KR20020042092A

KR20020042092A - 듀플렉서의 주파수 격리회로

Info

Publication number: KR20020042092A
Application number: KR1020000071831A
Authority: KR
Inventors: 정이봉
Original assignee: 곽정소; 주식회사 케이이씨
Priority date: 2000-11-30
Filing date: 2000-11-30
Publication date: 2002-06-05
Also published as: KR100419237B1

Abstract

본 발명은 듀플렉서에서 송신단과 수신단간의 상호 주파수 간섭을 방지하기 위한 주파수 격리회로에 관한 것이다.

본 발명은 듀플렉서의 부피를 커지지 않게 하면서 송수신 결합 시 상호 주파수간섭에 의한 주파수 응답특성악화를 방지하기 위한 듀플렉서의 주파수 격리회로에 있어서, 송신대역 주파수를 필터링하기 위한 송신단과, 수신대역의 주파수를 필터링하기 위한 수신단과, 상기 송신단과 상기 수신단에 접속되어 있는 안테나단과, 상기 듀플렉서의 유전체 세라믹 블럭에서 수직방향으로 연장된 끝단으로부터 직각으로 패턴이 가공되는 면이 형성되어 상기 송신필터와 상기 수신필터의 주파수 차폐역할을 하는 전도성 금속케이스와, 상기 듀플렉서의 유전체 세라믹 블럭의 상면에 나선형으로 형태로 형성되어 상기 안테나단과 상기 전도성 금속 케이스 사이에 접속된 스파이럴 인덕터를 포함한다.

Description

듀플렉서의 주파수 격리회로{FREQUENCY ISOLATING CIRCUIT OF A DUPLEXER}

본 발명은 듀플렉서의 주파수 격리회로에 관한 것으로, 특히 듀플렉서에서 송수신결합 시 송신단과 수신단간의 상호 주파수 간섭을 방지하기 위한 주파수 격리회로에 관한 것이다.

일반적으로 듀플렉서는 안테나를 이용하여 무선으로 송수신 시 주파수를 분리하는 장치로 송신단과 수신단으로 구성되어 있다. 이러한 듀플렉서는 대한민국 1997년 특허출원 055639호에 개시되어 있으며, 일반적으로 송신대역이 수신대역보다 중심주파수가 낮기 때문에 송신단의 필터특성은 통과대역보다 높은 주파수대역(수신주파수대역)에서 우수한 감쇄특성이 요구되고, 수신단의 필터특성은 통과대역보다 낮은 주파수대역(송신주파수 대역)에서 우수한 감쇄특성이 요구되고 있다. 즉, 송수신단은 대역통과 상측 주파수에서 주파수가 증가하면서 입력임피던스가 증가하고, 통과대역 하측 주파수에서 주파수가 낮아지면 입력임피던스가 작아지는 특성을 보인다. 따라서 송수신단을 병렬 결합 시 안테나단에서 송신 주파수 대역이 무너지는 현상이 발생한다.

도 1은 일반적인 듀플렉서의 등가회로도이다.

