KR20060048273A - Ｆｉｎｌｉｎｅ 타입의 마이크로파 대역통과 필터 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 도파로(203)의 E 평면에 놓여 있는 절연 기판(204)을 구비하는 도파로(203)를 포함하며 상기 도파로의 표면 중 적어도 한 표면 위에 상기 도파로의 내부 표면에 전기적으로 연결된 전도성 삽입물(205)을 포함하며, 상기 도파로의 내부 표면은 상기 기판을 지지하며 상기 기판 상의 크기와 위치에 의해 체비세프(Chebyshev) 타입의 필터 응답 곡선을 결정하는, FINLINE 타입의 마이크로파 대역통과 필터에 관한 것이다. 본 필터는 상기 기판에 수직한 단락 회로 내에 적어도 하나의 공동(cavity)(207)을 포함하며, 상기 공동의 위치와 크기는 상기 필터 응답 곡선 상의 송신율 제로(0) 부근에 위치된 주파수를 감쇠시키기 위해 상기 필터 응답 곡선 상의 송신율 제로(0)를 결정한다. 이러한 필터는 Ka 대역에서 동작하는 송신 단말에 특히 사용된다.

Description

ＦＩＮＬＩＮＥ 타입의 마이크로파 대역통과 필터{FINLINE TYPE MICROWAVE BAND-PASS FILTER}

도 1은 종래 기술에 따른 FINLINE 타입의 E 평면 대역통과 필터의 개략적으로 사시도를 도시하는 도면.

도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 FINLINE 타입의 E 평면 대역통과 필터의 분해 사시도를 도시하는 도면.

도 3은 도 2의 필터의 평면 XZ를 따라 본 도면.

도 4는 도 2의 필터에 사용된 절연 기판을 위에서 본 평면도.

도 5a는 도 2의 필터에 대한 반사 및 송신 곡선을 나타내는 도면.

도 5b는 제거될 주파수에서 공동의 역할을 보여주는 도 2의 것과 동일한 사시도를 도시하는 도면.

도 6은 표준 제 3 차 FINLINE 타입의 E 평면 대역통과 필터에 대한 반사 및 송신 곡선을 도시하는 도면.

도 7은 본 발명에 따른 FINLINE 타입의 E 평면 대역통과 필터의 제 2 실시예의 사시도를 도시하는 도면.

도 8은 도 7의 필터에 사용된 절연 기판을 위에서 본 평면도.

도 9는 도 7의 필터의 반사 및 송신 곡선을 도시하는 도면.

<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>

203, 301 : 도파로 204, 304 : 절연 기판

205, 303 : 전도성 삽입물 207, 306 : 공동

본 발명은, 마이크로파 대역 통과 필터에 관한 것이며, 보다 상세하게는, 인쇄된 유전체 삽입물(printed dielectric insert)을 갖는 E 평면 도파로 기술로 만들어진 필터로서, 인쇄 회로 상에 제조된 송신 서브시스템에 삽입하기에 적합한 필터에 관한 것이다. 본 발명은 보다 상세하게는 밀리미터 영역에서 동작하며 높은 스펙트럼 순도 요구조건(spectral purity requirement)을 만족할 것을 요구하는 무선 통신 시스템에 적용된다.

Ka 대역에서 지구정지궤도 위성을 사용하여 광대역 양방향 통신을 수행하는 환경에서는, 소비자 시장을 위해 의도된 단말에, 유용한 대역, 일반적으로 29.5 내지 30GHz 외부에 위치된 의사 신호(spurious signal)를 감쇠시키기 위해 출력 필터를 사용하는 것이 필요하다. 이 필터는 보다 구체적으로 28.5GHz에 일반적으로 위치된 국부 발진기의 주파수를 제거하여야 한다. 소비자 시장 요구조건을 충족하기 위해, 이 필터는 저렴하여야 한다.

