KR101977063B1 - 공진봉 및 이를 채용한 캐비티 필터 및 전송 선로 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 통신장치용 공진봉에 있어서, 공진공의 외면에는 세로방향으로 미리 설정된 폭과 깊이의 홈이 복수개 형성된다.

Description

공진봉 및 이를 채용한 캐비티 필터 및 전송 선로{RESONATOR AND CAVITY FILTER AND TRANSMISSION LINE FOR USE THEREWITH}
본 발명은 무선 통신 시스템에서 사용되는 고주파(RF: Radio Frequency) 필터에 관한 것으로, 특히 캐비티 구조를 가진 RF 필터(캐비티 필터) 및 캐비티 필터 등에 채용될 수 있는 공진봉에 관한 것이다.
캐비티 구조를 가진 RF 필터는 도체로 둘러싸인 금속성 원통 또는 직육면체 등의 캐비티(cavity)를 형성하며 그 내부에서DR(Dielectric Resonator) 또는 금속성 공진봉으로 구성된 공진기를 구비시켜, 고유 주파수의 전자기장만이 존재하게 함으로써, 초고주파의 공진이 가능하게 하는 구조를 가진다. 이와 같은 캐비티 구조를 가진 RF 필터는 삽입손실이 적고 고출력에 유리하기 때문에 이동통신 기지국 및 중계기, 방송용 중계기, 위성통신 시스템 등 거의 모든 송수신 통신장비에 적용되며, 이때 듀플렉서(duplexer), 대역통과(bandpass) 필터용으로도 채용되고 있으며, 요구되는 필터링 특성에 따라 다양한 형태 및 구조가 개발되고 있다.
이러한 캐비티 필터의 기술로는 국내 선출원된 특허 출원번호 제2002-84938호(명칭: 고 유전율 및 높은 선택도 값을 갖는 유전체를 구비하는 무선 주파수 필터, 출원인: 주식회사 케이엠더블유, 발명자: 박종규 외, 출원일: 2002년 12월 27일) 및 특허 출원번호 제2002-52351호(명칭: 스프링 너트를 구비하는 무선 주파수 필터, 출원인: 주식회사 케이엠더블유, 발명자: 박종규 외, 출원일: 2002년 8월 31일) 등을 예로 들 수 있다.
도 1a를 참조하면, 캐비티 필터는 통상 알루미늄과 같은 금속 재질로 구성되는 커버(12) 및 하우징(11)에 의해 형성되는 캐비티(13)에, DR 또는 금속성 공진봉(14)이 구비된다. 이때 공진봉(14)의 상부의 대응 위치에는 튜닝 조정나사(15)가 커버(12)의 나사홀에 체결되는 구조로 설치된다. 도 1b는 도 1a의 내부 공진봉(14) 관련 구조의 측면(a), 평면(b)을 나타내고 있는데, 도시의 편의를 위해, 공진봉(14) 및 캐비티(13)만 도시하였으며, 나머지 구조에 대해서는 도시를 생략하였다. 또한 도 1a에서는 설명의 편의를 위해, 하나의 캐비티(13)를 가지는 필터 구조가 도시되고 있으나, 통상 캐비티 필터는 이외에도 다수의 캐비티가 연결된 다단 구조를 가질 수 있다. 이 경우에, 각 캐비티들은 커플링 창이 형성된 다수의 격막(미도시)으로 구분될 수 있으며, 각 커플링 창에 대응하는 위치의 커버(2)에는 각각 커플링 조정나사(미도시)가 구비될 수 있다.
이러한 캐비티 필터는 그 공진기 구조에 따라, 통상 금속성 공진봉을 이용한 TEM(Transverse Electro Magnetic) 모드, DR 공진봉을 이용한 TE(Transverse Electric), TM(Transverse Magnetic) 모드 등으로 구분할 수 있다. 이들 중 통상 DR 공진봉을 이용한 공진기(TE, 또는 TM 공진기)는 금속성 공진봉을 이용한 공진기(TEM 공진기)에 비해Q(Quality factor) 특성이 매우 뛰어나지만, 제조비용이 수배 이상 높고, 비교적 큰 체적이 필요하여 소형 제품에는 적용하기 어려운 단점이 있었다.
