KR102361896B1 - 스퓨리어스를 조정하는 그라운드 기둥을 포함하는 광대역 다이플렉서 - Google Patents

Abstract

광대역 다이플렉서(Diplexer)가 개시된다. 본 광대역 다이플렉서는, 저역통과필터(LPF) 및 고역통과필터(HPF)를 포함하는, PCB(Printed Circuit Board) 기판, PCB 기판을 실장하기 위한, 하우징을 포함한다. PCB 기판은, 유전체층, 유전체층의 상면의 적어도 일부 영역 상에 형성된 제1 도전 패턴, 유전체층의 하면의 적어도 일부 영역 상에 형성된 제2 도전 패턴을 포함한다. 하우징은, 하우징의 측면과 이격되어 하우징의 상면으로부터 하우징의 하면까지 수직 연장되고, 제1 도전 패턴 및 제2 도전 패턴 중 어느 하나도 형성되지 않은 유전체층의 일부 영역을 관통하는, 적어도 하나의 그라운드 기둥을 포함한다.

Description

스퓨리어스를 조정하는 그라운드 기둥을 포함하는 광대역 다이플렉서 { WIDE BAND DIPLEXER INCLUDING GROUND PILLAR FOR SPURIOUS ADJUSTMENT }

본 개시는 광대역 다이플렉서에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 저역통과필터(4G)에서 발생하는 스퓨리어스의 고역통과필터(5G)에 대한 간섭을 제거하기 위한 광대역 다이플렉서에 관한 것이다.

다수의 안테나를 사용하는 Massive MIMO(Multiple-input and multiple-output) 시스템은, 채널용량을 극대화하고 신호의 신뢰성을 확보하기 위한 5G 통신의 핵심 기술이다.

하나의 안테나마다 다수의 필터가 내장될 수 있는 본 시스템에서, 각각의 주파수 Band Filter를 포함하는 하나의 Wide Band Diplexer(WBD)가 활용될 수 있다.

한편, 다이플렉서는 캐비티 또는 인쇄회로기판(PCB)의 형태로 구현될 수 있다. 다만, 캐비티 기반 필터의 경우, 각 캐비티의 공진 주파수를 조정하는 튜닝 볼트와 캐비티 간 결합량을 조절하는 튜닝볼트들의 필터 특성이 튜닝되는 과정이 필요하고, 해당 과정에서 필터 특성이 모든 필터에 동일하게 적용되기는 어렵다는 단점이 있다.

본 개시는 4G 및 5G 각각의 신호를 처리하기 위한 PCB 구조의 광대역 다이플렉서를 제공한다.

구체적으로, 본 개시는 저대역(4G) 및 고대역(5G)의 위상 지연을 일정하게 구현하면서도 스퓨리어스(spurious)에 따른 간섭을 방지할 수 있는 PCB 기반의 다이플렉서를 제공한다.

본 개시의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 개시의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 개시의 실시 예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 개시의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

본 개시의 일 실시 예에 따른 광대역 다이플렉서(Diplexer)는, 저역통과필터(LPF) 및 고역통과필터(HPF)를 포함하는 PCB(Printed Circuit Board) 기판, 상기 PCB 기판을 실장하기 위한 하우징을 포함한다. 상기 PCB 기판은, 상기 하우징의 내부에서 상기 하우징의 상면 및 하면 각각으로부터 이격되어 형성된 유전체층, 상기 유전체층의 상면의 적어도 일부 영역 상에 형성된 제1 도전 패턴, 상기 유전체층의 하면의 적어도 일부 영역 상에 형성된 제2 도전 패턴을 포함한다. 상기 하우징은, 상기 하우징의 측면과 이격되어 상기 하우징의 상면으로부터 상기 하우징의 하면까지 수직 연장되고, 상기 제1 도전 패턴 및 상기 제2 도전 패턴 중 어느 하나도 형성되지 않은 상기 유전체층의 일부 영역을 관통하는, 적어도 하나의 그라운드 기둥을 포함한다.

상기 그라운드 기둥은, 상기 저역통과필터에 매칭되는 제1 신호의 스퓨리어스(Spurious)가 상기 고역통과필터에 매칭되는 제2 신호의 타겟 대역에 미치는 영향을 축소시킬 수 있다.

상기 그라운드 기둥은, 지름이 5 ~ 6 mm이고, 높이가 11 ~ 12 mm 인 원기둥 형태이고, 상기 그라운드 기둥의 상면은 상기 하우징의 상면과 접속되고, 상기 그라운드 기둥의 하면은 상기 하우징의 하면과 접속될 수 있다.

한편, 상기 PCB 기판은, 상기 하우징의 측면에 구비된 접속구를 통해 안테나 입출력 포트, 4G 입출력 포트, 및 5G 입출력 포트와 각각 연결될 수 있다. 여기서, 상기 저역통과필터는, 상기 안테나 입출력포트와 상기 4G 입출력포트 사이에서 4G 대역의 통과 기능을 수행하고, 상기 고역통과필터는, 상기 안테나 입출력포트와 상기 5G 입출력포트 사이에서 5G 대역의 통과 기능을 수행할 수 있다.

