KR100946135B1 - 밴드패스 필터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 입력단 및 접지부 사이에 형성되는 제1 스트립 라인과, 상기 제1 스트립 라인과 병렬로 연결되는 제1 캐패시터와, 출력단 및 접지부 사이에 형성되며, 상기 제1 스트립 라인과 용량 결합을 이루도록 배열된 제2 스트립 라인과, 상기 제2 스트립 라인과 병렬로 연결되는 제2 캐패시터, 및 상기 제1 및 제2 스트립 라인을 연결하는 제3 스트립 라인을 포함하는 밴드패스 필터를 제공할 수 있다.
밴드패스 필터(band pass filter), 스트립 라인(strip line), 결합(coupling)

Description

밴드패스 필터{BAND PASS FILTER}
본 발명은, 밴드패스 필터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스트립 라인의 용량 결합에 의해 형성되는 인덕터 성분 및 캐패시터 성분을 이용하는 밴드패스 필터에서 커플링에 의한 신호의 손실을 줄일 수 있는 밴드패스 필터에 관한 것이다.
일반적으로, 휴대폰 등과 같은 무선 통신 단말기에 구비되는 무선 모듈은 설정된 주파수 대역만의 무선신호를 손실없이 선택하여 송수신하기 위한 수단으로서, 설정된 채널의 주파수 신호만을 통과시키는 밴드패스 필터, 선택된 주파수 신호를 증폭하기 위한 증폭기, 입력된 무선 신호를 혼합하여 주파수를 변화시키는 주파수 변환기 등의 소자로 구성될 수 있다.
이때, 무선 모듈의 성능에 큰 영향을 미치는 소자로서, 밴드패스 필터를 들 수 있는데, 일반적으로 종래 무선 모듈에서는 밴드패스 필터로서 다양한 형상의 패턴이 인쇄된 다층의 세라믹 시트를 적층하여 된 세라믹 소재의 LC 필터를 주로 사용하고 있다.
도 1은 세라믹 필터의 일반적인 형상을 나타낸 것으로서, 세라믹 필터는 세 라믹 소재로 이루어진 대략 직육면체 형상의 몸체(10)와, 상기 몸체(10)의 표면상에 서로 접촉되지 않도록 형성된 다수의 전극(11~14)으로 이루어지며, 상기 세라믹 몸체(10)는 다수의 세라믹 시트를 적층하고 소성공정을 통해 형성되는 것으로서, 그 내부에는 밴드패스 필터 회로를 형성하는 다양한 형태의 도전성 패턴이 인쇄되며, 상기 다수의 전극(11~14) 중 일부 전극(11, 12)은 신호의 입출력용으로 사용되며, 다른 전극(13, 14)은 그라운드(GND)용으로 사용될 수 있다.
이러한 세라믹 필터는 세라믹 몸체 내부에 형성된 도전성 패턴들이 상호 전기적 작용하여 필터링 특성을 나타낼 수 있다. 이러한 세라믹 필터를 이용하는 RF 모듈의 제품 경쟁력을 높이기 위해서는 보다 저렴한 비용으로 구현가능하고, 입출력 손실이 개선된 밴드패스 필터가 요구되고 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명은, 스트립 라인의 용량 결합에 의해 형성되는 인덕터 성분 및 캐패시터 성분을 이용하는 밴드패스 필터에서 커플링에 의한 신호의 손실을 줄일 수 있는 밴드패스 필터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 입력단 및 접지부 사이에 형성되는 제1 스트립 라인과, 상기 제1 스트립 라인과 병렬로 연결되는 제1 캐패시터와, 출력단 및 접지부 사이에 형성되며, 상기 제1 스트립 라인과 용량 결합을 이루도록 배열된 제2 스트립 라인과, 상기 제2 스트립 라인과 병렬로 연결되는 제2 캐패시터, 및 상기 제1 및 제2 스트립 라인을 연결하는 제3 스트립 라인을 포함하는 밴드패스 필터를 제공할 수 있다.
