[논문]밀리미터파 대역에서 액정 폴리머(Liquid Crystal Polymer) 기판을 이용한 대역통과필터 비교

오연정; 이재영; 최세환

doi:10.6117/kmeps.2021.28.2.039

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본 논문에서는 밀리미터파 대역에서 헤어핀 타입과 인터디지털 타입 두 종류의 대역통과필터(BPF)를 LCP(Liquid Crystal Polymer)와 PTFE(Polytetrafluoroethylene) 두 종류의 기판을 이용하여 설계 하고 성능을 비교하였다. 제안된 BPF의 통과 대역은 26.5 GHz~27.3 GHz 대역이며, 필터의 차수는 3차로 선택하였다. 제안된 BPF의 성능 비교는 기판 종류와 타입에 따른 대역폭(Bandwidth)과 통과 대역 내 삽입손실(Insertion Loss)과 평탄도(in-band Flatness) 등을 비교하였다. S21이 -3 dB가 되는 대역폭을 비교하였을 때 제안된 4 개의 BPF 중 PTFE 기판에 설계된 인터디지털 타입이 7.8 GHz로 가장 넓게 설계되었으며, LCP 기판에 설계된 헤어핀 타입 BPF가 4.2 GHz로 가장 협소한 대역폭을 가지는 것으로 나타났다. 통과 대역 내 삽입손실은 PTFE 기판에 설계된 헤어핀 타입 BPF가 -0.667 dB 이상으로 가장 우수하고 LCP 기판에 설계된 헤어핀 타입 BPF가 -0.937 dB 이상으로 가장 낮았으나, 0.27 dB의 근소한 차이임을 확인했다. 통과 대역 내 평탄도의 경우 PTFE 기판에 설계된 인터디지털 타입 BPF가 0.017 dB로 가장 우수하였고, LCP 기판에 제작된 헤어핀 타입이 0.07 dB로 가장 낮았으나 0.053 dB의 근소한 차이였다. 따라서, 밀리미터파 대역에서 LCP 기판을 이용한 대역통과 필터는 PTFE 기판을 이용한 대역통과필터와 비슷한 성능을 도출할 수 있을 것으로 사료된다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, two types of BPF(Band Pass Filter) which are hair-pin and interdigital have been designed for millimeter-wave application using two types of material which are LCP(Liquid Crystal Polymer) and PTFE(Polytetrafluoroethylene) and also, their performances such as bandwidth, insertion loss,...

In this paper, two types of BPF(Band Pass Filter) which are hair-pin and interdigital have been designed for millimeter-wave application using two types of material which are LCP(Liquid Crystal Polymer) and PTFE(Polytetrafluoroethylene) and also, their performances such as bandwidth, insertion loss, and in-band flatness are compared. The proposed BPF are designed as third-order filters, and their pass band is from 26.5 GHz to 27.3 GHz. Interdigital BPF using PTFE substrate has most wide -3 dB S21 bandwidth of 7.8 GHz and hair-pin BPF using LCP substrate has most narrow -3 dB S21 bandwidth among the proposed four BPF. For in-band insertion loss, hair-pin BPF using PTFE substrate achieves low insertion loss better than -0.667 dB, and hair-pin BPF using LCP substrate exhibits relatively high insertion loss among the proposed four BPF better than -0.937 dB. However, the maximum difference in insertion loss performance among the proposed four BPF is 0.27 dB, which is too small to negligible. For in-band flatness, interdigital BPF using PTFE substrate shows greatest performance of 0.017 dB, and hair-pin BPF using LCP substrate exhibits the lowest performance of 0.07 dB. There are tiny difference in in-band flatness performance of 0.053 dB. As a results, it is considered that the BPF using LCP substrate can derive the performances similar to that of the BPF using PTFE substrate in Millimeter-wave band.

Keyword

표/그림 (15)

그림 Fig. 1. Structure of 4-layer LCP substrate.
그림 Fig. 2. Structure of via hole. (a) LCP substrate. (b) PTFE substrate.
그림 Fig. 3. Geometry of the proposed hair-pin BPF. (a) Using LCP substrate. (b) Using PTFE substrate.
그림 Fig. 4. Geometry of the proposed interdigital BPF. (a) Using LCP substrate. (b) Using PTFE substrate.
그림 Fig. 5. Photograph of the fabricated BPF. (a) Hair-pin BPF using LCP substrate. (b) Hair-pin BPF using PTFE substrate. (c) Interdigital BPF using LCP substrate. (d) Interdigital BPF using PTFE substrate.
표 Table 1. Design parameters of the proposed hair-pin BPF using LCP substrate [mm]
표 Table 2. Design parameters of the proposed hair-pin BPF using PTFE substrate [mm]
표 Table 3. Design parameters of the proposed interdigital BPF using LCP substrate [mm]
표 Table 4. Design parameters of the proposed interdigital BPF using PTFE substrate [mm]
그림 Fig. 6. Simulated and measured S-parameters of the proposed hair-pin BPF using LCP substrate.
그림 Fig. 7. Simulated and measured S-parameters of the proposed hair-pin BPF using PTFE substrate.
그림 Fig. 8. Simulated and measured S-parameters of the proposed interdigital BPF using LCP substrate.
그림 Fig. 9. Simulated and measured S-parameters of the proposed interdigital BPF using PTFE substrate.
표 Table 5. Dimensions of the proposed BPF using LCP and PTFE substrate [mm]
그림 Fig. 10. Simulated S-parameters of the BPF according to the measured dimension size of fabricated one. (a) Hair-pin BPF using PTFE substrate. (b) Interdigital BPF using PTFE substrate.

참고문헌 (13)

3GPP, http://www.3gpp.org
G. Shen, W. Che, W. Feng, Y. Shi and Y. Shen, "Low Insertion-Loss MMIC Bandpass Filter Using Lumped-Distributed Parameters for 5G Millimeter-Wave Application", IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology, 11(1), (2021).

상세보기
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상세보기
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N. D. Indira, K. Nalini, and H. Khan, "Design of interdigital bandpass filter", International Journal of Engineering and Advanced Technology, 2(4), (2013).
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Southwest, Southwest. Inc. May(2021) (from https://mpd.southwestmicrowave.com/

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