KR101095452B1 - 코플래너 공진기 및 이를 이용한 코플래너 필터 - Google Patents

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Abstract

코플래너 공진기(100a)는, 유전체 기판(105) 상에 설치되며, 입출력 방향으로 연신 형성된 선로 도체(중심 선로 도체)(101b)를 갖는 중심 도체(101)와, 이 중심 도체(101)에 대하여 갭부를 사이에 두고 유전체 기판(105) 상에 배열 설치된 지도체(103)와, 지도체(103)로부터 연신 형성된 선로 도체(기본 스터브)(104)를 구비하고 있어, 기본 스터브(104)의 일부가 중심 선로 도체(101b)에 대하여 등간격으로 배치된 선로 도체(제1 병행 선로 도체)(104a)가 된다.
유전체 기판, 중심 도체, 코플래너 공진기, 선로 도체, 기본 스터브, 코플래너 필터

Description

코플래너 공진기 및 이를 이용한 코플래너 필터{COPLANAR WAVEGUIDE RESONATOR AND COPLANAR WAVEGUIDE FILTER USING THE SAME}
본 발명은 코플래너 공진기 및 이를 이용한 코플래너 필터에 관한 것이다. 보다 상세하게는 그들의 소형화에 관한 것이다.
최근 마이크로파대나 밀리파대 통신의 송수신 장치에 적용되는 필터로서 코플래너 공진기를 이용한 코플래너 필터가 제안된 바 있다. 코플래너 공진기는 1/2 파장 또는 1/4 파장에 해당하는 전기 길이의 선로 도체(중심 도체) 및 그 중심 도체로부터 소정의 간격을 두고 배치되는 지도체가 유전체 기판의 동일 표면에 형성된 것이다. 따라서, 회로 패턴 형성이 유전체 기판의 한쪽 면뿐이면 되며, 또한 단락 스터브를 형성할 때 비어 홀을 필요로 하지 않는 등 결과적으로 제작 프로세스가 용이하고 도체 성막 비용이 저렴한 등의 메리트를 코플래너 공진기는 갖는다.
복수의 1/2 파장 코플래너 공진기를 직렬 접속하여 구성한 코플래너 필터의 종래 예를 도 27에 도시하였다(비 특허 문헌 1 참조). 코플래너 필터(900)는 사각판형의 유전체 기판(905)의 표면 전면에 증착 또는 스퍼터법에 의해 설치된 지도체(903)를 포토리소그래피(Photo Lithography)에 의한 식각 가공으로 패터닝하여 양단이 개방된 1/2 파장 중심 도체(901)로 이루어지는 1/2 파장 코플래너 공진기(Q1, Q2, Q3, Q4)를 1/2 파장 중심 도체(901)의 연신 방향을 따라 직렬 접속으로 한 구성이다. 본 예에서는 슬롯 라인 모드와 같은 불필요 모드를 억제하기 위하여 각 1/2 파장 코플래너 공진기 사이에 선로 도체(902)를 설치하여 지도체(903) 사이를 접속하고 있다. 또한, 도 27에서는 도시한 코플래너 공진기의 양단측(각 도면을 정면으로 보았을 때의 좌우)에 설치되는 입출력 단자의 도시를 생략하였다. 또한 도 27-도 29에서는 도시가 번잡해지는 것을 피하기 위하여 부분적으로 입체 표시를 생략하였다.
Non-patent literature 1: Jiafeng Zhou, Michael J. Lancaster, "Coplanar Quarter-Wavelength Quasi-Elliptic Filters Without Bond-Wire Bridges", IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol.52, No.4, pp.1149-1156, April 2004.
다음, 복수의 1/4 파장 코플래너 공진기를 직렬 접속하여 구성한 코플래너 필터의 종래 예를 도 28에 도시하였다(예컨대 특허 문헌 1이나 비 특허 문헌 2 등을 참조할 것.). 코플래너 필터(910)는 일단이 지도체(903)에 단락되고 타단이 개방된 1/4 파장 중심 도체(911)로 구성된 1/4 파장 코플래너 공진기(S1, S2, S3, S4)를 1/4 파장 중심 도체(911)의 연신 방향과 직렬 접속의 방향을 일치시켜 1/4 파장 코플래너 공진기를 반전 배치하면서 차례로 직렬 접속한 구성이다. 바꾸어 말하면, 코플래너 필터(910)에서는 서로 이웃하는 1/4 파장 코플래너 공진기의 각 1/4 파장 중심 도체(911)가 모두 지도체(903) 사이를 접속하는 선로 도체(912)에 접속되어 있는 배치와, 서로 이웃하는 1/4 파장 코플래너 공진기의 각 1/4 파장 중 심 도체(911)가 그 개방 단부를 대향시키고 있는 배치가 교대로 반복된다. 또한, 각 1/4 파장 중심 도체(911)가 그 개방 단부를 대향시키고 있는 용량성 결합부(C)는 그 결합 강도를 향상시키기 위하여 대향 면적이 커지도록 개방 단부의 형상을 변경할 수도 있다고 되어 있다.
Patent literature 1: Japanese Patent Application Laid-Open No.H11-220304
Non-patent literature 2: H.Suzuki, Z.Ma, Y.Kobayashi, K.Satoh, S.Narahashi and T.Nojima, "A low-loss 5GHz bandpass filter using HTS quarter-wavelength coplanar waveguide resonators", IEICE Trans. Electron., vol. E-85-C, No.3, pp.714-719, March 2002.
상기 두 예를 비교하면 명백해지는 바와 같이, 복수의 1/4 파장 코플래너 공진기를 직렬 접속하여 구성한 코플래너 필터는 1/4 파장 코플래너 공진기의 1/4 파장 중심 도체가 1/4 파장에 해당하는 전기 길이를 가지고 있으므로, 복수의 1/2 파장 코플래너 공진기를 직렬 접속하여 구성한 코플래너 필터에 비하여, 동일한 공진 주파수의 경우에서는 코플래너 필터의 전체 길이가 짧다.
또한 도 29에 도시한 바와 같이, 1/4 파장 코플래너 공진기의 1/4 파장 중심 도체를 스텝 임피던스 구조로 함으로써 코플래너 필터 전체 길이의 더 많은 단축화를 도모한 구조(비 특허 문헌 1 참조)도 있다.
복수의 코플래너 공진기를 직렬 접속하여 구성된 코플래너 필터의 접속 방향의 전체 길이(이하, 단순히 코플래너 필터의 전체 길이라고 함.)는 그것을 구성하 는 코플래너 공진기의 접속 방향의 전체 길이(이하, 단순히 코플래너 공진기의 전체 길이라고 함.)에 크게 의존한다. 코플래너 공진기의 전체 길이를 짧게 하면 그것을 복수 개 이용하여 구성하는 코플래너 필터의 전체 길이를 짧게 할 수 있다.
1/4 파장 코플래너 공진기는 1/2 파장 코플래너 공진기에 비하여 전체 길이가 짧아지는데, 중심 도체는 원하는 공진 주파수에서 1/4 파장에 해당하는 전기 길이를 갖는 물리 길이가 필요하여, 1/4 파장 코플래너 공진기의 전체 길이의 더 많은 단축화를 도모하는 것을 생각할 수 있다.
1/4 파장 코플래너 공진기에 있어서 스텝 임피던스 구조를 채용한 경우, 코플래너 공진기의 전체 길이의 더 많은 단축화가 가능하다. 그러나, 전계 집중 부분의 용량을 증대시키기 위하여 중심 도체의 면적을 증대시키므로, 코플래너 공진기의 전체 길이를 단축화할 수 있어도, 유전체 기판 상에서의 1/4 파장 코플래너 공진기의 설치 면적의 저감을 도모하기는 어렵다.
또한 중심 도체를 사행(meander) 형상, 나선 형상 등으로 함으로써 코플래너 공진기의 전체 길이의 더 많은 단축화가 가능한데, 1/4 파장에 해당하는 전기 길이을 갖는 물리 길이의 중심 도체를 배치하는 면적이 필요해지므로, 유전체 기판 상에서의 1/4 파장 코플래너 공진기의 설치 면적의 저감을 도모하기는 어렵다.
이와 같이 코플래너 공진기의 전체 길이를 단축화할 수 있어도, 코플래너 공진기의 소형화는 불충분하였다.
이러한 실정을 감안하여 본 발명은, 종래보다 소형의 코플래너 공진기 및 이를 이용한 코플래너 필터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 코플래너 공진기는, 유전체 기판 상에 설치되며, 입출력 방향으로 연신 형성된 선로 도체(중심 선로 도체)를 갖는 중심 도체와, 이 중심 도체에 대하여 갭부를 갖도록 유전체 기판 상에 배열 설치된 지도체와, 지도체로부터 연신 형성된 선로 도체(기본 스터브)를 구비하고 있어, 기본 스터브의 일부가 중심 선로 도체에 대하여 등간격으로 배치된 선로 도체(제1 병행 선로 도체)가 된다. 또한 이러한 복수 개의 코플래너 공진기를 교대로 반전 배치하여 직렬 접속함으로써 코플래너 필터가 구성된다.
