KR20030004064A

KR20030004064A - 유전체 듀플렉서 및 통신장치

Info

Publication number: KR20030004064A
Application number: KR1020020035959A
Authority: KR
Inventors: 구로다가츠히토; 이시하라진세이; 가토히데유키
Original assignee: 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
Priority date: 2001-06-27
Filing date: 2002-06-26
Publication date: 2003-01-14
Also published as: US20030001690A1; GB0214282D0; JP2003087011A; GB2380330A; CN1395337A; GB2380330B

Abstract

본 발명은 각 단자에 접속하는 회로 소자와의 임피던스 정합을 행하는 수단을 포함하는 유전체 듀플렉서를 구성하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 구성에 따르면, 실질적으로 직육면체 형상의 유전체 블록(1)에는 내면에 내부도체(31∼36)를 각각 형성한 내부도체 형성구멍(21∼26)을 형성하고 있으며, 외면에는 외부도체(5)를 형성한다. 내부도체 형성구멍(21∼25)의 한쪽 개구면 부근에는 내부도체 비형성부(41∼45)를 각각 형성하여 개방단으로 하고, 대향하는 단면을 단락면으로 하여 복수의 유전체 공진기를 구성한다. 내부도체(36)는 외부도체 비형성부(71)를 형성해서 외부도체(5)로부터 이간하여 개방단이 형성되어 있으며, 출력 단자(61)의 기능을 겸한다. 또한, 외면에는 외부도체 비형성부(72, 73)를 포함하여 이간된 입력 단자(62) 및 안테나 단자(63)를 형성한다. 입력 단자(62)는 스텝(step) 구멍 형상의 여진구멍(82)의 내면 전극에 전기적으로 통하고, 안테나 단자(63)는 스트레이트(straight) 구멍 형상의 여진구멍(83)의 내면 전극에 전기적으로 통한다.

Description

유전체 듀플렉서 및 통신장치{Dielectric duplexer and communication apparatus}

본 발명은 주로 이동체 통신용의 RF회로에 사용되는 유전체 듀플렉서 및 그것을 포함한 통신장치에 관한 것이다.

통상, 유전체 듀플렉서를 포함한 통신장치는 도 13에 나타내는 소자로 구성된다.

도 13a는 종래의 통신장치의 블록도이고, 도 13b는 정합 회로를 삽입한 종래의 통신장치의 블록도이다. 도 13에 있어서, 참조부호 DPX는 듀플렉서, 참조부호 ANT는 안테나, 참조부호 PA는 전력 증폭기, 참조부호 LNA는 로우(low) 노이즈 증폭기이다.

일반적으로 고주파 신호에 있어서의 전송 선로의 임피던스계는 50Ω를 표준으로 하고 있다. 이 때문에, 통상, 유전체 듀플렉서에 대해서도 이 표준 임피던스계에 맞추도록 구성되어 있다.

도 13a에 나타내는 바와 같이, 일반적으로 휴대형 통신장치에서는, 유전체 듀플렉서(DPX)의 TX단자에는 전력 증폭기(PA)가 접속되고, ANT단자에는 안테나(ANT)가 접속되며, RX단자에는 로우 노이즈 증폭기(LNA)가 접속되는 경우가 많다.

전력 증폭기(PA)에서 증폭된 신호는 듀플렉서(DPX)를 통하여 안테나(ANT)에 송신되며, 안테나(ANT)로부터 외부에 발신된다. 또한, 안테나(ANT)에서 수신된 신호는 듀플렉서(DPX)를 통하여 로우 노이즈 증폭기(LNA)에 전송되고, 증폭되어 후단의 회로에 전송된다.

그러나, 이와 같은 종래의 유전체 듀플렉서 및 이것을 포함한 통신장치에 있어서는 다음과 같은 해결해야 할 과제가 있었다.

통신장치에 사용되며, 듀플렉서에 접속되는 소자는 반드시 그 임피던스가 50Ω라고는 할 수 없으며, 통상은 이것으로부터 벗어난 것이 많다.

휴대형 통신기기는 전지를 전원으로 하고 있기 때문에, 듀플렉서의 입력 단자(TX단자)에 접속되는 휴대형 통신기기용의 전력 증폭기(PA)의 전원 전압은 3∼6V정도로 낮게 설정되어 있다. 이 때문에, 안테나로부터의 발신 출력을 크게 하기 위해서는, 출력 임피던스를 낮게 하지 않으면 안된다. 예를 들면, 2W정도의 포화 전력을 얻기 위하여 필요한 출력 임피던스는 2∼6Ω정도가 된다. 그러나, 출력 임피던스가 2∼6Ω인 전력 증폭기(PA)를 직접 듀플렉서에 접속하면, 듀플렉서의 입력 임피던스가 50Ω이기 때문에, 임피던스 정합하지 않고, 신호가 반사되어 손실을 발생시킨다.

이 때문에, 도 13b에 나타내는 바와 같이 전력 증폭기(PA)와 듀플렉서(DPX) 사이에 임피던스 정합을 행하는 정합 회로를 삽입하고, 2∼6Ω 전송계를 50Ω 전송계로 변환하여 신호를 전송한다.

그러나, 정합 회로 자신에게도 손실은 존재함과 동시에, 정합 회로를 삽입함으로써, 전력 증폭기와 정합 회로 사이 및 정합 회로와 듀플렉서 사이에서의 전송 손실도 새로이 발생한다. 또한, 정합 회로를 배치할 스페이스가 새로이 필요해지며, 현재 상태보다도 매우 장치가 대형화된다.

