KR20060075648A - 대역통과필터 - Google Patents

Abstract

전체 면적을 줄여 소형화에 유리하고, 스퓨리어스 특성의 제어가 가능하여 모듈이나 시스템에 적용할 경우에 선형성을 향상시킬 수 있으며, 별도의 비아 홀 공정이 필요 없고, 간단히 제조할 수 있는 대역통과필터를 제공한다.

유전체 기판과, 상기 유전체 기판의 상면 좌우 양측에 형성되는 접지패턴과, 상기 접지패턴의 사이에 그 접지패턴과 수직으로 형성되는 K 인버터 패턴과, 상기 K 인버터 패턴의 중간부의 좌우 양측에 각기 형성되는 2개의 공진기와, 상기 유전체 기판의 배면에 형성되고, 상기 하나의 공진기에 입력신호를 전달하는 입력패턴과, 상기 유전체 기판의 배면에 형성되고, 상기 다른 하나의 공진기의 출력신호를 외부로 출력하기 위한 출력패턴으로 구성된다.

대역통과필터, 공진기, K 인버터, 결합패턴, 유전체기판,

Description

대역통과필터{Band pass filter}

도 1은 종래의 T형 대역통과필터의 구성을 보인 회로도.

도 2는 종래의 π형 대역통과필터의 구성을 보인 회로도.

도 3은 종래의 J 인버터로 구성된 대역통과필터를 보인 회로도.

도 4는 종래의 K 인버터로 구성된 대역통과필터를 보인 회로도.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 대역통과필터의 일 실시 예의 구성을 보인 사시도.

도 6a 및 도 6b는 본 발명의 대역통과필터를 일 실시 예의 구성을 보인 평면도 및 배면도.

도 7은 본 발명의 대역통과필터에 사용되는 공진기의 특성을 측정한 그래프.

도 8은 본 발명의 대역통과필터의 다른 실시 예의 구성을 보인 사시도.

도 9는 본 발명의 대역통과필터의 다른 실시 예의 동작특성을 측정한 그래프.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

500, 800 : 유전체 기판 510a, 510b, 810a, 810b : 접지패턴

520, 820a, 820b : K 인버터 패턴

530a, 530b, 830a, 830b, 830c, 830d : 공진기

531a, 531b : 전송선로 패턴 533a, 533b : 개방 스터브

540, 850 : 입력패턴 550, 860 : 출력패턴

840 : 2단 공진기 870 : 결합패턴

본 발명은 소정 주파수 대역의 신호를 통과시키고, 필요 없는 대역의 신호를 차단하는 대역통과필터에 관한 것이다.

일반적으로 소정의 신호를 처리하는 시스템에서 필요한 주파수 대역의 신호를 검출하고, 필요 없는 주파수 대역의 신호들을 차단하기 위하여 대역통과필터를 많이 사용하고 있다.

집중소자로 이루어지는 대역통과필터로서는 T형 대역통과필터와 π형 대역통과필터가 알려져 있다.

상기 T형 대역통과필터는 도 1에 도시된 바와 같이 입력부하(100) 및 출력부하(110)의 사이에 코일(L) 및 콘덴서(C)로 이루어지는 복수의 직렬 공진기(120)가 직렬로 접속되고, 각각의 직렬 공진기(120)의 접속점과 접지의 사이에 코일(L) 및 콘덴서(C)로 이루어지는 복수의 병렬 공진기(130)가 병렬로 접속되는 것이다.

그리고 상기 π형 대역통과필터는 도 2에 도시된 바와 같이 입력부하(100) 및 출력부하(110)의 사이에 코일(L) 및 콘덴서(C)로 이루어지는 복수의 직렬 공진기(130)가 병렬로 접속되고, 각각의 병렬 공진기(130)의 접속점과 접지의 사이에 코일(L) 및 콘덴서(C)로 이루어지는 복수의 직렬 공진기(120)가 병렬로 접속되는 것이다.

이러한 T형 및 π 형 대역통과필터는 프로토 타입(proto type)의 저역통과필터의 직렬 코일과 병렬 콘덴서를 직렬 공진기(120) 및 병렬 공진기(130)로 변환한 것으로서 프로토 타입으로부터 주파수 변환함수를 이용하여 코일 및 콘덴서를 공진기의 형태로 변환하였을 경우에 집중소자들의 값이 결정된다.

