도파관 필터

도파관 필터는 도파관 기술로 만들어진 전자 필터다.도파관은 전자파가 전달될 수 있는 내부의 중공 금속 도관이다.필터는 일부 주파수에서 신호가 통과(통과대역)되는 반면 다른 주파수에서는 거부(정지대역)되는 장치다.필터는 전자공학 설계의 기본 구성요소로서 수많은 응용프로그램을 가지고 있다.여기에는 신호 선택 및 소음 제한 등이 포함된다.도파관 필터는 주파수의 마이크로파 대역에서 가장 유용하며, 편리한 크기와 손실이 적다.마이크로파 필터 사용의 예는 위성 통신, 전화 네트워크, 텔레비전 방송 등에서 찾아볼 수 있다.

도파관 필터는 제2차 세계 대전 동안 레이더와 전자 대책의 필요를 충족시키기 위해 개발되었지만, 그 후 전자레인지 링크에서 사용하는 것과 같은 민간 응용 프로그램을 곧 발견했다.전후 개발의 많은 부분은 이러한 필터의 부피와 무게를 줄이는 것과 관련이 있었다. 첫째, 불필요한 구성요소를 제거하게 하는 새로운 분석 기법을 사용함으로써, 그 다음에는 이중 모드 공동과 같은 혁신과 세라믹 공명기와 같은 새로운 재료에 의해.

도파관 필터 설계의 특정 특징은 전송 모드와 관련이 있다.전도선 쌍과 유사한 기술에 기초한 시스템은 오직 하나의 전송 방식만을 가지고 있다.도파관 시스템에서는 임의의 수의 모드가 가능하다.이는 가짜 모드가 자주 문제를 일으키므로 단점이 될 수 있으며, 이중 모드 설계가 동등한 도파관 단일 모드 설계보다 훨씬 작을 수 있기 때문에 장점이 될 수 있다.다른 기술에 비해 도파관 필터의 주요 장점은 높은 전력 처리 능력과 낮은 손실이다.주된 단점은 마이크로스트립 필터와 같은 기술과 비교할 때 그것의 부피와 비용이다.

다양한 종류의 도파관 필터가 널려 있다.그들 중 많은 것들이 LC 회로의 사다리 네트워크로 모델링될 수 있는 어떤 종류의 결합 공명기의 체인으로 구성되어 있다.가장 흔한 유형 중 하나는 다수의 결합된 공명 공동으로 이루어져 있다.이 유형 내에서도 하위 유형이 많이 존재하며, 대부분 결합의 수단으로 구별된다.이러한 연결 유형에는 개구부,^[w] 홍채 ^[x]및 기둥 등이 포함된다.기타 도파관 필터 유형에는 유전 공진기 필터, 삽입 필터, 핀라인 필터, 골판형 도파관 필터, 스터브 필터 등이 있다.많은 도파관 구성 요소들은 그들의 설계에 필터 이론을 적용하지만, 그들의 목적은 신호를 필터링하는 것 이외의 것이다.그러한 장치에는 임피던스 매칭 구성요소, 방향 쿠플러 및 디플렉스 장치가 포함된다.이러한 장치들은 적어도 부분적으로는 필터의 형태를 취하는 경우가 많다.

범위

무자격으로 사용될 때 도파관의 공통적인 의미는 속이 빈 금속 종류(혹은 유전체 채움)이지만 다른 도파관 기술은 가능하다.^[1]이 글의 범위는 금속 콘듀이트 타입으로 한정되어 있다.벽 후 도파관 구조는 변종이지만, 이 글에 포함시킬 만큼 충분히 관련이 있다. 파도는 대부분 전도 물질로 둘러싸여 있다.가장 잘 알려진 예로는 광섬유인 유전봉으로 도파관을 만드는 것이 가능하다.^[2]이 주제는 간혹 중공 금속 도파관 내부에 유전체 로드 공명기가 사용된다는 예외를 제외하고는 기사의 범위를 벗어난다.전도선이나 마이크로스트립과 같은 전송선^[o] 기술은 도파관이라고 생각할 수 있지만,^[3] 흔히 그렇게 부르지 않으며, 또한 이 글의 범위 밖에 있다.

기본개념

필터

전자공학에서는 특정 주파수 대역의 신호가 다른 주파수를 차단하면서 통과할 수 있도록 필터를 사용한다.그것들은 전자 시스템의 기본 구성 요소로서 응용이 매우 많다.도파관 필터의 사용으로는 듀플렉서,^[d] 디플렉스 및 멀티플렉서의 구성, 수신기의 선택성과 소음 제한, 송신기의 고조파 왜곡 억제 등이 있다.^[4]

도파관

도파관은 무선 신호를 제한하고 지시하는 데 사용되는 금속 도관이다.보통 황동으로 만들어지지만 알루미늄과 구리도 사용된다.^[5]대부분 직사각형이지만 원형이나 타원형 같은 다른 단면도 가능하다.도파관 필터는 도파관 구성요소로 구성된 필터다.전자·라디오 엔지니어링의 다른 필터 기술과 응용 범위가 많이 동일하지만 기계적으로나 운용 원리가 매우 다르다.^[6]

필터 구축에 사용되는 기술은 중복되는 양이 많지만 예상되는 작동 빈도에 의해 크게 선택된다.오디오 전자 장치와 같은 저주파 어플리케이션은 이산형 캐패시터와 인덕터로 구성된 필터를 사용한다.매우 고주파 대역의 어딘가에서, 설계자들은 전송 라인의 조각들로 만들어진 요소들을 사용하는 것으로 전환한다.^[p]이러한 종류의 설계를 분산 요소 필터라고 한다.불연속 구성 요소로 만든 필터를 구별하기 위해 덩어리 요소 필터라고도 한다.여전히 높은 주파수에서 마이크로파 대역, 설계는 도파관 필터로 전환하거나 도파관과 전송 라인의 조합으로 전환한다.^[7]

도파관 필터는 덩어리진 요소 필터보다 전송 라인 필터와 훨씬 공통점이 있으며, 이 필터에는 이산형 캐패시터나 인덕터가 전혀 포함되어 있지 않다.단, 도파관 설계는 흔히 덩어리 요소 설계와 동일하거나 거의 동일할 수 있다.실제로 도파관 필터의 설계는 종종 덩어리 요소 설계에서 시작하여 그 설계의 요소를 도파관 구성요소로 변환한다.^[8]

모드

송신선 설계와 비교하여 도파관 필터 작동에서 가장 중요한 차이점 중 하나는 신호를 전달하는 전자파의 전송 방식에 관한 것이다.송전 라인에서 파동은 한 쌍의 도체에서 전류와 연관된다.도체는 전류를 선과 평행하도록 구속하고, 결과적으로 전자기장의 자기 및 전기 구성 요소 모두 파동의 이동 방향에 수직이다.이 횡방향 모드는 TEM^[l](횡방향 전자파)으로 지정된다.한편, 완전히 속이 빈 도파관이라면 어떤 것이든 지원할 수 있는 모드는 무한히 많지만, TEM 모드는 그 중 하나가 아니다.도파관 모드는 TE^[m](횡방향 전기) 또는 TM^[n](횡방향 자기)으로 지정되며, 그 뒤에 정밀 모드를 식별하는 접미사 쌍이 나온다.^[9]

이러한 다양한 모드는 모의 모드가 생성될 때 도파관 필터에 문제를 일으킬 수 있다.설계는 대개 단일 모드에 기초하며, 원하지 않는 모드를 억제하기 위한 기능을 자주 통합한다.반면에, 애플리케이션에 적합한 모드를 선택하고 심지어 한 번에 두 개 이상의 모드를 사용함으로써 이점을 얻을 수 있다.단일 모드만 사용 중인 경우 도파관을 전도성 송신선처럼 모델링할 수 있으며, 송신선 이론의 결과를 적용할 수 있다.^[10]

끊어내다, 잘라 버리다

도파관 필터 특유의 또 다른 특징은 아래에는 어떤 전송도 일어날 수 없는 확실한 주파수인 차단 주파수가 있다는 점이다.이것은 이론적으로 저역 통과 필터가 도파관에서는 만들어질 수 없다는 것을 의미한다.그러나 설계자는 덩어리 소자 저역-통과 필터 설계를 취하여 도파관 구현으로 전환하는 경우가 많다.필터는 결과적으로 설계에 의해 저역 통과되며 컷오프 주파수가 애플리케이션에 대한 관심 빈도 이하인 경우 모든 실용적 목적을 위한 저역 통과 필터로 간주될 수 있다.도파관 차단 주파수는 전송 모드의 함수이므로 주어진 주파수에서 도파관을 다른 모드에서는 사용할 수 없지만 다른 모드에서는 사용할 수 없다.마찬가지로 주어진 주파수에서 가이드의 가이드 파장^[h](주파수_g)과 특성 임피던스^[b](Z₀)도 모드에 따라 달라진다.^[11]

우성 모드

모든 모드 중 컷오프 주파수가 가장 낮은 모드를 우성 모드라고 한다.컷오프와 다음으로 높은 모드 사이에서는 이것이 전송이 가능한 유일한 모드여서 지배적인 것으로 묘사된다.생성된 모든 가짜 모드는 가이드의 길이에 따라 빠르게 감쇠되고 곧 사라진다.실용적인 필터 디자인은 지배적 모드에서 작동하기 위해 자주 만들어진다.^[12]

