KR101416998B1 - Band pass filter of Stepped Impedance Resonator type - Google Patents
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Abstract
실시예에 따른 SIR형 밴드패스필터는 기판 상에 패터닝된 공진부를 포함하는 밴드패스필터에 관한 것으로서, 수회 꺽인 다단형 라인 구조를 가지며, 폐쇄형 루프 또는 개방형 루프 구조의 공진 영역을 형성하는 제1공진부; 및 상기 라인 구조를 가지며, 상기 제1공진부의 공진 영역 내부에 적어도 일부가 형성된 제2공진부를 포함한다.A SIR-type band-pass filter according to an embodiment of the present invention relates to a band-pass filter including a patterned resonance portion on a substrate and includes a first multi-stage line structure having a plurality of turn- A resonance part; And a second resonator part having the line structure and at least a part formed inside the resonance area of the first resonator part.
실시예에 따른 SIR형 밴드패스필터에 의하면, 최소화된 사이즈 및 고차원의 필터 특성을 동시에 구현할 수 있는 효과가 있다. 또한, 다층 기판 구조, 다단형 라인 구조, 다양한 형태의 슬롯 구조에 의하여 공진 영역의 수와 크기를 다양하게 응용할 수 있으며, 따라서 필터 특성을 정확하게 구현할 수 있는 효과가 있다.According to the SIR type band-pass filter according to the embodiment, the minimized size and high-order filter characteristics can be realized at the same time. Also, the number and size of the resonance regions can be variously applied by the multilayer substrate structure, the multi-stage line structure, and the slot structures of various types, and thus the filter characteristics can be accurately implemented.
SIR, LTCC, 공진기, 밴드패스필터, 마이크로스트립 라인 SIR, LTCC, resonator, bandpass filter, microstrip line
Description
실시예는 통신모듈에 사용되는 SIR형 밴드패스필터에 관한 것이다.The embodiment relates to an SIR type bandpass filter used in a communication module.
휴대폰, PDA(Personal Digital Assistant), RFID(Radio Frequency IDentification) 장치와 같은 통신기기에는 각종 전자소자가 기판 상에 집적된 통신모듈이 구비된다. 이러한 통신모듈은 잡음 성분의 신호를 제거하거나, 송수신 신호를 분리하거나, 회로의 입출력 임피던스를 매칭시키기 위한 용도로 필터가 구비된다.BACKGROUND ART Communication devices such as a cellular phone, a PDA (Personal Digital Assistant), and an RFID (Radio Frequency Identification) device are equipped with communication modules in which various electronic devices are integrated on a substrate. Such a communication module is provided with a filter for eliminating a signal of a noise component, separating transmission / reception signals, or matching the input / output impedance of a circuit.
또한, SIP(System In Package) 기술과 같이 통신모듈의 집적화 추세에 따라 LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramic) 기판에 수동 부품을 패터닝함으로써 부품 수 및 실장 영역을 감소시키는 기술이 많이 이용되고 있다.In addition, techniques such as SIP (System In Package) technology for reducing the number of components and mounting area by patterning passive components on LTCC (Low Temperature Co-fired Ceramic) substrates have been widely used in accordance with integration trend of communication modules.
특히, LTCC 공정의 용이성, 사이즈 축소 등의 장점으로 인하여 밴드패스필터로서 SIR(Stepped Impedance Resonator)이 이용되며, SIR는 스트립라인들이 나란히 대칭적으로 배치되고 그 크기 및 형태에 따른 임피던스의 차이를 이용하여 특정 주파수에서 공진을 발생시킴으로써 밴드패스필터로 기능된다.Particularly, because of advantages such as ease of LTCC process and size reduction, SIR (Stepped Impedance Resonator) is used as a bandpass filter, SIR is arranged symmetrically in parallel with strip lines, and difference in impedance Thereby generating a resonance at a specific frequency, thereby functioning as a band-pass filter.
