본 논문에서는 SIR(Stepped Impedance Resonator) 구조를 이용한 초광대역(UWB:Ultra Wide Band) 개방형 스터브 대역통과 여파기를 제안한다. 제안한 개방형 스터브 대역통과 여파기는 초광대역을 구현하기 위해 스터브 위치에 SIR 구조를 적용하였으며 낮은 삽입손실을 갖는다. 제안된 대역통과 여파기의 대역폭은 중심 주파수 5.8GHz에서 103% 이고, 삽입 및 반사손실은 각각 0.17dB 및 13.1dB이며 전체의 크기는$21.6{\times}17.8mm^2$ 이다.
본 논문에서는 개방 스터브(open stub)와 전송선로가 커플된(coupled) 구조를 Chebyshev prototype을 이용하여 저역통과 여파기를 설계하였다. 같은 길이의 스터브를 연속적으로 배열함으로써 깊은 저지대역을 갖고, 커플링에 의해 우수한 스컷 (skirt) 특성을 갖는 여파기를 설계할 수 있었다. 또한, 감쇄극이 다른 스터브를 추가로 연결하여 저지대역을 확장하였다.
본 논문에서는 휴대폰에서 GSM/DCS/Bluetooth 대역에서 사용되는 내장형 안테나에 관한 것으로 폴딩형태의 루프를 기본 구조로 한다. 폴딩형 루프의 중심에 급전과 단락점을 대칭적으로 형성하여 1/4 파장의 정수배가 되는 주파수에서 공진이 가능하도록 하였다. 이 루프구조의 한쪽 종단에서 개방형 스터브를 구현하였는데 이는 루프구조의 공진기에 개방형 스터브에 의하여 공진 주파수를 낮추는 기능을 갖는다. 또한 개방형 스터브는 PIFA 구조의 기능을 하여 GSM 대역에서 새로운 공진을 추가하여 대역폭의 증대를 가져온다.
본 논문에서는 이중 모드 마이크로스트립 링 공진기의 크기를 줄이기 위해 4개의 개방 스터브를 삽입하였고, 이를 이용해 중심 주파수 2 GHz에서 100 MHz의 대역폭을 갖는 대역 통과 필터를 설계하였다. 삽입된 개방 스터브의 캐패시턴스 값에 따라 링 공진기의 크기를 조절할 수 있고, 스터브들의 두 가지 조합 형태 각각의 경우에 대역 통과 필터를 설계할 수 있음을 보였다. 제안된 구조를 2단 대역 통과 필터 회로로 모델링하여 위의 두 가지 경우에 각각 필터를 설계 및 제작하였으며, 설계 결과와 측정 결과가 잘 일치함을 확인하였다.
본 논문은 Z-변환 기술을 이용한 2차 고조파를 억제시킨 광대역 개방형 스터브 대역 통과 여파기를 설계 및 제작하고 그 특성을 측정하였다. 제안된 여파기는 주파수 선택적 결합 구조(FSCS)와 ${\lambda}_g/4$ 개방형 스터브를 조합한 구조의 대역 저지 여파기를 광대역 개방형 스터브 대역 통과 여파기에 집적화하여 제2 고조파를 억제하였고, 기존의 개방형 스터브 여파기의 입력단과 출력단에 대역 저지 여파기(BSF)를 삽입할 경우 크기가 증가되었으나, 제안된 구조는 스터브를 연결하는 인버터 위치를 스터브들 사이에 집적화 하여 $18.7{\times}16.9mm^2$의 크기로 제작되어 BSF 삽입 이전보다 크기가 작아졌다. 제안된 여파기는 중심 주파수 5.8 GHz에서 대역폭이 95 %, 삽입 손실 0.6 dB, 반사 손실 14 dB의 측정 결과를 얻었으며, 시뮬레이션 결과와 측정 결과가 유사하게 나타났다. 따라서 위성 통신의 X-밴드 및 지능형 교통 정보 시스템(ITS)의 여파기에 적용할 수 있다.
