KR20090044796A - 튜너블 공진기 및 튜너블 필터 - Google Patents

튜너블 공진기 및 튜너블 필터 Download PDF

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KR20090044796A KR1020070111046A KR20070111046A KR20090044796A KR 20090044796 A KR20090044796 A KR 20090044796A KR 1020070111046 A KR1020070111046 A KR 1020070111046A KR 20070111046 A KR20070111046 A KR 20070111046A KR 20090044796 A KR20090044796 A KR 20090044796A
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Abstract

튜너블 필터가 개시된다. 본 튜너블 필터는, 대향 배치된 한 쌍의 마이크로스트립(microstrip)으로 이루어진 필터부, 필터부 일 측에 연결되는 커패시터부, 및 한 쌍의 마이크로스트립의 타 측에 각각 연결되며, 마이크로스트립 각각의 길이를 조정하여 필터부의 인덕턴스를 조정하는 조정부를 포함한다. 이에 의해, 마이크로스트립 길이가 조정됨으로써, 주파수 대역을 가변할 수 있다.
튜너블 필터, 공진기, 마이크로스트립

Description

튜너블 공진기 및 튜너블 필터{TUNABLE RESONATOR AND TUNABLE FILTER}
본 발명은 튜너블 공진기 및 튜너블 필터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 스위치를 이용하여 공진기 길이를 조정함으로써, 가변대역을 증가시킬 수 있는 튜너블 공진기 및 튜너블 필터에 관한 것이다.
이동통신의 발달과 인터넷의 활성화로 인해 수많은 제품에 통신모듈이 장착되기 시작했으며 모듈의 개발에 있어서 그 크기와 성능을 만족시키는 필터가 요구되고 있다. 현재 그러한 요구에 가장 부합되는 필터 중의 하나로는 콤라인(combline) 필터를 들 수 있다.
도 1은 종래의 콤라인(combline) 필터의 구성을 나타내는 모식도이다. 도 1에 따르면, 콤라인 필터(10)는 마이크로스트립(microstrip: 11, 12)을 포함하며, 마이크로스트립(11, 12)의 한쪽 끝은 접지에 연결되고, 다른 한쪽 끝은 커패시터 연결되어 접지된다.
도 2는 종래의 다중 대역 FEM(Front End Module)을 나타내는 모식도이다. 도 2를 참고하면, 다중대역을 지원하는 FEM은 필요한 대역별로 필터가 구비되고, 이후 스위칭에 따라 필요한 대역을 출력하는 필터를 선택하는 방식으로 다중 대역 FEM을 구현하였다. 그러나 이러한 다중 대역 FEM은 필요한 대역의 수만큼의 필터가 구비되어야 한다는 점에서, 소형화하는데 문제점이 있었다. 또한, 콤라인 필터를 이용하여 다중 대역 FEM을 구성하기 위해서는 수많은 마이크로스트립이 기판상에 배치되어야 하기 때문에, 소형화하는데 더욱 어려움이 있었다.
본 발명의 목적은 스위치를 이용하여, 공진기의 마이크로스트립 길이를 조정함으로써, 주파수 대역을 가변할 수 있는 튜너블 공진기 및 튜너블 필터에 관한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른, 튜너블 공진기는, 마이크로스트립(microstrip)으로 구성되는 라인부, 상기 라인부의 일 측에 연결되는 커패시터부, 및 상기 라인부의 타 측에 연결되며, 상기 라인부의 길이를 조정하여 인덕턴스를 조정하는 조정부를 포함한다.
이 경우, 상기 조정부는, 상기 라인부의 일 측에 배치된 보조 라인부, 및 외부 제어신호에 따라 상기 라인부 및 상기 보조 라인부 사이를 선택적으로 연결할 수 있는 스위치로 구성되는 것이 바람직하다.
이 경우, 상기 보조 라인부는, 복수의 서로 다른 길이의 보조 마이크로스트립을 포함하며, 상기 스위치는, 상기 외부제어 신호에 따라 상기 복수의 보조 마이크로스트립 중 적어도 하나와 상기 라인부를 선택적으로 연결하는 것이 바람직하 다.
한편, 상기 조정부는, 상기 라인부 일 측에 순차적으로 배치된 복수의 보조 라인부 및 상기 복수의 보조 라인부를 캐스케이드(cascade) 형태로 연결하는 복수의 스위치로 구성되는 것이 바람직하다.
