KR100322195B1 - 유전체 공진기를 이용한 고주파용 대역통과필터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유전체 공진기를 이용하여 소형이면서도 저가격으로 제조할 수 있도록 된 유전체 공진기를 이용한 고주파용 대역통과필터에 관한 것이다.

본 발명에 있어서는 각각 예컨대 7단의 유전체 공진기(21∼27)로 구성됨과 더불어 각 유전체 공진기가 급격한 주파수차단특성을 갖는 체비셰브 방식으로 결합된 2개의 유전체 필터(20, 30)를 위상매칭용 인덕터(L1∼L3)를 통해 직렬로 결합함으로써, 전체적으로 총 14단의 유전체 공진기를 구비하는 주파수차단특성이 매우 양호한 고주파 대역통과 필터를 구현하게 된다.

그리고, 상기 유전체 필터(20, 30)는 다수의 유전체 공진기(21∼27)와, 이 유전체 공진기의 수효에 대응하는 도전편(203)이 설치됨과 더불어 각 도전편(203)에 각각 상기 유전체 공진기의 단자핀(201)이 전기적으로 결합된 유전체 기판(202) 및, 상기 유전체 공진기와 유전체 기판(202)을 삽입하기 위한 금속케이스(205)를 구비하여 구성되고, 상기 금속케이스(205)는 유전체 공진기의 몸체와 전기적으로 결합되면서 그 하측에 절개홈(206)을 구비하고, 상기 유전체 기판(202)에 결합된 접속단자(204)가 상기 절개(206)홈을 통해 외부로 인출되어 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

유전체 공진기를 이용한 고주파용 대역통과필터{High frequency bandpass filter using ceramic resonator}

본 발명은 고주파신호를 필터링하기 위한 고주파필터에 관한 것으로, 특히 유전체 공진기를 이용하여 소형이면서도 저가격으로 제조할 수 있도록 된 유전체 공진기를 이용한 고주파용 대역통과필터에 관한 것이다.

현재, 통신기술이 급속도로 발전하면서 가입자가 임의의 지역이나 장소에서 또는 한 지역에서 다른 지역으로 이동하면서 상대방과 음성이나 데이터를 송수신할 수 있도록 해주는 개인이동통신시스템이 개발되어 보편화되고 있으며, 최근에 이르러서는 개인이 자신이 소유하고 있는 통신단말기를 이용하여 인공위성을 통해 상대방과 직접적으로 통화를 실행할 수 있도록 하는 통신시스템에 대해서도 급속도로 개발이 진행되고 있다.

일반적으로 무선통신 시스템의 경우에는 서비스 사업자가 소정의 주파수대역을 할당받아 통신 서비스를 제공하게 되는데, 이때 한정된 주파수자원을 효율적으로 사용하기 위하여 통상적으로 연속된 주파수대역을 단순히 분할하여 각 서비스 사업자에게 할당하게 된다. 도1의 (A)는 예컨대 현재 대한민국의 이동통신 서비스와 관련하여 각 서비스업자에 대해 할당된 주파수대역을 나타낸 것으로, 도면에서(가) 사업자의 경우에는 824∼835MHz와 845∼849MHz의 주파수 대역을 할당받아 통신서비스를 제공하고, (나) 사업자의 경우에는 835∼845MHz의 주파수 대역을 할당받아 통신서비스를 제공하고 있다.

그런데, 이와 같이 인접한 주파수대역을 서로 다른 통신사업자에게 할당하는 경우에 있어서는 인접한 주파수를 사용하는 다른 통신사업자에게 영향을 주지 않고, 또한 그 다른 통신사업자에 의해 영향을 받지 않기 위해 도1의 (B)에 나타낸 바와 같이 자신에게 할당된 주파수대역을 정밀하게 필터링할 수 있는 고주파 대역통과필터가 요구되게 된다.

일반적으로 고주파 대역에서 양호한 차단주파수 특성을 갖는 필터로서는 캐비티 필터(Cavity Filter)가 주지되어 왔으며, 특히 도1에 나타낸 바와 같은 주파수대역을 사용하는 통신시스템에 있어서는 품질계수(Q value)값이 20,000이상인 공진기를 구비하여 구성되는 캐비티 필터가 사용되고 있다.

