KR101681899B1 - 유전체 필터 - Google Patents

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KR101681899B1
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장대훈
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Abstract

유전체 필터가 개시된다. 본 발명의 유전체 필터는 마이크로스트립이 형성된 기판 및 제1 면에서 상기 제1 면의 반대면인 제2 면까지 관통하도록 형성된 공진홀을 포함하고, 상기 제1 면과 상기 제2 면을 연결하는 측면 중 일면이 상기 기판의 일면에 대향하도록 결합된 유전체 공진기를 포함하고, 상기 유전체 공진기의 상기 제1 면에 형성된 공진 패턴은 상기 기판의 타면에 형성된 신호선과 전기적으로 연결되고, 상기 공진홀의 내부 전극 및 상기 유전체 공진기의 외부 전극은 상기 기판의 일면에 형성된 접지부와 전기적으로 연결된다.

Description

유전체 필터{DIELECTRIC FILTER}
본 발명은 유전체 필터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유전체로 형성된 공진기를 이용하여 특정 대역을 통과시키거나 차단시킬 수 있는 필터에 관한 것이다.
통상적인 무선 통신 시스템은 특정한 주파수 대역의 무선 통신 신호를 더 작은 주파수 대역의 다수의 채널로 분할하여 사용하게 된다. 이를 위해, 무선 통신 기지국, 중계기 및 단말기 등에는 선택된 주파수 대역의 신호만을 통과시키거나 차단시키는 필터가 탑재되어야 한다.
무선 통신 기술이 발전함에 전송 속도가 향상되었고, 사용하는 주파수 대역이 증가하게 되었다. 이러한 변화에 따라 무선 통신에 사용되는 필터도 향상된 성능이 요구된다. 따라서 종래에 주로 사용되는 대역 통과 필터(Band Pass Filter, BPF)뿐만 아니라 대역 차단 필터(Band Stop Filter, BSF)의 사용 필요성도 증대되고 있다.
종래에는 대역 차단 필터로서 에어 캐비티(air cavity)를 구비하는 캐비티 필터(cavity filter)가 널리 사용되었다. 캐비티 필터에 대해서는 대한민국 등록특허 제10-1437796호(2014년 08월 28일 등록)에 개시되어 있다. 그러나 이러한 캐비티 필터는 소형화가 어렵고, 삽입 손실이 크다는 단점이 있다. 이러한 단점은 소형화되고 고성능의 RF특성을 요구하는 최근의 중계기 및 단말기 등에 사용되는데 다양한 문제를 야기한다. 따라서 이러한 문제를 해결할 수 있는 필터에 대한 요구가 꾸준히 존재하였다.
본 발명이 해결하려는 과제는, 유전체로 형성되어 소형화가 가능하며 삽입 손실이 작은 유전체 필터를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하려는 다른 과제는, 생산 과정 및 조립 과정이 간소하여 경제적인 유전체 필터를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하려는 또 다른 과제는, 상대적으로 소형이면서 대역 차단 필터를 구현할 수 있는 유전체 필터를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 유전체 필터는, 마이크로스트립이 형성된 기판 및 제1 면에서 상기 제1 면의 반대면인 제2 면까지 관통하도록 형성된 공진홀을 포함하고, 상기 제1 면과 상기 제2 면을 연결하는 측면 중 일면이 상기 기판의 일면에 대향하도록 결합된 유전체 공진기를 포함하고, 상기 유전체 공진기의 상기 제1 면에 형성된 공진 패턴은 상기 기판의 타면에 형성된 신호선과 전기적으로 연결되고, 상기 공진홀의 내부 전극 및 상기 유전체 공진기의 외부 전극은 상기 기판의 일면에 형성된 접지부와 전기적으로 연결된다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 기판은 상기 일면에 상기 접지부와 전기적으로 분리되어 형성되고, 상기 신호선과 전기적으로 연결되도록 형성된 신호연결부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 신호선과 상기 신호연결부는 상기 기판을 관통하는 비아를 통해 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 공진 패턴은 상기 신호연결부와 연결되어 상기 신호연결부를 통해 상기 신호선과 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 신호연결부는 상기 유전체 공진기의 제1 면 부근에 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 신호연결부와 상기 공진 패턴을 연결하는 솔더를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 공진 패턴은 상기 제1 면의 상기 기판 측 부분에 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 기판은 상기 일면에 상기 접지부와 전기적으로 분리되어 형성되고, 상기 신호선과 전기적으로 연결되도록 형성된 신호연결부를 포함하고, 기 공진 패턴은 상기 신호연결부와 연결되어 상기 신호연결부를 통해 상기 신호선과 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 공진 패턴과 상기 내부 전극 사이에는 커패시턴스가 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 