KR100287258B1 - 유전체공진기,유전체필터,듀플렉서및통신장치 - Google Patents

유전체공진기,유전체필터,듀플렉서및통신장치 Download PDF

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KR100287258B1 KR1019980018181A KR19980018181A KR100287258B1 KR 100287258 B1 KR100287258 B1 KR 100287258B1 KR 1019980018181 A KR1019980018181 A KR 1019980018181A KR 19980018181 A KR19980018181 A KR 19980018181A KR 100287258 B1 KR100287258 B1 KR 100287258B1
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도시로 히라츠카
유타카 이다
시케유키 미카미
기요시 가나가와
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무라타 야스타카
가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
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Abstract

본 발명은, 유전체 기판의 양 주면에 전극을 형성하여, 전극과 도전체판과의 사이의 공간에 전달되는 스퓨리어스파에 의한 영향을 방지하며, Qo의 저하 및 통과대역 외부의 주파수 범위에서 감쇠 특성 악화가 방지되는, 예를 들어 TE010 모드에서의 유전체 공진기를 제공하는 것이다. 캐버티(cavity)의 내부 직경은, 각 캐버티를 도파관으로서 간주하는 경우에, 도파관의 차단 주파수(ctuoff frequency)가 공진 영역의 공진 주파수 보다 높게 선택되며, 또한, 캐버티의 내부 직경은 전극비형성부(non-electrode part)의 직경 보다 크게 선택된다.

Description

유전체 공진기, 유전체 필터, 듀플렉서 및 통신장치{Dielectric Resonator, Dielectric Filter, Duplexer and Communication Device}
본 발명은 마이크로파 또는 밀리미터파 영역에서 사용되는 유전체 공진기, 유전체 필터, 듀플렉서 및 이들을 이용한 통신장치에 관한 것이다.
최근, 이동통신 시스템 및 멀티미디어 인기의 증가에 따라, 고속, 고용량의 통신 시스템에 대한 요구가 증가하고 있다. 이러한 통신 시스템을 통해 전달되는 정보량이 증가함에 따라, 통신에 사용되는 주파수 영역이 확대되어, 이 영역이 마이크로파 영역에서 밀리미터파 영역으로까지 확장되고 있다. 마이크로파 영역에서 광범위하게 사용되는 TE01δ-모드 유전체 공진기는 밀리미터파 영역에서도 사용될 수 있지만, 공진기의 공진 주파수를 결정하는 공진기의 원통형 유전체의 치수가 밀리미터파 영역에서는 매우 작기 때문에, 공진기의 제작에 극도의 고 정밀성이 요구된다.
TE01δ-모드 유전체 공진기를 사용하여 밀리미터파 영역에서 사용하는 필터를 구성하는 경우에는, TE01δ-모드 유전체 공진기가 도파관에서 적절한 간격을 두고 배치될 때 고도의 위치 정확성이 요구된다. 또한, 각 공진기의 공진 주파수는 정확하게 조절되어야 한다. 유전체 공진기들 사이의 결합도 또한 정밀하게 조절되어야 한다. 그러나 정밀한 조절을 수행하는데는 매우 복잡한 구조가 필요하게 된다.
본 발명의 출원인은 일본 특허출원번호 7-62625에서 상기 문제점을 갖지 않는 유전체 공진기 및 대역통과 필터를 제시하였다.
도 10a 및 도 10b는 상기 특허출원에서 개시된 유전체 공진기의 구조를 나타내고 있으며, 여기에는 단지 본질적 부분만이 도시되어 있다. 도 10a 및 도 10b에서, 참조번호 3은 특정 비유전율을 갖는 유전체 기판을 나타낸다. 유전체 기판 3의 양 주면(principal surface)에는, 직경이 적절히 결정된 원형의 전극비형성부(non-electrode part) 4 또는 5를 가지고 있는 전극 1, 2가 형성된다. 유전체 기판 3의 대향하는 양측에는, 도전체판 17, 18이 유전체 기판 3과 적절한 거리를 두고 떨어져 있게 배치된다. 이러한 구조에서, 원통형 형상을 갖는 공진기 영역 60은 유전체 기판 3에 형성되며 TE01δ-모드 유전체 공진기로서 작동한다.
2개의 도전체판 사이에서 서로 간격을 두고 배치된 유전체 기판의 대향하는 주면 상에 실질적으로 동일한 형상으로 형성된 전극비형성부를 갖는 전극을 포함하는 구조의 상기 유전체 공진기에서는, 유전체 기판의 주면 상의 각 전극들과 대응하는 도전체판들 사이에서 TE-모드에서의 스퓨리어스파가 발생된다. 상기 스퓨리어스파는 상기 유전체 기판의 주면과 상기 도전체판 사이의 공간에서 전파된다. 상기 스퓨리어스파는 캐버티(cavity) 벽에 반사되어 정상파를 발생시킨다. 이것은 이러한 정상파에 관련된 공진이 발생하였다는 것을 의미한다.
