KR100290292B1 - 유전체 세라믹 공진기 및 이를 이용한 유전체 필터8 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유전체 세라믹 공진기 및 이를 이용하여 구성한 유전체 필터에 관한 것이다. 본 발명의 유전체 세라믹 공진기는 유전체 세라믹 물질로 구성된 몸체를 포함하며, 상기 유전체 세라믹 몸체는 그의 상부 표면으로부터 하부 표면으로 관통하여 연장하는 한쌍의 공진공을 구비하며, 상기 유전체 세라믹 몸체의 외측 표면과 상기 한쌍의 공진공의 내측 표면은 전도성 물질로 전체적으로 피복되어 있으며, 상기 유전체 세라믹 몸체의 상부 표면중의 일부 표면은 전도성 물질로 피복되어 있고, 다른 일부 표면은 피복되어 있지않으며, 상기 하부 표면은 그의 가장자리 부분을 제외하고는 전도성 물질에 의해 덮혀져 한쌍의 공진공을 연결함으로써, 직렬로 연결된 한쌍의 공진기 구조를 형성한다. 또한, 본 발명의 유전체 필터는 상술한 유전체 세라믹 공진기를 횡방향으로 다수개 연결하여 유전체 필터를 구성한다.
그러므로, 본 발명에 따른 유전체 세라믹 공진기를 이용하여 저주파 및 고주파 용도의 유전체 필터를 구성함에 있어서, 저주파 대역에서는 유전체 필터의 길이조정에 따라 소형화가 가능하며, 또한 고주파 대역에서는 입출력 단자간의 거리가 증가되므로써 절연 효과가 증대될 수 있다.
Description
본 발명은 유전체 세라믹 공진기 및 이를 이용한 유전체 필터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유전체 세라믹 공진기를 횡방향으로 다등분할하여 구성한 다등 분할 유전체 세라믹 공진기 및 이를 이용한 유전체 필터에 관한 것이다.
통상적인 유전체 세라믹 공진기는 동축으로 1/4 파장(λ) 단락된(short-circuited) 하나의 유니트로 구성된다. 도 1A 및 도 1B에는 상술한 구성의 통상적인 1/4 파장(λ) 공진기가 도시된다. 공진기(10)는 유전체 세라믹 몸체(12)에 은 또는 구리와 같은 고전도성 물질(14)이 피복된 유전체 세라믹 몸체(12)를 포함한다. 유전체 세라믹 몸체(12)는 예로, 바륨 산화물, 티타늄 산화물 및 지르코늄 산화물등과 같은 세라믹 화합물로 구성되며, 몸체(12)의 상부 표면(22)으로부터 하부 표면(24)으로 연장하는 공진공(16)을 가지고 있다. 이 공진공(16)은 세라믹 몸체(12)의 상부 표면(22)을 제외하고 그 내부 표면과 내부 하부 표면이 은 또는 구리와 같은 전도성 물질(14)로 피복되어 있다. 이러한 유전체 세라믹 공진기(10)는 도 1C에 도시된 바와 같은 등가 회로로 표현될 수 있다.
도 1에 예시된 단일 유니트의 공진기는 여러개의 유니트를 횡방향으로 연결하고 원하는 필터 응답 특성을 만족하는 길이를 갖게 함으로써, 이동 및 휴대용 무선 송수신기에 사용되는 모듈화된 유전체 필터로서 구성될 수 있다.
이와 같이, 모듈화된 유전체 필터에 있어서, 피복된 공진기들의 공진공들간의 결합은 유전체 물질을 통하여 이루어지며, 유전체 물질의 폭과 인접한 공진기들간의 거리를 변경함으로써 조절될 수 있다. 인접한 공진공들간의 유전체 물질의 폭은 원통형 구멍, 사각형 구멍 또는 불규칙 형상 구멍을 이용하여 조절될 수 있다.
