KR100393695B1 - 스트립라인필터,그필터를갖는수신기및그필터를동조하는방법 - Google Patents
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Abstract
1 GHz 내지 2 GHz 주파수들을 위한 세라믹 필터들에 있어서, 한 평면에 놓여있고, 측면을 통해 결합된 스트립 라인 공진기들이 최신 기술로 현재 사용되고 있다. 통과 대역내에서 그와 같은 필터의 감쇠 효과를 감소시키기 위하여, 스트립 라인 공진기들은 두 개의 서로 다른 평면들에 배열되고, 넓은 측면을 통해 결합된다.
Description
서두에 정의된 필터는 공고된 유럽 특허 출원 제 541, 397 호에 이미 공지되어 있다.
그와 같은 필터들은 고주파수 신호들을 위한 송신기들 및 수신기들에 특히 이용된다. 그와 같은 송신기들 및 수신기들의 예들은 GSM, PCN 및 DECT 이다.
GSM(Global System for Mobile Communication)은 900 MHz 대역내의 고주파수 신호들을 이용하는 디지탈 셀룰러 모바일 전화기 시스템이다.
PCN(Personal Communication Network)은 소형 휴대용 전화기들로 의도되고, 1800 MHz의 주파수를 이용하는 디지탈 셀룰러 모바일 전화기 시스템이다.
DECT(Digital European Cordless Telephone)는 무선 전화기와 전용 기지국(dedicated base station) 사이의 상대적으로 짧은 거리에 대한 무선 전화기 시스템으로 특히 의도되었다. 상기 DECT는 약 1800 MHz의 주파수에서 PCN이 행하는 것과 같은 동작을 행한다.
본 필터는 특정 시스템에 할당된 범위 이외의 주파수를 갖는 바람직하지 못한 신호들을 억제하기 위해 특히 이용된다. 이러한 억제는 필요한데, 왜냐하면 필터링을 하지 않는 경우 수신기가 상기 범위 이외의 주파수에서 송신하는 강한 송신기(strong transmitters)에 의해 쉽게 과부하가 걸릴 수 있기 때문이다.
상기 공지된 필터는 적어도 두 개가 상호 결합된 스트립 라인 공진기들을 이용한다. 그러한 필터의 입력 및 출력은 서로 다른 방법으로 공진기에 결합될 수 있다. 그와 같은 결합의 여러 예들은, 1964년, Mc Graw-Hill Book Company에 의해 공개된 저자 G. L. Matthaei, L. Young 및 E.M.T. Jones의 명칭이 "Microwave Filters, Impedance Matching Networks and Coupling Structures"인 서적 217-229 페이지에 기재되어 있다. 그러한 스트립 라인 공진기들은 멀티라거 재료(multilager material), 예를 들어 세라믹 재료를 포함하는 유전체에 수용된다. 세라믹 유전체들의 이용에 대한 장점은 그들의 높은 상대적인 유전 상수(high relative dielectric constant)인데, 그로부터 휴대용 전화기에서 매우 중요한 필터의 치수들을 작게 할 수 있다. 이용 가능한 재료들은, 예를 들어, 약 70의 상대적인 유전 상수를 가질 수 있는 BaNdTi 산화물들이다. 그 결과로서 8.4 비율만큼 필터의 치수들을 감소시킬 수 있다.
실험에 의하면, 통과 대역내의 필터의 감쇠가 비교적 높게 되어, 그와 같은 필터가 이용되는 수신기의 감도가 감소된다.
본 발명은, 적어도 두 개의 상호 전자기적으로 결합되어 있고, 세라믹 유전체에 의해 분리되어 있는 스트립 라인 공진기들(strip line resonators)을 포함하는 필터에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 그와 같은 스트립 라인 필터를 포함하는 수신기와, 그와 같은 필터를 동조하는 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 트랜시버를 도시한 도면.
도 2는 투시 화법으로 도시된 본 발명에 따른 필터를 도시한 도면.
도 3은 도 2에 도시된 필터의 종단면을 도시한 도면.