직사각형 도파관에서는 TE₁₀^[q] 모드(그림 2에 표시)가 지배적인 모드다.우성 모드 컷오프와 다음으로 높은 모드 컷오프 사이에는 주파수 대역이 있으며, 이 주파수 대역은 가짜 모드를 발생시킬 가능성 없이 도파관을 작동할 수 있다.다음으로 높은 컷오프 모드는 TE₁₀ 모드의 정확히 두 배인 ^[r]TE와₂₀ 일반적으로 사용되는 도파관이 2:1의 가로 세로 비율을 갖는 경우 TE의₀₁^[s]₁₀ 두 배인 TE이다.가장 낮은 컷오프 TM 모드는 TM₁₁^[t](그림 2)으로 도파관 2:1 $도파관$에서 5 ${\${\$sqrt{5}}}$배이다$$.따라서 상 왜곡으로 인해 컷오프에 너무 가까운 작동은 피하지만 지배 모드에 모의 모드가 없는 옥타브가 있다.^[13]

원형 도파관에서 우성 모드는 TE이며₁₁^[u] 그림 2와 같다.다음으로 높은 모드는 TM이다₀₁.^[v]지배 모드가 무료라고 보장되는 범위는 직사각형 도파관의 범위보다 작다. 최고 주파수 대 최저 주파수의 비율은 직사각형 가이드의 2.0과 비교하여 원형 도파관의 경우 약 1.3이다.^[14]

자동 발생 모드

EVAP 모드는 차단 주파수 이하의 모드다.그들은 기하급수적으로 죽어가면서 어떤 거리에서도 도파관을 전파할 수 없다.그러나 에너지는 반사파장에 저장되기 때문에 나중에 설명한 홍채나 기둥과 같은 특정 필터 구성요소의 기능에 중요하다.^[15]

장단점

송전 라인 필터와 마찬가지로 도파관 필터는 항상 다중 패스밴드, 즉 덩어리 요소 프로토타입의 복제품을 가지고 있다.대부분의 설계에서, 가장 낮은 주파수 패스밴드만 유용하고(또는 밴드-중지 필터의 경우 가장 낮은 2개) 나머지는 원하지 않는 가상의 가공 물질로 간주된다.설계가 모의 대역의 주파수 위치를 어느 정도 제어할 수 있지만, 이것은 기술의 본질적인 속성이며 설계할 수 없다.결과적으로, 주어진 필터 설계에서 필터의 기능을 수행하지 못하는 상위 주파수가 있다.이 때문에 도파관에는 진정한 저역 통과 및 고역 통과 필터가 존재할 수 없다.어떤 고주파에서는 필터의 의도된 기능을 방해하는 모의 패스밴드나 스톱밴드가 있을 것이다.단, 도파관 차단 주파수의 상황과 유사하게 필터는 첫 번째 모의 대역의 가장자리가 관심 주파수보다 훨씬 위에 있도록 설계할 수 있다.^[16]

도파관 필터가 유용한 주파수 범위는 주로 필요한 도파관 크기에 의해 결정된다.낮은 주파수에서 차단 주파수를 작동 주파수 이하로 유지하기 위해 도파관 크기는 비실용적으로 커야 한다.반면 작동 주파수가 너무 높아 파장이 밀리미터 이하인 필터는 정상적인 기계공정으로 제조할 수 없다.이 높은 주파수에서 광섬유 기술은 하나의 선택사항이 되기 시작한다.^[17]

도파관은 손실이 적은 매개체다.도파관의 손실은 대부분 도파관 벽에서 유도된 전류에 의해 야기된 허혈성 방전에서 발생한다.직사각형 도파관은 원형 도파관보다 손실이 적고 보통 선호하는 형식이지만 TE₀₁ 원형 모드는 손실이 매우 적고 장거리 통신에 응용이 가능하다.도파관 벽의 내부 표면을 연마하여 손실을 줄일 수 있다.엄격한 필터링이 필요한 일부 용도의 경우 벽면을 금이나 은으로 얇게 도금하여 표면 전도성을 개선한다.그러한 요건의 예는 낮은 손실, 높은 선택성 및 필터로부터 선형 그룹 지연을 필요로 하는 위성 애플리케이션이다.^[18]

TEM 모드 기술에 비해 도파관 필터의 주요 장점 중 하나는 공명기의 품질이다.공명기의 품질은 Q 인자 또는 단지 Q라는 파라미터로 특징지어진다.도파관 공진기의 Q는 TEM 모드 공진기보다 크기가 큰 수천이다.^[19]특히 상처입은 인덕터에서 도체의 저항은 TEM 공명기의 Q를 제한한다.이렇게 개선된 Q는 정지 대역 거부를 더 크게 하여 도파관 내 필터를 더 잘 수행하게 한다.도파관 Q에 대한 제한은 대부분 앞에서 설명한 벽의 오미크 손실에서 발생하지만 내부 벽의 은 도금은 Q보다 2배 이상 높아질 수 있다.^[20]

도파관은 전력 처리 능력이 뛰어나 레이더의 필터 적용이 가능하다.^[21]도파관 필터의 성능 장점에도 불구하고 마이크로스트립은 저렴한 비용으로 선호되는 기술인 경우가 많다.이것은 특히 소비자 품목과 낮은 마이크로파 주파수에 적용된다.마이크로스트립 회로는 저렴한 인쇄 회로 기술로 제작할 수 있으며, 다른 회로 블록과 동일한 인쇄 보드에 통합될 경우 추가 비용이 거의 들지 않는다.^[22]

역사

전자파를 위한 도파관에 대한 아이디어는 1897년 레일리 경이 처음 제안했다.레일리는 동축 트랜스미션 라인이 중심 도체를 제거할 수 있고, 파장은 더 이상 도체의 완전한 전기 회로가 없음에도 불구하고 여전히 나머지 원통 도체의 내부로 전파될 것이라고 제안했다.그는 도파관을 따라 내려가면서 바깥쪽 지휘자의 내벽에서 반복적으로 반사되는 파동이라는 측면에서 이를 지그재그 방식으로 설명했다.레일리는 또한 실린더 직경에 비례하는 임계 파장, 컷오프 파장이 존재한다는 것을 가장 먼저 깨달았는데, 그 위로는 파장의 전파가 불가능하다.그러나 낮은 주파수가 장거리 무선 통신에 더 적합했기 때문에 도파관에 대한 관심은 사그라졌다.레일리의 결과는 한동안 잊혀졌고 1930년대에 전자레인지에 대한 관심이 되살아나 다른 사람들에 의해 재발견되어야 했다.도파관은 조지 클라크 사우스워스와 J. F에 의해 원형 형태로 처음 개발되었다.1932년 하그리브스.^[23]

단순한 단일 공명기를 넘어선 최초의 아날로그 필터 디자인은 1910년 조지 애슐리 캠벨에 의해 만들어졌고 필터 이론의 시작을 알렸다.캠벨의 필터는 로딩 코일을 사용한 작업으로 제안된 커패시터와 인덕터의 덩어리 요소 설계였다.오토 조벨 등은 빠르게 이것을 더욱 발전시켰다.^[24]분산형 요소 필터의 개발은 제2차 세계 대전 이전 해에 시작되었다.이 주제에 관한 주요 논문은 1937년 메이슨과 사이크스에 의해 출판되었다;^[25] 1927년 메이슨이 출원한 특허는^[26] 분산된 요소를 사용한 최초의 출판된 필터 설계를 포함할 수 있다.^[27]

메이슨과 사이크스의 연구는 동축 케이블의 형식과 균형 잡힌 와이어 쌍에 초점을 맞췄지만, 다른 연구자들은 나중에 이 원리를 도파관에도 적용했다.도파관 필터에 대한 많은 개발은 2차 세계 대전 동안 레이더의 여과와 전자 대책의 필요성에 의해 추진되었다.이 중 상당수는 MIT 방사선 연구소(Rad Lab)에 있었지만, 미국과 영국의 다른 연구소도 영국의 전기통신 연구소와 같은 관련이 있었다.Rad Lab의 유명한 과학자들과 기술자들 중에는 줄리안 슈윙거, 네이선 마르쿠비츠, 에드워드 밀스 퍼셀, 한스 베테가 있었다.Bethe는 Rad Lab에 잠깐 머물렀을 뿐이지만 거기서 그의 조리개 이론을 만들어냈다.래드랩에서 처음 개발한 도파관 캐비티 필터는 조리개 이론이 중요하다.그들의 작품은 1948년 전쟁 후 출판되었으며, 파노와 로손의 듀얼 모드 충치에 대한 초기 설명이 포함되어 있다.^[28]

