KR100335108B1 - 마이크로파 필터 - Google Patents

Abstract

무선통신시스템에서 원하는 대역의 신호만 선별하여 통과시키는 마이크로파 필터에 관한 것으로, 기판 상부에 다수개의 피드라인 및 공진기를 가지고, 기판 하부에는 접지면을 갖는다. 여기서, 각 공진기는 커플링(coupling)된 미엔더 라인(meander line)으로 이루어지고, 미엔더 라인의 분절(section) 수는 3개 이상으로 한다. 또한, 공진기는 인접하는 공진기와 서로 대칭되어 배열되며, 피드라인은 양 끝단의 공진기 일측에 형성되고 공진기에 평행하게 일정간격 떨어져 커플링된다. 이와 같이 구성되는 본 발명은 작은 크기로 제작이 가능하며, 슈도-엘립틱 특성과 같이 우수한 전송 특성을 갖는 장점이 있다.

Description

마이크로파 필터{microwave filter}

본 발명은 무선통신시스템에서 원하는 대역의 신호만 선별하여 통과시키는 마이크로파 필터에 관한 것이다.

고온초전도 박막을 이용하여 만든 소형 마이크로스트립 필터는 가파른 스커트(skirt) 특성 및 강한 아웃-오브-밴드 리젝션(out-of-band rejection) 특성을 지니고 있어서 다른 주파수 영역과의 간섭을 배제할 수 있다.

또한, 고온초전도 필터는 저 손실 전송 특성, 저온 동작에 의한 증폭기의 잡음 감소 등을 통해 시스템의 잡음 지수(noise figure)를 현저하게 향상시킬 수 있다.

최근 미국에서는 셀룰러(cellular), PCS, GSM 등의 무선통신서비스 기지국용 고온초전도 RF 수신기 전단 시스템(RF receiver front-end subsystem)을 개발하여 현장에서 시험하고 있다.

이 시스템은 고온초전도 마이크로스트립 필터와 저잡음 증폭기(LNA)를 냉동기 안에 일체로 내장한 것이며, 기존 시스템에 비해 뛰어난 간섭(interference) 제거 특성과 초저잡음 특성을 보여주고 있다.

PCS 등 무선통신 시장에서 요구하는 필터는 대역폭 1% 이하인 경우가 많다.

이러한 협대역 마이크로스트립 필터를 만들기 위해서는 공진기 사이의 커플링(coupling)을 작게 해 주어야 한다.

일반적으로 공진기 사이의 커플링은 거리에 따라 천천히 감소하므로 커플링이 작아지려면 공진기 사이의 간격을 넓게 만들어주어야 한다.

이것은 필터의 크기가 커져야 함을 의미한다.

그러나, 통상적인 방법에 의해 제작 가능한 고온초전도 박막의 크기는 약 2 ∼ 3 인치 정도이다.

한정된 크기의 웨이퍼 안에 많은 폴(pole)을 가진 필터를 만들기 위해서는 공진기의 형태를 적절히 선택해야 한다.

종래의 필터는 반파장 공진기를 사용하거나 반파장 공진기를 다시 반으로 접은 헤어핀 형 공진기를 사용하였다.

만약, 이보다 더 작은 공진기를 이용한다면 필터를 훨씬 더 작게 만들 수 있을 것이다.

또한, 필터 제작 시, 체비세프(chebyshev) 방식이 아닌 엘립틱(elliptic) 방식이나 슈도-엘립틱(pseudo-elliptic) 방식을 이용하면 같은 수의 공진기를 가지고 훨씬 좋은 스커트 특성을 얻을 수 있다.

그러므로, 향후에는 슈도-엘립틱 방식과 같이 우수한 스커트 특성을 가지면서 작은 크기의 필터가 요구될 것이다.

본 발명의 목적은 크기가 작으면서도 우수한 전송 특성을 갖는 마이크로파 필터를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 마이크로파 필터를 보여주는 평면도 및 단면도

도 2는 본 발명과 여러 형태의 5폴로 이루어진 필터들의 전송 특성을 비교한 그래프

도 3은 본 발명에 따른 12폴 마이크로파 필터의 전송 특성을 보여주는 그래프

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 기판 2 : 접지면

3 : 피드라인 4 : 공진기

5 : 연결패드

본 발명에 따른 마이크로파 필터는 기판 상부에 다수개의 피드라인 및 공진기를 가지고, 기판 하부에는 접지면을 갖는다.

여기서, 각 공진기는 커플링(coupling)된 미엔더 라인(meander line)으로 이루어지고, 미엔더 라인의 분절(section) 수는 3개 이상으로 한다.

또한, 공진기는 인접하는 공진기와 서로 대칭되어 배열되며, 피드라인은 양 끝단의 공진기 일측에 형성되고 공진기에 평행하게 일정간격 떨어져 커플링된다.

이와 같이 구성되는 본 발명은 미엔더 라인 공진기의 크기가 작으므로 작은크기로 제작이 가능하며, 슈도-엘립틱 특성과 같이 우수한 전송 특성을 갖는 장점이 있다.

본 발명의 다른 목적, 특징 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 마이크로파 필터를 보여주는 평면도 및 단면도로서, 도 1에 도시된 바와 같이 기판(1), 접지면(2), 피드라인(3), 공진기(4), 연결패드(5)로 구성된다.

여기서, 기판(1)은 LaAlO₃, MgO 등과 같은 물질로 이루어지며, 필터와 필터 패키지와의 접지를 강화하기 위한 접지면(2)은 YBa₂Cu₃O_7-δ등의 초전도체로 이루어지고 그 위에 금 박막(6)이 형성된다.

