KR100577747B1 - 듀플렉서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 듀플렉서에 관한 것으로서, 듀플렉서를 포토닉밴드갭(Photonic Bandgap : PBG)구조의 단위셀이 형성된 마이크로스트립공진기를 필터링하고자 하는 송신주파수 및 수신주파수에 따라 각기 다수개 배열하여 형성한, 송신주파수공진기 및 수신주파수공진기와, 커플링(coupling)이 발생되지 않도록 일측단에는 상기 송신주파수공진기와 타측단에는 상기 수신주파수공진기와 각기 접합하여 상호간에 전기적으로 차폐시키는 공진기 접합부를 포함하여 이루어지도록 함으로써, 저렴한 비용으로 그리고, 소자의 부피를 줄여 소형화할 수 있도록 한다.

듀플렉서, 공진기, 포토닉밴드갭, 커플링

Description

듀플렉서{Duplexer}

도 1은 일반적인 듀플렉서를 도시한 도면,

도 2는 본 발명에 따른 듀플렉서를 도시한 도면,

도 3은 본 발명에 따른 듀플렉서의 바람직한 양태를 도시한 도면,

도 4는 도 2의 공진기접합부를 좀 더 상세히 도시한 도면,

도 5a는 본 발명의 듀플렉서와 송신포트와의 연결양태를 도시한 도면,

도 5b는 본 발명의 듀플렉서와 수신포트와의 연결양태를 도시한 도면,

도 6a 내지 도 6c는 본발명에 사용되는 단위셀을 예로들어 도시한 도면이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

200 : 송신주파수공진기 300 : 수신주파수공진기

400 : 공진기접합부 500 : 송신포트

600 : 수신포트

본 발명은, 패턴형태로 실장되어 형성될 수 있기 때문에 소자의 부피를 줄여 소형화할 수 있고, 나아가 저렴한 비용으로 제작가능한 듀플렉서에 관한 것이다.

일반적으로, 듀플렉서는 하나의 안테나를 사용하는 송신단과 수신단을 가진 이동 통신 단말기 등에서 송신단의 송신 주파수와 수신단의 수신 주파수가 상호간에 섞이지 않도록 이들을 분리해낼 때 사용되는 소자이다.

즉, 이동 통신 단말기에서는 송신 주파수와 수신 주파수의 해당 대역이 유사하기 때문에, 두 개의 안테나를 쓰지 않고 하나의 안테나로 사용이 가능하다. 또한, 안테나 두 개를 사용하는 것은, 해당 단말기의 전체적인 형상이 이상해질 뿐만 아니라, 단말기 단가도 증대되고, 안테나 상호간의 간섭문제 등과 같은 많은 단점이 있다. 그래서 이러한 단점을 극복하기 위하여 개발된 소자가 듀플렉서로서, 이 듀플렉서는 하나의 안테나를 공유하는 송신단과 수신단을 가진 이동 통신 단말기 등에서 송신단의 송신 주파수와 수신단의 수신 주파수가 상호간에 섞이지 않도록 이들을 분리해낼 때 사용되는 소자이다.

이러한, 듀플렉서는, LC 필터의 조합으로 구현가능하나, 주파수 선택도가 떨어지기 때문에 대부분의 경우 공진기를 이용하여 만들어지는데, 도 1은 이러한 일반적인 듀플렉서가 도시된 도면이다.

이에 도시된 바와 같이, 일반적인 듀플렉서는, 동축형태의 유전체 공진기 (Coaxial Ceramic Resonator 또는 Bar Dielectric Resonator)가 조합되어 송신단(100)과 수신단(110) 각각에 밴드패스필터(BPF)가 구현되며, 이렇게 구현된 송신단의 밴드패스필터(100)와 수신단의 밴드패스필터(110)는, 특히 인덕터(L)와 커패시터(C)를 통해, 하나의 안테나 포트와 연결된다.

