KR100279678B1 - 공진기 삽입형 대역통과필터 - Google Patents

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

공진기 삽입형 대역통과필터(Band Pass Filter with insertion type resonators using different dielectric materials)

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 요지

본 발명은 유전체를 이용하여 통신시스템의 고주파 회로에 사용되는 필터를 제작할 때 소형화가 가능하고 제조공정이 간단하여 제조단가를 줄일 수 있는 대역통과필터를 제공하는데 그 목적이 있다.

3. 발명의 해결방법의 요지

본 발명은 상면을 제외한 모든 면이 도전성 금속으로 도금되며, 상기 상면에서 하면으로 관통된 구멍이 적어도 하나 이상 형성된 유전체블록; 및 상기 유전체블록의 구멍에 삽입되며, 둘레면 양측부분이 도전성 금속으로 도금되어 유전체블록의 접지면과 전기적으로 연결되고, 상면에서는 전기적으로 개방된 공진기를 포함하는 대역통과필터를 제공한다.

4. 발명의 중요한 용도

유전체블록과 공진기가 유전율이 다른 재질로 형성하여 필터를 소형화한 것임.

Description

공진기 삽입형 대역통과필터

본 발명은 유전체를 이용한 고주파 필터에 관한 것으로, 특히 이동통신, 개인통신, 위성통신 및 IMT-2000과 같은 무선통신 시스템의 안테나 다음단의 고주파 회로에 사용되어 원하는 주파수의 신호만을 통과시키고 원하지 않는 주파수의 신호는 제거할 수 있도록 한 이종유전체 재료를 이용한 공진기 삽입형 대역통과필터에 관한 것이다.

일반적으로, 무선통신 시스템에서 안테나 다음 단에 사용되는 고주파 필터는 현재 TEM모드 유전체 동축 공진기가 많이 사용되며, 이때 사용되는 동축 공진기의 갯수는 필터의 요구특성에 따라 정해지나 보통 2개 이상의 공진기가 결합되어 제작된다.

그리고, 최근 주파수의 효율적인 이용을 위하여 무선통신 시스템에서 송신주파수와 수신주파수 대역이 근접하여 사용하므로 이러한 통신시스템의 고주파 회로에 사용되는 필터는 통과대역보다 높은 주파수나 낮은 주파수의 저지대역에서 우수한 감쇠특성이 요구되고 있으며, 통신 시스템의 소형경량화 추세에 따라 고주파 필터도 소형화, 경량화가 요구되고 있을 뿐만 아니라, 사용주파수가 고주파화 되므로 제조 허용오차에 의한 에러 보정이 요구되고 있다.

도1 및 도2를 참조하여 종래 기술에 따른 유전체를 이용한 고주파 필터의 구성을 간략히 설명하면 다음과 같다.

도1에 도시된 고주파필터는 하나의 유전체블럭에 2개 이상의 공진기를 형성하여 필터를 구성한 일체형 필터구조에 관한 것으로, 3개의 공진기를 이용한 필터구조를 보여주고 있다.

여기서, 상기 유전체블럭(21)은 그의 상면(21`)과, 공진기 사이의 결합량을 조절하는 결합량 조절용 구멍(23)을 제외한 모든 부분이 도전성 금속으로 도금되어 있으며, 동일한 크기의 구멍을 유전체블럭의 상면(21')에서 하면까지 관통하여 뚫고 도전성 금속으로 도금하여 단락된 1/4파장 공진기(22)로 동작하도록 하고 있다.

또한, 첫번째 공진기와 마지막 공진기에 입출력단자를 위한 도체봉(25)을 삽입하고, 상기 입출력 단자와 공진기사이의 결합을 위하여 도체봉과 공진기사이에 유전체(24)를 삽입하였으며, 결합량을 적절하게 조절하기 위하여 공진기와 공진기 사이에 각각 결합량 조절용 구멍(23)을 설치하여 필터를 구성하였다.

