KR940007879B1 - 더미로드를 이용한 전압제어 대역통과필터 - Google Patents
더미로드를 이용한 전압제어 대역통과필터 Download PDFInfo
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Abstract
내용 없음.
Description
제 1 도는 종래의 회로구성 및 등가회로도.
제 2 도는 본 발명에 따른 회로도.
제 3 도는 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면.
본 발명은 VHF대역(200-400MHZ)에서 마이크로 스트립 라인을 이용한 콤라인(Comb Line)형태의 전압제어 대역통과필터에 관한 것으로, 특히 상기 마이크로 스트립 콤라인 사이의 두 라인 사이에 더미로드 형태의 마이크로 스트립 라인을 삽입하여 상기 두 라인 사이에 커플링에 의해 신호전달을 용이하도록 하는 대역통과필터에 관한 것이다.
일반적으로 VHF대역(320-400MHZ)에서 대역통과필터는 마이크로 스트립 라인을 이용한 콤라인 형태로 구성된다. 상기 콤라인을 이용한 대역통과필터(이하 "BPF"라 칭함)는 제 1 도(1A)와 같이 N개의 라인과 N개의ㅡ 캐패시터(C1-Cn)에 의하여 직렬 공진특성을 이용한다.
상기 제 1 도(1A)를 단순화시켜 입,출력 노드 1,2에서의 임피던스 관계 및 어드미턴스 관계를 나타낸 것이 제 1 도(1B),(1C)와 같으면, 임피던스 계산 및 어드미턴스 계산은 다음 ①~④식과 같다.
이에 따른 실시예는 제 1 도(1D)와 같으며, 상기 구성은 콤라인의 공진기로서, 바(Bar)(302-303)를 사용하여 커플(couple)시켜 역바이스된 바렉터 다이오드(VD1, VD2)의 캐패시턴스의 변화를 이용하게 된다.
상기 제 1 도(1D)에서의 회로동작은 입력신호가 바(302-303)로 커플되어 바(302-303)와 캐패시터(CV1, CV2)에 의해 공진되며, 제어전압단에서 인가되는 전압에 의해 바렉터 다이오드(VD1, VD2)의 캐패시턴스를 변화시켜 해당 주파수만을 바이패스시키게 된다.
상기 제 1 도(1D)에서의 전압제어 BPF의 특성을 살펴보면, 주파수 영역이 220-400MHZ이고, 제어전압 범위가 0-30V이며, 컷오프 주파수는 30dB이상(FO±10%)이고, 3dB 대역폭은 3MHZ이하이며, 삽입손실(Insertion Loss)은 10dB이하로 된다.
상기 제 1 도(1D)에서 도시했듯이 입력측이나 출력측(301,304)에 직접 연결된 코일(L1-L3)과 바(302-303) 사이에서 기구적으로 전체가 모델링된 상태에서 입력측이나 출력측에 직접 연결된 코일(L1-L3)을 조정하기 위하여 양쪽끝단에ㆍ을 형성하고, 상기 조정이 끝난 상태에서 상기 홀들도 모델링 시키게 되어 있으므로 커플링되는 커플링 포인트를 맞추기가 어려운 문제점이 있으며, 바(302-303)의 한쪽을 접지시키기 위하여 기구물에 고정시키고, 다른 한쪽은 공중에 떠있는 상태이므로 기구적으로 불안정한 상태에 있게 된다. 그리고 주파수의 평탄도(Flatness)도 좋지못하여, 삽입손실(Insertion Loss)도 4-11dB정도로 매우 큰 문제점이 있었다.
따라서 본 발명의 목적은 주파수가 220-400MHZ이므로 두 마이크로 스트립 라인 간격이 멀어 커플링시키기가 어려운 문제점들을 두 라인 사이에 더미로드 형태의 마이크로 스트립 라인을 삽입하여 두 라인 사이의 커플링을 용이하게 커플시켜 특성이 개선된 BPF를 구현하며, 기구적으로도 가볍고 크기가 작고 견고한 BPF를 구현할 수 있는 대역통과필터를 제공함에 있다.
