KR100577742B1

KR100577742B1 - 이동통신단말기 송/수신부용 적층 필터

Info

Publication number: KR100577742B1
Application number: KR1020040051043A
Authority: KR
Inventors: 김준철; 강남기; 조현민; 이영신
Original assignee: 전자부품연구원
Priority date: 2004-07-01
Filing date: 2004-07-01
Publication date: 2006-05-10
Also published as: KR20060002123A

Abstract

본 발명은 이동통신단말기 송/수신부용 적층 필터에 관한 것으로서, 본 발명은, 고유전율의 유전체 시트에 커패시터 패턴을 형성하고 그 이외의 부분은 저유전율의 유전체 시트에 각기 필요한 패턴을 인쇄하여 적층 형성함으로써, 설계의 자유도를 높일 수 있을 뿐만 아니라, 기본 주파수대역인 통과 대역으로부터 고조파 대역이 멀리 떨어져 나타나게 할 수 있으며 동시에 고조파 대역에서 양호한 대역저지특성도 구현할 수 있어 스퓨리어 특성을 향상시킨다.

적층, 필터, 유전율, 시트, 대역, 특성

Description

이동통신단말기 송/수신부용 적층 필터{Stack filter for use in signal transmitting and receiving part of mobile phone}

도 1은 일반적인 이동통신단말기 송/수신부용 적층 필터의 분해 사시도,

도 2는 본 발명에 따른 적층필터의 사시도,

도 3은 도 2의 분해 사시도,

도 4는 도 2의 a-a' 단면도,

도 5는 도 2의 등가회로,

도 6은 본 발명의 필터 특성을 도시한 도면,

도 7은 본 발명의 제2실시예를 도시한 도면이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

A : LC공진부 B, B' : 그라운드 패턴

C : 입/출력포트부 200 : 저유전율 인덕터 공진부

211 : 스트립 라인 221 : I/O신호급전부

222, 301, 232 : 비아 231 : 커플링 패턴부

400 : 고유전율 커패시터 공진부

본 발명은 유전체 시트의 두께를 얇게 하지 않으면서도, 통과대역보다 높은 주파수대역에서 양호한 대역저지특성이 나타나도록 구현하여 스퓨리어스 특성을 향상시킬 수 있도록 하는, 이동통신단말기 송/수신부용 적층 필터에 관한 것이다.

일반적으로, 이동통신단말기의 송/수신부에 사용되는 적층 필터는 복수의 유전체 시트를 적층(stack)하여 형성하며 내층(inner layer)에는 공진기 전극(resonator electrode)이 병설되고, 이 유전체 시트(dielectric sheet)의 내층을 거쳐 공진기 전극에 대향하는 위치에 I/O(Input/output) 전극이 배치되는 구조로 이루어지는데, 도 1은 이러한 통상의 적층 필터를 도시한 도면이다.

이에 도시된 바와 같이, 통상의 적층 필터는, 최상부 및 최하부에 각기 그라운드가 패터닝된 유전체 시트(100, 110)가 배치되고, 유전체 시트(100, 110)의 사이에는, 커패시턴 패턴(122)과 상기 커패시턴 패턴(122)의 양 옆에 한 쌍의 I/O커플링 패턴(121)이 형성된 유전체 시트(120)와, 스트립 라인(131)이 형성된 유전체 시트(130)가 순차적으로 배치되며, 이러한 순서로 적층 배치된 유전체 시트(100, 120, 130, 110)들을 동시에 소성시켜 구성된다.

하지만, 이렇게 구현된 적층 필터는 전술한 바와 같이, 원하는 통과대역의 주파수를 필터링할 수 있도록 하기 위하여 통상적으로 저온소결이 가능하도록 유전율이 40 이상으로 큰 유전체 시트에 필요한 패턴을 패터닝하여 형성한다. 이러한 경우에 유전율이 큰 유전체 시트는 시중에서 구하기가 쉽지 않고, 특히 분포소자 특성 중에서 하나인 스퓨리어스 특성이 저하되며, 설령 낮은 유전율을 가진 유전체 시트를 사용해 이를 해결하고자 하는 경우에도 그 낮은 유전율로 인해 줄어드는 커패시턴스를 보충하기 위해 유전체 시트를 얇게 해야 하기 때문에 제품의 소형화와 역행되고 공정이 어려워지는 문제점이 발생하게 된다.

