KR100401967B1 - 고주파 필터, 필터 장치 및 이를 포함한 전자 장비 - Google Patents

고주파 필터, 필터 장치 및 이를 포함한 전자 장비 Download PDF

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KR100401967B1
KR100401967B1 KR10-2001-0070151A KR20010070151A KR100401967B1 KR 100401967 B1 KR100401967 B1 KR 100401967B1 KR 20010070151 A KR20010070151 A KR 20010070151A KR 100401967 B1 KR100401967 B1 KR 100401967B1
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Abstract

본 발명은 필터(filter) 특성 조정과 소형화를 용이하게 할 수 있고 우수한 광대역 특성을 얻을 수 있는 고주파 필터(high frequency filter)를 제공한다. 게다가, 본 발명은 고주파 필터를 이용한 필터 장치(filter device) 및 이를 포함하는 전자 장비(electronic apparatus)를 제공한다. 이 필터에서, 접지 전극은 유전체 기판의 주면 한 쪽에 배열된다. 다른 쪽 주면에는 2개 또는 그 이상의 마이크로스트립 선로(microstrip line)가 배열되며, 각 마이크로스트립 선로의 한 쪽 끝은 스루홀(through-hole)을 통해서 접지되어 고주파 필터를 형성한다. 마이크로스트립 선로와 공통의 스루홀은 마이크로스트립 선로 공진기(microstrip line resonator)를 구성하고, 스루홀의 인덕턴스(inductance)를 통해서 결합되어 있다. 이러한 배열로, 부가적인 결합 소자는 필요없다. 그러므로, 고주파 필터의 크기를 줄일 수 있다. 게다가, 큰 결합 계수를 얻을 수 있어, 고주파 필터는 광대역 특성을 가질 수 있다.

Description

고주파 필터, 필터 장치 및 이를 포함한 전자 장비{High frequency filter, filter device, and electronic apparatus incorporating the same}
본 발명은 고주파 필터(high frequency filter) 및 상기 필터를 이용한 필터 장치(filter device)에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이를 포함한 전자 장비(electronic apparatus)에 관한 것이다.
유전체 기판 주면의 한 쪽에 접지 전극을 배열하고 유전체 기판 다른 주면에 마이크로스트립 선로(microstrip line)를 형성함으로써 여러 개의 공진기를 형성하여, 고주파 필터를 구성하는 것이 일반적이다. 유전체 기판의 다른 주면상의 마이크로스트립 선로의 일부를 접지하기 위하여, 종종 스루홀(through-hole)을 이용해서 마이크로스트립 선로를 접지 전극에 접속한다.
스루홀을 공진기 또는 공진기의 일부로서 이용한 고주파 필터의 다른 형태 또한 알려져 있다. 예를 들면, 일본 특허 출원 공보 제 7-86802호에서는 스루홀을 공진기로서 이용한 고주파 필터를 기술하고 있다. 상기 고주파 필터는 스루홀의 인덕턴스(inductance)와 캐패시턴스(capacitance)를 이용하여 형성한 공진기들을 포함한다. 상기 여러 개의 공진기는 유전체 기판의 주면 둘 중 하나에 형성된 전극 간 간격의 캐패시턴스를 통해서 서로 전계적으로 결합되어 고주파 필터를 구성한다.
한편, 스루홀을 공진기로서 이용한 고주파 필터는 공진기의 특성을 조정하기가 어렵다는 점에서 문제가 있다. 즉, 특성을 조정할 때, 스루홀의 직경을 변경할 필요가 있다. 그러나 그렇게 하기 위해서는, 예를 들면, 유전체 기판을 교체해야 하며, 그럼으로써 시간이 걸리고 비용이 증가한다. 게다가, 스루홀의 직경을 미묘하게 조종하기가 어렵기 때문에, 정밀한 조정은 기대하기 힘들다.
또한, 부가적인 캐패시턴스 소자로 사용되는 전극 간 간격이 공진기들을 결합하는데 이용되므로, 필터의 크기는 증가한다.
또한, 전극 간 간격의 캐패시턴스에 의한 전계적인 결합을 이용하여서는 결합 계수를 크게 할 수 없다. 결국, 상기 고주파 필터는 광대역 특성을 얻을 수 없다.
본 발명은 필터 특성 조정이 용이하고 소형화된 고주파 필터를 제공할 수 있다. 게다가, 공진기간 결합 계수를 크게 해서 광대역 특성을 얻을 수 있다. 본 발명은 상기 고주파 필터를 이용한 필터 장비 및 이를 포함한 전자 장비를 더 제공할 수 있다.
