KR100789378B1 - 복수의 비아 벽을 이용한 원통형 캐비티 공진기를 갖는필터 - Google Patents

복수의 비아 벽을 이용한 원통형 캐비티 공진기를 갖는필터 Download PDF

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엄만석
윤소현
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한국전자통신연구원
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    • H01P7/06—Cavity resonators

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야
본 발명은 복수의 비아 벽을 이용한 원통형 캐비티 공진기를 갖는 필터에 관한 것임.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제
본 발명은 적층형 기판에서 어느 한 기판층 내에 복수의 비아 벽을 이용한 단일모드 또는 이중모드 원통형 캐비티 공진기를 갖는 필터를 구현하는, 복수의 비아 벽을 이용한 원통형 캐비티 공진기를 갖는 필터를 제공하는데 그 목적이 있음.
3. 발명의 해결방법의 요지
본 발명은 복수의 유전체 기판 및 도체 기판이 서로 교차하여 적층된 공진기 필터에 있어서, 상기 유전체 기판중 어느 하나인 제1 유전체 기판에 임의의 반지름을 갖는 복수의 원통형 비아 홀이 원형으로 배치되어 상기 제1 유전체 기판에 상하층 도체 기판을 상호 연결하기 위한 비아 벽을 이용하여 원통형 캐비티를 형성하는 원통형 공진기; 상기 제1 유전체 기판의 상층 도체 기판에 상기 비아 홀의 원통형 캐비티에 형성되는 공진모드를 여기시키는 입출력슬롯; 및 상기 상층 도체 기판의 상층에 위치하는 유전체 기판에 외부로부터 입력된 신호를 상기 입력 슬롯 및 출력 슬롯으로 여기시키는 입출력단자를 포함함.
4. 발명의 중요한 용도
본 발명은 복수의 비아 벽을 이용한 원통형 캐비티 공진기를 갖는 필터 등에 이용됨.
원통형 캐비티 공진기, 단일모드, 이중모드, 필터, 비아 벽, 공진모드

Description

복수의 비아 벽을 이용한 원통형 캐비티 공진기를 갖는 필터{Filter having circular type cavity resonator using a multiple of via wall}
도 1a는 본 발명에 따른 복수의 비아 벽을 이용한 단일모드 원통형 캐비티 공진기를 갖는 필터에 대한 일실시예 평면도,
도 1b는 본 발명에 따른 복수의 비아 벽을 이용한 단일모드 원통형 캐비티 공진기를 갖는 필터에 대한 일실시예 분해사시도,
도 2a는 본 발명에 따른 복수의 비아 벽을 이용한 이중모드 원통형 캐비티 공진기를 갖는 필터에 대한 다른 실시예 평면도,
도 2b는 본 발명에 따른 복수의 비아 벽을 이용한 이중모드 원통형 캐비티 공진기를 갖는 필터에 대한 다른 실시예 분해사시도,
도 3은 본 발명이 적용되는 복수의 비아 벽을 이용한 이중모드 원통형 캐비티 공진기를 갖는 필터의 응답특성에 대한 일실시예 설명도,
도 4a는 본 발명에 따른 복수의 비아 벽을 이용한 이중모드 원통형 캐비티 공진기를 갖는 필터에 대한 또 다른 실시예 평면도,
도 4b는 본 발명에 따른 복수의 비아 벽을 이용한 이중모드 원통형 캐비티 공진기를 갖는 필터에 대한 또 다른 실시예 분해사시도,
도 5는 본 발명이 적용되는 타원함수 응답특성을 갖는 4차 필터의 주 신호의 흐름에 대한 일실시예 설명도,
도 6은 본 발명이 적용되는 타원함수 응답특성을 갖는 4차 필터의 응답특성에 대한 일실시예 설명도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명
121, 221, 444, 464: 비아 홀(via hole)
131, 231, 471: 입력슬롯
132, 232, 431: 출력슬롯
151, 251, 411: 마이크로스트립 입력단자
152, 252, 412: 마이크로스트립 출력단자
451: 십자형 슬롯
본 발명은 복수의 비아 벽을 이용한 원통형 캐비티를 갖는 공진기 필터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 적층형 기판에서 어느 한 기판층 내에 복수의 비아 벽을 이용한 단일모드 또는 이중모드 원통형 캐비티 공진기를 갖는 필터를 구현하는, 복수의 비아 벽을 이용한 원통형 캐비티 공진기를 갖는 필터에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 적층형 기판에서 어느 한 기판층 내에 복수의 비아 벽을 이용한 이중모드 원통형 캐비티 공진기를 갖고 3차원으로 적층하여 필터를 구현하는, 복수의 비아 벽을 이용한 원통형 캐비티 공진기를 갖는 필터에 관한 것이다.
종래의 캐비티(cavity)를 구현하는 방식은 다음과 같다.