또한, λ/ 4길이를 가지는 커플링된 스트립 라인만으로 공진기의 인덕터 라인을 구현하는 구조로 인해 하모닉 주파수 대역이 통과대역에 가까이 위치하게 되고 더불어 그 크기도 높게 나타나 분포소자의 특징 중 하나인 스퓨리어스 특성을 저하시키는 문제점을 추가로 발생시켜 왔다.

이에 본 발명은 상기한 문제점을 해소시키기 위하여 개발된 것으로, 유전체 시트의 두께를 얇게 하지 않으면서도, 통과대역보다 높은 주파수대역에서 양호한 대역저지특성이 나타나도록 구현하여 스퓨리어스 특성을 향상시키는, 이동통신단말기 송/수신부용 적층 필터를 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적에 따라 본 발명은, 고유전율의 유전체 시트에 커패시터 패턴을 형성하고 그 이외의 부분은 저유전율의 유전체 시트에 각기 필요한 패턴을 인쇄하여 적층 형성함으로써, 설계의 자유도를 높일 수 있을 뿐만 아니라, 기본 주파수대역인 통과 대역으로부터 고조파 대역이 멀리 떨어져 나타나게 하며 동시에 고조파 대역에서 양호한 대역저지특성도 구현하여 스퓨리어 특성을 향상시키고자 한다.

이를 위해 본 발명은, 소정의 인덕터 패턴과 커패시터 패턴을 상/하로 배치된 서로 다른 유전체 시트에 각기 패터닝하여 동시소성을 통해 결합시킨 소정의 LC공진부와, 소정의 유전체 시트에 그라운드 패턴을 형성하여 상기 LC공진부의 상/하부에 배치시킨 접지부, 및 상기 LC공진부의 상부 접지부에 배치된 입/출력포트부로 이루어진, 이동통신단말기 송/수신부용 적층 필터에 있어서,

상기 LC공진부는;

송/수신 통신주파수에 따라 소정개수가 병렬로 패터닝된 스트립라인과, 상기 스트립 라인에 신호를 입/출력하는 I/O신호급전부 및 커패시터 커플링 패턴이, 위에서부터 아래 방향으로 순차적으로 배치된 저유전율의 유전체 시트에 각기 형성된 저유전율 인덕터 공진부;

소정의 병렬 커패시터 패턴을 고유전율의 유전체 시트에 패터닝하여 상기 인덕터 공진부에서 커플링 패턴이 형성된 저유전율 유전체 하부에 배치시키고, 비아를 통해 상기 스트립 라인과 연결되는, 고유전율 커패시터 공진부로 이루어진 것을 특징으로 하는, 이동통신단말기 송/수신부용 적층 필터를 개시한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 이동통신단말기 송/수신부용 적층 필터를 설명한다.

<제1실시예>
도 2는 본 발명에 따른 적층필터의 사시도로서 이에 도시된 바와 같이, 본 발명의 적층필터는 소정의 인덕터 패턴과 커패시터 패턴을 상/하로 배치된 서로 다른 유전체 시트에 각기 패터닝하여 동시소성을 통해 결합시킨 소정의 LC공진부(A)와, 유전체 시트에 그라운드 패턴을 형성하여 상기 LC공진부(A)의 상/하부에 배치시킨 접지부(B, B')와, 상기 상부 접지부(B')에 배치된 입/출력포트부(C)로 이루어진다.
상기 LC공진부(A)는 송/수신 통신주파수에 따라 소정개수가 병렬로 패터닝된 스트립라인(211)과, 상기 스트립 라인(211)과의 사이에 커패시터를 형성하고, 신호를 입/출력하는 I/O신호급전부(221)와, 커패시터 커플링 패턴(231)이, 위에서부터 아래 방향으로 순차적으로 배치된 저유전율의 유전체 시트에 각기 형성된 저유전율 인덕터 공진부(200)와, 소정의 병렬 커패시터 패턴(411)을 고유전율의 유전체 시트에 패터닝하여 상기 커패시터 커플링 패턴(231)이 형성된 저유전율 유전체 시트의 하부에 배치시키고, 비아(222, 301, 232)를 통해 상기 스트립 라인(211)과 연결되는, 고유전율 커패시터 공진부(400)로 이루어진다.

