KR20090067124A - λ/4 전송선로를 이용한 초소형 대역 통과 필터 - Google Patents

λ/4 전송선로를 이용한 초소형 대역 통과 필터 Download PDF

Info

Publication number
KR20090067124A
KR20090067124A KR1020080131473A KR20080131473A KR20090067124A KR 20090067124 A KR20090067124 A KR 20090067124A KR 1020080131473 A KR1020080131473 A KR 1020080131473A KR 20080131473 A KR20080131473 A KR 20080131473A KR 20090067124 A KR20090067124 A KR 20090067124A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
transmission line
pass filter
band pass
line
capacitor
Prior art date
Application number
KR1020080131473A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100994147B1 (ko
Inventor
강인호
Original Assignee
한국해양대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국해양대학교 산학협력단 filed Critical 한국해양대학교 산학협력단
Publication of KR20090067124A publication Critical patent/KR20090067124A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100994147B1 publication Critical patent/KR100994147B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/20—Frequency-selective devices, e.g. filters
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/20—Frequency-selective devices, e.g. filters
    • H01P1/201—Filters for transverse electromagnetic waves
    • H01P1/203—Strip line filters
    • H01P1/20327—Electromagnetic interstage coupling
    • H01P1/20354—Non-comb or non-interdigital filters
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P3/00—Waveguides; Transmission lines of the waveguide type
    • H01P3/02—Waveguides; Transmission lines of the waveguide type with two longitudinal conductors

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Filters And Equalizers (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Abstract

λ/4 전송선로를 이용한 대역 통과 필터가 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 λ/4 전송선로를 이용한 대역 통과 필터는, 반도체 웨이퍼로 형성된 지지층; 상기 지지층상에 다층의 절연층을 형성하고 상기 절연층 사이 또는 상기 지지층상에 구성된 회로부; 및 상기 회로부 상에 형성된 λ/4 전송선로를 이용한 대역 통과 필터에 있어서, 상기 대역 통과 필터는 대각선 방향으로 끝이 단락된 결합선로의 입출력 연결부위에 병렬로 캐패시터를 연결한 초소형 λ/4 전송선로를 적어도 하나 이상 포함하되, 상기 대역 통과 필터를 감싸는 접지 평면(ground plane)을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 λ/4 전송선로를 이용한 대역 통과 필터는, 반도체 웨이퍼로 형성된 지지층; 상기 지지층상에 다층의 절연층을 형성하고 상기 절연층 사이 또는 상기 지지층상에 구성된 회로부; 및 상기 회로부 상에 형성된 λ/4 전송선로를 이용한 대역 통과 필터에 있어서, 상기 대역 통과 필터는 같은 방향으로 끝이 단락된 결합선로의 반대쪽 입/출력단에 병렬로 캐패시터를 연결한 초소형 λ/4 전송선로를 적어도 하나 이상 포함하되, 상기 대역 통과 필터를 감싸는 접지 평면(ground plane)을 갖는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 λ/4 전송선로를 이용한 대역 통과 필터는, 두 초소형 λ/4 전송선로 필터를 연결하여 사용하는 대역통과 필터에 있어 서, 상기 두 초소형 λ/4 전송선로 필터 사이에 간섭(interference)을 억제하기 위하여 신호전달 경로(road) 양쪽에 접지평면(ground plane)을 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.
λ/4 전송선로, 대역 통과 필터, 차단용 접지평면, 전송선로용 MIM capacitor, CMOS 공정

