KR100401966B1 - 복합 유전체 필터 장치 및 이를 결합한 통신 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 복합 유전체 필터 장치의 전체 구조를 소형화하기 위해 소형 유전체 블럭을 사용하는 경우에도, 상호 인접하는 필터 사이의 분리 특성을 용이하게 향상시킬 수 있는 복합 유전체 필터 장치를 제공한다. 본 발명은 또한 상기 필터 장치를 결합한 통신 장치를 제공한다. 필터 장치에서, 내도체 홀은 단일 유전체 블럭의 내부에 배치되고, 외도체는 유전체 블럭의 외면에 형성된다. 부가적으로, 외도체 비형성부가 내도체 홀에 의해 형성된 송신 필터와 수신 필터 사이의 경계에 형성된다.

Description

복합 유전체 필터 장치 및 이를 결합한 통신 장치{Composite dielectric filter device and communication apparatus incorporating the same}

본 발명은 도전막을 유전체 블럭의 내부와 외부에 배열하여 형성된 복합 유전체 필터와, 상기 복합 유전체 필터를 결합한 통신 장치에 관한 것이다.

상기한 필터는 마이크로파 대역에서 대역 통과 필터 등에 사용된다. 특히, 단일 유전체 블럭에서, 송신 주파수 대역을 통한 신호를 통과시키고 수신 주파수 대역을 통한 신호의 통과를 억제하는 송신 필터와 수신 주파수 대역을 통한 신호를 통과시키고 송신 주파수 대역을 통한 신호의 통과를 억제하는 수신 필터를 배치하여 형성된 듀플렉서(duplexer)를 제공한다. 듀플렉서는 이동전화와 같은 장치에 결합된 안테나 듀플렉서로 사용된다.

이와 같은 다수의 필터를 포함하는 단일 유전체 블럭을 사용하는 복합 유전체 필터에 관해, 이 장치를 설계하는 중요한 점 하나는 필터 사이의 분리(isolation)를 확보하는 것이다. 예를 들면, 안테나 듀플렉서로써의 듀플렉서는 송신 신호와 수신 신호를 분리하는데 사용된다. 한편, 송신 신호가 수신 회로로 송신되는 경우, 수신 신호에 부효과(negative effect)가 발생되고 이에 의해 수신 특성이 악화된다. 그 결과, 안테나 듀플렉서는 수신 주파수 대역에서 현저히 감쇠된 송신 신호의 특성을 얻는다.

그러나, 통신 장치의 소형화에 대한 최근의 경향으로, 더욱 작은 복합 유전체 필터 장치가 제조되었다. 그 결과로서, 소망하는 값까지 측정하기 위한 분리 특성을 얻기 어려운 문제가 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 장치의 전체 구성을 소형화하도록 소형 유전체 블럭을 사용하는 경우에도 인접 필터 사이의 분리 특성을 용이하게 향상할 수 있는 복합 유전체 필터 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 복합 유전체 필터를 결합한 통신 장치를 제공하는 것이다.

도 1a~1d 는 본 발명의 첫번째 실시예에 따른 듀플렉서의 투영도이다.

도 2 는 듀플렉서에서 접지 전류의 결합을 고려한 등가회로도이다.

도 3 은 듀플렉서에서 외도체 비형성부의 존재 여부에 따른 분리 특성의 변화를 보인 그래프이다.

도 4a~4d 는 본 발명의 두번째 실시예에 따른 듀플렉서의 투영도이다.

도 5a~5d 는 본 발명의 세번째 실시예에 따른 듀플렉서의 투영도이다.

도 6a~6b 는 본 발명의 네번째 실시예에 따른 듀플렉서의 상부와 하부로부터의 사시도이다.

도 7 은 본 발명의 다섯번째 실시예에 따른 듀플렉서의 사시도이다.

도 8 은 본 발명의 여섯번째 실시예에 따른 듀플렉서의 사시도이다.

