KR100864222B1 - 저역통과필터 공진봉 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저역통과필터 공진봉에 관한 것으로서, 일단에 형성되는 입력단자와; 타단에 형성되는 출력단자와; 상기 입력단자와 상기 출력단자를 연결하는 다수 개의 인덕터부와; 중심부가 상기 인덕터부와 연결되는 다수 개의 커패시터부;를 포함하여 저역통과필터의 내부에 설치되는 공진봉에 있어서, 상기 커패시터부의 일부 또는 전부의 측면부가 상기 인덕터부의 길이방향으로 돌출 형성되는 것을 특징으로 한다.

이에 의해, 커패시터부의 외주면 직경을 증가시키지 않고도 커패시턴스를 크게 할 수 있어서, 저역통과필터의 감쇠특성을 향상시킬 수 있다.

Description

저역통과필터 공진봉{LOWPASS FILTER RESONANCE ROD}

도 1은, 종래 저역통과필터의 분해사시도,

도 2는, 도 1의 횡축 단면도,

도 3은, 저역통과필터의 회로도,

도 4는, 종래 저역통과필터의 주파수응답곡선,

도 5는, 본 발명에 따른 공진봉을 포함하는 저역통과필터의 분해사시도,

도 6은, 도 5의 횡축 단면도,

도 7은, 본 발명에 따른 공진봉이 설치된 저역통과필터의 주파수응답곡선,

도 8은, 제1공진봉과 제2공진봉의 분해사시도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10 : 공진봉 11 : 입력단자

12 : 출력단자 13 : 인덕터부

14 : 커패시터부 14a : 중심부

14b : 외주단부 20 : 제1공진봉

21 : 제2공진봉 30 : 유전체

40 : 외부도체 100 : 저역통과필터

110 : 공진봉 111 : 입력단자

112 : 출력단자 113 : 인덕터부

114 : 커패시터부 120 : 유전체

130 : 외부도체

본 발명은 저역통과필터의 내부에 형성되는 공진봉에 관한 것으로서, 특히 공진봉의 커패시터부의 외주면 직경은 변화시키지 않고, 커패시턴스를 증가시킬 수 있어 저역통과필터의 감쇠특성을 향상시킬 수 있는 공진봉에 관한 것이다.

일반적으로, 많은 주파수 중에서 어떤 특정의 주파수 대역을 통과시키고 나머지 주파수 대역의 통과를 저지하는 일을 하는 것을 여파기 또는 필터(filter)라고 한다.

상기 필터에서 통과하는 주파수의 범위를 통과 대역(transmission band), 저지되어 잘 통과되지 않는 주파수의 범위를 감쇠 대역(attenuation band)이라고 하며, 상기 통과 대역과 감쇠 대역의 경계가 되는 주파수를 차단 주파수(cut-off frequency)라고 한다.

여기서, 상기 저역통과필터는 상기 차단 주파수보다 낮은 주파수를 상기 통과 대역으로 가지며, 상기 차단 주파수보다 높은 주파수를 상기 감쇠 대역으로 가진다.

일반적으로, 상기 저역통과필터(100)는 도 1에 도시된 바와 같이, 양단의 입 력단자(111)와 출력단자(112)를 포함하는 공진봉(110)과, 본 공진봉(110)이 삽입되는 유전체(120)와, 본 유전체(120)가 삽입되는 외부도체(Ground Conductor)(130)로 구성된다.

여기서, 상기 공진봉(110)은 외주면의 직경이 크게 형성된 원통부분과 외주면의 직경이 작게 형성된 원통부분이 연속적으로 연결되어 구성되는데, 공진봉(110)의 직경이 크게 형성되어 상기 외부도체의 내주면과의 간극이 좁게 마련된 부분은 커패시터의 역할을 수행하며, 공진봉(110)의 직경이 작게 형성되어 상기 외부도체의 내주면과의 간극이 넓게 마련된 부분은 인덕터의 역할을 수행한다.

