KR20020059000A - 일체형 이중대역 듀플렉서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일체형 이중대역 듀플렉서에 관한 것으로서, 서로 다른 통과 주파수 대역을 갖는 2개의 듀플렉서를 하나의 유전체 블록에 형성하고 신호를 분리하는 다이플렉서를 부가하여 일체형 이중대역 듀플렉서를 구현함으로써,

단말기의 인쇄회로기판(PCB)에 이중대역 듀플렉서를 일체화하여 한번에 표면실장할 수 있어 제조공정을 간편화할 수 있고 단말기의 PCB상에서 차지하는 면적을 줄여 단말기를 소형화할 수 있다.

Description

일체형 이중대역 듀플렉서{A monoblock dual-band duplexer}

본 발명은 송수신 주파수를 여과하는 이중대역 듀플렉서에 관한 것으로서, 특히 서로 다른 통과 주파수 대역을 갖는 2개의 듀플렉서를 하나의 유전체 블록으로 형성하고 그 하면에 다이플렉서를 부가하여 각 대역의 듀플렉서를 일체화로 표면실장할 수 있는 일체형 이중대역 듀플렉서에 관한 것이다.

정보화 시대에 접어들면서 셀룰라 단말기, PCS 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 유전체 필터는 고주파 신호 중 필요한 신호만을 통과시키거나 저지시키는 대역통과 또는 대역저지 필터(Band Pass Filter or Band Stop Filter)로 구성되며 무선기기의 프런트-엔드(Front-End)송수신단에 적용되고 있다.

상기와 같은 유전체 필터의 구현방법는 크게 일체형 필터와 공진기 결합형 필터로 분류된다. 상기 일체형 필터에는 하나의 블록으로 이루어진 유전체 블록에 공진기 홀이 형성되어 있고, 입출력 전극 그리고 공진기간의 커플링, 공진기와 접지와의 커플링을 위한 전극 패턴이 형성된다. 이때, 전극 패턴 사이에 커패시턴스(capacitance)가 존재하는데 이 커패시턴스를 조절함으로써 공진기 사이의 커플링 값과 공진기의 공진주파수를 조절할 수 있게 된다.

한편, 공진기 결합형 필터는 여러 개의 공진기를 커플링 보드를 통해 결합시키는 구조로 보드(board) 상에 소정의 커패시턴스 값이 나타나도록 캐패시터(capacitor)를 형성함으로써 공진기 사이의 커플링을 조절하는 구조로 되어 있다.

도 1 에 도시된 종래 기술에 의한 일체형 듀플렉서는 일면을 개방면(12)으로 하고 그 개방면(12)을 제외한 나머지 외부면에 전도성 물질이 도포되어 외부도체가 형성되는 유전체 블록(D10)과, 상기 유전체 블록(D10)의 일측 개방면(12)에서 대응하는 타측 후면(13)까지 관통되는 홀의 내부면에 전도성 물질이 도포되어 내부도체가 형성된 제 1 내지 제 8 공진기(R11, R12, R13, R14, R15, R16, R17, R18)와, 상기 유전체 블록(D10)의 개방면(12)과 상면(11)에 걸쳐 형성되어 대역통과필터에 신호 입력 및 출력의 기능을 수행하는 제 1, 제 2 및 제3 입출력 전극(P1, P2, P3)으로 구성된다.

이때, 상기 공진기(R11∼R18) 일단은 유전체 블록의 후면(13)에서 접지에 연결된 단락단이 되며, 개방면(12)은 공진기(R11∼R18)의 개방단이 되는 1/4 파장 공진기로 동작된다. 유전체 블록의 제 2 내지 4 공진기(R12, R13, R14) 및 제 5내기 제7 공진기(R15, R16, R17)는 대역통과필터, 제 1 및 제 8 공진기(R11, R18)는 감쇠극을 형성하는 대역저지필터로 동작된다.

