KR20100042299A - 이중 대역통과 여파기 - Google Patents

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KR20100042299A
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Abstract

이중 대역통과 여파기가 제공된다. 본 발명의 이중 대역통과 여파기는 직렬 인덕터와 병렬 커패시터의 정합을 통하여 안테나 포트에서 입력되는 신호의 임피던스를 정합하기 위한 정합회로와, VHF 대역의 신호를 통과시켜 이를 VHF 포트로 출력하는 BPF 및 UHF 대역의 신호를 통과시켜 이를 UHF 포트로 출력하는 HPF를 포함하는 이중대역 통과 여파기에 있어서, 정합회로, BPF 및 HPF는 복수개의 레이어가 적층된 구조인 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 여파기 회로를 적층으로 구현하여 소형의 여파기 설계가 가능하고, 공진기의 기준 공진주파수와 첫번째 고조파의 차이가 훨씬 크게 나타나기 때문에 넓은 상향 저지대역 특성을 갖는 여파기가 되어, 광대역 통과 대역을 갖는 다이플렉서의 제작이 가능하도록 하는 효과가 있다.
이중 대역통과 여파기, 적층구조, 공진기, 트렌스미션 라인

Description

이중 대역통과 여파기{DUAL BAND PASS FILTER}
본 발명은 이중 대역통과 여파기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 임피던스 정합을 위한 정합회로(Matching Circuit), VHF(Very High Frequency) 신호를 통과시키기 위한 대역통과 여파기(Band Pass Filter; BFP), UHF(Ultra High Frequency) 신호를 통과시키기 위한 고역통과 여파기(High Pass Filter; HFP)로 구성된 이중 대역통과 여파기에 관한 것이다.
집중소자로 구성된 일반적인 형태의 대역통과 여파기 회로는, 도 1과 같이 T-형 대역통과 여파기 회로도와 도 2와 같은 π-형 대역통과 여파기 회로도로 나타낼 수 있다.
도 1, 도 2의 대역통과 여파기 회로는 프로토타입 저역통과 여파기 회로의 저항(110), 인덕터(120)와 커패시터(130)로 이루어진 직렬 공진기(140)와 병렬 공진기(150) 회로망을 합성하여 구성된 것이다. 도 1, 도 2와 같은 형태의 대역통과 여파기는 프로토타입으로부터 주파수 변환함수를 이용하여 각 소자를 공진기 형태로 변환하였을 경우 집중소자의 값이 유일하게 결정되며 소자값의 미세한 변화에 의해 여파기의 특성이 급격히 변화하고 여파기 구조상 직렬 공진기(140)와 병렬 공 진기(150)의 동시 구현이 어렵기 때문에 여파기의 설계에 있어서 많은 어려움을 갖는다.
따라서, 실제적인 대역통과 여파기의 구현 시에는 이미턴스(Emittence) 변환특성을 갖는 인버터(Inveter)를 사용하여 한 종류의 공진기 구조만으로 대역통과 여파기를 구현한다.
즉, 종래에는 도 3에서와 같이 J-인버터(200)(어드미턴스(210) 인버터)로 구성된 대역통과 여파기 회로나, 도 4에서와 같이 K-인버터(220)(임피던스(230) 인버터)로 구성된 대역통과 여파기 회로도를 사용하였다.
상기 도 1과 도 2의 직렬 공진기(140)나 병렬 공진기(150) 회로망을 합성하려면 교류 전압(100)을 가할 때 전압과 전류의 위상이 같아야 하지만, 상기 대역통과 여파기 회로도의 경우 수동소자의 값이 결정되어 있고, 상기 수동 소자 값의 미세한 변화에 의해 여파기의 특성이 변화하므로, 도 3과 도 4와 같이 직렬 공진기(140)나 병렬 공진기(150) 중 한 종류의 공진기로만 이루어진 이미턴스 변환 특성을 갖는 인버터를 사용하여 대역통과 여파기를 구현해야 한다.