전쟁 이후의 이론적 작업에는 폴 리차드의 상응한 선 이론이 포함되어 있었다.동시선은 다른 특징적 장애를 주기 위해 다른 차원에서는 다를 수 있지만, 모든 요소가 같은 길이(또는 경우에 따라 단위 길이의 배수)인 네트워크다.^[a]Richards의 변환은 모든 덩어리 요소 설계를 "있는 그대로" 취하여 매우 단순한 변환 방정식을 사용하여 분산 요소 설계로 직접 변환할 수 있게 한다.1955년 K.쿠로다는 쿠로다의 정체성으로 알려진 변신을 발표했다.이러한 것들이 문제가 된 직렬 연결 요소를 제거함으로써 리차드의 작품을 불균형하고 도파관 형태로 더 유용하게 만들었지만, 쿠로다의 일본어 작품이 영어권 세계에 널리 알려지기까지는 얼마 전이었다.^[29]또 다른 이론적 발전은 빌헬름 카우어의 네트워크 합성 필터 접근법으로, 체비셰프 근사치를 사용하여 요소 값을 결정하였다.카우어의 작품은 제2차 세계 대전(카우어는 종말을 향해 죽임을 당했다) 때 크게 전개되었지만, 적대 관계가 끝날 때까지 널리 출판될 수 없었다.Cauer의 작업은 덩어리진 요소들에 관한 것이지만, 도파관 필터는 어느 정도 중요하다; Cauer의 합성의 특별한 경우인 Cebyshev 필터는 도파관 디자인의 프로토타입 필터로 널리 사용된다.^[30]

1950년대의 디자인은 도파관 형태로 원하는 필터에서 다양한 변환을 거쳐 도착하는 덩어리 요소 프로토타입(현재도 사용되고 있는 기법)으로 시작되었다.당시 이 접근방식은 단지 대략적인 대역폭을 산출하고 있었다.1/5. 1957년 스탠포드 연구소의 Leo Young은 계단식 임피던스 프로토타입인 분산 요소 시제품으로 시작한 필터 설계 방법을 발표했다.이 필터는 다양한 폭의 1/4파 임피던스 변압기를 기반으로 하여 최대 1/3의 대역폭으로 설계할 수 있었다.영의 논문은 특별히 직접 결합된 공동 공명기를 다루지만, 이 절차는 다른 직접 결합된 공명기 형식에도 동일하게 적용될 수 있다.^[31]

교차 결합 필터의 첫 번째 게시된 계정은 John R 때문이다. 1948년 특허로 Bell Labs의 피어스.^[32]교차 결합 필터는 바로 인접하지 않은 공명기가 결합되는 필터다.따라서 제공되는 자유도를 추가하면 설계자는 성능이 개선된 필터를 만들 수 있고, 또는 공진기가 더 적은 필터를 만들 수 있다.그림 3에 나온 피어스 필터의 한 버전은 사각형 가이드 캐비티 공명기 사이를 연결하기 위해 원형 도파관 캐비티 공명기를 사용한다.이 원리는 처음에는 도파관 필터 설계자들이 많이 사용하지 않았지만, 1960년대 기계 필터 설계자들, 특히 콜린스 라디오 회사의 R. A. 존슨에 의해 광범위하게 사용되었다.^[33]

도파관 필터의 초기 비군사적 적용은 통신 회사가 네트워크의 백본을 제공하기 위해 사용하는 마이크로파 링크에 있었다.이 링크들은 또한 대형 고정 네트워크를 가진 다른 산업들, 특히 텔레비전 방송사들에 의해서도 사용되었다.그러한 애플리케이션은 대규모 자본 투자 프로그램의 일부였다.그것들은 현재 위성 통신 시스템에서도 사용된다.^[34]

위성 애플리케이션의 주파수 독립적 지연의 필요성은 교차 결합 필터의 도파관 화신에 대한 더 많은 연구로 이어졌다.이전에 위성 통신 시스템은 지연 균등화를 위해 별도의 구성요소를 사용했다.교차 결합 필터에서 얻은 추가 자유도는 다른 성능 매개변수를 손상시키지 않고 필터로 플랫 지연을 설계할 가능성을 유지했다.필터와 이퀄라이저로 동시에 작동하는 구성 요소는 귀중한 무게와 공간을 절약할 수 있을 것이다.위성 통신의 필요성은 또한 1970년대에 더욱 이국적인 공명기 모드에 대한 연구를 촉진시켰다.이 점에서 특히 두드러진 것은 E. L. 그리핀과 F.의 작품이다.1970년대 중반 위성에 사용되기 시작했을 때 12-14GHz 대역의 더 나은 모드를 조사했던 영.^[35]

또 다른 공간 절약형 혁신은 유전 공진기로서, 도파관뿐만 아니라 다른 필터 형식에서도 사용할 수 있다.이것들을 필터에 처음 사용한 것은 1965년 S. B. Cohn이 이산화티타늄을 유전 물질로 사용하였다.그러나 1960년대에 사용된 유전 공진기는 온도 계수가 매우 열악하여 일반적으로 인바(invar)로 만들어진 기계 공진기에 비해 500배 이상 악화되어 필터 매개변수가 불안정해졌다.온도 계수가 더 나은 당시의 유전체 재료는 공간 절약에 유용하기에는 유전체 상수가 너무 낮았다.이는 1970년대에 온도계수가 매우 낮은 세라믹 공명기가 도입되면서 변화되었다.이 중 첫 번째는 1972년 레이시온에서 테트라티탄산바륨을^{[note 1]} 사용한 마세, 푸셀에서 나왔다.1979년 벨 연구소와 무라타 제조에 의해 추가적인 개선사항이 보고되었다.벨 연구소의 비탄산^{[note 2]} 바륨 공명기는 2-7GHz에서 유전 상수가 40이고 Q가 5000–10,000이었다.현대temperature-stable 재료 마이크로파 주파수에서, 하지만 연구 둘 다 저 손실과 높은 유전으로 물질을 찾기 위해 계속되고 있고, 38의 유전 상수와 지르코늄 주석산염 titanate[주 3](ZST)과 같은 낮은 유전율 재료, 아직도 가끔 자신들의 낮은 손실 지주이다에 사용된다에 대해 90세의 유전 상수다erty.[36]

제안되지 않은 발생 모드를 사용하여 소형 도파관 필터 설계에 대한 대안적 접근법이 제공되었다.Jaynes와 Edson은 1950년대 말에 반사 모드 도파관 필터를 제안했다.이러한 필터를 설계하는 방법은 1966년 크레이븐과 영에 의해 만들어졌다.그 이후로, 도파관 크기나 무게가 중요한 고려사항인 경우, 발광 모드 도파관 필터는 성공적으로 사용되어 왔다.^[37]

비교적 최근의 기술은 중금속-파괴필터 내부에 사용되고 있는 것으로 평면 유전체 도파관의 일종인 핀라인이다.핀라인은 1972년 폴 마이어에 의해 처음 묘사되었다.^[38]

멀티플렉서 이력

멀티플렉서는 1948년 파노와 로손에 의해 처음 묘사되었다.피어스는 연속적인 패스밴드를 가진 멀티플렉서를 묘사한 최초의 사람이었다.방향 필터를 이용한 멀티플렉싱은 1950년대에 세이모어 쿤과 프랭크 쿤일에 의해 발명되었다.각 분기점에 보정 불변 공진기가 있는 멀티플렉서는 1960년대 E. G. 크리스탈과 G. L. 마태이의 작품이다.이 기법은 여전히 가끔 사용되지만, 현대적인 계산력의 가용성은 이러한 추가 공명기의 필요 없이 직접 일치하는 필터를 생산할 수 있는 합성 기법의 더 일반적인 사용을 가져왔다.1965년 R. J. 웬젤은 통상적으로 이중으로 종료되는 필터가 아니라 ^[k]단독으로 종료되는 필터가 보완적이라는 것을 발견했는데, 이는 정확히 디플렉스에게 필요한 것이다.^[c]Wenzel은 회로 이론가 Ernst Guillemin의 강연에서 영감을 받았다.^[39]

멀티채널 멀티 옥타브 멀티플렉서는 마이크레이즈 코퍼레이션의 해롤드 슈마허에 의해 조사되었으며, 그의 결과는 1976년에 발표되었다.멀티플렉서 필터는 처음 몇 개의 원소를 수정하여 함께 결합할 때 일치할 수 있다는 원리는, 따라서 보상 공명기를 없앤다는 E. J. 컬리가 1968년경, 디플렉스 필터를 잘못 풀었을 때 우연히 발견한 것이다.이것에 대한 공식적인 이론은 J. D.에 의해 제공되었다.1976년 로도스, 1979년 로도스와 랠프 레비에 의해 멀티플렉서로 일반화되었다.^[40]

1980년대부터 평면 기술, 특히 마이크로스트립은 특히 소비자 시장을 겨냥한 제품에서 필터와 멀티플렉서 구축에 사용되는 다른 기술을 대체하는 경향이 있었다.최근 포스트 월(post-wall) 도파관(waveguide)의 혁신으로 마이크로스트립(microstrip)에 사용되는 것과 유사한 저가 제조 기법으로 도파관(daveguide) 설계를 평판 기질에 구현할 수 있게 되었다.^[41]

구성 요소들

도파관 필터 설계는 여러 번 반복되는 두 개의 다른 구성 요소로 구성되는 경우가 많다.일반적으로 한 구성 요소는 인덕터, 캐패시터 또는 LC 공명 회로와 동등한 덩어리가 있는 공명기 또는 불연속성이다.필터 유형은 종종 이 구성 요소의 스타일에서 이름을 따온다.이 구성 요소들은 임피던스 변압기 역할을 하는 가이드 길이인 두 번째 구성 요소에 의해 간격을 두고 있다.임피던스 변압기는 첫 번째 성분의 대체 인스턴스를 다른 임피던스로 보이게 하는 효과가 있다.순 결과는 사다리 네트워크의 덩어리 요소 등가 회로다.덩어리 요소 필터는 일반적으로 래더 위상이며, 그러한 회로는 도파관 필터 설계의 일반적인 시작점이다.그림 4는 그러한 사다리를 보여준다.일반적으로 도파관 구성 요소는 공명기로, 표시된 콘덴서와 인덕터 대신 등가 회로가 LC 공명기가 되겠지만, 그림 4와 같은 회로는 여전히 대역 통과 또는 대역 정지 변환을 사용하여 프로토타입 필터로 사용된다.^[42]

