KR102144811B1 - 세라믹 도파관 필터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 필터링하고자 하는 신호에 대응하는 크기 및 형태를 갖는 세라믹 블록에 기지정된 슬롯 영역을 제외한 외부면이 도금 처리된 다수의 세라믹 공진 캐비티, 기지정된 기준 두께 이상의 두께를 갖고, 슬롯이 형성된 도전체로 구현되어 다수의 세라믹 공진 캐비티 사이에 배치 및 결합되는 적어도 하나의 메탈 블록 및 다수의 세라믹 공진 캐비티 중 적어도 2개 이상의 세라믹 공진 캐비티에 삽입되어 신호를 입출력하는 입출력 인터페이스를 포함하는 세라믹 도파관 필터 및 이의 제조 방법을 제공한다. 따라서 세라믹 도파관 필터 및 이의 제조 방법은 다수의 세라믹 공진 캐비티 사이에 커플링을 위한 슬롯이 형성된 적어도 하나의 메탈 블럭을 삽입함으로써, 기생 성분이 발생하지 않도록 하여 억압 레벨을 개선할 수 있다. 또한 튜닝을 용이하여 생산성을 크게 향상 시킬 수 있다.

Description

세라믹 도파관 필터{CERAMIC WAVEGUIDE FILTER}
본 발명은 세라믹 도파관 필터에 관한 것으로, 억압 레벨을 개선하고 생산성을 향상시킬 수 있는 세라믹 도파관 필터에 관한 것이다.
통신 서비스의 발전에 따라 데이터 전송 속도가 계속적으로 향상되고 있다. 그러나 데이터 전송 속도를 향상시키기 위해서는 주파수 대역폭이 증가되어야 하며, 수신 감도 향상 및 다른 통신 시스템의 캐리어(carrier)에 의한 간섭(interference)의 최소화가 필요하며, 이에 낮은 삽입손실(insertion loss) 및 높은 억압 성능을 갖는 필터에 대한 요구가 증가되고 있다.
금속 재질로 제조되는 동축(coaxial) 공진기는 유전체 공진기 등의 타 공진기에 비해 낮은 삽입 손실을 갖고 소형 및 저비용으로 제조될 수 있다는 장점으로 인해 주로 사용되어 왔다. 그러나 대용량 다중 입출력(Massive MIMO(Multi Input Multi Output)) 안테나 등을 이용하는 기지국 시스템이 저출력 및 소형화되어 감에 따라 기존의 동축 공진기를 사용하는 경우, 크기 측면에서 제약이 있어 초소형 크기의 필터를 구현하는 데 한계가 있다. 따라서 필터의 크기를 더욱 축소할 수 있는 소형 공진기에 대한 필요성이 대두되고 있다.
이에 세라믹 도파관 필터(Ceramic Waveguide Filter)에 대한 연구가 활발하게 수행되고 있다. 세라믹 도파관 필터는 도파관(Waveguide) 공동 내에 낮은 손실과 높은 유전 상수를 갖는 세라믹 재질을 채워 크기를 획기적으로 줄이면서, 우수한 손실 및 내전력 특성을 갖도록 한 필터를 의미한다.
도1 및 도2 는 기존의 세라믹 도파관 필터의 일예를 나타낸다.
도1 은 싱글 모드(single mode) 세라믹 도파관 필터의 일예를 나타내고, 도2 는 트리플 모드(triple mode) 세라믹 도파관 필터의 일예를 나타낸다.
도1 및 도2 을 참조하면, 세라믹 도파관 필터는 일반적으로 다수의 세라믹 공진 캐비티(Ceramic cavity)((21 ~ 24), (61, 62))를 각각 별도로 제작하고, 다수의 세라믹 공진 캐비티((21 ~ 24), (61, 62)) 각각의 표면을 은(Ag)와 같은 도전성 금속으로 도금한다. 그리고 표면이 도금된 세라믹 공진 캐비티((21 ~ 24), (61, 62))를 솔더링(soldering) 등의 공정으로 결합하여 구현한다. 이때 세라믹 공진 캐비티((21 ~ 24), (61, 62)) 사이에 결합되는 면인 아이리스(iris)(31 ~ 33, 70)에는 커플링을 위한 슬롯(slot)(41 ~ 43, 80)이 형성된다. 즉 세라믹 공진 캐비티((21 ~ 24), (61, 62))의 아이리스(31 ~ 33, 70)에서 슬롯(41 ~ 43, 80)에 대응하는 영역은 도금되지 않는다.