상기 목적을 수행하기 위한 본 발명은 전압제어 대역통과필터에 있어서, 상기 제어전압을 공급하는 전압 공급수단과, 전달할 신호를 인가하는 입력수단과, 상기 전압 공급수단에 의한 인가전압의 분압에 의해 캐패시턴스가 조절되는 제 1 캐패시턴스 조절수단과, 상기 제 1 캐패시턴스 조절수단의 변화 조정된 리엑턴스값에 따라 공진하는 제 1 공진수단과, 상기 리엑턴스를 통하는 값에 따라 캐패시턴스가 변화되어 상기 조정된 리엑턴스값에 따라 공진하는 제 2 공진수단과, 상기 제 1,2공진수단의 공진에 따라 일정 주파수 대역내에서 커플링에 의해 신호 전달을 용이하도록 하는 더미로드 수단으로 구성됨을 특징으로 한다.
이하 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
제 2 도는 본 발명에 따른 회로도로서, 신호의 입출력단이 공용되는 제1-2입출력 마이크로 스트립라인(103,118)과, 접지를 위한 제1-4접지용 마이크로 스트립라인 (101,106,123,115)과, 전원단(VC)과 연결되어 전압인가를 위한 전원공급 마이크로 스트립라인(112)과, 상기 전원공급 마이크로 스트립라인(112)과 연결되어 역바이싱을 위해 인덕턴스 값을 주는 제1,2인덕턴스 마이크로 스트립라인(111,113)과, 상기 제1,2인덕턴스 마이크로 스트립라인(111,113)과 접속되고 상기 제3,4접지용 마이크로 스트립라인(106,115)으로 부터 커플링 캐패시터(C3,C6)를 접속시키는 접속 마이크로 스트립라인(110,114)과, 상기 접속 마이크로 스트립라인(110,114)과 연결되어 신호가 전압의 흐름의 역방향으로 전달되는 것을 방지하도록 인덕턴스를 가지는 제3,4인덕턴스 마이크로 스트립라인(107,116)과, 상기 제3,4인덕턴스 마이크로 스트립라인(107,116)과 연결되는 접속 마이크로 스트립라인(109,117)과, 상기 접속 마이크로 스트립라인(109,117)으로 부터 저항(R1,R3)이 연결되고 캐패시터(C2,C5)를 통해 상기 제1,2입출력용 마이크로 스트립라인(103,119)을 연결하는 접속 마이크로 스트립라인(105,119)과, 상기 접속 마이크로 스트립라인(105,119)으로 부터 저항(R2,R4)을 통해 접속 마이크로 스트립라인(128,120)을 지나 제 1 공진용 인덕턴스를 가지는 제5,6인덕턴스 마이크로 스트립라인(104,121)과, 상기 제5,6인덕턴스 마이크로 스트립라인(104,121)과 접속되며 커플링 캐패시터(C1,C4)를 통해 제1,2접지용 마이크로 스트립라인(101,123)이 결합되는 접속 마이크로 스트립라인(102,122)과, 상기 접속 마이크로 스트립라인(102,122)을 통해 인가되는 전압에 따라 캐패시턴스가 조절되는 제1,4바렉터 다이오드(VD1,VD4)와, 상기 1,4바렉터 다이오드(VD1,VD4)의 에노드로 제 2 공진용 인덕턴스를 제공하는 제7,8인덕턴스 마이크로 스트립라인(128,124)과, 상기 접속 마이크로 스트립라인 (105,119)을 통해 인가되는 전압에 의해 캐패시턴스가 조절되는 제2,3바렉터 다이오드(VD2,VD3)와, 상기 제 2 바렉터 다이오드(VD2)의 에노드가 중앙부분에 접속되고 상기 제 3 인덕턴스 마이크로 스트립라인(128)과 접속되고 제 1 마이크로 스트립라인(127)과 상기 제 3 바렉터 다이오드(VD3)의 에노드가 중간부분에 결합되며 상기 제 8 인덕턴스 마이크로 스트립라인(128)과 결합되는 제 2 마이크로 스트립라인(125)과, 상기 제 2 마이크로 스트립라인(125) 사이에 위치하면서 커플링을 발생시키는 더미로드 마이크로 스트립라인(126)으로 구성된다.
