KR20050081740A - 듀플렉서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 송신단으로부터 전송된 신호를 안테나단에 전송하는 송신 필터, 이중모드결합형쏘필터로 구성되어 상기 안테나단을 통하여 전송된 신호를 수신하는 수신 필터, 상기 송신 필터 및 수신 필터를 안테나단과 매칭하기 위하여 상기 안테나단에 병렬로 연결되는 매칭부로 구성된 것으로서, 위상 천이기가 필요없게 됨으로써 HTCC 패키지의 사용이 가능해지고 별도의 외부 매칭 회로가 불필요함으로 인한 사용의 간편성, HTCC 자체의 고강도성으로 인해 내구성이 강해지게 되고, 그로인해 심실링을 사용할 수 있다.

Description

듀플렉서{Duplexer}

본 발명은 송신필터, 수신필터, 매칭부로 구성된 듀플렉서에 있어서, 수신필터를 이중모드결합형쏘필터를 구성하는 듀플렉서에 관한 것이다.

최근들어 이동통신 단말기의 복합 다기능화, 슬림화 및 저가격화와 더불어 적용되는 RF 부품 또한 소형화의 요구가 거세게 다가오고 있다.

통신 기기의 소형화와 고성능화와 더불어 신호를 송수신할때, 신호의 일정 대역 주파수만을 필터하여 송신하거나 수신할때 일정한 주파수 대역의 신호만을 수신할 수 있도록 하는 쏘 필터를 채택하는 경우가 많아지고 있는데, 그중에서도 RF 필터의 경우에는 신호 처리 효율이 좋은 쏘 공진자 필터를 널리 사용하고 있다.

쏘 듀플렉서는 휴대전화기로 대표되는 이동 통신 기기에 있어서, 신호의 송신과 수신이 동시에 이루어지도록 상호간의 간섭을 최소화하는 필터로 사용되는데. 송신용 필터와 수신용 필터로 구성되어 있으며, 각각의 필터는 등과 같은 압전체 상에 전기적인 입력 신호를 기계적인 진동을 변화시키는 입력 변환기와 이와 대립 형성되어 있으며 기계적인 진동을 전기적인 신호로 변환하여 부하로 출력시키는 출력 변환기가 형성되어 있고, 상기 입력 변환기와 출력 변환기에는 빗살 형태의 알루미늄 전극이 서로 소정거리 이격 형성되어 있다.

그리고 상기와 같은 쏘 듀플렉서는 고주파 성능이 우수한 저온 동시 소성 세라믹(LTCC)라고 하는 기술에 의하여 세라믹 적층 기판상에 형성된 회로 소자들과 일체의 패키지 형태로 제조되고 있다.

쏘 필터의 패키징에 사용된 일반적인 패키지는 알루미나 세라믹과 전극 재료로서 W, Mo를 사용하여 고온에서 제작하는 HTCC패키지 인데, 전극 재료의 전기 전도율 저하로 인해 쏘 필터를 내장한 듀플렉서나 FEM과 같은 복합화된 소자의 경우 회로용 수동 소자를 패키지 내부에 패턴의 형태로 구현할 수 없기 때문에 집적화와 소형화에 어려움이 있다.

따라서, 상기 LTCC를 사용하면 전기 전도도가 우수한 전극 재료를 사용할 수 있고, 저온에서 금속과 그 세라믹 기판이 동시에 만들어지는 코파이어 공정기술이기 때문에 집적화와 소형화를 이룰수 있다.

쏘 듀플렉서의 경우 사용자의 저가격화의 요구에 따라 부품의 저가격화도 지속적으로 이루어지고 있다. 듀플렉서는 송신시는 불요의 수신신호가 임피던스 무한대로 되어 완전 격리가 이루어져야하고 반대로 수신시에는 불요의 송신신호가 임피던스 무한대가 되어 완전 격리가 이루어져야한다.