Description

λ/4 전송선로를 이용한 초소형 대역 통과 필터{A Miniaturized Band-pass Filter Using the Reduced λ/4 Transmission Line}
본 발명은 초소형 λ/4 전송선로를 적용시킨 대역통과 필터(bandpass filter)에 관한 것으로서, 특히 본 발명의 출원인에 의해 출원 및 등록된 선행특허(대한민국 등록특허 533907호 및 726329호, 이하, 간단히 '선행 특허'라 함)에 기재되어 있는 발명에 기초하여 발명된 것이다.
이하에서는, 도면을 참고로 하여 종래의 일반적인 기술들에 대하여 간단히 설명하도록 하겠다.
도 1a 및 도 1b는 종래의 λ/4 전송선로의 소형화된 등가회로의 예시도이다. 또한, 도 1c 및 도 1d는 종래의 λ/4 전송선로를 더욱 소형화시킨 회로의 예시도이고, 도 2는 일반적으로 통신 시스템에서 필터가 사용되는 용도를 표현한 일실시예 회로도이다.
즉, 도 1a는 종래의 일반적인 λ/4 전송선로를 나타낸 것이며, 도 1b는 도 1a 의 90°전송선로를 길이 θ로 소형화한 회로도를 나타내고 있다.
이때, 도 1a 및 도 1b에 도시된 두 개의 전송선로의 관계식은 다음과 같이 사용할 수 있다.
Z = Z0 / sinθ
C1 = cosθ/ωZ0
즉, 이 회로의 특징은 축소된 전송선로의 길이 θ를 줄이면 줄일수록 [수학식 1]에서와 같이 전송선로 특성임피던스 값이 급격히 큰 것을 알 수 있다. 통상 특성임피던스 구현한계가 100Ω이라고 가정했을 때 크기는 30° 이하로 줄이기가 대단히 어려운 것을 알 수 있다.
한편, 도 1c에서는 대각선 방향으로 끝이 단락된 결합선로와 등가회로를 만들기 위하여 인위적으로 공진회로가 삽입되었다. 이때, 점선내부의 회로는 끝이 단락된 결합선로와 등가회로이며 관계식은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Z = 2Z0eZ0o / (Z0e- Z0o)
L0 = Zoe tanθ/ω
C0 = 1 / ω2L0
C = C1 + C0
한편, 도 1b의 길이 θ의 전송선로를 끝이 단락된 결합선로로 대체하는 이유는 [수학식 3]에서 보는 바와 같이 소형화된 결합선로의 임피던스 Z값이 아무리 크더라도 Z0e 와 Z0o 값을 비슷하게 하면 임피던스 Z와 대치할 수 있기 때문이다.
또한, 도 1d는 최종적으로 초소형화된 λ/4전송선로를 나타낸 것으로서, 이러한 개념은 이미 본 출원인에 의하여 기 출원되어 있는 상기 선행특허 출원에 기재되어 있다.
초고주파 필터의 상용 예를 나타내기 위하여, 도 2는 필터를 포함한 RF 통신 시스템의 송수신단의 한 예를 나타내고 있는데, 이동통신에서는 안테나 뒷 단에 스위치를 사용할 수도 있고 듀플렉서(duplexer)를 사용하는 경우도 있다. 이때, 이동통신, WLAN, GPS, 위성 DBM 등의 시스템에서 사용되는 초고주파 필터는 주로 세라믹 필터, SAW(Surface Acoustic Wave) 필터, LC 필터, BAW(Bulk Acoustic Wave) 필터를 사용하고 있다.
한편, 통신 시스템에서 RF 단은 전력증폭기와 필터를 제외하고는 반도체 공정에 의해 일체화된 초고주파 집적회로(MMIC: Microwave Monolithic Integrated Circuit)가 이용되는 추세를 보이고 있는데, 실제로 필터는 일체화하는데 가장 넘기 어려운 장애가 되고 있다.
따라서, 현재의 기술로는 필터를 MMIC에 의해 제작할 수 없으며, 상기 MMIC와는 별도로 제작하여 외부에 연결해 사용해야 한다는 문제점이 있다.
아울러, 앞서 언급한 본 출원 특허에 대한 선행특허에서 언급된 초소형 λ/4 전송선로 필터를 연결하는데 있어서 도 3과 같이 전송선로만 연결하면 되는 것으로 하였다. 그러나 일부 특정회로에서는 이와 같은 전송선로만으로는 대역통과 특성을 구현하기 어려운 것으로 나타난다.
도 4a는 CMOS 0.18μm 공정에서 대각선 방향으로 끝이 단락된 결합선로의 입출력 연결부위에 병렬로 캐패시터를 연결한 초소형 λ/4 전송선로를, 단순히 전송선로만으로 연결한 경우를 Ansoft사의 HFSS상에서 구현한 것을 나타내고 있다. 참 고로 이 회로는 57 내지 64GHz ISM대역용으로 설계되었다.
도 4b는 도 4a의 두 필터 사이 연결 부위의 신호선 부분의 단면을 나타낸다. 여기서 사용되는 단면은 일반적인 CMOS 공정에 기초한 단면이다.
따라서, 웨이퍼의 기초에는 Si-substrate가 자리잡고 있으며, 그 위에 절연체(insulator)인 oxide layer(SiO2)가 있고, 상기 oxide layer 상에 또는 내에 도체(conductor)들을 사용하여 회로를 구성하였다.
도 4b에서 신호선 양단의 접지평면(ground plane)은 두 개의 초소형 λ/4 전송선로 필터가 서로 간에 간섭(interference)이 일어나지 않도록 하는 역할을 한다. 또한, 도 4a에서 두 필터 회로 연결부위의 신호는 coplanar 전송 선로 형태로 진행해 나가는 것을 알 수 있다.
도 4c는 상기 회로를 시뮬레이션(simulation)하였을 때 그 결과를 나타내는데, 특성이 비정상적으로 나타나는 것을 알 수 있다. 이것은 두 개의 초소형 λ/4 전송선로 필터 사이에서 신호가 진행하는 선로를 따라서 서로 간에 간섭이 일어나기 때문에 전체적인 신호 전달에 왜곡(distortion)이 생긴 것이다.