이때, 상기 하우징은, 상기 안테나 입출력포트와 상기 저역통과필터가 접속되는 도전 패턴 부분에 근접하여 배치된 제1 그라운드 기둥, 상기 안테나 입출력포트와 상기 고역통과필터가 접속되는 도전 패턴 부분에 근접하여 배치된 제2 그라운드 기둥, 상기 고역통과필터를 구성하는 두 개의 공진기 각각에 매칭되는 두 개의 스터브 사이에 배치된 제3 그라운드 기둥을 포함할 수 있다.

상기 저역통과필터는, 제1 전송영점을 갖는 공진기를 구현하는 제1 스터브, 제2 전송영점을 갖는 공진기를 구현하는 제2 스터브, 제3 전송영점을 갖는 공진기를 구현하는 제3 스터브, 상기 4G 입출력포트와 상기 제1 스터브 사이를 연결하는 제1 스트립라인, 상기 제1 스터브와 상기 제2 스터브를 연결하는 제2 스트립라인, 상기 제2 스터브와 상기 제3 스터브 사이를 연결하는 제3 스트립라인, 상기 제3 스터브와 상기 안테나 입출력포트를 연결하는 제4 스트립라인을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 고역통과필터는, 제4 전송영점을 갖는 공진기를 구현하는 제4 스터브, 제5 전송영점을 갖는 공진기를 구현하는 제5 스터브, 상기 5G 입출력포트와 상기 제4 스터브를 연결하는 제1 오픈 커플링부, 상기 제4 스터브와 상기 제5 스터브 사이를 연결하는 제2 오픈 커플링부, 상기 제5 스터브와 상기 안테나 입출력포트 사이를 연결하는 제3 오픈 커플링부를 포함할 수 있다.

한편, 상기 하우징은, 상기 하우징의 하면 중 상기 제2 도전 패턴의 적어도 일부와 대향하는 일 영역으로부터 상기 제2 도전 패턴의 방향으로 수직 연장되어, 상기 제2 도전 패턴과 근접 이격된 일 지점까지 형성된, 적어도 하나의 제4 그라운드 기둥을 더 포함할 수 있다.

이 경우, 상기 제4 그라운드 기둥은, 상기 하우징의 하면 중 상기 고역통과필터의 공진기에 매칭되는 상기 제2 도전 패턴의 일 부분과 대향하는 일 영역으로부터, 상기 제2 도전 패턴의 방향으로 수직 연장될 수 있다.

상기 제4 그라운드 기둥은, 높이가 3 ~ 5 mm인 사각 기둥 형태일 수 있다.

본 개시의 일 실시 예에 따른 광대역 다이플렉서는, 저역통과필터(LPF) 및 고역통과필터(HPF)를 포함하는 PCB(Printed Circuit Board) 기판, 상기 PCB 기판을 실장하기 위한 하우징을 포함한다. 상기 PCB 기판은, 상기 하우징의 내부에서 상기 하우징의 상면 및 하면 각각으로부터 이격되어 형성된 유전체층, 상기 유전체층의 상면의 적어도 일부 영역 상에 형성된 제1 도전 패턴, 상기 유전체층의 하면의 적어도 일부 영역 상에 형성된 제2 도전 패턴을 포함한다. 상기 하우징은, 상기 하우징의 하면 중 상기 제2 도전 패턴의 적어도 일부와 대향하는 일 영역으로부터 상기 제2 도전 패턴의 방향으로 수직 연장되어, 상기 제2 도전 패턴과 근접 이격된 일 지점까지 형성된, 적어도 하나의 그라운드 기둥을 포함한다.

본 개시에 따른 광대역 다이플렉서는, PCB 기반의 다이플렉서로서, 위상 지연 특성에 영향을 주는 튜닝 공정이 배제되어 생산성이 향상됨은 물론 원가 절감의 효과가 있다.

본 개시에 따른 광대역 다이플렉서는, PCB 구조의 필터는 무 튜닝 방식으로 일률적인 위상 지연 특성을 가질 수 있다는 장점이 있다.

본 개시에 따른 광대역 다이플렉서는, 저역통과필터를 통해 발생한 저역 신호의 스퓨리어스에 따라 고역통과필터에 대한 간섭이 발생하는 상황을 억제한다는 효과가 있다.

본 개시에 따른 광대역 다이플렉서는, 저역통과필터 및 고역통과필터 각각의 고립도가 향상되어 신호처리 품질이 향상된다는 장점이 있다.