정지대역 거부, 통과대역-정지대역 간 전환율 등 필터 성능 파라미터는 구성요소를 더 추가해 필터 길이를 늘려 개선한다.구성요소를 동일하게 반복하는 경우 필터는 이미지 파라미터 필터 설계로, 동일한 요소를 더 추가하기만 하면 성능이 향상된다.이 접근방식은 일반적으로 와플-철 필터와 같은 밀접하게 간격을 둔 많은 요소를 사용하는 필터 설계에 사용된다.요소의 간격이 더 넓은 설계의 경우 공통 체비셰프 필터와 버터워스 필터와 같은 네트워크 합성 필터 설계를 사용하여 더 나은 결과를 얻을 수 있다.이 접근법에서 회로 요소는 모두 동일한 값을 가지지 않으며, 결과적으로 구성 요소가 모두 동일한 치수는 아니다.또한 더 많은 구성요소를 추가하여 설계가 개선되면 모든 요소 값을 처음부터 다시 계산해야 한다.일반적으로 설계의 두 인스턴스 사이에는 공통적인 값이 없을 것이다.체비셰프 도파관 필터는 위성 애플리케이션과 같이 필터링 요건이 엄격한 곳에서 사용된다.^[43][44]

임피던스 변압기

임피던스 변압기는 출력 포트에서 임피던스를 입력 포트에서 다른 임피던스로 보이게 하는 장치다.도파관에서는 이 장치가 단순히 도파관의 짧은 길이일 뿐이다.특히 길이가 λ_g/4인 쿼터파 임피던스 변압기가 유용하다.이 장치는 캐패시턴스를 인덕턴스로 변환할 수 있으며, 그 반대의 경우도 마찬가지다.^[45]또한 션트 연결 원소를 직렬 연결 원소로 변환하는 유용한 특성도 가지고 있으며, 그 반대의 경우도 있다.직렬로 연결된 요소는 그렇지 않으면 도파관에서는 구현하기 어렵다.^[46]

반사 및 불연속

많은 도파관 필터 구성요소는 도파관의 전송 특성에 불연속인 갑작스러운 변화를 도입하여 작동한다.그러한 불연속성은 그 지점에 배치된 덩어리 임피던스 원소와 동등하다.이는 다음과 같은 방식으로 발생한다: 불연속성은 반대 방향으로 가이드 아래로 전송된 파동을 부분적으로 반사하게 하며, 두 파형을 반사 계수로 알려진 비율이다.이는 반사 계수와 반사를 유발한 임피던스 사이에 확립된 관계가 있는 전송 라인에 대한 반사와 완전히 유사하다.이 임피던스는 반응성, 즉 캐패시턴스 또는 인덕턴스여야 한다.에너지가 흡수되지 않았으므로 저항이 될 수 없다. 모두 앞으로 전달되거나 반사된다.이 기능이 있는 구성 요소의 예로는 홍채, 스터브 및 포스트가 있으며, 모두 이 글의 뒷부분에서 발생한 필터 유형 아래에 설명되어 있다.^[47]

임피던스 단계

임피던스 단계는 불연속성을 도입하는 장치의 예다.도파관의 물리적 치수의 단계적 변화에 의해 달성된다.이는 도파관의 특성 임피던스에 단계적 변화를 초래한다.단계는 도파관의 E-평면^[f](높이^[j] 변경) 또는 H-평면^[g](폭^[i] 변경) 중 하나에 있을 수 있다.^[48]

공명 캐비티 필터

캐비티 공명기

도파관 필터의 기본 구성 요소는 캐비티 공명기다.이것은 양끝에 막힌 짧은 길이의 도파관으로 구성되어 있다.공명기 안에 갇힌 파도는 양 끝 사이에 앞뒤로 반사된다.주어진 충치의 기하학은 특성 주파수에 공명할 것이다.공진 효과는 특정 주파수를 선택적으로 통과시키는 데 사용할 수 있다.필터 구조에서 사용하기 위해서는 파동의 일부가 연결 구조를 통해 한 캐비티에서 다른 캐비티로 전달될 수 있어야 한다.그러나 공명기의 개구부를 작게 유지하는 경우 유효한 설계 접근방식은 충치를 완전히 닫은 것처럼 설계하는 것이며 오차는 최소화될 것이다.다양한 등급의 필터에 다양한 연결 메커니즘이 사용된다.^[49]

공동의 모드에 대한 명명법은 예를 들어 TE와₀₁₁ 같은 세 번째 지수를 도입한다.처음 두 지수는 캐비티 길이를 오르내리는 파동을 기술한다. 즉, 도파관 모드의 경우 횡방향 모드 번호다.세 번째 지표는 전방 이동 및 반사파의 간섭 패턴에 의해 발생하는 종방향 모드를 설명한다.세 번째 지수는 가이드의 길이에 따른 반파장 수와 같다.가장 일반적인 모드는 다음과 같은 지배적 모드들이다.직사각형 도파관의 TE와₁₀₁ 원형 도파관의 TE₁₁₁.TE₀₁₁ 원형 모드는 매우 낮은 손실(Hence high Q)이 필요하지만 원형 대칭이기 때문에 이중 모드 필터에서는 사용할 수 없는 경우에 사용된다.듀얼 모드 필터에서 직사각형 도파관을 위한 더 좋은 모드는 TE와₁₀₃ TE이다₁₀₅.그러나 12GHz에서 16,000의 Q를 달성할 수 있는 TE₁₁₃ 원형 도파관 모드는 더욱 좋다.^[50]

튜닝 나사

튜닝 나사는 공명 공동에 삽입된 나사로, 도파관에 외부적으로 조정할 수 있다.도파관에 실을 더 많이 또는 더 적게 삽입하여 공명 주파수를 미세하게 튜닝할 수 있다.그림 1의 포스트 필터에서 예를 볼 수 있다. 각 캐비티는 잼 너트와 나사산 잠금 화합물로 고정된 튜닝 나사를 가지고 있다.작은 거리만 삽입된 나사의 경우 등가 회로는 션트 콘덴서로, 나사를 삽입할수록 값이 증가한다.단, Screw를 거리 //4를 삽입하면 직렬 LC 회로와 동등한 반향을 일으킨다.그것을 더 삽입하면 임피던스가 용량성에서 귀납, 즉 산술 기호가 변하게 된다.^[51]

아이리스

홍채는 도파관을 가로지르는 얇은 금속판이며 하나 이상의 구멍이 있다.도파관 두 길이 결합에 사용되며 불연속성을 도입하는 수단이다.홍채의 가능한 기하학적 형태 중 일부는 그림 5에 나타나 있다.직사각형 도파관의 폭을 줄이는 홍채는 션트 인덕턴스의 등가 회로가 있는 반면, 높이를 제한하는 홍채는 션트 캐패시턴스와 동등하다.양쪽 방향을 제한하는 홍채는 병렬 LC 공명 회로와 같다.홍채의 전도 부분을 도파관 벽에서 멀리 띄워 직렬 LC 회로를 구성할 수 있다.협대역 필터는 작은 구멍이 있는 홍채를 자주 사용한다.이것들은 구멍의 모양이나 홍채 위의 위치에 관계없이 항상 귀납적이다.원형 구멍은 기계가 간단하지만 긴 구멍, 즉 십자가 모양의 구멍은 특정 연결 방식을 선택할 수 있는 데 유리하다.^[52]

아이리스는 흥분되는 더 높은 모드에 의한 불연속성과 작업의 한 형태다.수직 가장자리는 전기장(E 필드)과 평행하며 흥분 TE 모드.TE 모드의 저장 에너지는 주로 자기장(H장)에 있으며, 결과적으로 이 구조물의 덩어리 등가물은 인덕터다.수평 가장자리는 H 필드와 평행하며 TM 모드를 자극한다.이 경우 저장된 에너지는 주로 E 필드에 있으며, 덩어리진 등가물은 콘덴서다.^[53]

기계적으로 조절할 수 있는 홍채를 만드는 것은 꽤 간단하다.얇은 금속판은 도파관 측면의 좁은 구멍에서 밀고 나갈 수 있다.홍채 구조는 가변 구성요소를 만드는 이러한 능력에 대해 선택되기도 한다.^[54]

아이리스 커플링 필터

홍채 결합 필터는 홍채에 의해 결합된 도파관 공명 공동 형태의 임피던스 변압기로 구성된다.^[43]전력 애플리케이션에서 용량성 홍채는 피한다.도파관의 높이 감소(E 필드의 방향)로 인해 간격에 걸친 전기장 강도가 증가하며 도파관을 절연체로 채울 경우 아치(또는 유전체 파괴)가 다른 것보다 낮은 전력에서 발생한다.^[55]

포스트 필터

게시물은 일반적으로 도파관 높이에 걸쳐 내부적으로 고정된 원형 막대를 시행하고 있으며 불연속성을 도입하는 또 다른 수단이다.얇은 기둥에는 션트 인덕터의 등가 회로가 있다.일련의 게시물은 귀납 홍채의 한 형태로 볼 수 있다.^[56]