본원 제 1 발명에 의하면, 유전체 기판과, 상기 유전체 기판의 한 주면에 배열된 접지 전극과, 스루홀, 및 상기 유전체 기판의 다른 주면에 형성되고 첫번째 끝이 상기 스루홀을 통해서 접지되어 있는 여러 개의 마이크로스트립 선로 공진기(microstrip line resonator)를 포함하는 고주파 필터를 제공한다. 상기 필터에서, 상기 여러 개의 마이크로스트립 선로 공진기는 한 쪽 끝을 접지하는 상기 스루홀(through-hole)을 공통으로 해서, 상기 여러 개의 마이크로스트립 선로 공진기는 상기 스루홀의 인덕턴스(inductance)를 통해서 서로 결합되어 있다.
본원 제 2 발명에 의하면, 유전체 기판과, 상기 유전체 기판의 한 주면에 배열된 접지 전극과, 스루홀, 및 상기 유전체 기판의 다른 주면에 형성되고 첫번째끝이 상기 스루홀을 통해서 접지되어 있는 2개의 마이크로스트립 선로 공진기를 포함하는 고주파 필터를 제공한다. 상기 필터에서, 상기 2개의 마이크로스트립 선로 공진기는 한 쪽 끝을 접지하는 상기 스루홀을 공통으로 해서, 상기 2개의 마이크로스트립 선로 공진기는 상기 스루홀의 인덕턴스를 통해서 서로 결합되어 있다.
또한, 상기 필터에서, 상기 2개의 마이크로스트립 선로 공진기는 서로 역방향으로 감겨져 나선형으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 2개의 마이크로스트립 선로 공진기의 하나의 가장자리는 다른 마이크로스트립 선로 공진기의 가장자리 근방에 배열되어 서로 유도적으로 결합될 수 있다.
또한, 상기 필터에서, 상기 2개의 마이크로스트립 선로 공진기의 하나의 두번째 끝은 다른 마이크로스트립 선로 공진기의 가장자리와 반대 방향에 배치되어 서로 용량적으로 결합될 수 있다.
본원 제 1 발명과 제 2 발명의 하나에 따른 고주파 필터는 입출력 전극 또는 와이어(wire)를 더 포함할 수 있고, 상기 입출력 전극 또는 와이어는 각각의 마이크로스트립 선로 공진기의 첫번째 끝과 두번째 끝사이에 배치된 지점에 서로 접속되어 있다.
본원 제 3 발명에 의하면, 본원 제 1 발명과 제 2 발명의 하나에 따른 고주파 필터를 포함하는 필터 장치를 제공한다.
본원 제 4 발명에 의하면, 본원 제 1 발명과 제 2 발명의 하나에 따른 고주파 필터 또는 상기 필터 장치를 포함하는 전자 장비를 제공한다.
상술한 구성에 의하여, 본 발명의 고주파 필터 및 필터 장치에서, 필터 특성을 쉽게 조정할 수 있고 소형화도 가능하다. 또한 공진기간의 결합 계수를 보다 크게 함으로써, 광대역 특성을 얻을 수 있다.
본 발명의 전자 장비에서도, 소형화, 비용 절감, 그리고 성능 향상을 얻을 수 있다.
본 발명의 다른 특징과 이점은 도면을 참조하여 이하의 실시예 설명으로부터 이해할 수 있고, 동일한 참조 번호는 동일한 소자와 부분을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고주파 필터의 사시도이다.
도 2는 도 1의 고주파 필터의 등가 회로도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고주파 필터의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고주파 필터의 평면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고주파 필터의 평면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고주파 필터의 평면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고주파 필터의 평면도이다.
도 8은 도 7의 고주파 필터에서 한 쪽 마이크로스트립 선로(microstrip line)의 개방단과 다른 쪽 마이크로스트립 선로의 가장자리 사이의 간격과 2개의 마이크로스트립 선로 공진기의 결합 계수와의 관계를 나타내는 특성도이다.
도 9는 도 7의 고주파 필터 장치의 주파수 특성을 나타내는 특성도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 필터 장치의 블럭도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 전자 장비의 블럭도이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고주파 필터(high frequency filter)의 사시도를 나타낸다. 도 1에서, 고주파 필터(1)는 유전체 기판(2), 상기 유전체 기판(2)의 한 쪽 주면의 전면에 배열된 접지 전극(3), 상기 유전체 기판(2)의 다른 주면에 배열된 2개의 마이크로스트립 선로(microstrip line;4a, 5a), 상기 2개의 마이크로스트립 선로(4a, 5a)의 접속점에 형성된 스루홀(through-hole;6), 및 상기 2개의 마이크로스트립 선로(4a, 5a)에 접속된 신호 입출력 와이어(wire;7, 8)를 포함한다. 상기 와이어(7, 8) 각각은 도시하지 않은 외부 회로에 접속되어 있다.
