 값 이상의 우수한 성능을 가질 수 있었다.
그리고 기 측정된 결과를 토대로 미비한 점들을 다시 보완하는 작업을 반복 실시하였으며, 이렇게 얻어진 설계제원을 바탕으로 상용화가 가능한 최종 5개의 완제품 시료를 완성하였다. 측정 결과, LPF 필터 각각에 따른 5개의 시료들은 삽입손실, 정재파비, 저지대역 감쇄, 고전력 테스트에서 모두 우수한 성능으로 통과되었다. 저역통과필터는 삽입손실 1.
7(b)는 -30°C에서 측정한 저역통과필터의 전달특성인 S₂₁[dB]과 반사특성인 정재파비(VSWR, S₁₁) 특성 그래프이다. 측정한 필터의 삽입손실 특성인 S₂₁[dB]은 DC ~ 1.5 GHz의 통과대역 1.5 GHz, 1.496 GHz 주파수에서 -1.19 dB, -1.143 dB, 저지대역인 1.84 GHz ~ 2.18 GHz에서 -101.2 dB로 측정되어, -1.19 dB 이하인 양호한 삽입손실과 -101 dB 이하의 우수한 스커트 특성을 보였다. 그리고 입력정재파비와 출력정재파비 특성(S₁₁, S₂₂)은 통과대역 1.
7(a)는 제작한 시제품을 가지고, +25°C에서 측정한 저역통과필터의 전달특성인 S₂₁[dB]과 반사특성인 정재파비(VSWR, S₁₁)의 특성 그래프이다. 측정한 필터의 삽입손실 특성인 S₂₁[dB]은 DC ~ 1.5 GHz의 통과대역인 1.0 GHz, 1.496 GHz 주파수에서 -0.023 dB, -0.95 dB, 저지대역인 1.84 GHz ~ 2.18 GHz에서 -100.88 dB로 측정되어, -0.95 dB 이하인 양호한 삽입손실과 -100 dB 이하의 우수한 스커트 특성을 보였다. 그리고 입력정재파비와 출력정재파비 특성(S₁₁, S₂₂)은 통과대역 1.
7(c)는 +65°C에서 측정한 저역통과필터의 전달특성인 S₂₁[dB]과 반사특성인 정재파비(VSWR, S₁₁) 특성 그래프이다. 측정한 필터의 삽입손실 특성인 S₂₁[dB]은 DC ~ 1.5 GHz의 통과대역인 1.5 GHz, 1.496 GHz 주파수에서 -1.149 dB, -1.121 dB, 저지대역인 2.18 GHz에서 -103.9 dB로 측정되어, -1.13 dB 이하인 양호한 삽입 손실과 -103.93 dB 이하의 우수한 스커트 특성을 갖는다. 그리고 입력정재파비와 출력정재파비 특성(S₁₁, S₂₂)은 DC ~ 1.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	영상파라미터법의 장단점은?	필터의 설계법은 크게 영상파라미터법과 동작파라미터법으로 나누어진다[1]. 영상파라미터법은 영상임피던스가 동일한 기본회로를 종속접속하여 소정의 특성을 얻는 설계 법으로 비교적 용이하게 기본회로의 특성을 얻을 수 있지만,실제로 원하는 성능을 얻기 위해서는 시행오차 과정을 통하여 반복 계산함으로써 컴퓨터 계산 시간이 많이 소요되고 복잡하기 때문에 주로 사용하지 않는다. 반면에 동작파라미터법은 원하는 필터의 설계 특성을 부여하고, 이에 근사한 함수를 구하여 회로를 직접 합성하는 방법이므로 이론적으로 명확하고, 사용 부품 수도 최적화할 수 있는 우수한 방법이다.
	필터의 설계법은 무엇으로 나뉘어지는가?	필터는 회로망 합성의 한 분야로써 광범위한 주파수대역에서 필요한 신호성분만을 통과시키고, 그 이외의 주파수 대역은 저지 또는 감쇄시키거나 방해가 되는 신호를 제거하는 특성을 갖는다. 필터의 설계법은 크게 영상파라미터법과 동작파라미터법으로 나누어진다[1]. 영상파라미터법은 영상임피던스가 동일한 기본회로를 종속접속하여 소정의 특성을 얻는 설계 법으로 비교적 용이하게 기본회로의 특성을 얻을 수 있지만,실제로 원하는 성능을 얻기 위해서는 시행오차 과정을 통하여 반복 계산함으로써 컴퓨터 계산 시간이 많이 소요되고 복잡하기 때문에 주로 사용하지 않는다.
	동작파라미터법은 어떻게 설계되어있는가?	반면에 동작파라미터법은 원하는 필터의 설계 특성을 부여하고, 이에 근사한 함수를 구하여 회로를 직접 합성하는 방법이므로 이론적으로 명확하고, 사용 부품 수도 최적화할 수 있는 우수한 방법이다. 이 방법은 회로소자의 산출에 따른 이론과 근사함수의 종류에 따라 다양한 설계법이 제시되었으며, 도표화된 원형 (protype) 필터의 소자 값을 이용하면 쉽게 설계가 가능하도록 되어 있다[1,2]. 일반적으로 이상적인 필터는 통과대역 내에서는 모든 주파수의 신호가 손실 없이 통과되고, 저지대역에서는 신호가 무한정 감쇄 된다.

참고문헌 (13)

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M. J. Song, J. S. Li, "A Compact Microstrip Lowpass Filter with Suppression of Spurious Response," IEEE 4th International Symposium, Microwave, Antenna, Propagation and EMC Tech., pp. 244-245, Oct. 2011.

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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