도 1은 본 개시의 일 실시 예에 따른 다이플렉서의 구조를 설명하기 위한 사시도,
도 2a는 도 1에 도시된 다이플렉서의 구성을 설명하기 위한 평면도(상면도),
도 2b는 도 1에 도시된 다이플렉서를 구성하는 저역통과필터 및 고역통과필터 각각의 등가회로를 도시한 도면,
도 3은 도 1에 도시된 다이플렉서의 신호 특성 및 스퓨리어스 관련 문제를 설명하기 위한 그래프,
도 4a 내지 도 4b는 본 개시의 일 실시 예에 따라 스퓨리어스를 해결하기 위한 그라운드 기둥을 포함하는 다이플렉서의 구조를 설명하기 위한 도면들,
도 5는 도 4a 내지 도 4b에 도시된 다이플렉서의 신호 특성을 설명하기 위한 그래프,
도 6a 내지 도 6b는 본 개시의 일 실시 예에 따라 스퓨리어스를 해결하기 위한 그라운드 기둥을 포함하는 다이플렉서의 구조를 설명하기 위한 도면들,
도 7은 도 6a 내지 도 6b에 도시된 다이플렉서의 신호 특성을 설명하기 위한 그래프, 그리고
도 8은 본 개시의 일 실시 예에 따라 스퓨리어스를 해결하기 위한 그라운드 기둥을 포함하는 다이플렉서의 구조를 설명하기 위한 도면이다.

본 개시에 대하여 구체적으로 설명하기에 앞서, 본 명세서 및 도면의 기재 방법에 대하여 설명한다.

먼저, 본 명세서 및 청구범위에서 사용되는 용어는 본 개시의 다양한 실시 예들에서의 기능을 고려하여 일반적인 용어들을 선택하였다. 하지만, 이러한 용어들은 당해 기술 분야에 종사하는 기술자의 의도나 법률적 또는 기술적 해석 및 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 일부 용어는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있다. 이러한 용어에 대해서는 본 명세서에서 정의된 의미로 해석될 수 있으며, 구체적인 용어 정의가 없으면 본 명세서의 전반적인 내용 및 당해 기술 분야의 통상적인 기술 상식을 토대로 해석될 수도 있다.

또한, 본 명세서에 첨부된 각 도면에 기재된 동일한 참조번호 또는 부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부품 또는 구성요소를 나타낸다. 설명 및 이해의 편의를 위해서 서로 다른 실시 예들에서도 동일한 참조번호 또는 부호를 사용하여 설명한다. 즉, 복수의 도면에서 동일한 참조 번호를 가지는 구성요소를 모두 도시되어 있다고 하더라도, 복수의 도면들이 하나의 실시 예를 의미하는 것은 아니다.

또한, 본 명세서 및 청구범위에서는 구성요소들 간의 구별을 위하여 "제1", "제2" 등과 같이 서수를 포함하는 용어가 사용될 수 있다. 이러한 서수는 동일 또는 유사한 구성요소들을 서로 구별하기 위하여 사용하는 것이며 이러한 서수 사용으로 인하여 용어의 의미가 한정 해석되어서는 안 된다. 일 예로, 이러한 서수와 결합된 구성요소는 그 숫자에 의해 사용 순서나 배치 순서 등이 제한되어서는 안 된다. 필요에 따라서는, 각 서수들은 서로 교체되어 사용될 수도 있다.

본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "구성되다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 본 개시의 실시 예에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적인 연결 외에, 다른 구성을 통한 간접적인 연결의 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함한다는 의미는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 1은 본 개시의 일 실시 예에 따른 다이플렉서의 구조를 설명하기 위한 사시도이다. 도 1의 다이플렉서(10)는 기지국 안테나에 실장될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 다이플렉서(10)는 기지국 외에도 다양한 단말 기기에 실장될 수 있다.

도 1을 참조하면, 다이플렉서(10)는 PCB 기판을 실장하기 위한 하우징(100)을 포함할 수 있다. 일 예로, 하우징(100)의 내부는 진공 상태일 수 있다.

하우징(100)은, 도 1과 같이 상면, 하면, 및 복수의 측면이 구비된 각진 형태로 PCB 기판을 실장하도록 구현될 수 있다. 여기서, 복수의 측면은, 인접한 측면과 수직으로 연결된 복수의 평면에 해당할 수 있다. 한편, 하우징은 이 밖에도 다양한 형태가 가능함은 물론이다.

하우징(100)의 내부에는 유전체층(210), 제1 도전 패턴(220-1), 제2 도전 패턴(220-2)으로 구성된 PCB 기판이 포함될 수 있다.

구체적으로, 유전체층(210)은 하우징의 상면 및 하면 각각으로부터 이격되어 형성될 수 있으며, 유전체층(210)의 상면에는 제1 도전 패턴(220-1)이 형성되고, 유전체층(220)의 하면에는 제2 도전 패턴(220-2)이 형성될 수 있다.

