KR19980067593A - 초고주파용 저역통과 여파기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 낮은 임피던스의 마이크로 스트립 선로와 높은 임피던스의 서스펜디드 섭스트레이트 선로를 교번하여 직렬로 연결하는 제작 과정이 간단하고도 여파기의 성능이 우수한 초고주파용 저역통과 여파기에 관한 것으로, 메탈 하우징(30) 내의 중간에 유전체 기판(33)이 형성되고, 상기 유전체 기판(33) 상부에는 임피던스가 낮은 마이크로 스트립 선로(31)와 임피던스가 높은 서스펜디드 섭스트레이트 선로(32)가 교대로 직렬 연결되게 형성되며, 상기 유전체 기판(33) 하부에는 상기 마이크로 스트립 선로(31)에 해당하는 부분에 걸쳐 그라운드 컨덕터(34)가 형성되어, 종래의 저 삽입손실이 필요한 분야에 사용되었던 도파관형 저역통과 여파기보다 부피와 무게가 작을 뿐만 아니라 여파기의 특성 또한 더욱 우수함에 따라 지상 이동통신, 고정통신 및 위성통신 분야에서 광범위하게 사용되는 효과가 있다.

Description

초고주파용 저역통과 여파기

본 발명은 낮은 임피던스의 마이크로 스트립 선로(Micro Strip Line)와 높은 임피던스의 서스펜디드 섭스트레이트 선로(Suspended Substrate Line)를 교번하여 직렬로 연결하는 제작 과정이 간단하고도 여파기의 성능이 우수한 초고주파용 저역 통과 여파기에 관한 것이다.

일반적으로 초고주파용 저역통과 여파기는 지상 이동통신, 고정통신 및 위성통신 등의 무선통신 시스템에서 필수적으로 사용되는 것으로서, 보통 1~2GHz 이하의 저주파 대역에서는 집중회로 소자(Lumped elememt)를 사용하여 여파기를 제작하게 된다.

그러나, 사용되는 주파수가 높아지면 집중회로 소자의 크기가 신호의 파장에 비해 충분히 작지 않게 되므로 집중회로 소자를 더 이상 사용할 수 없게 되고, 대신 전송선로 이론에 바탕을 둔 분포정수 회로소자를 사용하여 여파기를 제작하게 된다.

이러한 분포정수 회로소자를 사용한 저역통과 여파기는 구현하는 매체에 따라 도파관(waveguide)형, 평면회로(planar circuit)형 등으로 분류할 수 있고, 구현하는 방법에 따라서도 계단형 임피던스 형태와 개방 스터브를 이용하는 형태로 분류할 수 있으며, 상기 계단형 임피던스 형태의 저역통과 여파기에 사용되는 평면현 전송선로에는 스트립라인, 마이크로스트립, 슬롯라인 및 코플래너 도파관 등이 있다.

종래에는 상기와 같은 스트립라인, 마이크로스트립, 슬롯라인 및 코플래너 도파관 중 하나의 선로만을 이용하여 초고주파용 저역통과 여파기를 구현하게 되는데, 즉 하나의 전송선로가 구현할 수 있는 최대 임피던스와 최소 임피던스를 직렬로 연결하여 구현하게 된다.

상기와 같은 선로들이 각각 구현할 수 있는 임피던스의 범위가 제한되게 되는데, 예를 들면 마이크로 스트립 선로는 대략 20Ω~150Ω이고, 서스펜디드 섭스트레이트 선로는 35Ω~250Ω 정도의 범위를 갖는다.

한편, 초고주파용 저역통과 여파기는 높은 임피던스와 낮은 임피던스의 차이가 크면 클수록 더욱 우수한 성능을 나타내는 특성이 있다.

따라서, 종래의 초고주파용 저역통과 여파기는 하나의 전송선로만을 사용하여 구현하였기 때문에 저지대역의 삽입 손실이 잘 나와야 -80dB 정도였다.