종래의 쏘 듀플렉서의 설계기법에 따른 경우는 필터의 설계 구조상 수신 대역에서는 송신필터의 임피던스가 거의 무한대에 있기 때문에 상기 조건에 만족되지만, 송신 대역에서는 수신 필터의 임피던스가 단락에 가까울 정도로 낮게 형성되어 있기 때문에 칩에 있어서 설계적으로 완전 격리가 이루어지기 힘들어서 수신 필터의 안테나 단자측에 위상천이기를 별도로 장착해주어야했다.

위상 천이기는 송신대역에서의 수신필터의 임피던스를 거의 무한대로 이동시켜줌으로써 듀플렉서의 양방향 통신을 가능하게 해주는 핵심 요소 역할을 수행하게 된다.

이러한 위상 천이기는 일반적으로 고주파 회로에 전극의 방사저항 손실을 최소로 할 수 있는 저온 동시 소성 세라믹 패키지 내에 스트립 라인 형태로 내장시켜 구현하게 된다. 스트립 라인의 길이는 주파수와 사용되는 LTCC소재의 유전률에 의해 결정이 되는데 일반적으로 800MHz대 제품에 적용된 일반적인 소재의 LTCC 패키지의 경우 스트립 라인의 길이가 약 30mm정도로서 상당히 길이가 길어지는바, 제품의 경박 단소화를 구현하는데 있어서 사이즈면에서 제약이 따르며 또한, LTCC 자체의 특성상 기계적인 내구성이 취약하고 저가격화하기가 힘든 소재이므로 듀플렉서의 저가격화에 장애 요인으로 작용하고 있다.

이하 도면을 참조하여 종래의 LTCC를 이용한 듀플렉서에 대하여 설명하기로 한다.

도 1은 종래의 LTCC를 이용한 듀플렉서의 구성을 개략적으로 나타낸 블럭도, 도 2a 및 도 2b는 일반적인 1포트 공진기를 나타낸 도면, 도 3은 종래의 송신필터를 나타낸 도면, 도 4는 종래의 수신필터를 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, LTCC를 이용한 듀플렉서는 송신 필터(104), 수신 필터(108), 위상 천이기(110)로 구성된다.

상기 송신필터(104)는 송신단으로부터 전송된 신호를 안테나단으로 전송하는 역할을 하고, 상기 수신필터(108)는 안테나단을 통하여 전송된 신호를 수신하는 역할을 한다.

상기 송신 필터(104)와 수신필터(108)는 도 2a 및 도 2b와 같은 1포트 공진기를 직렬과 병렬로 접속한 래더형일 수 있다.

일반적인 1 포트 공진기는 도2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 입력 단자로 입력되는 외부 신호를 필터링하는 입출력 인터디지털 트랜스듀서(InterDigital Transducer, 이하 IDT라 함)와, 상기 입출력 IDT를 통해 필터링된 외부로 출력되는 출력단자로 구성된다.

또한, 상기 1 포트 공진기는 상기 입출력 IDT에서 외부 신호가 필터링될 때 신호가 손실되는 것을 방지하기 위해 상기 입출력 IDT의 양측에 반사부가 형성된다. 이러한 상기 1 포트 공진기를 직렬 및 병렬 연결하여 구성함으로써, 다양한 래더타입(Ladder type)의 언밸런스형 표면탄성파 필터를 구성할 수 있다.

상기 송신 필터(104)에 대하여 도 3을 참조하고, 상기 수신필터(108)에 대하여 도 4를 참조하여 설명하기로 한다.

도 3을 참조하면, 상기 송신필터(104)는 수신대역에서 무한대 임피던스를 갖도록 하기 위해서 안테나단에 처음으로 배치되는 공진기를 직렬 공진기(200a)로 설계한다.

상기 송신필터(104)에 대하여 좀더 상세히 살펴보면, 제1 공진기(200f)는 송신 입력단에 직렬로 연결되고, 제2 공진기(200e)는 상기 제1 공진기(200f)의 출력과 병렬로 연결된다. 이때, 상기 제2 공진기(200e)는 상기 제1 공진기(200f)의 출력과 접지 사이에 형성된다.

또한, 제3 공진기(200d)와 제4 공진기(200c)는 상기 제1 공진기(200f)의 출력에 직렬로 연결되고, 상기 제5 공진기(200b)는 상기 제4 공진기(200c)의 출력과 병렬로 연결된다. 이때, 상기 제5공진기(200b)는 상기 제4 공진기(200c)의 출력과 접지 사이에 형성된다.

