KR101152033B1 - 안정적인 섭동 구조의 다중 모드 필터 - Google Patents

Abstract

안정적인 섭동 구조의 다중 모드 필터 가 개시된다. 개시된 필터는 적어도 하나의 캐비티; 상기 적어도 하나의 캐비티 각각에 수용되는 공진기; 제1 모드 및 이와 직교하는 제2 모드간 커플링을 위해 상기 캐비티 각각의 벽면에 결합되며 상기 캐비티의 바닥부로부터 연장되어 형성되는 섭동 구조물을 포함한다. 개시된 필터는 특성 변이가 적고 양산에 적합한 장점이 있다.

Description

안정적인 섭동 구조의 다중 모드 필터{Multi Mode Filter with Stable Perturbation Structure}

본 발명의 실시예들은 다중 모드 필터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 보다 안정적으로 모드간 커플링을 위한 섭동(Pertubation)을 발생시킬 수 있는 다중 모드 필터에 관한 것이다.

필터는 입력되는 주파수 신호 중 특정 주파수 대역의 신호만을 통과시키기 위한 장치로서 다양한 형식으로 구현되고 있다.

기지국과 같은 하이 파워를 요구하는 장치에서는 필터의 내부에 다수의 캐비티를 형성하고 각 캐비티에 공진기를 설치하는 캐비티 필터가 많이 이용되고 있다.

캐비피 필터를 포함하는 필터의 중요한 특성 하나는 스커트 특성 및 삽입 손실이다. 필터의 특성 그래프에서 통과 대역의 기울기에 대응되는 특성이며, 삽입 손실은 필터의 입출력에 대한 손실을 나타내는 특성이다.

스커트 특성은 필터의 폴 수가 많을수록 양호해지는 특성이 있으나, 삽입 손실은 이에 반비례하는 바, 스커트 특성과 삽입 손실은 서로 트레이드 오프 관계에 있으며, 이를 적절히 고려하여 필터의 폴 수를 결정한다.

캐비티 필터에서 필터의 폴 수는 캐비티의 수에 대응되며, 캐비티의 수는 필터의 사이즈와 직접적으로 연관된다.

이동통신의 발달에 따라 필터의 사용 용도는 확정되고 있으며, 필터의 소형화 및 고성능화는 계속적으로 요구되고 있으며, 이와 같은 요구에 대응하여 개발된 필터 중 하나가 다중 모드 필터이다.

다중 모드 필터는 단일 공진기에서 단일 공진모드를 이용하는 싱글 모드 필터와는 달리 단일 공진기에서 다수의 공진 모드를 이용하는 필터로서 싱글 모드 필터에 비해 그 사이즈가 소형화될 수 있고 고성능을 발휘하는 장점이 있다. 예를 들어, 듀얼 모드 필터의 경우 싱글 모드 필터에 비해 1/2의 캐비티 수를 요구하므로 소형화된 필터의 제작이 가능하다.

도 1은 종래의 듀얼 모드 필터에서 하나의 캐비티를 가진 필터의 평면도를 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 종래의 하나의 캐비티를 가지는 듀얼 모드 필터는 캐비티(100), 입력 커넥터(110), 출력 커넥터(120), 공진기(130), 제1 튜닝 엘리먼트(140), 제1 볼트(150), 제2 튜닝 엘리먼트(160) 및 제2 볼트(170)를 포함한다.

입력 커넥터(100)로는 RF 신호가 입력되며 입력 커넥터(100)는 케이블과 같은 전송 선로와 결합될 수 있다.

출력 커넥터(120)로는 필터를 통해 필터링된 신호가 출력된다.

공진기(130)는 유전체 재질로 이루어지며 미리 설정된 주파수 대역에서 공진을 발생시켜 주파수 필터링을 수행한다.

도 1에 도시된 종래의 듀얼 모드 공진기에는 상호 직교하는 두 개의 모드가 발생하며, 제1 모드는 제1 화살표(190) 방향으로 전계가 형성되고 제2 모드는 제2 화살표(180) 방향으로 전계가 형성된다.

제1 볼트(150)는 필터 캐비티의 제1 측벽을 관통하여 설치되며, 제1 볼트(150)의 일단에는 제1 튜닝 엘리먼트(140)가 결합된다. 제1 볼트(150)가 관통되는 측벽 홀의 내주면 및 볼트의 외주면에는 나사산이 형성되어 있어 제1 볼트(150)의 회전에 의해 제1 볼트가 삽입되는 깊이가 조절될 수 있다.

제1 볼트(150)에 결합되는 제1 튜닝 엘리먼트(140)는 유전체 또는 금속 재질로 이루어지며 제1 모드의 공진 주파수를 조절하는 기능을 한다. 제1 모드의 공진 주파수의 조절은 제1 튜닝 엘리먼트(140)와 공진기(130) 사이의 거리를 조절함으로써 이루어진다.

