KR100363787B1

KR100363787B1 - 일체형 유전체 듀플렉서 필터

Info

Publication number: KR100363787B1
Application number: KR1019990057603A
Authority: KR
Inventors: 하종수; 윤혁준; 김철호
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 1999-12-14
Filing date: 1999-12-14
Publication date: 2002-12-11
Also published as: KR20010056166A

Abstract

본 발명은 크기나 공정수를 증가시키지 않으면서 중심주파수의 기수배에 해당하는 고조파를 감쇄시킬 수 있어 스퓨리어스 특성이 효과적으로 개선된 일체형 유전체 듀플렉서 필터에 관한 것으로, 이는 서로 대향하는 상면과 하면 및 상기 상면과 하면 사이의 측면으로 이루어지고, 상기 하면과 측면의 적어도 일부분이 도전물질로 도포된 유전체 블럭과, 상기 유전체블럭의 상면과 하면을 대략 평행하게 관통하며 그 내부의 적어도 일부분이 도전물질로 도포되어 공진기를 형성하는 복수의 공진홀과, 신호의 입출력을 위한 주선로와 상기 주선로 실질적으로 평행하게 배치되며 그 일단이 주선로에 연결되는 돌출선로로 이루어져, 상기 유전체블럭 측면의 도전물질과 절연된 전극영역으로 이루어지고 상기 공진홀과 전자기적인 커플링을 형성하는 하나 이상의 입출력전극으로 이루어진다.

Description

일체형 유전체 듀플렉서 필터{DIELECTRIC DUPLEXER FILTER}

본 발명은 일체형 유전체 듀플렉서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 크기나 공정수를 증가시키지 않으면서 스퓨리어스 특성이 효과적으로 개선된 일체형 유전체 듀플렉서 필터에 관한 것이다.

듀플렉서 필터(duplexer filter)는 초고주파 대역의 전파를 이용하는 이동통신 단말기에 사용되는 부품으로서, 하나의 안테나를 통해 송수신이 가능하도록 하는 기능을 제공하는 것이며, 이동통신 단말기의 소형화추세에 맞추어, 듀플렉서 필터에서도 크기를 최대한 줄이면서 원하는 필터링특성을 얻는 것이 가장 중요한 관건이 되고 있다.

그리고, 듀플렉서 필터는 앞서 서술한 바와 같이, 하나의 안테나를 통해 송신과 수신이 가능하도록 하기 위해서, 송신단필터와 수신단필터로 이루어지는데, 수신단필터는 수신주파수에 대해 통과특성을 가지며 송신주파수에 대해서 저지특성을 갖는 반면, 송신단필터는 송신주파수에 대해서 통과특성을 갖고 수신주파수에 대해서는 저지특성을 갖도록 구성되며, 일체형 유전체 듀플렉서 필터는 하나의 유전체블럭에 상기 송신단필터와 수신단필터가 구현된 것을 말한다.

도 1은 이러한 일체형 유전체 듀플렉서 필터의 기본적인 구성을 나타내는 사시도이다.

도 1에 도시된 일체형 유전체 듀플렉서 필터는 대략 정육면체 형상의 유전체블럭(1)에 구현되며, 송신필터링영역(10)과 수신필터링영역(20)으로 구분되는 2개의 영역을 보유한다. 유전체블럭(1)은 서로 대향하는 상면과 하면, 그리고 상면과 하면을 잇는 다수의 측면을 갖는 것으로, 상기 상면을 제외한 전 표면에 도전물질이 도포되어 이루어진 접지전극(5)이 형성되고, 상기 도전물질이 도포되지 않은 상면, 즉 개방면(3)과 그 대향면(즉, 하면)을 관통하는 복수개의 공진홀(7)을 일정 간격으로 평행하게 배열되어 있고, 공진홀(7)의 내부 표면 역시 도전물질로 도포되어 공진기를 형성한다.

그리고, 개방면(3)의 공진홀(7) 주위에 도체패턴(9)를 각각 형성한다. 이 도체패턴(9)은 공진홀(7)의 내부 전극과 연결되어 공진홀(7)과 유전체블럭(1)의 접지전극(5) 사이에 부하캐패시턴스(loading capacitance)를 형성하고, 인접하는 공진홀(7) 사이에는 결합캐패시턴스(coupling capacitance)를 형성한다.