먼저, 종래의 캐비티를 구현하는 방식은 기판 내에 있는 캐비티가 전체 도체로 둘러싸인 도파관 형태로 구현하는 방식이다. 상기와 같은 방식은 "Novel Planar, Square-Shaped, Dielectric-Waveguide, Single-, and Dual-Mode Filters, IEEE Transaction on MTT, Vol. 50, No. 11, pp. 2524-2536"에 제안되어 있다. 상기 방식은 도체로 둘러싸인 캐비티를 구현하기 위해, 기판을 드릴(drill)로 가공하여 도금해야 하는 단점이 있다.
특히, 상기 방식에서는 밀리미터파 대역과 같은 높은 주파수 대역에서 요구되는 소형 공진기 필터를 제공하기 위해, 기판을 드릴로 가공하여 캐비티를 구현하기가 어렵다. 즉, 상기 방식은 고주파 대역에서 소형 공진기 필터를 구현하는데 한계가 있다.
한편, 종래의 캐비티를 구현하는 다른 방식은 캐비티가 비아 홀(via hole)을 배열하여 도체와 동일역할을 수행하도록 벽(wall)을 형성하여 구현하는 방식이다.
상기와 같은 방식에 의해 구현된 캐비티 공진기 필터는 최근 들어 많이 개발되고 있는 실정이다. 상기 캐비티 공진기 필터는 마이크로 스트립(microstrip) 또는 스트립라인(stripline)을 이용한 형태의 공진기 필터에 비해 높은 품질계수(Quality factor: Q)를 갖는다. 하지만, 상기 캐비티 공진기 필터는 크기가 큰 단점이 있다.
또한, 상기 캐비티 공진기 필터는 비아 벽을 이용한 캐비티의 형성에 있어서 주로 직사각형으로 구현되었다. 이때, 상기 캐비티 공진기 필터는 주로 버터워스(Butterworth) 응답 특성 또는 체비셰프(Chebyshev) 응답 특성과 같은 통과대역 응답 특성을 나타낸다. 이는 상기 캐비티 공진기 필터가 크로스 커플링(cross coupling)을 갖는 구조로 구현되기 어렵기 때문이다.
또한, 상기 캐비티 공진기 필터는 대부분 공진기 크기를 조절함으로써 공진기의 공진 주파수를 조절한다. 이때, 상기 캐비티 공진기 필터는 공진기의 공진 주파수를 조정하기 위해 복수의 비아 홀의 위치를 변경해야 하는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고 상기와 같은 요구에 부응하기 위하여 제안된 것으로, 적층형 기판에서 어느 한 기판층 내에 복수의 비아 벽을 이용한 단일모드 또는 이중모드 원통형 캐비티 공진기를 갖는 필터를 구현하는, 복수의 비아 벽을 이용한 원통형 캐비티 공진기를 갖는 필터를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 적층형 기판에서 어느 한 기판층 내에 복수의 비아 벽을 이용한 이중모드 원통형 캐비티 공진기를 갖고 3차원으로 적층하여 필터를 구현하는, 복수의 비아 벽을 이용한 원통형 캐비티 공진기를 갖는 필터를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 더욱 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 복수의 유전체 기판 및 도체 기판이 서로 교차하여 적층된 공진기 필터에 있어서, 상기 유전체 기판중 어느 하나인 제1 유전체 기판에 임의의 반지름을 갖는 복수의 원통형 비아 홀이 원형으로 배치되어 상기 제1 유전체 기판에 상하층 도체 기판을 상호 연결하기 위한 비아 벽을 이용하여 원통형 캐비티를 형성하는 원통형 공진기; 상기 제1 유전체 기판의 상층 도체 기판에 상기 비아 홀의 원통형 캐비티에 형성되는 공진모드를 여기시키는 입출력슬롯; 및 상기 상층 도체 기판의 상층에 위치하는 유전체 기판에 외부로부터 입력된 신호를 상기 입력 슬롯 및 출력 슬롯으로 여기시키는 입출력단자를 포함한다.
또한, 본 발명은 복수의 유전체 기판 및 도체 기판이 서로 교차하여 적층된 공진기 필터에 있어서, 상기 도체 기판중 어느 하나인 제1 도체 기판에 위치하는 십자형 슬롯; 상기 십자형 슬롯에 대칭하는 유전체 기판에 임의의 반지름을 갖는 복수의 원통형 비아 홀이 원형으로 배치되어 상기 유전체 기판의 상하층 도체 기판을 상호 연결하기 위한 비아 벽을 이용하여 원통형 캐비티를 형성하는 원통형 공진 기; 상기 원통형 공진기의 상하층 도체 기판에 상기 비아 홀의 원통형 캐비티에 형성되는 공진모드로 여기시키기 위한 슬롯; 및 상기 슬롯의 상하층에 위치하는 유전체 기판에 배치하여 상기 슬롯으로 신호를 여기시키는 단자를 포함한다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1a는 본 발명에 따른 복수의 비아 벽을 이용한 단일모드 원통형 캐비티 공진기를 갖는 필터에 대한 일실시예 평면도이고, 도 1b는 본 발명에 따른 복수의 비아 벽을 이용한 단일모드 원통형 캐비티 공진기를 갖는 필터에 대한 일실시예 분해사시도이다.