이와 같은 SIR형 밴드패스필터는 스트립라인의 크기와 형태에 따른 임피던스의 차이, 그리고 각 스트립라인의 이격 거리 등의 요인에 따라 통과 대역 주파수가 결정되는데, 이에 대하여 살펴보면 다음과 같다.The SIR-type band-pass filter determines the passband frequency according to factors such as the difference in impedance depending on the size and shape of the strip line, and the separation distance of each strip line.
도 1은 SIR형 밴드패스필터의 다양한 형태를 예시한 도면이다.1 is a diagram illustrating various forms of an SIR type band-pass filter.
도 1의 (a)에 도시된 필터는 수평 구조로서 공진 영역의 수가 적으며, 공진을 일으키는 폭이 좁으므로 길이 방향으로 길게 형성된다. 수평 구조의 필터는 공진 영역의 길이(L1, L3), 공진 영역간 거리(L2)가 주된 설계 변수로서, 이들 변수에 의하여 특성 임피던스, 공진 주파수 및 파장이 조정될 수 있다.The filter shown in Fig. 1 (a) has a horizontal structure with a small number of resonance regions and a long width in the longitudinal direction because the resonance width is narrow. In the filter of the horizontal structure, the lengths (L1 and L3) of the resonance region and the resonance region distance (L2) are main design variables, and the characteristic impedance, the resonance frequency and the wavelength can be adjusted by these parameters.
가령, 2.4GHz 대역 신호를 공진시키기 위해서는, 필터의 전체 길이(Lt)가 2.4GHz의 파장 길이에 해당되는 약 12.5cm가 되어야 햐므로 소형화에 불리하다.For example, in order to resonate the 2.4 GHz band signal, the total length Lt of the filter should be about 12.5 cm corresponding to the wavelength of 2.4 GHz, which is disadvantageous for downsizing.
도 1의 (b)에 도시된 필터는 수직 구조로서 공진을 일으키는 영역이 확장되고 길이 방향으로 축소된 것을 볼 수 있다. 이러한 경우 공진 영역의 폭(W), 길이(L), 간격(S)의 설계 변수에 의하여 주파수 대역이 결정되고, 공진 영역을 연결하는 핀의 폭(t)에 의하여 감쇠 폴(pole)의 위치를 조정할 수 있다.It can be seen that the filter shown in Fig. 1 (b) has a vertical structure in which the region causing resonance is expanded and reduced in the longitudinal direction. In this case, the frequency band is determined by the design variables of the width (W), the length (L) and the spacing (S) of the resonance region and the frequency of the attenuation pole Can be adjusted.
따라서, (b)의 필터는 길이 방향으로 축소된 반면, 전체 영역이 2차 평면 상에서 확대될 수 밖에 없으며, 따라서 필터의 크기를 최소화하는데 제약이 있다.Therefore, while the filter in (b) is reduced in the longitudinal direction, the entire region must be enlarged on the secondary plane, and therefore, there is a limitation in minimizing the size of the filter.
도 1의 (c)에 도시된 필터는 (b)의 필터를 상호 대향하게 배치함으로써 공진 영역의 수와 크기를 늘리고 라인이 꺽이는 다단 형태를 늘림으로써, 고차원 필터를 구현한 예이다. 여기서, "차원"이란 필터의 특성을 정의하는데 사용되는 전달함수 S파라미터의 차수를 의미한다.The filter shown in FIG. 1 (c) is an example of implementing a high-dimensional filter by increasing the number and size of resonance regions and increasing the number of multi-stepped lines by arranging the filters of FIG. Here, "dimension" means the order of the transfer function S parameter used to define the characteristics of the filter.
그러나, 전술한 것처럼, 필터가 고차원화될수록 사이즈는 커질 수 밖에 없으며, 상기 예시한 필터들의 다단 구조에 의하면 필터의 차수를 증가시키는데 한계가 있다.However, as described above, the higher the size of the filter, the larger the size of the filter. In the multi-stage structure of the above-described filters, there is a limit to increase the degree of the filter.
실시예는 최소화된 사이즈를 가지며 고차원의 필터 특성을 가지는 SIR형 밴드패스필터를 제공한다.The embodiment provides an SIR-type band-pass filter having a minimized size and high-order filter characteristics.
