[논문 리뷰] To Optimally Design Microstrip Nonuniform Transmission Lines as Lowpass Filters

Mohammad Khalaj‐Amirhosseini, S. A. Akbarzadeh-Jahromi|arXiv (Cornell University)|2010. 06. 04.

Microwave Engineering and Waveguides참고 문헌 16인용 수 9

한 줄 요약

이 논문은 스트립 폭을 잘라낸 푸리에 급수로 모델링하고 최적화를 통해 계수를 결정함으로써 마이크로스트립 비균일 전송선(MNTL)을 저역통과 필터로 최적 설계하는 방법을 제안한다. 이 방법은 정확한 커프오프 주파수 응답을 달성하며, 두 개의 2.0 GHz 저역통과 필터를 설계하고 제작하여 검증되었으며, 파rameter 최적화를 통해 원하는 필터 특성을 실현하는 데 효과적임을 보여준다.

ABSTRACT

A method is proposed to optimally design the Microstrip Nonuniform Transmission Line (MNTLs) as lowpass filters. Some electrical and physical restrictions are used to design MNTLs. To optimally design the MNTLs, their strip width is expanded as truncated Fourier series, firstly. Then, the optimum values of the coefficients of the series are obtained through an optimization approach. The performance of the proposed structure is studied by design and fabrication of two lowpass filters of cutoff frequency 2.0 GHz.

연구 동기 및 목표

• 최적의 성능을 갖는 마이크로스트립 비균일 전송선(MNTL)을 저역통과 필터로 체계적으로 설계하는 방법을 개발하기 위해.
• 기하학적 매개변수화를 통해 MNTL 기반 필터에서 정밀한 커프오프 주파수 및 임피던스 응답을 달성하는 데 도전하는 데에.
• 실제 구현 가능성을 확보하기 위해 물리적 및 전기적 제약 조건을 설계 과정에 통합하기 위해.
• 더 나은 필터 응답을 위해 스트립 폭 프로파일을 푸리에 급수 표현과 최적화 알고리즘을 사용하여 최적화하기 위해.

제안 방법

• MNTL의 스트립 폭을 비균일성을 나타내기 위해 잘라낸 푸리에 급수로 모델링한다.
• 푸리에 급수의 계수를 최적화할 설계 변수로 간주한다.
• 목표로 하는 저역통과 필터 응답 기준을 충족시키는 최적의 계수 값을 결정하기 위해 최적화 기법을 적용한다.
• 제작 가능성과 성능을 보장하기 위해 전기적 및 물리적 제약 조건을 최적화 프레임워크에 통합한다.
• 설계는 두 개의 2.0 GHz 저역통과 필터의 제작 및 측정를 통해 검증된다.
• 폭 프로파일의 고조파 성분을 조정하여 주파수 응답을 정밀하게 제어할 수 있다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 마이크로스트립 전송선의 비균일 폭 프로파일을 어떻게 매개변수화하여 최적의 필터 설계를 가능하게 할 수 있는가?
• RQ2 주어진 커프오프 주파수에 대해 최고의 저역통과 필터 응답을 얻을 수 있는 최적화 전략은 무엇인가?
• RQ3 물리적 및 전기적 제약 조건은 MNTL 기반 필터의 설계 및 성능에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ4 푸리에 급수 표현이 최적의 필터링을 위해 필요한 폭 변화를 얼마나 정확하게 모델링할 수 있는가?
• RQ5 목표 커프오프 주파수에서 제작된 필터의 삽입 손실 및 리턴 손실 성능은 어떠한가?

주요 결과

• 제안된 방법은 커프오프 주파수 2.0 GHz를 갖는 두 개의 저역통과 필터를 성공적으로 설계하여 실용적 구현 가능성을 입증하였다.
• 최적화된 푸리에 급수 표현을 통한 스트립 폭 모델링이 필터의 주파수 응답을 정밀하게 제어할 수 있었다.
• 제작된 프로토타입은 시뮬레이션 결과와 측정 결과 사이에 양호한 일치를 보였으며, 설계 방법의 타당성을 검증하였다.
• 최적화 과정은 전기적 성능과 물리적 제약 조건을 효과적으로 균형 잡아 목표 필터 특성을 달성하는 데 기여하였다.
• 이 방법은 원하는 주파수 응답을 갖는 MNTL 기반 저역통과 필터를 체계적이고 반복 가능한 프레임워크로 설계할 수 있도록 제공한다.