이 요구조건 하에서, 이를 위해 여러 방법에 따른 도파로 타입 기술의 사용이 알려져 있는데, 특히

- 유도성 또는 용량성 아이리스(iris)에 의해 서로 연결된 단일 또는 다중 모드 공동 필터들;

- 에버네슨트(evanescent) 모드 필터들;

- 일반적으로 FINLINE이라고 불리우는 금속 삽임물 또는 인쇄된 유전체 삽입물을 갖는 E 평면 타입 필터들

이 알려져 있다.

본 발명에서 사용되는 기본 기술은 위 마지막 경우에 관한 것이며 도 1에 예시되어 있다.

도 1에서, 직사각형 단면(section)의 마이크로파 도파로(101)는 이 도파로의 E 전파 평면에 위치된 평면 유전체 기판(102)에 의해 2개의 동일한 부분으로 분할된다. 이 기판은 낮은 손실을 제공하며 도파로의 품질 계수를 저하시키지 않기 위해 최소 두께(예를 들어, 0.2mm 미만의 두께)로 구성된다. 그러나, 이 도 1에서, 그리고 다른 도면에서, 이 기판의 두께는 판독을 용이하게 하기 위해 크게 확대되어 도시되어 있다.

이 기판(102)은 그 측면 중 적어도 하나 상에 이 도파로의 내부 표면에 전기적으로 링크된 인쇄된 전도체(103)를 포함하며, 이 도파로의 내부 표면은 기판(102)을 지지하며 이 도파로의 토폴로지(topology)는 이 필터에 요구되는 응답을 결정한다. 간단하게 하기 위해, "전도성 삽입물(conductive inserts)"이라는 용어는 도파로에 전기적으로 링크된 전도체를 기술하는데 사용된다.

이 기술의 주요 잇점은, 마이크로스트립 기술이나 부유식 마이크로스트립 기 술과 같은 다른 평면 기술과 용이하게 통합 및 인터페이싱될 수 있다는 점이다. 이것은, 필터링 동작이 송신 시스템의 메인 보드 위 인쇄 회로 내에 통합될 수 있다는 것을 의미한다.

도 1에 도시되어 있는 기술에서 가장 일반적으로 사용되는 대역통과 필터 토폴로지는 도파로의 내부 표면에 전기적으로 링크됨으로써 접지된 n+1개의 유도성 삽입물(inductive insert)을 사용하는 것이며, 여기서 n은 이 필터의 차수(order)이다. 이들 삽입물은 도파 파장(guided wavelength)의 거의 절반의 간격(interval)으로 이격되어 있으며 이론적으로 기판의 일 측면 위에 인쇄된다. 그러나, 제조 공차에 대한 필터의 응답의 민감도를 최소화하기 위해, 이 삽입물은 기판의 두 측면 위에 대략 동일하게 인쇄되는 것이 바람직하지만, 이들 삽입물은 여전히 도파로의 내부 벽에 연결된다.

이 방식으로 얻어진 대역통과 필터에 대한 응답 곡선은 체비세프 타입(Chebyshev type)으로 이루어진다.

필요한 스펙트럼 선택도(spectral selectivity)를 얻기 위해, 고차 필터가 이론적으로 사용될 수 있다. 이렇게 얻어진 필터는 큰 물리적 크기를 가지며 그 크기에 관련해 제조 에러에 매우 민감하다. 그러므로, 실제 제조하는 것이 불가능한 것은 아니라 하더라도 매우 곤란하다.

본 발명은 높은 성능 레벨과 낮은 제조 코스트를 유지하면서 특히 치수 문제를 개선하는데 사용될 수 있는 새로운 마이크로파 대역통과 필터 구조를 제안한다.