도 4는 도 2에 도시된 필터의 선택적인 실시예의 종단면을 도시한 도면.
도 5는 도 2에 도시된 필터의 횡단면을 도시한 도면.
도 6은 도 2에 도시된 필터의 다른 실시예의 횡단면을 도시한 도면.
본 발명의 목적은 통과 대역내의 감쇠가 감소되는 서두에 정의된 필터를 제공하는 것이다.
상기 목적을 위해, 본 발명에 있어서, 스트립 라인 공진기들은 서로 다른 평면들에 위치되고, 넓은 측면(broad side)을 통해 적어도 상호 전자기적으로 결합되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 세라믹 유전체에 수용된 스트립 라인 공진기들의 횡단면이 직사각형이 아니고 양 측면들에서 한 점으로 끝나므로 인하여, 통과 대역내의 큰 감쇠가 야기된다는 인식에 기초한다. 이는, 두 단부들에서 스트립 라인 공진기의 저항이 상대적으로 크다는 것을 의미한다. 상기 특허 출원으로부터 공지된 필터내의 스트립 라인 공진기들 사이의 결합이 측면들 근처의 영역을 통해 주로 이루어짐으로 서, 증가되는 저항은 통과 대역내의 감쇠에 나쁜 영향을 나타낸다.
두 개의 평면내에 스트립 라인 공진기들을 배치하고, 넓은 측면을 통해 그들을 결합함으로써, 이러한 결합은 저항이 측면들에서 보다 훨씬 더 작은 스트립 라인 공진기의 중간에서 특히 이루어진다.
넓은 측면을 통한 스트립 라인 공진기들의 결합은 1984년 1월, IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. MTT-32, NO. 1에서 J. H. Cloete에 의한 "Rectangular Bars Coupled Through a Finite-Thickness Slot"에 이미 공지된 것으로 기재되어 있다. 그러나, 상기 문헌에는 세라믹 기술의 필터(ceramic technique filter)에 대해서 전혀 개시되어 있지 않다. 또한, 상기 문헌에는, 최첨단 세라믹 기술에 의한 필터에서 감쇠의 문제가 스트립 라인 공진기들을 넓은 측면에 의해 결합함으로써 해결될 수 있다는 점에 대해 어떠한 제시도 하지 못하고 있다. 그 문제에 관해서는, 상기 문헌에 따른 스트립 라인 공진기들에 있어서, 스트립 라인 공진기들의 횡단면들은 단순히 직사각형이다.
본 발명의 실시예에 있어서, 필터는 스트립 라인 공진기들 중 적어도 하나의 근처의 전자계에 영향을 주기 위한 적어도 하나의 도전체를 포함하고, 상기 도전체는 스트립 라인 공진기들 중 적어도 하나의 길이 보다 작은 길이를 갖는 것을 특징으로 한다.
스트립 라인 공진기들 중 적어도 하나의 근처의 전자계에 영향을 주는 도전체를 배치함으로써, 필터는 동조될 수 있다. 상기 도전체를 응용함으로써, 스트립 라인 공진기로부터 바라본 용량은 증가되고, 그로 인해, 공진기의 공진 주파수는 감소하게 될 것이다. 스트립 라인 공진기의 공진 주파수는 도전체의 길이가 증가하는 만큼 감소하게 될 것이다. 필터가 처음에 제조될 때, 도전체의 길이는, 스트립 라인 공진기들의 길이보다 짧지만, 스트립 라인 공진기들의 공칭 공진 주파수에 속하는 값보다는 크다. 도전체의 길이를 감소시킴으로써, 예를 들어, 레이저에 의해 도전체로부터 재료를 제거함으로써, 스트립 라인 공진기들의 공진 주파수는 동조될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 필터는 스트립 라인 공진기들 사이에 위치된 결합 개구(coupling opening)를 갖는 적어도 다른 도전체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
필터의 원하는 전달 함수를 실현하기 위해, 스트립 라인 공진기들 사이의 결합 계수(coupling factor)는 미리 정의된 값을 가져야 한다. 이러한 결합 계수는, 예를 들어, 스트립 라인 공진기들 사이의 거리에 의존한다. 원하는 결합 계수는 스트립 라인 공진기들 사이의 상대적으로 큰 거리로 유도될 수 있고, 그로 인해, 필터의 상대적으로 큰 치수들로 유도될 수 있음을 나타낸다. 결합 개구를 갖는 다른 도전체를 스트립 라인 공진기들 사이에 삽입함으로써, 스트립 라인 공진기들 사이의 필요한 거리는 크게 감소될 수 있다. 따라서, 결합 계수는 결합 개구의 형태 및 치수들의 적당한 선택에 의해 결정될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 스트립 라인 공진기들은 측면으로 시프트되는 것을 특징으로 한다.