한편 세라믹 도파관 필터의 다수의 세라믹 공진 캐비티((21 ~ 24), (61, 62)) 중 양단에 배치되는 세라믹 공진 캐비티((21, 24), (61, 62))에는 홈이 형성되고, 형성된 홈에 세라믹 도파관 필터로 신호를 입력 및 출력하기 위한 입출력 인터페이스(11, 12, 51, 52)가 삽입될 수 있다. 그리고 입출력 인터페이스(11, 12, 51, 52)가 삽입되는 세라믹 공진 캐비티((21, 24), (61, 62))는 입출력 인터페이스(11, 12, 51, 52)를 통해 전달되는 신호를 도파관 구조에 적합한 신호로 변환하는 변환기로도 볼 수 있다.
도1 및 도2 에 도시된 바와 같이, 세라믹 도파관 필터는 외부가 도금된 세라믹으로 구현되는 공진기 사이에 도체창인 아이리스의 크기가 조절됨으로써 다단 필터링이 수행된다.
도파관 캐비티를 세라믹 재질로 채워 크기를 획기적으로 줄인 세라믹 도파관 필터는 기구적 공차에 민감하게 반응한다. 따라서 정확한 필터링을 수행할 수 있도록 튜닝(tuning) 작업이 필수적이다. 이때, 튜닝 작업은 일반적으로 세라믹 공진 캐비티((21 ~ 24), (61, 62))의 도금된 표면을 그라인딩(grinding)함으로써 세라믹 도파관 필터의 특성을 조절한다. 그리고 튜닝 작업은 정확한 특성 조절을 위해, 다수의 세라믹 공진 캐비티((21 ~ 24), (61, 62))가 결합된 상태에서 수행된다.
그러나 도1 및 도2 에 도시된 바와 같이, 슬롯(41 ~ 43, 80)이 형성된 아이리스(31 ~ 33, 70)는 결합된 세라믹 공진 캐비티((21 ~ 24), (61, 62))들 사이에 배치되어 외부로 노출되지 않는다. 따라서 튜닝 작업이 불가능하다는 단점이 있다. 또한 도금된 표면을 그라인딩해야하므로 특성 조절이 용이하지 않아, 생산성이 낮다는 문제가 있다.
또한 도금된 세라믹 공진 캐비티((21 ~ 24), (61, 62))에서 아이리스(31 ~ 33, 70)의 두께는 접합에 사용된 솔더(solder) 층의 두께가 되고, 통상적으로 20μm 이하 수준으로 매우 얇게 형성된다. 이 경우, 신호가 아이리스(31 ~ 33, 70)를 통과할 때, 이버네센트 모드 영역(Evanescent mode region)이 충분하게 구현되지 않아, 커플링 모드에 대해 순수 리액티브 소자(purely reactive element)로서 기능할 수 없어 기생 성분이 발생한다. 이러한 기생 성분은 세라믹 도파관 필터의 억압 레벨(rejection level)을 하향시키는 문제가 있다.
한국 공개 특허 제10-2018-0013311호 (2018.02.07 공개)
본 발명의 목적은 억압 레벨을 개선할 수 있는 세라믹 도파관 필터 및 이의 제조 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 용이하게 튜닝 가능하여 생산성을 향상 시킬 수 있는 세라믹 도파관 필터 및 이의 제조 방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 도파관 필터는 필터링하고자 하는 신호에 대응하는 크기 및 형태를 갖는 세라믹 블록에 기지정된 슬롯 영역을 제외한 외부면이 도금 처리된 다수의 세라믹 공진 캐비티; 기지정된 기준 두께 이상의 두께를 갖고, 슬롯이 형성된 도전체로 구현되어 상기 다수의 세라믹 공진 캐비티 사이에 배치 및 결합되는 적어도 하나의 메탈 블록; 및 상기 다수의 세라믹 공진 캐비티 중 적어도 2개 이상의 세라믹 공진 캐비티에 삽입되어 신호를 입출력하는 입출력 인터페이스; 를 포함한다.
상기 다수의 세라믹 공진 캐비티는 상기 다수의 세라믹 공진 캐비티 중 미리 결정된 배치 위치에 따라 서로 인접하여 배치되는 세라믹 공진 캐비티의 마주보는 면에 동일한 슬롯 영역이 형성되고, 상기 적어도 하나의 메탈 블록 각각은 양단에 배치되는 세라믹 공진 캐비티에 형성된 상기 슬롯 영역에 대응하는 형태로 슬롯이 형성될 수 있다.
상기 적어도 하나의 메탈 블록은 상기 세라믹 공진 캐비티의 열 팽창 계수와 열 팽창 계수 차가 기지정된 기준값 이하인 도전체로 구현될 수 있다.