본 발명은, 도파로의 E 평면에 놓여 있는 절연 기판을 구비하는 도파로를 포함하며 상기 도파로의 표면 중 적어도 한 표면 위에 상기 도파로의 내부 표면에 전기적으로 연결된 전도성 삽입물을 포함하며, 상기 도파로의 내부 표면은 상기 기판을 지지하며 상기 기판 상의 크기와 위치에 의해 체비세프(Chebyshev) 타입의 필터 응답 곡선을 결정하는, FINLINE 타입의 마이크로파 대역통과 필터에 있어서, 상기 기판에 수직한 단락 회로 내에 적어도 하나의 공동(cavity)을 포함하며, 상기 공동의 위치와 크기는 상기 필터 응답 곡선 상의 송신율 제로(0) 부근에 위치된 주파수를 감쇠시키기 위해 상기 필터 응답 곡선 상의 송신율 제로(0)를 결정하는 것을 특징으로 하는, FINLINE 타입의 마이크로파 대역통과 필터에 관한 것이다.

"송신율 제로(zero of transmission)"라는 용어는 필터 응답 곡선에서 주어진 주파수에 대해 얻어진 완전한 감쇠를 의미하는데 사용된다.

바람직하게는, 동일하거나 다른 형상일 수 있는 2개의 공동 중 하나의 공동은 필터의 입력에 제공되며 다른 하나의 공동은 필터의 출력에 제공된다. 각 공동의 길이는 주어진 주파수에서 연산된 도파 파장(λg/2)의 절반이며, 이 도파 파장은 도파로의 단면에 따라 좌우된다.

일 변형 실시예에 따라, 공동의 공진 주파수를 요구되는 주파수로 조정하는 수단을 구비하는 하나의 공동이 필터의 입력에 제공된다. 이 공진 주파수를 조정하는 수단은 예를 들어 조정 나사(screw)이다.

본 발명의 다른 특성에 따라, 이 필터는 유도성 루프(inductive loop)(단순히 링크된 라인)에 의해 마이크로스트립 기술의 처리 회로에 연결된다. 마이크로스 트립 기술의 회로는, 전도성 삽입물을 수용하는 것과 동일한 절연 기판 상에, 임피던스 매칭 라인이나 1/4 파장 라인과 50옴(Ω)의 특성 임피던스 라인을 포함한다.

필터의 전체 길이를 저감시키기 위한 본 발명의 또 다른 특성에 따라, 단락 회로 내 공동은 유도성 루프에 수직하게 배치된다.

본 발명의 다른 특성과 잇점은, 첨부된 도면을 참조하여 제공된, 여러 실시예들에 대한 상세한 설명을 판독함으로써 분명해 질 것이다.

설명을 간략하게 하기 위해, 본 도면에서, 동일한 요소에는 동일한 참조 부호가 주어진다.

본 발명에 따른 FINLINE 타입의 E 평면 대역 통과 필터의 제 1 실시예가 도 2 내지 도 6을 참조하여 먼저 설명된다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 필터(200)는, 모두 금속으로 만들어진, 베이스(201)와 커버(202)를 포함한다. 직사각형 도파로(203)는 이 베이스 내에 그리고 이 커버 내에 주조되었다(cast). 보다 구체적으로, 도 2 및 도 3에 명확히 도시된 바와 같이, 도파로의 불완전한 절반(203a)은 이 베이스에서 주조되는 반면, 다른 불완전한 절반(203b)은 커버에서 주조된다. 알려진 방식으로, 이 도파로에는, 이 도파로의 E 평면에서 즉 도 2의 평면 XZ에서 길이 방향으로 놓여 있는 얇은 유전체 기판(204)이 제공된다. 이 기판의 상부 면은 4개의 삽입물(insert)(205)을 가지고 있다. 이들 삽입물(205)은 비교적 넓은 직사각형 금속화에 의해 형성된 유도성 삽입물(inductive insert)이며 도파 파장의 거의 절반의 거리 만큼 서로 이격되어 있다. 이 필터의 응답이 제조 공차에 대해 덜 민감하도록 하기 위해, 이 삽입물은 이 기판의 양측면 위에 인쇄될 수 있다. 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 2개의 금속화된 스트립(206)은 기판의 양측면의 길이 방향의 에지 위에 인쇄된다. 이 스트립(206)은 금속화된 홀(미도시)을 포함하며, 이 금속화된 홀은 도파로의 두 부분(203a, 203b) 사이에 완전한 접지 연결을 제공하는데 사용된다. 전술된 구조는 체비세프 타입의 대역통과 필터링 동작을 얻는데 사용될 수 있다. 이 삽입물의 크기와 위치는 요구되는 응답 곡선을 얻기 위해 알려진 방식으로 결정된다. 이 특정 경우에, 4개의 삽입물이 존재하기 때문에, 이 필터는 차수 3이다.