스트립 라인 공진기를 측면으로 시프트함으로써, 결합 계수는 감소될 수 있다. 부가적으로, 스트립 라인 공진기들 사이에 위치하지 않은 영역내의 전자계는 크게될 수 있다. 결과적으로, 도전체의 영향이 증가하고, 따라서, 필터의 동조 범위도 증가한다.
본 발명의 상술한 관점들 및 다른 관점들은 이하에 설명된 실시예를 참고로 하여 보다 명료하게 될 것이다.
도 1에 있어서, 안테나(2)는 트랜시버(4)의 입력/출력에 접속된다. 트랜시버(4)의 입력/출력은 트랜시버 스위치(10)에 접속된다. 트랜시버 스위치(10)의 출력은 수신기(6)의 입력에 접속된다.
수신기(6)의 입력은 본 발명의 사상에 따라 대역 통과 필터(12)의 입력에 접속된다. 대역 통과 필터(12)의 출력은 증폭기(14)의 입력에 접속된다. 증폭기(14)의 출력은, 제 1 믹서(18)에 의해 형성되는 경우에 주파수 변환기 수단의 제 1 입력에 출력이 접속되는 대역 통과 필터(16)의 입력에 접속된다. 제 1 발진기(20)의 출력은 제 1 믹서(18)의 제 2 입력에 접속된다. 제 1 믹서(18)의 출력은 증폭기(22)의 입력에 접속된다. 증폭기(22)의 출력은 SAW(Surface Acoustic Wave) 필터(24)의 입력에 접속된다. SAW 필터(24)의 출력은 제 2 믹서(26)의 제 1 입력에 접속된다. 제 2 발진기(28)의 출력은 제 2 믹서(26)의 제 2 입력에 접속된다. 제 2 믹서(26)의 출력은 필터/복조기(30)의 입력에 접속된다. 필터/복조기(30)의 출력은 수신기(6)의 출력을 또한 형성한다. 전송될 신호는 트랜시버 스위치(10)의 입력에 출력이 접속되는 송신기(8)에 인가된다.
도 1에 도시된 것과 같은 트랜시버(4)는 송신기 및 수신기가 동시에 스위칭될 필요가 없는 듀플렉스 전송 시스템에 이용되도록 배열된다. 그와 같은 전송 시스템의 예들은 GSM, PCN 및 DECT이다. 상기의 장점은 송신기 및 수신기가 동시에 동작할 수 있는 풀 듀플렉스 동작(full duplex operation)을 위해 배열된 트랜시버보다 트랜시버(4)가 상당히 간단히 될 수 있다는 점이다. 후자의 트랜시버들는 수신기의 입력 상에 종료되는 송신기의 출력 신호를 피하기 위해 복잡한 듀플렉스 필터들을 필요로 한다.
트랜시버 스위치(10)가 수신 모드에 있다면, 수신된 신호는 대역 통과 필터(12)에 전송된다. DECT에 있어서, 상기 대역 통과 필터는 1890 MHz 중심 주파수 및 20 MHz 대역폭을 갖는다. 대역 통과 필터(12)의 출력 신호는 증폭기(14)에 의해 증폭되고, 그 대역 통과 필터(12)와 동일한 대역 통과 필터(16)에 연속으로 인가된다.