한편, 듀플렉서의 출력 단자(RX단자)에 접속하는 로우 노이즈 증폭기(LNA)는 통상, 입력 임피던스가 100Ω정도이고, 듀플렉서(DPX)와의 사이에 정합이 필요해진다. 이 경우에 있어서도, 정합 회로를 삽입하지만, 상술한 바와 같이 각종의 손실이 발생하기 때문에, 저손실로 신호를 전송하는 것이 어렵다.

본 발명의 목적은 듀플렉서에 접속하는 각 회로 소자와 듀플렉서의 임피던스 정합을, 새로운 회로 소자를 사용하지 않고 용이하게 행하는 유전체 듀플렉서 및 이것을 포함한 통신장치를 구성하는데 있다.

도 1은 제 1 실시형태에 따른 유전체 듀플렉서의 외관 사시도이다.

도 2는 제 1 실시형태에 따른 유전체 듀플렉서의 입력 단자부의 등가 회로도이다.

도 3은 여진구멍과 인접하는 공진기의 상호 임피던스(Zr)와 입력 임피던스(Zin)의 관계를 나타낸 도면이다.

도 4는 제 1 실시형태에 따른 유전체 듀플렉서의 출력 단자부의 등가 회로도이다.

도 5는 제 1 실시형태에 따른 통신장치의 블록도이다.

도 6은 제 2 실시형태에 따른 유전체 듀플렉서의 외관 사시도이다.

도 7은 제 2 실시형태에 따른 통신장치의 블록도이다.

도 8은 제 3 실시형태에 따른 유전체 듀플렉서의 외관 사시도이다.

도 9는 제 3 실시형태에 따른 통신장치의 블록도이다.

도 10은 제 4 실시형태에 따른 유전체 듀플렉서의 외관 사시도이다.

도 11은 제 4 실시형태에 따른 유전체 듀플렉서의 출력 단자부의 등가 회로도이다.

도 12는 출력 단자와 이것에 결합하는 공진기 사이의 결합 용량과 출력 임피던스의 관계를 나타낸 도면이다.

도 13은 종래의 통신장치의 블록도이다.

<도면의 주요부분에 대한 간단한 설명>

1 : 유전체 블록21∼26 : 내부도체 형성구멍

31∼36 : 내부도체41∼46 : 내부도체 비형성부

5 : 외부도체61, 64, 66 : 출력 단자

62, 65 : 입력 단자63 : 안테나 단자

71∼76 : 외부도체 비형성부82∼85 : 여진구멍

본 발명은 입력 단자, 상기 출력 단자 및 상기 안테나 단자 중 적어도 어느하나에 있어서의 반사계수의 절대값이, 통과대역에 있어서, 임피던스 50Ω를 기준으로 하여 0.33이상 1.00이하가 되는 구조를 포함한 유전체 듀플렉서를 구성한다. 이에 따라, 유전체 듀플렉서에 접속하는 회로 소자와의 정합을 행한다.

또한, 본 발명은 입력 단자에 있어서의 입력 임피던스가 25Ω이하가 되도록 유전체 듀플렉서를 구성한다. 이에 따라, 전단(前段)의 저임피던스 회로 소자와의 정합을 행한다.

또한, 본 발명은 출력 단자에 있어서의 출력 임피던스가 100Ω이상이 되도록 유전체 듀플렉서를 구성한다. 이에 따라, 후단의 고임피던스 회로 소자와의 정합을 행한다.

또한, 본 발명은 안테나 단자에 있어서의 입출력 임피던스가 25Ω이하 또는 100Ω이상이 되도록 유전체 듀플렉서를 구성한다. 이에 따라, 안테나와의 정합을 행한다.

또한, 본 발명은 입력 단자 또는 출력 단자 중 적어도 한쪽에 전기적으로 통하는 내면 전극을 형성한 여진구멍을 포함하고, 상기 여진구멍의 형상 및 상기 여진구멍과 상기 여진구멍에 인접하는 내부도체 형성구멍의 거리를 설정함으로써, 여진구멍과 상기 여진구멍에 인접하는 내부도체 형성구멍의 상호 용량을 설정하며, 상기 상호 용량에 의해 상기 입력 임피던스 또는 출력 임피던스를 정한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 입력 단자 또는 출력 단자 중 적어도 한쪽에, 상기 내부도체 형성구멍의 내부도체가 전기적으로 통하고, 상기 내부도체 형성구멍의 형상 및상기 내부도체 형성구멍과 상기 외부도체의 거리를 설정함으로써, 상기 내부도체 형성구멍으로 이루어지는 공진기의 자기 용량(自己容量)을 설정하며, 상기 자기 용량에 의해 상기 입력 임피던스 또는 출력 임피던스를 정한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 입력 단자 또는 출력 단자의 형상 및 형성 위치에 의해 상기 입력 단자 또는 출력 단자에 용량성 결합하는 내부도체와의 결합 용량을 설정하고, 상기 결합 용량에 의해 상기 입력 임피던스 또는 출력 임피던스를 정한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 유전체 듀플렉서를 포함하여 통신장치를 구성한다.

<발명의 실시형태>

제 1 실시형태에 따른 유전체 듀플렉서의 구성에 대하여 도 1을 참조하여 설명한다.

도 1은 유전체 듀플렉서의 외관 사시도이다.

도 1에 있어서, 참조부호 1은 유전체 블록, 참조부호 21∼26은 내부도체 형성구멍, 참조부호 31∼36은 내부도체, 참조부호 41∼45는 내부도체 비형성부, 참조부호 5는 외부도체, 참조부호 61은 출력 단자(RX단자), 참조부호 62는 입력 단자(TX단자), 참조부호 63은 안테나 단자(ANT단자), 참조부호 71∼73은 외부도체 비형성부, 참조부호 82, 83은 여진구멍이다.