제2 볼트(170)는 필터 캐비티의 제2 측벽을 관통하여 설치되며, 제2 볼트(170)의 일단에는 제2 튜닝 엘리먼트(160)가 결합된다. 제1 볼트(150)와 같이 제2 볼트는 회전에 의해 삽입되는 깊이가 조절된다. 제2 볼트(170)에 결합되는 제2 튜닝 엘리먼트(160) 역시 유전체 또는 금속 재질로 이루어져 제1 튜닝 엘리먼트와 동일한 방식으로 제2 모드의 공진 주파수를 조절한다.

다중 모드 필터에서 직교하는 모드들은 독립적으로 발생하며 서로간의 상관 관계가 없어 직교하는 모드들간의 커플링 값은 '0' 이다. 다중 모드 필터로 동작하기 위해서는 모드간 커플링을 발생시켜야 하며, 이를 위해 섭동을 인가하는 구조가 듀얼 모드 필터에 필요하다.

도 1을 참조하면, 종래에는 직교하는 제1 모드 및 제2 모드의 모드간 커플링 발생을 위한 섭동 인가 구조로 공진기의 일부를 절개하는 구조를 사용하였다. 이와 같은 절개부(195)를 형성하여 섭동을 가하는 구조는 특성 변이가 심하며, 또한, 공진기를 도 1과 같이 직육면체 형태로 만든 후 절삭 공정을 수행하여야 하므로 가공 오차가 크며 제조 비용이 증가하는 문제점이 있었다.

상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 특성 변이가 적고 양산성이 용이한 섭동 구조를 가진 다중 모드 필터를 제안한다.

본 발명의 다른 목적은 캐비티에 섭동 구조를 형성하는 다중 모드 필터를 제안하는 것이다.

본 발명의 다른 목적들은 하기의 실시예를 통해 당업자에 의해 도출될 수 있을 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 적어도 하나의 캐비티; 상기 적어도 하나의 캐비티 각각에 수용되는 공진기; 제1 모드 및 이와 직교하는 제2 모드간 커플링을 위해 상기 캐비티 각각의 벽면에 결합되며 상기 캐비티의 바닥부로부터 연장되어 형성되는 섭동 구조물을 포함하는 다중 모드 필터가 제공된다.

상기 섭동 구조물은 상기 제1 모드 및 이에 직교하는 제2 모드의 전계 방향의 중간 영역에 형성되는 것이 바람직하다.

상기 섭동 구조물은 상기 제1 모드 및 이에 직교하는 제2 모드의 전계 방향과 45도 각도를 가지는 영역에 상기 캐비티의 벽면에 결합되어 형성될 수 있다.

본 발명에 의한 다중 모드 필터는 특성 변이가 적고 양산성이 용이한 장점이 있다.

도 1은 종래의 듀얼 모드 필터에서 하나의 캐비티를 가진 필터의 평면도를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 모드 필터의 평면도를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 모드 필터의 사시도를 도시한 도면이며, 도 4는 도 2의 다중 모드 필터에서 A-A'부분에 대한 단면도를 도시한 도면

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 모드 필터의 평면도를 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 모드 필터의 사시도를 도시한 도면이며, 도 4는 도 2의 다중 모드 필터에서 A-A' 부분에 대한 단면도를 도시한 도면이다.

도 2 내지 도 4에는 설명의 편의를 위해 두 개의 캐비티를 가지는 다중 모드 필터가 도시되어 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 단일 캐비티 구조의 다중 모드 필터 및 셋 이상의 캐비티를 가지는 다중 모드 필터에도 본 발명의 안정적인 섭동 발생 구조가 적용될 수 있을 것이다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 모드 필터는 제1 캐비티(200), 제1 공진기(202), 제1 섭동 구조물(204), 커플링 윈도우(206), 제2 캐비티(300), 제2 공진기(302), 제2 섭동 구조물(304), 입력 커넥터(400) 및 출력 커넥터(402)를 포함할 수 있다.

입력 커넥터(400)로는 RF 신호가 입력되며, 입력 커넥터는 예를 들어 RF 동축 선로와 같은 전송 선로와 결합될 수 있다. 출력 커넥터(402)로는 필터에 의해 필터링된 신호가 출력된다.

캐비티(200, 300)는 주파수 공진을 위해 캐비티 필터에 형성되는 공간이며 도 2에는 원통 형상을 가지는 캐비티가 도시되어 있으나 캐비티의 형상은 예를 들어 직육면체 형태와 같이 다르게 설정될 수 있다.

각각의 캐비티(200, 300)에는 공진기(202, 302)가 수용된다. 공진기(202, 302)는 다중 모드 필터에서 각 모드의 공진 주파수를 설정하기 위해 구비되는 구성 요소이다. 도 2 및 도 3에는 원통 형태의 공진기가 도시되어 있으나 이 외에도 직육면체 형태의 공진기와 같이 다양한 형태의 공진기가 사용될 수 있다.

