KR20100097392A - Spurious suppressed substrate integrated waveguide (siw) filter using stepped-impedance resonator (sir) structure - Google Patents

Spurious suppressed substrate integrated waveguide (siw) filter using stepped-impedance resonator (sir) structure Download PDF

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Abstract

PURPOSE: A SIW(Substrate Integrated Waveguide) bandpass filter is provided to improve a harmonic wave band blocking property by applying a stepped impedance resonator. CONSTITUTION: A SIW bandpass filter comprises a feeding part(100), a metal surface(200), and a stepped impedance resonator(300). The metal surface interlinks the feeding part and the stepped impedance resonator. The feeding part is serially connected to the stepped impedance resonator. The feeding part comprises a connection structure(110) and a first via hole(120). The connection structure has a right triangle shape. The connection structure executes a signaling process between the stepped impedance resonator and a microstrip transmission line. The first via hole is used to implement the virtual ground state of the feeding part.

Description

계단 임피던스 공진기를 이용하여 고조파를 억제한 기판 집적형 도파관 구조의 대역 통과 여파기 {Spurious Suppressed Substrate Integrated Waveguide (SIW) Filter Using Stepped-Impedance Resonator (SIR) Structure}Spurious Suppressed Substrate Integrated Waveguide (SIW) Filter Using Stepped-Impedance Resonator (SIR) Structure}

본 발명은 계단 임피던스 공진기 (SIR) 를 이용한 기판 집적형 도파관 구조 (SIW) 의 대역 통과 여파기에 관한 것으로, 계단 임피던스 공진기 구조를 기판 집적형 도파관 구조에 적용함으로써 고조파를 조절하여 대역 통과 여파기의 성능을 향상시킨 것이다.The present invention relates to a band pass filter of a substrate integrated waveguide structure (SIW) using a stepped impedance resonator (SIR). It is an improvement.

이동 통신과 위성 통신 그리고 위성 방송 등이 실용화됨에 따라 초고주파 대역을 이용한 기술이 점점 활성화되고 있으며, 또한 현재 이동 통신에서 상용화되고 있는 L-band 뿐 아니라, 위성 통신 및 위성 방송이 보편화됨에 따라 위성 통신 대역인 Ku-band, Ka-band 용 무선 통신 소자 및 시스템의 개발이 활성화 되고 있는 실적이다.As mobile communication, satellite communication, and satellite broadcasting are put into practical use, technologies using ultra-high frequency bands are increasingly active, and satellite communication bands as satellite communication and satellite broadcasting become popular as well as L-bands currently being used in mobile communication. The development of wireless communication devices and systems for Ku-band and Ka-band has been active.

상기 초고주파용 소자를 구현함에 있어서 횡축 및 종축의 길이에 따라 통과 대역 주파수 특성을 갖는 도파관 (Waveguide) 은 높은 품질 계수 (Quality Factor) 값을 가짐으로 인해 우수한 특성을 갖는 소자를 구현할 수 있는 장점이 있지만, 다 른 구조 또는 소자들과 연결이 용이하지 않고 집적화에 어려움이 있다. 이러한 어려움을 해결하기 위해 제시된 기판 집적형 도파관 (SIW) 구조는 도 1에 제시된 바와 같이 비아 홀 (Via-hole) 과 선로, 접지부 및 급전부로 구성되어 있으며, 선로와 접지부를 연결하는 비아 홀 (Via-hole) 은 도파관의 종축 벽면을 대체하게 된다.In implementing the ultra-high frequency device, a waveguide having a passband frequency characteristic according to the length of a horizontal axis and a vertical axis has an advantage of realizing a device having excellent characteristics due to having a high quality factor value. However, it is not easy to connect with other structures or devices and has difficulty in integration. The substrate integrated waveguide (SIW) structure proposed to solve this difficulty is composed of a via-hole, a line, a grounding part and a feeding part as shown in FIG. 1, and a via hole connecting the line and the grounding part. Via-holes replace the longitudinal walls of the waveguide.

여타의 전송 선로에 비해 높은 품질 계수와 집적화의 어려움을 해결한 기판 집적형 도파관 구조를 이용하여 다양한 대역 통과 여파기가 제작되고 있는데, 이는 높은 품질 계수로 인하여 우수한 선택도를 갖는 여파기를 구현할 수 있고 다른 구조와 연결이 용이하기 때문이다.Various bandpass filters have been fabricated using a board integrated waveguide structure that solves the high quality factor and difficulty of integration compared to other transmission lines, which can realize a filter having excellent selectivity due to the high quality factor. This is because the structure and connection is easy.