상기 고주파 필터(1)에서, 상기 마이크로스트립 선로(4a)와 상기 스루홀(6)은 한 쪽 끝은 접지되고 다른 쪽 끝은 개방된 1/4 파장 마이크로스트립 선로 공진기(4)를 구성한다. 유사하게, 상기 마이크로스트립 선로(5a)와 상기 스루홀(6)은 한 쪽 끝은 접지되고 다른 쪽 끝은 개방된 1/4 파장 마이크로스트립 선로 공진기(5)를 구성한다. 즉, 상기 마이크로스트립 선로 공진기(4, 5)는 상기스루홀(6)을 공통으로 한다.
도 2는 상기 고주파 필터(1)의 등가 회로도를 보여준다. 도 2에 도시된 것처럼, 상기 고주파 필터(1)에서, 상기 2개의 마이크로스트립 선로(4a, 5a)는 서로 접속되어 있고, 상기 선로(4a, 5a)의 접속점은 상기 스루홀(6)의 등가 회로 소자인 인덕터(inductance; Lt) 및 저항(Rt)으로 구성된 직렬 회로를 통해서 접지되어 있다. 또한, 상기 마이크로스트립 선로(4a)와 상기 스루홀(6)에 의해 형성된 상기 마이크로스트립 선로 공진기(4)는 상기 마이크로스트립 선로(5a)와 상기 스루홀(6)에 의해 형성된 상기 마이크로스트립 선로 공진기(5)와 상기 스루홀(6)의 인덕턴스인 인덕터(inductor;Lt)를 통해서 결합되어 있다. 이 도면에서, 포트(port 1)는 상기 와이어(7)를, 포트(port 2)는 상기 와이어(8)를 나타낸다.
이 회로는 상기 마이크로스트립 선로(4a, 5a)의 길이에 의해 결정되는 홀수 모드(odd-mode) 공진 주파수(fodd)와 상기 스루홀(6)의 인덕터(Lt)를 포함하는 짝수 모드(even-mode) 공진 주파수(feven)를 발생한다. 필요한 대역폭에 따른 Lt 값을 변경함으로써, 상기 2개의 마이크로스트립 선로 공진기(4, 5) 사이의 결합양(k)을 조정할 수 있다.
상기 와이어(7, 8)는 상기 고주파 필터(1)를 외부 회로에 결합하는데 이용된다. 상기 와이어(7, 8)가 상기 2개의 마이크로스트립 선로(4a, 5a)에 접속된 위치를 변경함으로써 상기 고주파 필터(1)의 외부 Q(Qe)를 바꿀 수 있다. 즉, 와이어를 접속하는 위치를 조정함으로써 외부 Q를 조정할 수 있다.
상술한 구성을 포함한 상기 고주파 필터(1)에서, 상기 2개의 마이크로스트립선로 공진기(4, 5)는 상기 스루홀(6)의 인덕턴스(Lt)를 통해서 서로 자기적으로 결합되어 있다. 상기 공진기(4, 5)를 결합시키기 위한 소자가 필요 없기 때문에, 상기 고주파 필터(1)를 소형화하여 만들 수 있다. 또한, 상기 스루홀(6)의 인덕턴스(Lt)에 의한 자계 결합의 경우에, 종래 필터의 전극 간 간격과 같은 용량성 소자에 의한 전계 결합에 비해서, 보다 큰 결합 계수를 얻을 수 있다. 따라서, 상기 고주파 필터(1)는 용이하게 광대역 특성을 얻을 수 있다.
외부 회로에 결합하기 위하여, 상술한 와이어 결합이 이용할 수 있는 유일한 방법은 아니다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 고주파 필터의 평면도를 나타낸다. 도 1에 도시한 고주파 필터와 동일하거나 등가한 부분에는 동일한 참조 부호를 붙이고, 설명은 생략한다. 도 3에 도시된 고주파 필터(10)와 같이, 도 1에서, 상기 2개의 마이크로스트립 선로(4a, 5a)에 상기 와이어(7, 8)를 접속하기 위한 위치에서, 폭이 보다 좁은 마이크로스트립 선로로 구성된 탭(tap;11, 12)을 배열해서 외부 회로에 접속할 수 있다. 이러한 외부 회로에 접속하는 방법에서, 외부 Q는 상기 와이어(7, 8)를 이용하는 경우에 비해서 고정된다. 그러나, 상기 와이어(7, 8)를 이용한 고주파 필터(1)에서 얻는 이점과 거의 동일한 이점을 얻을 수 있다.
