Journal of information and communication convergence engineering
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제11권1호
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pp.45-49
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2013
A compact radio frequency (RF) bandpass filter (BPF) in low temperature co-fired ceramic (LTCC) is suggested for WiMAX applications. The center frequency ($f_0$) of the BPF is 5.5 GHz and its pass band or 3-dB bandwidth is 700 MHz to cover all the three major bands, low and middle unlicensed national information infrastructure (U-NII; 5.15-5.35 GHz), World Radiocommunication Conference (5.47-5.725 GHz), and upper U-NII/industrial, scientific, and medical (ISM) (5.725-5.85 GHz), for the WiMAX frequency band. A lumped circuit element design-the 5th order capacitively coupled Chebyshev BPF topology-is adopted. In order to design a compact RF BPF, a very thin ($43.18{\mu}m$) ceramic layer is used in LTCC substrate. An interdigital BPF is also designed in silicon substrate to compare the size and performance of the lumped circuit element BPF. Due to the high relative dielectric constant (${\varepsilon}_r$ = 11.9) of the silicon substrate, the quarter-wavelength resonator of the interdigital BPF can be reduced. In comparison to the 5th order interdigital BPF at $f_0$ = 5.5 GHz, the lumped element design is 24% smaller in volume and has 17 and 7 dB better attenuation characteristics at $f_0{\pm}0.75$ GHz.
본 논문에서는 밀리미터파 대역에서 헤어핀 타입과 인터디지털 타입 두 종류의 대역통과필터(BPF)를 LCP(Liquid Crystal Polymer)와 PTFE(Polytetrafluoroethylene) 두 종류의 기판을 이용하여 설계 하고 성능을 비교하였다. 제안된 BPF의 통과 대역은 26.5 GHz~27.3 GHz 대역이며, 필터의 차수는 3차로 선택하였다. 제안된 BPF의 성능 비교는 기판 종류와 타입에 따른 대역폭(Bandwidth)과 통과 대역 내 삽입손실(Insertion Loss)과 평탄도(in-band Flatness) 등을 비교하였다. S21이 -3 dB가 되는 대역폭을 비교하였을 때 제안된 4 개의 BPF 중 PTFE 기판에 설계된 인터디지털 타입이 7.8 GHz로 가장 넓게 설계되었으며, LCP 기판에 설계된 헤어핀 타입 BPF가 4.2 GHz로 가장 협소한 대역폭을 가지는 것으로 나타났다. 통과 대역 내 삽입손실은 PTFE 기판에 설계된 헤어핀 타입 BPF가 -0.667 dB 이상으로 가장 우수하고 LCP 기판에 설계된 헤어핀 타입 BPF가 -0.937 dB 이상으로 가장 낮았으나, 0.27 dB의 근소한 차이임을 확인했다. 통과 대역 내 평탄도의 경우 PTFE 기판에 설계된 인터디지털 타입 BPF가 0.017 dB로 가장 우수하였고, LCP 기판에 제작된 헤어핀 타입이 0.07 dB로 가장 낮았으나 0.053 dB의 근소한 차이였다. 따라서, 밀리미터파 대역에서 LCP 기판을 이용한 대역통과 필터는 PTFE 기판을 이용한 대역통과필터와 비슷한 성능을 도출할 수 있을 것으로 사료된다.
본 논문은 APDP(Anti-Parallel Diode Pair)를 이용한 3체배기로서 출력단에 기존의 Coupled line BPF가 아닌 낮은 삽입손실과 작은 회로사이즈를 갖는 새로운 구조의 BPF를 제안하였다. 이 제안된 구조의 BPF는 인터디지털 캐패시터와 나선형 개방 스터브로 구성되어 있다. 제안된 BPF만의 삽입손실은 대역$(16.41{\sim}19.23GHz)$내에서 0.7dB이하의 특성을 나타내었다. 3체배기의 변환손실은 기본주파수 $5.72{\sim}6.28GHz$에서 약$16.6{\sim}18.5dB$(평탄도 ${\pm}1dB$)의 특성을 얻었으며 6GHz에서 기본주파수와 5차 고조파 억압특성은 각각 -32.16dBc와 -44.6dBc의 특성을 보였으며, 위상잡음 감쇠특성은 약 9.5dB@100kHz의 특성을 나타내었다.
마이크로스트립 인터디지털(interdigtal) 여파기는 공진기의 폭, 길이, 공진기 사이의 간격과 탭의 위치로 설계하는데, 설계파라미터의 수를 줄이는 것이 구현 측면에서 유리하다. 본 논문에서는 마이크로스트립 인터디지털 여파기의 설계파라미터 중에서 공진기의 폭을 고정시킨 것과 서로 다른 폭을 갖는 두 종류의 여파기를 국내 UWB(Ultra Wide-Band) 주파수 대역에서 설계 및 구현하였다. 여파기의 성능 측정 결과 공진기의 폭을 고정한 low-band high 여파기의 삽입손실은 1.49dB, -10dB 대역폭은 750MHz였고, 4.8GHz에서 -35.7dB의 감쇄특성을 가졌으며, S11은 -13dB 이하로 측정되었다. 공진기의 폭이 서로 다른 low-band 여파기는 삽입손실 1.6dB, -10dB 대역폭은1.63GHz로 측정되었고, S11은 -8dB 이하로 측정되었다.