피드라인(3)과 공진기(4)는 초전도체로 만들어져 있으며, SMA 커넥터 등의 마이크로파 연결 소자와 연결하기 위하여 YBa₂Cu₃O_7-δ등의 초전도체 피드라인 위에 금 박막을 형성하여 연결패드(5)를 만든다.

그리고, 공진기(4)의 모양은 미엔더 라인(meander line)으로 이루어지는데, 이 미엔더 라인의 분절(section)의 수는 3개 이상으로 한다.

여기서, 각 미엔더 라인 공진기(4)는 인접하는 공진기(4)와 서로 대칭되어 배열된다.

이러한 공진기(4)의 대칭성은 슈도-엘립틱 방식의 전송 특성과 같이 통과 대역 양 끝단에서 두 개의 부가적인 폴(pole)들을 발생시킨다.

이와 같이, 통과 대역의 중심 주파수와 폴의 위치는 각 공진기의 미엔더 라인의 분절 길이와 미엔더 라인의 분절간의 간격에 의해 결정된다.

또한, 원하는 사양에 따라 공진기 숫자의 조절이 가능하며, 공진기 간의 간격 또한 어떤 형태의 필터를 제작할 것인가에 의해 결정된다.

하지만, 도면에서는 편의상 공진기의 개수를 줄여 나타내었다.

도 2는 본 발명과 여러 형태의 5폴로 이루어진 필터들의 전송 특성을 비교한 그래프이다.

여기서, a 그래프는 본 발명에 따른 마이크로파 필터의 전송 특성을 보여주는 그래프이고, b 그래프는 코어(cauer) 방식에 따른 마이크로파 필터의 전송 특성을 보여주는 그래프이며, c 그래프는 체비세프(Chebyshev) 방식에 따른 마이크로파 필터의 전송 특성을 보여주는 그래프이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 같은 개수의 공진기로 가장 좋은 스커트(skirt) 특성을 보이는 것이 코어 방식이다.

그러나, 이 방식을 실제 마이크로스트립 필터로 구현하는 것은 거의 불가능하다.

마이크로스트립 필터로 구현하기 가장 쉬운 것은 체비세프 방식이다.

하지만, 본 발명은 체비세프 방식과 같이 마이크로스트립 필터를 구현하기가 쉬우면서도 훨씬 뛰어난 스커트 특성을 보이는 것을 알 수 있다.

따라서, 본 발명은 도 2에서 보는 바와 같이 간단하게 작은 크기로 마이크로스트립 필터를 구현하면서도 코어 방식에 가까운 전송 특성을 보여준다.

즉, 본 발명이 코어 방식에 가까운 전송 특성을 보여준다는 것은 원하지 않는 신호를 더 잘 차단시킬 수 있다는 것을 의미한다.

도 3은 본 발명에 따른 12폴 마이크로파 필터의 전송 특성을 보여주는 그래프이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명은 통과 대역 내에서 약 0.5dB 정도의 작은 입력 손실을 보여주고, 통과 대역 대 중심 주파수의 비로 정의되는 프랙션얼 밴드폭(fractional bandwidth)이 약 0,5% 정도의 아주 좁은 통과 대역을 보여주며, 약 40dB/MHz 정도의 아주 가파른 스커트 특성을 보여 준다.

이러한 특성들은 기존 필터와 비교해 볼 때 매우 우수하다는 것을 알 수 있다.

이와 같이, 본 발명을 이용하면 우수한 특성을 지닌 마이크로파 필터를 제작할 수 있으며, 또한 이 필터를 셀룰러(cellular), PCS, IMT2000, LMDS등의 무선통신 기지국에 장착하면 시스템의 성능을 향상시킬 수 있다.

본 발명에 따른 마이크로파 필터는 다음과 같은 효과가 있다.

본 발명은 2개 이상의 분절을 갖는 미엔더 라인으로 이루어진 공진기를 대칭적으로 배열함으로써, 슈도-엘립틱 특성과 같이 우수한 전송 특성을 나타낸다.

그리고, 본 발명은 미엔더 라인 공진기를 이용하므로 인더디지탈 필터나 헤어핀 필터에 비해 필터가 차지하는 면적을 줄일 수 있는 장점이 있으며, 공진기의 미엔더 라인 분절들간의 간격을 변화시킴으로써, 필터의 특성을 추가적으로 변화시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 필터의 구조가 일정하고 매우 간단하여 필터 설계 시 빠른 시뮬레이션이 가능할 뿐만 아니라, 필터의 형태가 평면형이기 때문에 필터를 제조하기가 쉽다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.

Claims (6)

1. 기판 상부에는 다수개의 피드라인 및 공진기를, 기판 하부에는 접지면을 갖는 마이크로파 필터에 있어서,

   상기 각 공진기는 커플링(coupling)된 미엔더 라인(meander line)으로 이루어지고, 상기 미엔더 라인의 분절(section) 수는 3개 이상인 것을 특징으로 하는 마이크로파 필터.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 공진기는 인접하는 공진기와 서로 대칭되어 배열되는 것을 특징으로 하는 마이크로파 필터.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 피드라인은 상기 양 끝단의 공진기 일측에 형성되고, 상기 공진기에 평행하게 일정간격 떨어져 커플링되는 것을 특징으로 하는 마이크로파 필터.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 피드라인은 외부와의 입출력을 위한 연결패드에 연결되는 것을 특징으로 하는 마이크로파 필터.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 공진기, 피드라인, 접지면은 초전도체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로파 필터.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 접지면 위에는 금 박막이 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로파 필터.