제 6공진기(200a)는 상기 제4 공진기(200c)와 직렬로 연결되어 상기 안테나단과 직렬로 연결된다.

도 4를 참조하면, 상기 수신필터(108)는 위상 천이기(110)의 길이를 최소화하기 위해서 안테나단에 처음으로 배치되는 공진기를 병렬 공진기(300a)가 되도록 설계한다.

상기 수신 필터(108)에 대하여 좀더 상세히 살펴하면, 제1 공진기(300a)는 상기 안테나단에 병렬로 연결되고, 제2 공진기(300b)는 상기 안테나단에 직렬로 연결된다. 이때, 상기 제1 공진기(300a)는 상기 안테나단과 접지 사이에 형성된다.

제3 공진기(300c)는 상기 제2 공진기(300b)의 출력에 병렬로 연결되고, 상기 제4 공진기(300d)는 상기 제2 공진기(300b)의 출력에 직렬로 연결된다.

제5 공진기(300e)는 상기 제4 공진기(300d)의 출력에 병렬로 연결되고, 상기 제6 공진기(300f)는 상기 제4공진기(300d)의 출력에 직렬로 연결된다.

제7 공진기(300g)는 상기 제6 공진기(300f)의 출력과 수신 출력단사이에 병렬로 연결되는데, 상기 제7공진기(300g)는 접지로 연결된다.

상기 위상 천이기(110)는 세라믹층부내에 스트립라인 형태로 구성된다. 즉, 상기 위상 천이기(110)는 세라믹층부의 상부·하부 그라운드 패턴과 신호패턴 즉, 트레이스를 포함하여 구성된다.

상기 위상 천이기(110)는 송신시는 불요의 수신신호가 임피던스 무한대로 되어 완전 격리가 이루어지게 하고, 수신시에는 불요의 송신신호가 임피던스 무한대가 되어 완전 격리를 이루기 위해서 설치된다.

그러나 상기와 같은 종래의 LTCC 패키지의 경우에는 길이가 약 30mm로서 상당히 길어서 경박 단소화를 목표로 하는 사용자의 요구를 만족시키기에는 많은 제약 사항이 있는 문제점이 있다.

또한, LTCC는 근본적으로 외부 충격에 대한 내구성이 취약하고 그로인해 일반적인 쏘 필터의 제조공법으로 제작하기는 곤란하여 접착제로서 고가의 AuSn이 도포된 리드를 사용해서 리플로우 솔더링 공법을 적용해야하는 불편함이 있다.

또한, LTCC제조 공정에 따라 제조되는 쏘 듀플렉서 패키지는 칩을 제외하고 위상 천이기를 포함한 회로 소자들 모두를 LTCC재료에 의하여 제조하므로 제조 단가가 높은 단점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 HTCC를 사용하고 그로 인해 심실링을 사용할 수 있게 하는 듀플렉서를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 리드 재료비의 격감 및 공정을 단순하게하여 원가를 절감할 수 있는 듀플렉서를 제공할 수 있다.

상기 목적들을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따르면, 송신단으로부터 전송된 신호를 안테나단에 전송하는 송신 필터, 이중모드결합형쏘필터로 구성되어 상기 안테나단을 통하여 전송된 신호를 수신하는 수신 필터, 상기 송신 필터 및 수신 필터를 안테나단과 매칭하기 위하여 상기 안테나단에 병렬로 연결되는 매칭부을 포함하는 것을 특징으로 하는 듀플렉서가 제공된다

상기 송신 필터는 안테나 단자측에 위치한 첫번째 공진기를 병렬 공진기로한 래더형 필터이고, 상기 수신 필터는 안테나 단자측에 커패시터가 직렬로 연결되어 있고, 상기 커패시터뒤에 이중모드 결합형 쏘필터를 다중으로 병렬 접속되어 있다.

