KR20020013415A - 유전체 필터 및 통신 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유전체 블록내의 내부도체 형성홀의 피치를 좁게 하고, 소형화했을 때의 Qodd의 저하에 의한 필터 특성의 악화를 억제한 유전체 필터 및 이를 포함하는 통신 장치를 제공한다.

실질적으로 직방체 형상의 유전체 블록(1)의 내부에는 축이 서로 실질적으로 평행하고 내면에 내부도체(3a,3b)를 형성한 내부도체 형성홀(2a,2b)을 형성하고, 유전체 블록의 외면에는 외부 도체를 형성하지만, 내부도체 형성홀의 배열방향의 배치 간격을 피치 p, 내부도체 형성홀의 배열방향과 수직인 폭을 두께 d로 했을 때, p/d를 0.6이하로 함과 동시에 인접하는 내부도체 형성홀의 축을 두께 방향과 서로 멀어지도록 편심시킨다.

Description

유전체 필터 및 통신 장치{Dielectric filter and communication system}

본 발명은 유전체 블록의 내부에는 내면에 내부도체를 형성한 내부도체 형성홀을 형성하고, 유전체 블록의 외면에는 외부도체를 형성하여 이루어진 유전체 필터 및 이를 포함하는 통신 장치에 관한 것이다.

도 19에 종래의 유전체 필터의 구성예를 나타낸다. 여기에서, 도 19a는 유전체 필터의 배면도이고, 도 19b는 상면도, 도 19c는 정면도, 도 19d는 우측면도이다. 실질적으로 직방체 형상의 유전체 블록(1)의 내부에는 내면에 내부도체(3a,3b)를 형성한 내부도체 형성홀(2a,2b)을 형성한다. 또한, 유전체 블록(1)의 외면(6면)에는 외부도체를 형성한다. 내부도체 형성홀(2a,2b)의 한쪽의 단부 부근에는 내부도체 비형성부 g를 형성하고, 이 부분을 공진선로로서의 내부도체의 개방단으로 한다.

유전체 블록을 사용한 종래의 유전체 필터에 있어서는, 상기 내부도체 형성홀의 축 길이는 공진 주파수에 의해 필연적으로 결정되지만, 유전체 블록의 폭(내부도체 형성홀의 배열 방향의 폭) 크기에 대해서는 설계에 의해 정해진다. 따라서, 상기 내부도체 형성홀(2a,2b)의 축 간격(공진기 피치)을 좁히고, 유전체 블록의 내부도체 형성홀의 배열 방향의 폭을 축소하는 것은 전체적으로 소형화를 위해 유효한 것이다.

그러나, 상기 공진기 피치가 좁아지면 짝수 모드의 Q0(Qodd)가 악화되어 대역통과 특성의 어깨부분(통과대역의 감쇠대역에 가까운 측의 특성)이 악화된다는 문제점이 발생한다.

본 발명의 목적은 상기 Qodd의 저하에 의한 필터 특성의 악화를 억제하고, 또한 전체적으로 소형화를 도모한 유전체 필터 및 이를 사용한 통신 장치를 제공하는데 있다.

도 1은 제 1 실시형태에 따른 유전체 필터의 투영도이다.

도 2는 동 유전체 필터의 내부도체 형성홀의 내경을 파라미터로 하는 내부도체 형성홀의 편심량에 대한 Qo의 관계를 소정의 피치에 대해 구한 결과를 나타낸다.

도 3은 다른 피치에 대해, 동 유전체 필터의 내부도체 형성홀의 내경을 파라미터로 하는 내부도체 형성홀의 편심량에 대한 Qo의 관계를 구한 결과를 나타낸다.

도 4는 마찬가지로 다른 피치에 대해, 동 유전체 필터의 내부도체 형성홀의 내경을 파라미터로 하는 내부도체 형성홀의 편심량에 대한 Qo의 관계를 구한 결과를 나타낸다.

도 5는 마찬가지로 다른 피치에 대해, 동 유전체 필터의 내부도체 형성홀의 내경을 파라미터로 하는 내부도체 형성홀의 편심량에 대한 Qo의 관계를 구한 결과를 나타낸다.

도 6은 마찬가지로 다른 피치에 대해, 동 유전체 필터의 내부도체 형성홀의 내경을 파라미터로 하는 내부도체 형성홀의 편심량에 대한 Qo의 관계를 구한 결과를 나타낸다.