상기 적어도 하나의 메탈 블록은 외부 일면으로부터 내부 슬롯까지 관통하는 튜닝 홀이 형성되고, 세라믹 도파관 필터는 상기 튜닝 홀에 삽입되는 적어도 하나의 튜닝 볼트를 더 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 메탈 블록은 양단에 배치되는 세라믹 공진 캐비티의 도금 면에 솔더링 기법으로 결합될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 세라믹 도파관 필터의 제조 방법은 필터링하고자 하는 신호에 대응하는 크기 및 형태를 갖는 다수의 세라믹 블록을 형성하는 단계; 상기 다수의 세라믹 블록의 기지정된 슬롯 영역을 제외한 외부면을 도금 처리하여 다수의 세라믹 공진 캐비티를 제조하는 단계; 기지정된 기준 두께 이상의 두께를 갖고, 슬롯이 형성된 도전체로 구현되는 적어도 하나의 메탈 블록을 제조하는 단계; 및 상기 다수의 세라믹 공진 캐비티 사이에 상기 적어도 하나의 메탈 블록 중 대응하는 메탈 블록을 배치하고 결합하는 단계; 를 포함한다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 도파관 필터 및 이의 제조 방법은 다수의 세라믹 공진 캐비티 사이에 커플링을 위한 슬롯이 형성된 적어도 하나의 메탈 블럭을 삽입함으로써, 기생 성분이 발생하지 않도록 하여 억압 레벨을 개선할 수 있다. 또한 튜닝을 용이하여 생산성을 크게 향상 시킬 수 있다.
도1 및 도2 는 기존의 세라믹 도파관 필터의 일예를 나타낸다.
도3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 싱글 모드 세라믹 도파관 필터의 사시도 나타낸다.
도4 및 도5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 트리플 모드 세라믹 도파관 필터의 사시도 및 분해도를 나타낸다.
도6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 도파관 필터의 제조 방법을 나타낸다.
도7 은 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 도파관 필터의 특성을 시뮬레이션한 결과를 나타낸다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "...기", "모듈", "블록" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 싱글 모드 세라믹 도파관 필터의 사시도 나타낸다.
도3 을 참조하면, 본 실시예에 따른 싱글 모드 세라믹 도파관 필터(100)는 도1 의 싱글 모드 세라믹 도파관 필터와 마찬가지로, 다수의 세라믹 공진 캐비티(121 ~ 124)를 포함한다.
싱글 모드 세라믹 도파관 필터(100)에서 다수의 세라믹 공진 캐비티(121 ~ 124) 각각은 일예로 직육면체 모양으로 구현될 수 있으며, x, y, z 축 방향으로의 길이는 필터링하고자 하는 신호에 따라 가변될 수 있다. 그리고 다수의 세라믹 공진 캐비티(121 ~ 124) 각각은 공진을 위해 은(Ag) 등과 같은 도전소재로 도금된 상태이다. 이때 세라믹 공진 캐비티(121 ~ 124)에서 인접한 세라믹 공진 캐비티 방향의 면은 커플링을 위해 기설정된 크기 및 형상의 슬롯이 형성된다. 즉 슬롯에 대응하는 영역은 도금되지 않는다. 상기한 바와 같이 슬롯의 크기 및 형태는 인접한 세라믹 공진 캐비티로 전달하고자 하는 신호에 따라 다양하게 가변될 수 있다. 일예로 도1 에서는 싱글 모드 세라믹 도파관(100)에 대응하는 슬롯을 도시하였으나, 듀얼 모드 세라믹 도파관의 경우, + 형태의 슬롯이 형성될 수도 있다.
한편 다수의 세라믹 공진 캐비티(121 ~ 124) 중 양단에 배치되는 세라믹 공진 캐비티(121, 124)에는 입출력 홈이 형성되고, 형성된 입출력 홈을 통해 입출력 인터페이스(111, 112)가 삽입된다. 입출력 인터페이스(111, 112)는 신호를 세라믹 도파관 필터(100)로 입력하고, 세라믹 도파관 필터(100)에서 필터링된 신호를 외부로 출력하기 위한 구성으로, 일예로 동축 커넥터로 구현될 수 있다.
입출력 인터페이스(111, 112)가 동축 커넥터로 구현되는 경우, 동축 커넥터의 중심 도체는 도3 에 도시된 바와 같이, 세라믹 공진 캐비티(121, 124)의 홈을 따라 내부로 삽입되고, 외부 도체는 세라믹 공진 캐비티(121, 124)의 외부 도금면에 전기적으로 연결된다. 입출력 인터페이스(111, 112)는 PCB 마운트 인터페이스(PCB mount interface) 등으로 구현될 수도 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 싱글 모드 세라믹 도파관 필터(100)는 다수의 세라믹 공진 캐비티(121 ~ 124)와 별도로 제조되는 적어도 하나의 메탈 블록(131 ~ 133)을 포함한다. 적어도 하나의 메탈 블록(131 ~ 133)은 각각 다수의 세라믹 공진 캐비티(121 ~ 124) 사이에 배치된다. 세라믹 공진 캐비티(121 ~ 124) 사이에 배치되는 적어도 하나의 메탈 블록(131 ~ 133) 각각은 솔더링 등의 방식으로 인접한 세라믹 공진 캐비티(121 ~ 124)와 결합된다. 즉 적어도 하나의 메탈 블록(131 ~ 133) 각각이 아이리스로 기능한다.
