KR100598446B1 - 밀리미터파 대역 평면형 필터용 에어 캐비티 모듈 - Google Patents

밀리미터파 대역 평면형 필터용 에어 캐비티 모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 밀리미터파 대역 평면형 필터용 에어 캐비티 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 밀리미터파 대역에서 동작하는 평면형 필터와, 상기 평면형 필터가 실장되도록 일측부가 개방된 에어 캐비티와, 상기 평면형 필터로부터 입/출력되는 신호가 전달되도록 상기 에어 캐비티의 개방된 일측부를 폐쇄시키는 에어 캐비티 커버를 포함함으로써, 전송 손실을 줄이고 방사 손실을 감소시켜 밀리미터파 대역에서 동작하는 필터의 특성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
밀리미터파, 평면형 필터, 에어 캐비티, 에어 캐비티 커버, 전송 손실, 방사 손실

Description

밀리미터파 대역 평면형 필터용 에어 캐비티 모듈{Air cavity module for planar type filter at millimeter wave band}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 밀리미터파 대역 평면형 필터용 에어 캐비티 모듈을 설명하기 위한 구성도.
도 2는 도 1의 정면도.
도 3은 도 1의 평면도.
도 4는 도 1에 도시된 에어 캐비티 모듈을 사용하지 않은 상태로 컴퓨터 모의 실험을 한 결과를 보여주는 주파수 응답 특성의 그래프.
도 5는 도 1에 도시된 에어 캐비티 모듈을 사용한 상태로 컴퓨터 모의 실험을 한 결과를 보여주는 주파수 응답 특성의 그래프.
*** 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 ***
100 : 에어 캐비티, 110 : 에어 캐비티 커버,
115a,115b : 구멍, 200 : 평면형 필터,
ws : CPW의 신호선 선폭,
g : CPW의 신호선과 접지면과의 거리,
wc : 에어 캐비티의 폭, hc : 에어 캐비티의 높이,
wp : 에어 캐비티 커버에 형성된 측정과 본딩을 위한 개방 구조의 폭,
dp : 에어 캐비티 커버에 형성된 측정과 본딩을 위한 개방 구조의 깊이
본 발명은 밀리미터파 대역 평면형 필터용 에어 캐비티 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 평면형 필터용 에어 캐비티 내에서 발생되는 캐비티 공진을 없애고 에어 캐비티 내에 평면형 필터를 완전하게 실장시킴으로써, 전송 손실을 줄이고 방사 손실을 감소시켜 밀리미터파 대역에서 동작하는 필터의 특성을 향상시킬 수 있는 밀리미터파 대역 평면형 필터용 에어 캐비티 모듈에 관한 것이다.
일반적으로, 무선 통신 기술이 고속, 대용량화로 발전을 하기 때문에 사용되는 동작 주파수가 자연히 수십 ㎓ 이상의 밀리미터파 대역으로 올라가고 있다. 따라서, 무선 통신 시스템에 사용되는 부품의 크기가 작아지고 있으며, 특히 수동 부품인 RF 필터는 반도체 공정을 이용해야 만들 수 있을 정도로 그 크기가 작아지게 된다.
또한, 주파수가 높아지고 필터의 크기가 소형으로 작아지게 되면 주위 환경에 의한 영향에 더욱 민감해질 뿐만 아니라 방사 손실에 의해서 필터의 특성에 심각한 문제점을 야기 시키게 된다.
이러한 수십 ㎓ 이상의 영역에서 동작하는 평면형 필터용 에어 캐비티에 관 한 종래의 기술은, 아직 보편화된 주파수 자원이 아니기 때문에 그 일 예를 찾아 볼 수 없지만, 비슷한 목적을 갖는 낮은 주파수 대역에서 발표된 문헌들을 보면 주로 표면 탄성파(Surface Acoustic Wave, SAW) 필터용 세라믹 패키지에 관한 것으로써, 세라믹 패키지 내에 필터를 실장하고 필터의 전극과 세라믹 모듈의 전극 사이를 와이어 본딩(wire bonding)으로 연결하여 신호를 인가하는 방식이다.
이러한 세라믹 패키지의 목적은 부품을 외부의 충격으로부터 보호하고 외부에서 발생되는 전자기파를 차단하여 주위 환경에 민감한 표면 탄성파(SAW) 필터를 보호하고자 하는데 그 목적을 두고 있다.
그러나, 주파수가 수십 ㎓ 이상으로 높아지게 되면, 부품과 캐비티 사이의 공간이 모두 예측할 수 없는 캐비티 공간이 발생하는 원인이 되기 때문에 필터의 특성에 심각한 손상을 줄 뿐만 아니라, 와이어 본딩 자체만으로도 밀리미터파 대역에서는 기생 성분으로 동작하고 전송 손실도 커지게 된다.
