KR20070075936A

KR20070075936A - Ｓｉｒ형 밴드패스필터

Info

Publication number: KR20070075936A
Application number: KR1020060004725A
Authority: KR
Inventors: 오세창
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2006-01-17
Filing date: 2006-01-17
Publication date: 2007-07-24

Abstract

본 발명에 의한 SIR형 밴드패스필터는 양 끝단이 접지단과 연결된 제1스트립라인; 양 끝단이 접지단과 연결되고, 상기 제1스트립라인과 소정 거리를 두어 위치되는 제2스트립라인; 및 상기 제1스트립라인 및 제2스트립라인 사이에 연결되어 공진 수치를 결정하는 커패시터로 이루어지는 것으로서, 상기 커패시터는 상기 제1스트립라인 및 제2스트립라인의 상하로 위치되는 제2금속박막층과 제1금속박막층, 상기 금속박막층들을 절연시키는 유전체층을 포함하여 분포소자 형태로 이루어진다.

또한, 본 발명에 의한 SIR형 밴드패스필터는 상기 스트립라인들이 형성되는 제1금속박막층; 상기 제1금속박막층의 위로 위치되고, 비아홀이 형성된 유전체층; 및 집중소자 형태로서, 상기 비아홀을 통하여 상기 스트립라인들과 통전되는 상기 커패시터가 실장되고, 유전체층의 위로 위치되는 제2금속박막층으로 이루어진다.

본 발명에 의하면, 스트립라인들의 위치를 이동시킬 필요 없이 전자 소자의 수치를 조정함으로써 종래의 방식보다 용이하고 정확하게 필터의 특성을 구현할 수 있으며, 스트립라인의 구조적 요소와 함께 전자 소자를 이용하여 필터 특성을 구현함으로써, 설계 상의 자유도가 확보되고, 공정 상의 오차가 발생되더라도 전자소자의 튜닝을 통하여 용이하게 오차를 보정할 수 있는 효과가 있다.

Description

ＳＩＲ형 밴드패스필터{Band pass filter of Stepped Impedance Resonator type}

도 1은 종래의 SIR형 밴드패스필터의 S파라미터 특성을 도시한 그래프.

도 2는 종래의 SIR형 밴드패스필터의 두 스트립라인간의 거리가 변화됨에 따라 폴(Pole)의 위치가 이동되는 S파라미터 특성을 도시한 그래프.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 SIR형 밴드패스필터가 회로로 구현되는 형태를 예시적으로 도시한 회로도.

도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 SIR형 밴드패스필터의 형태를 도시한 투시 사시도.

도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 SIR형 밴드패스필터의 형태를 도시한 분해 사시도.

도 6은 본 발명의 제1실시예 또는 제2실시예에 따른 SIR형 밴드패스필터의 S파라미터 특성을 도시한 그래프.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

100: SIR형 밴드패스필터 110: 제1스트립라인

120: 제2스트립라인 130, 160: DC 차단 커패시터

140, 150: 부하 커패시터 170: 커플링 커패시터

172: 제1금속박막층 174: 유전체층

176: 제2금속박막층 P1: 스트립라인 실장층

P2: 절연층 P3: 커패시터 실장층

본 발명은 통신모듈에 사용되는 밴드패스필터에 관한 것이다.

현재, 널리 사용되고 있는 휴대폰, 스마트폰, PDA(Personal Digital Assistant), RFID(Radio Frequency IDentification) 장치와 같은 이동통신단말기에는 각종 전자소자가 기판 상에 집적된 통신모듈이 구비된다.

이러한 통신모듈은 듀플렉서단, RF송수신단, 중간주파처리단, 베이스밴드처리단 등으로 이루어지는데, 각 구성단에는 고조파, 반사파와 같은 불요파 성분의 신호를 제거하거나, 송수신 신호를 분리하거나, 증폭기 또는 믹서와 같은 회로의 입출력 임피던스를 매칭시키기 위하여 필터가 삽입된다.

또한, 이동통신단말기 제품의 소형화 추세에 따라 LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramic) 기판에 수동 부품을 패터닝(Patterening) 처리함으로써 부품의 개수 및 실장 영역을 감소시키는 방법이 많이 이용되고 있다.

특히, LTCC 공정의 용이성, 최소화된 사이즈 등의 장점으로 인하여 밴드패스필터로서 SIR(Stepped Impedance Resonator)이 이용되며, SIR는 두 개의 스트립라인이 나란히 대칭적으로 배치되고 스트립라인의 폭의 차이에 따른 임피던스의 차 이를 이용하여 특정 주파수에서 공진을 발생시킴으로써 밴드패스필터로 기능된다.

