KR100299055B1 - 폐루프공진기를이용한고주파필터 - Google Patents

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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야
폐루프 공진기를 이용한 고주파 필터
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 요지
본 발명은 폐루프 공진기 필터의 장점인 우수한 감쇠특성을 가지면서도, 유전체 블록의 상하면에 차폐막을 구현하여, 폐루프 공진기를 외부의 간섭신호로부터 차단할 수 있을 뿐만아니라, 삽입손실이 우수하고 높은 내전력에 사용될 수 있으며, 제조공정이 단순하여 제조단가가 저렴한 소형의 고주파 필터를 제공함에 그 목적이 있다.
3. 발명의 해결방법의 요지
본 발명은 유전체 블록; 상기 유전체 블록의 외벽면 소정부위에 서로 대칭되도록 구비되어 마이크로파를 여기시키는 입력전극 및 출력전극; 상기 유전체 블록의 외벽면 상에 형성되는 접지면; 상기 입출력전극의 단락을 방지하는 단락방지면; 상기 마이크로파를 공진시키는 폐루프 공진기; 및 상기 유전체 블록의 상하면에 각각 형성되고, 상기 접지면과 전기적으로 연결되어 상기 페루프 공진기를 외부 신호의 간섭으로부터 방지하는 차폐막을 포함하는 폐루프 공진기를 이용한 고주파 필터를 제공한다.
4. 발명의 중요한 용도
본 발명은 무선통신 시스템의 소형화 및 통신특성을 향상시키는 것임.

Description

폐루프 공진기를 이용한 고주파 필터{Microwave filter using closed loop resonators}
본 발명은 이동통신, 개인통신, 위성통신 및 차세대 이동통신(International Mobile Telecommunication-2000)과 같은 무선통신 시스템의 안테나 다음단에 위치된 고주파 회로에 이용되는 고주파 필터에 관한 것으로, 특히 단말기의 소형화 추세에 대응하여 소형화가 가능하며, 저지대역에서의 감쇠특성이 우수하여 주파수 효율을 향상시킬 수 있는 폐루프 공진기를 이용한 고주파 필터에 관한 것이다.
종래의 무선통신 시스템에 이용되는 고주파 필터에는 일본특허공고번호소63-294102호에 기재된 하나의 유전체 블록에 두 개 이상의 동축 공진기가 형성된 동축 유전체 공진기를 이용한 고주파 필터와, 미국특허공고번호 제5,369,383호에 기재된 폐루프 공진기를 이용한 스트립 이중모드 필터 등이 있다.
그러면, 첨부된 도1을 참조하여 동축 유전체 공진기를 이용한 종래의 고주파 필터에 대하여 간략히 설명한다.
도1에 도시된 바와 같이, 종래의 동축 유전체 공진기를 이용한 고주파 필터는, 전면이 전도성 금속으로 도금된 직육면체 형상의 유전체 블록(1)과, 상기 유전체 블록(1)에 형성된 다수의 공진기(2a, 2b, 2c)를 구비한다. 여기서, 상기 공진기(2a, 2b, 2c)는 유전체 블록(1)의 상하면을 관통하는 동일한 크기의 구멍을 다수 천공한 다음, 상기 구멍의 내벽면을 전도성 금속으로 도금하여 형성되며, 상기 공진기(2a, 2b, 2c)는 단락된 1/4파장 공진기로서 동작된다.
그리고, 상기 유전체 블록(1)의 공진기(2a, 2b, 2c) 사이에는 유전체 블록(1)의 상하면을 관통하는 중공의 구멍(3)이 각각 형성되며, 상기 구멍(3)은 유전체 블록(1)의 상면과 공진기 사이의 결합량을 조절한다. 여기서, 상기 구멍(3)의 내벽면은 전도성 금속으로 도금되지 않는다.
또한, 첫 번째 및 마지막 공진기(2a, 2c)에는 입출력 단자용 도체봉(4a, 4b)이 각각 삽입되며, 상기 입출력 단자용 도체봉(4a, 4b)과 공진기(2a, 2c) 사이에는 그들의 결합을 위해 유전체(5a, 5b)가 각각 삽입된다.