그리고, 상기 제 1,2 및 3 입출력 전극(P1)은 대역통과필터의 입출력포트로 동작되며, 상기 제 1 및 제 3 입출력 전극(P1, P3)은 대역저지필터와 인접한 공진기홀 사이에서 공용된다.

상기와 같이 구성된 종래 일체형 듀플렉서의 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저 상기 유전체 블록(D10)의 개방면(12)에 공진기(R11∼R18) 주위의 전극간에, 공진기(R11∼R18) 주위의 홀 전극과 입출력 전극(P1, P2, P3)간에는 용량성 결합으로 형성된다.

먼저 수신부측 필터는 다음과 같이 동작한다. 제2 입출력 전극(P2)으로 입력된 신호는 상기 대역통과필터 측의 입력포트인 제2 입출력 전극(P2)과 제4 공진기(R14) 홀 주위의 전극간의 용량성 결합으로 제 3 공진기(R13)에 전달되며, 제 2 내지 제 4 공진기(R12∼R14) 사이의 신호전달은 공진기(R12∼R14) 사이에서 형성되는 전자장 결합과 공진기(R12∼R14) 홀 주위의 전극간의 용량성 결합으로 이루어진다.

또한, 제 2 공진기(R12) 홀 주위의 전극과 제 1 입출력 전극(P1)간의 용량성 결합에 의해 제1 입출력 전극(P1)으로 신호 전송이 이루어지고, 이때 상기 제1 공진기(R11) 홀은 어떤 특정한 주파수 대역의 신호의 통과를 차단하는 트랩 역할을수행한다. 한편 송신부측 필터는 제3 입??력 전극으로 입력되어 제2 입출력 전극으로 출력되는 데 상세한 동작원리는 수신부측 필터와 동일하므로 생략한다.

종래의 듀플렉서는 하나의 주파수 대역에서만 사용됨으로 이중대역에서 단말기가 사용될 시에는 다른 주파수 대역을 갖는 듀플렉서 2개를 사용해야하고, 서로 다른 주파수 대역 신호를 분리하는 다이플렉서도 그에 따라 부가됨으로써 단말기의 크기가 커지게 되고 제조공정이 늘어나게 되어 단말기의 제조 원가가 상승하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 이동통신 단말기에서 사용되는 서로 다른 통과 주파수 대역을 갖는 듀플렉서를 하나의 유전체 블록에 제작하고 그에 따라 다이플렉서를 부가함으로써, 단말기 제조비용을 낮추고 단말기를 소형화할 수 있는 일체형 이중대역 듀플렉서를 제공하는데 있다.

도 1은 종래기술에 따른 듀플렉서의 사시도,

도 2는 본 발명에 따른 일체형 이중대역 듀플렉서의 개념도,

도 3은 본 발명에 따른 제1 실시예의 사시도,

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 일체형 이중대역의 듀플렉서의 저면도,

도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 다이플렉서의 사시도,

도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 다이플렉서의 저면도,

도 7은 본 발명에 따른 제2 실시예의 사시도,

도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 일체형 이중대역의 듀플렉서의 저면도,

도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 다이플렉서의 사시도,

도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 다이플렉서의 저면도,

도 11은 본 발명에 따른 제3 실시예의 사시도,

도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 일체형 이중대역의 듀플렉서의 저면도,

도 13은 본 발명에 따른 제4 실시예의 사시도,

도 14는 본 발명의 제4 실시예에 따른 일체형 이중대역의 듀플렉서의 저면도.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