최근 급격히 증대되고 있는 고주파 900MHz대역 이상의 고주파 대역용 유전체 세라믹 필터는 공진 주파수에 따라 길이는 반감되나 그만큼 단자간의 거리가 짧아져 절연의 부작용이 커지는 문제가 있다. 상술한 문제를 해결하기위하여, 공진자와 공진자사이에 여러 가지 형태의 구멍이나 홈을 여러 방향에서 형성하는 방법등이 행하여지고 있다. 그러나, 이러한 홈이나 구멍들을 형성하는 방식의 구조 변경만으로는 획기적인 개선책이 되지못하기 때문에 지금까지 가공 정밀도 및 전극 등에 에러 보정 작업을 세심하게 하고 있지만, 생산성 및 양품률등이 저하되는 문제가 있다.
반면, 저주파인 600, 500 및 400MHz 이하의 대역에서는 공진주파수 때문에 유전체 세라믹 필터의 각 유니트 길이가 900MHz 이상의 대역용보다 2배 이상 길어지는 문제점을 안고 있다.
그러므로, 본 발명은 상술한 문제를 해결하고자 창안된 것으로, 본 발명은 길이를 줄여 크기를 소형화하면서 입출력 단자간의 거리를 크게함으로써 절연효과를 상승시킬수 있는 신규한 구성의 유전체 세라믹 공진기 및 이를 이용한 유전체 필터를 제공하는 것을 그 목적으로한다.
상술한 목적을 달성하기위한 본 발명에 따른 유전체 공진기는: 상부 표면, 하부 표면 및 외측 표면을 갖는 유전체 세라믹 물질로 구성된 몸체를 포함하며, 상기 유전체 세라믹 몸체는 상기 상부 표면으로부터 상기 하부 표면으로 관통하여 연장하는 한쌍의 공진공을 구비하며, 상기 유전체 세라믹 몸체의 외측 표면과 상기 한쌍의 공진공의 내측 표면은 전도성 물질로 전체적으로 피복되어 있으며, 상기 유전체 세라믹 몸체의 상부 표면중의 일부 표면은 상기 한쌍의 공진공중의 어느 하나의 공진공을 포함하여 전도성 물질로 피복되어 있고, 다른 일부 표면은 피복되어 있지아니하며, 상기 하부 표면은 그의 가장자리 부분을 제외하고는 전도성 물질에 의해 덮혀져 한쌍의 공진공을 연결함으로써, 직렬로 연결된 한쌍의 공진기 구조를 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상술한 유전체 세라믹 공진기를 이용하여 구성된 유전체 필터가 제공된다. 본 유전체 필터는: 횡방향으로 연결되는 다수개의 유전체 세라믹 공진기를 포함하며, 각각의 상기 유전체 세라믹 공진기는 상부 표면, 하부 표면 및 외측 표면을 갖는 유전체 세라믹 물질로 구성된 몸체를 포함하며, 상기 유전체 세라믹 몸체는 상기 상부 표면으로부터 상기 하부 표면으로 관통하여 연장하는 한쌍의 공진공을 구비하며, 상기 유전체 세라믹 몸체의 외측 표면과 상기 한쌍의 공진공의 내측 표면은 전도성 물질로 전체적으로 피복되어 있으며, 상기 세라믹 공진기의 상부 표면은 상기 한쌍의 공진공중의 대응하는 하나의 공진공을 포함하여 전도성 물질로 피복되어 있는 제 1 상부 표면과 피복되지않은 제 2 상부 표면으로 구성되며, 상기 하부 표면은 그의 가장자리 부분을 제외하고는 전도성 물질에 의해 덮혀져 한쌍의 공진공을 연결하며; 상기 다수개의 유전체 세라믹 공진기중의 제 1 유전체 세라믹 공진기의 피복되지않은 제 2 상부 표면의 공진공으로부터 연장하는 도선을 통하여 연결되는 제 1 전극; 상기 다수개의 유전체 세라믹 공진기중의 제 2 유전체 세라믹 공진기의 피복되지않은 제 2 상부 표면의 공진공으로부터 연장하는 도선을 통하여 연결되는 제 2 전극; 상기 제 1 및 제 2 전극을 연결하는 하나의 커플링 캐패시터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따른 유전체 필터는: 횡방향으로 연결되는 다수개의 유전체 세라믹 공진기를 포함하며, 각각의 상기 유전체 세라믹 공진기는 상부 