상기 공진홀(7)의 길이와 부하캐패시턴스에 의해 공진기의 공진주파수가 결정되며, 상기 결합캐패시턴스는 각 공진기간을 결합한다. 또한 안테나와 송수신부와의 신호입출력을 위해, 송신영역(10)과 수신영역(20) 각각에 도체패턴으로 이루어진 입출력단자(12a, 12b)가 형성되어 있어 신호를 송수신하고, 상기 송신영역(10)과 수신영역(20)의 사이에는 안테나단자(12c)가 형성되어 있다.

보통 무선통신은 특정한 주파수대의 신호를 사용하기는 하지만, 개방된 공동 공간상에 존재하는 무수히 많은 다른 주파수대의 전파들과의 상호작으로 이동통신기기의 전체적인 수신감도가 열화되며, 또한 무선통신 시스템 내부에서도 송수신 주파수이외에 중간주파수, 국부발진주파수, 클럭주파수등 다른 여러 주파수신호가 존재하기 때문에, 이러한 신호간의 상호작용에 의해 비선형성에 의한 다수의 측대파나 사용주파수의 2배, 3배의 고조파가 발생되며, 이러한 부착적으로 발생된 신호들이 송수신시스템의 감도를 저하시키게 된다.

따라서, 상술한 바와 같이 구성된 듀플렉서 필터의, 송신영역(10)은 송신에 사용되는 주파수대역 이외의 스퓨리어스 감도(spurious response)를 제한하는 것이며, 수신영역(20)은 수신부의 스퓨리어스 감도(spurious response)를 감쇄시키면서, 수신부의 저잡음 증폭기(LNA)와 주파수혼합기로 인가되는 주파수스펙트럼의 대역폭을 수신대역 이내로 제한하여 상호변조왜곡(intermodulation distortion)을 줄이고, 또한, 국부발진기에서 안테나로의 역방향 누설전력(backward leakage power)를 제한하는 기능을 한다.

그리고, 상기와 같은 특성을 향상시키기 위해서, 종래에는 일체형 유전체 필터의 도 1에 도시된 도체패턴(9) 사이에 접지전극(5)에 연결된 커플링패턴을 형성하거나, 공진홀(7)의 배열방향으로 접지전극(5)에 연결되지 않는 커플링패턴을 형성거나, 각 패턴의 형상을 변형하거나 하였다.

그런데, 크기를 작게 하기 위해서, 1/4 파장의 공진기를 사용하는 경우, 중심주파수의 기수배 공진특성이 기본적으로 존재하기 때문에, 중심주파수의 기수배에 해당하는 대역의 고조파를 충분히 억제하지 못한다는 문제점이 나타났다.

이에, 지금까지는 상기 중심주파수의 기수배에 해당하는 고조파를 억제하기 위하여, 별도의 저역통과필터를 추가적으로 삽입하여 스퓨리어스 감도를 억제하여 주거나, 저잡음 증폭기의 이득을 적절히 제한하여 스퓨리어스 응답특성을 낮추거나, 기타 다른 능동소자의 성능을 제한하거나 하였는데, 이는 다른 소자를 이용하는 보완책에 불가한 것이지, 듀플렉서 필터 자체의 스퓨리어스 특성을 개선하는 근본적인 해결책이 아니라는데 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 크기나 공정수를 증가시키지 않으면서 중심주파수의 기수배에 해당하는 고조파를 감쇄시킬 수 있어 스퓨리어스 특성이 효과적으로 개선된 일체형 유전체 듀플렉서 필터를 제공하는 것이다.

도 1은 유전체 듀플렉서필터의 일실시예를 보이는 사시도이다.

도 2는 본 발명에 의한 일체형 유전체 듀플렉서에 적용되는 스퍼라인필터를 설명하기 위한 도면이다.

도 3은 본 발명에 따른 일체형 유전체 듀플렉서 필터의 일실시예를 도시한 사시도이다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예로서 일체형 유전체 필터를 도시한 사시도이다.

도 5는 본 발명에 따른 일체형 유전체 듀플렉서 필터의 특성그래프이다.

도 6은 입출력전극의 변형예를 보이는 정면도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

30, 40 : 유전체블록 31, 41 : 접지전극

32, 42 : 개방면 33, 43 : 공진홀

34, 44 : 커플링전극 35, 37, 45, 46 : 입출력전극

36 : 안테나전극

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 구성수단으로서, 본 발명에 의한 일체형 유전체 듀플렉서 필터는 서로 대향하는 상면과 하면 및 상기 상면과 하면 사이의 측면으로 이루어진 유전체 블럭과,상기 유전체 블럭의 상면을 제외한 하면 및 측면상에 형성되는 접지전극과,

상기 유전체블럭의 상면과 하면을 대략 평행하게 관통하며 그 내부의 적어도 일부분이 도전물질로 도포되어 공진기를 형성하는 복수의 공진홀과,

신호의 입출력을 위한 주선로와 상기 주선로 실질적으로 평행하게 배치되며 그 일단이 주선로에 연결되는 돌출선로로 이루어져, 상기 유전체블럭 측면의 도전물질과 절연된 전극영역으로 이루어지고 상기 공진홀과 전자기적인 커플링을 형성하는 하나 이상의 입출력전극 및 안테나전극으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 설명한다.

