KR20090080761A - 고주파 필터 및 이의 튜닝 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수용공간 및 공진기를 구비하는 고주파 필터의 튜닝 구조에 있어서, 공진기의 상부의 대응 위치에서 커버의 나사홀에 체결되는 구조로 설치되는 튜닝 조정나사를 구비하며, 튜닝 조정나사는 외부에 수나사 구조를 가져서 커버의 나사홀에 체결되며 내부에는 암나사 또는 전가적 접촉 구조를 가지는 관 형태의 제1튜닝 조정나사와, 제1튜닝 조정나사의 내부의 암나사 또는 접촉 구조에 체결되는 수나사 또는 민자 구조를 가지는 막대 형태의 제2튜닝 조정나사로 구성된다.

RF, 필터, 튜닝, 공진, 캐비티, 온도

Description

고주파 필터 및 이의 튜닝 구조{RADIO FREQUENCY FILTER AND　TUNING STRUCTURE THEREIN}

본 발명은 고주파(RF: Radio Frequency) 필터에 관한 것으로, 특히 고주파 필터에서 주파수 튜닝 구조에 관한 것이다.

고주파 필터(DR 필터, 캐비티 필터, 웨이브 가이드 필터 등)는 고주파, 특히 초고주파를 공진하기 위한 일종의 회로통의 구조를 가진다. 일반적인 코일과 콘덴서에 의한 공진회로는 복사손실이 커서 초고주파를 형성하는데 적합지 않다. 이에 RF 필터는 도체로 둘러싸인 금속성 원통 또는 직육면체 등의 수용공간(cavity)을 형성하며 그 내부에서 DR(Dielectric Resonator) 또는 금속 공진봉으로 구성된 공진기를 구비시켜, 고유 주파수의 전자기장만이 존재하게 함으로써, 초고주파의 공진이 가능하게 하는 구조를 가진다.

이러한 DR 또는 금속 공진봉을 이용한 RF 필터의 기술로는 국내 선출원된 특허 출원번호 제2002-84938호(명칭: 고 유전율 및 높은 선택도 값을 갖는 유전체를 구비하는 무선 주파수 필터, 출원인: 주식회사 케이엠더블유, 발명자: 박종규 외, 출원일: 2002년 12월 27일) 및 특허 출원번호 제2002-52351호(명칭: 스프링 너트를 구비하는 무선 주파수 필터, 출원인: 주식회사 케이엠더블유, 발명자: 박종규 외, 출원일: 2002년 8월 31일) 등을 예로 들 수 있다.

이와 같은 DR 또는 금속 공진봉을 이용한 RF 필터는 삽입손실이 적고 고출력에 유리하기 때문에 이동통신 기지국 및 중계기, 방송용 중계기, 위성통신 시스템 등 거의 모든 송수신 통신장비에 적용되며, 이때 듀플렉서(duplexer), 대역통과(bandpass) 필터용으로도 채용되고 있으며, 요구되는 필터링 특성에 따라 다양한 형태 및 구조가 개발되고 있다.

이러한 RF 필터는 하우징 내의 공간을 다수의 수용공간으로 분할하고, 분할된 각각의 수용공간에 DR 또는 금속 공진봉의 공진기를 설치하고, 해당 공진기에 대응되는 위치에 설치되는 튜닝 조정나사를 구비하는 커버로 하우징을 밀폐시킨 구조를 가진다. 이러한 구성의 RF 필터는 각 구성요소들 간의 상호 작용에 의해 유도성, 용량성 결합이 이루어져 특정 주파수 대역의 신호를 전달하게 된다. 이때 공진기와 튜닝 조정나사 사이의 거리 등을 정밀히 조정하여 공진기와 튜닝 조정나사 사이의 캐패시턴스 값을 조정함으로써, 정밀한 주파수 튜닝을 실시하게 된다.