이러한 TE-모드 스퓨리어스파가 발생하여 각 상기 유전체 기판의 주면들과 상기 도전체판 사이의 공간에서 전파하는 경우에는, 이 유전체 공진기에서 본질적인 TE010-모드 공진의 에너지는 스퓨리어스파의 에너지로 부분적으로 전환되며, 따라서 무부하 Q(Q0)는 저하되고 대역통과 필터의 통과대역을 벗어나는 주파수 범위에서 악화가 일어난다.
상기의 문제점을 갖지 않는 유전체 공진기 및 대역통과 필터를 제조하는 기술이 본 발명의 출원인에 의해 일본 특허출원번호 8-54452에서 제시되어 있다.
본 발명의 목적은 일본 특허출원번호 8-54452에서 이용된 방법과 다른 방법에 의하여 상기의 문제점들을 해결하는 유전체 공진기, 유전체 필터, 듀플렉서 및 이들을 이용한 통신장치를 제공하는 데 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 제 1 구현예에 따른 유전체 공진기를 나타내는 개략도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 제 2 구현예에 따른 유전체 공진기를 나타내는 개략도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 제 3 구현예에 따른 유전체 필터를 나타내는 개략도이다.
도 4a 및 도 4b는 도 3a, 도 3b, 도 9a 및 도 9b에 도시된 유전체 필터의 특성을 나타내는 그래프이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 제 4 구현예에 따른 유전체 필터를 나타내는 개략도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 제 5 구현예에 따른 유전체 필터를 나타내는 개략도이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 제 6 구현예에 따른 유전체 필터를 나타내는 개략도이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 제 7 구현예에 따른 유전체 필터를 나타내는 개략도이다.
도 9a 및 도 9b는 종래 기술에 따른 유전체 필터를 나타내는 개략도이다.
도 10a 및 도 10b는 종래 기술 따른 유전체 공진기의 구조의 일례를 나타내는 개략도로서, 전자기장의 분포를 도시한 개략도이다.
도 11은 본 발명에 따른 듀플렉서를 나타내는 개략도이다.
도 12는 본 발명에 따른 통신장치를 나타내는 블록도이다.
〈 도면의 주요 부분에 대한 설명 〉
1, 2 ... 전극 3 ... 유전체 기판
4, 5 ... 전극비형성부 6 ... 도전체
7 ... 케이스 8, 9 ... 캐버티
10, 11, 20, 21 ... 프로브
12, 13, 15 ... 마이크로스트립 선로
14 ... 스루홀(through-hole) 16 ...베이스 기판
17, 18 ... 도전체판
19 ... 스퓨리어스파 억압기판
60 ... 공진 영역
본 발명의 제 1 국면에 따르면, 유전체 기판의 양 주면에 형성된 전극들; 상기 유전체 기판의 대향하는 양 주면 상에서 상기 전극 각각의 서로 대응하는 위치에 실질적으로 동일한 형상을 가지고 형성되는 전극비형성부들; 및 공진 영역으로서 작용하는 상기 전극비형성부들 사이의 영역들을 포함하고 있는 유전체 공진기로서, 상기 전극비형성부는 도전체 케이스 내부에 형성된 캐버티에 의해 둘러싸여 있으며, 상기 캐버티의 차단 주파수(cutoff frequency)가 상기 공진 영역의 공진 주파수보다 높고 상기 캐버티의 크기가 상기 전극비형성부의 외형의 크기보다 크도록 상기 캐버티의 치수를 결정함으로써, 상기 유전체 기판의 주면 상의 전극과 상기 캐버티의 내벽 사이의 공간에서 스퓨리어스파의 발생을 보장하는 유전체 공진기가 제공된다.
상기 유전체 공진기에서, 상기 캐버티의 내부 직경 2a는 바람직하게 a＜c/(3.412f0)의 조건을 만족하는 원통형 형상으로 형성되며, 여기에서 f0는 상기 공진 영역의 공진 주파수, c는 빛의 속도이다.
상기 캐버티가 반지름 a의 원형 도파관으로 간주되는 경우에, 상기 원형 도파관의 최저차(lowest-order) 모드는 TE11 모드이고, 이것의 차단 파장 λC는 λC= 3.412a로 주어진다. 따라서, 상기 반지름이 a＜c/(3.412f0)로 선택되면(여기에서, f0는 상기 공진 영역의 공진 주파수, c는 빛의 속도), 상기 TE11파는 차단되며, 이렇게 해서 캐버티에서의 TE11파의 전파는 억압된다.
상기 캐버티는 또한 폭 a가 a＜c/(2f0)의 조건을 만족하는 사각형 형상으로 형성될 수 있으며, 여기에서 f0는 상기 공진 영역의 공진 주파수, c는 빛의 속도이다.
상기 캐버티가 사각형 도파관으로 간주되는 경우에, 최저차 모드는 TE10 모드이고, 차단 파장 λC는 λC= 2a로 주어진다. 따라서 폭 a가 a＜c/(3.412f0)로 선택되면(여기에서, f0는 상기 공진 영역의 공진 주파수, c는 빛의 속도), 상기 TE10파는 차단되며, 이렇게 해서 상기 캐버티에서 TE10파의 전파는 억압된다.