표면, 하부 표면 및 외측 표면을 갖는 유전체 세라믹 물질로 구성된 몸체를 포함하며, 상기 유전체 세라믹 몸체는 상기 상부 표면으로부터 상기 하부 표면으로 관통하여 연장하는 한쌍의 공진공을 구비하며, 상기 유전체 세라믹 몸체의 외측 표면과 상기 한쌍의 공진공의 내측 표면은 전도성 물질로 전체적으로 피복되어 있으며, 상기 세라믹 공진기의 상부 표면은 상기 한쌍의 공진공중의 대응하는 하나의 공진공을 포함하여 전도성 물질로 피복되어 있는 제 1 상부 표면과 피복되지않은 제 2 상부 표면으로 구성되며, 상기 하부 표면은 그의 가장자리 부분을 제외하고는 전도성 물질에 의해 덮혀져 한쌍의 공진공을 연결하며; 상기 각각의 유전체 세라믹 공진기의 제 1 상부표면의 측면에 전도성 피복을 제거함으로써 형성된 결합용 개구; 상기 각각의 유전체 세라믹 공진기의 제 2 상부표면의 외측 표면의 전도성 피복을 부분적으로 제거하여 형성된 전도성 영역을 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 1A 및 1B는 종래 기술의 1/4 파장 동축 유전체 세라믹 공진기의 구성을 예시하며, 도 1C 는 유전체 세라믹 공진기의 등가 회로도,
도 2A 및 2B는 본 발명에 따른 1/4 파장 동축 유전체 세라믹 공진기의 구성을 예시하며, 도 2C 는 유전체 세라믹 공진기의 등가 회로도,
도 3 및 4는 도 2에 도시된 유전체 세라믹 공진기를 이용하여 구성한 유전체 필터,
도 5는 도 3 및 도 4에 도시된 유전체 필터의 등가 회로도.
도 6은 도 3 및 도 4에 도시된 유전체 필터의 전달특성 및 응답특성을 예시하는 그래프.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
10, 100, 210, 220, 310, 320 : 유전체 세라믹 공진기
140 : 유전체 세라믹 몸체 152, 154 : 공진공
112, 212, 314 : 제 1 상부 표면 114, 214, 312 : 제 2 상부 표면
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 따라서 구성된 1/4 파장 동축 유전체 세라믹 공진기의 구성을 도시한다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 유전체 세라믹 공진기(100)는 도 1에 도시된 단일 유니트의 유전체 공진기를 다등분, 예를 들면 2등분의 길이로 나누어 횡방향으로 결합된 형태를 가지고 있다.
보다 상세히 말해서, 본 발명에 따른 유전체 세라믹 공진기(100)는 상부 표면(110), 하부 표면(120) 및 외측 표면(130)을 갖는 유전체 세라믹 물질로 구성된 몸체(140)를 포함한다. 유전체 세라믹 몸체(140)는 상부 표면(110)으로부터 하부 표면(120)으로 관통하여 연장하는 서로 이격배치된 한쌍의 공진공(152, 154)을 구비한다.
유전체 세라믹 몸체(140)의 외측 표면(130)과 한쌍의 공진공(152, 154)의 내측 표면(162)은 전도성 물질로 전체적으로 피복되어 있다. 또한, 유전체 세라믹 몸체(140)의 상부 표면(110)은 한쌍의 공진공(152, 154)중의 어느 하나의 공진공(예로, 152)을 포함하여 전도성 물질로 피복되어 있는 제 1 표면(112)과, 다른 하나의 공진공(154)을 포함하여 피복되어 있지아니한 제 2 표면(114)으로 구성되며, 하부 표면(120)은 그의 가장자리 부분(122)을 제외하고는 전도성 물질(170)에 의해 덮혀져 한쌍의 공진공(152, 154)을 연결함으로써, 도 2C에 예시된 바와 같은 직렬로 연결된 한쌍의 L-C 병렬 공진기 구조를 형성한다.