한편, 집중소자로 구성된 대역통과 여파기의 실제적인 구현에 있어서는 전송선로와 같은 분포정수회로를 사용하여 대역통과 여파기의 공진기 및 인버터를 구현해야한다. 즉, 전송선로를 이용한 공진기의 형태는 종단이 단락된 λ/2 전송선로를 이용한 직렬공진 회로 또는, 종단이 단락된 λ/4 전송선로와 종단이 개방된 λ/2 길이의 전송선로를 이용하여 병렬 공진회로를 구현할 수 있다.
그러나, 상기한 바와 같은 종래 기술에서는 아래와 같은 문제점이 있다.
첫째로, λ/2 및 λ/4 공진기를 기존의 단면 및 양면 회로에 구성할 경우, 전송선로의 길이 때문에 소형의 여파기 설계에 어려움이 따른다. 즉, 전송 선로의 λ/2 공진기는 공진기의 길이가 λ/2이 되어야 하며, λ/4 공진기는 공진기의 길이가 λ/4이 되어야 한다는 제한이 있으므로, 공진기의 크기가 커지게 되어 소형 여파기를 설계하는데 기술적 문제점이 있었다.
둘째로, 공진기의 주파수 특성을 살펴볼 때 원하는 기준 주파수(f) 및 상기 기준 주파수의 2n+1배, 이를테면 3f, 5f 등에서도 공진이 발생하는 기술적 제한이 있었는데, 이는 상기 공진기의 주파수 특성을 이용해서 여파기를 설계할 때에 설계자가 원하는 통과 대역의 정수배에서 고조파통과대역(Harmonic Passband)이 발생하여, 광대역의 통과 대역을 갖는 다이플렉서(Diplexer)를 구성하는데 어려움이 있으며, 그 결과 전체 회로의 성능을 저하된다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 여파기 회로를 적층으로 구현하여 여파기의 사이즈를 최소화하여 소형의 여파기를 설계하고, 공진기의 기준 공진주파수(Fundamental resonant frequency)와 첫번째 고조파(Harmonic)의 차이를 크게하여 넓은 상향 저지대역(Wide upper stopband) 특성을 갖는 광대역 통과 대역의 다이플렉서를 제공하는데에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 유럽 지역의 Digital-TV 방송 규격인 DVB-T/H(Digital Video Broadcasting - Terrestrial/Handhelds)에 적용 가능한 이중 대역통과 여파 기를 제공하는데에 그 목적이 있으며, 통신 단말기의 소형, 경량화에 따라서, 저온 동시 소성 세라믹(Low Temperature Co-fired Ceramics; LTCC) 기술을 적용한 초소형의 대역통과 여파기를 제공하는데에 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 직렬 인덕터와 병렬 커패시터의 정합을 통하여 안테나 포트에서 입력되는 신호의 임피던스를 정합하기 위한 정합회로와, VHF 대역의 신호를 통과시켜 이를 VHF 포트로 출력하는 BPF 및 UHF 대역의 신호를 통과시켜 이를 UHF 포트로 출력하는 HPF를 포함하는 이중대역 통과 여파기에 있어서, 상기 정합회로, 상기 BPF 및 상기 HPF는 복수개의 레이어가 적층된 구조이며, 상기 정합회로는, 소정의 레이어 상의 제1인덕터(506d)가 상기 안테나 포트를 통하여 신호를 수신하고, 적층 구조를 가지며 전기적으로 각각 연결된 소정의 레이어 상의 상기 제1인덕터(506d) 및 제2인덕터가(507b, 508b, 509b, 510b, 511b, 512a, 513a)가 정합선로를 형성하며, 상기 제1인턱터(506d) 및 상기 제2인덕터(507b, 508b, 509b, 510b, 511b, 512a, 513a)가 소정의 레이어 상의 제1커패시터(518a)와 임피던스 정합을 이루며, 상기 BPF는, 적층 구조를 가지며 전기적으로 각각 연결된 소정의 레이어 상의 제2커패시터(515a, 517b)가 정합회로에서 상기 BPF로 전송되는 신호를 수신하고, 적층 구조를 가지며 전기적으로 각각 연결된 소정의 레이어 상의 제3인덕터(506e, 507c, 508c, 509c)가 BPF 공진선로를 