상기 밴드패스 필터는, 상기 입력단과 제1 스트립 라인 사이에 형성되는 제3 캐패시터, 및 상기 출력단과 제2 스트립 라인 사이에 형성되는 제4 캐패시터를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제2 스트립 라인은, 서로 대칭을 이룰 수 있다.
상기 제1 및 제2 스트립 라인은, 적어도 일부가 서로 평행으로 배치될 수 있다.
상기 제3 마이크로 스트립 라인은, 상기 제1 및 제2 마이크로 스트립 라인을 수직 교차하도록 형성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 스트립 라인의 용량 결합에 의해 형성되는 인덕터 성분 및 캐패시터 성분을 이용하는 밴드패스 필터에서 커플링에 의한 신호의 손실을 줄여 밴드패스 필터의 감쇄특성 및 수신 감도 특성을 우수하게 구현할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하겠다.
도 2의 (a) 및 (b)는 본 발명의 일실시 형태에 따른 스트립 라인을 이용한 밴드패스 필터 및 이의 등가 회로도이다.
도 2의 (a) 및 (b)를 참조하면, 본 실시 형태에 따른 밴드패스 필터는, 제1 스트립 라인(210), 제1 캐패시터(240), 제2 스트립 라인(220), 제2 캐패시터(250), 및 제3 스트립 라인(230)을 포함할 수 있다.
상기 제1 스트립 라인(210)은, 일단이 입력단(Input)에 연결되고, 타단이 접 지부에 연결될 수 있다. 상기 제1 스트립 라인(210)은 소정의 길이 및 폭을 갖도록 형성되어 인덕턴스를 가질 수 있다. 상기 제1 스트립 라인은 마이크로 스트립 라인일 수 있다.
본 실시형태에서, 상기 제1 스트립 라인(210)은, 제1 영역(211), 제2 영역(212), 및 제3 영역(213)을 포함하는 ㄱ 자 형태로 제조될 수 있다. 여기서, 상기 제3 영역(213)이 입력단에 연결되고, 제1 및 제2 영역(211, 212)은 상기 제3 영역(213)과 수직을 이루도록 연결될 수 있다. 상기 제2 영역(212)은 접지부에 연결될 수 있다. 상기 제1 영역(211)과 제2 영역(212)의 길이는 상기 제3 스트립 라인(230)이 연결되는 위치에 따라 결정될 수 있다. 도면에서는 제 1 영역(211)과 제2 영역(212)이 소정 간격 이격된 것으로 도시하였으나, 실질적으로는 상기 제1 영역과 제2 영역은 그 단부가 서로 연결되어 형성될 수 있다.
상기 제1 캐패시터(240)는, 상기 제1 스트립 라인(210)과 병렬로 연결될 수 있다. 즉, 상기 제1 캐패시터(240)의 일단은 상기 제1 스트립 라인(210)의 일단에 연결되고, 상기 제1 캐패시터(240)의 타단은 상기 제1 스트립 라인(210)의 타단에 연결될 수 있다. 상기 제1 캐패시터(240)는 일단이 접지부에 연결되어 상기 밴드 패스 필터에서 부하용 캐패시터로 작용할 수 있다.
상기 제2 스트립 라인(220)은, 일단이 출력단(Output)에 연결되고, 타단이 접지부에 연결될 수 있다. 상기 제2 스트립 라인(220)은 소정의 길이 및 폭을 갖도 록 형성되어 인덕턴스를 가질 수 있다. 상기 제2 스트립 라인은 마이크로 스트립 라인일 수 있다.
상기 제2 스트립 라인(220)은 상기 제1 스트립 라인(210)과 용량 결합을 이루도록 소정 간격이 이격되어 형성될 수 있다. 본 실시형태에서, 상기 제2 스트립 라인(220)과 제1 스트립 라인(210)은 일부가 서로 평행을 이루도록 형성될 수 있다.