그런데, RF 필터가 사용되는 주변 온도가 변화하는 경우 수용공간, 공진기, 튜닝 조정나사가 열 수축과 팽창을 일으키게 되며 특히, 고 전력의 송신 필터로 사용 시에는 삽입손실에 의해 상당한 양의 열이 발생하게 되고, 발생한 열에 의한 온도 변화에 의해서도 열 수축과 팽창을 일으키게 된다. 이에 따라 상기 공진기와 튜닝 조정나사 사이의 캐패시턴스 값을 조정하여 원하는 주파수에 공진이 일어나도록 하는 RF 필터 구조에 있어서, 각 구성요소들의 간격 변화에 의한 캐패시턴스 값 및 공진기의 길이 변화에 의한 인덕턴스 값의 변화에 따라 필터의 고유 특성이 변화되면서 동작 장애가 발생한다.

이를 해결하기 위해서는 특정한 주파수에서 각 구성 요소의 팽창 수축에 의한 인덕턴스값과 캐패시턴스 값이 상호 보완적으로 동작 하도록 공진기와 튜닝 조정나사 또는 커버의 간격을 결정해야 하는데 이는 반복적인 실험과 보정 작업을 해야 하므로 많은 시간과 비용이 발생하는 단점이 있으며 특히, 다수의 채널(주파수 대역)에 가변적으로 적용이 가능한 RF 필터의 제작에는 근본적으로 적용이 불가능 하다.

따라서 종래의 RF 필터에는 열 팽창률이 매우 작은 인바( Invar) 등의 소재를 사용하였다. 그런데, 이러한 인바는 재질이 타 재질(Al, Fe, Bs, 등)에 비해 가공이 어려우며 재료비용이 고비용이므로, 이를 이용한 RF 필터의 재작시에는 공정이 어려우며 공정 시간 및 비용이 많이 소요되는 단점이 있었다.

따라서 본 발명의 목적은 필터 제작 시 공정을 용이하게 하여 공정 시간 및 비용을 줄일 수 있으며, 온도 조건에 따른 적응적 튜닝 및 효율적인 튜닝이 가능하도록 하고 특히, 해당 필터의 주파수 대역을 이동 시에도 손쉬운 튜닝이 가능하도록 하기 위한 고주파 필터 및 이의 튜닝 구조를 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 수용공간 및 공진기를 구비하는 고주파 필터의 튜닝 구조에 있어서, 상기 공진기의 상부의 대응 위치에서 커버의 나사홀에 체결되는 구조로 설치되는 튜닝 조정나사를 포함하며,

상기 튜닝 조정나사는 외부에 수나사 구조를 가져서 커버의 나사홀에 체결되며 내부에는 암나사 구조를 가지는 관 형태의 제1튜닝 조정나사와, 상기 제1튜닝 조정나사의 내부의 암나사 구조에 체결되는 수나사 구조를 가지는 막대 형태의 제2튜닝 조정나사를 포함함을 특징으로 한다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 고주파 필터의 튜닝 구조는 종래의 인바 등의 재질을 사용하지 않으므로, 제작 시 공정을 용이하게 하며 공정 시간 및 비용을 줄일 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 고주파 필터의 튜닝 구조는 온도 조건에 따른 적응적 튜닝 및 효율적인 튜닝이 가능하도록 하며, 해당 필터의 주파수 대역의 이동 시에도 손쉬운 튜닝이 가능하도록 한다.

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들이 나타나고 있는데 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들이 본 발명의 범위 내에서 소정의 변형이나 혹은 변경이 이루어질 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파(RF) 필터의 튜닝 구조도로서, 필터의 다수의 수용공간 중에 하나의 수용 공간의 구조, 즉 한 셀의 구조가 도시되고 있으며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 튜닝 구조를 채용한 RF 필터의 구조도로서, 예를 들어 4개의 셀을 가진 필터 구조가 도시되고 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, RF 필터의 각 셀에는 원하는 주파수를 공진시켜 통과시키기 위해 중공부가 형성된 예를 들어 금속 공진봉을 이용한 공진기(12)가 구비될 수 있다. 이때 공진기(12)의 상부의 대응 위치에는 본 발명의 특징에 따른 구조를 가지는 튜닝 조정나사(10)가 커버(16)의 나사홀에 체결되는 구조로 설치된다. 이외에도 RF 필터에는 각 셀간의 격막에 형성되는 창들에 대응하는 위치에 각각 설치되는 다수의 커플링 조정나사(10) 등이 구비된다.