그러나 상기 T형 및 π 형 대역통과필터는 집중소자들의 값의 미세한 변화에도 대역통과필터의 특성이 급격하게 변화되고, 또한 대역통과필터의 구조상 직렬 공진기(120) 및 병렬 공진기(130)를 동시에 구현하기가 어려운 문제점이 있었다.

그러므로 실질적인 대역통과필터를 구현하기 위하여 이미턴스(Immittance) 변환특성을 가지는 인버터를 사용하여 한 종류의 공진기만을 사용하는 대역통과필터를 사용하고 있다.

도 3은 어드미턴스 인버터인 J 인버터를 사용하는 종래의 대역통과필터이다. 이에 도시된 바와 같이 J 인버터를 사용하는 종래의 대역통과필터는 입력부하(300)와 출력부하(310)의 사이에 복수의 J 인버터(320)를 병렬로 구비하고, 각각의 J 인버터(320)들의 사이에는 복수의 병렬 공진기(330)를 병렬로 구비하였다.

그리고 도 4는 임피던스 인버터인 K 인버터를 사용하는 종래의 대역통과필터이다. 이에 도시된 바와 같이 K 인버터를 사용하는 종래의 대역통과필터는 입력부하(300)와 출력부하(310)의 사이에 복수의 K 인버터(340)를 병렬로 구비하고, 각각의 K 인버터(330)들의 사이에는 복수의 직렬 공진기(350)를 직렬로 구비하였다.

이러한 대역통과필터들을 구현함에 있어서는 집중소자들 대신에 전송선로 등과 같은 분포정수 회로를 이용하여 대역통과필터의 J 인버터(320) 및 병렬 공진기(330)와, K 인버터(330) 및 직렬 공진기(350)를 구현해야 된다.

전송선로를 이용한 공진기를 구현함에 있어서는 종단이 단락된 λ/2 길이의 전송선로를 이용하여 직렬공진기를 구현하고, 종단이 단락된 λ/4 길이의 전송선로와 종단이 개방된 λ/2 길이의 전송선로를 이용하여 병렬 공진기를 구현하였다.

그러나 상기한 종래의 대역통과필터는 스퓨리어스 제어가 어렵고, 전체 대역통과필터의 크기가 공진기의 정해진 전기적 길이 정도로 크기 때문에 소형화에 많은 어려움이 있음은 물론 λ/4 길이의 전송선로를 이용하는 공진기의 경우에는 비아 홀 등을 이용하여 접지해야 되므로 제조공정이 매우 어려운 문제점이 있었다.

그러므로 본 발명의 목적은 전체 면적을 줄여 소형화에 유리한 대역통과필터를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 스퓨리어스 특성의 제어가 가능하여 모듈이나 시스템에 적용할 경우에 선형성을 향상시킬 수 있는 대역통과필터를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 별도의 비아 홀 공정이 필요 없고, 간단히 제조할 수 있는 대역통과필터를 제공하는데 있다.

이러한 목적을 가지는 본 발명의 대역통과필터는, 유전체 기판과, 상기 유전체 기판의 상면 좌우 양측에 형성되는 접지패턴과, 상기 접지패턴의 사이에 그 접지패턴과 수직으로 형성되는 K 인버터 패턴과, 상기 K 인버터 패턴의 중간부의 좌 우 양측에 각기 형성되는 2개의 공진기와, 상기 유전체 기판의 배면에 형성되고, 상기 하나의 공진기에 입력신호를 전달하는 입력패턴과, 상기 유전체 기판의 배면에 형성되고, 상기 다른 하나의 공진기의 출력신호를 외부로 출력하기 위한 출력패턴으로 구성됨을 특징으로 한다.