상기 매칭부는 마이크로스트립라인 형태의 인덕터이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 듀플렉서의 구성을 개략적으로 나타낸 도면, 도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 송신필터의 구성을 개략적으로 나타낸 도면, 도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 수신필터의 구성을 개략적으로 나타낸 도면, 도 8은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 수신단용 DMS 필터를 나타낸 도면이다.

도 5를 참조하면, 듀플렉서는 송신 필터(504), 수신 필터(508), 매칭부(510)로 구성된다.

상기 송신필터(504)는 송신단으로부터 전송된 신호를 안테나단으로 전송하는 역할을 하고, 상기 수신필터(508)는 안테나단을 통하여 전송된 신호를 수신하는 역할을 한다. 상기 송신 필터(504)는 1포트 공진기를 직렬과 병렬로 접속한 래더형 필터를 사용하고, 상기 수신 필터는 이중모드결합형 쏘필터(DMS필터)를 다중으로 병렬 접속시키고, 안테나단에 커패시터가 직렬로 연결된 구조를 가진다.

상기 송신필터에 대하여 도 6을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 6을 참조하면, 송신필터(504)는 수신대역에서 무한대 임피던스를 갖도록 하기 위해서 안테나단에 처음으로 배치되는 공진기를 병렬 공진기(600a)로 한 래더형 필터를 사용한다.

상기 송신필터(504)에 대하여 좀더 상세히 살펴보면, 제1 공진기(600g)는 송신 입력단에 직렬로 연결되고, 제2 공진기(600f)는 상기 제1 공진기(600g)의 출력과 병렬로 연결된다. 이때, 상기 제2 공진기(600f)는 상기 제1 공진기(600g)의 출력과 접지 사이에 형성된다.

또한, 제3 공진기(600e)와 제4 공진기(600d)는 상기 제1 공진기(600g)의 출력에 직렬로 연결되고, 상기 제5 공진기(600c)는 상기 제4 공진기(600d)의 출력과 병렬로 연결된다. 이때, 상기 제5공진기(600c)는 상기 제4 공진기(600d)의 출력과 접지 사이에 형성된다.

제 6공진기(600b)는 상기 제4 공진기(600d)의 출력과 직렬로 연결되고, 제7 공진기(600a)는 상기 제6 공진기(600b)의 출력에 병렬로 연결되어, 안테나단에 병렬로 연결되고, 접지로 연결된다.

상기 수신필터에 대하여 도 7을 참조하여 설명하기로 한다.

도 7을 참조하면, DMS 필터(700)가 다중으로 병렬 접속되어 있고, 안테나단에 커패시터(710)가 직렬로 연결되어 있다.

상기 DMS 필터(700)에 대하여 도 8을 참조하여 설명하기로 한다.

도 8을 참조하면, DMS 필터(700)는 기본 모드와 3차 모드의 2개의 모드를 갖고, 저주파측에서의 억압도가 높다고 하는 특징을 갖는다. DMS(700)는, 3개의 IDT(810)와 2개의 반사기(800)를 갖는다. IDT(810) 각각의 한쪽의 인터디지털형 전극은 신호선을 개재하여 IDT(810)의 한쪽의 인터디지털형 전극에 접속되어 있다. IDT(810)의 다른 쪽의 전극은 외부 접속 단자(예를 들면, 입력 단자로서 이용된다)(820)에 접속되어 있다. IDT(810)의 각각의 다른 쪽의 인터디지털형 전극(825)은 접지되어 있다. IDT(810)의 한쪽의 전극은 외부 접속 단자(예를 들면, 출력 단자로서 이용된다)(830)에 접속되고, 다른 쪽의 전극(835)은 접지되어 있다

즉, DMS 필터(700)는 양측 가장 자리의 반사기로 구성된 공진 캐비티내에 IDT(810)를 배치시키고 감쇄량을 증가시키기 위해 상단과 하단으로 종속 접속을 하게 되는데, 전기적으로는 입력단자(820), 출력 단자(830), 입력 접지(825) 및 출력 접지(835)로 구성된다.

상기와 같은 DMS(700)를 다수개 병렬 접속시켜서, DMS마다 공진 주파수를 약간 다르게 함으로써 주파수 특성을 개선할 수 있고, 다수개의 병렬 접속하게 되면 전류 분산에 의한 내전력 향상의 효과가 있다.