형성하며, 상기 제3인덕터(506e, 507c, 508c, 509c)가 적층 구조를 가지며 전기적으로 각각 연결된 소정의 레이어 상의 제3커패시터(518b, 518c)와 공진을 이루며, 적층 구조 를 가지며 전기적으로 각각 연결된 소정의 레이어 상의 제4커패시터(515b, 517c)가 상기 BPF를 통과한 신호를 상기 VHF 포트로 출력하며, 상기 HPF는, 적층 구조를 가지며 전기적으로 각각 연결된 소정의 레이어 상의 제5커패시터(505a, 506a)가 정합회로에서 상기 HPF로 전송되는 신호를 수신하고, 적층 구조를 가지며 전기적으로 각각 연결된 소정의 레이어 상의 제4인덕터(507a, 508a, 509a, 510a, 511a)가 HPF 공진선로를 형성하고, 상기 제4인덕터(507a, 508a, 509a, 510a, 511a)가 적층 구조를 가지며 전기적으로 각각 연결된 소정의 레이어 상의 상기 제5커패시터(505a, 506a), 제6커패시터(503, 505c) 및 제7커패시터(504, 506c)와 공진을 이루며, 상기 제7커패시터(504, 506c)가 상기 HPF를 통과한 신호를 상기 UHF 포트로 출력하는 것을 특징으로 하는 이중 대역통과 여파기가 제공된다.
바람직하기로는, 상기 BPF는, 적층 구조를 가지며 전기적으로 각각 연결된 소정의 레이어 상의 제5인덕터(506f, 507d, 508d, 509d)가 통과 대역폭을 조정하는 것을 특징으로 하는 이중 대역통과 여파기가 제공된다.
또한 바람직하기로는, 상기 BPF는, 적층 구조를 가지며 전기적으로 각각 연결된 소정의 레이어 상의 제8커패시터(514a, 515a, 515b)가 상기 BPF의 노치를 생성하며, 상기 BPF의 출력단에 소정의 레이어 상의 제9커패시터(517a)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 대역통과 여파기가 제공된다.
바람직하기로는, 상기 HPF는, 적층 구조를 가지며 전기적으로 각각 연결된 소정의 레이어 상의 제10커패시터(505b, 506b)가 반사손실의 폴의 간격을 조정하는 것을 특징으로 하는 이중 대역통과 여파기가 제공된다.
상기한 바와 같은 본 발명은, 여파기 회로를 적층으로 구현하여 여파기의 사이즈를 최소화할 수 있으므로 소형의 여파기 설계가 가능하고, 공진기의 기준 공진주파수와 첫번째 고조파의 차이가 훨씬 크게 나타나기 때문에 넓은 상향 저지대역 특성을 갖는 여파기가 되어, 광대역 통과 대역을 갖는 다이플렉서의 제작이 가능하도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 유럽 지역의 Digital-TV 방송 규격인 DVB-T/H에 적용 가능한 이중 대역통과 여파기를 제공하며, 통신 단말기의 소형, 경량화에 따라서, 저온 동시 소성 세라믹(LTCC) 기술을 적용한 초소형의 대역통과 여파기를 제공하는 효과가 있다.
상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조 번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명에 따른 이중 대역통과 여파기의 블럭도이다.
본 발명에 따른 이중 대역통과 여파기는 안테나 포트(310)에서의 임피던스 정합을 위한 정합회로(340), VHF 신호를 VHF 포트(320)로 통과시키기 위한 대역통과 여파기(BPF)(350), UHF 신호를 UHF 포트(330)로 통과시키기 위한 고역통과 여파 기(HPF)(360)를 포함한다.
본 발명에 따른 이중 대역통과 여파기에서, 안테나 포트(310)는 임피던스 정합특성의 최적화를 위해서 직렬 인덕터와 병렬 커패시터로 정합회로(340)를 구성한다. VHF 대역은 주파수 선택도를 높인 BPF 구조로 설계되었으며, UHF 대역은 저손실을 위한 HPF 구조로 설계하였다. 또한, 각 포트(Port)(310, 320, 330)는 측면 인쇄(Side Printing) 공정으로 처리하도록 하였다.