따라서, 입력구멍으로 입력된 신호가 입력 단자용 구멍의 내벽과 공진기사이의 전자장 결합으로 공진기에 전달되며, 공진기와 공진기 사이에서의 전자장의 결합으로 앞의 공진기에서 뒤의 공진기로 신호의 전달이 이루어진다. 또한 공진기와 출력 단자용 구멍사이의 전자장 결합에 의해 출력구멍으로 신호의 전송이 이루어져 입력에서 공진기들을 거쳐 출력으로 에너지가 전달된다. 이때, 상기 결합량 조절용 구멍(23)에 의해 공진기와 공진기사이의 전자장의 결합량이 조절된다. 즉, 상기 결합량 조절구멍의 크기를 변경하여 조절하므로써 공진기사이의 결합량은 결합량을 조절할 수 있다. 또한, 유전체 블럭(21)의 가운데부분은 전자장이 강하며 유전체의 전면과 후면으로 갈수록 전자장이 약하다는 현상을 이용하여, 결합량을 조절하기 위한 구멍의 위치를 유전체 블럭의 가운데에서 유전체 블럭의 전면이나 후면방향으로 이동하여 결합량을 조절하였다.

상기와 같이 구성된 고주파필터는 결합량 조절용 구멍(23)의 내벽과 유전체 블럭의 상면(21`)을 제외한 모든 부분을 도전성 금속으로 도금하고, 결합량을 조절하기 위한 구멍(23)의 내부를 공간으로 함으로써 유전체 블럭의 유전율과의 차이에 의한 결합량의 감소를 가져와 필터의 소형화를 가능하게 하였다.

그러나, 부품의 소형화에 따라 결합량을 조절하기 위한 구멍의 크기나 위치이동에 의한 결합량의 조절은 한계가 있으며, 유전체 블럭의 두께를 줄여 필터를 인쇄회로기판에 실장할 때 높이를 줄이는데 한계가 따르는 문제점이 있다.

또한, 공진기의 내벽은 도전성 금속으로 하고 결합량을 조절하기 위한 구멍(23)의 내벽은 도전성 금속으로 하지 않은 구조로 되어 있기 때문에, 상기 유전체 블럭(21)을 제작한 후 공진기의 내벽을 도전성 금속으로 할 때 결합량을 조절하기 위한 구멍의 내벽을 비도전성 금속이 되도록 하는 부수적인 공정이 필요하여 제조공정이 복잡하며, 필터를 인쇄회로기판에 실장할 때 표면실장화가 곤란한 문제점이 있다.

이러한 대역통과필터의 주파수 특성을 나타내면 통과대역보다 높은 주파수나 낮은 주파수에서의 감쇠특성이 같다. 그러나 무선통신 시스템에서 주파수의 효율적 이용을 위하여 송신주파수 대역과 수신주파수 대역이 가까이 위치하고 있으므로 고주파 필터에서는 인접한 저지대역에서의 우수한 감쇠특성이 요구되고 있다. 저지대역에서의 감쇠특성을 향상시키기 위하여 필터에서 공진기 수를 많이 사용하고 있으며, 이에따라 감쇠특성은 향상되나 삽입손실이 커지고 필터의 크기가 커지는 문제점이 있다.

따라서, 공진기의 수를 증가 시키지 않고 외부에 칩 캐패시터나 인덕터를 사용하여 특정주파수에서 신호의 전달을 차단하여 감쇠특성을 향상시키는 유극형 필터를 설계하고 있으나, 외부의 칩 소자를 사용함으로써 제조공정이 복잡한 문제점이 있다. 한편, 고주파필터의 또 다른 종래의 기술로서 도2에 도시된 필터는 공진기 사이의 결합량 조절을 위한 구멍이 없이 제작하여 소형화를 가능하게 하였으며, 입출력 전극(26)을 유전체 블럭의 외벽에 형성하여 표면실장이 가능하게 한 구조로 되어 있다. 그러나, 이러한 구조의 필터도 유전체 블럭에 구멍을 형성하여 공진기를 구현하였으므로 필터를 PCB에 실장할 때 높이를 줄여 소형화를 이룩하는데 한계가 있으며, 저지대역에서의 감쇠특성을 향상시키기 위한 문제점은 계속 남아있다.

따라서, 본 발명은 상기의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 유전체를 이용하여 통신시스템의 고주파 회로에 사용되는 필터를 제작할 때 소형화가 가능하고 제조공정이 간단하여 제조단가를 줄일 수 있는 대역통과필터를 제공하는데 그 목적이 있다.

도1은 종래 기술에 따른 유전체를 이용한 필터의 구성을 나타낸 일예시도.

도2는 종래 기술에 따른 유전체를 이용한 필터의 구성을 나타낸 다른 예시도.

