KR100299052B1 - 무선통신시스템용대역통과필터 - Google Patents

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

무선통신 시스템용 대역통과필터

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 요지

본 발명은 유전체 블록의 공진기를 경사지게 구현하므로써, 감쇠특성이 좋으면서도, 소형화가 가능하고 제조공정이 간단하여 제조단가를 낮출 수 있는 무선통신 시스템용 대역통과필터를 제공함에 그 목적이 있다.

3. 발명의 해결방법의 요지

본 발명은 상면일측의 소정부위에는 전도성 금속으로 도금되지 않은 비도금부가 형성되고, 상기 비도금부를 제외한 모든 면에는 접지면이 형성된 유전체 블록; 외부로부터 신호를 입력받는 입력전극; 입력된 신호를 출력시키는 출력전극; 상기 입력전극 및 출력전극을 접지면으로부터 전기적으로 분리시키는 유격부; 상기 입력전극으로 입력된 신호를 공진시켜 상기 출력전극으로 전달하는 다수의 공진기; 및 상기 공진기와 전기적으로 결합되는 접지연결용 전극을 포함하는 무선통신 시스템용 대역통과필터를 제공한다.

4. 발명의 중요한 용도

본 발명은 무선통신 시스템의 소형화 및 통신특성의 향상을 가능하게 함.

Description

무선통신 시스템용 대역통과필터

본 발명은 이동통신, 개인통신, 위성통신 및 차세대 이동통신(International Mobile Telecommunication-2000)과 같은 무선통신 시스템의 안테나 다음단에 위치된 고주파 회로에 이용되는 무선통신 시스템용 대역통과필터에 관한 것으로, 특히 공진기를 경사지게 구현하여 소형화가 가능하며, 제조공정이 간단하여 제조단가를 줄일 수 있으면서도 저지대역에서의 감쇠특성이 우수하여 주파수 효율을 향상시킬 수 있는 무선통신 시스템용 대역통과필터에 관한 것이다.

최근의 무선통신 시스템에서는 주파수의 효율적인 이용을 위해 서로 근접한 송신 주파수와 수신 주파수 대역을 사용하므로, 통신 시스템의 고주파 회로에 사용되는 필터는 통과대역보다 높은 주파수 또는 낮은 주파수의 저지대역에서 우수한 감쇠특성이 요구되며, 또한 통신시스템의 소형 경량화 추세에 따라 필터도 소형화, 경량화가 요구되고 있다.

그러면, 첨부된 도1을 참조하여 일본특허공고번호 소63-294102호에 기재된 종래의 TEM모드(transverse electromagnetic mode) 동축 유전체 공진기를 이용한 고주파 필터에 대하여 간략히 설명한다.

도1에 도시된 바와 같이, 종래의 유전체를 이용한 필터는, 전도성 금속으로 도금된 직육면체 형상의 유전체 블록(1)과, 상기 유전체 블록(1)의 내부에 직립되도록 형성된 3개의 공진기(2a, 2b, 2c)를 구비하는 구조로 되어 있다. 여기서, 상기 공진기(2a, 2b, 2c)는 유전체 블록(1)의 상하면을 관통하도록 3개의 구멍을 동일한 크기로 천공한 다음, 상기 구멍의 내벽면을 전도성 금속으로 도금하여 형성되며, 상기 공진기(2a, 2b, 2c)는 단락된 1/4파장 공진기로 동작한다.

그리고, 상기 각 공진기(2a, 2b, 2c) 사이에는 유전체 블록(1)의 상면과 각 공진기 간의 결합량을 조절하기 위한 구멍(3)이 각각 천공된다. 이때, 상기 구멍(3)의 내벽면은 전도성 금속으로 도금되지 않는다.

또한, 상기 유전체 블록(1)의 첫 번째 및 마지막 공진기(2a, 2c)에는 입출력 단자와 연결되는 도체봉(4a, 4b)이 삽입되고, 상기 각각의 공진기(2a, 2c)와 도체봉(4a, 4b) 사이에는 유전체(5)가 삽입되어 공진기와 도체봉을 결합시킨다.

