파장 가변 필터는 만드는 방법에 따라 특성이 다르기 때문에 시스템의 용도와 목적에 맞는 필터를 선택하기 위해서는 파장 가변 필터에 대한 이해가 필요하다. 이를 위해 본 논문에서는 현재까지 개발된 파장 가변 필터중 실장 가능성이 높은 것의 원리와 장단점에 대하여 분석 및 비교하였고, 현재 상용화된 제품에 대해 정리하였다.
파장 가변 필터는 부품의 소재나 동작 방식에 따라 그 특성이 다르기 때문에 시스템의 용도와 목적에 맞는 필터를 선택하여 사용하기 위해서는 이에 대한 충분한 이해가 필요하다. 이를 위해 본 고에서는 파장 가변 필터를 구현하기 위한 여러 가지 기술들에 대한 동작 원리를 살펴보았다. 현재까지 개발되어 상용화된 파장 가변 필터와 현재 연구중에 있는 새로운 개념의 파장 가변 필터에 대해서도 그 특성을 비교 분석하였다.
최근 급속히 성장하고 있는 Wavelength-division-multiplexing (WDM) 시스템에 파장가변 필터는 핵심적인 소자로 적용될 수 있으며, 높은 가격 경쟁력과 광학 필터로서 좋은 특성과 높은 가변 특성을 구현할 수 있다. 이러한 파장가변 필터는 multi-beam 간섭을 이용하고, Micro electro mechanical systems (MEMS) 공정 기술인 벌크 마이크로 머시닝 기술을 이용하여 구현되어지고 있다. 또한 파장 가변 필터는 Optical-performance monitoring, Spectrometer, Optical noise filter, Sensor 등 여러 분야에 응용될 수 있다. (중략)
가변 필터는 송수신기에서 회로를 간단히 하여 특히 멀티채널을 사용하는 송수신기에서 중추적 역할을 담당하게 된다. 본 논문에서는 소형경량이고, 구조가 단순하여 제작이 간단하며, MMIC화하기 쉬운 실용적인 가변필터를 설계 및 제작하여 그 사용가능성을 제안하였다. 본 논문에서는 중심주파수 1.95GHz, 통과대역이 100MHz인 대역통과 링 필터를 Split 모드 방식으로 구현하고 이를 바탕으로 300MHz의 가변대역폭을 갖는 필터를 제작하였다. 이 필터의 대역폭을 가변하기 위하여 바이어스전압에 따라 커패시턴스가 변화하는 Varactor 다이오드를 사용하였다.
본 논문에서는 opposite 필터를 적용한 가변 Q 디지털 그래픽 이퀄라이저를 제안한다. 그리고 제안한 이퀄라이저를 설계하는 방법을 제시한다. 본 논문에서 제안하는 가변 Q 이퀄라이저에서는 이퀄라이저의 성능을 개선하기 위해서 이득에 따라 이퀄라이저 필터의 Q-factor를 조정한다. 또한, opposite 필터의 Q-factor를 이득이 높아짐에 따라 완만하게 증가하도록 설정함으로써 opposite 필터가 대역간 간섭을 효과적으로 제거할 수 있게 한다. 실험을 통해 제안한 opposite 필터를 적용한 가변 Q 이퀄라이저는 사용자가 설정한 이득을 매우 충실하게 표현함을 보이겠다.
TVWS에 대한 관심이 증가하고 있고, TVWS를 이용하는 통신시스템과 서비스에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. TVWS는 사용할 수 있는 주파수가 지역적으로 그리고 시간적으로 다르다. 때문에 TVWS를 이용하는 RF 시스템이 주파수가변 대역통과필터를 사용하면 시스템을 효과적으로 운용할 수 있다. 본 논문에서는 470 ~ 698MHz에서 동작하는 주파수가변 대역통과필터를 설계 및 구현하였다. 그리고 주파수가변 대역통과필터는 제어의 용이성과 크기를 고려해서 2-pole로 설계하였다. 구현한 주파수가변 대역통과필터는 제어전압을 1.58 ~ 3.93V 가변하면 470 ~ 698MHz에서 동작하며, 삽입손실은 최대 4.78dB, 반사손실은 10dB 이하를 갖는 것으로 측정되었다. 본 논문의 주파수가변 대역통과필터는 TVWS에서 동작하는 수신기에 직접 사용이 가능하며, 본 논문에서 사용한 주파수가변 대역통과필터의 설계 절차는 대전력 주파수가변 대역통과필터의 개발을 위한 기초 자료로 활용될 수 있다.
본 논문에서는 가변차단 주파수 2 - D FIR 필터를 특성치 분해법을 이용하여 설계하는 기법을 제시하였다. 특성치 분해법은 2 - D 필터링을 1 - D 필터로 설치할 수 있게 하는 특징이 있다. 설계된 가변차단 주파수 2 - D 필터는 실시간 동작 영상처리 시스템에 응용할 수 있다. 우선 2 - D FIR 필터를 특정치 분해법으로 분해하여 1 - D 설계기법을 이용하여 가변차단 주파수 2 - D FIR 필터를 설계하였다. 끝으로 몇가지 설계예를 보임으로써 본 기법의 유효성임을 입증하였다.
최근 고정된 길이의 적응필터에서 벗어나 신호의 통계적 특성에 적합한 가변길이 적응필터가 보고되고 있다[1-5]. 본 논문에서는 신호의 주파수 영역 분할을 이용한 부대역 적응필터에서, 가변길이 대역 적응필터를 적용한 새로운 적응필터를 제안한다. 이러한 부대역 가변길이 필터는 각대역에서 적응필터의 길이를 최적화하여 계산량을 최소화할 수 있다. 또한 추정하고자 하는 시스템을 주파수 영역에서 분해하여 추정함으로써 대역을 분할하지 않았을때 발생할 수 있는 불필요하게 긴 적응필터를 사용하지 않아도 되어서 효과적인 신호의 추정이 가능하다고 판단된다. 특히, 컴퓨터 모의실험결과 제안한 적응필터는 기존의 필터보다 협대역 신호를 좀더 정확하게 추정할 수 있음을 알 수 있었다. 이러한 특성을 갖는 제안한 가변길이 부대역 적응 필터는 적응 반향제거기 와 같은 특정한 응용에서 우수한 성능을 보일 것으로 판단된다.
기존의 창함수를 이용한 1차원 FIR 필터의 설계는 설계방법이 단순해 비교적 많이 사용되고 있으나 통과영역과 천이영역을 가변할 수 없다. 본 연구에서는 두 개의 영역을 가변할 수 있는 창함수를 사용하여 1차원 임펄스 응답을 구한 후 McCllenan 변환 방법을 이용하여 2차원 FIR 필터를 실현하여 특성을 비교하여 2차원 FIR 필터의 설계에 적용할 수 있음을 밝혔다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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