도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 복수의 비아 벽을 이용한 단일모드 원통형 캐비티 공진기(이하, "단일모드 원통형 공진기"라 함)를 갖는 필터는, 제1 도체기판(110), 제1 유전체기판(120), 제2 도체기판(130), 제2 유전체기판(140), 비아 홀(121), 입력슬롯(131), 출력슬롯(132), 마이크로스트립 입력단자(151), 마이크로스트립 출력단자(152)를 포함한다.
상기 단일모드 원통형 공진기 필터는 하층부터 제1 도체기판(110)→제1 유전체기판(120)→제2 도체기판(130)→제2 유전체기판(140)→마이크로스트립 입력단자(151) 및 마이크로스트립 출력단자(152)의 순서대로 적층되어 있다.
도 1a 및 도 1b에서 상기 단일모드 원통형 공진기는 입력슬롯(131) 및 출력슬롯(132)이 원의 중심에 대해 형성하는 각도가 180°인 경우를 도시하고 있다.
상기 제1 유전체기판(120)에는 복수의 비아 홀(121)이 원통형으로 배열되어 도체와 동일한 역할을 수행하도록 복수의 비아 벽(via wall)을 형성함으로써 원통형 유전체 캐비티가 구현된다.
상기 단일모드 원통형 공진기는 복수의 비아 홀(121)로 이루어지는 원통형 유전체 캐비티의 크기를 조절하여 공진 주파수를 조정한다. 즉, 상기 단일모드 원통형 공진기는 원통형 유전체 캐비티의 크기인 원의 반지름에 따라 공진 주파수가 바뀐다. 상기 단일모드 원통형 공진기는 사용자에 의해 설계되는 공진 주파수에 따라 원의 반지름이 결정된다.
일례로, TM110 모드를 설명하면 공진 주파수(
Figure 112006090217784-pat00001
)는 하기 [수학식 1]과 같이 계산한다. 여기서, 상기 [수학식 1]과 같은 공진 주파수가 결정되면, 본 발명의 캐비티에서 원의 반지름이 결정될 수 있다.
Figure 112006090217784-pat00002
(여기서,
Figure 112006090217784-pat00003
는 광속,
Figure 112006090217784-pat00004
는 원주율,
Figure 112006090217784-pat00005
은 비유전율,
Figure 112006090217784-pat00006
는 투자율,
Figure 112006090217784-pat00007
는 캐비티 원의 반지름,
Figure 112006090217784-pat00008
는 캐비티의 높이,
Figure 112006090217784-pat00009
는 제1 종 Bessel 함수의 근,
Figure 112006090217784-pat00010
은 캐비티 공진기의 길이방향)
상기 "
Figure 112006090217784-pat00011
"는 TM110 모드일 경우에 "3.832"이다. 또한, 상기 "
Figure 112006090217784-pat00012
"은 원통형 캐비티의 높이가 되는데, 공진기에서 공진하는 공진모드의 1/4 파장의 배수이다. 이때, 상기 "
Figure 112006090217784-pat00013
"은 기판에 형성되는 캐비티 공진기의 높이가 매우 낮기 때문에 거의 "0"에 가깝다.
한편, 상기 비아 홀(121)은 유전체층[즉, 제1 유전체기판(120), 제2 유전체기판(140)]과 도체층[즉, 제1 도체기판(110), 제2 도체기판(130), 마이크로스트립 입력단자(151), 마이크로스트립 출력단자(152)]을 적층하여 형성하는 복수의 적층 기판에서 상기 도체층 사이를 상호 연결한다. 이때, 상기 비아 홀(121)의 간격은 단일모드 원통형 공진기 내에 존재하는 신호가 외부로 방사되지 않도록 충분히 작게 배열되는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 비아 홀(121)은 원통형 공진기의 신호손실을 줄이기 위해 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이 2중(또는 3중)으로 구현하는 것이 바람직하다.
상기 제2 도체기판(130)에는 입력슬롯(131) 및 출력슬롯(132)이 배치된다. 여기서, 상기 입력슬롯(131) 및 상기 출력슬롯(132)은 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 단일모드 원통형 공진기의 외부에서 내부로 통과시키는 신호의 1/4 파장 인 부분에 원의 중심을 축으로 대칭되는 동일방향의 슬롯이다.
이와 같이, 상기 단일모드 원통형 공진기는 상기와 같은 위치에 입력슬롯(131) 및 출력슬롯(132)을 배치함으로써, 캐비티에 형성되는 공진모드를 가장 잘 여기시킬 수 있다. 즉, 상기 단일모드 원통형 공진기는 상기와 같은 위치에 입력슬롯(131) 및 출력슬롯(132)을 배치함으로써 자계결합이 최대가 되는데, 입출력 신호를 캐비티에 잘 전달시키고 잘 받아들일 수 있다. 이를 통해, 상기 단일모드 원통형 공진기는 캐비티를 통하는 신호의 손실을 줄일 수 있다.
상기 제2 유전체기판(140)은 기판 위에 마이크로스트립 입력단자(151) 및 마이크로스트립 출력단자(152)가 적층되어 있다.