실질적으로 직육면체 형상의 유전체 블록(1)에는, 내면에 내부도체(31∼36)를 각각 형성한, 중간에서 내부직경이 다른 스텝(step) 구멍 구조의 내부도체 형성구멍(21∼26)을 형성하고 있다. 또한, 내부도체 형성구멍(21∼26)과 동일한 축방향에, 각각 내면 전극이 형성된 여진구멍(82, 83)이 형성되어 있으며, 여진구멍(82)은 스텝(step) 구멍 구조이고, 여진구멍(83)은 스트레이트(straight) 구멍 구조이다. 여진구멍(82)은 내부도체 형성구멍(21)과 내부도체 형성구멍(22) 사이에 형성되어 있으며, 여진구멍(83)은 내부도체 형성구멍(23)과 내부도체 형성구멍(24) 사이에 형성되어 있다.

또한, 유전체 블록(1)의 외면에는 외부도체(5)를 형성하고 있다. 내부도체 형성구멍(21∼25)의 내부직경이 넓은 측의 개구면 부근에는 내부도체 비형성부(41∼45)를 각각 형성하고 있다. 이에 따라, 내부도체(31∼35)와 외부도체(5)를 이간하여 개방단으로 하고, 대향하는 다른쪽의 개구면(도면에 있어서의 하면)을 단락면으로 하며, 각 내부도체(31∼35), 유전체 블록(1) 및 외부도체(5)로 각각 유전체 공진기를 구성하고 있다. 또한, 내면 전극을 포함한 여진구멍(82)은 인접하는 내부도체 형성구멍(21, 22)으로 구성되는 각 공진기에 각각 인터디지털 결합하고 있으며, 내면 전극을 포함한 여진구멍(83)은 인접하는 내부도체 형성구멍(23, 24)으로 구성되는 각 공진기에 각각 인터디지털 결합하고 있다.

내부도체 형성구멍(26)에는 내부도체 비형성부가 형성되어 있지 않으며, 다른 내부도체 형성구멍(21∼25)의 개방단측의 면(도면에 있어서의 상면)으로부터, 실장면(도면에 있어서의 좌측 앞면)에 걸쳐 외부도체 비형성부(71)가 형성되어 있다. 이에 따라, 내부도체(36)의 개방단이 형성되어 있다. 이 내부도체 형성구멍(61)의 개방단에 형성된 전극이 유전체 듀플렉서의 출력 단자(61)를 겸하고 있다.

또한, 외면에는 내부도체 형성구멍(21∼26)의 단락면으로부터 실장면에 걸쳐 외부도체 비형성부(72, 73)를 포함하여 외부도체(5)로부터 이간된 입력 단자(62) 및 안테나 단자(63)를 형성하고 있다. 입력 단자(62)는 여진구멍(82) 내의 내면 전극에 전기적으로 통하고 있으며, 안테나 단자(63)는 여진구멍(83) 내의 내면 전극에 전기적으로 통하고 있다.

이 상태에서, 내부도체 형성구멍(22, 23)으로 이루어지는 2개의 공진기와 입력 단자(62)와 안테나 단자(63)로 유전체 필터를 구성하고, 내부도체 형성구멍(24∼26)으로 이루어지는 3개의 공진기와 출력 단자(61)와 안테나 단자(63)로 유전체 필터를 구성하고 있다. 또한, 내부도체 형성구멍(21)으로 이루어지는 공진기는 트랩(trap) 공진기로서 작용한다. 이와 같이, 2단의 유전체 필터와 트랩 공진기로 이루어지는 필터를 송신측 필터, 3단의 유전체 필터를 수신측 필터로 함으로써 유전체 듀플렉서를 구성하고 있다.

여진구멍(82)과 이것에 인접하는 내부도체(32)로 이루어지는 공진기의 결합은 인터디지털 결합이며, 도 2에 나타내는 바와 같이 등가적으로 Zr이라는 임피던스를 갖는 전송 선로라 볼 수 있다. 이것은 일종의 1/4파장 변성기(임피던스 변환기)이다. 도 2에 있어서, 참조부호 R22는 내부도체 형성구멍(22)에 의한 공진기, 참조부호 82′는 여진구멍(82)에 의한 소자이다. 참조부호 Zin은 입력 단자(62)로부터 본 입력 임피던스, 참조부호 Zfin은 내부도체(32)로 이루어지는 공진기로부터 본 입력 임피던스, 참조부호 Zr은 1/4파장 변성기의 임피던스이다.

이들 임피던스 사이에서는

Zr＝(Zin×Zfin)^1/2

이 성립되며, Zin과 Zfin 사이에서 임피던스 변환이 행해진다.

따라서, 입력 임피던스(Zin)는

Zin＝Zr²/Zfin

이 된다.

여기에서, 여진구멍(82)의 직경을 크게 하던지, 긴원 형상의 길이 직경을 길게 하던지, 또는 여진구멍(82)과 인접하는 내부도체(32)로 이루어지는 공진기 사이를 좁게 하면 상호 용량이 커지고, Zr은 작아진다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 내부도체(32)로 이루어지는 공진기로부터 본 입력 임피던스(Zfin)가 일정하며, 상호 임피던스(Zr)가 저하해 가면, 입력 임피던스(Zin)도 저하해 간다.

이와 같이 하여, 유전체 듀플렉서의 송신측 필터를 저입력 임피던스로 할 수 있다.

