KR100316481B1 - 일체형유전체필터 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일체형 유전체필터는 유전체블록과, 전면을 제외한 유전체블록 외부에 형성된 외부전극과, 유전체블록에 평행하게 형성된 복수의 공진홀과, 공진홀 내부에 형성된 내부전극과, 유전체블록 상면에 전극이 제거됨으로써 형성되어 공진기를 결합하는 결합부로 구성된다.

Description

일체형 유전체필터{An integrated dielectric filter}
본 발명은 일체형 유전체 필터에 관한 것으로, 특히 복수의 공진홀이 관통하는 유전체블록의 개방면과 인접하는 면의 일부를 제거하여 공진홀을 결합하는 개방부를 형성함으로써 부품수가 절감되고 제조가 간단하며 소형화 및 대량생산이 가능한 일체형 유전체 필터에 관한 것이다.
일반적으로 동축형 유전체공진기를 내장하는 유전체필터는 고주파영역(300MHz∼수Hz)에서 이용하는 카폰이나 휴대폰 등의 이동통신장비에 사용된다. 따라서, 이러한 이동통신장비에 사용되는 유전체필터는 소형, 경량화 및 내충격성이 요구되며 20∼30MHz의 대역폭이 요구된다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 종래의 유전체필터는 유전체블록(1)에 2개의 평행한 공진홀(7,8)이 블록(1)의 전면에서 후면으로 관통하고 있다. 공진홀(7,8)이 형성된 전면(5)을 제외한 유전체블록(1)의 외부 표면에는 외부전극(3)이 형성되어 있으며, 공진홀(7,8) 내부 표면에는 내부전극(도면표시하지 않음)이 형성되어 있다 공진홀(7,8) 사이에는 전극이 형성되지 않은 결합공(9)이 배열되어 공진홀(7,8) 내부전극을 결합한다. 이러한 구조의 유전체필터는 2개의 동축형 유전체공진기(즉, 공진홀)를 내장하고 있으며, 유전체공진기는 결합공(9)에 의해 결합되어 결합공(9)의 크기, 길이 및 위치 등에 의해 동축형 유전체공진기의 결합도가 조정된다.
그러나, 상기와 같은 유전체필터는 대역폭이 좁기 때문에 이동통신장비에서 필요한 20∼30MHz 정도로 대역폭을 증가시키기 위해서는 결합공(9)의 크기를 증가시켜야만 하는데, 결합공(9) 크기의 증가는 기계적 강도의 저하를 야기하며 유전체의 성형을 어렵게 하는 문제가 있었다. 특히, 카폰이나 휴대용 전화기 등의 이동통신기기에 사용되는 부품들은 소형화 및 내충격성 등을 엄격하게 요구하기 때문에 유전체공진기의 결합공 크기가 제한되어 이동통신기기에서 요구되는 20∼30MHz의 대역폭을 확보하기란 대단히 어려운 일이었다.
상기한 20∼30MHz의 대역폭을 확보하기 위해 도 2에 도시된 유전체필터가 제안되고 있다. 도 1에 도시된 유전체필터와 마찬가지로 이 유전체필터는 공진홀(7,8)이 형성된 유전체블록(1)의 전면을 제외한 면에 외부전극(3)이 형성되어 있으며, 공진홀(7,8)의 표면에는 내부전극이 형성되어 있다. 이 유전체필터의 가장 큰 특징은 도 1의 유전체필터와는 달리 공진홀(7,8) 사이에 결합공이 형성되어 있지 않다는 것이다. 공진홀(7,8)의 내부전극 사이의 결합은 도 2(b)에 나타낸 바와 같이 공진홀(7,8)을 직경이 다른 2부분(7a,7b,8a,8c)으로 형성하여 이 직경의 차이에 의해 발생하는 특성 임피이던스의 차이에 의해 구현한다.
상기한 유전체필터에서는 공진홀(7,8) 사이의 결합공없이 공진홀(7,8) 직경의 차이에 의해 공진홀(7,8)의 내부전극을 결합함으로써 20∼30MHz의 대역폭을 확보하지만, 유전체블록(7,8)에 상기와 같이 직경이 다른 공진홀(7,8)을 하기란 대단히 어려운 일이었다. 따라서, 제조가 복잡해지고 그에 따라 제조비용이 증가하며 수율이 저하되는 문제가 있었다.