이와 같은 종래의 SIR형 밴드패스필터는 스트립라인의 길이와 형태에 따른 임피던스의 차이, 그리고 각 스트립라인의 이격 거리에 따라 통과 대역 주파수가 결정되는데, 이에 대하여 살펴보면 다음과 같다.

도 1은 종래의 SIR형 밴드패스필터의 S파라미터 특성을 도시한 그래프이고, 도 2는 종래의 SIR형 밴드패스필터의 두 스트립라인 간의 거리가 변화됨에 따라 폴(Pole)의 위치가 이동되는 S파라미터 특성을 도시한 그래프이다.

도 1에 의하면, 종래의 SIR형 밴드패스필터의 S파리미터 특성(A)이 도시되어 있는데, 통과 대역(가령, 무선랜(Wireless LAN)의 경우 약 2.4GHz 대역)에서 0 dB에 근접되는 수치로 급격하게 상승되고, 그 이외의 영역에서는 낮은 전력 수치를 보임으로써 설계된 필터가 대역통과필터로 동작됨을 확인할 수 있다.

특히, 필터를 설계함에 있어서, 감쇠 폴(Attenuation pole)의 위치가 중요한데, 도 1의 그래프 상에는 감쇠 폴(B)이 약 1.4 GHz 위치에서 형성되며 필터가 사용되는 환경에 따라 그 위치를 저주파수 대역 또는 고주파수 대역으로 이동시킬 필요성이 있다.

이때, SIR형 밴드패스필터의 두 스트립라인 사이에서 발생되는 전자계 커플링(Electromagnetic coupling)의 정도에 따라 감쇠 폴(B)의 위치가 결정되며, 전자계 커플링의 정도는 두 스트립라인의 이격 거리에 의존한다.

도 2를 참조하면, 종래의 SIR형 밴드패스필터에 구비되는 두 스트립라인의 거리에 따른 4가지의 S파라미터 특성(A1, A2, A3, A4)이 측정되어 있으며, 거리가 멀어짐에 따라 감쇠 폴(B1, B2, B3, B4)의 위치가 저대역 주파수 측으로 이동됨을 알 수 있다.

이렇게 스트립라인 간의 거리를 조정함으로써 감쇠 폴(B)의 위치를 결정하는 종래의 방식은, 스트립라인의 위치를 바꾸는 공정을 처리해야 하므로 작업이 까다롭고 시간이 많이 소요되는 문제점이 있다.

또한, 설계에 의거하여 스트립라인의 위치를 조정한다고 하여도 공정 상에서 발생되는 오차로 인하여 이론 상의 수치와 실제 실험 수치가 상이해지는 경우가 빈번히 발생되고, 이러한 경우, 필터의 특성을 정확히 구현하기가 어려워지며, 전체 통신모듈의 동작에도 영향을 주게 된다.

본 발명은 스트립라인 간의 거리를 조정함으로써 감쇠 폴의 위치를 결정하는 종래의 단순한 방식을 탈피하여 전자 소자를 이용하여 커플링 정도를 조정함으로써 설계된 필터 특성을 정확히 구현할 수 있는 SIR형 밴드패스필터를 제공한다.

또한, 본 발명은 필터의 용도, 수치의 정확도, 필터의 사이즈를 고려하여 LTCC형 기판의 구조를 이용함으로써 스트립라인 간의 전자계 커플링 정도를 조정하는 전자 소자를 분포 소자 또는 집중 소자의 형태로 구현할 수 있는 SIR형 밴드패스필터를 제공한다.

본 발명에 의한 SIR형 밴드패스필터는 양 끝단이 접지단과 연결된 제1스트립라인; 양 끝단이 접지단과 연결되고, 상기 제1스트립라인과 소정 거리를 두어 위치 되는 제2스트립라인; 및 상기 제1스트립라인 및 상기 제2스트립라인 사이에 연결되어 공진 수치를 결정하는 커패시터를 포함한다.

또한, 본 발명에 의한 SIR형 밴드패스필터의 상기 제1스트립라인 및 상기 제2스트립라인은 저 임피던스 섹션 및 고 임피던스 섹션의 두 부분으로 구성된다.

또한, 본 발명에 의한 SIR형 밴드패스필터에 구비되는 상기 제1스트립라인 및 상기 제2스트립라인의 상기 저 임피던스 섹션 및 상기 고 임피던스 섹션은 각각 상호 대향하게 위치된다.