포스트 필터는 그림 7과 같이 도파관 폭을 가로지르는 여러 줄의 포스트로 구성되며, 도파관을 공진 빈 공간으로 분리한다.인덕턴스의 다양한 값을 얻기 위해 각 행에 서로 다른 게시물 수를 사용할 수 있다.그 예는 그림 1에서 볼 수 있다.필터는 홍채 결합 필터와 같은 방식으로 작동하지만 구성 방법이 다르다.^[57]

벽후 도파관

벽후 도파관(post-wall daveguide) 또는 기질통합 도파관은 전통적인 중금속 도파관의 저방사선 손실, 고Q, 고출력 취급의 장점과 평면 기술의 소형 및 제조 용이성(예: 널리 사용되는 마이크로 스트립 형식)을 결합하고자 하는 보다 최근의 형식이다.그것은 도파관의 측면 벽을 위해 두 줄의 전도 기둥으로 뚫린 절연 기질로 구성되어 있다.기판의 상단과 하단은 전도지로 덮여 있어 삼판 형식과 유사한 구조로 되어 있다.기존 인쇄회로기판 또는 저온 공동연소식 세라믹의 제조 기법을 사용하여 벽후 도파관 회로를 만들 수 있다.이 형식은 자연스럽게 도파관 후 필터 설계에 적합하다.^[58]

듀얼 모드 필터

듀얼 모드 필터는 공명형 공동 필터의 일종이지만, 이 경우 각 공동은 두 모드(두 개의 편광)를 채택하여 두 개의 공명기를 제공하는 데 사용되므로 주어진 주문에 대해 필터 볼륨을 절반으로 줄인다.필터 크기의 이러한 개선은 항공기 항전 및 우주 응용에서 주요한 장점이다.이러한 애플리케이션의 고품질 필터는 상당한 공간을 차지하는 많은 충치가 필요할 수 있다.^[59]

유전 공진기 필터

유전 공진기는 도파관에 삽입된 유전 물질의 조각이다.그것들은 가공하지 않고 만들 수 있기 때문에 보통 원통형이지만 다른 모양들이 사용되어 왔다.도파관에 고정하는 데 사용되는 중앙을 관통하는 구멍으로 만들 수 있다.TE₀₁₁ 원형 모드를 사용할 때 중앙에 필드가 없으므로 홀에 역효과가 없다.공명기는 도파관에 동축으로 장착할 수 있지만 대개 그림 8과 같이 폭에 걸쳐 교차 장착된다.후자의 배열은 공진기의 중앙 구멍에 도파관 벽을 통해 나사를 삽입하여 공진기를 튜닝할 수 있게 한다.^[60]

유전 공진기는 바륨 타이타네이트 중 하나와 같이 높은 순열성 물질로 만들어질 때 공동 공진기에 비해 중요한 공간 절약 이점을 갖는다.그러나 그들은 가짜 모드보다 훨씬 더 쉽다.고출력 어플리케이션에서는 유전체 물질이 열전도율이 낮은 경향이 있기 때문에 공진기에 금속 층을 내장하여 열을 방출할 수 있다.^[61]

공명기는 홍채나 임피던스 변압기와 함께 결합할 수 있다.대신, 그것들은 스터브 같은 측면 하우징에 넣어 작은 구멍을 통해 결합될 수 있다.^[62]

필터 삽입

삽입 필터에서 그림 9와 같이 하나 이상의 금속 시트가 도파관 길이 아래로 종방향으로 배치된다.이 시트에는 공진기를 만들기 위해 주먹으로 뚫은 구멍이 있다.공기 유전자는 이 공명기에 높은 Q를 준다.동일한 길이의 도파관에는 여러 개의 병렬 삽입물을 사용할 수 있다.보다 컴팩트한 공명기는 낮은 공명기 Q의 비용으로 금속 시트의 구멍 대신 얇은 유전체 재료와 인쇄된 야금화를 통해 달성할 수 있다.^[63]

핀라인 필터

핀라인(Finline)은 얇은 유전체 스트립의 파동이 두 가닥의 야금에 의해 제약을 받는 다른 종류의 도파관 기술이다.유전체 및 금속 스트립에는 여러 가지 가능한 위상학적 배치가 있다.핀라인(Finline)은 슬롯-파워가이드의 변형이지만 핀라인(Finline)의 경우 전체 구조가 금속 실드로 둘러싸여 있다.이는 속이 빈 금속 도파관처럼 방사선에 의해 전원이 손실되지 않는다는 장점이 있다.핀라인 필터는 금속화 패턴을 유전체 재료 시트에 인쇄한 다음 삽입 필터와 마찬가지로 중공 금속 도파관의 E면에 시트를 삽입하여 만들 수 있다.금속 도파관은 핀라인 도파관을 위한 방패를 형성한다.공명기는 유전체 시트에 패턴을 야금화하여 형성된다.설계자가 금속 제거의 기계적 지지에 미치는 영향을 고려할 필요가 없기 때문에 그림 9의 단순한 삽입 필터보다 더 복잡한 패턴을 쉽게 달성할 수 있다.이러한 복잡성은 설계에 더 많은 요소를 추가해도 필요한 공정의 수는 변하지 않기 때문에 제조원가에 추가되지 않는다.핀라인 설계는 인서트 필터보다 제조 공차에 덜 민감하고 대역폭이 넓다.^[64]

에바센트 모드 필터

내부에서 전체적으로 작동되는 필터를 설계할 수 있다.이것은 종종 필터의 하우징을 형성하는 필터 도파관이 지배적 모드의 전파를 지원할 만큼 충분히 클 필요가 없기 때문에 공간 절약의 장점이 있다.일반적으로 EVAP 모드 필터는 입력 및 출력 포트를 공급하는 도파관보다 작은 도파관 길이로 구성된다.일부 설계에서는 보다 컴팩트한 필터를 얻기 위해 접을 수 있다.튜닝 나사는 도파관을 따라 특정 간격으로 삽입되어 해당 지점에서 등가의 덩어리 캐패시턴스를 생성한다.보다 최신 설계에서는 나사를 유전체 삽입물로 교체한다.이 콘덴서는 인덕터의 등가 회로가 있는 전도성 모드 도파관의 앞 길이에 공명하여 필터링 작용을 발생시킨다.많은 다른 방출 모드에서 나온 에너지는 이러한 용량성 불연속성 주위의 필드에 저장된다.그러나 설계는 지배 모드만 출력 포트에 도달하도록 되어 있다. 다른 모드는 커패시터 사이에서 훨씬 더 빠르게 붕괴된다.^[65]

골판-파형 필터

골판지-파형 필터라고도 하는 골판지-파형 필터는 그림 10과 11에서와 같이 주기적으로 파형의 내부 높이를 낮추는 다수의 능선 또는 톱니로 구성된다.그것들은 넓은 패스밴드, 좋은 패스밴드 매칭, 넓은 스톱밴드가 동시에 필요한 어플리케이션에 사용된다.대개 대역 통과인 다른 대부분의 형태와는 달리 기본적으로 저역 통과 설계(차단 주파수의 일반적인 제한 초과)이다.톱니 사이의 거리는 다른 필터 설계의 요소들 사이의 일반적인 ∆/4 거리보다 훨씬 작다.일반적으로 모든 능선이 동일한 영상 매개변수 방식으로 설계되지만, 체비셰프와 같은 다른 등급의 필터는 제조 복잡성을 대가로 달성할 수 있다.이미지 설계 방법에서 능선의 등가 회로는 LC 절반 섹션의 계단식으로 모델링된다.필터는 지배적인 TE₁₀ 모드에서 작동하지만 모의 모드는 있을 때 문제가 될 수 있다.특히 TE와₂₀ TE₃₀ 모드의 정지대역 감쇠는 거의 없다.^[66]

와플-철 필터

와플-철 필터는 골판지-파형 필터의 변형이다.그것은 가짜 TE₂₀ 및 TE₃₀ 모드가 억제된다는 추가적인 장점을 가진 필터와 유사한 특성을 가지고 있다.와플철 필터에서는 채널이 필터의 종방향으로 능선을 통과한다.이것은 도파관의 위와 아래 표면에서 내부로 돌출된 치아 행렬을 남긴다.이 치아의 패턴은 와플 다리미를 닮아서 필터의 이름이 붙여졌다.^[67]

도파관 스터브 필터

스터브는 한쪽 끝에서 필터의 특정 지점에 연결된 짧은 길이의 도파관이며 다른 쪽 끝에서 단락 회로가 있는 것이다.개방 회로 스텁도 이론적으로 가능하지만, 전자파 에너지가 스텁의 개방된 끝에서 방출되어 높은 손실을 초래하기 때문에 도파관 구현은 실용적이지 않다.스터브는 공명기의 일종이며, 덩어리 원소 등가물은 LC 공명 회로다.그러나 좁은 띠 위에서 스터브는 임피던스 변압기로 볼 수 있다.단락은 스터브 길이에 따라 인덕턴스 또는 캐패시턴스로 변환된다.^[68]

