KR100909842B1 - 표면탄성파 공진기 및 표면탄성파 공진기를 포함한 ｒｆ 필터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 감쇄 필터와 공진기를 사용하여 높은 주파수대역의 RF 표면탄성파 필터 특성을 IF 표면탄성파 필터의 특성과 유사하게 구현하도록 한 RF 중계기에서의 RF 필터에 관한 것으로, 입력신호를 받아들이는 표면탄성파 제1감쇄필터, 상기 표면탄성파 제1감쇄필터에서 출력되는 신호가 입력되는 대역통과필터, 상기 대역통과필터에서 출력되는 신호가 입력되는 표면탄성파 제2감쇄필터를 포함하여 이루어진 RF 중계기에서의 필터 및 필터에 포함되는 하나의 기판위에 독립적으로 배열된 공진기를 포함한 표면탄성파 공진기에 대한 것이다.

기존의 RF 중계기용 필터에서 사용되는 IF 표면탄성파 소자 및 위상 잠금 장치 등을 사용하지 않고 RF 필터만을 사용하여 UMTS 의 규격을 만족하는 필터에 관한 것이다. 이를 통하여 필터의 크기를 소형화하고 값이 싼 중계기 개발이 가능하다. 또한 기존의 감쇄 공진기가 가지고 있는 2GHz 대역 주파수에서의 커플링 현상을 방지하고 높은 감쇄도를 갖는 표면탄성파 공진기의 개발이 가능하다.

RF 필터, 표면탄성파 공진기, RF 중계기, 외부 정합

Description

표면탄성파 공진기 및 표면탄성파 공진기를 포함한 ＲＦ 필터{surface acoustic wave resonator and RF filters using the surface acoustic wave resonator}

본 발명의 기술은 외부에서 정합이 가능한 표면탄성파 공진기 및 기존의 중계기에서 타사의 간섭을 피하고 3GPP(The Third Generation Partnership Project) 를 만족하기 위한 UMTS(Universal Mobile Telecommunications System) 용 RF 필터를 개발하는 것이다.

이러한 기술은 2GHz 대역의 주파수에서 다른 공진기와의 커플링(coupling) 없이 원하는 감쇄도를 얻을 수 있고 높은 감쇄도를 갖는 공진기 및 UMTS 용 중계기에서 ACR, ACPR 을 만족하기 위여 구성되는 Up Down Converter 의 주요 부품인 IF 표면탄성파 필터, 위상 잠금 장치(Phase Locked Loop Module; PLL Module) 등을 사용하지 않고 단지 RF 필터만으로 UMTS 용 중계기의 주요 특성인 ACR, ACPR 을 만족시킬 수 있는 필터에 관한 것이다.

현재 이동통신 뿐만 아니라 모든 산업분야에서 고성능 및 저가격이 점점 대 두되고 있다. 이를 만족하기 위해서는 내부의 부품의 수를 점점 줄이고 있다. 이중에서 이동통신 단말기의 설계방식은 IF 주파수 대역에서 RF 주파수 대역으로 Up Down 시키는 헤테로다인 방식에서 IF 주파수 대역을 사용하지 않는 Zero IF 방식으로 전환되었지만 단지 제 3세대(UMTS)용 중계기에서만은 ACR, ACPR 등을 만족시키기 위하여 Up Down Converter 를 사용하고 있다. 이러한 시스템에서는 부피가 크고, 가격이 비싸고, 많은 능동소자를 사용함으로써 전력 소모가 많은 단점을 가지게 된다.

Up Down Converter 없이 RF 필터를 사용하여 구현하게 되면, UMTS 의 규격인 통과대역의 양 끝에서 ±2MHz 지점이 -20dBc 감쇄도(Attenuation) 를 만족하는 필터는 Cavity 필터만이 UMTS 규격을 만족시킬 수 있다. 그러나 Cavity 필터는 크기가 매우 크며, 가격이 높아 중계기 적용에는 적합하지 않다. 특히 크기가 20 x 20 Cm 이하인 댁내 형 중계기에 적용하기엔 크기가 매우 크고 가격이 매우 높아 실용화할 수가 없다. 따라서 유전체 필터를 사용하여 RF 필터를 구현할 수 있어야 하고 RF 필터에 사용되는 표면탄성파 공진기의 개발이 필요하다.

