KR20020029521A - 이동통신용 듀플렉서 - Google Patents

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KR20020029521A
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황윤호
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송재인
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Abstract

본 발명은 이동통신용 듀플렉서에 관한 것으로서, 다수의 유전체 공진기와 커플링(coupling) 작용을 하는 동시에 입출력 임피던스(impedance) 조절 기능을 수행하는 제 1 MCC군 및 저지대역에서 다수의 감쇄극을 형성시키는 제 2 MCC군으로 구성된 수신부와 상기 유전체 공진기와 커플링 작용을 하는 동시에 입출력 임피던스 조절을 수행하는 마이크로 스트립 선로 및 저지대역에 다수의 감쇄극을 형성시키는 제 3 MCC군, 일정한 주파수 대역을 통과시키는 제 4 MCC군으로 구성된 송신부를 구비한 이동통신용 듀플렉서에서 용량성 커플링을 사용하는 대역저지 필터에 입출력 임피던스 정합을 위해 가변 용량을 제공하는 임피던스 정합소자인 가변 커패시터를 사용하여 입력 및 출력 임피던스 매칭을 최적화함으로써 송신부의 마이크로 스트립 선로의 구현 오차에 따른 임피던스 부정합을 해결할 수 있어 필터 전달특성이 최적화되는 효과를 제공한다.

Description

이동통신용 듀플렉서{Duplexer for mobile communication}
본 발명은 고주파 회로에서 착발신 겸용 대역 필터 분야로 이용되는 이동통신용 듀플렉서에 관한 것으로서, 특히 유도성 커플링을 사용하는 대역저지필터에 가변 커패시터를 보상기로 사용하여 입출력 임피던스의 매칭을 최적화시키는 이동통신용 듀플렉서에 관한 것이다.
정보화 시대에 접어들면서 가정용 무선 전화기나 PCS 이동통신 단말기 등의 고주파 회로를 이용한 이동 통신기기의 사용이 급증하고 있다. 따라서 고주파 회로에 이용되는 부품들은 주파수의 혼신을 효과적으로 방지하며 고조파를 억제하기 위하여 설계상 많은 어려움을 수반하게 된다.
상기 고주파 회로에 이용되고 있는 부품 중에서 고주파 신호 중 필요한 신호만을 통과시키거나 저지시키는 대역통과 또는 대역저지 필터(Band Pass Filter or Band Stop Filter)로 구성되어 현재 가장 널리 사용되고 있는 유전체 필터는 무선기기의 프런트-엔드(Front-End) 송수신단에 쓰이고 있다.
상기와 같은 유전체 필터의 구현방법은 크게 일체형 필터와 공진기 결합형 필터로 나누어진다. 상기 일체형 필터는 하나의 블록으로 이루어진 유전체 블록에 공진기 홀이 형성되어 있고, 입출력 전극 그리고 커플링을 위한 커플링(coupling) 패턴을 형성한다. 이때, 커플링 패턴 사이에 인터디지털 캐패시턴스(inter-digital capacitance)가 존재하는데 이 캐패시턴스를 조절함으로써 공진기 사이의 커플링 값을 조절할 수 있게 된다.
한편, 공진기 결합형 필터는 여러 개의 공진기를 커플링 보드를 통해 결합시키는 구조로 보드(board) 상에 소정의 캐패시턴스 값이 나타나도록 패턴을 형성함으로써 공진기 사이의 커플링을 조절하는 구조로 되어 있다.
종래 기술에 의한 듀플렉서 필터의 구조를 도 1 및 상기 도 1의 등가회로인 도 2를 참고하여 설명하면 다음과 같다.
