KR100557297B1 - 마이크로스트립 밴드스톱필터를 구비한 유전체필터 및듀플렉서 유전체필터 - Google Patents

마이크로스트립 밴드스톱필터를 구비한 유전체필터 및듀플렉서 유전체필터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마이크로스트립 밴드스톱필터를 구비한 유전체필터 및 듀플렉서 유전체필터를 개시한다. 상기 유전체필터는, 신호의 입력이 이루어지는 입력단(또는 출력단)과 커플링되는 입력단(또는 출력단) 마이크로스트립 필터와, 신호의 출력이 이루어지는 출력단(또는 입력단)과 커플링되는 출력단(또는 입력단) 마이크로스트립 필터, 상기 입력단 및 출력단 마이크로스트립 필터에 결합되어 커플링되는 입출력단공진기 및, 상기 입출력단공진기에 결합되어 커플링되는 공진기를 포함하여 이루어지고, 상기 입출력단 공진기 및 결합공진기는 일립틱함수이론에 따라 커플링되며, 상기 입력단 또는 출력단 마이크로스트립필터 중 적어도 하나는 밴드스톱필터(BSF)로 구성된다. 또한, 상기 듀플렉서 유전체필터는 송신측 전극(TE)이 형성되고 다수의 공진기로 이루어진 송신측 유전체필터(100)와, 수신측 전극(RE)이 형성되고 다수의 공진기로 이루어진 수신측 유전체필터(200)를 안테나전극(AE) 형성 영역을 중심으로 양측에 결합하고, 상기 송신측 전극(TE) 또는 상기 수신측 전극(RE) 중 적어도 하나는 밴드스톱필터(BSF)로 구성된다.
밴드스톱필터, 유전체필터, 마이크로스트립 필터

Description

마이크로스트립 밴드스톱필터를 구비한 유전체필터 및 듀플렉서 유전체필터{A Dielectric Band Pass and duplexer Filters having a Micro-Strip Bandstop Filter Printed on Filter Main Body}
도 1은 일립틱함수 필터 이론에 따라 제조된 유전체필터를 나타낸 사시도,
도 2a 및 도 2b는 도 1의 유전체필터에서 나타나는 주파수특성을 개략적으로 나타낸 그래프,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로스트립 밴드스톱필터를 구비한 유전체필터를 나타낸 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 유전체필터에 구비되는 일실시예의 밴드스톱필터를 나타낸 도면,
도 5는 다른 실시예의 밴드스톱필터를 나타낸 도면,
도 6은 도 4 및 도 5에 나타낸 다른 실시예의 밴드스톱필터의 주파수특성을 비교하여 나타낸 그래프,
도 7은 도 3에 나타낸 유전체필터의 주파수 특성을 개략적으로 나타낸 그래프,
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로스트립 밴드스톱필터를 구비 한 유전체필터를 나타낸 사시도,
도 9는 도 8에 나타낸 유전체필터의 주파수 특성을 개략적으로 나타낸 그래프,
도 10은 마이크로스트립 밴드스톱필터를 구비한 본 발명에 따른 듀플렉서 유전체필터를 나타낸 사시도,
도 11은 도 10에 나타낸 듀플렉서 유전체필터의 주파수 특성을 개략적으로 나타낸 그래프,
도 12는 본 발명에 따른 다른 실시예의 듀플렉서 유전체필터를 나타낸 사시도,
도 13은 도 12에 나타낸 듀플렉서 유전체필터의 주파수 특성을 개략적으로 나타낸 그래프이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
#1~#6 : 입출력단 공진기 또는 중간 공진기 AE : 안테나전극
CE : 커플링전극 GE : 공통전극
IE : 입력단전극 OE : 출력단전극
LPF : 로우패스필터 BSF : 밴드스톱필터
10,20 : 제1 및 제2 일립틱함수 필터
본 발명은 스커트(Skirt) 특성 및 아이소래이션(isolation) 특성을 향상시키도록 된 마이크로스트립 밴드스톱공진기를 구비한 유전체필터 및 듀플렉서 유전체필터에 관한 것이다.
통신기기에서 필터의 역할은 원하는 주파수대역의 신호를 선택하는 것이고, 가장 이상적인 필터는 그 원하는 주파수대역의 신호만을 손실없이 통과시키고 나머지 신호는 전부 제거하는 필터이다. 따라서 필터의 가장 중요한 특성은 신호 통과 대역(Signal Pass Band) 즉, 주파수대역의 신호만을 손실 없이 통과시키는 인밴드(In Band) 특성과, 나머지 주파수대역을 제거하는 아웃밴드(Out Band) 특성을 모두 만족하는 것이다.
휴대용 통신기기 등에 사용되는 유전체필터는 일반적으로 2개 이상의 유전체공진기(Dielectric Resonators), 예를 들면 특정한 주파수에서 공진하는 동축형공진기(Coaxial Resonator) 또는 요각형공진기(Re-entrant Resonator)를 결합하여 만든다. 이 유전체필터는 필터를 구성한 공진기 수와 결합 방법에 의해 주로 필터의 특성인 밴드폭(Bandwidth), 삽입손실(Insertion loss), 스커트 및 스푸리어스 주파수특성(Skirt and Spurious frequency responses)이 결정된다.
그런데, 현재 휴대용 통신을 위해 할당된 주파수에는 밴드폭의 한계성으로 인해, 해당 패스밴드 주파수 이외의 주파수 성분은 급격하게 감쇄시킬 필요성이 대두되고 있다. 즉, 필터링(Filtering)시 그 필터의 전기적 특성을 나타내는 스커트(Skirt)가 가파르게 되는 것을 요구하는 한편, 아이소래이션이 낮아지는 것을 요구 하고 있다(현재, 예컨대 PCS 통신망에서는 -45db/0.625Mhz의 스커트특성과 -80dB 이하의 아이소래이션 특성을 요구하고 있다.).