본 발명의 제 2 국면에 따르면, 유전체 기판의 양 주면에 형성된 전극들; 상기 유전체 기판의 대향하는 양 주면 상에서 상기 전극 각각의 서로 대응하는 위치에 실질적으로 동일한 형상을 가지고 형성되는 전극비형성부들; 및 공진 영역으로서 작용하는 상기 전극비형성부들 사이의 각 영역들을 포함하는 유전체 필터로서, 상기 전극비형성부는 도전체 케이스 내에 형성된 캐버티에 의해 둘러싸여 있으며, 상기 유전체 필터는 상기 복수개의 공진 영역들 중의 어느 하나의 공진 영역의 근방에서 각각 전자계 결합되는 신호 입력부 및 신호 출력부를 더 포함하고 있으며, 인접해 있는 전극비형성부들 사이의 경계부에서 상기 캐버티의 폭은 상기 경계부와 연관된 차단 주파수가 상기 공진 영역들의 공진 주파수보다 높게 결정되도록 함으로써, 상기 유전체 기판의 주면 상의 전극들과 상기 캐버티의 내벽 사이의 공간에서의 스퓨리어스파의 발생을 보장하는 유전체 필터가 제공된다. 따라서 상기 유전체 필터는 통과대역 외부의 주파수 영역에서 큰 감쇠를 얻으며, 스퓨리어스파가 억압된다는 점에서 이점을 갖는다.
상기 대응하는 공진 영역들에 형성된 인접해 있는 공진기들 사이의 결합은 상기 캐버티의 경계부의 폭을 적절히 선택함으로서 조절될 수 있다.
이러한 유전체 필터에서, 상기 전극비형성부를 둘러싸는 상기 캐버티는 바람직하게는 원통형 형상으로 형성되며, 상기 캐버티의 경계부의 폭 e는 e＜c/(2f0)로 결정되며, 여기에서 f0는 상기 공진 영역의 공진 주파수, c는 빛의 속도이다.
상기 캐버티는 상기 경계부에서의 차단 주파수가 c/(2f0)로 주어진 도파관으로서 작용한다. 따라서, 폭 e가 e는 e＜c/(2f0)로 선택되면, 상기 경계부를 통한 스퓨리어스파의 전파는 억압된다.
본 발명의 제 3 국면에 따른 듀플렉서에서는, 유전체 필터가 본 발명의 상기 국면들 중 한 국면에 따른 유전체 공진기와; 신호 입력부 및 신호 출력부를 포함하고 있으며, 또는 본 발명의 상기 국면에 따른 유전체 필터가 송신 신호 입력 포트와 입/출력 포트 사이에 배치된 송신 필터 또는 수신 신호 출력 포트와 입/출력 포트 사이에 배치된 수신 필터로서 사용되거나, 또는 송수신 필터 양자로서 사용되는 것을 특징으로 하는 듀플렉서가 제공된다.
본 발명의 제 4 국면에 따르면, 본 발명의 상기 국면들 중 한 국면에 따른 유전체 공진기를 갖는 RF 회로; 및 본 발명의 상기 국면들 중 하나에 따른 유전체 필터 또는 본 발명의 상기 국면에 따른 듀플렉서를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신장치가 제공된다.
본 발명에 따른 유전체 공진기의 제 1 구현예를 도 1a 및 도 1b를 참조하여 후술할 것이다. 도 1a는 유전체 공진기의 외형을 보여주는 사시도이며, 도 1b는 유전체 공진기의 단면도이다. 도 1a 및 도 1b에서, 참조번호 3은 유전체 기판을 나타낸다. 유전체 기판 3의 양 주면에는 전극 1, 2가 형성되고, 이 전극 1, 2 각각에는 유전체 기판 3의 대향측에 유사한 부분에 배치되는 원형의 전극비형성부 4, 5가 형성된다. 전극비형성부 4와 전극비형성부 5 사이의 유전체 기판 3의 영역은 공진 영역 60으로서 작동한다. 이러한 전체 구조는 TE010 모드에서 유전체 공진기로서 작용한다. 유전체 기판 3은 도전체 6에 배치되어, 도전체 6과 유전체 기판 3과의 사이에 캐버티 8, 9가 형성된다. 이 캐버티 8, 9는 전극비형성부 4, 5의 동축으로 원통 형상으로 형성된다.