그러나, 상기 종래의 기판 집적형 도파관 구조를 이용한 대역 통과 여파기는 도파관 구조가 갖는 고조파 특성으로 인하여 대역 통과 여파기의 중심 주파수의 고주파 대역에서 많은 고조파를 형성시키며 이러한 고조파를 억제하기가 어렵다는 문제점이 있다.However, the band pass filter using the conventional substrate integrated waveguide structure forms a lot of harmonics in the high frequency band of the center frequency of the band pass filter due to the harmonic characteristics of the waveguide structure, and it is difficult to suppress such harmonics.

본 발명에서는 두 개의 인쇄 기판을 사용함으로써 각기 다른 두께를 갖는 기판 집적형 도파관을 배열하여 계단 임피던스 공진기 (SIR) 를 제작하였고, 이를 통해 고조파 성분을 제거 또는 조절 가능하도록 하였다.In the present invention, by using two printed substrates, a stepped impedance resonator (SIR) was fabricated by arranging substrate integrated waveguides having different thicknesses, thereby removing or adjusting harmonic components.

상기 문제점들을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 종래의 기판 집적형 구조를 이용한 대역 통과 여파기에 도 2와 같이 계단 임피던스 공진기를 적용함으로써 고조파 성분의 제거 또는 조절이 가능한 기판 집적형 구조를 이용한 대역 통과 여파기를 설계 및 제작하는데 그 목적이 있다.An object of the present invention for solving the above problems, band pass filter using a substrate integrated structure capable of removing or adjusting harmonic components by applying a stepped impedance resonator as shown in Figure 2 to the band pass filter using a conventional substrate integrated structure Its purpose is to design and manufacture filters.

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 계단 임피던스 공진기를 기판 집적형 도파관 구조에 적용하여 대역 통과 여파기는 인쇄 기판 상에 구현하는 것을 해결 수단으로 한다.According to an embodiment of the present invention for achieving the above objects, it is a solution to implement a band pass filter on a printed board by applying the step impedance resonator to a substrate integrated waveguide structure.

본 발명의 일실시예에 따르면 마이크로스트립 전송 선로로부터 상기 기판 집적형 도파관 구조로의 급전을 위해 급전 선로를 기준으로 대칭인 직각삼각형 모양의 금속을 제거하는 것을 해결 수단으로 한다.According to an embodiment of the present invention to remove the metal of the right triangle shape symmetrical with respect to the feed line for feeding power from the microstrip transmission line to the substrate integrated waveguide structure as a solution.

본 발명의 일실시예에 따르면 마이크로스트립 전송 선로로부터 상기 기판 집적형 도파관 구조로의 급전을 위해 비아 홀을 통하여 급전 시작점을 의미하는 가상 접지를 구현하는 것을 해결 수단으로 한다.According to one embodiment of the present invention to implement a virtual ground, which means the power supply start point through the via hole for the power supply from the microstrip transmission line to the substrate integrated waveguide structure as a solution.

본 발명의 일실시예에 따르면 기판 집적형 도파관을 구현함에 있어 하나 이상의 인쇄 기판을 사용하여 각기 다른 두께를 구현하는 것을 해결 수단으로 한다.According to an embodiment of the present invention to implement a substrate-integrated waveguide is a solution to implement a different thickness using one or more printed substrates.

본 발명의 일실시예에 따르면 인쇄 기판 상에 비아 홀을 통하여 인버터를 구현 하는 것을 해결 수단으로 한다.According to an embodiment of the present invention to implement the inverter through the via hole on the printed board as a solution.