상기한 구성으로 이루어진 종래의 고주파 필터는, 입력단자용 구멍의 내벽과 공진기 사이의 전자장 결합으로 인해 입력단자에 입력된 신호가 공진기에 전달되고, 상기 공진기에 입력된 신호는 인접한 공진기 간의 전자장 결합에 의해 앞의 공진기에서 다음의 공진기로 전달되며, 결국 마지막 공진기(2c)와 출력단자용 구멍 사이의 전자장 결합에 의해, 상기 신호는 출력단자용 도체봉(4b)으로 신호를 전송하게 되는 것이다. 이때, 공진기와 공진기 사이의 전자장 결합량은 결합량 조절용 구멍(3)의 크기를 변경하여 조절하거나, 유전체 블록(1)의 가운데 부분은 전자장이 강하고 유전체(5a, 5b)의 전면과 후면으로 갈수록 전자장이 약한 점을 이용하여 상기 구멍(3)의 위치를 유전체 블록(1)의 가운데로부터 전면이나 후면측으로 이동시켜 조절하게 된다.
이와 같은 고주파 필터는, 공진기 사이의 전자장 결합량을 조절하기 위한 구멍(3)의 내부를 중공으로하여 유전체 블록(1)의 유전율과의 차이에 의한 결합량의 감소를 가져와 소형화가 가능하게 되며, 상기 공진기 사이의 결합량은 구멍(3)의 크기를 변경하여 조절할 수 있다. 또한, 상기 전자장은 유전체 블록(1)의 중앙부분에서는 강하고, 유전체 블록(1)의 전면 및 후면으로 갈수록 약하므로, 상기 결합량을 조절하기 위한 구멍(3)의 위치를 유전체 블록(1)의 중앙부분에서 전면 또는 후면으로 이동하여 결합량을 조절할 수 있다.
또한, 첨부된 도2 및 도3을 참조하여 종래의 스트립 이중모드형 고주파 필터에 대하여 간략히 설명한다.
도2에 도시된 바와 같이, 종래의 스트립 이중모드형 고주파 필터는, 마이크로파 신호가 여기되는 입력 스트립 선로(7)와, 상기 입력 스트립 선로(7)로부터 전송된 마이크로파 신호를 공진시키기 위해 상기 스트립 선로(7)와 균일한 선로 임피던스 특성을 갖는 폐루프 형태의 스트립 선로(8)와, 상기 폐루프형 스트립 선로(8)의 입력 스트립 선로(7)에 대향된 부분에 장착되어 스트립 선로(8)에서 공진하고 있는 마이크로파 신호를 전송하는 출력 스트립 선로(9)를 가진 스트립 이중모드 공진기(6)를 구비한다.
그리고, 상기 입력 스트립 선로(7)와 폐루프형 스트립 선로(8) 사이에는 입력 결합 커패시터(10)가 장착되며, 상기 입력 결합 커패시터(10)는 입력 스트립 선로(7)로부터 폐루프형 스트립 선로(8)로 마이크로파 신호를 전송하기 위해 상기 두 선로(7, 8)를 용량성 결합시킨다.
또한, 상기 폐루프형 스트립 선로(8)와 출력 스트립 선로(9) 사이에는 출력 결합 커패시터(11)가 장착되며, 상기 출력 결합 커패시터(11)는 마이크로파 신호를 폐루프형 스트립 선로(8)로부터 출력 스트립 선로(9)로 전송하기 위해 상기 두 선로(8, 9)가 용량성으로 결합되도록 한다.
한편, 상기 폐루프형 스트립 선로(8)는, 도3a에 도시된 바와 같이, 스트립형상의 도체로 이루어진 평판(12)과, 상기 평판(12)을 둘러싸며 상대 유전율(εr)을 가진 유전체 기판(13)과, 상기 유전체 기판(13)의 상하면에 부착되며 도체로 이루어진 기판(14a, 14b)을 구비한다. 이에 따라, 마이크로파가 폐루프형 스트립 선로(8)를 통해 전파될 경우, 상기 평판(12)과 기판(14a, 14b) 사이의 유전체 기판(13)에서는 전자기장이 유기된다. 즉, 상기 폐루프 형태의 스트립 선로(8)는 평행한 마이크로스트립 선로를 구성한다.
또한, 상기 입력 및 출력 스트립 선로(7, 9) 역시 폐루프형 스트립 선로(8)와 같이 스트립 형상의 도체로 이루어진 평판과, 유전체 기판과, 도체로 이루어진 기판을 구비한다.
여기서, 상기 폐루프형 스트립 선로(8)의 전기적 길이는 유전체 기판(13)의 상대 유전율(εr)과 폐루프형 스트립 선로(8)의 물리적 길이에 의해 결정되며, 또한 공진파장(λ0)의 길이와는 동일하게 형성된다. 이때, 상기 공진파장(λ0)과 동일한 폐루프형 스트립 선로(8)의 길이를 편이상 "전기각으로 360°"라 부르는데, 그 이유는 공진파장(λ0)에 대응하는 공진 각주파수(ω0)를 갖는 마이크로파 신호가 스트립 선로(8)에서 공진하게 되기 때문이다.
