KR102527996B1 - 비공진기를 사용한 rf 캐비티 필터 - Google Patents

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강태훈
한상민
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Abstract

본 발명은 RF 캐비티 튜닝 구조를 개선하여 사이즈의 소형화가 가능하고, 트랜스미션 제로 특성에 의해 발생하는 열을 효과적으로 방열하는 비공진기를 사용한 RF 캐비티 필터에 관한 것이다.
본 발명에 따른 비공진기를 사용한 RF 캐비티 필터는 제 1포트에 마그네틱 커플링으로 연결된 제 1공진기, 제 1공진기에 마그네틱 커플링으로 연결된 제 2공진기, 제 2포트에 마그네틱 커플링으로 연결된 제 5공진기, 제 5공진기에 마그네틱 커플링으로 연결된 제 4공진기, 제 1공진기, 제 2공진기, 제 4공진기, 및 제 5공진기에 동시에 마그네틱 커플링으로 연결된 제 3공진기, 및 제 1공진기와 제 3공진기 사이에 구비된 비공진기를 포함하고, 제 1포트로 입력된 RF 신호를 필터링하여 제 2포트로 출력시키도록 이루어져 있다.

Description

비공진기를 사용한 RF 캐비티 필터{RF cavity filter with non-resonator}
본 발명은 비공진기를 사용한 RF 캐비티 필터에 관한 것으로, 상세하게는, RF 캐비티 필터 내부에 비공진기를 삽입하여 필터 크기 및 성능을 개선하는 것이다.
RF 캐비티(cavity) 필터는 입력되는 RF신호 중 원하는 주파수 대역의 신호만을 통과시키기고 이 외 대역은 감쇄 시키기 위한 장치이다. 이러한 RF 캐비티 필터는 캐비티 내에 공진기를 설치하여 필터링을 수행하는 필터로서, 기지국 또는 중계기와 같이 고출력이 요구되는 분야에서 주로 사용된다.
RF 캐비티 필터는 캐비티의 사이즈와 공진기의 구조 등을 적절히 설정하여 원하는 통과 대역 특성을 가지도록 설계된다. 그러나, 가공 오차나 다른 요인 등으로 인해 원하는 대역 통과 특성을 가지지 않을 수도 있어 필터의 제작 후 튜닝 과정을 필요로 한다.
종래의 RF 캐비티 필터에서 필터의 튜닝은 튜닝 볼트를 커버를 통해 캐비티 내부로 삽입하는 방식에 의해 이루어지며, 이러한 튜닝을 효율적으로 수행하는 방식에 대해 연구가 지속되어 왔다.
그 일례로, 공개특허공보 제10-2022-0069577호에서는 튜닝 시 발생되는 작은 금속 파편들이 필터 내부로 떨어져 PIMD 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있도록 별도의 너트를 사용하지 않으면서 튜닝 상태를 고정시킬 수 있는 RF 캐비티 필터를 제안하였다.
그러나 이 경우에도 RF필터의 크기를 줄이지 못하는 단점이 있다.
공개특허공보 제10-2022-0069577호 (2022.05.27)
본 발명의 목적은, RF 캐비티 튜닝 구조를 개선하여 사이즈의 소형화가 가능한 비공진기를 사용한 RF 캐비티 필터를 제공하는 것이다.
본 발명은 트랜스미션 제로(transmission zero) 특성에 의해 발생하는 열을 효과적으로 방열하는 비공진기를 사용한 RF 캐비티 필터를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
본 발명에 따른 비공진기를 사용한 RF 캐비티 필터는 제 1포트에 마그네틱 커플링으로 연결된 제 1공진기; 상기 제 1공진기에 마그네틱 커플링으로 연결된 제 2공진기; 제 2포트에 마그네틱 커플링으로 연결된 제 5공진기; 상기 제 5공진기에 마그네틱 커플링으로 연결된 제 4공진기; 상기 제 1공진기, 상기 제 2공진기, 상기 제 4공진기, 및 상기 제 5공진기에 동시에 마그네틱 커플링으로 연결된 제 3공진기; 및 상기 제 1공진기와 상기 제 3공진기 사이에 구비된 비공진기;를 포함하고, 상기 제 1포트로 입력된 RF 신호를 필터링하여 상기 제 2포트로 출력시키도록 이루어져 있을 수 있다.