도파관 스터브 필터는 그림 12와 같이 도파관 길이를 따라 하나 이상의 스텁을 배치하여 만들어진다. 일반적으로 도파관 길이를 λ_g/4로 구분한다.스터브 끝부분을 블랭킹하여 단락시킨다.^[69]단락 회로 스텁이 λ_g/4 길면 필터는 밴드 정지 필터가 되며 스텁은 라인과 직렬로 연결된 병렬 공진 회로의 대략적인 등가 회로를 가지고 있다.스터브 길이가 λ_g/2인 경우 필터는 대역 통과 필터가 된다.이 경우 덩어리 소자 등가물은 라인과 직렬로 직렬 LC 공명 회로다.^[70]

흡수필터

흡수 필터는 내부 열로서 원하지 않는 주파수에서 에너지를 방출한다.이는 필터의 입력 포트에서 원하지 않는 주파수가 반사되는 기존의 필터 설계와는 대조적이다.그러한 필터는 전원이 다시 공급원으로 보내지는 것이 바람직하지 않은 경우에 사용된다.반송 전력이 송신기를 손상시킬 정도로 높을 수 있는 고출력 송신기의 경우가 이에 해당한다.흡수 필터를 사용하여 고조파 또는 모의 측면 대역과 같은 송신기 모의 방출을 제거할 수 있다.한동안 사용되어 온 설계는 공급 도파관 벽면에 일정한 간격으로 슬롯이 잘려져 있다.이 디자인은 누수파 필터로 알려져 있다.각 슬롯은 원하는 대역에서 주파수 전파를 지원하기에 너무 작은 더 작은 게이지 도파관에 연결된다.따라서 그러한 주파수는 필터의 영향을 받지 않는다.그러나 원하지 않는 대역에서 더 높은 주파수는 전원이 흡수되는 곳에서 일치하는 부하로 종료되는 측면 가이드를 따라 쉽게 전파된다.이 하중은 보통 쐐기 모양의 마이크로파 흡수 물질이다.^[71]흡수 필터의 또 다른 보다 컴팩트한 디자인은 손실 유전자가 있는 공명기를 사용한다.^[72]

필터와 유사한 장치

설계 목적이 특정 주파수의 거부나 통과가 아닌 다른 것을 가진 필터의 응용 프로그램이 많다.종종, 좁은 밴드나 단 하나의 스폿 주파수에서만 작동하도록 고안된 단순한 장치는 필터 디자인처럼 보이지 않을 것이다.그러나 동일한 항목에 대한 광대역 설계에는 더 많은 요소가 필요하며 설계는 필터의 성격을 띤다.도파관 내에서 이러한 종류의 더 일반적인 애플리케이션으로는 임피던스 매칭 네트워크, 방향 쿠플러, 전력 분배기, 전력 결합기 및 디플렉스 등이 있다.다른 가능한 애플리케이션에는 멀티플렉서, 디멀티플렉서, 음저항 증폭기 및 시간 지연 네트워크가 포함된다.^[73]

임피던스 매칭

임피던스 매칭의 간단한 방법은 스텁 매칭과 스텁 매칭이다.그러나 스터브 한 개만 특정 주파수에서 완벽한 짝을 이룰 수 있다.따라서 이 기법은 좁은 밴드 어플리케이션에만 적합하다.대역폭을 넓히기 위해 여러 스텁을 사용할 수 있으며, 구조는 스텁 필터의 형태를 취한다.설계는 다른 매개변수가 최적화되었다는 점을 제외하고는 필터인 것처럼 진행된다.주파수 필터에서 일반적으로 최적화된 파라미터는 스톱밴드 거부, 패스밴드 감쇠, 전환의 경사도 또는 이들 사이의 일부 절충이다.일치하는 네트워크에서 최적화된 파라미터는 임피던스 일치다.기기의 기능은 대역폭의 제한을 필요로 하지 않지만, 그럼에도 불구하고 설계자는 기기의 구조 때문에 대역폭을 선택할 수밖에 없다.^[74]

스텁은 사용할 수 있는 필터의 유일한 형식이 아니다.원칙적으로 어떤 필터 구조도 임피던스 매칭에 적용할 수 있지만 어떤 구조는 다른 구조보다 더 실용적인 설계로 귀결될 것이다.도파관 내 임피던스 매칭에 사용되는 빈번한 형식은 스텝드 임피던스 필터다.한 예가 그림 13에 그려진 듀플렉서에서^[e] 볼 수 있다.^[75]

방향 쿠플러 및 파워 콤비너

방향 쿠플러, 파워스플리터, 파워콤비너 모두 최소한 수동형 구성품으로 구현했을 때 기본적으로 동일한 유형의 장치다.방향 연결기는 본선에서 제3항까지 소량의 전력을 분할한다.더 강하게 결합되지만, 그렇지 않으면 동일한 장치를 동력 분할기라고 할 수 있다.세 번째 포트(3dB 커플러)에 정확히 절반의 전력을 결합하는 것이 포트의 기능을 역전시키지 않고 달성할 수 있는 최대 연결 장치다.많은 동력분할기의 설계는 역방향으로 사용될 수 있으며, 역방향으로 동력분할기가 된다.^[76]

방향 연결기의 간단한 형태는 λ/4 길이에 걸쳐 서로 연결된 두 개의 병렬 전송선이다.이 설계는 연결기의 전기 길이가 특정 주파수에서 λ/4밖에 되지 않기 때문에 제한적이다.커플링은 이 주파수에서 최대치가 되며 양쪽으로 떨어진다.임피던스 매칭 케이스와 유사하게 여러 원소를 사용함으로써 이를 개선할 수 있어 필터와 같은 구조가 형성된다.^[77]이 커플링 라인 접근방식의 도파관 아날로그는 두 개의 평행 도파관이 서로 위로 쌓이고 결합을 위해 제공되는 구멍인 베테홀 방향 연결기다.광대역 디자인을 제작하기 위해 그림 14와 같이 가이드를 따라 여러 개의 구멍을 사용하고 필터 설계를 적용한다.^[78]좁은 대역으로 고민하는 것은 커플링 라인 디자인일 뿐만 아니라, 모든 단순한 도파관 연결기의 디자인은 어떤 면에서 주파수에 따라 달라진다.예를 들어 래트레이스 커플러(drafguide에서 직접 구현할 수 있는)는 전혀 다른 원리에 따라 작동하지만 still의 관점에서 정확한 특정 길이에 의존한다.^[79]

디플렉스 및 듀플렉스

디플렉스(diplexer)는 서로 다른 주파수 대역을 점유하고 있는 두 신호를 하나의 신호로 결합하는 데 사용되는 장치다.이는 대개 동일한 통신 채널에서 두 신호를 동시에 송신할 수 있게 하거나, 다른 주파수로 수신하는 동안 한 주파수로 송신할 수 있게 하기 위함이다.(이러한 디플렉스어의 구체적인 용도를 듀플렉스라고 한다.)동일한 장치를 사용하여 채널의 맨 끝에서 신호를 다시 분리할 수 있다.수신 중 신호를 분리하기 위한 필터링의 필요성은 상당히 자명하지만, 두 개의 전송 신호를 결합할 때에도 또한 필요하다.필터링 없이, 소스 A에서 나오는 전력의 일부는 결합된 출력 대신에 소스 B로 보내질 것이다.이는 입력 전력의 일부를 상실하고 소스 B의 출력 임피던스와 로딩 소스 A의 일부를 상실하여 불일치를 유발하는 해로운 영향을 미칠 것이다.이러한 문제는 3dB 방향 연결기를 사용하면 극복할 수 있지만, 앞의 절에서 설명한 것처럼 광대역 설계에는 방향 연결기에 대한 필터 설계도 필요하다.^[80]

두 개의 적절한 대역 통과 필터의 출력을 결합하여 두 개의 넓은 간격을 가진 협대역 신호를 이중화할 수 있다.필터가 공명 상태일 때 필터가 서로 결합하여 성능 저하를 일으키지 않도록 조치를 취해야 한다.이는 적절한 간격을 두고 달성할 수 있다.예를 들어, 필터가 홍채 결합형인 경우 필터 A의 필터 접합부에 가장 가까운 홍채는 필터 B의 패스밴드 내 가이드 파장인_gb 접속부에서_gb //4로 배치된다.마찬가지로 필터 B의 가장 가까운 홍채는 접속부에서 λ_ga/4로 위치한다.이것은 필터 A가 공명할 때 필터 B가 정지대 안에 있고 느슨하게 결합되어 있을 뿐이고 그 반대의 경우도 있기 때문이다.대안으로 각 필터를 별도의 접합부에서 주 도파관에 연결해야 한다.디커플링 공진기는 각 필터의 접합부로부터_g //4가 위치한다.이는 해당 필터의 공명 주파수에 맞춰 조정된 단락 회로 스텁의 형태일 수 있다.이 배치는 임의의 수의 대역을 가진 멀티플렉서로 확장할 수 있다.^[81]

연속 패스밴드를 취급하는 디플렉스어의 경우 필터의 교차특성에 대한 적절한 계정을 설계에서 고려할 필요가 있다.특히 일반적인 경우는 전체 스펙트럼을 로우 밴드와 하이 밴드로 분할하기 위해 디플렉스어를 사용하는 경우다.여기서는 대역 통과 필터 대신 저역 통과 및 고역 통과 필터를 사용한다.여기서 사용되는 합성 기법은 협대역 멀티플렉서에도 동일하게 적용할 수 있으며, 크게 디커플링 공명기의 필요성을 없앨 수 있다.^[82]