또한 본 발명에 따라, 단락 회로(short circuit) 내에 2개의 공동(207)이 기판(204)에 수직하도록 커버(202) 내에 주조된다. 각 공동(207)의 길이는 주어진 주파수(Fz)에서 연산된 도파 파장(λg/2)의 절반이며, 이 도파 파장은 이 도파로의 단면에 따라 좌우된다. 이들 공동은 제거될 주파수(Fz) 부근에서의 송신율을 각각 제로(0)로 만든다. 각 공동은 도파로의 주축(main axis)에서의 주파수(Fz1, Fz2)에서 각각 단락 회로를 제공하며, 이로 인해, 도 5b에 도시된 바와 같이, 신호의 전달을 거의 완전히 차단하며, 이 도 5b는 입력 공동에 대응하는 주파수(Fz1)에서 필터 내에 전계의 등-진폭(iso-amplitude)을 나타낸다. 출력에 제공된 제 2 공동은, 도 5a의 곡선(401')에서 볼 수 있는 바와 같이, 주파수(Fz1)에 매우 근접한 주파수(Fz2) 부근에서 송신율을 제로(0)로 만든다. 2개의 공동의 사용은 제조 공차로 인한 필터 응답 내 임의의 드리프트(drift)를 상쇄(offset)시키기 위해 요구되는 주파수 부근에 꽤 넓은 제거 대역을 제공한다. 그러나, 또한 하나의 입력 공동을 갖 는 필터를 고려하는 것도 가능하며, 이때 이 공동에는 조정 나사(screw)와 같은 주파수(Fz)를 조정하는 수단이 제공된다.

나아가, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 도파로와 마이크로스트립 기술 회로 사이의 전이부(transition)는 동일한 기판(204) 위에 제조된다. 보다 구체적으로, 이 전이부는 도파로의 기본 모드를 여기(excite)시키는 유도성 루프(inductive loop)(210)를 포함한다. 이 루프는 기판(204)의 일단에 마이크로스트립 기술을 사용하여 제조된 임피던스 매칭 라인(211)에 링크되며, 이 기판의 하부측은 금속화되며 및/또는 접지 면을 형성하기 위해 금속 베이스(201)와 접촉한다. 이 커버에는 도파로의 상부 불완전한 절반(203b)을 따라 연장하는 리세스(recess)(209)가 제공된다. 임피던스 매칭 라인(211)은 마이크로스트립 기술을 사용하여 또한 제조된 50옴(Ω)의 특성 임피던스(212)의 라인에 의해 연장된다. 이 전이부는 이들 도면에 도시된 바와 같이 도파로의 두 단부에서 이루어진다.

도 2에 도시된 필터는, 저렴한 RO4003 타입의 유전체 기판 0.2㎜의 두께를 구비하며 3.556 x 7.112 ㎟의 단면을 갖는 WR28 타입의 표준 도파로로 구현된 특정 실시예에 대응한다.

이 필터는 4개의 전도성 삽입물을 갖는 차수 3이며, 이들 삽입물은 Ka 타입의 단말, 즉 29.5 내지 30.0GHz의 것에 순응하는 통과대역을 얻기 위해 연산되었다. 이 타입의 필터는 HFSS/ANSOFT 3D 전자기 시뮬레이터를 사용하여 시뮬레이팅되었다. 본 발명에 따른 필터이지만 2개의 마이크로스트립/도파로 전이부를 구비하지 않는 필터의 경우에 그리고 종래의 FINLINE 필터의 경우에 있어서 시뮬레이션 결과 가 도 5a 및 도 6에 각각 제공되어 있다. 따라서 전도성 삽입물만을 갖는 필터의 응답 곡선은 단지 체비세프 타입이며 도 6에서 곡선 401로 도시되어 있다. 이 곡선은, 본 발명의 일 실시예에 따른 단락 회로 내에 2개의 공동이 제공된 필터의 경우에는 도 5a의 곡선(401')으로 도시된 바와 같이, 약 28.50GHz 부근에서 감쇠 제로(0)를 나타낸다. 추가된 각 공동은 필터의 포트 임피던스를 수정하며 이 때문에 이 포트 임피던스와 매칭하지 못한다. 이것은 삽입물의 치수 재조정에 의해 정정된다.