상기한 구성으로 이루어진 필터는, 입력단자용 도체봉(4a)이 삽입된 구멍(3)의 내벽과 공진기(2a) 사이의 전자장 결합으로 인해, 입력단자로 입력된 신호가 공진기로 전달되며, 또한 상기 신호는 공진기와 공진기 사이에서의 전자장 결합으로 인해 앞의 공진기에서 다음의 공진기로 전달되어, 결국 입력된 신호는 각 공진기를 거쳐 출력단자용 도체봉(4b)으로 전달된다.

그리고, 상기 공진기 사이의 결합량은 그를 조절하기 위한 구멍(3)의 크기를 변경하거나, 상기 전자장이 유전체 블록(1)의 가운데 부분에서는 강하고, 유전체 블록(1)의 전면 또는 후면으로 갈수록 약해지는 점을 이용하여 상기 구멍(3)의 위치를 유전체 블록(1)의 전면 또는 후면으로 이동시키므로써 조절가능하게 된다.

이와 같은 필터에서는, 공진기(2a, 2b, 2c) 사이의 결합량을 조절하기 위한 구멍(3)이 중공으로 형성되어, 그와 유전체 블록(1)의 유전율 차이에 의해 결합량의 감소를 일으키므로 필터의 소형화를 가능하게 하였다.

그러나, 상기한 바와 같은 종래의 유전체 공진기를 이용한 필터는, 부품의 소형화에 따라 결합량을 조절하기 위한 구멍의 크기나 위치이동에 의한 결합량의 조절에 한계가 발생하며, 유전체 블록의 두께를 줄여 필터를 인쇄회로기판에 실장할 때 높이를 줄이는데 한계가 발생하는 문제점이 있었다.

또한, 공진기의 내벽을 전도성 금속으로 도금할 때, 결합량을 조절하기 위한 구멍의 내벽이 도금되지 않도록 하기 위한 추가공정이 필요하므로 필터의 제조공정이 복잡해지며, 입출력 단자와 연결되는 도체봉이 필터 상에 돌출되므로 필터를 인쇄회로기판의 표면에 실장하기 곤란한데 다른 문제점이 있었다.

그리고, 저지대역에서의 감쇠특성을 향상시키기 위해서는 공진기 수를 증가시켜야 하므로, 삽입손실이 커지고 필터의 전체적인 크기가 커지는데 또 다른 문제점이 있었다.

이에 따라, 종래에는 공진기의 수를 증가시키지 않고, 외부에 칩 커패시터나 인덕터를 장착하여 특정 주파수에서 신호가 전달되는 것을 차단하여 감쇠특성을 향상시키는 유극형 필터를 사용하였으나, 이는 외부의 칩 소자를 사용하므로 제조공정이 복잡해지는 문제점이 있었다.

또 다른 종래의 기술로서 도2의 필터에서, 유전체 블록(1)의 외벽면 소정부위에는 접지(ground)면(1a)이 형성되며, 상기 유전체 블록(1)의 외벽면 상에 서로 대칭되도록 형성되되 상기 접지면(1a)과 전기적으로 차단된 입출력 전극(6)이 형성되어 인쇄회로기판에 표면실장이 가능해지고, 공진기(2) 사이에 결합량 조절을 위한 구멍이 형성되지 않아 소형화가 가능한 유전체를 이용한 필터를 이용하였다. 그러나, 도2의 필터 역시 유전체 블록의 내부를 관통하는 구멍을 천공하여 공진기를 구현하였으므로, 필터를 인쇄회로기판에 실장할 때 높이를 줄여 소형화를 이루는데 한계가 발생하며, 도1의 필터와 같이 저지대역에서 필터의 감쇠특성을 향상시키기 위해서는 공진기를 증가시켜야 하므로, 삽입손실이 커지고 필터의 전체적인 크기가 증가하는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 유전체 블록의 공진기를 경사지게 구현하므로써, 감쇠특성이 좋으면서도, 소형화가 가능하고 제조공정이 간단하여 제조단가를 낮출 수 있는 무선통신 시스템용 대역통과필터를 제공함에 그 목적이 있다.

도1은 종래의 유전체를 이용한 고주파 필터의 구성을 나타낸 개략적인 사시도.

도2는 종래의 유전체를 이용한 고주파 필터의 다른 구성을 나타낸 개략적인 사시도.

도3은 본 발명에 따른 무선통신 시스템용 대역통과필터의 일실시예 구성도.