10은 송신대역 주파수를 필터링하기 위한 송신단이고, 12는 수신대역의 주파수를 필터링하기 위한 수신단(12)과, 14는 상기 송신단(10)과 수신단에 접속되어 있는 안테나단이다. 송수신주파수가 안테나단(14)에서 하나의 포트로 결합되므로 송신주파수 통과 대역에서 송신단(10)으로만 임피던스 매칭되어 신호가 전달되어야 하고 수신주파수에서는 수신단(12)로만 임피던스가 매칭되어 전달되어야 한다. 송신주파수에서는 수신단(10)의 임피던스가 매우 커서 개방된 것이 보이면 병렬로 결합된 안테나단(14)에서 송신단(10)으로만 신호가 전송되고, 반대로 수신주파수 통과대역에서는 송신단(10)의 임피던스가 매우커야 안테나단(14)에서 수신단(12)으로만 신호가 수신되어야 안테나의 입력 임피던스 매칭이 되어 원활한 송수신이 가능하다. 그런데 유전체로 이루어진 송신주파수를 필터링하는 송신단(10)과 수신주파수를 필터링하는 수신단(12)이 단독으로 존재할 경우에 통과 대역의 하측은 입력임피던스가 -j50Ω이하로 그 크기가 작고, 상측은 -j100Ω이상으로 크다. 따라서 송신단(10)과 수신단(12)을 병렬로 연결하여 필터링하는 경우 송신주파수 대역에서는 수신단(12)의 임피던스가 작아 합성임피던스가 작은 값에 지배를 받아 수신단(12)의 입력임피던스보다 작을 값을 가지므로 임피던스 정합이 이루어지지 않는다. 즉, 송신주파수 대역에서 50Ω에 근접하게 송신단(10)으로 신호가 전송되어야 하나 수신단(12)에 의해 신호가 소실되는 반면 수신주파수 대역에서는 송신단(10)의 입력 임피던스가 충분히 큰 값을 가지므로 병렬 연결된 합성 임피던스가 50Ω되어 임피던스 매칭이 정상적으로 이루어져 수신단(12)을 통해 신호가 수신된다.

이에 대한 동작을 실제 적용 예를 들어 설명하면, 송신주파수가 예컨데836MHz일 때 송신단(10)의 입력임피던스는 50+j0[ Ω]이고, 수신단(12)의 입력임피던스는 0-j30[ Ω]가 된다. 그리고 수신주파수가 예컨데 881MHz일 때 송신단(10)의 입력 임피던스 0-j130[ Ω]이고, 수신단(12)의 입력임피던스는 50+j0[ Ω]가 된다.

상기 입력임피던스를 이용하여 송신주파수에서 안테나단(14)의 입력임피던스(ZinA)를 나타내면 하기 식 1과 같다.

상기 입력임피던스를 이용하여 수신주파수에서 안테나단(14)의 입력임피던스(ZinA)를 나타내면 하기 식 2와 같다.

ZinRx는 수신단(12)의 입력임피던스이고, ZinTx는 송신단(10)의 입력임피던스이다.

그런데 이러한 종래의 듀플렉서는 하나의 블록구조에 송신단과 수신단이 결합되어 있기 때문에 수신주파수에서는 안테나단의 입력임피던스가 43.5-j17이므로 50Ω에 근접하여 주파수송수신 결합특성이 크게 악화되지 않지만 송신주파수에서는 안테나단의 입력임피던스가 13-j22이므로 50Ω과 차가 많이 발생되어 송수신 결합 특성이 악화되는 현상을 나타낸다.

따라서 이와 같은 종래의 듀플렉서에서는 육면체 내에 형성되어 있는 원통 홀수를 증가하여 통과대역 상하측에 극을 삽입하여 특성을 개선할 수 있으나, 이 경우 부피가 커지는 문제가 있다.

또한 듀플렉서의 상면 패턴전극을 이용하여 통과 대역 상하측에 극을 삽입하는 방법에 의해 특성을 개선할 수 있으나 패턴전극을 구현하는데 어려움이 있었다.

따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 듀플렉서의 부피를 커지지 않게 하면서 송수신 결합 시 상호 주파수간섭에 의한 주파수 응답특성악화를 방지할 수 있는 듀플렉서 주파수 격리회로를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 송수신 결합 시 송신주파수 대역에서 수신단의 입력임피던스를 크게하여 송신 주파수 응답특성을 개선할 수 있는 듀플렉서 주파수 격리회로를 제공함에 있다.