도 2에 도시된 본 발명에 따른 공진기는 여러개를 병렬로 연결함으로써 하나의 모듈화된 유전체 필터로서 구성될 수 있는 데, 도 3 및 도 4는 모듈화된 유전체 필터의 예로서, 각기 C-결합형 및 L-결합형 유전체 세라믹 필터를 예시한다.
도 3의 C-결합형 유전체 세라믹 필터(200)는 횡방향으로 결합되는 다수개의 유전체 세라믹 공진기를 포함하며, 도 3에서는 그중에서 최외각에 배치된 단지 두 개의 세라믹 공진기(210, 220)를 도시한다.
각각의 세라믹 공진기(210, 220)는 도 2에 도시된 구조와 마찬가지로 유전체 세라믹 물체로 구성된 몸체를 전도성 물질, 예로 은 또는 구리로 피복한 외측 표면(211, 221), 전도성 물질로 피복된 제 1 상부표면(212, 222) 및 피복되지않은 제 2 상부 표면(214, 224)를 구비하며, 각기 상부 표면(212, 222) 및 (214, 224)으로부터 대응하는 하부 표면(도시도지않음)으로 관통 연장하는 공진공(215, 216) 및 (225, 224)을 가지고 있다. 이때, 각각의 세라믹 공진기(210, 220)의 하부 표면의 공진공(215, 216) 및 (225, 226)은 도 2에 도시된 유전체 세라믹 공진기와 마찬가지로 전도성 물질에 의해 덮혀져 한쌍의 공진공(215, 216) 및 (225, 226)을 연결함으로써, 직렬로 연결된 한쌍의 L-C 병렬 공진기 구조를 형성하며, 나머지 구성요소는 도 2에 도시된 세라믹 공진기와 동일하므로 그에 대한 상세한 설명은 생략된다.
또한, C-결합형 유전체 세라믹 필터(200)는 각각의 유전체 세라믹 공진기(210, 220)의 피복되지않은 상부 표면(214, 224)의 공진공(216, 226)로부터 연장하는 도선(218, 228)을 통하여 연결되는 제 1 전극(230) 및 제 2 전극(240)과, 제 1 및 제 2 전극(230, 240)을 연결하는 하나의 커플링 캐패시터(250)를 더 구비한다. 제 1 전극(230) 및 제 2 전극(240)중의 어느 하나의 전극은 입력 전극으로 사용되며 다른 하나의 전극은 출력 전극으로 사용된다.
한편, 도 4의 L-결합형 유전체 세라믹 필터(300)는 횡방향으로 결합되는 다수개 쌍의 유전체 세라믹 공진기를 포함하며, 도 4에서는 그중에서 서로 마주하여 배치된 단지 한쌍의 세라믹 공진기(310, 320)를 도시한다.
각각의 세라믹 공진기(310, 320)는 도 2에 도시된 구조와 마찬가지로 유전체 세라믹 물체로 구성된 몸체를 전도성 물질, 예로 은 또는 구리로 피복한 외측 표면(311, 321), 전도성 물질로 피복된 제 1 상부표면(314, 324) 및 피복되지않은 제 2 상부 표면(312, 322)를 구비하며, 각기 상부 표면(312, 322) 및 (314, 324)으로부터 대응하는 하부 표면(도시도지않음)으로 관통 연장하는 공진공(315, 325) 및 (316, 326)을 가지고 있다. 이때, 각각의 세라믹 공진기(310, 320)의 공진공(315, 325) 및 (316, 326)의 하부면은 도 2에 도시된 유전체 세라믹 공진기와 마찬가지로 전도성 물질에 의해 덮혀져 한쌍의 공진공(315, 316) 및 (325, 326)을 연결함으로써, 직렬로 연결된 한쌍의 L-C 병렬 공진기 구조를 형성하며, 나머지 구성요소는 도 2에 도시된 세라믹 공진기와 동일하므로 그에 대한 상세한 설명은 생략된다.