도 9 는 본 발명의 일곱번째 실시예에 따른 통신 장치의 블럭도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 간단한 설명>

1: 유전체 블럭 2: 내도체 홀

3: 내도체 4: 외도체

5: 외도체 비형성부 6: 입/출력 단자

7: 금속 덮개

본 발명의 첫번째 형태에 따르면, 평행육면체 장방형 유전체 블럭, 유전체 블럭의 한 면으로부터 대향 면까지 병렬로 확장하는 다수의 내도체, 인접하는 내도체의 그룹으로 다수의 필터를 구성하도록 유전체 블럭의 외면에 적어도 몇몇에 배치되는 외도체 및 상호 인접 필터 사이의 경계면에 대응하는 외도체의 일부에 형성된 외도체 비형성부(outer-conductor-free portion)를 포함하는 복합 유전체 필터 장치가 제공된다. 이 구성으로, 인접 필터의 접지 전류 사이의 결합, 즉, 상기 필터 중 하나의 접지 전류와 나머지 필터의 접지 전류 사이의 유도 결합이 억제될 수 있다. 그 결과, 상호 인접 필터 사이의 분리 특성이 향상될 수 있다.

또한, 외도체 비형성부는 유전체 블럭의 전체 외면 주변에 형성될 수 있다. 이 구성으로, 필터의 접지 전류 사이의 결합이 오류 없이 억제되기 때문에, 인접 필터 사이의 분리 특성이 향상될 수 있다.

또한, 복합 유전체 필터 장치는 유전체 블럭의 외면들 중 하나로부터 다른면까지 확장하는 입/출력 단자를 추가로 포함할 수 있다. 단자는 외도체로부터 분리되고 인접한 두 필터와 외도체 비형성부에 의해 배분된다. 외도체 비형성부는 단자의 외면과 연속될 수 있다. 외도체 비형성부가 입/출력 단자의 외면과 연속되어, 인접 필터의 접지 전류 사이의 결합 억제 효과가 높아진다.

또한, 복합 유전체 필터 장치는 유전체 블럭의 외도체에 연결된 접지-연결 금속 덮개를 추가로 포함할 수 있다. 금속 덮개는 외도체 비형성부에서 분리하여 형성된 각 외도체에 독립적으로 배치될 수 있다. 각 필터에 독립적으로 배치된 접지-연결 금속 덮개로, 인접 필터의 접지 전류 사이의 결합이 억제된다.

본 발명의 두번째 형태에 따르면, 본 발명의 복합 유전체 필터가 결합된 통신 장치가 제공된다. 이 필터는 안테나 듀플렉서로 이용된다. 이 구성은 수신 회로에 송신 신호가 입력되는 것을 충분히 방지할 수 있고 그 결과 만족할만한 수신 특성이 얻어진다.

도 1a~1d, 도 2 및 도 3을 참조로, 본 발명의 첫번째 실시예에 따른 듀플렉서의 구조가 설명될 것이다.

도 1a~1d 는 듀플렉서의 각 면의 투영도이다. 도 1a 는 내도체의 개방회로단(open-circuited-ends)이 형성된 듀플렉서의 한 면을 도시한다. 도 1b 는 듀플렉서가 기판에 탑재된 경우의 상면을 도시한다. 도 1c 는 내도체의 단락회로단(short-circuited-ends)이 형성된 듀플렉서의 한 면을 도시한다. 도 1d 는 기판에 탑재된 듀플렉서의 한 면을 도시한다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 대략 평행육면체 장방형 유전체 블럭(1)은 유전체 블럭의 한면으로부터 대향하는 면까지병렬로 확장하여 배치되는 7개의 내도체 홀(2a~2g)을 포함한다. 홀(2a~2g)의 각 내표면에, 내도체(3)가 형성된다. 각각의 내도체 홀(2a~2c)과 내도체 홀(2e~2g)에서, 스텝 홀(stepped hole)로 홀을 만들기 위해 개방면측의 홀의 내경은 크고 다른 개방면측의 홀의 내경은 작다. 큰 내경을 갖는 각각의 개방면의 근처에, 내도체 비형성부(g)가 형성된다. 내도체 비형성부(g)는 각 내도체의 개방회로단으로 사용된다.