제1 병행 선로 도체를 갖는 기본 스터브를 구비함으로써 중심 도체의 공진 주파수(f1)를 스플릿하여 주파수(f1)보다 낮은 주파수(f2)에서 공진시킬 수 있다. 이는, 공진 주파수(f2)의 코플래너 공진기를 설계·제작하는 경우, 그 중심 도체를 공진 주파수(f1)에서 1/4 파장 내지 1/2 파장에 해당하는 전기 길이인 물리 길이를 갖는 것으로 할 수 있음을 의미한다. 즉, 본 발명에 따르면, 코플래너 공진기의 전체 길이의 단축화가 실현된다. 또한 지도체와 중심 도체와의 갭부에 제1 병행 선로 도체를 갖는 기본 스터브를 설치하기만 하므로 전체 길이 단축과 서로 작용하여 유전체 기판 상에서의 코플래너 공진기의 설치 면적을 저감할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면, 종래보다 소형의 코플래너 공진기가 실현되고, 이러한 코플래너 공진기를 사용함으로써 종래보다 소형의 코플래너 필터가 실현된다.
본 발명의 실시 형태를 도 1-도 26을 참조하면서 설명한다. 또한, 도 1, 도 2a-도 2g, 도 4-도 8, 도 9a-도 9i, 도 11-도 13에서는 도시한 코플래너 공진기의 양단측(각 도면을 정면으로 보았을 때의 좌우)에 설치되는 입출력 단자의 도시를 생략하였다. 또한 도 1을 제외하고 유전체 기판(105)의 도시를 생략한다.
도 1에 본 발명의 일 실시 형태인 코플래너 공진기를 도시하였다. 본 실시 형태에서는 1/4 파장 코플래너 공진기로서 설명한다. 도 1에 도시한 1/4 파장 코플래너 공진기(100a)는 예컨대 사각판형의 유전체 기판(105)의 표면에 설치된 지도체(103)와, 지도체(103)를 식각 가공하여 패터닝 형성된 중심 도체(101) 및 2개의 선로 도체(104)를 포함하여 구성된다.
중심 도체(101)는 양단이 지도체(103)에 단락된 직선형의 선로 도체인 단락 선로 도체(101a) 및 단락 선로 도체(101a)에 일단이 접속되고 타단이 개방된 직선형의 선로 도체인 중심 선로 도체(101b)로 이루어진다. 중심 도체(101)는 공진 주파수(f1)에서 1/4 파장에 해당하는 전기 길이를 갖는 것으로서 단락 선로 도체(101a)와 중심 선로 도체(101b)의 각 물리 길이가 설계된 것이다. 즉, 중심 도 체(101)는 T자 형상으로 형성되고, 단락 선로 도체(101a)의 양측에는 중심 선로 도체(101b)가 형성되는 갭부와 중심 선로 도체(101b)가 형성되지 않는 갭부(107d)가 존재한다.
또한 중심 도체(101)는 단락 선로 도체(101a)의 장변을 입출력 단자(도시하지 않음.)의 일측에 대향시키고, 중심 선로 도체(101b)의 개방 단부(101c)를 입출력 단자(도시하지 않음.)의 타측에 대향시킨 배치로 되어 있다. 즉, 중심 도체(101)의 중심 선로 도체(101b)는 1/4 파장 코플래너 공진기(100a)의 입출력 방향으로 연신 형성되어 있다.
선로 도체(104)는 각각 지도체(103)로부터 연신 형성된 선로 도체, 즉 일단이 지도체(103)에 단락되고 타단이 개방된 선로 도체이다. 여기서는 이 선로 도체(104)를 기본 스터브라 호칭하기로 한다. 1/4 파장 코플래너 공진기(100a)에서는 기본 스터브(104)는 각각 L자 형상이며, 중심 선로 도체(101b)에 대하여 갭부(107a)를 사이에 두고 등간격으로 배치된 직선형의 선로 도체(104a) 및 선로 도체(104a)의 일단(기본 스터브(104)의 개방 단부(104c)가 아닌 쪽)과 지도체(103)를 접속하는 선로 도체(104b)로 이루어진다. 이하, 선로 도체(104a)를 제1 병행 선로 도체라 호칭하기로 한다.
기본 스터브(104)는 기본 스터브(104)의 밑동부(104d)에서 지도체(103)와 접속되어 있다. 이 밑동부(104d)는 중심 도체(101)의 개방 단부(101c) 측에 설치되어 있으며, 중심 선로 도체(101b)와 평행한 지도체(103)의 가장자리부(103a)에 접속되어 있다. 그리고, 2개의 기본 스터브(104)는 중심 도체(101)의 중심 선로 도 체(101b)에 관하여 대칭으로 중심 선로 도체(101b)의 양측에 설치되어 있다. 도 1에 도시한 1/4 파장 코플래너 공진기(100a)에서는 중심 도체(101)의 개방 단부(101c)와 2개의 기본 스터브(104)의 밑동부(104d)가 대략 동일 직선 상에 나란한 위치 관계로 되어 있다. 단, 이러한 위치 관계로 하는 것은 필수적인 기술 사항은 아니다. 이에 대하여 2개의 기본 스터브(104)의 개방 단부(104c)는 각각 단락 선로 도체(101a)에 대향해 있다.
1/4 파장 코플래너 공진기(100a)에서는 중심 도체(101)의 중심 선로 도체(101b)에 대하여 제1 병행 선로 도체(104a)를 근접 배치함으로써 중심 도체(101)의 공진 주파수(f1)가 스플릿되어 주파수(f1)보다 낮은 주파수(f2)에서 공진시킬 수 있다.
이를 도 2a-도 2g, 도 3을 참조하여 설명한다.
도 2a-도 2g는 각각 중심 도체(101)의 중심 선로 도체(101b)와 제1 병행 선로 도체(104a)와의 공극(비 도체 영역)인 갭부(107a)의 폭이 다른 1/4 파장 코플래너 공진기(100a)의 구성을 도시하고 있다. 단, 간이한 구성으로서 갭부(107d)를 설치하지 않는 구성으로 하였다. 이 때, 단락 선로 도체(101a)는 지도체(103)로서 간주할 수 있어 중심 도체(101)는 중심 선로 도체(101b) 그 자체가 된다.
각 경우에 대하여 중심 도체(101)의 공진 주파수가 스플릿하는 것을, 투과 계수인 S21 파라미터(단위: 데시벨(dB))와 주파수와의 관계를 보인 전자계 시뮬레이션 결과를 이용하여 도 3에 도시하였다. 또한, 전자계 시뮬레이션을 함에 있어서, 중심 도체(101)의 물리 길이를 6.50mm, 중심 도체(101)의 폭을 0.22mm, 중심 도체(101)와 평행한 지도체(103)의 가장자리부(103a) 사이를 1.20mm로 하였다. 유전체 기판(105)의 비유전률을 9.68, 유전체 기판(105)의 두께를 0.5mm로 하였다(이들 수치는 후술하는 다른 전자계 시뮬레이션에서도 동일하다.). 또한 갭부(107a)의 폭길이(a)와 제1 병행 선로 도체(104a)와 지도체(103)의 가장자리부(103a)와의 공극(비 도체 영역)인 갭부(107b)의 폭길이(b)와의 조합은 각 도면에 도시한 바와 같이 하였다. 또한, 2개의 기본 스터브(104)를 설치하지 않는 경우, 이 1/4 파장 코플래너 공진기는 종래의 1/4 파장 코플래너 공진기와 동일한 구성이 되어 약 5GHz에서 공진한다.
도 3에서 명백한 바와 같이, 갭부(107a)의 폭길이(a)의 값과 관계 없이 중심 선로 도체(101b)에 대하여 제1 병행 선로 도체(104a)를 근접 배치함으로써 중심 도체(101)의 공진 주파수(f1)(본 시뮬레이션 예에서는 약 5GHz)가 스플릿되어 주파수(f1)보다 낮은 주파수(f2)(본 시뮬레이션 예에서는 약 2.4GHz-3.8GHz)에서 공진하는 것을 알 수 있다. 더욱이, 갭부(107a)의 폭을 좁게 하면 할수록 훨씬 낮은 주파수(f2)에서 공진하는 것을 알 수 있다.
