KR102071863B1 - 래더형 필터 - Google Patents

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KR102071863B1
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노리히코 나카하시
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가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
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Abstract

임피던스 정합용 소자의 수를 저감할 수 있고, 임피던스 정합용 소자에 의한 손실를 작게 할 수 있으면서 실장 면적을 저감할 수 있는 래더형 필터를 제공한다. 직렬암에 마련된 복수개의 직렬암 공진자(101~107)와 복수개의 병렬암에 각각 마련되어 있는 복수개의 병렬암 공진자(201~207)를 포함하고 있으며, 하나의 직렬암 공진자와 하나의 병렬암 공진자를 가지는 래더형 회로부가 일단인 입력 단자(901)로부터 타단인 출력 단자(902)를 향하여 n개(n은 2 이상의 정수) 마련되어 있고, n개의 래더형 회로부가 미러 접속되어 있으며, 일단의 임피던스와 타단의 임피던스가 다른 래더형 필터(1).

Description

래더형 필터
본 발명은 복수개의 직렬암(serial arm) 공진자 및 복수개의 병렬암(parallel arm) 공진자를 가지는 래더(ladder)형 필터에 관한 것이다.
종래, 휴대 전화기의 RF단에 대역통과형 필터로서 래더형 필터가 널리 이용되고 있다. 래더형 필터에서는 손실의 저감 및 고(高) 대역화를 도모할 수 있다. 또한, 통과 대역 근방에서의 감쇠량을 크게 할 수 있다.
하기의 특허문헌 1에 기재된 래더형 필터에서는 하나의 직렬암 공진자와, 하나의 병렬암 공진자를 가지는 래더형 회로부가 다단(多段) 접속되어 있다. 서로 이웃하는 래더형 회로부 간에서의 반사를 억제하기 위해, 서로 이웃하는 래더형 회로부의 한쪽이 다른 쪽에 대해 미러 반전되어 있는 것처럼 접속되어 있다.
WO2011/065199 A1
래더형 필터 등의 대역통과형 필터에서는 입력 단자 및 출력 단자의 임피던스는 통상 50Ω로 되어 있다.
한편, 휴대 전화기의 RF단 등의 고주파 회로에서, 상기 래더형 필터에는 증폭 소자, 스위치, LNA 등의 부품이 접속된다. 그리고, 이들 주변 부품의 임피던스는 50Ω가 아닌 것도 있다. 따라서, 이와 같은 주변 부품과의 임피던스 정합을 도모하기 위해 임피던스 정합 회로를 마련할 필요가 있었다. 임피던스 정합 회로는 통상 인덕터와 콘덴서를 가지는 회로이고, 일반적으로는 2소자나 3소자의 회로이다. 그 때문에 임피던스 정합 회로에 의한 손실이 컸다. 또한, 실장 면적도 커진다는 문제가 있었다.
본 발명의 목적은 임피던스 정합용 소자의 수를 적게 할 수 있고, 그로 인해 임피던스 정합용 소자에 의한 손실의 증대를 억제할 수 있으면서 실장 면적을 작게 할 수 있는 래더형 필터를 제공하는 것에 있다.
본 발명에 따른 래더형 필터는 일단(一端)과 타단(他端)을 연결하는 직렬암과, 상기 직렬암과 그라운드 전위의 사이에 접속되어 있는 복수개의 병렬암을 가지고, 상기 직렬암에 마련된 복수개의 직렬암 공진자와 상기 복수개의 병렬암에 각각 마련되어 있는 복수개의 병렬암 공진자를 포함하며, 하나의 상기 직렬암 공진자와 하나의 상기 병렬암 공진자를 가지는 래더형 회로부가 상기 일단으로부터 상기 타단을 향하여 n개(n은 2 이상의 정수) 마련되어 있고, 상기 n개의 래더형 회로부가 미러 접속되어 있으며, 상기 일단의 임피던스와 상기 타단의 임피던스가 다르다.
본 발명에 따른 래더형 필터의 어느 특정 국면에서는, 상기 n개의 래더형 회로부에서 미러 접속되어 있는 서로 이웃하는 래더형 회로부의 임피던스를 Xa 및 Xb로 하고, 임피던스 Xa의 래더형 회로부가 임피던스 Xb의 래더형 회로부보다도 상기 일단 측에 위치하고 있다고 한 경우, Xa≤Xb 또는 Xa≥Xb로 되어있고, 단 모든 래더형 회로부의 임피던스가 동일한 것은 아니다.