이렇게 이루어진 LC공진부(A)에서, 먼저 저유전율 인덕터 공진부(200)는 송/수신 통신주파수에 따라 소정 개수가 병렬로 패터닝된 스트립라인(211)이 저유전율의 유전체 시트에 패터닝되고, I/O신호급전부(221)는 신호를 입/출력시킬 수 있도록 한 쌍의 굴곡진 스트립 라인의 커플링 구조로 저 유전율의 유전체 시트에 패터닝되며, 커패시터 패턴(411)과 연결되는 해당 영역에는 비아(222, 301, 232)가 마찬가지로 저유전율의 유전체 시트에 각기 패터닝되며, 공진기 상호간을 전계결합시키는 소정의 커플링 패턴(231)도 역시 저유전율의 유전체 시트에 형성된다.

이렇게 저유전율의 유전체 시트에 각기 형성된 스트립 라인(211)과, I/O신호급전부(221)와, 커플링 패턴(231)을 위에서부터 아래 방향으로 순차적으로 배치시켜 850~900℃정도로 동시에 소성시키게 되면 본 발명에 따른 저유전율 인덕터 공진부(200)가 형성되는데, 이 때 사용되는 유전체 시트로는 10 이하의 저 유전율을 가진 유전체 시트를 사용하는 것이 바람직하다.

그리고, 본 발명의 LC공진부(A)를 이루는 또 하나의 인자인 고유전율 커패시터 공진부(400)는 소정의 병렬 커패시터 패턴(411)을 유전율이 20~40 범위의 고 유전율의 유전체 시트에 패터닝하여 병렬 커패시터 패턴(411)과 접지부(B)의 사이에 커패시터가 형성되게 한다. 상기 고유전율 커패시터 공진부(400)를 상기 커패시터 커플링 패턴(231)이 형성된 저유전율 유전체 시트와 하부 접지부(B)의 사이에 배치시키고, 비아(222, 301, 232)를 통해 상기 병렬 커패시터 패턴(411)과 스트립 라인(211)을 연결시키는 것으로 이하에서는 도 3을 참조하여 본 발명의 LC공진부(A)에 대해 좀 더 상세히 설명한다.

상기 도 3은 분해사시도로서, 이에 도시된 바와 같이, 송/수신 통신주파수에 따라 소정 개수만큼 병렬로 스트립라인(211)이 패터닝된 저 유전율의 유전체 시트(210)와, 커패시터패턴(411)이 패터닝된 고 유전율의 유전체 시트(410)를 상하로 배치하여 스트립라인(211)과 커패시터패턴(411)이 상호간에 커플링되도록 한다. 그리고 상기 커플링시킨 스트립 라인(210)과 커패시터패턴(400)은 비아(222, 301, 232)로 연결시키는데 그 결과 인덕터 라인은 스트립 라인(211)과 비아(222, 301, 232)의 길이 합으로 된다.

이 때, 본 발명은 적층 필터가 필터링하는 송/수신 통신주파수에 따라 가변되는 인덕터 라인의 길이를 적합하게 조절하기 위하여, 그 길이에 따라 스트립라인(211)이 형성된 저유전율의 유전체 시트(210)와 커패시터 패턴(411)이 형성된 고유전율의 유전체 시트(410)의 사이에 소정의 비아(301)가 패터닝된 저유전율의 유전체 시트(300)를 소정개수만큼 배치하는 것이 바람직하다.

또한, 커플링 패턴(231)이 패터닝된 저유전율 유전체 시트(230)를, 상기 LC공진부(A)의 커패시터패턴(411)이 형성된 고 유전율의 유전체 시트(410)와 상기 저유전율의 유전체 시트(300)의 사이에 배치하여 인접된 LC공진부(A) 상호간을 전계결합시키고, 소정의 저유전율 유전체 시트(220)에 굴곡진 스트립 라인이 커플링 구조로 된 I/O 급전부(221)가 패터닝되어 형성된 신호 입/출력부를 상기 LC공진부(A)의 스트립라인(211)이 형성된 저유전율 유전체 시트와 상기 저유전율의 유전체 시트(300)의 사이에 배치하여 동시 소성을 통해 상기 LC공진기의 스트립라인에 연결시킨다.

마지막으로, 본 발명의 적층 필터는, 상기 LC공진기의 스트립 라인(211)이 형성된 저유전율 유전체 시트(210)의 상부에 그라운드 패턴(B)이 형성된 유전체시트(420)와 입/출력 포트(C)가 형성된 저유전율 유전체 시트(430)가 순차적으로 배치되고, 상기 LC공진기의 커패시터 패턴(411)이 형성된 고유전율 유전체 시트(410)의 하부에는 그라운드 패턴(B)이 형성된 저유전율 유전체 시트(440)가 적층 배치된다.