도 7은 동 유전체 필터의 피치를 파라미터로 하고, 내부도체 형성홀의 편심량에 대한 Qo의 관계를 소정의 내부도체 형성홀의 내경에 대해 구한 결과를 나타낸다.

도 8은 다른 내부도체 형성홀의 내경에 대해, 동 유전체 필터의 피치를 파라미터로 하고, 내부도체 형성홀의 편심량에 대한 Qo의 관계를 구한 결과를 나타낸다.

도 9는 마찬가지로 다른 내부도체 형성홀의 내경에 대해, 동 유전체 필터의 피치를 파라미터로 하고, 내부도체 형성홀의 편심량에 대한 Qo의 관계를 구한 결과를 나타낸다.

도 10은 마찬가지로 다른 내부도체 형성홀의 내경에 대해, 동 유전체 필터의 피치를 파라미터로 하고, 내부도체 형성홀의 편심량에 대한 Qo의 관계를 구한 결과를 나타낸다.

도 11은 최적의 Qodd를 얻기 위한 피치에 대한 편심량의 관계를 나타낸다.

도 12는 최적의 Qodd를 얻는 조건에서의 피치에 대한 Qodd의 관계를 나타낸다.

도 13은 제 2 실시형태에 따른 유전체 필터의 구성을 나타낸다.

도 14는 제 3 실시형태에 따른 유전체 필터의 구성을 나타낸다.

도 15는 제 4 실시형태에 따른 유전체 필터의 구성을 나타낸다.

도 16은 제 5 실시형태에 따른 유전체 필터의 구성을 나타낸다.

도 17은 제 6 실시형태에 따른 유전체 듀플렉서의 구성을 나타낸다.

도 18은 제 7 실시형태에 따른 통신 장치의 구성을 나타내는 블럭도이다.

도 19는 종래의 유전체 필터의 구성을 나타낸다.

<도면의 주요부분에 대한 간단한 설명>

1 유전체 블록 2 내부도체 형성홀

3 내부도체 4 외부도체

5 입출력 전극

본 발명은 실질적으로 직방체 형상의 유전체 블록의 내부에는 축이 서로 실질적으로 평행하고 내면에 내부 도체를 형성한 내부도체 형성홀을 형성하고, 유전체 블록의 외면에 외부 도체를 형성한 구조의 유전체 필터로, 내부도체 형성홀의 배열방향의 배치 간격을 피치, 내부도체 형성홀의 배열방향과 수직인 폭을 두께로 했을 때, 피치/두께를 0.6이하로 함과 동시에 인접하는 내부도체 형성홀의 축을 두께 방향과 서로 멀어지도록 편심시킨다.

이 구조에 의해, 유전체 블록의 내부도체 형성홀의 배열 방향의 피치를 극단적으로 좁게 하지 않아도 내부도체 형성홀의 간격을 넓게 할 수 있고, 인접하는 내부도체 형성홀의 사이의 전류집중이 완화되어 Qodd가 향상한다. 단, 상기 피치/두께의 값과 Qodd의 개선 효과에는 일정한 관계가 있어, 후술하는 바와 같이 피치/두께가 0.6이하의 조건에서 내부도체 형성홀을 편심시킴으로써, Qodd의 개선효과를 얻는다.

또한, 본 발명은 상기 내부도체 형성홀의 단면을 상기 내부도체 형성홀의 배열 방향과 수직인 방향으로 연장하는 타원형 형상으로 한다. 이 구조에 의해, 인접하는 내부도체 형성홀에 의한 공진기간의 결합을 용이하게 할 수 있게 된다.

또한, 본 발명은 상기 유전체 필터를 예를 들어, 송신신호 또는 수신신호의 신호처리를 행하는 고주파 회로부에 형성하여 통신 장치를 구성한다.

본 발명의 실시형태에 따른 유전체 필터의 구성과 특성을 도 1∼도 12를 참조하여 설명한다.

