[논문]광대역의 저지대역을 갖는 부채꼴 형태의 개방형 스터브를 이용한 저역통과 여파기

윤기철; 김성철

doi:10.6109/jkiice.2016.20.7.1237

초록
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본 논문은 병렬 결합선로(coupled-line)와 부채꼴(radial) 개방형 스터브(stub)를 이용한 고조파가 억압된 저역통과 여파기에 대해 제안을 한다. 본 제안한 저역통과 여파기의 특징은 병렬 결합선로의 구조 때문에 고조파가 광대역으로 억압되었다는 결과를 얻을 수 있었다. 저역통과 여파기의 개방형 스터브는 부채꼴로 구성되어 있으며 이는 여파기의 크기를 조절 할 수 있다. 제안한 저역통과 여파기의 크기는 $6.98{\times}7.60mm2$이며 차단 주파수는 2.45 GHz 이다. 분포정수소자(distributed element)로 구성되어 있어 단가면에서 경제적이고 제작이 쉬우며 대량 생산이 가능한 이점이 있다. 또한 광대역 고조파 억압에 대한 대역폭은 128 %이며 여파기의 삽입 및 반사 손실은 각각 1.07 dB 및 19.5 dB를 얻었다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, the low pass filter with harmonics suppression and rejection using parallel coupled-line and radial type open stub is presented. And the resultant characteristic of the proposed low pass filter is that the harmonics are suppressed and rejected in wide bandwidth due to the parallel cou...

In this paper, the low pass filter with harmonics suppression and rejection using parallel coupled-line and radial type open stub is presented. And the resultant characteristic of the proposed low pass filter is that the harmonics are suppressed and rejected in wide bandwidth due to the parallel coupled-line structure. The open stub of a low pass filter is constructed in radial type which can be used to adjust the size of filter. The size of the proposed low pass filter is $6.98{\times}7.60mm2$ and the cut off frequency is 2.45 GHz. And the filter is economical in unit cost and can be constructed easily and has the merit of mass product because the filter is composed of distributed element. Also, the widely rejected harmonics is 128 % in the bandwidth and the insertion and return losses of the low pass filter are 1.07 dB and 19.5 dB, respectively.

주제어

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문제 정의

그러나 이로 인해 크기가 커진다는 단점을 갖게 된다[2]. 이를 극복하고자 본 논문은 고조파가 억압된 저역 통과 여파기에 대해 제안을 한다. 제안한 저역통과 여파기의 특징은 넓은 차단 대역을 가지고 있으며 고조파를 광대역으로 억압하는데 기여를 한다.
그러나 이로 인해 크기가 커진다는 단점을 갖게 된다[2]. 이를 극복하고자 본 논문은 고조파가 억압된 저역 통과 여파기에 대해 제안을 한다. 제안한 저역통과 여파기의 특징은 넓은 차단 대역을 가지고 있으며 고조파를 광대역으로 억압하는데 기여를 한다.

제안 방법

그림 5는 제안한 저역통과 여파기의 제작된 사진이며 여파기의 제작을 위해 유전율 10.2, 기판 높이 0.635 mm의 값을 가진 droide 기판을 이용하여 Negative 방식의 음화필름을 적용한 후, wet-etching을 통해 제작을 시도 하였다. 그림 6은 제안된 저역통과 여파기의 시뮬레이션 및 측정결과 보여주고 있고 그림 7은 저역통과 여파기의 시뮬레이션 및 측정에 대한 삽입 손실 및 리플(ripple) 결과를 자세히 보여주고 있다.
제안한 저역통과 여파기의 특징은 넓은 차단 대역을 가지고 있으며 고조파를 광대역으로 억압하는데 기여를 한다. 넓은 차단 대역을 얻기 위해 여파기의 내부에 병렬 결합선로를 적용하였으며 여파기의 크기를 조절하기 위해 부채꼴 (radial) 형태인 개방형 스터브(stub)를 적용하여 여파기의 크기를 줄일 수 있었다.
본 논문은 고조파가 억압된 저역통과 여파기에 대해 제안을 한다. 제안된 여파기는 병렬 결합선로 (coupled-line)로 인해 저지대역에서 넓은 대역폭이 확보되어 고조파가 광대역으로 억압이 가능하며 부채꼴 (radial) 개방형 스터브(stub)가 적용됨으로써 병렬 캐패시턴스(capacitance)로 인해 저역통과 여파기의 기능을 할 수 있다.
제안된 저역통과 여파기는 분포정수소자(distributed element)로 구성되어 있어 단가면에서 경제적이고 제작이 쉬우며 대량 생산이 가능한 이점이 있다. 여파기의 크기는 6.
제안한 여파기는 분포정수소자(distributed element) 를 사용하여 단가 면에서 경제적이고 구현이 간단하여 대량생산이 용이하도록 설계를 하였다.
제안한 저역통과 여파기는 그림 4와 같이 직렬 전송선로와 병렬 결합선로 그리고 부채꼴(radial) 형태의 개방형 스터브로 구성되어 있다.

대상 데이터

제안한 여파기의 l1 와 lS 그리고 lS는 각각 3.2 mm 및 5.2 mm 그리고 2.2 mm 이다.