캐버티 8, 9가 내부 직경이 2a인 원형 도파관으로 간주되는 경우에, 원형 도파관의 최저차 모드는 TE11 이고, 차단 파장 λc는 하기 수학식으로 주어진다:
여기에서, 공진 영역 60의 공진 주파수는 f0로, 빛의 속도는 c로 나타내며, 캐버티 8, 9의 내부 직경 2a는 하기 수학식의 범위에서 선택된다:
이에 따라, TE11 모드 차단 주파수가 공진 영역 60의 공진 주파수 보다 높게 되는 것이 보장된다. 또한, 내부 직경 2a는 전극비형성부 4, 5의 직경 d 보다 크게 선택된다. 공진기의 공진 주파수가, 예를 들어 20㎓일 때, 상기 수학식 (2)는 2a ＜ 8.8㎜가 된다. 즉, 캐버티 8, 9의 내부 직경은 8.8㎜ 보다 작아야 한다. 실질적으로, 차단 주파수는 충분한 여유(margin)를 갖기 위해서 상기 이론치의 1.5∼2배로 선택되어, TE010 모드에서의 주요 전자계가 캐버티 내로 확장되는 것을 확실하게 방지한다(다시 말해, 전자계는 유전체 기판 내에 가두어져 있다). 차단 주파수가 상기 이론치의 1.5배로 선택되면, 캐버티 8, 9의 내부 직경 2a는 5.8㎜가 된다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 유전체 공진기의 제 2 구현예의 구성을 도시한다. 이 유전체 공진기는, 도전체 6과 유전체 기판 3과의 사이에 형성된 캐버티 8, 9가 사각형 형상이라는 점이 도 1a 및 도 1b에 도시된 유전체 공진기와 다르다. 캐버티 8, 9가 사각형 도파관으로 간주되는 경우에, 최저차 모드는 TE10이고, 차단 파장 λc는 λc= 2a로 주어진다.
공진 영역 60의 공진 주파수는 fo로, 빛의 속도는 c로 나타낼 때, 캐버티 8, 9의 내부 크기는 하기 수학식의 범위에서 선택된다:
이에 따라, TE10 모드의 차단 주파수가 공진 영역 60의 공진 주파수 보다 높게 되는 것이 보장된다. 또한, 캐버티의 내부 크기는, 전극비형성부 4, 5의 직경 d 보다 크게 선택된다. 공진기의 공진 주파수가, 예를 들어 20㎓일 때, 상기 수학식 (3)은 a ＜ 7.5㎜가 된다. 즉, 캐버티 8, 9의 내부 크기는 7.5㎜ 보다 작아야 한다. 실질적으로, 차단 주파수는 충분한 여유를 갖기 위해서 상기 이론치의 1.5∼2배로 선택된다. 차단 주파수가 상기 이론치의 1.5배로 선택되면, 캐버티 8, 9의 내부 크기는 5㎜가 된다.
TE10 또는 TE11 모드에서의 스퓨리어스파는 캐버티의 크기를 상술한 방법으로 선택함으로써 억압된다. 이에 따라, 주요 TE010 모드에서의 에너지가 스퓨리어스 모드로 전달되는 것이 방지되며, Q0의 저하가 방지된다.
본 발명에 따른 유전체 필터의 제 3 구현예를, 도 3a, 3b, 4a, 4b, 9a 및 9b를 참조하여 후술할 것이다.
도 3a 및 도 3b는 유전체 필터의 내부 구조를 보여주는 단면도이다. 도 3a는 도 3b의 선 B-B를 따라 절단한 단면도이고, 도 3b는 도 3a의 선 A-A를 따라 절단한 단면도이다. 도 3a 및 도 3b에서, 참조번호 3은 유전체 기판을 나타낸다. 유전체 기판 3의 양 주면에는 전극 1, 2가 형성되며, 각 전극은 직경이 d인 원형의 전극비형성부 4a, 4b, 4c 또는 5a, 5b, 5c를 구비하고 있다. 전극비형성부 4a, 4b, 4c는 유전체 기판 3의 한쪽 주면 상에 배치되며, 전극비형성부 5a, 5b, 5c는 전극비형성부 4a, 4b, 4c에 대응하는 위치, 즉 반대쪽 주면 상에 배치되어, 3개의 공진 영역 60a, 60b, 60c를 형성한다. 도 3a 및 도 3b에서, 참조번호 7은 케이스를, 참조번호 16은 베이스 기판을 나타낸다. 유전체 기판 3은 케이스 7 내에 배치되며, 케이스 7의 개구부는 베이스 기판 16으로 덮여있다. 케이스 7과 유전체 기판 3과의 사이에는 캐버티 8a, 8b, 8c가 형성되고, 유전체 기판 3과 베이스 기판 16과의 사이에는 캐버티 9a, 9b, 9c가 형성되며, 캐버티 8a, 8b, 8c는 각 전극비형성부 4a, 4b, 4c에 동축이고, 캐버티 9a, 9b, 9c는 각 전극비형성부 5a, 5b, 5c에 동축이다. 캐버티 8a, 8b, 8c는 인접한 캐버티들과의 사이에서 소폭 e의 각 경계부들에서 연속적이다. 유사하게, 캐버티 9a, 9b, 9c도 각 경계부들에서 연속적이다.
공진 영역 60a, 60b, 60c의 공진 주파수는 fo로, 빛의 속도는 c로 나타낼 때, 캐버티 8a, 8b, 8c, 9a, 9b, 9c의 내부 직경 2a를 상기 수학식 (2)를 만족하게 선택함으로써, 캐버티의 차단 주파수가 확실하게 공진 주파수 fo 보다 높게 되는 것이 보장된다. 또한, 내부 직경 2a는 전극비형성부의 직경 d 보다 크게 선택된다.