한편, 기존의 유전체필터는, 입력단공진기와 출력단공진기 사이에 결합되는 중간(결합)공진기를 열 또는 행 형태로 결합하여 이루어진 3-폴 필터를 기본 구성으로 하고 있다. 또한, 이와 같이 구성된 유전체필터로부터 일측 또는 양측 주파수대역에서 가파른 스커트 주파수특성을 얻기 위해서는 입력단공진기 또는 출력단공진기의 일측 또는 양측에 밴드스톱공진기(BSR)를 결합시키고 있다. 이에 따라 패스밴드의 어느 한쪽에서 가파른 스커트 주파수특성을 얻을 수 있다. 이와 같이 기존의 필터 구성에 의해 인밴드 특성 중 스톱밴드 대역에서의 커트오프 주파수특성은 밴드스톱공진기를 결합시킴으로써 크게 향상시킬 수 있다. 그런데, 다수의 공진기를 결합시킴으로 인해 삽입손실이 높아지는 단점이 있다.
이를 해결하기 위해 본 출원인은 특허 출원번호 10-2001-0002523 "유전체필터 및 듀플렉서 유전체필터"에서, 입력단공진기와 출력단공진기를 결합시키고 여기에 공진기를 홀수개 또는 짝수개 부착함으로써 상기한 양측 또는 일측에서 가파른 스커트 주파수특성을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 삽입손실을 낮출 수 있는 방안을 제시하였다. 이때, 일립틱 함수 필터(elliptic function filter) 이론이 적용되는데, 이 일립틱 함수 필터 이론을 응용하여 일립틱 함수 필터를 만들려면, 우선 입력단공진기와 출력단공진기가 서로 결합할 수 있도록 공진기들의 배열이 맞아야 하고, 또한 이들을 결합하는 적당한 결합 방법을 찾아야 한다. 게다가 또 다른 요구조건으로는 입력단공진기와 출력단공진기 사이에 일립틱 커플링은 네가티브 커플링 이여야 한다는 것이다. 이는 3개의 공진기를 삼각형으로 결합시킴으로써 만족시킬 수 있다.
그러면, 여기서 본 발명의 출원인이 출원하여 개시한 종래의 기술에 대해 간단하게 살펴보자.
도 1은 일립틱함수 필터 이론에 따라 제조된 유전체필터를 나타낸 사시도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 트라이앵글 형태의 유전체를 형성시키고, 이 유전체의 꼭지점 부근에 공진홀(H)을 형성시키되, 3개의 공진홀(H)을 트라이앵글 형태로 일정간격을 갖도록 형성시킨다. 이들 각 공진홀(H) 영역에는 공진기간 커플링을 위해 상면에 커플링전극(CE)을 도포하여 패터닝하고, 상기 패터닝된 부분을 제외한 영역을 모두 공통전극(GE)으로 도포하여 패터닝한다. 이때, 커플링전극(CE), 공진홀(H)의 내벽 및 공통전극(GE)은 일체로 연결된다. 기능적으로, 입력단공진기(#1), 중간공진기(#2), 출력단공진기(#3)로 이루어져 있으며, 상기 중간공진기(#2)는 입력단공진기(#1)와 출력단공진기(#3) 사이의 일측면에 결합되어 있다.
한편, 신호의 입출력이 이루어지는 입력단전극(IE) 및 출력단전극(OE)이 상기 커플링전극(CE)에 인접되게 형성된다. 이 때, 상기 입력단전극(IE) 및 출력단전극(OE)은 그 기능에 있어 상보적인 관계로 입력단전극(IE)이 출력단전극(OE)의 기능을 수행할 수 있으며, 이에 연동되어 출력단전극(OE)은 입력단전극(IE)으로서의 기능을 수행하게 된다. 이에 따라, 신호의 입력이 이루어지는 입력단전극(IE)에 인접한 커플링전극(CE) 형성 영역이 입력단공진기(#1) 역할을 수행하게 되며, 출력단전극(OE)에 인접한 커플링전극(CE) 형성 영역이 출력단공진기(#3) 역할을 수행하게 된다. 상기한 입력단전극(IE) 및 출력단전극(OE)과 마찬가지로, 입력단공진기(#1) 및 출력단공진기(#3)는 상보적인 기능을 가지고 있으며, 입력단전극(IE) 및 출력단전극(OE)이 신호의 입출력관계에서 어느 하나의 기능을 수행함에 따라 입력단공진기(#1)와 출력단공진기(#3)의 기능을 상보적으로 수행하게 된다.
각 공진기 영역에는 상기한 바와 같이 커플링전극(CE)이 형성되며, 이들 커플링전극(CE)은 서로 이격되어 패터닝되어 있다. 이 때, 일립틱함수 필터 이론에 따라 입력단공진기(#1)와 출력단공진기(#3)가 네가티브 커플링이 이루어질 수 있도록, 즉 다른 공진기 간의 커플링에 비교하여 약하게 커플링될 수 있도록 입력단공진기(#1)와 출력단공진기(#3) 영역에 형성된 커플링전극(CE)간 대향 거리를 멀게하거나 상호 대향 면적을 감소시킨다.
도 2a 및 도 2b는 도 1의 유전체필터의 입력단 또는 출력단에서 나타나는 주파수특성을 개략적으로 나타낸 그래프이다. 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 도 1에서 제시한 3-폴 필터의 주파수특성은 기존의 열 또는 행 형태에 밴드스톱공진기(BSR)가 결합된 필터의 주파수특성과 비교하여 삽입손실이 낮으며, 이와 동시에 패스밴드 양측의 트랜지션 대역중의 일측에서 가파른 스커트 주파수특성(A)을 나타낸다. 한편, 패스밴드의 좌우측에 형성되는 높거나 낮은 트랜지션 주파수 대역의 가파른 스커트 주파수특성(A)은 도 1에서 제시한 공진기를 튜닝함으로써 조정할 수 있다.
한편, 패스밴드 양쪽의 스톱밴드에서 모두 가파른 커트오프 주파수특성을 얻기 위해서는 일립틱함수 필터의 공진기 수를 적어도 4개 이상 증가시킬 필요가 있 다.