도4는 본 발명에 의한 유전체 블록의 전도성 금속으로 도금된 부분을 나타낸 모식도.

도5는 도4의 평면도.

도6은 도4의 저면도.

도7은 도4의 측단면도.

도8은 도3의 등가회로도.

도9는 본 발명에 따른 무선통신 시스템용 대역통과필터의 삽입손실특성을 나타낸 그래프.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 유전체 블록 11 : 비도금부

12 : 접지면 21 : 입력전극

22 : 출력전극 30 : 유격부

41, 42 : 공진기 50 : 접지연결용 전극

61 : 입력 결합 커패시터 62 : 출력 결합 커패시터

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 상면일측의 소정부위에는 전도성 금속으로 도금되지 않은 비도금부가 형성되고, 상기 비도금부를 제외한 모든 면에는 접지면이 형성된 유전체 블록; 상기 비도금부에 구비되며, 외부로부터 신호를 입력받는 입력전극; 상기 비도금부에 구비되며, 입력된 신호를 출력시키는 출력전극; 상기 입력전극 및 출력전극의 주위를 에워싸도록 형성되며, 상기 입력전극 및 출력전극을 접지면으로부터 전기적으로 분리시키는 유격부; 일단부는 상기 접지면과 전기적으로 연결되고, 타단부는 상기 유전체 블록의 비도금부에 위치되어 전기적인 개방면이 형성되도록 상기 유전체 블록의 내부에 경사지게 형성되며, 상기 입력전극 및 출력전극과 커패시터를 형성하므로써 상기 입력전극으로 입력된 신호를 공진시켜 상기 출력전극으로 전달하는 다수의 공진기; 및 상기 공진기 사이에 상기 접지면과 연결되도록 형성되며, 상기 공진기와 전기적으로 결합되는 접지연결용 전극을 포함하는 무선통신 시스템용 대역통과필터를 제공한다.

이하, 첨부된 도3 내지 도9를 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.

도3 및 도4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 무선통신 시스템용 대역통과필터는, 상면일측의 소정부위에는 전도성 금속으로 도금되지 않은 비도금부(11)가 형성되고, 상기 비도금부(11)를 제외한 모든 외벽면에는 접지면(12)이 형성된 유전체 블록(10)을 구비한다. 여기서, 상기 접지면(12)은 유전체 블록(10)의 비도금부(11)를 제외한 부분에 전도성 금속을 도금하여 형성된다.

그리고, 도5에 도시된 바와 같이, 상기 비도금부(11)의 일측에는 전도성 금속재질의 입력전극(21) 및 출력전극(22)이 나란하게 형성되며, 상기 입력 및 출력전극(21, 22)의 주위에는 그들이 접지면(12)에 연결되는 것을 방지하기 위한 유격부(30)가 각각 형성된다.

한편, 상기 유전체 블록(10)의 내부에는 다수(도시예에서는 2개)의 제1 및 제2공진기(41, 42)가 경사지게 형성된다. 여기서, 상기 공진기(41, 42)는 유전체 블록(10)의 좌측하부 접지면(12)으로부터 유전체 블록의 비도금부(11)로 경사진 소정크기의 원통형 홈을 형성한 다음, 상기 홈의 양단부를 제외한 가장자리를 전도성 금속으로 도금하여 형성된다. 이때, 상기 공진기(41, 42)의 상단부는 입력전극(21) 또는 출력전극(22)에 각각 대향된다. 이와 같은 본 실시예에서의 공진기(41, 42)는, 도5 및 도6에 도시된 바와 같이, 그의 좌측하단부는 유전체 블록의 접지면(12)과 전기적으로 연결되고, 또한 그의 우측상단부에는 전기적인 개방면이 형성된 1/4파장 공진기로 동작한다. 이와 같이, 일단부는 접지면(12)에 단락되고 타단부에는 개방면이 형성된 1/4파장 공진기는 단락면에서 자계가 가장 강하게 나타나며, 개방면에서는 전계가 가장 강하게 나타난다.

그리고, 상기 공진기(41, 42)의 개방면 사이에는 상기 접지면(12)으로부터 소정길이만큼 연장된 접지연결용 전극(50)이 형성되며, 상기 접지연결용 전극(50)은 각 공진기(41, 42)와 용량성으로 결합하여 커패시턴스를 발생시킨다.

