KR20040071986A - 도파관 형태의 유전체 세라믹 필터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 도파관 형태의 유전체 세라믹 필터에 관한 것으로서, 일측면에 길이방향에 수직한 방향으로 형성된 다수의 수직홈을 가지며, 나머지 세개의 측면에는 전도성 물질이 도포된 직사각형의 몸체와; 상기 수직홈측에 장착되며, 양단이 상기 전도성 물질과 접촉하는 금속박판으로 구성된다.

또한, 본 발명은 3면이 전도성 물질로 코팅되며, 코팅된 면 중 하나의 면에는 길이방향에 수직한 방향으로 형성된 다수의 수직홈을 가지며, 나머지 한면에는 다수의 패턴이 형성되는 직사각형의 몸체와; 상기 패턴측에 장착되며, 양단이 상기 전도성 물질과 접촉하는 금속박판으로 구성된다.

Description

도파관 형태의 유전체 세라믹 필터{A dielectric waveguide-type ceramic filter}

본 발명은 도파관 형태의 유전체 세라믹 필터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 RF부품에 사용되는 웨이브 가이드 형태의 세라믹 필터로서 내부가 유전체로 채워져 더욱 크기가 작아지고 기존에 널리 사용되고 있는 TEM 모드 형태의 밴드 패스 필터에서 구현하기 불가능한 하이패스, 로우패스 특성을 가질 수 있을 뿐만 아니라 사용 모드의 특성 또한 우수한 도파관 형태의 유전체 세라믹 필터에 관한 것이다.

일반적으로 세라믹 필터라고 언급되는 동축형 유전체 필터가 널리 사용되고 있다. 도 1에 상기 세라믹 필터의 구성요소 중 하나인 공진기가 도시되어 있으며, 상기 공진기가 다수개 나란히 배열되도록 구성하여 세라믹 필터를 형성한다. 상기 세라믹 필터는 TEM 모드를 사용하는 동축형 유전체 필터로서 유전재료를 사용한 직사각형 블록의 형태를 가지며, 유전체 블록의 5면, 즉 4면과 축방향의 두 개의 단면 중 1면에 진공증착이나 은, 알루미늄 또는 다른 적절한 전기전도율을 갖는 전도성 물질로 표면을 코팅한 것이다.

상기 유전체 블록의 축 방향 길이는 필터가 사용하는 주파수대의 λ/4과 같고, 블록의 내부에는 축방향으로 관통하는 홀이 형성되어 있으며 표면은 전도성 물질로 코팅되어 있다. 결과적으로 한쪽 끝을 open하고 다른 끝은 short시키므로 LC 공진기와 같이 작동한다. 이러한 필터는 가장 간단한 TEM 모드를 사용함으로서 삽입특성이 떨어지고 하이패스와 로우패스 특성을 가질 수 없는 단점을 가지고 있다.

이러한 단점을 극복하기 위하여 유전체 블록의 길이방향에 수직한 수직홈을 양쪽 측면에 다수개를 형성하고, 유전체 블록의 양단면을 제외한 나머지 4면을 전도성 물질로 코팅하여 전도층을 형성하는 형태의 유전체 도파관 필터(도 2참조)가 제안된 바 있다. 이는 상술한 동축형 유전체 필터의 단점을 어느 정도 극복한 것이기는 하지만 제작 및 특성의 수정이 매우 어려운 문제점이 있다.

즉, 상기 필터에서는 제작 후 실제 적용시에 가공공차로 인한 특성의 변동이 있을 수 있는데, 이를 수정하기 위해서는 상기 수직홈의 깊이나 폭 등을 변경하는 작업, 즉 트리밍(trimming)을 하여야 한다. 그러나, 상기 수직홈에는 이미 전도성 물질로 이루어진 전도층이 존재하므로 수직홈의 형상을 변경한 후 전도성 물질을 다시 코팅해야하는 번거로움이 있으며, 전도성 물질의 재코팅 과정에서 또 다시 특성이 변할 가능성이 있기 때문에 수차례에 걸쳐서 수정작업이 이루어져야 하는 문제점이 있는 것이다.