방향필터

방향 필터는 방향 연결기와 디플렉스기의 기능을 결합한 장치다.방향 연결기에 기초하기 때문에 기본적으로 4포트 장치지만 방향 연결기와 마찬가지로 포트 4는 일반적으로 내부적으로 영구적으로 종료된다.일부 필터링 기능(대개 대역 통과)에 따라 포트 1에 들어가는 전원이 포트 3을 빠져나간다.나머지 전원은 포트 2를 빠져나오고, 전원이 흡수되거나 반사되지 않기 때문에 이 경우 밴드-스톱인 포트 2의 필터링 기능을 정확히 보완할 것이다.반대로 포트 1에서는 포트 2와 3으로 들어가는 전원이 결합되지만, 이제 필터에 의해 거부된 신호에서 나오는 전원이 포트 4에서는 부하에 흡수된다.그림 15는 방향 필터의 가능한 도파관 구현을 보여준다.지배적인 TE₁₀ 모드에서 작동하는 직사각형 도파관 2개가 4개의 포트를 제공한다.이들은 원형 TE₁₁ 모드에서 작동하는 원형 도파관에 의해 결합된다.원형 도파관에는 필요한 필터 응답을 생성하는 데 필요한 만큼의 홍채와 홍채 결합 필터가 포함되어 있다.^[83]

용어집

^ aperture

전자파 방사선이 전파될 수 있는 도파관 벽 또는 도파관 구역 사이의 장벽의 개구부.

^ ^{a b} characteristic impedance

특정 모드에 대한 도파관의 특성 임피던스, 기호₀ Z는 가이드의 한 방향으로 이동하는 파형의 가로 자기장에 대한 가로 전기장의 비율로 정의된다.공기 충전 도파관에 대한 특성 임피던스는 다음과 같다.

${\displaystyle Z_{0}=\left\{\begin{matrix}Z_{\\mathrm {f}{\dfrac {\lambda _{\mathrm}}{\lambda }}}}}{\lambda }&{\text().TE 모드)}}}\\\\Z_{\mathrm {f}{\dfrac {\lambda }{\lambda _{\mathrm {g}}&{\text{()().TM 모드)}}}\끝{{matrix}\오른쪽.}$

여기서 Z는_f 자유 공간의 임피던스, 약 377Ω, λ은_g 가이드 파장, λ은 가이드에 의해 제한되지 않을 때의 파장이다.유전체충전 도파관의 경우 표현을 mustκ으로 나누어야 하며, 여기서 κ은 물질의 유전체 상수인 √과 replaced은 유전체 매체의 무제한 파장으로 대체한다.어떤 치료에서는 여기서 특성 임피던스라고 불리는 것을 파동 임피던스라고 하며, 특성 임피던스는 어떤 상수에 의해 그것에 비례하는 것으로 정의된다.^[84]

^ ^{c d e} diplexer, duplexer

디플렉스어는 서로 다른 패스밴드를 점유하는 두 신호를 결합하거나 분리한다.듀플렉서는 반대 방향으로 이동하거나 다른 편광의 두 신호를 결합하거나 분리한다(다른 통과 대역에도 있을 수 있음).

^ E-plane

전자면은 가로 전기장 방향, 즉 가이드를 따라 수직으로 놓여 있는 평면이다.^[85]

^ guide wavelength

Guide 파장, 기호 λ은_g 도파관 아래쪽으로 종방향으로 측정되는 파장이다.주어진 주파수의 경우 λ은_g 전송 방식에 따라 달라지며 자유 공간에서 항상 같은 주파수의 전자파 파장보다 길다.λ은_g 컷오프 주파수 f_c, by와 관련이 있다.

${\displaystyle \mathrm {g}={\frac {\frac {1-\leftleft\frac {f_{f}}{{f}\오른쪽)^{2}}:}$

여기서 λ은 가이드가 제한하지 않으면 파동이 가질 파장이다.공기로만 채워진 가이드의 경우, 이것은 전송된 주파수의 자유 공간 파장 f와 모든 실용적 목적을 위해 동일할 것이다.^[86]

^ H-plane

H 평면은 가로 자기장 방향으로 누워 있는 평면(H는 자기장 강도의 분석 기호), 즉 가이드를 따라 수평으로 놓여 있는 평면이다.^[85]

^ ^{i j} height, width

직사각형 가이드에서 이것들은 각각 단면의 작은 내부 치수와 큰 내부 치수를 가리킨다.우성모드의 E-필드의 양극화는 높이와 평행하다.

^ iris

도파관을 가로질러 일반적으로 큰 구멍으로 장착된 전도성 플레이트.

^ singly terminated, doubly terminated

이중종료된 필터(정상 케이스)는 각각 입력 및 출력 포트에 연결된 제너레이터와 로드가 필터 특성 임피던스와 일치하는 임피던스를 갖는 필터다.단독으로 종료된 필터는 일치하는 로드를 가지지만 낮은 임피던스 전압 소스 또는 높은 임피던스 전류 소스에 의해 구동된다.^[87]

^ TEM mode

횡방향 전자기 모드, 모든 전기장과 모든 자기장이 전자파의 이동 방향에 수직인 전송 모드.이것은 도체 쌍의 일반적인 전송 모드다.^[88]

^ TE mode

횡방향 전기모드는 모든 자기장이 아니라 모든 전기장이 전자파의 이동 방향에 수직인 여러 모드 중 하나이다.이러한 모드는 종방향 자기성분을 가지기 때문에 일부 소스에서 H 모드로 지정된다.첫 번째 지수는 도파관 폭에 걸친 장의 반파장 수를 나타내고, 두 번째 지수는 높이에 걸친 반파장 수를 나타낸다.적절하게, 지수를 쉼표로 구분해야 하지만, 이중 그림의 모드 번호는 거의 고려할 필요가 없기 때문에 대개 함께 실행된다.이 기사에서 특별히 언급된 몇몇 모드는 아래에 열거되어 있다.달리 명시되지 않은 한 모든 모드는 직사각형 도파관을 위한 것이다.^[89]

^ TE₀₁ mode

가이드 높이를 가로지르는 전장 1개, 가이드 폭에 가로지르는 전장(전파 0개)이 균일한 모드.

^ TE₁₀ mode

가이드의 폭을 가로지르는 반파형 전기장과 가이드의 높이를 가로지르는 균일한 전기장을 가진 모드.

^ TE₂₀ mode

가이드의 폭을 가로지르는 두 개의 반파 전기장과 가이드의 높이를 가로지르는 균일한 전기장을 가진 모드.

^ TE₁₁ circular mode

가이드 원주 둘레에 하나의 전파가 있고 반경을 따라 하나의 전파가 있는 모드.

^ TM mode

가로 자기모드는 모든 자기장이 아니라 모든 자기장이 전자파의 이동 방향에 수직인 여러 모드 중 하나이다.이러한 모드는 종방향 전기 구성요소를 가지기 때문에 일부 소스에서 E 모드로 지정된다.지수의 의미에 대한 설명은 TE 모드를 참조하십시오.이 기사에서 특별히 언급된 몇 가지 모드는 다음과 같다.

^ TM₁₁ mode

가이드의 폭을 가로지르는 자기장 반파, 가이드 높이를 가로지르는 자기장 반파를 가진 모드.이것은 TM_m0 모드가 존재할 수 없기 때문에 가장 낮은 TM 모드다.^[90]

^ TM₀₁ circular mode

가이드 원주 둘레에 균일한 자기장이 있고 반경을 따라 자기장이 반파된 모드.

^ ^{o p} transmission line

송신선은 서로 분리된 한 쌍의 전기 도체 또는 하나의 도체와 공통의 복귀 경로로 구성된 신호 전송 매체다.일부 치료법에서 도파관은 전송 라인의 등급 내에 있는 것으로 간주되며, 그 공통점은 많다.이 기사에서는 두 가지 유형의 매체를 더 쉽게 구별하고 참조할 수 있도록 도파관을 포함하지 않는다.