튜닝 조정나사(10)는 일반적인 나사 형태가 아니라, 2중 구조로 구성된다. 즉 튜닝 조정나사(10)는 외부의 적어도 일부에 수나사 구조를 가져서 상기 커버(16)의 대응되는 나사홀에 체결되며, 내부의 적어도 일부에는 암나사 구조를 가지는 관 형태의 제1튜닝 조정나사(102)와, 상기 제1튜닝 조정나사(102)의 내부의 암나사 구조에 체결되는 수나사 구조를 가지는 막대 형태의 제2튜닝 조정나사(104)로 구성된다. 즉 막대 형태의 제2튜닝 조정나사(104)는 관 형태의 제1튜닝 조정나사(102)의 내부 홀에 끼워지는 구조를 가진다.

이때 제1튜닝 조정나사(102)에서 공진기(12)와 대향하는 단부는 공진기(12)에 대향하여 보다 넓은 면적을 가지도록 디스크 형태로 구성되며, 상기 제2튜닝 조정나사(102)에서 공진기(12)와 대향하는 단부는 공진기(12)의 중공부 내에 삽입되는 구조를 갖는다. 이때 상기 제1튜닝 조정나사(102)는 제1너트(103)를 통해 커버(16)상에 고정되며, 제2튜닝 조정나사(104)는 제2너트(105)를 통해 제1튜닝 조정나사(102) 타측, 즉 상기 공진기(12)에 대향하는 측의 반대측 단부 상에 고정된다.

상기와 같은 본 발명에 따른 RF 필터 구조에서, 상기 공진기(12)의 재질은 인바(Invar)를 대신하여 철(Fe)을 비롯한 여러 가지 재질을 사용할 수 있으며, 튜닝 조정나사(10)는 황동(Bs)외 여러 가지 재질을 사용하여 제작할 수 있다.

온도 환경에서는 튜닝 조정나사(10)와 공진기(12) 사이의 캐패시턴스 값과 공진기의 길이 변화에 의한 인덕턴스 값이 영향을 많이 받는 데 특정한 주파수 대역에서 이들 값의 변화가 상호 보완적으로 균형을 이루도록 튜닝 조정나사(10)와 공진기(12) 사이의 캐패시턴스 값을 실험적으로 결정 할 수 있으며 이때, 제2 튜닝조정나사를 이용하여 RF 필터를 원하는 주파수 대역에 조정이 가능하다.

본 발명에서는 이러한 제1튜닝 조정나사(102) 및 제2튜닝 조정나사(104)를 후술하는 바와 같이, 온도 테스트를 거쳐 개별적으로 또한 상호 보완되도록 적절히 조정하므로, 이에 의한 캐패시턴스 값을 조정하여 온도 변화에 대응할 수 있도록 한다.

보다 상세히 설명하면, 먼저 상온에서 상기 튜닝 조정나사(10)를 조절하여 RF 필터의 튜닝을 1차적으로 수행한 후, 별도의 가열 장치를 통해 해당 RF 필터를 열을 가하여 RF 필터의 온도를 상승시킴으로써, RF 필터의 커버(16)를 포함하는 하우징과 공진기(12) 및 튜닝 조정나사(10)의 재질이 팽창시키면서 주파수 변이를 관찰하는 온도 테스트를 수행한다.