종래 기술에서 설명한 바와 같이, 일체형 유전체 듀플렉서 필터는 기본적으로 1/4파장 공진기를 사용하기 때문에, 중심주파수의 기수배에 해당하는 고조파가 발생된다. 이와 같은, 중심주파수의 기수배에 해당하는 고주파를 충분히 억제해 주기 위해서는, 중심주파수대역에는 영향을 미치지 않고, 고조파가 발생하는 대역, 즉 중심주파수보다 충분히 높은 주파수 대역에서의 신호 통과를 억제하는 수단이 필요하다. 또한, 이때, 듀플렉서 필터의 구현하는데 있어, 듀플렉서 필터의 크기나 제조 공정수는 늘리지 않도록 하는 것이 최선인 것은 자명하다.

본 발명에서는, 이를 위하여 스퍼라인(spur-line)필터를 듀플렉서 필터에 적용하는 것을 고안하였다. 스퍼라인필터는 일종의 대역저지필터로서, 도 2의 (a)에 도시한 바와 같이, 마이크로스트립라인과 같은 전송선로(21)에 전자기적으로 결합하도록 ㄱ"모양의 홈을 파 주 전송선로(21)와 평행한 돌출선로(22)을 형성하여 구성하는 것이다.

이와 같이, 형성되는 마이크로스트립형태의 스퍼라인필터는 도 2b와 같은 등가회로로 표현될 수 있고, 이때 스퍼라인필터의 특성그래프는 도 2c와 같이 나타난다. 이때, 스퍼라인필터에서 감쇄시키는 저지대역(stop band)의 중심주파수(fo)는 상기 스퍼라인의 길이 a를 결정하는 주요한 요소이다.

즉, 상기 도 2에 도시한 기본적인 스퍼라인필터에 있어서, 상기 스퍼라인의 길이 a와 저지대역의 중심주파수(fo)와의 관계는 다음의 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.

상기에서, K_effo는 기수-모드 유효 유전상수(odd-mode effective dielectric constant)이고, Δl ₁은 스퍼라인의 종단과 메인 라인간의 간격 b에 기인한 유효 길이 연장(effective length extension)분이다. 상기로부터, 스퍼라인의 길이 a는 감쇄시키고자 하는 저지밴드의 중심주파수에 반비례하며, 스퍼라인의 종단과 메인 라인간의 간격 b에 비례한다.

본 발명은 이와 같이 동작하는 저지필터인 스퍼라인필터를 통과필터인 듀플렉서 필터에 적용하여, 원하는 신호에 대한 통과특성을 향상시키고자 하는 것이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 일체형 유전체 듀플렉서 필터는 서로 평행하게 마주보는 두 면과 그 두면을 잇는 다수의 측면을 갖는 유전체블럭(30)의 한면을 제외한 전면에 도전물질을 도포하여 된 접지전극(31)이 형성되어 있다. 그리고, 상기 접지전극(31)이 형성되지 않은 개방면(32)과 그에 대향하는 다른 면을 관통하여 서로 거의 평행하게 배열되고 내부 표면이 도전물질로 도포된 복수의 공진홀(33)이 형성되어 있다. 그리고, 상기 개방면(32)상에 복수의 공진홀(33)의 주위에 그 공진홀(33)의 내부 전극과 연결되는 도체패턴(34a)과 복수의 공진홀(33) 사이에 위치하고 접지전극(31)에 연결되는 도체패턴(34b)와 접지전극(31) 사이에 어떤 전극과도 연결되지 않는 도체패턴(34c)이 형성되어 있다.

또한, 상기 개방면(32) 상에는 송/수신부에 각각 연결되어 신호를 입출력하는 입출력단자(35, 37)와, 안테나에 연결되어 신호를 송수신하는 안테나단자(36)가 형성되는데, 상기 입출력단자(35, 37) 및 안테나단자(36)는 신호입출력을 위한 주선로(35a, 36a, 37a)와, 상기 주선로(35a, 36a, 37a)에 일단이 연결되며 실질적으로 평행하게 배치되는 돌출선로(35b, 36b, 37b)로 구성된다.

