KR20020045228A - 유전체공진기를 이용한 듀플렉서 - Google Patents

유전체공진기를 이용한 듀플렉서 Download PDF

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Abstract

본 발명은 각종 통신 기지국 또는 중계국 시스템용 듀플렉서(300)에 관한 것으로, 주파수 신호를 각각 입력하고 출력하는 입·출력단자(310,320)를 포함하는 하우징(301), 상기 하우징(301) 내에 일정 간격으로 배치된 주파수 조절용 홀(350)과 커플링 조정용 홀(360)을 갖는 유전체 공진기(302), 상기 입력단자(310)에 연결되어 외부로부터의 주파수 신호를 상기 하우징(301) 내의 유전체 공진기(302)에 결합시키는 입력커플링단(330), 및 상기 출력단자(320)에 연결되어 상기 하우징 내에서 필터링된 주파수 신호를 상기 출력단자로 결합시키는 출력커플링단(330')을 포함하는 듀플렉서(300)에 있어서, 상기 입력단자(310)와 유전체 공진기(302) 사이 또는 상기 유전체 공진기(302)와 출력단자(320) 사이에 결합용량(coupling capacitance) 보상을 위한 유전체판(371)과 도체판(372)으로 구성된 보상회로(370)를 배치하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명에 의하면, 유전체판(371)과 도체판(372)의 크기, 두께, 형상, 및 재질 변화에 따라 입, 출력단자(310,320)와 유전체 공진기(302) 사이의 결합용량의 보상이 용이함에 따라 우수한 반사특성과 삽입손실 특성을 개선할 수 있고, 주파수 및 커플링 조정용 스크류(351,361)가 하우징(301)내에 위치됨으로써 기계적 가공의 간략화, 전기적 특성 및 신뢰성이 우수하게 개선되는 효과가 있다.

Description

유전체공진기를 이용한 듀플렉서{Duplexer using dielectric resonator}
본 발명은 각종 통신 기지국 또는 중계국의 통신시스템에서 특정 주파수 대역만을 통과시키는 위해 사용하는 유전체공진기를 이용한 듀플렉서에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공진기 사이의 결합용량 조정과 공진 주파수의 튜닝이 용이하고 손실계수가 작은 소형 세라믹 유전체 공진기를 이용하여 MHz 및 GHz 대역의 특정 주파수를 선택적으로 통과시키기 위한 듀플렉서에 관한 것이다.
일반적으로, 무선 주파수(RF) 통신 시스템에서 신호를 필터링 하기 위해서는 유전체 공진기를 이용한 세라믹 필터가 듀플렉서(duplexer)로서 사용된다. 도 1은 세라믹 필터의 사용예를 나타낸 것으로, 출력의 경우는 파워앰프(500)로부터 듀플렉스(300)를 거쳐 안테나(600)에서 송신되며, 입력의 경우는 안테나에서 수신되어 듀플렉스(300)를 거쳐 저잡음증폭기(LNA, 400)로 전달된다. 이때 송신 출력은 수신부로 전달이 되어서는 안되며 수신 입력 또한 출력부로 전달이 되어서는 안된다. 상기의 RF신호의 수신이나 송신시 선택된 특정주파수 만을 통과시키는 기능을 수행하는 수동부품을 듀플렉스(300)라 한다.
도 2는 상술한 종래의 듀플렉서(세라믹 필터)의 구조를 나타낸 것으로, 금속 상자와 같은 하우징(301), 이 하우징(301) 안에 직렬로 배열된 육면체형 유전체(세라믹) 재료의 복수 유전체 블록들로 구성된 유전체 공진기(302), 상기 하우징(301)에는 RF 입력 신호를 수신하고, 필터된 RF 신호를 통과시키기 위한 입력단자(310) 및 출력 단자(320), 상기 입력 단자(310)를 통해 외부로부터 입력되는 RF 신호를 상기 유전체 공진기(302)의 첫 번째 유전체 블록으로 결합시키는 입력 커플링와이어(330), 상기 유전체 공진기(302)를 통해 필터링된 RF신호를 상기 출력 단자(320)로 결합시키는 출력 커플링 와이어(330')를 포함하여 구성된다. 상기 입·출력 커플링 와이어(330, 330')는 각각 입·출력 단자(310, 320)와 유전체 공진기(302)에 직접 연결되는데, 도 2에 개시된 바와 같이 유전체 공진기(302)에는 각 커플링 와이어를 용접하기 위한 용접 결합부(340, 340')가 부착되어 있다.