도3은 본 발명에 의한 이종 유전체 재료를 이용한 공진기 삽입형 대역통과 필터의 일실시예 구성을 나타낸 사시도.

도4는 본 발명에 의한 대역통과 필터의 조립상태도.

도5는 본 발명에 의한 이종 유전체 재료를 이용한 공진기 삽입형 대역통과 필터의 다른 실시예 구성을 나타낸 사시도.

도6은 본 발명에 의한 필터의 요부 구성인 이종 유전체 공진기의 구성을 나타낸 사시도.

도7은 본 발명에 의한 대역통과필터의 등가회로도.

도8은 본 발명에 의한 대역통과필터의 주파수에 따른 삽입손실 특성을 나타낸 그래프도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 유전체 블록 1' : 유전체 블럭의 상면

1'' : 접지도금면 2 : 구멍

3, 3' : 공진기 3a : 도전성 금속

4 : 입출력 전극패턴

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 상면을 제외한 모든 면이 도전성 금속으로 도금되며, 상기 상면에서 하면으로 관통된 구멍이 적어도 하나 이상 형성된 유전체블록; 및 상기 유전체블록의 구멍에 삽입되며, 둘레면 양측의 소정부분이 도전성 금속으로 도금되어 유전체블록의 접지면과 전기적으로 연결되고, 상면에서는 전기적으로 개방된 공진기를 포함하는 대역통과필터를 제공한다.

이하, 첨부된 도3 이하의 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 대역통과필터는 유전체블록에 유전율이 상이한 공진기를 삽입하여 필터의 소형화를 이룰 수 있도록 구현한 것으로, 본 발명에서는 도3 및 도4에 도시한 바와 같이 상면(1')을 제외한 모든 면이 도전성 금속으로 도금되며, 상기 상면에서 하면으로 관통되며 그 내벽면이 비도금처리된 구멍(2)이 적어도 하나 이상 형성된 유전체블록(1)과, 상기유전체블록(1)의 구멍(2)에 삽입되며 둘레면 양측의 소정부분이 도전성 금속(3a, 3a')으로 도금된 공진기(3, 3')를 구비하되, 상기 공진기(3, 3')는 유전체블록(1)의 접지도금면(1'')과 전기적으로 연결되고, 상면(1')에서는 전기적으로 개방된 1/4파장 공진기로 동작하는 구조로 되어 있다. 이러한 한쪽 끝이 접지에 단락되고 다른 한쪽 끝은 개방된 1/4파장 공진기(3, 3')는 단락면에서 자계가 가장 세며, 개방면에서는 전계가 가장 세다. 여기서, 상기 공진기(3, 3')는 도5 및 도6에 도시된 바와 같이 그에 형성된 도전성금속(3a, 3a')이 상면에서 하면까지 형성되어 있으며, 이때의 도금처리된 면적의 크기를 조절하면서 공진기(3)와 인접하는 공진기(3')간의 결합량을 조절할 수 있도록 하며, 또 제조공정의 허용오차에 의한 에러보정을 간단히 이룰수 있도록 한다.

또한, 본 실시예에서는 상기 유전체블록(1)의 유전율과 공진기(3)의 유전율을 서로 상이하게 형성하므로써 유전체(3, 3')간의 거리를 단축시켜 필터의 소형화를 이룰 수 있도록 한다.

이때, 상기 유전체블록의 유전율은 상기 공진기의 유전률보다 크게 형성되는데, 상기 유전체 블록은 유전율이 20 ∼ 120를 가지는 재질을 사용하며, 상기 공진기는 유전율이 유전체블록보다 상대적으로 작은 재질을 사용한다. 바람직하기로는 상기 유전체블록 및 공진기 모두 ZST(화학명 Zr_xSn_1-xTiO₄; Zirconium Tin Titanate)재질로 형성할 수 있으며, 상기 공진기와 유전체블록의 유전율만 다르게 제작할 수 있다.

한편, 상기 유전체블록(1)의 상면(1')에서 접지도금면(1'')으로 연장하는 외벽에는 도전성금속을 제거하여 유전체블록(1)의 접지도금면(1'')과 전기적으로 연결되지 않도록 한 상태에서 고주파신호를 입출력시키는 입출력 전극패턴(4)이 형성된다.