같은 방향으로 끝이 단락된 결합선로의 반대쪽 입출력 단에 병렬로 캐패시터를 연결한 초소형 λ/4 전송선로를, 대각선 방향으로 끝이 단락된 결합선로의 입출력 연결 부위에 병렬로 캐패시터를 연결한 초소형 λ/4 전송선로로 대체하여 도 4a와 같은 형태로 전송 선로를 따라서 신호가 전달되도록 회로를 구성하는 경우에도 비슷한 왜곡 현상이 발생하는 것을 확인할 수 있었다.
도 5a는 CMOS 0.18μm 공정에서 구현된 초소형 λ/4 전송선로 사이를 전송선로 대신 입력 쪽에 하나의 신호선, 그리고 이 신호선 밑에 출력 쪽 신호 선을 배치함으로써 두 초소형 λ/4 전송선로를 MIM capacitor(Metal Insulator Metal capacitor)를 이용하여 연결한 경우를 Ansoft사의 HFSS 상에서 구현한 것을 나타낸다.
도 5b는 도5a의 연결부위의 단면을 나타내는 것으로 입출력 신호선의 면이 서로 바뀌어도 가능하다. 입출력 신호선 사이에 신호전달을 위하여 MIM capacitor가 구현된 것을 알 수 있다.
도 5c를 통해 이와 같이 MIM capacitor로 연결하였을 때에도 특성이 심각하게 왜곡되어 나타나는 것을 확인할 수 있다. 이것은 두 개의 초소형 λ/4 전송선로 필터 사이에서 신호가 진행하는 두 도체 층으로 구성된 콘덴서를 따라 서로 간에 간섭이 발생됨으로써 전체적인 신호 전달에 왜곡(distortion)이 생긴 것이다.
같은 방향으로 끝이 단락된 결합선로의 반대쪽 입출력 단에 병렬로 캐패시터를 연결한 초소형 λ/4 전송선로를, 대각선 방향으로 끝이 단락된 결합선로의 입출력 연결부위에 병렬로 캐패시터를 연결한 초소형 λ/4 전송선로로 대체하여 도 5a와 같은 형태의 두 층으로 구성된 콘덴서를 따라서 신호가 전달되도록 회로를 구성하는 경우에도 비슷한 왜곡 현상이 발생하는 것을 알 수 있었다
즉, 앞서 언급한 선행특허에서는 두 초소형 λ/4 전송선로 사이에 전송선로를 연결하면 신호 왜곡이 완화되어 대역 통과 특성이 정상적으로 나온다는 것을 보여주었지만, CMOS 공정이나 특정 주파수 또는 특정 회로에서는 이러한 전송선로만 으로는 정상적인 대역통과 필터가 구현되지 않는 것을 확인할 수 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, CMOS 공정 및 이와 유사한 공정에 의해 구현된, 소형화 된 λ/4 전송선로를 이용한 대역 통과 필터를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 λ/4 전송선로를 이용한 대역 통과 필터는, 반도체 웨이퍼로 형성된 지지층; 상기 지지층상에 다층의 절연층을 형성하고 상기 절연층 사이 또는 상기 지지층상에 구성된 회로부; 및 상기 회로부 상에 형성된 λ/4 전송선로를 이용한 대역 통과 필터에 있어서, 상기 대역 통과 필터는 대각선 방향으로 끝이 단락된 결합선로의 입출력 연결부위에 병렬로 캐패시터를 연결한 초소형 λ/4 전송선로를 적어도 하나 이상 포함하되, 상기 대역 통과 필터를 감싸는 접지 평면(ground plane)을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 λ/4 전송선로를 이용한 대역 통과 필터는, 반도체 웨이퍼로 형성된 지지층; 상기 지지층상에 다층의 절연층을 형성하고 상기 절연층 사이 또는 상기 지지층상에 구성된 회로부; 및 상기 회로부 상에 형성된 λ/4 전송선로를 이용한 대역 통과 필터에 있어서, 상기 대역 통과 필터는 같은 방향으로 끝이 단락된 결합선로의 반대쪽 입/출력단에 병렬로 캐패시터를 연결한 초소형 λ/4 전송선로를 적어도 하나 이상 포함하되, 상기 대역 통과 필터를 감싸는 접지 평면(ground plane)을 갖는 것을 특징으로 한다.
여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 λ/4 전송선로를 이용한 대역 통과 필터는 비아 홀(via hole)로 연결된 다층의 선로를 사용한 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 초소형 λ/4 전송선로 내에 있는 결합선로 사이에 캐패시터를 연결하거나, 결합선로 사이에 결합선로와 벡터적으로 평행한 성분이 있는 연결선로로 연결된 캐패시터를 갖도록 구성될 수 있다.
이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 λ/4 전송선로를 이용한 대역 통과 필터는 초소형 λ/4 전송선로의 입력 혹은 출력 연결선로, 또는, 초소형 λ/4 전송선로의 입력단과 출력단 사이에 콘덴서(capacitor)를 추가로 구비할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 λ/4 전송선로를 이용한 대역 통과 필터는, 두 초소형 λ/4 전송선로 필터를 연결하여 사용하는 대역통과 필터에 있어서, 상기 두 초소형 λ/4 전송선로 필터 사이에 간섭(interference)을 억제하기 위하여 신호전달 경로(road) 양쪽에 접지평면(ground plane)을 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.
여기서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 λ/4 전송선로를 이용한 대역 통과 필터는, 상기 두 초소형 λ/4 전송선로 필터 사이에 신호를 전달하기 위하여 두 초소형 λ/4 전송선로 필터 사이에 전송 선로(transmission line)를 사용할 수 있다.