이와 같은 각 폐루프형 스트립 선로(8)는 평행하게 배치되어 있는 직선 스트립 선로(8a, 8b)를 가지며, 각 직선 스트립 선로(8a, 8b)의 선로폭은 W, 높이는 H, 직선 스트립 선로(8a, 8b) 간의 거리를 S로 나타낼 경우, 상기 직선 스트립 선로(8a, 8b)는 그들의 상대폭(W/H)과 상대거리(S/H)에 따라 상호간에 전자기 결합이 발생하게 된다. 다시 말해, 직선 스트립 선로(8a)를 따라 전송되는 마이크로파에 의해 유도된 첫 번째 전자기장과 직선 스트립 선로(8b)를 따라 전송되는 마이크로파에 의해 유도된 두 번째 전자기장 사이에는 상호간섭이 발생하게 되는 것이다. 이에 따라, 폐루프형 스트립 선로(8)의 특성 임피던스는 상호간에 평행하게 배치되어 있는 직선의 스트립 선로가 없는 원형의 링 형태의 스트립 선로와는 다르다.
상기 입력 및 출력 결합 커패시터(10, 11)는 각각 집중 커패시터값(C0)을 갖는 평판 커패시터로 구성되며, 상기 입력 결합 커패시터(10)의 일단부는 직선 스트립 선로(8a)의 입력점(A)에 연결되고, 출력 커패시터(11)의 일단부는 직선 스트립 선로(8b)의 출력점(B)에 연결된다. 상기 출력점(B)은 입력점(A)으로부터 전기적 길이가 90°(또는 마이크로파 파장의 λ/4) 떨어진 곳에 위치하되, 상기 입력점 및 출력점(A, B)은 직선 스트립 선로(8a, 8b) 사이에 위치하고 있는 중심선(M)에 대해 각각 대칭적으로 배치된다.
한편, 상기한 구조로 이루어진 고주파 필터에서는, 상기 공진파장(λ0)에 근접한 파장을 갖는 마이크로파 신호가 입력 스트립 선로(7)에 전송될 경우, 상기 마이크로파에 의해 입력 결합 커패시터(10)에 전계가 유도되므로 입력 스트립 선로(7)에 인접한 폐루프형 스트립 선로(8)에서 강한 국부전계가 유도되며, 이에 따라 입력 스트립 선로(7)의 마이크로파 신호가 폐루프형 스트립 선로(8)로 전파된다.
이어, 상기 폐루프형 스트립 선로(8)에 전파된 마이크로파 신호는, 폐루프형 스트립 선로(8)에 국부적으로 유도된 전계에 의해, 균일한 선로 임피던스를 갖는 스트립 선로(8)에서 시계 및 반시계 방향으로 전파된다.
이 경우, 폐루프형 스트립 선로(8)의 직선 스트립 선로(8a, 8b)는 상호간에 전자기 결합되기 때문에 마이크로파 신호의 일부가 직선 스트립 선로(8a, 8b)에서 반사하여 반사파를 생성한다. 여기서, 상기 반사파는 스트립 선로(8) 내에서 시계 및 반시계 방향으로 회전하게되며, 상기 마이크로파의 파장이 공진파장(λ0)과 같을경우에는 스트립 선로(8)의 특성 임피던스에 의해 스트립 선로(8) 내에서 공진이 일어나게 된다. 한편, 상기 폐루프형 스트립 선로(8)의 특성 임피던스는 그의 균일한 선로 임피던스와 직선 스트립 선로(8a, 8b)간의 전자기 결합량에 의해 결정된다.
반면에, 상기 마이크로파의 파장이 공진파장(λ0)과 같지 않을 경우, 상기 마이크로파는 폐루프형 스트립 선로(8)에서 소멸하게 된다. 이때, 상기 공진파장(λ0)은 근본적으로 스트립 선로(8)의 전기적 길이에 의해 결정된다. 이러한 경우, 상기 폐루프형 스트립 선로(8)에서 공진하는 마이크로파의 공진폭은 직선 스트립 선로(8a, 8b) 간의 전자기 결합량을 조절하여 조정할 수 있다. 이때, 상기 전자기 결합량은 유전체 기판(13)의 상대 유전율(εr), 상대폭(W/H), 상대거리(S/H)에 의해 가변되며, 출력 스트립 선로(9)에 인접한 폐루프형 스트립 선로(8)의 전계 세기는 반사파에 의해 최대가 된다. 여기서, 상기 스트립 선로(8)는 출력 스트립 선로(9)와 용량성으로 결합하므로, 폐루프형 스트립 선로(8)의 마이크로파는 출력 스트립 선로(9)로 전파된다.
