KR100368035B1 - 다단 결합이 용이한 소형 단위 세라믹 공진기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소형 세라믹 공진기에 관한 것으로, 특히 각종 이동 통신 및 무선통신 기지국 또는 중계기 시스템에 필요한 GHZ 대역의 대역통과여파기나 듀플렉서에 사용되는 공진기로서 공진기간의 결합용량의 조정이 용이하고, 공진주파수의 튜닝이 용이하며, 손실계수가 작은 소형 세라믹 공진기에 관한 것이다.

본 발명은 고유전율의 세라믹 재료로 이루어지며 중앙에 상하방향으로 관통된 관통구멍을 포함하고 있고, 4측면에는 상하방향으로 적어도 2개의 절개홈이 구비된 육면체 형상을 이루는 세라믹 몸체와, 상기 세라믹 몸체의 내외부 전표면에 고전도성의 도전체로 피막되며, 세라믹 몸체의 관통구멍 내주부 입구에 제1피막제거부가 형성된 도전 피막과, 상기 세라믹 몸체의 관통구멍으로 선단부가 이동 가능하게 결합되어 상기 제1피막제거부에서 공진기와 전자기적인 결합(Coupling)에 의해 공진주파수를 조정하기 위한 공진주파수 튜닝수단으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

다단 결합이 용이한 소형 단위 세라믹 공진기{Small Unit Ceramic Resonator Easy to Couple One Stage with Another Stage}

본 발명은 소형 단위 세라믹 공진기에 관한 것으로, 특히 각종 이동 통신 및 무선통신 기지국 또는 중계기 시스템에 필요한 GHZ 대역의 대역통과여파기나 듀플렉서에 사용되는 공진기로서 공진기간의 결합 조정이 용이하고, 공진주파수의 튜닝이 용이하며, 손실계수가 작은 소형 단위 세라믹 공진기에 관한 것이다.

공진기는 등가 전자회로적으로 인덕터(L)와 캐피시터(C)의 조합에 의해 특정한 주파수에서 공진하는 회로소자로서, 이러한 공진기, 즉 마이크로웨이브용 세라믹 공진기를 다단 결합하고 공진기간 결합계수를 다양하게 조절하여 다양한 통과대역폭을 갖는 대역통과여파기(BPF) 및 듀플렉서를 제작할 수 있다.

종래의 세라믹 공진기(1)는 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와같이 고유전율의 세라믹으로 이루어진 직육면체의 길이방향으로 관통구멍(3)이 형성되고, 몸체(5)의 내/외부면에 도전 피막(5b)이 형성되어 있으며, 몸체의 일측면(빗금친 부분)(5a)은 도금이 완전히 제거되어 있는 구조를 갖고 있다.

이러한 세라믹 공진기(1)는 일측면(5a)의 도전 피막(5b)이 완전히 제거되어 외부로 방사되는 에너지의 손실이 크며 이를 이용하여 대역통과여파기를 구성하는 경우 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와같이 다수의 공진기(1a-1c)간의 결합(Coupling)은 먼저 공진기(1a-1c)로부터 각각 동선 코아(11)를 통하여 인쇄회로기판(7)의 전송라인에 연결되고, 기판(7)에 별도의 칩형 다수의 캐피시터 또는 인덕터 소자(Capacitor or Inductor)(9) 등을 이용한 부가회로에 의해 결합이 이루어졌다.

따라서, 공진기 간의 결합이 외부에서 이루어지므로 인해 공진기의 손실계수가 증가하게 된다.

또한, 공진기(1a-1c) 사이의 결합(Coupling)은 공진기 표면의 도전 피막(5b)을 조금씩 벗겨내기 위하여 글라인더와 같은 공구를 사용하여 조정하여야 하므로, 결합계수를 조정하는 것이 까다롭게 되며, 일단 한번 제거된 도전 피막을 재생하기는 거의 불가능하여 손실이 증가하는 문제를 안고 있다

또한, 종래의 세라믹 공진기는 한쪽 단면의 도전 피막이 완전히 제거된 구조이므로 공진주파수의 튜닝(Tuning)을 위해 내부 도전 피막과 외부 도전 피막을 조금씩 제거하면서 주파수를 튜닝하여야 하므로 주파수 튜닝 작업의 번거로움 및 공진기의 손실계수가 증가하는 등의 문제를 안고 있다.