또한, 상기 두 초소형 λ/4 전송선로 필터 사이에 위치되어 동시에 상기 두 필터 사이를 연결하는 전송 선로 아래 또는 위에 접지 평면(ground plane)을 두고, 상기 접지 평면은 선로 양쪽에 있는 접지 평면과 비아 홀(via hole)에 의하여 연결되어 있는 형태의 회로를 갖도록 구성될 수 있다.
그리고, 상기 두 초소형 λ/4 전송선로 필터 사이에 위치되어 상기 전송선로에 적어도 하나의 콘덴서(capacitor) 또는 인덕터(inductor)를 구비하는 것을 특징으로 할 수 있다.
이때, 본 발명의 다른 실시예에 따른 λ/4 전송선로를 이용한 대역 통과 필터는, 상기 두 초소형 λ/4 전송선로 필터 사이에 신호를 전달하기 위하여, 소형 λ/4 전송선로 필터의 일측 선로 포트(port)의 도체면(conductor plane)과 λ/4 전송선로 필터의 타측 선로 포트의 도체면이 상호 콘덴서(capacitor) 작용을 하며, 상기 콘덴서를 통해 신호가 전달되도록 구성될 수 있다.
여기서, 이와 같은 본 발명의 다른 실시예에 따른 λ/4 전송선로를 이용한 대역 통과 필터는, 상기 두 초소형 λ/4 전송선로 필터 사이에 위치되며 동시에 두 필터 사이를 연결해서 사용하기 위하여 두 도체층으로 구성된 콘덴서 아래 또는 위 에 접지 평면(ground plane)을 두고, 상기 접지 평면은 상기 두 도체층의 선로 양쪽에 있는 접지 평면과 비아 홀(via hole)에 의하여 연결되어 있는 형태의 회로를 갖도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 두 초소형 λ/4 전송선로 필터 사이에 위치되며 신호전달에 이용되는 두 층으로 이루어진 콘덴서의 위 또는 아래에 있는 선로에 적어도 하나의 콘덴서(capacitor) 또는 인덕터(inductor)를 추가로 구비할 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 λ/4 전송선로를 이용한 대역 통과 필터에 따르면, RF분야에서 오랜 숙원이었던 초고주파 혹은 밀리미터 대역에서 반도체 공정을 통한 MMIC로 필터의 제작이 가능하게 되었다.
이에 따라, 낮은 소비 전력과 저렴한 유지 비용으로 다이렉트 컨버젼(Direct Conversion) 채용이 확산되는 추세에 있는 무선통신 시스템의 부품 시장에 혁신을 줄 수 있는 우수한 효과가 있다고 할 수 있다.
또한, 무선 통신 시스템에 있어 매우 중요한 요소인 필터의 삽입손실을 크게 줄이는 한편 대역 내의 평탄도를 개선할 수 있게 되었다는 등의 다양한 장점을 제공할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 λ/4 전송선로를 이용한 대역 통과 필터는, 반도체 웨이퍼로 형성된 지지층; 상기 지지층상에 다층의 절연층을 형성하고 상기 절연층 사이 또는 상기 지지층상에 구성된 회로부; 및 상기 회로부 상에 형성된 λ/4 전송선로를 이용한 대역 통과 필터에 있어서, 상기 대역 통과 필터는 대각선 방향으로 끝이 단락된 결합선로의 입출력 연결부위에 병렬로 캐패시터를 연결한 초소형 λ/4 전송선로를 적어도 하나 이상 포함하되, 상기 대역 통과 필터를 감싸는 접지 평면(ground plane)을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 λ/4 전송선로를 이용한 대역 통과 필터는, 반도체 웨이퍼로 형성된 지지층; 상기 지지층상에 다층의 절연층을 형성하고 상기 절연층 사이 또는 상기 지지층상에 구성된 회로부; 및 상기 회로부 상에 형성된 λ/4 전송선로를 이용한 대역 통과 필터에 있어서, 상기 대역 통과 필터는 같은 방향으로 끝이 단락된 결합선로의 반대쪽 입/출력단에 병렬로 캐패시터를 연결한 초소형 λ/4 전송선로를 적어도 하나 이상 포함하되, 상기 대역 통과 필터를 감싸는 접지 평면(ground plane)을 갖는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 λ/4 전송선로를 이용한 대역 통과 필터는, 두 초소형 λ/4 전송선로 필터를 연결하여 사용하는 대역통과 필터에 있어서, 상기 두 초소형 λ/4 전송선로 필터 사이에 간섭(interference)을 억제하기 위하여 신호전달 경로(road) 양쪽에 접지평면(ground plane)을 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
비록 제 1, 제 2 등이 다양한 소자, 구성요소 또는 섹션들을 서술하기 위해서 이용되나, 이들 소자, 구성요소 또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 이용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제 1 소자, 제 1 구성요소 또는 제 1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제 2 소자, 제 2 구성요소 또는 제 2 섹션일 수도 있음은 물론이다.
본 명세서에서 이용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 이용되는 "포함한다(comprises)" 또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 그리고, "A 또는 B"는 A, B, A 및 B를 의미한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 일 실시예에 따른 λ/4 전송선로를 이용한 대역 통과 필터의 구성 및 특성을 나타낸 도면으로써, 특히 CMOS 공정의 특징을 살려서 HFSS로 설계한 5GHz 대역의 초소형 대역통과 필터를 나타내고 있다.