이에 따라, 마이크로파의 파장이 공진파장(λ0)을 만족하는 경우에는, 마이크로파가 스트립 선로(8)에서 공진하므로, 스트립 이중모드 공진기(6)는 공진기와 필터로 동작한다.
뿐만아니라, 최초에 입력 스트립 선로(7)로 전송한 마이크로파 신호의 위상과 90°의 위상차를 갖는 마이크로파의 신호를 입력 스트립 선로(7)로 전송할 경우, 나중의 마이크로파 신호는 첫 번째 전송한 마이크로파 신호와 직교 공진을 하게 되며, 두 신호는 상호간섭을 하지않게 된다. 다시 말하면, 비반사파와 반사파로 형성된 두 개의 직교공진 모드는 독립적으로 스트립 이중모드 루프 공진기(6)에 공존하게 된다. 그러므로, 스트립 이중모드 루프 공진기(6)는 2단 필터로 동작한다.
한편, 도3a에 기술된 종래의 개념은 평행 스트립 선로에 국한되지는 않는다. 즉, 도3b에 도시된 바와 같이, 입력 및 출력 스트립 선로(7, 9) 및 폐루프 형태의 스트립 선로(8)로 이루어진 마이크로 스트립 라인으로 구성할 수 있으며, 상기 각각의 스트립 선로(7, 8, 9)는 스트립 형상의 도체로 이루어진 평판(12m)과, 상기 평판(12m)을 장착한 유전체 기판(13m)과, 상기 유전체 기판(13m)을 장착한 도체로 이루어진 기판(14m)으로 구성될 수 있다.
그러나, 전자와 같은 종래의 동축 유전체 공진기를 이용한 고주파 필터는, 부품의 소형화에 따라 공진기 간의 결합량을 조절하기 위한 구멍의 크기 또는 상기 구멍의 위치이동에 의한 결합량의 조절에 한계가 발생하게 되므로, 소형화가 곤란한 문제점이 있었다.
또한, 상기 공진기의 내벽면을 전도성 금속으로 도금할 때, 상기 구멍의 내벽을 제외하고 도금하여야 하므로, 필터의 제조시 상기 구멍의 내벽에 전도성 금속이 도금되지 않도록 하는 부수적인 공정이 필요하여 제조공정이 복잡하게 되며, 입력측에 전달된 신호가 유전체 블록의 개방면을 통해 원하지 않는 부분으로 전달되는데 다른 문제점이 있었다.
뿐만아니라, 유전체 블록이 외부에 노출되어 있으므로, 외부 간섭신호에 의해 필터의 특성이 열화되는데 또 다른 문제점이 있었다.
또한, 송신 및 수신주파수 대역이 서로 가까이 위치하기 때문에 인접한 저지대역에서의 우수한 감쇠특성이 필요하게 되므로, 저지대역의 감쇠특성을 향상시키기 위해 필터의 공진기 수를 증가시키면 공진기 수의 증가에 따른 삽입손실이 커지고 필터의 크기가 커지는데 또 다른 문제점이 있었다. 이에 따라, 종래에는 공진기의 수를 증가시키지 않고 외부에 칩 커패시터 또는 인덕터를 사용하여 특정주파수에서 신호의 전달을 차단하여 감쇠특성을 향상시키는 유극형 필터를 설계하고 있으나, 이는 외부의 칩 소자를 사용하여야 하므로 제조공정이 복잡해지는 문제점이 있었다.
한편, 후자의 종래 기술에 의한 스트립 이중모드 공진기 필터는, 도3a에서와 같이 평행 스트립 선로로 구현할 경우, 입출력 스트립 라인 및 폐루프형 스트립 선로를 유전체 기판 사이에 형성하기 위한 제조공정이 복잡한 문제점이 있었다.
또한, 도3b에서와 같이 마이크로 스트립 선로로 구현할 경우, 마이크로스트립 선로를 이용한 구조물은 삽입손실이 크기 때문에 이를 보완하기 위해서는 유전체 기판의 유전체는 높은 품질계수를 갖는 유전체를 사용하여 유전손실을 적게하여야 하며, 또한 유전체 기판 상에 장착된 스트립 도체는 전도특성이 아주 좋은 도체를 사용하여 도체손실을 최소화하여야 하기 때문에 이를 만족하는 도체를 이용하고자 할 경우 재료의 원가가 높아지며, 낮은 상대 유전율을 갖는 유전체를 이용하므로 소형화가 곤란해지는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 폐루프 공진기 필터를 구현하여 우수한 감쇠특성을 가지면서도, 유전체 블록의 상하면에 차폐막을 구현하여 폐루프 공진기를 외부의 간섭신호로부터 차단할 수 있을 뿐만아니라, 삽입손실이 우수하고 높은 내전력에 사용될 수 있으며, 제조공정이 단순하여 제조단가가 저렴한 소형의 고주파 필터를 제공함에 그 목적이 있다.