또한 DMS 필터(700)는 래더형 필터에 비해 와이어 본딩 구조에 따른 감쇠량의 변화가 적을 뿐만 아니라 더 큰 감쇠량을 얻을수 있기 때문에 수신단 필터에 있어 다수개의 병렬 접속한 DMS 구조를 선택한다.

또한, 위상 천이기를 사용하지 않고 간단한 임피던스 매칭 소자를 부가함으로써 듀플렉서 성능을 구현할 수 있도록 수신단 필터의 칩상의 안테나 단자측에 패턴으로 커패시터를 구현한다.

상기와 같은 구조를 갖는 송신필터(504)와 수신필터(508)를 사용하면, 위상 천이기가 필요없어지고, LTCC를 사용할 필요없이 HTCC 세라믹 패키지의 사용이 가능해진다.

상기 매칭부(510)는 안테나단에 전력을 최대로 전달하기 위한 것으로서, 인덕터를 병렬로 실장한 형태이다.

상기 매칭부(510)는 외부 PCB상에 구현할 수 있고, 패키지 내부에 패턴으로도 구현할 수 있다.

도 9는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 듀플렉서 주파수 특성을 나타낸 도면이다.

도 9를 참조하면, 수신필터에서 안테나측에 커패시터를 삽입하고 송신과 수신의 안테나 단자를 병렬로만 접속시킨 후, 안테나 매칭을 했을때의 주파수 특성을 나타낸 것으로 저주파수측의 송신 필터와 고주파측의 수신 필터 모두 정상적인 특성이 나옴을 알 수 있다. 또한, DMS 설계 기법의 수신필터를 택함으로써 감쇠특성이 커짐을 알 수 있다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 물론이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 위상 천이기가 필요없게 됨으로써 HTCC 패키지의 사용이 가능해지고 별도의 외부 매칭 회로가 불필요함으로 인한 사용의 간편성, HTCC 자체의 고강도성으로 인해 내구성이 강해지게 되고, 그로인해 심실링을 사용할 수 있게 되는 듀플렉서를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 리드 재료비의 격감 및 공정이 단순함으로 인한 원가 절감 효과가 있는 듀플렉서를 제공할 수 있다.

도 1은 종래의 LTCC를 이용한 듀플렉서의 구성을 개략적으로 나타낸 블럭도.

도 2a 및 도 2b는 일반적인 1포트 공진기를 나타낸 도면.

도 3은 종래의 송신필터를 나타낸 도면.

도 4는 종래의 수신필터를 나타낸 도면.

도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 듀플렉서의 구성을 개략적으로 나타낸 도면.

도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 송신필터의 구성을 개략적으로 나타낸 도면.

도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 수신필터의 구성을 개략적으로 나타낸 도면.

도 8은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 수신단용 DMS 필터를 나타낸 도면.

도 9는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 듀플렉서 주파수 특성을 나타낸 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

504 : 송신필터 508 : 수신필터

510 : 매칭부

Claims (4)

1. 송신단으로부터 전송된 신호를 안테나단에 전송하는 송신 필터;

   이중모드결합형쏘필터로 구성되어 상기 안테나단을 통하여 전송된 신호를 수신하는 수신 필터;및

   상기 송신 필터 및 수신 필터를 안테나단과 매칭하기 위하여 상기 안테나단에 병렬로 연결되는 매칭부

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 듀플렉서.
2. 제1항에 있어서,

   상기 송신 필터는 안테나 단자측에 위치한 첫번째 공진기를 병렬 공진기로한 래더형 필터인 것을 특징으로 하는 듀플렉서.
3. 제1항에 있어서,

   상기 수신 필터는 안테나 단자측에 커패시터가 직렬로 연결되어 있고, 상기 커패시터뒤에 이중모드 결합형 쏘필터를 다중으로 병렬 접속된 것을 특징으로 하는 듀플렉서.
4. 제1항에 있어서,

   상기 매칭부는 마이크로 스트립라인 형태의 인덕터인 것을 특징으로 하는 듀플렉서.