그런데, 트랜지션밴드에서 더욱 가파른 주파수특성을 얻기 위해서는 공진기(#)를 늘리는 방법이 제시되었으나, 이는 유전체필터의 길이가 길어져 삽입손실이 높아지는 단점이 다시 나타나게 된다. 또한, 길이가 길어짐에 따라 콤팩트한 디자인 설계에 한계성에 부딪히게 된다.
한편, 본 출원인이 제안한 상기와 같은 일체형의 유전체필터와 함께, 발진기와 믹서를 사용하여 주파수를 낮춘 다음, SAW필터를 사용함으로써 스커트 특성을 개선할 수도 있으나, 이 또한, 발진기와 믹서 및 SAW필터로 이루어지는 회로구성을 삽입해야 하므로, 삽입 손실이 증가하는 문제점이 있었다.
이와 같은 문제점은 상기와 같이 구성된 유전체필터를 안테나전극을 중심으로 양쪽에 결합시킨 듀플렉서 유전체필터를 제조할 경우에도 동일하게 발생된다.
한편, 본 출원인은 유전체필터의 특성을 개선하는 일방안으로, 특허출원번호 10-2003-0074714에서 다수개의 공진기가 유전체에 일체로 형성되는 유전체필터의 일측면에 마이크로스트립 필터를 도포하는 기술내용을 개시하고 있다.
본 발명은 상기와 같은 본 발명 출원인의 특허출원을 기본으로 하고, 그 기술을 개량하기 위해 이루어진 것으로, 입력단 또는 출력단 공진기가 구비되는 유전체필터에 일측면에 마이크로스트립 밴드스톱 필터를 도포함으로써, 상기 다수개의 공진기를 이용하여 패스밴드특성(인밴드특성)을 향상시키면서 스톱밴드대역의 스커 트 주파수특성(아웃밴드특성)을 향상시킬 수 있도록 된 마이크로스트립 밴드스톱필터를 구비한 유전체필터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 입력단 및 출력단 공진기가 구비되는 유전체필터의 일측면에 마이크로스트립 밴드스톱 필터를 도포함으로써, 패스밴드특성을 향상시키면서 스톱밴드대역의 스커트 주파수특성을 향상시킬 수 있도록 된 마이크로스트립 밴드스톱필터를 구비한 듀플렉서 유전체필터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 입출력단 공진기와 다수개의 중간공진기를 일체의 유전체 상에 형성하여 이루어지는 유전체필터에 있어서, 상기 유전체필터의 일측에 적어도 하나의 밴드스톱필터(BSR)를 도포하여 구성하고, 상기 밴드스톱필터(BSF)는, 소정 폭 및 소정 길이의 제1도전성 스트립라인과, 소정 폭과 소정 길이를 갖는 적어도 하나의 제2도전성 스트립라인으로 구성되고, 이 도전성 스트립라인을 소정 간격으로 이격시킨 상태에서 서로 직교하여 위치시켜서 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 밴드스톱필터를 구비한 유전체필터를 제공한다.
또한, 본 발명의 상기 입출력단 공진기와 다수개의 중간공진기들은 일립틱함수필터(elliptic function filter)이론에 따라 배열하여 이루어진다.
또한, 본 발명의 상기 다수의 제2도전성 스트립라인은 서로 공진주파수신호 의 1/4파장 간격(λr/4)으로 이격된다.
또한, 본 발명의 상기 유전체필터는 일측을 밴드스톱필터(BSF)로 구성하고, 다른 일측을 로우패스필터로 구성한다.
또한, 본 발명의 상기 로우패스필터는 다수의 셋션을 구비하는 로우패스필터로 구성된다.
또한, 본 발명의 상기 밴드스톱필터 또는 로우패스필터를 상기 공진기와 일체형으로 형성할 경우에, 상기 공진기의 유전체 표면에 상기 필터전극을 도포하고, 상기 도포되어 패터닝된 부분을 제외한 영역을 공통전극으로 도포하여 이루어진다.
또한, 본 발명은, 송신측 전극(TE)이 형성되고 다수의 공진기로 이루어진 송신측 유전체필터와, 수신측 전극(RE)이 형성되고 다수의 공진기로 이루어진 수신측 유전체필터를 안테나전극(AE) 형성 영역을 중심으로 양측에 결합하고, 상기 송신측 전극(TE) 또는 상기 수신측 전극(RE) 중 적어도 하나는 밴드스톱필터(BSF)로 구성되며, 상기 밴드스톱필터는 소정 폭 및 소정 길이의 제1도전성 스트립라인과, 소정 폭과 소정 길이를 갖는 적어도 하나의 제2도전성 스트립라인으로 구성되고, 이 도전성 스트립라인을 소정 간격으로 이격시킨 상태에서 서로 직교하여 위치시켜서 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 밴드스톱필터를 구비한 듀플렉서 유전체필터를 제공한다.
또한, 본 발명의 상기 송신측 및 수신측 유전체필터에 형성된 다수개의 공진기들은 일립틱함수필터(elliptic function filter)이론에 따라 배열하여 이루어 진다.
또한, 본 발명의 상기 송신측전극(TE) 및 수신측전극(RE)이 밴드스톱필터(BSF)로 이루어지고, 상기 안테나전극(AE)은 다수의 셋션으로 이루어지는 로우패스필터로 구성된다.
또한, 본 발명의 상기 송신측전극(TE) 및 수신측전극(RE)은 소정 폭 및 소정 길이의 제1도전성 스트립라인과, 소정 폭과 소정 길이를 갖는 적어도 하나의 제2도전성 스트립라인으로 이루어지고, 이 도전성 스트립라인이 소정 간격으로 이격시킨 상태에서 서로 직교하는 밴드스톱필터(BSF)로 이루어지고,
상기 안테나전극(AE)은 한쪽 단이 작력단이고 다른쪽 단이 출력단으로 이루어지는 소정폭, 소정 길이의 제1도전성 스트립라인과, 소정 폭과 소정 길이를 갖는 적어도 하나의 제2도전성 스트립라인 및, 소정 폭과 소정 길이를 갖는 적어도 하나의 제3도전성 스트립라인으로 이루어지고, 제2도전성 스트립라인과 제3도전성 스트립라인은 상기 제1도전성 스트립라인의 양 측면으로부터 소정 간격 이격시킨 상태에서 제1도전성 스트립라인과 직교하게 위치시킨 밴드스톱필터(BSF)로 이루어진다.