이 경우, 상기 복수의 보조 라인부의 보조 마이크로스트립은 각각 길이가 다른 것이 바람직하다.
한편, 상기 커패시터부는, 가변 커패시터로 구성되는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 튜너블 필터는, 대향 배치된 한 쌍의 마이크로스트립(microstrip)으로 이루어진 필터부, 상기 필터부 일 측에 연결되는 커패시터부, 및 상기 한 쌍의 마이크로스트립의 타 측에 각각 연결되며, 상기 마이크로스트립 각각의 길이를 조정하여 상기 필터부의 인덕턴스를 조정하는 조정부를 포함한다.
이 경우, 상기 조정부는, 상기 필터부의 일 측에 배치된 보조 라인부, 및 외부 제어신호에 따라 상기 필터부 및 상기 보조 라인부 사이를 선택적으로 연결할 수 있는 스위치로 구성되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 조정부는, 상기 필터부 일 측에 순차적으로 배치된 복수의 보조 라인부 및 상기 복수의 보조 라인부를 캐스케이드 형태로 연결하는 복수의 스위치로 구성되는 것이 바람직하다.
이 경우, 상기 복수의 보조 라인부의 보조 마이크로스트립은 각각 길이가 다른 것이 바람직하다.
한편, 상기 커패시터부는, 가변 커패시터로 구성되는 것이 바람직하다.
이하에서는 도면을 참고하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 튜너블 공진기의 구성을 나타내는 모식도이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 튜너블 공진기(100)는 라인부(110), 커패시터부(120), 조정부(130)를 포함한다.
라인부(110)는 마이크로스트립(microstrip)으로 구성된다. 라인부(110)는 일력단 및 출력단을 구비하며, 마이크로스트립의 한쪽 끝은 조정부(130)의 일 측에 연결되며, 마이크로스트립의 다른 한쪽 끝은 커패시턴스(capacitance) 성분을 갖는 커패시터부(120)의 일 측에 연결된다. 구체적으로, 마이크로스트립의 공진 주파수는 마이크로스트립이 가지는 인덕턴스(inductance) 성분과 마이크로스트립의 일 측에 연결된 커패시터부(120)의 커패시턴스 성분의 크기에 따라 달라진다. 또한, 이러한 마이크로스트립의 인덕턴스 성분은 마이크로스트립의 폭과 길이에 영향을 받으며, 마이크로스트립의 길이가 길어질수록 인덕턴스 성분은 커지게 된다.
커패시터부(120)는 라인부(110)의 일 측에 연결되며, 라인부(110)와 접지 사이에 커패시턴스 성분을 부여한다. 구체적으로, 커패시터부(120)는 커패시터로 구성되며, 커패시터부(120)의 일 측은 라인부(120)와 연결되고, 다른 타 측은 접지된다.
그리고 커패시터부(120)의 커패시터는 가변 커패시터로 구현할 수 있다. 이에 따라, 커패시턴스를 변화시킴으로써, 공진기(100)의 공진 주파수를 변화시킬 수 있다. 그리고 이러한 가변 커패시터는 멤스(MEMS) 스위치 및 다수의 커패시터로 구현할 수 있다. 구체적으로 스위치는 라인부(110) 및 다수의 커패시터의 일 측에 연결될 수 있다. 이 경우 소형의 멤스(MEMS) 스위치 및 커패시터만으로 구현할 수 있는바, 공진기(100)의 크기를 소형화할 수 있다.
조정부(130)는 라인부(110)의 타 측에 연결되며, 라인부(110)의 길이를 조정하여, 전체 인덕턴스를 조정한다. 구체적으로 조정부(130)는 보조 라인부(131) 및 스위치(132)를 이용하여 구현할 수 있다.
보조 라인부(131)는 마이크로스트립으로 구성되며, 상기의 라인부(110)의 마이크로스트립과 동일한 물질로 구현될 수 있다. 구체적으로 이와 같은 보조 마이크로스트립은 라인부(110)의 마이크로스트립의 길이를 연장하는 역할을 한다. 이 경우, 보조 마이크로스트립의 폭은 라인부(110)의 마이크로스트립의 폭과 동일한 것이 바람직하다.
스위치(132)는 다수의 포트를 구비하며, 라인부(110) 및 보조 라인부(131) 사이를 선택적으로 연결할 수 있다. 구체적으로 스위치(132)는 외부의 제어신호에 따라, 라인부(110)가 바로 접지되게 하거나, 라인부(110)가 보조 라인부(131)에 연결되게 할 수 있다.