실시예는 S파라미터 상의 감쇠 폴의 위치 및 공진 주파수 대역을 정확히 조정할 수 있는 SIR형 밴드패스필터를 제공한다.The embodiment provides an SIR-type bandpass filter capable of precisely adjusting the position and resonance frequency band of the attenuation pole on the S-parameter.
실시예에 따른 SIR형 밴드패스필터는 기판 상에 패터닝된 공진부를 포함하는 밴드패스필터에 관한 것으로서, 수회 꺽인 다단형 라인 구조를 가지며, 폐쇄형 루프 또는 개방형 루프 구조의 공진 영역을 형성하는 제1공진부; 및 상기 라인 구조를 가지며, 상기 제1공진부의 공진 영역 내부에 적어도 일부가 형성된 제2공진부를 포함한다.A SIR-type band-pass filter according to an embodiment of the present invention relates to a band-pass filter including a patterned resonance portion on a substrate and includes a first multi-stage line structure having a plurality of turn- A resonance part; And a second resonator part having the line structure and at least a part formed inside the resonance area of the first resonator part.
실시예에 따른 SIR형 밴드패스필터는 수회 꺽인 다단형 라인 구조를 가지며 폐쇄형 루프 또는 개방형 루프 구조의 공진 영역을 형성하는 제1공진부 및 상기 라인 구조를 가지며 상기 제1공진부의 공진 영역 내부에 적어도 일부가 형성된 제2공진부가 금속 박막 형태로 형성된 제1기판; 상기 제1기판과 동일한 구조를 가지는 제2기판; 및 상기 제1기판 및 제2기판 사이에 위치되고, 상기 제1공진부 및 상기 제2공진부의 끝단 중 하나 이상에 대응되는 영역에 슬롯이 형성된 제3기판을 포함한다.The SIR-type band-pass filter according to the embodiment includes a first resonance part having a multi-stepped multi-stage line structure and forming a resonance area of a closed loop or an open loop structure, and a first resonance part having the line structure inside the resonance area of the first resonance part A first substrate formed in a form of a metal thin film having a second resonant portion formed at least partially; A second substrate having the same structure as the first substrate; And a third substrate positioned between the first substrate and the second substrate and having a slot formed in an area corresponding to at least one of the first resonator and the second resonator.
실시예에 따른 SIR형 밴드패스필터에 의하면, 최소화된 사이즈 및 고차원의 필터 특성을 동시에 구현할 수 있는 효과가 있다.According to the SIR type band-pass filter according to the embodiment, the minimized size and high-order filter characteristics can be realized at the same time.
실시예에 의하면, 다층 기판 구조, 다단형 라인 구조, 다양한 형태의 슬롯 구조에 의하여 공진 영역의 수와 크기를 다양하게 응용할 수 있으며, 따라서 필터 특성을 정확하게 구현할 수 있는 효과가 있다.According to the embodiment, the number and size of the resonance region can be variously applied by the multilayer substrate structure, the multi-stage line structure, and the slot structure of various types, and thus the filter characteristic can be accurately realized.
실시예에 의하면, SIR형 밴드패스필터의 설계 자유도를 확보할 수 있다.According to the embodiment, the design freedom of the SIR type band-pass filter can be secured.
첨부된 도면을 참조하여, 실시예에 따른 SIR형 밴드패스필터에 대하여 상세히 설명한다.The SIR band-pass filter according to the embodiment will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 제1실시예에 따른 SIR형 밴드패스필터(이하, "제1실시예에 따른 필터"라 한다)(100)의 구조를 개략적으로 도시한 상면도이다.Fig. 2 is a top view schematically showing the structure of an SIR band-pass filter (hereinafter referred to as "filter according to the first embodiment ") 100 according to the first embodiment.