또한, L-결합형 유전체 세라믹 필터(300)는 각각의 유전체 세라믹 공진기(310, 320)의 피복되지않은 제 2 상부 표면(312, 322)측에서 외측 표면(311, 321)의 전도성 피복을 부분적으로 에칭 방법에 의해 제거함으로써 형성된 영역(340, 360)과, 각각의 유전체 세라믹 공진기(310, 320)의 마주하는 면(380, 390)에 형성된 결합 개구부(410, 420)를 더 구비한다. 인접한 두 개의 유전체 세라믹 공진기(310, 320)가 서로 결합될 때, 결합 개구부(410, 420)는 용량성 결합을 형성하며, 영역(340, 360)중의 어느 하나의 영역은 입력 전극으로 사용되며 다른 하나의 영역은 출력 전극으로 사용된다.
상술한 도 3 및 도 4에 예시된 유전체 필터는 도 5에 도시된 등가회로와 같은 직렬로 연결된 한쌍의 L-C 공진기 구조의 병렬쌍을 형성한다.
도 6은 도 3 및 도 4에 예시된 유전체 필터가 나타내는 특성을 실험을 통하여 검증한 결과를 나타내는 그래프를 예시한 것으로, 이 실험은 도 2에 도시된 공진기를 네개 연결하여 구성한 200 MHz 대역통과 필터로서 구현된 필터를 사용한 것이다. 또한, 본 실험에서는 스타트 주파수를 100 MHz로, 스톱 주파수를 300 MHz 로 하였다. 도 6에서, 본 발명의 구성을 채용한 200 MHz 대역통과 필터는 전달특성 곡선(610) 및 응답특성 곡선(620)으로부터 알 수 있는 바와 같이 200 MHz 대역에서 양호한 결과를 나타내고 있음을 알 수 있다.
그러므로, 본 발명에 따른 유전체 세라믹 공진기를 이용하여 저주파 및 고주파 용도의 유전체 필터를 구성함에 있어서, 600MHz 이하의 저주파 대역에서는 유전체 필터의 길이를 필요에 따라 자유롭게 조절할 수 있으므로 소형화가 가능하며, 또한 900MHz 이상의 고주파 대역에서는 입출력 단자간의 거리가 증가되므로써 단자 상호간의 간섭이 감쇠되어 절연 효과가 증대될 수 있다. 따라서, 소형화를 위한 길이의 조절이 가능하면서도 에러 보정 작업을 단순화시킬 수 있어 필터의 특성을 향상시킬 수 있는 효과가 제공된다.
Claims (8)
- 유전체 세라믹 공진기에 있어서,상부 표면, 하부 표면 및 외측 표면을 갖는 유전체 세라믹 물질로 구성된 몸체를 포함하며, 상기 유전체 세라믹 몸체는 상기 상부 표면으로부터 상기 하부 표면으로 관통하여 연장하는 한쌍의 공진공을 구비하며, 상기 유전체 세라믹 몸체의 외측 표면과 상기 한쌍의 공진공의 내측 표면은 전도성 물질로 전체적으로 피복되어 있으며, 상기 유전체 세라믹 몸체의 상부 표면중의 일부 표면은 상기 한쌍의 공진공중의 어느 하나의 공진공을 포함하여 전도성 물질로 피복되어 있고, 다른 일부 표면은 피복되어 있지아니하며, 상기 하부 표면은 그의 가장자리 부분을 제외하고는 전도성 물질에 의해 덮혀져 한쌍의 공진공을 연결함으로써, 직렬로 연결된 한쌍의 공진기 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 다등 분할형 유전체 세라믹 공진기.
