JP2005117606A - 積層型低域通過フィルター - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は多層基板に形成した伝送線(Transmission line)とキャパシター(capacitor)を用いて簡単に具現した積層型低域通過フィルターを提供する。
【解決手段】本発明は、複数の誘電体層が積層されて成り、外部側面に入力電極、出力電極及び接地電極が形成され、外部入力電極(IN)を通した信号を低周波帯域でのみ通過させ外部の出力電極(OUT)に出力する積層型低域通過フィルターにおいて、第1誘電体層LY1にインダクタンス及びキャパシタンスが均一に分布するストリップラインで形成され、前記入力電極(IN)及び出力電極(OUT)の間に連結された分布定数素子である伝送線(TRL);及び、少なくとも2個の層に形成され、前記入力電極(IN)及び出力電極(OUT)の間に連結され前記伝送線(TRL)と並列にキャパシタンスを形成する容量電極CE1〜CE3を具備することに特徴がある。
【選択図】図2
【解決手段】本発明は、複数の誘電体層が積層されて成り、外部側面に入力電極、出力電極及び接地電極が形成され、外部入力電極(IN)を通した信号を低周波帯域でのみ通過させ外部の出力電極(OUT)に出力する積層型低域通過フィルターにおいて、第1誘電体層LY1にインダクタンス及びキャパシタンスが均一に分布するストリップラインで形成され、前記入力電極(IN)及び出力電極(OUT)の間に連結された分布定数素子である伝送線(TRL);及び、少なくとも2個の層に形成され、前記入力電極(IN)及び出力電極(OUT)の間に連結され前記伝送線(TRL)と並列にキャパシタンスを形成する容量電極CE1〜CE3を具備することに特徴がある。
【選択図】図2
Description
本発明は積層型低域通過フィルターに関するもので、とりわけ多層基板に形成した伝送線(Transmission line)とキャパシターを用いて簡単に具現することにより、小型化でき且つ挿入損失(insertion loss)を改善できる積層型低域通過フィルターに関するものである。
一般に、低域通過フィルター(Low Pass Filter)は携帯電話などの無線通信システムに不要なスプリアス(Spurious)や高調波(Harmonics)の抑制に使用され、こうした低域通過フィルターは前記無線通信システムに適用されて所定の周波数以下の希望帯域、即ち受信信号または送信信号を含む帯域を通過させ、それ以上の周波数帯域、即ち信号以外の高調波成分またはノイズ成分が含まれた帯域を除去する。
こうした低域通過フィルターの所望の信号を含む通過帯域に対する通過特性及び反射特性は適用される製品が要求する仕様を満たさねばならない。
このような低域通過フィルターは個別素子を用いた回路から構成、または多層基板の積層型構造に所定のパターンで具現されることもでき、最近は携帯電話などの移動通信端末機の小型化ニーズに応じて小型化可能な積層型低域通過フィルターが幅広く用いられている。
図7は従来の積層型低域通過フィルターの外観斜視図である。図7に示したように、従来の積層型低域通過フィルター(100)は略直方形状の誘電体ブロック(100A)から成り、この誘電体ブロック(100A)の外部表面、即ち前後側面及び左右側面には入力電極(EIN)、出力電極(EOUT)、及び接地電極(EG)が各々形成され、こうした電極は内部の電極(図示せず)と接続されている。
さらに、内部電極を相互連結させるための非接触(NC:Not Connected)電極(ENC)が形成されている。そして、図示しないが誘電体内部の上部及び下部にも接地電極が形成されており、前記誘電体ブロックの側面には一定の幅で形成され外部の接地電極(EG)及び内部の接地電極と絶縁される入出力電極が形成されている。