이와 같이 하여, 입력 임피던스가 25Ω이하가 되도록, 상술한 바와 같이 송신측 필터를 구성함으로써, 임피던스 50Ω를 기준으로 하여 입력 단자측의 반사계수는 －0.33이하(절대값으로는 0.33이상)가 된다. 이에 따라, 전력 증폭기 등의 저출력 임피던스 회로 소자에 직접 접속하더라도, 저손실로 신호를 전송할 수 있다.

한편, 출력 단자(61)에 있어서는, 출력 단자(61)가 수신측 필터를 구성하는 내부도체(36)로 이루어지는 공진기의 개방단을 겸하고 있으며, 수신측 필터의 출력 임피던스가 그대로 출력 단자(61)의 출력 임피던스가 된다.

도 4에 출력 단자(61)와 이것에 전기적으로 통하는 내부도체(36)로 이루어지는 공진기(R36)의 등가 회로를 나타낸다. 도 4에 있어서, 참조부호 Zout는 출력 단자(61)의 출력 임피던스, 참조부호 Zfout는 수신측 필터의 출력 임피던스이다.

필터의 출력 임피던스(Zfout)는

Zfout＝4×Za×Qe/π(＝Zout)

로 표시된다. 여기에서, 참조부호 Za는 출력 단자(61)와 직접 결합하는 내부도체(36)로 이루어지는 공진기(R36)의 자기 임피던스, 참조부호 Qe는 필터의 외부(Q)이다.

즉, 내부도체(36)로 이루어지는 공진기(R36)의 자기 임피던스(Za)를 크게 함으로써, 출력 단자(61)의 출력 임피던스를 크게 할 수 있다.

공진기(R36)의 자기 임피던스(Za)를 크게 하기 위해서는, 그 공진기(R36)의 자기 용량을 작게 하면 된다. 즉, 공진기를 구성하는 내부도체(36)와 외부도체(5)의 거리를 크게 취하는 것이나, 내부도체 형성구멍(26)의 내부직경을 작게 함으로써, 자기 임피던스(Za)를 크게 할 수 있다.

여기에서 일례로서, 본 실시형태에 따른 필터에 있어서, 비대역을 40, Qe를약 20으로 설계한 경우,

Zout≒25.5×Za

로 표시된다.

일반적으로, 이와 같은 소형의 유전체 필터의 경우, 공진기의 자기 임피던스는 5∼15Ω정도이기 때문에, 출력 임피던스(Zout)는 130∼380Ω정도가 된다. 이와 같이, 출력 단자(61)에 전기적으로 통하는 공진기의 구성을 변화시킴으로써 출력 임피던스를 100Ω이상의 값으로 할 수 있다. 이에 따라, 유전체 듀플렉서의 수신측 필터를 고출력 임피던스로 할 수 있다.

이와 같이 하여, 출력 임피던스가 100Ω이상이 되도록, 상술한 바와 같이 수신측 필터를 구성함으로써, 임피던스 50Ω을 기준으로 하여 출력 단자측의 반사계수는 ＋0.33이상이 된다. 이에 따라, LNA 등의 고입력 임피던스 회로 소자에 직접적으로 접속하더라도, 저손실로 신호를 전송할 수 있다.

또한, 여진구멍(83)은 스트레이트 구멍 구조이며, 그 내부직경을 조정함으로써 안테나 단자의 입출력 임피던스에 정합하도록 설정할 수 있다.

통상, 안테나의 특성 임피던스는 50Ω로 설정되어 있으나, 이것은 안테나를 구성하는 소자가 본래 갖는 임피던스가 아니라, 50Ω로 변환된 것인 경우도 존재한다. 이와 같이 50Ω로 변환하는 경우에는 변환 회로에 의한 손실이 발생한다. 그래서, 안테나 단자 및 이것에 결합하는 공진기의 구조를 변화시킴으로써, 원하는 입출력 임피던스를 얻는다.

이에 따라, 안테나의 이득이 커지는 임피던스로 접속할 수 있으며, 송수신시의 효율을 올릴 수 있다.

또한, 유전체 듀플렉서에 접속하는 회로 소자의 임피던스가 25Ω이하 또는100Ω이상이라 하더라도, 여진구멍의 형상 또는 공진기의 형상을 변화시킴으로써, 입력 임피던스 및 출력 임피던스가 정합할 수 있다. 바꿔 말하면, 반사계수의 절대값이 0.33으로부터 1.00 사이가 되도록 유전체 듀플렉서의 구성을 변화시킴으로써, 입출력 단자의 전후에 접속하는 임피던스가 25Ω이하 또는 100Ω이상의 회로 소자 사이에서 직접적으로 저손실로 신호를 전송할 수 있다.

이 유전체 듀플렉서를 사용함으로써, 도 5에 나타내는 바와 같은 통신장치를 구성할 수 있다.

도 5는 통신장치의 블록도이며, 도 5에 있어서, 참조부호 DPX는 듀플렉서, 참조부호 PA는 전력 증폭기, 참조부호 ANT는 안테나, 참조부호 LNA는 로우 노이즈 증폭기이다.

여기에서, 전력 증폭기(PA)의 출력 임피던스는 25Ω이하이고, 로우 노이즈 증폭기(LNA)의 입력 임피던스는 100Ω이상이다. 또한, 안테나의 입출력 임피던스는 50Ω이다.