본 실시형태에서, 상기 제2 스트립 라인(220)은, 제1 영역(221), 제2 영역(222), 및 제3 영역(223)을 포함하는 역 ㄱ 자 형태로 제조될 수 있다. 상기 제2 스트립 라인(220)은 상기 제1 스트립 라인(210)과 대칭된 형태로 형성될 수 있다. 여기서, 상기 제3 영역(223)이 출력단에 연결되고, 제1 및 제2 영역(221, 222)은 상기 제3 영역(223)과 수직을 이루도록 연결될 수 있다. 상기 제2 영역(222)은 접지부에 연결될 수 있다. 상기 제1 영역(221)과 제2 영역(222)은 상기 제3 스트립 라인(230)이 연결되는 위치에 따라 결정될 수 있다. 도면에서는 제 1 영역(221)과 제2 영역(222)이 소정 간격 이격된 것으로 도시하였으나, 실질적으로는 상기 제1 영역과 제2 영역은 그 단부가 서로 연결되어 형성될 수 있다.
상기 제2 캐패시터(250)는, 상기 제2 스트립 라인(220)과 병렬로 연결될 수 있다. 즉, 상기 제2 캐패시터(250)의 일단은 상기 제2 스트립 라인(220)의 일단에 연결되고, 상기 제2 캐패시터(250)의 타단은 상기 제2 스트립 라인(220)의 타단에 연결될 수 있다. 상기 제2 캐패시터(250)는 일단이 접지부에 연결되어 상기 밴드 패스 필터에서 부하용 캐패시터로 작용할 수 있다.
상기 제3 스트립 라인(230)은, 상기 제1 스트립 라인(210) 및 제2 스트립 라인(220)을 연결할 수 있다. 본 실시형태에서, 상기 제3 스트립 라인(230)은 상기 제1 및 제2 스트립 라인(210, 220)과 직교할 수 있다.
본 실시형태와 같이 상기 용량 결합을 이루는 제1 스트립 라인(210) 및 제2 스트립 라인(220)을 연결하는 제3 스트립 라인(230)이 형성된 경우, 등가회로는 도 2의 (b)와 같이 상기 제1 스트립 라인(210) 및 제2 스트립 라인(220) 사이에 복수개의 인덕터 및 캐패시터가 형성되는 것으로 될 수 있다.
즉, 제1 스트립 라인의 제1 영역(211)과 제2 스트립 라인의 제1 영역(221) 사이에 소정의 캐패시턴스 성분(Ca) 및 인덕터 성분(L1)이 발생하고, 제1 스트립 라인의 제2 영역(212)과 제2 스트립 라인의 제2 영역(222) 사이에 소정의 캐패시턴스 성분(Cb) 및 인덕터 성분(L3)이 발생될 수 있다. 제3 스트립 라인(230)에 의해서는 인덕터 성분(L2)만이 발생될 수 있다.
상기 제3 스트립 라인(230)이 없는 경우에는 상기 제1 스트립 라인(210)과 제2 스트립 라인(220) 사이에는 용량 결합에 의한 캐패시터 성분이 발생되고, 이 때 발생되는 캐패시터 성분은 본 실시형태의 경우 제1 스트립 라인(210)과 제2 스트립 라인(220) 사이에 발생되는 전체 캐패시턴스보다 클 수 있다. 본 실시형태에서는, 상기 제3 스트립 라인(230)으로 상기 제1 및 제2 스트립 라인(210, 220)을 연결함으로써 상기 제1 스트립 라인(210)과 제2 스트립 라인(220)의 용량 결합시 발생될 수 있는 신호의 손실을 줄일 수 있다.
본 실시형태에서는, 상기 제3 스트립 라인(230)은 상기 제1 및 제2 스트립 라인의 서로 평행한 영역 중 약 1/3 내지 1/2의 사이에 형성될 수 있다. 즉, 상기 제1 및 제2 스트립 라인(210, 220)의 제1 영역(211, 221)과 제2 영역(212, 222)의 길이의 비가 1:2 내지 1:1이 되는 영역에 상기 제3 스트립 라인이 형성될 수 있다. 상기 제3 스트립 라인이 형성되는 위치에 따라서 상기 제1 스트립 라인과 제2 스트립 라인 사이의 용량 결합의 크기가 달라지므로 밴드패스 필터의 주파수 특성을 다르게 구현할 수 있다. 따라서, 상기 제3 스트립 라인이 형성되는 위치는 다양하게 구현될 수 있다.