이와는 별도로 필터의 크기를 줄이기 위해서, E-Plane과 H-Plane의 mirror effect를 이용하여 너비를 1/2로 줄이고 전도성 물질로 3면을 코팅한 후 코팅되지 않은 면에는 패턴(Pattern)을 사용한 도파관 필터도 소개된 바 있다. 이 경우, 특성의 수정은 상기 패턴을 트리밍하여 이루어질 수 있으나 패턴면을 통한 필드(Field)의 방사가 있어 특성(삽입특성 및 감쇄특성)이 다소 떨어지는 문제점을 가지고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 단점을 극복하기 위해 안출된 것으로서, 우수한 하이패스, 로우패스 특성을 가질 수 있을 뿐만 아니라 용이하게 트리밍 작업이 가능하며 필드의 방사를 최소화할 수 있는 도파관 형태의 유전체 세라믹 필터를 제공하는 것을 기술적 과제로 삼고 있다.

도 1은 종래의 유전체 세라믹 필터 중 공진기를 도시한 사시도이다.

도 2는 또 다른 종래의 유전체 세라믹 필터를 도시한 사시도이다.

도 3은 본 발명에 따른 도파관 형태의 유전체 세라믹 필터의 제1 실시예를 도시한 분해사시도이다.

도 4는 본 발명에 따른 도파관 형태의 유전체 세라믹 필터의 제2 실시예를 도시한 분해사시도이다.

도 5 는 상기 제2실시예의 주파수 응답 특성을 나타낸 그래프이다.

도 6은 종래의 세라믹 필터의 주파수 응답 특성을 나타낸 그래프이다.

상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 일측면에 길이방향에 수직한 방향으로 형성된 다수의 수직홈을 가지며, 나머지 세개의 측면에는 전도성 물질이 도포된 직사각형의 몸체와; 상기 수직홈측에 장착되며, 양단이 상기 전도성 물질과 접촉하는 금속박판으로 구성되는 것을 특징으로 하고 있다.

즉, 본 발명은 종래의 필터에서 수직홈이 형성된 측면에 형성되어 있는 전도성 코팅층을 금속박판으로 대체하여 수직홈에 대한 트리밍 작업을 보다 용이하게 한 것이다. 상기 금속박판은 전도성을 갖는 임의의 금속재질로 제작이 가능하며 세라믹 필터의 다른 측면에 형성되어 있는 전도성 코팅층과 금속박판의 양단이 서로 접촉하도록 구성된다. 따라서, 제작이 완료된 세라믹 필터에 대한 트리밍 작업이 필요한 경우 수직홈을 적절한 특성을 얻을 수 있는 형태로 트리밍 한 후 다시 금속박판을 부착시키면 되므로 전도성 코팅층을 재차 형성할 필요가 없게 된다.

바람직하게는, 상기 금속박판에는 상기 수직홈의 일단과 수직홈의 길이방향으로 연통되는 홈이 각각 형성되어 있는 것이 좋다. 상기 금속박판에 형성된 홈 내에 트리밍시에 사용되는 공구를 집어넣어 트리밍 작업을 할 수 있으므로 금속박판을 분리할 필요가 없게된다. 이를 통해서, 보다 정확하고 손쉽게 트리밍 작업을 완료할 수 있다.

또한, 상기 금속박판은 단면이 'ㄱ'자 형태로 절곡되어 있는 것이 좋다. 이를 통해서, 금속박판이 차지하는 부피를 최소화할 수 있으므로 재료비 및 제작시간을 더욱 단축할 수 있다.

또한, 본 발명은 양측면에 길이방향에 수직한 방향으로 형성된 다수의 수직홈을 가지며, 나머지 두개의 측면에는 전도성 물질이 도포된 직사각형의 몸체와;상기 수직홈측에 장착되며, 양단이 상기 전도성 물질과 접촉하는 금속박판으로 구성되는 것을 다른 특징으로 하고 있다.

바람직하게는, 상기 금속박판에는 상기 수직홈의 일단과 수직홈의 길이방향으로 연통되는 홈이 각각 형성되어 있는 것이 좋다. 또한, 상기 금속박판은 단면이 'ㄷ'자 형태로 절곡되어 있는 것이 좋다.

본 발명은 또한, 3면이 전도성 물질로 코팅되며, 코팅된 면 중 하나의 면에는 길이방향에 수직한 방향으로 형성된 다수의 수직홈을 가지며, 나머지 한면에는 다수의 패턴이 형성되는 직사각형의 몸체와; 상기 패턴측에 장착되며, 양단이 상기 전도성 물질과 접촉하는 금속박판으로 구성되는 것이 좋다.