도 6a에 있어서 도면 부호 1은 전체 대역통과 필터를 감싸 안고 있는 접지 평면, 도면 부호 2는 초소형 필터의 결합선로, 도면 부호 3은 초소형 필터의 콘덴서, 도면 부호 4 및 5는 각각 필터의 입력단 및 출력단, 도면 부호 6은 필터의 Si Substrate를 나타내며, 도면 부호 7은 필터 윗부분의 공기층을 나타낸다.
먼저, 도 6a를 참조하면, 접지면(1)에 대하여 필터가 너무 작은 이유로 외부 회로와 원치 않는 결합을 방지하기 위하여 입출력단 바로 옆 부분까지 접지 평면을 연결시켰음을 확인할 수 있다.
이와 같은 구조로 인해 본 발명의 일 실시예에 따른 λ/4 전송선로를 이용한 대역 통과 필터는, 초소형 대역 통과 필터를 짧게 만드는 과정에서 외부 회로를 차폐하는 기능을 가질 수 있게 되었다는 특징을 제공할 수 있게 되었다. 이러한 차폐용 접지 평면이 다층으로 구현될 수도 있음은 당연하다.
상기 회로에 대한 자세한 설명은 도 6b에 나타낸 바와 같다. 결과적으로 필터의 성능 특성은 도 6c와 같이 나타낼 수 있는데, 성능을 비교했을 때 현재 시장에 출시되는 필터와 성능이 비슷함을 알 수 있다.
그러나 도 6c에서 중심 주파수보다 고주파(10GHz)에서 transmission zero가 나타나는 것을 알 수 있다. transmission zero가 이와 같이 나타나는 이유는 결합선로의 결합성분(capacitive)과 결합선로 한쪽 끝이 접지된 등가 코일성분(inductive)과의 공진으로 인해 발생한 현상으로 파악된다.
도 6a 내지 도 6c에 도시된 실시예에 따른 λ/4 전송선로를 이용한 대역 통과 필터의 transmission zero가 너무 중심 주파수 가까이 있음으로 해서 발생하는 통과 대역 내의 삽입손실의 불균형성(flatness 특성)을 개선하기 위하여 도 7a 내지 도 7c에 도시된 실시예와 같은 회로를 제안하였다. 도 7a에 있어서 도면 부호 1은 transmission zero 조절용 캐패시터를, 도면 부호 2는 캐패시터 연결선을 각각 나타낸다.
무선 통신 시스템에서는 믹서 앞단에 이미지(Image) 억제용 필터가 필요 없기 때문에 안테나와 저잡음 증폭기 및 전력증폭기 사이에만 필터를 사용하게 되는데, 수신단에서 사용되는 필터의 삽입손실은 저잡음 증폭기의 잡음 특성을 결정하고 송신단에서 필터의 삽입손실은 전력 증폭기의 효율 즉 단말기 전체의 통신 가능한 시간을 결정하게 된다. 따라서, 필터의 삽입 손실은 무선 통신 시스템의 전체 성능을 결정하는 주요한 요인 가운데 하나임을 알 수 있다.
도 7a를 참조하면, 결합선로 중간에 캐패시터를 연결함으로써 도 7c의 특성 그래프에 도시된 바와 같이, transmission zero 주파수 위치가 오른쪽으로 이동하여 15GHz 부근에서 transmission zero가 나타나는 것을 확인할 수 있다.
이와 같은 주파수 이동으로 통과대역 내의 평탄도(flatness)가 0.4~0.5 dB 정도 개선이 되는 것을 알 수 있다. 따라서 캐패시터의 연결을 통해 평탄도를 개선할 수 있음을 확인할 수 있다.
이때, 추가로 평탄도를 개선하기 위하여 도 8a 내지 도 8c에 도시된 바와 같이, 대각선 방향으로 선로를 연결하여 캐패시터를 추가할 수 있도록 하였다.
이는 도 7a 내지 도 7c의 회로와 비교하였을 때 평탄도가 0.5~0.6 dB 추가 개선되도록 작용하는 것을 확인할 수 있다. 따라서 결합선로와 평형한 성분의 연결선로가 있어 캐패시터를 추가하는 경우 평탄도가 개선됨을 알 수 있다.
도 8a에 표시된 도면 부호 1은 결합선로 사이에 캐패시터 연결을 위하여 대각선 방향으로 선로를 사용하고 있는 구성을 나타낸다.
도 8a 내지 도 8c의 회로에서 추가로 삽입 손실을 개선하기 위하여 도 9a 내지 도 9c와 같이 결합선로 및 연결회로에 여러 층을 이용하여 회로를 연결할 수 있도록 하였다. 도 9a의 도면 부호 1 및 2는 각각 6층으로 이루이진 선로와 6층으로 이루어진 결합선로를 나타내며, 도면 부호 3은 비아 홀(via hole)의 위치를 나타낸다.
이를 통해 여러 층으로 회로를 연결한 결과 삽입손실이 0.15~0.65 dB로 획기적으로 개선됨을 확인할 수 있었다. 이와 같이 삽입손실이 개선되는 이유는, 신호가 전달되는 과정에서 여러 층의 경로로 이동하게 되면 감쇄 성분이 줄어들기 때문인 것으로 파악된다.
이때, 도면에 도시된 6층으로 이루이진 선로(1)와 6층으로 이루어진 결합선로(2)는 본 발명의 실시예에 따른 일 예시일 뿐이며, 본 발명이 반드시 이에 한정되지 아니함은 당연하다.
한편, 끝이 같은 방향으로 접지된 결합선로를 이용한 초소형 대역 통과 필터를 구현하는 경우에도 도 10a 내지 도 10c에 도시된 바와 같이, 주위를 둘러싸는 접지 평면을 이용할 수 있다.
도 10a에 표시된 도면 부호 1은 필터전체를 차폐하는 접지 평면, 도면 부호　2는 콘덴서, 도면 부호　3은 끝이 같은 방향으로 접지된 결합선로를 나타낸다.
도 10c에 접지 평면이 이용된 대역 통과 필터의 시뮬레이션에 의한 성능 특성 그래프를 도시하였다. 여기서 이러한 차폐용 접지 평면이 다층으로 구현 가능함은 당연하다.