외도체(4)는 유전체 블럭의 6개의 외면에 형성된다. 각 내도체 홀(2a~2c, 2e~2g)의 내표면에 형성된 내도체의 한 종단은 도 1c 에 도시된 단락회로면의 외도체(4)에 단락회로가 된다. 유전체 블럭(1)의 외표면에, 입/출력 단자(6ant, 6tx, 6rx)가 외도체(4)로부터 분리되어 형성된다.

내도체 홀(2d)은 일정한 내경을 갖는 곧은 홀이다. 내도체는 홀(2d)의 내표면에 형성된다. 홀(2d)은 도 1a 에 도시된 개방회로단 측의 한면에 외도체(4)에 도전된다. 홀(2d)의 다른 종단은 입/출력 단자(6ant)에 도전된다.

또한, 유전체 블럭(1)의 외면에, 외도체 비형성부(5)는 내도체 홀(2a~2c)로 구성된 3개의 공진기에 의해 형성된 송신 필터와 내도체 홀(2e~2g)로 구성된 3개의 공진기에 의해 형성된 수신 필터 사이의 경계에 형성된다. 도 1a~1d 에 도시된 실시예에서, 도 1c 에 도시된 단락회로단 측의 면으로부터 도 1b 의 상면까지와, 도 1a 에 도시된 개방회로단 측의 면으로부터 도 1d 에 도시된 탑재면까지, 외도체 비형성부(5)는 독립적으로 형성된다. 외도체 비형성부(5)는 상호 인접한 송신 및 수신 필터의 접지 전류 사이의 결합을 억제할 수 있다.

도 2 는 듀플렉서의 등가회로를 도시한다. 도 2 에서, TX필터는 송신 필터이고 RX필터는 수신 필터이다. 등가회로는 상호 인덕턴스(M)로 결합된 이들 필터의 접지 전류를 도시한다. 인접 필터 사이의 경계에 대응하는 외도체의 부분에 형성된 외도체 비형성부(5)로, 상호 인덕턴스(M)는 감소될 수 있고 이에 의해 송신 필터와 수신 필터 사이의 분리는 증가된다.

도 3 은 외도체 비형성부의 존재여부에 따라 분리 특성이 어떻게 변하는지를 도시한다. 이 그래프에서, 횡축은 주파수를 나타내고 종축은 송신신호 입력 단자로부터 수신 신호 출력 단자까지의 송신량을 나타낸다. 파선은 외도체 비형성부(5)가 형성되지 않은 경우 얻어진 특성을 도시하고, 실선은 외도체 비형성부(5)가 형성된 경우 얻어된 특성을 도시한다. 송신 주파수 대역과 수신 주파수 대역 사이의 경계는 1810㎒에서 나타난다. 그래프에서 해칭된(hatched) 부분은 수신 주파수 대역에서 송신 필터에 필요한 감쇠와 송신 주파수 대역에서 수신 필터에 필요한 감쇠를 나타낸다.

그리하여, 외도체 비형성부의 형성으로 소정의 특성이 얻어진다.

다음으로, 도 4a~4d 를 참조로, 본 발명의 두번째 실시예에 따른 듀플렉서의 구조가 설명될 것이다. 도 4a~4d 는 첫번째 실시예에 사용된 도 1a~1d 에 대응한다. 도 4a 는 내도체의 개방회로단이 형성된 듀플렉서의 한 면을 도시한다. 도 4b 는 기판에 탑재된 듀플렉서의 상면을 도시한다. 도 4c 는 내도체의 단락회로단이 형성된 듀플렉서의 한 면을 도시한다. 도 4d 는 기판에 탑재된 듀플렉서의 한 면을 도시한다. 도 4a~4d 에 도시된 실시예에서, 외도체 비형성부(5)는 도 4c 에 도시된 단락회로단 면으로부터 상면과 탑재면까지 형성된다. 외도체 비형성부(5)는 입/출력 단자(6ant)의 외면, 즉, 외도체(4)로부터 분리된 부분에 연결된다. 다른 구성은 도 1a~1d 에 도시된 것과 같다. 그 결과로, 외도체 비형성부(5)의 연속 길이가 증가되기 때문에, 송신 및 수신 필터의 접지 전류 사이의 결합이 효과적으로 억제된다.