곡선(402, 402')은, 매우 낮고 50옴(Ω)의 필터 임피던스와 우수한 매칭을 나타내는 반사 손실을 나타낸다.

따라서, 도 5의 곡선에 의해 주어지는 결과에 기초하여, FINLINE 타입의 E 평면 대역통과 필터는 다음과 같은 성능 레벨을 제공한다 :

삽입 손실 : 약 0.8㏈

매칭 > 25㏈

28.55GHz에서의 주파수 감쇠 > 45㏈

이미지 대역 감쇠 > 40㏈.

본 발명의 다른 실시예가 도 7 내지 도 9를 참조하여 이제 설명된다. 이 경우에, 필터(300)는 2개의 절반 부분(301a, 301b)으로 형성된 직사각형 도파로(301)를 포함한다. 2개의 절반부분 사이에는 4개의 삽입물(303)이 금속화되어 있는 얇은 절연 기판(304)이 장착되며, 이 삽입물의 수와 폭은 이 필터의 특성을 결정한다. 이 기판은 필터의 전파 E 평면에 위치된다. 본 발명의 일 측면에 따라, 이 기판은 제 1 실시예에 대한 마이크로스트립 기술 전력 공급 라인을 수용하는 부분(302)에 의해 도파로 부분 외부로 연장된다. 따라서 전이부(302)는 임피던스 매칭 라인과 마이크로스트립 기술의 50옴(Ω) 라인이 후속하는 유도성 루프(305)를 포함한다. 이 실시예에서, 단락 회로(306) 내 공동은 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 유도성 루프(305) 위에 직접 제공된다. 이 특정 위치는 필터를 더 콤팩트하게 하는데 사용될 수 있다. 이 실시예는 전술된 바와 같이 시뮬레이팅되었다. 그 결과 곡선(501)이 주파수 28.50GHz에 대해 감쇠 제로 > 50㏈를 보여주는 도 9의 곡선이 얻어졌다. 다른 곡선(502)은 반사 손실을 나타내며 필터의 우수한 임피던스 매칭을 설명한다.

본 발명은 구체적으로 전술된 것이 아닌 FINLINE 타입의 마이크로파 대역통과 필터의 타입에도 적용될 수 있다.

이 기술 분야에 숙련된 자라면 본 발명에 따른 FINLINE 타입의 E 평면 대역통과 필터가 다수의 잇점을 제공한다는 것을 명백히 알 수 있을 것이다. 특히, 본 발명은 종래의 FINLINE 필터보다 더 콤팩트하며 제조 공차에 대해 덜 민감하며, 유기 기판 기술 위에 인쇄 회로와 양립가능하므로, 종래의 필터보다 훨씬 더 낮은 삽입 손실을 제공하며 훨씬 더 낮은 코스트로 얻어질 수 있다.

본 발명에 따른 필터는 특히 단말에 의해 방사될 필요가 없는 송신 대역에 잔류하는 성분을 제거하기 위해 특히 유저 단말의 송신 실외 유닛(ODU)에 통합될 수 있다. 이 경우에, 이 실외 유닛은, 하나의 입력에서 RF 신호, 즉 실내 유닛으로부터 오는 Ka 대역에서 동작하기 위한 0.95 내지 1.45 GHz의 신호를 수신하며, 다른 입력에서 KU 대역에 동작하는 국부 발진기로부터 오는 신호를 수신하여, 그 출 력을 전술된 바와 같은 FINLINE 타입의 대역통과 필터로 송신하는 적어도 하나의 저조파 믹서를 포함한다.