도 3은 또 다른 종래의 유전체필터를 나타내는 도면이다. 도 3(a)에 나타낸 바와 같이, 유전체블록(1)의 표면에는 외부전극(3)이 형성되어 있으며, 전면에서 후면을 관통되며 그 내부에 내부전극(15)이 적층된 복수의 공진홀(7,8)이 형성된다. 이러한 유전체필터의 공진기 사이의 결합은 내부전극(15)의 일부 영역(17,18)을 제거함으로써 이루어진다. 이러한 유전체필터는 유전체블록의 성형이 용이하다는 장점이 있지만, 유전체블록(1) 내부의 내부전극(15) 일부를 제거하는데 제조상의 어려움이 있다.
본 발명은 상기한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 유전체블록의 상면의 외부전극 일부를 제거하여 공진기를 결합시키는 개방부를 형성함으로써, 부품수가 절감되고 제조가 간단한 일체형 유전체필터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 유전체필터는 대략 육면체의 유전체블록과, 상기한 유전체블록의 전면에서 후면으로 서로 평행하게 관통하는 복수의 공진홀과, 상기한 유전체블록의 전면 혹은 일부 영역을 제외한 외부 표면에 형성된 외부전극과, 상기한 공진홀 각각의 내부 표면에 형성된 내부전극과, 상기한 유전체블록 상부에 상기 전면과 연결되도록 형성되어 공진홀을 결합하는 개방부로 구성된다.
개방부는 일정 넓이로 형성될 수도 있으며 일정폭의 띠형상으로 형성될 수도 있다. 개방부의 넓이를 조정함에 따라 공진기 사이의 결합도가 조정되며, 띠형상의 개방부는 개방부와 유전체블록의 전면 사이에 전극이 존재하여 결합도가 대폭 증가한다.
유전체블록의 밑면 또는 양측면에는 외부전극과 절연된 입출력전극이 형성되어 공진홀 사이에 입출력 캐패시터를 형성하며, 개방부는 공진홀 사이의 결합캐패시터를 형성한다. 공진홀의 결합도는 개방부의 크기에 따라 달라진다.
본 발명의 개념은 종래의 유전체블록에 적용가능하게 되어, 종래 유전체블록의 대역폭을 대폭 증가시킨다.
도 1은 종래 일체형 유전체필터의 사시도.
도 2(a)는 다른 종래 유전체필터의 사시도.
도 2(b)는 도 2(a)는 A-A'선 단면도.
도 3(a)는 또 다른 종래의 유전체필터의 사시도.
도 3(b)는 도 3(a)의 B-B'선 단면도.
도 4(a)는 본 발명의 제1실시예에 따른 유전체필터의 사시도.
도 4(b)는 본 발명의 제1실시예에 따른 유전체필터의 등가회로도.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 유전체필터의 사시도.
도 6은 본 발명의 유전체필터의 특성곡선을 나타내는 그래프.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
101,201 : 유전체블록 103,203 : 외부전극
105,205 : 개방면 107,108,207,208 : 공진홀
120,220 : 개방부
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 일체형 유전체필터를 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 유전체필터의 제1실시예를 나타내는 도면으로, 도 4(a)는 사시도이고 도 4(b)는 그 등가회로도이다. 도 4(a)에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 유전체필터는 유전체블록(101)에 전면에서 후면을 관통하는 2개의 공진홀(107,108)이 형성되어 있다. 유전체블록(101)은 BI2O3를 첨가한 BaO-Nd2O3-TiO2고주파 유전체 세라믹분말을 대략 육면체로 성형하고 공진홀(107,018)을 형성한 후 소성하여 완성한다.