다음으로, 도 5a~5d 를 참조로, 본 발명의 세번째 실시예에 따른 듀플렉서의 구조가 설명된다. 도 5a~5d 는 첫번째 실시예에서 도시된 도 1a~1d 에 대응한다. 도 5a 는 내도체가 개방회로인 듀플렉서의 면을 도시한다. 도 5b 는 기판에 탑재된 듀플렉서의 상면을 도시한다. 도 5c 는 내도체가 단락회로인 듀플렉서의 면을 도시한다. 도 5d 는 기판에 탑재될 듀플렉서의 면을 도시한다. 도 5a~5d 에 도시된 실시예에서, 외도체 비형성부(5)는, 유전체 블럭(1)의 전체 외면을 따라 연속적으로, 외도체(4)로부터 분리된 부분, 즉, 입/출력 단자(6ant)의 외면과 연속하는 방법으로 벨트와 같이 형성된다. 본 발명의 다른 구성은 도 1a~1d 에 도시된 것과 같다. 이 방법에서, 송신 필터와 수신 필터의 접지 전류 사이의 결합은 보다 충분히 억제되고, 이에 의해 필터 사이의 분리 특성이 향상된다.

다음으로, 도 6a, 6b 를 참조로, 본 발명의 네번째 실시예에 따른 듀플렉서의 구조가 기술된다. 도 6a 는 상부로부터 보이는 유전체 듀플렉서의 사시도이다. 도 6b 는 하부로부터 보이는 유전체 듀플렉서의 사시도이다. 첫번째에서 세번째까지의 각 실시예에서, 여진(excitation)용 내도체는 유전체 블럭 내부의, 송신 필터와 수신 필터 사이에 형성된다. 다음으로, 여진 내도체는 송신 필터의 최종단 공진기와 수신 필터의 최초단 공진기와 결합한다. 그러나, 도 6a, 6b 에 도시된 네번째실시예에서, 내도체 홀(2a~2c)로 구성된 3개의 공진기로 형성된 송신 필터와 내도체 홀(2e~2g)로 구성된 3개의 공진기로 형성된 수신 필터와 함께, 송신 필터의 제1단 공진기로써 내도체 홀(2c)의 내도체와 용량 결합되고 수신 필터의 최초단 공진기로써 내도체 홀(2e)의 내도체와 용량 결합하는 입/출력 단자(6ant)가 제공된다. 입/출력 단자(6tx)는 내도체 홀(2a)의 내도체와 용량 결합하고, 입/출력 단자(6tx)는 내도체 홀(2g)의 내도체와 용량 결합한다. 이와 같은 구성을 갖는 듀플렉서에서, 외도체 비형성부(5)는 유전체 블럭의 외면의 일부상의 송신 필터와 수신 필터 사이의 경계면에 형성된다. 이 실시예에서, 유전체 블럭의 상면에, 외도체 비형성부(5)가 내도체의 개방회로단 면과 연속적으로 형성되고, 또한, 유전체 블럭의 탑재면에, 외도체 비형성부(5)가 외도체(4)로부터 분리된 입/출력 단자(6ant)의 일부와 연속적으로 형성된다.

다음으로, 도 7 을 참조로, 본 발명의 다섯번째 실시예에 따른 듀플렉서의 구조가 설명된다. 첫번째에서 네번째까지의 실시예에서, 원형 구획을 갖는 내도체 홀이 형성되고 내도체는 그 홀의 내면에 형성되었다. 그러나, 도 7 에 도시된 다섯번째 실시예에서, 유전체 블럭의 내부에, 평면 내도체(3a~3c, 3e~3g)가 스트립라인 공진기를 구성하도록 형성된다. 이 구성에서, 상기 실시예와 유사하게, 외도체 비형성부(5)가 유전체 블럭의 외면에 송신 필터와 수신 필터 사이의 경계에 형성되는 경우, 필터의 접지 전류 사이의 결합은 억제되어, 필터 사이의 분리가 증가한다.