도 1은 유전체 필터의 투영도로, 도 1a는 유전체 필터의 배면도, 도 1b는 상면도, 도 1c는 정면도, 도 1d는 우측면도이다. 실질적으로 직방체 형상의 유전체 블록(1)의 내부에는 내면에 내부도체(3a,3b)를 형성한 내부도체 형성홀(2a,2b)을 형성한다. 유전체 블록(1)의 외면(6면)에는 외부도체를 형성한다. 내부도체 형성홀(2a,2b)의 한쪽의 단부 부근에는 내부도체 비형성부 g를 형성하고, 이 부분을 공진선로로서의 내부도체의 개방단으로 한다. 내부도체 형성홀(2a,2b)은 유전체 블록(1)의 내부도체 형성홀의 배열 방향의 중심선에서 s만큼 서로 멀어지도록 편심한다. 따라서, 내부도체 형성홀의 홀 간격 L은 피치 p보다 길어진다.

도 2∼도 6은 상기 피치를 2.4mm에서 1.6mm까지의 범위로 변화시켜 내부도체형성홀의 내경 Ø을 파라미터로 하는 내부도체 형성홀의 편심량(도 1에 나타낸 s)의 값에 대한 Qo의 값을 구한 결과이다.

도 2∼도 6의 각 도면에 있어서, 「하」는 도 1의 ha로 내부도체 형성홀(2a)의 유전체 블록의 바닥면에서의 거리이고, 「상」은 도 1의 hb로 다른 하나의 내부도체 형성홀(2b)의 중심축의 바닥면에서의 거리이다. 「상하」는 도 1의 s로 유전체 블록의 중심(중앙높이)에서의 2개의 내부도체 형성홀의 편심량이다. 「홀 간격」은 도 1의 L로 내부도체 형성홀의 간격이다. 또한, Qo는 짝수 모드의 Q0이고, Qe는 홀수 모드의 Q0이다. 여기에서 도 1에 나타낸 사이즈 중, d는 4.0mm, w는 6.0mm으로 고정하고, 공진 주파수 fo를 1920[MHz]으로 한다.

도 7∼도 10은 내부도체 형성홀의 내경 Ø을 1.2에서 0.6까지의 범위로 변화시켜 피치를 파라미터로 하는 편심량에 대한 Qo의 관계를 구한 결과이다. 이들의 결과로부터 명확한 바와 같이, 내경 Ø에 관계없이 피치가 2.4mm일 때 편심량이 0보다 커짐에 따라 Qodd가 저하한다는 것을 알 수 있다.

또한, 도 11은 내부도체 형성홀의 내경 Ø을 파라미터로 하고 피치를 변화시켰을 때의 Qo가 최대가 되는 최적 편심량을 구한 결과를 나타낸다. 예를 들어, Ø＝1.0mm이고, 피치가 2.4mm이면 편심량이 0mm일 때의 Qo가 최대가 된다. 또한, Ø＝1.0mm이고, 피치가 2.2mm이면 편심량이 0.1mm일 때의 Qo가 최대가 된다.

이로부터 명확한 바와 같이, 피치/두께＝2.4/4＝0.6일 때에는 내부도체 형성홀을 편심시키면 Qo가 저하한다. 반대로 피치/두께가 0.6이하의 조건에서는 내부도체 형성홀을 편심시키면 Qo가 향상된다.

도 12는 내부도체 형성홀의 위치를 편심시켜 Qo를 최적화한 경우 및 편심시키지 않은 경우에 대해서 최적 Qo을 그래프화한 것이다. 이 결과로부터도 피치가 커져서 피치/두께가 0.6(즉, 피치＝2.4mm)을 초과하는 조건에서는 편심에 의한 Qo의 개선 효과가 없어진다는 것을 알 수 있다.

제 2 실시형태에 따른 유전체 필터의 구조를 도 13에 나타낸다. 도 13은 도 1a에 대응하는 도면으로 내부도체 형성홀의 축 방향을 본 도면이다. 도 1에 나타낸 구조와는 달리, 내부도체 형성홀(2a,2b)을 각각 내부도체 형성홀의 배열 방향과 수직인 방향으로 연장하는 단면 타원형 형상으로 한다. 사이즈는 mm단위의 값을 나타낸다.

이와 같이 내부도체 형성홀의 단면 형상을 내부도체 형성홀의 배열 방향과 수직인 방향으로 편형시킴으로써, 필터 설계의 자유도가 향상되고 공진기간을 소망의 결합도로 결합시키고 또한, 상하의 편심에 의한 Qo의 최적화를 도모할 수 있다. 즉, 단면 타원형 형상으로 함으로써 공진기간의 상호 용량이 커지지만, 단면 원형의 내부도체 형성홀을 형성한 경우와 동일한 상호 용량을 얻도록 설계하려면 편심량을 크게 하면 된다. 따라서, 긴 직경의 사이즈와 편심량을 각각 정하여 공진기간을 소망의 결합도로 결합시킨 후, 최적 Qo를 얻을 수 있다.