도1은 종래의 동축 유전체 공진기를 이용한 고주파 필터의 구성도.
도2는 종래의 폐루프 공진기를 이용한 스트립 이중모드 필터의 구성도.
도3a 및 도3b는 도2의 a-a선을 취한 단면도의 서로 다른 예시도.
도4는 본 발명의 제1실시예에 따른 폐루프 공진기를 이용한 고주파 필터의 구성도.
도5는 도4의 b-b선을 취한 단면도.
도6은 도4의 c-c선을 취한 단면도.
도7은 도4의 d-d선을 취한 단면도.
도8은 도4를 전송선로로 표현한 등가회로도.
도9는 도8의 π형 등가회로도.
도10은 본 발명의 제2실시예에 따른 폐루프 공진기를 이용한 고주파 필터의 구성도.
도11은 본 발명의 제3실시예에 따른 폐루프 공진기를 이용한 고주파 필터의 구성도.
도12는 본 발명의 제4실시예에 따른 폐루프 공진기를 이용한 고주파 필터의 구성도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
100 : 유전체 블록 111, 112 : 제1 및 제2구멍
121, 122 : 홈 131, 132 : 입,출력전극
141, 142 : 차폐막 151, 152 : 단락방지면
160 : 접지면
171, 172, 173, 174 : 제1, 제2, 제3 및 제4전송선로
181, 182 : 입,출력 결합 커패시터
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 상하면을 관통하는 제1 및 제2구멍이 소정간격을 두고 형성되며, 상기 제1 및 제2구멍을 연결시키는 홈이 상하면에 각각 형성된 유전체 블록; 상기 유전체블록의 외벽면 소정부위에 구비되며, 외부로부터 마이크로파를 입력받기 위한 입력전극; 상기 유전체 블록의 외벽면에 구비되어 마이크로파를 외부로 출력시키는 출력전극; 상기 유전체 블록의 외벽면 상에 형성되는 접지면; 상기 유전체 블록의 외벽면 상에 입력전극 및 출력전극의 주위를 감싸도록 형성되어 상기 입출력 전극과 접지면의 단락을 방지하는 단락방지면; 상기 유전체 블록의 내부에 형성되며, 상기 입력전극 및 출력전극과의 사이에 각각 커패시턴스를 발생시켜 용량성 결합을 이루므로써, 상기 입력전극으로 입력된 마이크로파를 공진시켜 상기 출력전극으로 전달하는 폐루프 공진기; 및 상기 유전체 블록의 상하면에 각각 형성되고, 상기 접지면과 전기적으로 연결되어 상기 페루프 공진기를 외부 신호의 간섭으로부터 방지하는 차폐막을 포함하는 폐루프 공진기를 이용한 고주파 필터를 제공한다.
이하, 첨부된 도4 이하의 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명의 고주파 필터는 유전체 금형기법에 의해 제조되어 제조단가가 저렴하고, 삽입손실 특성이 우수하도록 구현한 것으로, 도4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 의한 필터는, 균일한 단면적을 갖는 제1 및 제2구멍(111, 112)이 상하면을 관통하도록 형성된 직육면체 형상의 유전체 블록(100)을 구비한다. 여기서, 상기 유전체 블록(100)의 상면 및 하면에는 제1 및 제2구멍(111, 112)을 서로 연결시키는 홈(121, 122)이 각각 형성된다.
그리고, 상기 유전체 블록(100)의 외각면에는 마이크로파 신호를 여기시키기 위한 입력전극(131) 및 출력전극(132)이 각각 구비되고, 상기 유전체 블록(100)의 상하면에는 후술될 폐루프 공진기를 외부 신호의 간섭으로 차단하기 위해 전도성이 양호한 도체로 구성된 차폐막(141, 142)이 각각 형성된다.
