RF 및 마이크로파 필터

RF and microwave filter

무선 주파수(RF)와 마이크로파 필터는 메가헤르츠 ~ 기가헤르츠 주파수 범위(중간 주파수 ~ 초고주파수)의 신호에서 작동하도록 설계된 전자 필터의 한 종류를 나타낸다. 이 주파수 범위는 대부분의 방송 라디오, 텔레비전, 무선 통신(휴대폰, Wi-Fi 등)에서 사용되는 범위로서, 대부분의 RF 및 마이크로파 장치는 송신되거나 수신된 신호에 대한 일종의 필터링을 포함할 것이다. 그러한 필터는 일반적으로 다중 주파수 대역을 결합하거나 분리하는 듀플렉서와 디플렉스어의 구성 블록으로 사용된다.[1]

필터 함수

4가지 일반 필터 기능이 바람직하다.

필터 기술

일반적으로 대부분의 RF와 마이크로파 필터는 하나 이상의 결합된 공명기로 구성되는 경우가 대부분이며, 따라서 공명기를 만드는 데 사용할 수 있는 모든 기술은 필터를 만드는 데도 사용될 수 있다. 사용 중인 공명기의 비적재 품질 계수는 일반적으로 필터가 달성할 수 있는 선택도를 설정한다. Matthaei, Young, Jones가 쓴 이 책은 RF와 마이크로파 필터의 디자인과 실현에 대한 좋은 참고자료를 제공한다. 일반화 필터 이론은 마이크로파 필터에 있는 커플링 공명기의 공명 주파수와 결합 계수로 작동한다.

덩어리 요소 LC 필터

rf와 마이크로파 필터에 사용할 수 있는 가장 간단한 공진기 구조는 병렬 또는 직렬 인덕터와 캐패시터로 구성된 LC 탱크 회로다. 이것들은 매우 콤팩트하다는 장점이 있지만 공명기의 낮은 품질 요인은 상대적으로 성능 저하를 초래한다.

덩어리-원소 LC 필터는 상한 및 하한 주파수 범위를 모두 가진다. 주파수가 매우 낮아짐에 따라, 낮은 kHz ~ Hz 범위로 탱크 회로에 사용되는 인덕터의 크기가 엄청나게 커진다. 초저주파 필터는 이 문제를 극복하기 위해 결정으로 설계되는 경우가 많다. 주파수가 높아질수록 600MHz 이상 범위에서는 탱크 회로의 인덕터가 너무 작아져 실용성이 떨어진다. 동일한 리액턴스를 달성하기 위해 특정 인덕턴스의 인덕터의 전기 리액턴스가 더 높은 주파수에서 선형적으로 증가하므로, 엄청나게 낮은 인덕턴스가 필요할 수 있다.

평면 필터

주요 기사: 분산 요소 필터

마이크로스트립, 코프라나 도파관, 스트립플라인과 같은 평면 전송선도 좋은 공명기와 필터를 만들 수 있고 덩어리진 요소 필터보다 크기와 성능 면에서 더 나은 절충안을 제공할 수 있다.[citation needed] 마이크로스트립 회로를 제조하는 데 사용되는 공정은 인쇄 회로 기판을 제조하는 데 사용되는 공정과 매우 유사하며 이러한 필터는 대부분 평면이라는 장점이 있다.

정밀 평면 필터는 박막 공정을 사용하여 제조한다. 높은 Q 계수는 석영이나 사파이어와 같은 기질에 낮은 손실 접선 유전체 물질을 사용하고 금과 같은 낮은 저항 금속을 사용하여 얻을 수 있다.

동축 필터

동축 트랜스미션 라인은 평면 트랜스미션 라인보다 높은 품질 계수를 제공하므로 고성능이 필요할 때 사용한다.[citation needed] 동축 공명기는 전체 크기를 줄이기 위해 고변량 상수 재료를 사용할 수 있다.

캐비티 필터

40MHz에서 960MHz 주파수 범위에서 여전히 널리 사용되고 있는 잘 구성된 캐비티 필터는 적어도 1메가와트의 출력 부하에서도 높은 선택성을 가질 수 있다.[3] Q 고품질 계수는 물론 근접 간격(최대 75kHz) 주파수에서의 성능 안정성 향상도 필터 빈도의 내부 부피를 증가시킴으로써 달성할 수 있다.

기존 공동 필터의 물리적 길이는 40 MHz 범위에서 205 cm 이상에서 900 MHz 범위에서 27.5 cm 이하로 변할 수 있다.

마이크로파 범위(1000MHz 이상)에서는 캐비티 필터가 덩어리진 소자 공명기와 필터보다 크기 면에서 실용적이고 상당히 높은 품질 계수가 된다.

유전체 필터

1994년 Motorola 휴대 전화의 RF 유전체 필터

다양한 유전체로 만들어진 퍽은 공명기를 만드는 데도 사용될 수 있다. 동축 공명기와 마찬가지로 필터의 전체 크기를 줄이기 위해 고변량 상수 재료를 사용할 수 있다. 저손실 유전체 소재를 사용하면 앞서 설명한 다른 기술보다 훨씬 높은 성능을 제공할 수 있다.

전기음향필터

압전 소재에 기초한 전기음향 공명기는 필터에 사용할 수 있다. 주어진 주파수에서의 음향 파장은 전기 파장보다 몇 배나 짧기 때문에, 전기 음향 공명기는 일반적으로 캐비티 공명기와 같은 전자기 상대보다 크기와 무게에 의해 더 작다.

전기음향 공명기의 일반적인 예는 기본적으로 한 쌍의 전극에 의해 고정된 압전 석영 결정의 절단인 석영 공진기다. 이 기술은 몇 십 메가헤르츠에 한정되어 있다. 일반적으로 100MHz가 넘는 마이크로파 주파수의 경우 대부분의 필터는 표면 음향파(SAW)와 박막 벌크 음향 공명기(FBAR, TFBAR) 기반 구조와 같은 박막 기술을 사용하고 있다.

도파관 필터

주요 기사: 도파관 필터

와플 아이언 필터가 그 예다.

에너지 터널링 기반 필터

이것들은 튜닝성이 뛰어난 전자레인지 필터의 새로운 등급이다. 이러한 특수한 종류의 필터는 도파관, SIW 또는 저비용 PCB 기술에서 구현될 수 있으며, 광범위한 튜닝 범위를 달성하기 위해 적절한 위치에 삽입된 스위치의 도움으로 더 낮거나 더 높은 주파수로 튜닝할 수 있다.[4]

메모들

  1. ^ "RF / Microwave Filters, Diplexers, Duplexers, Switched Banks Vendors - RF Cafe".
  2. ^ Matthaei, George L.; Jones, E. L.; Young, Leo (1980). Microwave filters, impedance-matching networks, and coupling structures. Dedham, Mass: Artech House Books. ISBN 0-89006-099-1.
  3. ^ R Lay (15 February 1977). "Phase and Group Delay of S-Band Megwatt Cassegrain Diplexer and S-Band Megawatt Transmit Filter" (PDF). The Deep Space Network Progress Report (DSN PR 42-37): 198–203.
  4. ^ https://www.researchgate.net/publication/322103358_A_new_Class_of_MET_based_Tunable_Microwave_Filters

외부 링크