KR100598832B1 - 비가역소자 - Google Patents

Abstract

별도의 금속 케이스를 사용하지 않고, 외부의 자계를 차단하는 비가역소자를 제공한다.

유전체 기판의 상면에 제 1 포트, 제 2 포트 및 접지패턴이 형성된 입출력 포트부와, 상기 마그네트와, 상기 페라이트와 제 1 전극 및 제 2 전극을 구비하는 중심전극 조립체와, 상기 저항, 콘덴서 및 코일의 패턴이 형성되어 있는 적층기판이 상부부터 순차적으로 적층되어 본체를 이루고, 상기 본체의 길이 방향으로 좌우 양 측면 전체에는 상기 제 1 포트 및 제 2 포트와 전기적으로 연결되는 금속패턴이 형성되며, 상기 본체의 외주면의 상기 제 1 포트, 제 2 포트 및 금속패턴을 제외한 부위에는 그 제 1 포트, 제 2 포트 및 금속패턴과 절연되게 소정의 간격을 유지하면서 접지패턴이 형성되는 것으로서 제 1 포트, 제 2 포트, 금속패턴 및 접지패턴이 외부의 자계를 차단하여 별도의 금속 케이스를 사용하지 않아도 되고, 제작 공정이 단순하며, 소형화할 수 있음은 물론 대량생산이 가능하며, 생산원가를 절감할 수 있다.

비가역소자, 마그네트, 페라이트, 아이솔레이터

Description

비가역소자{Isolator}

도 1은 일반적인 이동통신 단말기의 송신 및 수신부의 구성을 보인 블록도.

도 2는 일반적인 비가역소자의 동작원리를 설명하기 위한 회로도.

도 3은 본 발명의 비가역소자의 전체 구성을 보인 사시도.

도 4는 본 발명의 비가역소자를 분해하여 보인 도면.

도 5는 본 발명의 비가역소자의 등가회로도.

도 6은 본 발명의 비가역소자에서 중심전극 조립체를 분해하여 보인 도면.

도 7은 본 발명의 비가역소자에서 적층기판을 분해하여 보인 도면.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

300 : 비가역소자의 본체 310 : 제 1 포트

320 : 제 2 포트 330 : 금속패턴

340 : 간격 350 : 접지패턴

410 : 입출력 포트부 411 : 유전체 기판

420 : 마그네트 430 : 중심전극 조립체

440 : 적층기판

본 발명은 파워 증폭기에서 증폭된 후 안테나를 통해 송신하는 신호가 반사되어 파워 증폭기 측으로 되돌아오지 않도록 하는 비가역소자(Isolator)에 관한 것이다.

일반적으로 비가역소자는 소정 주파수의 신호를 전송방향으로 통과시키고, 역방향으로는 차단하는 기능을 가지고 있는 것으로서 이동통신 단말기 등의 이동 통신기기에 사용되고 있다. 즉, 비가역소자는 이동통신 단말기에 있어서, 파워 증폭기가 증폭한 고전력의 신호를 안테나로 전달하여 송신할 경우에 외부환경의 변화 등에 의한 부정합 현상이 발생하여 고전력의 신호가 안테나에서 반사되고, 그 반사된 고전력 신호가 파워 증폭기 측으로 역류하여 파워 증폭기의 고전력 신호를 감쇄시키고, 왜곡된 신호가 출력되거나 파워 증폭기가 손상되는 것을 방지하기 위하여 사용된다.

도 1은 일반적인 이동통신 단말기의 송신 및 수신부의 구성을 보인 블록도이다. 이에 도시된 바와 같이 송신할 신호(Tx)를 증폭하는 파워 증폭기(100)와, 상기 파워 증폭기(100)에서 증폭된 신호를 전달하고, 전달한 신호의 역류를 차단하는 비가역소자(110)와, 상기 비가역소자(110)가 전달하는 신호를 안테나(120)로 전달하여 송신하고, 안테나(120)를 통해 수신되는 신호를 분리하는 듀플렉서(130)와, 상기 듀플렉서(130)가 분리한 수신신호(Rx)를 대역 필터링하는 대역통과필터(140)로 구성하였다.

이러한 구성을 가지는 이동통신 단말기의 송신 및 수신부는 송신할 신호(Tx) 를 파워 증폭기(100)가 증폭하고, 그 증폭한 송신신호(Tx)는 비가역소자(110) 및 듀플렉서(130)를 통해 안테나(120)로 전달되어 송신된다. 그리고 안테나(120)가 수신하는 수신신호(Rx)는 듀플렉서(130)에서 분리되고, 대역통과필터(140)에서 대역 필터링되어 출력된다.