이에 따라, 최근 해당 캐비티 필터가 설치되는 통신 제품의 경량 및 소형화 요구에 맞추어 금속성 공진봉을 이용한 공진기에 대한 요구가 증가하고 있으나, 금속성 공진봉을 이용한 공진기에서 고성능을 만족시키는 것은 여전히 매우 어려운 과제로 남아 있다. 더욱이 일반적으로 사용 중인 캐비티 필터는 그 크기와 성능이 비례 관계에 있어서, 사이즈를 줄이게 되면 Q 특성이 동시에 나빠지게 되어, 사이즈를 줄이는데 한계가 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 금속성 공진봉을 이용한 공진기에서 경량 및 소형이면서도 고성능을 만족시킬 수 있도록 하기 공진봉 및 이를 채용한 캐비티 필터를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 기존과 동일한 사이즈를 유지하면서도 Q 특성을 상당량 향상시킬 수 있는 캐비티 필터 및 이의 공진봉을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 또다른 목적은 상기 공진기의 구조와 동일한 원리를 이용하여 도체상 전송 손실을 줄일 수 있도록 하기 위한 TEM 모드전송 선로(특히 동축 선로)를 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은
통신장치용 공진봉에 있어서, 상기 공진공의 외면에는 세로방향으로 미리 설정된 폭과 깊이의 홈이 복수개 형성된 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 복수의 홈은 상호 등간격 또는 비 등간격으로 형성된다.
바람직하게는, 상기 복수의 홈은 각각의 폭이 상호간의 간격과 동일한다.
바람직하게는, 상기 복수의 홈은, 서로 깊이 차이를 가지는 다수 종류의 홈들로 구성된다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 금속성 공진봉을 이용한 공진기 및 이를 채용한 캐비티 필터는 경량 및 소형이면서도 고성능을 만족시킬 수 있으며, 예를 들어, 기존과 동일한 사이즈를 유지하면서도 Q 값을 180~200%까지도 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따라 상기 공진기의 구조와 동일한 원리를 이용한 전송 선로는 도체상 전송 손실을 줄일 수 있게 된다.
도 1a는 일반적인 캐비티 필터의 일부 분해 사시도
도 1b는 도 1a의 내부 공진봉 관련 구조의 측면 및 평면도
도 2a는 본 발명의 제1실시예에 따른 캐비티 필터의 일부 분해 사시도
도 2b는 도 2a의 내부 공진봉 관련 구조의 측면 및 평면도
도 3 내지 도 6은 본 발명의 제2 내지 제5실시예에 따른 캐비티 필터의 내부 공진봉 관련 구조의 측면 및 평면도
도 7은 본 발명의 변형예에 따른 캐비티 필터의 내부 공진봉 관련 구조의 측면 및 평면도
이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들이 나타나고 있는데 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들이 본 발명의 범위 내에서 소정의 변형이나 혹은 변경이 이루어질 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다.
도 2a는 본 발명의 제1실시예에 따른 캐비티 필터의 일부 분해 사시도이며, 도 2b는 도 2a의 내부 공진봉 관련 구조의 측면(a) 및 평면(b)을 나타내고 있는데, 도시의 편의를 위해, 도 2b에서는 공진봉(24) 및 캐비티(23)만 도시하였으며, 나머지 구조에 대해서는 도시를 생략하였다. 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 캐비티 필터는 종래와 마찬가지로 통상 알루미늄과 같은 금속 재질로 구성되는 커버(12) 및 하우징(11)에 의해 형성되는 캐비티(23)와, 상기 캐비티(23)는 금속성의 원통형 또는 원기둥 형태로 구성되는 공진봉(24)이 구비된다. 이때 공진봉(24)의 상부의 대응 위치에는 튜닝 조정나사(15)가 커버(12)의 나사홀에 체결되는 구조로 설치된다.
도 2a 및 도 2b에서는 설명의 편의를 위해, 하나의 캐비티(23)를 가지는 필터 구조가 도시되고 있으나, 통상 캐비티 필터는 이외에도 다수의 캐비티가 연결된 다단 구조를 가질 수 있다. 이 경우에, 각 캐비티들은 커플링 창이 형성된 다수의 격막(미도시)으로 구분될 수 있으며, 각 커플링 창에 대응하는 위치의 커버(12)에는 각각 커플링 조정나사(미도시)가 구비될 수 있다.