전력 증폭기(PA)에 의해 증폭된 신호는 듀플렉서(DPX)에 있어서 필요한 주파수대역의 신호만을 갖는 송신파로 된다. 송신파는 안테나(ANT)에 전송되어 발신된다. 또한, 안테나(ANT)에서 수신한 신호는 듀플렉서(DPX)에 있어서 후단의 회로에서 필요한 주파수대의 신호만으로 여파(濾波)되어 로우 노이즈 증폭기(LNA)에 전송된다. 로우 노이즈 증폭기(LNA)에서는 수신파를 증폭하여 후단의 회로에 전송한다. 이와 같은 통신장치에 있어서의 듀플렉서에 도 1의 유전체 듀플렉서를 사용함으로써, 전력 증폭기(PA)와 유전체 듀플렉서(DPX) 사이 및 유전체 듀플렉서(DPX)와 로우 노이즈 증폭기(LNA) 사이에 정합 회로를 삽입하지 않더라도, 각각의 소자 사이의 임피던스 정합이 행해진다. 이에 따라 신호의 수신 감도를 향상할 수 있다.

이와 같이 정합 회로를 사용하지 않고 구성함으로써, 저손실이며 소형의 통신장치를 구성할 수 있다.

다음으로, 제 2 실시형태에 따른 유전체 듀플렉서의 구성에 대하여 도 6을 참조하여 설명한다.

도 6은 유전체 듀플렉서의 외관 사시도이다.

도 6에 있어서, 참조부호 1은 유전체 블록, 참조부호 21∼26은 내부도체 형성구멍, 참조부호 31∼36은 내부도체, 참조부호 41∼46은 내부도체 비형성부, 참조부호 5는 외부도체, 참조부호 64는 출력 단자(RX단자), 참조부호 62는 입력 단자(TX단자), 참조부호 63은 안테나 단자(ANT단자), 참조부호 72∼74는 외부도체 비형성부, 참조부호 82∼84는 여진구멍이다.

도 6에 있어서, 내부도체 형성구멍(26)의 내부에는 다른 내부도체 형성구멍(21∼25)과 실질적으로 동일하게 내부도체 비형성부(46)가 형성되어 있다. 이 내부도체(36), 유전체 블록(1) 및 외부도체(5)가 공진기를 구성하고 있다. 또한, 단락면으로부터 실장면에 걸쳐 외부도체 비형성부(74)가 형성되며, 출력 단자(64)가 구성되어 있다. 이 출력 단자(64)는 여진구멍(84)의 내면 전극에 전기적으로 통하고 있다. 여진구멍(84)은 내부도체 형성구멍(21∼26)의 축방향과 동일한 축방향으로 스트레이트 구멍 구조로 형성되어 있다. 또한, 여진구멍(84)은 내부도체 형성구멍(25, 26) 사이에 형성되어 있으며, 내부도체 형성구멍(25, 26)으로이루어지는 공진기에 인터디지털 결합하고 있다. 내부도체 형성구멍(26)으로 이루어지는 공진기는 여진구멍(84)에 결합하여 트랩 공진기로서 작용한다. 다른 구성은 도 1에 나타낸 유전체 듀플렉서와 동일하다.

이에 따라, 내부도체 형성구멍(22, 23)으로 이루어지는 2개의 공진기와, 내부도체 형성구멍(21)으로 이루어지는 트랩 공진기와, 입력 단자(62)와, 안테나 단자(63)에 의해 2단의 공진기와 하나의 트랩 공진기에 의한 송신측 필터를 구성하고 있다. 또한, 내부도체 형성구멍(24, 25)으로 이루어지는 2개의 공진기와, 내부도체 형성구멍(26)으로 이루어지는 트랩 공진기와, 출력 단자(64)와, 안테나 단자(63)에 의해 2단의 공진기와 하나의 트랩 공진기에 의한 수신측 필터를 구성하고 있다. 이들 송신측 필터와 수신측 필터로 유전체 듀플렉서를 구성하고 있다.

여기에서, 여진구멍(82)의 직경을 크게 하던지, 긴원 형상의 길이 직경을 길게 하던지, 또는 여진구멍(82)과 인접하는 내부도체 형성구멍(22)으로 이루어지는 공진기 사이를 좁게 함으로써, 입력 임피던스를 낮게 할 수 있다. 또한, 여진구멍(84)은 스트레이트 구멍 구조이며, 그 내부직경을 작게 함으로써, 출력 단자(64)의 출력 임피던스를 높게 할 수 있다.

이와 같은 구조로 함으로써, 입력 단자(62)에 있어서의 입력 임피던스가 외부 접속하는 저임피던스 회로 소자의 출력 임피던스에 정합하도록 구성하고 있다. 이에 따라, 이 2개의 소자 사이에는 정합 회로를 형성하지 않더라도 임피던스 정합할 수 있다.

또한, 출력 단자(64)는 여진구멍(84)의 내부직경을 작게 함으로써, 그 출력임피던스를 높게 할 수 있다.

이 유전체 듀플렉서를 사용함으로써, 도 7에 나타내는 바와 같은 통신장치를 구성할 수 있다.

도 7은 통신장치의 블록도이고, 듀플렉서(DPX)와 로우 노이즈 증폭기(LNA) 사이에 정합 회로가 삽입된 것이며, 다른 구성은 도 5에 나타낸 통신장치와 동일하다.

이와 같은 통신장치에서는 예를 들면, 듀플렉서(DPX)의 수신측에 필요한 통과 특성을 얻기 위하여, 도 1에 나타낸 출력 단자나 내부도체 형성구멍의 구조를 취할 수 없다. 그러나, 도 7에 나타내는 바와 같이 출력 단자와 후단의 로우 노이즈 증폭기(LNA)(고임피던스 회로 소자) 사이에 정합 회로를 형성하면 되고, 듀플렉서(DPX)와 전력 증폭기(PA) 사이에는 정합 회로는 필요가 없기 때문에, 도 13b에 나타낸 종래의 통신장치와 비교하여 구성 회로 소자수를 줄일 수 있으며, 소형화할 수 있다. 또한, 입력 단자의 전단에 정합 회로가 십입되어 있지 않기 때문에, 이 정합 회로의 삽입에 의한 손실의 발생을 방지할 수 있다.