図8は従来の積層型低域通過フィルターの積層構造を示した斜視図である。図8によると、従来の積層型低域通過フィルターは上部層(LY1)、中間層(LY3)、及び下部層(LY5)各々には第1、第2及び第3接地電極(G1、G2、G3)が形成され、前記上部層(LY1)と中間層(LY3)の間の層(LY2)には低域通過フィルターのインダクタンスを形成するための第1、第2インダクタンスパターン(PL1、PL2)が各々形成され、また前記中間層(LY3)と下部層(LY5)の間の層(LY4)には低域通過フィルターのキャパシタンスを形成すべく、前記接地電極(G2)との間にキャパシタンスを形成するための第1ないし第5キャパシタンスパターン(PC1〜PC5)が形成されている。
前記第1、第2インダクタンスパターン(PL1、PL2)各々は1個の層または2個の層に形成面積を減らすべく、螺旋状またはメアンダー(MEANDER)タイプで入力電極(EIN)及び出力電極(EOUT)に各々連結形成され、そして前記第1、第2、第3キャパシタンスパターン(PC1、PC2、PC3)は前記接地電極(G2とG3)との間にキャパシタンスを形成する。そして第1ないし第5キャパシタンスパターン(PC1とPC5)は第4ないし第5キャパシタンスパターン(PC4とPC5)との間にキャパシタンスを形成し第2キャパシタンスパターン(PC2)は第4キャパシタンスパターン(PC4)との間にキャパシタンスを形成する。
このように、従来の積層型低域通過フィルターは約7個ほどの素子パターンが必要で、こうした素子パターン等を連結すべく、図7に示したように誘電体(100A)の外部に非接触(NC)電極(ENC)が必要となる。
図9(A)、9(B)は従来の積層型低域通過フィルターの等価回路図である。図9(A)、9(B)に示したように、従来の低域通過フィルター(Low Pass Filter)は集中定数素子(Lumped Element)を用いた低域通過フィルター(Low Pass Filter)であり、図9(A)は入力端(IN)から出力端(OUT)へとインダクタンス(L1、L2)が直列連結され、前記インダクタンス(L1、L2)の両端に接地で連結されたキャパシタンス(C1、C2)から成る。
ここで、通常2次及び3次高調波抑制(Harmonic Suppression)を極大化すべく、図9(A)の回路を変形した図9(B)の回路を用いるが、図9(B)は図8の等価回路図である。
図9(B)において、L1は図8の第1インダクタンスパターン(PL1)に、L2は図8の第2インダクタンスパターン(PL2)に各々該当し、C1は図8の第1キャパシタンスパターン(PL1)と接地電極(G2)との間のキャパシタンスに該当し、C2は図8の第2キャパシタンスパターン(PC2)と接地電極(G2)との間のキャパシタンスに該当し、C3は図8の第3キャパシタンスパターン(PC3)と接地電極(G3)との間のキャパシタンスに該当し、C4は図8の第4キャパシタンスパターン(PC4)とPC2との間のキャパシタンスに各々該当する。そして、C5は図8の第5キャパシタンスパターン(PC5)、第5キャパシタンスパターン(PC5)と第3キャパシタンスパターン(PC3)、そして第4キャパシタンスパターン(PC4)と第1キャパシタンスパターン(PC1)との間のキャパシタンスに該当する。
このように形成された従来の低域通過フィルターにおいては、前記第1、第2インダクタンスパターン(PL1、PL2)は低域通過フィルターのインダクタンス(L)を形成し、前記第1ないし第5キャパシタンスパターン(PC1〜PC5)は低域通過フィルターのキャパシタンス(C)を形成し、こうしたインダクタンス(L)とキャパシタンス(C)により決定される遮断周波数以下の周波数を通過させるようになる。
図10は従来の積層型低域通過フィルターの特性グラフである。図10は約3GHzより低い帯域を通過させるよう具現されたフィルターに対する特性であり、図10において希望帯域の通過特性(S21)は3.0GHzまで約−0.4dBほどで、また反射特性(S11)は3.0GHzまでは−10dBほどであることがわかる。
ここで、希望帯域の通過特性(S21)は所望の周波数においてほぼ0dBに近づくほど優れ、また反射特性(S11)は適用される製品が要求するdBより低いほど優れるものである。
