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DR을 이용한 대역통과 필터 설계
The Design of BPF with Dielectric Resonators 원문보기

Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers = 전자공학회논문지, v.54 no.5 = no.474, 2017년, pp.128 - 132  

강은균 (동양미래대학교 정보통신과) ,  전형준 (LS산전)

초록
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본 논문에서는 비유전율 38을 갖는 유전체 공진기를 이용하여 S-Band대역폭 20MHz를 갖는 대역통과 필터를 설계 및 제작하였다. 제작에 사용한 유전체 공진기는 $TE_{01{\delta}}$ 모드로 동작하며 중심이 관통된 링형이다. 대역통과 필터는 여섯 개의 유전체 공진기를 이용하여 6-Pole로 구성하였으며 비인접 결합을 통해 타원함수 응답을 구현하였다. 대역통과 필터는 대역폭 내에서 평균 0.97dB의 삽입손실과 25dB 이상의 반사손실을 나타내었다. 비인접 공진기 간의 결합특성으로 체비세프 응답 대역통과 필터에 비해 주파수 선택도를 더욱 향상시킬 수 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this thesis, a BPF(band-pass filter) at the center frequency of 2.14GHz, and bandwidth of 20MHz is designed and implemented using high Q dielectric resonators with ${\varepsilon}_r=38$. The DR(dielectric resonator) is resonated by $TE_{01{\delta}}$-mode and it has a hole in ...

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

  • [1] 본 논문에서는 이러한 유전체 공진기의 원리를 바탕으로 비유전율(εr ) 38을 갖는 유전체 공진기를 사용하여 2.140GHz대 주파수에서 20MHz 대역폭을 갖는 6-pole 대역통과 필터를 제작하였다.
  • 당초 설계 사양(목표)인 저지대역의 감쇠량 -60dB에 비하여 -10dB 이상의 감쇠 특성(-81.5dB @2.115GHz, -70.1dB @2.165GHz)을 나타내어 통과 대역내의 주파 수 선택도를 향상시킨 6-pole 유전체 공진기 대역통과필터를 제작하였다.
  • 8 mm이다. 두 유전체 공진기 사이에 금속봉을 삽입하여 공진기 간의 결합량을 미세 조정하였으며 유전체 공진기의 공진 주파수를 조정하기 위해 하우징의 윗면에 튜닝판을 설치하였다.
  • 모든 결합은 유전체 공진기 간의 거리로 나타냈으나 비인접 공진기 결합은 probe의 길이로 구현하였다. 이 때 probe는 공진 파장의 짝수와 홀수 배로 길이를 변화시켜 실험하였다.
  • 본 논문에서는 비유전율(εr) 38을 갖는 유전체 공진 기를 이용하여 수신용 6-pole 대역통과 필터를 설계, 제작하였다.
  • 설계 사양상의 삽입손실을 만족시키기 위해서 비유전율 38의 유전체 공진기를 이용하였으며 자계벽 방법에 의한 세분화된 필드영역 구분을 사용하여 차폐된 상태에서 유전체 공진기의 필드 분포를 해석하였다. 유전체 공진기 간의 결합을 해석하기 위해서 자기 축적 에너지와 마그네틱 다이폴 모멘트의 계산을 통해 외부양호도 Qex와 결합계수 k를 유도하였고 이를 전달함수 해석으로부터 얻은 결합행렬의 이론값과 비교하여 공진기와 공진기 간의 거리를 함수로 표현하였으며, 타원함수 특성을 갖는데 필요한 비인접 공진기 결합시의 전기적 길이를 실험적으로 구하여 통과대역에 인접한 주파수대에서 높은 선택도를 만족하도록 설계, 제작하였다.
  • 설계 사양상의 삽입손실을 만족시키기 위해서 비유전율 38의 유전체 공진기를 이용하였으며 자계벽 방법에 의한 세분화된 필드영역 구분을 사용하여 차폐된 상태에서 유전체 공진기의 필드 분포를 해석하였다. 유전체 공진기 간의 결합을 해석하기 위해서 자기 축적 에너지와 마그네틱 다이폴 모멘트의 계산을 통해 외부양호도 Qex와 결합계수 k를 유도하였고 이를 전달함수 해석으로부터 얻은 결합행렬의 이론값과 비교하여 공진기와 공진기 간의 거리를 함수로 표현하였으며, 타원함수 특성을 갖는데 필요한 비인접 공진기 결합시의 전기적 길이를 실험적으로 구하여 통과대역에 인접한 주파수대에서 높은 선택도를 만족하도록 설계, 제작하였다.
  • 모든 결합은 유전체 공진기 간의 거리로 나타냈으나 비인접 공진기 결합은 probe의 길이로 구현하였다. 이 때 probe는 공진 파장의 짝수와 홀수 배로 길이를 변화시켜 실험하였다. 그 결과 타원함수 응답을 보인 probe 의 길이는 λ0의 배수인 n×λ0와 1/4×λ0(n=1,2,3…)인 것으로 나타났다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
유전체 공진기를 사용하는 필터 또는 발진기에서 양호도는 어떤 요소로 나눌 수 있는가? 양호도(quality factor)는 공진 시스템 특히 필터의 삽입손실에 관계된 가장 중요한 부분이다. 유전체 공진기를 사용하는 필터 또는 발진기(oscillator)에서 양호도는 각각 부하 양호도(loaded quality factor : QL), 무부하 양호도(unloaded quality factor : QU), 외부 양호도 (external quality factor : Qex)의 세 가지 요소로 나눌 수 있으며 상호간에 다음과 같은 관계를 가진다.
유전체 공진기를 이용해 필터를 제작했을 때 어떤 특징이 있는가? 유전체 공진기를 이용하여 필터를 제작하는 경우에는 유전체 공진기의 특성상 동일한 주파수에서 도파관을 이용하는 공동 공진기(metal air cavity resonator) 필터보다 크기를 소형화시킬 수 있으며 열에 민감하게 반응하는 combline 필터에 비해서 뛰어난 온도 안정성으로 대전력에도 견딜 수 있다.[1] 본 논문에서는 이러한 유전체 공진기의 원리를 바탕으로 비유전율(εr ) 38을 갖는 유전체 공진기를 사용하여 2.
유전체 공진기에서 금속 하우징의 크기가 어떻게 되어야 하는가? 이 때 금속 하우징의 크기는 곧 유전체 공진기 필터의 전체 크기가 된다. 따라서 소형경량을 요구하는 마이크로웨이브 시스템에서 하우징의 크기는 작을수록 좋다. 그러나 금속 하우징이 유 전체 공진기에 근접할수록 하우징에 의한 도전 손실 (conductor loss)이 커지므로 증가하는 도전손실을 막고 그에 따른 Q의 저하를 고려하여 유전체 공진기는 금속 하우징과 적당한 거리에 있어야 한다.
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참고문헌 (5)

  1. D.Kajfez and P.Guillon, "Dielectric resonator", Dedham, Artec House, 1998. 

  2. S.B.Cohn, "Direct-coupled-resonator filters", IRE Proceedings, pp. 187-196, February 1957. 

  3. Robert E. Collin, "Field Theory of Guided Waves", IEEE Press, 1991. 

  4. J.K.Plourde and C.L.Ren, "Application of dielectric resonators in microwave components", IEEE Trans. Microwave Theory and Tech, vol. MTT-29, no. 8, pp. 754-770, August 1981. 

  5. H J Jeon, C S Kang, "The Design of Ku-Band Cavity BPF" Journal of Institute of Electonics and Engineers Vol. 42, NO. 4, Dec 2005, pp. 69-76. 

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