다음으로, 제 3 실시형태에 따른 유전체 듀플렉서의 구성에 대하여 도 8을 참조하여 설명한다.

도 8은 유전체 듀플렉서의 외관 사시도이다. 도 8에 있어서, 참조부호 1은 유전체 블록, 참조부호 21∼26은 내부도체 형성구멍, 참조부호 31∼36은 내부도체, 참조부호 41∼45는 내부도체 비형성부, 참조부호 5는 외부도체, 참조부호 61은 출력 단자(RX단자), 참조부호 65는 입력 단자(TX단자), 참조부호 63은 안테나단자(ANT단자), 참조부호 71, 73, 75는 외부도체 비형성부, 참조부호 83, 85는 여진구멍이다.

도 8에 나타낸 유전체 듀플렉서는 단락면으로부터 실장면에 걸쳐 외부도체 비형성부(75)가 형성되며, 출력 단자(65)가 구성되어 있다. 이 출력 단자(65)는 스트레이트 구멍 구조인 여진구멍(85)의 내면 전극에 전기적으로 통하고 있다. 여진구멍(85)은 내부도체 형성구멍(21, 22) 사이에 형성되어 있다. 그 외의 구성에 대해서는 도 1에 나타낸 유전체 듀플렉서와 동일하다.

이와 같은 구조로 함으로써, 출력 단자(61)는 내부도체(36)에 전기적으로 통하고 있기 때문에, 상술한 바와 같이 출력 임피던스를 높게 할 수 있다. 이에 따라, 유전체 듀플렉서의 출력 임피던스를, 이것에 접속하는 고임피던스 회로 소자의 입력 임피던스에 정합할 수 있다. 이와 같이, 유전체 듀플렉서의 출력 단자(61)와 이것에 접속하는 회로 소자 사이는 정합 회로를 형성하지 않더라도 임피던스 정합할 수 있다.

한편, 입력 단자(65)에 있어서의 입력 임피던스는 여진구멍(85)의 내부직경을 크게 하고, 또는 내부도체 형성구멍(22)에 가깝게 함으로써 낮게 할 수 있다.

이 유전체 듀플렉서를 사용함으로써, 도 9에 나타내는 바와 같은 통신장치를 구성할 수 있다.

도 9는 통신장치의 블록도이고, 전력 증폭기(PA)와 듀플렉서(DPX) 사이에 정합 회로가 삽입된 것이며, 다른 구성은 도 5에 나타내는 통신장치와 동일하다.

이와 같은 통신장치에서는 듀플렉서(DPX)의 송신측에 필요한 통과 특성을 얻기 위하여, 도 1에 나타내는 바와 같은 입력 단자(TX단자)(62)나 여진구멍(82)의 구조를 취할 수 없으며, 도 8에 나타내는 바와 같은 구조가 되는 경우가 있다. 그러나, 이 경우에도, 입력 단자(TX단자)와, 이것에 접속하는 전력 증폭기(PA)(저임피던스 회로 소자) 사이에 정합 회로를 형성하면 되고, 출력 단자(RX단자)와 이것에 접속하는 고임피던스 회로 소자 사이에는 정합 회로를 형성하지 않아도 된다. 이에 따라, 도 13b에 나타낸 종래의 통신장치와 비교하여 구성 회로 소자수를 줄일 수 있으며, 소형화할 수 있다. 또한, 출력 단자(RX단자)에 접속하는 정합 회로가 삽입되어 있지 않기 때문에, 이 정합 회로의 삽입에 의한 손실의 발생을 방지할 수 있다.

다음으로, 제 4 실시형태에 따른 유전체 듀플렉서의 구성에 대하여 도 10∼도 12를 참조하여 설명한다.

도 10은 유전체 듀플렉서의 외관 사시도이다.

도 11은 그 유전체 듀플렉서의 출력 단자 부근의 등가 회로도이다.

도 10에 있어서, 참조부호 1은 유전체 블록, 참조부호 21∼26은 내부도체 형성구멍, 참조부호 31∼36은 내부도체, 참조부호 41∼46은 내부도체 비형성부, 참조부호 5는 외부도체, 참조부호 66은 출력 단자(RX단자), 참조부호 65는 입력 단자(TX단자), 참조부호 63은 안테나 단자(ANT단자), 참조부호 73, 75, 76은 외부도체 비형성부, 참조부호 83, 85는 여진구멍이다.

실질적으로 직육면체 형상의 유전체 블록(1)에는 내면에 내부도체(31∼36)를 각각 형성한, 중간에서 내부직경이 다른 스텝 구멍 구조의 내부도체형성구멍(21∼26)이 형성되어 있다. 또한, 내부도체 형성구멍(21∼26)과 동일한 축방향으로 각각 내면 전극이 형성된 여진구멍(83, 85)이 스트레이트 구멍 구조로 형성되어 있으며, 여진구멍(83)의 내부직경은 여진구멍(85)의 내부직경보다도 작다. 여진구멍(83)은 내부도체 형성구멍(23)과 내부도체 형성구멍(24) 사이에 형성되어 있으며, 여진구멍(85)은 내부도체 형성구멍(21)과 내부도체 형성구멍(22) 사이에 형성되어 있다.