또한, 본 발명에 의한 SIR형 밴드패스필터에 구비되는 상기 커패시터는 상기 제1스트립라인 및 제2스트립라인의 밑으로 위치되는 제1금속박막층; 상기 제1스트립라인 및 제2스트립라인의 위로 위치되는 제2금속박막층; 및 상기 제1금속박막층 및 제2금속박막층의 사이에 위치되어 금속박막층들을 절연시키는 유전체층을 포함하여 분포소자 형태로 이루어지고, 상기 제1스트립라인 및 제2스트립라인은 각각 제1금속박막층 및 제2금속박막층과 통전되거나 각각 제2금속박막층 및 제1금속박막층과 통전된다.

또한, 본 발명에 의한 SIR형 밴드패스필터는 상기 제1스트립라인 및 제2스트립라인이 형성되는 제1금속박막층; 상기 제1금속박막층의 위로 위치되고, 비아홀이 형성된 유전체층; 및 집중소자 형태로서, 상기 비아홀을 통하여 상기 제1스트립라인 및 제2스트립라인과 통전되는 상기 커패시터가 실장되고, 상기 유전체층의 위로 위치되는 제2금속박막층으로 이루어진다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 SIR형 밴드패스 필터에 대하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 SIR형 밴드패스필터(100)가 회로로 구현되는 형태를 예시적으로 도시한 회로도이다.

도 3에 의하면, 본 발명의 실시예에 따른 SIR형 밴드패스필터(100)는 소정의 임피던스 수치를 가지는 두개의 스트립라인(이하에서, 각각 "제1스트립라인", "제2스트립라인"이라 한다)(110, 120), DC차단용 커패시터(130, 160), 부하용 커패시터(140, 150) 및 커플링 커패시터(170)를 포함하여 이루어진다.

도 3에 도시된 것처럼, 상기 제1스트립라인(110) 또는 제2스트립라인(120)은 다른 형태를 가지는 2개의 스트립라인이 연결된 형태를 가지는데, 아래쪽의 스트립라인은 높은 임피던스 수치를 가지는 부분(이하에서, 제1스트립라인의 아래쪽 스트립라인은 "제1 고 임피던스 섹션(114)"이라 하고, 제2스트립라인의 아래쪽 스트립라인은 "제2 고 임피던스 섹션(124)"이라 한다)이고, 위쪽의 스트립라인은 아래쪽의 스트립라인에 비하여 상대적으로 낮은 임피던스 수치를 가지는 부분(이하에서, 제1스트립라인의 위쪽 스트립라인은 "제1 저 임피던스 섹션(112)"이라 하고, 제2스트립라인의 위쪽 스트립라인은 "제2 저 임피던스 섹션(122)"이라 한다)이다.

상기 제1스트립라인(110)과 제2스트립라인(120)은 Y축을 중심으로 대칭되게 위치되며, 이때 제1 고 임피던스 섹션(114)과 제2 고 임피던스 섹션(124), 그리고 제1 저 임피던스 섹션(112)과 제2 저 임피던스 섹션(122)은 각각 상호 대향하게 위치된다.

가령, 본 발명의 실시예에 따른 SIR형 밴드패스필터(100)가 2.4 GHz 대역용 필터라고 가정하면, 상기 제1스트립라인(110)과 제2스트립라인(120)은 수 μm 정도의 이격 거리를 가짐으로써 전반적인 주파수 대역을 맞출 수 있고, 나머지 커플링 특성(감쇠 폴의 위치)은 상기 커플링 커패시터(170)를 통하여 정확히 조정(튜닝)된다.

따라서, 본 발명의 SIR형 밴드패스필터(100)는 정확한 주파수 대역에서 동작될 수 있다.

또한, 상기 제1스트립라인(110)과 제2스트립라인(120)은 마이크로스트립라인의 형태로 구현되는 것이 바람직하며, 각각의 스트립라인(110, 120) 양 끝단은 접지단과 연결된다.

상기 제1 저 임피던스 섹션(112)은 입력 단자와 연결됨에 있어서 DC차단용 커패시터(130)를 구비하여 접지단과 병렬로 연결되고, 접지단 측으로는 부하용 커패시터(140)가 구비된다.

마찬가지로, 상기 제2 저 임피던스 섹션(122)은 출력 단자와 연결됨에 있어서 DC차단용 커패시터(160)를 구비하여 접지단과 병렬로 연결되고, 접지단 측으로는 부하용 커패시터(150)가 구비된다.