제1실시예에 따른 필터(100)는 크게 제1공진부(110)와 제2공진부(120)로 이루어지는데, 제1공진부(110)와 제2공진부(120)는 기판(A) 상의 금속 박막 일부가 제거된 패턴 형태로 구현될 수 있으며, 가령 스트립 라인 형태로 구현될 수 있다.The
상기 제1공진부(110)는 수회 꺽인 다단형 라인 구조를 가지며, 공진 영역을 형성한다.The
상기 제2공진부(120)는 제1공진부(110)와 유사하게 수회 꺽인 다단형 라인 구조를 가지며, 상기 제1공진부(110)의 공진 영역 내부에 형성된다.Similar to the
상기 제2공진부(120)가 제1공진부(110)의 공진 영역 내부에 형성됨에 있어서, 폐쇄형 루프 또는 개방형 루프 구조의 공진 영역을 형성할 수 있음은 물론 이다.It is a matter of course that the
상기 제1공진부(110)는 제1도전체(112), 제2도전체(114), 제3도전체(116), 제4도전체(118)를 포함하여 이루어지고, 상기 제2공진부(120)는 제5도전체(122), 제6도전체(124), 제7도전체(126)를 포함하여 이루어진다.The
이하 설명될 제1도전체(112) 내지 제7도전체(126)의 구조는 하나의 실시예로서, 상기와 같이, 제1공진부(110)와 제2공진부(120)가 다단형 라인 구조, 루프 구조를 이루고, 서로의 공진 영역이 겹치도록 형성된 구조는 다양하게 변형가능한 것임에 유의하여야 한다.The structure of the
이하, 제1공진부(110)에 대하여 설명한다.Hereinafter, the
상기 제1도전체(112)와 제2도전체(114)는 소정의 이격 거리를 두어 상호 대향하게 배치되고, 제3도전체(116)는 제1도전체(112)와 제2도전체(114)의 끝단을 연결한다.The
상기 제3도전체(116)에 의하여 연결되는 제1도전체(112)와 제2도전체(114)의 끝단은 서로 대향하는 끝단이고, 제3도전체(116)는 직선 형태를 이룬다.The ends of the
따라서, 제1도전체(112), 제2도전체(114), 제3도전체(116)는 한측이 개방된 폐루프 영역을 이루고, 폐루프 영역은 제1도전체(112)와 제2도전체(114)의 공진 영역에 해당된다.Thus, the
상기 제4도전체(118)는 제3도전체(116)로부터 연장형성되는데, 이때 상기 공진 영역의 바깥측을 향하도록 하여 연장형성된다.The
상기 제1도전체(112) 내지 제4도전체(114)는 기본적으로 스트립 라인 형태로 구현되나, 제1도전체(112)와 제2도전체(114)는 제3도전체(116)와 제4도전체(118)에 비하여 폭이 두꺼운 사각 형상에 가깝다.The
상기 제1도전체(112)와 제2도전체(114)는 공진을 위하여 서로 동일한 크기와 형태를 가진다.The
이하, 제2공진부(120)에 대하여 설명한다.Hereinafter, the
상기 제5도전체(122)와 제6도전체(124)는 제1공진부(110)의 공진 영역 내부에 형성되며, 소정의 이격 거리를 두어 상호 대향하게 배치된다.The
상기 제7도전체(126)는 제5도전체(122)와 제6도전체(124)의 끝단을 연결한다.The
이때, 상기 제7도전체(126)는 제5도전체(122) 및 제6도전체(124)의 상호 대향하는 일측 끝단을 연결함에 있어서, 제5도전체(122) 및 제6도전체(124)의 타측 끝단을 감싸는 루프 형태를 이룬다.The
상기 제5도전체(122)와 제6도전체(124)는 제7도전체(128)에 비하여 폭이 두꺼운 사각 형상에 가깝다. 또한, 상기 제5도전체(122)와 제6도전체(124)는 공진을 위하여 서로 동일한 크기와 형태를 가진다.The
이와 같은 공진 구조를 가지는 제1실시예에 따른 필터(100)는 공진(통과) 주파수 대역, 필터 특성, 필터 크기 등의 요인을 고려한 것으로서, 그 구조는 다음과 같이 정리될 수 있다.The
첫째, 각 도전체가 공진 현상을 일으키는 영역의 수에 따른 구조, 둘째, 각 도전체의 폭과 길이에 따른 구조, 셋째, 각 도전체의 간격에 따른 구조, 넷째, 각 도전체의 형태에 따른 구조, 다섯째, 각 도전체의 꺽임(다단) 구조.Firstly, the structure according to the number of regions where each conductor generates a resonance phenomenon, second, the structure according to the width and length of each conductor, the structure according to the spacing of each conductor, and the structure according to the shape of each conductor. , Fifth, the tilting (multi-stage) structure of each conductor.