본 발명에 따른 래더형 필터의 다른 특정 국면에서는, 상기 n개의 래더형 회로부의 임피던스를 일단 측으로부터 타단 측을 향하여 Xa, Xb, Xc, ……Xn으로 한 경우, Xa≤Xb≤Xc≤……≤Xn 또는 Xa≥Xb≥Xc≥……≥Xn이고, 단 Xa=Xb=Xc=……=Xn이 아니다.
본 발명에 따른 래더형 필터의 또 다른 특정 국면에서는, 상기 일단과 상기 타단 중 적어도 한쪽과 상기 그라운드 전위의 사이에 접속된 인덕터가 더 포함되어 있다.
본 발명에 따른 래더형 필터의 다른 특정 국면에서는, 상기 일단 및 상기 타단 중 한쪽의 임피던스가 50Ω이다.
본 발명에 따른 래더형 필터의 또 다른 특정 국면에서는, 상기 직렬암 공진자 및 상기 병렬암 공진자가 탄성파 공진자로 이루어진다.
본 발명에 의하면 임피던스 정합용 소자의 수를 저감할 수 있고, 따라서 손실을 작게 할 수 있으면서 실장 면적을 저감할 수 있는 래더형 필터를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시형태에 따른 래더형 필터의 회로도이다.
도 2는 실시예 및 비교예의 래더형 필터의 통과 특성을 나타내는 도면이다.
도 3은 실시예 및 비교예의 래더형 필터의 일단으로서의 입력 단자 측에서 본 임피던스 스미스 차트(Smith chart)이다.
도 4는 실시예 및 비교예의 래더형 필터의 타단으로서의 출력 단자 측에서 본 임피던스 스미스 차트이다.
도 5는 도 1에 나타낸 회로도에서의 서로 이웃하는 래더형 회로부의 서로 이웃하고 있는 공진자를 용량적으로 합성한 경우의 회로 구성을 나타내는 도면이다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명함으로써 본 발명을 분명하게 한다.
한편, 본 명세서에 기재된 각 실시형태는 예시적인 것이고, 다른 실시형태 간에서 구성의 부분적인 치환 또는 조합이 가능한 것을 지적해둔다.
도 1은 본 발명의 한 실시형태에 따른 래더형 필터의 회로도이다.
래더형 필터(1)는 일단으로서의 입력 단자(901)와 타단으로서의 출력 단자(902)를 가진다. 입력 단자(901)와 출력 단자(902)를 연결하는 직렬암에서 복수개의 직렬암 공진자(101~107)가 마련되어 있다. 또한, 직렬암과 그라운드 전위를 연결하는 복수개의 병렬암에서 각 병렬암에 하나의 병렬암 공진자가 마련되어 있다. 도 1에서는 7개의 병렬암에 각각, 병렬암 공진자(201~207)가 마련되어 있다.
또한, 입력 단자(901)와 그라운드 전위의 사이에 임피던스 정합용 소자로서 인덕터(301)가 접속되어 있다. 출력 단자(902)와 그라운드 전위의 사이에도 임피던스 정합용 소자로서 인덕터(302)가 접속되어 있다.
래더형 필터(1)에서는 하나의 직렬암 공진자와 하나의 병렬암 공진자를 가지는 래더형 회로부가 7단 구성되어 있다. 예를 들면, 첫번째 단의 래더형 회로부는 직렬암 공진자(101)와 병렬암 공진자(201)를 가진다. 두번째 단의 래더형 회로부는 병렬암 공진자(202)와 직렬암 공진자(102)를 가진다. 이 첫번째 단과 두번째 단의 래더형 회로부가 서로 이웃하고 있는 부분에서는 첫번째 단의 래더형 회로부에 대해 두번째 단의 래더형 회로부가 미러 반전되어 있다. 이와 같이, 서로 이웃하는 래더형 회로부에서 한쪽의 래더형 회로부에 대해 다른 쪽의 래더형 회로부가 미러 반전된 접속 형태는 미러 접속이라고 칭해지고 있다. 래더형 필터(1)에서는 7단의 래더형 회로부가 미러 접속되어 있다.