대역 통과 필터(16)의 출력 신호는 제 1 발진기(20)로부터 도래하는 신호와 믹서(18)내에서 혼합되며, 상기 신호는 1771 내지 1787 MHz 주파수를 갖는다. 믹서(18)의 출력 신호는 증폭기(22)에 의해 증폭되고, SAW 필터(24)는 증폭기(22)의 출력 신호로부터 110.592 MHz 중심 주파수를 갖는 성분을 선택한다.
상기 출력 신호는 제 2 발진기(28)로부터 도래하는 100 MHz 주파수를 갖는 신호와 제 2 믹서(26)에서 혼합된다. 따라서, 믹서(26)의 출력은 10.592 MHz 중심 주파수를 갖는 신호를 전송하고, 그후, 필터/복조기(30)에 의해 필터 및 복조된다.
송신될 신호는 송신기(8)에 의해 캐리어상에 변조되며, 그 캐리어는 DECT의경우에 수신된 신호의 주파수와 동일한 주파수를 갖는다. 송신기(8)의 출력 신호는 트랜시버 스위치(10)를 통해 안테나(2)에 전달된다.
도 1의 필터(12, 16)는 멀티코팅 기술(multicoating technique)로 실행된다. 상기 필터는 신터(sintered)되는 스택 포일들(stacked foils)로 구성되며, 그 동작동안에 포일들은 스트립 라인 공진기들 등을 형성하기 위해 제공된 팔라듐 트랙들(palladium tracks)을 적당히 갖는다. 예를 들어, 구리 또는 은과 같은 다른 금속이 팔라듐과 대치될 수 있음을 고려될 수 있다. 상기 신터링은 측면 압력 하에 바람직하게 실행될 수 있기 때문에, 포일들의 평면에서 필터의 치수들은 신터링 동안 변화하지 않는다. 그 포일들은 세라믹 재료의 분말(powder)과 유기 결합제(organic binding agent)의 혼합물로부터 형성된다. 상기 기술은 미국 특허 제 4, 612, 689 호에 보다 상세히 기재되어 있다. 대안으로, 스트립 라인 공진기들은 단일 금속층 대신에 얇은 세라믹층에 의해 분리된 두 개의 금속층으로 구성될 수 있다. 이는, 통과 대역내의 필터의 보다 적은 감쇠를 유도한다.
도 2에 도시된 필터는 제 1 스트립 라인 공진기(32)와 제 2 스트립 라인 공진기(34) 사이에 삽입된 제 1 베이스 플레이트(46) 및 제 2 베이스 플레이트(48)를 포함한다. 제 1 스트립 라인 공진기(32) 및 제 2 스트립 라인 공진기(34)는 한 측면에, 전도 측면(60)에 의해, 제 1 베이스 플레이트(46) 및 제 2 베이스 플레이트(48)의 한 측면에 접속된다. 스트립 라인 공진기(32)의 다른 측면은 캐패시터 플레이트들(40 및 42)을 통해 전도성 측면(57)에 용량적으로 결합되어 있다. 또한, 상기 전도성 측면(57)은 제 1 베이스 플레이트(46) 및 제 2 베이스플레이트(48)에 접속된다. 그 스트립 라인 공진기들은 공진을 위해 λ /8 길이를 갖는다. 여기서, 캐패시터들은 λ /8 길이를 갖는 스트립 라인들(32 및 34)을 공진시킬 수 있다. 스트립 라인 공진기들(32 및 34)은 스트립 라인 공진기들(32 및 34) 사이에 배열된 다른 도전체(44)내의 결합 개구를 통해 결합된다. 결합 개구의 사이즈는 제 1 스트립 라인 공진기(32)와 제 2 스트립 라인 공진기(34) 사이의 결합의 범위를 결정한다. 필터의 입력 신호는 필터의 측면상의 접점(52)에 인가된다. 이러한 접점은 전기 도금된 탭(electroplated tap)(50)을 통해 제 1 스트립 라인 공진기(32)에 결합된다. 필터의 출력 신호는 필터의 측면상의 접점(56)상에 이용될 수 있다. 이 접점은 전기 도금된 탭(54)을 통해 제 2 스트립 라인 공진기(32)에 결합된다. 필터의 측면상의 도전체들(55 및 58)이 필터의 동조를 위해 제공된다. 그 도전체들(55 및 58)은 측면(57), 제 1 베이스 플레이트(46) 및 제 2 베이스 플레이트(48)에 접속된다. 그 필터는 레이저에 의해 특정 도전체의 단부로부터 재료를 제거하여 도전체(55) 및/또는 도전체(58)의 길이를 감소함으로써 동조된다. BaNdTi 산화물을 포함하는 상기와 같은 세라믹 재료의 필터는 1890 MHz 중심 주파수에 대해 3.2 mm x 1.6 mm x 1.5 mm의 치수들을 갖는다.
