개별 공진기의 EM 시뮬레이션에 기초한 새로운 직접결합 대역여파기 설계 방법

Abstract

이상적인 전송선을 가정하고 도출된 여파기 설계 공식에 의하여 대역여파기를 설계할 경우, 제작된 여파기는 중심 주파수의 이동 및 주파수 특성의 왜곡을 발생시키며, 주파수가 높아질수록 심각한 문제를 야기한다. 이를 해결하기 위하여 본 논문에서는 개별 공진기의 EM(Electro-Magnetic) 시뮬레이션을 기초로 한 새로운 여파기 설계 방법을 제안하였다. 이 방법은 여파기를 개별 공진기로 분리하고, EM 시뮬레이션을 통해 개별 공진기의 리액턴스(reactance) 기울기 및 인버터 상수와 같은 여파기 설계 파라미터를 추출한 후, 이것이 인버터와 리액턴스 기울기로 구성된 인버터-기준형 설계치와 같도록 조정하는 것이다. 이와 같이 조정된 공진기를 조합하여 구성된 여파기는 별도의 조정 없이 목적한 설계치를 만족하게 된다. EM 시뮬레이션 시 이미 선로의 분산(dispersion) 및 불연속(discontinuity) 효과를 고려하였기 때문에 더 이상의 조정이 필요 없으며, 이 방법은 인버터-기준형으로 환원되는 대부분의 여파기에 적용 가능하다. 본 논문에서는 5단 SIR 여파기를 예로 들어 여파기 설계의 전반적인 과정을 설명하였고, 평행결합선로 여파기(parallel coupled line filter) 및 hair-pin 여파기에 확장 적용한 예를 보여 이 방법의 타당성을 보였다. The BPF designed by the formula based on strip line shows the center frequency shift and distortion in filter response and this becomes more significant with higher frequency. In this paper, the novel design based on EM simulation is proposed. In the design, the filter is decomposed into individual resonators and, for each resonator, the reactance slope and the inverter values are measured and tuned to desired design values for a inverter BPF prototype. The filter composed with such resonators shows the desired filter response without further tuning. This is because possible effects of discontinuities and dispersion are included in the filter parameter extraction. The method can generally apply to all filters that can be transformed into inverter BPF prototype. The procedure is verified by designing a 5th-order SIR filter and quite general to adapt into the design of a parallel coupled line filter, and hair-pin filter.