상기와 같은 입출력단자(35,37) 및 안테나단자(36)는, 간단하게, 도 1에 도시한 바와 같은 일체형 유전체 듀플렉서 필터에 있어서, 그 입출력단자 및 안테나단자의 전극을 상기 도 3에 도시한 바와 같이 각각 "ㄱ"형상으로 벗겨냄에 의해 형성될 수 있다. 실제 제조하는데 있어서는 입출력단자(35,37) 및 안테나단자(36)를 상기와 같은 형상이 되도록 인쇄하게 된다.

이때, 돌출선로(35b, 36b, 37b)는 상기 도 3에 도시된 형태로 한정되는 것이 아니고, 단지 각각 입출력전극(35, 37)와 안테나전극(36)에 한 쪽 끝이 연결되고, 다른 쪽 끝은 단락되는 형태이면 어떤 형태라도 관계없으며, 주선로(35a, 36a, 37a)와 서로 전자기적으로 결합할 수 있도록 충분히 가깝게 형성되면 된다.

상기에서 입출력전극(35, 37) 및 안테나전극(36)은 상기 개방면(32) 상에만 형성될 수 도 있고, 상기 개방면(32) 및 이 개방면(32)에 연결된 측면을 연결하여 형성될 수 있는 것으로, 이에 따라, 돌출선로(35b, 36b, 37b)는 개방면(32)상에만 형성할 수 있고, 개방면(32) 및 그 연결된 측면에 거쳐 형성할 수 도 있다.

이와 같이 구성된 일체형 유전체 듀플렉서 필터에서, 상기 입출력전극(35, 37) 및 안테나전극(36)는 상기 듀플렉서필터의 통과대역중심주파수(f0)의 첫번째기수 고조파인 3fO를 감쇄시키도록 설계된 것으로서, 돌출선로의 길이는 감쇄하고자 하는 주파수에 대해 수학식 1에 의하여 결정된다.

본 실시예에서는 듀플렉서 필터의 통과대역 중심주파수의 3배수 고조파에 대해서만 예를 들었으나, 꼭 이 주파수만을 감쇄시키는 것에 한정되지 않으며, 필요에 따라 감쇄하고자 하는 임의의 주파수에 대해 적용할 수 있다.

상기 입출력전극 및 안테나전극은 도 6의 (a)와 같이, 주선로(60)에 'ㄷ' 또는 'ㄹ'형상으로 일부 전극을 벗겨, 돌출선로(60a)를 형성할 수 도 있고, 도6의 (b)와 같이 주선로(60)의 내부를 "ㄷ"형상으로 벗겨내어, 돌출선로(70a)를 그 내부에 형성할 수도 있다.

이와 같이, 본 발명에 따른 대역저지특성을 갖는 입출력전극 및 안테나전극은 다양한 형상 변경이 가능하다.

도 4는 본 발명에 따른 듀플렉서 필터와 동일한 사상을 적용한 일체형 유전체 필터를 도시한 사시도이다. 도시된 바와 같이 일체형 유전체 필터는 한면을 제외한 전 면이 도전물질로 도포된 유전체블럭(40)으로 형성된다. 상기에서, 유전체블럭(40)의 표면에 도포된 도전물질에 의해 접지전극(41)이 형성된다.

그리고, 상기 유전체블럭(40)의 접지전극(41)이 형성되지 않은 한 면, 즉 개방면(42)과 그 대향면을 관통하며 서로 평행하게 배열되는 복수의 공진홀(43)이 형성되고, 상기 공진홀(43)은 그 내부가 상기 접지전극(41)과 연결되는 도전물질로 도포되어 공진기를 형성한다.

그리고, 개방면(42)에는 입출력전극(45, 46)이 형성되는데, 상기입출력전극(45,46)은 신호의 입출력을 위한 주선로(45a, 46b)와, 상기 주 선로(45a, 46b)에 한쪽 단이 연결되고 다른 쪽 끝은 단락되면서 평행하게 배치되는 돌출선로(45b, 46b)로 이루어진다.

상기 개방면(42) 상의 공진홀(43) 주위에는 홀 내부 전극과 연결되는 도체패턴(43)이 형성되어, 공진홀(43)간 및 접지전극(41)과의 캐패시턴스를 향상시킨다.

상기에서, 입출력전극(45, 46)에 형성되어 있는 돌출선로(45a, 46a)는 원하는 소정 대역의 주파수를 감쇄시키도록, 감쇄시키고자 하는 대역의 중심파장의 1/4길이로 이루어져, 신호의 입출력시, 원하지 않는 주파수대역의 신호를 감쇄시킨다.