이때, 통상 커패시터의 기능을 수행하는 부분을 저임피던스부 또는 커패시터부라 칭하고, 인덕터의 기능을 수행하는 부분을 고임피던스부 또는 인덕터부라 칭한다.

상기 저역통과필터의 동작을 살펴보면, 입력단자로부터 신호가 입력되면 도 3에 도시된 바와 같이 LC 병렬회로에 의해 결정되는 특정주파수 즉, 차단주파수(f_c) 이상의 주파수 대역은 차단하고, 이하의 주파수 대역은 통과시켜 출력단자로 출력한다.

일반적으로, 공진봉(110)의 외주면 직경을 W, 외부도체(130)의 내주면 직경을 Φ로 하는 저역통과필터의 임피던스 Z는, 식 1)과 같다.

식 1)

여기서 ε은 공진봉(110)과 외부도체(130) 사이 공간의 비유전율이다.

식 1)에서 보는 바와 같이 고임피던스 값 및 저임피던스 값은 공진봉(110)의 축 직경(W)과 외부도체의 내부직경(Φ) 등에 따라 결정되어 진다.

또한, 상기 식 1)을 이용하여 저역통과필터의 인덕터부(113)와 커패시터부(114)의 인덕턴스와 커패시턴스는 다음 식 2)와 식 3)과 같이 나타낼 수 있다.

식 2)

여기서, μ는 공진봉의 투자율, W_L는 인덕터부(113)의 외주면의 직경이다.

식 3)

여기서, W_c는 커패시터부(114)의 외주면의 직경이다.

종래에는 상기 커패시터부(114)의 경우 도 2에 도시된 바와 같이, 외부도체(130)의 내주면 직경이 14mm이고 공진봉(110)에서의 커패시터 외주면 직경은 11.8mm로 형성하였다.

또한, 종래 상기 인덕터부(113)의 경우 도 에 도시된 바와 같이, 외부도체(130)의 내주면 직경은 14mm이고, 공진봉(110)의 인덕터부 외주면 직경은 1.4mm로 형성하였다.

여기서, 상기와 같은 공진봉(110)을 포함하는 상기 저역통과필터(100)에서, 감쇠특성을 좋게 하기 위해서는 상기 인덕턴스와 커패시턴스를 크게 하여야 한다.

따라서, 상기 인덕턴스(L)를 크게 하기 위해서는 식 2)에서와 같이, 상기 인덕터부(113)의 직경(W)을 작게 형성하여야 하며, 또한, 상기 커패시턴스(C)를 크게 하기 위해서는 식 3)에서와 같이, 상기 커패시터부(114)의 직경(W)을 크게 형성하여야 한다.

그런데, 이러한 종래의 공진봉(110)은, 통상적으로 선반 등으로 어떤 일정한 굵기의 것을 절삭 가공하여 형성하는데, 상기 커패시터부(114)의 직경과 상기 인덕터부(113)의 직경의 차이가 너무 크면 절삭 가공시 중심이 쏠리게 되어 가공을 어렵게 하고, 제조 비용을 증가시킨다.

또한, 상기 인덕터부(113)의 직경을 1mm 이하로 절삭 가공시키면 상기 공진봉(110)을 상기 외부도체(130)에 삽입 설치시 파손되기 쉬워진다.