이는, 공진 주파수(f2)의 코플래너 공진기를 설계·제작하는 경우, 종래에는 공진 주파수(f2)에서 1/4 파장에 해당하는 전기 길이인 물리 길이를 갖는 중심 도체를 설계·제작할 필요가 있었지만, 중심 도체(101)의 중심 선로 도체(101b)에 대하 여 제1 병행 선로 도체(104a)를 근접 배치함으로써 이 중심 도체를 주파수(f1)에서 1/4 파장에 해당하는 전기 길이인 물리 길이의 선로 도체로서 설계·제작할 수 있음을 의미한다. 주파수(fi(i=1, 2))의 파장을 λi라 하면, f1＞f2의 경우에 λ1＜λ2로 되므로 1/4 파장 코플래너 공진기의 전체 길이의 단축화가 실현된다.
또한 1/4 파장 코플래너 공진기(100a)는 종래의 1/4 파장 코플래너 공진기의 중심 선로 도체와 지도체와의 갭부에 기본 스터브(104)를 설치하기만 한 구조이므로 종래의 1/4 파장 코플래너 공진기에 비하여 전체 길이 단축과 서로 작용하여 유전체 기판 상에서의 코플래너 공진기의 설치 면적이 저감한다. 따라서, 종래에 비하여 소형의 1/4 파장 코플래너 공진기가 실현된다.
또한, 본 발명은 기본 스터브(104)를 설치함으로써 중심 도체(101)의 공진 주파수(f1)가 스플릿되어 공진 주파수(f1)보다 낮은 주파수(f2)에서 공진한다는 물리 현상을 이용하는 것인 바, 공진 주파수(f1)가 스플릿됨으로써 얻어지는 공진 주파수의 수는 반드시 중요한 것은 아니다. 따라서, 공진 주파수(f1)가 스플릿되어 공진 주파수(f1)보다 낮은 주파수(f2)에서 공진하는 것을 나타낼 수 있으면 충분하다는 관점에서, S21 파라미터와 주파수와의 관계를 나타내는 그래프도(도 3, 도 10, 도 14b-도 21b)에서는 공진 주파수(f1)를 사이에 둔 일정한 대역(0-약 12GHz)을 도시하는 데 그쳤다. 따라서, 도시하지 않은 12GHz 이상의 주파수 대역에서도 스플릿된 공진 주파수가 존재할 수 있음에 유의하여야 한다.
다음, 도 4에 1/4 파장 코플래너 공진기(100a)의 변형예인 1/4 파장 코플래너 공진기(100b)를 도시하였다.
1/4 파장 코플래너 공진기(100b)는 기본 스터브(104)가 단락 선로 도체(101a)에 대하여 등간격으로 배치된 선로 도체(104e)를 갖는 점에서 1/4 파장 코플래너 공진기(100a)와 다르다. 이하, 선로 도체(104e)를 제2 병행 선로 도체라 호칭하기로 한다. 다른 관점에서 설명하면, 제2 병행 선로 도체(104e)는 1/4 파장 코플래너 공진기(100a)에서의 기본 스터브(104)에 있어서 그 개방 단부(104c)를 중심 선로 도체(101b)와 평행한 지도체(103)의 가장자리부(103a)에 대향시키도록 굴곡하여 이것을 직선형으로 연신 형성한 선로 도체라 할 수 있다.
도 5에 1/4 파장 코플래너 공진기(100a)의 변형예인 1/4 파장 코플래너 공진기(100c)를 도시하였다.
1/4 파장 코플래너 공진기(100c)는 1/4 파장 코플래너 공진기(100b)에서의 기본 스터브(104)를 스텝 임피던스 구조로 한 것이다. 구체적으로는, 도 5에 도시한 바와 같이, 1/4 파장 코플래너 공진기(100b)에서의 기본 스터브(104)의 개방 단부(104c) 근방을 사각형 영역(104c')으로 하여 면적 증대시킨 구성이다.
계속하여, 본 발명의 다른 실시 형태인 코플래너 공진기를 개시한다. 본 실시 형태에서는 상기와 마찬가지로, 1/4 파장 코플래너 공진기로서 설명한다. 도 6에 도시한 1/4 파장 코플래너 공진기(200a)는 도 1에 도시한 1/4 파장 코플래너 공진기(100a)의 변형예이며, 중심 선로 도체(101b)의 개방 단부(101c)를 2방향으로 분기하여 2개의 개방 단부를 형성한 점에서 1/4 파장 코플래너 공진기(100a)와 다 르다. 다른 관점에서 설명하면, 1/4 파장 코플래너 공진기(200a)는 1/4 파장 코플래너 공진기(100a)에 있어서 중심 도체(101)의 개방 단부(101c)를 갭부(107c)로 연신하여 이 개방 단부(101c)에 1/4 파장 코플래너 공진기(100a)에서의 중심 선로 도체(101b)의 연신 방향에 수직한 방향으로 연신 형성된 양단 개방된 선로 도체(101f)를 그 중앙부에서 일체 형성시킨 구조라 할 수 있다. 이 때, 중심 도체(101)의 일부인 선로 도체(101f)의 각 개방 단부(101fc)는 중심 도체(101)의 중심 선로 도체(101b)와 평행한 지도체(103)의 가장자리부(103a)에 대향해 있다. 또한 기본 스터브(104)의 선로 도체(104b)와 선로 도체(101f)는 서로의 일부끼리가 등간격으로 배치되어 있다. 선로 도체(101f)의 선로 길이는 단락 선로 도체(101a) 및 중심 선로 도체(101b)의 각 선로 길이와의 상관에 의해 중심 도체(101)가 원하는 공진 주파수를 갖도록 설계된다.
도 7에 1/4 파장 코플래너 공진기(200a)의 변형예인 1/4 파장 코플래너 공진기(200b)를 도시하였다.
1/4 파장 코플래너 공진기(200b)는 도 4에 도시한 1/4 파장 코플래너 공진기(100b)의 변형예라고도 할 수 있으며, 1/4 파장 코플래너 공진기(200a)와 마찬가지로 중심 선로 도체(101b)의 개방 단부(101c)를 2방향으로 분기하여 2개의 개방 단부를 형성한 점에서 1/4 파장 코플래너 공진기(100b)와 다르다.
도 8에 1/4 파장 코플래너 공진기(200a)의 변형예인 1/4 파장 코플래너 공진기(200c)를 도시하였다.
1/4 파장 코플래너 공진기(200c)는 도 5에 도시한 1/4 파장 코플래너 공진 기(100c)의 변형예라고도 할 수 있으며, 1/4 파장 코플래너 공진기(200a)와 마찬가지로 중심 선로 도체(101b)의 개방 단부(101c)를 2방향으로 분기하여 2개의 개방 단부를 형성한 점에서 1/4 파장 코플래너 공진기(100c)와 다르다. 또한, 1/4 파장 코플래너 공진기(200c)에서는 그 중심 도체(101)도 스텝 임피던스 구조로 되며, 선로 도체(101f)를 사각형 영역(101f')으로 하여 면적 증대시킨 구성이다.
도 7에 도시한 1/4 파장 코플래너 공진기(200b)에서는(단, 본 예에 한정되는 취지는 아님.) 중심 도체(101)의 중심 선로 도체(101b)에 대하여 제1 병행 선로 도체(104a)를 근접 배치하고, 중심 도체(101)의 단락 선로 도체(101a)에 대하여 제2 병행 선로 도체(104e)를 근접 배치하고, 중심 도체(101)의 선로 도체(101f)에 대하여 기본 스터브(104)의 선로 도체(104b)를 근접 배치함으로써 중심 도체(101)의 공진 주파수(f1)가 스플릿되어 주파수(f1)보다 낮은 주파수(f2)에서 공진시킬 수 있다.
이를 도 9a-도 9i, 도 10을 참조하여 설명한다.
도 9a-도 9i는 각각 중심 선로 도체(101b)와 제1 병행 선로 도체(104a)와의 공극(비 도체 영역)인 갭부의 폭, 단락 선로 도체(101a)와 제2 병행 선로 도체(104e)와의 공극(비 도체 영역)인 갭부의 폭, 및 선로 도체(101f)와 기본 스터브(104)의 선로 도체(104b)와의 공극(비 도체 영역)인 갭부의 폭(이하, 이 3자의 폭을 총칭하여 U자폭이라 하기로 한다.)이 각각 같은 1/4 파장 코플래너 공진기(200b)의 구성을 도시하고 있다. 도 9a-도 9i의 각 도면에 도시한 1/4 파장 코 플래너 공진기(200b)의 구성은 서로 U자폭이 다른 것 이외에는 동일하다.