가령, 필터가 저항(R), 인덕터(L), 커패시터(C)로 구현되는 경우, RLC가 단위를 이루고, 이들이 다시 직병렬 회로를 이룸으로써 하나의 필터가 완성될 수 있는데, 이때 다단 구조를 이루는 RLC의 개수가 많을수록 필터의 차원은 높아질 수 있다. 즉, 필터 특성의 지표가 되는 전달함수 S파라미터의 차수가 높을 수록 다단 구조를 이루는 RLC의 개수가 많아지게 된다.For example, when the filter is implemented as a resistor R, an inductor L and a capacitor C, one filter may be completed by forming a RLC unit and then forming a series-parallel circuit, The larger the number of RLCs, the higher the dimension of the filter. That is, the higher the order of the transfer function S parameter which is an index of the filter characteristic, the more the number of RLCs having a multi-stage structure becomes.
이와 유사한 원리로, 고차수의 필터를 SIR형으로 제작하는 경우, 공진 영역과 도전체의 다단 구조가 많이 형성되고, 공진 영역의 크기가 클수록 필터 차수를 높일 수 있다.In a similar principle, when a high-order number of filters is manufactured in the SIR type, a resonance region and a multi-stage structure of a conductor are formed in large numbers, and the filter order can be increased as the size of the resonance region is larger.
가령, 공진 영역의 수를 슬롯의 수로 판단하는 경우, 제1실시예에 따른 필터 상에서 가능한 슬롯은 다음과 같이 셈할 수 있다.For example, when the number of resonance regions is determined by the number of slots, the possible slots on the filter according to the first embodiment can be calculated as follows.
첫째, 제1도전체(112)와 제2도전체(114) 사이의 슬롯, 둘째, 루프를 이룬 제7도전체(126)의 각 변이 이루는 슬롯, 셋째, 제7도전체(126)가 제5도전체(122) 및 제6도전체(126)의 각 변과 이루는 슬롯, 넷째, 제5도전체(122)와 제6도전체(126) 사이의 슬롯, 다섯째, 제5도전체(122)가 제1도전체(112) 및 제3도전체(116)와 이루는 슬롯, 여섯째, 제6도전체(124)가 제2도전체(114) 및 제3도전체(116)와 이루는 슬롯 등이 있을 수 있다.First, a slot between the
따라서, 제1실시예에 따른 필터(100)에 의하면, 형성 가능한 슬롯의 수가 많은 점, 꺽임 구조가 많이 형성된 점 등에 의하여 고차원의 필터를 구현할 수 있다.Therefore, according to the
또한, 고차원의 필터를 구현함과 동시에 공진 대역의 종류와 대역폭, 감쇠 폴의 위치를 조정할 수 있으며, 필터의 사이즈와 삽입 손실을 최소화할 수 있다.In addition, a high-dimensional filter can be implemented, and the type, bandwidth, and attenuation pole position of the resonance band can be adjusted, and the size and insertion loss of the filter can be minimized.
이어서, 제2실시예에 따른 SIR형 밴드패스필터에 대하여 설명한다.Next, the SIR type band-pass filter according to the second embodiment will be described.
도 3은 제2실시예에 따른 SIR형 밴드패스필터(이하, "제2실시예에 따른 필터"라 한다)의 구조를 개략적으로 도시한 사시도이다.3 is a perspective view schematically showing the structure of an SIR type band-pass filter (hereinafter referred to as "filter according to the second embodiment") according to the second embodiment.