더욱이, 종래의 금속 캐비티(Cavity) 내에 유전체를 플로팅시켜서 공진기를 형성하는 금속 캐비티형 필터는 크기가 크고, 캐비티와 유전체의 구조상 크기를 줄이는데 한계가 있다.

따라서 본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 그 목적은 단위 공진기의 다단 결합 및 입/출력 단자의 결합시에 어떤 방향으로도 결합이 용이하게 이루어질 수 있는 대칭구조의 소형 단위 세라믹 공진기를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 튜닝 스크류가 공진기의 관통구멍에 결합된 구조로서 공진주파수의 튜닝이 용이하며, 공진주파수의 튜닝 및 공진기 간의 결합에 필요한 최소한의 도체 피막만을 공진기로부터 제거하므로 손실계수가 작은 소형 단위 세라믹 공진기를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 단위 공진기의 다단 결합시에 튜닝 스크류가 공진기 사이에 삽입되는 구조를 가질 수 있어 소형의 크기로 전송손실을 작게 하면서 결합 용량(Coupling Capacitance)의 조정이 매우 쉽고 가역적으로 재현될 수 있어 생산품의 불량률을 낮출 수 있는 소형 단위 세라믹 공진기를 제공하는데 있다.

도 1a 및 도 1b는 종래의 직육면체형 세라믹 공진기의 단면도 및 사시도,

도 2a 및 도 2b는 도 1a에 도시된 세라믹 공진기를 인쇄회로기판 위에 다단 결합한 구조를 보여주는 정면도 및 측면도,

도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 소형 세라믹 공진기의 사시도, 정면도 및 측면도,

도 4는 도 3b의 Ⅳ-Ⅳ을 따라 취한 단면도,

도 5는 본 발명의 세라믹 공진기에 튜닝 스크류가 결합되는 구조를 보여주는 분해도,

도 6은 본 발명의 세라믹 공진기를 다단 결합할 때 외부면의 구조를 보여주는 도면,

도 7a 및 도 7b는 본 발명의 세라믹 공진기에 입/출력 단자를 결합할 때의 외부 구조로서, 각각 접지구조 및 개방구조에 대한 정면도,

도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 세라믹 공진기를 다단 결합하여 제작된 대역통과여파기를 보여주는 분해도, 커버가 제거된 상태의 조립도 및 완전 조립도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호설명 *

20,20a-20c ; 세라믹 공진기 21 ; 세라믹 몸체

22 ; 관통구멍 23a-23d ; 절개홈

24 ; 도전 피막 25 ; 제1피막제거부

26,26a-26c,32 ; 튜닝 스크류 27 ; 커버

28 ; 제2피막제거부 29 ; 제3피막제거부

30 ; 제4피막제거부 31 ; 원통 공간

33 ; 고정너트 34 ; 금속 케이스

35 ; 입력단자 36 ; 출력단자

37 ; 고정 스크류 40 ; 금속봉

50 ; 대역통과여파기

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 고유전율의 세라믹 재료로 이루어지며 중앙에 상하방향으로 관통된 관통구멍을 포함하고 있고, 4측면에는 상하방향으로 적어도 2개의 절개홈이 구비된 육면체 형상을 이루는 세라믹 몸체와, 상기 세라믹 몸체의 내외부 전표면에 고전도성의 도전체로 피막되며, 세라믹 몸체의 관통구멍 내주부 입구에 제1피막제거부가 형성된 도전 피막과, 상기 세라믹 몸체의 관통구멍으로 선단부가 이동 가능하게 결합되어 상기 제1피막제거부에서 공진기와 전자기적인 결합(Coupling)에 의해 공진주파수를 조정하기 위한 공진주파수 튜닝수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 세라믹 공진기를 제공한다.

상기 절개홈은 다단 접속시에 인접한 공진기와의 접속부분에 공진기 사이의 결합용량을 조정하기 위한 튜닝 스크류가 삽입되는 통형의 공간을 형성하며, 인접한 절개홈에는 도전 피막이 선택적으로 부분적으로 제거된 제2피막제거부를 더 포함한다.