또한, 본 발명의 상기 다수의 제2도전성 스트립라인 및 다수개의 제3도전성 스트립라인은 서로 공진주파수신호의 1/4파장 간격(λr/4)으로 이격된다.
(실시예)
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 의한 일체형 유전체필터를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
제1실시예에서 제시하는 일체형 유전체필터는 제1일립틱함수 필터(10)와 제2일립틱함수 필터(20)로 이루어진다. 즉, 기존 도 1의 유전체필터 2개를 결합시켜 이루어지는데, 이 제1 일립틱함수 필터(10)와 제2 일립틱함수 필터(20) 각각은 유전체를 일체로 형성시켜 대략 직사각형의 몸체를 만들고, 이 일체로 형성된 유전체에 공진홀(H)을 형성시키되, 3개의 공진홀(H)을 일립틱함수 필터 이론에 따라 트라이앵글 형태로 일정간격을 갖고 모두 횡방향으로 형성시킨다. 이들 각 공진홀(H) 영역에는 공진기간 커플링을 위해 상면에 커플링전극(CE)을 패터닝하고, 상기 패터닝된 부분을 제외한 유전체의 모든 측면을 공통전극(GE)으로 도포한다. 그리고, 제1 일립틱함수 필터(10)와 제2 일립틱함수 필터(20)를 결합시켜 일체형으로 제조한다. 한편, 제1일립틱함수 필터(10)에는 입력단공진기(#1), 중간공진기(#2), 중간 공진기(#3)가 형성되며, 제2 일립틱함수 필터(20)에는 중간 공진기(#4), 중간 공진기(#5), 출력단공진기(#6)가 형성되어 있다. 한편, 상기 입력단공진기(#1)와 중간공진기(#3) 사이, 상기 공진기(#4)와 출력단공진기(#6) 사이에는 네가티브 일립틱 커플링, -k(1,3),-k(4,6)이 이루어진다. 한편, 상기 입출력단 공진기(#1,#6)는 상보적이다.
이에 따라, 제1일립틱함수 필터(10)와 제2일립틱함수 필터(20)로 이루어지는 유전체필터(밴드패스필터)가 형성된다.
여기서, 상기 유전체필터의 입출력단 공진기 및 중간공진기(#1~#6)들은 일립 틱함수 필터이론에 따라 배열되는 것에 한정되는 것이 아니라, 그 개수를 다양하게 선택할 수 있고, 공진홀의 직경과 공진기의 두께 비, 인접한 공진기간의 거리 또한 다양하게 조정할 수 있다. 또한, 동축형공진기로만 구성되는 것이 아니라, 필요에 따라서는 적어도 하나의 공진기를 타원형, 요각형 및 계단형공진기를 포함하는 다양한 공진기로 대체하여 결합시킬 수 있다.
한편, 신호의 입출력이 이루어지는 입력단공진기(#1)와 출력단공진기(#6)의 커플링전극(CE)에 인접한 입력단전극(IE) 또는 출력단전극(OE)은 본 발명에 따른 마이크로스트립 밴드스톱필터(BSF:band stop filter)로 구성된다.
이러한 마이크로스트립 밴드스톱필터는, PETER A, RIZZ의 기술문헌 "MICROWAVE ENGINEERING: PASSIVE CIRCUIT"의 452 내지 462페이지에 그 기술내용이 개시된 스트립라인 밴드스톱필터로 구성된다.
그 기술내용을 도 4 내지 도 6를 참조로 살펴보면, 본 발명의 유전체필터에 구비되는 마이크로스트립 밴드스톱필터(BSF)는 한쪽 단이 입력단이고 다른쪽 단이 출력단으로 이루어지는 소정폭(w0), 소정 길이(l0)의 직선형의 제1도전성 스트립라인(1)과, 소정 폭(w1)과 소정 길이(l1)를 갖는 직선형의 제2도전성 스트립라인(2)으로 구성되고, 이 두 스트립라인(1,2)을 소정 간격(d)으로 이격시킨 상태에서 서로 직교하게 위치시킨 형상을 갖고 있다(도 4 참조).
상기 제2도전성 스트립라인(2)은 다수개, 예컨대, 제2-1도전성 스트립라인(2-1), 제2-2도전성 스트립라인(2-2) .. 등으로 구비될 수 있는데, 이들 스트립라 인(2-1,2-2,..)은 제2도전성 스트립라인(2)과 마찬가지로 제1스트립라인(1)과 소정 간격(d)을 유지시키고, 인접한 스트립라인(2-1,2-2,..)과는 공진주파수신호의 1/4파장 간격(λr/4)을 유지하도록 이격시킨다(도 5 참조). 도면에 있어서는 상기 도전성 스트립라인(2,2-1,2-2) 들은 서로 평행하게 1/4파장 간격으로 이격되어 있는 상태로 도시되어 있지만, 이에 한정하는 것은 아니다.
상기 마이크로스트립 밴드스톱필터는 스트립라인(2)의 개수가 다수로 될 수 있고, 그에 따른 상기 변수 w0, l0,w1, l1, d 및, λr/4를 조정하며 튜닝할 수 있다. 그리고, 다수의 제2도전성 스트립라인(2)에 있어서도, 변수 w1, l1, d가 스트립라인(2,2-1,2-2,..) 마다 서로 다르게 변화될 수 있다.
한편, 상기 도 6은 상기 마이크로스트립 밴드스톱필터에 있어서, 제1스트립라인(1)과 제2스트립라인(2)으로 구성된 마이크로스트립 밴드스톱필터(BSF)와, 제1스트립라인과 제2 및 제2-1스트립라인(2,2-1)으로 구성된 마이크로스트립 밴드스톱필터(BSF)의 공진주파수(fr) 근방에서의 스톱밴드 특성을 각각 점선 및 일점쇄선으로 나타낸 그래프로, 제1스트립라인(1)과 제2스트립라인(2)으로 구성될 때 보다 제1, 제2 및 제2-1도전성 스트립라인(1,2,2-1)으로 구성될 때 가파른 기울기의 스톱밴드특성을 나타내는 것을 볼 수 있다. 한편, 이러한 그래프를 통해서 제2스트립라인을 다수개 증가시킴에 따라, 스톱밴드 특성의 기울기가 더욱 가파라짐을 알 수 있다.