다수개의 유전체 공진기(DR)를 포함하여 신호의 송수신을 동시에 수행 가능하도록 수신단과 송신단(10, 20)으로 구성된 듀플렉서 필터에 있어서,
상기 수신단(10)은 유전체 공진기(DR)가 실장되어 전기적으로 연결되도록 소정 패턴이 형성된 기판(10a)과, 상기 유전체 공진기(DR)와 커플링(coupling) 작용을 하는 동시에 입출력 임피던스(Impedance) 조절을 수행하는 제 1 MCC 군(10d)과, 상기 유전체 공진기(DR)와 직렬로 연결되어 통과 주파수 대역과 저지 주파수 대역간의 주파수 선택을 위한 다수의 감쇄극을 형성시키는 제 2 MCC군(10d')으로 구성되고;
상기 송신단(20)은 유전체 공진기(DR)가 실장되어 전기적으로 연결되도록 소정 패턴이 형성된 기판(10a)과, 상기 기판(10a)의 상면에서 상기 유전체 공진기(DR)와 커플링 작용을 하는 동시에 입출력 임피던스 조절을 수행하는 소정 패턴의 마이크로 스트립 선로(20e)와, 상기 유전체 공진기(DR)와 직렬로 연결되어 통과 주파수 대역과 저지 주파수 대역간의 주파수 선택을 위한 다수의 감쇄극을 형성시키는 제 3 MCC군(20d)과, 상기 마이크로 스트립 선로에 병렬로 연결되어 일정한 주파수 대역을 통과시키는 제 4 MCC군(20d')으로 구성된다.
도 1에 미설명된 참조번호 31은 안테나 포트이다.
상기 구성요소에 유전체공진기(DR)와 상기 기판(10a)의 인쇄패턴을 전기적으로 연결하여 통전 가능토록 하는 통전수단(10b, 20b)과, 상기 기판(10a)의 일측단에서 다음 단계로 신호가 넘어가기 위한 단자인 수신 포트(10c)와 신호를 받아들이는 송신포트(20c)도 포함된다.
그러나, 종래의 듀플렉서 필터에서 수신부의 MCC군은 커플링 시스템을 구성하고 있어 저역밴드 이상의 고주파 영역에서 임피던스 매칭이 용이하고 용량값을 조정하여 커플링 회로를 구현할 수 있지만 송신부의 커플링 시스템을 구현하는 마이크로 스트립 선로의 경우 저역밴드 이상에서는 회로 구현 및 재현성 확보가 용이치 않아 임피던스 부정합에 의한 삽입손실이 증가하여 전달특성이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 이동통신용 듀플렉서에서 용량성 커플링을 사용하는 대역저지 필터에 가변 커패시터를 보상기(compensator)로 사용하여 입력 및 출력 임피던스 매칭을 최적화함으로써 송신부의 마이크로 스트립 선로의 구현 오차에 따른 임피던스 부정합을 해결할 수 있어 필터 전달특성이 최적화된 이동통신용 듀플렉서를 제공하는데 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 듀플렉서 필터가 도시된 구성도,
도 2는 도 1의 듀플렉서 필터의 등가회로를 도시한 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 이동통신용 듀플렉서의 등가회로를 도시한 구성도.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
DR : 유전체 공진기 30 : 수신부
30c : 수신포트 30d : 제 1 MCC군
30d' : 제 2 MCC군 40 : 송신부
40c : 송신포트 40d : 제 3 MCC군
40d' : 제 4 MCC군 40e : 마이크로 스트립 선로
50 : 가변 커패시터 51 : 안테나 포트
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 이동통신용 듀플렉서의 제 1 특징에 따르면, 다수의 유전체 공진기와 커플링(coupling) 작용을 하는 동시에 입출력 임피던스(impedance) 조절 기능을 수행하는 제 1 MCC군 및 상기 유전체 공진기와 직렬로 연결되어 다수의 감쇄극을 형성시키는 제 2 MCC군으로 구성된 수신부와 상기 유전체 공진기와 커플링 작용을 하는 동시에 입출력 임피던스 조절을 수행하는 마이크로 스트립 선로 및 저지대역에 다수의 감쇄극을 형성시키는 제 3 MCC군, 일정한 주파수 대역을 통과시키는 제 4 MCC군으로 구성된 송신부를 구비한 이동통신용 듀플렉서에 있어서,
상기 송신부의 제 4 MCC군 중 일 MCC가 상기 마이크로 스트립 선로와 제 4 MCC군간의 입출력 임피던스의 정합을 위해 가변 용량을 제공하는 임피던스 정합소자로 형성된다.