이렇듯, 본 개시에 따른 다이플렉서(10)는, 유전체 층의 양면에 형성된 도전 패턴들(220-1, 2)을 포함하는 스트립 라인 형태의 PCB 기판을 포함할 수 있으며, PCB 기판이 하우징(100) 내에 포함된 형태로 구현될 수 있다. 여기서, 제1 도전 패턴(220-1) 및 제2 도전 패턴(220-2)을 통해 구현되는 선로 간의 커플링, 선로 상의 공진, 다중 임피던스 연결의 원리를 통해 각 필터가 구현된다.

이때, 하우징(100)의 표면(ex. 하우징의 상면, 하면 등)은 그라운드에 해당할 수 있으나, 제1 도전 패턴(220-1) 및 제2 도전 패턴(220-2) 각각은 하우징 표면에 접속되지 않고 이격된 형태이다.

도 2a는 도 1에 도시된 다이플렉서(10)의 구성을 설명하기 위한 평면도(상면도)이다.

도 2a를 참조하면, 다이플렉서(10)의 PCB 기판은, 안테나 입출력포트(1), 4G 입출력 포트(2), 5G 입출력 포트(3)와 각각 연결될 수 있다. 구체적으로, 상술한 포트들(1, 2, 3)은 하우징(100)의 측면에 구비된 각각의 접속구를 통해 제1 도전 패턴(220-1)과 접속될 수 있다.

도 2a를 참조하면, 다이플렉서(10)의 PCB 기판은, 기능적으로 저역통과필터(LPF. Low Pass Filter. 201) 및 고역통과필터(HPF. High Pass Filter. 202)로 구분될 수 있다.

한편, 하우징(100)은 저역통과필터(201)와 고역통과필터(202) 간의 전기적 신호를 차단하기 위해, 직육면체 구조에서 저역통과필터(201)와 고역통과필터(202) 사이가 일부 함입된 형태로 형성될 수 있다(도 4b 참조).

저역통과필터(201)는, 안테나 입출력포트(1)와 4G 입출력포트(2) 사이에서 4G 대역의 통과 기능을 수행할 수 있다. 그리고, 고역통과필터(202)는, 안테나 입출력포트(1)와 5G 입출력포트(3) 사이에서 5G 대역의 통과 기능을 수행할 수 있다.

양면의 도전 패턴(220-1, 2)은 서로 일부가 대칭된 형상으로 마주볼 수 있으며, 다수의 비아홀(221)을 통해 서로 연결될 수 있다. 일반적으로 마이크로 스트립 형태의 PCB 기판에서 이용되는 비아홀과는 달리, 본 개시에 따른 비아홀(221)은 그라운드(하우징 표면)와 무관하게 유전체층(210) 양면의 도전 패턴들(220-1, 2)을 서로 연결한다는 차별점이 있다.

도 2a를 참조하면, 양면의 도전 패턴(220-1, 2)을 통해 5개의 스터브(ST1 ~ ST5)가 배치될 수 있다. 일 예로, 각 스터브는, 인덕터(L) 역할을 하는 단락회로 스터브(ST-L)와, 커패시터(C) 기능을 하는 개방 스터브(ST-C)로 이루어져 직렬 LC회로를 구현할 수 있다. 여기서, 직렬 LC회로의 L값과 C값은 4각 패치형 스터브의 길이와 넓이에 따라 조정될 수 있으며, 그에 따라 전송영점도 조정될 수 있다. 커패시터의 경우, 유전체층(210)을 사이에 두고 서로 대향하도록 구성된 양면의 도전 패턴의 일부를 통해 구현될 수 있다.

이때, 세 개의 스터브(ST1 ~ ST3)는 저역통과필터(201)를 구성하고, 나머지 두 개의 스터브(ST4 ~ ST5)는 고역통과필터(202)를 구성할 수 있다.

구체적으로, 저역통과필터(201)는 제1 전송영점을 갖는 공진기를 구현하는 제1 스터브(ST1), 제2 전송영점을 갖는 공진기를 구현하는 제2 스터브(ST2), 제3 전송영점을 갖는 공진기를 구현하는 제3 스터브(ST3)를 포함할 수 있다. 또한, 저역통과필터(201)는 4G 입출력포트(2)와 제1 스터브(ST1) 사이를 연결하는 제1 스트립라인, 제1 스터브(ST1)와 제2 스터브(ST2)를 연결하는 제2 스트립라인, 제2 스터브(ST2)와 제3 스터브(ST3) 사이를 연결하는 제3 스트립라인, 제3 스터브(ST3)와 안테나 입출력포트(1)를 연결하는 제4 스트립라인을 각각 포함할 수 있다.

그리고, 고역통과필터(202)는 제4 전송영점을 갖는 공진기를 구현하는 제4 스터브(ST4), 제5 전송영점을 갖는 공진기를 구현하는 제5 스터브(ST5), 5G 입출력포트(3)와 제4 스터브(ST4)를 연결하는 제1 오픈 커플링부, 제4 스터브(ST4)와 제5 스터브(ST5) 사이를 연결하는 제2 오픈 커플링부, 제5 스터브(ST5)와 안테나 입출력포트(1) 사이를 연결하는 제3 오픈 커플링부를 각각 포함할 수 있다.