여기서, 상기 마이크로스트립 입력단자(151)는 입력슬롯(131)에 직각으로 배치되고, 상기 마이크로스트립 출력단자(152)는 상기 출력슬롯(132)에 직각으로 배치된다. 이때, 상기 마이크로 입/출력단자(151, 152)는 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 입력슬롯(131) 및 출력슬롯(132)으로부터 원통형 공진기의 안쪽방향으로 신호의 1/4 파장 길이의 개방 스터브(open stub)를 두어 입/출력슬롯(131, 132)을 통한 자계 결합이 최대가 되도록 구성한다. 즉, 상층에 존재하는 마이크로스트립 입/출력단자(151, 152)를 통해 흐르는 신호는 하층에 존재하는 일자(ㅡ)형태의 입/출력슬롯(131, 132)을 통해 캐비티 안쪽으로 결합되어 흘러들어간다.
도 2a는 본 발명에 따른 복수의 비아 벽을 이용한 이중모드 원통형 캐비티 공진기를 갖는 필터에 대한 다른 실시예 평면도이고, 도 2b는 본 발명에 따른 복수 의 비아 벽을 이용한 이중모드 원통형 캐비티 공진기를 갖는 필터에 대한 다른 실시예 분해사시도이다.
도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 복수의 비아 벽을 이용한 이중모드 원통형 캐비티 공진기(이하 "이중모드 원통형 공진기"라 함)를 갖는 필터는, 제1 도체기판(210), 제1 유전체기판(220), 제2 도체기판(230), 제2 유전체기판(240), 비아 홀(221), 입력슬롯(231), 출력슬롯(232), 마이크로스트립 입력단자(251), 마이크로스트립 출력단자(252)를 포함한다.
상기 이중모드 원통형 공진기 필터는 하층부터 제1 도체기판(210)→제1 유전체기판(220)→제2 도체기판(230)→제2 유전체기판(240)→마이크로스트립 입력단자(251) 및 마이크로스트립 출력단자(252)의 순서대로 적층되어 있다.
상기 이중모드 원통형 공진기 및 상기 단일모드 원통형 공진기는 구성상 동일하지만, 입력슬롯(또는 마이크로스트립 입력단자) 및 출력슬롯(또는 마이크로스트립 출력단자)이 원의 중심에 대해 형성하는 각도에 따라 서로 다른 공진모드(즉, 단일모드 또는 이중모드)를 가지게 된다. 여기서, 도 2a 및 도 2b에 도시된 상기 이중모드 원통형 공진기는 입력슬롯(231) 및 출력슬롯(232)이 원의 중심에 대해 형성하는 각도가 직각(90°)인 경우를 도시하고 있다.
여기서, 상기 이중모드 원통형 공진기는 직사각형 공진기와 동일한 공진 주파수를 갖도록 구현되는 경우에 상기 직사각형 공진기에 비해 공진기의 크기가 작아질 수 있다. 즉, 상기 이중모드 원통형 공진기는 원형으로 비아 홀(221)을 배열하여 공진기를 형성하고, 도 2a와 같이 입력슬롯(231) 및 출력슬롯(232)을 배치시 켜 하나의 공진기 구조로 두개의 공진기와 같은 특성을 얻어냄으로써, 전체적으로 공진기 구조의 수를 줄여 필터의 전체 크기를 축소시킨다.
또한, 상기 이중모드 원통형 공진기는 동일한 크기를 가지더라도 공진모드에 따라 서로 다른 공진 주파수를 형성한다. 즉, 상기 이중모드 원통형 공진기는 동일한 크기를 가지더라도 서로 다른 공진 주파수를 형성할 수 있다. 상기 이중모드 원통형 공진기는 이중모드이므로, 결정된 공진모드에 따라 원의 크기를 결정할 수 있다.
상기 제1 유전체기판(220)에는 복수의 비아 홀(221)이 원통형으로 배열되어 도체와 동일한 역할을 수행하도록 복수의 비아 벽(via wall)을 형성함으로써 원통형 유전체 캐비티가 구현된다. 여기서, 상기 비아 홀(221)은 유전체층[즉, 제1 유전체기판(220), 제2 유전체기판(240)]과 도체층[즉, 제1 도체기판(210), 제2 도체기판(230), 마이크로스트립 입력단자(251), 마이크로스트립 출력단자(252)]을 적층하여 형성하는 복수의 적층 기판에서 상기 도체층 사이를 상호 연결한다.
도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 이중모드 원통형 공진기는 서로 직각인 2개의 공진모드를 여기시키기 위해, 입/출력슬롯(231, 232)을 서로 직각인 방향에 배치한다. 이에 따라, 마이크로스트립 입/출력단자(251, 252)도 도 1a 및 도 1b에서 전술한 바와 같이 입/출력슬롯(231, 232)으로부터 상기 이중모드 원통형 공진기의 안쪽방향으로 신호의 1/4 파장되는 길이의 개방 스터브를 두어 배치된다.