도 3의 실시예에 따른 유전체필터에 있어서는, 상기 도 4 내지 도 6을 참조 로 설명한 마이크로스트립 밴드스톱필터(BSF)가 밴드패스필터가 형성된 유전체필터의 일측면에서 입력단 공진기(#1) 및 출력단 공진기(#6)에 인접하게 도포되어 있는 것을 볼 수 있다. 도 3에 있어서는 제1스트립라인(1)과 제2 및 제2-1스트립라인(2,2-1)으로 구성된 마이크로스트립 밴드스톱필터(BSF)를 도시하고 있으나, 상기 스트립라인(2)은 필요에 따라 다수개 구비될 수 있음은 물론이다.
도 7은 상기와 같은 마이크로스트립 밴드스톱필터를 일측면에 구비한 도 3의 실시예에 따른 유전체필터의 특성을 나타낸 그래프로, 점선으로 상기 마이크로스트립 밴드스톱필터(BSF)가 구비되지 않은 일립틱함수형 밴드패스필터의 특성을 나타내고, 일점쇄선으로 마이크로스트립 밴드스톱필터의 특성을 나타내며, 실선으로 마이크로스트립 밴드스톱필터(BSF)가 구비된 본 발명의 일립틱함수형 유전체필터의 필터특성을 나타내고 있다.
도면에 의하면, 본 발명에 따른 마이크로스트립 밴드스톱필터를 구비한 유전체필터에 있어서는(실선의 주파수 대역특성 참조), 유전체필터의 일측면에 구비된 상기 일립틱함수 필터(10, 20)로 이루어지는 밴드패스필터에 따라 양호한 패스밴드 특성을 나타내고(참조부호 ①), 유전체필터의 다른 일측면(도 3의 전방 측면)에 구비된 2개의 마이크로스트립 밴드스톱필터의 특성에 따라, 패스밴드의 양쪽 에지(트랜지션 대역)에서 종래에 비해 가파른 기울기의 밴드스톱 특성(참조부호 ②)을 나타내고 있음을 알 수 있다.
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 마이크로스트립 밴드스톱필터(BSF)를 구비한 유전체필터를 나타낸 도면으로, 그 밖의 구성은 상기 제1실시예와 동일하고, 입력단 또는 출력단 중 한쪽 단만을 본 발명에 따른 밴드스톱필터(BSF)로 구성한다.
그리고, 다른쪽 단은 본 발명 출원인의 특허출원번호 10-2003-0074714에서 제시한 형상의 마이크로스트립 필터(로우패스필터:LPF)로 구성하고 있다. 즉, 상기 마이크로스트립 필터(로우패스필터)는, 예를 들어 입력임피던스 50Ω이 3단계의 C-L-C필터를 거쳐 출력임피던스 50Ω으로 출력되는 3-셋션 로우패스필터 또는, 예를 들어 입력임피던스 50Ω이 5단계의 C-L-C-L-C필터를 거쳐 출력임피던스 50Ω으로 출력되는 5-셋션 로우패스필터로 구성한다. 필요에 따라서는 다수의 셋션으로 로우패스필터를 구성할 수도 있다.
한편, 도 8에 있어서 밴드스톱필터(BSF)는 3개의 제2도전성 스트립라인(2,2-1,2-2)을 구비하고, 로우패스필터(LPF)는 5-셋션으로 구성되는 것으로 도시되어 있지만, 도전성 스트립라인 및 셋션의 수를 다양하게 변경할 수 있음은 물론이다.
도 9는 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 유전체필터의 특성을 나타낸 그래프로, 상기 도 7의 그래프에서와 같이 점선으로 마이크로스트립 밴드스톱필터(BSF)가 구비되지 않은 일립틱함수형 밴드패스필터의 특성을 나타내고, 일점 쇄선으로 마이크로스트립 밴드스톱필터(BSF)의 특성을 나타내며, 실선으로 마이크로스트립 밴드스톱필터(BSF)와 상기 5-셋션의 로우패스필터(LPF)가 구비된 본 발명에 따른 유전체필터의 주파수 대역특성을 나타내고 있다.
도면에 의하면, 본 발명에 따른 마이크로스트립 밴드스톱필터를 구비한 유전체필터에 있어서는(실선의 주파수 대역특성 참조), 유전체필터의 일측면에 구비된 상기 일립틱함수 필터(10, 20)로 이루어지는 밴드패스필터에 따라 양호한 밴드패스 특성을 나타내고(참조부호 ①'), 유전체필터의 일측면에서 입력단 또는 출력단에 구비된 하나의 마이크로스트립 밴드스톱필터(BSF)의 필터 특성에 따라, 특정 대역의 한쪽 에지에서 종래에 비해 가파른 기울기의 밴드스톱 특성(참조부호 ②')을 나타내며, 로우패스필터(LPF)에 의해 아웃밴드 특성에서 제2 고조파를 포함하는 고차모드 고조파를 억제할 뿐만 아니라, 스푸리어스 주파수특성을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다(③').
도 10을 참조로 본 발명에 따른 마이크로스트립 밴드스톱필터를 구비한 듀플렉서 유전체필터에 대해 설명한다. 이 듀플렉서 유전체필터의 설명에 있어서는, 본 발명에서 제시한 유전체필터 2개를 결합시켜 형성되어 있는 상태이므로 송신측 유전체필터(100)의 참조부호에 대해 수신측 유전체필터(200)는 (참조부호') 형태로 이들을 서로 구분하기로 하고, 이 참조부호는 필요시에만 표기하기로 한다.