예를 들어, 스위치(132)가 오프 상태, 즉 라인부(110)가 바로 접지되는 상태인 경우, 라인부(110)의 마이크로스트립은 자신의 길이에 해당하는 인덕턴스 성분만을 갖게 되며, 이에 해당하는 공진 주파수가 형성된다. 그러나 스위치(132)가 온 상태, 즉 라인부(110)가 보조 라인부(131)와 연결되어 접지되는 상태인 경우, 라인 부(110)의 마이크로스트립은 자신의 길이 및 보조 마이크로스트립의 길이에 해당하는 인덕턴스를 갖게 되어, 스위치(132)가 오프 상태일 때보다 높은 인덕턴스를 갖게 된다. 그리고 높은 인덕턴스를 갖게 됨에 따라, 공진 주파수는 오프 상태일 때보다 낮아 지게 된다.
또한, 조정부(130)는 라인부(110) 일 측에 순차적으로 배치된 복수의 보조 라인부(131) 및 복수의 보조 라인부(131)를 캐스케이드(cascade) 형태로 연결하는 복수의 스위치로 구성될 수 있다. 이 경우 하나의 보조 라인부(131) 및 하나의 스위치(132)는 하나의 쌍을 이루며, 캐스케이드(cascade) 방식으로 순차적으로 연결된다. 구체적으로, 외부 제어 신호에 따라, 각각의 스위치는 접지 또는 보조 라인부(131)와 연결됨에 따라, 라인부(110)의 마이크로스트립의 길이는 단계적으로 길어질 수 있다. 이에 따라 회로 전체의 인덕턴스 성분은 더욱 증가하게 되어, 더욱 다양한 공진 주파수를 구현할 수 있다.
이 경우, 복수의 보조 라인부(131)의 마이크로스트립의 길이를 동일하게 하여, 일정한 단계로 선형적으로 공진 주파수를 조절할 수 있고, 복수의 보조 라인부(131)의 마이크로스트립의 길이를 서로 다르게 하여 비선형적으로 공진되도록 구현할 수도 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 튜너블 공진기(100)는 커패시턴스 성분뿐만 아니라 인덕턴스 성분을 변화할 수 있는바, 공진 주파수의 가변 크기를 더욱 크게 할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 튜너블 공진기의 구성을 나타내는 모 식도이다. 도 4를 참고하면, 조정부(130)는 복수의 서로 다른 길이의 보조 마이크로스트립(131,132)을 포함할 수 있으며, 외부 제어신호에 따라 복수의 보조 마이크로스트립 중 하나와 라인부(110)를 선택적으로 연결할 수 있는 스위치를 포함할 수 있다. 구체적으로, 스위치(132)는 다수의 포트를 포함하며, 다수의 보조 마이크로스트립에 연결될 수 있다. 예를 들어, 외부 제어 명령에 따라 다수의 보조 마이크로스트립 중 하나를 선택하여 라인부(110)와 연결할 수 있다. 이에 따라, 다양한 크기의 인덕턴스 성분이 추가되며, 더욱 다양한 공진 주파수를 구현할 수 있다.
본 실시예에서는 2개의 보조 스트립(131,133)을 이용하여 튜너블 공진기를 구성하였지만, 2개 이상의 보조스트립(132)을 이용하여 구현할 수도 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 튜너블 필터의 구성을 나타내는 모식도이다. 도 5를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 튜너블 필터(200)는 필터부(210), 커패시터부(220), 조정부(230)를 포함한다.
필터부(210)는 대향 배치된 한 쌍의 마이크로스트립으로 이루어진다. 구체적으로 필터부(210)는 입력단과 출력단을 구비하며, 한 쌍의 마이크로스트립을 입력단과 출력단 사이에 구비하여, 입력단을 통해 인가되는 신호를 필터링하여 출력단으로 출력한다. 필터부(210)는 콤라인(combline) 형태로, 마이크로스트립의 한쪽 끝은 조정부(230)의 일 측에 연결되며, 마이크로스트립의 다른 한쪽 끝은 커패시턴스 성분을 갖는 커패시터부(220)의 일 측에 연결된다. 그리고 마이크로스트립의 주파수 대역은 마이크로스트립이 가지는 인덕턴스 성분, 마이크로스트립의 일단에 연결된 커패시터부(220)의 커패시턴스 성분의 크기 및 마이크로스트립 사이의 커플링 정도에 따라 달라진다.