도 10a 내지 도 10c에 도시된 회로는 단순히 끝이 같은 방향으로 접지된 결합선로를 이용한 필터로써, 이러한 구성을 갖는 대역 통과 필터의 삽입 손실을 개선하기 위하여 도 11a 내지 도 11b에 도시된 바와 같이, 결합선로가 다층으로 연결된 구성을 갖는 대역 통과 필터를 나타내었다. 이와 같은 구성을 갖는 대역 통과 필터의 경우 0.4~0.5 dB 정도의 삽입 손실 개선 효과를 갖게 되는 것을 도 11c를 통해 확인할 수 있었다.
도 11a의 도면 부호 1은 다층으로 연결된 결합선로를, 도면 부호 2는 비아 홀(via hole)의 위치를 나타낸다.
이와 같은 구성의 초소형 λ/4 전송선로 필터의 결합선로 사이에는 콘덴서(capacitor)를 연결할 수 있다.
또한, 같은 방향으로 끝이 단락된 결합선로의 반대쪽 입출력 단에 병렬로 캐패시터를 연결한 초소형 λ/4 전송선로와, 대각선 방향으로 끝이 단락된 결합선로의 입출력 연결부위에 병렬로 캐패시터를 연결한 초소형 λ/4 전송선로 모두를 합친 개념인 초소형 λ/4 전송선로 필터의 입력 또는 출력단에 콘덴서(capacitor)를 연결할 수 있으며, 추가적으로 이 회로에서 입력 및 출력 사이에 콘덴서(capacitor)를 연결할 수 있다.
이와 같은 구성은 도 12a 내지 도 12c를 통해 확인할 수 있다.
도 13a 내지 도 13c에는 두 초소형 λ/4 전송선로 필터 사이에 전송선로만 두는 것이 아니고, 두 초소형 λ/4 전송선로 필터 사이에 있으면서 동시에 신호선 아래 또는 위에 접지 평면(ground plane)을 두고, 이 접지 평면은 신호선 양쪽에 있는 접지 평면과 비아 홀(via hole)에 의해 연결되어 있는 형태의 회로를 나타내고 있다.
도 13a는 도 13b와 같이 전송선로와 접지 면을 동시에 두 초소형 λ/4 전송선로 필터 사이에 둔 회로로써, 이와 같이 접지 면을 두 초소형 λ/4 전송선로 필터 사이에 둔 이유는, 두 초소형 λ/4 전송선로 필터 사이에 있으면서 동시에 신호선 아래에 존재하는 불필요한 간섭(interference)을 차단(shielding)하기 위함이다. 이와 같은 차단용 접지면은 전송선로 밑에 혹은 위에서 크기를 다르게 할 수도 있다.
도 13c에는 도 13a에 도시된 회로의 시뮬레이션 결과를 나타내었다.
도 13c에서 알 수 있는 바와 같이, 두 초소형 λ/4 전송선로 필터 사이에 동시에 신호선 아래에 접지 면을 두었을 때에는, 57-64GHz 대역에서 정상적인 대역통과 필터가 구성되는 것을 알 수 있다. 즉, 접지평면과 함께 연결된 전송선로에 의하여 두 초소형 λ/4 전송선로 필터 사이에 발생하는 불필요한 결합(coupling)이 차단되는 것을 확인할 수 있다.
같은 방향으로 끝이 단락된 결합선로의 반대쪽 입출력단에 병렬로 캐패시터를 연결한 초소형 λ/4 전송선로를, 대각선 방향으로 끝이 단락된 결합선로의 입출 력 연결부위에 병렬로 캐패시터를 연결한 초소형 λ/4 전송선로로 대체하여 도 13a와 같은 형태의 구조로 구성하면 정상적인 특성이 나타나는 것을 확인할 수 있었다.
여기서, 경우에 따라 초소형 필터 사이에 있는 전송선로에 콘덴서(capacitor), 인덕터 (inductor) 및/또는 저항(resistor) 등을 추가할 수 있음은 당업자에 있어 자명할 것이다.
도 14a 내지 도 14c에는 초소형 λ/4 전송선로 사이에 전송선로 역할을 하는 MIM capacitor를 삽입한 대역통과 필터 회로에 있어서, 접지면을 두 초소형 λ/4 전송선로 필터 사이에 배치한 구성을 나타내었다.
즉, 도 5a 내지 도 5c에 도시된 종래기술에 따른 회로의 비정상적인 필터 특성을, 접지면을 두 초소형 λ/4 전송선로 필터 사이에 배치함으로써 특성이 정상적으로 나타날 수 있도록 하는 구성을 나타낸다.
도 14b를 참조하면, 두 초소형 λ/4 전송선로 필터 사이에 있으면서 동시에 신호선 아래에 또는 위에 접지 평면(ground plane)을 배치하고, 이 접지 평면은 신호선 양쪽에 있는 접지 평면과 비아 홀(via hole)에 의하여 연결되어 있는 형태의 회로를 나타낸다. 이를 HFSS 상에서 설계한 것이 도 14a이며, 이 회로를 시뮬레이션하였을 때 나타난 특성 결과가 도 14c에 나타낸 바와 같다.
도 14c를 참조하면 정상적인 대역 통과 필터의 특성을 나타냄을 확인할 수 있다.
이때, 같은 방향으로 끝이 단락된 결합선로의 반대쪽 입출력 단에 병렬로 캐패시터를 연결한 초소형 λ/4 전송선로를, 대각선 방향으로 끝이 단락된 결합선로의 입출력 연결부위에 병렬로 캐패시터를 연결한 초소형 λ/4 전송선로로 대체하여 도 14a와 같은 형태의 구조로 구성하는 경우 정상적인 필터 특성이 나타나는 것을 확인할 수 있었다.
여기서, 경우에 따라 두 초소형 λ/4 전송선로 필터 사이에 있으면서 신호전달에 이용되는 MIM 콘덴서의 위 또는 아래에 있는 선로에 임의의 콘덴서 (capacitor), 인덕터 (inductor) 및/또는 저항(resistor) 등을 추가할 수 있음은 전술한 바와 같다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해되어야만 한다.
도 1a 내지 도 1d는 종래 기술에 따른 λ/4 전송 선로의 회로 구성을 타나낸 예시도이다.
도 2 는 일반적으로 통신 시스템에서 필터가 사용되는 용도를 표현한 일실시예 회로도이다.
도 3은 종래 기술에 따른 전송 선로 연결 구성 일 예를 타나낸 설명도이다.
도 4a 내지 도 5c는 종래 기술에 따른 λ/4 전송 선로를 이용한 대역 통과 필터의 구성 및 특성을 나타낸 설명도이다.
도 6a 내지 도 14c는 본 발명의 실시예에 따른 λ/4 전송 선로를 이용한 대역 통과 필터의 구성 및 특성 등을 나타낸 설명도이다.