상술한 캐버티를 도파관으로 간주하는 경우에, 인접한 캐버티들 사이에서 폭 e의 경계부들에서의 차단 파장 λc는 하기 수학식으로 주어진다:
그러므로, 공진 영역의 공진 주파수가 fo일 때, 경계부들의 폭 e가 c/(2fo) 보다 작게 설정되는 경우에, 캐버티의 경계부들을 관통하여 전파하는 TE10 모드에서의 스퓨리어스파는 억압된다. 예를 들어, fo = 20㎓ 일 때, e는 7.5㎜ 보다 작게 설정된다.
상술한 바와 같이, 캐버티들 사이의 경계부들의 폭 e를 적절하게 선택함으로써, 스퓨리어스파는 억압될 수 있기 때문에, 상기 수학식(4)를 만족하면, 상기 수학식 (2)를 만족시킬 필요는 없다.
도 3a 및 도 3b에 도시된 베이스 기판 16은 전극 패턴이 적절하게 형성된 절연 기판 또는 유전체 기판으로 구성된다. 베이스 기판 16의 바닥면의 실질적인 전면(도 3a 및 도 3b에서의 하측면)에 걸쳐 접지 전극이 형성된다. 접지 전극 및 마이크로스트립 선로(microstrip line) 12, 13은 케이스 7로부터 외부로 연장하는 베이스 기판 16 일부의 상면에 형성된다. 각 마이크로스트립 선로 12, 13의 말단에는 프로브(probe) 10, 11이 땜납(solder) 등을 통해 접속되어 있다. 마이크로스트립 선로 12, 13의 근방에는 베이스 기판 16을 통해 연장하는 스루홀(through hole) 14가 형성되어, 베이스 기판 16의 상하면에 형성된 접지 전극들이 서로 전기적으로 접속된다. 이에 따라, 마이크로스트립 선로들 부근의 영역에서 상하 접지 전극들 사이의 접지 전위차를 없애는 것이 보장되며, 스퓨리어스파가 이 영역에서는 발생되는 것이 방지된다.
도 3a 및 도 3b에 도시된 구조에서, 프로브 10, 11은 각 공진 영역 60a, 60c에 자기적으로 결합된다. 인접한 공진 영역 60a, 60b는 인접한 공진 영역들 사이의 공간을 통해 서로 자기적으로 결합된다. 인접한 공진 영역 60b, 60c도 또한 유사한 방법으로 서로 자기적으로 결합된다.
도 3a 및 도 3b에 도시된 유전체 필터와의 비교 목적으로, 종래 기술에 따른 유전체 필터 구조의 단면을 도 9a 및 도 9b에 도시한다. 도 3a 및 도 3b에 도시된 유전체 필터와는 다르게, 캐버티 8, 9는 캐버티벽이 케이스 7의 외벽과 유사한 형상이 되게 유전체 기판 3의 상하측에 형성된다. 도 9a 및 도 9b에서, 참조번호 19는 베이스 기판 16과 유전체 기판 3의 하면에 형성된 전극 2와의 사이의 적절한 위치에 배치된 스퓨리어스파 억압기판을 나타내며, 이 스퓨리어스파 억압기판 19가 배치되는 위치에는 전극 2와 접지 전극과의 사이에 LC회로(LC 공진기)가 형성된다. 이러한 스퓨리어스파 억압기판을 사용하는 상기 기술은, 상기에서 언급한 일본 특허출원번호 8-54452에 기술되어 있는 기술이다.
도 3a, 도 3b, 도 9a 및 도 9b에 도시된 유전체 필터의 다른 부품들의 치수를 하기 표에 나타내고, 비유전율 εr도 또한 나타낸다.
도 3a 및 도 3b 도 9a 및 도 9b
내부 직경 2a 5.5 -
폭 a - 8.0
h1 1.0 1.5
h2 1.0 2.0
t 1.0 1.0
g 0.5 0.7
εr 30 30
d 4.4 4.0
e 2.5 -
b 15.3 18.0
도 4a 및 도 4b는 도 3a 및 도 3b에 도시된 유전체 필터와, 도 9a 및 도 9b에 도시된 유전체 필터의 감쇠 주파수 특성을 도시하는 그래프로, 도 3a 및 도 3b의 유전체 필터의 특성은 도 4a에 도시하고, 도 9a 및 도 9b의 유전체 필터의 특성은 도 4b에 도시한다.