21 : 제1 듀플렉서 22 : 제2 듀플렉서

23 : 공용안테나 24 : 다이플렉서

25 : 제1 전송선로 26 : 제2 전송선로

27 : 안테나 홀 28 : 분리홈

200 : 인쇄회로기판(PCB) D20 : 유전체 블록

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 일체형 이중대역 듀플렉서의 특징에 따르면, 일면을 개방면으로 하여 그 개방면을 제외한 나머지 외부면에 전도성 물질이 도포되어 서로 다른 주파수 대역을 통과시키는 제1 및 제2 듀플렉서가 일정 이격거리를 두고 각 개방면이 마주보도록 일체형으로 형성되는 듀플렉서부와, 상기 듀플렉서부의 제1 및 제2 듀플렉서의 안테나단이 서로 공용되도록 상기 듀플렉서들이 서로 연결된 유전체 블록의 중심에 형성되는 공용안테나부와, 상기 공용안테나부와 제1 및 제2 듀플렉서 사이에 전송선로로 각각 형성되어 상기 공용안테나부와 제1 및 제2 듀플렉서간의 임피던스를 정합시키는 임피던스 정합부와, 상/하면이 전도성 물질로 도포된 유전체 블록으로 형성되고 상기 제1 및 제2 듀플렉서의 저면에 부착되어 주파수 대역간의 스퓨리어스 특성을 억제하는 다이플렉서로 이루어진다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 의한 일체형 이중대역 듀플렉서의 개념도로서, 제1 듀플렉서(21)와, 제2 듀플렉서(22)와 상기 듀플렉서들로 신호를 송수신하는 공용안테나(23)와, 상기 제1 듀플렉서(21)의 신호와 제2 듀플렉서(22)의 신호간섭을 억제하는 다이플렉서(24)와 상기 공용안테나(23)와 제1 듀플렉서(21) 사이의 임피던스를 정합시키는 제1 전송선로(25)와, 상기 공용안테나(23)와 제2 듀플렉서(22)의 임피던스를 정합시키는 제2 전송선로(26)로 구성된다.

도 3은 본 발명에 따른 제1 실시예의 사시도로서, 유전체 블록(D20)의 일측에 제1 듀플렉서(21)가 형성되고 타측에 제2 듀플렉서(22)가 개방면이 서로 마주보도록 형성된다. 또한 상기 유전체 블록의 하면에 주파수 대역의 간섭 따른 스퓨리어스(spurious) 특성을 억제하는 다이플렉서(24)가 부착된다. 상기 제1 듀플렉서(21)는 신호를 입출력하는 입출력 전극부(P11,P12)와 상기 개방면을 입구로 하고 대응되는 후면쪽에 출구를 갖는 다수개의 관통홀이 일정간격으로 형성되는 동시에 각 홀의 내부면에 내부도체가 형성되는 다수의 공진기(R11~R18)로 구성되고, 상기 제2 듀플렉서(22)도 입출력 전극부와 다수의 공진기(R21~R30)로 구성된다. 여기서 제1 듀플렉서(21)의 다수개 공진기(R11~R18)중에 개방면의 양 끝단에 있는 공진기(R11,R18)는 대역저지 필터로 동작하고, 그 외의 공진기(R12~R17)는 대역통과 필터로 동작한다. 또한 상기 제2 듀플렉서(22)도 개방면의 양 끝단에 있는 공진기(R21,R30)는 대역저지 필터로 동작하고, 그 외의 공진기(R22~R29)는 대역통과 필터로 동작한다.

도 4은 상기 본 발명에 의한 제1 실시예인 일체형 이중대역 듀플렉서의 저면도로서, 제1 및 제2 듀플렉서(21,22)는 개방면쪽으로 입출력 전극부(P11,P12,P21,P22)가 형성되고 상기 제1 및 제2 듀플렉서(21,22)의 안테나를 공유하기 위하여 개방면의 중심이 서로 연결되어 이루어지는 공용안테나(23)와, 상기 공용안테나(23)와 제1 및 제2 듀플렉서(21,22)의 임피던스를 정합하기 위하여 공용안테나(23)와 상기 듀플렉서들(21,22) 사이에 형성되는 제1 및 제2 전송선로(25,26)로 구성된다. 상기 공용안테나(23)와 제1 및 제2 전송선로(25,26)는 유전체 블록(D20)의 외부도체 면을 제거하여 형성된다.