도 2의 필터의 도3에 도시된 횡단면에 있어서, 전도 측면(60)과 스트립 라인 공진기(32)의 단부 사이의 접속이 명확히 보여진다. 스트립 라인 공진기(32)의 다른 단부는 캐패시터 플레이트들(36 및 38)을 통해 측면(57)에 용량적으로 결합된다. 그들 상기 캐패시터 플레이트들은, 캐패시터 플레이트들(36 및 38)과 스트립 라인 공진기(32) 사이의 최소 관련된 시프트들의 경우와 동일하게 오버랩핑 표면이유지하기 때문에, 정렬 폴트들(alignment fault)이 용량에 영향을 주지 않는 방식으로 배열된다. 베이스 플레이트(48)의 부분은 접점들(52 및 56)과 베이스 플레이트(48) 사이의 단락 회로(short-circuiting)를 방지하기 위해 제거되었다. 필터의 동조에 대해 단락될 수 있는 도전체들(55 및 58)은 필터의 외측에 배치되기 때문에, 동조를 위해 이용되는 레이저 비임에 쉽게 액세스 가능하게 된다.
도 2에 도시된 필터의 선택적인 실시예의 횡단면도에 있어서, 입력 및 출력은, 용량성 전압 분할기를 통해, 전기 도금된 탭(50, 54) 각각에 결합된다. 접점(52)은 전기 도금된 탭(50)을 부분적으로 오버랩하는 스트립(51)에 의해 전기 도금된 탭(50)에 용량적으로 결합된다. 전기 도금된 탭(50)은 스트립(49)을 통해 전도측면에 용량적으로 결합된다. 접점(56)은 전기 도금된 탭(54)을 부분적으로 오버랩하는 스트립(53)을 통해 전기 도금된 탭(54)에 용량적으로 결합된다. 전기 도금된 탭(54)은 스트립(47)을 통해 전도 측면(60)에 용량적으로 결합된다. 용량성 결합의 이용은 통과 대역내의 필터의 보다 낮은 감쇠의 결과를 얻는다.
도 4에 도시된 필터의 동조는 어떤 스폿에서 한 레이저에 의해 도전체(58)를 커팅함으로서 실행되기 때문에, 하나 또는 그 이상의 스트립들(35, 37, 39, 41, 43 및 45)은 도전체(58)에 더 이상 접속되지 않는다. 도전체(58)와 조합된 스트립들(35, 37, 39, 41, 43 및 45)의 이용은 넓은 동조 범위를 얻는데, 그 이유는 스트립들의 단부들은 도전체(58)보다 스트립 라인 공진기들에 더 근접하기 때문이다. 이는, 바람직한 전달 특성을 얻기 위해 도전체(58)가 커트되는 스폿을, 아직 동조되지 않은 필터의 전달 특성의 측정으로 생성될 수 있다는 점을 고려할 수 있다.
도 5에 도시된 횡단면에 있어서, 스트립 라인 공진기들(32 및 34)은 다른 도전체(44)내의 결합 개구를 통해 결합된다. 더욱이, 두 개의 스트립 라인 공진기들(32 및 34)은 두 개의 베이스 플레이트들(46 및 48)에 의해 포함된다. 도 6에 도시된 선택적인 실시예에 있어서, 스트립 라인 공진기들(62 및 64)은 측면으로 시프트된다. 스트립 라인 공진기들(62 및 64)의 측면으로의 시프트는 그들 스트립 라인 공진기들 사이에 보다 작은 결합을 유도하기 때문에, 어떤 위치에 있어서, 도전체(44)는 과다하게 될 수 있다. 스트립 라인 공진기들(62 및 64)의 측면으로의 시프트의 다른 결과는 도전체들(55 및 58)의 영향이 특정 도전체와 스트립 라인 공진기들 중 한 공진기 사이의 보다 작은 거리를 얻는 결과로서 향상된다는 점이다. 이는 연장된 동조 범위를 얻을 수 있다.