또한, 현재 2GHz 대역 주파수의 공진기는 공진기간의 커플링(coupling) 에 의하여 높은 감쇄도의 값을 갖는 공진기 개발이 어렵다. 일반적으로 높은 감쇄도의 공진기를 개발하기 위해서는 단일 칩에 공진기의 단 수를 늘려 설계하지만, 주파수가 높아지면서 공진기간의 커플링(coupling) 으로 인하여 원하는 감쇄도를 얻을 수 없다. 그러나 각각의 공진기를 개별적으로 패키징한다면 가능하지만 이는 전체적인 크기가 커지는 단점을 가지고 있다.

따라서 UMTS의 규격을 만족하며, 기존의 필터보다 크기가 작고 가격이 상대적으로 저렴한 저전력소모 필터의 개발이 요구된다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로써, 3GPP 규격을 만족할 수 있는 세라믹 기판을 이용하여 RF 중계기에 적용할 수 있는 표면탄성파 공진기 및 상기 표면탄성파 공진기와 유전체 필터를 사용하여 3GPP 를 만족할 수 있는 RF 중계기에 적용할 수 있는 RF 필터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 표면탄성파 공진기는 하나의 기판에 각각 독립적으로 배열된 공진기를 포함하여 이루어 진다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 RF 필터는 입력신호를 받아들이는 표면탄성파 제1감쇄필터; 상기 표면탄성파 제1감쇄필터에서 출력되는 신호가 입력되는 대역통과필터; 상기 대역통과필터에서 출력되는 신호가 입력되는 표면탄성파 제2감쇄필터를 포함하며, 상기 제1감쇄필터 및 상기 제2감쇄필터는 하나의 기판에 각각 배열된 두 개 이상의 공진기를 포함하는 표면탄성파 공진기를 포함하여 이루어 진다.

상기의 표면탄성파 공진기는 두 개 이상의 공진기를 한 개의 칩으로 연결하 는 것보다 매우 높은 감쇄도(Attenuation) 의 표면탄성파 공진기를 개발할 수 있다. 뿐만 아니라 외부에서 정합을 하게 되므로 삽입 손실을 개선할 수 있다.

또한 상기의 RF 필터는 높은 감쇄도를 가지고, 삽입 손실이 작으며, Cavity 필터를 사용하지 않으므로 값이 싸며, Up Down Converter 를 사용하지 않으므로 작은 크기의 RF 중계기에서의 RF 필터를 구현할 수 있다.

이하 본 발명의 일 실시예에 따른 외부에서 정합되는 표면탄성파 공진기 및 RF 필터에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

도 1a는 하나의 패키지 안에 포함된, 하나의 기판위에 직렬로 연결된 3개의 공진기를 나타내고 있다. 이와 같이 공진기를 복수 개의 칩 형태로 독립적으로 배열하게 되면, 복수 개의 공진기를 하나의 칩으로 구성하는 것보다 높은 감쇄도(Attenuation) 를 얻을 수 있다. 직렬로 연결된 공진기는 3GPP 의 통과대역의 고주파 끝에서 적용된다.

도 1b는 하나의 패키지 안에 포함된 직렬로 연결된 3개의 공진기를 외부에서 정합하는 것을 나타내고 있다. 도면에서 표시한 바와 같이 패키지 내부의 공진기는 직렬로 연결된 것을 알 수 있다. 패키지 외부에서 정합 소자(matching components) 를 패키지의 입출력 포트에 연결하여 정합을 한다. 이때, 정합 소자는 높은 품질 계수(High Quality Factor) 값을 가진 인덕터 또는 캐패시터를 사용할 수 있다.