도 9a-도 9i의 각 도면에 도시한 1/4 파장 코플래너 공진기(200b)의 구성에 대하여 중심 도체(101)의 공진 주파수가 스플릿하는 것을, 투과 계수인 S21 파라미터(단위: 데시벨(dB))와 주파수와의 관계를 보인 전자계 시뮬레이션 결과를 이용하여 도 10에 도시하였다. 또한, 전자계 시뮬레이션을 함에 있어서, 중심 도체(101)의 폭을 0.08mm, 단락 선로 도체(101a)와 선로 도체(101f)와의 외측 양단 폭을 1.80mm, 중심 선로 도체(101b)와 평행한 지도체(103)의 가장자리부(103a) 사이를 2.88mm로 하였다. 또한 U자폭의 폭길이(a)와 제1 병행 선로 도체(104a)와 지도체(103)의 가장자리부(103a)와의 공극(비 도체 영역)인 갭부(107b)의 폭길이(b)와의 조합은 각 도면에 도시한 바와 같이 하였다. 또한, 2개의 기본 스터브(104)가 없는 경우, 이 1/4 파장 코플래너 공진기는 8GHz에서 공진한다.
도 10에서 명백한 바와 같이, U자폭의 폭길이(a)의 값과 관계 없이 중심 선로 도체(101b)에 대하여 제1 병행 선로 도체(104a)를 근접 배치하고, 단락 선로 도체(101a)에 대하여 제2 병행 선로 도체(104e)를 근접 배치하고, 선로 도체(101f)에 대하여 기본 스터브(104)의 선로 도체(104b)를 근접 배치함으로써 중심 도체(101)의 공진 주파수(f1)(본 시뮬레이션 예에서는 약 8GHz)가 스플릿되어 주파수(f1)보다 낮은 주파수(f2)(본 시뮬레이션 예에서는 약 3.5GHz-6.4GHz)에서 공진하는 것을 알 수 있다. 더욱이, U자폭을 좁게 하면 할수록 훨씬 낮은 주파수(f2)에서 공진하는 것을 알 수 있다.
따라서, 이미 설명한 바와 같이, 보다 높은 주파수에서 1/4 파장에 해당하는 전기 길이인 물리 길이의 선로 도체로서 중심 도체를 설계·제작할 수 있고, 중심 선로 도체(101b)와 지도체(103)와의 갭부에 기본 스터브(104)를 설치하기만 한 구조이므로 종래에 비하여 소형의 1/4 파장 코플래너 공진기가 실현된다.
계속하여, 본 발명의 다른 실시 형태인 코플래너 공진기를 개시한다. 본 실시 형태에서는 상기와 마찬가지로 1/4 파장 코플래너 공진기로서 설명한다. 도 11에 도시한 1/4 파장 코플래너 공진기(300a)는 도 6에 도시한 1/4 파장 코플래너 공진기(200a)의 변형예이며, 제1 병행 선로 도체(104a)와 지도체(103)의 가장자리부(103a)와의 공극(비 도체 영역)인 갭부(107b)에 하나 이상의 새로운 선로 도체를 인터디지털 형태 및 네스팅 형태로 설치한 점에서 1/4 파장 코플래너 공진기(200a)와 다르다. 새로 설치되는 선로 도체는 기본 스터브(104)와 대략 닮은꼴 형상으로서 중심 도체(101)의 공진 주파수에서 기본 스터브(104)의 전기 길이보다도 전기 길이가 짧은(단락 단부로부터 개방 단부까지의 물리 길이가 짧은) 것이므로 이하 이 선로 도체를 축소 스터브라 호칭하기로 한다. 축소 스터브의 단락 폭은, 기본 스터브와 같아도 되고 달라도 된다. 도 11-도 13에 도시한 1/4 파장 코플래너 공진기에서는 갭부(107b)에 새로 설치되는 축소 스터브를 하나로 하였다.
도 11에 도시한 축소 스터브(108)는 각각 기본 스터브(104)와 대략 닮은꼴 형상이며 L자 형상을 한 선로 도체이다. 다만, 축소 스터브(108)의 L자 형상은, 기본 스터브(104)의 L자 형상을 반전한 것이다. 축소 스터브(108)는 선로 도체(104a)에 대하여 갭부를 사이에 두고 등간격으로 배치된 직선형의 선로 도 체(108a) 및 선로 도체(108a)의 일단(축소 스터브(108)의 개방 단부(108c)가 아닌 쪽)과 지도체(103)를 접속하는 선로 도체(108b)로 이루어진다.
축소 스터브(108)는 축소 스터브(108)의 밑동부(108d)에서 지도체(103)와 접속되어 있다. 이 밑동부(108d)는 기본 스터브(104)의 개방 단부(104c) 측에 설치되어 있으며, 중심 선로 도체(101b)와 평행한 지도체(103)의 가장자리부(103a)에 접속되어 있다. 그리고, 2개의 축소 스터브(108)는 중심 도체(101)의 중심 선로 도체(101b)에 관하여 대칭으로 중심 선로 도체(101b)의 양측의 갭부(107b)에 설치되어 있다. 도 11에 도시한 1/4 파장 코플래너 공진기(300a)에서는 기본 스터브(104)의 개방 단부(104c)와 2개의 축소 스터브(108)의 밑동부(108d)가 대략 동일 직선 상에 나란한 위치 관계로 되어 있다. 단, 이러한 위치 관계로 하는 것은 필수적인 기술 사항은 아니다. 이에 대하여 2개의 축소 스터브(108)의 개방 단부(108c)는 각각 기본 스터브(104)의 선로 도체(104b)에 대향해 있다.
관점을 바꾸면, 기본 스터브(104)의 제1 병행 선로 도체(104a)와 축소 스터브(108)의 선로 도체(108a)는 서로 엇갈린 방향으로 연신되어 있어 소위 인터디지털 형태의 배치 관계에 있다. 더 설명하면, 중심 도체(101)의 중심 선로 도체(101b)와 기본 스터브(104)의 제1 병행 선로 도체(104a)와 축소 스터브(108)의 선로 도체(108a)는 서로 엇갈린 방향으로 연신되어 있어 소위 인터디지털 형태의 배치 관계에 있다. 또한 축소 스터브(108)는 기본 스터브(104)보다 짧은 전기 길이로 갭부(107b)에 설치되므로 기본 스터브(104)와 축소 스터브(108)는 네스팅 형태의 배치 관계에 있다.
여기서는 각 갭부(107b) 내에 설치하는 축소 스터브(108)의 개수는 하나로 하였으나, 2개 이상 설치하는 구성도 가능하다. 예컨대 2개의 축소 스터브를 설치하는 경우에서는 축소 스터브(108)의 선로 도체(108a)와 지도체(103)의 가장자리부(103a)와의 공극(비 도체 영역)인 갭부에 축소 스터브(108)에 대하여 기본 스터브(104)와 축소 스터브(108)의 배치 관계와 동일해지도록 축소 스터브(108)보다 짧은 제2 축소 스터브를 설치하면 된다. 이를 반복하여 하나 이상의 축소 스터브가 인터디지털 형태 및 네스팅 형태의 배치 관계로 설치된다(도 17a, 도 18a 참조).
도 12에 1/4 파장 코플래너 공진기(300a)의 변형예인 1/4 파장 코플래너 공진기(300b)를 도시하였다.
1/4 파장 코플래너 공진기(300b)는 도 7에 도시한 1/4 파장 코플래너 공진기(200b)의 변형예라 할 수 있으며, 1/4 파장 코플래너 공진기(300a)와 마찬가지로 하나 이상의 축소 스터브(도면에서는 각 갭부(107b) 내에 하나)를 인터디지털 형태 및 네스팅 형태로 설치한 점에서 1/4 파장 코플래너 공진기(200b)와 다르다.
도 13에 1/4 파장 코플래너 공진기(300a)의 변형예인 1/4 파장 코플래너 공진기(300c)를 도시하였다.
1/4 파장 코플래너 공진기(300c)는 도 8에 도시한 1/4 파장 코플래너 공진기(200c)의 변형예라 할 수 있으며, 1/4 파장 코플래너 공진기(300a)와 마찬가지로 하나 이상의 축소 스터브(도면에서는 하나)를 인터디지털 형태 및 네스팅 형태로 설치한 점에서 1/4 파장 코플래너 공진기(200c)와 다르다. 또한, 1/4 파장 코플래너 공진기(300c)에서는 그 축소 스터브(108)도 스텝 임피던스 구조로 되어 선로 도 체(108a)의 개방 단부(108c)를 사각형 영역(108c')으로 하여 면적을 증대시킨 구성이다.
다음, 몇 가지 변형 예들을 예시하면서 본 발명의 특징을 더 명백하게 하기로 한다.
예컨대 도 7에 도시한 1/4 파장 코플래너 공진기(200b)를 예로 들어 기본 스터브(104)의 배치의 상태에 따라 중심 도체(101)의 공진 주파수(f1)가 어떻게 변화하는지를 검증한 전자계 시뮬레이션 결과를 도 14-도 16에 도시하였다. 또한, 도시한 코플래너 공진기의 양단측(각 도면을 정면으로 보았을 때의 좌우)에는 입출력 단자(851, 852)를 설치하였다.