도 9a 및 도 9b에 도시된 유전체 필터에서, 케이스 7의 보다 긴 측의 길이 b를 도파관의 폭으로 간주할 때, TE10 모드에서의 최저차 공진은 도파관의 이 방향으로 발생할 수 있다. b = 18.0㎜인 특정 실시예에서, TE10 모드에서의 차단 주파수는 8.3㎓가 된다. 사실상, 이 차단 주파수에 대응하는 공진 피크(peak)는 도 4b에 도시된 바와 같이, 8∼9㎓ 범위 내에서 나타난다. 한편, 케이스 7의 보다 짧은 측의 길이를 도파관의 폭으로 간주할 때, TE10 모드에서의 차단 주파수는, a = 8.0 이기 때문에, fc = 18.8㎓로 계산될 수 있다. 그러나, 도 4b에서, 이 주파수에서 감쇠가 발생한다. 이것은, 도 9a에 도시된 스퓨리어스파 억압기판 19로 형성된 LC 회로가 18∼20㎓ 범위에서의 신호를 트랩하는 트랩 필터(trap filter)로 작용하기 때문이다. 스퓨리어스파 억압기판이 설치되지 않으면, TE10 모드에서의 공진은 18.8㎓ 근방의 주파수에서 발생하고, 18.8㎓ 근방의 주파수 범위는 통과대역이 된다. 따라서, 이 필터는 TE010 모드 필터로서 작용하지 않는다.
도 3a 및 도 3b에 도시된 유전체 필터의 경우에, b의 총 길이가 15.3㎜인 캐버티가 전체적으로 폭이 15.3㎜인 도파관으로서 작용한다고 가정하면, TE10 모드에서의 공진은 9.8㎓ 부근에서 발생한다. 그러나, 케이스의 내부 형상이 TE010 모드에서의 공진기 부품들의 형상과 유사하게 형성되므로, 폭 e는 2.5㎜로 협소하게 된다. 그 결과, TE10 모드에서의 fc는 30㎓ 보다 높게 되고, 도 4a에 도시된 바와 같이, 9∼11㎓의 범위에서는 70㏈ 보다 높은 감쇠가 이루어진다. 반면에, 도 3a 및 도 3b에 도시된 직경 2a에 상응하는 TE11 모드에서의 공진과 연관된 차단 주파수 fc는, 직경 2a를 5.5㎜로 하여 상기 수학식 (2)를 이용하여, 약 32㎓로 계산될 수 있다. 그러므로, 도 4a에서 이 모드에서의 공진은 어떠한 영향도 받지 않는다는 것을 알 수 있다.
따라서, 도 3a 및 도 3b에 도시된 구조에서, 공진 영역에서 발생하는 HE110, HE210, HE310 및 TE110 모드에서의 스퓨리어스 공진에 대응하는 공진 피크를 제외하고 DC∼25㎓의 광역 주파수 범위에 걸쳐 40㏈ 보다 높은 감쇠가 이루어진다.
상기 기술로부터 알 수 있는 바와 같이, 케이스의 내부 구조와 치수를 도 3a 및 도 3b에 나타낸 바와 동일하게 결정하면, 도 9a 및 도 9b에 도시된 스퓨리어스파 억압기판을 사용하지 않고도, 사용 주파수 범위 내에 차단 주파수가 포함될 수 있다. 따라서, 원하는 특성을 가진 필터를 용이하게 실현시킬 수 있다. 이것은, 부품수가 감소된 필터의 생산을 가능하게 하며, 또한 이 부품수의 감소로 생산가가 절감되며, 신뢰성이 향상된다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 본 발명의 유전체 필터의 제 4 구현예를 후술한다. 이 구현예에서, 도 3a 및 도 3b에 도시된 구조와 다르게, 유전체 기판 3의 각 상하측에 형성된 캐버티 8, 9는 세 개의 공진 영역 60a, 60b, 60c가 위치되고 총 길이에 걸쳐 일정폭을 갖는 캐버티로 형성된다. 이 일정폭은 상기 수학식 (3)을 보다 용이하게 만족하도록 선택된다. 또한, 캐버티들의 폭은 전극비형성부들의 직경 d 보다 길게 선택된다. 그 외의 부품들은 도 3a 및 도 3b에 도시된 부품과 유사하다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 제 5 구현예에 따른 유전체 필터를 도시한다. 이 유전체 필터가, 도 5a 및 도 5b에 도시된 유전체 필터와 다른점은, 캐버티 8a, 8b, 8c가 공진 영역 60a, 60b, 60c의 상측에 형성되며, 캐버티 9a, 9b, 9c가 공진 영역 60a, 60b, 60c의 하측에 형성되고, 인접한 캐버티들 사이의 경계부들은 폭 b로 협소하다는 것이다. 그 외의 부품들은 도 5a 및 도 5b에 도시된 부품과 유사하다. 인접한 캐버티들 사이의 경계부들을 폭 b로 협소하게 함으로써, 캐버티들에서의 경계부들을 통한 스퓨리어스파의 전파도 또한 억압된다. 이 폭 b를 다양하게 변화시킴으로써 인접한 공진 영역들의 결합도를 조절할 수 있다. 즉, 인접한 전극비형성부들 사이의 간격을 일정하게 유지하면서 폭 b를 협소하게 하면, 인접한 공진 영역들 사이의 결합도가 저하된다. 