도 1은 일반적인 듀플렉서의 등가회로도

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 듀플렉서의 구조도

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 유전체 세라믹 블럭(300)의 평면도

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 듀플렉서의 주파수 격리회로에 대한 등가회로도

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 송수신 입력임피던스의 절대값을 나타낸 도면

도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 임피던스 정합상태를 나타낸 스미쓰선도

도 7은 종래의 듀플렉서의 주파수 응답 특성도

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 주파수 응답 특성도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

300: 유전체 세라믹 블럭 301: 송신단

302: 수신단 303: 안테나단

304: 전극단자 305: 캐패시터

400: 전도성 금속케이스 401: 스파이럴 인덕터

402: 접지단자

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 듀플렉서의 주파수 격리회로에 있어서, 송신대역 주파수를 필터링하기 위한 송신단과, 수신대역의 주파수를 필터링하기 위한 수신단과, 상기 송신단과 상기 수신단에 접속되어 있는 안테나단과, 상기 듀플렉서의 유전체 세라믹 블럭에서 수직방향으로 연장된 끝단으로부터 직각으로 패턴이 가공되는 면이 형성되어 상기 송신필터와 상기 수신필터의 주파수 차폐역할을 하는 전도성 금속케이스와, 상기 전도성 금속케이스에 나선형모양으로 패턴이 형성되어 상기 안테나단에 접속된 스파이럴 인덕터를 포함함을 특징으로 한다.

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 듀플렉서의 구조도로서,

전극이 도금된 유전체 세라믹 블럭(300)와, 상기 유전체 세라믹 블럭(300)에 수직으로 연장되어 형성된 전도성 금속케이스(400)로 구성되어 있다. 상기 세라믹 블럭(300)은 세라믹위에 실버(silver)로 도금되어 있으나 상면이 원통홀 주위를 제외하고 실버도금이 제거되어 있다. 상기 세라믹 블럭(300)는 송신대역 주파수를 필터링하기 위한 송신단(301)과, 수신대역의 주파수를 필터링하기 위한 수신단(302)과, 상기 송신단(301)과 수신단(302)에 접속되어 있는 안테나단(303)으로 구성되어 있고, 상기 전도성 금속케이스(400) 상에 나선형 패턴이 형성되어 송신수신 결합 시 송신주파수 통과 대역에서 수신단(302)에 의해 간섭을 받지 않도록 수신단(302)의 입력임피던스를 크게 하기 위한 스파이럴 인덕터(401)가 연결되어 있다. 상기 전도성 금속케이스(400)는 상기 유전체 세라믹 블럭(300)에 수직으로 연장되어 "ㄱ"자형태를 갖도록 하여 송신 및 수신주파수의 손실을 방지하기 위한 차폐역할을 한다. 상기 전도성 금속케이스(400)는 중앙부위에 나선형으로 스파이럴 인덕터(401)가 패턴으로 형성되어 있으며, 상기 스파이럴 인덕터(401)의 중심종단부에 접지단자(402)를 구비하고 상기 전도성 금속케이스(400)와 일체형으로 형성되어 있다. 상기 스파이럴 인덕터(401)의 접지단자(402)가 안테나단(303)에서 연장된 전극단자(304)와 연결되도록 구성되어 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 듀플렉서의 평면도이다.

수신단(302)의 공진기(306)와 안테나단(303)간의 간격을 조절하여 패턴을 형성하여 원하는 용량의 캐패시터(305)를 형성할 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 듀플렉서의 주파수 격리회로에 대한 등가회로도이다.

송신단(301)과 수신단(302)에 스파이럴 인덕터(402)가 병렬로 접속되어 안테나단(303)에 연결되고, 상기 수신단(302)에 캐패시터(305)가 직렬로 연결되는 구조를 갖는다.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 송수신 입력임피던스의 절대값을 나타낸 도면이다.

도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 임피던스 정합상태를 나타낸 스미쓰선도이다.

도 7은 종래의 듀플렉서의 주파수 응답 특성도이고,

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 주파수 응답 특성도이다.

상술한 도 1 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예의 동작을 상세히 설명한다.