온도 테스트 시에, 온도가 상승할 때 RF 필터의 각 구성요소들의 부피가 팽창한다. 이때 먼저 수용공간(14)이 늘어나는 현상만을 볼 경우에는 이는 제1튜닝 조정나사(102)와 공진기(12)간의 간격을 멀어지게 하여, 제1튜닝 조정나사(102)와 공진기(12)간의 캐패시턴스 값을 작게 하고 이는 결국 주파수가 올라가는 현상을 발생시킨다. 반대로, 튜닝 조정나사(10)와 공진기(12)가 자체적으로 늘어나는 양은 공진기(12)의 인덕턴스 값을 크게 하고 공진기와 튜닝 조정나사(10)간의 간격이 줄어드는 방향이기 때문에 주파수를 내리는 현상을 발생시킨다.

이러한 온도 테스트 시에, 주파수의 변이를 관찰한 결과, 고온에서 주파수가 올라가는 현상을 보이면 이는 수용공간(14)이 늘어남에 따른 공진기(12)와 제1튜닝 조정나사(102) 사이의 캐패시턴스 값의 작아지는 양이 공진기(12)와 튜닝 조정나사(10)가 늘어나면서 커지는 것보다 커서 전체적으로 볼 때에는 캐패시턴스 값이 작아지기 때문임을 알 수 있다.

이를 보상하기 위해서는 공진기(12)와 제1튜닝 조정나사(102)의 간격을 좀더 멀게하여 이들간에 형성되는 캐패시턴스 값의 민감도를 줄이도록 튜닝한다. 이때에 는 아울러 제2튜닝 조정나사(104)는 단부가 공진기(12)의 중공부에 더 들어가도록 튜닝하여 원하는 대역으로 공진 주파수를 맞추게 된다.

한편, 상기 온도 테스트 시에, 주파수의 변이를 관찰한 결과, 고온에서 주파수가 내려가는 현상을 보이면 이는 수용공간(14)이 늘어남에 따른 공진기(12)와 제1튜닝 조정나사(102) 사이의 캐패시턴스 값의 작아지는 양보다 공진기(12)와 튜닝 조정나사(10)가 늘어나면서 커지는 것이 커서 전체적으로 볼 때에는 캐패시턴스 커지기 때문임을 알 수 있다.

이를 보상하기 위해서는 공진기(12)와 제1튜닝 조정나사(102)의 간격을 좀더 가깝게 하여 이들간에 형성되는 캐패시턴스 값의 민감도를 높이도록 튜닝한다. 이때에는 아울러 제2튜닝 조정나사(104)는 단부가 공진기(12)의 중공부에 더 나오도록 튜닝하여 원하는 대역으로 공진 주파수를 맞추게 된다.

이때, 제2튜닝 조정나사(104)의 경우 상기 구조에서는 온도 변화시 공진기와 튜닝조정나사의 간격에 변화가 없으므로 공진기(12) 내부 캐패시턴스에 큰 영향을 미치지는 못한다.

이와 같이, 본 발명에 따른 RF 필터의 튜닝 구조는 서로의 구조적 특징을 이용하여 제1, 제2튜닝 조정나사(102, 104)로 원하는 주파수 대역을 움직이며, 동시에 공진기(12)와의 간격을 조정함으로써 길이비율로 정해진 주파수에서 온도 안정 점을 찾을 수 있는 구조를 갖는다.

이때, 상기 본 발명에 따른 RF 필터 구조에서는 튜닝 조정나사(10)에는 두 가지 이상의 여러 가지 재질(Fe, Bs, Al 등)로 혼용하여 사용될 수 있다.

상기와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 RF 필터 및 이의 튜닝 구조가 이루어질 수 있으며, 한편 상기한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나 여러 가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 예를 들어 상기의 설명에서는 공진기가 중공부의 형태로 구성되며 제2튜닝 조정나사의 단부가 이에 삽입되므로 상호 커플링이 이루어지는 것으로 설명하였으나 이외에도 공진기와 커플링 조종나사(특히 제2튜닝 조정나사)간에 다양한 형태의 커플링 구조가 채용될 수 있다. 또한 상기의 설명에서는 제1, 제2튜닝 조정나사간에 나사 결합이 이루어지는 형태로 서로간 결합되는 것으로 설명하였으나, 이외에도 제2튜닝 조정나사가 단순히 미끄럼 이동이 가능하게 (나사산의 구조가 없는) 관형태의 제1튜닝 조정나사에 끼워지는 형태로 서로 결합되는 구조를 가질 수도 있다. 이 경우에 제2튜닝 조정나사의 위치 고정을 위해 외부에 별도의 기구물을 추가로 더 구비할 수도 있다.

