RF에서 Filter란

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1. 수동 소자의 꽃 Filter

• 역할: 입력된 여러 주파수 중 원하는 주파수만 통과시키고 나머지는 감쇄시키는 역할.
• 핵심 키워드:
  • Inductance (L): 주파수가 올라갈수록 통과가 어렵다.
  • Capacitance (C): 주파수가 올라갈수록 통과가 잘된다.
  • Resonance (공진): L과 C의 조합을 통해 특정 주파수를 통과/저지시킴.

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2. S-Parameter를 통한 필터 이해

• S21: 통과대역에서 높고 (0dB 근방), 저지대역에서 낮음.
• S11: 반사 정도로서 통과대역에서 낮고, 저지대역에서 높음.
• 통과대역: 신호가 잘 통과됨 (S21↑, S11↓).
• 저지대역: 신호가 반사되어 차단됨 (S21↓, S11↑).

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3. 필터의 종류 (대역특성에 따른 분류)

1. LPF (Low Pass Filter, 저역통과)
   • 저주파 신호만 통과.
   • 고주파 잡음 억제, 전원단 ripple 제거 등 다양한 용도로 사용됨.
2. BPF (Band Pass Filter, 대역통과)
   • 특정 주파수 대역만 통과.
   • 수신/송신 시스템에서 가장 중요하며 주인공급 필터.
3. HPF (High Pass Filter, 고역통과)
   • 고주파 신호만 통과.
   • 저주파 발진 억제를 위해 제한적으로 사용됨.
4. BSF/BRF (Band Stop Filter/Notch Filter, 대역저지)
   • 특정 주파수 대역만 저지.
   • 특정 주파수 차단 용도로 유용하게 사용됨.

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4. 필터의 기본 원리: L + C = 공진

• L (Inductance): 주파수 상승 시 저항 증가 → 고주파 감쇄.
• C (Capacitance): 주파수 상승 시 저항 감소 → 고주파 통과.
• 결론: L과 C 조합을 통해 원하는 주파수를 선택하고 나머지는 차단.

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5. 필터의 주요 특성

1. Order (차수)
   • 차수가 높을수록 스커트 특성이 좋아지지만 삽입손실 증가, 군지연 악화, 크기 증가.
2. Insertion Loss (삽입손실)
   • 필터 통과 시 손실되는 전력.
3. Skirt 특성
   • 통과대역과 저지대역이 얼마나 명확하게 구분되는지 나타냄.
   • 차수가 높을수록 스커트는 샤프해지지만 삽입손실이 증가함.
4. Group Delay (군지연)
   • 신호의 주파수별 시간 지연 정도.
   • 균일한 Group Delay가 중요한 경우 Bessel/Gaussian 필터 사용.

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6. 통과특성과 스커트 특성에 따른 필터 유형

1. Butterworth (Maximal Flat)
   • 통과대역이 평평하지만 스커트 특성은 나쁨.
2. Chebyshev (Equally Ripple)
   • 통과대역에 작은 ripple이 존재하지만 스커트 특성이 우수함.
   • 상업용 필터에서 가장 많이 사용됨.
3. Bessel/Gaussian
   • Group Delay 특성이 우수.
4. Elliptic
   • 가장 날카로운 스커트 특성을 가짐.

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7. 구현 형태에 따른 필터 종류

1. Lumped Element
   • SMD 또는 리드타입 L, C 소자를 PCB에 납땜하여 구현. (3GHz 이하에서 사용)
2. Transmission Line (Microstrip/Stripline)
   • 고주파에서 전송선로의 특성을 이용하여 필터를 구현.
3. Ceramic/Dielectric
   • 유전체를 이용해 소형, 고성능 필터 구현.
4. Waveguide (도파관)
   • 고출력, 고주파에 적합한 필터. 위성 및 기지국에서 사용됨.
5. SAW (Surface Acoustic Wave)
   • 소형, 경량, 샤프한 스커트 특성. 이동통신 단말기에서 주로 사용됨.
6. 기타: MEMS, LTCC, FBAR 등 최신 기술 활용.