Claims (14)

  1. 반도체 웨이퍼로 형성된 지지층; 상기 지지층상에 다층의 절연층을 형성하고 상기 절연층 사이 또는 상기 지지층상에 구성된 회로부; 및 상기 회로부 상에 형성된 λ/4 전송선로를 이용한 대역 통과 필터에 있어서,
    상기 대역 통과 필터는 대각선 방향으로 끝이 단락된 결합선로의 입출력 연결부위에 병렬로 캐패시터를 연결한 초소형 λ/4 전송선로를 적어도 하나 이상 포함하되, 상기 대역 통과 필터를 감싸는 접지 평면(ground plane)을 갖는 것을 특징으로 하는 λ/4 전송선로를 이용한 대역 통과 필터.
  2. 반도체 웨이퍼로 형성된 지지층; 상기 지지층상에 다층의 절연층을 형성하고 상기 절연층 사이 또는 상기 지지층상에 구성된 회로부; 및 상기 회로부 상에 형성된 λ/4 전송선로를 이용한 대역 통과 필터에 있어서,
    상기 대역 통과 필터는 같은 방향으로 끝이 단락된 결합선로의 반대쪽 입/출력단에 병렬로 캐패시터를 연결한 초소형 λ/4 전송선로를 적어도 하나 이상 포함하되, 상기 대역 통과 필터를 감싸는 접지 평면(ground plane)을 갖는 것을 특징으로 하는 λ/4 전송선로를 이용한 대역 통과 필터.
  3. 제 1 항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 λ/4 전송선로를 이용한 대역 통과 필터는, 비아 홀(via hole)로 연결된 다층의 선로를 사용한 λ/4 전송선로를 이용하는 것을 특징으로 하는 대역 통과 필터.
  4. 제 1 항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 초소형 λ/4 전송선로 내에 있는 결합선로 사이에 적어도 하나의 캐패시터(capacitor)가 연결되는 것을 특징으로 하는 λ/4 전송선로를 이용한 대역 통과 필터.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 결합선로 사이에 상기 결합선로와 벡터적으로 평행한 성분이 있는 연결선로로 연결된 적어도 하나의 캐패시터가 연결되는 것을 특징으로 하는 λ/4 전송선로를 이용한 대역 통과 필터.
  6. 제 1 항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 초소형 λ/4 전송선로의 입력 혹은 출력 연결선로에 콘덴서(capacitor) 를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 λ/4 전송선로를 이용한 대역 통과 필터.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 초소형 λ/4 전송선로의 입력단과 출력단 사이에 콘덴서(capacitor)를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 λ/4 전송선로를 이용한 대역 통과 필터.
  8. 두 초소형 λ/4 전송선로 필터를 연결하여 사용하는 대역통과 필터에 있어서,
    상기 두 초소형 λ/4 전송선로 필터 사이에 간섭(interference)을 억제하기 위하여 신호전달 경로(road) 양쪽에 접지평면(ground plane)을 갖는 것을 특징으로 하는 λ/4 전송선로를 이용한 대역 통과 필터.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 두 초소형 λ/4 전송선로 필터 사이에 신호를 전달하기 위하여 두 초소형 λ/4 전송선로 필터 사이에 전송 선로(transmission line)를 사용하는 것을 특징으로 하는 λ/4 전송선로를 이용한 대역 통과 필터.
  10. 제 8 항 혹은 제 9 항에 있어서,
    상기 두 초소형 λ/4 전송선로 필터 사이에 위치되어 동시에 상기 두 필터 사이를 연결하는 전송 선로 아래 또는 위에 접지 평면(ground plane)을 두고, 상기 접지 평면은 선로 양쪽에 있는 접지 평면과 비아 홀(via hole)에 의하여 연결되어 있는 형태의 회로를 갖는 것을 특징으로 하는 λ/4 전송선로를 이용한 대역 통과 필터.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 두 초소형 λ/4 전송선로 필터 사이에 위치되어 상기 전송선로에 적어도 하나의 콘덴서(capacitor) 또는 인덕터(inductor)를 구비하는 것을 특징으로 하는 λ/4 전송선로를 이용한 대역 통과 필터.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 두 초소형 λ/4 전송선로 필터 사이에 신호를 전달하기 위하여, 소형 λ/4 전송선로 필터의 일측 선로 포트(port)의 도체면(conductor plane)과 λ/4 전송선로 필터의 타측 선로 포트의 도체면이 상호 콘덴서(capacitor) 작용을 하며, 상기 콘덴서를 통해 신호가 전달되는 것을 특징으로 하는 λ/4 전송선로를 이용한 대역 통과 필터.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 두 초소형 λ/4 전송선로 필터 사이에 위치되며 동시에 두 필터 사이를 연결해서 사용하기 위하여 두 도체층으로 구성된 콘덴서 아래 또는 위에 접지 평면(ground plane)을 두고, 상기 접지 평면은 상기 두 도체층의 선로 양쪽에 있는 접지 평면과 비아 홀(via hole)에 의하여 연결되어 있는 형태의 회로를 갖는 것을 특징으로 하는 λ/4 전송선로를 이용한 대역 통과 필터.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 두 초소형 λ/4 전송선로 필터 사이에 위치되며 신호전달에 이용되는 두 층으로 이루어진 콘덴서의 위 또는 아래에 있는 선로에 적어도 하나의 콘덴서(capacitor) 또는 인덕터(inductor)를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 λ/4 전송선로를 이용한 대역 통과 필터.
KR1020080131473A 2007-12-20 2008-12-22 λ/4 전송선로를 이용한 초소형 대역 통과 필터 KR100994147B1 (ko)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070136056 2007-12-20
KR20070136056 2007-12-20
KR1020080046840 2008-05-19
KR20080046840 2008-05-19