성능/효과

45 GHz 이다. 또한 여파기의 저역통과 내에서 삽입 및 반사 손실은 각각 1.07 dB 및 19.5 dB로써 비교적 양호한 결과를 얻었다.
2% 이상 확보되었다. 수준으로 축소되었다는 것을 확일 할 수 있었다.
제안된 여파기의 크기는 6.98×7.60 mm² 이며 표 1과 표 3에 제시된 여파기들 보다 60% 및 73%의 크기로 축소되었다. 또한 고조파 억압에 대한 대역폭은 표 1과 비교 했을 때 23% 이상 확보되었으며 표 3과 비교 했을 때도 6.
참고문헌 [6]는 분포정수소자를 이용하여 SIR 구조로 설계를 하였으며 이 또한 소형 크기와 고조파를 억압 능력을 확보하는데 분석 되었다. 표 1 광대역 고조파 억압용 저역통과 여파기의 크기와 고조파 억압 능력 척도에 대해 분석 및 비교를 하였으며 고조파 억압 척도를 대역폭으로 계산을 했을 때 최대 100 % 이내로 억압되었다는 것으로 파악되었다.

후속연구

본 제안한 여파기는 향후 반도체 공정을 통해 대량생산이 가능할 것으로 기대되며 이동통신 분야에 적용이 용이할 것으로 사료된다.
이를 극복하고자 본 논문은 고조파가 억압된 저역 통과 여파기에 대해 제안을 한다. 제안한 저역통과 여파기의 특징은 넓은 차단 대역을 가지고 있으며 고조파를 광대역으로 억압하는데 기여를 한다. 넓은 차단 대역을 얻기 위해 여파기의 내부에 병렬 결합선로를 적용하였으며 여파기의 크기를 조절하기 위해 부채꼴 (radial) 형태인 개방형 스터브(stub)를 적용하여 여파기의 크기를 줄일 수 있었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	저역통과 여파기는 어떤 장단점을 갖는가?	이동통신 시스템에서 여파기는 원하는 대역을 통과시켜주고 불필요한 대역은 차단 시켜주는 역할을 함으로써 시스템의 성능을 높이는데 필수품이다[1]. 특히, 저역통과 여파기는 직렬회로와 병렬회로가 혼합 배열되어 있어, 이는 차단 특성은 우수하나 크기가 커지고 삽입손실 및 반사손실이 증가 한다는데 단점을 가지게 된다[2].
	이동통신 시스템에서 여파기는 어떤 역할을 하는가?	이동통신 시스템에서 여파기는 원하는 대역을 통과시켜주고 불필요한 대역은 차단 시켜주는 역할을 함으로써 시스템의 성능을 높이는데 필수품이다[1]. 특히, 저역통과 여파기는 직렬회로와 병렬회로가 혼합 배열되어 있어, 이는 차단 특성은 우수하나 크기가 커지고 삽입손실 및 반사손실이 증가 한다는데 단점을 가지게 된다[2].
	제안한 고조파가 억압된 저역 통과 여파기는 넓은 차단 대역과 여파기를 줄이기 위해 어떤 방법을 사용하였는가?	제안한 저역통과 여파기의 특징은 넓은 차단 대역을 가지고 있으며 고조파를 광대역 으로 억압하는데 기여를 한다. 넓은 차단 대역을 얻기 위해 여파기의 내부에 병렬 결합선로를 적용하였으며 여파기의 크기를 조절하기 위해 부채꼴 (radial) 형태인 개방형 스터브(stub)를 적용하여 여파기의 크기를 줄일 수 있었다.

참고문헌 (9)

B. J. Kim, "The analysis of the relationship between the throughput and the wireless channel conditions of a LTE mobile communication system," J. Korea Ins. Electronic Communication Science (JKIES), vol. 10, no. 2, pp. 219- 26, Feb. 2015.

원문보기 상세보기
K. H. Kim, J. H. Jung, C. S. Kee, H. Lim, and I. Park, "A compact three stage low-pass filter with an ultra-wide stopband," J. Int. Electronics Engineers of Korea-elecommunications, vol. 40, no. 3, pp. 25-30, Mar. 2003.
S. I. Kim, C. S. Kee, I. Park, and H. Lim, "Analysis of stepped impedance lowpass filter with coupled open stub," J. Korean Ins. Electromagnetic Engineering and Science, vol. 13, no. 10, pp. 1078-1082, Dec. 2002.
L. H. Hsieh and K. Chang, "Compact lowpass filter using stepped impedance hairpin resonator," Electronics Lett., vol. 37, no. 14, pp. 899-900, Jul. 2001.

상세보기
R. Li, D. I. Kim, and C. M. Choi, "Semi-lumped compact low-pass filter for harmonics suppression," J. Korea Electromagnetic Engineering Society, vol. 6, no. 3, pp. 171-175, Sep. 2006.
R. Li and D. I. Kim, "A new compact low-pass filter with broad stopband and sharp skirt characteristics," IEEE Proc. Asia Pacific Microwave Conference (APMC), vol. 3, Dec. 2005.
C. J. Chen, "Design of artificial transmission line and low-pass filter based on aperiodic stubs on a microstrip line," IEEE Trans. Components, Packaging and Manufacturing Technol., vol. 4, no. 5, pp. 922-928, May 2014.

상세보기
Y. Li, J. Gong, Y. Wang, s. Li, and J. Wu, "A new type of microstrip low-pass filter," IEEE Int. Conference on Electronic Packaging Technol., pp. 542-544, Aug. 2015.
D. Gupta, K. Chaurasia, A. Rathor, P. K. Singhal, "Designing of double negative media based low pass microstirp filter using stepped impedance," IEEE Int. Conference on Signal Processing and Integrated Networks SPIN), pp. 633-637, Feb. 2015.

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