도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일체형 듀플렉서 유전체필터는, 상기 도 3에서 제시한 유전체필터를 안테나전극(AE)을 중심으로 양쪽에 일체형으로 결합시켜서 이루어진다. 즉, 안테나전극(AE)을 중심으로 일측에 송신측 유전체필터(100)가 형성되게 되고, 타측에 수신측 유전체필터(200)가 형성된다. 즉, 송신측 유전체필터(100)와 수신측 유전체필터(200) 2개를 결합시켜 이루어지는데, 이 송신측 유전체필터(100)와 수신측 유전체필터(200) 각각은 유전체를 대략 직사각형상으로 형성시키고, 이 유전체에 공진홀(H)을 형성시키되, 3개의 공진홀(H)을 트라이앵 글 형태로 일정간격을 갖고 모두 횡방향으로 형성시킨 송수신측 제1 일립틱함수 필터(10)와 송수신측 제2 일립틱함수 필터(20)로 이루어진다. 이들 각 공진홀(H) 영역에는 공진기간 커플링을 위해 상면에 커플링전극(CE)을 패터닝하고, 상기 패터닝된 부분을 제외한 영역을 모두 공통전극(GE)으로 도포한다. 이 때, 커플링전극(CE), 공진홀(H)의 내벽 및 공통전극(GE)은 일체로 연결되어 있다. 한편, 제1일립틱함수 필터(10)에는 입력단공진기(#6), 중간공진기(#5), 중간공진기(#4)가 형성되며, 제2 일립틱함수 필터(20)에는 중간공진기(#3), 중간공진기(#2), 출력단공진기(#1)가 형성되어 있다. 한편, 상기 입력단공진기(#6)와 중간공진기(#4) 사이, 상기 중간공진기(#3)와 출력단공진기(#1) 사이에는 네가티브 일립틱 커플링, -k(6,4),-k(3,1)이 이루어진다. 한편, 상기 입출력단 공진기(#1, #6;#1',#6')는 상보적이다.
여기서, 상기 유전체필터의 다른 측면에 형성되어 신호의 입출력이 이루어지는 상기 공진기(#6)의 커플링전극(CE)에 인접한 송신단전극(TE)과 상기 공진기(#6')의 커플링전극(CE)에 인접하는 수신단전극(RE)은 상기 마이크로스트립 밴드스톱필터(BSF:band stop filter)로 구성된다. 또한, 신호의 입출력이 이루어지는 공진기(#1,#1')의 커플링전극(CE)에 인접한 안테나전극(AE)은 상기 3-셋션 로우패스필터 또는 5-셋션 로우패스필터로 구성된다.
한편, 상기 송신단전극(TE) 또는 수신단전극(RE) 중 어느 하나가 3-셋션 또는 5-셋션 로우패스필터로 구성될 수 있다.
여기서, 상기 유전체필터의 밴드패스필터를 이루는 공진기(#1~#6)들 또한 도 3의 실시예에서 설명한 바와 같이 그 개수를 다양하게 선택할 수 있고, 공진홀의 직경과 공진기의 두께 비, 인접한 공진기간의 거리 또한 다양하게 조정할 수 있다. 또한, 동축형공진기로만 구성되는 것이 아니라, 필요에 따라서는 적어도 하나의 공진기를 타원형, 요각형 및 계단형공진기를 포함하는 다양한 공진기로 대체하여 결합시킬 수 있다.
도 11은 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 듀플렉서 유전체필터의 특성을 나타낸 그래프로, 상기 도 7의 그래프에서와 같이 점선으로 상기 마이크로스트립 밴드스톱필터(BSF)가 구비되지 않은 듀플렉서의 특성을 나타내고, 일점 쇄선으로 마이크로스트립 밴드스톱필터(BSF)의 특성을 나타내며, 실선으로 마이크로스트립 밴드스톱필터(BSF)와 상기 5-셋션의 로우패스필터(LPF)가 구비된 본 발명에 따른 유전체필터의 특성을 나타내고 있다.
도면에 의하면, 본 발명에 따른 마이크로스트립 밴드스톱필터를 구비한 듀플렉서에 있어서는, 일체형 듀플렉서 유전체필터의 일측면에 구비된 상기 일립틱함수 필터(10, 20)로 이루어지는 밴드패스필터에 따라 양호한 패스밴드 특성을 나타내고(참조부호 ①"), 유전체필터의 다른 일측면(도 10의 전방 측면)에서 입력단 또는 출력단에 구비된 마이크로스트립 밴드스톱필터(BSF)의 주파수 대역 특성에 따라, 특정 대역의 양쪽 에지에서 종래에 비해 가파른 기울기의 밴드스톱 특성(참조부호 ②")을 나타내며, 로우패스필터(LPF)에 의해 아웃밴드 특성에서 제2 고조파를 포함하는 고차모드 고조파를 억제할 뿐만 아니라, 스푸리어스 주파수특성을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다(③").
도 12에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 일체형 듀플렉서 유전체필터가 도시된다. 본 실시예에 따른 듀플렉서 유전체필터 또한, 상기 도 3에서 제시한 유전체필터를 안테나전극(AE)을 중심으로 양쪽에 일체형으로 결합시켜서 이루어진다. 즉, 안테나전극(AE)을 중심으로 일측에 송신측 유전체필터(100)가 형성되고, 타측에 수신측 유전체필터(200)가 형성된다. 즉, 송신측 유전체필터(100)와 수신측 유전체필터(200) 2개를 결합시켜 이루어지는데, 이 송신측 유전체필터(100)와 수신측 유전체필터(200) 각각은 유전체를 대략 직사각형상으로 형성시키고, 이 유전체에 공진홀(H)을 형성시키되, 3개의 공진홀(H)을 트라이앵글 형태로 일정간격을 갖고 모두 횡방향으로 형성시킨 송수신측 제1 일립틱함수 필터(10)와 송수신측 제2 일립틱함수 필터(20)로 이루어진다. 이들 각 공진홀(H) 영역에는 공진기간 커플링을 위해 상면에 커플링전극(CE)을 패터닝하고, 상기 패터닝된 부분을 제외한 영역을 모두 공통전극(GE)으로 도포한다. 이 때, 커플링전극(CE), 공진홀(H)의 내벽 및 공통전극(GE)은 일체로 연결되어 있다. 한편, 제1일립틱함수 필터(10)에는 입력단공진기(#6), 중간공진기(#5), 중간공진기(#4)가 형성되며, 제2 일립틱함수 필터(20)에는 중간공진기(#3), 중간공진기(#2), 출력단공진기(#1)가 형성되어 있다. 한편, 상기 입력단공진기(#6)와 중간공진기(#4) 사이, 상기 중간공진기(#3)와 출력단공진기(#1) 사이에는 네가티브 일립틱 커플링, -k(6,4),-k(3,1)이 이루어진다.