이러한 듀플렉서는 주파수 대역이 올라갈수록 커패시터 등으로 인해 듀플렉 싱(duplexing) 수행시에 주파수 손실이 생겨, 송신단과 수신단의 해당 주파수에 감쇄가 발생하는데, 특히 최근의 상황에서는 마이크로파 대역만으로는 수용할 수 없는 많은 통신 주파수가 사용되기 때문에, 주파수 손실 없이도 이러한 마이크로파 대역보다 높은 밀리미터파 대역에서도 듀플렉싱을 수행할 수 있는 새로운 구조의 듀플렉서가 필요해, 이를 위해 본 출원인은 도파관을 이용한 개량된 구조의 도파관을 개시한 바 있다.

하지만, 본 출원인이 개시한 듀플렉서는 주로 가격이 비교적 비싼 소정의 도파관을 사용하기 때문에 공정비용이 많이 발생하며 또한, 소자의 크기를 줄이는데 상당한 어려움이 있으며, 그 제조 공정 또한 상당히 번거로운 문제점이 있는데, 이를 해결하기 위해서는 개량된 새로운 구조의 듀플렉스가 필요하다.

이에 본 발명은 상기한 필요성을 만족시키기 위하여 개발된 것으로, 저렴한 비용으로 그리고, 소자의 부피를 줄여 소형화할 수 있는, 듀플렉서를 제공하는데 그 목적이 있다.

이를 위해 본 발명은, 포토닉밴드갭(Photonic Bandgap : PBG)구조의 단위셀이 형성된 마이크로스트립공진기를 필터링하고자 하는 송신주파수 및 수신주파수에 따라 각기 다수개 배열하여 형성한, 송신주파수공진기 및 수신주파수공진기와

커플링(coupling)이 발생되지 않도록 일측단에는 상기 송신주파수공진기와 타측단에는 상기 수신주파수공진기와 각기 접합하여 상호간에 전기적으로 차폐시키는 공진기 접합부를 포함하여 이루어지는, 듀플렉서를 개시한다.

그리고, 본 발명에 사용되는 마이크로 스트립 공진기는, 사각형 패턴에 삼각형 형태의 개구부가 형성되고, 그 삼각형의 한쪽 끝부분이 개방되어 있는 제1양태를 사용하거나, 일측에 개구부를 가진 사각형의 셀과 상기 개구부에서 사각형의 셀 내측으로 대칭되게 형성된 삼각형 패턴으로 이루어진 제2양태를 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 공진기 접합부로 T자형 (T-juntion) 유전체 도파관을 사용해 송신주파수공진기와 수신주파수공진기 상호간에 커플링(coupling)이 발생되지 않도록 그리고, 전기적으로 차폐될 수 있도록 이격시켜 안테나포트와 전기적으로 연결되도록 하는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 듀플렉서를 설명하는데, 상기 도 2는 본 발명에 따른 듀플렉서의 평면도를 도시한 도면이다.

상기 도 2에 도시된 바와 같이, 포토닉밴드갭(Photonic Bandgap : PBG)구조의 단위셀이 형성된 마이크로스트립공진기(200-1, 200-2, 200-3, 200-4, ... , 200-n)(300-1, 300-2, 300-3, 300-4, ... , 300-n)를 필터링하고자 하는 송신주파수 및 수신주파수에 따라 각기 다수개 배열하여 형성한, 송신주파수공진기(200) 및 수신주파수공진기(300)와, 커플링(coupling)이 발생되지 않도록 일측단에는 상기 송신주파수공진기(200)와 타측단에는 상기 수신주파수공진기(300)와 각기 접합하여 상호간에 전기적으로 차폐시키는 공진기 접합부(400)를 포함하여 이루어진다.

이렇게 이루어진 본 발명에서, 먼저 소정의 통과대역을 가진 송신주파수 및 수신주파수를 필터링하여 안테나포트를 통해 송신 및 수신되도록 하는 송신주파수공진기(200) 및 수신주파수공진기(300)는, 본 발명에 따라 포토닉밴드갭(Photonic Bandgap : PBG)구조의 단위셀이, 즉 파동임피던스에 주기적인 변화를 주어 특정주파수대역에서 신호저지현상이 발생되도록 하는 구조의 단위셀이, 형성된 마이크로스트립공진기(200-1, 200-2, 200-3, 200-4, ... , 200-n)(300-1, 300-2, 300-3, 300-4, ... , 300-n)가 송신주파수 및 수신주파수의 통과대역특성에 따라 각기 다수개 연속적으로 배열되어 형성되는데, 그 배열되는 마이크로스트립공진기의 수와 단위셀의 크기 및 형상 등은 해당 송신주파수 및 수신주파수의 통과대역특성에 따라 서로 상이하게 변형된다.