ところで、このような従来の積層型低域通過フィルターにおいては、使用するパターン素子の個数が多く挿入損失特性が劣るという問題がある。また、従来の積層型低域通過フィルターはその構成が複雑であり各素子の特性管理が困難且つ作製が複雑で、とりわけ積層型低域通過フィルターの小型化に限界があるという問題がある。
本発明は前記問題を解決すべく提案されたもので、その目的は、多層基板に形成した伝送線(Transmission line)とキャパシターを用いて簡単に具現した積層型低域通過フィルターを提供することにある。
また、本発明の他の目的は小型化が可能で、従来の集中素子から具現された積層型低域通過フィルターに比べて挿入損失を改善できる積層型低域通過フィルターを提供することにある。
前記した本発明の目的を成し遂げるために、本発明の積層型低域通過フィルターは、複数の誘電体層が積層されて成り、外部側面に入力電極、出力電極及び接地電極が形成され、外部入力電極を通した信号を低周波帯域においてのみ通過させ外部出力電極へ出力する積層型低域通過フィルターにおいて、第1誘電体層にインダクタンス及びキャパシタンスが均一に分布するストリップラインに形成され、前記入力電極及び出力電極間に連結された分布定数素子である伝送線;及び、少なくとも2個の層に形成され、前記入力電極及び出力電極間に連結され前記伝送線と並列にキャパシタンスを形成する容量電極を具備することを特徴とする。
前記容量電極は、前記第1誘電体層の下部に積層された第2誘電体層に形成され前記入力電極に一端が接続された第1容量電極と、前記第2誘電体層の下部に積層された第3誘電体層に形成され、前記第1容量電極との間に所定のキャパシタンスを形成し、前記出力電極に一端が接続された第2容量電極とを含むことができる。また、前記容量電極は、前記第1誘電体層の下部に積層された第2誘電体層に形成された第1容量電極と、前記第2誘電体層の下部に積層された第3誘電体層の上部一側に形成され前記入力電極に一端が接続された容量電極、及び前記第3誘電体層の上部他側に前記容量電極と分離形成され前記出力電極に一端が接続された容量電極を含み、前記第1容量電極との間に所定のキャパシタンスを形成する第2容量電極とを含むことができる。
前述したような本発明によると、積層型低域通過フィルターを伝送線(Transmission Line)とキャパシターを用いて簡単に具現することにより、小型化が可能で、従来の集中素子から具現された積層型低域通過フィルターに比して挿入損失を改善できる効果がある。
本発明の好ましき実施の形態について添付の図面を参照しながら詳しく説明する。本発明が参照する図面において実質的に等しい構成と機能を有する構成要素には同一符号を付ける。
図1は本発明による積層型低域通過フィルターの斜視図である。図1によると、本発明の積層型低域通過フィルター(40)は略方形状の直方体である多層基板の誘電体ブロック(40A)であり、前記誘電体ブロック(40A)の外部側面には内部の複数の電極中該当電極と連結された入力電極(IN)、出力電極(OUT)及び接地電極(G)が各々形成されている。
本発明の積層型低域通過フィルターは複数の誘電体層が積層されて構成され、外部側面に入力電極、出力電極及び接地電極が形成され、外部入力電極(IN)を通した信号を低周波帯域においてのみ通過させ外部出力電極(OUT)へ出力する積層型低域通過フィルターであり、第1誘電体層にインダクタンス及びキャパシタンスが均一に分布するストリップラインに形成され、前記入力電極(IN)及び出力電極(OUT)間に連結された分布定数素子である伝送線(TRL)と、少なくとも2個の層に形成され前記入力電極(IN)及び出力電極(OUT)間に連結され前記伝送線(TRL)と並列にキャパシタンスを形成する容量電極とで成る。
前記容量電極は多様な形態で具現することができるが、本発明に適用される容量電極の代表的な形態については図2及び図3を参照しながら具体的に説明する。