본 논문은 병렬 결합선로(coupled-line)와 부채꼴(radial) 개방형 스터브(stub)를 이용한 고조파가 억압된 저역통과 여파기에 대해 제안을 한다. 본 제안한 저역통과 여파기의 특징은 병렬 결합선로의 구조 때문에 고조파가 광대역으로 억압되었다는 결과를 얻을 수 있었다. 저역통과 여파기의 개방형 스터브는 부채꼴로 구성되어 있으며 이는 여파기의 크기를 조절 할 수 있다. 제안한 저역통과 여파기의 크기는 $6.98{\times}7.60mm2$이며 차단 주파수는 2.45 GHz 이다. 분포정수소자(distributed element)로 구성되어 있어 단가면에서 경제적이고 제작이 쉬우며 대량 생산이 가능한 이점이 있다. 또한 광대역 고조파 억압에 대한 대역폭은 128 %이며 여파기의 삽입 및 반사 손실은 각각 1.07 dB 및 19.5 dB를 얻었다.
본 논문은 여파기의 크기를 축소시키고 대역폭을 넓히기 위해 전송선로 및 개방형 스터브(stub)에 임피던스(impedance) 부정합과 SIR(Stepped Impedance Resonator)을 적용하여 소형화된 초광대역 개방형 스터브 대역통과 여파기에 대해 제안을 한다. 제안된 대역통과 여파기의 대역폭 및 중심 주파수는 각각 103 % 및 11.2 GHz이고 통과대역 주파수는 4.8 GHz~16 GHz이며 저역 주파수 대역과 고조파를 적용하여 임피던스 부정합을 사용했을 때, 제안된 구조의 전송선로 길이는 일반적인 전송선로 길이 보다 약 절반의 수준으로 줄어들게 된다. 또한 개방형 스터브의 크기를 줄이기 위해서는 SIR을 사용할 수 있으며 실험결과에서 삽입 및 반사손실은 각각 0.35 및 15.1 dB이고 여파기의 크기는 $8.92{\times}10.6mm^2$이므로 만족한 결과를 얻을 수 있었다.
본 논문에서는 결합선로와 개방형 스터브를 통해 간단히 구현되는 FSCS의 결합계수에 따른 특성을 분석하고, FSCS로 구현되는 대역저지 필터의 대역저지 대역폭을 향상시키고자 다단의 FSCS를 제안하였다. FSCS는 스터브에 의해 기본 공진 주파수가 결정되며 결합선로의 결합계수에 의해 대역폭을 조절할 수 있다. 논문에서는 결합선로와 스터브의 전기적 길이를 절반으로 하는 FSCS를 추가로 연결하여 다단 FSCS를 구현하였으며, 3단 FSCS로 구성된 대역저지 필터는 저지 대역 177.3% (1.15~12.72GHz)와 저지대역에서의 최대 반사 손실 1dB의 측정 결과를 보였다.
본 논문에서는 급전면의 개방스터브와 접지면의 슬롯으로 구성되어 있는 초광대역의 저지대역을 갖는 저역통과 여파기 단위 구조를 캐스캐이드한 저역통과 여파기를 설계하였다. 초광대역의 저지대역을 갖는 저역통과 여파기 단위 구조는 급전면 개방 스터브에 의해 통과대역 특성을 결정하는 여파기 구조와 이러한 여파기의 dual 구조로 접지면 슬롯에 의해 통과대역 특성을 결정하는 여파기 구조가 있으며, 각각의 단위구조를 캐스캐이드함으로써 단일 여파기보다 더욱 향상된 저지대역과 skirt 특성을 얻을 수 있었다. 개방 스터브에 의해 통과대역 특성이 결정되는 구조와 dual 구조의 캐스캐이드 여파기는 각각 1.035㎓와 1.286㎓에서 -3㏈ 차단 주파수를 가지며 저지대역은 두 구조 모두 -20㏈ 기준으로 20㎓ 이상의 광대역을 이루었다.
본 논문은 CPW와 개방 스터브가 병렬 연결된 전송선로를 사용하여 높은 분배 비율의 비대칭 이중대역 분배기를 나타내었다. 이중대역 설계 방정식에 의하여 계산된 전송선로의 구현은 낮은 임피던스의 전송선로는 짧은 선로와 병렬로 개방 스터브가 주기적으로 연결된 형태로 그리고, 높은 임피던스 전송선로는 CPW 선로 형태로 구현하였다. 이러한 두 종류 전송선로를 이용한 이중대역 분배기의 설계방법의 타당성을 확인하기 위해서 중심 주파수가 1 GHz와 2 GHz인 10:1 비대칭 이중대역 전력분배기를 제작하였고, 이것의 측정 결과 특성이 시뮬레이션과 동일함을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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