패턴이 형성된 측면에 금속박판을 부착함으로써, 패턴에서 방사되는 필드를 최소화할 수 있어 필터의 특성을 더욱 개선할 수 있다. 아울러, 상기 금속박판에는 상기 각각의 패턴과 대응되는 위치에 홈이 각각 형성되어 있는 것이 좋다.

이를 통해서, 부착된 금속박판을 제거할 필요없이 상기 홈을 통해서 트리밍 공구를 투입하여 작업이 가능하므로 트리밍 작업에 소요되는 노력 및 시간을 절감할 수 있다. 바람직하게는, 상기 금속박판은 단면이 'ㄱ'자 형태로 절곡되어 있는 것이 좋다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 도파관 형태의 유전체 세라믹 필터의 실시예에 대해서 상세하게 설명하도록 한다.

도 3을 참조하면, 유전체로 형성된 직사각형 블록의 몸체(100)가 도시되어있다. 상기 몸체(100) 중 일측면에는 몸체(100)의 길이방향에 대하여 수직하게 연장되는 5개의 수직홈(110)이 형성되어 있다. 상기 몸체(100) 및 수직홈(110)의 길이 및 폭 등의 치수는 사용되는 주파수의 대역에 따라 달라지는 것이므로 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 자에 의해 용이하게 변경되어 실시될 수 있는 것이므로 본 명세서에서는 상세한 치수에 대한 설명은 생략하도록 한다.

상기 몸체(100)에서 양단부 및 상기 수직홈(110)이 위치하는 면을 제외한 나머지 면에는 전도성 물질로 코팅되어 있다. 상기 전도성 물질은 진공증착 등의 방법에 의해 은 또는 알루미늄 등의 전도성을 갖는 재질을 몸체(100)의 표면에 코팅하여 전도층을 형성하게 된다.

상기 몸체(100)에서 수직홈(110)이 위치하는 면에 금속박판(120)이 부착된다. 상기 금속박판(120)은 얇은 금속박판을 'ㄱ'자 형태로 절곡하여 제작되는 것으로서 상부에는 상기 수직홈(110)의 개수에 대응되는 5개의 홈(130)이 형성되어 있다. 상기 금속박판(120)은 상기 몸체(100)에 부착되며, 상기 홈(130)은 상기 수직홈(110)의 상부에 각각 위치하도록 형성된다. 이때, 상기 금속박판(120)은 양단이 상기 전도성 물질과 접촉하도록 조립된다.

따라서, 조립이 완료된 세라믹 필터를 실제로 적용하여 본 후 원하는 특성이 나오지 않는 경우 상기 금속박판의 홈(130)을 통해서 공구를 투입한 후 수직홈(110)의 형상을 변경하는 트리밍 작업을 통해 원하는 특성으로 수정이 가능하다.

도 4를 참조하면 본 발명에 따른 도파관 형태의 유전체 세라믹 필터의 제2실시예가 도시되어 있다.

상기 제2실시예에서는 직사각형 블록 형태의 몸체(200)의 일측면에 상기 몸체(200)의 길이방향에 수직한 방향으로 다수의 수직홈(210)을 형성한다. 상기 제1실시예에서 설명한 바와 같이 상기 몸체 및 수직홈의 길이 및 폭 등의 치수는 상기 세라믹 필터가 사용되는 조건에 따라서 달라지는 것이므로 상세한 설명은 생략한다.

상기 몸체(200)의 표면 중 상기 수직홈(210)이 형성된 측면 및 이와 접하는 2면에는 제1실시예에서 설명한 바와 동일한 전도성 물질을 코팅하여 전도층을 형성하고, 양단부 및 상기 수직홈(210)이 형성된 측면과 대향되는 면에는 전도층을 형성하지 않는다.

상기 수직홈(210)이 형성된 측면과 대향되는 면에는 다수의 패턴(220)을 형성하여 세라믹 필터에 요구되는 특성, 즉 임피던스를 조정할 수 있도록 한다. 상기 패턴(220) 또한 특성에 따라서 당업자가 자유롭게 변경하여 실시할 수 있는 것이므로 그 상세에 대해서는 설명을 생략한다.

또한, 제1실시예와 동일한 형태의 금속박판(230)을 상기 패턴(220)이 형성되는 측면에 결합시킨다. 상기 금속박판(230)의 상면에는 상기 패턴(220)에 각각 대응되는 홈(240)이 형성되어 있으므로 트리밍 작업을 보다 용이하게 한다. 또한, 상기 금속박판(230)으로 인해서 상기 패턴을 통한 필드의 방사를 차단할 수 있어 특성을 더욱 개선할 수 있다.