도 14a는 기본 스터브(104)를 설치하지 않는 종래의 1/4 파장 코플래너 공진기를 도시한 것이다. 전자계 시뮬레이션을 함에 있어서, 중심 도체(101)의 폭을 0.08mm, 단락 선로 도체(101a)와 선로 도체(101f) 사이를 1.80mm, 중심 선로 도체(101b)와 평행한 지도체(103)의 가장자리부(103a) 사이를 2.88mm로 하였다. 갭부(107d) 및 갭부(107c)의 입출력 방향의 폭길이는 각각 2.00mm로 하였다. 이 1/4 파장 코플래너 공진기에서는 중심 도체(101)가 8GHz에서 공진하는 것으로 설계하였다. 이 종래의 1/4 파장 코플래너 공진기의 S21 파라미터(단위: 데시벨(dB))와 주파수와의 관계를 도 14b에 도시하였다. 설계된 바와 같이, 중심 도체(101)의 공진 주파수는 8GHz로 되어 있다. 또한, 본 명세서에서는 "중심 도체의 공진 주파수"라는 표현을 하였으나, 실질적으로는 "코플래너 공진기의 공진 주파수"라 하여도 지장은 없다.
도 15a에 도 7에 도시한 1/4 파장 코플래너 공진기(200b)의 구성을 도시하였다. 이는 갭부(107a)의 폭길이(a)를 0.08mm로 하였을 때의 예이며, 이 1/4 파장 코플래너 공진기(200b)의 S21 파라미터(단위: 데시벨(dB))와 주파수와의 관계를 도 15b에 도시하였다. 중심 도체(101)의 공진 주파수(f1=8GHz)는 스플릿되어 주파수(f1)보다 낮은 주파수(f2≒4.7GHz)에서 공진하는 것을 알 수 있다. 또한, 이 시뮬레이션 예에서는 공진 주파수(f1=8GHz)는 기본 스터브(104)가 설치됨으로써 주파수(f2≒4.7GHz)와 주파수(f3≒12GHz)의 적어도 2개로 스플릿되어 있다.
도 16a에 도 7에 도시한 1/4 파장 코플래너 공진기(200b)와 기본 스터브(104)의 배치가 다른 1/4 파장 코플래너 공진기의 구성을 도시하였다. 이 1/4 파장 코플래너 공진기에서는 1/4 파장 코플래너 공진기(200b)에 설치된 기본 스터브가 좌우 반전된 배치로 되어 있다. 즉, 기본 스터브(104)의 밑동부(104d)가 중심 도체(101)의 단락 선로 도체(101a) 측에 설치되어 있다. 이 1/4 파장 코플래너 공진기의 S21 파라미터(단위: 데시벨(dB))와 주파수와의 관계를 도 16b에 도시하였다. 중심 도체(101)의 공진 주파수(f1=8GHz)는 스플릿되어 주파수(f1)보다 낮은 주파수(f2≒7GHz)에서 공진하는 것을 알 수 있다. 또한, 이 시뮬레이션 예에서는 공진 주파수(f1=8GHz)는 기본 스터브(104)가 설치됨으로써 주파수(f2≒7GHz)와 주파 수(f3≒9.2GHz) 중 적어도 2개로 스플릿되어 있다.
도 15b 및 도 16b를 비교하면 명백해지는 바와 같이, 도 7에 도시한 1/4 파장 코플래너 공진기(200b)와 같이 기본 스터브(104)를 그 단락 단부인 밑동부(104d)를 중심 도체(101)의 개방 단부측에 설치하도록 배치하는 것이, 그 단락 단부인 밑동부(104d)를 중심 도체(101)의 단락 선로 도체(101a) 측에 설치하도록 배치하는 것보다 공진 주파수(f1)에 대한 스플릿 효과가 큰 것을 알 수 있다.
다음, 도 7에 도시한 1/4 파장 코플래너 공진기(200b)에 대하여 중심 도체의 각 측에 하나 또는 2개의 축소 스터브를 인터디지털 형태 및 네스팅 형태로 설치한 경우에, 중심 도체(101)의 공진 주파수(f1)가 어떻게 변화하는지를 검증한 전자계 시뮬레이션 결과를 도 17b 및 도 18b에 도시하였다.
도 17a는 도 7에 도시한 1/4 파장 코플래너 공진기(200b)에 대하여 중심 도체의 각 측에 하나의 축소 스터브를 인터디지털 형태 및 네스팅 형태로 설치한 경우의 구성을 도시하고 있다. 즉, 도 12에 도시한 1/4 파장 코플래너 공진기(300b)의 구성이다. 전자계 시뮬레이션을 함에 있어서, 중심 도체(101)의 폭을 0.08mm, 단락 선로 도체(101a)와 선로 도체(101f) 사이를 1.80mm, 중심 선로 도체(101b)와 평행한 지도체(103)의 가장자리부(103a) 사이를 2.88mm로 하였다. 갭부(107d) 및 갭부(107c)의 입출력 방향의 폭길이는 각각 2.00mm로 하였다. 이 1/4 파장 코플래너 공진기에서는 중심 도체(101)가 8GHz에서 공진하는 것으로 설계하였다. 또한 중심 도체(101)와 기본 스터브(104)의 U자폭의 폭길이와 기본 스터브(104)와 축소 스터브(108)의 U자폭의 폭길이는 각각 동일한 0.08mm로 하였다. 이 1/4 파장 코플래너 공진기(300b)의 S21 파라미터(단위: 데시벨(dB))와 주파수와의 관계를 도 17b에 도시하였다. 중심 도체(101)의 공진 주파수(f1=8GHz)는 스플릿되어 주파수(f1)보다 낮은 주파수(f2≒4.5GHz)에서 공진하는 것을 알 수 있다. 또한, 이 시뮬레이션 예에서는 공진 주파수(f1=8GHz)는 기본 스터브(104) 및 축소 스터브(108)가 설치됨으로써 주파수(f2≒4.5GHz)와 주파수(f3≒8.5GHz)의 적어도 2개로 스플릿되어 있다.
도 18a는 도 7에 도시한 1/4 파장 코플래너 공진기(200b)에 대하여 중심 도체의 각 측에 2개의 축소 스터브를 인터디지털 형태 및 네스팅 형태로 설치한 경우의 구성을 도시하였다. 즉, 도 17a에 도시한 1/4 파장 코플래너 공진기(300b)의 구성에 하나의 축소 스터브를 더 설치한 구성이다. 또한 중심 도체(101)와 기본 스터브(104)의 U자폭의 폭길이와, 기본 스터브(104)와 제1 축소 스터브(108)의 U자폭의 폭길이와, 제1 축소 스터브(108)와 제2 축소 스터브(108')의 U자폭의 폭길이는 각각 동일한 0.08mm로 하였다. 이 1/4 파장 코플래너 공진기의 S21 파라미터(단위: 데시벨(dB))와 주파수와의 관계를 도 18b에 도시하였다. 중심 도체(101)의 공진 주파수(f1=8GHz)는 스플릿되어 주파수(f1)보다 낮은 주파수(f2≒4.4GHz)에서 공진하는 것을 알 수 있다. 또한, 이 시뮬레이션 예에서는 공진 주파수(f1=8GHz)는 기본 스터브(104) 및 중심 도체의 각 측에 2개의 축소 스터브가 설치됨으로써 주파수(f2≒4.4GHz)와 주파수(f3≒7.9GHz)의 적어도 2개로 스플릿되어 있다.
다음, 도 19a에 본 발명의 다른 실시 형태인 1/2 파장 코플래너 공진기(400)를 도시하였다.
1/2 파장 코플래너 공진기(400)는 예컨대 사각판형의 유전체 기판(105)의 표면에 설치된 지도체(103)와, 지도체(103)를 식각 가공하여 패터닝 형성된 중심 도체(101) 및 4개의 선로 도체(104)를 포함하여 구성된다. 또한, 도시한 코플래너 공진기의 양단측(각 도면을 정면으로 보았을 때의 좌우)에는 입출력 단자(851, 852)를 설치하였다.
중심 도체(101)는 양단이 개방된 직선형의 선로 도체이며, 공진 주파수(f1)에 있어서 1/2 파장에 해당하는 전기 길이를 갖는 것으로서 물리 길이가 설계된 것이다. 중심 도체(101)의 주위에는 갭부가 존재하며, 이 갭부에 4개의 선로 도체(104)가 배치된다.
또한, 중심 도체(101)는 그 개방 단부(101c)를 각각 입출력 단자(851, 852)에 대향시킨 배치로 되어 있다. 즉, 중심 도체(101)는 1/2 파장 코플래너 공진기(400)의 입출력 방향으로 연신 형성되어 있다.