도 2b는 도 1에 도시된 다이플렉서를 구성하는 저역통과필터 및 고역통과필터 각각의 등가회로를 도시한 도면이다. 저역통과필터(201)에 구비된 각각의 스트립라인은 인덕터에 매칭되고, 고역통과필터(202)에 구비된 각각의 오픈 커플링부는 커패시터에 매칭될 수 있다.

도 3은 도 1에 도시된 다이플렉서의 신호 특성 및 스퓨리어스 관련 문제를 설명하기 위한 그래프이다. 도 3은 도 1에 도시된 다이플렉서의 S 파라미터 특성 그래프에 해당한다.

도 3의 그래프에서, 안테나 입출력포트(1)인 포트 1(Port 1)에 신호를 인가하였을 때 포트 1로 되돌아오는 전력의 비는 반사계수로서 S(1,1)에 해당한다. 포트 1에서 4G 입출력포트인 포트 2(Port 2)로 전달되는 전력의 비는 투과계수로서 S(2,1)에 해당한다. 포트 1에서 5G 입출력포트인 포트 3(Port 3)으로의 전달은 투과계수로서 S(3,1)의 특성에 해당한다.

도 3의 그래프에서, 가로축은 주파수(GHz)를 나타내고, 세로축은 신호의 크기(dB)를 나타낸다.

본 개시에 따른 다이플렉서(10)에 있어, 4G 이동통신에 대한 타겟 대역은 728~2150MHz에 해당하고, 5G 이동통신에 대한 타겟 대역은 3440~4200MHz 및 4400~4900MHz에 해당한다.

도 3을 참조하면, S(2,1) 그래프는 비교적 저주파인 2150MHz 이하 대역을 통과시키는 저역통과필터(LPF)의 특성을 보여주고, S(3,1) 그래프는 비교적 고주파인 3440MHz 이상의 대역은 통과시키고 낮은 주파수는 차단시키는 고역통과필터(HPF)의 특성을 보여준다. S(1,1) 그래프는 저역 주파수대와 고역 주파수대를 서로 격리시키는 특성을 보여준다.

다만, 도 3의 S(2,1) 그래프를 참조하면, 저역통과필터(LPF)를 통과한 신호의 스퓨리어스(Spurious)가 4GHz 부근에서 한 번, 4.6GHz 부근에서 한 번 각각 발생하는 것이 확인된다. 즉, 저역통과필터(LPF)를 통과한 신호가 고역통과필터(HPF)의 타겟 대역(3440~4200MHz 및 4400~4900MHz) 상에 불필요한 영향을 미칠 수 있다는 문제가 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해, 본 개시의 일 실시 예에 따른 다이플렉서는, 하우징(100)의 측면으로부터 이격되어 하우징(100)의 상면으로부터 하우징(100)의 하면까지 수직 연장된 적어도 하나의 그라운드 기둥을 포함할 수 있다.

이때, 그라운드 기둥은, 유전체층(210)은 관통하되, 제1 도전 패턴(220-1) 및 제2 도전 패턴(220-2)은 관통하지 않을 수 있다. 즉, 그라운드 기둥은, 유전체층(210) 상에서 제1 도전 패턴(220-1) 및 제2 도전 패턴(220-2) 중 어느 하나도 형성되지 않은 일부 영역을 관통할 수 있다.

관련하여, 도 4a 내지 도 4b는 본 개시의 일 실시 예에 따라 스퓨리어스를 해결하기 위한 그라운드 기둥을 포함하는 다이플렉서의 구조를 설명하기 위한 도면들이다.

사시도에 해당하는 도 4a를 참조하면, 다이플렉서(10)는 세 개의 그라운드 기둥(110-1, 2, 3)을 포함할 수 있다. 다만, 도 4a는 일 예에 해당하고, 다이플렉서(10)가 상술한 그라운드 기둥들(110-1, 2, 3) 중 하나 또는 둘만 포함하는 경우도 물론 가능하다. 또한, 그라운드 기둥들(110-1, 2, 3) 중 적어도 하나의 위치가 변경되거나 적어도 하나의 그라운드 기둥이 추가될 수도 있음은 물론이다.

각 그라운드 기둥(110-1, 2, 3)은 원기둥 형태일 수 있다. 구체적으로, 각 그라운드 기둥(110-1, 2, 3)은, 지름이 5 ~ 6mm이고, 높이가 11 ~ 12mm인 원기둥 형태일 수 있다. 바람직하게는, 각 그라운드 기둥(110-1, 2, 3)의 지름은 5.2mm이고, 높이는 11.7mm일 수 있다.

이때, 각 그라운드 기둥(110-1, 2, 3)의 상면은 하우징(100)의 상면에 접속되고, 각 그라운드 기둥(110-1, 2, 3)의 하면은 하우징(100)의 하면에 접속될 수 있다.