이때 적어도 하나의 메탈 블록(131 ~ 133) 각각의 내부에는 결합되는 양단의 세라믹 공진 캐비티(121 ~ 124) 사이에서 신호를 커플링하기 위한 슬롯(141 ~ 143)이 형성된다. 메탈 블록(131 ~ 133)에 형성되는 슬롯(141 ~ 143)은 결합되는 양단의 세라믹 공진 캐비티(121 ~ 124)의 슬롯, 즉 도금되지 않은 영역에 대응하는 크기 및 형태를 갖도록 형성될 수 있으며, 각각의 메탈 블록(131 ~ 133)에 형성되는 슬롯(141 ~ 143)의 크기 및 형태는 서로 상이할 수 있다.
적어도 하나의 메탈 블록(131 ~ 133) 각각은 기지정된 기준 두께(예를 들면 2mm) 이상의 두께(w)를 갖도록 제작된다. 본 실시예에서 메탈 블록(131 ~ 133)은 외부면이 도금 처리된 세라믹 공진 캐비티(121 ~ 124) 사이의 아이리스 두께가 얇아서 이버네센트 모드 영역(Evanescent mode region)이 충분하게 구현되지 않으면, 아이리스가 커플링 모드에 대해 순수 리액티브 소자(purely reactive element)로서 기능할 수 없어 기생 성분이 발생하는 문제를 방지하기 위해 별도로 삽입되는 구성이다. 따라서, 메탈 블록(131 ~ 133)의 두께(w)는 도금으로 형성 가능한 금속면의 두께를 초과하는 두께를 갖도록 형성된다. 메탈 블록(131 ~ 133)의 두께는 일예로 2mm 이상으로 형성될 수 있다.
그리고 적어도 하나의 메탈 블록(131 ~ 133)에서 세라믹 공진 캐비티(121 ~ 124)와 결합되는 면의 크기는 결합되는 세라믹 공진 캐비티(121 ~ 124)의 결합면의 크기와 동일하거나 이하로 형성될 수 있다. 이는 메탈 블록(131 ~ 133)에 의해 세라믹 도파관 필터(100)의 크기가 증가되는 것을 방지하기 위해서이다.
한편 메탈 블록(131 ~ 133)의 재질은 인접한 세라믹 공진 캐비티(121 ~ 124) 사이에서 커플링을 수행할 수 있도록 도전체 재질로 구현된다. 그러나 인접한 세라믹 공진 캐비티(121 ~ 124)와 결합되어 세라믹 도파관 필터(100)를 구성하는 메탈 블록(131 ~ 133)과 세라믹 공진 캐비티(121 ~ 124) 사이의 열 팽창 계수(Coefficient of Thermal Expansion: CTE)가 크게 차이가 나면, 세라믹 도파관 필터의 운용 중에 세라믹 공진 캐비티(121 ~ 124)와 메탈 블록(131 ~ 133) 사이의 결합이 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 경우에 따라서는 세라믹 공진 캐비티(121 ~ 124)가 파손될 우려가 있다.
이에 본 실시예에서는 세라믹 공진 캐비티(121 ~ 124)의 파손을 방지하고, 세라믹 공진 캐비티(121 ~ 124)와 메탈 블록(131 ~ 133)의 결합이 분리되지 않도록 세라믹 공진 캐비티(121 ~ 124)와 열팽창계수(CTE) 차이가 기지정된 기준값(여기서는 일예로 5μm/℃) 이하인 도전체로 메탈 블록(131 ~ 133)을 구현한다.
한편 메탈 블록(131 ~ 133)이 기지정된 두께(여기서는 2mm 이상)을 갖고 형성되므로, 메탈 블록(131 ~ 133)에는 튜닝 볼트(151 ~ 153)가 삽입될 수 있다. 튜닝 볼트(151 ~ 153)가 삽입될 수 있도록, 메탈 블록(131 ~ 133)에는 튜닝 홀이 형성될 수 있다. 여기서 튜닝 홀은 도3 에 도시된 바와 같이, 메탈 블록(131 ~ 133) 내부의 슬롯(141 ~ 143)까지 관통하도록 형성될 수 있다. 이에 튜닝 볼트(151 ~ 153)는 메탈 블록(131 ~ 133)의 슬롯(141 ~ 143) 내부 영역까지 도달할 수 있다. 또한 튜닝 홀 및 튜닝 볼트(151 ~ 153)에는 튜닝 볼트(151 ~ 153)를 메탈 블록(131 ~ 133)에 삽입할 때, 삽입 깊이를 미세 조절할 수 있도록 나사산이 형성될 수도 있다.
