주파수 조정이 자유로운 듀얼 모드 대역 차단 필터

본 논문은 다양한 무선 표준이 공존하는 현대 통신 시스템의 요구에 부응하기 위해, 넓은 범위에서 주파수를 연속 조정 가능하면서도 소형이고 성능이 우수한 대역 정지 필터(BSF)를 제안하고 그 설계, 구현 및 실증 결과를 상세히 설명합니다. 서론에서는 재구성 가능 필터의 필요성을 강조하며, 기존의 튜닝 가능 BSF 설계법들(λ/2 결합 선로 공진기, 집중 소자, 다층 PCB, 공동 공진기, MEMS, DG 구조 등)이 지니는 한계점인 큰 크기, 낮은 품질 계수, 복잡한 제조 공정, 제한된 튜닝 범위 등을 지적합니다. 이를 해결하기 위해 바랙터 기반의 듀얼 모드 2차 BSF를 제안합니다. 필터 설계 섹션은 세 부분으로 구성됩니다. 먼저, 필터의 합성 과정을 설명합니다. 기본이 되는 1차 노치 필터(degenerative-pole notch filter)의 두 공진기 사이에 유도성 및 정전성 결합을 도입하여 두 개의 극을 분리시켜 듀얼 모드 2차 BSF를 만드는 원리를 제시합니다(Fig. 1(a)). J-인버터는 90도 전송선으로 구현됩니다. 이 결합 요소들을 T형 및 π형 등가 회로로 대체하여 Fig. 1(b)의 등가 회로 모델을 완성하고, 표준적인 결합 공진기 필터 이론을 바탕으로 (1)-(7)식과 같이 각 소자 값(L, C, LM, L1, CM, C1)을 저대역 프로토타입 값(g0-g3), 중심주파수(ω0), 종단 임피던스(Z0), 대역폭(Δ), 결합 계수(k)로부터 합성하는 방법을 제시합니다. 다음으로, 이 필터를 튜닝 가능하게 만드는 방법을 설명합니다. C1과 CM을 바랙터 다이오드로 대체하면 주파수 조정이 가능해지지만, 합성된 CM 값이 상용 바랙터의 최소 용량보다 작을 수 있는 문제가 있습니다. 이를 해결하기 위해 Fig. 2와 같이 직렬 커패시터 CC를 추가한 변형 회로를 도입합니다. 주어진 CC 값에 대해, 원래 회로(Fig. 1(b))와 변형 회로(Fig. 2(a))의 커패시턴스가 동등하도록 하는 새로운 바랙터 용량값 Ca와 Cb를 (8)-(11)식을 통해 유도합니다. 마지막으로, 이 회로를 평면형 마이크로스트립 기술로 구현하는 방법을 상세히 기술합니다(Fig. 3). 인덕터 L1은 접지면 금속을 제거한 위층의 가는 메안더 선로로, 결합 인덕터 LM은 접지면에 배치된 가는 선로로 구현하여 3층 구조 없이도 효율적인 유도성 결합을 실현합니다. 바랙터 D1은 Ca를, 직렬 연결된 D2는 Cb를 구현합니다. 90도 인버터는 두 CC 커패시터 사이의 마이크로스트립 선로(λ/4)로 구현됩니다. 설계 절차는 먼저 회로 합성을 통해 소자 값을 구한 후, 문헌