Abstract
In this paper, the implementation and embedding method of the existing air-filled waveguide-filters at millimeter-wave on general PCB substrate is introduced by systematically inserting the vias inside waveguide and mathematically manipulating the simple equations obtained ken the classical circular-post waveguide filter design. All the metal structures placed vertically such as side wall fur perfect ground plane and circular-post for signal control in the air-filled WR-22 waveguide are replaced with several types of via for constructing the bandpass-filter. Side wall and poles inside waveguide are realized by placing a series array of via and tuning the via diameter. The lengths of x, y, z axis are reduced in proportion to root square of employed substrate dielectric constant and especially the length of z axis can be more reduced due to the characteristics of the wave propagation. Because the mass production on PCB is possible without fabricating a large-scaled metal waveguide of WR-22 as input/output ports at millimeter-wave regime, the manufacturing cost is reduced considerably. Finally, when using multilayer process like LTCC for small-sized module, it is one of advantages to use only one layer f3r the filter fabrication. To evaluate the validity of this novel technique, order-3 Chebyshev BPF(Bandpass-Filter) centered at 40 GHz-band with a 2.5 ％ FBW (Fractional Bandwidth) were used. The employed substrate has relative dielectric constant of 2.2 and thickness of 10 mil of Rogers RT/Duroid 5880. Accroding to design and measurement results, a good performance of insertion loss of 2 ㏈ and return loss of -30 ㏈ is achieved at full input/output ports.
본 논문에서는 기존의 도파관 필터, 즉 내부가 공기로 채워진 밀리미터파 도파관 필터를 기본적인 도파관 변수 계산치로부터 일반 PCB 기판상에 구현하는 방법을 소개한다. 이를 위해서는 기존 도파관 필터의 구조에서 수직으로 배치된 모든 도체구조를(접지용 도체벽, 신호제어용 도체판) via를 사용해 대체해야 한다. 이를 위해 side wall과 도파관 내부 폴들을 via의 연속적인 나열과 via지름 크기의 조절을 통해 구현한다. 이를 통해 얻을 수 있는 장점은 사용될 기판 유전율의 제곱근에 비례하여 전체 크기가 x, y, z축으로 축소되며 특히 z축으로는 더 큰 축소가 가능하다. 또한 기존의 규모가 큰 금속성 도파관 필터를 제작할 필요없이 PCB상에 대량의 제작이 용이하기 때문에 훨씬 저렴하게 제작할 수 있다. 마지막으로 모듈의 소형화를 위해 요즘 한창 각광받는 LTCC 공정과 같은 다층기판 제작시 한층을 사용해 제작될 수 있다는 점에서 유리하다. 이 새로운 도파관 필터를 평가하기 위해 40 GHz 대역에서 2.5 %의 대역폭을 가지는 3차 chebyshev 대역통과필터가 사용되었으며 이에 사용된 PCB 기판은 유전율이 2.2이고 두께가 10 mil인 RT/duroid 5880이다. 설계 후 측정 결과 전체 입/출력단에서 삽입 손실이 2 ㏈ 정도이며 반사손실이 -30 ㏈ 이하의 우수한 특성을 얻을 수 있었다.