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20090067124A true KR20090067124A (ko) 2009-06-24
KR100994147B1 KR100994147B1 (ko) 2010-11-15

Family

ID=40801689

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020080131473A KR100994147B1 (ko) 2007-12-20 2008-12-22 λ/4 전송선로를 이용한 초소형 대역 통과 필터

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20100265013A1 (ko)
KR (1) KR100994147B1 (ko)
WO (1) WO2009082153A2 (ko)

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100262758B1 (ko) * 1996-07-27 2000-08-01 정명식 다층 구조의 초고주파 전송회로
KR100394021B1 (ko) * 2001-02-24 2003-08-06 엘지전자 주식회사 대역 통과 필터 및 그 제조방법
KR100533907B1 (ko) * 2002-09-18 2005-12-06 강인호 λ/4 전송선로를 소형화 시킨 전송선로
KR100626646B1 (ko) 2004-08-20 2006-09-21 한국전자통신연구원 접지면 어퍼쳐를 갖는 커플드 라인을 이용한 대역통과여파기
KR100726329B1 (ko) * 2005-03-07 2007-06-08 강인호 λ/4 전송선로를 이용한 대역 통과 필터
JP4565145B2 (ja) * 2005-09-02 2010-10-20 独立行政法人情報通信研究機構 超広帯域バンドパスフィルタ

Also Published As

Publication number Publication date
US20100265013A1 (en) 2010-10-21
WO2009082153A3 (en) 2009-10-08
WO2009082153A2 (en) 2009-07-02
KR100994147B1 (ko) 2010-11-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100418607B1 (ko) 대역필터, 듀플렉서, 고주파 모듈 및 통신장치
CN110311203B (zh) 具有宽带共模抑制的非平衡到平衡滤波功分器
US7652548B2 (en) Bandpass filter, high-frequency module, and wireless communications equipment
JP4565145B2 (ja) 超広帯域バンドパスフィルタ
US11158924B2 (en) LTCC wide stopband filtering balun based on discriminating coupling
JP4624401B2 (ja) 高周波回路および受信装置
JP4511478B2 (ja) バンドパスフィルタ及び高周波モジュール、並びにこれを用いた無線通信機器
CN110190371B (zh) 一种波导功分器
WO2018171230A1 (zh) 基于环形谐振器和双枝节开路负载的带通滤波器
CN108879043B (zh) 一种采用耦合枝节加载槽线谐振结构的三模平衡滤波器
JP4565146B2 (ja) マルチバンド超広帯域バンドパスフィルタ
JP4550915B2 (ja) フィルタ回路及びフィルタ回路素子、これを備えた多層回路基板並びに回路モジュール
JP2000357903A (ja) 平面型フィルタ
KR100726329B1 (ko) λ/4 전송선로를 이용한 대역 통과 필터
JP5019938B2 (ja) バンドパスフィルタおよびそれを用いた高周波モジュールならびにそれを用いた無線通信機器
US7272367B2 (en) Multiband filter circuit and high-frequency transmitter
KR100994147B1 (ko) λ/4 전송선로를 이용한 초소형 대역 통과 필터
US20100253448A1 (en) Diplexer, and Wireless Communication Module and Wireless Communication Apparatus Using the Same
JP5213419B2 (ja) バンドパスフィルタならびにそれを用いた無線通信モジュールおよび無線通信機器
US7183878B2 (en) Surface acoustic wave filter
JP4889539B2 (ja) バンドパスフィルタおよびそれを用いた高周波モジュールならびにそれらを用いた無線通信機器
KR20010021163A (ko) 유전체 듀플렉서 및 통신 기기
CN112073020A (zh) 滤波器模块
JP4442066B2 (ja) デュアルモード・バンドパスフィルタ及びデュアルモード・バンドパスフィルタの特性調整方法並びにデュプレクサ及び無線通信装置
JP4209352B2 (ja) インターディジタルフィルター

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
N231 Notification of change of applicant
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20131021

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20141118

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20151119

Year of fee payment: 6

LAPS Lapse due to unpaid annual fee