또한, 상기 유전체 블록(100)의 외각면에는 그와 입출력 전극(131, 132)의 단락 방지를 위한 제1단락방지면(151)이 형성되며, 상기 제1단락방지면(151)을 제외한 유전체 블록(100)의 모든 외각면은 전도성 금속으로 도금되어, 도5에 도시된 바와 같이, 차폐막(141, 142)과 전기적으로 연결되는 접지(ground)전극(160)을 형성한다. 이에 따라, 상기 입출력 전극(131, 132)과 접지면(160)은 제1단락방지면(151)에 의해 단락이 방지된다. 여기서, 상기 유전체 블록(100)의 상하면에 형성된 차폐막(141, 142)은 접지면(160)과 동일한 전위를 가지며, 이에따라 상기 차폐막(141, 142)은 접지(ground)로서 동작하게 된다.
한편, 상기 제1 및 제2구멍(111, 112)의 양측에는 유전체 블록(100)의 상면으로부터 소정깊이까지 전도성 금속으로 도금되지 않은 제2단락방지면(152)이 형성된다.
그리고, 도5의 빗금친 부분은 유전체 블록(100)의 제1 및 제2구멍(111, 112) 내벽의 일부를 전도성 금속으로 도금하여 형성된 제1 및 제2전송선로(171, 172)와, 상기 제1 및 제2전송선로(171, 172)를 전기적으로 연결하기 위해 상기 제1 및 제2구멍(111, 121)을 연결한 홈(121, 122)의 제2단락방지면(152)을 제외한 부분을 전도성 금속으로 도금하여 형성된 제3 및 제4전송선로(173, 174)이며, 상기 전송선로(171, 172, 173, 174)는 각각 전기적으로 연결되어 하나의 폐루프 공진기(170)를 형성한다. 여기서, 상기 폐루프 공진기(170)는 제1 및 제2구멍(111, 112)과 홈(121, 122)에 형성된 유전체 블록(100)의 제2단락방지면(152)에 의해 유전체 블록의 상하면에 구비된 차폐막(141, 142)과 전기적으로 단락되는 것이 방지된다.
다시 말해서, 상기 차폐막(141, 142)은 접지면(160)과는 연결되지 않은 폐루프 공진기(170)를 외부의 전자파와의 간섭을 막아주기 위한 필터의 최외각 상하측 접지막으로서 접지면(160)과 접지면(160)을 쇼트시키는 것으로, 접지면(160)과 공진기(170)를 쇼트시키는 것은 아니다.
한편, 상기 입력전극(131)과 폐루프 공진기(170) 및 출력전극(132)과 폐루프 공진기(170) 간에는 용량성 결합이 이루어져, 상기 입력전극(131)과 폐루프공진기(170)의 도체면이 대향된 부분에는 입력 결합 커패시터(181)가 형성되고, 출력전극(132)과 폐루프 공진기(170)의 도체면이 대향된 부분에는 출력 결합 커패시터(182)가 형성된다.
이와 같은 폐루프 공진기의 전기적 길이는 마이크로파 신호의 공진파장(λ0)과 길이가 같으며, 유전체 블록(100)의 상대 유전율(εr)에 따라 폐루프 공진기(170)의 물리적인 길이가 결정된다. 이와 같은 형태의 구성에서는, 공진파장(λ0)과 동일한 폐루프 공진기(170)의 길이를 편이상 "전기각으로 360°"라 부르는데, 그 이유는 공진파장(λ0)에 대응하는 공진 각주파수(ω0)를 갖는 마이크로파 신호가 공진기 내에서 공진하게되기 때문이다.
상기한 구성으로 이루어진 본 발명의 폐루프 공진기를 이용한 고주파 필터의 작용에 대하여 살펴보면 다음과 같다.
즉, 공진파장(λ0) 근처의 파장을 갖는 마이크로파 신호가 입력전극(131)에 전송될 경우, 상기 마이크로파 신호에 의해 입력전극(131)과 폐루프 공진기(170) 사이에 형성된 입력 결합 커패시터(181)에 전계가 유도되기 때문에 입력전극(131) 근처의 폐루프 공진기(170)에서 강한 국부전계가 유도된다. 그러므로, 입력전극(131)에 입력된 마이크로파 신호가 폐루프 공진기(170)로 전파된다.
이어, 폐루프 공진기에 전파된 마이크로파 신호는 폐루프 공진기에서 국부적으로 유도된 전계에 의해 제1 및 제2전송선로(171, 172)로 시계 및 반시계 방향으로 각각 전파된다. 그런 다음, 상기 전계가 출력전극(132)에 인접한 폐루프 공진기(170)에서 최대의 세기를 가지도록 제3전송선로(173)의 길이를 설정하면, 폐루프 공진기(170)의 마이크로파는 폐루프 공진기(170)와 출력전극(132) 및 출력 결합 커패시터(182) 간의 용량성 결합에 의해 출력전극(182)으로 전파된다. 이에 따라, 마이크로파의 파장이 공진파장(λ0)을 만족하는 경우, 상기 마이크로파가 폐루프 공진기(170)에서 공진하게되므로 상기 폐루프 공진기(170)는 공진기와 필터로서 동작하게 되는 것이다.