본 발명의 일실시예에 따르면 인쇄 기판 상에 상기 계단 임피던스 공진기를 구현하는 것을 해결 수단으로 한다.According to an embodiment of the present invention to implement the step impedance resonator on a printed substrate as a solution.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 종래의 기판 집적형 도파관 구조에 대하여 계단 임피던스 공진기를 적용시킴으로써 제작된 대역 통과 여파기의 고조파 특성을 제거 또는 조절할 수 있는 효과가 있다.As described above, the present invention has the effect of removing or adjusting the harmonic characteristics of a band pass filter manufactured by applying a stepped impedance resonator to a conventional substrate integrated waveguide structure.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명에 따른 계단 임피던스 공진기를 이용하여 고조파를 억제한 기판 집적형 도파관 구조를 이용한 대역 통과 여파기의 구성도로서, 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 상기 종래의 기판 집적형 도파관 대역 통과 여파기(10)의 구조에 계단 임피던스 공진기를 구현하였다.2 is a configuration diagram of a band pass filter using a substrate integrated waveguide structure in which harmonics are suppressed by using a stepped impedance resonator according to the present invention. In order to solve the problems of the prior art, the conventional substrate integrated waveguide band A stepped impedance resonator is implemented in the structure of the pass filter 10.

더욱 상세하게 설명하면, 마이크로스트립 전송 선로 급전부(100)와 각각의 공진기의 연결을 위한 인버터 역할을 하는 금속 면(200), 상기 기판 집적형 도파관 구조로 구현된 계단 임피던스 공진기(300)로 구성되어 있으며, 상기 마이크로스트립 전송 선로 급전부(100)는 마이크로스트립 전송 선로와 도파관 특성을 갖는 공진기와의 원활한 신호 전달을 위한 연결 구조(110)와 상기 급전부의 가상 접지 상태를 일으키기 위한 제 1비아 홀(120)로 구성되어 있고, 종래의 기판 집적형 도파관 공진기에 임피던스 및 고조파 특성 변화를 목적으로 상기 기판 집적형 도파관 공진 기의 높이 일부분을 달리한 부분(310)을 삽입하여 기판 집적형 도파관 구조로 구현된 계단 임피던스 공진기(300)를 구현하였다.In more detail, the metal strip 200 serving as an inverter for connecting the microstrip transmission line feeder 100 and the respective resonators, and the stepped impedance resonator 300 implemented in the substrate integrated waveguide structure, are provided. The microstrip transmission line feed part 100 includes a connection structure 110 for smooth signal transmission between a microstrip transmission line and a resonator having waveguide characteristics, and a first via for generating a virtual ground state of the feed part. Comprising a hole (120), a substrate integrated waveguide structure by inserting a portion 310 of the height of the substrate integrated waveguide resonator is changed to a conventional substrate integrated waveguide resonator for the purpose of changing the impedance and harmonic characteristics A stepped impedance resonator 300 is implemented.

상기 마이크로스트립 전송 선로 급전부(100)는 전기장의 세기가 최대인 순간에 상기 기판 집적형 도파관 공진기에 신호를 전달하기 위해 급전 선로를 기준으로 대칭인 직각삼각형 형태(110)로 금속을 제거하였으며 급전 시작점을 의미하는 가상 접지를 구현하기 위한 제 1비아 홀(120)을 형성하였다.The microstrip transmission line feeder 100 removes metal in a right triangle shape symmetrical with respect to the feed line so as to transmit a signal to the substrate integrated waveguide resonator at the instant of the maximum electric field. A first via hole 120 is formed to implement a virtual ground, which means a starting point.

또한 일반적으로 도 2의 금속면(200)으로 구현되는 도파관 구조를 이용한 대역 통과 여파기에서의 인버터는 상기 기판 집적형 도파관과 동일하게 비아 홀을 통하여 구현하였고, 도 3과 같이 계단 임피던스 공진기(300)를 상기 기판 집적형 도파관에 구현하기 위해 비아 홀을 배열한 두 개의 인쇄 기판을 이용하여 직육면체 형태만큼 깎아 내릴 구조(310)를 형성하였다.In addition, the inverter in the band pass filter using the waveguide structure, which is generally implemented by the metal surface 200 of FIG. 2, is implemented through the via hole in the same manner as the substrate integrated waveguide, and the stepped impedance resonator 300 is illustrated in FIG. 3. In order to implement the substrate integrated waveguide, a structure 310 to be cut down by a rectangular parallelepiped shape was formed using two printed substrates in which via holes are arranged.

