KR20050022876A - 일체형 유전체 필터 및 유전체 듀플렉서 - Google Patents

Abstract

공진기능을 수행하기 위한 다수의 공진홀이 직육면체 형상의 유전체 블록의 일면으로부터 시작되어 몸체를 완전히 관통하지 않고 대향하는 다른쪽면과 일정거리를 두고 구성되어 공진홀의 종단부근과 타면 사이에 정전용량을 형성하고, 상기 유전체 블록의 외면에 금속피막을 형성하고, 각 공진홀 사이의 결합량 크기를 조절하기 위해 각 공진홀 사이의 유전체 블록에 절단홈이 형성된 것을 특징으로 하는 일체형 유전체 필터와 그 필터를 포함하는 유전체 듀플렉서.

Description

일체형 유전체 필터 및 유전체 듀플렉서{Coaxial dielectric filter and dielectric duplexer}

본 발명은 이동통신용 송수신 단말기나 중계기 등에 사용되는 유전체 필터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공진기의 형태가 관통하지 않은 다수의 홀로 이루어진 유전체 필터에 관한 것이다.

정보화 시대에 접어들면서 가정용 무선 전화기나 PCS 이동통신 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.

고주파 회로에 이용되고 있는 부품 중에서 고주파 신호 중 필요한 신호만을 통과시키거나 저지시키는 대역통과 또는 대역저지 필터(Band Pass Filter or Band Stop Filter)로 구성되어 현재 가장 널리 사용되고 있는 유전체 필터는 무선기기의 프런트-엔드(Front-End) 송수신단에 쓰이고 있다.

유전체 필터의 구현방법은 크게 일체형 필터와 공진기 결합형 필터로 나누어진다. 일체형 필터는 하나의 블록으로 이루어진 유전체 블록에 관통된 공진기 홀이 형성되어 있고, 입출력 전극 그리고 커플링을 위한 커플링(coupling) 패턴을 형성한다. 이때, 비전극부 사이에 인터디지털 커패시턴스(inter-digital capacitance)가 존재하는데 이 커패시턴스를 조절함으로써 공진기 사이의 커플링 값을 조절할 수 있게 된다. 공진기 결합형 필터는 여러 개의 공진기를 커플링 보드를 통해 결합시키는 구조로 보드(board) 상에 소정의 커패시턴스 값이 나타나도록 패턴을 형성함으로써 공진기 사이의 커플링을 조절하는 구조로 되어 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 일체형 대역통과 필터의 구성을 나타낸 것이다. 종래의 일체형 필터는 세라믹 유전체로 형성된 몸체(101)의 외부에 금속 막(102)을 입힌 후 특정 면의 금속 막을 제거하고 다시 금속 패턴(103, 104, 105)을 형성하여 제작된다. 입력단자(104)에 신호가 입력되면 관통홀(106)의 길이, 간격, 금속 패턴의 구조에 의해 특정한 주파수 대역의 신호만 출력단자(105)로 출력되며 통과대역 이외의 주파수 신호는 잘 출력되지 못한다. 도 1에서 세라믹 유전체 내부에 형성된 관통홀(106)은 공진기로서 동작하며 그 길이는 대략 사용 중심주파수의 1/4파장 길이에 해당하도록 제작된다. 금속 패턴(103)은 각 공진기의 공진 주파수와 공진기 간의 결합량을 조절하기 위한 부분으로서 동작하며 금속 패턴(103)과, 입출력단자 패턴(104, 105)을 조금씩 제거하면서 제작된 필터의 주파수 특성을 미세 조정한다. 일체형 유전체 필터가 동작할 때 금속 패턴(103)에서 외부로 전자기파가 방출되거나 외부로부터 발생한 전자기파가 금속 패턴(103)으로 입사된다. 이러한 현상은 외부회로나 일체형 필터 자체의 동작 특성에 악영향을 미칠 수 있으므로 금속 도체판(107)을 금속 패턴(103)의 전면에 위치하도록 부착한다.

종래의 일체형 유전체 필터는 내부 홀 방향의 길이가 대략 중심주파수의 1/4파장 길이이며 필터의 주파수 특성을 위해 금속 패턴(103)을 형성하여야 한다. 또한 금속 패턴(103)에 의한 전자기파의 방출로 인해 삽입손실이 증가하고 외부 전자기파의 영향을 많이 받을 수 있다.