여기서, 상기 공진기(#6)의 커플링전극(CE)에 인접한 송신단전극(TE)과 상기 공진기(#6')의 커플링전극(CE)에 인접하는 수신단전극(RE)은 상기 마이크로스트립 밴드스톱필터(BSF:band stop filter)로 구성된다.
또한, 신호의 입출력이 이루어지는 공진기(#1,#1')의 커플링전극(CE)에 인접한 안테나전극(AE)도 마이크로스트립 밴드스톱필터로 구성된다.
그런데, 상기 안테나전극(AE)에 구비되는 밴드스톱필터(BSF)는, 한쪽 단이 입력단이고 다른쪽 단이 출력단으로 이루어지는 소정폭(w0), 소정 길이(l0)의 제1도전성 스트립라인(1)과, 소정 폭(w1)과 소정 길이(l1)를 갖는 적어도 하나의 제2도전성 스트립라인(2) 및, 소정 폭(w2)과 소정 길이(l2)를 갖는 적어도 하나의 제3도전성 스트립라인(3)으로 이루어지고, 상기 제2도전성 스트립라인(2)과 제3도전성 스트립라인(2)은 상기 제1도전성 스트립라인(1)의 양 측면으로부터 소정 간격(d) 이격시킨 상태에서 제1도전성 스트립라인(1)과 직교하도록 위치시킨 형상을 갖고 있다.
도 12에 있어서는 상기 제2도전성스트립라인(2)과 제3도전성 스트립라인(3)이 제1도전성 스트립라인(1)을 중심으로 비대칭을 이루는 형태로 도시되어 있다.
상기 제2도전성 스트립라인(2) 및 제3 도전성 스트립라인(3)은 다수개, 예컨대, 제2-1도전성 스트립라인(2-1), 제2-2도전성 스트립라인(2-2) .. 및, 제3-1도전성 스트립라인, 제3-2도전성 스트립라인.. 등으로 구성될 수 있는데, 이들 스트립라인(2-1,2-2,.;3-1,3-2,..)은 제2 및 제3도전성 스트립라인과 마찬가지로 제1스트립라인(1)과 소정 간격(d)을 유지시키고, 인접한 스트립라인(2-1,2-2,..;3-1,3-2,..)과는 공진주파수신호의 1/4파장 간격(λr/4)을 유지하도록 이격시킨다.
이와 같은 구성에 의하면, 안테나전극(AE)에 구비되는 밴드스톱필터(BSF)는 상기 도 4 또는 도 5에 기본적인 형태를 나타낸 밴드스톱필터를 2개 구성하는 효과를 얻을 수 있다. 이에 따라, 상기 도 12에 따른 실시예의 듀플렉서 유전체필터는, 개략적으로는 도 1에 도시된 유전체필터를 2개 연결시킨 형태를 취하게 된다.
한편, 상기 마이크로스트립 밴드스톱필터는 제2 및 제3도전성 스트립라인(2,3)의 개수가 다수로 될 수 있고, 그에 따른 상기 변수 w0, l0, w1, l1, w2, l2, d 및, λr/4를 조정하며 튜닝할 수 있다. 그리고, 다수의 제2 및 제3도전성 스트립라인(2,3)에 있어서도, 변수 w1, l1, d 및 w2, l2, d가 스트립라인(2,2-1,2-2,..;3,3-1,3-2,..) 마다 서로 다르게 변화될 수 있다.
여기서, 상기 유전체필터의 밴드패스필터를 이루는 공진기(#1~#6)들 또한, 일립틱함수 필터 이론에 한정됨이 없이, 도 3의 실시예에서 설명한 바와 같이 그 개수를 다양하게 선택할 수 있고, 공진홀의 직경과 공진기의 두께 비, 인접한 공진기간의 거리 또한 다양하게 조정할 수 있다. 또한, 동축형공진기로만 구성되는 것이 아니라, 필요에 따라서는 적어도 하나의 공진기를 타원형, 요각형 및 계단형공진기를 포함하는 다양한 공진기로 대체하여 결합시킬 수 있다.
도 13은 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 듀플렉서 유전체필터의 특성을 나타낸 그래프로, 상기 도 7의 그래프에서와 같이 점선으로 상기 마이크로스트립 밴드스톱필터(BSF)가 구비되지 않은 듀플렉서의 특성을 나타내고, 일점 쇄선으로 마이크로스트립 밴드스톱필터(BSF)의 특성을 나타내며, 실선으로 마이크로스트립 밴드스톱필터(BSF)가 입출력단 전극(RE, TE) 및 안테나전극(AE)에 구비된 본 발명에 따른 유전체필터의 특성을 나타내고 있다.
도면에 의하면, 본 발명에 따른 마이크로스트립 밴드스톱필터를 구비한 듀플렉서에 있어서는, 일체형 듀플렉서의 일측면에 구비된 상기 일립틱함수 필터(10, 20)로 이루어지는 밴드패스필터에 따라 양호한 패스밴드 특성을 나타내고(참조부호 ①"'), 듀플렉스 유전체필터의 다른 일측면에서 입력단 또는 출력단 전극에 구비된 마이크로스트립 밴드스톱필터(BSF)의 주파수 대역 특성에 따라, 특정 대역의 양쪽 에지에서 종래에 비해 가파른 기울기의 밴드스톱 특성(참조부호 ②"')을 나타내며, 안테나전극(AE)에 구비된 밴드패스필터(BPF)에 의해 인접한 2개의 패드밴드 사이의 간격이 넓어짐을 알 수 있다(③"')[즉, 2개의 인접한 패드밴드 사이의 스커트 특성이 개선된다].