도 2a는 하나의 패키지 안에 포함된, 하나의 기판위에 병렬로 연결된 3개의 공진기를 나타내고 있다. 이와 같이 공진기를 복수 개의 칩 형태로 독립적으로 배열하게 되면, 복수 개의 공진기를 하나의 칩으로 구성하는 것보다 높은 감쇄도(Attenuation) 를 얻을 수 있다. 병렬로 연결된 공진기는 3GPP 의 통과대역의 저주파 끝에서 적용된다.

도 2b는 하나의 패키지 안에 포함된 병렬로 연결된 3개의 공진기를 외부에서 정합하는 것을 나타내고 있다. 도면에서 표시한 바와 같이 패키지 내부의 공진기는 병렬로 연결된 것을 알 수 있다. 패키지 외부에서 정합 소자(matching components) 를 패키지의 입출력 포트에 연결하여 정합을 한다. 이때, 정합 소자는 높은 품질 계수(High Quality Factor) 값을 가진 인덕터 또는 캐패시터를 사용할 수 있다.

도 3은 하나의 기판에 실장된 표면탄성파 공진기를 외부에서 정합하는 일 실시예를 나타내고 있다. 하나의 기판위에 공진기 칩을 배열하고 연결하여, 패키징을 한 뒤에 표면탄성파 공진기의 외부에서 높은 품질 계수(High Quality Factor) 값을 가진 인덕터나 캐패시터와 같은 소자를 통하여 정합을 하는 것이다. 이와 같이 외부에서 정합을 하게 되면, 삽입 손실을 줄일 수 있고 2GHz 대역 주파수에서의 공진기간의 커플링(coupling) 현상을 방지하여 원하는 감쇄도 값을 얻을 수 있다.

일반적으로 높은 감쇄도의 공진기를 개발하기 위해서는 단일 칩에 공진기의 단 수를 늘려 설계하지만, 주파수가 높아지면서 공진기간의 커플링(coupling) 으로 인하여 원하는 감쇄도를 얻을 수 없다. 그러나 각각의 공진기를 개별적으로 패키징한다면 가능하지만 이는 전체적인 크기가 커지는 단점을 가지고 있다. 따라서 본 발명의 일 실시예에 따라, 하나의 패키지안에 여러 개의 공진기를 넣고 표면탄성파 공진기의 외부에서 정합을 한다. 외부 정합은 상기의 문제점을 줄일 뿐만 아니라 각각의 공진기를 정합할 수 있는 장점을 가지게 된다. 또한, 이는 공진기의 삽입 손실을 개선함으로써 필터 전체의 삽입 손실을 줄일 수 있다.

도 4는 도 1a 및 도 1b의 직렬로 연결된 표면탄성파 공진기의 주파수 응답 특성을 나타내고 있다. 또한, 도 5는 도 2a 및 도 2b의 병렬로 연결된 표면탄성파 공진기의 주파수 응답 특성을 나타내고 있다. 상기 직렬로 연결된 표면탄성파 공진기와 상기 병렬로 연결된 표면탄성파 공진기는 도 4 및 도 5의 주파수 응답 특성과 같이 각각 m1과 m2 사이의 폭이 좁아 감쇄도가 매우 좋은 특성이 있기 때문에 대역통과필터와 결합시키면, 필터링시 인접 채널의 간섭을 최대한 줄일 수 있다. 통과대역의 양끝에서 ±2MHz 지점이 -20dBc 감쇄도(Attenuation) 를 만족시키는 것을 알 수 있다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따르면 IF SAW 필터, Up Down Converter, PLL module 등 다른 소자없이 UMTS 의 규격에 맞는 RF 필터의 구현이 가능하다. 상기 직렬로 연결된 표면탄성파 공진기를 포함한 감쇄필터 및 상기 병렬로 연결된 표면탄성파 공진기를 포함한 감쇄필터 및 대역통과필터의 결합으로 원하지 않는 주파수 대역 즉, 도 4에서의 m2보다 높은 주파수 대역과 도 5에서의 m2 보다 낮은 주파수 대역을 제거하고 인접 주파수의 채널 간섭을 제거할 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 RF 필터를 나타낸 것으로, 그 구성은 입력신호를 받아들이는 표면탄성파 제1감쇄필터(10), 상기 표면탄성파 제1감쇄필터(10)에서 출력되는 신호가 입력되는 대역통과필터(20), 상기 대역통과필터(20)에서 출력되는 신호가 입력되는 표면탄성파 제2감쇄필터(30)를 포함하여 이루어진다.