도 2에서 각 육면체형 유전체 블록들은 중앙에 주파수 조절용 홀(350)이 형성되고, 상기 입력 단자와 출력 단자를 향하는 측면에는 반원통상의 절개 홈으로 구성된 커플링 조정용 홀(360)이 형성되어 있다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 유전체 블록들은 고전도성의 도전체 피막(353)을 전체적으로 형성하되, 홀(350, 360)의 내경 입구부에는 선택적으로 도전체 피막(353)을 제거하여 입력 신호 중에서 설정된 주파수 대역 신호만을 출력하도록 한다. 또한, 하우징(301) 외부로부터 하우징(301) 벽을 관통해, 직렬로 배치된 복수의 유전체 블록들의 각 홀(350,360)에 설치되어 각 홀의 도전체 피막 제거부(352)에서 전자기적 결합에 의해 공진 주파수 및 커플링 용량을 조정하는 복수의 튜닝 스크류(351, 361)가 설치되어 있다.
이와 같은 종래 구조의 듀플렉서는 입·출력단자(310, 320)와 유전체 공진기(302)를 연결하기 위해 입·출력 커플링 와이어(330, 330')를 직접 용접하는 등의 방법으로 접합하는 방식으로, 이러한 방법은 작업자 및 작업 완료 후 접합된입·출력 커플링 와이어(330, 330') 형태에 따라 많은 편차를 가져오기 때문에, 수시로 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같은 공진 주파수 및 커플링 용량 조절용 스크류를 통해 미세 조정해야 하며, 커플링 조절과 튜닝이 불가능한 경우가 많이 발생하기 때문에 제조 효율이 떨어져 양산화가 어려워지는 문제가 있었다.
또한, 도 2에 나타낸 바와 같이 하우징(301) 외부에 부착되어 있는 공진 주파수 및 커플링 조절용 스크류를 수시로 이용하는데, 이것은 종래의 듀플렉서가 소형화되는 것을 방해하는 요인으로 작용하며, 하우징 외부로부터 하우징 내부의 유전체 공진기에 형성된 홀(350, 360)에 삽입되기 때문에 공진기 특성에 악영향을 미치는 문제가 발생한다.
특히, 듀플렉서(300)의 이동 또는 사용 중 충격 또는 진동 등으로 인해 미세하게 조정된 특성변화가 자주 발생하는 문제가 발생한다.
본 발명의 목적은 상술한 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 커플링 조절 및 튜닝 조정이 용하고 반사특성(return loss) 및 삽입손실(insertion loss) 등의 전기적 특성이 우수한 듀플렉서를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 다른 목적은 기계적 특성 및 신뢰성이 우수하고 소형화가 가능한 듀플렉서를 제공하는 것이다.
도 1은 일반적인 통신 시스템에서 듀플렉서의 사용예를 나타내는 도,
도 2는 종래의 듀플렉서 구조를 나타낸 도,
도 3은 듀플렉서의 주파수 및 커플링 조정용 홀의 부분 단면도,
도 4은 본 발명에 따른 듀플렉서의 하우징 내부 평면도,
도 5는 본 발명에 따른 듀플렉서의 단면도,
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 믹서(Mixer)200 : 주파수합성부
300 : 듀플렉서301 : 하우징
302 : 유전체 공진기310 : 입력단자
320 : 출력단자330, 330': 입·출력 커플링 수단
350 : 주파수 조절용 홀351 : 주파수 조절용 스크류
360 : 커플링 조정용 홀361 : 커플링 조정용 스크류
370 : 보상회로371 : 유전체판
372 : 도체판400 : 저잡음증폭기(LNA)
500 : 파워앰프(Power Amp)600 : 안테나
상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 방법은, 주파수 신호를 각각 입력하고 출력하는 입·출력단자를 포함하는 하우징, 상기 하우징 내에 일정 간격으로 배치된 주파수 조절용 홀과 커플링 조정용 홀을 갖는 유전체 공진기, 상기 입력단자에 연결되어 외부로부터의 주파수 신호를 상기 하우징 내의 유전체 공진기에 결합시키는 입력커플링단, 및 상기 출력단자에 연결되어 상기 하우징 내에서 필터링된 주파수 신호를 상기 출력단자로 결합시키는 출력커플링단을 포함하는 듀플렉서에 있어서, 상기 입력단자와 유전체 공진기 사이 또는 상기 유전체 공진기와 출력단자 사이에 결합용량(coupling capacitance) 보상을 위한 보상회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 지금까지의 일일이 커플링와이어(metal wire)를 조정해야하는 조정의 어려움과 불합리함을 본 고안의 상기 보상회로는 유전체판과 금속류의 도체판을 사용하여 조정이 훨씬 간편해졌고 공정의 단순화로 인하여 작업의 효율적인 측면에서 많은 장점을 보유할 수 있다.