상기한 바와 같이 미러 접속을 이용하고 있는 것은 특허문헌 1에 기재된 바와 같이, 래더형 회로부 간에서의 반사를 억제하기 때문이다.
본 실시형태의 래더형 필터(1)의 특징은 일단인 입력 단자(901)에서의 임피던스와, 타단인 출력 단자(902)에서의 임피던스가 다르다는 것에 있다. 상술한 바와 같이, 통상 래더형 필터 등의 대역통과형 필터에서는 입력 단자 및 출력 단자의 임피던스는 50Ω로 되어 있었다. 따라서, 접속되는 주변 부품의 임피던스가 50Ω와 다른 경우, 2소자나 3소자를 가지는 임피던스 정합 회로를 이용하여 임피던스 정합을 도모하지 않으면 안되었다.
이에 반해, 래더형 필터(1)에서는 입력 단자(901)에서의 임피던스와 출력 단자(902)에서의 임피던스가 다르기 때문에, 즉 50Ω로 통일되어 있지 않기 때문에, 주변 부품의 임피던스와의 임피던스 차이를 작게 할 수 있다. 따라서, 임피던스 정합 회로에서의 임피던스 정합용 소자의 수를 저감할 수 있다. 따라서, 입력 단자(901) 측에서는 반드시 필요하지 않지만, 하나의 인덕터(301)만으로 이루어지는 임피던스 정합 회로가 구성되어 있다. 동일하게, 출력 단자(902) 측에서도 반드시 필요하지 않지만, 하나의 인덕터(302)만으로 이루어지는 임피던스 정합 회로가 구성되어 있다.
상기한 바와 같이, 임피던스 정합 회로에 필요한 임피던스 정합용 소자의 수를 저감할 수 있으므로, 임피던스 정합 회로에 의한 손실의 증대를 억제할 수 있다. 또한, 임피던스 정합 회로가 작아지기 때문에 래더형 필터(1)의 실장 면적도 작게 할 수 있다.
바람직하게는, n개(n은 2 이상의 정수)의 래더형 회로부를 가지는 래더형 필터에서 서로 이웃하는 래더형 회로부의 임피던스를 Xa 및 Xb로 하고, 임피던스 Xa의 래더형 회로부가 임피던스 Xb의 래더형 회로부보다도 일단 측에 위치하고 있다고 한 경우, Xa≤Xb 또는 Xa≥Xb로 되어 있다. 이 경우, 모든 래더형 회로부의 임피던스는 동일하지 않다. 이 바람직한 구성의 경우에는 래더형 필터(1)에서, 일단 즉 입력 단자(901) 측으로부터 출력 단자(902) 측을 향함에 따라, 임피던스가 순차 동등 이하로 되어 가고, 혹은 순차 동등 이상으로 되어 가게 된다. 따라서, 단 간(段間)에서의 임피던스 차이를 작게 할 수 있다. 따라서, 손실을 한층 더 작게 할 수 있다.
한편, 상기 바람직한 구성은 다른 표현에서는, n개의 래더형 회로부의 임피던스를 일단 측으로부터 타단 측을 향하여 Xa, Xb, Xc, ……Xn으로 한 경우, Xa≤Xb≤Xc≤……≤Xn 또는 Xa≥Xb≥Xc≥……≥Xn이고, 단 Xa=Xb=Xc=……=Xn이 아니라고 하는 것처럼 나타내진다.
상기 직렬암 공진자(101~107) 및 병렬암 공진자(201~207)의 물리적인 구조 자체는 특별히 한정되는 것이 아니다. 그렇다고는 하지만, 바람직하게는 직렬암 공진자(101~107) 및 병렬암 공진자(201~207)는 탄성파 공진자로 이루어진다.
래더형 필터(1)에서는 상기한 바와 같이 임피던스 정합을 도모하면서, 임피던스 정합용 소자 수의 저감에 의해 손실을 작게 할 수 있다. 이를, 이하의 실시예 및 비교예를 예로 들어 구체적으로 설명한다.
상기 실시형태의 실시예로서, Band 41용의 대역 통과형 필터로서의 래더형 필터(1)를 제작했다.
직렬암 공진자(101~107) 및 병렬암 공진자(201~207)의 설계 파라미터를 하기의 표 1에 나타낸다.