또한, 이렇게 외부 회로에 결합하는 것은 다른 방법으로도 가능하다. 도 4는 본 발명의 다른 실시예를 따르는 고주파 필터의 평면도를 나타낸다. 도 1에 도시한 고주파 필터와 동일하거나 등가한 부분에는 동일한 참조 부호를 붙이고, 설명은 생략한다. 도 4에 도시된 고주파 필터(15)에서 처럼, 2개의 마이크로스트립 선로(4a, 5a)의 개방단 근방에, 입출력 전극(16, 17)을 배열할 수 있다. 이 경우에, 상기 입출력 전극(16, 17)은 외부 회로에 접속된다. 상기 고주파 필터(15)와 외부 회로는 입출력 전극(16, 17)과 상기 마이크로스트립 선로(4a, 5a) 사이에 발생한 캐패시턴스(C1, C2)를 통해서 결합된다. 캐패시턴스(C1, C2)를 조정함으로써 외부 Q는 조정될 수 있다. 이 실시예도 상기 와이어(7, 8)를 이용한 고주파 필터(1)에서 얻는 이점과 거의 동일한 이점을 얻을 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고주파 필터의 평면도를 나타낸다. 도 5에서, 도 1에 도시한 고주파 필터와 동일하거나 등가한 부분에는 동일한 참조 부호를 붙이고, 설명은 생략한다.
도 5에서, 고주파 필터(20)는 유전체 기판(2)의 한 쪽 주면에 배열된 2개의 마이크로스트립 선로(21a, 22a), 상기 마이크로스트립 선로(21a, 22a)의 접속점에 형성된 스루홀(6), 및 상기 마이크로스트립 선로(21a, 22a)에 접속된 신호 입출력 와이어(7, 8)를 포함한다.
상기 고주파 필터(20)에서, 상기 마이크로스트립 선로(21a)와 상기 스루홀(6)은 첫번째 끝이 접지되고 두번째 끝이 개방된 1/4 파장 마이크로스트립 선로 공진기(21)를 구성한다. 또한, 상기 마이크로스트립 선로(22a)와 스루홀(6)은 첫번째 끝이 접지되고 두번째 끝이 개방된 1/4 파장 마이크로스트립 선로 공진기(22)를 구성한다. 즉 상기 마이크로스트립 선로 공진기(21, 22)는 상기 스루홀(6)을 공통으로 한다.
이 경우에, 상기 2개의 마이크로스트립 선로(21a, 22a)는 서로 역방향으로 감겨 나선형으로 형성되어 전체 S 모형이 된다. 상기 마이크로스트립 선로(21a)의두번째 끝은 상기 마이크로스트립 선로(22a)의 첫번째 끝 근방 가장자리 근처에 배열된다. 또한, 상기 마이크로스트립 선로(22a)의 두번째 끝은 상기 마이크로스트립 선로(21a)의 첫번째 끝 근방 가장자리 근처에 배열된다.
상술한 것처럼, 상기 마이크로스트립 선로(21a, 22a)를 나선형으로 형성함으로써, 상기 고주파 필터(20)를 구성하는 유전체 기판(2)의 길이가 감소된다. 그러므로, 상기 고주파 필터(20)는 소형화될 수 있다.
또한, 마이크로스트립 선로(21a, 22a)의 개방단측의 가장자리가 마이크로스트립 선로(22a, 21a)의 접지단측의 가장자리 근방에 각각 배열된 부분에 자계 결합(M)이 발생한다. 즉, 상기 마이크로스트립 선로 공진기(21, 22)는 상기 스루홀(6)의 인덕턴스를 통해서 뿐만 아니라, 상기 마이크로스트립 선로(21a, 22a) 사이의 자계 결합(M)에 의해서도 결합된다. 상기 자계 결합(M)은 상기 스루홀(6)의 인덕턴스가 제공하는 결합 부족분을 보충할 수 있다. 예를 들면, 유전체 기판(2)의 두께가 부족해서 상기 스루홀(6)의 인덕턴스를 통해서 상기 마이크로스트립 선로 공진기(21, 22)가 충분히 결합할 수 없는 경우에, 상기 마이크로스트립 선로(21a, 22a) 사이의 자계 결합(M)이 상기 스루홀(6)이 제공하는 결합 부족분을 보충할 수 있다. 또한, 상기 스트립 선로(21a, 22a)의 상호 인접 부분 간격을 조정함으로써, 자계 결합(M)의 크기를 조정할 수 있고, 고주파 필터(20) 설계의 자유도를 증가시킬 수 있다.
상기 마이크로스트립 선로의 형상은 반드시 S자형일 필요는 없다. 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고주파 필터의 평면도를 보여준다. 도 6에서, 도 1에도시한 고주파 필터와 동일하거나 등가한 부분에는 동일한 참조 부호를 붙이고, 설명은 생략한다.