따라서, 상기 저역통과필터(100)의 감쇠특성을 향상시키기 위해서 상기 커패시터부(114)의 외주면의 직경을 증가시키거나, 상기 커패시터부(114)의 길이를 증가시켜야 하는데 상기 커패시터부(114)의 외주면의 직경을 증가시키거나, 커패시터부(114)의 길이를 증가시키는 경우, 상기 저역통과필터(100)의 전체적인 크기가 커지게 되어, 제조비용이 증가되는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은, 상기 커패시터부의 외주면의 직경을 증가시키지 않고, 상기 커패시터부의 측면부를 상기 인덕터부의 길이방향으로 돌출 형성시킴으로써, 상기 커패시터부의 커패시턴스를 크게 하여 저역통과필터의 감쇠특성을 향상시킬 수 있는 저역통과필터 공진봉을 제공하는 데 있다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 일단에 형성되는 입력단자와; 타단에 형성되는 출력단자와; 상기 입력단자와 상기 출력단자를 연결하는 다수 개의 인덕터부와; 중심부가 상기 인덕터부와 연결되는 다수 개의 커패시터부;를 포함하여 저역통과필터의 내부에 설치되는 공진봉에 있어서, 상기 커패시터부의 일부 또는 전부의 측면부가 상기 인덕터부의 길이방향으로 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 저역통과필터 공진봉에 의해 달성된다.

바람직하게는, 상기 커패시터부는 원판형으로 형성되며, 외주단부가 상기 인덕터부의 길이방향으로 돌출 형성되어, 단면이 '

'자 형태로 형성될 수 있다.

또한, 상기 커패시터부는 상기 외주단부가 상기 인덕터부의 길이방향으로 돌출되되, 서로 다른 방향으로 돌출되어 단면이 '

'자 형태로 형성될 수 있다.

한편, 상기 저역통과필터 공진봉은, 상기 인덕터부가 일체로 형성되어 상기 커패시터부의 중심부를 관통하여 결합될 수 있다.

또한, 상기 저역통과필터 공진봉은, 하나 이상의 상기 인덕터부와 상기 커패시터부를 포함하도록 형성되는 저역통과필터 공진봉유닛들이 마련되며, 본 저역통과필터 공진봉유닛들이 서로 결합되어 구성될 수 있다.

이하, 본 발명에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 저역통과필터 공진봉은, 일단에 형성되는 입력단자(11)와; 타단에 형성되는 출력단자(12)와; 본 입력단자(11)와 본 출력단자(12)를 연결하는 다수 개의 인덕터부(13)와; 중심부가 상기 인덕터부(13)와 연결되는 다수 개의 커패시터부(14);를 포함하여 저역통과필터의 내부에 설치되는 공진봉(10)에 있어서, 상기 커패시터부(14)의 일부 또는 전부의 측면부가 상기 인덕터부(13)의 길이방향으로 돌출 형성되는 것을 특징으로 한다.

이하, 각 구성별로 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 저역통과필터의 내부에 설치되는 공진봉(10)에 관한 것으로서, 커패시터부(14)의 외주단부를 인덕터부(13)의 길이방향으로 돌출 형성시킴으로써, 본 커패시터부(14)의 외주면의 직경을 증가시키지 않고도 커패시턴스를 크게 할 수 있어서, 저역통과필터의 감쇠특성을 향상시키고 삽입손실을 감소시킬 수 있는 저역통과필터 공진봉에 관한 것이다.

상기 공진봉(10)은 상기 저역통과필터의 하우징의 기능을 수행하고 있는 외부도체의 내부에 삽입되어 구성된다.

상기 공진봉(10)은, 일단에 입력단자(11)와 타단에 출력단자(12)가 형성되며, 본 입력단자(11)와 출력단자(12) 사이에는 인덕터부(13)와 커패시터부(14)가 다수 개로 연결되어 형성된다

여기서, 상기 공진봉(10)은 다양한 형태로 마련될 수 있으나, 원통형상으로 마련됨이 바람직하다.

또한, 상기 외부도체(40)는 상기 공진봉(10)이 삽입되는 내주면은 다양한 형 상으로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 상기 공진봉(10)의 형태와 부합될 수 있도록 원통형상으로 형성될 수 있다.

여기서, 상기 외부도체(40)는 가공이 용이한 형태인 사각기둥형상으로 형성될 수 있다.