Figure 112019029513554-pct00001
상기 실시예에서는 7단의 래더형 회로부가 상술한 바와 같이 미러 접속되어 있다. 따라서, 래더형 회로부의 임피던스는 입력 단자(901) 측으로부터 출력 단자(902) 측을 향하여 순서대로 X1, X2, X3……X7로 한 경우, X1≤X2≤X3≤……≤X7이고, 단, X1=X2=X3=……=X7이 아닌 것처럼 구성되어 있다.
비교예로서, 상기 실시예와 동일하게 7단의 래더형 회로부가 미러 접속되어 있는 비교예의 래더형 필터를 준비했다. 단, 비교예의 래더형 필터에서는 각 단의 임피던스를 동일하게 했다. 또한, 상기 실시예에서는 인덕터(301, 302)의 인덕턴스는 5nH로 했다. 비교예에서는 입력 단자 및 출력 단자와 그라운드 전위의 사이에 접속되어 있는 인덕터의 인덕턴스를 5nH로 했다.
도 2는 상기 실시예 및 비교예의 래더형 필터의 통과 특성을 나타내는 도면이다. 실선이 실시예의 결과를, 파선이 비교예의 결과를 나타낸다.
도 2로부터 분명한 바와 같이, 통과 대역인 2545㎒~2655㎒의 실시예의 통과 특성은 비교예와 거의 동등하다.
도 3 및 도 4는 상기 실시예 및 비교예의 래더형 필터에서의 일단으로서의 입력 단자 측에서 본 임피던스 스미스 차트 및 타단으로서의 출력 단자 측에서 본 임피던스 스미스 차트를 나타낸다.
도 3 및 도 4에서도 실선이 실시예의 결과를, 파선이 비교예의 결과를 나타낸다. 그리고, 도 3에서는 실시예 및 비교예의 쌍방의 임피던스가 약 50Ω인 것을 알 수 있다. 이에 반해 도 4에서는, 실시예에서는, 임피던스가 50Ω로부터 벗어나 있고, 약 70Ω로 되어있는 것을 알 수 있다. 한편, 비교예에서는 도 4에서도 임피던스는 약 50Ω로 되어 있다.
상기한 바와 같이, 복수개의 직렬암 공진자(101~107) 및 병렬암 공진자(201~207)의 설계 파라미터를 조정함으로써, 각 단의 래더형 회로부의 임피던스를 용이하게 조정할 수 있다. 그로 인해, 일단인 입력 단자(901) 측과 타단인 출력 단자(902) 측에서의 임피던스를 다르게 할 수 있다. 따라서, 접속되는 주변 부품의 임피던스에서 입력 단자(901) 측 및 출력 단자(902) 측의 임피던스를 조정함으로써, 임피던스 차이를 작게 할 수 있다. 따라서, 단일의 인덕터(301)나 인덕터(302)로 이루어지는 임피던스 정합 회로를 이용하고, 임피던스 정합을 도모할 수 있는 것을 알 수 있다.
한편, 도 1에서는 직렬암 공진자(101~107) 및 병렬암 공진자(201~207)가 도시하는 바와 같이 접속되어 있었다. 실제의 래더형 필터의 설계에 즈음해서는, 서로 이웃하는 공진자끼리의 용량을 합성하도록 회로를 구성하는 것도 많다.
도 5는 도 1에 나타낸 래더형 필터(1)에서, 서로 이웃하는 래더형 회로부의 서로 이웃하고 있는 공진자를 용량적으로 합성한 경우의 회로 구성을 나타내는 도면이다.
즉, 도 5에 나타내는 래더형 필터(1A)에서는 직렬암 공진자에서 입력 단자(901) 측으로부터 출력 단자(902)측을 향하여 직렬암 공진자(101), 직렬암 공진자(102A), 직렬암 공진자(104A) 및 직렬암 공진자(106A)가 이 순서로 배치되어 있다. 또한, 병렬암 공진자(201A, 203A, 205A) 및 병렬암 공진자(207)가 마련되어 있다. 직렬암 공진자(102A)의 용량은, 도 1의 래더형 회로부에서의 직렬암 공진자(102)와 직렬암 공진자(103)의 용량을 합성한 것에 상당한다. 따라서, 직렬암 공진자(102A)의 용량은 직렬암 공진자(102) 및 직렬암 공진자(103)의 정전(靜電) 용량이 동일하다고 하면, 직렬암 공진자(102)의 용량 및 직렬암 공진자(103)의 용량의 1/2로 되어 있다.