본 발명은 유전체 필터의 길이를 줄여 궁극적으로 유전체 필터의 소형화를 이루는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 금속 패턴의 형성을 생략하여 필터로부터 외부로 방사되는 전자기파의 양을 감소시킴으로서 필터의 삽입손실을 줄이고, 외부로부터 입사되는 전자기파의 영향을 감소시키며 제작의 용이성을 높이는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유전체 필터는 종래의 유전체 필터와 달리 공진홀이 완전히 관통되어 있지 않고 몸체의 일정부분까지만 홀이 형성된 점을 구성의 특징으로 한다.

본 발명에 따른 유전체 필터의 다른 구성의 특징은 종래의 유전체 필터와 달리 공진기 간의 결합량을 조절하기 위한 금속 패턴이 형성되어 있지 않다는 점이다.

본 발명에 따른 유전체 필터의 세부적 구성의 특징은 공진기능을 수행하기 위한 다수의 공진홀이 직육면체 형상의 유전체 블록의 일면으로부터 시작되어 몸체를 완전히 관통하지 않고 대향하는 다른쪽면과 일정거리를 두고 구성되어 공진홀의 종단부근과 타면 사이에 정전용량을 형성하고, 상기 유전체 블록의 외면에 금속피막을 형성하고, 각 공진홀 사이의 결합량 크기를 조절하기 위해 각 공진홀 사이의 유전체 블록에 절단홈이 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 유전체 필터의 다른 세부적 구성의 특징은 공진홀 배열방향의 유전체 블록 길이가 중심주파수의 약 1/8 파장 길이인 점이다.

본 발명에 따른 유전체 필터의 또 다른 세부적 구성의 특징은 상기 절단홈의 금속피막 일부를 제거하여 주파수 특성을 미세 조정할 수 있는 점이다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명에 따른 일체형 세라믹 유전체 필터의 구성과 그에 따른 작용을 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시에 따른 일체형 유전체 필터의 구성을 나타낸 사시도이고, 도 4는 도 3의 배면도이고, 도 5는 도 3의 단면도이다.

종래의 일체형 필터와 달리 공진을 위한 공진홀이 완전히 관통되어 있지 않고 몸체의 일정부분 까지만 홀이 형성되어 있다. 또한, 각 공진기 간의 공진 주파수와 결합량을 조절하기 위한 금속패턴이 형성되어 있지 않다.

공진기능을 수행하기 위한 다수의 공진홀(230a, 230b, 230c)이 직육면체 형상의 유전체 블록(200)의 일면(201)으로부터 시작되어 몸체를 완전히 관통하지 않고 대향하는 다른쪽 면(202)과 일정거리를 두고 구성되어 공진홀(230a, 230b, 230c)의 종단부근과 타면 사이에 정전용량을 형성하고, 상기 유전체 블록의 외면에 금속피막을 형성하고, 각 공진홀 사이의 결합량 크기를 조절하기 위해 각 공진홀(230a, 230b, 230c) 사이의 유전체 블록(200)에 다수의 절단홈(240)이 형성되어 있다. 미설명된 210, 220은 입력단자 및 출력단자이다.

상기 공진홀(230a, 230b, 230c) 배열방향의 유전체 블록 길이(m)는 중심주파수의 1/8 파장 길이이다. 또한, 상기 공진홀의 길이가 서로 다른 것이 바람직하다. 예를 들어, 유전체 블록 몸체 중심부에 있는 공진홀(230b)의 길이를 "b"라 하고, 몸체 중심부로부터 외각에 있는 공진홀(230a, 230c)의 길이를 각각 "a" 및 "c"라고 할 때, 각 공진홀 길이의 관계는 a = c , a≠b(a~ >b) 와 같다. 바람직하게는 공진홀의 길이를 조절하는 것이겠지만, 경우에 따라서는 유전체 블록 중 공진홀의 개구면(201)과 대향되는 면(202)의 금속피막을 긁어내어 정전용량을 변경할 수도 있다.