반대로, 폭 b를 넓게 하면, 인접한 공진 영역들 사이의 결합도가 증가된다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 제 6 구현예에 따른 유전체 필터의 구조를 보여주는 단면도이다. 이 유전체 필터가, 도 5a 및 도 5b에 도시된 유전체 필터와 다른점은, 전극비형성부 4a, 4b, 4c, 5a, 5b, 5c가 사각형 형상으로 형성되며, 프로브 10, 11이 말단에까지 총 길이에 걸쳐 일직선으로 연장하는 형상으로 형성된다는 것이다. 그 외 부품들은 도 5a 및 도 5b와 유사하다. 전극비형성부들이 사각형 형상으로 형성되면, 각 공진 영역 60a, 60b, 60c는 TE100 모드에서 유전체 공진기로 작동한다. 프로브 10, 11은 공진 영역 60a, 60c에서 공진기와 자기적으로 결합한다. 공진 영역 60a, 60c에서의 인접한 공진기들은 서로 자기적으로 결합된다. 유사하게, 공진 영역 60b, 60c에서의 인접한 공진기들도 서로 자기적으로 결합된다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 제 7 구현예에 따른 유전체 필터를 보여주는 단면도이다. 이 유전체 필터가, 도 7a 및 도 7b에 도시된 유전체 필터와 다른점은, 캐버티 8a, 8b, 8c가 공진 영역 60a, 60b, 60c의 상측에 형성되며, 캐버티 9a, 9b, 9c가 공진 영역 60a, 60b, 60c의 하측에 형성되고, 인접한 캐버티들 사이의 경계부들의 폭이 협소하다는 것이다. 그 외 다른 부품들은 도 7a 및 도 7b와 유사하다. 인접한 캐버티들 사이의 경계부들의 폭을 협소하게 함으로써, 캐버티들에서의 경계부들을 통한 스퓨리어스파의 전파도 또한 억압된다. 협소해진 부분들의 폭을 다양하게 변화시킴으로써 인접한 공진기들 사이의 결합도를 조절할 수 있다.
본 발명의 제 8 구현예에 따른 듀플렉서를 도 11을 참조하여 후술한다.
도 11에 도시된 단면은 도 3a 및 도 3b에 도시된 방법과 유사한 방법으로 케이스 7을 통해 연장하는 평면을 따라 절단한 단면이다. 이 유전체 필터의 기본적인 구조는 도 3a 및 도 3b에 도시된 2-포트 유전체 필터와 기본적으로 동일한 구조이다. 유전체 기판의 상면 상에는 6개의 전극비형성부 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f를 가지고 있는 전극이 형성된다. 유전체 기판의 하면 상에는 유전체 기판의 상면에 형성된 상기 전극의 전극비형성부에 대응하는 부분에 전극비형성부가 배치되는 유사한 전극이 형성된다. 이 구조에서, 6개의 유전체 공진기가 단일 유전체 기판 상에 형성된다.
유전체 기판 하부에 프로브 10, 11, 20, 21이 배치된다. 프로브 11, 20은 단일 부품을 두 개의 부품으로 분리함으로써 형성된다. 프로브의 주변에는 유전체 공진기와 결합하는 영역 뿐만 아니라 프로브 전체에 걸쳐 프로브 각각을 둘러싸는 공간이 생성되게, 케이스 7의 내부 형상이 결정된다.
프로브 10은 전극비형성부 4a 상에 형성된 공진 영역 60a와 자기적으로 결합된다. 프로브 21은 전극비형성부 4f 상에 형성된 공진 영역 60f와 자기적으로 결합된다. 프로브 12, 20은 전극비형성부 4c, 4d 상에 형성된 공진 영역 60c, 60d와 자기적으로 결합된다.
한쪽 측에 배치된 3개의 공진 영역 60a, 60b, 60c로 수신필터가 형성되고, 다른 쪽에 배치된 나머지 3개의 공진 영역 60d, 60e, 60f로 송신필터가 형성된다. 수신필터의 첫 번째 단계로 작용하는 공진 영역 60c와 송신필터의 마지막 단계로 작용하는 공진 영역 60d와의 사이로 케이스 7의 일부를 연장시켜, 수신필터와 송신필터가 서로로부터 이격되는 것이 보장된다.
공진 영역 60c의 등가적 단락면으로부터 프로브 11, 20의 분기점까지의 전기 길이는, 송신 주파수의 송신선로에서의 측정으로부터, 파장의 1/4 기수배의 관계가 되게 선택된다. 공진 영역 60d의 등가적 단락면으로부터 프로브 11, 20의 분기점까지의 전기 길이는, 수신 주파수의 수신선로에서의 측정으로부터, 파장의 1/4 기수배의 관계가 되게 선택된다.
이 구성에서, 송신필터와 수신필터 모두에서 유전체 기판의 상하측의 공간에 전파되는 스퓨리어스파가 억압되면서, 수신신호와 송신신호가 분기된다.
도 12는 본 발명의 제 9 구현예에 따른 통신장치를 보여주는 블록도이다.