상기와 같이 구성된 본 발명은 유전체블록(1)과 공진기(3, 3')가 서로 상이한 유전율을 가지고 구멍(2)에 상기 공진기(3, 3')가 삽입되어 1/4파장 공진기로서 동작하고, 입출력전극(4)이 유전체블록(1)의 외벽에 접지전극과 전기적으로 연결되지 않은 상태로 형성되므로써, 입력 전극으로 들어온 고주파 신호는 용량성 결합에 의하여 공진기(3,3')에 에너지가 전달되며, 상기 공진기(3)와 공진기(3') 사이에는 전자계의 결합에 의하여 에너지가 전달된다. 또한 상기 공진기(3')에 전달된 에너지는 용량성 결합에 의하여 출력전극으로 전달되어 필터로서 동작하게 된다. 이때, 원하지 않는 신호는 유전체블록(1)의 접지도금면(1'')을 통하여 흐르므로 출력으로 전달되지 않게 되는 것이며, 상기와 같이 동작하는 본 발명에 의한 필터의 등가회로는 도7에 도시된 바와 같다.

또한, 상기 공진기(3, 3')는 중심주파수에서 1/4파장 정도의 길이를 가지며, 상기 공진기(3)와 공진기(3') 사이의 결합은 결합선로 특성에 의한 결합을 한다. 여기서, 상기 입출력단자(4)와 공진기(3, 3') 사이의 결합은 용량성 결합이므로 캐패시터로 나타내며, 이러한 필터의 특성은 도8에 도시된 바와 같이 대역통과보다 높은 주파수나 낮은 주파수의 저지대역에서 주파수 응답특성이 동일하게 이루어진다. 이와같이, 통과대역보다 높은 주파수나 낮은 주파수의 저지대역에서 공진기(3, 3') 사이의 전달특성이 "0" 이 되는 유극 주파수를 발생시키기 위한 직렬 혹은 병렬 캐패시턴스를 구현하기 쉬우므로 필터의 감쇠특성을 향상시킬 수 있는 것이다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 있어 명백한 것이다.

전술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 유전체블록과 유전율이 다른 유전체 공진기를 유전체 블록의 홈에 삽입하여 구현함으로써 필터의 소형화, 특히 유전체 간의 거리를 단축시켜 필터의 소형화를 이룰 수 있으므로 필터를 PCB 기판에 실장할 때 고밀도 실장이 가능하며, 외부의 고주파 전자파로부터 완전히 차단할 수 있는 효과를 가진다. 또한, 제조공정의 허용오차에 의한 에러 보정시에는 삽입되는 공진기 외부의 도금 부분을 이용하여 에러 보정이 용이하고, 도금공정등과 같은 제조공정이 간단하므로 제조단가를 줄일 수 있는 효과를 가진다.

Claims (8)

1. 상면을 제외한 모든 면이 도전성 금속으로 도금되며, 상기 상면에서 하면으로 관통된 구멍이 적어도 하나 이상 형성된 유전체블록; 및

   상기 유전체블록의 구멍에 삽입되며, 둘레면 양측부분이 도전성 금속으로 도금되어 유전체블록의 접지면과 전기적으로 연결되고, 상면에서는 전기적으로 개방된 공진기

   를 포함하는 대역통과필터.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 유전체 블록의 유전율과 공진기의 유전율이 서로 다른 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 대역통과필터.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 공진기의 둘레면에 형성된 도전성 금속의 크기를 조절하여 상기 공진기와 공진기사이의 결합량을 조절하는 것을 특징으로 하는 대역통과필터.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 유전체블록의 구멍은 그의 내멱면이 비도금처리된 것을 특징으로 하는 대역통과필터.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 유전체블록의 외벽면에 형성되며, 그 주변의 도전성금속을 소정 크기만큼 제거하여 형성된 입출력 전극패턴을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대역통과필터.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 유전체블록의 유전율이 상기 공진기의 유전률보다 큰것을 특징으로 하는 대역통과 필터.
7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 유전체 블록은 유전율이 10 ∼ 120를 가지는 재질을 사용하며, 상기 공진기는 유전율이 유전체블록보다 상대적으로 작은 재질을 사용한 것을 특징으로 하는 대역통과 필터.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 유전체블록 및 공진기는 ZST(화학명 Zr_xSn_1-xTiO₄; Zirconium Tin Titanate)재질로 형성되되, 서로 다른 유전율을 가지도록 제작된 것을 특징으로 하는 대역통과필터.