첨부된 도 5를 참조하면, 상기 제2실시예의 특성이 나타나 있다. 또한, 비교를 위하여 도 6에 상기 제2실시예에서 금속박판을 제거한 필터의 주파수 응답특성을 도시하였다. 양자를 서로 비교하여 보면 본 발명에 따른 제2실시예가 보다 우수한 특성을 나타내고 있음을 알 수 있다.

즉, 상기 마크 1, 2(삽입손실 부분)에서 제2실시예는 각각 -1.6875dB와 -1.5735dB이며, 종래의 필터는 -1.9414dB와 -1.8062dB을 나타내고 있음을 알 수 있다. 이는 제2실시예에서의 Field 방사가 적어서 상대적으로 삽입손실이 약 10%이상 향상되었음을 의미하는 것이다.

감쇄특성을 살펴보면, 상기 마크 3, 4에서 제2실시예는 -51.542dB, -45.172dB이고, 종래의 필터는 -48.112dB, -44.504dB임을 알 수 있는데, 상기 개선된 삽입특성에 의해 감쇄특성 또한 제2실시예가 우수함을 알 수 있다. 또한, 리턴 로스(Return loss)부분에 있어서도 일반적인 사용용도에 있어서 3단 필터를 이용하여 -15dB 이상이면 양호한데 양자가 모두 이를 만족하고 있음을 알 수 있다. 다만, 종래의 필터는 제2실시예에 비하여 밴드폭이 많이 좁아지는 문제점을 가지고 있음을 알 수 있다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 의하면, 제작된 세라믹 필터의 특성 수정이 매우 용이할 뿐만 아니라 보다 정확하게 수정이 가능하므로 세라믹 필터의 제작공정 및 생산효율을 높일 수 있는 효과를 제공한다.

또한, 패턴이 형성되는 측면에 금속박판을 사용하여 필드의 방사를 최소화할수 있으므로 보다 우수한 특성을 갖는 세라믹 필터를 제작할 수 있다.

Claims (9)

1. 일측면에 길이방향에 수직한 방향으로 형성된 다수의 수직홈을 가지며, 나머지 세개의 측면에는 전도성 물질이 도포된 직사각형의 몸체와;

   상기 수직홈측에 장착되며, 양단이 상기 전도성 물질과 접촉하는 금속박판으로 구성되는 것을 특징으로 하는 도파관 형태의 유전체 필터.
2. 제1항에 있어서,

   상기 금속박판에는 상기 수직홈의 일단과 수직홈의 길이방향으로 연통되는 홈이 각각 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 도파관 형태의 유전체 필터.
3. 제2항에 있어서,

   상기 금속박판은 단면이 'ㄱ'자 형태로 절곡되어 있는 것을 특징으로 하는 도파관 형태의 유전체 필터.
4. 양측면에 길이방향에 수직한 방향으로 형성된 다수의 수직홈을 가지며, 나머지 두개의 측면에는 전도성 물질이 도포된 직사각형의 몸체와;

   상기 수직홈측에 장착되며, 양단이 상기 전도성 물질과 접촉하는 금속박판으로 구성되는 것을 특징으로 하는 도파관 형태의 유전체 필터.
5. 제4항에 있어서,

   상기 금속박판에는 상기 수직홈의 일단과 수직홈의 길이방향으로 연통되는 홈이 각각 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 도파관 형태의 유전체 필터.
6. 제5항에 있어서,

   상기 금속박판은 단면이 'ㄷ'자 형태로 절곡되어 있는 것을 특징으로 하는 도파관 형태의 유전체 필터.
7. 3면이 전도성 물질로 코팅되며, 코팅된 면 중 하나의 면에는 길이방향에 수직한 방향으로 형성된 다수의 수직홈을 가지며, 나머지 한면에는 다수의 패턴이 형성되는 직사각형의 몸체와;

   상기 패턴측에 장착되며, 양단이 상기 전도성 물질과 접촉하는 금속박판으로 구성되는 것을 특징으로 하는 도파관 형태의 유전체 필터.
8. 제7항에 있어서,

   상기 금속박판에는 상기 각각의 패턴과 대응되는 위치에 홈이 각각 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 도파관 형태의 유전체 필터.
9. 제8항에 있어서,

   상기 금속박판은 단면이 'ㄱ'자 형태로 절곡되어 있는 것을 특징으로 하는도파관 형태의 유전체 필터.