또 다른 예는 20㎓ 대역의 무선 통신 시스템을 위한 수신기를 실리콘(silicon) 기판 상에 형성된 다층의 BCB(bensocyclobutene) 상에 SOP(System On Packaging) 형태로 구성한다.
여기서, 능동 소자인 부품들은 플립-칩(flip-chip) 형태로 BCB 상에 본딩하고, 평면형 수동 소자인 필터는 BCB 상에 IMSL(inverted microstrip line)으로 DMR(dual mode resoantor) 패턴을 인쇄하고, 필터의 상부를 드라이 에칭(dry etching)을 하여 얕게 파낸 실리콘 기판 표면을 금속으로 씌워서 캐비티 형태로 만든 다음에 필터의 위에 덮어서 본딩하는 방식이 있다.
모든 부품들이 하나의 기판 상에 인쇄된 선로 상에 올라와 있기 때문에 부품들간의 연결 손실(interconnection loss)을 줄이고, 캐비티를 필터 상에 씌웠기 때문에 전송 손실을 줄이고자 하였다.
그러나, 캐피티 내에 완전하게 실장된 필터의 형태가 아니기 때문에 BCB 기판을 통하여 신호가 누설되어 전송 손실이 발생하고, 감쇄(attenuation) 특성에 나쁜 영향을 미치게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 평면형 필터용 에어 캐비티 내에서 발생되는 캐비티 공진을 없애고 에어 캐비티 내에 평면형 필터를 완전하게 실장시킴으로써, 전송 손실을 줄이고 방사 손실을 감소시켜 밀리미터파 대역에서 동작하는 필터의 특성을 향상시킬 수 있는 밀리미터파 대역 평면형 필터용 에어 캐비티 모듈을 제공하는데 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면은, 밀리미터파 대역에서 동작하는 평면형 필터; 상기 평면형 필터가 실장되도록 일측부가 개방된 에어 캐비티; 및 상기 평면형 필터로부터 입/출력되는 신호가 전달되도록 양측에 구멍이 형성되어 있고, 상기 에어 캐비티의 개방된 일측부를 폐쇄시키는 에어 캐비티 커버를 포함하여 이루어진 밀리미터파 대역 평면형 필터용 에어 캐비티 모듈을 제공하는 것이다.
여기서, 상기 평면형 필터는 코플레너 도파로(CPW) 또는 마이크로 스트립 라인(MSL)형태를 이용한 평면형 필터 중 어느 하나임이 바람직하다.
바람직하게는, 상기 에어 캐비티는 양측 및 상측이 개방된 사각통 형상으로 이루어진다.
바람직하게는, 상기 에어 캐비티 커버의 양측에는 상기 평면형 필터에 전기신호를 입력시키기 위한 제1 구멍과 상기 평면형 필터로부터 출력되는 전기신호를 검출하기 위한 제2 구멍이 각각 형성된다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 밀리미터파 대역 평면형 필터용 에어 캐비티 모듈을 설명하기 위한 구성도이고, 도 2는 도 1의 정면도이며, 도 3은 도 1의 평면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 밀리미터파 대역 평면형 필터용 에어 캐비티 모듈은 에어 캐비티(100), 에어 캐비티 커버(110) 및 밀리미터파 대역에서 동작하는 평면형 필터(200)를 포함하여 이루어진다.
즉, 본 발명의 밀리미터파 대역 평면형 필터용 에어 캐비티 모듈은 상기 에어 캐비티(100)의 내부에 상기 평면형 필터(200)를 실장시키고, 상기 에어 캐비티(100)의 상부에 상기 에어 캐비티 커버(110)를 씌워서 본딩된 구조로 구성되어 있다.
이때, 상기 에어 캐비티(100)는 상기 평면형 필터(200)가 용이하게 실장되도록 양측 및 상측이 개방된 사각통 형상으로 이루어짐이 바람직하다.
상기 에어 캐비티 커버(110)는 상기 평면형 필터(200)로부터 입/출력되는 신호가 전달될 수 있도록 상기 에어 캐비티(100)의 개방된 상측 부분을 폐쇄시킴이 바람직하다.
즉, 상기 에어 캐비티 커버(110)의 양측에는 상기 평면형 필터(200)에 전기신호를 입력시키기 위한 구멍(115a)과 상기 평면형 필터(200)로부터 출력되는 전기신호를 검출하기 위한 구멍(115b)이 각각 형성되어 있다.
상기 평면형 필터(200)는 코플레너 도파로(Coplanar Waveguide, CPW)(grounded CPW 또는 ungrounded CPW) 또는 마이크로 스트립 라인(microstrip line, MSL)형태를 이용한 필터 중 어느 하나로 구현됨이 바람직하다.