다음으로, 도 8 을 참조로, 본 발명의 여섯번째 실시예에 따른 듀플렉서의 구조가 설명된다.

도 8 은 기판에 탑재된 듀플렉서의 사시도이다. 이 도면에서, 참조번호(7rx, 7tx)는 유전체 블럭의 개방면을 덮고 유전체 블럭의 외면에 형성된 외도체(4rx, 4tx)를 탑재된 기판의 접지 전극에 전기적으로 연결하는 금속 덮개를 나타낸다. 도체(4rx)는 수신 필터측의 외도체를 나타내고 도체(4tx)는 송신 필터측의 외도체를 나타낸다. 유전체 블럭의 구조는 도 6a 및 도 6b 에 도시된 구조와 같다.

같은 방법으로, 외도체 비형성부(5)에서 분리하여 형성된 외도체(4rx, 5tx)는 상호 독립된 금속 덮개(7rx, 7tx)를 통해 접지된다. 금속 덮개(7rx, 7tx)를 통해 흐르는 접지 전류로 인해, 송신 필터와 수신 필터의 접지 전류 사이의 결합은 억제되고, 이에 의해 필터 사이의 분리가 증가된다.

다음으로, 도 9 를 참조로, 본 발명의 일곱번째 실시예에 따른 통신 장치가 설명된다.

도 9 에서, 송/수신 안테나(ANT), 듀플렉서(DPX), 대역 통과 필터(BPFa, BPFb), 증폭 회로(AMPa, AMPb), 혼합기(MIXa, MIXb), 오실레이터(OSC) 및 주파수 합성기(SYN)가 도시된다.

혼합기(MIXa)는 송신 신호의 IF 신호와 주파수 합성기로(SYN)부터 출력된 신호를 혼합한다. 혼합기(MIXa)로부터 출력된 혼합 신호 중에서, 대역 통과 필터(BPFa)는 송신 주파수 대역의 신호만을 통과시킨다. 증폭 회로(AMPa)는 안테나(ANT)로부터 신호를 듀플렉서(DPX)를 경유하여 송신할 신호를 전력 증폭한다. 증폭 회로(AMPb)는 듀플렉서(DPX)로부터 추출된 수신 신호를 증폭한다. 증폭 회로(AMPb)로부터 출력된 수신 신호 중에서, 대역 통과 필터(BPFb)는 수신 주파수대역의 신호만을 통과시킨다. 혼합기(MIXb)는 주파수 합성기(SYN)로부터 출력된 주파수 신호를 수신 신호와 혼합하여 수신 신호의 중간 주파수 신호(IF)를 출력한다.

상기 듀플렉서(DPX)는 도 1a~1d 및 도 4a~8 의 하나에 도시된 구조를 갖는다.

상기 실시예 각각에서, 유전체 블럭 내부에 배치된 내도체로 구성된 공진기를 결합하기 위하여, 내도체 홀은 스텝 구조를 갖고 홀의 개방 회로단은 내도체 비형성부로 형성된 탑-엔드(top-end) 정전용량을 갖는다. 예를 들면, 유전체 블럭의 개방면에, 공진기를 결합하기 위한 전극이 내도체로부터 인접하는 내도체까지 확장 형성되어 상호 인접 공진기 사이의 결합이 만들어진다. 선택적으로, 결합에 사용되는 홀, 캐비티(cavity), 슬릿(slit)이 인접 공진기를 결합하기 위해 인접 내도체 홀 사이에 형성된다. 이들 방법 중 어느 것도 본 발명에 유사하게 적용될 수 있다.