본 발명의 제 2 특징에 있어서, 상기 임피던스 정합소자는 병렬 공진 회로에서 가변 커패시터가 병렬연결 된다.
본 발명의 제 3 특징에 있어서, 상기 임피던스 정합소자는 상기 수신부에 인접하여 형성된 마이크로 스트립 선로와 병렬 연결되는 MCC가 가변 커패시터로 형성된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3에 도시된 본 발명에 의한 이동통신용 듀플렉서를 상세히 살펴보면, 듀플렉서는 다수 개의 유전체 공진기(DR)와, 상기 유전체 공진기(DR)를 포함하여 이루어져 신호의 송수신을 동시에 할 수 있도록 대역통과 또는 대역저지 특성을 갖는 수신부(30) 및 송신부(40)로 구성되어 있다.
여기서, 상기 수신부(30)는 다수의 유전체 공진기(DR)가 설치되어 있고, 상기 유전체 공진기(DR)와 커플링 작용을 하는 동시에 입출력 임피던스 조절 기능을 수행하는 다수의 제 1 MCC(30d)와, 상기 유전체 공진기(DR)와 직렬로 연결되어 통과대역과 저지대역 간의 주파수 선택도를 향상시키기 위해 다수의 감쇄극을 형성시키는 다수의 제 2 MCC(30d')가 모두 커패시터로 동작되어 다중 감쇄극을 갖는 대역통과 필터로 동작된다.
반면에, 상기 송신부(40)도 다수의 유전체 공진기(DR)와, 유도성 커플링을 위한 다수의 마이크로 스트립 선로(40e)는 인덕턴스로 동작되고, 상기 유전체 공진기(DR)에 직렬로 연결되어 감쇄극을 갖는 다수의 제 3 MCC(40d) 및 상기 마이크로 스트립 선로(40e)에 병렬로 연결되어 저역통과 필터를 구성하는 다수의 제 4 MCC(40d')는 모두 커패시터로 동작되어 다중 감쇄극을 갖는 대역저지 필터로 작동된다. 특히, 상기 수신부(30) 및 송신부(40)에 형성되어 있는 각각의 대역통과 필터와 대역저지 필터는 병렬로 연결된 구조로 구성된다.
기존의 수신부는 MCC로 커플링 시스템을 구성하고 있어 저역 밴드 이상의 고주파 영역에서 임피던스 매칭이 용이한 반면에 송신부의 경우 커플링 시스템을 구성하는 마이크로 스트립 선로가 임피던스 미스매칭(mismatching)으로 인한 삽입손실이 증가하는 문제점을 보안하기 위해 상기 제 4 MCC(40d')는 유전체 공진기와 커플링(Coupling) 작용을 하는 동시에 입출력 임피던스(Impedance) 조절을 수행하는 소정 패턴의 마이크로 스트립 선로(40e)의 입출력 임피던스 정합을 위해 한 가변 커패시터(50)를 병렬연결 하여 보상기를 구현한다.
도 3에 미설명된 참조번호 51은 안테나 포트이고, 참조번호 30c는 외부에서 전송되는 신호를 수신부(30)로 받아들이는 수신포트, 참조번호 40c는 송신부(40)에서 외부로 신호를 전송하는 송신포트이다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 이동통신용 듀플렉서 필터의 동작을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 수신부(30) 및 송신부(40)간의 신호 전달은 수신부 및 송신부(30, 40)의 중간지점에 위치한 안테나 포트(51)에 연결되어 있는 안테나를 통해 이루어지고, 상기 듀플렉서와 외부간의 신호 전달은 상기 듀플렉서의 수신단(30) 및 송신단(40)에 위치한 수신포트(30c)와 송신포트(40c)를 통해 이루어진다. 상기 안테나를 통해 소정 범위의 주파수 대역을 갖는 신호가 수신되면, 상기 수신부(30)에서는 일정 주파수 대역은 통과시키며 그 외의 주파수 대역은 크게 감쇄되도록 하여 저지시키게 된다.