계단 임피던스 공진기는 도 3과 같이 양쪽에 두 개의 인쇄 기판이 사용된 저임피던스 부분(320)과 하나의 인쇄 기판이 사용된 고임피던스 부분(330)으로 나위어 지는데, 제 2비아 홀(340)은 인버터 구현을 위한 공진기와 공진기를 연결하는 금속면(200)을 대체하는 것으로 두 개의 인쇄 기판에 동일하게 형성되는 것이며, 저임피던스 부분(320)과 고임피던스 부분(330)을 분리하기 위해 금속 벽 역할을 하는 제 3비아 홀(350)은 상단의 인쇄 기판에만 형성되는 것이다.The staircase impedance resonator is divided into a low impedance part 320 using two printed boards on both sides and a high impedance part 330 using one printed board as shown in FIG. 3, and the second via hole 340 is an inverter. It is to replace the metal surface 200 connecting the resonator and the resonator for implementation is formed on the two printed boards the same, and serves as a metal wall to separate the low impedance portion 320 and high impedance portion 330 The third via hole 350 is formed only on the upper substrate.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 RF 특성 (S-파라미터 모의실험결과)을 나타낸 것으로써 도 1에 나타낸 구조의 결과와 비교한 것이다. 중심 주파수 12GHz를 중심으로 통과 대역 내에서 삽입 손실 1.06dB, 반사 손실 15dB 이하를 나타내고 2 차 고조파는 중심주파수 대비 133% 에서 173% 로 조절된 것을 알 수 있다. 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 RF 특성 (S-파라미터 측정결과)을 나타낸 것으로써 중심 주파수 12GHz를 중심으로 통과 대역 내에서 삽입 손실 3.98dB, 반사 손실 11.58dB 이하를 나타내고 2차 고조파는 중심주파수 대비 150% 를 나타내었다.Figure 4 shows the RF characteristics (S-parameter simulation results) according to an embodiment of the present invention is compared with the results of the structure shown in FIG. It can be seen that the insertion loss is 1.06dB and the return loss is less than 15dB in the pass band centered on the center frequency 12GHz and the second harmonic is adjusted from 133% to 173% compared to the center frequency. FIG. 5 illustrates RF characteristics (S-parameter measurement results) according to an embodiment of the present invention, and shows an insertion loss of 3.98 dB and a return loss of 11.58 dB or less within a pass band around a center frequency of 12 GHz. It represents 150% of the center frequency.

지금까지 본 발명에 대해서 상세히 설명하였으나, 그 과정에서 언급한 실시예는 예시적인 것일 뿐이며, 한정적인 것이 아님을 분명히 하고, 본 발명은 이하의 특허 청구 범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상이나 분야를 벗어나지 않는 범위 내에서, 균등하게 대처될 수 있는 정도의 구성요소 변경은 본 발명의 범위에 속한다 할 것이다.The present invention has been described in detail so far, but the embodiments mentioned in the process are merely exemplary and are not intended to be limiting, and the present invention is provided by the following claims. Within the scope of not departing from the scope of the present invention, changes in the components that can be coped evenly will fall within the scope of the present invention.

도 1은 종래의 기판 집적형 도파관 구조의 대역 통과 여파기1 is a band pass filter of a conventional substrate integrated waveguide structure.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 계단 임피던스 공진기를 이용하여 고조파를 억제한 기판 집적형 도파관 구조의 대역 통과 여파기의 구성2 is a configuration of a band pass filter of a substrate integrated waveguide structure in which harmonics are suppressed by using a stepped impedance resonator according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 3은 기판 집적형 도파관 구조의 계단 임피던스 공진기의 구성3 is a configuration of a stepped impedance resonator of a substrate integrated waveguide structure

도 4는 종래의 기판 집적형 도파관 구조의 대역 통과 여파기와 본 발명의 일실시예에 따른 계단 임피던스 공진기를 이용한 기판 집적형 도파관 구조의 대역 통과 여파기의 모의실험결과 비교4 is a comparison of simulation results of a band pass filter of a conventional substrate integrated waveguide structure and a band pass filter of a substrate integrated waveguide structure using a stepped impedance resonator according to an embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 계단 임피던스 공진기를 이용한 기판 집적형 도파관 구조의 대역 통과 여파기의 측정결과5 is a measurement result of a band pass filter of a substrate integrated waveguide structure using a stepped impedance resonator according to an embodiment of the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호설명 ** Explanation of Signs of Major Parts of Drawings *

10 : 종래의 기판 집적형 도파관 구조의 대역 통과 여파기10: band pass filter of conventional substrate integrated waveguide structure