제 3 실시형태에 따른 유전체 필터의 구성예를 도 14에 나타낸다. 도 14a는 유전체 필터의 배면도, 도 14b는 상면도, 도 14c는 정면도, 도 14d는 우측면도이다. 도 1에 나타낸 유전체 필터와는 달리, 이 예에서는 개방단측의 내부도체 형성홀의 내경을 단락단측보다 두껍게 한 스텝 구조이다. 또한, 내부도체 형성홀의 배열 방향과 수직인 방향으로 개방단측의 내경을 확대하고, 각각의 내부도체 형성홀의 개방단측의 장축의 중심이 유전체 블록의 두께 방향의 중심선상과 나란히 되도록 형성한다. 이러한 구조에 의해 내부도체 형성홀의 배열 방향의 축을 길게 하지 않고 공진기간의 용량성 결합을 증가하여 통과대역폭을 확대할 수 있다.

도 15는 제 4 실시형태에 따른 유전체 필터의 구성을 나타낸다. 이 유전체 필터는 도 1에 나타낸 구조의 유전체 필터와는 달리, 2개의 내부도체 형성홀의 개방단과 단락단의 관계를 반대 방향으로 하고, 2개의 공진기를 인터디지털 결합시킨다. 공진기의 Qo는 내부도체 형성홀의 단면 형상으로 결정되기 때문에, 콤라인 결합이라도 인터디지털 결합이라도 피치/두께와 내부도체 형성홀의 편심에 의한 Qo개선 효과와의 관계는 상술한 예와 동일하다.

도 16은 제 5 실시형태에 따른 유전체 필터의 내부도체 형성홀의 축 방향을 본 도면이다. 이 예에서는 유전체 블록 내에 3개의 내부도체 형성홀(2a,2b,2c)을 형성한다. 이것은 도 13에 나타낸 2단의 공진기를 3단으로 한 것과 대응한다. 이와 같이 3단 이상의 공진기를 구성하는 경우에도, 인접하는 내부도체 형성홀의 축을 유전체 블록의 두께 방향과 서로 멀어지도록 편심시킴으로써 Qodd의 저하를 억제하면서 전체적으로 소형화를 도모한다.

다음에, 제 6 실시형태로 유전체 듀플렉서의 구성예를 도 17을 참조하여 설명한다.

도 17a는 실장면을 정면으로 본 정면도, 도 17b는 좌측면도, 도 17c는 우측면도, 도 17d는 상면도이다. 실질적으로 직방체 형상의 유전체 블록내에는 2a∼2n으로 나타난 복수의 내부도체 형성홀을 형성하고, 2a∼2i에는 각각의 하나의 단부 부근을 전극 비형성부로 한 공진선로로서의 내부도체를 형성한다. 이들의 내부도체 형성홀은 개방단측과 단락단측 모두를 내부도체 형성홀의 배열 방향과 수직인 방향으로 연장한 단면 타원형 형상으로 함과 동시에, 개방단측의 내경을 단락단측의 내경보다 두껍게 한다. 유전체 블록의 외면(6면)에는 외부도체(4)를 형성함과 동시에, 소정 부위에 입출력 전극(5rx,5ant,5tx)을 각각 형성한다. 또한, 내부도체 형성홀(2j,2m)의 내면에는 내부도체를 접지전극으로 하여 전면에 형성한다. 또한, 내부도체 형성홀(2k,2n)의 내면에도 전면에 내부도체를 형성하지만, 그들의 한쪽 단부를 입출력 전극(5ant,5tx)에 각각 전기적으로 통하게 한다.

입출력 전극(5rx)은 내부도체 형성홀(2a,2b) 내면의 내부도체의 개방단 부근에 각각 용량 결합한다. 또한, 내부도체 형성홀(2k)에 형성한 내부도체는 여진선로로서 내부도체 형성홀(2e,2f) 내면의 내부도체에 의한 공진선로와 각각 인터디지털 결합한다. 마찬가지로, 내부도체 형성홀(2n)에 형성한 내부도체는 여진선로로서 내부도체 형성홀(2h,2i) 내면의 내부도체에 의한 공진선로와 각각 인터디지털 결합한다.