그리고, 송신주파수공진기(200)를 구성하는, 본 발명용의 단위셀이 형성된 마이크로스트립공진기들(200-1, 200-2, 200-3, 200-4, ... , 200-n) 중에서 주파수송신방향으로 최상향단에 위치한 마이크로스트립공진기(200-1)는 송신포트(500)의 탭(tab)과 전기적으로 연결되며, 수신주파수공진기(300)를 구성하는, 본 발명용의 단위셀이 형성된 마이크로스트립공진기들(300-1, 300-2, 300-3, 300-4, ... , 300-n) 중에서 주파수수신방향으로 최하향단에 위치한 마이크로스트립공진기(300-1)는 수신포트(600)의 탭(tab)과 전기적으로 연결되는데, 원하는 주파수 감쇄특성에 따라 탭의 위치를 좌측 또는 우측으로 가변시킨다.

또한, 본 발명에 사용되는 송신주파수공진기(200) 및 수신주파수공진기(300)는 가능한한 종래의 1/2파장의 마이크로스트립공진기를 본 발명에 따라 포토닉밴드 갭(Photonic Bandgap : PBG)현상이 발생되도록 그 일부를 식각시키고, 더불어 식각된 한 쪽면이 개방되도록 하여 소정의 단위셀을 형성하는 것이 바람직한데, 이렇게 형성된 단위셀은 높은 특성임피던스를 갖는 마이크로스트립선로의 개방된 양단에 일정용량의 커패시턴스 성분이 연결된다.

그 결과, 본 발명에 따른 듀플렉서의 송/수신주파수공진기 각각은, 단위셀로 인해 특정주파수대역에서 통과대역 및 저지대역을 가지며, 실험 및 경험 등을 통해 알아낸 적절한 수를 연속으로 배열함에 따라 기본주파수통과대역이 하모닉 성분의 2차 및 3차 고조파 통과대역으로부터 멀어져 그 하모닉성분으로 인해 발생되는 기생커패시턴스의 영향을 줄일 수 있게 되며, 또한, 슬로우 웨이브(slow-wave) 효과, 즉 파가 느리게 이동하는 현상으로 인해 인덕턴스 및 용량값이 증가하는 효과를 통해, 일반적인 공진기보다 부피를 줄일 수 있게 된다.

덧붙여서, 송신주파수공진기(200)와 수신주파수공진기(300)를 구성하는 단위셀의 수는 원하는 신호저지대역특성에 따라 상이한 변형이 가능하며, 구체적인 구조와 관련된 바람직한 양태는 후술하기로 한다.

또한, 안테나포트와 연결되는 본 발명의 공진기접합부(400)는 송신주파수공진기(200)와 수신주파수공진기(300) 상호간에 커플링(coupling)이 발생되지 않도록 두 주파수공진기를 분리하는데, 즉, 일측단에는 상기 송신주파수공진기(200)를 접합하고, 상기 일측단과 일정거리만큼 이격된 타측단에는 상기 수신주파수공진기(300)를 접합하여 상호간에 전기적으로 차폐되도록 한다.