상기 제1 유전체기판(220)에는 원형으로 복수의 비아 홀(221)이 배치되어 있는데, 이외에 결합조절 비아 홀(222)이 추가로 배치된다. 이때, 상기 결합조절 비 아 홀(222)은 2개의 공진모드 사이의 결합 정도를 조절할 수 있다. 구체적으로, 상기 결합조절 비아 홀(222)은 마이크로스트립 입력단자(251)와 45°떨어진 위치[즉, 마이크로스트립 출력단자(252)와 135°떨어진 위치]에 배치되는데, 본 발명의 원통형 공진기의 중심방향으로 위치를 조절하여 결합정도를 조절한다.
여기서, 상기와 같은 2개의 공진모드는 공진기 내부에 전계와 자계 분포가 동일하고 서로 90°를 이루어야 서로 독립적으로 잘 형성될 수 있다. 즉, 상기와 같은 2개의 공진모드는 서로 90°를 이루는 경우에 서로 독립적으로 하나의 공진기 내부에 존재할 수 있다. 이때, 상기 결합조절 비아 홀(222)은 서로 독립적으로 존재하는 2개의 공진모드를 45°와 135°에 임의의 불연속점으로 추가됨으로써, 2개의 공진모드가 서로 결합할 수 있도록 한다.
특히, 상기 결합조절 비아 홀(222)은 마이크로스트립 입력단자(251) 및 마이크로스트립 출력단자(252)가 서로 90°를 이루기 때문에, 상기 마이크로스트립 입력단자(251) 및 상기 마이크로스트립 출력단자(252)와 이루는 각도가 45°와 135°에서 하나의 공진기에 서로 90°로 존재하는 2개의 공진모드를 동시에 조절하기 쉽게 한다. 즉, 상기 결합조절 비아 홀(222)은 임의의 각도에 위치하면, 2개의 공진모드를 동시에 조절하기 어렵다. 여기서, 상기 결합조절 비아 홀(222)은 약간의 각도 변동으로 2개의 공진모드 사이의 결합량을 조절할 수 있다.
한편, 2차 필터의 경우에는 입력단자와 출력단자가 한 공진기에 존재하여 입력단자와 출력단자 사이에 결합이 발생하게 된다. 이때, 45°에 위치한 결합조절 비아 홀(222)은 상기와 같이 입력단자-출력단자의 결합이 발생하는 경우에 타원함 수 응답특성의 2차 필터를 자연스럽게 구현함으로써, 필터의 주파수 선택도(즉, 품질계수 Q)를 향상시킨다.
또한, 상기 제1 유전체기판(220)에는 원형으로 배치된 복수의 비아 홀(221)중에서 도 2a에 도시된 일부 비아 홀(223, 224)의 위치를 원통형 공진기의 중심방향으로 조절함으로써, 2개의 공진모드 각각의 공진 주파수를 조절하여 원하는 필터 응답특성을 구현할 수 있다. 여기서, 상기 이중모드 원통형 공진기에서 공진 주파수는 일차적으로 전체 공진기의 크기를 결정하여 조절하는 것이 바람직하다.
도 3은 본 발명이 적용되는 복수의 비아 벽을 이용한 이중모드 원통형 캐비티 공진기를 갖는 필터의 응답특성에 대한 일실시예 설명도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 이중모드 원통형 공진기 필터는, 타원 응답형 통과대역 특성을 갖는 2차 필터의 응답특성을 나타낸다.
본 발명의 이중모드 원통형 공진기 필터는 차단대역 내에 전달영점이 존재하여 주파수 선택도가 우수하여 버터워스 응답특성 또는 체비셰프 응답특성을 갖는 필터에 비해 장점이 있다. 이때, 상기 원통형 공진기 필터는 입력단자와 출력단자 사이의 간격을 조절함으로써 상기 전달영점을 조절한다.
도 4a는 본 발명에 따른 복수의 비아 벽을 이용한 이중모드 원통형 캐비티 공진기를 갖는 필터에 대한 또 다른 실시예 평면도이고, 도 4b는 본 발명에 따른 복수의 비아 벽을 이용한 이중모드 원통형 캐비티 공진기를 갖는 필터에 대한 또 다른 실시예 분해사시도이다.
도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 이중모드 원통형 공진기 필터는, 마이크로스트립 입력단자(411), 제1 유전체기판(420), 제1 도체기판(430), 제2 유전체기판(440), 제2 도체기판(450), 제3 유전체기판(460), 제3 도체기판(470), 제4 유전체기판(480), 마이크로스트립 출력단자(412)를 포함한다.
상기 이중모드 원통형 공진기 필터는 하층부터 마이크로스트립 출력단자(412)→제1 유전체기판(420)→제1 도체기판(430)→제2 유전체기판(440)→제2 도체기판(450)→제3 유전체기판(460)→제3 도체기판(470)→제4 유전체기판(480)→마이크로스트립 입력단자(411)의 순서대로 적층되어 있다. 이때, 상기 이중모드 원통형 공진기 필터는 제2 도체기판(450)의 십자(+)형 슬롯(451)을 중심으로 하층 기판(412, 420, 430, 440)과 상층 기판(460, 470, 480, 411)이 점대칭되어 있다. 여기서, 상기 십자형 슬롯(451)은 이중모드 원통형 공진기의 중심과 동일하게 위치한다.