상기 공진봉(10)에서, 상기 인덕터부(13)는 저역통과필터의 인덕터의 역할을 수행할 수 있도록 공진봉(10)에서 외주면 직경이 작게 형성된 부분이며, 상기 커패시터부(14)는 커패시터의 역할을 수행할 수 있도록 공진봉(10)의 외주면 직경이 크게 형성된 부분이다.

여기서, 상기 인덕터부(13)는 외주면 직경이 약 1 ~ 1.4mm로 형성될 수 있으며, 상기 커패시터부(14)는 외주면 직경이 약 10 ~ 11.8mm로 형성될 수 있다.

왜냐하면, 저역통과필터의 감쇠특성을 향상시키기 위해서는 상기 인덕터부(13)의 외주면 직경을 최소화시켜야 하는데, 1mm 이하로 형성시키는 경우, 파손되기가 쉽기 때문이다.

또한, 상기 저역통과필터(100)의 감쇠특성을 향상시키기 위해서 상기 커패시터부(114)의 외주면의 직경을 증가시키거나, 상기 커패시터부(114)의 길이를 증가시켜야 하는데 상기 커패시터부(114)의 외주면의 직경을 증가시키거나, 커패시터부(114)의 길이를 증가시키는 경우, 상기 저역통과필터(100)의 전체적인 크기가 커지게 되어, 제조비용이 증가기 때문이다.

한편, 상기 커패시터부(14)는, 본 커패시터부(14)의 외주단부(14b)가 상기 인덕터부(13)의 길이방향으로 돌출되어 상기 커패시터부(14)의 단면이 도 6에 도시 된 바와 같이 '

'자 형태로 형성될 수 있다.

여기서, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 커패시터부(14)의 외주단부(14b)가 상기 인덕터부(13)의 길이방향으로 돌출되어 형성되면, 차단주파수가 동일한 도 4에 도시된 종래의 저역통과필터(100)에 비하여, 도 7에 도시된 바와 같이, 감쇠특성이 향상된다.

여기서, 도 4는 종래의 저역통과필터의 주파수응답곡선이며, 도 7은 본 발명에 따른 공진봉이 설치된 저역통과필터의 주파수응답곡선이다.

즉, 종래의 공진봉(110)이 포함된 저역통과필터(100)는 8GHz에서 약 -72dB이며 약 11GHz 이상의 주파수에서 -70dB을 초과하지만, 본 발명에 따른 공진봉(10)이 포함된 저역통과필터는 8GHz에서 약 -84dB이며, 8GHz 이상 13GHz이하의 주파수에서는 -80dB 이하로 감소하여 감쇠특성이 향상된다.

따라서, 본 발명에 따른 공진봉(10)은 종래의 공진봉과 직경은 동일하지만 상기 커패시터부(14)의 상기 외주단부(14b)가 상기 인덕터부(13)의 길이방향으로 돌출 형성됨으로써, 감쇠특성이 향상된다.

한편, 상기 커패시터부(14)의 상기 외주단부(14b)가 상기 인덕터부(13)의 길이방향으로 돌출되되, 일측 방향이 아닌 서로 다른 방향으로 돌출되어 그 단면이 도 에 도시된 바와 같이 '

'자 형태로 형성될 수 있다.

이때, 양측으로 돌출된 상기 외주단부(14b)의 길이가 도 6에 도시된 상기 커패시터부(14)의 일측으로 돌출된 상기 외주단부(14b)의 길이와 같다면, 감쇠특성 또한 종래의 공진봉과 비교하여 동일하게 향상된다.

또한, 상기 외주단부(14b)가 양측으로 돌출된 길이가 서로 다른 경우에도, 돌출된 길이의 합이 일측으로 돌출된 길이와 같다면 전술한 바와 같음은 물론이다.