도 6에서, 고주파 필터(25)의 마이크로스트립 선로(26a, 27a) 각각은 약 1.5 회전의 나선형을 형성할 정도의 길이를 갖는다. 상기 마이크로스트립 선로(26a)와 스루홀(6)은 한 쪽 끝은 접지되고 다른 쪽 끝은 개방된 1/4 파장 마이크로스트립 선로 공진기(26)를 구성한다. 또한, 마이크로스트립 선로(27a)와 상기 스루홀(6)은 한 쪽 끝은 접지되고 다른 쪽 끝은 개방된 1/4 파장 마이크로스트립 선로 공진기(27)를 구성한다. 즉, 상기 마이크로스트립 선로 공진기(26, 27)는 상기 스루홀(6)을 공통으로 한다.
마이크로스트립 선로(26a)의 일부는 상기 마이크로스트립 선로(27a)의 첫번째 끝 근방의 가장자리에 인접하고 있다. 또한, 마이크로스트립 선로(27a)의 일부는 상기 마이크로스트립 선로(26a)의 첫번째 끝 근방의 가장자리에 인접하고 있다.
상술한 구조를 포함하는 고주파 필터(25)에서도, 상기 마이크로스트립 선로(26a, 27a) 사이에 자계 결합(M)이 발생되기 때문에, 고주파 필터(20)에서 얻을 수 있는 이점과 같은 이점을 얻을 수 있다. 게다가, 상기 마이크로스트립 선로(26a, 27a)의 길이를 증가시킬 수 있기 때문에, 상기 고주파 필터(25)를 고주파 필터(20)보다 소형화로 만들 수 있다.
또한, 상기 고주파 필터(25)는, 상기 마이크로스트립 선로(26a, 27a)의 두번째 끝(개방단)에 가까울 수록 선로 폭이 좁아지는, 스텝-임피던스(step-impedance) 구조를 채용하고 있다. 1/4 파장 공진기의 경우에, 기본 공진 주파수의 3배 주파수에서도 공진이 발생한다. 그러나, 상기 스텝-임피던스 구조를 이용하면, 상기 마이크로스트립 선로 공진기의 두번째 끝의 인덕턴스가 증가된다. 그러므로, 공진기의 공진 주파수가 공진 주파수의 3배 보다 낮아진다. 그리하여, 상기 고주파 필터(25)는 공진 주파수의 3배의 주파수에서 감쇠 특성을 향상시킬 수 있는 이점을 가진다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고주파 필터의 평면도를 보여준다. 도 7에서, 도 5에 도시한 고주파 필터와 동일하거나 등가한 부분에는 동일한 참조 부호를 붙이고, 설명은 생략한다.
도 7에서, 고주파 필터(30)는 유전체 기판(2)의 주면 한 쪽에 형성된 마이크로스트립 선로(31a, 32a), 상기 마이크로스트립 선로(31a, 32a)의 접속점에 형성된 스루홀(6), 및 상기 마이크로스트립 선로(31a, 32a)에 접속된 신호 입출력 와이어(7, 8)를 포함한다.
상기 고주파 필터(30)에서, 상기 마이크로스트립 선로(31a)와 상기 스루홀(6)은 한 쪽 끝은 접지되고 다른 쪽 끝은 개방된 1/4 파장 마이크로스트립 선로 공진기(31)를 구성한다. 또한, 마이크로스트립 선로(32a)와 상기 스루홀(6)은 한 쪽 끝은 접지되고 다른 쪽 끝은 개방된 1/4 파장 마이크로스트립 선로 공진기(32)를 구성한다. 즉, 상기 마이크로스트립 선로 공진기(31, 32)는 상기 스루홀(6)을 공통으로 한다.
여기에서, 상기 마이크로스트립 선로(31a, 32a)는 서로 역방향으로 감긴 나선형으로 형성되어 전체로서 S자 형상을 하고 있다. 상기 마이크로스트립 선로(31a)의 두번째 끝은 상기 마이크로스트립 선로(32a)의 첫번째 끝 근처의 가장자리 근방에 배열된다. 상기 마이크로스트립 선로(32a)의 두번째 끝도 상기 마이크로스트립 선로(31a)의 첫번째 끝 근처의 가장자리 근방에 배열된다. 또한, 상기 마이크로스트립 선로(31a)의 두번째 끝은 상기 마이크로스트립 선로(32a)의 가장자리 근방에 서로 마주보게 배열된다. 상기 마이크로스트립 선로(32a)의 두번째 끝은 상기 마이크로스트립 선로(31a)의 가장자리 근방에 서로 마주보게 배열된다. 이러한 배열로, 결합 캐패시턴스(C3, C4)는 마주보고 있는 부분에 생성되어 전계 결합을 제공한다. 전계 결합은 상기 마이크로스트립 선로(31a, 32a) 사이의 자계 결합(M)을 상쇄하는 작용을 한다.