본 실시예에서 튜닝 볼트(151 ~ 153)를 세라믹 공진 캐비티(121 ~ 124)가 아닌 메탈 블록(131 ~ 133)에 삽입하는 것은, 메탈 블록(131 ~ 133)에 튜닝 홀을 형성하는 것이 더욱 용이하기 때문이다. 세라믹 공진 캐비티(121 ~ 124)에 튜닝 홀을 형성하는 경우, 튜닝 홀로 인한 공진 성능의 변화를 예측하기 어렵고, 세라믹의 특성상 파손이 발생하기 쉽다는 문제가 있다. 또한 도1 에서와 같이, 세라믹 공진 캐비티(121 ~ 124)의 결합면 사이에 튜닝 홀을 형성하는 경우, 세라믹이 더욱 파손되기 용이할 뿐만 아니라, 결합면이 분리되어 세라믹 도파관 필터로서 기능하지 못하게 될 수 있다. 이에 본 발명에서는 별도의 메탈 블록(131 ~ 133)을 삽입하고, 메탈 블록(131 ~ 133)에 튜닝 홀을 형성함으로써, 튜닝 볼트(151 ~ 153)가 세라믹 공진 캐비티(121 ~ 124)를 파손하거나, 세라믹 공진 캐비티(121 ~ 124)와 메탈 블록(131 ~ 133)의 결합면을 분리하지 않고 안정적으로 삽입될 수 있도록 한다.
도3 에서는 일예로 세라믹 도파관 필터의 다수의 세라믹 공진 캐비티(121 ~ 124)가 일렬로 배치되고, 다수의 메탈 블록(131 ~ 133)가 다수의 세라믹 공진 캐비티(121 ~ 124) 사이에 배치되는 것으로 설명하였다. 그러나, 다수의 세라믹 공진 캐비티(121 ~ 124)는 경우에 따라서 일렬 배치가 아닌 다양한 형태로 배치될 수 있으며, 다수의 메탈 블록(131 ~ 133)은 다양한 형태로 배치되는 다수의 세라믹 공진 캐비티(121 ~ 124) 사이에 배치 및 결합될 수 있다.
또한 도3 에서는 입출력 인터페이스(111, 112)가 다수의 세라믹 공진 캐비티(121 ~ 124)에서 양단에 배치된 세라믹 공진 캐비티(121, 124)에 삽입되는 것으로 설명하였으나, 입출력 인터페이스(111, 112)가 삽입되는 세라믹 공진 캐비티 또한 다수의 세라믹 공진 캐비티(121 ~ 124)의 배치 구조에 따라 다양하게 가변될 수 있으며, 세라믹 도파관 필터는 모드에 따라 둘 이상의 입출력 인터페이스(111, 112)를 포함할 수도 있다.
도4 및 도5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 트리플 모드 세라믹 도파관 필터의 사시도 및 분해도를 나타낸다.
도4 및 도5 는 TE011, TE101, TM110 트리플 모드 세라믹 도파관 필터(200)를 나타낸다. TE011, TE101, TM110 트리플 모드 세라믹 도파관 필터는 도3 에서와 같이 직육면체 형태로 형성된 다수의 세라믹 공진 캐비티(121 ~ 124)로 구현될 수도 있으나, 이 경우, 슬롯의 형태가 상이할 뿐, 도3 과 동일하게 메탈 블록(131 ~ 133)을 삽입할 수 있다.
그러나 트리플 모드 세라믹 도파관 필터(200)는 도4 및 도5 에 도시된 바와 같이, 다수의 세라믹 공진 캐비티(221, 222)가 다면체 형태로 형성될 수도 있다. 다면체로 형성되는 다수의 세라믹 공진 캐비티(221, 222)로 구현되는 트리플 모드 세라믹 도파관 필터(200)의 구조는 공지된 기술로서 여기서는 상세하게 설명하지 않는다.
다만 세라믹 도파관 필터(200)를 구현하기 위해, 다면체로 형성되는 다수의 세라믹 공진 캐비티(221, 222)의 접합면, 즉 인접한 세라믹 공진 캐비티(221, 222) 사이의 마주보는 면은 도4 및 도5 에 도시된 바와 같이, 결합이 가능하도록 동일한 형태로 형성되어야 한다.
그리고 세라믹 공진 캐비티(221, 222) 또한 도3 의 세라믹 공진 캐비티(121 ~ 124)와 마찬가지로 도전체로 도금되며, 인접한 세라믹 공진 캐비티 방향의 면은 커플링을 위해 기설정된 크기 및 형상의 슬롯이 형성된다.