이와 같이, 본 발명의 다양한 변형이 있을 수 있으며, 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 청구범위와 청구범위의 균등한 것에 의하여 정하여져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고주파 필터의 튜닝 구조도

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 튜닝 구조를 채용한 고주파 필터의 구조도

Claims (9)

1. 수용공간 및 공진기를 구비하는 고주파 필터의 튜닝 구조에 있어서,

   상기 공진기의 상부의 대응 위치에서 상기 공진기의 상부에 대향하는 하우징에 형성된 나사홀에 체결되는 구조로 설치되는 튜닝 조정나사를 포함하며,

   상기 튜닝 조정나사는 외부에 수나사 구조를 가져서 상기 나사홀에 체결되며 내부에는 암나사 구조를 가지는 관 형태의 제1튜닝 조정나사와,

   상기 제1튜닝 조정나사의 내부의 암나사 구조에 체결되는 수나사 구조를 가지는 막대 형태의 제2튜닝 조정나사를 포함함을 특징으로 하는 고주파 필터의 튜닝 구조.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1튜닝 조정나사에서 상기 공진기와 대향하는 단부는 상기 공진기에 대향하여 보다 넓은 면적을 가지도록 디스크 형태로 구성됨을 특징으로 하는 고주파 필터의 튜닝 구조.
3. 제1항에 있어서, 상기 제2튜닝 조정나사에서 상기 공진기와 대향하는 단부는 상기 공진기의 상부에 형성되는 중공부 내에 삽입되는 구조를 가짐을 특징으로 하는 고주파 필터의 튜닝 구조.
4. 제1항에 있어서, 상기 튜닝 조정나사의 재질은 철(Fe), 황동(Bs), 알루미늄(Al) 중 적어도 하나임을 특징으로 하는 필터 튜닝 구조.
5. 다수의 수용공간으로 형성되는 고주파 필터에 있어서,

   상기 수용공간에 설치되며, 미리 설정된 주파수를 공진시켜 통과시키기 위해 중공부가 형성된 공진기와,

   상기 공진기의 상부의 대응 위치에서 상기 공진기의 상부에 대향하는 하우징에 형성된 나사홀에 체결되는 구조로 설치되는 튜닝 조정나사를 포함하며,

   상기 튜닝 조정나사는 외부에 수나사 구조를 가져서 상기 나사홀에 체결되며 내부에는 암나사 구조를 가지는 관 형태의 제1튜닝 조정나사와,

   상기 제1튜닝 조정나사의 내부의 암나사 구조에 체결되는 수나사 구조를 가지는 막대 형태의 제2튜닝 조정나사를 포함함을 특징으로 하는 고주파 필터.
6. 제5항에 있어서, 상기 제1튜닝 조정나사에서 상기 공진기와 대향하는 단부는 상기 공진기에 대향하여 보다 넓은 면적을 가지도록 디스크 형태로 구성됨을 특징으로 하는 고주파 필터.
7. 제5항에 있어서, 상기 제2튜닝 조정나사에서 상기 공진기와 대향하는 단부는 상기 공진기의 상부에 형성되는 중공부 내에 삽입되는 구조를 가짐을 특징으로 하는 고주파 필터.
8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 튜닝 조정나사 및 상기 공진기의 재질은 철(Fe), 황동(Bs), 알루미늄(Al) 중 적어도 하나임을 특징으로 하는 고주파 필터.
9. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공진기는 금속 공진봉을 이용한 구조임을 특징으로 하는 고주파 필터.

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