마이크로파/RF 필터 및 구성 요소 시뮬레이션

RF 필터를 설계하려면 일반적으로 다음 단계가 중요합니다.

1. 주파수 사양 결정:

신호가 통과해야 하는 주파수 대역과 신호가 거부되어야 하는 주파수 대역(보통 S-파라미터로 표시됨)을 지정하여 어떻게 필터링해야 하는지 결정합니다. 이는 적절한 유형의 필터를 선택하는 데 도움이 됩니다.

2. 필터 유형 선택:

저역 통과, 고역 통과, 대역 통과 및 대역 차단 등 다양한 유형의 필터가 있습니다. 각 유형에는 고유한 특성이 있으며, 해당 이름에서 알 수 있듯이 RF 신호를 허용하는 특정 응답에 적합합니다. 예를 들어, "대역 통과" 필터링 응답은 일반적으로 특정 주파수 대역의 신호는 통과시키고 해당 대역 밖의 모든 신호는 거부하는 데 사용됩니다.

3. 필터 토폴로지 선택:

토폴로지는 일반적으로 원하는 필터링 응답을 실현하는 일종의 회로 레이아웃입니다. 사다리형 인덕터 및 커패시터(LC) 회로의 형태로 제공될 수도 있고, 대역 통과의 경우 보통 결합된 공진기의 형태일 수 있습니다.

4. 구성 요소 값 계산:

필터 토폴로지는 다양한 수학적 방법 또는 필터 설계 소프트웨어를 사용하여 합성할 수 있습니다. 이를 통해 저항기, 커패시터 및 인덕터와 같은 구성 요소에 필요한 값이 계산됩니다.

5. RF 회로 설계 실현:

이 이상적인 회로가 설계되면 일부 제조 가능한 매체에서 구현되어야 합니다. 한 가지 방법은 이산 인덕터 및 커패시터(LC) 구성 요소를 사용하고 토폴로지를 있는 그대로 구현하는 것입니다. 그러나 관심 주파수가 증가함에 따라 이 접근 방식은 적절하지 않게 될 수 있습니다. 구성 요소와의 상호 연결로 인한 기생 효과가 매우 커지며 언젠가는 필터링 특성을 더 이상 달성할 수 없게 됩니다. 이 경우 마이크로스트립, 도파관 또는 다른 고주파 기술을 사용하여 분산 형태로 회로를 구현하는 방법을 고려해 볼 수 있습니다.

6. 설계 시뮬레이션 및 최적화:

설계한 모델을 마무리하기 전에 시뮬레이션을 통해 필터의 성능을 검증해야 합니다. 또한, EDA 환경에서 튜닝 또는 최적화를 적용하여 필요한 주파수 사양을 달성하는 것도 매우 일반적입니다. 시뮬레이션 단계에서 관심을 가질 수 있는 다른 측면으로는 열 또는 RF 분해 효과(특히 고출력 장치의 경우)가 있습니다.

7. 필터 시제품 제작:

시뮬레이션 결과에 만족하면 실제 시제품을 제작하고 다양한 조건에서 테스트하여 성능을 검증합니다.

8. 필터 미세 조정:

시뮬레이션 결과와 실제 측정값 사이에 불일치가 있는 경우 원하는 사양이 달성될 때까지 구성 요소 값을 적절히 미세 조정합니다. 이를 위해 고급 소프트웨어 도구에서 제공하는 컴퓨터 지원 튜닝을 사용할 수 있습니다.

무선 주파수(RF) 필터는 주파수 구성 요소에 따라 신호를 허용 또는 차단하도록 설계된 전자 장치를 말합니다. 이러한 필터는 상업용 통신 시스템이 더 잘 알려진 광범위한 무선(및 유선) 애플리케이션에서 일반적으로 사용됩니다. 예를 들어 라디오, 텔레비전, 휴대전화 및 GPS 네트워크가 있습니다. RF 필터의 기본 개념은 다음과 같습니다.