송신단(301)은 송신대역 주파수를 필터링한다. 수신단(302)은 안테나로부터 수신된 신호로부터 수신대역의 주파수를 필터링한다. 전도성 금속케이스(400)는 유전체 세라믹 블럭(300)에서 수직방향으로 연장된 끝단으로부터 직각으로 패턴이 가공되는 면이 형성되어 송신단(301)과 수신단(302)의 주파수 차폐역할을 한다. 그리고 상기 전도성 금속케이스(400)는 중앙부위에 나선형으로 스파이럴 인덕터(401)가 패턴으로 형성되어 있으며, 상기 스파이럴 인덕터(401)의 중심종단부에 접지단자(402)를 구비하고 있다. 상기 스파이럴 인덕터(401)는 접지단자(402)를 아래방향으로 잡아당겨 유전체 세라믹 블럭(300)의 상면에 설치된 안테나단(303)의 전극단자(304)에 연결한다. 이때 스파이럴 인덕터(401)는 송수신 결합 시 송신주파수 통과 대역에서 수신단(302)에 의해 간섭을 받지 않도록 수신단(302)의 입력임피던스를 크게 하도록 한다. 이때 스파이럴 인덕터(401)는 일단이 전도성 금속케이스(400)에 접속되고, 상기 전도성 금속케이스(400)의 접지단자(401) 안테나단(303)에 연결되어 송수신을 분리하는 송신단(301) 및 수신단(302)에 각각 병렬로 접속되어 있다. 그리고 도 4의 캐패시터(305)는 도 3에서 보는 바와 같이 안테나단(303)과 공진기(306)간의 간격을 맞추어 패턴을 형성하여 원하는 용량을 만들어 낼수 있다.

이와 같은 구조를 갖는 주파수 격리회로를 구비한 듀플렉서에서 안테나단(303)의 입력 임피던스가 송신 및 수신 통과 대역에서 예를들어 50Ω이 되도록 설계하였을 경우 송수신 결합 시 송수신 통과 대역에서 송신단(301) 및 수신단(302)의 입력 임피던스가 도 5a 및 도 5b와 같이 50Ω에 근접하여야 한다. 송신시에는 스파이럴 인덕터(401)와 캐패시터(305)의 결합에 의해 안테나단(303)의 임피던스 정합이 이루어져 안테나단(303) 반사특성이 도 6a와 같은 스미쓰선도가나타난다. 이로인해 송신단(301)에서 필터링되는 주파수의 반사특성이 도 8과 같이 -25dB이상 우수하게 나타난다.

그리고 수신시에는 스파이럴 인덕터(401)와 캐패시터(305)의 결합에 의해 안테나단(303)의 임피던스 정합이 이루어져 안테나 방사특성이 도 6b와 같은 스미쓰선도가 나타난다. 따라서 송신송신 시 스파이럴인덕터(401)와 캐패시터(305)의 결합에 의해 임피던스 정합을 하도록 하므로 도 8에서 보는 바와 같이 주파수 응답 특성이 도 7의 종래의 주파수 응답 특성보다 개선됨을 알 수 있다.

실제 적용예를 보면, 송신주파수(예를들어 836MHz라면)에서 송신단(Tx)(301)의 초기 입력임피던스는 50+j0[ Ω]이 되고, 수신단(Rx)(302)의 초기 입력임피던스는 0-j30[ Ω]가 된다. 그리고 수신주파수(예를들어 881MHz라면)에서 송신단(301)의 초기 입력임피던스는 0-j130[ Ω]이고, 수신단(302)의 초기 입력임피던스는 50+j0[ Ω]가 된다. 여기서 스파이럴 인덕터(401)의 값은 예를 들어 10nH(10×10-9H)이고, 캐패시터(305)의 값은 예를들어 18pF(18×10-12F)이라 가정한다.

따라서 도 4에서 수신단(302)에 캐패시터(305)이 직렬로 연결된 상태의 안테나단(303)의 임력임피던스(Zinsc)는 하기 식 3에 의해 나타낼 수 있다.

ZinRx는 수신단(302)의 초기 입력임피던스이고, C_re는 캐패시터(305)의 값을 나타낸다.