도 12에 도시된 통신장치에서는, 상술한 제 8 구현예에 따른 듀플렉서가 안테나 듀플렉서로 사용된다. 도 12에서, 참조번호 46a, 46b는 안테나 듀플렉서 46을 형성하는 수신필터와 송신필터를 나타낸다. 도 12에 도시된 바와 같이, 안테나 듀플렉서 46의 수신신호 출력포트 46c에 수신회로 47이 접속되고, 송신신호 포트 46d에 송신회로 48이 접속된다. 또한, 입출력 포트 46e에 안테나 49가 접속되어, 전체적으로 통신장치 50이 구성된다.
스퓨리어스 억압 및 송신신호와 수신신호 사이의 분기라는 점에서 우수한 특성을 갖은 안테나 듀플렉서를 이용하여, 고성능으로 소형의 통신장치를 실현시킬 수 있다.
도 12에 도시된 구현예에서는 본 발명에 따른 듀플렉서가 통신장치로 이용되었지만, 본 발명에 따른 상술한 유전체 공진기 또는 유전체 필터는 통신장치의 RF 회로에 이용될 수 있다. 이것은, 스퓨리어스 영향이 약한 RF 회로를 구비한 통신장치의 실현을 가능하게 한다.
상술한 설명으로 알수 있는 바와 같이, 본 발명은 하기와 같은 이점들이 있다.
본 발명에 따른 공진기에서, 내부 캐버티벽과 전극과의 사이의 공간과 유전체 기판의 주면에서의 스퓨리어스파의 발생이 억압된다. 그 결과, 스퓨리어스 모드로의 에너지 전환이 억압되어, 유전체 공진기의 무부하 Q의 저하가 방지된다.
또한, 캐버티는 스퓨리어스파의 발생이 억압되게 보다 효과적인 형상으로 선택된다.
본 발명에 따른 필터에서, 스퓨리어스파는 억압되고, 통과대역의 외부 주파수 범위에서의 감쇠 특성의 저하가 방지된다.
본 발명에 따른 듀플렉서에서, 통과대역의 외부 주파수 범위에서 양호한 감쇠 특성이 이루어진다.
본 발명에 따른 통신장치에서, 스퓨리어스의 영향을 받지 않고 통신장치의 RF 회로에서 양호한 특성이 이루어진다. 그 결과, 고효율성의 소형의 통신장치를 얻게 된다.

Claims (5)

  1. 유전체 기판의 양 주면에 형성된 전극들;
    상기 유전체 기판의 대향하는 양 주면 상에서 상기 전극 각각의 서로 대응하는 위치에 실질적으로 동일한 형상을 가지고 형성되는 전극비형성부들(non-electrode parts); 및
    공진 영역으로서 작용하는 상기 전극비형성부들 사이의 영역들을 포함하며,
    상기 전극비형성부는 도전체 케이스 내부에 형성된 캐버티(cavity)에 의해 둘러싸여 있으며,
    상기 캐버티의 차단 주파수(cutoff frequency)가 상기 공진 영역의 공진 주파수보다 높고, 상기 캐버티의 크기가 상기 전극비형성부의 외형의 크기보다 크도록 상기 캐버티의 치수가 결정되는 것을 특징으로 하는 유전체 공진기.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 캐버티는 내부 직경 2a가 a＜c/(3.412f0)인 조건을 만족하는 원통형 형상으로 형성되며, 여기에서 f0는 상기 공진 영역의 공진 주파수, c는 빛의 속도인 것을 특징으로 하는 유전체 공진기.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 캐버티는 폭 a가 a＜c/(2f0)의 조건을 만족하는 사각형의 형상으로 형성되며, 여기에서 f0는 상기 공진 영역의 공진 주파수, c는 빛의 속도인 것을 특징으로 하는 유전체 공진기.
  4. 유전체 기판의 양 주면에 형성된 전극들;
    상기 유전체 기판의 대향하는 양 주면 상에서 상기 전극 각각의 서로 대응하는 위치에 실질적으로 동일한 형상을 가지고 형성되는 전극비형성부들; 및
    공진 영역으로서 작용하는 상기 전극비형성부들 사이의 각 영역들을 포함하는 유전체 필터로서,
    상기 전극비형성부는 도전체 케이스 내에 형성된 캐버티에 의해 둘러싸여 있으며,
    상기 유전체 필터는 상기 복수개의 공진 영역들 중의 임의의 공진 영역의 근방에서 각각 전자계 결합되는 신호 입력부 및 신호 출력부를 더 포함하고 있으며,
    인접해 있는 전극비형성부들 사이의 경계부에서 상기 캐버티의 폭은 상기 경계부와 연관된 차단 주파수가 상기 공진 영역들의 공진 주파수보다 높도록 결정되는 것을 특징으로 하는 유전체 필터.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 전극비형성부를 둘러싸고 있는 상기 캐버티는 원통형 형상으로 형성되며, 상기 캐버티의 경계부의 폭 e는 e＜c/(2f0)로 결정되며, 여기에서 f0는 상기 공진 영역의 공진 주파수, c는 빛의 속도인 것을 특징으로 하는 유전체 필터.
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