한편, 상기 에어 캐비티(100)의 넓이는 wc의 크기를 갖고, 상기 평면형 필터(200)로부터 상기 에어 캐비티 커버(110)까지의 높이는 hc의 크기를 갖는다. 캐비티 공진을 없애고 방사 손실을 줄이기 위해서 그 크기는 다음의 범위 내에서 구할 수 있다.
wc ≥ 3(2g+ws) ; CPW형 필터의 경우
wc ≥ 5ws ; MSL형 필터의 경우
0.25λg ≤ hc ≤ 0.5λg
상기 에어 캐비티 커버(110)의 상/하로 보이는 개방된 구조는 측정과 본딩을 위한 구조로써 그 크기는 wp의 넓이와 dp의 깊이를 갖는다. wp의 크기는 최소한 측정을 위한 탐침(probe)이나 본딩을 위한 본딩용 와이어(wire)가 들어갈 수 있는 크기가 되어야 하고, dp의 크기는 관내 파장의 1/4을 넘지 않도록 한다(dp ≤ 0.25λg).
도 4는 도 1에 도시된 에어 캐비티 모듈을 사용하지 않은 상태로 컴퓨터 모의 실험을 한 결과를 보여주는 주파수 응답 특성의 그래프이다.
도 4를 참조하면, 평면형 필터(200)는 중심주파수가 약 60㎓인 CPW형 4-pole 대역 통과 필터로 설계를 하였다. 주파수 응답 특성을 보면 S11이 60㎓에서 15dB를 넘지 못하고 있으며, S21은 10dB 보다 큰 전송 손실을 갖고 있고, 필터의 특성이 전반적으로 완만한 형태를 보여주고 있기 때문에 이러한 특성은 방사 손실에 의해서 발생되는 현상으로 판단할 수 있다.
도 5는 도 1에 도시된 에어 캐비티 모듈을 사용한 상태로 컴퓨터 모의 실험을 한 결과를 보여주는 주파수 응답 특성의 그래프이다.
도 5를 참조하면, 모의 실험에 적용된 에어 캐비티(100)의 크기는 wc=0.7㎜, hc=0.5㎜, wp=0.4㎜, dp=0.5㎜, S11은 60㎓를 중심으로 약 2㎓의 대역에서 20dB에 가까운 좋은 특성을 얻을 수 있었고, S21도 4dB 안쪽의 우수한 특성을 나타낸다.
따라서, 도 4 및 도 5의 모의 실험 결과로부터 본 발명의 일 실시예에 따른 에어 캐비티 모듈에 의해서 전송 손실과 방사 손실을 크게 줄일 수 있음을 확인할 수 있다.
전술한 본 발명에 따른 밀리미터파 대역 평면형 필터용 에어 캐비티 모듈에 대한 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 밀리미터파 대역 평면형 필터용 에어 캐비티 모듈에 따르면, 평면형 필터용 에어 캐비티 내에서 발생되는 캐비티 공진을 없애고 에어 캐비티 내에 평면형 필터를 완전하게 실장시킴으로써, 전송 손실을 줄이고 방사 손실을 감소시켜 밀리미터파 대역에서 동작하는 필터의 특성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

Claims (4)

  1. 밀리미터파 대역에서 동작하는 평면형 필터;
    상기 평면형 필터가 실장되도록 일측부가 개방된 에어 캐비티; 및
    상기 평면형 필터로부터 입/출력되는 신호가 전달되도록 양측에 구멍이 형성되어 있고, 상기 에어 캐비티의 개방된 일측부를 폐쇄시키는 에어 캐비티 커버를 포함하여 이루어진 밀리미터파 대역 평면형 필터용 에어 캐비티 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 평면형 필터는 코플레너 도파로(CPW) 또는 마이크로 스트립 라인(MSL)형태를 이용한 평면형 필터 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 밀리미터파 대역 평면형 필터용 에어 캐비티 모듈.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 에어 캐비티는 양측 및 상측이 개방된 사각통 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 밀리미터파 대역 평면형 필터용 에어 캐비티 모듈.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 에어 캐비티 커버의 양측에는 상기 평면형 필터에 전기신호를 입력시키기 위한 제1 구멍과 상기 평면형 필터로부터 출력되는 전기신호를 검출하기 위한 제2 구멍이 각각 형성된 것을 특징으로 하는 밀리미터파 대역 평면형 필터용 에어 캐비티 모듈.
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