또한 다수의 세라믹 공진 캐비티(221, 222) 중 양단에 배치되는 세라믹 공진 캐비티(221, 222)에는 입출력 홈이 형성되고, 형성된 입출력 홈을 통해 동축 커넥터 등으로 구현되는 입출력 인터페이스(211, 212)가 삽입된다. 도3 에서는 세라믹 도파관 필터(200)가 2개의 세라믹 공진 캐비티(221, 222)를 구비하므로, 2개의 세라믹 공진 캐비티(221, 222) 각각에 입출력 홈이 형성되어 입출력 인터페이스(211, 212)가 삽입되었다.
한편, 적어도 하나의 메탈 블록(230)이 세라믹 공진 캐비티(221, 222) 사이에 배치된다. 도5 에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 적어도 하나의 메탈 블록(230)은 세라믹 공진 캐비티(221, 222)와 별도로 제조되어 결합되는 구성요소이다.
세라믹 공진 캐비티(221, 222) 사이에 배치되는 적어도 하나의 메탈 블록(230)은 솔더링 등의 방식으로 양단의 세라믹 공진 캐비티(221, 222)와 결합된다. 그리고 적어도 하나의 메탈 블록(230)에는 도3 의 메탈 블록(131 ~ 133)과 마찬가지로 양단에 결합되는 세라믹 공진 캐비티(221, 222) 사이에서 신호를 커플링하기 위한 슬롯(240)이 형성된다.
또한 적어도 하나의 메탈 블록(230)은 이버네센트 모드 영역이 충분하게 구현될 수 있는 두께(w)를 갖도록 형성되며, 세라믹 공진 캐비티(221, 222)와 열팽창계수(CTE) 차이가 기지정된 기준값(여기서는 일예로 5μm/℃) 이하인 도전체로 구현될 수 있다. 또한 적어도 하나의 메탈 블록(230)은 세라믹 공진 캐비티(221, 222)와 결합되는 면과 대응하는 형태로 구현되고, 세라믹 공진 캐비티(121 ~ 124)의 결합면의 크기와 동일하거나 이하로 형성될 수 있다.
추가적으로 메탈 블록(230)에는 튜닝 홀이 형성되고, 튜닝 홀에는 튜닝 볼트(250)가 삽입될 수 있다.
도3 내지 도5 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 세라믹 도파관 필터(200)는 다수의 세라믹 공진 캐비티((121 ~ 124), (221, 222)) 사이에 별도로 제조된 적어도 하나의 메탈 블록(131 ~ 133, 230)이 배치되어 결합되고, 적어도 하나의 메탈 블록(131 ~ 133, 230)에 튜닝 볼트(151 ~ 153, 250)가 삽입 되는 구조를 갖는다.
결과적으로 본 실시예에 따른 세라믹 도파관 필터(100, 200)는 도금 처리된 다수의 세라믹 공진 캐비티((121 ~ 124), (221, 222))를 직접 결합하지 않고, 세라믹 공진 캐비티((121 ~ 124), (221, 222)) 사이에 별도로 제조된 메탈 블록(131 ~ 133, 230)을 삽입하여 결합함으로써, 이버네센트 모드 영역(Evanescent mode region)을 충분하게 구현한다. 이를 통해, 커플링 시에 기생 성분이 발생하지 않도록 하여, 세라믹 도파관 필터의 억압 레벨(rejection level)을 개선할 수 있다. 또한 튜닝 볼트(151 ~ 153, 250)가 메탈 블록(131 ~ 133, 230)에 형성된 튜닝 홀에 삽입되도록 함으로써, 파손 없이 정밀하고 안정적으로 튜닝을 수행할 수 있도록 한다.
도6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 도파관 필터의 제조 방법을 나타낸다.
도3 내지 도5 를 참조하여, 본 실시예에 따른 세라믹 도파관 필터의 제조 방법을 설명하면, 우선 기지정된 크기 및 형태를 갖는 다수의 세라믹 블록을 제조한다(S11). 여기서 다수의 세라믹 블록은 전달하고자 하는 신호와 모드에 따라 크기 및 형태가 결정되며, 도3 및 도4 에 도시된 바와 같이, 직육면체 또는 다면체의 형태로 제조될 수 있다.
그리고 제조된 다수의 세라믹 블록을 도전체로 도금하여, 다수의 세라믹 공진 캐비티((121 ~ 124), (221, 222))를 획득한다(S12). 이때 다수의 세라믹 공진 캐비티((121 ~ 124), (221, 222))는 세라믹 도파관 필터(100, 200)로 구현될 때 배치 위치가 미리 결정되며, 일면 또는 양면에 도금되지 않는 영역인 슬롯이 형성된다. 슬롯의 크기 및 형태는 커플링하고자 하는 신호에 따라 다양하게 가변될 수 있으나, 인접하여 배치되는 다수의 세라믹 공진 캐비티((121 ~ 124), (221, 222))의 서로 마주보는 면에는 동일한 크기 및 형태의 슬롯이 형성된다.