図2は本発明の第1実施例による積層型低域通過フィルターの積層構造を示した斜視図である。図2によると、本発明の積層型低域通過フィルターにおいて、前記容量電極は、前記第1誘電体層(LY1)の下部に積層された第2誘電体層(LY2)に形成され前記入力電極(IN)に一端が接続された第1容量電極(CE1)と、前記第2誘電体層(LY2)の下部に積層された第3誘電体層(LY3)に形成され、前記第1容量電極(CE1)との間に所定のキャパシタンス(C)を形成し、前記出力電極(OUT)に一端が接続された第2容量電極(CE2)とを含む。
また、前記積層型低域通過フィルターは第1接地電極(GE1)、第2接地電極(GE2)及び第3接地電極(GE3)をさらに含むが、前記第1接地電極(GE1)は前記第1誘電体層(LY1)の上部に積層された第1接地層(LG1)の一側面に形成されて外部接地電極(G)と連結され、前記第2接地電極(GE2)は前記第1誘電体層(LY1)と第2誘電体層(LY2)の間に積層された第2接地層(LG2)の一側面に形成されて外部接地電極(G)と連結され、そして前記第3接地電極(GE3)は前記第3誘電体層(LY3)の下部に積層された第3接地層(LG3)の一側面に形成されて外部接地電極(G)と連結される。
図3は本発明の第2実施例による積層型低域通過フィルターの積層構造を示した斜視図である。図3によると、前記容量電極は、前記第1誘電体層(LY1)の下部に積層された第2誘電体層(LY2)に形成された第1容量電極(CE1)と、前記第2誘電体層(LY2)の下部に積層された第3誘電体層(LY3)の上部一側に形成され前記入力電極(IN)に一端が接続された容量電極(CE2A)、及び前記第3誘電体層(LY3)の上部他側に前記容量電極(CE2A)と分離形成され前記出力電極(OUT)に一端が接続された容量電極(CE2B)を含み、前記第1容量電極(CE1)との間に所定のキャパシタンスを形成する第2容量電極(CE2)とを含む。
また、前記容量電極は、前記第3誘電体層(LY3)の下部に積層された第4誘電体層(LY4)に形成されて前記第2容量電極(CE2)との間に所定のキャパシタンスを形成する第3容量電極(CE3)をさらに含むことができる。
また、前記積層型低域通過フィルターは、前記第1誘電体層(LY1)の上部に積層された第1接地層(LG1)の一側面に形成されて外部接地電極と連結された第1接地電極(GE1)と、前記第1誘電体層(LY1)と第2誘電体層(LY2)の間に積層された第2接地層(LG2)の一側面に形成され外部接地電極と連結された第2接地電極(GE2)と、前記第4誘電体層(LY4)の下部に積層された第3接地層(LG3)の一側面に形成されて外部接地電極と連結された第3接地電極(GE3)とを含む。
前述のように、本発明の積層型低域通過フィルターは分布定数素子(distributed constant element)に該当する伝送線(TRL)と、集中定数素子(lumped constant element)に該当する前記第1容量電極(CE1)及び前記第2容量電極(CE2)との間に形成されるキャパシタンス(C)とを用いるもので、これによると本発明の積層型低域通過フィルターは半分布定数素子(Semi−lumped constant element)に該当する。
前記図2及び図3に示した容量電極に対する各実施例は本発明の容量電極が具現され得る例に過ぎず、本発明による容量電極は積層構造として前記伝送線に並列連結される所定のキャパシタンスを提供できるパターンであればよく、特別に図2及び図3に示した形態に限定されるわけではない。
図4(A)、4(B)は本発明の伝送線に対するパターン例示図である。図4(A)によると、本発明の前記伝送線(TRL)は第1誘電体層(LY1)にインダクタンス及びキャパシタンスが均一に分布するメアンダー(meander)形状のストリップ(strip)ラインに形成され、前記入力電極(IN)及び出力電極(OUT)の間に連結された分布定数(distributed constant)素子から成ることができる。
ここで、前記したように、前記伝送線をメアンダー形状のストリップラインパターンに形成する場合、このメアンダー形状のストリップラインのパターン変化により除去帯域中の特定周波数に形成される減衰極(Attenuation Pole)の位置を調整することができる。