상기의 공용안테나(23)가 형성된 유전체 블록(D20)이 다이플렉서(24)에 접합되고, 이 다이플렉서(24)는 인쇄회로기판(PCB,200)에 접합되어 일체형 이중대역 듀플렉서에서 신호를 송수신하게 된다.

도 5와 도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 다이플렉서(24)의 사시도와 저면도로서, 도 5에서 유전체 블록의 상/하면이 도전체로 도포된 다이플렉서(24)는 상기 제1 및 제2 듀플렉서의 저면에 부착되는데, 다이플렉서(24)의 상면에 듀플렉서들의 입출력 전극부(P11,P12,P21,P22), 공용안테나(23), 전송선로부(25,26)의 유전체 패턴과 접속되도록 전극부(P31~P35)가 형성된다.

또한, 도 6에서 다이플렉서(24)의 저면에는 평면에 형성된 전극부(P31~P35)로 입출력되는 신호를 인쇄회로기판(PCB,200)으로 전달하기 위한 전극부(P36~P40)가 형성된다. 상기 다이플렉서(24)의 하면에 형성된 전극들(P37,P38,P39,P40)는 제1 듀플렉서(21)와 제2 듀플렉서(22)의 입출력 전극부(P11,P12,P21,P22)와 접속되는 다이플렉서(24) 상면의 전극들(P32,P33,P34,P35)의 위치와 다르게 일정간격으로 형성되어 전극들간의 간격이 넓어지므로 신호의 송수신시 서로 다른 주파수 대역별에 따른 신호간섭을 줄여준다.

본 발명의 따른 일체형 이중대역 듀플렉서의 제1 실시예의 동작을 도 3,4,5,6을 참조하여 설명하면, 상기 공용안테나(23)에서 신호가 입력되면 각 신호의 주파수 대역에 따라 임피던스가 정합시키는 전송선로를 통하여 상기 제1 듀플렉서(21)나 제2 듀플렉서(22)에 전달된다. 만일 제1 듀플렉서(21)의 대역이 적합한 신호가 입력되면 제1 듀플렉서(21)를 바라보는 임피던스는 50Ω이되고 제2 듀플렉서(22)를 바라보는 임피던스는 무한대로 되어 상기 신호는 제1 듀플렉서(21)로 전달된다.

상기 제1 듀플렉서(21)로 입력된 신호는 개방면의 구현된 공진기 사이의의 유전체 패턴에 의하여 R15쪽으로 전송되며, 공진기(R15∼R17) 사이에서 형성되는 전자장 결합과 공진기(R15∼R18) 홀 주위의 전극간의 용량성 결합으로 신호가 전송된다. 또한, R17의 홀 주위의 전극과 입출력 전극(P12)간의 용량성 결합에 의해입출력 전극(P12)으로 신호 전송이 이루어지고, 이때 상기 R18의 공진홀은 어떤 특정한 주파수 대역의 신호의 통과를 차단하는 트랩 역할을 수행한다.

상기 제1 듀플렉서(21)의 입출력 전극(P11)으로 입력된 신호는 공진기(R12~R14)사이에서 형성되는 전자장 결합과 공진기(R11~R14) 홀 주위의 전극간의 용량성 결합으로 신호가 전송된다. 이 신호도 R14의 홀 주위의 전극과 공용안테나(23)간의 용량성 결합에 의해 공용안테나(23)에서 신호를 송신하게 된다.

또한, 상기 신호의 송수신시에 다이플렉서(24)를 거쳐 신호의 전송이 이루어지므로 신호의 서로 다른 주파수 대역의 간섭이 개선되어 송수신된다.