따라서 본 발명의 구체적 일실시예를 상술한 제 2 도 및 제 3 도를 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명의 마이크로 스트립라인을 이용한 전압제어 BPF에 대해 종래의 바를 이용한 전압제어 BPF와 같이 설계하고자 하면, 리플을 0.1dB, 중심주파수가 310MHZ로 되어야 한다.
여기서 단수(Fractional)에 따른 대역 폭(BW)은
가 된다.
그리고 f=3400MHZ 또는 280MHZ일때
상기 ⑤~⑧식의 결과에 따라 "G, Matthae"저 "L Yong, E,M,T Jones"출판사 발행 "Microwave Filters Impedance matching Networks and Coupling Structurcs"의 89페이지 Fig 4.03-5의 도시와 같이 2단(n=2)으로 구성시킬 수 있다.
이때 g0=1, g1=0.8430, g2=0.622, g3=1.3554로서
이를 기준으로 콤라인 형태의 필터를 구현하려면 Q==45°보다 약간 작게 해야하는데÷편의상 Q=45°로 가정하면,
즉 Zeo는 52.145가 되고, Zoo는 47.943이 되어 ZD==50,reff=2.1687,r=2.6, k=1.564, t=0.018의 커플된 마이크로 스트립라인을 구할 수 있다.
제 3 도(3A)와 같이 제1,2마이크로 스트립라인(125,127)을 커플링시키고, 커패시터(C2)는 제1,4바렉터 다이오드(VD1,VD4)에 대응되고, 캐패시터(C1)는 제2,3바렉터 다이오드(VD2,VD3)에 대응된다고 가정할때 제 3 도(3B)의 제1,2마이크로 스트립라인(125,127)을 (3C)와 같이 도입하면 (3D)와 같이 도입하면 (3D)와 (3E)과정을 지나면 (3G)에서
(3H)에서
상기한 (3A)-(3H)에서의 도시와 같이
상기 결과로 부터 전체회로를 구현하면, (3I)와 같이 된다. 여기서 조정 가능한 (Tunnable) 필터의 설계를 목적으로 하고 있으므로 될 수 있는대로 콘트롤 요소를 줄일 필요가 있다. C=C1=C2로 되어 있다고 가정하고, 공진기가 공진하려면,
상기에서C값의 변화가 충분히 크나 일반적으로 제조되고 있는 제1-4바렉터 다이오드(VD1-VD4)의 경우정도이므로 2이상의 값의 변화가 요구된다.
제 3 도 (3J)와 같이 제1, 2마이크로 스트립라인(123,125)의 중간에 결합되는 경우를 보면, 이의 등가회로를 (3A)의 예와 같이 나타내면, 제 3 도 (3K)와 같이 된다. 여기서 제어 요소를 줄이기 위해 C=C1=C2라 가정할때 정합점에서 공진기가 공진하려면,
이는 (3A)에 의해서C는 크나이므로 범용 바렉터 다이오드에 의해 상기 조건을 만족시킬 수 있다.
그러나 상기한 바와 같이 할 경우 전체적인 캐패시턴스 값이 크게 되므로 이를 보여줄 필요가 있다. 이를 위해 (3L)와 같이 구성하면 캐패시턴스(C)를 통해 입력하는 어드미턴스(Yin)=jW이고, 여기서 리엑틴스(L)을 결합하면,
상기와 같이 커플된 라인 에지(Coupled line Edge)에 맞은 캐패시터 대신에 마이크로 스트립라인과 캐패시터를 직렬로 놓으므로서 전체적인 캐패시턴스를 줄일 수 있게 한다.
실시예에서 W=1㎜인 마이크로 스트립라인으로 하였는데, Ceg=2.6, h=1.564㎜, t=0.018㎜인 기판에서 특성 임피던스 21=106Ω에 해당하였고, 이때r e f f = 1 .99171이다. 이에 공진조건을 이용하면,
상기한 정도의 주파수(F), 캐패시터(C1-C3) 값이면 범용 가변 캐패시턴스로 사용이 가능해 짐을 알 수 있다.
