KR200295398Y1 - 고주파 필터의 임피던스 공진기 - Google Patents
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Abstract
본 고안은 고주파 필터에 사용되는 임피던스 공진기의 형상을 변형함으로써 종래와 동일한 특성을 가지면서도 고주파 필터의 크기를 최소화할 수 있고, 불요파 및 고조파를 제거하여 특성을 향상시킬 수 있는 고주파 필터의 임피던스 공진기에 관한 것이다.
본 고안에 따르면, 사용 주파수 대역에서 공진현상이 발생하도록 도체로 공간이 형성된 캐비티와; 상기 캐비티의 내부에 소정 크기로 형성되되, 각기 다른 임피던스 값을 갖도록 단차지게 구성되는 공진기를 포함하는 것을 특징으로 하는 고주파 필터의 임피던스 공진기가 제공된다.
상기와 같은 구성에 의해 본 고안에 따른 고주파 필터의 임피던스 공진기는, 공진기의 도체를 계단형 및 원뿔형으로 형성함으로써 종래의 단일 임피던스 공진기와 동일한 공진특성을 얻으면서도 공진기를 소형화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기 상기 임피던스 공진기의 윗면과 캐비티의 윗면 사이의 간격이 충분히 확보되어 고주파 전력제어 특성이 향상되는 효과가 있다.
Description
본 고안은 고주파 필터에 사용되는 임피던스 공진기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 상기 임피던스 공진기의 형상을 변형함으로써 고주파 필터의 크기를 최소화할 수 있는 고주파 필터의 임피던스 공진기에 관한 것이다.
일반적으로 고주파 대역통과 필터는 고주파 신호중 필요한 대역의 신호만을 통과시키기 위한 것으로 통상 동축형 공진기를 가장 많이 사용하고 있는데, 상기 동축형 공진기는 동축선의 공진 특성을 이용하여 사용 주파수 대역만을 통과시키도록 구성된다.
도 1A는 종래 기술에 따른 단일 임피던스 공진기의 사시도이고, 도 1B는 상기 도 1A에 도시된 단일 임피던스 공진기의 단면도이다.
도 1A 및 도 1B에 도시된 바와 같이, 상기 동축형 필터의 단일 임피던스 공진기는 사용 주파수 대역에서 공진현상이 발생하도록 도체로 공간을 형성하는 캐비티(cavity)(1)와, 상기 캐비티(1)의 내부에 소정 크기로 형성된 원통형의 임피던스 공진기(2)로 구성된다.
이때, 상기 캐비티(1)의 크기는 밑면이 2b이고 높이가l+d이며, 상기 임피던스 공진기(2)는 직경이 2a이고 높이는l로서, 공진기의 특성 임피던스는Z 0이다.
상기와 같은 단일 임피던스 공진기의 임피던스 값은 수학식 1과 같다.
상기 수학식 1로부터 구해진 인덕턴스(L)와, 커패시턴스(C) 값에 의하여 다음 수학식 2에 의해 공진 주파수()가 구해지며, 수학식 2에서 알 수 있는 바와 같이 공진 주파수를 낮게 설정할수록 공진기가 길어지는데, 필터의 소형화를 위해서는 반대로 공진기의 크기를 작게 해야 하는 것이 요구된다.
따라서, 이와같은 필요에 의해 상기 임피던스 공진기의 길이를 줄이면 인덕턴스 값이 작아지므로 이에 상응하여 커패시턴스 값을 크게 하여야 하며, 상기 커패시턴스 값을 크게 하기 위해서는 상기 임피던스 공진기(2)와 상기 캐비티(1)의윗면과의 거리가 매우 가까워져야 한다.
그러나, 상기 임피던스 공진기(2)와 상기 캐비티(1)의 윗면과의 거리가 너무 가까워지면 에너지 밀도가 커지기 때문에 고주파 전력 제어가 어려워지는 문제점이 있으며, 또한 절연파괴에 의해 전기불꽃이 발생할 위험이 있었다.
본 고안의 목적은 상기와 같은 문제점을 극복하기 위해 안출된 것으로, 고주파 대역 통과 필터중에서 동축형 필터의 임피던스 공진기의 형태를 계단형 및 원뿔형으로 설계함으로써 필터의 크기를 최소화하고, 필터의 특성을 개선하는 고주파 필터의 임피던스 공진기를 제공하는 것을 그 기술적 과제로 한다.