상기 제2 유전체기판(440)에는 복수의 비아 홀(444)이 원통형으로 배열되고 상기 제3 유전체기판(460)에는 복수의 비아 홀(464)이 원통형으로 배열되어, 도체와 동일한 역할을 수행하도록 복수의 비아 벽(via wall)을 형성함으로써 원통형 유전체 캐비티가 구현된다. 여기서, 상기 비아 홀(444, 464)은 유전체층[즉, 제1 유전체기판(420), 제2 유전체기판(440), 제3 유전체기판(460), 제4 유전체기판(480)]과 도체층[즉, 제1 도체기판(430), 제2 도체기판(450), 제3 도체기판(470), 마이크로스트립 입력단자(411), 마이크로스트립 출력단자(412)]을 적층하여 형성하는 복 수의 적층 기판에서 상기 도체층 사이를 상호 연결한다.
상기와 같은 이중모드 원통형 공진기 필터는 2개의 원통형 공진기를 다층 기판 내에 적층하여 구현한 4차 필터이다. 즉, 상기 이중모드 원통형 공진기 필터는 제3 유전체기판(460)에 하나의 공진기(이하, "제1 공진기"라 함)를 배치하고 제2 유전체기판(440)에 다른 하나의 공진기(이하, "제2 공진기라"라 함)를 배치하여 2개의 물리적인 공진기를 각각 이중모드로 여기시켜 4차 필터를 구현한다. 상기 이중모드 원통형 공진기 필터는 전술한 바와 같이 제1 공진기와 제2 공진기가 제2 도체기판(450)의 십자형 슬롯(451)을 중심으로 점대칭되어 있다.
여기서, 상기 제1 공진기에는 2개의 공진 모드(이하, "제1 공진모드", "제2 공진모드"라 함)가 존재하고, 상기 제2 공진기도 2개의 공진 모드(이하, "제3 공진모드", "제4 공진모드"라 함)가 존재한다.
이때, 상기 제1 공진모드 및 상기 제2 공진모드는 각각 공진 주파수 조절용 비아 홀(461, 462)의 위치 변경하여 공진 주파수를 조절할 수 있다. 그리고, 상기 제1 공진모드 및 상기 제2 공진모드는 결합조절 비아 홀(463)의 위치 변경하여 결합 정도를 조절할 수 있다. 또한, 상기 제3 공진모드 및 상기 제4 공진모드는 공진 주파수 조절용 비아 홀(442, 443)의 위치 변경하여 공진 주파수를 조절할 수 있다. 그리고, 상기 제3 공진모드 및 상기 제4 공진모드는 결합조절 비아 홀(441)의 위치 변경하여 결합 정도를 조절할 수 있다.
한편, 상기 이중모드 원통형 공진기 필터는 제3 도체기판(470)에 있는 입력슬롯(471)과 마이크로스트립 입력단자(411)로 입력단자를 구현하며, 제1 도체기 판(430)에 있는 출력슬롯(431)과 마이크로스트립 출력단자(412)로 출력단자를 구현한다.
도 5는 본 발명이 적용되는 타원함수 응답특성을 갖는 4차 필터의 주 신호의 흐름에 대한 일실시예 설명도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 도 4에 도시된 이중모드 원통형 공진기 필터에서 주 신호의 흐름은, 제1 공진모드, 제2 공진모드, 제3 공진모드, 제4 공진모드를 통해 전달된다. 이때, 상기 이중모드 원통형 공진기 필터는 제1 공진모드와 제4 공진모드 사이에 크로스 커플링(cross coupling)을 삽입하여 타원합수 응답특성을 구현한다.
상기와 같이, 제1 공진모드 및 제4 공진모드 사이의 결합과 제2 공진모드 및 제3 공진모드 사이의 결합은, 도 4에서 도시된 바와 같이 2개의 원통형 공진기 층 사이에 존재하는 제2 도체기판(450) 내에 존재하는 십자형 슬롯(451)의 크기를 조절됨으로써 결합 정도가 조절된다.
특히, 상기 십자형 슬롯(451)은 제2 공진모드 및 제3 공진모드 사이의 커플링뿐만 아니라 제1 공진모드 및 제4 공진모드 사이의 커플링을 유도할 수 있기 때문에, 타원함수 형태의 주파수 응답을 획득할 수 있도록 한다. 즉, 상기 십자형 슬롯(451) 대신에 일자(ㅡ)형 슬롯이 사용되면, 제2 공진모드 및 제3 공진모드 사이의 커플링만 존재하게 되어 타원함수 응답을 얻을 수 없다.
상기와 같이, 상기 십자형 슬롯(451)은 타원함수 형태의 주파수 응답을 획득 할 수 있게 함으로써, 버터워스 응답 또는 체비세프 응답에 비해 주파수 선택도가 우수한 특성을 나타낸다.