공진홀(107,108)은 유전체블록(101)의 전면에서부터 후면으로 실질적으로 서로 평행하게 관통되어 있으며, 유전체블록(101)의 전면(105)을 제외한 외부 표면에는 금속이 적층되어 외부전극(103)이 형성되고, 공진홀(107,108)의 내부 표면 역시 금속이 적층되어 내부전극(도면표시하지 않음)이 형성된다. 이때, 상기 유전체블록(107,108)의 전면(105)은 외부전극(103)이 형성되지 않고 위부로 노출된 개방면을 이루는 것도 가능하지만, 외부전극(103)의 일부분만이 형성되지 않은 개방영역을 포함하는 것도 가능하다. 또한, 상기 공진홀(107,108)이 유전체블록(101)의 전면에서 후면으로 관통하는 것도 가능하지만, 개방면 혹은 개방영역이 형성된전면(105)만을 관통하고 후면은 유전체에 의해 막혀 있는 구조도 가능하다. 즉, 공진홀(107,108)은 유전체블록(101)의 전면을 관통하여 후면을 향해 연장된다.
유전체블록(101)의 전면, 즉 개방면(105)과 인접하는 상면에는 외부전극(103)이 형성되지 않은, 혹은 외부전극(103)을 제거한 일정 넓이의 개방부(120)가 형성되어 있다. 이 개방부(120)는 개방면(105) 혹은 전면의 개방부와 연결되어 2개의 공진홀을 결합하는 캐패시터의 역할을 하는 것으로, 그 폭과 길이를 조정함으로써 공진홀의 결합도를 조정할 수 있다.
도면에는 도시하지 않았지만, 유전체블록의 바닥에는 입력 및 출력전극이 형성되어 있다. 입출력전극은 외부전극(103)이 제거된 일정 폭의 개방부에 의해 외부전극(103)과 전기적으로 절연된다.
상기한 구성의 유전체필터는 도 4(b)의 등가회로도를 형성한다. 도면에서, 입출력 캐패시터(Ce)는 공진홀(107,108)과 입출력전극 사이의 캐패시터에 해당하고 결합 캐패시터(Cm)는 공진기(R 1 ,R2) 사이의 캐패시터로서 개방부(120)에 의해 형성된다. 결합캐패시턴스의 크기는 개방부(120)의 크기를 조절함으로써 제어할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제2실시예를 나타내는 도면이다. 도면에 나타낸 바와 같이, 본 실시예의 유전체필터는 대략 육면체의 유전체블록(201)에 전면에서 후면으로 서로 평행하게 관통하는 공진홀(207,208)이 형성되어 있다. 공진홀(207,208)이 형성된 유전체블록(201)의 개방면(205) 혹은 전면의 개방부를 제외한 외부 표면에는 금속이 적층되어 외부전극(203)이 형성되어 있으며, 공진홀(207,208)의 각각의내부 표면에도 금속이 적층되어 도면표시하지 않은 내부전극이 형성되어 있다. 제1실시예와 마찬가지로 상기 공진홀(207,208)은 유전체블록(201)의 전면에서 후면으로 관통하는 것도 가능하고 전면만을 관통하도록 형성하는 것도 가능하다.
개방면(205)과 인접하는 유전체블록(201) 상면에는 외부전극(203)이 형성되지 않은 혹은 외부전극(203)의 일부가 제거된 띠형상의 개방부(228)가 형성되어 공진홀(207,208) 사이를 결합하는 결합캐패시터(Cm)로서 작용한다. 상기 개방부(220)가 유전체블록(201)의 개방면(205) 혹은 전면의 개방영역과 연결되기 때문에, 개방부(220)와 개방면(205) 혹은 개방부(220)와 전면의 개방영역 사이에는 일정 넓이의 외부금속(203a)이 위치하게 된다. 이러한 외부금속(203a)의 존재는 결합캐패시터(Cm)를 최대화한다. 도면에서는 비록 개방부(228)가 사각형의 띠형상이지만, 반원이나 원형상과 같이 띠형상을 이루는 어떠한 모양의 개방부(220)도 가능하다.
도면에는 비록 도시하지 않았지만 유전체블록(201)의 밑면에는 제1실시예의 유전체필터와 마찬가지로 외부전극(203)과 절연된 입출력전극이 형성되어 있다.