図4(B)によると、前記伝送線(TRL)は第1誘電体層(LY1)にインダクタンス及びキャパシタンスが均一に分布する階段形状(stepped type)のストリップラインに形成され、前記入力電極(IN)及び出力電極(OUT)の間に連結された分布定数素子(distributed constant element)から成る。
ここで、前記したように、前記伝送線を階段形状のストリップラインのパターンに形成する場合、この階段形状のストリップラインパターンの変化で除去帯域の特定周波数に形成される減衰極の位置を調整することができる。
このような本発明の積層型低域通過フィルターは図5(A)、5(B)に示したとおりである。
図5(A)、5(B)は本発明による積層型低域通過フィルターの等価回路図である。図5(A)によると、伝送線(TRL)は図2のTRLに該当し、CE1及びCE1は図2の第1容量電極(CE1)及び第2容量電極(CE1)に各々該当し、そしてCは図2の第1容量電極(CE1)及び第2容量電極(CE2)の間に形成されたキャパシタンスに該当する。このように、図5(A)の回路は図5(B)に示したような低域通過フィルターとの等価回路である。
また、図5(B)によると、Cは図2の第2容量電極(CE1)及び第2容量電極(CE2)に各々該当し、C1、C2及びL1は図2に示した伝送線(TRL)に対する等価回路である。ここで、前記伝送線(TRL)はラインに均一にキャパシタンス及びインダクタンスが分布された分布定数素子であり、その等価回路は図5(B)に示したようにπ型低域通過フィルターと同じである。
図5(A)、5(B)によると、本発明による積層型低域通過フィルターは特性の優れた低域通過フィルターとして動作し、こうした本発明の低域通過フィルターは図6に示したような特性を示す。
図6は本発明の積層型低域通過フィルターの特性グラフである。図6に示した特性グラフは、約5.7GHzを通過させ、その他の高調波成分を除去すべく具現された積層型低域通過フィルターに対する特性グラフであり、このグラフに示したように、約6.0GHz以下の周波数に対する通過特性(S21)は約0.3dBほどであることがわかり、また約6.0GHz以下の周波数に対する反射特性(S11)は約−10dBより低いことがわかる。
また、本発明の積層型低域通過フィルターによると、前記5.7GHzの2次及び3次高調波成分、即ち約11.4GHzと約17.1GHzに2個の減衰極(Attenuation Pole)が形成され、高域に存在する高調波成分を効果的に減衰できることがわかる。ここで、2個の減衰極は前記伝送線のパターン変化により調整することができる。
前述したような本発明の積層型低域通過フィルターは従来の積層型低域通過フィルターに比して、大変簡単な形態で、使用する素子数が少ない為、それだけ挿入損失及び減衰特性が向上する。
以上の説明は本発明の具体的な実施例に対する説明に過ぎず、本発明はこうした具体的な実施例に限定されるわけではない。また、本発明に対する前述した具体的な実施例からその構成の様々な変更及び改造が可能なことは本発明の属する技術分野において通常の知識を有する者であれば容易に想到することができる。
IN 外部入力電極
OUT 外部出力電極
G 外部接地電極
LY1 第1誘電体層
LY2 第2誘電体層
LY3 第3誘電体層
LG1 第1接地層
LG2 第2接地層
LG3 第3接地層
TRL 伝送線
CE1 第1容量電極
CE2 第2容量電極
GE1 第1接地電極
GE2 第2接地電極
GE3 第3接地電極
OUT 外部出力電極
G 外部接地電極
LY1 第1誘電体層
LY2 第2誘電体層
LY3 第3誘電体層
LG1 第1接地層
LG2 第2接地層
LG3 第3接地層
TRL 伝送線
CE1 第1容量電極
CE2 第2容量電極
GE1 第1接地電極
GE2 第2接地電極
GE3 第3接地電極
Claims (8)
