The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science (한국전자파학회논문지)

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A Novel Design Method of Direct Coupled BPF(Band Pass Filter) Based on EM Simulation of Individual Resonator

개별 공진기의 EM 시뮬레이션에 기초한 새로운 직접결합 대역여파기 설계 방법

  • Yang, Seong-Sik (Department of Radio Science and Engineering, Chungnam National University) ;
  • Yeom, Kyung-Whan (Department of Radio Science and Engineering, Chungnam National University)
  • Published : 2009.04.30
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Abstract

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.

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.

Keywords

References

  1. S. B. Cohn, "Parallel-coupled transmission-line resonator filters", IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. 46, no. 4, pp. 223-351, Apr. 1958
  2. M. Makimoto, S. Yamashita, "Bandpass filter using parallel coupled stripline stepped impedance resonator", IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 28, no. 12, pp. 1413-1417, Dec. 1980 https://doi.org/10.1109/TMTT.1980.1130258
  3. G. L. Matthaei, L. Young, and E. M. Jones, Microwave Filters, Impedance-Matching Networks, and Coupling Structures, New York: McGraw-Hill, 1964
  4. H. M. Lee, C. M. Tsai, "Improved coupled microstrip filter design using effective even-mode and odd-mode characteristic impedances", IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. 53, no. 9, pp. 2812- 2818, Sep. 2005 https://doi.org/10.1109/TMTT.2005.854177
  5. 김현미, 양승식, 오현선, 염경환, "최소 삽입 손실을 갖는 국부 발진기 고조파 제거를 위한 병렬 결합 전송 선로 대역 여파기의 설계 및 제작", 한국전자파학회논문지, 18(5), pp. 486-495, 2007년 5월 https://doi.org/10.5515/KJKIEES.2007.18.5.486
  6. M. Dishal, "Alignment and adjustment of synchronously tuned multiple-resonant-circuit filters", in Proc. IRE, vol. 39, pp. 1448-1455, Nov. 1951 https://doi.org/10.1109/JRPROC.1951.273611
  7. J. B. Ness, "A unified approach to the design, measurement, and tuning of coupled-resonator filters", IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. 46, no. 4, pp. 343-351, Apr. 1998 https://doi.org/10.1109/22.664135
  8. J. T. Kuo, T. H. Yeh, and C. C. Yeh, "Design of microstrip bandpass filters with a dual-passband response", IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. 53, no. 4, pp. 1331-1337, Sep. 2005 https://doi.org/10.1109/TMTT.2005.845765
  9. C. F. Chen, T. Y. Huang, and R. B. Wu, "Design of microstrip bandpass filters with multiorder spurious-mode suppression", IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. 53, no. 12, pp. 3788-3793, Dec. 2005 https://doi.org/10.1109/TMTT.2005.859869
  10. 양승식, 염경환, "개별 공진기의 EM 조정을 통한 SIR로 구성된 대역 여파기의 설계", 한국전자파학회논문지, 18(7), pp. 748-756, 2007년 7월 https://doi.org/10.5515/KJKIEES.2007.18.7.748
  11. S. S. Yang, K. W. Yeom, "An EM tuning procedure for planar filter based on individual resonator decomposition", IEEE Microw and Wireless Components Lett., vol. 18, no. 7, Jul. 2008 https://doi.org/10.1109/LMWC.2008.924920
  12. G. Pepe, F. J. Gӧrtz, and H. Chaloupka, "Sequential tuning of microwave filter using adaptive models and parameter extration", IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. 53, no. 1, pp. 22-31, Jan. 2005 https://doi.org/10.1109/TMTT.2004.839342
  13. Sungtek Kahng, "Study of the design of waveguide filter with improved suppression of modal interference through the cross-shaped slot", International Journal of Microwave and Millimeter Computer-Aided Engineering, vol. 13, no. 4, pp. 285- 292, May 2003 https://doi.org/10.1002/mmce.10086
  14. D. Lee, D. Cargill, and P. Pramanick, "Computer aided design of shielded microstrip line hairpin line filters", Electrical and Computer Engineeing Conference, vol. 2, pp. 1148-1151, Sep. 1993 https://doi.org/10.1109/CCECE.1993.332253
  15. J. W. Bandler, R. M. Biernacki, S. H. Chen, D. G. Swabxib, Jr., and S. Ye, "Microstrip filter design using direct EM field simulation", IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. 42, no. 7, pp. 1353- 1359, Sep. 2005 https://doi.org/10.1109/22.299729
  16. R. Rhea, "EM enables classic filter technique", Microwave Journal, vol. 50, no. 2, pp. 138-145, Feb. 2007
  17. 양승식, 염경환, "무 손실 2-포트 회로의 인버터를 사용한 등가회로 및 응용", 한국전자파학회 논문지, 19(7), pp. 761-770, 2008년 7월 https://doi.org/10.5515/KJKIEES.2008.19.7.761

Cited by

  1. Design and Fabrication of 10 GHz Substrate Integrated Waveguide Band Pass Filter Based on EM Simulation vol.21, pp.2, 2010, https://doi.org/10.5515/KJKIEES.2010.21.2.099
  2. Design of an Offset Interdigital Filter Based on Multi-Port EM Simulated Y-Parameters vol.22, pp.7, 2011, https://doi.org/10.5515/KJKIEES.2011.22.7.694