이하, 주 신호의 흐름을 구체적으로 설명한다.
먼저, 제1 공진모드는 마이크로스트립 입력단자(411)를 통해 여기되고, 결합조절 비아 홀(463)을 통해 제2 공진모드와 결합된다. 이후, 상기 제2 공진모드는 십자형 슬롯(451)을 통해 제3 공진모드와 결합된다. 그런 후, 상기 제3 공진모드는 비아 홀(441)을 통해 제4 공진모드와 결합된다. 여기서, 상기 제1 공진모드 및 상기 제4 공진모드는 십자형 슬롯(451)을 통해 결합된다. 하지만, 상기 제1 공진모드 및 상기 제4 공진모드는 십자형 슬롯(451)을 중심으로 점대칭 방향으로 여기되어 결합되기 때문에, 상기 제1 공진모드 및 상기 제4 공진모드의 결합 값이 음(-)의 값을 갖는다. 이로 인해, 4차 필터인 본 발명의 이중모드 원통형 공진기 필터는 타원함수 응답특성을 나타낸다.
도 6은 본 발명이 적용되는 타원함수 응답특성을 갖는 4차 필터의 응답특성에 대한 일실시예 설명도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 이중모드 원통형 공진기는, 타원 응답형 통과대역 특성을 갖는 4차 필터의 응답특성을 나타낸다.
본 발명의 이중모드 원통형 공진기는 차단대역 내에 전달영점이 존재하여 주파수 선택도가 우수하다. 이때, 상기 이중모드 원통형 공진기는 입력단자와 출력단자 사이의 간격을 조절함으로써 상기 전달영점을 조절한다.
상술한 바와 같은 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 형태로 기록매체(씨디롬, 램, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크 등)에 저장될 수 있다. 이러한 과정은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있으므로 더 이상 상세히 설명하지 않기로 한다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
상기와 같은 본 발명은 이중모드로 공진기를 여기시켜 물리적인 공진기의 수를 줄이고, 적층형태의 공진기를 배열함으로써 크기가 작은 필터를 설계 및 구현할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 타원함수 응답특성을 갖는 필터를 구현함으로써, 주파수 선택도를 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 스트립라인 또는 마이크로스트립을 이용한 필터에 비해 높은 품질계수(Q)를 갖는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 동일 공진 주파수를 갖는 직사각형 캐비티 공진기에 비해 공진기의 면적이 작은 효과가 있다.
또한, 본 발명은 4차 이상의 필터의 경우에 3차원으로 공진기를 적층하여 필터를 구현함으로써, 필터가 차지하는 공간을 줄이는 효과가 있다.

Claims (19)

  1. 복수의 유전체 기판 및 도체 기판이 서로 교차하여 적층된 공진기 필터에 있어서,
    상기 유전체 기판중 어느 하나인 제1 유전체 기판에 임의의 반지름을 갖는 복수의 원통형 비아 홀이 원형으로 배치되어 상기 제1 유전체 기판에 상하층 도체 기판을 상호 연결하기 위한 비아 벽을 이용하여 원통형 캐비티를 형성하는 원통형 공진기;
    상기 제1 유전체 기판의 상층 도체 기판에 상기 비아 홀의 원통형 캐비티에 형성되는 공진모드를 여기시키는 입출력슬롯; 및
    상기 상층 도체 기판의 상층에 위치하는 유전체 기판에 외부로부터 입력된 신호를 상기 입력 슬롯 및 출력 슬롯으로 여기시키는 입출력단자
    를 포함하는 복수의 비아 벽을 이용한 원통형 캐비티 공진기를 갖는 필터.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 원통형 공진기에 의해 형성된 공진모드 사이의 결합정도를 조절하기 위해 원의 중심방향으로 위치가 조절되어 배치된 결합조절 비아 홀
    을 더 포함하는 복수의 비아 벽을 이용한 원통형 캐비티 공진기를 갖는 필터.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 결합조절 비아 홀은,
    상기 입력단자 및 상기 출력단자가 직각을 이루는 경우에 상기 입력단자 및 상기 출력단자에 대해 각각 45°와 135°떨어진 곳에 위치하는 것을 특징으로 하는 복수의 비아 벽을 이용한 원통형 캐비티 공진기를 갖는 필터.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 원통형 공진기에서,
    원형으로 배치된 일부 비아 홀의 위치를 원의 중심방향으로 조절함에 따라 공진 주파수를 조절하여 원하는 응답특성을 구현하는 것을 특징으로 하는 복수의 비아 벽을 이용한 원통형 캐비티 공진기를 갖는 필터.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 원통형 공진기는,
    원통형 캐비티의 크기인 원의 반지름을 조절하여 공진 주파수를 조정하는 것을 특징으로 하는 복수의 비아 벽을 이용한 원통형 캐비티 공진기를 갖는 필터.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 원통형 공진기는,