도 4b는, 도 4a의 그라운드 기둥이 회전된 상태로 도시된 사시도이다. 도 4b를 참조하면, 각 그라운드 기둥(110-1, 2, 3)은 각각 하우징(100)의 측면과 이격된 위치에서 유전체층(210)을 관통하되, 도전 패턴(220-1, 2)과는 접촉되지 않는다.

도 4b를 참조하면, 제1 그라운드 기둥(110-1)은 안테나 입출력포트(1)와 저역통과필터(201)가 접속되는 도전 패턴 부분에 근접하여 배치될 수 있다. 구체적으로, 제1 그라운드 기둥(110-1)은 제3 스터브(ST3), 제4 스트립라인, 및 안테나 입출력포트(1)로 둘러싸인 위치에 배치될 수 있다.

제2 그라운드 기둥(110-2)은 안테나 입출력포트(1)와 고역통과필터(202)가 접속되는 도전 패턴 부분에 근접하여 배치될 수 있다. 그리고, 제2 그라운드 기둥(110-2)은 고역통과필터(202)에 포함되는 제5 스터브(ST5)에 근접한 위치에 배치될 수 있다.

구체적으로, 제1 그라운드 기둥(110-1) 및 제2 그라운드 기둥(110-2)은, 안테나 입출력포트(1)를 제3 스트립라인 및 제3 오픈 커플링부와 각각 접속되도록 하는 도전 패턴 부분을 사이에 두고 서로 반대편에 위치할 수 있다.

제3 그라운드 기둥(110-3)은 고역통과필터(202)를 구성하는 공진기들 각각에 매칭되는 스터브들(ST4, ST5) 사이에 배치될 수 있다. 그리고, 제3 그라운드 기둥(110-3)은 제2 오픈 커플링부와 근접하여 배치될 수 있다.

도 5는 도 4a 내지 도 4b에 도시된 다이플렉서의 신호 특성을 설명하기 위한 그래프이다.

도 5의 S(2,1) 그래프를 참조하면, 그라운드 기둥을 포함하지 않는 경우에 해당하는 도 3의 그래프와 달리, 스퓨리어스가 발생하는 주파수 지점들이 조금씩 변경된다는 효과가 있다.

특히, 기존에 4400~4900MHz 대역 내에 존재하던 스퓨리어스는 보다 고역대인 5.5GHz 부근으로 이동한 것이 확인된다. 또한, 3440~4200MHz 대역 내에 존재하던 스퓨리어스 역시, 비록 해당 대역을 완전히 벗어나지는 못한 상태이지만, 도 3의 경우와 비교했을 때 조금 상승된 주파수 상으로 발생 위치가 변경되었다. 한편, 이 밖에도 저역통과필터(201)의 통과대역이 도 3에 비해 더 넓어졌다는 효과도 있다.

이렇듯, 그라운드 기둥(110-1, 2, 3)은, 저역통과필터(201)에 매칭되는 신호(S(2,1))의 스퓨리어스가 고역통과필터(202)에 매칭되는 신호(S(3,1))의 타겟 대역에 미치는 영향을 축소시킨다는 효과가 있다.

한편, 일 실시 예에 따르면, 다이플렉서(10)는 하우징(100)의 하면 중 제2 도전 패턴(220-2)의 적어도 일부와 대향하는 일 영역으로부터 제2 도전 패턴(220-2)의 방향으로 수직 연장된 적어도 하나의 그라운드 기둥을 포함할 수 있다.

본 그라운드 기둥은, 사각 기둥 형태일 수 있으며, 하우징의 하면으로부터 유전체층의 하면(제2 도전 패턴(220-2))과 근접한 지점까지 수직 연장된 형태일 수 있다. 구체적으로, 본 그라운드 기둥은, 하우징(100)의 하면으로부터 제2 도전 패턴(220-2)과 근접 이격된 일 지점까지 연장되도록 형성될 수 있으며, 제2 도전 패턴(220-2)과 접촉하지는 않을 수 있다.

관련하여, 도 6a 내지 도 6b는 본 개시의 일 실시 예에 따라 스퓨리어스를 해결하기 위한 그라운드 기둥을 포함하는 다이플렉서의 구조를 설명하기 위한 도면들이다.

도 6a를 참조하면, 다이플렉서(10)는, 상술한 그라운드 기둥들(110-1, 2, 3) 외에 추가로 사각 기둥 형태의 그라운드 기둥(110-4)을 더 포함할 수 있다.

도 6a를 참조하면, 그라운드 기둥(110-4)은 고역통과필터(202)의 공진기들 중 하나에 매칭되는 제4 스터브(ST4)의 수직 아래 방향에 형성될 수 있다. 구체적으로, 그라운드 기둥(110-4)은 고역통과필터(202)의 제4 스터브(ST4)와 매칭되는 제2 도전 패턴(220-2)의 일 부분과 대향하는 하우징(100)의 일 영역으로부터 제2 도전 패턴(220-2)의 방향으로 수직 연장되도록 형성될 수 있다.