도 19a에 도시한 1/2 파장 코플래너 공진기(400)에 사용되는 선로 도체(104)의 형상은 각각 도 4에 도시한 1/4 파장 코플래너 공진기(100b)에 사용되는 기본 스터브(104)의 형상과 동일하다. 물론, 예컨대 도 1이나 도 5에 도시한 1/4 파장 코플래너 공진기(100a)나 1/4 파장 코플래너 공진기(100c)에 사용되는 기본 스터 브(104)와 동등한 형상을 갖는 선로 도체를 사용할 수 있다.
각 기본 스터브(104)는 기본 스터브(104)의 밑동부(104d)에서 지도체(103)와 접속되어 있는데, 각 밑동부(104d)는 중심 도체(101)의 개방 단부(101c) 측에 설치되어 있고, 중심 도체(101)와 평행한 지도체(103)의 가장자리부(103a)에 접속되어 있다. 즉, 4개의 기본 스터브(104)는 중심 도체(101)의 연신 방향에 관하여 대칭으로, 중심 도체(101)의 중앙에서 그 연신 방향과 수직 방향에 관하여 대칭으로 중심 도체(101)의 주위의 갭부에 설치되어 있다. 이 때, 중심 도체(101)의 연신 방향에 관하여 각 측에 설치된 2개의 기본 스터브(104)는 각각의 제2 병행 선로 도체(104e)를 대향시켜 배치되어 있다.
도 19a에 도시한 1/2 파장 코플래너 공진기(400)에서는 중심 도체(101)의 개방 단부(101c)와 2개의 기본 스터브(104)의 밑동부(104d)가 대략 동일 직선 상에 나란한 위치 관계로 되어 있다. 단, 이러한 위치 관계로 하는 것은 필수적인 기술 사항은 아니다.
1/2 파장 코플래너 공진기(400)에서는 중심 도체(101)에 대하여 각 기본 스터브(104)의 제1 병행 선로 도체(104a)를 근접 배치함으로써 중심 도체(101)의 공진 주파수(f1)가 스플릿되어 주파수(f1)보다 낮은 주파수(f2)에서 공진시킬 수 있다.
전자계 시뮬레이션을 함에 있어서, 중심 도체(101)의 전체 길이를 7.00mm, 중심 도체(101)의 폭을 0.08mm, 기본 스터브(104)의 중심 도체(101)에 평행한 부분 의 길이를 3.30mm, 중심 도체(101)와 평행한 지도체(103)의 가장자리부(103a) 사이를 2.88mm로 하였다. 입출력 단자의 일측(851)과 중심 도체(101)의 개방 단부의 일측과의 거리 및 입출력 단자의 타측(852)과 중심 도체(101)의 개방 단부의 타측과의 거리는 각각 2.00mm로 하였다. 이 1/2 파장 코플래너 공진기에서는 중심 도체(101)가 9.5GHz에서 공진하는 것으로 설계하였다. 또한, 9.5GHz에서 공진하는 것으로 설계된 종래의 1/2 파장 코플래너 공진기(도 20a 참조)의 S21 파라미터(단위: 데시벨(dB))와 주파수와의 관계를 도 20b에 도시해 두었다.
도 19a에 도시한 1/2 파장 코플래너 공진기(400)의 S21 파라미터(단위: 데시벨(dB))와 주파수와의 관계를 도 19b에 도시하였다. 중심 도체(101)의 공진 주파수(f1=9.5GHz)는 스플릿되어 주파수(f1)보다 낮은 주파수(f2≒3.4GHz)에서 공진하는 것을 알 수 있다. 또한, 이 시뮬레이션 예에서는 공진 주파수(f1=9.5GHz)는 4개의 기본 스터브(104)가 설치됨으로써 주파수(f2≒3.4GHz)와 주파수(f3≒7.7GHz)와 주파수(f4≒11GHz)의 적어도 3개로 스플릿되어 있다.
1/4 파장 코플래너 공진기의 경우에서 설명한 것과 동일하게, 보다 높은 주파수에서 1/2 파장에 해당하는 전기 길이인 물리 길이의 선로 도체로서 중심 도체를 설계·제작할 수 있고, 중심 도체(101)와 지도체(103)와의 갭부에 기본 스터브(104)를 설치하기만 한 구조이므로, 종래에 비하여 소형의 1/2 파장 코플래너 공진기가 실현된다.
참고로, 도 21a에 도 19a에 도시한 1/2 파장 코플래너 공진기(400)로부터 중심 도체(101)를 제외한 코플래너 공진기(800)의 구성과, 이 구성의 코플래너 공진기(800)의 S21 파라미터(단위: 데시벨(dB))와 주파수와의 관계를 도 21b에 도시하였다.
이 구성의 코플래너 공진기(800)는 약 4.3GHz와 약 7.7GHz를 공진 주파수로 하고 있다. 따라서, 도 19a에 도시한 1/2 파장 코플래너 공진기(400)의 공진 주파수(f2≒3.4GHz)는 도 21a에 도시한 코플래너 공진기(800)의 공진 주파수가 아님을 알 수 있으며, 또한 도 19a에 도시한 1/2 파장 코플래너 공진기(400)는 도 21a에 도시한 코플래너 공진기(800)의 공진 주파수보다, 그리고 도 20a에 도시한 1/2 파장 코플래너 공진기의 공진 주파수보다 더 낮은 주파수를 공진 주파수로 하는 것을 알 수 있다.
계속하여, 본 발명의 코플래너 공진기를 복수 개 직렬 접속하여 구성한 본 발명의 코플래너 필터의 일 실시 형태를 개시한다.
도 22는 도 7에 도시한 1/4 파장 코플래너 공진기(200b)를 4개 순서대로 직렬로 전자기적으로 접속하여 구성한 코플래너 필터(500)를 도시하고 있다.
사각판형의 유전체 기판(105)의 길이 방향의 일측의 유전체 기판(105) 상에 지도체(103)를 식각 가공하여 입출력 단자(590)가 형성되어 있다. 이 입출력 단자(590)는 유전체 기판(105)의 길이 방향을 따라 연신 형성된 선로 도체이다. 또한 입출력 단자(590)의 연신 방향의 양편에는 갭부를 두고 지도체(103)가 배치된 다. 입출력 단자(590)의 일단에는 입출력 단자(590)와 동일한 선로폭으로 유전체 기판(105)의 길이 방향과 직교하는 방향으로 연신 형성된 선로 도체(591)가 그 중앙부에서 접속되어 있다.
또한 유전체 기판(105)의 길이 방향의 타측의 유전체 기판(105) 상에는 지도체(103)를 식각 가공하여 입출력 단자(593)가 형성되어 있다. 이 입출력 단자(593)는 유전체 기판(105)의 길이 방향을 따라 연신 형성된 선로 도체이다. 또한 입출력 단자(593)의 연신 방향의 양편에는 갭부를 두고 지도체(103)가 배치된다. 입출력 단자(593)의 일단에는 입출력 단자(593)와 동일한 선로폭으로 유전체 기판(105)의 길이 방향과 직교하는 방향으로 연신 형성된 선로 도체(592)가 그 중앙부에서 접속되어 있다.
그리고 갭부(571)를 사이에 두고 도 7에 도시한 1/4 파장 코플래너 공진기(P1)가 1/4 파장 코플래너 공진기(P1)의 선로 도체(101f)를 선로 도체(591)의 장변에 대향하도록 배치된다.
더욱이, 갭부(572)를 사이에 두고 도 7에 도시한 1/4 파장 코플래너 공진기(P2)가 1/4 파장 코플래너 공진기(P2)의 단락 선로 도체(101a)를 1/4 파장 코플래너 공진기(P1)의 단락 선로 도체(101a)에 대하여 대향하도록 배치된다.
이 때, 1/4 파장 코플래너 공진기(P1) 및 1/4 파장 코플래너 공진기(P2)는 갭부(572)를 마치 각각의 갭부(107d)로 한 배치로 되어 있어 갭부(572)에 관하여 반전 대칭의 배치 관계에 있다. 또한, "반전"이란 형상에 대하여 반전시키는 취지이며, 그 크기까지도 동일성을 유지하여 반전시켜야 한다는 취지는 아니다.
동일한 방법으로 또한, 갭부(573)를 사이에 두고 도 7에 도시한 1/4 파장 코플래너 공진기(P3)가 1/4 파장 코플래너 공진기(P3)의 선로 도체(101f)를 1/4 파장 코플래너 공진기(P2)의 선로 도체(101f)에 대하여 대향하도록 배치된다.
더욱이, 갭부(574)를 사이에 두고 도 7에 도시한 1/4 파장 코플래너 공진기(P4)가 1/4 파장 코플래너 공진기(P4)의 단락 선로 도체(101a)를 1/4 파장 코플래너 공진기(P3)의 단락 선로 도체(101a)에 대하여 대향하도록 배치된다. 또한, 1/4 파장 코플래너 공진기(P4)의 선로 도체(101f)는 갭부(575)를 사이에 두고 선로 도체(592)의 장변에 대향해 있다.