도 1A는 종래 기술에 따른 단일 임피던스 공진기의 사시도.
도 1B는 상기 도 1A에 도시된 단일 임피던스 공진기의 단면도.
도 2A는 본 고안에 따른 계단형 임피던스 공진기의 사시도.
도 2B는 상기 도 2A에 도시된 계단형 임피던스 공진기의 단면도.
도 3A는 종래 기술에 따른 단일 임피던스 공진기의 공진특성을 나타낸 파형도.
도 3B는 본 고안에 따른 계단형 임피던스 공진기의 공진특성을 나타낸 파형도.
도 4A는 종래 기술에 따른 단일 임피던스 공진기의 2차 공진특성을 나타낸 파형도.
도 4B는 본 고안에 따른 계단형 임피던스 공진기의 2차 공진특성을 나타낸 파형도.
도 5A는 본 고안에 따른 제 2 실시예인 원뿔형 임피던스 공진기의 사시도.
도 5B는 상기 도 5A에 도시된 원뿔형 임피던스 공진기의 단면도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
20, 30. 캐비티 22. 계단형 임피던스 공진기
33. 원뿔형 임피던스 공진기
상기 목적을 달성하기 위하여 본 고안은, 사용 주파수 대역에서 공진현상이 발생하도록 도체로 공간이 형성된 캐비티와; 상기 캐비티의 내부에 소정 크기로 형성되되, 각기 다른 임피던스 값을 갖도록 단차지게 구성되는 공진기를 포함하는 것을 특징으로 하는 고주파 필터의 임피던스 공진기를 제공한다.
이하, 본 고안의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 2A는 본 고안에 따른 계단형 임피던스 공진기의 사시도이고, 도 2B는 상기 도 2A에 도시된 계단형 임피던스 공진기의 단면도이다.
도 2A 및 도 2B에 도시된 바와 같이, 계단형 임피던스 공진기는 사용 주파수대역에서 공진현상이 발생하도록 도체로 공간이 형성된 캐비티(20)와, 상기 캐비티의 내부에 소정 크기로 형성되되, 각기 다른 임피던스 값을 갖도록 단차지게 구성되는 계단형 공진기(22)로 구성된다.
상기 계단형 공진기(22)는 크기가 다른 원통형의 제 1 및 제 2 도체(22a, 22b)로 구성되는데, 상기 제 2 도체(22b)는 상기 제 1 도체(22a)보다 직경을 크게 하고, 상기 제 1 도체 및 제 2 도체(22a, 22b)는 동일한 재질의 도체를 일체형으로 형성한다.
상기와 같은 계단형 공진기를 더욱 자세히 살펴보면, 상기 캐비티(20)의 크기는 밑면이 2b이고 높이가l 1+l 2+d이며, 상기 제 1 도체(22a)는 직경이 2c이고 높이가l 1으로써 제 1 도체(22a)에 대한 제 1 영역의 특성임피던스는Z 1이고, 상기 제 2 도체(22b)는 직경이 2a이고 높이가l 2로써 제 2 도체(22b)에 대한 제 2 영역의 특성 임피던스는Z 2이다.
이와같은 상기 계단형 공진기(22)의 제 1 영역에 대한 감쇠상수(α 1)와 입력임피던스(Z in1)는 다음 수학식 3과 같다.
다음으로, 상기 계단형 공진기(22)의 제 2 영역에 대한 입력 임피던스(Z in2)는 상기 수학식 3에 의하여 구한 제 1 영역의 입력 임피던스(Z in1)를 부하 임피던스로 놓고 구하면 수학식 4와 같다.
상기 수학식 4로부터 구한 입력 임퍼던스(Z in2)에 의하여 상기 계단형 임피던스 공진기의 인덕턴스(L)를 구할 수 있다. 이때, 상기 계단형 임피던스 공진기(22)의 높이(l 1+l 2)가 종래의 단일 임피던스 공진기의 높이(l)와 동일한 경우, 즉l 1+l 2와l의 길이가 같은 경우 종래의 단일 임피던스 공진기보다 높은 인덕턴스값을 갖는다.
따라서, 공진기의 높이가 동일한 경우 계단형 임피던스 공진기의 공진 주파수를 종래의 단일 임피던스 공진기의 공진 주파수보다 더 낮게 할 수 있으므로, 공진주파수를 동일하게 할 경우 같은 인덕턴스 값을 갖기 위해 계단형 임피던스 공진기(22)의 높이가 짧아지므로 공진기의 크기를 줄일 수 있다.