한편, 도 3은 본 발명에 따른 듀플렉서의 가장 바람직한 양태가 도시된 도면 으로서, 이에 도시된 바와 같이, 본 발명의 가장 바람직한 양태로 제시된 듀플렉서에서, 송신주파수공진기(200) 및 수신주파수공진기(300) 각각은 포토닉밴드갭(Photonic Bandgap : PBG)구조의 단위셀이 형성된 마이크로스트립공진기를 필터링하고자 하는 송신주파수 및 수신주파수에 따라 각기 다수개 배열하여 형성하는데, 가장 바람직한 양태로 본 발명에서는 송신주파수공진기(200)와 수신주파수공진기(300)를 높은 특성임피던스를 갖는 마이크로스트립선로의 개방된 양단에 일정용량의 커패시턴스 성분이 연결된 3개의 단위셀(200-1, 200-2, 200-3)(300-1, 300-2, 300-3)을 각기 상향단과 하향단에 연속적으로 배열하여 형성한 양태를 개시하는데, 이러한 단위셀의 수는 각 공진기간 결합계수(Coupling Coefficient)와 입출력 품질계수(External Quality Factor)를 실제 구조에 적용해 EM(Electro Magnetic)시뮬레이션을 통해 산출한 결과이다.

다음, 도 4를 참조하여 본 발명에 사용되는 공진기접합부의 바람직한 양태를 예로 들어 설명한다.

상기 도 4에 도시된 바와 같이, 안테나포트와 연결되는 본 발명의 공진기접합부(400)는 T자형(T-juntion) 유전체도파관을 사용하는 것이 바람직한데, 상기 T자형(T-juntion) 유전체도파관은, 송신주파수공진기(200)와 수신주파수공진기(300) 상호간에 커플링(coupling)이 발생되지 않도록 두 주파수공진기를 분리한다.

즉, T자형 (T-juntion) 유전체도파관(400)의 일측단은 상기 송신주파수공진기(200)를 구성하는, 단위셀이 형성된 마이크로스트립공진기들 중에서 주파수송신방향으로 상향단의 마지막 부분에 위치한 마이크로스트립공진기(200-n)와 접합시키 고, 상기 일측단과 일정거리만큼 이격된 타측단에는, 상기 수신주파수공진기(300)를 구성하는, 단위셀이 형성된 마이크로스트립공진기들 중에서 주파수수신방향으로 하향단의 최선단 부분에 위치한 마이크로스트립공진기(300-n)와 각기 접합시켜 두 주파수공진기 상호간에 커플링이 발생되지 않도록 전기적으로 차폐시켜 분리하는데, 첨가하여, T자형 (T-juntion) 유전체 도파관과(400) 송신주파수공진기와 접합되는 위치 또는 수신주파수공진기와 접합되는 위치는 원하는 주파수 감쇄특성에 따라 좌측 또는 우측 어느 하나의 방향으로 설정된다.

이와 같이, 본 발명은 공진기접합부 특히, T자형 (T-juntion) 유전체 도파관을 사용해 송신주파수공진기와 수신주파수공진기 상호간에 커플링(coupling)이 발생되지 않도록 그리고, 전기적으로 차폐될 수 있도록 이격시켜 안테나포트와 전기적으로 연결되도록 하는 것이 바람직하다.

다음으로는, 도 5a와 도 5b를 참조하여 본 발명의 듀플렉서와 송신포트 그리고 수신포트의 연결양태에 대해 예로 들어 설명한다.

먼저, 도 5a에 도시된 바와 같이, 송신주파수공진기(200)를 구성하는, 본 발명용의 단위셀이 형성된 마이크로스트립공진기들 중에서 주파수송신방향으로 상향단의 최선단부에 위치한 마이크로스트립공진기(200-1)는, 송신포트(500)의 탭(tab)과 전기적으로 연결되는데, 이 때 송신주파수의 통과대역특성상 그 통과대역주파수 위쪽의 신호감쇄가 이루어지는 것이 바람직한데, 이를 위해 본 발명에서는 가능한 주파수송신방향으로 상향단의 최선단부에 위치한 마이크로스트립공진기의 좌측에 송신포트(500)의 탭(tab)이 전기적으로 연결되는 것이 바람직하며, 그리고, 도 5b 에 도시된 바와 같이, 수신주파수공진기를 구성하는, 본 발명용의 단위셀이 형성된 마이크로스트립공진기들 중에서 주파수수신방향으로 하향단의 마지막에 위치한 마이크로스트립공진기(300-1)는, 수신포트(600)의 탭(tab)과 전기적으로 연결되는데, 이 때 수신주파수의 통과대역특성상 그 통과대역주파수 아래쪽의 신호감쇄가 이루어지는 것이 바람직한데, 이를 위해 본 발명에서는 가능한 주파수수신방향으로 하향단의 마지막에 위치한 마이크로스트립공진기의 좌측에 수신포트의 탭(tab)이 전기적으로 연결되는 것이 바람직하다.