여기서, 송신신호(Tx)를 파워 증폭기(100)에서 증폭한 후 비가역소자(110) 및 듀플렉서(130)를 통해 안테나(120)에 전달하여 송신할 경우에 외부 환경의 변화에 따라 부정합 특성이 발생되는 경우가 있다. 이러한 경우에 안테나(120)로 전달한 송신신호(Tx)가 반사전력으로 발생하게 되고, 그 반사전력은 비가역소자(110)로 전달되는 것으로서 비가역소자(110)는 반사전력을 접지시키고, 파워 증폭기(100) 측으로 역류되지 않도록 한다.

도 2는 일반적인 비가역소자의 동작원리를 설명하기 위한 회로도이다. 여기서 부호 200은 제 1 포트이고, 부호 210은 제 2 포트이다. 상기 제 1 포트(200) 및 제 2 포트(210)의 사이에는 중심전극 조립체(220)가 구비되고, 제 1 포트(200)와 중심전극 조립체(220)의 사이 및 제 2 포트(210)와 중심전극 조립체(220)의 사이에는 각기 접지 콘덴서(C1)(C2)가 구비된다. 그리고 부호 230은 제 3 포트이다. 상기 제 3 포트(230)는 접지에 접속되고, 제 3 포트(230)와 중심전극 조립체(220)의 사이에는 저항(R1) 및 콘덴서(C3)가 병렬 접속된다.

이러한 구성을 가지는 비가역소자는 도면에서 시계 반대방향으로 신호를 전달하는 특성이 있는 것으로서 제 1 포트(200)로 입력되는 신호 즉, 파워 증폭기(100)에서 출력되는 신호는 중심전극 조립체(220)를 통해 제 2 포트(210)로 전달되 어 듀플렉서(130)를 통해 안테나(120)로 전달되고, 안테나(120)에서 반사된 후 듀플렉서(130)를 통해 비가역소자(110)로 역류하는 신호는 비가역소자(110)의 제 2 포트(210)로 입력된 후 중심전극 조립체(220)와 저항(R1) 및 콘덴서(C3)를 통해 제 3 포트(230)로 전달되어 접지되고, 제 1 포트(200)에서 파워 증폭기(100)의 출력단자 측으로는 역류되지 않도록 차단된다.

이와 같이 정방향 신호는 감쇄가 발생됨이 없이 전달하고, 역류하는 신호를 차단하는 비가역소자로는 여러 가지가 개발 및 사용되고 있다. 예를 들면, 일본국 특개평 2004-88743호 및 일본국 특개평 2004-88744호가 알려져 있다.

상기 종래의 기술에 따르면, 상하 금속 케이스의 사이에 영구자석과, 페라이트에 중심전극인 코일이 권선된 중심전극 조립체와, 복수의 유전체 기판에 저항, 콘덴서 및 코일의 패턴을 형성하여 적층한 적층기판을 구비하고 있다.

그러나 상기한 종래의 기술은 비가역 소자의 필수 구성요소 즉, 영구자석, 중심전극 조립체 및 적층기판 이외에 외부의 자계를 차단하기 위하여 별도의 상하 금속 케이스를 사용하여 조립해야 되므로 비가역소자의 조립작업이 어렵고, 많은 시간이 소요됨은 물론 제품의 생산원가가 상승하게 되는 문제점이 있었다.

그러므로 본 발명의 목적은 별도의 금속 케이스를 사용하지 않고, 외부의 자계를 차단하는 비가역소자를 제공하는데 있다.

이러한 목적을 가지는 본 발명의 비가역소자에 따르면, 외주면에 제 1 포트와, 제 2 포트와, 상기 제 1 포트 및 제 2 포트와 전기적으로 연결되는 금속패턴 과, 상기 제 1 포트, 제 2 포트 및 금속패턴을 제외한 비가역소자의 나머지 외주면에 제 1 포트, 제 2 포트 및 금속패턴과 전기적으로 절연되게 접지패턴이 형성되어 외부의 자계의 영향을 받지 않도록 한다.