도 3A 및 도 3B는 각각 종래의 단일 임피던스 공진기와 본 고안에 따른 계단형 임피던스 공진기의 공진특성을 나타낸 파형도이다. 도 3A는 종래 기술에 있어서, 캐비티(1)의 밑면(2b)이 60mm이고 높이(l+d)가 64.2mm이며, 단일 임피던스 공진기(2)의 직경(2a)이 18mm이고 높이(l)가 60mm인 경우의 공진특성을 나타낸다.
도 3B는 상기 도 3A와 동일한 실험치를 얻기 위하여 본 고안에 따른 계단형 임퍼던스 공진기를 구성한 것으로서, 밑면(2b)이 60mm이고 높이(l 1+l 2+d)가 54.2mm인 캐비티(20)에, 제 1 도체(22a)의 직경(2c)을 9.7mm로 하고 높이(l 1)는 30mm로 하였으며, 제 2 도체(22b)의 직경(2a)을 18mm로 하고 높이(l 2)는 20mm로 구성한 것이다.
따라서, 본 발명에 따른 계단형 임피던스 공진기를 사용하면 상기 캐비티(20)의 높이를 10mm 축소하더라도 도 3B에 도시된 바와 같이 종래 단일 임피던스 공진기와 동일한 공진특성을 나타낸다. 이는 공진기의 높이를 축소함으로써 손실이 감소하게 되고, Z1과 Z2의 임피던스 비를 크게 함으로써 감쇠특성이 향상된 것이다.
도 4A 및 도 4B는 각각 종래 기술에 따른 단일 임피던스 공진기와 본 고안에 따른 계단형 임피던스 공진기의 2차 공진특성을 나타낸 파형도이다.
도 4A 및 도 4B에 도시된 바와 같이, 일반적으로 고주파 필터는 항상 높은 주파수에서 주기적으로 공진을 하게 되는데 이와같은 고조파(harmonic)는 불요파로써 시스템에 영향을 주기 때문에 상기 고조파를 감소시키기 위해 저대역 통과 필터를 사용하거나 공진기의 높이를 줄이는 방법이 사용된다.
이 가운데 저대역 통과 필터를 사용하게 되면 부품 장착 공간이 늘어나고 손실이 증가하게 되는 단점이 있다. 따라서, 필터 자체로 고조파 특성을 향상시키기 위해 공진기의 높이를 줄임으로써 2차 공진 주파수를 최대한 높은 주파수로 이동시키는 방법이 요구된다.
그러나, 단일 임피던스 공진기의 높이를 줄이는 것은 현실적으로 한계가 있으므로 본 고안에 따른 계단형 임피던스 공진기를 사용함으로써 필터의 고조파 특성을 개선할 수 있다. 이는 상기 도 4A 및 도 4B에 도시된 바와 같이 동일한 주파수에서 1차 공진을 시킬 경우 공진기의 크기를 10mm 줄인 계단형 임피던스 공진기가 단일 임피던스 공진기보다 2차 공진 주파수가 약 700MHz 정도 이동하여 고조파 특성을 개선됨을 확인할 수 있다.
또한, 캐비티의 크기를 동일하게 하고 동일 주파수에서 공진시킬 경우 계단형 임피던스 공진기가 단일 임피던스 공진기보다 캐비티 윗면과의 간격을 더 띄울 수 있다. 이는 동축형 고주파 필터에 있어서 전력 제어조건이 공진기 윗면과 캐비티 윗면과의 간격에 의하여 결정되므로, 계단형 임피던스 공진기를 사용함으로써 고전력용 필터를 설계하는 것이 가능하다.
그러나, 상기 계단형 임피던스 공진기의 제 1 도체(22a)의 직경(2c)에 비해 제 2 도체(22b)의 직경(2a)이 큰 경우에는 상기 계단형 임피던스 공진기의 무게 중심이 위로 이동하여 충격이나 진동에 약한 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 고안에서는 다른 실시예로서 상기 공진기의 임피던스 변환식을 반복적으로 적용하여 공진기의 형태를 원뿔형으로 구현할 수 있다. 이는 도 5A 및 도 5B에 도시되어 있으며, 이에 대한 설명은 다음과 같다.