- 複数の誘電体層が積層されて成り、外部側面に入力電極、出力電極及び接地電極が形成され、外部入力電極(IN)を通した信号を低周波帯域においてのみ通過させ外部出力電極(OUT)へ出力する積層型低域通過フィルターにおいて、
第1誘電体層にインダクタンス及びキャパシタンスが均一に分布するストリップラインに形成され、前記入力電極(IN)及び出力電極(OUT)間に連結された分布定数素子である伝送線(TRL)と、
少なくとも2個の層に形成され、前記入力電極(IN)及び出力電極(OUT)間に連結されて前記伝送線(TRL)と並列にキャパシタンスを形成する容量電極と、
を有することを特徴とする積層型低域通過フィルター。 - 前記容量電極は、
前記第1誘電体層(LY1)の下部に積層された第2誘電体層(LY2)に形成され、前記入力電極(IN)に一端が接続された第1容量電極(CE1)と、
前記第2誘電体層(LY2)の下部に積層された第3誘電体層(LY3)に形成され、前記第1容量電極(CE1)との間に所定のキャパシタンス(C)を形成し、前記出力電極(OUT)に一端が接続された第2容量電極(CE2)と、
を有することを特徴とする請求項1に記載の積層型低域通過フィルター。 - 前記積層型低域通過フィルターは、
前記第1誘電体層(LY1)の上部に積層された第1接地層(LG1)の一側面に形成されて外部接地電極と連結された第1接地電極(GE1)と、
前記第1誘電体層(LY1)と第2誘電体層(LY2)間に積層された第2接地層(LG2)の一側面に形成されて外部接地電極と連結された第2接地電極(GE2)と、
前記第3誘電体層(LY3)の下部に積層された第3接地層(LG3)の一側面に形成されて外部接地電極と連結された第3接地電極(GE3)と、
をさらに有することを特徴とする請求項2に記載の積層型低域通過フィルター。 - 前記容量電極は、
前記第1誘電体層(LY1)の下部に積層された第2誘電体層(LY2)に形成された第1容量電極(CE1)と、
前記第2誘電体層(LY2)の下部に積層された第3誘電体層(LY3)の上部一側に形成されて前記入力電極(IN)に一端が接続された容量電極(CE2A)と、前記第3誘電体層(LY3)の上部他側に前記容量電極(CE2A)と分離形成されて前記出力電極(OUT)に一端が接続された容量電極(CE2B)とを含み、前記第1容量電極(CE1)との間に所定のキャパシタンスを形成する第2容量電極(CE2)と、
を有することを特徴とする請求項1に記載の積層型低域通過フィルター。 - 前記容量電極は、
前記第3誘電体層(LY3)の下部に積層された第4誘電体層(LY4)に形成され、前記第2容量電極(CE2)との間に所定のキャパシタンスを形成する第3容量電極(CE3)をさらに有することを特徴とする請求項4に記載の積層型低域通過フィルター。 - 前記積層型低域通過フィルターは、
前記第1誘電体層(LY1)の上部に積層された第1接地層(LG1)の一側面に形成されて外部接地電極と連結された第1接地電極(GE1)と、
前記第1誘電体層(LY1)と第2誘電体層(LY2)との間に積層された第2接地層(LG2)の一側面に形成されて外部接地電極と連結された第2接地電極(GE2)と、
前記第4誘電体層(LY4)の下部に積層された第3接地層(LG3)の一側面に形成されて外部接地電極と連結された第3接地電極(GE3)と、
をさらに有することを特徴とする請求項5に記載の積層型低域通過フィルター。 - 前記伝送線(TRL)は、
第1誘電体層(LY1)にインダクタンス及びキャパシタンスが均一に分布するメアンダー(MEANDER)形状のストリップラインに形成され、前記入力電極(IN)及び出力電極(OUT)間に連結された分布定数素子から成ることを特徴とする請求項1に記載の積層型低域通過フィルター。 - 前記伝送線(TRL)は、第1誘電体層(LY1)にインダクタンス及びキャパシタンスが均一に分布する階段形状のストリップラインに形成され、前記入力電極(IN)及び出力電極(OUT)の間に連結された分布定数素子から成ることを特徴とする請求項1に記載の積層型低域通過フィルター。
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