그리고 상기 K 인버터 패턴 및 2개의 공진기를 하나의 2단 공진기로 하여, 상기 유전체 기판 상면의 접지패턴의 사이에 2개 이상 복수 개의 2단 공진기를 형성하고, 상기 복수의 2단 공진기들 사이에 대향되는 유전체 기판의 배면에는 2단 공진기를 연결하기 위한 결합 패턴이 더 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 공진기는 상기 K 인버터 패턴의 중간부의 좌우 양측에 K 인버터 패턴과 수직으로 형성되는 전송선로 패턴과, 상기 전송선로 패턴의 단부에 스파이럴 형태로 형성되는 개방 스터브로 구성됨을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도 5 내지 도 9의 도면을 참조하여 본 발명의 대역통과필터를 상세히 설명한다.

도 5는 본 발명의 대역통과필터의 일 실시 예의 구성을 보인 사시도이고, 도 6a 및 도 6b는 본 발명의 대역통과필터의 일 실시 예의 구성을 보인 평면도 및 배면도이다. 여기서, 부호 500은 유전체 기판이다. 상기 유전체 기판(500)의 상면의 좌우 양측에는 소정의 폭을 가지는 접지 패턴(510a, 510b)이 형성되고, 접지 패턴(510a, 510b)의 사이에는 소정의 폭을 가지는 K 인버터의 패턴(520)이 형성된다.

상기 K 인버터 패턴(520)의 중간부의 좌우 양측에는 공진기(530a, 530b)를 형성하였다. 상기 공진기(530a, 530b)는, K 인버터 패턴(520)과 수직으로 전송선로 패턴(531a, 531b)이 형성되고, 그 전송선로 패턴(531a, 531b)의 단부에 스파이럴(spiral) 형태로 개방 스터브(533a, 533b)가 형성된다.

그리고 상기 유전체 기판(500)의 배면에는 입력신호를 상기 공진기(530a)로 전달하기 위한 입력 패턴(540)과, 상기 공진기(530b)의 출력신호를 외부로 출력하기 위한 출력 패턴(550)이 형성된다.

이러한 구성을 가지는 본 발명의 대역통과필터의 일 실시 예는 입력패턴(540)으로 필터링할 소정의 신호가 입력될 경우에 그 입력된 신호는 입력패턴(540)에서 공진기(530a)로 전달되어 공진되고, 공진기(530a)에서 공진된 신호는 K 인버터 패턴(520)을 통해 공진기(530b)로 전달되어 다시 공진된 후 출력패턴(550)을 통해 외부로 출력된다.

이러한 본 발명의 대역통과필터에 있어서, 공진기(530a, 530b)의 개방 스터브(533a, 533b)의 길이를 조절하면서 특성을 측정하여 도 7에 도시된 바와 같은 결과를 얻었다. 도 7의 그래프에서와 같이 본 발명의 공진기(530a, 530b)는 개방 스터브(533a, 533b)의 길이가 길어짐에 따라 공진기(530a, 530b)의 기준 공진주파수(Fundamental Resonant Frequency)(f0)가 점점 낮아지는 것으로서 이러한 공진기(530a, 530b)의 특성을 이용하여 대역통과필터의 전체 크기를 줄일 수 있다. 또한 개방 스터브(533a, 533b)의 길이가 길어짐에 따라 기준 공진주파수(f0)에 대한 제 1 스퓨리어스 공진주파수(First Spurious Resonant Frequency)(f1)의 비가 점점 커지고 있는 것으로서 개방 스터브(533a, 533b)의 길이로 스퓨리어스 특성의 제어가 가능함을 알 수 있다.

도 8은 본 발명의 대역통과필터의 다른 실시 예를 보인 평면도이다. 이에 도시된 바와 같이 본 발명의 다른 실시 예는 유전체 기판(800)의 상면의 좌우 양측에는 소정의 폭을 가지는 접지 패턴(810a, 810b)을 형성하고, 접지 패턴(810a, 810b)의 사이에는 소정의 폭을 가지는 2개의 K 인버터의 패턴(820a, 820b)을 형성하며, 상기 2개의 K 인버터 패턴(820a, 820b)의 중간부의 좌우 양측에는 각기 공진기(830a, 830b)(830c, 830d)를 형성하였다. 즉, 본 발명의 다른 실시 예는 K 인버터 패턴(820a)(820b) 및 2개의 공진기(830a, 830b)(830c, 830d)를 하나의 2단 공진기로 하여, 상기 유전체 기판(500) 상면의 접지패턴(810a, 810b)의 사이에 2개 이상 복수 개의 2단 공진기(840)를 형성하였다.