한편, 본 발명의 상기 실시예에서는 유전체필터의 경우에 대해서만 실시예로서 제시하고 있으나, 별도로 제작된 각 공진기를 결합시켜 본 발명이 이루고자하는 목적을 이룰 수 있을 뿐만 아니라 본 실시예에서는 동축형공진기만을 예로 들고 있으나, 요각형공진기를 이용하여 유전체필터 및 마이크로스트립 유전체필터를 구성할 수 있고, 동축형공진기 및 요각형공진기의 조합도 가능하다. 또한, 각 공진기의 형상 변형, 거리간격 조정, 공진홀의 직경 등을 통해 커플링세기를 조절할 수도 있다. 그리고, 인밴드 주파수특성 뿐만 아니라 아웃밴드 주파수특성을 향상시키기 위해 적어도 하나 이상의 마이크로스트립 필터를 도포할 수도 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 다수개의 공진기를 일립틱 함수 이론에 따라 일체형으로 제조한 유전체필터(밴드패스필터)에 있어서, 입력단 및/또는 출력단이 구비되는 유전체필터에 일측면에 마이크로스트립 밴드스톱 필터를 도포함으로써, 스톱밴드대역의 스커트 주파수특성을 향상시킬 수 있도록 된 마이크로스트립 밴드스톱필터를 구비한 유전체필터 및 듀플렉서 유전체필터를 제공하는 효과가 있다.

Claims (11)

  1. 입출력단 공진기와 다수개의 중간공진기를 일체의 유전체 상에 형성하여 이루어지는 유전체필터에 있어서,
    상기 유전체필터의 일측에 적어도 하나의 밴드스톱필터(BSR)를 도포하여 구성하고,
    상기 밴드스톱필터(BSF)는, 소정 폭 및 소정 길이의 제1도전성 스트립라인(1)과, 소정 폭과 소정 길이를 갖는 적어도 하나의 제2도전성 스트립라인(2, 2-1,..)으로 구성되고, 이 도전성 스트립라인(1,2)을 소정 간격으로 이격시킨 상태에서 서로 직교하여 위치시켜서 이루어지고,
    상기 다수의 제2도전성 스트립라인(2,2-1,2-2,..)은 서로 공진주파수신호의 1/4파장 간격(λr/4)으로 이격되는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 밴드스톱필터를 구비한 유전체필터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 입출력단 공진기와 다수개의 중간공진기들은 일립틱함수필터(elliptic function filter)이론에 따라 배열하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 밴드스톱필터를 구비한 유전체필터.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 유전체필터는 일측을 밴드스톱필터(BSF)로 구성하고, 다른 일측을 로우패스필터로 구성하는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 밴드스톱필터를 구비한 유전체필터.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 로우패스필터는 다수의 셋션을 구비한 로우패스필터로 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 밴드스톱필터를 구비한 유전체필터.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 밴드스톱필터 또는 로우패스필터를 상기 공진기와 일체형으로 형성할 경우에, 상기 공진기의 유전체 표면에 필터전극을 도포하고, 상기 도포되어 패터닝된 부분을 제외한 영역을 공통전극으로 도포하여 이루어진 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 밴드스톱필터를 구비한 유전체필터.
  7. 송신측 전극(TE)이 형성되고 다수의 공진기로 이루어진 송신측 유전체필터(100)와, 수신측 전극(RE)이 형성되고 다수의 공진기로 이루어진 수신측 유전체필터(200)를 안테나전극(AE) 형성 영역을 중심으로 양측에 결합하고,
    상기 송신측 전극(TE) 또는 상기 수신측 전극(RE) 중 적어도 하나는 밴드스톱필터(BSF)로 구성되며,
    상기 밴드스톱필터는 소정 폭 및 소정 길이의 제1도전성 스트립라인(1)과, 소정 폭과 소정 길이를 갖는 적어도 하나의 제2도전성 스트립라인(2, 2-1,..)으로 구성되고, 이 도전성 스트립라인(1,2)을 공진주파수신호의 1/4파장 간격(λr/4)으로 이격시킨 상태에서 서로 직교하여 위치시켜서 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 밴드스톱필터를 구비한 듀플렉서 유전체필터.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 송신측 및 수신측 유전체필터에 형성된 다수개의 공진기들은 일립틱함수필터(elliptic function filter)이론에 따라 배열하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 밴드스톱필터를 구비한 듀플렉서 유전체필터.
  9. 제7항에 있어서, 상기 송신측전극(TE) 및 수신측전극(RE)이 밴드스톱필터(BSF)로 이루어지고, 상기 안테나전극(AE)은 다수의 셋션으로 이루어지는 로우패스필터로 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 밴드스톱필터를 구비한 듀플렉서 유전체필터.
  10. 제7항에 있어서, 송신측전극(TE) 및 수신측전극(RE)은 소정 폭 및 소정 길이의 제1도전성 스트립라인(1)과, 소정 폭과 소정 길이를 갖는 적어도 하나의 제2도전성 스트립라인(2, 2-1,..)으로 이루어지고, 이 도전성 스트립라인(1,2)이 소정 간격(d)으로 이격시킨 상태에서 서로 직교하는 밴드스톱필터(BSF)로 이루어지고,
    상기 안테나전극(AE)은 한쪽 단이 입력단이고 다른쪽 단이 출력단으로 이루어지는 소정폭, 소정 길이의 제1도전성 스트립라인(1)과, 소정 폭과 소정 길이를 갖는 적어도 하나의 제2도전성 스트립라인(2) 및, 소정 폭과 소정 길이를 갖는 적어도 하나의 제3도전성 스트립라인(3)으로 이루어지고, 제2도전성 스트립라인(2)과 제3도전성 스트립라인(3)은 상기 제1도전성 스트립라인(1)의 양 측면으로부터 소정 간격 이격시킨 상태에서 제1도전성 스트립라인(1)과 직교하도록 위치시킨 밴드스톱필터(BSF)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 밴드스톱필터를 구비한 듀플렉서 유전체필터.
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