- 유전체 필터에 있어서,횡방향으로 연결되는 다수개의 유전체 세라믹 공진기를 포함하며, 각각의 상기 유전체 세라믹 공진기는 상부 표면, 하부 표면 및 외측 표면을 갖는 유전체 세라믹 물질로 구성된 몸체를 포함하며, 상기 유전체 세라믹 몸체는 상기 상부 표면으로부터 상기 하부 표면으로 관통하여 연장하는 한쌍의 공진공을 구비하며, 상기 유전체 세라믹 몸체의 외측 표면과 상기 한쌍의 공진공의 내측 표면은 전도성 물질로 전체적으로 피복되어 있으며, 상기 세라믹 공진기의 상부 표면은 상기 한쌍의 공진공중의 대응하는 하나의 공진공을 포함하여 전도성 물질로 피복되어 있는 제 1 상부 표면과 피복되지않은 제 2 상부 표면으로 구성되며, 상기 하부 표면은 그의 가장자리 부분을 제외하고는 전도성 물질에 의해 덮혀져 한쌍의 공진공을 연결하며;상기 다수개의 유전체 세라믹 공진기중의 제 1 유전체 세라믹 공진기의 피복되지않은 제 2 상부 표면의 공진공으로부터 연장하는 도선을 통하여 연결되는 제 1 전극;상기 다수개의 유전체 세라믹 공진기중의 제 2 유전체 세라믹 공진기의 피복되지않은 제 2 상부 표면의 공진공으로부터 연장하는 도선을 통하여 연결되는 제 2 전극;상기 제 1 및 제 2 전극을 연결하는 하나의 커플링 캐패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 유전체 필터.
- 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 전극중의 어느 하나는 입력 전극이고, 다른 하나의 전극은 출력 전극인 것을 특징으로 하는 유전체 필터.
- 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 유전체 세라믹 공진기는 상기 다수개의 유전체 세라믹 공진기중의 최외각에 배치된 것을 특징으로 하는 유전체 필터.
- 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 전극은 상기 제 1 및 제 2 유전체 세라믹 공진기사이의 유전체 세라믹 공진기들에 의해 서로 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 유전체 필터.
- 유전체 필터에 있어서,횡방향으로 연결되는 다수개의 유전체 세라믹 공진기를 포함하며, 각각의 상기 유전체 세라믹 공진기는 각기 상부 표면, 하부 표면 및 외측 표면을 갖는 유전체 세라믹 물질로 구성된 몸체를 포함하며, 상기 유전체 세라믹 몸체는 상기 상부 표면으로부터 상기 하부 표면으로 관통하여 연장하는 한쌍의 공진공을 구비하며, 상기 유전체 세라믹 몸체의 외측 표면과 상기 한쌍의 공진공의 내측 표면은 전도성 물질로 전체적으로 피복되어 있으며, 상기 세라믹 공진기의 상부 표면은 상기 한쌍의 공진공중의 대응하는 하나의 공진공을 포함하여 전도성 물질로 피복되어 있는 제 1 상부 표면과 피복되지않은 제 2 상부 표면으로 구성되며, 상기 하부 표면은 그의 가장자리 부분을 제외하고는 전도성 물질에 의해 덮혀져 한쌍의 공진공을 연결하며;상기 각각의 유전체 세라믹 공진기의 제 1 상부표면의 측면에 전도성 피복을 제거함으로써 형성된 결합용 개구;상기 각각의 유전체 세라믹 공진기의 제 2 상부표면의 외측 표면의 전도성 피복을 부분적으로 제거하여 형성된 전도성 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 유전체 필터.
- 제 6 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 유전체 세라믹 공진기는 상기 결합용 개구를 사이에 두고 서로 마주하는 것을 특징으로 하는 유전체 필터.
- 제 7 항에 있어서, 상기 전도성 영역은 선택적으로 입력 전극과 출력 전극으로 사용되는 것을 특징으로 하는 유전체 필터.
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