도 5A는 본 고안에 따른 제 2 실시예인 원뿔형 임피던스 공진기의 사시도이고, 도 5B는 상기 도 5A에 도시된 원뿔형 임피던스 공진기와 단면도이다. 상기 원뿔형 공진기는 캐비티(30) 내에 원통형의 제 1 도체(32a)와 원뿔형의 제 2 도체(32b)로 구성된다.
상기와 같은 원뿔형 공진기를 더욱 자세히 살펴보면, 상기 캐비티(30)의 크기는 밑면이 2b이고 높이가l 1+l 2+d이며, 상기 제 1 도체(32a)는 직경이 2c이고 높이가l 1으로써 제 1 도체(32a)에 대한 제 1 영역의 특성임피던스는Z 1이고, 상기 제 2 도체(32b)는 직경이 2ai이고 높이가l 2로써 제 2 도체(32b)에 대한 제 2 영역의특성임피던스는Z i이다. 이때, 상기 제 2 도체(32b)는 상기 제 1 도체(32a)와의 연결부로부터 위로 갈수록 직경이 점차적으로 증가하도록 여러개의 도체를 겹쳐서 형성한다.
상기와 같이 형성된 원뿔형 임피던스 공진기의 원리는 상기 계단형 임피던스공진기와 동일하므로 간략하게 설명하면 다음과 같다. 상기 원뿔형 임피던스 공진기의 제 1 영역의 입력 임피던스(Z in1)는 상기 계단형 임피던스 공진기와 같고, 상기 제 2 영역의 입력임피던스(Z ini)는 상기 제 1 영역의 임피던스(Z in1)를 부하임피던스로 놓고 상기 계단형 임피던스 공진기의 제 2 영역의 임피던스를 구하는 수학식 4를 이용하여 각각의 도체의 길이에 대하여 n번째까지 반복함으로써 입력 임피던스를 구한다.
이러한 임피던스 공진기의 형태는 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 다른 형태의 공진기로도 형성할 수 있으며, 모든 종류의 고주파필터에 사용되는 공진기에 적용할 수 있다.
이상에서와 같이 본 고안에 따른 고주파 필터의 임피던스 공진기는, 공진기의 도체를 계단형 및 원뿔형으로 형성함으로써 종래의 단일 임피던스 공진기와 동일한 공진특성을 얻으면서도 공진기를 소형화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기 상기 임피던스 공진기의 윗면과 캐비티의 윗면 사이의 간격이 충분히 확보되어 고주파 전력제어 특성이 향상되는 효과가 있다.
Claims (4)
- 사용 주파수 대역에서 공진현상이 발생하도록 도체로 공간이 형성된 캐비티;와 상기 캐비티의 내부에 소정 크기로 형성되되, 각기 다른 임피던스 값을 갖도록 단차지게 구성되는 공진기를 포함하는 것을 특징으로 하는 고주파 필터의 임피던스 공진기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 공진기는,계단형 공진기로 구성되되, 하부에 직경이 작은 원통 형상의 제 1 도체를 구성하고, 상부에 직경이 큰 원통 형상의 제 2 도체를 구성하는 것을 특징으로 하는 고주파필터의 임피던스 공진기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 공진기는,원뿔형 공진기로 구성되되, 하부에 직경이 작은 원통 형상의 제 1 도체를 구성하고, 상부에 직경이 점차적으로 증가하는 원뿔 형상의 제 2 도체를 구성하는 것을 특징으로 하는 고주파 필터의 임피던스 공진기.
- 제 1 항에 있어서,상기 공진기는 동일한 금속 재질로 일체형으로 형성하는 것을 특징으로 하는 고주파 필터의 임피던스 공진기.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR2020020024385U KR200295398Y1 (ko) | 2002-08-14 | 2002-08-14 | 고주파 필터의 임피던스 공진기 |
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Publications (1)
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101414093B1 (ko) * | 2012-10-19 | 2014-07-01 | 주식회사 이너트론 | 복합 재질의 공진기 및 이를 구비하는 통신 장치 |
| KR101595551B1 (ko) * | 2014-08-12 | 2016-02-22 | 주식회사 에이스테크놀로지 | 소형화된 구조의 캐비티 필터 |
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- 2002-08-14 KR KR2020020024385U patent/KR200295398Y1/ko active IP Right Grant
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| KR101595551B1 (ko) * | 2014-08-12 | 2016-02-22 | 주식회사 에이스테크놀로지 | 소형화된 구조의 캐비티 필터 |
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