도 6(a) 및 도 6(b)는 본 발명에 따른 제1실시예 및 제2실시예의 유전체필터의 특성곡선을 나타내는 그래프이다. 도 6(a)에서, 특성곡선 C1 및 C2는 각각 결합공에 의해 공진기를 결합하는 종래의 유전체필터와 본 발명의 제1실시예의 유전체필터의 삽입손실특성(insertion loss characteristics)을 나타내며, D1 및 D2는 각각 반사손실특성(return loss characteristics)을 나타낸다. 도면에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 유전체필터는 종래의 유전체필터와는 구별되는 특성을 가지고 있음을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 유전체필터가 투과대역(pass band)은 종래의 유전체필터의 투과대역에 비해 약간 우측(고주파측)으로 이동되어 있는데, 이는 본 발명이 종래의 유전체필터와는 다른 주파수대의 필터링특성을 가짐을 의미한다. 본 발명의 제1실시예에 따른 특성곡선(C2,D2)에서 개방부(120)의 넓이를 조정함에 따라 특성곡선(C2,D2)이 완만한 기울기를 가지게 되며 더 넓은 대역폭(band width)을 가짐을 의미한다.
도 6(b)는 본 발명의 제2실시예에 따른 유전체필터의 주파수특성곡선(C3,D3)을 나타낸다. 제2실시예에서 개방면(205) 혹은 전면의 개방영역과 유전체블록(201) 상면의 개방부(220) 사이에 외부전극(203)이 존재하기 때문에, 제1실시예의 결합캐패시터 보다 더 큰 용량의 결합캐패시터가 형성되어 특성곡선이 제1실시예의 특성곡선 보다 완만한 기울기를 가진다. 즉, 제2실시예의 유전체필터가 제1실시예의 유전체필터에 비해 더 큰 대역폭을 가짐을 알 수 있다.
도 1에 도시된 종래의 유전체필터에서는 대역폭을 크게 하기 위해, 즉 이동장비통신에서 요구되는 20∼30MHz의 대역폭으로 증가시키기 위해서는 결합공(9)의 크기를 크게 해야만 하는데 이는 유전체블록의 내충격성에 문제를 야기하며, 도 2의 유전체필터에서는 공진홀의 직경 차이를 크게 함으로써 대역폭을 증가시키지만 이것은 제조상의 문제를 야기시킨다. 또한, 도 3의 유전체필터에서는 대역폭을 증가시키기 위해 내부전극에 제거부위를 크게 해야하지만 이는 제조상 대단히 어려운 일이다.
상기와 같은 종래의 유전체필터에 본 발명의 개념을 도입할 수 있다. 제1실시에 및 제2실시예에서는 단지 유전체필터의 상부에 형성된 개방부만이 도시되어 있지만, 이것은 본 발명을 상세하게 설명하기 위한 것이다. 개방부의 도입은 유전체필터의 결합캐패시터의 형성을 의미하며, 본 발명을 종래의 유전체필터(도 1∼도 3에 도시된)에 응용하면, 원래의 결합캐패시터 보다 더 큰 용량의 결합캐패시터가 형성되기 때문에, 원래의 대역폭 보다 대폭 증가한 대역폭을 얻을 수 있게 된다.
본 발명의 일체형 유전체필터는 상기한 바와 같이 유전체블록의 전면에 형성된 개방면 혹은 개방영역과 연결된 상면의 개방부를 형성하여 공진기의 결합도를 조정하기 때문에 제조가 간단하고 제조비용이 절감된다. 또한, 상면의 개방부의 면적을 조정함에 따라 공진기의 결합도가 제어되기 때문에, 넓은 대역폭의 유전체필터를 용이하게 제공할 수 있게 된다. 더욱이, 본 발명은 종래에 사용되던 일반적인 유전체필터에도 적용가능하기 때문에, 대역폭이 크고 다양한 특성을 갖는 유전체필터를 얻을 수 있게 된다.