이를 기본으로 (3M)와 같이 입출력단에 가변 캐패시터(VC3,VC4)를 사용하여 전계결합 및 자계결합을 동시에 사용하게 되어 자계 결합만으로 이루어지는 경우 낮은 주파수 대역에서의 감쇄 특성을 보완하고, 제 1, 2마이크로 스트립라인(127,125) 사이에 제 3 도 (3N)와 같이 결합계수를 조정하기 위한 더미로드용 마이크로 스트립라인(126)을 삽입하여 커플링을 발생시켜 매우 작은 협대역 여파기에서 설계가 용이하도록 한다. 이의 구체적 실시예가 상술한 제 2 도와 같으며, 동작 실시예는 다음과 같다.
전원입력단(VC)을 통해 전원공급 마이크로 스트립라인(112)으로 전원이 인가되면, 제1, 2인덕턱스 마이크로 스트립라인(111,113)에 의해 역바이어싱을 막아주며, 접속 마이크로 스트립라인(110,114)과 연결된 커플링 캐패시터(C2,C3)에 의해 제2, 4접지용 마이크로 스트립라인(106,115)를 통해 고주파 잡음이 제거된다.
상기 접속 마이크로 스트립라인(110,114)를 통한 전원은 신호의 역방향 흐름을 막아주는 제3, 4인덕턴스 마이크로 스트립라인(107,116)과 저항(R1,R3)을 통해 접속 마이크로 스트립라인(105,119)에 가해진다.
이때 제 1 입출력단(103) 또는 제 2 입출력단(118)에 인가되고, 상기 접속 마이크로 스트립라인(105,119)에 연결된 저항(R1,R2) 또는 (R3,R4)의 분압에 의한 변화로 캐패시턴스가 조절되어진다. 상기 제2, 3바렉터 다이오드(VD2,VD3)의 캐패시턴스 변화와 제5, 6인덕턴스 마이크로 스트립라인(104,121)의 인덕턴스에 의해 입력되는 신호는 제1, 2마이크로 스트립라인(128,125)를 통해 제 1 차로 공진되며, 상기 제5, 6인덕턴스 마이크로 스트립라인(104,121)를 통한 신호에 의해 제1, 4바렉터 다이오드(VD1,VD4)의 캐패시턴스에 변화와 제7, 8인덕턴스 마이크로 스트립라인(128,125)에 의해 제1, 2마이크로 스트립라인(127,125)을 통해 2차 공진이 일어난다.
상기 제 2 차 공진에 의해 대역통과 영역이 설정되며, 입력신호는 이 대역만을 통해 필터링되어 더미로드 커플링 마이크로 스트립라인(126)에서 커플링이 일어나 신호의 전송이 잘 이루어진다.
상술한 바와 같이 입출력단에 캐패시터를 사용하여 입출력회로를 설계함으로써 입출력 부분의 선로를 제거할 수 있었고 회로의 크기를 줄일 수 있으며, 또한 이것은 결합선로가 자계결합으로 이루어져 종래의 콤라인 필터는 자계 결합만으로 일어졌으나 본 발명에서는 입출력단의 캐패시터를 사용하여 전계결합과 자계결합을 동시에 사용하게 되어 자계 결합만으로 이루어지는 경우의 대역보다 낮은 주파수에서의 감쇄특성이 나빠질 수 있는 단점을 보완하고, 대역률이 매운 작은 경우 even 임피던스나 Odd 임피던스가 특성 임피던스 50Ω에 근접하게 되고 따라서 결합계수가 매우 작게되며, 결합선로간의 간격이 매우 크게되어 이론적으로는 만들수 있으나 물리적으로는 만들 수 없게 되나 여기에서는 결합계수를 조정하기 위해 더미로드를 결합선로 사이에 삽입함으로써 매우 작은 협대역 여파기를 설계할 수 있는 이점이 있다.