그러나, 상기한 캐비티 필터는 기계적인 구조의 대형 공진기를 이용하여 주파수필터링을 실행하도록 되어 있기 때문에 필터의 크기가 크고 무거우며, 특히 제조공정이 까다롭고 제조가격이 많이 든다는 문제가 있게 된다.

특히, 최근에 이르러 양질의 통신서비스를 요구하는 수요자의 요구가 증가되면서 한정된 지역이나 공간에 대하여 활용가능한 소형중계기에 대한 개발이 진행되고 있는데, 이러한 소형중계기는 그 사용특성상 그 설치공간이 작게 제한되고, 또한 적은 수의 가입자를 대상으로 주파수송수신기능을 수행하게 되기 때문에, 종래와 같이 고가이면서도 크기가 매우 큰 캐비티 필터를 사용하기에는 적합하지 않다는 문제가 있게 된다.

이에, 본 발명은 상기한 사정을 감안하여 창출된 것으로서, 크기가 작고 가벼운 유전체 공진기를 이용하여 고주파용 대역통과 필터를 구현함에 그 목적이 있다.

도1은 일반적으로 통신망사업자에게 할당되는 주파수할당 예 및 대역통과필터의 필터링특성을 개략적으로 나타낸 도면.

도2는 일반적인 유전체공진기의 구성 및 그 등가회로를 나타낸 도면

도3은 본 발명의 1실시예에 따른 대역통과 필터의 개략적인 구성을 나타낸 구성도.

도4는 도3에 도시된 유전체필터(20)의 등가회로를 나타낸 회로도.

도5는 도3에 도시된 대역통과필터의 필터링특성을 나타낸 도면.

도6은 도3에 도시된 대역통과필터의 제 1구현예를 나타낸 구조도.

도7은 도3에 도시된 대역통과필터의 제 2구현예를 나타낸 구조도.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

10 : PCB(Printed Circuit Board), 11,12 : 접속플레이트,

13,14 : 노브, 100 : 접지영역,

101 : 도전영역, 20,30 : 유전체필터,

21∼27 : 유전체공진기, 201 : 단자핀,

202 : 유전체 기판, 203 : 도전편,

204 : 접속단자, 205 : 금속케이스,

206 : 절개홈,

C : 콘덴서, L : 인덕터.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1관점에 따른 유전체 공진기를 이용한 고주파용 대역통과필터는 신호입력단과 신호출력단 사이에 제1 및 제2 유전체 필터가 직렬로 결합되고, 상기 신호입력단 및 신호출력단과 유전체 필터와의 접속노드와 상기 제1 및 제2 유전체 필터간의 접속노드는 인덕터를 통해 접지되어 구성되며, 상기 제1 및 제2 유전체 필터는 각각 다수개의 유전체 공진기가 각각 콘덴서를 통해서 병렬결합되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 제2 관점에 따른 유전체 공진기를 이용한 대역통과필터는 접지영역과, 이 접지영역내에서 그 접지영역과 절연적으로 설치되는 제1 내지 제3 도전영역을 구비하는 기판과, 상기 기판의 측면에 설치됨과 더불어 상기 제1 또는 제3 도전영역과 전기적으로 결합되는 제1 및 제2 노브, 각각 입출력용 접속단자를 갖춤과 더불어 각 접속단자가 상기 제1 및 제2 도전영역과 제2 및 제3 도전영역 사이에 각각 전기적으로 결합되는 제1 및 제2 유전체 필터 및, 상기 제1 내지 제3 도전영역과 접지영역 사이에 각각 전기적으로 결합되는 제1 내지 제3 인덕터를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 유전체 필터는 다수의 유전체 공진기와, 상기 유전체 공진기의 수효에 대응하는 도전편이 설치됨과 더불어 각 도전편에 각각 상기 유전체 공진기의 단자핀이 전기적으로 결합된 유전체 기판 및, 상기 유전체 공진기와 유전체 기판을 삽입하기 위한 금속케이스를 구비하여 구성되고, 상기 금속케이스는 유전체 공진기의 몸체와 전기적으로 결합되면서 그 하측에 절개홈을 구비하고, 상기 유전체 기판에 결합된 접속단자가 상기 절개홈을 통해 외부로 인출되어 구성된 것을 특징으로 한다.