유전체 공진기는 상기 제1 면에 상기 공진 패턴과 이격되도록 형성되고, 상기 내부 전극에서 연장되는 접지 전극을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 공진 패턴과 상기 접지 전극 사이에는 커패시턴스가 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 접지부와 상기 외부 전극을 연결하는 솔더를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 유전체는 각각 서로 이격되도록 복수 개가 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 복수의 유전체 공진기는 상기 신호선을 따라 순차적으로 배열될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 복수의 유전체 공진기는 상기 신호선과 상기 접지부 사이에서 전기적으로 병렬로 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 마이크로스트립과 상기 복수의 유전체 공진기는 밴드 스탑 필터로 기능할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 유전체 공진기는 상기 신호선과 상기 접지부 사이에서 미리 정해진 크기의 커패시턴스를 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유전체 필터는 유전체로 형성되어 소형화가 가능하며 삽입 손실이 작다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 유전체 필터는 생산 과정 및 조립 과정이 간소하여 경제적이다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 유전체 필터는 상대적으로 소형이면서 대역 차단 필터를 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유전체 필터의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유전체 필터의 저면 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 예시적인 유전체 공진기의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유전체 필터의 일부분을 확대한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 예시적인 유전체 필터의 등가 회로이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 예시적인 유전체 필터의 특성을 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명하는데 있어서, 해당 분야에 이미 공지된 기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명을 부가하는 것이 본 발명의 요지를 불분명하게 할 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명에서 이를 일부 생략하도록 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어들은 본 발명의 실시예들을 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 해당 분야의 관련된 사람 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하, 첨부한 도 1 내지 도 7를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 유전체 필터에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유전체 필터의 사시도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유전체 필터의 저면 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 유전체 필터는 기판(100)과 유전체 공진기(200)를 포함한다.
기판(100)은 평판 형태로 형성된다. 기판(100)은 직사각형 등 다양한 형태로 형성될 수 있다. 기판(100)은 일면과 상기 일면의 반대면인 타면을 포함한다.
기판(100)에는 마이크로스트립(microstrip) 선로가 형성된다. 마이크로스트립 선로는 유전체와 유전체의 양면에 각각 형성되는 신호선(130) 및 접지부(110)를 포함한다. 본 발명의 기판(100)은 소정의 두께의 유전체로 형성되고, 일면에는 접지부(110)가 형성되며, 타면에는 신호선(130)이 형성된다. 구체적으로 접지부(110)는 기판(100)의 일면에 소정의 면적으로 형성될 수 있다. 신호선(130)은 소정의 선폭을 가지는 도선의 조합으로 형성될 수 있다. 신호선(130)은 기판(100)의 타면의 일단 측에서 타단 측까지 연장되도록 형성될 수 있다. 본 발명의 유전체 필터에 있어서, 필터의 입력 신호는 신호선(130)의 일단 측에서 입력되어 타단 측에서 출력될 수 있다.
유전체 공진기(200)는 기판(100)에 결합된다. 유전체 공진기(200)는 복수 개가 기판(100)에 결합될 수 있다. 첨부한 도면에는 유전체 공진기(200)가 3개 형성되어 기판(100)에 결합되는 것이 도시되어 있지만, 이는 예시적인 것이며 유전체 공진기(200)의 개수는 당업자의 설계에 따라 변경될 수 있다.