다음, 도 4는 도 2를 a-a'으로 자른 단면도로서, 이에 도시된 바와 같이, 본 발명의 LC공진부(A)는 송/수신 통신주파수에 따라 소정개수가 병렬로 패터닝된 소정 길이 L₂의 스트립라인(211)과, 상기 스트립 라인(211)에 신호를 입/출력하는 I/O신호급전부(221)가 상/하 방향으로 순차적으로 배치된 저유전율의 유전체 시트(210, 220)에 각기 형성되며, 소정의 길이 L₁를 가진 비아(222, 301, 232)가 저유전율의 유전체 시트(210)에 형성된 스트립라인(211)과 고 유전율의 유전체 시트(410)에 패터닝된 커패시터 패턴(411)을 연결한다. 그러므로 상기 스트립 라인(211)의 길이 L₂와 비아(222, 301, 232)의 길이 L₁을 합한 소정의 인덕터 라인을 구성한다.

그리고, 소정의 병렬 커패시터 패턴(411)이 패터닝된 고유전율의 유전체 시트(410)가 커플링 패턴(231)이 형성된 저유전율의 유전체 시트(230)의 하부에 배치되고, L₁의 길이를 가지는 비아(222, 301, 232)를 통해 L₂의 길이를 가지는 스트립 라인(211)과 연결되어 통신주파수에 따른 소정의 병렬 공진기를 구현하게 되는데, 이러한 구조의 등가회로는 도 5에 도시된 바와 같다.

상기 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 LC공진기에서 커플링된 스트립 라인(211)과 비아(222, 301, 232)로 이루어진 소정의 인덕터 라인은 등가회로에서 인덕터 L에 대응되고, 커패시터 패턴(411)은 커패시터 C에 각기 대응되며, I/O신호급전부(221)과 스트립 라인(211)의 사이에 형성되는 커패시터는 C₀₁과 C₀₂에 대응되며, 커플링 패턴부(231)는 커플링 커패시터 C'에 대응되며, 등가회로상에서 커플링 커패시터 C'와 병렬 공진을 이루는 인덕터 L'는 커플링된 스트립라인(211)들 사이에서 형성되는 상호자계 결합에 의해 형성되는 인덕터를 표현한 것으로, 도시된 바대로 본 발명의 개량된 적층 필터 구조 역시 원하는 통신주파수 대역의 필터 등가회로와 동일한 구조로 나타나게 된다.

다음으로는, 도 6을 참조하여 본 발명의 LC공진기 구조로 인해 발생되는 필터 특성에 대해 좀 더 상세히 설명한다.

도시된 바와 같이, {1}로 표현된 노치(notch)부근의 대역특성은 등가회로상에서 L'과 C'의 병렬공진특성에 의한 것이며, {2}로 표현된 부근의 대역특성은 공진기 L, C의 공진특성에 의한 것이고, 또한 {3}으로 표현된 부근의 대역특성은 공진기 L, C의 기생효과에 의한 것으로 주파수가 높은 영역에서 L이 C의 구조에 따라 많은 영향을 받는다.

이러한 필터 특성에서, 유전상수값이 작은 재료만 사용할 경우에는 공진기의 커패시턴스를 크게 하는 것이 필요한데 기존에는 커패시터 패턴(411)의 사이즈를 크게 하여 제작하였다. 하지만, 이 때 {3}의 위치가 좀 더 낮은 주파수로 이동하게 되고, {3}이 낮은 주파수로 이동하면 {3}보다 높은 주파수 대역의 감쇄 특성이 많이 저하되게 되는데, 본 발명과 같이 고 유전율을 가진 유전체 시트(410)에 커패시터 패턴(411)을 형성하면, 커패시터 패턴(411)의 사이즈를 작게 하면서도 얇은 유전체 시트를 사용하지 않아도 된다.