이러한 구조에서, 공진봉(24)의 외면에는 본 발명의 특징에 따라 세로 방향으로 길게 미리 설정된 폭과 깊이로 다수(도 2a 및 도 2b의 예에서는 8개)의 홈(26)을 형성한다. 도 2b에서와 같이 8개의 홈(26)은 서로 등간격으로 형성된다. 상기 다수의 홈(26)의 폭은 해당 홈(26)에 의해 형성되는 에어(air) 갭에서 해당 캐비티 필터의 고주파 신호가 비접촉식 커플링 방식으로 전달될 수 있도록 비교적 좁게 형성된다.
상기 도 2a 및 도 2b에 도시된 와 같은 본 발명의 제1실시예에 따른 구조는 상기 도 1a 및 도 1b에 도시된 종래의 구조와 비교하여 동일한 사이즈를 가질 경우에도 Q값이 높게 된다. 특정 설계 조건, 예를 들어, 공진봉(13, 24)의 사이즈(직경x높이)가 50x55mm 일 경우에 Q 값이 약 110% 가량 향상될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 특징에 따라 홈(26)이 형성되는 공진봉(24)이 종래와 비교하여 우수한 Q 특성을 가질 수 있는 것은, 신호가 전달되는 공진봉의 표면 상에서, 홈(26) 부위에서는 실질적으로 도체상 전도 손실이 없는 비접촉식 커플링 방식으로 신호가 전달됨에 기인한다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 캐비티 필터의 내부 공진봉 관련 구조의 측면(a) 및 평면(b) 구조를 나타낸다. 도 3에 도시된 본 발명의 제2실시예에 따른 구조는 상기 도 2a 및 도 2b에 도시된 제1실시예와 비교하여, 캐비티(33)에 구비되는 공진봉(34)에 24개의 홈(36)이 형성된다는 점에서만 차이가 있다. 이러한 제2실시예에 따른 구조는 상기 도 1a 및 도 1b에 도시된 종래의 구조와 비교하여 Q 값이 약 119% 가량 향상될 수 있다.
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 캐비티 필터의 내부 공진봉 관련 구조의 측면(a) 및 평면(b) 구조를 나타낸다. 도 4에 도시된 본 발명의 제3실시예에 따른 구조는 캐비티(43)에 구비되는 공진봉(44)에 72개의 홈(36)이 형성된다는 점에서만 차이가 있다. 이러한 제3실시예에 따른 구조는 상기 도 1a 및 도 1b에 도시된 종래의 구조와 비교하여 Q 값이 약 150% 가량 향상될 수 있다.
도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 캐비티 필터의 내부 공진봉 관련 구조의 측면(a) 및 평면(b) 구조를 나타낸다. 도 5에 도시된 본 발명의 제4실시예에 따른 구조는 캐비티(53)에 구비되는 공진봉(54)에 144개의 홈(56)이 형성된다. 이러한 제4실시예에 따른 구조는 종래의 구조와 비교하여 Q 값이 약 180% 가량 향상될 수 있다.
도 6은 본 발명의 제5실시예에 따른 캐비티 필터의 내부 공진봉 관련 구조의 측면(a) 및 평면(b) 구조를 나타낸다. 도 6에 도시된 본 발명의 제5실시예에 따른 구조는 캐비티(63)에 구비되는 공진봉(64)에 서로 깊이 차이가 다르게 형성되는 2종류의 홈(66-1, 66-2)들이 16개씩 형성되는 구조를 가진다. 즉 제1깊이를 가지는 홈(66-1)과 이와 다른 깊이를 가지는 제2깊이를 가지는 홈(66-2)이 서로 교대로 형성된다. 이러한 제5실시예에 따른 구조는 종래의 구조와 비교하여 Q 값이 약 120% 가량 향상될 수 있다.
상기한 본 발명의 다수의 실시예들을 살펴보면, 공진봉에 형성되는 홈의 수와 형태에 따라 공진기의 Q 값이 향상됨을 볼 수 있다.