다음, 도 6a내지 도 6c를 참조하여 본 발명에 사용되는 마이크로스트립공진기 및 단위셀을 좀 더 상세히 설명한다.

여기서, 도 6a는 일반적인 1/2파장 마이크로스트립공진기를 도시한 도면이고, 도6b는 본 발명에 사용되는 마이크로스트립공진기 및 단위셀의 제1양태를 도시한 도면이고, 도 6c는 본 발명에 사용되는 마이크로스트립공진기 및 단위셀의 제1양태를 도시한 도면이다.

이에 도시된 바와 같이, 일반적인 1/2파장 마이크로스트립공진기(700)를 본 발명에 따라 포토닉밴드갭(Photonic Bandgap : PBG)현상이 발생되도록 그 일부를 식각시키고, 더불어 식각된 한 쪽면이 개방되도록 하여 형성된 단위셀이 본 발명에 사용되는 제1양태로 개시되는데, 구체적으로 본 발명에 사용되는 제1양태의 마이크로스트립공진기(710)는 사각형의 패턴이며, 해당 단위셀은 그 사각형 패턴의 마이크로스트립공진기에 삼각형 형태의 개구부(710-1)가 형성되고, 그 개구부(710-1)의 삼각형 한쪽 끝부분(710-2)이 개방되어 있는 양태이다.

그리고, 본 발명에 사용되는 제1양태의 마이크로스트립공진기(710)를 양측에서 구부려 형성한 것이 본 발명의 제2양태인데, 구체적으로 본 발명에 사용되는 제2양태의 마이크로 스트립 공진기(720)는 일측에 개구부를 가진 사각형의 셀과 상기 개구부에서 사각형의 셀 내측으로 대칭되게 형성된 삼각형 패턴(720-1, 720-2)로 이루어진다.

이와 같은, 본 발명의 제1양태와 제2양태에 사용되는 단위셀은 모두, 높은 특성임피던스를 갖는 마이크로스트립선로의 개방된 양단에 일정용량의 커패시턴스 성분이 연결되어 있어 그로 인해, 특정주파수대역에서 통과대역 및 저지대역을 갖게 되며, 더불어 기본주파수통과대역이 하모닉 성분의 2차 및 3차 고조파 통과대역으로부터 멀어지기 때문에 그 하모닉성분으로 인해 발생되는 기생커패시턴스의 영향을 줄일 수 있게 되며, 또한, 슬로우 웨이브(slow-wave) 효과, 즉 파가 느리게 이동하는 현상이 발생되어 인덕턴스 및 용량값이 증가하는 효과를 보게 되는데, 이를 통해 일반적인 공진기보다 부피를 줄일 수 있는 것이 가능하다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 듀플렉서는, 저렴한 비용으로 그리고, 패턴형태로 실장되어 형성될 수 있기 때문에 소자의 부피를 줄여 소형화할 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 (4)

1. 마이크로 스트립 공진기를 필터링할 송신주파수와 수신주파수에 따라 각기 다수개 배열하여 형성한 송신주파수공진기 및 수신주파수공진기와,

   일측단과 타측단에 상기 송신주파수공진기와 수신주파수공진기가 접합되어 커플링이 발생되지 않도록 상호 간을 전기적으로 차폐시키는 공진기 접합부를 포함하여 이루어지고,

   상기 마이크로스트립 공진기는

   일측에 개구부를 가진 사각형의 셀, 및;

   상기 개구부에서 사각형의 셀 내측으로 대칭되게 형성된 삼각형 패턴을 포함한 듀플렉서.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서, 상기 공진기 접합부는;

   T자형 (T-juntion) 유전체 도파관인 것을 특징으로 하는, 듀플렉서.

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