또한, 통과 대역을 표시하는 {2}의 경우 커플링된 스트립라인(211)의 폭이 넓을수록 그리고 커패시터 패턴(411)의 면적이 작을수록 높은 주파수 대역으로 이동하고, 주파수 특성에서 {1}의 경우 특정 주파수 대역의 감쇄 특성에 따라 그 위치를 설정해 주며, 이 위치에 따라 통과대역의 대역폭이 달라지는데, {1}의 위치가 통과 대역에 가까울수록 통과대역{2}은 작아지고, 이러한 방향으로의 필터 특성을 변환시키고자 할 때는 커플링 패턴의 면적을 작게 하면 된다. 그리고, 통과대역보다 높은 주파수 대역의 {3}부근은, 본 발명에 따라 구현된 스퓨리어스 특성에 따라 통신주파수의 기본주파수(fo)의 정수배에 해당되는 하모닉 주파수 부근은, 도시된 바와 같이 특히 인접한 하모닉 주파수(3fo)은 통과대역인 기본주파수보다 상당히 멀리 떨어져 나타나 해당 대역의 고주파신호를 저지하는 특성이 나타나게 된다.

마지막으로, 도 7을 참조하여 본 발명의 제2실시예를 설명한다.

<제2실시예>

본 발명의 제2실시예는, 좀 더 낮은 주파수 대역의 필터를 제작하기 위해서 고유전율의 유전체 시트에 형성된 커패시터 패턴을 상/하부에 배치하여 공진기의 커패시턴스를 크게 향상시킬 수 있도록 하는 구조이다.

구체적으로는, 도 7에 도시된 바와 같이, 소정의 병렬 커패시터 패턴(710)을 고유전율의 유전체 시트에 패터닝하여 상기 인덕터 공진부에서 스트립 라인(211)이 패터닝된 저유전율의 유전체 시트(210)의 상부에 배치시키고, 비아(720)를 통해 상기 스트립 라인(211)과 연결하는, 제2 고유전율 커패시터 공진부를 추가로 포함하는 구조가 된다. 이러한 구조의 적층 필터는, 종래와 같이 단일재료의 유전체 시트에 필요한 패턴들을 인쇄하여 적층한 후 유전체와 전극을 동시에 소성하는 것이 아니라, 커패시터 패턴(401, 710)이 형성된 유전체 시트만을 높은 유전상수 특성을 갖는 유전체 시트로 형성하고 이외의 다른 층은 이보다 낮은 유전상수를 가진 재료를 이용하여 제작한다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 이동통신단말기 송/수신부용 적층 필터는, 고유전율의 유전체 시트에 커패시터 패턴을 형성하고 그 이외의 부분은 저유전율의 유전체 시트에 각기 필요한 패턴을 인쇄하여 적층 형성함으로써, 설계의 자유도를 높일 수 있고, 기본 주파수대역인 통과 대역으로부터 고조파 대역이 멀리 떨어져 나타나게 할 수 있으며 동시에 고조파 대역에서 양호한 대역저지특성도 구현할 수 있어 스퓨리어 특성을 훨씬 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 기재된 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims

소정의 인덕터 패턴과 커패시터 패턴을 상/하로 배치된 서로 다른 유전체 시트에 각기 패터닝하여 동시소성을 통해 결합시킨 소정의 LC공진부;

소정의 유전체 시트에 그라운드 패턴을 형성하여 상기 LC공진부의 상/하부에 배치시킨 접지부; 및

상기 LC공진부의 상부 접지부에 배치된 입/출력포트부로 이루어지고,

상기 LC공진부는;

송/수신 통신주파수에 따라 소정개수가 병렬로 패터닝된 스트립라인과, 상기 스트립 라인에 신호를 입/출력하는 I/O신호급전부 및 커패시터 커플링 패턴이, 위에서부터 아래 방향으로 순차적으로 배치된 저유전율의 유전체 시트에 각기 형성된 저유전율 인덕터 공진부; 및

고유전율의 유전체 시트에 소정의 병렬 커패시터 패턴을 패터닝하여 상기 인덕터 공진부에서 커플링 패턴이 형성된 저유전율의 유전체 시트의 하부에 배치시키고, 비아를 통해 상기 스트립 라인과 연결하는 고유전율 커패시터 공진부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동통신단말기 송/수신부용 적층 필터.
제 1 항에 있어서,

소정의 병렬 커패시터 패턴을 고유전율의 유전체 시트에 패터닝하여 상기 인덕터 공진부에서 스트립 라인이 패터닝된 저유전율 유전체 시트의 상부에 배치시키고, 비아를 통해 상기 스트립 라인과 연결하는 제2 고유전율 커패시터 공진부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 이동통신단말기 송/수신부용 적층 필터.