공진홀의 종단부분과 몸체 표면에 형성된 금속 피막 사이의 정전용량에 의해 공진기의 공진주파수는 낮아진다. 따라서, 같은 공진주파수에 대해 기존의 일체형 세라믹 필터는 길이가 중심주파수의 1/4 파장 길이인 반면 본 발명에 따른 필터의 길이는 약 1/8파장 길이가 되어 크기를 축소할 수 있다. 공진홀의 말단과 몸체 최상부(202)의 간격을 가깝게 설계할수록 공진홀의 길이는 짧아진다.

공진홀의 길이가 약 1/8파장 길이이고 몸체의 최상면이 금속으로 모두 덮여 있으므로 공진기와 공진기 사이의 결합은 전적으로 공진홀에 의해서 발생한다. 따라서 본 발명의 세라믹 유전체 필터는 종래 기술에 따른 필터와 같은 금속 패턴(103)이 필요하지 않다.

도 2는 도 1에 도시된 종래 기술에 따른 유전체 필터의 등가회로도이고, 도 6은 본 발명에 따른 유전체 필터를 나타낸 도 3의 등가회로도이다. 두 등가회로도의 비교에서도 나타나는 바와 같이 공진기의 길이가 서로 다른 것을 알 수 있다. 즉, 종래 기술에서의 공진기의 길이는 1/4 파장(λ)인 반면, 본 발명에 따른 유전체 필터에서의 공진기의 길이는 약 1/8 파장(λ)을 나타낸다. 따라서, 종래의 유전체 필터에 비하여 길이를 반으로 줄일 수 있는 효과를 가질 수 있다.

대역통과 필터의 통과대역폭은 공진기와 공진기 사이에 발생하는 결합현상의 크기에 의해서 결정된다. 결합현상의 크기를 조절하기 위해 도 7에서 나타난 바와 같이 절단홈의 금속피막 일부를 제거하여 주파수 특성을 미세 조정할 수 있다.

또한, 도 8에서와 같이 본 발명에 따른 유전체 필터의 외부를 금속으로 씌워 제품화할 수 있다. 이러한 유전체 필터를 이용하여 안테나를 통해 필요한 주파수 대역의 신호만을 동시에 송·수신하기 위한 유전체 듀플렉서(duplexer)를 제조할 수 있다.

이상에서 상술한 바와 같이 본 발명은 몸체 내부의 홀을 관통시키지 않고 홀 말단과 몸체의 최상면 사이에 정전용량을 형성하여 홀의 길이를 축소하는 효과를 가지고 있다. 또한 공진기의 공진주파수와 결합량을 조절하기 위한 금속 패턴을 만들지 않아도 되므로 구조가 단순하며 몸체 내부의 전자기파를 차폐하는 효과가 크다.

도 1은 종래기술에 따른 일체형 유전체 필터를 나타낸 사시도,

도 2는 도 1의 등가회로도,

도 3은 본 발명의 일 실시에 따른 일체형 유전체 필터의 사시도,

도 4는 도 3의 배면 사시도,

도 5는 도 3의 단면도,

도 6은 도 3의 등가회로도,

도 7은 본 발명의 다른 실시에 따른 일체형 유전체 필터의 배면 사시도,

도 8은 본 발명에 따른 유전체 필터의 외부를 금속으로 씌워 제품화한 형태의 예시도이다.

Claims (5)

1. 공진기능을 수행하기 위한 다수의 공진홀이 직육면체 형상의 유전체 블록의 일면으로부터 시작되어 몸체를 완전히 관통하지 않고 대향하는 다른쪽 면과 일정거리를 두고 구성되어 공진홀의 종단부근과 타면 사이에 정전용량을 형성하고, 상기 유전체 블록의 외면에 금속피막을 형성하고, 각 공진홀 사이의 결합량 크기를 조절하기 위해 각 공진홀 사이의 유전체 블록에 절단홈이 형성된 것을 특징으로 하는 일체형 유전체 필터.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 공진홀 배열방향의 유전체 블록 길이가 중심주파수의 1/8 파장 길이인 것을 특징으로 하는 일체형 유전체 필터.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 공진홀의 길이가 서로 다른 것을 특징으로 하는 일체형 유전체 필터.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 절단홈의 금속피막 일부를 제거하여 주파수 특성을 미세 조정할 수 있는 것을 특징으로 하는 일체형 유전체 필터.
5. 제 1 항 내지 제 4 항에 기재된 유전체 필터를 포함한 것을 특징으로 하는 유전체 듀플렉서.