도 7는 본 발명에 의한 제2 실시예의 사시도로서, 도 3의 구성요소와 중복되는 요소에 대한 설명은 도면에 대한 기재로 생략된다. 도 7에 도시된 제2 실시예는 상기 제1 실시예에서 유전체 블록(D20)의 저면에 위치된 공용안테나(23)가 유전체 블록(D20) 저면의 반대면에 형성되고, 공용안테나(23)의 중앙에 유전체 블록(D20)을 수직으로 관통하는 안테나홀(27)이 형성되어 구성된다. 상기 공용안테나(23)는 유전체 블록(D20)의 상면에 위치되어 PCB(200)와 접합되지 않으므로 PCB(200)와의 신호간섭을 감소시킨다.

도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 일체형 이중대역 듀플렉서의 저면도로서, 도 4의 구성요소와 중복되는 요소에 대한 설명은 도면에 대한 기재로 생략된다. 도 8에 도시된 일체형 이중대역 듀플렉서의 저면에 상기 공용안테나의 반대면이 형성되는데, 안테나홀(27)주변에 격리 패턴이 형성되어 구성된다.

도 9와 도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 다이플렉서(24)의 사시도와 저면도로서, 도 9에서 유전체 블록의 상/하면이 도전체로 도포된 다이플렉서(24)는 상기 제1 및 제2 듀플렉서의 저면에 부착되는데, 다이플렉서(24)의 상면에 유전체 필터들의 입출력 전극부(P11,P12,P21,P22), 공용안테나(23), 전송선로부(25,26)의 유전체 패턴과 접속되도록 전극부(P41~P45)가 형성된다.

또한, 도 10에서 다이플렉서(24)의 하면에는 평면에 형성된 전극부(P41~P45)로 입출력되는 신호를 인쇄회로기판(PCB,200)으로 전달하기 위한 전극부(P46~P50)가 형성된다. 상기 다이플렉서(24)의 하면에 형성된 전극들(P47,P48,P49,P50)는 제1 듀플렉서(21)와 제2 듀플렉서(22)의 입출력 전극부(P11,P12,P21,P22)와 접속되는 다이플렉서(24) 상면의 전극들(P42,P43,P44,P45)의 위치와 다르게 형성되어 전극들간의 간격이 넓어지므로 신호의 송수신시 서로 다른 주파수 대역별에 따른 신호간섭을 줄여준다.

본 발명에 따른 일체형 이중대역 듀플렉서의 제2 실시예의 동작을 도 7,8,9,10을 참조하여 설명하면, 공용안테나(23)에서 수신된 신호는 주파수에 따라 제1 및 제2 전송선로(25,26)에 의하여 임피던스가 정합되어 각 주파수에 대역에 적합한 제1 듀플렉서(21)나 제2 듀플렉서(22)로 상기 공용안테나(23)의 전극과 안테나와 안테나홀(27)의 전극에 의해 신호가 전송된다.

상기 제1 듀플렉서(21)의 입출력 전극(P11)으로 입력된 신호는 저면부의 안테나 전극과 안테나홀(27)의 전극간의 용량성 결합에 의해 상기 제1 듀플렉서(21), 제2 듀플렉서(22)에 전송된다. 이하 제1 실시예의 동작과 동일하다.

도 11과 도 12는 본 발명의 제3 실시예의 사시도와 그에 따른 일체형 이중대역 듀플렉서의 저면도로서, 상기 제1 실시예와 중복되는 구성요소에 대한 설명은 도면에 기재를 통하여 생략된다. 상기 제3 실시예의 일체형 이중대역 듀플렉서는 제1 및 제2 듀플렉서(21,22)가 각 듀플렉서의 송신단 및 수신단 사이의 일정영역을 필터의 단락면에서 개방면쪽으로 오목하게 파여진 분리홈(28)에 의하여 분리되어 구성된다. 상기 분리홈(28)은 각 듀플렉서의 송수신 신호간의 간섭을 개선시켜 주파수 특성을 좋게 한다. 상기 도 11의 다이플렉서(24)는 제1 실시예에 따른 도 5와 도 6과 동일하게 구성된다.