원통형 공진기(202, 302)가 사용될 때 도 2에 도시된 바와 같이 제1 모드(250) 및 이와 직교하는 제2 모드(260)의 두 개의 모드가 발생할 수 있다. 이때, 제1 모드 및 제 2 모드는 모두 HEE 모드일 수 있다. 물론, 공진기의 형태가 다르거나 사용하는 모드를 다르게 설정할 때 제1 모드 및 제2 모드가 다른 종류의 모드일 수 있다는 점은 당업자에게 있어 자명할 것이다.

다중 모드 필터의 구현을 위해서는 직교하는 모드들간의 커플링을 발생시켜야 한다. 서로 직교하는 둘 이상의 모드는 서로간의 상관 관계가 없어 독립적으로 존재하며 직교하는 둘 이상의 모드간의 커플링 값은 0이다.

모드간 커플링을 발생시키기 위해서는 직교하는 모드들에 섭동(Pertubation)을 가하여야 한다. 통상적으로 섭동의 인가는 공진기에 특정 구조물을 부착하거나 공진기를 절개하는 방식으로 이루어진다. 그러나, 이와 같은 구조는 양산성에 문제가 발생하고 특성 변이가 큰 문제점이 있었다.

본 발명에서는 캐비티에 섭동 구조를 형성함으로써 양산성이 용이하고 특성 변이가 적은 다중 모드 필터를 제공한다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 섭동 구조물(204, 304)은 각각의 캐비티(200, 300)에 형성된다

섭동 구조물(204, 304)은 캐비티(200, 300)의 바닥부로부터 연장되며 캐비티(200, 300)의 벽면에 결합된다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 섭동 구조물의 단면은 캐비티 벽면과의 결합부는 그 폭이 넓고 캐비티 벽면에서 멀어질수록 그 폭이 좁아지는 구조를 가질 수 있으나, 이와 달리 일정한 폭을 가지는 구조물로도 섭동을 발생시키는 것이 가능하다.

섭동 구조물(204, 304)은 직교하는 두 개의 모드의 대각선 방향에 형성된다. 도 2를 참조하면, 직교하는 두 개의 모드(250, 260)의 전계 방향의 중간 부분인 두 모드 전계 방향의 대각선 방향 중 하나에 제1 섭동 구조물(204)이 위치하며, 제2 섭동 구조물(304)도 동일한 방식으로 그 위치가 설정된다. 즉, 섭동 구조물(204, 304)은 상기 제1 모드 및 이에 직교하는 제2 모드의 전계 방향과 45도 각도를 가지는 영역에 상기 캐비티의 벽면에 결합되어 형성될 수 있다.

섭동 구조물(204)의 단면 사이즈 및 높이는 필요한 모드간 커플링량에 따라 설정될 수 있다.

상술한 바와 같이, 캐비티의 벽면에 섭동 구조물(204, 304)을 형성하여 섭동에 의해 모드간 커플링을 발생시키는 구조는 필터의 캐비티를 형성할 때 함께 섭동 구조물을 형성할 수 있으므로 종래의 공진기에 섭동 구조를 형성하는 경우에 비해 양산 시 제조 비용을 절감할 수 있다.

아울러, 공진기 자체는 변형되지 않으므로 이로 인한 특성 변이 및 가공 오차에 따른 특성 오류가 최소화될 수 있는 장점이 있다.

각 캐비티(200, 300)에 구비되는 섭동 구조물(204, 304)로 인해 직교하는 두 개의 모드간에는 커플링이 발생하며, 하나의 캐비티에는 두 개의 공진 포인트가 발생하게 된다. 이와 같이, 단일 캐비티에서 각 모드에 따른 두 개의 공진점을 형성함으로써 필요한 스커트 특성을 확보하기 위해 필요한 캐비티의 수를 절감할 수 있게 된다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (3)

1. 적어도 하나의 캐비티;
   상기 적어도 하나의 캐비티 각각에 수용되는 공진기;
   제1 모드 및 이와 직교하는 제2 모드간 커플링을 위해 상기 캐비티 각각의 벽면에 결합되며 상기 캐비티의 바닥부로부터 연장되어 형성되는 섭동 구조물을 포함하되, 상기 섭동 구조물은 상기 제1 모드 및 이에 직교하는 제2 모드의 전계 방향의 중간 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 다중 모드 필터.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 섭동 구조물은 상기 제1 모드 및 이에 직교하는 제2 모드의 전계 방향과 45도 각도를 가지는 영역에 상기 캐비티의 벽면에 결합되어 형성되는 것을 특징으로 하는 다중 모드 필터.

Images