Claims (15)

  1. 서로 마주보는 제1면 및 제2면을 포함하는 유전체블록;
    상기 유전체블록의 외부표면에 형성된 제1전극;
    상기 유전체블록에 제1면을 관통하여 설정된 간격으로 평행하게 제2면쪽으로 연장되는 복수의 공진홀;
    상기 공진홀 표면에 형성된 제2전극;
    상기 제1면 또는 제2면과 인접하는 면에 형성되어 상기 공진홀을 결합하는 결합부;
    상기 유전체블록에 형성되며 제1전극과 전기적으로 절연되는 입출력단자로 구성된 일체형 유전체필터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유전체블록이 육면체인 것을 특징으로 하는 유전체필터.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1면이 전극이 형성되지 않은 개방면인 것을 특징으로 하는 유전체필터.
  4. 제1항에 있어서, 상기 공진홀이 제2면을 관통하는 것을 특징으로 하는 유전체필터.
  5. 제3항에 있어서, 상기 결합부가 제1면과 인접하는 면에 상기 제1전극이 형성되지 않은 개방영역인 것을 특징으로 하는 유전체필터.
  6. 제5항에 있어서, 상기 개방영역이 제1면과 연결되는 것을 특징으로 하는 유전체필터.
  7. 제6항에 있어서, 상기 개방영역이 일정 폭의 띠형상으로 형성되어 상기 개방영역과 제1면 사이에 일정 넓이의 외부전극이 위치하는 것을 특징으로 하는 유전체필터.
  8. 서로 마주보는 제1면 및 제2면을 포함하는 유전체블록;
    상기 제1면을 제외한 유전체블록의 외부표면에 형성된 제1전극;
    상기 유전체블록에 제1면을 관통하여 제2면쪽으로 설정된 간격으로 평행하게 연장되는 복수의 공진홀;
    상기 공진홀 표면에 형성된 제2전극;
    상기 제1면과 인접하는 면에 형성되어 상기 공진홀을 결합하는 전극이 형성되지 않은 결합부;
    상기 유전체블록에 형성되며 제1전극과 전기적으로 절연되는 입출력단자로 구성된 일체형 유전체필터.
  9. 제8항에 있어서, 상기 유전체블록이 육면체인 것을 특징으로 하는 유전체필터.
  10. 제8항에 있어서, 상기 공진홀이 제2면을 관통하는 것을 특징으로 하는 유전체필터.
  11. 제8항에 있어서, 상기 결합부가 제1면과 연결되는 것을 특징으로 하는 유전체필터.
  12. 제11항에 있어서, 상기 결합부가 일정 폭의 띠형상으로 형성되어 상기 결합부와 제1면 사이에 일정 넓이의 외부전극이 위치하는 것을 특징으로 하는 유전체필터.
  13. 서로 마주보는 제1면 및 제2면을 포함하는 유전체블록;
    상기 제1면을 제외한 유전체블록의 외부표면에 형성된 제1전극;
    상기 유전체블록에 제1면을 관통하여 제2면쪽으로 설정된 간격으로 평행하게 연장되는 복수의 공진홀;
    상기 공진홀 표면에 형성된 제2전극;
    제1면과 인접하는 면에 상기 제1면과 연결되도록 제1전극의 일부가 제거되어상기 공진홀을 결합하는 결합부;
    상기 유전체블록에 형성되며 제1전극과 전기적으로 절연되는 입출력단자로 구성된 일체형 유전체필터.
  14. 제13항에 있어서, 상기 유전체블록이 육면체인 것을 특징으로 하는 유전체필터.
  15. 외부 표면에 형성된 외부전극과, 제1면을 관통하여 제2면쪽으로 평행하게 형성된 복수의 공진홀과, 상기 공진홀 내부에 형성된 내부전극과, 상기 공진홀을 결합시키는 제1결합부로 이루어진 유전체블록; 및
    상기 유전체블록의 제1면과 인접하는 면에 형성되어 상기 공진홀을 결합하는 외부전극이 형성되지 않은 제2결합부로 구성된 유전체필터.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR970077982A (ko) * 1996-05-07 1997-12-12 조희재 일체형 유전체 협대역 필터
KR980005728U (ko) * 1996-06-25 1998-03-30 삼성전기주식회사 일체형 유전체 공진기로 형성된 유전체 필터

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