100 : 급전부100: feeder

110 : 직각삼각형 형태의 금속 식각면110: metal etching surface of right triangle shape

120 : 가상 접지를 위한 제 1비아 홀120: first via hole for virtual grounding

200 : 금속면200: metal surface

300 : 계단 임피던스 공진기300: Step Impedance Resonator

310 : 직육면체 형태만큼 깎아 내린 부분310: part cut off by a rectangular parallelepiped

320 : 저임피던스 부분320: low impedance

330 : 고임피던스 부분330: high impedance

340 : 금속면 구현을 위한 제 2비아 홀340: second via hole for metal surface implementation

350 : 도파관의 금속벽 대체용 제 3비아 홀350: third via hole to replace the metal wall of the waveguide

Claims (5)

급전부와 기판 집적형 도파관 구조의 계단 임피던스 공진기와 이를 연결하기 위한 금속면과;A stepped impedance resonator having a feed part and a substrate integrated waveguide structure, and a metal surface for connecting the feeder part and the stepped impedance resonator; 상기 급전부의 신호 선로와 공진기는 급전 선로를 기준으로 대칭인 직각삼각형 형태로 금속을 제거한 부분과;The signal line and the resonator of the power supply unit are formed by removing metal in a right triangle shape symmetrical with respect to the power supply line; 상기 기판 집적형 도파관은 비아 홀을 이용하여 도파관 공진기와;The substrate integrated waveguide includes a waveguide resonator using via holes; 상기 급전부와 기판 집적형 도파관 공진기가 직렬로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 계단 임피던스 공진기를 이용하여 고조파를 억제한 기판 집적형 도파관 구조의 대역 통과 여파기.A band pass filter of a substrate integrated waveguide structure in which harmonics are suppressed by using a stepped impedance resonator, wherein the power supply unit and the substrate integrated waveguide resonator are connected in series. 청구항 1에 있어서, 상기 급전부는,The method according to claim 1, wherein the power supply unit, 급전선으로부터 상기 기판 집적형 도파관 구조로의 급전을 위해 급전 선로를 기준으로 대칭인 직각삼각형 형상의 금속을 제거하는 것을 특징으로 하는 계단 임피던스 공진기를 이용하여 고조파를 억제한 기판 집적형 도파관 구조의 대역 통과 여파기.Band pass of a substrate integrated waveguide structure in which harmonics are suppressed using a stepped impedance resonator characterized by removing a metal having a right triangle shape symmetrical with respect to a feed line for feeding power from a feed line to the substrate integrated waveguide structure. Filter. 청구항 1에 있어서, 마이크로스트립 전송 선로로부터 상기 기판 집적형 도파 관 구조로의 급전을 위해 제 1비아 홀을 통하여 급전 시작점을 의미하는 가상 접지를 구현한 것을 특징으로 하는 계단 임피던스 공진기를 이용하여 고조파를 억제한 기판 집적형 도파관 구조의 대역 통과 여파기.The method of claim 1, wherein a harmonic is generated using a stepped impedance resonator, which implements a virtual ground, which means a power supply start point, through a first via hole for power feeding from a microstrip transmission line to the substrate integrated waveguide structure. Band-pass filter with suppressed substrate integrated waveguide structure. 청구항 1에 있어서, 상기 기판 집적형 도파관 공진기는,The method of claim 1, wherein the substrate integrated waveguide resonator, 하나 이상의 인쇄 기판을 사용하여 각기 다른 두께를 구현하는 것을 특징으로하는 계단 인피던스 공진기를 이용하여 고조파를 억제한 기판 집적형 도파관 구조의 대역 통과 여파기.A band pass filter of a substrate integrated waveguide structure in which harmonics are suppressed by using a stepped impedance resonator using one or more printed substrates to realize different thicknesses. 청구항 1에 있어서, 상기 금속면은,The method according to claim 1, wherein the metal surface, 인쇄 기판 상에 비아 홀을 통하여 구현하는 것을 특징으로 하는 계단 임피던스 공진기를 이용하여 고조파를 억제한 기판 집적형 도파관 구조의 대역 통과 여파기Band pass filter of substrate-integrated waveguide structure suppressing harmonics using a stepped impedance resonator characterized in that it is implemented through a via hole on a printed board
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