이때, 상기 제 1공진기 및 상기 제 3공진기는 커버의 일면에 고정되고, 상기 제 2공진기는 그 반대측에 있는 타면에 고정되는 인터디지털 타입(interdigital type)으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 4공진기는 상기 제 3공진기 및 상기 제 5공진기가 고정된 커버의 일면에 함께 고정되는 콤라인 타입(combline type)으로 형성될 수 있다.
한편, 상기 비공진기는, 상기 제 1공진기 및 상기 제 3공진기(310)가 고정된 커버의 일면의 반대측에 있는 타면에 고정될 수 있다.
또한, 상기 비공진기에서 발생되는 열은 상기 비공진기가 고정된 커버로 전달되도록 이루어져 있을 수 있다.
또한, 상기 제 1공진기, 상기 제 2공진기, 상기 제 3공진기, 상기 제 4공진기, 및 상기 제 5공진기는 커버에 고정된 일단과 타단의 굵기가 다르게 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 1공진기, 상기 제 2공진기, 상기 제 3공진기, 상기 제 4공진기, 및 상기 제 5공진기는 커버에 고정된 일단의 타단에 나사를 구비하여 튜닝을 수행할 수 있다.
한편, 상기 마그네틱 커플링에는, 상기 마그네틱 커플링이 형성되는 윈도우에 나사를 구비하여 튜닝을 수행할 수 있다.
또한, 상기 비공진기는, 커버에 고정된 일단의 타단에 나사를 구비하여 튜닝을 수행할 수 있다.
또한, 상기 비공진기는, 상기 제 1공진기의 하단과 상기 제 3공진기의 하단 간의 면적으로 구성된 제 1윈도우의 특성을 튜닝할 수 있다.
또한, 상기 제 1공진기의 하단과 상기 제 3공진기의 하단 간의 면적으로 구성된 윈도우의 특징을 토대로 저주파 대역 트랜스미션 제로(transmission zero)가 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 3공진기의 하단과 상기 제 5공진기의 하단 간의 면적으로 구성된 윈도우의 특징을 토대로 고주파 대역 트랜스미션 제로(transmission zero)가 형성될 수 있다.
본 발명에 의한 비공진기를 사용한 RF 캐비티 필터는 RF 캐비티 튜닝 구조를 개선하여 사이즈의 소형화가 가능한 장점이 있다.
또한, 본 발명에 의한 비공진기를 사용한 RF 캐비티 필터는 트랜스미션 제로(transmission zero) 특성에 의해 발생하는 열을 효과적으로 방열할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비공진기를 사용한 RF 캐비티 필터의 사시도이다.
도 2는 도 1의 비공진기를 사용한 RF 캐비티 필터의 전면도이다.
도 3은 도 1의 비공진기를 사용한 RF 캐비티 필터의 주파수 대역 특성을 상세히 나타낸 파형도이다.
이하, 본 발명의 실시를 위한 구체적인 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 설명한다.
본 발명을 설명함에 있어서 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되지 않을 수 있다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있다거나 접속되어 있다고 언급되는 경우는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해될 수 있다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
본 명세서에서, 포함하다 또는 구비하다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로서, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
또한, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 비공진기를 사용한 RF 캐비티(cavity) 필터에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비공진기를 사용한 RF 캐비티 필터의 사시도이며, 도 2 및 도 3은 도 1을 상세히 설명하기 위한 세부 도면 및 파형도이다.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 비공진기를 사용한 RF 캐비티 필터를 설명한다.
먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 비공진기를 사용한 RF 캐비티 필터는 제 1포트(710)에 마그네틱 커플링으로 연결된 제 1공진기(110), 제 1공진기(110)에 마그네틱 커플링으로 연결된 제 2공진기(210), 제 2포트(720)에 마그네틱 커플링으로 연결된 제 5공진기(510), 제 5공진기(510)에 마그네틱 커플링으로 연결된 제 4공진기(410), 제 1공진기(110), 제 2공진기(210), 제 4공진기(410), 및 제 5공진기(510)에 동시에 마그네틱 커플링으로 연결된 제 3공진기(310), 및 제 1공진기(110)와 제 3공진기(310) 사이에 구비된 비공진기(610)를 포함하며, 제 1포트(710)로 입력된 RF 신호를 필터링하여 제 2포트(720)로 출력시키도록 이루어져 있다.