상기 유전체 블록(100)의 제1 및 제2구멍(111, 112)에 의해 형성된 제1 및 제2전송선로(171, 172)는, 상기 제1 및 제2구멍(111, 112)의 크기를 동일하게 형성할 경우, 상기 입력전극(131) 및 출력전극(132)에 대해 대칭으로 형성된다.
본 실시예에 의한 필터의 등가회로는 도8에 도시된 바와 같으며, 도면에서 Z1은 유전체 블록(16)의 제1 및 제2구멍(111, 112)에 의해 형성된 제1 및 제2전송선로(171, 172)의 특성임피던스이며, Z2는 유전체 블록(100)의 상하면에 형성된 홈(121, 122)에 의해 형성된 제3 및 제4전송선로(173, 174)의 특성임피던스이다. 그리고, θ1은 제1 및 제2전송선로(171, 172)의 전기적 길이를 나타내고, θ2는 제3 및 제4전송선로(173, 174)의 전기적 길이를 나타낸다. 여기서, 공진파장(λ0)을 만족하는 주파수에서 폐루프 공진기(170)의 전기적 길이는 360°이므로 2θ1 + 2θ2 = 360°가 되는 것이다.
한편, 도8을 이용하여 본 실시예의 등가회로에 대하여 해석할 경우에는, 입력전극(131)과 출력전극(132) 사이에 대칭면이 있는 것을 이용하여 기모드와 우모드로 나누어 해석하게 된다.
여기서, 입력전극(131)과 출력전극(132)에 동일한 양의 전위를 인가하였을 경우, 본 실시예의 필터는 우모드 공진특성을 나타내게 된다. 즉, 본 실시예에 의한 폐루프 공진기 필터의 대칭면 상에는 개방되는 특성을 나타냄과 동시에 입력점(A)과 출력점(B)에 동일한 양의 전위를 인가하였으므로 전계의 세기가 최대인 공진하는 우모드 공진특성을 나타내게 되며, 이 경우 폐루프 공진기(170)의 입력점(A)측에서 폐루프 공진기(170)를 바라다본 입력 어드미턴스(admittance)는 우모드 입력 어드미턴스(Ye)라 부른다.
반면에, 상기 입력전극(131)과 출력전극(132)에 크기는 같지만 부호가 반대인 전위를 인가하였을 경우, 본 실시예에서의 폐루프 공진기 필터는 기모드 공진특성을 나타낸다. 즉, 필터의 대칭면은 단락되는 특성을 나타냄과 동시에 입력점(A)과 출력점(B)에서 크기는 같지만 부호가 반대인 전위를 인가하였으므로, 부호는 서로 반대의 극성을 나타내지만 전계의 세기가 최대인 특성가 되며, 공진하는 기모드 공진특성을 나타낸다. 이 경우, 폐루프 공진기(170)의 입력점(A)측에서 폐루프 공진기(170)를 바라다본 입력 어드미턴스는 기모드 입력 어드미턴스(Yo)라 부른다.
그러므로, 기모드 입력 어드미턴스(Yo)와 우모드 입력 어드미턴스(Ye)를 이용하면 제8도의 등가회로는 도9와 같이 π형 등가회로로 나타낼 수 있다. 여기서, 도9의 등가회로는 일반적인 2극 대역통과 필터의 기능을 한다. 또한, 도9에서 우모드 입력 어드미턴스(Ye)와 기모드 입력 어드미턴스(Yo)의 값이 같아지는 주파수에서는 입력단에서 전송되어온 신호는 접지면(160)으로 흘러가게 되므로 출력단으로는 아무런 신호 전달이 이루어지지 않게 된다. 따라서, 상기 주파수에서는 감쇠극(attenuation pole)이 발생하게 된다. 그러므로, 감쇠 극주파수의 위치는 전송선로 임피던스(Z1, Z2)의 값과 선로의 길이(θ1, θ2)를 적절히 설정하므로써 원하는 위치에 감쇠극을 둘 수 있다.
한편, 본 발명의 변형예로서, 도10은 본 발명의 제2실시예를 나타낸 것으로, 상기한 제1실시예의 입력전극(131) 및 출력전극(132)을 유전체 블록(100)의 상하면을 관통한 제1 또는 제2구멍(111, 112)에 의해 형성된 제1전송선로(171) 또는 제2전송선로(172)의 상하방향으로 위치시킨 구조이다.