한편, 병렬암 공진자(201A)의 용량은 도 1의 래더형 필터의 병렬암 공진자(201)의 용량과 병렬암 공진자(202)의 용량의 합성 용량이 된다. 따라서, 병렬암 공진자(201) 및 병렬암 공진자(202)의 정전 용량이 동일하다고 하면, 병렬암 공진자(201A)의 용량은 병렬암 공진자(201)나 병렬암 공진자(202)의 용량의 2배로 되어 있다.
래더형 필터(1A)는 래더형 필터(1)에서, 단 간에서 서로 이웃하는 직렬암 공진자, 예를 들면 직렬암 공진자(102, 103)를 합성하고 직렬암 공진자(102A)로 하며, 또한 단 간에서 서로 이웃하는 병렬암 공진자, 예를 들면 병렬암 공진자(201, 202)를 합성하고 병렬암 공진자(201A)로 한 구조에 상당한다. 따라서, 도 5에서는 첫번째 단의 래더형 회로부(C1)와 두번째 단의 래더형 회로부(C2)에서 병렬암 공진자(201A)가 공유되어 있다. 동일하게, 직렬암 공진자(102A)는 두번째 단의 래더형 회로부(C2)와 세번째 단의 래더형 회로부에서 공유되어 있다. 이 경우, 단 간에서 임피던스를 다르게 하기 위해서는 병렬암 공진자(201A)의 용량이나, 직렬암 공진자(102A)의 용량은 이하의 식에 따라 구해지는 합성 용량으로 하면 된다.
직렬암 공진자(102A)의 용량=(직렬암 공진자(102)의 용량×직렬암 공진자(103)의 용량)/(직렬암 공진자(102)의 용량+직렬암 공진자(103)의 용량)
병렬암 공진자(201A)의 용량=(병렬암 공진자(201)의 용량+병렬암 공진자(202)의 용량)
1, 1A: 래더형 필터 101~107: 직렬암 공진자
102A, 104A, 106A: 직렬암 공진자 201~207: 병렬암 공진자
201A, 203A, 205A: 병렬암 공진자 301, 302: 인덕터
901: 입력 단자 902: 출력 단자
C1, C2: 래더형 회로부

Claims (6)

  1. 일단(一端)과 타단(他端)을 연결하는 직렬암(serial arm)과, 상기 직렬암과 그라운드 전위의 사이에 접속되어 있는 복수개의 병렬암(parallel arm)을 가지고,
    상기 직렬암에 마련된 복수개의 직렬암 공진자와 상기 복수개의 병렬암에 각각 마련되어 있는 복수개의 병렬암 공진자를 포함하며,
    하나의 상기 직렬암 공진자와 하나의 상기 병렬암 공진자를 가지는 래더(ladder)형 회로부가 상기 일단으로부터 상기 타단을 향하여 n개(n은 2 이상의 정수) 마련되어 있고, 상기 n개의 래더형 회로부가 미러 접속되어 있으며,
    상기 일단의 임피던스와 상기 타단의 임피던스가 다른 래더형 필터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 n개의 래더형 회로부에서 미러 접속되어 있는 서로 이웃하는 래더형 회로부의 임피던스를 Xa 및 Xb로 하고, 임피던스 Xa의 래더형 회로부가 임피던스 Xb의 래더형 회로부보다도 상기 일단 측에 위치하고 있다고 한 경우, Xa≤Xb 또는 Xa≥Xb로 되어 있고, 단 모든 래더형 회로부의 임피던스가 동일한 것은 아닌 래더형 필터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 n개의 래더형 회로부의 임피던스를 일단 측으로부터 타단 측을 향하여 Xa, Xb, Xc, ……Xn으로 한 경우, Xa≤Xb≤Xc≤……≤Xn 또는 Xa≥Xb≥Xc≥……≥Xn이고, 단 Xa=Xb=Xc=……=Xn이 아닌 래더형 필터.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 일단과 상기 타단 중 적어도 한쪽과 상기 그라운드 전위의 사이에 접속된 인덕터를 더 포함하는 래더형 필터.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 일단 및 상기 타단 중 한쪽의 임피던스가 50Ω인 래더형 필터.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 직렬암 공진자 및 상기 병렬암 공진자가 탄성파 공진자로 이루어지는 래더형 필터.
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