복수의 유전체 공진기(200)는 신호선(130)을 따라 순차적으로 배열된다. 복수의 유전체 공진기(200)는 서로 이격되어 위치한다. 본 발명의 유전체 필터에 있어서, 신호선(130)의 일단 측에서 입력된 입력 신호는 배열된 유전체 공진기(200)들을 순차적으로 통과한 후 신호선(130)의 타단 측에서 출력 신호로 출력될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 예시적인 유전체 공진기(200)의 사시도이다.
도 3을 참조하면, 유전체 공진기(200)는 유전체로 형성된 블록형 구조물 및 그 표면에 형성된 전극을 포함한다.
블록형 구조물을 형성하는 유전체는 세라믹 소재, 알루미나 소재를 포함할 수 있다. 유전체의 바디를 형성하는 유전체는 비유전율이 3.5이상인 것이 바람직하다. 본 발명에 있어서 공진기가 유전체 공진기(200)로 형성됨에 따라 에어 캐비티를 이용하는 공진기에 비해 공진기의 크기를 대폭 줄이는 것이 가능하고, 생산성이 향상된다.
유전체 공진기(200)는 길이 방향을 가지는 막대 형태로 형성될 수 있다. 유전체 공진기(200)는 공진홀(210)을 포함한다. 공진홀(210)은 유전체 공진기(200)의 제1 면에서 제2 면까지 관통하도록 형성된다. 공진홀(210)은 길이 방향으로 연장되어 형성될 수 있다. 공진홀(210)에 의해 유전체 공진기(200)의 제1 면과 제2 면에는 개구가 형성된다. 유전체 공진기(200)의 측면은 제1 면과 제2 면을 연결한다.
유전체 공진기(200)의 표면에는 전극이 형성된다. 전극은 도전성 재질로 형성될 수 있다. 전극은 유전체의 표면에 결합된 도금층일 수 있다.
전극은 내부 전극(231), 외부 전극(233), 접지 패턴(235) 및 공진 패턴(237)을 포함할 수 있다. 내부 전극(231)은 유전체 공진기(200)의 내주면의 표면에 형성된 전극이다. 외부 전극(233)은 유전체 공진기(200)의 외부면의 일부에 형성된 전극이다. 유전체 공진기(200)의 측면에도 외부 전극(233)이 형성된다. 내부 전극(231)과 외부 전극(233)은 연결되어 형성될 수 있다. 구체적으로, 내부 전극(231)와 외부 전극(233)은 유전체 공진기(200)의 제2 면에 형성된 개구에서 연결될 수 있다. 외부 전극(233)뿐만 아니라 후술할 접지 패턴(235) 및 공진 패턴(237)도 유전체 공진기(200)의 외부에 형성되지만, 접지 패턴(235)과 공진 패턴(237)은 외부 전극(233)과 구분된다.
접지 패턴(235)은 유전체 공진기(200)의 제1 면에 형성된다. 접지 패턴(235)은 내부 전극(231)과 연결되어 형성될 수 있다. 구체적으로, 접지 패턴(235)과 내부 전극(231)은 유전체 공진기(200)의 제1 면에 형성된 개구에서 연결될 수 있다. 이에 따라 내부 전극(231), 외부 전극(233) 및 접지 패턴(235)은 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
공진 패턴(237)은 제1 면에 형성된다. 공진 패턴(237)은 내부 전극(231), 외부 전극(233) 및 접지 패턴(235)과 이격되어 형성된다. 공진 패턴(237)은 특히, 제1 면에서 접지 패턴(235)과 미리 정해진 간격을 유지하면서 형성될 수 있다. 공진 패턴(237)은 제1 면 중 기판(100)과 결합되었을 때, 기판(100) 측 부분에 형성될 수 있다. 공진 패턴(237) 및 서로 전기적으로 연결된 내부 전극(231), 외부 전극(233) 및 접지 패턴(235)과의 사이에는 커패시턴스가 형성될 수 있다. 상기 커패시턴스는 공진 패턴(237)과 접지 패턴(235)의 형상 및 제1 면에서의 공진 패턴(237)과 접지 패턴(235) 사이의 간격에 의해 결정될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유전체 필터의 일부분을 확대한 사시도이다.
도 4를 참조하면, 유전체 공진기(200)는 측면 중 일면이 기판(100)의 일면과 대향되도록 결합된다.