또한, 도11은 본 발명의 제3실시예를 나타낸 것으로, 필터의 중심주파수를 조정할 수 있는 금속패턴(200)이 입출력전극(131, 132)과 폐루프 공진기(170) 간의 결합부위에 형성된 것으로, 상기 금속패턴(200)은 폐루프 공진기(170)와 접지면(160)에 전기적으로 연결된 차폐막(141, 142) 사이에서 갭 커패시턴스를 형성한다. 그러므로, 상기 금속패턴(200)의 간격을 조정하므로써 필터의 중심주파수 조정이 가능하게된 것이다.
그리고, 도12는 본 발명의 제4실시예를 나타낸 것으로, 금속패턴(200)이 형성된 상기 제3실시예에서 홈(121, 122)에 의해 형성된 제3 및 제4전송선로(173, 174)의 중앙부분 또는 입력 및 출력전극(131, 132)의 대칭면상에 소정깊이를 가진 제3구멍(300)을 천공한 다음, 제3구멍(300)의 내벽을 전도성 금속으로 도금하여 스터브를 형성한 구조로써, 상기 스터브의 깊이와 크기를 이용하여 폐루프 공진기 필터의 대역폭을 조정할 수 있도록 한 것이다.
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 폐루프 공진기 필터는, 마이크로스트립 또는 스트립 선로의 형태로 제작된 폐루프 공진기 필터의 장점인 우수한 감쇠특성을 가지면서도 유전체 금형기법으로 제작하므로 제조단가가 저렴하며, 대량생산이 용이하고, 우수한 삽입손실 특성을 나타내는 효과가 있다.
또한, 소형으로 제작할 수 있을 뿐만아니라, 차폐막에 의해 외부의 간섭신호를 차단할 수 있는데 다른 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 상하면을 관통하는 제1 및 제2구멍이 소정간격을 두고 형성되며, 상기 제1 및 제2구멍을 연결시키는 홈이 상하면에 각각 형성된 유전체 블록;
    상기 유전체블록의 외벽면 소정부위에 구비되며, 외부로부터 마이크로파를 입력받기 위한 입력전극;
    상기 유전체 블록의 외벽면에 구비되어 마이크로파를 외부로 출력시키는 출력전극;
    상기 유전체 블록의 외벽면 상에 형성되는 접지면;
    상기 유전체 블록의 외벽면 상에 입력전극 및 출력전극의 주위를 감싸도록 형성되어 상기 입출력 전극과 접지면의 단락을 방지하는 단락방지면;
    상기 유전체 블록의 내부에 형성되며, 상기 입력전극 및 출력전극과의 사이에 각각 커패시턴스를 발생시켜 용량성 결합을 이루므로써, 상기 입력전극으로 입력된 마이크로파를 공진시켜 상기 출력전극으로 전달하는 폐루프 공진기; 및
    상기 유전체 블록의 상하면에 각각 형성되고, 상기 접지면과 전기적으로 연결되어 상기 페루프 공진기를 외부 신호의 간섭으로부터 방지하는 차폐막
    을 포함하는 폐루프 공진기를 이용한 고주파 필터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 폐루프 공진기가,
    상기 제1 및 제2구멍 내벽면의 소정부분을 전도성 금속으로 도금하여 형성된 제1 및 제2전송선로와,
    상기 유전체 블록 상하면의 홈에 하부 소정부위를 전도성 금속으로 도금하여 형성되며, 상기 제1 및 제2전송선로를 전기적으로 연결하고, 상기 차폐막에는 전기적으로 차단된 제3 및 제4전송선로
    를 포함하는 폐루프 공진기를 이용한 고주파 필터.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 입력전극 및 출력전극이 제1 또는 제2전송선로의 길이방향으로 구비되는 폐루프 공진기를 이용한 고주파 필터.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 입력전극 및 출력전극이 제3 또는 제4전송선로의 길이방향으로 구비되는 폐루프 공진기를 이용한 고주파 필터.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유전체 블록에 형성된 홈의 양단부 소정부위에 형성되며, 상기 유전체 블록의 차폐막과 폐루프 공진기 사이에 갭 커패시턴스를 형성하여 상기 입력 및 출력전극의 결합량 조절 및 주파수를 조정하는 금속패턴을 더 포함하는 폐루프 공진기를 이용한 고주파 필터.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 입력 및 출력전극의 중간부분을 소정깊이로 천공하여 형성되며, 상기 고주파 필터의 대역폭을 조절하는 스터브를 더 포함하는 폐루프 공진기를 이용한 고주파 필터.
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