이 기술 분야에 숙련된 자라면 본 발명의 필터가 전술된 유저 단말 이외의 시스템에도 또한 사용될 수 있다는 것을 명백히 알 수 있을 것이다.

전술된 바와 같이, 본 발명은 높은 성능 레벨과 낮은 제조 코스트를 유지하면서 특히 치수 문제를 개선하는데 사용될 수 있는 새로운 마이크로파 대역통과 필터 구조를 제안할 수 있는 등의 효과를 제공한다.

Claims (9)

1. 도파로(203, 301)의 E 평면에 놓여 있는 절연 기판(204, 304)을 구비하는 도파로(203, 301)를 포함하며 상기 도파로의 측면 중 적어도 한 측면 위에 상기 도파로의 내부 표면에 전기적으로 연결된 전도성 삽입물(205, 303)을 포함하며, 상기 도파로의 내부 표면은 상기 기판을 지지하며 상기 기판 상의 크기와 위치에 의해 체비세프(Chebyshev) 타입의 필터 응답 곡선을 결정하는, FINLINE 타입의 마이크로파 대역통과 필터에 있어서,

   상기 기판에 수직한 단락 회로 내에 적어도 하나의 공동(cavity)(207, 306)을 포함하며, 상기 공동의 위치와 크기는 상기 필터 응답 곡선 상의 송신율 제로(0) 부근에 위치된 주파수를 감쇠시키기 위해 상기 필터 응답 곡선 상의 송신율 제로(0)를 결정하는 것을 특징으로 하는, FINLINE 타입의 마이크로파 대역통과 필터.
2. 제 1 항에 있어서, 동일하거나 다른 형상을 갖는 2개의 공동을 포함하는 것을 특징으로 하는, FINLINE 타입의 마이크로파 대역통과 필터.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 2개의 공동 중 하나의 공동은 상기 필터의 입력에 그리고 다른 하나의 공동은 상기 필터의 출력에 제공되는 것을 특징으로 하는, FINLINE 타입의 마이크로파 대역통과 필터.
4. 제 1 항에 있어서, 주파수 조정 수단이 제공된 공동을 포함하며, 상기 공동은 상기 필터의 입력에 제공되는 것을 특징으로 하는, FINLINE 타입의 마이크로파 대역통과 필터.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공동의 길이는 송신 주파수 제로(0)에서 연산된 도파 파장(guided wavelength)의 절반인 것을 특징으로 하는, FINLINE 타입의 마이크로파 대역통과 필터.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 필터를 상기 입력과 입력에서 처리 회로에 연결하는 것은 유도성 루프(inductive loop)에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는, FINLINE 타입의 마이크로파 대역통과 필터.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 처리 회로는, 마이크로스트립 기술로 제조되며, 상기 삽입물을 수용하는 것과 동일한 기판 위에, 임피던스 매칭 라인과 50옴(Ω)의 특성 임피던스 라인을 포함하는 것을 특징으로 하는, FINLINE 타입의 마이크로파 대역통과 필터.
8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 공동(306)은 유도성 루프에 수직하게 배치되는 것을 특징으로 하는, FINLINE 타입의 마이크로파 대역통과 필터.
9. 적어도 하나의 저조파 믹서(subharmonic mixer)와 정해진 주파수(OL)에서 동작하는 국부 발진기를 포함하며, 상기 믹서는 제 1 입력에서 송신될 신호를 수신하며 제 2 입력에서 상기 국부 발진기로부터 오는 신호를 수신하는, 송신 단말을 위한 실외 유닛에 있어서,

   상기 믹서의 출력은 상기 주파수(2OL)를 감쇠시키기 위해 청구항 1 내지 청구항 8에 따른 대역통과 필터에 연결된 것을 특징으로 하는, 송신 단말을 위한 실외 유닛.

Images