그러므로 본 발명의 비가역소자는 유전체 기판의 상면에 제 1 포트, 제 2 포트 및 접지패턴이 형성된 입출력 포트부와, 상기 마그네트와, 상기 페라이트와 제 1 전극 및 제 2 전극을 구비하는 중심전극 조립체와, 상기 저항, 콘덴서 및 코일의 패턴이 형성되어 있는 적층기판이 상부부터 순차적으로 적층되어 본체를 이루고, 상기 본체의 길이 방향으로 좌우 양 측면 전체에는 상기 제 1 포트 및 제 2 포트와 전기적으로 연결되는 금속패턴이 형성되며, 상기 본체의 외주면의 상기 제 1 포트, 제 2 포트 및 금속패턴을 제외한 부위에는 그 제 1 포트, 제 2 포트 및 금속패턴과 절연되게 소정의 간격을 유지하면서 접지패턴이 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 중심전극 조립체는, 제 1 전극의 패턴이 형성된 유전체 기판과, 제 2 전극이 구비된 페라이트와, 상기 유전체 기판 및 상기 페라이트의 사이에 구비되는 절연지와, 상기 제 1 전극 및 제 2 전극을 상기 적층기판에 전기적으로 연결하기 위한 유전체 기판이 순차적으로 적층되게 구성됨을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도 3 내지 도 7의 도면을 참조하여 본 발명의 비가역소자를 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 비가역소자의 전체 구성을 보인 도면이다. 이에 도시된 바와 같이 본 발명의 비가역소자의 본체(300)는 상면의 길이 방향으로 좌우 양측의 중간부에 금속으로 제 1 포트(310) 및 제 2 포트(320)의 패턴이 형성되고, 또한 길이 방향으로 좌우 양측면 전체에 상기 제 1 포트(310) 및 제 2 포트(320)와 각기 전기적으로 연결되는 금속패턴(330)이 형성된다. 그리고 상기 제 1 포트(310), 제 2 포트(320) 및 금속패턴(330)을 제외한 상면, 측면 및 밑면에는 상기 제 1 포트(310), 제 2 포트(320) 및 금속패턴(330)과 절연되게 약간의 간격(340)을 두고, 접지패턴(350)을 형성한다.

이러한 본 발명은 제 1 포트(310), 제 2 포트(320), 금속패턴(330) 및 접지패턴(350)에 의해 비가역소자의 본체(300) 전체가 감싸져 있는 것으로서 그 제 1 포트(310), 제 2 포트(320), 금속패턴(330) 및 접지패턴(350)에 의해 외부의 자계를 차단하고, 또한 접지패턴(350)을 이용하여 기판 등에 고정하고, 제 1 포트(310) 및 제 2 포트(320)에서 신호선을 인출하여 예를 들면, 파워 증폭기와 듀플렉서에 연결할 수 있다.

도 4는 본 발명의 비가역소자를 분해하여 보인 도면이다. 이에 도시된 바와 같이 본 발명의 비가역소자의 본체(300)는 유전체 기판(411)에 상기한 제 1 포트(310), 제 2 포트(320), 금속패턴(330) 및 접지패턴(350)이 형성된 입출력 포트부(410)와, 대략 사각형으로 형성된 마그네트(420)와, 중심전극 조립체(430)와, 저항, 콘덴서 및 코일의 패턴이 형성되어 있는 적층기판(440)으로 이루어진다.

도 5는 본 발명의 비가역소자에서 중심전극 조립체(430) 및 적층기판(440)의 등가 회로도이다. 이에 도시된 바와 같이 본 발명의 비가역소자는 제 1 포트(310) 및 제 2 포트(320)의 사이에 저항(R11), 콘덴서(C11)(C12) 및 제 1 전극인 코일 (L11)이 병렬 접속된다. 그리고 제 2 포트(320)와 접지패턴(350)의 사이에 병렬 접속된 제 2 전극인 코일(L12) 및 콘덴서(C13)와, 코일(L14)(L15)이 직렬 접속되고, 상기 제 2 포트(320), 코일(L12) 및 콘덴서(C13)의 접속점과 상기 코일(L14)(L15)의 접속점 사이에 코일(L13)이 접속된다.

도 6은 본 발명의 비가역소자에서 중심전극 조립체(430)를 분해하여 보인 도면이다. 여기서, 부호 600은 유전체 기판으로서 유전체 기판(600)의 상면에는 상기 코일(L11)의 패턴이 형성된다.

상기 유전체 기판(600)의 하부에는 내부가 비어 있는 절연지(610)가 개재되어 페라이트(620)가 구비되고, 그 페라이트(620)에는 제 2 전극인 코일(L12)이 구비된다.

상기 페라이트(620)의 하부에는 유전체 기판(630)이 구비되고, 그 유전체 기판(630)에는 상기 코일(L11)(L12)을 상기 적층기판(440)에 전기적으로 연결하기 위한 패턴(631)이 형성된다.