상기한 구성으로 된 본 발명에 의하면, 다수개의 유전체공진기를 구비하여 구성되는 유전체필터를 위상매칭을 통해 2단으로 직렬결합함으로써, 종래의 캐비티필터에 의해 얻어지는 주파수차단효과를 가지면서, 캐비티필터에 비해 소형화 및 경량화된 고주파용 대역통과필터를 구현할 수 있게 된다.

우선, 본 발명의 기본적인 개념에 대하여 설명한다.

현재, 세라믹 유전체를 이용하는 유전체 공진기가 개발되어 사용되고 있다. 이러한 유전체 공진기는 기본적으로 1/4λ TEM모드의 세라믹 공진기로서 구성되는 바, 이 세라믹 공진기에 대해서는 대한민국 특허공고 96-3568, 6461, 6462호 및 실용신안공고 96-7201호에 상세하게 기술되어 있다. 상기한 유전체 공진기는 등가적으로 도2에 나타낸 바와 같이 콘덴서(C)와 인덕터(L) 및 저항(R)의 병렬결합구조로 표시되고, 이때 인덕턴스(L)와 용량(C) 및 저항(R)값은 다음 수학식으로 표시된다.

단, 상기 수학식1 내지 수학식4에서는 특성임피던스이고, c는 광속도,는 유전체의 유전률, Q는 품질계수, W는 유전체 공진기(1)의 폭, d는 유전체 공진기(1)의 홀의 지름이다.

한편, 상기한 세라믹 유전체를 이용한 TEM 모드 공진기는 그 품질계수(Q)값이 최대 1,200정도를 갖기 때문에 20,000이상의 품질계수값을 갖는 캐비티 필터와 같이 양호한 주파수차단특성을 갖기 위해서는 다수개의 유전체 공진기를 결합시키는 것이 필요하게 된다. 그런데, 다수의 공진기를 결합시키는 경우에는 공진기 상호간의 특성매칭에 어려움이 있기 때문에 7단 이상의 유전체 공진기를 결합시키는 것은 현재의 기술로서는 어려운 것으로 여겨지고 있다.

본 발명에 있어서는 도 3에 나타낸 바와 같이 제1 및 제2 접속단자(11, 12), 즉 입출력포트에 대하여 다수개, 예컨대 7개의 유전체 공진기를 구비하는 유전체 필터(20, 30)를 직렬로 결합하고, 상기 제1 및 제2 접속단자(11, 12)와 유전체 필터(20, 30)의 사이와, 상기 유전체 필터(20, 30)의 사이에 위상 매칭을 위한 인덕터(L1∼L3)를 결합시킴으로써 총 14단의 유전체 공진기를 구비하는 대역통과 필터를 구성하게 된다.

그리고, 상기 각 유전체 필터(20, 30)는 도4에 나타낸 바와 같이 하나의 유전체 공진기(21, 22, …, 27)에 의해 구현되는 LC공진회로를 각각 콘덴서(C1∼C8)를 통해서 병렬로 결합시킴으로써 급격한 주파수차단특성을 가지는 체비셰브(Chebyshev) 방식으로 결합하게 된다.

즉, 본 발명에 있어서는 각각 예컨대 7단의 유전체 공진기(21∼27)로 구성됨과 더불어 각 유전체 공진기가 급격한 주파수차단특성을 갖는 체비셰브 방식으로 결합된 2개의 유전체 필터(20, 30)를 위상매칭용 인덕터(L1∼L3)를 통해 직렬로 결합함으로써, 전체적으로 총 14단의 유전체 공진기를 구비하는 주파수차단특성이 매우 양호한 고주파 대역통과 필터를 구현하게 된다.