튜너블 필터(200)는 도 3의 튜너블 공진기(100)를 복수개 이용하여 구현할 수 있으며, 이 경우, 복수의 튜너블 공진기(100)는 상호 커플링 되게 배치된다.
커패시터부(220)는 필터부(210)의 일 측에 연결되며, 필터부(210)와 접지 사이에 커패시턴스 성분을 부여한다. 구체적으로, 커패시터부(220)의 일 측은 필터부(220)와 연결되고, 타 측은 접지된다.
그리고 커패시터부(220)는 가변 커패시터로 구현할 수 있다. 구체적으로 커패시터의 커패시턴스를 변화시킴으로써, 튜너블 필터(200)의 주파수 대역을 변화할 수 있다. 그리고 이러한 가변 커패시터는 멤스(MEMS) 스위치 및 다수의 커패시터로 구현할 수 있다. 구체적으로 스위치는 필터부(210) 및 다수의 커패시터의 일 측에 연결될 수 있다. 이 경우 소형의 멤스 스위치 및 커패시터만으로 구현할 수 있는바, 튜너블 필터(200)의 크기를 소형화할 수 있다.
조정부(230)는 필터부(210)의 일 측에 연결되며, 필터부(210)의 인덕턴스를 증가시킨다. 구체적으로 조정부(230)는 보조 라인부(231) 및 스위치(232)를 이용하여 구현할 수 있다.
보조 라인부(231)은 마이크로스트립으로 구성되며, 상기의 필터부(210)의 마이크로스트립과 동일한 물질로 구현될 수 있다. 구체적으로 이와 같은 보조 마이크로스트립은 필터부(210)의 마이크로스트립의 길이를 연장하는 역할을 한다. 이 경우, 보조 마이크로스트립의 폭은 필터부(210)의 마이크로스트립의 폭과 동일한 것이 바람직하다.
스위치(232)는 다수의 포트를 구비하며, 외부 제어신호에 따라 필터부(210) 및 보조 라인부(231) 사이를 선택적으로 연결할 수 있다. 구체적으로 스위치(232)는 외부의 제어명령에 따라, 스위치 상태가 변화되어, 필터부(210)가 바로 접지되게 하거나, 필터부(210)가 보조 라인부(231)에 연결되게 할 수 있다.
예를 들어, 스위치(232)가 오프 상태, 즉 필터부(210)를 바로 접지로 연결시키는 상태인 경우, 필터부(210)의 마이크로스트립은 자신의 길이에 해당하는 인덕턴스 성분만을 갖게 되며, 이에 해당하는 주파수 대역이 형성된다. 그러나 스위치(232)가 온 상태, 즉 필터부(210)가 보조 라인부(231)와 연결되어 접지되는 상태인 경우, 필터부(210)의 마이크로스트립은 자신의 길이 및 보조 마이크로스트립의 길이에 해당하는 인덕턴스를 갖게 되어, 스위치(232)가 오프 상태일 때 보다 높은 인덕턴스를 갖게 된다. 그리고 높은 인덕턴스를 갖게 됨에 따라, 주파수 대역은 오프 상태일 때보다 낮아 지게 된다.
본 발명의 튜너블 필터(200)는 외부 제어 신호에 따라, 보조 마이크로스트립을 연결 또는 접지시킴으로써, 튜너블 필터(200) 내부의 마이크로스트립의 길이가 변화되어, 인덕턴스 성분이 변화될 수 있다. 따라서, 하나의 필터 구성을 이용하여 소형화된 다중 대역 FEM을 구현할 수 있다. 또한, 본 발명의 튜너블 필터(200)는 커패시턴스 성분뿐만 아니라 인덕턴스 성분을 변화할 수 있는바, 또한, 다양한 주파수 대역을 구현할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 튜너블 필터의 구성을 나타내는 모식도이다. 도 6을 참조하면, 조정부(230)는 복수의 보조 라인부(231) 및 복수의 스위 치(232)를 구비할 수 있다. 이 경우 하나의 보조 라인부(231) 및 하나의 스위치(232)는 하나의 쌍을 이루며, 캐스케이드(cascade) 방식으로 순차적으로 연결된다. 구체적으로, 외부 제어 신호에 따라, 각각의 스위치는 접지 또는 보조 라인부(231)와 연결됨에 따라, 필터부(210)의 마이크로스트립의 길이는 순차적으로 길어질 수 있다. 이와 같은 구성을 따른 본원의 튜너블 필터(200)는 더욱 다양한 주파수 대역을 구현할 수 있다.