본 실시형태의 밴드패스 필터에서는 제3 및 제4 캐패시터(260, 270)를 더 포함할 수 있다.
상기 제3 캐패시터(260)는 상기 제1 스트립 라인(210)과 입력단(input) 사이에 직렬로 형성될 수 있다. 상기 제4 캐패시터(270)는 상기 제2 스트립 라인(220)과 출력단(output) 사이에 직렬로 형성될 수 있다.
상기 제3 및 제4 캐패시터(260, 270)는 외부에서 직류 성분의 신호가 상기 밴드패스 필터로 입력되는 경우 이를 차단하는 기능을 수행할 수 있다.
도 3의 (a) 및 (b)는 도 2에 개시된 본 발명의 일실시 형태에 따른 밴드패스 필터와, 비교예에 따른 밴드패스 필터에서의 반사손실과 삽입손실 그래프이다.
본 실시예에서는, 유전율이 4.2 인 PCB 상에 스트립 라인을 형성하여 밴드패스 필터를 형성할 수 있다. 본 실시예에서 제1 및 제2 스트립 라인의 구조는 상기 도 2에 도시된 바와 같이 서로 대칭을 이루는 ㄱ 자 형태를 갖도록 형성될 수 있다.
도 3의 (a)의 실시예에서, 상기 제1 스트립 라인(210) 및 제 2 스트립 라인(220)은 모두 0.25mm의 폭을 갖는 라인 형태로 구현될 수 있다. 본 실시예에서, 상기 제1 스트립 라인의 제1 영역(211)은 약 0.925 mm, 제 2영역(212)은 약 2.575 mm, 제3 영역(213)은 약 0.25 mm 를 갖고, 상기 제2 스트립 라인의 제1 영역(221)은 약 0.925 mm, 제 2영역(222)은 약 2.575 mm, 제3 영역(223)은 약 0.525 mm 를 가지며, 상기 제1 및 제2 스트립 라인 사이의 간격은 약 0.2 mm 가 되도록 형성될 수 있다. 제3 스트립 라인(230)은 약 0.45 mm의 길이를 가질 수 있다.
도 3의 (a)에서, 반사손실 그래프(가)를 참조하면, 약 1.790 GHz에서 반사손실은 약 -16.474 dB가 나타남을 알 수 있다. 삽입손실 그래프(나)를 참조하면, 약 1.790 GHz에서의 삽입 손실은 약 -0.774 dB, 약 3.580 GHz에서의 삽입손실은 약 -67.171 dB, 약 5.370 GHz에서의 삽입손실은 약 -28.044 dB, 약 7.160 GHz에서의 삽입손실은 약 -22.419 dB가 나타남을 알 수 있다.
도 3의 (b)는, 본 실시예에서 제3 스트립 라인을 제거한 밴드패스 필터에서 의 반사손실과 삽입손실을 나타내는 그래프이다.
도 3의 (b)의 실시예에서는, 상기 도 3의 (a)의 실시예의 경우와 동일한 기판 및 동일한 재원의 스트립 라인을 형성할 수 있다. 다만, 본 실시예에서는, 상기 제3 스트립 라인을 제거하여, 제1 및 제2 스트립 라인이 직접 연결되지 않고, 상기 제1 및 제2 스트립 라인 사이에 용량 결합만이 발생될 수 있다.
본 실시예에서, 서로 대향하는 제1 스트립 라인과 제2 스트립 라인의 길이는 각각 3.5 mm로 형성할 수 있다.
도 3의 (b)에서, 반사손실 그래프(가)를 참조하면, 약 1.790 GHz에서 반사손실은 약 -4.701 dB가 나타남을 알 수 있다. 삽입손실 그래프(나)를 참조하면, 약 1.790 GHz에서의 삽입 손실은 약 -3.429 dB, 약 3.580 GHz에서의 삽입손실은 약 -84.708 dB, 약 5.370 GHz에서의 삽입손실은 약 -43.776 dB, 약 7.160 GHz에서의 삽입손실은 약 -38.223 dB가 나타남을 알 수 있다.