    공진모드에 따라 서로 다른 공진 주파수를 형성하는 것을 특징으로 하는 복수의 비아 벽을 이용한 원통형 캐비티 공진기를 갖는 필터.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 원통형 공진기에서,
    복수의 원통형 비아 홀이 상이한 반지름을 갖는 하나 이상의 원으로 중첩되어 형성되는 것을 특징으로 하는 복수의 비아 벽을 이용한 원통형 캐비티 공진기를 갖는 필터.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 원통형 공진기는,
    상기 입력슬롯 및 상기 출력슬롯의 슬롯크기를 조정하여 원통형 캐비티에 의해 형성된 공진모드 간의 결합정도를 조정하는 것을 특징으로 하는 복수의 비아 벽을 이용한 원통형 캐비티 공진기를 갖는 필터.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 원통형 공진기는,
    상기 입력단자 및 상기 출력단자 사이의 간격이 조절됨으로써 타원 응답형 통과대역 특성에서 차단대역 내의 전달영점이 조절되는 것을 특징으로 하는 복수의 비아 벽을 이용한 원통형 캐비티 공진기를 갖는 필터.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 원통형 공진기는,
    상기 입력슬롯 및 상기 출력슬롯이 상기 원통형 공진기의 외부에서 내부로 통과시키는 신호의 1/4 파장인 부분에 원의 중심에 대하여 대칭되어 배치되어 단일모드를 형성하는 것을 특징으로 하는 복수의 비아 벽을 이용한 원통형 캐비티 공진기를 갖는 필터.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 원통형 공진기는,
    상기 입력슬롯 및 상기 출력슬롯이 상기 원통형 공진기의 외부에서 내부로 통과시키는 신호의 1/4 파장인 부분에 원의 중심에 대하여 직각으로 배치되어 이중모드를 형성하는 것을 특징으로 하는 복수의 비아 벽을 이용한 원통형 캐비티 공진기를 갖는 필터.
  12. 제1 항과 제10 항 및 제11 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입력단자 및 상기 출력단자가 입력슬롯 및 출력슬롯으로부터 상기 원통형 공진기의 안쪽방향으로 신호의 1/4 파장되는 길이의 개방 스터브(open stub)를 두어 상기 입력슬롯 및 상기 출력슬롯을 통한 자계결합이 최대가 되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 복수의 비아 벽을 이용한 원통형 캐비티 공진기를 갖는 필터.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 입력단자가 상기 입력슬롯에 직각으로 배치되고, 상기 출력단자가 상기 출력슬롯에 직각으로 배치되는 것을 특징으로 하는 복수의 비아 벽을 이용한 원통형 캐비티 공진기를 갖는 필터.
  14. 복수의 유전체 기판 및 도체 기판이 서로 교차하여 적층된 공진기 필터에 있어서,
    상기 도체 기판중 어느 하나인 제1 도체 기판에 위치하는 십자형 슬롯;
    상기 십자형 슬롯에 대칭하는 유전체 기판에 임의의 반지름을 갖는 복수의 원통형 비아 홀이 원형으로 배치되어 상기 유전체 기판의 상하층 도체 기판을 상호 연결하기 위한 비아 벽을 이용하여 원통형 캐비티를 형성하는 원통형 공진기;
    상기 원통형 공진기의 상하층 도체 기판에 상기 비아 홀의 원통형 캐비티에 형성되는 공진모드로 여기시키기 위한 슬롯; 및
    상기 슬롯의 상하층에 위치하는 유전체 기판에 배치하여 상기 슬롯으로 신호를 여기시키는 단자
    를 포함하는 복수의 비아 벽을 이용한 원통형 캐비티 공진기를 갖는 필터.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 십자형 슬롯은,
    상기 원통형 공진기의 공진모드 간의 크로스 커플링을 유도하여 타원함수 형태의 주파수 응답을 나타내는 것을 특징으로 하는 복수의 비아 벽을 이용한 원통형 캐비티 공진기를 갖는 필터.
  16. 제14 항에 있어서,
    상기 십자형 슬롯은,
    상기 원통형 공진기의 중심과 동일하게 위치하는 것을 특징으로 하는 복수의 비아 벽을 이용한 원통형 캐비티 공진기를 갖는 필터.
  17. 제14 항에 있어서,
    상기 원통형 공진기는,
    상기 십자형 슬롯을 중심으로 점대칭되는 것을 특징으로 하는 복수의 비아 벽을 이용한 원통형 캐비티 공진기를 갖는 필터.
  18. 제14 항에 있어서,
    상기 원통형 공진기는,
    원형으로 배치된 일부 비아 홀의 위치를 원의 중심방향으로 조절함에 따라 공진 주파수를 조절하여 원하는 응답특성을 구현하는 것을 특징으로 하는 복수의 비아 벽을 이용한 원통형 캐비티 공진기를 갖는 필터.
  19. 제14 항에 있어서,
    상기 원통형 공진기는,
    상기 단자 사이의 간격이 조절됨으로써 타원 응답형 통과대역 특성에서 차단 대역 내의 전달영점이 조절되는 것을 특징으로 하는 복수의 비아 벽을 이용한 원통형 캐비티 공진기를 갖는 필터.
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