예를 들면, 도 5의 고주파 필터(20)에서, 소형화 때문에, 마이크로스트립 선로(21a, 22a)가 서로 근접해서 배열되어 상기 마이크로스트립 선로 사이에 결합(M)이 너무 강한 경우에, 상기 마이크로스트립 선로(21a, 22a) 간격을 넓히는 것이 소형화를 저해한다 해도 상기 마이크로스트립 선로(21a, 22a) 간격을 넓히는 것이 필요하다. 그러나, 도 7의 고주파 필터(30)에서, 마이크로스트립 선로(31a, 32a)가 서로 근접해서 배열되어 상기 마이크로스트립 선로 사이에 결합(M)이 너무 강한 경우에, 결합은 상기 마이크로스트립 선로(31a, 32a) 간격을 증가시키지 않고, 마이크로스트립 선로(31a, 32a)의 개방단이 마이크로스트립 선로(32a, 31a)의 가장자리에 마주보고 있는 부분의 간격을 좁혀서 결합 캐패시턴스(C3, C4)를 증가시킴으로써 조정될 수 있다. 그러므로, 상기 고주파 필터(30)는 고주파 필터(20) 보다 작게 만들 수 있다.
도 8은 마이크로스트립 선로의 한 쪽 개방단이 다른 쪽 마이크로스트립 선로의 가장자리와 마주보고 있는 부분의 간격(g)과, 고주파 필터(30)에서 마이크로스트립 선로 공진기(31, 32) 사이의 결합인 결합 계수(k)와의 관계에 관한 실험 결과를 보여준다. 도 8에 도시된 것처럼, 명백하게, 간격(g)이 좁아질수록, 결합 계수(k)는 작아진다. 이 실험에서 이용된 고주파 필터(30)에서, 스루홀(6)의 인덕턴스(Lt)만에 의한 결합 계수(k)는 0.122임을 나타낸다. 실제로, 자계 결합(M)이 더해지면, 결합 계수(k)는 0.122보다 커진다. 그리고, 도 8에서, 간격(g)을 50 ㎛까지 줄임으로써, 자계 결합과 전계 결합이 서로 상쇄해서 결합 계수(k)는 스루홀(6)의 인덕턴스(Lt)만에 의한 결합 계수와 일치한다. 이 실험에서 이용된 유전체 기판의 비유전율은 110이다. 상기 기판의 두께는 0.3 mm이고 스루홀의 직경은 145 ㎛이다. 상기 2개의 마이크로스트립 선로가 서로 근처에 배열되어 있는 부분의 간격은 150 ㎛이다.
도 9는 고주파 필터(30)를 실제로 밴드 패스 필터(band pass filter)로 생산할 때의 주파수 특성 S11(반사 손실)과 S21(삽입 손실)을 보여준다. 도 9에서, 검은 점으로 나타낸 것처럼, 통과 대역의 중심 주파수는 5.8 GHz이고, 통과 대역의 3-dB 대역폭은 980 MHz이며, 통과 대역의 삽입 손실은 5.8 GHz에서 -1.1 dB인 특성을 얻었다. 또한, 감쇠 대역으로서 2.9 GHz에서 -22.4 dB, 11.6 GHz에서 -44.1 dB, 및 17.4 GHz에서 -30.9 dB같은 특성을 얻었다. 이 경우에, 주파수 17.4 GHz는 중심 주파수 5.8 GHz의 약 3배의 주파수이다. 도 6의 고주파 필터(25)와 같이, 고주파 필터(30)는 마이크로스트립 선로 공진기(31, 32)의 개방단 폭을 좁게 하는 스텝-임피던스 구조를 채용하고 있다. 이러한 배열로, 본래 기본 공진 주파수의 3배이어야할 주파수가, 그것보다 낮은 약 13.5 GHz 주파수 부근으로 쉬프트(shift)하고 있다. 그러므로, 17.4 GHz에서의 감쇠 특성은 -30.9 dB로서, 우수한 값이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 주파수 장치의 한 예로서, 듀플렉서(duplexer)의 블럭도를 보여준다. 도 10의 듀플렉서(40)에서, 서로 통과 대역이 다른, 수신 필터(BPF;41)의 한 쪽 끝과 송신 필터(BPF;42)의 한 쪽 끝을 서로 접속하여 안테나 단자(ANT)를 형성한다. 상기 수신 필터(BPF;41)의 다른 쪽 끝은 수신 단자(RX)로서 배열되고 송신 필터(BPF;42)의 다른 쪽 끝은 송신 단자(TX)로서 배열된다. 이 경우에, 수신 필터(BPF;41)와 송신 필터(BPF;42)로서, 예를 들면, 도 1과 도 3 내지 도 7의 고주파 필터가 이용된다. 듀플렉서(40)의 기본적인 기능과 동작은 일반적으로 주지되어 있기 때문에, 여기에서 설명은 생략한다.