그리고 도 4에서 수신단(302)에 직렬 연결된 캐패시터(305)와 스파이러 인덕터(401)가 병렬로 연결된 상태의 수신단(302)의 입력임피던스(ZinR_PL)는 하기 식 4에 의해 나타낼 수 있다.

따라서 송신주파수 통과 대역에서 안테나단(303)의 입력임피던스 (ZinA)를 구하면 수학식 5와 같다.

그리고 수신주파수(예를들어 881MHz라면)에서 송신단(101)의 초기 입력임피던스는 0-j130[ Ω]이고, 수신단(102)의 초기 입력임피던스는 50+j0[ Ω]가 된다.

따라서 도 4에서 상술한 방법에 의해 수신단(302)에 캐패시터(305)가 직렬로 스파이럴 인덕터(401)가 병렬로 연결된 상태의 안테나단(303)의 입력임피던스(ZinA)를 산출하면 46+j16Ω이 된다. 그러므로 송신주파수 통과대역이나 수신주파수 통과대역에서 안테나단 입력임피던스가 50Ω에 근접하게 정합되므로 송신 시 수신단에 의한 간섭을 방지한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 듀플렉서에서 송신단과 수신단에 병렬로 스파이럴 인덕터를 결합하여 송수신 결합 시 송신주파수의 통과대역에 대한 수신단의 입력임피던스를 크게하여 송수신 결합 시 주파수 응답특성을 개선할 수 있는 이점이 있다.

또한 듀플렉서의 전도성 금속케이스에 스파이럴 인덕터를 패턴으로 형성하여 안테나단의 전극단자와 접속하여 육면체 내에 형성되어 있는 원통홀 수를 증가하지 않으므로 듀플렉서의 부피를 줄일 수 있으며, 차폐용 케이스인 전도성 금속케이스에 접지시키므로 기존의 문제였던 스파이럴의 중심으로부터 입체 구조 접지를 동시에 해결하여 송수신 결합 시 송신주파수 통과대역에서 수신단의 입력임피던스를 크게하여 송신 시 수신단에 의한 간섭을 방지할 수 있는 이점이 있다.

Claims

듀플렉서의 주파수 격리회로에 있어서,

송신대역 주파수를 필터링하기 위한 송신단과,

수신대역의 주파수를 필터링하기 위한 수신단과,

상기 송신단과 상기 수신단에 접속되어 있는 안테나단과,

상기 듀플렉서의 유전체 세라믹 블럭에서 수직방향으로 연장된 끝단으로부터 직각으로 패턴이 가공되는 면이 형성되어 상기 송신필터와 상기 수신필터의 주파수 차폐역할을 하는 전도성 금속케이스와,

상기 전도성 금속케이스에 나선형모양으로 패턴이 형성되어 상기 안테나단에 접속된 스파이럴 인덕터를 포함함을 특징으로 하는 듀플렉서의 주파수 격리회로.
제1항에 있어서,

상기 스파이럴 인덕터는 상기 전도성 금속케이스에 일체형으로 형성되어 있으며, 나선형 중심종단부에 접지단자를 가지며, 상기 접지단자를 상기 안테나단의 전극단자에 연결함을 특징으로 하는 듀플렉서의 주파수 격리회로.
제1항에 있어서,

상기 안테나단과 수신단의 공진기간의 간격조정에 의한 패턴으로 형성되는 캐패시터를 더 구비함을 특징으로 하는 듀플렉서의 주파수 격리회로.
제3항에 있어서,

상기 캐패시터는 상기 수신단에 직렬로 연결되어 안테나단에 접속함을 특징으로 하는 듀플렉서의 주파수 격리회로.
제4항에 있어서,

상기 스파이럴 인덕터와 상기 캐패시터는 송수신 결합 시 송신주파수 대역에서 수신단의 임피던스를 증가시킴을 특징으로 하는 듀플렉서의 주파수 격리회로.