Claims (1)
- 전압제어 대역통과 필터에 있어서, 상기 전압제어 대역통과필터의 입출력단이 공용되는 제1-2입출력 마이크로 스트립라인(103, 118)과, 상기 전압제어 대역통과필터의 접지를 위한 제1-4접지용 마이크로 스트립라인(101, 106, 123, 115)과, 전원단(VC)과 연결되어 전압인가를 위한 전원공급 마이크로 스트립라인(112)과, 상기 전원공급 마이크로 스트립라인(112)과 연결되어 역바이싱을 위해 인덕턴스 값을 주는 제1, 2인덕턴스 마이크로 스트립라인(111, 113)과, 상기 제1, 2인덕턴스 마이크로 스트립라인(111, 113)이 접속되고 상기 제3, 4접지용 마이크로 스트립라인(106, 115)으로 부터 커플링 캐패시터(C3,C6)를 접속시키는 접속 마이크로 스트립라인(110, 114)과, 상기 접속 마이크로 스트립라인(110, 114)과 연결되어 신호가 전압의 흐름의 역방향으로 전달되는 것을 방지하도록 인덕턴스를 가지는 제3, 4인덕턴스 마이크로 스트립라인(107, 116)과, 상기 제3, 4인덕턴스 마이크로 스트립라인(107, 116)과 연결되는 접속 마이크로 스트립라인(109, 117)과, 상기 접속 마이크로 스트립라인(109, 117)으로 부터 저항(R1, R3)이 연결되고 캐패시터(C2, C3)를 통해 상기 제1, 2 입출력용 마이크로 스트립라인(103, 119)을 연결하는 접속 마이크로 스트립라인(105, 119)과, 상기 접속 마이크로 스트립라인(105,119)으로 부터 저항(R2, R4)을 통해 접속 마이크로 스트립라인(128, 120)을 지나 제 1 공진용 인덕턴스를 가지는 제5, 6인덕턴스 마이크로 스트립라인(104, 121)과, 상기 제5, 6인덕턴스 마이크로 스트립라인(104, 121)가 접속되며 커플링 캐패시터(C1, C4)를 통해 제1, 2접지용 마이크로 스트립라인(101, 123)이 결합되는 접속 마이크로 스트립라인(102, 122)과, 상기 접속 마이크로 스트립라인(102, 122)을 통한 인가되는 전압에 따라 캐패시턴스가 조절되는 제1, 4바렉터 다이오드(VD1, VD4)와, 상기 제1, 4바렉터 다이오드(VD1, VD4)의 에노드에 제 2 공진용 인덕턴스를 발생하는 제7, 8인덕턴스 마이크로 스트립라인(128, 124)과, 상기 접속 마이크로 스트립라인(105, 119)을 통해 인가되는 전압에 의해 캐패시턴스가 조절되는 제2, 3바렉터 다이오드(VD2, VD3)와, 상기 제 2 바렉터 다이오드(VD2)의 에노드가 중앙부분에 접속되고 상기 제 3 인덕턴스 마이크로 스트립라인(128)과 접속되고 제 1 마이크로 스트립라인(123)과, 상기 제 3 바렉터 다이오드(VD3)의 에노드가 중간부분에 결합되고 상기 제 8 인덕턴스 마이크로 스트립라인과 결합되는 제 2 마이크로 스트립라인(125)과, 상기 제 2 마이크로 스트립라인사이에 위치하면서 커플링을 발생시키는 더미로드 마이크로 스트립라인(126)으로 구성됨을 특징으로 하는 더미로드를 이용한 전압제어 대역통과 필터.
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN104767017A (zh) * | 2015-04-23 | 2015-07-08 | 苏州英诺迅科技股份有限公司 | 一种可调频的量子耦合滤波器 |
-
1992
- 1992-02-10 KR KR1019920001895A patent/KR940007879B1/ko not_active IP Right Cessation
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CN104767017A (zh) * | 2015-04-23 | 2015-07-08 | 苏州英诺迅科技股份有限公司 | 一种可调频的量子耦合滤波器 |
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KR930018839A (ko) | 1993-09-22 |
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G160 | Decision to publish patent application | ||
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