이 경우 상기 절개홈은 반원형, 구형 트렌치(rectangular trench), 노치 형상(notch type) 및 포물선 형상 중 어느 하나로 이루어진다.

또한, 상기 절개홈에는 입력 또는 출력단자가 접속되기 위하여 도전 피막이 선택적으로 부분적으로 제거된 제3피막제거부를 더 포함하며, 상기 제3피막제거부는 역 "U" 형상 및 아일랜드(island) 형상으로 이루어져서, L-커플링 또는 C-커플링 구조를 이룬다.

더욱이 상기 절개홈은 관통구멍과 직각방향인 수평방향으로 형성되거나 수직 및 수평방향의 조합으로 이루어질 수 있다.

상기한 바와같이 본 발명의 공진기는 좌우 대칭형 구조로서 공진기의 4 외측면에 결합용량을 삽입하여 조정하는데 유용한 절개홈이 형성되어 공진기간의 결합과 입/출력 단자의 접속이 방향과 관계없이 용이하고, 튜닝 스크류의 조정으로 공진주파수의 튜닝이 용이하며, 공진기 외부의 제거되는 도체 피막을 최소한으로 최적화하여 손실계수가 작은 소형 공진기를 구현할 수 있다.

(실시예)

이하에 상기한 본 발명을 바람직한 실시예가 도시된 첨부도면을 참고하여 더욱 상세하게 설명한다.

첨부된 도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 소형 세라믹 공진기의 사시도, 정면도 및 측면도, 도 4는 도 3b의 Ⅳ-Ⅳ을 따라 취한 단면도, 도 5는 본 발명의 세라믹 공진기에 튜닝 스크류가 결합되는 구조를 보여주는 분해도, 도 6은 본 발명의 세라믹 공진기를 다단 결합할 때 외부면의 구조를 보여주는 도면, 도 7a 및 도 7b는 본 발명의 세라믹 공진기에 입/출력 단자를 결합할 때의 외부 구조로서, 각각 접지구조 및 개방구조에 대한 정면도이다.

본 발명의 세라믹 공진기(20)는 도 3 내지 도 5와 같이 고유전율의 세라믹 재료로 대략 정육면체 또는 직육면체의 형상을 이루며 중앙에 상하방향으로 관통된 관통구멍(22)을 포함하고 있고, 4측면에는 상하방향으로 절개홈(23a-23d)이 형성된 세라믹 몸체(21)의 내외부 전표면에 전도성이 우수한 도전체, 예를들어 은, 구리, 알루미늄 등의 도전 피막(24)이 도금된 구조를 갖고 있다.

상기 절개홈(23a-23d)은 반원형으로 이루어지는 것이 후술하는 바와같이 다단 접속시에 인접한 공진기와의 접속부분에 원통형의 공간을 형성하게 되어, 봉형으로 이루어진 결합용량 조정용 튜닝 스크류(32)의 삽입이 제한된 공간내에서 쉽게이루어질 수 있어 바람직하다. 그러나, 상기 절개홈(23a-23d)은 이에 한정되지 않고 다른 형태, 예를들어 구형 트렌치(rectangular trench), 노치 형상(notch type), 포물선 형상 등도 가능하다.

또한, 본 발명의 세라믹 공진기(20)는 공진주파수를 조정하기 위하여 관통구멍(22)의 일측 내부에는 도 5 및 도 8a와 같이 튜닝 스크류(26)의 선단부인 금속봉(40)과의 결합시 공진기와의 전자기적인 결합(Coupling)을 위해 도전 피막(24)이 상단부에만 제거된 제1피막제거부(25)가 형성되어 있고, 관통구멍(22)에는 튜닝 스크류(26)의 금속봉(40)이 삽입되어 있다. 상기한 세라믹 공진기는 등가회로적으로 LC 병렬공진회로를 형성한다.

따라서, 본 발명의 세라믹 공진기(20)는 외부로부터 튜닝 스크류(26)를 회전시켜 금속봉(40)을 관통구멍(22) 내부로 삽입하는 정도에 따라 쉽게 공진기의 공진주파수를 조정할 수 있다.