도 6a는 본 발명에 따른 이중 대역통과 여파기의 회로도이고, 도 6b는 도 6a의 회로도에 사용되는 TL(Transmission Line)을 부분확대한 확대도이다.
TL은 전자파가 이동되는 선로를 나타내는 것으로서 마이크로스트립(Microstrip), 스트립라인(Stripline) 등이 될 수 있다. 도면에 도시된 바와 같이, TL1~TL6(401, 402, 403, 404, 405, 406)는 인덕터 소자를 평면으로 구현한 것으로 인덕터를 나타내는데, 보다 구체적으로는, 도 6b에서 도시된 것과 같이, 인덕터 상하에 접지판(GND)(441)을 깔아놓은 스트립라인(440) 구조를 채택하고 있다. 또한, C1~C8는 커패시터 소자를 평면으로 구현한 것이며 커패시터를 나타낸다. 또한, Z1은 안테나 포트(310)에서의 임피던스이고, Z2는 VHF 포트(320)에서의 임피던스이며, Z3은 UHF 포트(330)에서의 임피던스이다.
이하 도면에 도시된 각각의 인턱터와 커패시터의 역할을 구체적으로 설명하기로 한다.
TL1(401)은 정합회로(340)의 인덕턴스 성분으로 안테나 포트(310)에서의 임피던스 정합특성을 최적화하기 위한 것이다. TL2(402)와 TL3(403)는 BPF(350) 공진 기의 선로이며, 신호 통과 대역의 주파수 위치를 결정한다. TL4(404)는 BPF(350)의 인덕턴스 커플링을 위한 것이며, 통과 대역폭(Bandwidth)을 조정한다. TL5(405)와 TL6(406)는 HPF(360)의 공진기 선로이며, 신호 통과 대역의 주파수 위치를 결정한다.
C1(411)은 정합회로(340)의 커패시턴스 성분으로 안테나 포트(310)에서의 임피던스 정합특성의 최적화한다. C2(412)는 BPF(350)의 입력 커플링을 위한 것으로, BPF(350)의 삽입손실 특성에 영향을 미친다. C3(413)와 C4(414)는 BPF 공진기의 로딩(Loading) 커패시터이며, 신호 통과 대역의 주파수 위치를 결정하며 고조파 성분을 제어한다. C5(415)는 BPF(350)의 출력 커플링으로, BPF(350)의 삽입손실 특성에 영향을 미친다. C6(416)는 HPF(360)의 입력 커플링으로, HPF(360)의 삽입손실 특성에 영향을 미친다. C7(417)는 HPF(360)의 커패시턴스 커플링을 위한 것이며, 반사손실의 폴(Pole)의 간격을 조정한다. C8(418)은 HPF(360)의 출력 커플링을 위한 것으로, HPF(360)의 삽입손실 특성에 영향을 미친다. C9(419)는 BPF(350)의 커플링 을 위한 것이며, BPF(350)의 노치(Notch)를 생성하며 감쇄(Attenuation)특성에 영향을 미친다. C10(420)는 BPF(350)의 출력단에 위치하여 접지되며, 감쇄특성에 영향을 미친다.
본 발명에 따른 이중 대역통과 여파기에 적용된 공진기는 인덕터와 커패시터가 직렬 혹은 병렬로 연결되어 공진을 일으키는 것을 특징으로 한다. 구체적으로는 인덕터와 커패시터가 적층으로 구성된 공진기 구조이며, SIR(Stepped Impedance Resonator) 공진기이기 때문에 광대역 저지특성을 갖는다.
VHF 대역에 만들어지는 공진 주파수값은 TL2(402)와 C3(413) 및 TL3(403)와 C4(414)이 공진을 이루어 생성되며, UHF 대역에 만들어지는 공진 주파수값은 TL5(405)와 C6(416) 및 TL6(406)와 C8(418)이 공진을 이루어 생성된다. 이에 대한 보다 구체적인 설명은 도 10에서 하기로 한다.