또한, 유전체 블록(1)의 외면에는 외부도체(5)가 형성되어 있다. 내부도체 형성구멍(21∼26)의 내부직경이 넓은 측의 개구면 부근에는 내부도체 비형성부(41∼46)가 각각 형성되어 있다. 이들 내부도체 비형성부(41∼46)가 내부도체(31∼36)의 개방단이다. 대향하는 다른쪽의 개구면(도면에 있어서의 하면)은 단락면이다.

이와 같이 하여, 각 내부도체(31∼36), 유전체 블록(1) 및 외부도체(5)로 각각 유전체 공진기가 구성되어 있다. 또한, 여진구멍(85)은 인접하는 내부도체 형성구멍(21, 22)으로 구성되는 각 공진기에 각각 인터디지털 결합하고 있으며, 여진구멍(83)은 인접하는 내부도체 형성구멍(23, 24)으로 구성되는 각 공진기에 각각 인터디지털 결합하고 있다.

또한, 외면에는 단락면으로부터 실장면에 걸쳐 외부도체 비형성부(73, 75)가 형성되며, 안테나 단자(63) 및 입력 단자(65)가 구성되어 있다. 입력 단자(65)는 여진구멍(85)의 내면 전극에 전기적으로 통하고 있으며, 안테나 단자(63)는 여진구멍(83)의 내면 전극에 전기적으로 통하고 있다. 또한, 내부도체 형성구멍(21∼26)의 배열 단면(도면에 있어서의 좌측 후면)으로부터 실장면에 걸쳐 외부도체 비형성부(76)가 형성되며, 출력 단자(66)가 구성되어 있다.

이 상태에서, 내부도체 형성구멍(22, 23)으로 이루어지는 2개의 공진기와 입력 단자(65)와 안테나 단자(63)로 유전체 필터를 구성하며, 내부도체 형성구멍(24∼26)으로 이루어지는 3개의 공진기와 출력 단자(66)와 안테나 단자(63)로 유전체 필터를 구성하고 있다. 또한, 내부도체 형성구멍(21)으로 이루어지는 공진기는 트랩 공진기로서 작용한다. 이와 같이, 2단의 공진기와 하나의 트랩 공진기로 이루어지는 필터를 송신측 필터, 3단의 공진기를 수신측 필터로 함으로써 유전체 듀플렉서를 구성하고 있다.

이 유전체 듀플렉서의 출력 단자(66)는 도 11a에 나타내는 바와 같이 내부도체 형성구멍(26)으로 이루어지는 공진기(R26)와의 사이에 결합 용량(Ce)을 발생한다.

도 11a에 있어서, 참조부호 Zout는 출력 단자(66)로부터 본 출력 임피던스, 참조부호 Zfout는 내부도체 형성구멍(26)으로 이루어지는 공진기(R26)로부터 본 출력 임피던스, 참조부호 L은 이 공진기의 인덕턴스 성분이다.

결합 용량(Ce)은 공진기(R26)의 인덕턴스 성분(L)과의 조합에 의해 도 11b에 나타내는 바와 같이, Ce′로 임피던스 변환이 이루어진다. 이 경우, 출력 임피던스(Zout, Zfout), 결합 용량(Ce)의 관계는 공진 주파수의 각주파수(angular frequency)를 ω로 하여

Ce′＝1/(ω×(Zout×(Zfout－Zout))^1/2)

로 표시된다.

이 식에 기초하여, 결합 용량(Ce′)과 출력 임피던스(Zout)의 관계를 도 12에 나타낸다.

도 12에 나타내는 바와 같이, 결합 용량(Ce′)을 변화시킴으로써, 출력 임피던스(Zout)를 임의로 설정할 수 있다. 즉, 출력 단자(66)의 위치 및 형상에 의해 출력 단자(66)와 내부도체 형성구멍(26)으로 이루어지는 공진기(R26) 사이의 결합 용량(Ce)이 정해지며, 이에 따라, 출력 임피던스(Zout)를 설정할 수 있다. 따라서, 이 출력 임피던스(Zout)를 후단의 고임피던스 회로 소자에 정합하도록 높게 설정할 수 있다.

또한, 출력 임피던스(Zout)는 상기 Zfout보다 크게 할 수는 없기 때문에, (0＜Zout＜Zfout)의 범위로 설정한다.

입력 단자(65)에 접속하는 여진구멍(85)에 대해서는 제 3 실시형태의 여진구멍(85)과 동일하다.

이와 같은 구성이라 하더라도, 출력 단자(66)에 접속하는 회로 소자의 임피던스에 정합하도록, 유전체 듀플렉서의 출력 임피던스를 설정할 수 있다.

또한, 상술한 실시형태에 있어서는, 입력 단자, 출력 단자의 구조, 또는 이들 단자에 전기적으로 통하는 여진구멍이나 공진기의 형상 및 위치를 변경함으로써, 입력 임피던스 및 출력 임피던스를 조정하고 있다. 이들은 안테나 단자에 대해서도 동일하게 적용할 수 있다.

또한, 상술한 실시형태에서는 입력 단자와 출력 단자를 적절히 구분해서 사용하여 설명하였으나, 각각의 단자에 접속하는 회로 소자의 임피던스에 따라 입력 단자와 출력 단자를 반대로 한 구조이어도 된다.