기판(100)의 일면에는 신호연결부(150)가 형성된다. 신호연결부(150)는 기판(100)의 일면에 형성되는 접지부(110)와 전기적으로 분리되도록 형성된다. 구체적으로 기판(100)의 일면에서 신호연결부(150)와 접지부(110)는 절연부(151)에 의해 구분되어 형성된다. 신호연결부(150)는 기판(100)의 타면에 형성된 신호선(130)과 전기적으로 연결되도록 형성된다. 기판(100)의 서로 다른 면에 형성된 신호선(130)과 신호연결부(150)는 기판(100)을 관통하는 비아(140)를 통해 전기적으로 연결될 수 있다.
신호연결부(150)는 유전체 공진기(200)의 개수에 대응되도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 유전체 공진기(200)가 3개가 형성되는 경우 신호연결부(150)도 3개가 형성될 수 있다.
신호연결부(150)는 유전체 공진기(200) 부근에 형성될 수 있다. 구체적으로, 신호연결부(150)는 유전체 공진기(200)가 기판(100)의 일면에 결합되었을 때, 유전체 공진기(200)의 제1 면 부근에 형성될 수 있다. 더욱 구체적으로, 유전체 공진기(200)의 측면 중 일면이 기판(100)의 일면에 대향하도록 결합되면 유전체 공진기(200)의 제1 면의 일 측 부분이 기판(100)의 일면과 맞닿도록 위치한다. 신호연결부(150)는 기판(100)의 일면 중 유전체 공진기(200)의 제1 면이 맞닿는 부분에 형성될 수 있다.
유전체 공진기(200)에 있어서, 공진 패턴(237)은 제1 면에 형성된다. 구체적으로, 공진 패턴(237)은 제1 면 중 기판(100) 측 부분에 형성될 수 있다. 따라서 공진 패턴(237)은 신호연결부(150)와 맞닿거나 근접하게 형성된다.
신호연결부(150)와 공진 패턴(237)은 솔더를 통해 전기적으로 연결될 수 있다. 공진 패턴(237)은 신호연결부(150)를 통해 기판(100) 타면의 신호선(130)과 전기적으로 연결되게 된다. 솔더는 신호연결부(150)와 공진 패턴(237)을 전기적으로 연결할 뿐만 아니라 유전체 공진기(200)를 기판(100)의 일면에 결합시킨다.
기판(100)의 접지부(110)와 유전체 공진기(200)의 외부 전극(233)은 전기적으로 연결된다. 구체적으로, 유전체 공진기(200)의 측면과 기판(100)의 일면 사이에 솔더가 형성되어 유전체 공진기(200)의 외부 전극(233)과 기판(100)의 접지부(110)를 전기적으로 연결할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 예시적인 유전체 필터의 등가 회로이다. 도 5에서, Z0은 신호선(130)의 임피던스를 등가적으로 나타낸 것이고, C1, C2, C3는 순차적으로 배열된 유전체 공진기(200)에 의해 형성되는 커패시턴스를 등가적으로 나타낸 것이며, R1, R2, R3는 순차적으로 배열된 유전체 공진기(200)에 의해 형성되는 저항을 등가적으로 나타낸 것이다. 접지단은 기판(100)의 접지부(110)에 대응된다.
도 5를 참조하면, 복수의 유전체 공진기(200)는 신호선(130)과 접지부(110) 사이에서 전기적으로 병렬로 연결되어, 커패시턴스를 형성한다. 유전체 공진기(200)에 의해 형성되는 커패시턴스는 공진 패턴(237)과 접지 패턴(235)의 형상 및 제1 면에서의 공진 패턴(237)과 접지 패턴(235) 사이의 간격에 의해 결정될 수 있다. 유전체 공진기(200)에 의해 형성되는 커패시턴스는 본 발명의 유전체 필터가 통과시키러나 차단하려는 주파수 대역에 따라 정해질 수 있다.