이와 같이 코플래너 필터(500)는 4개의 1/4 파장 코플래너 공진기(P1, P2, P3, P4)를 교대로 반전 배치하여 입출력 방향으로 직렬 접속한 구성으로 되어 있다.
또한 코플래너 필터의 다른 실시 형태로서 도 22에 도시한 코플래너 필터(500)에 있어서 갭부(572) 및 갭부(574)를 설치하지 않는 구성으로 할 수도 있다(도 23 참조). 도 23에 도시한 코플래너 필터도 4개의 1/4 파장 코플래너 공진기(P1, P2, P3, P4)를 교대로 반전 배치하여 입출력 방향으로 직렬 접속한 구성으로 되어 있다.
도 22 및 도 23에서는 도 7에 도시한 1/4 파장 코플래너 공진기(200b)를 순서대로 교대로 반전 배치하여 이들을 직렬로 접속한 구성의 코플래너 필터를 도시하였으나, 접속시킬 1/4 파장 코플래너 공진기(200b)의 개수를 4로 한정하는 취지 는 아니다. 일반적으로는, 예컨대 1/4 파장 코플래너 공진기(P1)와 이것을 반전 배치한 1/4 파장 코플래너 공진기(P2)와의 조합을 하나의 세트로 하여 이 세트를 복수 직렬로 접속하여 코플래너 필터를 구성할 수 있다. 또한 코플래너 필터를 구성하는 코플래너 공진기를 도 7에 도시한 1/4 파장 코플래너 공진기(200b)에 한정하는 취지가 아니며, 이미 설명한 1/4 파장 코플래너 공진기를 사용할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시 형태인 1/2 파장 코플래너 공진기를 이용하여 코플래너 필터를 구성할 수도 있다.
도 24는 본 발명의 일 실시 형태인 1/2 파장 코플래너 공진기를 이용하여 구성한 경우의 일례로서 코플래너 필터(600)를 도시하고 있다. 코플래너 필터(600)에 사용한 1/2 파장 코플래너 공진기는 도 19a에 도시한 1/2 파장 코플래너 공진기(400)의 변형예이다. 이 변형예는 중심 도체(101)의 2개의 개방 단부(101c)를 각각 2방향으로 분기하여 H자 형상으로 형성된 점에서 1/2 파장 코플래너 공진기(400)와 다르다. 이 변형예의 중심 도체(101)는 양단이 개방된 직선형의 선로 도체인 2개의 선로 도체(101h) 및 각 선로 도체(101h)의 중앙부끼리를 접속하는 선로 도체인 중심 선로 도체(101b)로 이루어지며, 공진 주파수(f1)에서 1/2 파장에 해당하는 전기 길이를 갖는 것으로서 중심 선로 도체(101b) 및 2개의 선로 도체(101h)의 각 물리 길이가 설계된 것이다. 그리고, 4개의 기본 스터브(104)의 제1 병행 선로 도체(104a)는 각각 중심 선로 도체(101b)에 대하여 등간격으로 배치되어 있다. 이 때, 각 기본 스터브(104)의 선로 도체(104b)는 중심 도체(101)의 선로 도체(101h)에 대하여 등간격으로 배치되어 있다.
코플래너 필터(600)는 입출력 단자(590) 및 입출력 단자(593)와의 사이의 갭부에 전술한 1/2 파장 코플래너 공진기(400)의 변형예를 2개 직렬로 배치하여 전자기적으로 접속한 구성으로 되어 있다. 즉, 전술한 1/2 파장 코플래너 공진기(400)의 변형예(R1)의 일측의 선로 도체(101h)가 갭부(571)를 사이에 두고 선로 도체(591)의 장변에 대향하고, 1/2 파장 코플래너 공진기(400)의 변형예(R1)의 타측의 선로 도체(101h)와 1/2 파장 코플래너 공진기(400)의 변형예(R2)의 일측의 선로 도체(101h)가 갭부(573)를 사이에 두고 대향해 있으며, 1/2 파장 코플래너 공진기(400)의 변형예(R2)의 타측의 선로 도체(101h)가 갭부(575)를 사이에 두고 선로 도체(592)의 장변에 대향한 구성이다.
물론, 전술한 1/2 파장 코플래너 공진기(400)의 변형예를 세 개 이상 직렬로 접속한 구성으로 할 수도 있다. 또한 코플래너 필터에 사용하는 1/2 파장 코플래너 공진기를 전술한 1/2 파장 코플래너 공진기(400)의 변형예에 한정하는 것도 아니다.
이상에 예시한 코플래너 필터는 본 발명의 코플래너 공진기를 사용함으로써 코플래너 공진기를 직렬로 접속한 방향의 전체 길이가 종래보다 단축된 것이 된다. 또한 어느 코플래너 공진기도 중심 선로 도체와 지도체와의 갭부에 기본 스터브(104)를 설치하기만 한 구조이므로 전체 길이 단축과 서로 작용하여 종래에 비하여 소형의 코플래너 필터가 실현된다.
도 25에 도시한 코플래너 필터의 주파수 특성을 도 26a, 도 26b에 도시하였다. 도 25에 도시한 코플래너 필터는 도 22에 도시한 코플래너 필터(500)이며, 중 심 주파수 5GHz, 대역폭 160MHz로서 설계하였다. 그 설계 치수는 중심 도체(101)의 폭을 0.08mm, 1/4 파장 코플래너 공진기(P1 및 P4)에 대해서는 단락 선로 도체(101a)와 선로 도체(101f)의 외측 양단 폭을 1.55mm, 1/4 파장 코플래너 공진기(P2 및 P3)에 대해서는 단락 선로 도체(101a)와 선로 도체(101f)의 외측 양단 폭을 1.64mm, 중심 선로 도체(101b)와 평행한 지도체(103)의 가장자리부(103a) 사이를 2.88mm로 하였다. 중심 도체(101)와 기본 스터브(104)의 U자폭의 폭길이는 모두 0.08mm로 하였다. 또한, 1/4 파장 코플래너 공진기(P1-P2) 사이 및 (P3-P4) 사이는 0.33mm, 1/4 파장 코플래너 공진기(P2-P3) 사이는 0.54mm이다.
도 26a, 도 26b에 도시한 각 그래프의 가로축은 주파수를 GHz 단위로, 세로축은 반사 계수인 S11 파라미터를 dB 단위로, 우측 세로축은 투과 계수인 S21 파라미터를 dB 단위로 나타내었다. 도 26a는 0GHz-25GHz의 범위에서 도 22에 도시한 코플래너 필터(500)의 주파수 특성을 나타낸 것이다. 도 26b는 4GHz-6GHz의 범위에서 도 22에 도시한 코플래너 필터(500)의 주파수 특성을 나타낸 것이다. 도 26a, 도 26b에서 알 수 있는 바와 같이, 도 22에 도시한 코플래너 필터(500)는 중심 주파수 5GHz, 반값폭으로 대역폭 160MHz인 요구 성능을 실현하고 있어 이 대역에 있어서 S11값은 급준하게 저하하여 -20dB 이하로 되어 있다.
상기에 예시한 코플래너 공진기 및 코플래너 필터에서는 중심 도체의 중심 선로 도체에 대하여 그 양측에 기본 스터브를 배치한 구성을 나타내었다. 이러한 구성을 나타낸 것은, 중심 선로 도체에 관하여 대칭 구조로 함으로써 공진기 또는 필터의 설계에 사용하는 전자계 시뮬레이션에 소요되는 계산 시간을 단축할 수 있기 때문이며, 중심 선로 도체의 어느 일측에만 기본 스터브를 배치할 수 있다.
(산업상 이용가능성)
본 발명은 예컨대 이동 통신, 위성 통신, 고정 마이크로파 통신 기타 통신 장치의 신호 송수신기에 이용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 있어서, 1/4 파장 코플래너 공진기의 사시도.
도 2a는 전자계 시뮬레이션에 사용한 1/4 파장 코플래너 공진기의 평면도.
도 2b는 전자계 시뮬레이션에 사용한 1/4 파장 코플래너 공진기의 평면도.
도 2c는 전자계 시뮬레이션에 사용한 1/4 파장 코플래너 공진기의 평면도.
도 2d는 전자계 시뮬레이션에 사용한 1/4 파장 코플래너 공진기의 평면도.
도 2e는 전자계 시뮬레이션에 사용한 1/4 파장 코플래너 공진기의 평면도.
도 2f는 전자계 시뮬레이션에 사용한 1/4 파장 코플래너 공진기의 평면도.
도 2g는 전자계 시뮬레이션에 사용한 1/4 파장 코플래너 공진기의 평면도.
도 3은 전자계 시뮬레이션에 사용한 각 1/4 파장 코플래너 공진기의 주파수 특성을 보인 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 있어서, 1/4 파장 코플래너 공진기(변형예)의 평면도.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 있어서, 1/4 파장 코플래너 공진기(변형예)의 평면도.