또한, 마이크로 스트립 선로가 도파관이나 서스펜디드 섭스트레이트 선로보다 손실이 많은 선로이기 때문에, 마이크로 스트립 선로만으로 저역통과 여파기를 구현할 경우 그 통과 대역의 삽입 손실 역시 도파관이나 서스펜디드 섭스트레이트 선로로만 구현한 저역통과 여파기보다 좋지 않았다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 높은 임피던스 선로와 낮은 임피던스 선로간 임피던스의 격차가 크면 클수록 저역통과 여파기의 통과대역 및 저지대역의 특성이 향상된다는 점에 착안하여, 낮은 임피던스 특성을 보이는 마이크로 스트립 선로와 높은 임피던스 특성을 보이는 서스펜디드 섭스트레이트 선로를 동시에 사용하여 이를 다단으로 형성함으로써 임피던스 범위를 넓혀 -100dB 이하의 저지대역 삽입 손실을 구현할 수 있고, 통과 대역의 삽입 손실보다 우수한 성능으로 향상시킬 수 있도록 한 초고주파용 저역통과 여파기를 제공하는데에 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 초고주파용 저역통과 여파기는 낮은 임피던스는 마이크로 스트립 선로로, 높은 임피던스는 서스펜디드 섭스트레이트 선로로 각각 구현함을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 의한 초고주파용 저역통과 여파기의 개략 구성도.

도 2 (가)는 본 발명에 의한 마이크로 스트립 선로의 단면도이고, (나)는 본 발명에 의한 서스펜디드 섭스트레이트 선로의 단면도.

도 3은 본 발명에 의한 초고주파용 저역통과 여파기의 내부 사시도.

도 4는 본 발명에 의한 초고주파용 저역통과 여파기의 특성 그래프.

도 5는 본 발명에 의한 초고주파용 저역통과 여파기의 통과대역내의 삽입 손실을 나타낸 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10, 31 : 마이크로 스트립 선로

20, 32 : 서스펜디드 섭스트레이트 선로

11, 21 : 공극부12, 22 : 도체 스트립

13, 23, 33 : 유전체 기판14, 34 : 그라운드 컨덕터

30 : 메탈 하우징

도 1은 본 발명에 의한 초고주파용 저역통과 여파기의 개략 구성도로서, 낮은 임피던스의 마이크로 스트립 선로(10)와 높은 임피던스의 서스펜디드 섭스트레이트 선로(20)가 교번하여 직렬로 연결되어 있다.

도 2 (가)는 본 발명에 의한 마이크로 스트립 선로(10)의 단면도이고, (나)는 본 발명에 의한 서스펜디드 섭스트레이트 선로(20)의 단면도로서, 마이크로 스트립 선로(10)는 메탈 하우징(30)내에 유전체 기판(13)을 매개로 하여 2개의 공극부(11)가 형성되고, 상기 유전체 기판(13) 상부 중앙에 일정 길이의 도체 스트립(12)이 형성되며, 상기 유전체 기판(13) 하부에는 접지 기능을 수행하는 그라운드 컨덕터(14)가 형성된다.

이러한 마이크로 스트립 선로(10)는 유전체 기판(13)의 높이, 유전체의 비유전율, 도체 스트립(12)의 폭 등에 따라 선로의 특성 임피던스가 결정된다.

그리고 서스펜디드 섭스트레이트 선로(20)는 상기 마이크로 스트립 선로(10)의 구조와 마찬가지로, 공극부(21), 도체 스트립(22), 유전체 기판(23)으로 구성되며, 상기 마이크로 스트립 선로와는 상기 유전체 기판(23) 하부에 그라운드 컨덕터가 형성되지 않은 점이 서로 다르다.

상기 서스펜디드 섭스트레이트 선로(20)는 마이크로 스트립 선로(10)보다 Q값이 좋고, 특성 임피던스 범위도 높으며, 전반적으로 임피던스가 마이크로 스트립 선로(10)보다 높다.

도 3은 본 발명에 의한 마이크로 스트립 선로와 서스펜디드 섭스트레이트 선로로 이루어진 초고주파용 저역통과 여파기의 내부 사시도로서, 메탈 하우징(30)내의 중간에 유전체 기판(33)이 형성되고, 상기 유전체 기판(33) 상부에는 마이크로 스트립 선로(31)와 서스펜디드 섭스트레이트 선로(32)가 교대로 직렬 연결되게 형성되어 있다.

이때, 상기 마이크로 스트립 선로(31)와 서스펜디드 섭스트레이트 선로(32)는 서로 직교되게 구성된다.