도 6b는 도 6a의 다이플렉서(10)를 측면에서 바라본 측면도에 해당한다.

도 6b를 참조하면, 그라운드 기둥(110-4)은 하우징(100)의 하면으로부터 수직 연장되어 제2 도전 패턴(220-2)과 근접 이격된 지점까지 형성될 수 있다. 구체적으로, 그라운드 기둥(110-4)의 높이는 3 ~ 5mm에 해당할 수 있으며, 일 예로 4mm에 해당할 수 있다. 이때, 사각 기둥인 그라운드 기둥(110-4)의 사각면의 가로 및 세로는 각각 2mm에 해당할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

도 7은 도 6a 내지 도 6b에 도시된 다이플렉서의 신호 특성을 설명하기 위한 그래프이다.

도 7의 S(2,1) 그래프를 참조하면, 4400~4900MHz 대역에 영향을 미치던 스퓨리어스 뿐만 아니라, 도 5에서 여전히 3440~4200MHz 대역에 일부 영향을 미치던 스퓨리어스 역시 타겟 대역(3220~4200MHz)을 벗어나도록 변경되면서, 타겟 대역에 대한 간섭이 도 5의 그래프보다도 더욱 감소된 것이 확인된다.

그라운드 기둥(110-1, 2, 3, 4) 별로 연관 특성을 설명하면, 그라운드 기둥(110-1)은 S(2,1) 그래프에 따라 확인되는 저역통과의 대역이 더 넓어진 결과에 연관성이 있고, 그라운드 기둥(110-2)은 3440~4200MHz 대역에 영향을 미치던 스퓨리어스의 주파수가 변경된 결과와 연관성이 있으며, 그라운드 기둥(110-3)은 4400~4900MHz 대역에 영향을 미치던 스퓨리어스의 주파수가 변경되 결과와 연관성이 있다.

한편, 도 3의 S(3,1) 그래프가 2.2GHz 부근에 나타난 급격한 출력 하락을 보였다. 다만, 그라운드 기둥(110-4)의 영향으로 도 7의 S(3,1) 그래프에서는 상대적으로 더 높은 주파수에서 해당 출력 하락이 발생함에 따라, 저역통과필터(201)의 통과 신호와 고역통과필터(202)의 통과 신호 간의 고립도가 더욱 향상된 것으로 해석될 수 있다.

한편, 비록 도 6a 내지 도 6b에서는 다이플렉서(10)가 원 기둥의 그라운드 기둥(110-1, 2, 3) 및 사각 기둥의 그라운드 기둥(110-4)을 모두 포함하는 경우만을 도시하였으나, 다이플렉서(10)가 사각 기둥의 그라운드 기둥만을 하나 이상 포함하는 실시 예도 물론 가능하다.

관련하여, 도 8은 본 개시의 일 실시 예에 따라 스퓨리어스를 해결하기 위한 그라운드 기둥을 포함하는 다이플렉서의 구조를 설명하기 위한 도면이다.

도 8을 참조하면, 다이플렉서(10)는 하우징(100)의 하면으로부터 제2 도전 패턴(220-2)의 방향으로 수직 연장된 그라운드 기둥(110-4)을 포함할 수 있으며, 도 8의 다이플렉서(10) 역시 도 1의 다이플렉서(10)와 비교했을 때 스퓨리어스의 간섭 및/또는 필터 신호의 고립도 면에서 더욱 뛰어난 성능을 보여줄 수 있다.

도 8의 그라운드 기둥(110-4)은 도 6a의 그라운드 기둥(110-4)과 동일한 위치 및 크기를 가질 수 있다.

구체적으로, 도 8의 그라운드 기둥(110-4)은 하우징(100)의 하면으로부터 제2 도전 패턴(220-2)과 근접 이격된 일 지점까지 수직 연장되어 형성될 수 있다.

도 8의 그라운드 기둥(110-4)은, 하우징(100)의 하면 중 고역통과필터(202)의 공진기에 매칭되는 제2 도전 패턴(220-2)의 일 부분(제4 스터브(ST4))과 대향하는 일 영역으로부터 제2 도전 패턴(220-2)의 방향으로 수직 연장되어 형성될 수 있다.

또한, 도 8의 그라운드 기둥(110-4)은 높이가 3~5mm에 해당할 수 있으며, 상면 및 하면의 가로 및 세로가 각각 2mm에 해당할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

이상에서는 본 개시의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 개시는 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 개시의 요지를 벗어남이 없이 당해 개시에 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 개시의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.