또한, 상기 보상회로에 의한 결합용량 보상은 유전체판 및/또는 도체판의 크기 및 형상 변화에 의해 이루어진다.
또한, 상기 입력커플링수단 및/또는 출력커플링수단은 각각 상기 보상회로에 접합되어 상기 하우징 측으로 연장하되, 상기 입력단자 및/또는 출력단자 측을 향한 상기 유전체 공진기의 반원통 내곡면에 평행한 연장부분을 가지며, 이 연장부분이 상기 유전체 공진기의 표면 일부에 접촉 또는 근접하게 형성되어 있다.
또한, 상기 유전체 공진기의 주파수 조절용 홀과 커플링 조정용 홀에 각각삽입되는 주파수 조절용 스크류 및 커플링 조정용 스크류는 상기 하우징 내에 설치하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 상세한 설명을 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명에 따른 듀플렉서를 나타내는 것으로, 금속 상자와 같은 하우징(301), 이 하우징(301) 안에 직렬로 배열된 육면체형 유전체(세라믹) 재료의 복수 유전체 블록들로 구성된 유전체 공진기(302), 상기 하우징(301)에는 RF 입력 신호를 수신하고, 필터된 RF 신호를 통과시키기 위한 입력단자(310) 및 출력 단자(320), 상기 입력단자(310)와 유전체공진기(302) 사이 및 상기 유전체 공진기(302)와 출력단자 사이에 배치된 결합용량 보상용 보상회로(370), 상기 입력 단자(310)를 통해 외부로부터 입력되는 RF 신호를 상기 유전체 공진기(302)의 첫 번째 유전체 블록으로 결합시키기 위해 상기 보상회로(370)에 결합된 입력 커플링와이어(330), 상기 유전체 공진기(302)를 통해 필터링된 RF신호를 상기 출력 단자(320)로 결합시키기 위해 상기 출력단자(320)에 결합된 출력 커플링 와이어(330')를 포함하여 구성된다.
상기 보상회로(370)는 상기 금속상자 하우징(301)과의 절연을 위한 유전체판(371)과 상기 입·출력 단자(310, 320)에 연결된 금속류의 도체판(372)으로 구성된다. 여기서, 도체판(372)은 구리, 은, 금 등의 전도성이 우수한 도체들(도금 포함) 중 어느 것이든 사용할 수 있다.
상기 보상회로(370)의 결합용량 보상은 유전체판(371) 및 도체판(372)의 크기, 두께, 형상 및 재질을 변화시켜 커플링계수를 조정하여 이루어진다.보상회로(370)는 듀플렉서 제조시, 사전에 유전체 공진기(302)의 결합용량에 맞추어 조정하여 입·출력 단자(310, 320)와 결합된다.
상기 본 발명은 입·출력 커플링 와이어(330, 330')는 각각 입·출력 단자(310, 320)에 연결된 보상회로(370)의 도체판(372)에만 결합되어 있다. 입·출력 커플링 와이어(330, 330')는 유전체 공진기(302)으로 연장하다가 유전체 공진기(302)의 반원통 홈부의 내곡면을 따라 아래로 연장한다. 이때, 입·출력 커플링 와이어(330, 330')는 반원통 홈부의 내곡면에 접촉할 정도의 근접하게 설치되도록 설계하여 주파수 결합손실을 최소화하여야 한다. 종래의 기술은, 유전체 공진기(302)는 전체적으로 도체막이 피복되는데, 예외적으로 상기 입·출력 커플링 와이어(330, 330')가 접촉되는 반원통 홈부는 피막이 제거되고, 또한 중간의 주파수 조절용 홀(350)과 커플링 조정용 홀(360)의 스크류(351, 361) 삽입 부분을 선택적으로 제거함으로 이하여 제작의 불편함이 발생되고 있다.
본 발명은 상술한 바와 같이 입·출력 커플링 와이어(330, 330')가 보상회로(370)의 도체판에 결합되어 일정 형태, 즉 유전체 공진기를 향해 연장하다가 반원통 홈부 내곡면을 따라 아래로 연장하는 형태로 사전 제작되기 때문에, 작업자에 따른 편차나 입·출력 커플링 와이어(330, 330') 형상 변화가 발생하지 않는 균일한 대역필터의 제작이 가능하다.
본 발명의 다른 특징은 도 5에 나타낸 바와 같이, 주파수 조절용 스크류(351) 및 커플링 조정용 스크류(361)가 금속상자 하우징(301) 내부에 설치된 형태로서 듀플렉서(300)의 크기를 소형화할 수 있다.