도 5는 본 발명에 따른 일체형 유전체 듀플렉서 필터의 스퓨리어스 특성을 보이는 특성그래프로서, 점선으로 표시된 그래프는 종래 일체형 유전체 듀플렉서 필터의 특성그래프로서, 중심주파수(fc)는 886MHz로서, 이때 -2.13dB로 거의 감쇄되지 않는데 반하여, 그 고조파성분, 즉, 2fc인 1.788GHz대 와 3fc인 2.68GHz대에서도 감쇄율이 낮으며, 특히 기수배의 고조파성분 3fc인 2.68GHz 대에서는 중심주파수(fc)와 거의 비슷한 감쇄율을 갖는 것을 알수있다. 따라서, 실제 신호성분과 거의 같은 크기의 기수배 고조파성분에 의해 수신감도가 열화된다.

그러나, 본 발명에 의한 일체형 유전체 듀플렉서 필터를 살펴보면, 실선 그래프로 나타난 바와 같이, 중심주파수(fc)인 886MHz대에서는 감쇄율이 약 -2.1dB로서, 종래의 듀플렉서 필터와 같이 좋은 통과특성을 갖는 반면에, 그 고조파성분에 대해서는, 종래보다 훨씬 높은 감쇄율을 나타냄을 알 수 있다.

즉, 2배 고조파(2fc)에서는 약 -30dB의 감쇄율이 나타났고,기수배고조파(3fc)인 2.682GHz에 대해서는 -10dB 이상의 감쇄율이 나타났다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 특정 주파수대역에 대해서만 통과특성을 갖는 대역통과필터인 듀플렉서필터에 특정대역에 대해 감쇄특성을 갖는 대역저지필터인 스퍼라인필터를 적용하여, 듀플렉서필터의 원하지 않는 대역외 신호를 감쇄시켜 듀플렉서필터의 스퓨리어스 특성을 개선시키는 효과가 있으며, 특히, 듀플렉서필터 중심주파수의 기수배 고조파를 감쇄시키도록 듀플렉서필터에 스퍼라인필터를 형성함에 의해서, 1/4파장 공진기를 사용함에 의해서 기본적으로 발생하는 기수배 공진특성에 의해 기수배의 고조파를 다른 능동소자나 저역통과필터를 사용하지 않고, 자체적으로 충분히 억제시킬 수 있는 우수한 효과가 있다. 또한, 상기 스퍼라인필터를 안테나전극 및 입출력전극에 형성함에 의해서 크기나 공정수의 증가없이 원하는 효과가를 얻을 수 있게 된다.

Claims

서로 대향하는 상면과 하면 및 상기 상면과 하면을 연결하는 다수의 측면으로 이루어진 유전체 블럭과,

상기 유전체 블럭의 상면을 제외한 하면 및 측면상에 도포되는 접지전극과,

상기 유전체블럭의 상면과 하면을 대략 평행하게 관통하며, 그 내부의 적어도 일부분이 도전물질로 도포되어 공진기를 형성하는 복수의 공진홀과,

상기 유전체블럭 상면의 다수 공진홀 사이에 형성되고 상기 입출력전극에 일단이 연결되는 주선로와, 상기 주선로 실질적으로 평행하게 배치되며 그 일단이 상기 주선로에 연결되는 돌출선로를 포함하여 이루어진 둘 이상의 입출력전극 및 안테나전극으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 일체형 유전체 듀플렉서 필터.
제1항에 있어서, 상기 입출력전극에서 돌출선로의 길이 a는

(여기에서, f₀는 저지대역의 중심주파수, K_effo는 기수-모드 유효 유전상수(odd-mode effective dielectric constant), Δl ₁은 스퍼라인의 종단과 메인 라인간의 간격 b에 기인한 유효 길이 연장(effective length extension)분이다)

에 의해서 결정되는 것을 특징으로 하는 일체형 유전체 듀플렉서 필터.
제1항에 있어서, 상기 돌출선로는 주선로와의 사이에 유효한 전자기적 결합이 이루어지도록 근접하여 있는 것을 특징으로 하는 일체형 유전체 듀플렉서 필터.
제1항에 있어서, 상기 입출력전극의 돌출선로와 주선로는 "ㄱ" 형태의 도전물질이 없는 공간에 의해 분리되는 것임을 특징으로 하는 일체형 유전체 듀플렉서 필터.
제1항에 있어서, 상기 돌출선로는 주선로의 내부에 "ㄷ"형태로 전극의 일부를 벗겨냄에 의해서 형성함을 특징으로 하는 일체형 유전체 듀플렉서 필터.