일반적인 필터는 제 1공진기(110) 내지 제 5공진기(510)의 고정이 어느 한 면에 이루어지는 반면, 본 말명에 의한 비공진기를 사용한 RF 캐비티 필터는 제 1공진기(110) 및 제 3공진기(310)는 커버(800)의 일면(820)에 고정되고, 제 2공진기(210)는 그 반대측에 있는 타면(810)에 고정되는 인터디지털 타입(interdigital type)으로 형성되어 있다.
본 발명은 이를 통해 공진기의 수량을 줄일 수 있는데, 예를 들어 일반적으로 6개의 공진기가 필요한 경우 본 발명에서는 인터디지털 타입을 사용하여 5개의 공진기로 동일한 성능을 구현할 수 있으며, 이와 같이 공진기를 적게 사용함으로써, 공진기에서 손실되는 삽입손실 특성을 개선할 수 있는 효과가 있다.
한편, 제 4공진기(410)는 제 3공진기(310) 및 제 5공진기(510)가 고정된 커버(800)의 일면(820)에 함께 고정되는 콤라인 타입(combline type)으로 형성할 수 있다. 여기서, 본 발명은 인터디지털 타입에서는 저주파 대역의 필터링 특성을 구현하는 한편, 콤라인 타입에서는 고주파 대역의 필터링 특성을 구현할 수 있다.
따라서, 본 발명에 의한 비공진기를 사용한 RF 캐비티 필터는 인터디지털 타입과 콤라인 타입을 복합적으로 사용하여 저주파 대역의 필터링 특성과 고주파 대역의 필터링 특성을 독립적으로 튜닝할 수 있는 장점이 있다. .
비공진기(610)는 제 1공진기(110) 및 제 3공진기(310)가 고정된 커버(800)의 일면(820)의 반대측에 있는 타면(810)에 고정되는데, 본 발명에서는 이를 통해 제 1공진기(110)와 제 3공진기(310)의 사이의 마그네틱 커플링 특성을 제어할 수 있다.
또한, 비공진기(610)에서는 트랜스미션 제로(transmission zero) 특성을 구현하므로 열이 발생될 수 있는데, 이때 발생되는 열은 비공진기(610)가 고정된 커버(800)로 전달되도록 이루어져 있어 비공진기(610)가 과열되지 않으므로 고출력에 사용할 수 있고, 또한 PIMD(Passive Inter Modulation) 특성도 개선되는 특징이 있다.
한편, 본 발명에서 제 1공진기(110), 제 2공진기(210), 제 3공진기(310), 제 4공진기(410), 및 제 5공진기(510)는 커버(800)에 고정된 일단과 타단의 굵기가 다르게 이루어져 다수의 임피던스를 형성함으로써, 필터링 특성을 정교하게 구현할 수 있다.
또한, 제 1공진기(110), 제 2공진기(210), 제 3공진기(310), 제 4공진기(410), 및 제 5공진기(510)는 커버(800)에 고정된 일단의 타단에 나사(120, 220, 320, 420, 520)를 각각 삽입하고 나사의 길이를 조절함에 따라 튜닝을 수행할 수 있다.
한편, 제 1공진기(110)와 제 2공진기(210) 사이, 제 2공진기(210)와 제 3공진기(310) 사이, 제 1공진기(110)와 제 3공진기(310) 사이, 제 3공진기(310)와 제 4공진기(410) 사이, 제 4공진기(410)와 제 5공진기(510) 사이, 및 제 3공진기(310)와 제 5공진기(510) 사이에 형성된 마그네틱 커플링에는 마그네틱 커플링이 형성되는 윈도우에 나사를 각각 구비하여 튜닝을 수행할 수 있다.
