필터(filter)

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필터(filter)에 대한 보고서 자료입니다.

목차

< Filter >
1. 필터의 정의와 역할
2. 필터의 기본원리
3. 필터의 종류
1) LPF(Low pass filter)
2) HPF(High pass filter)
3) BPF(Band pass filter)
4) BSF(Band stop filter)
4. 필터 관련 파라미터
5. 필터 응답특성
<필터 응답 특성 분류>

본문내용

를 제거, 원하지 않는 믹서 출력 감쇠, 수신기 IF 대역 설정 등에 사용된다.
<대역통과 필터 개념도>
<주파수 응답 특성>
<출력 전압의 그래프 특성>
4) BSF(Band stop filter)
공진주파수에서는 L과 C가 상호작용하여 서로의 특성을 상쇄시키므로, 두 소자를 적절히 조합하면 회로를 그라운드에 바로 연결한 효과가 발생한다. 따라서 Vout 단자로 향하는 신호들이 모두 그라운드로 빠져나가 출력 전압은 최소가 되고 주파수 차단효과가 생긴다.
<기본적인 Band stop filter 와 동작원리>
<출력 전압의 그래프 특성>
<주파수 응답 특성>
4. 필터 관련 파라미터
필터의 특성을 이해하기 위해 필요한 파라미터들을 조사하여 나타냈다.
* 삽입손실(Insertion loss)
통과대역에서의 전자파 손실을 의미한다.
* 차수(Order)
필터를 구성하는 L,C 성분 각각을 차수(Order)라고 지칭한다. 차수는 필터 특성에 중요한 영향을 미친다. 차수가 높아지면 통과대역과 저지대역에서의 필터 특성이 좋아진다. 그러나 삽입손실 증가, 군지연(Group delay)심화, 필터 크기 및 비용 증가 등의 문제도 발생한다. 설계 시 이러한 Trade-off를 고려하여 적절한 차수를 선정하게 된다.
필터를 설계할 때는 되도록 적은 차수로 원하는 필터 특성을 얻는 것이 이상적이다. 큰 차수의 필터가 필요할 경우 보다 낮은 차수의 필터 두 개를 설계한 후 직렬 접속시켜 원하는 결과를 얻는 방법도 있다.
* Pole
Filter를 구성하는 각각의 Resonator를 지칭하는 용어. 예를 들어 L과 C가 조합되어 주파수 선택적으로 통과시키는 필터특성이 나타날 때 이 한 쌍을 pole이라고 부른다.
* 대역폭(Band width)
통과대역의 삽입손실을 기준으로 절반(3dB)의 삽입손실에 해당하는 최고 주파수와 최저 주파수의 차이를 대역폭이라고 한다.
* Shape factor
통과대역과 소거대역간의 주파수간격이 얼마인가를 말하는 척도.
* 스커트(Skirt)
주파수가 차단되는 대역에서 스커트 형태로 갑자기 통과특성과 차단특성이 바뀌는 부분을 스커트라고 하며 대역폭 제한 특성을 나타낸다. 스커트 특성이 좋다는 얘기는 통과대역과 차단대역의 구분이 명확하게, 수직에 가깝게 서 있다는 의미이다. 반대로 스커트 특성이 나쁘다는 것은 통과대역과 차단대역의 구분이 완만하여 주파수 선택적 특성이 떨어진다는 의미가 된다.
* 리플(ripple)
필터 통과대역의 S21이 평평하지 않고 파도처럼 요동치는 현상을 나타낸 것. Skirt 특성을 좋게 만들면 ripple 현상이 심해져서 통과신호가 불안정해진다. ripple 값은 보통 통과대역에서 변동이 발생한 최대, 최저점간의 차이를 dB로 나타낸다.
* 군지연(Group-delay)
Filter의 특성을 나타내는 지표 중 하나로서, 신호가 Filter 내부를 통과하면서 발생한 Time delay(시간지연)을 의미한다. Group delay가 크면 통과되는 주파수 대역의 주파수마다 위상관계가 각각 다르게 틀어지며, 결국 이것은 신호의 왜곡으로 나타나게 된다. 그러므로 Filter 설계 시 Group delay를 작게 만드는 것이 중요하다.
5. 필터 응답특성
필터의 통과대역 및 저지대역 응답 특성에 따라서 필터를 다르게 설계할 수 있다. 많은 종류의 필터 응답들이 있으나 우리가 수업시간에 주로 익히고 사용하게 될 응답은 Binomial, Chevyshev, Linear phase 등이다.
필터를 설계할 때는 자신이 어떤 필터의 특성이 필요한가에 따라 필터 응답을 결정하여 설계하게 된다. 가파른 차단 특성을 얻는 것이 목적이라면 체비셰프 필터를 설계해야 할 것이고, 리플없이 좋은 통과대역 특성을 얻고 싶다면 바이노미얼 필터를 설계하면 된다. 차단 특성과 통과대역 특성은 서로 트레이드오프 관계에 있으므로 설계자가 필요에 따른 선택을 하는 것이 필요하다.
<필터 응답 특성 분류>
1) Maximally flat (binomial, butterworth)
: 평탄한 통과대역 응답, 완만한 차단특성
2) Equal-ripple (Chevyshev)
: 가파른 차단 특성, 통과대역 리플 발생
3) Linear-phase
: 통과대역 내 선형위상응답, 완만한 차단특성
4) Bessel
: 저지대역에서 보다 적은 롤 오프 특성
5) Elliptic
: 통과대역 및 저지대역에 ripple 성분 있음
<필터 응답에 따른 삽입손실, 감쇠, 군지연 특성>

키워드

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