그리고 상기 유전체 기판(800)의 배면에는 입력패턴(850) 및 출력패턴(860)을 형성하고, 상기 공진기(830b, 830c) 사이의 유전체 기판(800)의 배면에는 공진기(830b, 830c)를 상호간에 결합 즉, 복수 개의 2단 공진기(840)를 상호간에 결합하기 위한 결합 패턴(870)이 형성된다.

이러한 구성을 가지는 본 발명의 다른 실시 예는 입력패턴(850)으로 필터링할 소정의 신호가 입력될 경우에 그 입력된 신호는 입력패턴(850)에서 공진기(830a)로 전달되어 공진되고, 공진기(830a)에서 공진된 신호는 K 인버터 패턴(820a)을 통해 공진기(830b)로 전달되어 다시 공진된 후 결합패턴(870)을 통해 공진기(830c)로 전달되어 공진되며, 공진기(830c)에서 공진된 신호는 K 인버터 패턴(820b)을 통해 공진기(830d)로 전달되어 다시 공진된 후 출력패턴(860)을 통해 외 부로 출력된다.

상기 4단 공진기(830a∼830d)를 가지는 본 발명의 다른 실시 예의 동작 특성을 측정한 결과 도 9에 도시된 바와 같은 결과를 얻었다. 도 9의 그래프에서와 같이 본 발명의 대역통과필터는 약 11.5∼15㎓의 신호를 손실이 거의 발생됨이 없이 출력되고, 그 이외의 주파수 대역의 신호는 급격히 감소되는 것을 알 수 있다.

한편, 상기에서는 본 발명을 특정의 바람한 실시 예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있다. 즉, 상기에서는 2단 및 4단 공진기를 사용하여 대역통과필터를 구현하는 것을 예로 들어 설명한 것으로서 본 발명을 실시함에 있어서는 2단 공진기를 기본으로 하고, 그 2단 공진기를 유전체 기판에 복수 개를 형성하여 원하는 주파수의 신호를 대역 필터링하게 구성할 수 있는 등 여러 가지로 변형 실시할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 유전체 기판에 K 인버터와 개방 스터브를 가지는 공진기를 형성하여 원하는 주파수 대역의 신호를 대역 필터링하는 것으로서 전체 면적을 줄여 소형화에 유리하고, 스퓨리어스 특성의 제어가 가능하여 모듈이나 시스템의 선형성을 향상시킬 수 있으며, 또한 비아 홀 공정이 필요 없고, 간단히 제조할 수 있는 등의 효과가 있다.

Claims (4)

1. 유전체 기판;

   상기 유전체 기판의 상면 좌우 양측에 형성되는 접지패턴;

   상기 접지패턴의 사이에 그 접지패턴과 수직으로 형성되는 K 인버터 패턴;

   상기 K 인버터 패턴의 중간부의 좌우 양측에 각기 형성되는 2개의 공진기;

   상기 유전체 기판의 배면에 형성되고, 상기 하나의 공진기에 입력신호를 전달하는 입력패턴; 및

   상기 유전체 기판의 배면에 형성되고, 상기 다른 하나의 공진기의 출력신호를 외부로 출력하기 위한 출력패턴으로 구성된 대역통과필터;
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 K 인버터 패턴 및 2개의 공진기를 하나의 2단 공진기로 하여, 상기 유전체 기판 상면의 접지패턴의 사이에 2개 이상 복수 개의 2단 공진기를 형성하는 것을 특징으로 하는 대역통과필터.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 복수의 2단 공진기 사이에 대향되는 유전체 기판의 배면에는;

   2단 공진기를 연결하기 위한 결합 패턴이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 대역통과필터.
4. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 공진기는;

   상기 K 인버터 패턴의 중간부의 좌우 양측에 K 인버터 패턴과 수직으로 형성되는 전송선로 패턴; 및

   상기 전송선로 패턴의 단부에 스파이럴 형태로 형성되는 개방 스터브로 구성됨을 특징으로 하는 대역통과필터.

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