도5는 상기한 구성을 통해서 얻어지는 본 발명에 따른 대역통과필터의 주파수특성을 나타낸 도면으로서, 도면에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 대역통과 필터는 양 측대역(Side Band)에서의 차단주파수특성이 매우 양호함을 알 수 있다. 또한, 상기 주파수특성곡선은 중심주파수가 892.14㎒이고 통과주파수대역이 892.29∼895.99㎒인 경우를 예로 들은 것으로, 상기 중심주파수와 통과주파수대역은 각 유전체 공진기의 인덕턴스 및 용량값과 위상매칭용 인덕터의 인덕턴스 값을 조정하는 것으로 변경 설정할 수 있게 된다.

이하, 본 발명에 따른 실시예를 설명한다.

도면에서, 참조번호 10은 PCB(Printed Circuit Board) 기판으로서, 이 PCB기판(10)상에 빗금을 쳐서 나타낸 부분은 도전체의 의해 도포된 영역을 나타낸다. 그리고, 상기 도전체 영역에서 참조번호 100으로 표시된 영역은 접지영역을 나타내고, 101(101a, 101b, 101c)은 도전영역(신호라인)을 나타낸다.

한편, 상기 PCB 기판(10)의 양측면에는 상기 PCB 기판(10)의 접지영역(100)과 납땜 등을 통해 전기적으로 접속되는 접지 플레이트(11, 12)가 설치되고, 이 접지 플레이트(11, 12)를 관통하면서 본 대역필터를 외부장치(도시되지 않음)와 전기적으로 결합하기 위한 노브(13, 14)가 설치되어 있다. 그리고, 이 노브(13, 14)로부터 결합핀이 돌출되면서 이 결합핀은 각각 상기 PCB 기판(10)상의 도전영역(101a, 101c)과 납땜 등을 통해 전기적으로 결합되어 있다.

그리고, 상기 도전영역(101a)과 도전영역(101b)의 사이에는 제1 유전체 필터(20)가 전기적으로 결합되고, 도전영역(101b)과 도전영역(101c)의 사이에는 제2 유전체 필터(30)가 전기적으로 결합되면서, 상기 도전영역(101a∼101c)과 접지영역(100)의 사이에는 인덕터(L1∼L3)가 납땜 등을 통해 전기적으로 결합되어 있다.

한편, 상기 제1 및 제2 유전체 필터(20, 30)는 각각 상술한 바와 같이 예컨대 7개의 유전체 공진기(21∼27)를 구비하여 구성되고, 상기 유전체 공진기(21∼27)의 각 단자핀(201)은 유전체 기판(202) 상에 설치된 도전편(203)에 납땜 등을 통해 전기적으로 결합되어 있다. 특히, 상기 도전편(203)은 유전체 기판(202)에 소정의 간격을 두고 배치되어 인접한 도전편(203)과 그 사이에 위치하는 유전체 기판(202)은 각각 콘덴서(도4에서 C2∼C7)를 구성하게 된다. 그리고, 상기 유전체 기판(202)의 양 측면 하부에는 유전체 필터(20, 30)를 상기 PCB 기판(10) 상의 도전영역(101)에 전기적으로 결합시키기 위한 접속단자(204)가 설치되어 있는 바, 이 접속단자(204)는 유전체 기판(202)을 통해 도전편(203)과 용량결합되어 도4에서의 콘덴서(C1, C8)를 형성하게 된다.

이어, 상기 유전체 공진기(21∼27)와 유전체 기판(202)은 금속 케이스(205)에 삽입되어 PCB 기판(10)상에 설치되게 되는데, 이때 상술한 바와 같이 상기 유전체 기판(202)의 하면에 설치되는 접속단자(204)는 금속케이스(205)의 후면 하측에 마련된 절개홈(206)을 통해 돌출되어 PCB 기판(10)상의 도전영역(101)에 전기적으로 결합되게 되고, 상기 유전체 공진기(21∼27)의 몸체에 도포된 도전막은 상기 금속케이스(205)를 통해 PCB 기판(10)상의 접지영역(100)과 전기적으로 결합되게 된다.

즉, 상기한 구성에 있어서는 도3 및 도4에서 설명한 바와 같이, 제1 및 제2 유전체 필터(20, 30)가 PCB 기판(10)상의 도전영역(101a, 101b, 101c)을 통해 양 노브(13, 14) 사이에 직렬로 접속되고, 각 접속노드에 해당하는 도전영역(101a, 101b, 101c)과 PCB 기판(10) 상의 접지영역(100) 사이에는 각각 인덕터(L1∼L3)가 전기적으로 결합되게 된다.