한편, 상기 공진봉(10)은 상기 입력단자(11), 출력단자(12), 인덕터부(13) 및 커패시터부(14)가 일체로 형성될 수도 있고, 일체로 형성된 상기 인덕터부(13)가 상기 커패시터부(14)의 중심부(14a)를 관통하여 결합 형성될 수도 있다.

또한, 상기 공진봉(10)은 절삭 가공이 가능한 부분으로 분리 형성된 후 납땜(solder) 등의 방법으로 연결되어 형성될 수도 있다.

상기와 같은 형성을 위해 상기 공진봉(10)은, 선반 등으로 절삭 가공되는데 용이한 부분으로 하나 이상의 상기 인덕터부(13)와 상기 커패시터부(14)를 포함하도록 형성되는 저역통과필터 공진봉유닛들로 마련되며, 본 저역통과필터 공진봉유닛들이 납땜이나 용접등의 방법으로 서로 결합될 수 있도록 구성된다.

일례로, 도 8에 도시된 바와 같이 상기 두 개의 커패시터부(14)의 외주단부(14b)가 상호 마주보는 방향으로 돌출 형성되는 경우, 일체로 형성하기가 어려우므로 절삭 가공이 가능하도록 제1공진봉(20)과 제2공진봉(21)을 분리 가공시킨 후, 납땜 등의 방법으로 연결 형성시킬 수 있다.

한편, 상기 공진봉(10)과 상기 외부도체(40) 사이에는 유전체(30)를 추가적으로 포함할 수 있으며, 상기 유전체(30)는 다양한 재질로 마련될 수 있으나, 테플론(Teflon)으로 마련될 수도 있다.

여기서, 상기 테플론(Teflon)의 유전율은

이므로, 진공 유전율

로 나누면 상기 테플론의 비유전율은 약 2.08이다.

따라서, 본 발명에 따른 저역통과필터 공진봉은, 커패시터부의 외주단부를 인덕터부의 길이방향으로 돌출 형성시킴으로써, 본 커패시터부의 직경을 증가시키지 않고도 커패시턴스를 크게 할 수 있어서, 저역통과필터의 감쇠특성을 향상시킬 수 있다.

본 발명에 따른 저역통과필터 공진봉은, 커패시터부의 외주단부를 인덕터부의 길이방향으로 돌출 형성시킴으로써, 본 커패시터부의 외주면의 직경을 증가시키지 않고도 커패시턴스를 크게 할 수 있어서, 저역통과필터의 감쇠특성을 향상시킬 수 있다.

Claims (5)

1. 일단에 형성되는 입력단자와;

   타단에 형성되는 출력단자와;

   상기 입력단자와 상기 출력단자를 연결하는 다수 개의 인덕터부와;

   중심부가 상기 인덕터부와 연결되는 다수 개의 커패시터부;를 포함하여 저역통과필터의 내부에 설치되는 공진봉에 있어서,

   상기 커패시터부의 일부 또는 전부의 측면부가 상기 인덕터부의 길이방향으로 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 저역통과필터 공진봉.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 커패시터부는 원판형으로 형성되며, 외주단부가 상기 인덕터부의 길이방향으로 돌출 형성되어, 단면이 '

   

   '자 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 저역통과필터 공진봉.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 커패시터부는 원판형으로 형성되며, 외주단부가 상기 인덕터부의 길이방향으로 돌출되되, 서로 다른 방향으로 돌출되어 단면이 '

   

   '자 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 저역통과필터 공진봉.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 공진봉은, 상기 인덕터부가 일체로 형성되어 상기 커패시터부의 중심부를 관통하여 결합되는 것을 특징으로 하는 저역통과필터 공진봉.
5. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,

   하나 이상의 상기 인덕터부와 상기 커패시터부를 포함하도록 형성되는 저역통과필터 공진봉유닛들이 마련되며, 상기 공진봉은 본 저역통과필터 공진봉유닛들이 서로 결합되어 구성되는 것을 특징으로 하는 저역통과필터 공진봉.

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