본 발명은 전술한 바와 같이 최초 제작 시 보상회로(370)에 의해 유전체 공진기의 결합용량을 특성에 맞추어 조절을 하고 주파수 조절용과 커플링 조정용 스크류를 조정하여 주파수와 커플링 세기를 조정한 후 하우징 캡을 씌우는 외부 환경 및 제조공정에 대한 고신뢰성을 갖는 구조로 되어 있다. 그러나, 종래에는 결합용량의 조절부분이 하우징 내부에 내장되어 있고, 주파수 조정용 및 커플링 조정용 스크류가 하우징 케이스 외부에 장치되어 있어 필요 시 결합용량 조정을 위해 하우징 케이스를 분해하는 경우와 조정용 스크류가 하우징 케이스 외부에 장치되어 있어 외부 환경에 대한 신뢰성이 낮은 단점이 있다.
또한, 주파수 조절용 스크류(351) 및 커플링 조정용 스크류(361)를 하우징 내에 설치할 경우에는 운송이나 사용 중에 충격이나 진동에 영향을 적게 받아 미세 조정된 결합용량이 변화할 가능성이 감소하고, 각 스크류(351, 361)가 관통하는 하우징 벽면으로부터의 결합용량 손실을 방지할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
따라서, 본 발명에 의하면, 유전체판(371)과 도체판(372)의 크기, 두께, 형상 및 재질의 변화에 따라 입, 출력단자(310, 320)와 유전체 공진기(302) 사이의결합용량의 보상이 용이함에 따라 우수한 반사특성과 삽입손실 특성을 제공할 수 있고, 주파수 및 커플링 조정용 스크류(351, 361)가 하우징(302)내에 위치됨으로써 기계적 가공의 간략화, 전기적특성 및 신뢰성특성이 우수하게 개선되는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 주파수 신호를 각각 입력하고 출력하는 입·출력단자를 포함하는 하우징, 상기 하우징 내에 일정 간격으로 배치된 주파수 조절용 홀과 커플링 조정용 홀을 갖는 유전체 공진기, 상기 입력단자에 연결되어 외부로부터의 주파수 신호를 상기 하우징 내의 유전체 공진기에 결합시키는 입력커플링단, 및 상기 출력단자에 연결되어 상기 하우징 내에서 필터링된 주파수 신호를 상기 출력단자로 결합시키는 출력커플링단을 포함하는 듀플렉서에 있어서,
    상기 입력단자와 유전체 공진기 사이 및/또는 상기 유전체 공진기와 출력단자 사이에 결합용량(coupling capacitance) 보상을 위한 보상회로를 배치하는 것을 특징으로 하는 듀플렉서.
  2. 제1항에 있어서, 상기 보상회로는 상기 하우징과의 절연을 위한 유전체판과, 입, 출력단의 커플링양과 전송손실을 줄이기 위해 전도성을 갖는 금속재질인 재료로(동일 특성의 도금 포함) 구성되는 도체판으로 구성되는 것을 특징으로 하는 듀플렉서.
  3. 제2항에 있어서, 상기 보상회로의 유전체판은 유전율 1.0∼10.0인 유전체로구성되는 것을 특징으로 하는 듀플렉서.
  4. 제2항에 있어서, 상기 보상회로에 의한 결합용량 보상이 상기 유전체판 및/또는 도체판의 크기, 두께, 형상, 및 재질 변화에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 듀플렉서.
  5. 제1항에 있어서, 상기 유전체 공진기의 주파수 조절용 홀과 커플링 조정용 홀에 각각 삽입되는 주파수 조절용 스크류 및 커플링 조정용 스크류가 상기 하우징 내에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 듀플렉서.
  6. 고주파신호를 각각 입력하고 출력하는 입·출력단자를 포함하는 하우징, 상기 하우징 내에 일정 간격으로 배치된 주파수 조절용 홀과 커플링 조정용 홀을 갖는 유전체 공진기, 상기 입력단자에 연결되어 외부로부터의 고주파 신호를 상기 하우징 내의 유전체 공진기에 결합시키는 입력커플링단, 및 상기 출력단자에 연결되어 상기 하우징 내에서 필터링된 고주파신호를 상기 출력단자로 결합시키는 출력커플링단을 포함하는 대역통과여파기에 있어서,
    상기 유전체 공진기의 주파수 조절용 홀과 커플링 조정용 홀에 각각 삽입되는 주파수 조절용 스크류 및 커플링 조정용 스크류가 상기 하우징 내에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 듀플렉서.
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KR100739188B1 (ko) * 2006-03-29 2007-07-13 김규용 금속 링을 구비하는 고주파용 공진기 필터
KR101115323B1 (ko) * 2011-06-13 2012-03-06 주식회사 이너트론 대역 저지 필터 및 그에 의한 대역 저지 필터 회로

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