상기 DC차단용 커패시터(130, 160)는 외부로부터 DC성분의 신호(가령, 프로세서로부터 전달되는 제어 전압 신호)가 인입되는 경우 이를 차단하는 기능을 수행한다.

이하에서, 실시예별로 본 발명에 의한 SIR형 밴드패스필터(100)의 구조에 대하여 상세히 살펴보기로 한다.

도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 SIR형 밴드패스필터(100)의 형태를 도시한 투시 사시도이다.

도 4에 도시된 SIR형 밴드패스필터(100)는 상기 커패시터(170)가 LTCC기판 상에서 분포 소자의 형태로 구현된 경우를 예시한 것인데, 부하용 커패시터, DC차단용 커패시터 및 접지단과의 연결 구조는 생략되어 있다.

상기 제1 저 임피던스 섹션(112)과 제2 저 임피던스 섹션(122)의 한 끝단에 형성된 판형 구조물이 본 발명의 실시예에 따른 커플링 커패시터(170)로 동작되는 부분인데, 그 구조를 살펴보면, 우선 스트립라인(110, 120)의 밑으로 제1금속박막층(172)이 위치되고, 제1금속박막층(172)의 위로 유전체층(174)이 형성된다.

그리고, 상기 유전체층(174)에는 스트립라인들(110, 120)이 고정되며, 그 위로 제2금속박막층(176)이 형성된다.

여기서, 상기 유전체층(174)은 스트립라인들(110, 120)이 제1금속박막층(172)과 제2금속박막층(176)과 접촉되지 않도록 그 내부에 포함하여 고정시킨다.

상기 제1스트립라인(110)은 제1금속박막층(172) 또는 제2금속박막층(176)과 통전될 수 있고, 제2스트립라인(120)은, 상기 제1스트립라인(110)이 제1금속박막층(172)과 통전된 경우에는 제2금속박막층(176)과 통전되거나, 상기 제1스트립라인(110)이 제2금속박막층(176)과 통전된 경우에는 제1금속박막층(172)과 통전될 수 있다.

상기 스트립라인들(110, 120)이 금속박막층들(172, 176)과 통전되는 경우 비아홀 구조를 통하여 통전되는 것이 바람직하다.

따라서, 상기 제1금속박막층(172), 유전체층(174) 및 제2금속박막층(176)은 커플링 커패시터(170)로 동작되며, 도 3을 참조하여 전술한 회로 구조가 그대로 구현될 수 있다.

도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 SIR형 밴드패스필터(100)의 형태를 도시한 분해 사시도이다.

도 5에 도시된 SIR형 밴드패스필터(100)는 상기 커패시터(170)가 LTCC기판 상에서 집중 소자의 형태로 구현된 경우를 예시한 것인데, 도 4와 같이, 부하용 커패시터, DC차단용 커패시터 및 접지단과의 연결 구조는 생략되어 있다.

도 5에 의하면, 상기 커패시터(170)는 집중 소자, 즉 단일 전자 부품으로서 상측으로 실장되고 그 밑으로 위치된 스트립라인들(110, 120)과 통전되는데, 최적의 실장 구조를 실현하기 위하여 다층 기판 구조를 이룬다.

우선, 밑으로부터 스트립라인 실장층(P1)이 위치되고, 그 위로 유전체층(P2)이 위치되며, 가장 위로 커패시터 실장층(P3)이 위치된다.

상기 스트립라인 실장층(P1)과 커패시터 실장층(P3)은 도전층이고, 절연층(P2)이 스트립라인 실장층(P1)과 커패시터 실장층(P3)을 절연시키는데, 절연층(P2)에는 비아홀(P4)이 형성된다.

상기 스트립라인 실장층(P1)은 금속박막이 형성된 층으로서, 금속박막은 구리와 같은 재질로 이루어질 수 있고, 금속 박막의 일부가 제거되어(가령, 에칭 공정을 통하여 그 일부가 제거될 수 있음) 제1스트립라인(110)과 제2스트립라인(120)이 형성된다.

전류가 공급되면 제1스트립라인(110)은 전자계를 형성하여 전자계 에너지를 방출하고, 인접된 제2스트립라인(120)은 간접 급전 방식으로 전자계 에너지를 전달받아 소정 대역의 주파수 신호를 커플링시킨다.