상기한 바와 같이, 외도체 비형성부는 인접하는 필터 사이의 경계에 대응하여 외도체의 한 부분에 형성된다. 이 구성으로, 상호 인접하는 필터의 접지 전류 사이의 결합은 억제되고 이에 의해 인접하는 필터 사이의 분리 특성이 향상된다.

또한, 외도체 비형성부는 유전체 블럭의 외표면 전체 주위에 형성된다. 이 구성은 오류 없이 필터의 접지 전류 사이의 결합을 억제하고 이에 의해 상호 인접하는 필터 사이의 분리 특성이 향상된다.

또한, 유전체 블럭의 외면에 형성된 외도체 비형성부는 상호 인접하는 두 필터에 의해 분배되는 입/출력 단자의 주변과 연속적으로 배치된다. 그리하여, 외도체 비형성부가 입/출력 단자의 주변으로 연속적으로 확장하기 때문에, 상호 인접하는 필터의 접지 전류 사이의 결합이 효과적으로 억제된다.

또한, 유전체 블럭의 외도체와 연속하는 접지연결 금속 덮개가 외도체 비형성부에서 분리하여 형성된 각각의 외도체에 독립적으로 배치된다. 즉, 접지연결 금속 덮개는 각각의 필터에 독립적이다. 그리하여, 상호 인접하는 필터의 접지 전류 사이의 결합이 효과적으로 억제된다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기한 구조를 갖는 복합 유전체 필터 장치는 통신 장치를 구성하기 위해 안테나 듀플렉서 등에 결합된다. 그 결과, 송신 신호가 수신 회로로 보내지는 것을 막을 수 있기 때문에, 만족스러운 수신 특성이 얻어진다.

본 발명의 실시예가 상기한 바와 같이 기술되었을지라도, 본 발명의 관념의 사상과 결합한 기술로 변화가 발생하고, 이는 청구항에 의해 판단된다.

Claims (6)

1. 실질적으로 평행육면체인 장방형 유전체 블럭;

   상기 유전체 블럭의 한 면으로부터 대향 면까지 병렬로 확장하는 다수의 내도체;

   다수의 내도체 사이의 인접하는 내도체의 그룹이 다수의 필터를 구성하도록 상기 유전체 블럭의 외면의 적어도 몇몇에 배치되는 외도체; 및

   상호 인접 필터 사이의 경계면에 대응하는 외도체의 일부에 형성된 외도체 비형성부(outer-conductor-free portion)로 구성되는 것을 특징으로 하는 복합 유전체 필터 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 외도체 비형성부는 상기 유전체 블럭의 모든 외면 주위에 형성되는 것을 특징으로 하는 복합 유전체 필터 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 유전체 블럭의 외면들 중 하나로부터 상기 유전체 블럭의 다른 면까지 확장하는 입/출력 단자를 추가로 포함하고, 상기 단자는 상기 외도체로부터 분리되고 상호 인접하는 필터에 의해 분배되고, 상기 외도체 비형성부가 상기 단자의 주변에 연속적으로 배열되는 것을 특징으로 하는 복합 유전체 필터 장치.
4. 제2항에 있어서, 상기 유전체 블럭의 외면들 중 하나로부터 상기 유전체 블럭의 다른 면까지 확장하는 입/출력 단자를 추가로 포함하고, 상기 단자는 상기 외도체로부터 분리되고 상호 인접하는 필터에 의해 분배되고, 상기 외도체 비형성부가 상기 단자의 주변에 연속적으로 배열되는 것을 특징으로 하는 복합 유전체 필터 장치.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유전체 블럭의 상기 외도체에 연결된 접지연결 금속 덮개를 추가로 포함하고, 상기 금속 덮개는 상기 외도체 비형성부에 의해 분리된 상기 외도체의 각각의 부분에 독립적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 복합 유전체 필터 장치.
6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 복합 유전체 필터 장치를 포함하고, 상기 복합 유전체 필터 장치는 안테나 듀플렉서로 사용되는 것을 특징으로 하는 통신 장치.