도 7은 본 발명에 따른 이중 대역통과 여파기(500)의 입체도이고, 도 8은 본 발명에 따른 이중 대역통과 여파기(500)의 분해사시도이다.
본 발명에 따른 이중 대역통과 여파기의 일실시예에 따라, 총 20개의 레이어가 적층구조를 이루고 있으며, 각레이어 상에 있는 TL들은 비아홀(Via Hole)(530)을 통하여 상호 연결된다.
본 발명에 따른 이중 대역통과 여파기는 높은 값의 인덕턴스와 커패시턴스를 구현하기 위해서는 넓은 면적이 요구되지만 적층구조로 패턴을 형성함으로써 소형의 사이즈로 원하는 소자 값을 구현할 수 있다. 본 발명에 따른 이중 대역통과 여파기의 사이즈는 바람직하게, 3.2mm×2.5mm×1.0mm(L×W×T)이므로, 초소형의 적층 이중 대역통과 여파기 제작이 가능하다.
본 발명에 따른 이중 대역통과 여파기의 경우 다양한 적층기술을 이용한 여파기 제작에 활용할 수 있다. 특히, 다층 PCB(Printed Circuit Board)를 이용한 여파기에 사용 가능할 뿐만 아니라, LTCC 기술을 이용한 여파기에도 사용이 가능하며, 그 이외에 다른 소재를 이용한 모든 적층 구조에 응용이 가능하다. 또한, 적층기술을 이용한 RF 모듈에 그 일부로 포함되어 설계도 가능하다.
한편, LTCC 기술이란 테이프 캐스팅(Tape Casting)의 방법으로 제조된 후막 (수십~수백 ㎛ 두께) 형태의 세라믹 유전체와 여러가지 회로요소를 구현하기 위한 전도성 금속 페이스트를 이용하여 여러층의 적층소자를 제조하는 기법을 의미한다.
보다 구체적으로, 도 8은 본 발명에 따른 이중 대역통과 여파기에 사용되는 각 레이어간의 연결양태를 보여준다. 각 레이어들은 커플링과 비아홀(530)을 통해 전기적으로 연결된다.
한편, 비아홀(530)은 유전체 재료에 구멍을 뚫고 금속을 채워 넣은 것으로, 금속을 통하여 신호가 통과된다. 각 레이어는 비아홀(530)로 연결된 것도 있고, 커플링으로 연결된 것도 있다. 본 발명에서 인덕턴스 성분은 비아홀(530)로 연결되어 있고, 커패시턴스 성분은 커플링으로 연결되어 있다.
인덕턴스 성분을 비아홀(530)로 연결한 이유는, 높은 값의 인턱턴스를 얻고 사이즈를 줄이기 위해서이다. 이를 평면으로 구현한다면 면적이 넓어지게 되어, 제품의 사이즈가 커지게 되므로, 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것이다. 예컨데, 제7레이어 내지 제11레이어(507, 508, 509, 510, 511)는 도6a의 TL5(405) 및 TL6(406)의 인덕턴스 성분의 구조인데, 이 구조를 평면에 구현한다면 넓은 면적이 필요하며 제품의 사이즈가 커지게 된다. 본 발명에 따라, 레이어를 적층으로 구현하면, 각 레이어간 간격은 30㎛정도로 매우 작기 때문에, 이러한 레이어를 비아홀(530)로 연결하면 작은 사이즈의 원하는 인덕턴스를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 이중 대역통과 여파기(500)를 레이어의 적층구조로 연결함에 따라, 커패시턴스 성분이 커플링으로 연결된다. 이는 인덕턴스 성분을 비아 홀(530)으로 연결한 이유와 마찬가지로, 커패시턴스 성분을 커플링으로 연결하여 커패시턴스는 높이고 여파기의 사이즈는 줄이기 위함이다. 예컨데, 도 6a의 C8(418) 커패시턴스를 얻기 위해서, 제4레이어(504) 및 제6레이어(506)에 커패시터를 적층으로 구현하여, 상하 레이어에 동일 구조의 커패시터를 패턴화시켜 원하는 C8(418)의 커패시턴스를 얻을 수 있다. 결국, C8(418)의 커패시턴스를 얻기 위하여 이를 평면으로 구현한 경우보다, 본 발명에 따라 적층구조로 형성함에 따라 제품의 면적이 1/2로 줄어, 제품의 크기가 줄어든다.