도 6은 본 발명의 다른 실시 형태에 있어서, 1/4 파장 코플래너 공진기의 평면도.
도 7은 본 발명의 다른 실시 형태에 있어서, 1/4 파장 코플래너 공진기(변형예)의 평면도.
도 8은 본 발명의 다른 실시 형태에 있어서, 1/4 파장 코플래너 공진기(변형예)의 평면도.
도 9a는 전자계 시뮬레이션에 사용한 1/4 파장 코플래너 공진기의 평면도.
도 9b는 전자계 시뮬레이션에 사용한 1/4 파장 코플래너 공진기의 평면도.
도 9c는 전자계 시뮬레이션에 사용한 1/4 파장 코플래너 공진기의 평면도.
도 9d는 전자계 시뮬레이션에 사용한 1/4 파장 코플래너 공진기의 평면도.
도 9e는 전자계 시뮬레이션에 사용한 1/4 파장 코플래너 공진기의 평면도.
도 9f는 전자계 시뮬레이션에 사용한 1/4 파장 코플래너 공진기의 평면도.
도 9g는 전자계 시뮬레이션에 사용한 1/4 파장 코플래너 공진기의 평면도.
도 9h는 전자계 시뮬레이션에 사용한 1/4 파장 코플래너 공진기의 평면도.
도 9i는 전자계 시뮬레이션에 사용한 1/4 파장 코플래너 공진기의 평면도.
도 10은 전자계 시뮬레이션에 사용한 각 1/4 파장 코플래너 공진기의 주파수 특성을 보인 도면.
도 11은 본 발명의 다른 실시 형태에 있어서, 1/4 파장 코플래너 공진기의 평면도.
도 12는 본 발명의 다른 실시 형태에 있어서, 1/4 파장 코플래너 공진기(변형예)의 평면도.
도 13은 본 발명의 다른 실시 형태에 있어서, 1/4 파장 코플래너 공진기(변형예)의 평면도.
도 14a는 종래의 1/4 파장 코플래너 공진기의 평면도.
도 14b는 도 14a에 도시한 1/4 파장 코플래너 공진기의 주파수 특성을 보인 도면.
도 15a는 도 7에 도시한 1/4 파장 코플래너 공진기의 평면도.
도 15b는 도 15a에 도시한 1/4 파장 코플래너 공진기의 주파수 특성을 보인 도면.
도 16a는 도 7에 도시한 1/4 파장 코플래너 공진기의 변형예의 평면도.
도 16b는 도 16a에 도시한 1/4 파장 코플래너 공진기의 주파수 특성을 보인 도면.
도 17a는 도 7에 도시한 1/4 파장 코플래너 공진기의 변형예의 평면도.
도 17b는 도 17a에 도시한 1/4 파장 코플래너 공진기의 주파수 특성을 보인 도면.
도 18a는 도 7에 도시한 1/4 파장 코플래너 공진기의 변형예의 평면도.
도 18b는 도 18a에 도시한 1/4 파장 코플래너 공진기의 주파수 특성을 보인 도면.
도 19a는 본 발명의 일 실시 형태인 1/2 파장 코플래너 공진기의 평면도.
도 19b는 도 19a에 도시한 1/2 파장 코플래너 공진기의 주파수 특성을 보인 도면.
도 20a는 종래의 1/2 파장 코플래너 공진기의 평면도.
도 20b는 도 20a에 도시한 1/2 파장 코플래너 공진기의 주파수 특성을 보인 도면.
도 21a는 도 19a에 도시한 1/2 파장 코플래너 공진기로부터 중심 도체를 제외한 코플래너 공진기의 평면도.
도 21b는 도 21a에 도시한 코플래너 공진기의 주파수 특성을 보인 도면.
도 22는 본 발명의 일 실시 형태인 코플래너 필터의 평면도(1/4 파장 코플래너 공진기를 사용한 경우).
도 23은 본 발명의 일 실시 형태인 코플래너 필터(변형예)의 평면도(1/4 파장 코플래너 공진기를 사용한 경우).
도 24는 본 발명의 일 실시 형태인 코플래너 필터의 평면도(1/2 파장 코플래너 공진기를 사용한 경우).
도 25는 전자계 시뮬레이션에 사용한 코플래너 필터의 평면도.
도 26a는 도 25에 도시한 코플래너 필터의 주파수 특성을 보인 도면.
도 26b는 도 26a의 5GHz 부근의 확대도.
도 27은 종래의 코플래너 필터의 약식 사시도(1/2 파장 코플래너 공진기를 사용한 경우).
도 28은 종래의 코플래너 필터의 약식 사시도(1/4 파장 코플래너 공진기를 사용한 경우).
도 29는 종래의 코플래너 필터의 약식 사시도(1/4 파장 코플래너 공진기를 사용한 경우).

Claims (12)

  1. 유전체 기판과,
    상기 유전체 기판 상에 설치되며, 입출력 방향으로 연신 형성된 선로 도체(이하, 「중심 선로 도체」라고 함)를 갖는 중심 도체와,
    상기 중심 도체에 대하여 갭부를 갖도록 상기 유전체 기판 상에 배열 설치된 지도체와,
    상기 지도체로부터 연신 형성된 선로 도체(이하, 「기본 스터브」라고 함)
    를 구비하고 있고,
    상기 기본 스터브의 일부가 상기 중심 선로 도체에 대하여 등간격으로 배치된 선로 도체(이하, 「병행 선로 도체」라고 함)인,
    코플래너 공진기에 있어서,
    상기 중심 도체는, 상기 코플래너 공진기가 공진하는 주파수 f2보다 높은 주파수 f1에 대응하는 전기 길이를 가지고,
    상기 주파수 f2는, 상기 중심 선로 도체에 대하여 상기 병행 선로 도체가 등간격으로 배치된 것에 의한 상기 주파수 f1의 스플릿에 의해 얻어지는 상기 중심 도체의 공진 주파수 중 낮은 쪽의 주파수인 것을 특징으로 하는 코플래너 공진기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 중심 도체는, 상기 주파수 f1에서의 1/4 파장에 해당하는 상기 전기 길이를 갖는 것으로서, 개방 단부를 갖는 것을 특징으로 하는 코플래너 공진기.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 기본 스터브는, 상기 중심 도체의 개방 단부측에서 상기 지도체에 단락되어 있는 것을 특징으로 하는 코플래너 공진기.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 중심 도체는, 상기 중심 선로 도체가 일단에서 접속되고, 양단이 상기 지도체에 단락된 선로 도체(이하, 「단락 선로 도체」라고 함)를 가지며,
    상기 기본 스터브는, 상기 단락 선로 도체에 대하여 등간격으로 배치된 선로 도체를 갖는 것을 특징으로 하는 코플래너 공진기.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 중심 도체는, 상기 주파수 f1에서의 1/2 파장에 해당하는 상기 전기 길이를 갖는 것으로서, 개방 단부를 갖는 것을 특징으로 하는 코플래너 공진기.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 기본 스터브는, 상기 중심 도체의 개방 단부측에서 상기 지도체에 단락되어 있는 것을 특징으로 하는 코플래너 공진기.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 지도체로부터 연신 형성된 1개의 스터브(이하, 「축소 스터브」라고 함)를 더 포함하고,
    상기 축소 스터브는 상기 기본 스터브와 닮은꼴 형상으로 상기 주파수 f1에서 상기 기본 스터브의 전기 길이보다도 짧은 전기 길이를 연장 방향으로 갖고,
    상기 축소 스터브는 상기 기본 스터브의 연장 방향과 상기 축소 스터브의 연장 방향이 서로 엇갈리도록 상기 기본 스터브와 상기 지도체 사이의 갭부에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 코플래너 공진기.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 지도체로부터 연신 형성된 1개의 스터브(이하, 「축소 스터브」라고 함)를 더 포함하고,
    상기 축소 스터브는 상기 기본 스터브와 닮은꼴 형상으로 상기 주파수 f1에서 상기 기본 스터브의 전기 길이보다도 짧은 전기 길이를 연장 방향으로 갖고,
    상기 축소 스터브는 상기 기본 스터브의 연장 방향과 상기 축소 스터브의 연장 방향이 서로 엇갈리도록 상기 기본 스터브와 상기 지도체 사이의 갭부에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 코플래너 공진기.
  9. 제 2 항에 있어서, 상기 중심 선로 도체의 양측에, 상기 기본 스터브가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 코플래너 공진기.
  10. 제 5 항에 있어서, 상기 중심 선로 도체의 양측에, 상기 기본 스터브가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 코플래너 공진기.
  11. 제 1 항에 기재된 코플래너 공진기 복수 개가 교대로 반전 배치되어 직렬 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 코플래너 필터.
  12. 삭제
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