도 5와 같은 등가 회로를 가지는 유전체 필터는 특정 주파수 대역만 차단하는 대역 차단 필터(Band Stop Filter, BSF)로 사용될 수 있다. 대역 차단 필터의 차단 대역폭은 유전체 공진기(200)의 개수 및 유전체 공진기(200)에 의해 형성되는 커패시턴스에 의해 결정될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 예시적인 유전체 필터의 특성을 나타내는 그래프이다. 도 7에서, S21은 유전체 필터의 통과특성을 나타낸 것이고 S11은 유전체 필터의 반사특성을 나타낸 것이다.
도 6을 참조하면, 유전체 필터는 대략 800MHz ~ 920MHz의 대역폭을 선택적으로 차단하는 대역 차단 필터로 동작하는 것을 알 수 있다.
본 발명의 유전체 필터는 에어 캐비티 등을 이용하는 다른 구조의 필터에 비해, 전체적인 크기의 소형화가 가능하고, 삽입손실 특성이 우수한 장점이 있다. 또한, 높은 입력 파워에서도 사용될 수 있다. 또한, 생산 공정이 간소하고 결합 공정이 용이하여 경제성이 우수하다.
이상, 본 발명의 유전체 필터의 실시예들에 대해 설명하였다. 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부한 도면에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자의 관점에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 범위는 본 명세서의 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 기판 110: 접지부
130: 신호선 131: 분기 선로
140: 비아 150: 신호연결부
200: 유전체 공진기 210: 공진홀
231: 내부 전극 233: 외부 전극
235: 접지 패턴 237: 공진 패턴

Claims (17)

  1. 마이크로스트립이 형성된 기판; 및
    제1 면에서 상기 제1 면의 반대면인 제2 면까지 관통하도록 형성된 공진홀을 포함하고, 상기 제1 면과 상기 제2 면을 연결하는 측면 중 일면이 상기 기판의 일면에 대향하도록 결합된 유전체 공진기를 포함하고,
    상기 기판은 일면에 접지부 및 상기 접지부와 전기적으로 분리되고 상기 유전체 공진기의 제1 면 부근에 신호연결부가 형성되고, 타면에 상기 기판을 관통하는 비아를 통해 상기 신호연결부와 전기적으로 연결되는 신호선이 형성되고,
    상기 유전체 공진기의 상기 제1 면에 형성된 공진 패턴은 상기 신호연결부를 통해 상기 신호선과 전기적으로 연결되고, 상기 공진홀의 내부 전극 및 상기 유전체 공진기의 외부 전극은 상기 접지부와 전기적으로 연결된 유전체 필터.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 신호연결부와 상기 공진 패턴을 연결하는 솔더를 더 포함하는 유전체 필터.
  7. 삭제
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 기판은 상기 일면에 상기 접지부와 전기적으로 분리되어 형성되고, 상기 신호선과 전기적으로 연결되도록 형성된 신호연결부를 포함하고,
    상기 공진 패턴은 상기 신호연결부와 연결되어 상기 신호연결부를 통해 상기 신호선과 전기적으로 연결되는 유전체 필터.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 공진 패턴과 상기 내부 전극 사이에는 커패시턴스가 형성되는 유전체 필터.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 유전체 공진기는 상기 제1 면에 상기 공진 패턴과 이격되도록 형성되고, 상기 내부 전극에서 연장되는 접지 전극을 더 포함하는 유전체 필터.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 공진 패턴과 상기 접지 전극 사이에는 커패시턴스가 형성되는 유전체 필터.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 접지부와 상기 외부 전극을 연결하는 솔더를 더 포함하는 유전체 필터.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 유전체는 각각 서로 이격되도록 복수 개가 형성되는 유전체 필터.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 복수의 유전체 공진기는 상기 신호선을 따라 순차적으로 배열되는 유전체 필터.
  15. 제13 항에 있어서,
    상기 복수의 유전체 공진기는 상기 신호선과 상기 접지부 사이에서 전기적으로 병렬로 연결되는 유전체 필터.
  16. 제13 항에 있어서,
    상기 마이크로스트립과 상기 복수의 유전체 공진기는 밴드 스탑 필터로 기능할 수 있는 유전체 필터.
  17. 제1 항에 있어서,
    상기 유전체 공진기는 상기 신호선과 상기 접지부 사이에서 미리 정해진 크기의 커패시턴스를 형성하는 유전체 필터.
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