상기 제1감쇄필터(10)는 도 1a 및 도 1b에서의 서로 직렬로 연결된 공진기를 포함하는 표면탄성파 공진기를 포함한다. 상기 제1감쇄필터(10)는 도 4의 주파수 응답 특성과 같이 m1과 m2 사이의 폭이 좁아 감쇄도가 매우 좋은 특성이 있다.

상기 제2감쇄필터(30)는 도 2a 및 도 2b에서의 서로 병렬로 연결된 공진기를 포함하는 표면탄성파 공진기를 포함한다. 상기 제2감쇄필터(30)는 도 5의 주파수 응답 특성과 같이 m1과 m2 사이의 폭이 좁아 감쇄도가 매우 좋은 특성이 있다.

상기 제1감쇄필터(10) 및 상기 제2감쇄필터(30)는 도 4 또는 도 5의 주파수 응답 특성과 같이 각각 m1과 m2 사이의 폭이 좁아 감쇄도가 매우 좋은 특성이 있기 때문에 대역통과필터(20)와 결합시키면, 필터링시 인접 채널의 간섭을 최대한 줄일 수 있다.

즉, 상기 제1감쇄필터(10) 및 상기 대역통과필터(20) 및 상기 제2감쇄필터(30)의 결합으로 원하지 않는 주파수 대역 즉, 도 4에서의 m2보다 높은 주파수 대역과 도 5에서의 m2 보다 낮은 주파수 대역을 제거하고 인접 주파수의 채널 간섭을 제거할 수 있다.

*다르게는, 상기 제1감쇄필터(10)는 도 2a 및 도 2b에서의 서로 병렬로 연결된 공진기를 포함하는 표면탄성파 공진기를 포함하고, 상기 제2감쇄필터(30)는 도 1a 및 도 1b에서의 서로 직렬로 연결된 공진기를 포함하는 표면탄성파 공진기를 포함하도록 구성할 수 있다. 즉, 상기 제1감쇄필터(10)와 상기 제2감쇄필터(30)의 위치는 서로 바뀔 수 있다.

상기 제1감쇄필터(10) 및 제2감쇄필터(20)는 복수 개의 공진기를 포함하고 있다. 공진기의 연결은 직렬 연결 또는 병렬 연결하였다. 3GPP 규격을 만족할 수 있는 감쇄도는 통과대역의 고주파 끝에서는 직렬로 연결된 공진기를 적용하고, 통과대역의 저주파 끝에서는 병렬로 연결된 공진기를 적용하게 된다. 전체적인 비용을 줄이기 위하여 일반적으로 사용되고 있는 저가의 유전체를 사용하였다.

도 7a는 도 6에 도시된 제1감쇄필터, 대역통과필터, 제2감쇄필터를 포함한 RF 필터의 주파수 응답을 그래프로 나타낸 것이다. 이 경우에는, 상기 대역통과필터만으로는 제거 할 수 없었던 도 4 및 도 5에서의 m1과 m2사이의 대역인 인접 주파수의 채널 간섭을 제거할 수 있다. 통과대역의 양끝에서 ±2MHz 지점이 -20dBc 감쇄도(Attenuation) 를 만족시키는 것을 알 수 있다.