그리고, 상기 각 유전체 필터(20, 30)는 다수의 유전체 공진기(21∼27)가 병렬로 결합되면서, 각 결합노드가 유전체 기판(202)을 통해서 용량결합됨으로써 유전체 필터는 전반적으로 체비셰브방식으로 결합되게 된다.

따라서, 상기한 실시예에 있어서는 간단한 구조 및 구성으로서 소형의 고주파 대역필터를 구현할 수 있게 된다.

또한, 도7은 도3 및 도4에 나타낸 본 발명에 따른 고주파 대역통과 필터를 구현한 구성을 나타낸 구조도로서, 도6에서는 PCB 기판(10) 상에 유전체 필터(20, 30)와 노브(13, 14)를 일렬로 결합하여 고주파 대역통과 필터를 구성한 것에 대하여 본 실시예에 있어서는 노브(13, 14)와 유전체 필터(20, 30)를 'ㄷ'자 형상으로 배치한 것이다.

도7에 나타낸 구성에 의하면, 유전체 필터(20, 30)가 일렬로 배치되지 않고 PCB 기판(10) 상에 상하로 배치되게 되므로, 고주파 대역통과 필터의 길이방향으로의 크기를 더욱 축소할 수 있게 된다.

또한, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 다양하게 변형시켜 실시할 수 있게 된다. 본 발명은 본 명세서에 기재되어 특허청구범위에 의해서만 한정될 수 있을 것이다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 다수개의 유전체공진기를 구비하여 구성되는 유전체필터를 위상매칭을 통해 2단으로 직렬결합함으로써, 종래의 캐비티필터에 의해 얻어지는 주파수차단효과를 가지면서, 캐비티필터에 비해 소형화 및 경량화된 고주파용 대역통과필터를 구현할 수 있게 된다.

Claims (3)

1. 접지영역과, 이 접지영역내에서 그 접지영역과 절연적으로 설치되는 제1 내지 제3 도전영역을 구비하는 기판과,

   상기 기판의 측면에 설치됨과 더불어 상기 제1 또는 제3 도전영역과 전기적으로 결합되는 제1 및 제2 노브,

   상기 제1 및 제2 도전영역과 제2 및 제3 도전영역 사이에 각각 전기적으로 결합되는 제1 및 제2 유전체 필터 및,

   상기 제1 내지 제3 도전영역과 접지영역 사이에 각각 전기적으로 결합되는 제1 내지 제3 인덕터를 구비하여 구성되고,

   상기 제1 및 제2 유전체필터는 각각 다수의 유전체공진기와, 상기 유전체공진기의 수효에 대응하는 도전편이 설치됨과 더불어 각 도전편에 각각 상기 유전체공진기의 단자핀이 전기적으로 결합된 유전체기판 및, 상기 유전체공진기와 유전체기판을 삽입하기 위한 금속케이스로 구성되되, 이 금속케이스는 유전체공진기의 몸체와 전기적으로 결합되면서 그 하측에 절개홈을 구비하여 상기 유전체기판에 결합된 접속단자가 상기 절개홈을 통해 상기 제1 내지 제3 도전영역에 결합되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 유전체 공진기를 이용하는 고주파용 대역통과필터.
2. 제3항에 있어서,

   상기 제1 및 제2 노브는 기판의 양 측면에 설치되고, 상기 제1 및 제2 유전체 필터는 상기 제1 및 제2 노브 사이에 일렬로 배치되는 것을 특징으로 하는 유전체 공진기를 이용한 고주파용 대역통과필터.
3. 제3항에 있어서,

   상기 제1 및 제2 노브는 기판의 동일 측면에 설치되고, 상기 제1 및 제2 노브와 제1 및 제2 유전체 필터가 기판상에 'ㄷ'자 형상으로 배치되어 구성된 것을 특징으로 하는 유전체 공진기를 이용한 고주파용 대역통과필터.