또한, 공진봉에 홈을 촘촘하게 많이 형성할수록 공진봉은 마치 세로로 길게 형성되는 얇은 판(홈이 형성되지 않은 나머지 부분에 해당) 구조가 측면에 방사상으로 부착된 형태와 유사하게 되는데, 이때 홈의 폭이 좁고 상기 판 구조의 두께가 얇으며, 홈의 폭과 판 구조의 두께가 동일하거나 비슷하게 설계될수록 우수한 성능을 나타낸다.
상기와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 공진봉 및 이를 채용한 캐비티 필터가 구성될 수 있으며, 한편 상기한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나 여러 가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 예를 들어, 상기 공진봉에 형성되는 홈의 개수와 형태에 대해서는 상기 실시예들에 언급한 것 외에도 다양하게 설계될 수 있다.
또한, 상기의 실시예들에서 다수의 홈이 공진봉의 높이 전체에 걸쳐 상단에서 하단까지 길게 형성되는 것으로 설명하였으나, 이외에도 다수의 홈은 공진봉의 상측 부위에만 형성될 수도 있다.
또한, 상기의 실시예들에서는 다수의 홈이 공진봉의 외면에서 전체적으로 고른 간격을 가지게 형성되는 것으로 설명하였으나, 다수의 홈들간의 간격이 불규칙하게 형성할 수도 있거나, 또는 다수의 홈들은 공진봉에서 일부 부위, 예를 들어, 절반 부위, 또는 3/4, 1/3 부위에만 형성될 수도 있다. 도 7에서는 상기 다수의 홈이 공진봉에서 1/3부위에만 형성된 예가 도시한다. 또한 상기에서, 공진봉은 원통형 또는 원기둥 형태로 구성되는 것으로 설명하였으나, 이외에도 공진봉이 사각기둥 형태나, 적어도 일부분이 불규칙한 형태로도 구성될 수도 있다.
또한, 상기에서 설명한 공진기의 구조는 TEM 모드를 이용한 공진기로서, 일종의 TEM 모드 동축(coaxial) 선로의 구조로 볼 수 있으며, 동일한 구조로 전송 선로에도 응용할 수 있다. 이 경우에는 공진봉은 내부 중심 도체 역할을 하며, 상기 내부 중심 도체의 외면에는 해당 내부 중심 도체의 길이방향으로 미리 설정된 폭과 깊이의 홈이 복수개 형성된다. 내부 중심 도체의 외측에는 통상적인 동축 선로의 구조와 마찬가지로, 절연체와, 외부 도체 및 외부 피복 등을 형성할 수 있다.

Claims (7)

  1. 통신장치용 공진봉에 있어서,
    상기 공진봉의 외면에는 세로방향으로 미리 설정된 폭과 깊이의 홈이 복수개 형성되며,
    상기 복수의 홈은 각각 상기 공진봉의 상단에서 하단까지 전체적으로 연장한 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 공진봉.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 홈은 상호 등간격 또는 비 등간격으로 형성됨을 특징으로 하는 공진봉.
  3. 통신장치용 공진봉에 있어서,
    상기 공진봉의 외면에는 세로방향으로 미리 설정된 폭과 깊이의 홈이 복수개 형성되며,
    상기 복수의 홈은 각각의 폭이 상호간의 간격과 동일한 것을 특징으로 하는 공진봉.
  4. 통신장치용 공진봉에 있어서,
    상기 공진봉의 외면에는 세로방향으로 미리 설정된 폭과 깊이의 홈이 복수개 형성되며,
    상기 복수의 홈은,
    서로 깊이 차이를 가지는 다수 종류의 홈들로 구성됨을 특징으로 하는 공진봉.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 홈은,
    상기 공진봉 외면의 일부에 형성됨을 특징으로 하는 공진봉.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 공진봉을 채용한 캐비티 필터.
  7. 전송선로에 있어서,
    내부 중심 도체 및 상기 내부 중심 도체의 외측으로 절연체와 외부 피복이 형성되며,
    상기 내부 중심 도체의 외면에는 해당 내부 중심 도체의 길이방향으로 미리 설정된 폭과 깊이의 홈이 복수개 형성된 것을 특징으로 하는 전송선로.
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