마이크로스트립 선로를 이용한 대역통과 필터

목차

Project : 평행결합 마이크로스트립 선로를 이용한 대역통과 필터 설계

1. 시뮬레이션 Spec

2. Parallel-coupled, half-wavelength resonator fliter 소개

3. 필요한 parameter 구하기

4. 설계 및 시뮬레이션
- 0.5dB equal-ripple passband
- 3dB equal-ripple passband

5. 토의

본문내용

주파수 값이 증가한다는 것이다. 하지만 lj 값도 하나가 아닌 5개의 line 길이를 뜻하므로 함부로 아무 line 길이를 줄일 수 없었다. 그래서 오차를 극복하기 위해서 중심 주파수가 2.45GHz라는 가정하에서 line 길이들을 정하고 이 값을 이용하여 두 번째 시뮬레이션을 실행했다. 다음은 그 결과값 테이블과 시뮬레이션 결과 그래프이다.
j
Wj(mm)
Sj(mm)
(εre)j
(εro)j
lj
1 & 6
0.877
0.286
3.1120
3.1910
17.847
2 & 5
0.958
1.164
3.0769
3.5565
17.695
3 & 4
0.961
1.517
3.0445
3.6320
17.689
< Microstrip design parameters >
< 두 번째 결과 >
< 두 번째 결과 >
두 번째 시뮬레이션 결과 중심 주파수의 이동이 20 MHz 정도가 일어났으며 bandwidth가 100 MHz에 가깝게 나온 것을 확인할 수 있었다. 따라서 다음 번 시뮬레이션에서 line길이 변화량과 중심 주파수의 변화량의 대략적인 관계를 이용해 line 길이를 구하고 이를 이용해 시뮬레이션 하였다.
< 세번째 시뮬레이션 >
line길이 변화량과 중심 주파수의 변화량의 대략적인 관계를 통해서 중심 주파수 2.57 GHz에 해당하는 line 길이를 갖는다면 설계한 필터가 2.35 GHz에서 작동하게 될 것임을 알 수 있었다. 다음은 그 결과 테이블과 시뮬레이션 결과 그래프이다.
j
Wj(mm)
Sj(mm)
(εre)j
(εro)j
lj
1 & 6
0.877
0.286
3.1120
3.1910
16.289
2 & 5
0.958
1.164
3.0769
3.5565
16.159
3 & 4
0.961
1.517
3.0445
3.6320
16.154
< Microstrip design parameters >
Wc = 2.35 GHz
BW = 100 MHz
< 세 번째 결과 >

결과 그래프에서 알 수 있듯이 중심 주파수는 2.35 GHz, bandwidth로 주어진 스펙을 만족하는 결과를 얻을 수 있었다. 하지만 예상했던 0.5dB 리플을 확인하지는 못했다. 세 번째 시뮬레이션 이후 여러 다른 조건으로 시뮬레이션을 해 봤으나 확인이 쉽지 않았다. 일단 3dB 리플을 갖는 필터를 설계해 비교해 보기로 했다.
2. 3dB equal-ripple passband
각각의 parameter들은 위의 매트랩을 이용하여 구하였다.
j
Jj,j+1Zo
(Z0e)j,j+1
(Z0o)j,j+1
0
0.139
59.960
41.067
1
0.041
51.426
45.406
2
0.036
49.372
47.182
< Circuit design parameters >
j
Wj(mm)
Sj(mm)
(εre)j
(εro)j
lj
1 & 6
0.995
0.463
3.147
3.331
17.987
2 & 5
1.037
1.367
3.082
3.627
17.701
3 & 4
1.040
1.570
3.064
3.665
17.690
< Microstrip design parameters >
0.5dB 시뮬레이션과 같은 방식을 다음의 최종 결과를 얻을 수 있었다.
< 최종 결과 >
j
Wj(mm)
Sj(mm)
(εre)j
(εro)j
lj
1 & 6
0.995
0.463
3.147
3.331
16.747
2 & 5
1.037
1.367
3.082
3.627
16.314
3 & 4
1.040
1.570
3.064
3.665
17.267
결과 그래프에서 알 수 있듯이 중심 주파수는 2.35 GHz, bandwidth로 주어진 스펙을 만족하는 결과를 얻을 수 있었다. 하지만 예상했던 3dB 리플을 이번 시뮬레이션에서도 확인하지 못했다. 처음부터 새롭게 설계를 하여도 마찬가지 결과들을 얻었다.
토의
마이크로 스트립 선로를 이용해 bandpass 필터를 만들었다. 중심주파수는 2.35GHz로 원하는 스펙이 나왔으나 equal-ripple은 앞선 시뮬레이션 결과들과 마찬가지로 보이지 않았다. mesh값을 좀 더 늘려서 시뮬레이션 하면 좀 더 정확한 시뮬레이션 결과와 함께 ripple이 나오지 않을까 하는 추측을 해본다. 하지만 한 번 시뮬레이션에 4시간 정도씩 소비되니 엄두가 나지 않아 시도하지는 못했다. 이번 프로젝트를 통해서 필터 설계에 대해 많은 지식을 얻을 수 있었다. 정확히 원하는 결과를 얻지는 못했지만 많은 것을 느끼고 체험할 수 있었던 시간이었다.

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