상술한 구조를 포함하는 듀플렉서(40)는, 소형화가 가능하고 감쇠 특성을 향상시킬 수 있는, 본 발명의 고주파 필터를 포함한다. 그리하여, 중요하게는, 소형화할 수 있고 고성능을 얻을 수 있다.
본 발명의 필터 장치는 듀플렉서에 한정하지 않고 본 발명에 따른 고주파 필터를 한 개 또는 여러 개 이용하여 형성하는 모든 필터 장치를 포함한다. 이 경우에도 듀플렉서(40)에서 얻은 이점과 같은 이점을 얻을 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 전자 장비의 한 예로, 통신 장비의 블럭도를 보여준다. 도 11에서, 통신 장비(50)는 안테나(antenna;51), 도 10의 본 발명 듀플렉서(40), 수신 회로(52), 송신 회로(53), 및 신호 처리 회로(54)를 포함한다. 상기 안테나(51)는 상기 듀플렉서(40)의 안테나 단자(ANT)에 접속되어 있다. 상기듀플렉서(40)에 포함된 수신 단자(RX)는 상기 수신 회로(52)를 통해서 신호 처리 회로(54)에 접속되어 있다. 상기 신호 처리 회로(54)는 상기 송신 회로(53)를 통해서 상기 듀플렉서(40)에 포함된 송신 단자(TX)에 접속되어 있다. 상기 통신 장비(50)의 기본적인 기능과 동작은 일반적으로 주지하다. 그러므로, 여기에서 설명은 생략한다.
상기 통신 장비(50)는 본 발명의 필터 장치인 듀플렉서(40)를 포함하고 있기 때문에, 소형화가 가능하고 고성능을 얻을 수 있다.
본 발명의 전자 장비는 통신 장비뿐만 아니라 본 발명의 필터 장치를 포함하는 장비에도 한정되지 않는다. 본 발명의 전자 장비는 모든 종류의 전자 장비를 포함한다. 예를 들면, 본 발명의 고주파 필터를 이용하거나 본 발명의 고주파 필터 및 필터 장치 둘 다를 이용할 수 있다. 이 경우에, 상기 통신 장비(50)의 이점과 같은 이점을 얻을 수 있다.
상술한 대로, 본 발명의 고주파 필터에서, 각 마이크로스트립 선로의 한 쪽 끝이 스루홀을 통해서 접지되는, 여러 개의 마이크로스트립 선로 공진기는 스루홀을 공통으로 함으로써 스루홀의 인덕턴스를 통해서 서로 결합된다. 그러므로, 마이크로스트립 선로 공진기를 결합하는데에만 사용되는 별도의 소자가 필요없어, 소형화를 촉진한다. 또한, 마이크로스트립 선로 공진기 사이의 결합을 위한 결합 계수를 보다 크게 할 수 있기 때문에, 고주파 필터는 광대역 특성을 얻을 수 있다.
또한, 2개의 마이크로스트립 선로 공진기를 이용하여 서로 역방향으로 마주보고 있으며 나선형으로 형성되어서, 고주파 필터의 소형화를 더욱 더 얻을 수 있다.
또한, 2개의 마이크로스트립 선로 공진기 중 하나의 가장자리가 다른 마이크로스트립 선로 공진기의 가장자리 근처에 배열되어 자계 결합된다. 이러한 배열로, 결합 계수는 보다 커져서 고주파 필터가 보다 넓은 대역 특성을 얻을 수 있다.
또한, 2개의 마이크로스트립 선로 공진기 중 하나의 다른 쪽 끝이 다른 마이크로스트립 선로 공진기의 가장자리와 마주보고 있어서 캐패시턴스를 통해서 서로 전계 결합될 수 있다. 이러한 배열로, 소형화로 인한 필요 이상의 자계 결합을 상쇄하여, 고주파 필터의 소형화를 더욱 더 촉진할 수 있다.
입출력 와이어 또는 전극이 각 마이크로스트립 선로 공진기의 한 쪽 끝과 다른 쪽 끝사이에 위치한 한 점에서 접속되어, 외부 회로에 접속된다. 이러한 배열로, 고주파 필터의 외부 Q를 용이하게 조정할 수 있다.
본 발명의 필터 장치에서, 본 발명에 따른 고주파 필터를 이용함으로써, 소형화가 가능하고 고성능을 얻을 수 있다.
본 발명의 전자 장비에서, 본 발명에 따른 고주파 필터나 필터 장치를 이용함으써, 소형화가 가능하고 고성능을 얻을 수 있다.
상기한 실시예들은 본 발명을 실시하는 가장 잘 알려진 형태를 나타내지만, 당업자에게는 본 발명의 사상을 벗어나지 않고 변형 실시예를 할 수 있음을 알 수 있다. 그러므로, 본 발명의 범위는 개시된 실시예로 한정되지 않는다.