도 13와 도 14은 본 발명의 제4 실시예의 사시도와 그에 따른 일체형 이중대역 듀플렉서의 사시도와 저면도로서, 상기 제2 실시예와 중복되는 구성요소에 대한 설명은 도면에 기재를 통하여 생략된다. 제4 실시예는 상기 제2 실시예의 이중대역 듀플렉서의 제1 및 제2 듀플렉서(21,22)가 각 필터의 송신단 및 수신단 사이의 일정영역을 필터의 단락면에서 개방면쪽으로 오목하게 파여진 분리홈(28)에 의하여 분리되어 구성된다. 상기 도 13의 다이플렉서(24)는 제1 실시예에 따른 도 9와 도 10과 동일하게 구성된다.

상기 제3,4 실시예의 동작은 제1,2 실시예의 동작을 참조하여 생략된다.

이와 같이 구성되는 일체형 이중대역 듀플렉서는 신호의 간섭효과를 억제하고 신호의 특성을 개선하기 위하여 개방면의 유전체 패턴이나 유전블록의 외부도체를 제거할 수 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 일체형 이중대역 듀플렉서는 서로 다른 통과 주파수 대역을 갖는 2개의 듀플렉서를 하나의 유전체 블록으로 구현할 수 있어 단말기의 인쇄회로기판(PCB)에 이중대역 듀플렉서를 일체화하여 한번에 표면실장할 수 있으므로 제조공정을 간편화할 수 있고, 단말기의 PCB상에서 차지하는 면적을 줄여 단말기를 소형화할 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 일면을 개방면으로 하여 그 개방면을 제외한 나머지 외부면에 전도성 물질이 도포되어 서로 다른 주파수 대역을 통과시키는 제1 및 제2 듀플렉서가 일정 이격거리를 두고 각 개방면이 마주보도록 일체형으로 형성되는 듀플렉서부와; 상기 듀플렉서부의 제1 및 제2 듀플렉서의 안테나단이 서로 공용되도록 상기 듀플렉서들이 서로 연결된 유전체 블록의 중심에 형성되는 공용안테나부와; 상기 공용안테나부와 제1 및 제2 듀플렉서 사이에 전송선로가 각각 형성되어 상기 공용안테나부와 제1 및 제2 듀플렉서의 임피던스를 정합시키는 임피던스 정합부와; 상/하면이 전도성 물질로 도포된 유전체 블록으로 형성되고 상기 제1 및 제2 듀플렉서의 저면에 부착되어 주파수 대역간의 스퓨리어스 특성을 억제하는 다이플렉서로 이루어지는 것을 특징으로 하는 일체형 이중대역 듀플렉서.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 공용안테나부는 제1 및 제2 유전체필터의 이격거리 내에 형성되며 각 듀플렉서의 안테나단으로부터 동일 거리에 위치하는 것을 특징으로 하는 일체형 이중대역 듀플렉서.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 듀플렉서부는 각 필터의 송신단 및 수신단이 구분되도록 각 개방면의반대방향에 위치되는 면의 끝단에서부터 개방면쪽으로 오목하게 파여진 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 일체형 이중대역 듀플렉서.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 공용안테나부 및 임피던스 정합부는 일체형 이중대역 듀플렉서가 다이플렉서에 부착되는 접합면 쪽에 형성된 것을 포함하는 일체형 이중대역 듀플렉서.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 공용안테나부 및 임피던스 정합부는 일체형 이중대역 듀플렉서가 다이플렉서 부착되는 접합면의 반대면쪽에 형성되고, 공용안테나부를 입구로 하여 유전체 블록을 관통하는 홀이 형성된 것을 포함하는 일체형 이중대역 듀플렉서.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 다이플렉서는 상기 제1 및 제2 듀플렉서의 전극부 및 공용안테나부와 연결되어 신호를 전송시키기 위한 다수개의 전극이 포함된 것을 특징으로 하는 일체형 이중대역 듀플렉서.