이 경우 본 발명에서는 공진주파수 조정을 위한 제1피막제거부(25)가 최소한으로 도전 피막(24)이 제거된 상태로 이루어지므로 에너지 방사에 따른 손실을 최소화할 수 있다.

또한, 공진기(20)의 절개홈(23a-23d)중 어느 하나 또는 2개의 절개홈에는 도 6과 같이 공진기의 다단 접속시에 인접한 공진기와의 전자기적인 결합을 위하여 도전 피막(24)이 제거된 제2피막제거부(28)가 형성되어 있다.

도 8a 내지 도 8c에는 본 발명의 세라믹 공진기를 다단 결합하여 제작된 대역통과여파기를 보여주는 도면으로서, 상기한 제2피막제거부(28)는 상호 인접하여접속되는 2공진기(20a,20b) 사이에 서로 대향하는 절개홈(23b,23d)에 동일한 위치에 형성된다. 그러나, 제2피막제거부(28)는 결합용량 조정용 튜닝 스크류(32)가 공진주파수 조정용 튜닝 스크류(26a-26c)와 반대방향, 즉 하측으로부터 결합되는 경우 공진기(20a-20c)의 절개홈(23b,23d)의 하측에 형성된다.

상기한 도 8a 내지 도 8c에 도시된 예는 3단 직렬접속된 대역통과여파기(50)를 예를들어 보인 것이나, 각각의 공진기(20a-20c)는 4방향에 대하여 대칭구조이므로 어떤 방향으로도 변형된 구조의 접속이 가능하다.

상기 대역통과여파기(50)에 있어서는 상호 인접한 절개홈(23b,23d)에 의해 형성되는 원통형의 공간(31)에는 공진기(20a와 20b, 20b와 20c) 사이의 결합용량을 조정하기 위하여 선단부의 금속봉이 내부로 삽입되는 결합용량 조정용 튜닝 스크류(32)가 상하로 이동 가능하게 금속판(커버)(27)에 결합되어 있다.

도 8a 내지 도 8c에서 부재번호 33은 공진주파수 조정용 튜닝 스크류(26a-26c) 또는 결합용량 조정용 튜닝 스크류(32)를 설정된 위치에 고정시키기 위한 고정너트이고, 34는 세라믹 공진기(20a-20c)를 수용하여 지지하기 위한 금속 케이스, 35는 입력단자, 36은 출력단자, 37은 커버 고정용 스크류이다.

따라서, 본 발명에 있어서는 공진기 사이의 결합용량을 조정하기 위한 구조가 공진기 내부에 형성되어 최소한의 공간에서 수용가능하고, 또한 튜닝 스크류(32)의 회전에 의해 결합용량의 조정이 쉽고 언제든지 가역적으로 조정이 가능하다.

더욱이, 도 7a 및 도 7b는 본 발명의 세라믹 공진기에 입/출력 단자를 결합할 때의 외부 접속구조로서, 각각 접지(ground) 구조 및 개방(open) 구조이다.

먼저, 상기 세라믹 공진기(20a,20c)와 입/출력 단자(35,36) 사이의 접속에는 도 7a에 도시된 바와같이 절개홈(23d 또는 23b)에 상하방향으로 역"U"자 형상으로 도전 피막(24)이 제거된 제3피막제거부(29)가 이용된다. 입/출력 단자(35,36)가 제3피막제거부(29)의 상단에 접속될 때 제3피막제거부(29)는 등가회로적으로 볼 때 종단이 접지된 인덕터 커플링(L-Coupling) 구조를 형성하여 안테나를 통하여 유입되는 DC 및 저주파의 낙뢰시에 후단의 장치를 보호하는 역할을 한다.

또한, 상기 세라믹 공진기(20a,20c)와 입/출력 단자(35,36) 사이의 접속에는 도 7b에 도시된 바와같이 절개홈(23d 또는 23b)에 상하방향으로 아일랜드 형상으로 도전 피막(24)이 제거된 제4피막제거부(30)가 이용될 수 있다. 입/출력 단자(35,36)가 제4피막제거부(30)의 아일랜드부에 접속될 때 상기와 반대로 등가회로적으로 볼 때 입/출력 단자(35,36)와 필터(50) 내부회로 사이에는 캐패시터 커플링(C-Coupling) 구조를 형성한다. 따라서, 사용자가 필요에 따라 선택적으로 커플링 구조를 채용할 수 있다.