Claims (10)
- 상호 전자기적으로 결합되어 있고, 세라믹 유전체에 의해 분리되어 있는 적어도 두 개의 스트립 라인 공진기들을 포함하는 필터에 있어서,상기 스트립 라인 공진기들은 서로 다른 평면들에 위치되고, 적어도 넓은 측면(broad side)을 통해 상호 전자기적으로 결합된 것을 특징으로 하는, 필터.
- 제 1 항에 있어서,상기 필터는 상기 스트립 라인 공진기들 중 적어도 하나의 근처의 상기 전자계에 영향을 주기 위한 적어도 하나의 도전체를 더 포함하고, 상기 도전체는 상기 스트립 라인 공진기들 중 하나의 길이 보다 작은 길이를 갖는 것을 특징으로 하는, 필터.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 필터는 상기 스트립 라인 공진기들 사이에 위치된 결합 개구(coupling opening)를 갖는 적어도 하나의 다른 도전체를 포함하는 것을 특징으로 하는, 필터.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 스트립 라인 공진기들은 측면으로 시프트되는 것을 특징으로 하는, 필터.
- 상호 전자기적으로 결합되어 있고, 세라믹 유전체에 의해 분리되어 있는 적어도 두 개의 스트립 라인 공진기들을 포함하는 필터에 한 입력이 결합된 고주파수 신호 수신기로서, 상기 필터는 상기 고주파수 신호를 보다 낮은 중심 주파수를 갖는 신호로 변환하는 주파수 변환기에 결합된, 상기 고주파수 신호 수신기에 있어서,상기 스트립 라인 공진기들은 서로 다른 평면들에 위치되고, 적어도 넓은 측면을 통해 상호 전자기적으로 결합된 것을 특징으로 하는, 고주파수 신호 수신기.
- 제 5 항에 있어서,상기 필터는 상기 스트립 라인 공진기들 중 적어도 하나의 근처의 전자계에 영향을 주기 위한 적어도 하나의 도전체를 포함하고, 상기 도전체는 상기 스트립 라인 공진기들 중 하나의 길이 보다 작은 길이를 갖는 것을 특징으로 하는, 고주파수 신호 수신기.
- 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,상기 필터는 상기 스트립 라인 공진기들 사이에 위치된 결합 개구를 갖는 다른 도전체를 포함하는 것을 특징으로 하는, 고주파수 신호 수신기.
- 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,상기 스트립 라인 공진기들은 측면으로 시프트되는 것을 특징으로 하는, 고주파수 수신기.
- 상호 전자기적으로 결합되어 있고, 세라믹 유전체에 의해 분리되어 있는 적어도 두 개의 스트립 라인 공진기들을 포함하는 필터를 동조하기 위한 방법에 있어서,상기 스트립 라인 공진기들은 서로 다른 평면들에 위치되고, 적어도 넓은 측면을 통해 상호 전자기적으로 결합되며, 상기 필터는 상기 스트립 라인 공진기들 중 적어도 하나의 근처의 전자계에 영향을 주기 위한 적어도 하나의 도전체를 포함하고, 상기 도전체는 상기 스트립 라인 공진기들 중 하나의 길이보다 작은 길이를 가지며, 상기 도전체의 길이를 감소시킴으로써 동조(tuning)가 실행되는 것을 특징으로 하는, 필터 동조 방법.
- 제 9 항에 있어서,상기 도전체 길이의 감소는 상기 도전체의 단부로부터 재료를 제거함으로써 성취되는 것을 특징으로 하는, 필터 동조 방법.
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