도 9a 내지 도 9t는 본 발명에 따른 이중 대역통과 여파기(500)의 각레이어의 구성도이다.
본 발명의 일실시예에 따라, 이중 대역통과 여파기(500)는 20개의 레이어가 적층되어 있으며, 각레이어의 동그란 점은 비아홀(530)을 나타내며, 비아홀(530)을 통하여 레이어가 전기적으로 연결된다. 이하 각레이어의 구체적인 구성을 설명하도록 한다.
도 9a는 제1레이어(501)를 나타내며, 마킹 패턴으로 포트의 방향을 인식하기 위한 패턴이다.
도 9b는 제2레이러(502)를 나타내며, 접지면으로 외부 신호 차단 효과와 접지 역할을 하는 GND 패턴이다.
도 9c는 제3레이어(503)를 나타내며, HPF(360)의 출력 커플링 패턴으로 도 6a의 C8(418) 커패시터 역할을 한다.
도 9d는 제4레이어(504)를 나타내며, 제3레이어(503)와 마찬가지로, HPF(360)의 출력 커플링 패턴으로 도 6a의 C8(418) 커패시터 역할을 하며, UHF 포 트(330)와 연결된다.
도 9e는 제5레이어(505)를 나타내며, HPF(360) 입출력 커플링이 일어나며, 제5-1커패시터(505a)는 도 6a의 C6(416) 커패시터 역할을 하고, 정합회로(340)로부터 전달된 신호가 HPF(360)로 입력되는 부분이다.
제5-2커패시터(505b)는 도 6a의 C7(417) 커패시터 역할을 하고, 여파기의 커패시턴스 커플링 패턴이다.
제5-3커패시터(505c)는 C8(418)의 커패시터 역할을 하고, 제4레이어(504)의 커패시터 및 제6레이어(506)의 커패시터와 동일 모양의 패턴으로 커플링을 이룬다.
도 9f는 제6레이어(506)를 나타내며, 제6-1커패시터(506a)는 도 6a의 C6(416) 커패시터 역할을 하고, 제5레이어의 제5-1커패시터(505a)와 동일 모양의 패턴과 커플링을 이룬다.
제6-2커패시터(506b)는 도 6a의 C7(417) 커패시터 역할을 하고, 제5레이어의 제5-2커패시터(505b)와 동일 모양의 패턴과 커플링을 이룬다. 또한, 이는 HPF(360)의 커플링 패턴이다.
제6-3커패시터(506c) 도 6a의 C8(418) 커패시터 역할을 하고, 제5레이어의 제5-3커패시터(505c)와 동일 모양의 패턴과 커플링을 이룬다. 또한, 이는 UHF 포트(330)로 출력되는 부분이다.
제6-1인덕터(506d)는 도 6a의 TL1(401) 인덕터 역할을 하고, 안테나 포트(310)에서 신호가 입력되는 부분이다. 또한, 이는 임피던스 정합을 위한 정합선로이다.
제6-2인덕터(506e)는 도 6a의 TL2(402) 및 TL3(403) 인덕터 역할을 하며, TL2(402)와 TL3(403)은 BPF(350) 공진기 선로이다.
제6-3인덕터(506f)는 도 6a의 TL4(404) 인덕터 역할을 하고, TL4(404)는 인덕턴스 커플링을 위한 것이다.
도 9g는 제7레이어(507)를 나타내며, 제7-1인덕터(507a)는 도 6a의 TL5(405) 및 TL6(406) 인덕터 역할을 하고, HPF(360)의 공진기 선로이다.
제7-2인덕터(507b)는 도 6a의 TL1(401) 인덕터 역할을 하며, 또한 이는 임피던스 정합을 위한 정합선로이다.
제7-3인덕터(507c)는 도 6a의 TL2(402) 및 TL3(403) 인덕터 역할을 하며, TL2(402)와 TL3(403)은 BPF(350) 공진기 선로이다.