상기한 실시예의 설명에 있어서는 본 발명의 공진기가 대역통과여파기에 적용된 예를들어 설명하였으나, 이외에도 대역저지여파기, 듀플렉서 등과 같이 단위 세라믹 공진기를 조합하여 구성될 수 있는 마이크로웨이브 부품이라면 어떤 것에도 적용이 가능하다.

또한, 상기 실시예에서는 절개홈이 관통구멍과 동일한 방향으로 형성되고 결합용량 조정용 튜닝 스크류도 상하방향으로 결합된 예를 도시하였으나, 상기 절개홈과 결합용량 조정용 튜닝 스크류는 인접한 공진기와의 결합방향에 따라 수평방향으로 형성되는 것도 물론 가능하다.

더욱이, 상기 절개홈은 대향한 각 쌍의 절개홈이 필요에 따라 수평방향과 수직방향으로 조합하여 형성되는 것도 가능하다.

상기한 바와같이 본 발명의 공진기는 종래의 세라믹 공진기와 비교할 때 단순히 튜닝 스크류의 조정으로 공진주파수의 튜닝이 용이하며, 공진기 외부의 제거되는 도체 피막을 최소한으로 최적화하여 손실계수가 작은 공진기를 구현할 수 있고, 좌우 대칭형 구조로서 공진기의 4 외측면에 결합용량을 삽입하여 조정하는데 유용한 절개홈이 형성되어 공진기간의 결합과 입/출력 단자의 접속이 방향과 관계없이 용이하다.

더욱이, 본 발명의 공진기는 종래의 금속 캐비티 공진기형 제품 및 유전체 공진기형 제품보다 크기를 약 1/7 정도로 대폭적으로 줄이는 것이 가능하다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

Claims (6)

1. 고유전율의 세라믹 재료로 이루어지며 중앙에 상하방향으로 관통된 관통구멍을 포함하여 공진기를 이루고 있고, 4측면에는 상하방향으로 각각 4개의 결합용 절개홈이 구비된 육면체 형상을 이루는 세라믹 몸체와,

   상기 세라믹 몸체의 내외부 전표면에 고전도성의 도전체로 피막되어 에너지 방사를 차단하는 도전 피막과,

   상기 세라믹 몸체의 관통구멍 내주부 입구에 공진기와의 전자기적인 결합을 위해 도전 피막을 최소한으로 제거한 제1피막제거부와,

   상기 세라믹 몸체의 관통구멍으로 선단부가 이동 가능하게 결합되어 상기 제1피막제거부에서 공진기와 전자기적인 결합(Coupling)에 의해 공진주파수를 조정하기 위한 공진주파수 튜닝수단과,

   상기 각각의 절개홈은 다단 접속시에 인접한 공진기와의 접속부분에 공진기 사이의 결합용량을 조정하기 위한 튜닝 스크류가 삽입되는 통형의 공간을 형성하며, 대향한 절개홈에 도전 피막이 선택적으로 부분적으로 제거된 제2피막제거부로구성되어, 인접한 공진기와 4측면의 어떤 방향으로도 결합이 용이하게 이루어질 수 있는 것을 특징으로 하는 대칭 구조를 갖는 단위 세라믹 공진기.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 절개홈은 반원형, 구형 트렌치(rectangular trench), 노치 형상(notch type) 및 포물선 형상 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 대칭 구조를 갖는 단위 세라믹 공진기.
4. 제1항에 있어서, 상기 절개홈에는 입력 또는 출력단자가 접속되기 위하여 도전 피막이 선택적으로 부분적으로 제거된 제3피막제거부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대칭 구조를 갖는 단위 세라믹 공진기.
5. 제4항에 있어서, 상기 제3피막제거부는 역 "U" 형상 및 아일랜드형상 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 대칭 구조를 갖는 단위 세라믹 공진기.
6. 삭제