상기 도 3의 (a) 및 (b)를 비교하면, 상기 제3 스트립 라인으로 제1 및 제2 스트립 라인을 연결하지 않은 경우에 비해 본 발명의 일실시예의 경우와 같이 용량 결합하는 제1 스트립 라인과 제2 스트립 라인을 제3 스트립 라인으로 연결하는 경우에, 반사손실은 약 1.790 GHz 대역에서 현저하게 줄어들고, 삽입손실은 전체 주파수 대역에 걸쳐 현저히 줄어듦을 알 수 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
도 1은, 종래 기술에 따른 세라믹 필터의 사시도이다.
도 2의 (a) 및 (b)는, 본 발명의 일실시 형태에 따른 밴드 패스필터의 구조도 및 등가 회로도이다.
도 3의 (a) 및 (b)는, 본 발명의 일실시 형태에 따른 밴드패스 필터의 반사손실과 삽입손실 그래프 및 비교 실험예에 따른 밴드패스 필터의 반사손실과 삽입 손실 그래프이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호설명>
210 : 제1 스트립 라인 220 : 제2 스트립 라인
230 : 제3 스트립 라인 240 : 제1 캐패시터
250 : 제2 캐패시터 260 : 제3 캐패시터
270 : 제4 캐패시터

Claims (8)

  1. 입력단 및 접지부 사이에 형성되는 제1 스트립 라인;
    상기 제1 스트립 라인과 병렬로 연결되는 제1 캐패시터;
    출력단 및 접지부 사이에 형성되며, 상기 제1 스트립 라인과 용량 결합을 이루도록 배열된 제2 스트립 라인;
    상기 제2 스트립 라인과 병렬로 연결되는 제2 캐패시터; 및
    상기 제1 및 제2 스트립 라인을 연결하는 제3 스트립 라인
    을 포함하는 밴드패스 필터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 입력단과 제1 스트립 라인 사이에 형성되는 제3 캐패시터; 및
    상기 출력단과 제2 스트립 라인 사이에 형성되는 제4 캐패시터
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 밴드패스 필터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 스트립 라인은,
    서로 대칭을 이루는 것을 특징으로 하는 밴드패스 필터.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 스트립 라인은,
    적어도 일부가 서로 평행으로 배치된 것을 특징으로 하는 밴드패스 필터.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제3 마이크로 스트립 라인은,
    상기 제1 및 제2 마이크로 스트립 라인을 수직 교차하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 밴드패스 필터.
  6. 제1항 또는 제5항에 있어서, 상기 제1 스트립 라인은,
    제1 영역, 제2 영역, 및 제3 영역을 포함하고,
    상기 제3 영역은 입력단에 연결되는 일단과, 상기 제1 영역의 일단에 수직으로 연결되는 타단을 가지며,
    상기 제2 영역은 상기 제1 영역의 타단에 연결된 일단과, 접지부에 연결된 타단을 가지는 것
    을 특징으로 하는 밴드패스 필터.
  7. 제1항 또는 제5항에 있어서, 상기 제2 스트립 라인은
    제1 영역, 제2 영역, 및 제3 영역을 포함하고,
    상기 제2 스트립 라인의 제3 영역은 입력단에 연결되는 일단과, 상기 제2 스트립 라인의 제1 영역의 일단에 수직으로 연결되는 타단을 가지며,
    상기 제2 스트립 라인의 제2 영역은 상기 제2 스트립 라인의 제1 영역의 타단에 연결된 일단과, 접지부에 연결된 타단을 가지며,
    상기 제1 스트립 라인과 대칭 구조로 이루어진 것
    을 특징으로 하는 밴드패스 필터.
  8. 제1항 또는 제5항에 있어서, 상기 제3 스트립 라인은
    상기 제1 스트립 라인의 제2 영역과 상기 제2 스트립 라인의 제2 영역 사이에 인덕터 성분을 발생하는 것
    을 특징으로 하는 밴드패스 필터.
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