한편, 본 실시예에 따른 세라믹 도파관 필터의 제조 방법은 다수의 세라믹 공진 캐비티((121 ~ 124), (221, 222))와 별도로 적어도 하나의 메탈 블록(131 ~ 133, 230)을 제조한다(S13).
적어도 하나의 메탈 블록(131 ~ 133, 230) 각각은 세라믹 도파관 필터(100, 200)에서 다수의 세라믹 공진 캐비티((121 ~ 124), (221, 222)) 사이에 배치되며, 배치 위치가 미리 지정된다. 적어도 하나의 메탈 블록(131 ~ 133, 230) 각각은 배치 위치에 따라 인접하여 배치되는 세라믹 공진 캐비티((121 ~ 124), (221, 222))의 대응하는 면에 대응하는 형태와 크기를 갖고 형성된다.
또한 인접하여 배치되는 세라믹 공진 캐비티((121 ~ 124), (221, 222))의 슬롯과 동일한 형태 및 크기의 슬롯(141 ~ 143, 240)을 갖도록 형성되며, 외곽 일면에 슬롯(141 ~ 143, 240)까지 관통하는 튜닝 홀이 형성된다.
다수의 세라믹 공진 캐비티((121 ~ 124), (221, 222))와 적어도 하나의 메탈 블록(131 ~ 133, 230)이 각각 제조되면, 다수의 세라믹 공진 캐비티((121 ~ 124), (221, 222)) 사이에 대응하는 적어도 하나의 메탈 블록(131 ~ 133, 230)을 배치하여 결합한다(S14). 이때 다수의 세라믹 공진 캐비티((121 ~ 124), (221, 222))와 적어도 하나의 메탈 블록(131 ~ 133, 230)은 솔더링 등의 방식으로 결합될 수 있다.
다수의 세라믹 공진 캐비티((121 ~ 124), (221, 222))와 적어도 하나의 메탈 블록(131 ~ 133, 230)이 결합되면, 다수의 세라믹 공진 캐비티((121 ~ 124), (221, 222)) 중 기지정된 세라믹 공진 캐비티에 입출력 인터페이스를 삽입한다(S15).
그리고 적어도 하나의 메탈 블록(131 ~ 133, 230) 각각에 형성된 튜닝 홀에 튜닝 볼트(151 ~ 153, 250)를 삽입한다(S16). 이후, 삽입된 튜닝 볼트(151 ~ 153, 250)의 삽입 깊이를 조절함으로써, 다수의 세라믹 공진 캐비티((121 ~ 124), (221, 222)) 사이의 커플링 값을 미세 조절한다(S17).
도7 은 본 발명의 실시예에 따른 세라믹 도파관 필터의 특성을 시뮬레이션한 결과를 나타낸다.
도7 은 도2 및 도4 의 트리플 모드 세라믹 도파관 필터의 주파수 응답 특성을 시뮬레이션한 결과로서, 도2 및 도4 의 세라믹 도파관 필터는 도7 에 도시된 바와 같이, 밴드 패스 필터(band-pass filter: BPF)로 기능한다.
도7 을 살펴보면, 통과 대역인 3.3 ~ 3.67GHz 대역에서는 도2 에 도시된 기존의 세라믹 도파관 필터와 도4 의 세라믹 도파관 필터(200) 사이의 성능차이가 크게 나타나지 않는다. 그러나, 밴드 패스 필터의 통과 대역 양측단의 주파수 대역에서 도2 의 세라믹 도파관 필터는 세라믹 공진 캐비티(221, 222) 사이의 도전체의 두께가 얇아서 기생 성분이 발생하게 되고, 이 기생 성분으로 인해, 인접한 세라믹 공진 캐비티로 전달되지 않아야 하는 신호가 전달됨으로써, 신호의 억압 효과가 나쁘게 나타난다. 반면, 도4 의 세라믹 도파관 필터(200)의 경우, 메탈 블록(230)이 이버네센트 모드 영역을 충분하게 확보함에 따라 기생 성분이 발생하지 않아, 통과 대역 이외의 신호 성분에 대한 억압 성능을 향상시킨다. 도7 에서는 도4 의 세라믹 도파관 필터(200)가 도2 의 세라믹 도파관 필터에 비해 10dB 이상 억압 레벨이 개선되었음을 확인할 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 컴퓨터에서 실행 시키기 위한 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램으로 구현될 수 있다. 여기서 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스 될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 또한 컴퓨터 저장 매체를 모두 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함하며, ROM(판독 전용 메모리), RAM(랜덤 액세스 메모리), CD(컴팩트 디스크)-ROM, DVD(디지털 비디오 디스크)-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등을 포함할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100, 200: 세라믹 도파관 필터