메모들

참조

참고 문헌 목록

• Bagad, V. S., 마이크로파 엔지니어링, 기술 간행물 Pune, 2009년 ISBN81-8431-360-8.
• 벨로프, 레오니드 A; 스몰스키, 세르게이 M.; 코체마소프, 빅터 N, RF, 마이크로파 및 밀리미터파 구성품 핸드북, 아르테크 하우스, 2012 ISBN 1-60807-209-6.
• 보웬, 에드워드 조지, 캠브리지 대학 출판부의 레이더 교과서, 1954년 OCLC 216292853.
• Bray, John, Innovation and Communications Revolution: 빅토리안 개척자부터 광대역 인터넷, IEE, 2002 ISBN 0-85296-218-5까지.
• Cauer, E.; Mathis W.; Pauli, R, "Wilhelm Cauer의 삶과 일", 제14회 국제 네트워크와 시스템 수학적 이론 심포지엄의 진행 (MTNS2000), Perpignan, 2000년 6월, OCLC 652907.
• 코너, F. R., 웨이브 트랜스미션, 에드워드 아놀드 주식회사, 1972 ISBN 0-7131-3278-7.
• Cohn, S. B. "고품질 유전체 공명기를 포함하는 마이크로웨이브 필터", G-MTT 심포지엄 다이제스트, 1965년 5월 7일자 49–50면.
• Christal, Edward G, "파형이 새는 파장 필터 구조에 대한 분석적 솔루션", IEEE Transactions on Microwide 이론 및 기법, 11권, 3, 182~190, 1963.
• Christal, Edward G.; Matthaei, G. L. "연속 채널이 있는 멀티플렉서 설계 기법", IEEE Transactions on Microle 이론 및 기법, 12권, 발행 1, 88–93, 1964.
• Das, Annapurna; Das, Sisir K, 마이크로파 엔지니어링, Tata McGraw-Hill Education, 2009 ISBN 0-07-066738-1.
• Elmore, William Cronk; Hald, Mark Aiken, Physics of Waves, Courier Dover Publications, 1969 ISBN 0-486-14065-2.
• 에스켈리넨, 해리; 에스켈리넨, 페카, 마이크로파 컴포넌트 메카, 아르테크 하우스, 2003 ISBN 1-58053-589-5.
• Fano, R. M.; A. W. "전자레인지 필터의 설계" 라간 10장(G. L. (ed.) 마이크로파 전송 회로, McGraw-Hill, 1948 OCLC 2205252
• 지빌리스코, 스탠; 스클레이터, 닐, 전자 백과사전, 탭 프로페셔널 및 참고서, 1990 ISBN 0-8306-3389-8.
• Golio, Mike, 상용 무선 회로 및 구성품 핸드북, CRC Press, 2002 ISBN 1-4200-3996-2
• 그리핀, E. L.; Young, F. A. "12 GHz에서 4개의 오버코딩된 표준 좁은 대역 통과 필터의 비교", 마이크로파 심포지엄 다이제스트, 1978 IEEE-MTT-S 인터내셔널, 47–49페이지.
• Gusmano, G.; Bianco, A.; Viticoli, M.; Kaciulis, S.; Mattogno, G.; Pandolfi, L., "Study of Zr_1−xSn_xTiO₄ thin films prepared by a polymeric precursor route", Surface and Interface Analysis, volume 34, issue 1, pages 690–693, August 2002.
• 히치콕, RTimothy; Patterson, Robert M, 무선 주파수 및 ELF 전자기 에너지: 건강 전문가를 위한 핸드북, John Wiley & Sons, 1995 ISBN 0-471-28454-8.
• 헌터, I. C, 마이크로파 필터의 이론과 디자인, IET, 2001 ISBN 0-85296-777-2.
• 후르데만, 안톤 A, 와일리-IEEE, 2003 ISBN 0-471-20505-2.
• 이시이, 토마스 코류, 마이크로파 기술 핸드북: 컴포넌트 및 장치, Academic Press, 1995 ISBN 0-12-374696-5.
• Jarry, Pierre; Beneat, Jacques, Design and Realization of Smallized Fractal 마이크로파 및 RF 필터, John Wiley & Sons, 2009 ISBN 0-470-48781-X.
• Ke, Wu; Lei, Zhu; Vahldeck, Ruediger, Chen, Wai-Kei (ed.), The Electric Engineering Handbook, Academic Press, 2004 ISBN 0-08-047748-8.
• Lee, Thomas H, Planar Microweet Engineering, 585–618페이지, Cambridge University Press, 2004 ISBN 0-521-83526-7.
• 레비, R.; Cohn, S. B, "전자레인지 필터 연구, 설계 및 개발의 역사", IEEE 거래: 전자레인지 이론과 기법, 1055–1067페이지, 32권, 1984년 9월호
• 마흐무드, S. F. 전자기파가이드: 이론과 응용, IEE, 1991 ISBN 0-86341-232-7.
• 말로라츠키, 레오 G, 항공전자 애플리케이션 통합 마이크로파 프런트엔드, 아르테크 하우스, 2012 ISBN 1-60807-206-1
• 만수르, R., H. 위인스토크; 니세노프, M., 마이크로파 초전도, 161-188페이지, 스프링거, 2001 ISBN 1-4020-0445-1의 "3차원 극저온 필터".
• Mason, W. P.; Sykes, R. A. "높은 무선 주파수를 위한 필터와 광대역 변압기에 동축과 균형 잡힌 전송 회선의 사용" Bell System Technical Journal, 275~302, 16, 1937페이지.
• Massé, D. J.; Pucel, R. A., "유전 공명기를 이용한 온도안정성 대역 통과 필터", IEEE의 Procedures of the IEE, 60권, 6, 730–731페이지, 1972년 6월.
• Matthaei, George L.; Young, Leo; Jones, E. M. T, 마이크로파 필터, 임피던스-매칭 네트워크, 그리고 Coupling Structures, McGraw-Hill, 1964 LCCN 64-7937.
• Meier, Paul J, 1972 IEEE GMTT 국제 마이크로파 심포지엄, 221–223, 22–24페이지의 "밀리미터 파장에서 특별한 장점을 가진 두 개의 새로운 통합 회로 매체"
• 메러디스, 로저, 산업용 마이크로파 난방 기술자 핸드북 IET, 1998 ISBN 0-85296-916-3
• 미들턴, 웬디 M; 반 발켄버그, 맥 엘윈, 엔지니어용 참조 데이터: 라디오, 전자, 컴퓨터 및 통신, 뉴네스, 2002 ISBN 0-7506-7291-9
• Millman, S. (ed.) A History of Engineering and Science in the Bell System: 통신 과학 (1925–1980), AT&T 벨 연구소, 1984 ISBN 0-932764-06-1.
• 미나코바, L. B.; Rud, L. A., "좁은 대역의 도파관 흡수 필터 합성에 대한 자연 주파수 접근법", 2002년 제32차 유럽 마이크로파 회의, 2002년 9월 23일–26일 밀라노.
• 몽고메리, 캐롤 그레이; 디케, 로버트 헨리; 퍼셀, 에드워드 M, 마이크로파 회로 원리, IEE, 1948 ISBN 0-86341-100-2.
• Nalwa, Hari Singh (edd), Handbook of Low and High Dielectric Constant Materials and The Applications, Academic Press, 1999 ISBN 0-08-053353-1.
• 피어스, J. R, "병렬식 복원기 필터", IRE의 Processions of the IRE, 제37권, 페이지 152–155, 1949년 2월.
• Radmanesh, Matthew M, 고급 RF 및 마이크로파 회로 설계, 작성자하우스, 2009 ISBN 1-4259-7244-6
• 로도스, J. D. "대칭 상호 작용하는 밴드패스 채널 디플렉스어의 직접 설계", IEE 저널의 마이크로웨이브스, 광학 및 음향학, 제1권, 제1권, 제34-40쪽, 1976년 9월.
• Rodes, J. D.; Levy, R., "일반화된 멀티플렉서 이론", IEEE Transactions on Microwave 이론 및 기법, 제27권, 발행물 2, 99–111, 1979년 2월.
• Richards, Paul I, "Rescentor-transmission-line circuits", Processions of the IRE, volume 36, page 217–220, 1948년 2월.
• Russer, Peter, 전자석, 통신 엔지니어링을 위한 마이크로파 회로 및 안테나 설계, Artech House, 2003 ISBN 1-58053-532-1.
• Sarkar, T. K.; Mailloux, Robert; Oliner, Arthur A.; Salazar-Palma, M.; Sengupta Dipak L., History of Wireless, John Wiley & Sons, 2006 ISBN 0-471-78301-3.
• 슈마허, H. L. "Cox 멀티플렉서: EW 신호 정렬의 열쇠" 마이크로파 시스템 뉴스, 1976년 8월/9월 ISSN 0164-3371페이지
• 실버, 사무엘, 마이크로파 안테나 이론 및 설계, IEE, 1949 ISBN 0-86341-017-0.
• 소렌티노, 로베르토, 비안치, 조반니, 마이크로파 및 RF 엔지니어링, 존 와일리 & 선스, 2010 ISBN 0-470-66021-X.
• Srivastava, Ganesh Prasad; Gupta, Vijay Laxmi, 마이크로파 장치 및 회로 설계, Fratice-Hall of India, 2006 ISBN 81-203-2195-2.
• 워터하우스, 로드, 마이크로스트립 패치 안테나: 디자이너 가이드, 스프링어, 2003 ISBN 1-4020-7373-9
• Wenzel, J. R., "다채널 필터 설계에 정확한 합성 방법의 적용", IEEE Transactions on Multichannel Irony and Technologys, 13권, 발행 1, 5-15페이지, 1965년 1월.
• Xuan, Hu Wu; Kishk, Ahmed A, Efficient 2D Hybrid Method, Morgan & Claypool, 2010 ISBN 1-59829-902-6.
• 예, C.; 시마부쿠로, F. I, The Essential of Dielectric Waveguides, Springer, 2008 ISBN 0-387-49799-4.
• Young, L, "넓고 좁은 대역폭을 위한 직접 결합 캐비티 필터", IEEE 트랜잭션: 마이크로파 이론과 기법, MTT-11권, 162-178페이지, 1963년 5월.
• 영 리; 겟팅어; W. J.; 스패로우, L. R., "바륨 사트라티탄산염 MIC 기술", IEEE Transactions on 마이크로파 이론 및 기법, 제27권, 제7권 655-660쪽, 1979년 7월.
• 장, 시안롱, 왕, 칭위안, 리, 홍, 류, 룽쥔, "발광 모드 콤팩트 도파관 필터", 마이크로파 및 밀리미터파 기술 국제회의, 2008(ICMT 2008), 제1권 323–325, IEEE, 2008.