제7-4인덕터(507d)는 도 6a의 TL4(404) 인덕터 역할을 하며, TL4(404)는 인덕턴스 커플링을 위한 것이다.
도 9h는 제8레이어(508)를 나타내며, 제8-1인덕터(508a)는 도 6a의 TL5(405) 및 TL6(406) 인덕터 역할을 하고, 또한 이는 HPF(360)의 공진기 선로이다.
제8-2인덕터(508b)는 도 6a의 TL1(401) 인덕터 역할을 하며, 또한 이는 임피던스 정합을 위한 정합선로이다.
제8-3인덕터(508c)는 도 6a의 TL2(402) 및 TL3(403) 인덕터 역할을 하며, TL2(402)와 TL3(403)은 BPF(350) 공진기 선로이다.
제8-4인덕터(508d)는 도 6a의 TL4(404) 인덕턴 역할을 하며, TL4(404)는 인덕턴스 커플링을 위한 것이다.
도 9i는 제9레이어(509)를 나타내며, 제9-1인덕터(509a)는 도 6a의 TL5(405) 및 TL6(406) 인덕터 역할을 하고, 또한 이는 HPF(360)의 공진기 선로이다.
제9-2인덕터(509b)는 도 6a의 TL1(401) 인덕터 역할을 하며, 임피던스 정합을 위한 정합선로이다.
제9-3인덕터(509c)는 도 6a의 TL2(402), TL3(403) 인덕터 역할을 하며, BPF(350) 공진기 선로이다.
제9-4인덕터(509d)는 도 6a의 TL4(404) 인덕터 역할을 하며, 인덕턴스 커플링을 위한 것이며 GND로 접지된다.
도 9j는 제10레이어(510)를 나타내며, 제10-1인덕터(510a)는 도 6a의 TL5(405) 및 TL6(406) 인덕터 역할을 하고, 또한 이는 HPF(360)의 공진기 선로이다.
제10-2인덕터(510b)는 도 6a의 TL1(401) 인덕터 역할을 하며, 임피던스 정합을 위한 정합선로이다.
도 9k는 제11레이어(511)를 나타내며, 제11-1인덕터(511a)는 도 6a의 TL5(405) 및 TL6(406) 인덕터 역할을 하며, 또한 이는 HPF(360)의 공진기 선로 이며, 제19레이어(519)로 GND로 접지된다.
제11-2인덕터(511b)는 도 6a의 TL1(401) 인덕터 역할하며, 임피던스 정합을 위한 정합선로이다.
도 9l는 제12레이어(512)를 나타내며, 제12-1인덕터(512a)는 도 6a의 TL1(401) 인덕터 역할을 하며, 임피던스 정합을 위한 정합선로이다.
도 9m는 제13레이어(513)를 나타내며, 제13-1인덕터(513a)는 도 6a의 TL1(401) 인덕터 역할을 하며, 임피던스 정합을 위한 정합선로이다.
도 9n는 제14레이어(514)를 나타내며, 제14-1커패시터(514a)는 도 6a의 C9(419) 커패시터 역할을 하며, BPF(350) 커플링 패턴이다.
도 9o는 제15레이어(515)를 나타내며, 제15-1커패시터(515a)는 도 6a의 C2(412) 커패시터 역할을 하며, 또한 이는 정합회로(340)에서 BPF(350)로 신호가 입력되는 부분이며, 제14레이어의 커패시터(514a)와도 커플링을 이룬다.
제15-2커패시터(515b)는 도 6a의 C5(415) 커패시터 역할을 하며, 또한 이는 VHF 포트(320)로 출력되는 부분이고, 제14레이어의 커패시터(514a)와도 커플링을 이룬다.
도 9p는 제16레이어(516)를 나타내며, 제16-1커패시터(516a)는 도 6a의 C2(412) 커패시터 역할을 한다. 또한, 이는 입력 신호의 커플링 패턴이다.
제16-2커패시터(516b)는 도 6a의 C5(415) 커패시터 역할을 한다. 또한, 이는 출력 신호의 커플링 패턴이다.