또한, 조정부(230)는 보조 라인부(231)의 마이크로스트립의 길이를 동일하게 하여, 일정한 단계로 선형적으로 주파수 대역을 조절할 수 있고, 보조 라인부(231)의 마이크로스트립의 길이를 서로 다르게 하여 비선형적인 주파수 대역이 형성되도록 구현할 수도 있다.
본 실시예에서는 2개의 보조스트립(232)을 이용하여 튜너블 필터를 구성하였지만, 2개 이상의 보조스트립(132)을 이용하여 구현할 수도 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 튜너블 필터의 대역폭이 도시된 그래프이다. 그래프에 도시된 바와 같이, 본원의 튜너블 필터는 커패시터의 크기 변화 및 마이크로스트립의 길이가 연장됨에 따라, 1.2GHz 내지 1.8GHz 대역에서 다수의 주파수 대역이 형성됨을 확인할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지에 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명 의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 될 것이다.
도 1은 종래의 콤라인(combline) 필터의 구성을 나타내는 모식도,
도 2는 종래의 다중 대역 FEM(Front End Module)을 나타내는 모식도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 튜너블 공진기의 구성을 나타내는 모식도,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 튜너블 공진기의 구성을 나타내는 모식도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 튜너블 필터의 구성을 나타내는 모식도,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 튜너블 필터의 구성을 나타내는 모식도,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 튜너블 필터의 대역폭이 도시된 그래프이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
100: 튜너블 공진기 110: 라인부
120: 보조 라인부 130: 커패시터부
140: 스위치 200: 튜너블 필터
210: 필터부 220: 보조 라인부
230: 커패시터부 240: 스위치

Claims (11)

  1. 마이크로스트립(microstrip)으로 구성되는 라인부;
    상기 라인부의 일 측에 연결되는 커패시터부; 및
    상기 라인부의 타 측에 연결되며, 상기 라인부의 길이를 조정하여 인덕턴스를 조정하는 조정부;를 포함하는 튜너블 공진기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 조정부는,
    상기 라인부의 일 측에 배치된 보조 라인부; 및
    외부 제어신호에 따라 상기 라인부 및 상기 보조 라인부 사이를 선택적으로 연결할 수 있는 스위치;로 구성되는 것을 특징으로 하는 튜너블 공진기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 보조 라인부는,
    복수의 서로 다른 길이의 보조 마이크로스트립을 포함하며,
    상기 스위치는,
    상기 외부제어 신호에 따라 상기 복수의 보조 마이크로스트립 중 적어도 하나와 상기 라인부를 선택적으로 연결하는 것을 특징으로 하는 튜너블 공진기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 조정부는,
    상기 라인부 일 측에 순차적으로 배치된 복수의 보조 라인부 및 상기 복수의 보조 라인부를 캐스케이드(cascade) 형태로 연결하는 복수의 스위치로 구성되는 것을 특징으로 하는 튜너블 공진기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 복수의 보조 라인부의 보조 마이크로스트립은 각각 길이가 다른 것을 특징으로 하는 튜너블 공진기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 커패시터부는,
    가변 커패시터로 구성되는 것을 특징으로 하는 튜너블 공진기.
  7. 대향 배치된 한 쌍의 마이크로스트립(microstrip)으로 이루어진 필터부;
    상기 필터부 일 측에 연결되는 커패시터부; 및
    상기 한 쌍의 마이크로스트립의 타 측에 각각 연결되며, 상기 마이크로스트립 각각의 길이를 조정하여 상기 필터부의 인덕턴스를 조정하는 조정부;를 포함하는 튜너블 필터.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 조정부는,
    상기 필터부의 일 측에 배치된 보조 라인부; 및
    외부 제어신호에 따라 상기 필터부 및 상기 보조 라인부 사이를 선택적으로 연결할 수 있는 스위치;로 구성되는 것을 특징으로 하는 튜너블 필터.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 조정부는,
    상기 필터부 일 측에 순차적으로 배치된 복수의 보조 라인부 및 상기 복수의 보조 라인부를 캐스케이드 형태로 연결하는 복수의 스위치로 구성되는 것을 특징으로 하는 튜너블 필터.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 복수의 보조 라인부의 보조 마이크로스트립은 각각 길이가 다른 것을 특징으로 하는 튜너블 필터.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 커패시터부는,
    가변 커패시터로 구성되는 것을 특징으로 하는 튜너블 필터.
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