KIEE International Transactions on Electrophysics and Applications
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제4C권6호
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pp.300-305
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2004
In this paper, new design equations based on the pole-zero analysis for multi-layered interdigital stripline linear group delay bandpass filter with tap input ports are presented. As a design example, a four-pole group delay filter with center frequency of 2.14GHz, bandwidth of 160MHz, and group delay variation of $\pm$0.1nS for LTCC technology or multilayered PCB technology is designed. In the design process, it is not necessary to simulate the entire structure, as the simulation of half structures is sufficient. Good results can be attained after the optimizing process was performed three times using the proposed equations and a commercial EM simulator.
최근 통신용 UWB에 대한 주파수할당과 기술기준이 완료됨에 따라서 UWB 시스템에 대한 개발이 활발히 진행되고 있다. 우리나라의 경우 low band로 $3.1{\sim}4.8GHz$와 high band로 $7.2{\sim}10.2GHz$를 통신용 UWB 시스템에 할당하고 있으며, 현재의 RF 부품 기술과 제품 구현의 용이성을 고려하면 low band를 많이 이용할 것이다. 본 논문에서는 제품 구현의 용이성을 고려해서 low band를 이용하는 통신용 UWB 시스템을 위한 interdigital BPF를 설계 및 제작하였다. BPF는 low band 대역 필터와 low band 채널필터를 설계 및 제작하였다. 성능 측정 결과 low band 대역 필터는 3.1GHz와 4.8GHz에 서 각각 21.85dB와 17.91dB의 감쇠 특성을 가지며, -10dB 대역폭은 1.53GHz, 삽입 손실은 2dB이었다. Low band 대역은 500MHz 대역폭으로 3개의 채널이 할당 가능하며, 구현한 low band의 1번 채널필터는 3.1GHz에서 24.85dB의 감쇠 특성, -10dB 대역폭은 0.61GHz, 삽입 손실은 1.87dB로 측정되었다. Low band의 3번 채널필터는 4.8GHz에서 19.2dB의 감쇠특성을 가지며, 10dB 대역폭은 0.49GHz이고 2.49dB의 삽입 손실은 갖는다.
본 논문에서는 최초로 저온동시소성세라믹(low temperature co-fired ceramic, LTCC) 기술을 이용하여, Ka-밴드 대역의 협대역 대역통과필터를 설계 및 제작하였다. 높은 집적도 및 수직적층능력과 같은 LTCC 기술의 장점을 활용하여, 3차원 구조를 가지는 종단 커플링 마이크로스트립 형태의 대역통과필터를 설계하였다. 종단 커플링 공진기를 평면상에서 구성할 경우, LTCC 공정의 설계규격 중 도선의 선폭 및 선간 간격의 공정 한계로 인해 인접한 두 공진기 사이의 간격이 제한되어지는데, 이러한 문제는 인접한 두 개의 공진기를 LTCC 기판의 서로 다른 층에 위치시킴으로서 극복할 수 있었다. 제작된 대역통과필터는 중심주파수가 28.7 ㎓ 이며, 이때 삽입손실은 3 dB 이다. 최소 삽입손실이 나타나는 주파수로부터 3 dB 의 손실을 가지는 통과대역은 27.9 ㎓ 에서 29.2 ㎓ 범위이며, 대역폭비율이 4.5 % 로서 고주파에서 높은 협대역 특성을 가진다. 그리고, 반사손실은 통과대역에서 10 dB이하를 나타내었다.
본 논문에서는 탭 입력 Interdigital Stripline 형태의 군지연 선형화기를 설계하였다. Even 과 Odd mode에 대해 Pole-Zero Method를 적용하여 선형화기를 최적화하는 방법을 제시하였고, 이를 LTCC 기술을 이용하여 제작하기위해 Tap coupling 과 Via, 1/4파장이하의 결합선로 특성까지 고려한 최적화를 수행하여, 2.14GHz에서 160MHz 대역폭에 ${\pm}0.1nS$의 Group delay Variation을 갖는 4단의 선형화기를 설계하였다.
In This paper, a pole-zero optimized design method for multi-layed planar interdigital stripeline linear group delay bandpass filter with tap input port is presented. As a design example, a four-pole group delay filter with center frequency of 2.14GHz, bandwidth of 160MHz, and group delay variation of ${\pm}0.1nS$ for LTCC technology or multilayerd PCB technology is designed. In the design process, as well the whole structure is not necessary to be simulated, and within three times of optimizing process we have good result as well. This design method could be useful for controlling error correction of manufacturing process as well as design stage.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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