Claims (17)

  1. 유전체 기판;
    상기 유전체 기판의 한 쪽 주면에 배열된 접지 전극;
    전도성의 스루홀(through-hole); 및
    상기 유전체 기판의 다른 주면에 형성되고, 각 마이크로스트립 선로 공진기(microstrip line resonator)의 한 쪽 끝이 상기 스루홀을 통해서 접지되어 있는 여러 개의 마이크로스트립 선로(microstrip line)를 포함하고,
    상기 마이크로스트립 선로 공진기는 각 마이크로스트립 선로 공진기의 한 쪽 끝을 접지하기 위한 상기 스루홀을 공통으로 하여 상기 스루홀의 인덕턴스(inductance)를 통해서 서로 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 고주파 필터(high frequency filter).
  2. 제1항에 있어서, 상기 마이크로스트립 선로 공진기 각각에 접속되는 입출력 와이어(wire)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고주파 필터.
  3. 제1항에 따른 고주파 필터를 포함하고, 상기 필터를 회로에 접속하기 위한 2개의 단자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 필터 장치(filter device).
  4. 제3항에 따른 필터 장치를 포함하고, 상기 단자 중 적어도 하나에 접속되는고주파 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 장비(electronic apparatus).
  5. 제1항에 따른 고주파 필터를 포함하고, 상기 필터에 접속된 고주파 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 장비.
  6. 유전체 기판;
    상기 유전체 기판의 한 쪽 주면에 배열된 접지 전극;
    전도성의 스루홀; 및
    상기 유전체 기판의 다른 주면에 형성되고, 각 마이크로스트립 선로 공진기의 첫번째 끝이 상기 스루홀을 통해서 접지되어 있는 2개의 마이크로스트립 선로를 포함하고,
    상기 2개의 마이크로스트립 선로 공진기는 각 마이크로스트립 선로 공진기의 한 쪽 끝을 접지하기 위한 상기 스루홀을 공통으로 하여 상기 스루홀의 인덕턴스를 통해서 서로 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 고주파 필터.
  7. 제6항에 있어서, 상기 2개의 마이크로스트립 선로 공진기가 상기 유전체 기판 위에서 서로 역방향으로 감겨져 나선형으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고주파 필터.
  8. 제7항에 있어서, 상기 2개의 마이크로스트립 선로 공진기 중 하나의 가장자리가 다른 마이크로스트립 선로 공진기의 가장자리 근처에 배열되어 서로 결합하는 것을 특징으로 하는 고주파 필터.
  9. 제8항에 있어서, 상기 2개의 마이크로스트립 선로 공진기 중 하나의 두번째 끝이 캐패시턴스(capacitance)를 생성하기 위하여 다른 마이크로스트립 선로 공진기의 가장자리에 마주보고 있도록 배열되어 서로 결합하는 것을 특징으로 하는 고주파 필터.
  10. 제7항에 있어서, 상기 2개의 마이크로스트립 선로 공진기 중 하나의 두번째 끝이 캐패시턴스를 생성하기 위하여 다른 마이크로스트립 선로 공진기의 가장자리에 마주보고 있도록 배열되어 서로 결합하는 것을 특징으로 하는 고주파 필터.
  11. 제6항에 있어서, 상기 2개의 마이크로스트립 선로 공진기 중 하나의 가장자리가 다른 마이크로스트립 선로 공진기의 가장자리 근처에 배열되어 서로 결합하는 것을 특징으로 하는 고주파 필터.
  12. 제11항에 있어서, 상기 2개의 마이크로스트립 선로 공진기 중 하나의 두번째 끝이 캐패시턴스를 생성하기 위하여 다른 마이크로스트립 선로 공진기의 가장자리에 마주보고 있도록 배열되어 서로 결합하는 것을 특징으로 하는 고주파 필터.
  13. 제6항에 있어서, 상기 2개의 마이크로스트립 선로 공진기 중 하나의 두번째 끝이 캐패시턴스를 생성하기 위하여 다른 마이크로스트립 선로 공진기의 가장자리에 마주보고 있도록 배열되어 서로 결합하는 것을 특징으로 하는 고주파 필터.
  14. 제6항에 있어서, 상기 마이크로스트립 선로 공진기 각각에 접속되는 입출력 와이어(wire)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고주파 필터.
  15. 제6항에 따른 고주파 필터를 포함하고, 상기 필터를 회로에 접속하기 위한 2개의 단자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 필터 장치.
  16. 제15항에 따른 필터 장치를 포함하고, 상기 단자 중 적어도 하나에 접속되는 고주파 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 장비.
  17. 제6항에 따른 고주파 필터를 포함하고, 상기 필터에 접속되는 고주파 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 장비.
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