111, 112, 211, 212: 입출력 인터페이스
121 ~ 124, 221, 222: 세라믹 공진 캐비티
131 ~ 133, 230: 메탈 블록
141 ~ 143, 240: 슬롯
151 ~ 153, 250: 튜닝 볼트

Claims (13)

  1. 필터링하고자 하는 신호에 대응하는 크기 및 형태를 갖는 세라믹 블록에 기지정된 슬롯 영역을 제외한 외부면이 도금 처리된 다수의 세라믹 공진 캐비티;
    기지정된 기준 두께 이상의 두께를 갖고, 슬롯이 형성된 도전체로 구현되어 상기 다수의 세라믹 공진 캐비티 사이에 배치 및 결합되는 적어도 하나의 메탈 블록; 및
    상기 다수의 세라믹 공진 캐비티 중 적어도 2개 이상의 세라믹 공진 캐비티에 삽입되어 신호를 입출력하는 입출력 인터페이스; 를 포함하되,
    상기 적어도 하나의 메탈 블록은
    외부 일면으로부터 내부 슬롯까지 관통하는 튜닝 홀이 형성되고,
    상기 튜닝 홀에 삽입되는 적어도 하나의 튜닝 볼트를 더 포함하며,
    상기 적어도 하나의 메탈 블록은
    양단에 배치되는 세라믹 공진 캐비티의 도금 면에 솔더링 기법으로 결합되는 세라믹 도파관 필터.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 다수의 세라믹 공진 캐비티는
    상기 다수의 세라믹 공진 캐비티 중 미리 결정된 배치 위치에 따라 서로 인접하여 배치되는 세라믹 공진 캐비티의 마주보는 면에 동일한 슬롯 영역이 형성되고,
    상기 적어도 하나의 메탈 블록 각각은
    양단에 배치되는 세라믹 공진 캐비티에 형성된 상기 슬롯 영역에 대응하는 형태로 상기 슬롯이 형성되는 세라믹 도파관 필터.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 메탈 블록은
    상기 세라믹 공진 캐비티의 열 팽창 계수와 열 팽창 계수 차가 기지정된 기준값 이하인 도전체로 구현되는 세라믹 도파관 필터.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1 항에 있어서, 상기 다수의 세라믹 공진 캐비티는
    직육면체로 구현되는 세라믹 도파관 필터.
  7. 제1 항에 있어서, 상기 다수의 세라믹 공진 캐비티는
    TE011, TE101, TM110 트리플 모드로 신호를 전달하기 위한 다면체로 구현된는 세라믹 도파관 필터.
  8. 필터링하고자 하는 신호에 대응하는 크기 및 형태를 갖는 다수의 세라믹 블록을 형성하는 단계;
    상기 다수의 세라믹 블록의 기지정된 슬롯 영역을 제외한 외부면을 도금 처리하여 다수의 세라믹 공진 캐비티를 제조하는 단계;
    기지정된 기준 두께 이상의 두께를 갖고, 슬롯이 형성된 도전체로 구현되는 적어도 하나의 메탈 블록을 제조하는 단계; 및
    상기 다수의 세라믹 공진 캐비티 사이에 상기 적어도 하나의 메탈 블록 중 대응하는 메탈 블록을 배치하고 결합하는 단계; 를 포함하되,
    상기 적어도 하나의 메탈 블록 각각의 외부 일면으로부터 내부 슬롯까지 관통하는 튜닝 홀을 형성하는 단계; 및
    상기 튜닝 홀에 각각에 튜닝 볼트를 삽입하는 단계; 더 포함하고,
    상기 메탈 블록을 배치하고 결합하는 단계는
    상기 적어도 하나의 메탈 블록을 양단에 배치되는 세라믹 공진 캐비티의 도금 면에 솔더링 기법으로 결합하는 세라믹 도파관 필터의 제조 방법.
  9. 제8 항에 있어서, 상기 세라믹 공진 캐비티를 제조하는 단계는
    상기 다수의 세라믹 공진 캐비티 중 미리 결정된 배치 위치에 따라 서로 인접하여 배치되는 세라믹 블록의 마주보는 면에 동일한 슬롯 영역이 형성되도록 외부면을 도금하고,
    상기 메탈 블록을 제조하는 단계는
    양단에 배치되는 세라믹 공진 캐비티에 형성된 상기 슬롯 영역에 대응하는 형태로 상기 슬롯을 형성하는 세라믹 도파관 필터의 제조 방법.
  10. 제8 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 메탈 블록은
    상기 세라믹 공진 캐비티의 열 팽창 계수와 열 팽창 계수 차가 기지정된 기준값 이하인 도전체로 제조되는 세라믹 도파관 필터의 제조 방법.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제8 항에 있어서, 상기 세라믹 도파관 필터의 제조 방법은
    상기 다수의 세라믹 공진 캐비티 중 기지정된 적어도 2개 이상의 세라믹 공진 캐비티에 신호를 입출력하는 입출력 인터페이스 삽입하는 단계; 를 더 포함하는 세라믹 도파관 필터의 제조 방법.
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