또한, 도8에 도시된 바와 같이, 상기 입력 및 출력전극(21, 22)과 그에 각각 대향되는 공진기(41, 42) 사이에는 용량성으로 결합이 이루어져, 상기 입력전극(21)과 그에 대향된 제1공진기(41) 사이에는 입력 결합 커패시터(61)가 형성되고, 상기 출력전극(22)과 그에 대향된 제2공진기(42) 사이에는 출력 결합 커패시터(62)가 형성된다.

상기한 구성으로 이루어진 본 발명의 무선통신 시스템용 대역통과필터에서, 입력전극(21)으로 입력된 고주파 신호는 그와 용량성으로 결합되어 있는 제1공진기(41)에 에너지를 전달하며, 상기 에너지는 공진기 사이의 전자계 결합으로 인해 제2공진기(42)로 전달되고, 결국 상기 에너지는 제2공진기(42)와 용량결합되어 있는 출력전극(22)으로 전달된다.

이때, 원하지 않는 주파수대의 신호는 유전체 블록(10)의 접지면(12)으로 흘러나가 출력전극(22)측으로 전달되지 않는다.

한편, 본 실시예에서의 무선통신 시스템용 대역통과필터는 도9에 도시된 바와 같이, 통과대역보다 높은 주파수 또는 낮은 주파수의 저지대역에서 공진기 사이에는 전기적 신호의 전달특성이 "0"이되는 유극주파수를 발생시키기 위한 직렬 또는 병렬 커패시턴스를 구현하기 용이하므로, 통과대역보다 높은 주파수 또는 낮은 주파수의 저지대역에서 주파수 응답특성이 같게 된다.

또한, 본 발명은 특정 주파수만을 통과시키기 위해 설계하였지만, 실제 제조시 제조오차가 발생하여 설계시 요구된 제특성이 나타나지 않으므로, 이때 에러보정을 할 수 있도록 커패시턴스의 양을 조정하여 제특성을 쉽게 얻을 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

상기한 바와 같은 본 발명에 의한 무선통신 시스템용 대역통과필터는, 공진기를 종래의 필터와 같이 유전체 블록에 직립된 구멍을 형성하여 구현하는 것이 아니라, 경사진 홈을 형성하여 구현하므로, 소형화되고, 특히 두께를 줄일 수 있어 필터를 인쇄회로기판에 정밀하게 실장할 수 있으며, 사용되는 유전체의 양을 최대 65%까지 절약할 수 있고, 외부의 고주파로부터 완전히 차단할 수 있는 효과가 있다.

또한, 직렬 혹은 병렬 커패시턴스를 구현 및 조정하기 용이하므로, 필터의 감쇠특성을 향상시킬 수 있고, 제조공정의 허용오차에 의한 에러보정이 용이하며, 제조공정이 간단하므로 제조단가를 줄일 수 있는데 다른 효과가 있다.

Claims (2)

1. 상면일측의 소정부위에는 전도성 금속으로 도금되지 않은 비도금부가 형성되고, 상기 비도금부를 제외한 모든 면에는 접지면이 형성된 유전체 블록;

   상기 비도금부의 일측에 구비되며, 외부로부터 신호를 입력받는 입력전극;

   상기 비도금부의 일측에 구비되며, 입력된 신호를 출력시키는 출력전극;

   상기 입력전극 및 출력전극의 주위를 에워싸도록 형성되며, 상기 입력전극 및 출력전극을 접지면으로부터 전기적으로 분리시키는 유격부;

   일단부는 상기 접지면과 전기적으로 연결되고, 타단부는 상기 유전체 블록의 비도금부측에 위치되도록 상기 유전체 블록의 내부에 경사지게 형성되며, 상기 입력전극 및 출력전극과 커패시터를 형성하므로써 상기 입력전극으로 입력된 신호를 공진시켜 상기 출력전극으로 전달하는 다수의 공진기; 및

   상기 공진기 사이에 상기 접지면과 연결되도록 형성되며, 상기 공진기와 전기적으로 결합되는 접지연결용 전극

   을 포함하는 무선통신 시스템용 대역통과필터.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 입력전극, 출력전극 및 접지연결용 전극과 공진기의 결합이 용량성 결합으로 이루어져 커패시턴스를 발생시키는 무선통신 시스템용 대역통과필터.