1. 필터링 기술:

다양한 유형의 RF 필터가 있으며, 각각 주파수 범위, 물리적 크기, 제조 비용 및 전력 처리에 따라 다른 기술 매체를 사용합니다. 여기에는 다양한 유형의 도파관, 세라믹, 인쇄 회로 기판, 집적 회로, 압전 크리스탈이 포함됩니다.

2. 필터 설계:

RF 필터 설계는 해당 응용 분야와 필터링해야 하는 특정 주파수 범위에 따라 달라집니다. 일반적인 유형으로는 저역 통과, 고역 통과, 대역 통과 및 대역 차단 필터가 있습니다. 이들은 회로 이론(예: 사다리형 회로)과 응용 수학(예: 커플링 매트릭스)을 포함하는 다양한 기술을 사용하여 합성할 수 있습니다.

3. 주파수 응답:

RF 필터의 주파수 응답은 적용되고 있는 신호의 서로 다른 주파수 구성 요소에 대해 RF 필터가 어떻게 동작하는지를 나타냅니다. 이상적인 대역 통과 필터는 위상 왜곡을 최소화하면서 허용된 대역에서 기복 없이 정주파수 응답을 가져야 하며, 다른 모든 주파수는 감쇠해야 합니다.

4. 임피던스 매칭:

최적의 성능을 위해 RF 필터는 연결된 소스 및 부하 회로와 임피던스가 일치해야 하며, 신호 반사를 줄이면서 최적의 전력 공급을 보장해야 합니다.

5. 삽입 손실:

모든 필터는 필터링된 신호에 어느 정도의 손실을 초래합니다. 이를 삽입 손실이라고 하며 데시벨(dB)로 측정됩니다. 삽입 손실이 낮을수록 시스템 연결 예산의 효율성이 높아집니다.

6. 대역폭:

대역폭은 일반적으로 S-파라미터를 통해 표시되는 주파수 스펙트럼의 연속 범위를 말합니다.

7. 선택성:

선택성은 RF 필터가 특정 주파수 범위 내에서 원하는 신호와 원하지 않는 신호를 얼마나 잘 구별할 수 있는지를 나타내는 척도입니다. 감쇠 기울기의 롤오프가 가파를수록 선택성이 높아집니다. 필터 순서는 일반적으로 선택성에 영향을 미칩니다.

8. 적용 분야:

RF 필터는 신호 분리, 간섭 거부, 고조파 억제, 채널 선택, 스펙트럼 순도 등 통신 시스템에 다양한 용도로 사용됩니다.

1. 대역 통과 필터:

이 필터 유형은 다른 모든 주파수를 감쇠하면서 특정 주파수 대역만 통과시킵니다. 일반적으로 무선 시스템 및 통신 시스템에 사용됩니다.

2. 저역 통과 필터:

저역 통과 필터는 고주파수를 감쇠하면서 특정 차단 지점에 다다르지 못한 주파수를 통과시킵니다. 일반적으로 고차 고조파를 제거하는 데 사용됩니다.

3. 고역 통과 필터:

고역 통과 필터는 저주파수를 감쇠하면서 특정 차단 지점 이상의 주파수를 통과시킵니다. 일반적으로 신호에서 저주파 소음을 제거하는 데 사용됩니다.

4. 노치 필터:

노치 필터는 특정 주파수나 극히 좁은 주파수 대역을 감쇠하면서 다른 모든 주파수는 통과시킵니다. 일반적으로 무선 주파수 간섭(RFI) 완화에 사용됩니다.

5. 차단 대역 필터:

이 필터 유형은 특정 주파수 대역만 감쇠하면서 다른 모든 주파수를 통과시킵니다. 일반적으로 원치 않는 신호를 제거해야 하는 응용 분야에서 사용됩니다.

6. 조정 가능한 필터:

이러한 필터를 사용하면 필요에 따라 필터링 응답의 차단 주파수를 조정할 수 있으므로, 신호 처리 및 테스트와 같은 다양한 응용 분야에 적합합니다.