상기 커패시터 실장층(P1) 역시 금속박막층으로서, 그 일부가 제거되어 커패시터 소자(170)를 실장시키고, 커패시터 소자(170)는 절연층(P2)에 형성되어 비아홀(P4)을 통하여 제1스트립라인(110) 및 제2스트립라인(120)과 통전되는 구조를 가진다.

따라서, 기본적으로 전자계 커플링을 통하여 제1스트립라인(110)과 제2스트립라인(120)이 통과 대역 주파수에 근접되게 신호를 커플링시키며, 상기 커패시터 소자(170)는 감쇠 폴의 위치를 결정함으로써 밴드패스필터의 특성을 정확히 구현할 수 있게 된다.

도 6은 본 발명의 제1실시예 또는 제2실시예에 따른 SIR형 밴드패스필터(100)의 S파라미터 특성을 도시한 그래프이다.

도 6에 의하면, 제1스트립라인(110)과 제2스트립라인(120)의 위치가 고정된 후 커플링 커패시터(170)의 수치가 조정됨으로써 감쇠 폴의 위치가 변동되는 것을 확인할 수 있는데, 종래의 스트립라인 간의 이격 거리를 조정하는 방식보다 정교하게 감쇠 폴의 위치가 조정됨을 알 수 있다.

이상에서 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상 에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

본 발명에 의한 SIR형 밴드패스필터에 의하면, 스트립라인들의 위치를 이동시킬 필요 없이 전자 소자의 수치를 조정함으로써 감쇠 폴의 위치를 결정할 수 있으며, 따라서 종래의 방식보다 용이하고 정확하게 필터의 특성을 구현할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 스트립라인의 구조적 요소와 함께 전자 소자를 이용하여 필터 특성을 구현함으로써, 설계 상의 자유도가 확보되고, 공정 상의 오차가 발생되더라도 전자소자의 튜닝을 통하여 용이하게 오차를 보정할 수 있으므로 부품의 불량률을 감소시키고, 제품의 생산 시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.

Claims

양 끝단이 접지단과 연결된 제1스트립라인;

양 끝단이 접지단과 연결되고, 상기 제1스트립라인과 소정 거리를 두어 위치되는 제2스트립라인; 및

상기 제1스트립라인 및 상기 제2스트립라인 사이에 연결되어 공진 수치를 결정하는 커패시터를 포함하는 SIR(Stepped Impedance Resonator)형 밴드패스필터.
제 1항에 있어서, 상기 제1스트립라인 및 상기 제2스트립라인은

저 임피던스 섹션 및 고 임피던스 섹션의 두 부분으로 구성되는 것을 특징으로 하는 SIR형 밴드패스필터.
제 2항에 있어서, 상기 제1스트립라인 및 상기 제2스트립라인은

상기 저 임피던스 섹션 및 상기 고 임피던스 섹션이 각각 상호 대향하게 위치되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 SIR형 밴드패스필터.
제 2항에 있어서, 상기 커패시터는

상기 제1스트립라인의 고 임피던스 섹션 및 상기 제2스트립라인의 고 임피던스 섹션 측으로 연결된 것을 특징으로 하는 SIR형 밴드패스필터.
제 1항에 있어서, 상기 커패시터는

상기 제1스트립라인 및 제2스트립라인의 밑으로 위치되는 제1금속박막층;

상기 제1스트립라인 및 제2스트립라인의 위로 위치되는 제2금속박막층; 및

상기 제1금속박막층 및 제2금속박막층의 사이에 위치되어 금속박막층들을 절연시키는 유전체층을 포함하여 분포소자 형태로 이루어지고,

상기 제1스트립라인 및 제2스트립라인은 각각 제1금속박막층 및 제2금속박막층과 통전되거나 각각 제2금속박막층 및 제1금속박막층과 통전되는 것을 특징으로 하는 SIR형 밴드패스필터.
제 1항에 있어서,

상기 제1스트립라인 및 제2스트립라인이 형성되는 제1금속박막층;

상기 제1금속박막층의 위로 위치되고, 비아홀이 형성된 유전체층; 및

집중소자 형태로서, 상기 비아홀을 통하여 상기 제1스트립라인 및 제2스트립라인과 통전되는 상기 커패시터가 실장되고, 상기 유전체층의 위로 위치되는 제2금속박막층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 SIR형 밴드패스필터.
제 1항에 있어서, 상기 제1스트립라인 및 제2스트립라인은

상기 제1금속박막층의 금속박막이 일부 제거됨으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 SIR형 밴드패스필터.