즉, 제 1 MCC(30d)군은 다수개의 유전체 공진기(DR)를 포함하여 커플링 회로를 구성하는 동시에 입출력 임피던스를 조절하게 되고, 제 2 MCC(30d')군은 상기 유전체 공진기(DR)에 직렬 연결되어 통과 주파수 대역과 저지 주파수 대역간의 주파수 선택도를 향상시키기 위해 다수의 감쇄극을 형성하도록 하게 되므로, 결국 일정 주파수 대역은 저지되는 대역통과 필터로서 작용하게 된다.
다음, 상기 송신단(40)에서는 다수개의 상기 유전체 공진기(DR)를 포함하여 커플링 회로를 구성하는 동시에 입출력 임피던스가 조절되도록 다수의 인덕턴스로 동작되는 소정 패턴이 마이크로 스트립 선로(40e)가 형성되어 있고, 상기 유전체공진기(DR)와 직렬 연결되어 있는 다수개의 제 3 MCC(40d)군도 형성되어 있어 일정 주파수 대역에서 감쇄극이 형성되게 된다.
또한, 저주파수 대역은 통과시키고 고주파수 대역은 저지시키는 저역통과 필터를 구성토록 상기 마이크로 스트립 선로(40e)에 병렬로 연결되어 있는 다수개의 제 4 MCC(40d')군이 형성되어 있기 때문에 대역저지 필터와 저역통과 필터가 병렬로 연결된 구조로 형성되어 있다.
상기 마이크로 스트립 선로(40e)는 분포소자로서 저주파 대역에서 일반적으로 사용되는 코일보다 품질계수가 양호하여 우수한 주파수 차단 특성을 얻을 수 있으나, 저역 밴드 대역 이상에서 임피던스 부정합에 의한 삽입손실의 증가를 해결하기 위해 안테나 포트(51)와 이웃한 상기 제 4 MCC(40e)군의 커패시터를 가변 커패시터(50)로 병렬 연결함으로써 임피던스 정합의 역할을 하는 보상기로 구현된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 이동통신용 듀플렉서는 MCC와 마이크로 스트립 선로로 형성된 송신부에 마이크로 스트립 선로의 사용으로 인해 발생되는 임피던스 부정합을 방지할 수 있는 가변 커패시터가 수신부에 인접하여 형성된 마이크로 스트립 선로와 병렬 연결되는 MCC에 설치됨으로써 임피던스 부정합을 방지할 수 있고, 그에 따라 필터의 성능을 향상시켜 이동통신용 듀플렉서 필터의 전달특성을 최적화 할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 다수의 유전체 공진기와 커플링(coupling) 작용을 하는 동시에 입출력 임피던스(impedance) 조절 기능을 수행하는 제 1 MCC군 및 저지대역에서 다수의 감쇄극을 형성시키는 제 2 MCC군으로 구성된 수신부와, 다수의 유전체 공진기와 커플링 작용을 하는 동시에 입출력 임피던스 조절을 수행하는 마이크로 스트립 선로 및 저지대역에 다수의 감쇄극을 형성시키는 제 3 MCC군, 일정한 주파수 대역을 통과시키는 제 4 MCC군으로 구성된 송신부를 구비한 이동통신용 듀플렉서에 있어서,
    상기 송신부의 제 4 MCC군 중 일 MCC가 상기 마이크로 스트립 선로와 제 4 MCC군간의 입출력 임피던스의 정합을 위해 가변 용량을 제공하는 임피던스 정합소자로 형성된 것을 특징으로 하는 이동통신용 듀플렉서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 임피던스 정합소자는 병렬 공진 회로에서 가변 커패시터가 병렬연결 되는 것을 특징으로 하는 이동통신용 듀플렉서.
  3. 제 1 또는 제 2항에 있어서,
    상기 임피던스 정합소자는 상기 수신부에 인접하여 형성된 마이크로 스트립 선로와 병렬 연결되는 MCC가 가변 커패시터로 형성된 것을 특징으로 하는 이동통신용 듀플렉서.
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