또한, 비공진기(610)는 커버(800)에 고정된 일단의 반대편인 타단에 튜닝스크류(620)를 구비하여 제 1공진기(110)와 제 3공진기(310) 사이의 윈도우에 대한 튜닝을 수행할 수 있다.
즉, 제 1공진기(110)와 제 3공진기(310) 사이에는 튜닝 나사 이외에 비공진기(610) 및 비공진기(610)를 튜닝하는 나사를 구비하여 튜닝함으로써, 트랜스미션 제로 특성을 정교하게 구현할 수 있다.
도 2는 도 1의 비공진기를 사용한 RF 캐비티 필터의 전면도이다.
도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 비공진기(610)는 제 1공진기(110)의 하단(112)과 제 3공진기(310)의 하단(312) 간의 면적으로 구성된 제 1윈도우(830)의 특성을 튜닝한다.
즉, 제 1공진기(110)는 상단(111)과 하단(112)으로 구성되어 임피던스가 달리 설정되고, 제 3공진기(310)도 상단(311)과 하단(312)으로 구성되고 제 5공진기(510)도 상단(511)과 하단(512)으로 구성되어 임피던스가 달리 설정될 수 있으며, 이때 마그네틱 커플링은 하단(112, 312, 512)으로 진행된다.
한편, 제 1공진기(110)의 하단(112)과 제 3공진기(310)의 하단(312) 사이의 면적으로 이루어진 제 1윈도우(830)는 비공진기(610) 및 튜닝스크류(620)를 구비하여 정교하게 튜닝할 수 있으며, 제 3공진기(310) 하단(312)과 제 5공진기(510)의 하단(512) 사이의 면적으로 이루어진 제 2윈도우(840)는 별도의 나사를 토대로 튜닝을 수행할 수 있다.
도 3은 도 1의 비공진기를 사용한 RF 캐비티 필터의 주파수 대역 특성을 상세히 나타낸 파형도이다.
여기서, 파란색 그래프는 제 1포트(710)로 입력된 RF 신호가 필터링 되어 제 2포트(720)로 출력되는 때의 삽입손실을 나타내며, 붉은색 그래프는 제 2포트(720)로 입력된 RF 신호가 반사되어 나오는 반사손실을 나타낸다. 또한, 그래프의 가로축은 주파수(단위는 GHz), 세로축은 크기(단위는 dB)를 나타낸다.
도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에서는 제 1공진기(110)의 하단(112)과 제 3공진기(310)의 하단(312) 간의 면적으로 구성된 윈도우의 특징을 토대로 저주파 대역 트랜스미션 제로(W910)가 형성되고, 또한 제 3공진기(310)의 하단(312)과 제 5공진기(510)의 하단(512) 간의 면적으로 구성된 윈도우의 특징을 토대로 고주파 대역 트랜스미션 제로(W920)가 형성된다.
통상적으로 고주파 대역 트랜스미션 제로(W920)의 특성은 용이하게 구현이 가능하나, 저주파 대역 트랜스미션 제로(W910)의 특성은 쉽게 구현되지 않아 다수의 공진기를 필요로 한다.
반면, 본 발명에 의한 비공진기를 사용한 RF 캐비티 필터는 제 1공진기(110) 내지 제 3공진기(310) 간에 인터디지털 타입을 사용하는 가운데, 비공진기(610)를 구비함으로써, 공진기의 개수를 줄이고 성능을 높일 수 있는 장점이 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 비공진기를 사용한 RF 캐비티 필터는 RF 캐비티 튜닝 구조를 개선하여 사이즈의 소형화가 가능하며, 트랜스미션 제로 특성에 의해 발생하는 열을 효과적으로 방열할 수 있다.
상술한 것은 하나 이상의 실시예의 실례를 포함한다. 물론, 상술한 실시예들을 설명할 목적으로 컴포넌트들 또는 방법들의 가능한 모든 조합을 기술할 수 있는 것이 아니라, 당업자들은 다양한 실시예의 많은 추가 조합 및 치환할 수 있음을 인식할 수 있다. 따라서 설명한 실시예들은 첨부된 청구범위의 진의 및 범위 내에 있는 모든 대안, 변형 및 개조를 포함하는 것이다.