10: 다이플렉서 100: 하우징
210: 유전체층 220-1, 2: 도전 패턴
110-1, 2, 3, 4: 그라운드 기둥

Claims (9)

1. 광대역 다이플렉서(Diplexer)에 있어서,
   저역통과필터(LPF) 및 고역통과필터(HPF)를 포함하는, PCB(Printed Circuit Board) 기판; 및
   상기 PCB 기판을 실장하기 위한, 하우징;을 포함하고,
   상기 PCB 기판은,
   상기 하우징의 내부에서 상기 하우징의 상면 및 하면 각각으로부터 이격되어 형성된, 유전체층;
   상기 유전체층의 상면의 적어도 일부 영역 상에 형성된, 제1 도전 패턴; 및
   상기 유전체층의 하면의 적어도 일부 영역 상에 형성된, 제2 도전 패턴;을 포함하고,
   상기 하우징은,
   상기 하우징의 측면과 이격되어 상기 하우징의 상면으로부터 상기 하우징의 하면까지 수직 연장되고, 상기 제1 도전 패턴 및 상기 제2 도전 패턴 중 어느 하나도 형성되지 않은 상기 유전체층의 일부 영역을 관통하는, 적어도 하나의 제1 그라운드 기둥; 및
   상기 하우징의 하면 중 상기 제2 도전 패턴의 적어도 일부와 대향하는 일 영역으로부터 상기 제2 도전 패턴의 방향으로 수직 연장되어, 상기 제2 도전 패턴과 근접 이격된 일 지점까지 형성된, 적어도 하나의 제2 그라운드 기둥;을 포함하고,
   상기 제2 그라운드 기둥은,
   상기 하우징의 하면 중, 상기 고역통과필터의 공진기에 매칭되는 상기 제2 도전 패턴의 일 부분과 대향하는 일 영역으로부터, 상기 제2 도전 패턴의 방향으로 수직 연장되는, 광대역 다이플렉서.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 그라운드 기둥은,
   상기 저역통과필터에 매칭되는 제1 신호의 스퓨리어스(Spurious)가 상기 고역통과필터에 매칭되는 제2 신호의 타겟 대역에 미치는 영향을 축소시키는, 광대역 다이플렉서.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1 그라운드 기둥은, 지름이 5 ~ 6 mm이고, 높이가 11 ~ 12 mm 인 원기둥 형태이고,
   상기 제1 그라운드 기둥의 상면은 상기 하우징의 상면과 접속되고, 상기 제1 그라운드 기둥의 하면은 상기 하우징의 하면과 접속되는, 광대역 다이플렉서.
4. 제1항에 있어서,
   상기 PCB 기판은,
   상기 하우징의 측면에 구비된 접속구를 통해 안테나 입출력 포트, 4G 입출력 포트, 및 5G 입출력 포트와 각각 연결되고,
   상기 저역통과필터는,
   상기 안테나 입출력포트와 상기 4G 입출력포트 사이에서 4G 대역의 통과 기능을 수행하고,
   상기 고역통과필터는,
   상기 안테나 입출력포트와 상기 5G 입출력포트 사이에서 5G 대역의 통과 기능을 수행하는, 광대역 다이플렉서.
5. 제4항에 있어서,
   상기 제1 그라운드 기둥은,
   상기 안테나 입출력포트와 상기 저역통과필터가 접속되는 도전 패턴 부분에 근접하여 배치된 제3 그라운드 기둥;
   상기 안테나 입출력포트와 상기 고역통과필터가 접속되는 도전 패턴 부분에 근접하여 배치된 제4 그라운드 기둥; 및
   상기 고역통과필터를 구성하는 두 개의 공진기 각각에 매칭되는 두 개의 스터브 사이에 배치된 제5 그라운드 기둥;을 포함하는, 광대역 다이플렉서.
6. 제4항에 있어서,
   상기 저역통과필터는,
   제1 전송영점을 갖는 공진기를 구현하는 제1 스터브;
   제2 전송영점을 갖는 공진기를 구현하는 제2 스터브;
   제3 전송영점을 갖는 공진기를 구현하는 제3 스터브;
   상기 4G 입출력포트와 상기 제1 스터브 사이를 연결하는 제1 스트립라인;
   상기 제1 스터브와 상기 제2 스터브를 연결하는 제2 스트립라인;
   상기 제2 스터브와 상기 제3 스터브 사이를 연결하는 제3 스트립라인; 및
   상기 제3 스터브와 상기 안테나 입출력포트를 연결하는 제4 스트립라인;을 포함하고,
   상기 고역통과필터는,
   제4 전송영점을 갖는 공진기를 구현하는 제4 스터브;
   제5 전송영점을 갖는 공진기를 구현하는 제5 스터브;
   상기 5G 입출력포트와 상기 제4 스터브를 연결하는 제1 오픈 커플링부;
   상기 제4 스터브와 상기 제5 스터브 사이를 연결하는 제2 오픈 커플링부; 및
   상기 제5 스터브와 상기 안테나 입출력포트 사이를 연결하는 제3 오픈 커플링부;를 포함하는, 광대역 다이플렉서.
7. 삭제
8. 삭제
9. 제1항에 있어서,
   상기 제2 그라운드 기둥은, 높이가 3 ~ 5 mm인 사각 기둥 형태인, 광대역 다이플렉서.

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