제2실시예에 따른 필터는 다층 구조의 기판에 형성된 점에서, 제1실시예와 차별화되며, 제1실시예에 따른 필터(100)가 가지는 효과를 더욱 극대화할 수 있다.The filter according to the second embodiment is differentiated from the first embodiment in that it is formed on the substrate of a multilayer structure, and the effect of the
도 3에 의하면, 제2실시예에 따른 필터는 최상층의 제1기판(100), 최하층의 제2기판(100), 중간층의 제3기판(200)을 포함하여 이루어지는데, 제1기판(100)과 제2기판(100)은 동일한 구조의 기판으로서, 제1실시예에 따른 필터 구조가 형성된 기판이다. 따라서, 제1기판(100), 제2기판(200), 제1실시예에 따른 필터(100)에 동일한 도면 부호를 사용하기로 한다.3, the filter according to the second embodiment includes a
즉, 제1기판(100)과 제2기판(100)은 제1실시예에 따른 필터(100)에 해당되는 것으로서, 독립적인 필터로도 볼 수 있으며, 이들이 제3기판(200)에 의하여 연결됨으로써 전체적으로 새로운 필터 기능이 구현될 수 있다.That is, the
제1기판(100)과 제2기판(100)의 구조는 전술한 제1실시예와 동일하므로 반복되는 설명은 생략하기로 한다.Since the structures of the
상기 제3기판(200)는 금속박막층을 포함하며, 금속박막의 일부가 제거된 슬롯(210, 220, 230)이 형성되어 있다.The
상기 제1기판(100)과 제2기판(100)이 수직 구조로 적층되는 경우, 각 기판(100)의 제1공진부(110)와 제2공진부(120) 끝단에서 2차 공진이 일어난다.When the
그러므로, 상기 제3기판(200)은, 제1기판(100)과 제2기판(100) 각각의 제1공진부(110)와 제2공진부(120) 끝단을 절연시키기 위하여 대응되는 영역에 세 개의 슬롯(210, 220, 230)을 구비한다.Therefore, the
제1슬롯(210)과 제3슬롯(230)은 각각 제1도전체(112)의 끝단과 제2도전체(114)의 끝단에 대응되는 위치에 형성되고, 제2슬롯(220)은 제5도전체(122)와 제6도전체(124)의 끝단에 대응되는 위치에 형성된다.The
상기 제5도전체(122)와 제6도전체(124)는 인접되게 배치되어 있으므로, 제2슬롯(220)이 함께 절연시킨 구조이나, 제2슬롯(220)이 두개로 분리되어 제5도전체(122)와 제6도전체(124) 각각을 절연시키는 구조로 변형될 수도 있다.Since the
이와 같은 구조를 통하여, 제2실시예에 따른 필터는 전술한 제1실시예의 효과를 극대화할 수 있는데, 가령 공진부의 개수만 보더라도 제1실시예에 따른 공진부의 개수가 2개인 반면, 제2실시예에 따른 공진부의 개수는 4개가 됨을 알 수 있다.Through this structure, the filter according to the second embodiment can maximize the effect of the first embodiment. Even if only the number of resonance parts is shown, the number of resonance parts according to the first embodiment is two, It can be seen that the number of resonance parts according to the example is four.
이상에서 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, It will be understood that various modifications and applications other than those described above are possible. For example, each component specifically shown in the embodiments of the present invention can be modified and implemented. It is to be understood that all changes and modifications that come within the meaning and range of equivalency of the claims are therefore intended to be embraced therein.
도 1은 SIR형 밴드패스필터의 다양한 형태를 예시한 도면.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a diagram illustrating various forms of an SIR type band-pass filter. Fig.
도 2는 제1실시예에 따른 SIR형 밴드패스필터의 구조를 개략적으로 도시한 상면도.Fig. 2 is a top view schematically showing the structure of an SIR type band-pass filter according to the first embodiment; Fig.
도 3은 제2실시예에 따른 SIR형 밴드패스필터의 구조를 개략적으로 도시한 사시도.3 is a perspective view schematically showing the structure of an SIR type band-pass filter according to the second embodiment.
Claims (11)
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