Claims (12)

  1. 제 1포트에 마그네틱 커플링으로 연결된 제 1공진기;
    상기 제 1공진기에 마그네틱 커플링으로 연결된 제 2공진기;
    제 2포트에 마그네틱 커플링으로 연결된 제 5공진기;
    상기 제 5공진기에 마그네틱 커플링으로 연결된 제 4공진기;
    상기 제 1공진기, 상기 제 2공진기, 상기 제 4공진기, 및 상기 제 5공진기에 동시에 마그네틱 커플링으로 연결된 제 3공진기; 및
    상기 제 1공진기와 상기 제 3공진기 사이에 구비된 비공진기;를 포함하고,
    상기 제 1포트로 입력된 RF 신호를 필터링하여 상기 제 2포트로 출력시키도록 이루어져 있는 비공진기를 사용한 RF 캐비티 필터.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1공진기 및 상기 제 3공진기는 커버의 일면에 고정되고, 상기 제 2공진기는 그 반대측에 있는 타면에 고정되는 인터디지털 타입(interdigital type)으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 비공진기를 사용한 RF 캐비티 필터.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제 4공진기는 상기 제 3공진기 및 상기 제 5공진기가 고정된 커버의 일면에 함께 고정되는 콤라인 타입(combline type)으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 비공진기를 사용한 RF 캐비티 필터.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 비공진기는,
    상기 제 1공진기 및 상기 제 3공진기가 고정된 커버의 일면의 반대측에 있는 타면에 고정되는 것을 특징으로 하는 비공진기를 사용한 RF 캐비티 필터.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 비공진기에서 발생되는 열은 상기 비공진기가 고정된 커버로 전달되도록 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 비공진기를 사용한 RF 캐비티 필터.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1공진기, 상기 제 2공진기, 상기 제 3공진기, 상기 제 4공진기, 및 상기 제 5공진기는 커버에 고정된 일단과 타단의 굵기가 다르게 형성되는 것을 특징으로 하는 비공진기를 사용한 RF 캐비티 필터.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1공진기, 상기 제 2공진기, 상기 제 3공진기, 상기 제 4공진기, 및 상기 제 5공진기는 커버에 고정된 일단의 타단에 나사를 구비하여 튜닝을 수행하는 것을 특징으로 하는 비공진기를 사용한 RF 캐비티 필터.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 마그네틱 커플링에는,
    상기 마그네틱 커플링이 형성되는 윈도우에 나사를 구비하여 튜닝을 수행할 수 있도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 비공진기를 사용한 RF 캐비티 필터.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 비공진기는,
    커버에 고정된 일단의 타단에 나사를 구비하여 튜닝을 수행할 수 있도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 비공진기를 사용한 RF 캐비티 필터.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 비공진기는,
    상기 제 1공진기의 하단과 상기 제 3공진기의 하단 간의 면적으로 구성된 제 1윈도우의 특성을 튜닝하는 것을 특징으로 하는 비공진기를 사용한 RF 캐비티 필터.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1공진기의 하단과 상기 제 3공진기의 하단 간의 면적으로 구성된 윈도우의 특징을 토대로 저주파 대역 트랜스미션 제로(transmission zero)가 형성되는 것을 특징으로 하는 비공진기를 사용한 RF 캐비티 필터.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 제 3공진기의 하단과 상기 제 5공진기의 하단 간의 면적으로 구성된 윈도우의 특징을 토대로 고주파 대역 트랜스미션 제로(transmission zero)가 형성되는 것을 특징으로 하는 비공진기를 사용한 RF 캐비티 필터.
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JP2005311862A (ja) * 2004-04-23 2005-11-04 Shimada Phys & Chem Ind Co Ltd コムラインフィルタ
KR20180107631A (ko) * 2017-03-22 2018-10-02 주식회사 에이스테크놀로지 Pimd 성능 향상을 위한 rf 필터
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KR20220069577A (ko) 2020-11-20 2022-05-27 주식회사 에이스테크놀로지 탄성 시트를 이용하는 rf 캐비티 필터

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