도 7은 본 발명의 비가역소자에서 적층기판(440)을 분해하여 보인 도면이다. 이에 도시된 바와 같이 본 발명의 적층기판(440)은 모두 7개의 유전체 기판(710∼770)으로 이루어진다.

상기 유전체 기판(710)에는 중심전극 조립체(430)의 코일(L11)(L12)을 적층기판(440)에 전기적으로 연결하기 위한 소정의 패턴(711)들이 형성되고, 상기 유전체 기판(720)에는 저항(R11)의 패턴(721)과, 콘덴서(C11)(C13)의 제 1 전극의 패턴(723)(725)들이 형성된다. 상기 유전체 기판(730)에는 콘덴서(C11)의 제 2 전극 및 콘덴서(C12)의 제 1 전극의 패턴(731)과, 콘덴서(C13)의 제 2 전극의 패턴(733)이 형성되고, 유전체 기판(740)에는 콘덴서(C12)의 제 2 전극의 패턴(741)과, 코일(L14)의 패턴(743)이 형성된다. 상기 유전체 기판(750)에는 코일(L13)(L14)의 패턴이 형성되고, 상기 유전체 기판(760)에서 유전체 기판(770)과 연결하기 위한 소정의 패턴(761)이 형성되며, 유전체 기판(770)에는 제 1 포트(310) 및 제 2 포트(320)와 각기 연결되는 제 1 포트(310) 및 제 2 포트(320)의 패턴(771, 773)이 형성됨과 아울러 접지패턴(775)이 형성된다. 그리고 상기 유전체 기판(710∼770)에 각기 형성된 패턴들은 비아 홀(780)을 통해 도 5에 도시된 등가 회로도와 같이 상호간에 연결된다.

이와 같이 구성된 본 발명의 비가역소자는 중심전극 조립체(430)의 유전체 기판(600), 절연지(610), 페라이트(620) 및 유전체 기판(630)과, 적층기판(700)의 유전체 기판(710∼770)이 순차적으로 적층되어 상기 도 5에 도시된 등가회로를 구성하게 되고, 중심전극 조립체(430)의 상부에는 마그네트(420) 및 유전체 기판(410)이 적층되어 고정된다.

이러한 본 발명의 비가역소자는 예를 들면, 전력증폭기에서 출력되어 제 1 포트(310)로 입력되는 신호는 병렬로 접속된 저항(R11), 콘덴서(C11, C12) 및 코일(L11)을 통해 제 2 포트(320)로 출력되어 듀플렉서를 통해 안테나로 전달 및 송신되고, 안테나에서 반사되어 궤환되는 신호는 코일(L12∼L15) 및 콘덴서(C130)를 통해 접지로 흐르고, 제 1 포트(310)로 역류되지 않아 전력증폭기의 손상을 방지하게 된다.

한편, 상기에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시 예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 별도의 금속 케이스를 사용하지 않고, 비가역소자의 본체의 외주면에 제 1 포트, 제 2 포트, 금속패턴 및 접지패턴을 형성하여 외부의 자계의 영향을 받지 않도록 하는 것으로서 제작공정이 단순하고, 소형화할 수 있음은 물론 대량생산이 가능하며, 생산원가를 절감할 수 있는 등의 효과가 있다.

Claims (2)

1. 유전체 기판의 상면에 제 1 포트, 제 2 포트 및 접지패턴이 형성된 입출력 포트부;

   마그네트;

   페라이트와 제 1 전극 및 제 2 전극을 구비하는 중심전극 조립체; 및

   저항, 콘덴서 및 코일의 패턴이 형성되어 있는 적층기판이 상부부터 순차적으로 적층되어 본체를 이루고,

   상기 본체의 길이 방향으로 좌우 양 측면 전체에는 상기 제 1 포트 및 제 2 포트와 전기적으로 연결되는 금속패턴이 형성되며, 상기 본체의 외주면의 상기 제 1 포트, 제 2 포트 및 금속패턴을 제외한 부위에는 그 제 1 포트, 제 2 포트 및 금속패턴과 절연되게 미리 설정된 간격을 유지하면서 형성된 접지패턴을 포함한 비가역소자.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 중심전극 조립체는;

   제 1 전극의 패턴이 형성된 유전체 기판;

   제 2 전극이 구비된 페라이트;

   상기 유전체 기판 및 상기 페라이트의 사이에 구비되는 절연지; 및

   상기 제 1 전극 및 제 2 전극을 상기 적층기판에 전기적으로 연결하기 위한 유전체 기판이 순차적으로 적층되게 구성됨을 특징으로 하는 비가역소자.

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