그리고, 상기 유전체 기판(33) 하부에는 상기 마이크로 스트립 선로(31)에 해당하는 부분에 걸쳐 그라운드 컨덕터(34)가 형성되어 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 초고주파용 저역통과 여파기는 물리적으로 구현 가능한 최소 임피던스와 최대 임피던스를 결정한 후에 각각의 마이크로 스트립 선로(31) 및 서스펜디드 섭스트레이트 선로(32) 전송선로의 길이와 폭을 결정한다.

그리고 나서, 마이크로 스트립 선로(31)와 서스펜디드 섭스트레이트 선로(32)간 변환되는 부분에서 발생하는 심한 불연속을 전자기적으로 해석하여 등가회로를 추출한다.

상기 추출된 등가회로를 본 발명의 초고주파용 저역통과 여파기의 설계에 반영시켜 기생효과를 고려하여 여파기의 설계치를 수정하고 최적화 과정을 거침으로써 기생성분으로 작용하여 회로 전반에 걸쳐 특성을 변화시키는 불연속을 제거한다.

즉, 상기와 같은 구조의 초고주파용 저역통과 여파기를 설계하기 위해서는 먼저 마이크로 스트립 선로에서 서스펜디드 섭스트레이트 선로로 또는 그 반대로 전환되는 부분의 심한 불연속을 전자기적으로 해석하여 그 부분의 산란계수를 구하고, 다시 산란계수를 이용하여 불연속의 등가회로를 추출하여 이를 초고주파용 저역통과 여파기의 설계에 사용하게 되는 것이다.

상기와 같은 구조의 마이크로 스트립 선로(31)는 전반적으로 낮은 쪽에서 임피던스 범위가 형성되어 저역통과 여파기의 병렬 캐패시터 역할을 수행하며, 서스펜디드 섭스트레이트 선로(32)는 높은 쪽에서 임피던스 범위가 형성되거 저역통과 여파기의 직렬 인덕터 역할을 수행함으로써 선로의 길이와 폭에 따라 구현되는 캐패시턴스 값과 인덕턴스 값이 결정되게 된다.

따라서, 본 발명에서는 초고주파용 저역통과 여파기의 낮은 임피던스는 마이크로 스트립 선로로, 높은 임피던스는 서스펜디드 섭스트레이트 선로로 구현함으로써 차단 주파수 근처에서 최대 응답을 얻도록 하고 있으며, 여파기의 임피던스 범위를 넓혀 여파기의 성능을 개선시키도록 하고 있다.

도 4는 본 발명에 의한 초고주파용 저역통과 여파기의 특성을 나타낸 도면으로서, 이는 모의 실험 결과에 의한 것으로, 초고주파용 저역통과 여파기의 차단주파수가 4GHz인 경우 통과대역에서의 삽입손실은 -0.1dB 이상, 반사손실은 -30dB 이하, 저지대역에서는 -100dB 이하의 삽입 손실을 얻게 됨을 알 수 있다.

보다 상세히 살펴보면, 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 초고주파용 저역통과 여파기의 통과대역에서의 삽입 손실은 -0.1dB 이하임을 확인할 수 있다.

이상, 상기 설명에서와 같이 본 발명의 초고주파용 저역통과 여파기는 종래의 저 삽입손실이 필요한 분야에 사용되었던 도파관형 저역통과 여파기보다 부피와 무게가 작을 뿐만 아니라 여파기의 특성 또한 더욱 우수함에 따라 지상 이동통신, 고정통신 및 위성통신 분야에서 광범위하게 사용되는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 메탈 하우징(30) 내의 중간에 유전체 기판(33)이 형성되고, 상기 유전체 기판(33) 상부에는 임피던스가 낮은 마이크로 스트립 선로(31)와 임피던스가 높은 서스펜디드 섭스트레이트 선로(32)가 교대로 직렬 연결되게 형성되며, 상기 유전체 기판(33) 하부에는 상기 마이크로 스트립 선로(31)에 해당하는 부분에 걸쳐 그라운드 컨덕터(34)가 형성됨을 특징으로 하는 초고주파용 저역통과 여파기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 마이크로 스트립 선로(31)와 서스펜디드 섭스트레이트 선로(32)가 서로 직교됨을 특징으로 하는 초고주파용 저역통과 여파기.