본 발명에 따르면, 입력 단자, 상기 출력 단자 및 상기 안테나 단자 중 적어도 어느 하나에 있어서의 반사계수의 절대값이, 통과대역에 있어서, 임피던스 50Ω를 기준으로 하여 0.33이상 1.00이하가 되는 구조를 포함함으로써, 유전체 듀플렉서에 접속하는 소자와 임피던스 정합을 행할 수 있으며, 저손실로 신호를 전송할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 입력 단자에 있어서의 입력 임피던스가 25Ω이하가 되도록 유전체 듀플렉서를 구성함으로써, 전단의 저임피던스 회로 소자와 임피던스 정합을 행할 수 있으며, 정합 회로를 삽입하지 않고, 저손실로 신호를 전단의 회로로부터 입력할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 출력 단자에 있어서의 출력 임피던스가 100Ω이상이 되도록 유전체 듀플렉서를 구성함으로써, 후단의 고임피던스 회로 소자와 임피던스 정합을 행할 수 있으며, 정합 회로를 삽입하지 않고, 저손실로 신호를 후단의 회로에 출력할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 안테나 단자에 있어서의 입출력 임피던스가 25Ω이하 또는 100Ω이상이 되도록 유전체 듀플렉서를 구성함으로써, 안테나와 임피던스 정합을 행할 수 있으며, 송신시의 손실의 저감 및 수신시의 감도 향상이 가능해진다.

또한, 본 발명에 따르면, 입력 단자 또는 출력 단자 중 적어도 한쪽에 전기적으로 통하는 내면 전극을 형성한 여진구멍을 포함하고, 상기 여진구멍의 형상 및 상기 여진구멍과 상기 여진구멍에 인접하는 내부도체 형성구멍의 거리를 설정함으로써, 원하는 입력 임피던스 또는 출력 임피던스를 용이하게 얻을 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 입력 단자 또는 출력 단자 중 적어도 한쪽에 상기 내부도체 형성구멍의 내부도체가 전기적으로 통하고, 상기 내부도체 형성구멍의 형상 및 상기 내부도체 형성구멍과 상기 외부도체의 거리를 설정함으로써, 원하는 입력 임피던스 또는 출력 임피던스를 용이하게 얻을 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 입력 단자 또는 출력 단자의 형상 및 형성 위치에 의해 입력 단자 또는 출력 단자에 결합하는 내부도체와의 용량 결합을 설정할 수 있으며, 원하는 입력 임피던스 또는 출력 임피던스를 용이하게 얻을 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 유전체 듀플렉서를 포함함으로써, 저손실이며 소형의 통신장치를 용이하게 구성할 수 있다.

Claims

실질적으로 직육면체 형상의 유전체 블록의 내부에, 상기 유전체 블록의 한쪽 면으로부터 그것에 대향하는 다른쪽 면에 걸쳐 각각의 내면에 내부도체를 형성한 복수의 내부도체 형성구멍 및 내면 전극을 형성한 안테나 여진구멍을 형성하고, 상기 유전체 블록의 외면에 외부도체, 상기 외부도체로부터 이간된 입력 단자, 출력 단자 및 상기 안테나 여진구멍의 내면 전극에 전기적으로 통하는 안테나 단자를 형성한 유전체 듀플렉서로서,

상기 입력 단자, 상기 출력 단자 및 상기 안테나 단자 중 적어도 어느 하나에 있어서의 반사계수의 절대값이, 통과대역에 있어서, 임피던스 50Ω를 기준으로 하여 0.33이상 1.00이하가 되는 구조를 포함한 것을 특징으로 하는 유전체 듀플렉서.
제 1항에 있어서, 상기 입력 단자에 있어서의 입력 임피던스가 25Ω이하가 되는 구조를 포함한 것을 특징으로 하는 유전체 듀플렉서.
제 1항에 있어서, 상기 출력 단자에 있어서의 출력 임피던스가 100Ω이상이 되는 구조를 포함한 것을 특징으로 하는 유전체 듀플렉서.
제 1항에 있어서, 상기 안테나 단자에 있어서의 입출력 임피던스가 25Ω이하또는 100Ω이상이 되는 구조를 포함한 것을 특징으로 하는 유전체 듀플렉서.
제 2항에 있어서, 상기 입력 단자 또는 출력 단자 중 적어도 한쪽에 전기적으로 통하는 내면 전극을 형성한 여진구멍을 포함하고,

상기 여진구멍의 형상 및 상기 여진구멍과 상기 여진구멍에 인접하는 내부도체 형성구멍의 거리를 설정함으로써, 상기 여진구멍과 상기 여진구멍에 인접하는 내부도체 형성구멍의 상호 용량을 설정하며, 상기 상호 용량에 의해 상기 입력 임피던스 또는 출력 임피던스를 정한 것을 특징으로 하는 유전체 듀플렉서.
제 3항에 있어서, 상기 입력 단자 또는 출력 단자 중 적어도 한쪽에, 상기 내부도체 형성구멍의 내부도체가 전기적으로 통하고, 상기 내부도체 형성구멍의 형상 및 상기 내부도체 형성구멍과 상기 외부도체의 거리를 설정함으로써, 상기 내부도체 형성구멍으로 이루어지는 공진기의 자기 용량(自己容量)을 설정하며, 상기 자기 용량에 의해 상기 입력 임피던스 또는 출력 임피던스를 정한 것을 특징으로 하는 유전체 듀플렉서.
제 2항 또는 제 3항에 있어서, 상기 입력 단자 또는 출력 단자의 형상 및 형성 위치에 의해 상기 입력 단자 또는 출력 단자에 용량성 결합하는 내부도체와의 결합 용량을 설정하고, 상기 결합 용량에 의해 상기 입력 임피던스 또는 출력 임피던스를 정한 것을 특징으로 하는 유전체 듀플렉서.
제 1항에 기재된 유전체 듀플렉서를 포함한 것을 특징으로 하는 통신장치.