이러한 구조에 의해, 내부도체 형성홀(2a∼2e)에 의한 5단의 공진기는 수신필터로 작용하고, 입출력 전극(5rx)은 수신신호 출력단자, 입출력 전극(5ant)은 안테나 단자로 작용한다. 입출력 전극(5rx)과 2단째의 공진기는 건너뛰어 결합하고, 수신대역의 저역측(송신대역에 인접하는 측)에 감쇠극을 발생시켜 감쇠특성을 향상시킨다. 또한, 내부도체 형성홀(2f∼2i)에 의한 4단의 공진기는 송신필터로 작용한다. 이 중에서 내부도체 형성홀(2i)에 의한 공진기는 트랩필터로 작용하고, 송신대역의 고역측(수신대역에 인접하는 측)의 감쇠특성을 향상시킨다.

이와 같이 유전체 블록내에 형성된 내부도체 형성홀의 단락단측의 축을 내부도체 형성홀의 배열 방향에 수직인 방향과 멀어지도록 편심시킴으로써, 내부도체 형성홀의 배열 방향의 폭을 단축화하고 전체적인 소형화를 도모한다.

제 7 실시형태에 따른 통신 장치의 구성예를 도 18을 참조하여 설명한다. 도 18에 있어서 ANT는 송수신 안테나, DPX는 듀플렉서, BPFa 및 BPFb는 각각 대역통과필터, AMPa 및 AMPb는 각각 증폭회로, MIXa 및 MIXb는 각각 믹서, OSC는 오실레이터, SYN는 주파수 신시사이저이다.

MIXa는 변조신호와 SYN에서 출력된 신호를 혼합하고, BPFa는 MIXa로부터의 혼합 출력신호 중 송신 주파수 대역만을 통과시키고, AMPa는 이것을 전력 증폭하여 DPX를 통해 ANT로부터 송신한다. AMPb는 DPX에서 출력된 수신신호를 증폭한다. BPFb는 AMPb에서 출력된 수신신호 중 수신 주파수 대역만을 통과시킨다. MIXb는 SYN에서 출력된 주파수 신호와 수신신호를 혼합하여 중간 주파신호 IF를 출력한다.

상기 DPX로는 도 17에 나타낸 유전체 듀플렉서를 사용한다. 또한, BPFa 및 BPFb로는 도 1, 도 13∼도 16에 나타낸 유전체 필터를 사용한다.

본 발명에 따르면, 유전체 블록의 내부도체 형성홀의 배열 방향의 피치를 극단적으로 좁게 하지 않아도 내부도체 형성홀의 간격을 넓게 할 수 있고, 인접하는 내부도체 형성홀의 사이의 전류집중이 완화되어 Qodd가 향상한다. 그 결과, 소정의통과대역에 걸쳐 삽입손실을 감소할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 상기 내부도체 형성홀의 단면을 상기 내부도체 형성홀의 배열 방향과 수직인 방향으로 연장된 타원형 형상으로 함으로써, 인접하는 내부도체 형성홀에 의한 공진기간의 결합을 높여 용이하게 광대역화를 도모할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 소형이고 저삽입 손실을 갖는 유전체 필터를 포함하여, 전체적으로 소형화를 도모한 통신 장치를 용이하게 구성할 수 있다.

Claims (3)

1. 실질적으로 직방체 형상의 유전체 블록의 내부에는 축이 서로 실질적으로 평행하고 내면에 내부 도체를 형성한 내부도체 형성홀을 형성하고, 유전체 블록의 외면에는 외부 도체를 형성한 구조의 유전체 필터로,

   상기 내부도체 형성홀의 배열 방향의 배치 간격을 피치, 상기 내부도체 형성홀의 배열 방향과 수직인 폭을 두께로 했을 때, 피치/두께를 0.6이하로 함과 동시에 인접하는 내부도체 형성홀의 축을 상기 두께 방향과 서로 멀어지도록 편심시키는 것을 특징으로 하는 유전체 필터.
2. 제 1항에 있어서, 상기 내부도체 형성홀의 단면을 상기 내부도체 형성홀의 배열 방향과 수직인 방향으로 연장하는 타원형 형상으로 하는 것을 특징으로 하는 유전체 필터.
3. 제 1항 또는 제 2항의 유전체 필터를 포함하는 통신장치.