도 7b는 도 7a에 나타난 RF 필터의 통과대역 부분을 확대한 것을 그래프로 나타낸 것이다.

이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 변경 및 변형이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것은 아니다.

도 1a는 하나의 기판에 직렬로 연결된 공진기를 나타낸 도면.

도 1b는 도 1a에서의 직렬로 연결된 공진기를 외부에서 정합하는 것을 개략적으로 나타낸 도면.

도 2a는 하나의 기판에 병렬로 연결된 공진기를 나타낸 도면.

도 2b는 도 2a에서의 병렬로 연결된 공진기를 외부에서 정합하는 것을 개략적으로 나타낸 도면.

도 3은 본 발명에 따른 외부 정합의 일 실시예를 나타낸 도면.

도 4는 도 1에 있어서, 직렬로 연결된 공진기의 주파수 응답 특성을 그래프로 나타낸 도면.

도 5은 도 1에 있어서, 병렬로 연결된 공진기의 주파수 응답 특성을 그래프로 나타낸 도면.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 RF 중계기에서의 RF 필터의 구성을 블록도로 나타낸 도면.

도 7a는 도 6에 있어서, RF 필터의 주파수 응답 특성을 그래프로 나타낸 도면.

도 7b는 도 7a의 통과대역 부분을 확대한 주파수 응답 특성을 그래프로 나타낸 도면.

Claims (2)

1. RF 주파수 대역에서 사용되는 표면탄성파 공진기에 있어서,

   RF 주파수 대역에서 요구되는 선택도를 구현할 수 있는, 하나의 기판에 구비되고, 상기 기판에서는 각각 전기적으로 독립되어 배열된 두 개 이상의 공진기;

   상기 공진기를 패키징하고, 외부 정합을 위한 복수 개의 입출력 포트를 구비하는 패키지; 및

   상기 두 개 이상의 공진기간의 임피던스를 정합하고 상기 공진기 상호간을 전기적으로 연결하는 외부 정합 소자를 포함하고,

   상기 외부 정합 소자는, 상기 공진기가 배열된 상기 기판 및 상기 패키지의 외부에 구비되고, 상기 입출력 포트 사이에 배치되며,

   상기 두 개 이상의 공진기가 하나의 기판에 구비되면서 상기 외부 정합 소자에 의하여 기판 외부에서는 전기적으로 연결되어 RF 주파수 대역에서 요구되는 선택도가 구현되는 것을 특징으로 하는 표면탄성파 공진기.
2. RF 중계기에 구비되는 RF 필터에 있어서,

   표면탄성파 제1감쇄필터;

   표면탄성파 제2감쇄필터; 및

   대역통과필터를 포함하며,

   상기 표면탄성파 제1감쇄필터, 표면탄성파 제2감쇄필터 및 대역통과필터는 순서에 관계없이 직렬로 연결되고,

   상기 표면탄성파 제1감쇄필터 및 표면탄성파 제2감쇄필터는,

   RF 주파수 대역에서 요구되는 선택도가 구현될 수 있는, 하나의 기판에 구비되고, 상기 기판에서는 각각 전기적으로 독립되어 배열된 두 개 이상의 공진기;

   상기 공진기를 패키징하고, 외부 정합을 위한 복수 개의 입출력 포트를 구비하는 패키지; 및

   상기 두 개 이상의 공진기간의 임피던스를 정합하고 상기 공진기 상호간을 전기적으로 연결하는 외부 정합 소자를 포함하고,

   상기 외부 정합 소자는, 상기 공진기가 배열된 상기 기판 및 상기 패키지의 외부에 구비되고, 상기 입출력 포트 사이에 배치되며,

   상기 두 개 이상의 공진기가 하나의 기판에 구비되면서 상기 외부 정합 소자에 의하여 기판 외부에서는 전기적으로 연결되어 RF 주파수 대역에서 요구되는 선택도가 구현되는 것을 특징으로 하는 RF 필터.

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