도 9q는 제17레이어(517)를 나타내며, 제17-1커패시터(517a)는 도 6a의 C10(420) 커패시터 역할을 한다.
제17-2커패시터(517b)는 도 6a의 C2(412) 커패시터 역할을 하며, 정합회로(340)에서 BPF(350)로 신호가 입력되는 부분이다.
제17-3커패시터(517c)는 도 6a의 C5(415) 커패시터 역할을 하며, VHF 포트(320)로 출력되는 부분이다.
도 9r는 제18커패시터(518)를 나타내며, 제18-1커패시터(518a)는 도 6a의 C1(411) 커패시터 역할을 하며, 또한, 이는 임피던스 정합을 위한 정합회로(340)이다.
제18-2커패시터(518b)는 도 6a의 C3(413) 커패시터 역할을 하며, BPF(350) 공진기의 로딩 커패시터이다.
제18-3커패시터(518c)는 도 6a의 C4(414) 커패시터 역할을 하며, BPF(350) 공진기의 로딩 커패시터이다.
도 9s는 제19레이어(519)를 나타내며, 이는 외부 신호 차단 효과와 접지 역할을 하는 GND 패턴이다.
도 9t는 제20레이어(520)를 나타내며, PCB나 모듈에 실장되며, 신호의 입출력이 되는 부분이다.
본 발명에 따른 이중 대역통과 여파기는 직렬 인덕터와 병렬 커패시터의 정합을 통하여 안테나 포트에서 입력되는 신호의 임피던스를 정합하기 위한 정합회로와, VHF 대역의 신호를 통과시켜 이를 VHF 포트로 출력하는 BPF 및 UHF 대역의 신호를 통과시켜 이를 UHF 포트로 출력하는 HPF를 포함하며, 정합회로, BPF 및 HPF는 복수개의 레이어가 적층된 구조이다.
첫째로, 정합회로는 제6-1인덕터(506d)가 상기 안테나 포트(310)를 통하여 신호를 수신한다.
안테나 포트로 부터 수신한 신호의 정합을 위해 적층 구조를 가지며 비아홀로 연결된 제6-1인덕터(506d), 제7-2인덕터(507b), 제8-2인덕터(508b), 제9-2인덕 터(509b), 제10-2인덕터(510b), 제11-2인덕터(511b), 제12-1인덕터(512a) 및 제13-1인덕터(513a)가 정합선로를 형성한다.
비아홀로 연결된 정합선로의 인덕터(506d, 507b, 508b, 509b, 510b, 511b, 512a, 513a)가 제18-1커패시터(518a)와 임피던스 정합을 이룬다.
둘째로, BPF는 적층 구조를 가지는 제15-1커패시터(515a) 및 제17-2커패시터(517b)가 정합회로(340)에서 BPF(350)로 전송되는 신호를 수신하고, 제15-1커패시터(515a) 및 제17-2커패시터(517b)와 제16-1커패시터(516a)가 BPF의 입력 커플링을 이룬다.
적층 구조를 가지며 비아홀로 연결된 제6-2인덕터(506e), 제7-3인덕터(507c), 제8-3인덕터(508c) 및 제9-3인덕터(509c)가 BPF 공진선로를 형성한다.
비아홀로 연결된 BPF 공진선로의 인덕터(506e, 507c, 508c, 509c)가 로딩 커패시터인 제18-2커패시터(518b) 및 제18-3커패시터(518c)와 공진을 이룬다.
적층 구조를 가지는 제15-2커패시터(515b) 및 제17-3커패시터(517c)가 BPF를 통과한 신호를 VHF 포트(320)로 출력하며, 제15-2커패시터(515b) 및 제17-3커패시터(517c)와 제16-2커패시터(516b)가 BPF의 출력 커플링을 이룬다.
또한, BPF는 적층 구조를 가지며 비아홀로 연결된 제6-3인덕터(506f), 제7-4인덕터(507d), 제8-4인덕터(508d) 및 제9-3인덕터(509d)가 인덕턴스 커플링을 이루어 통과 대역폭(Bandwidth)을 조정하며, GND(519)로 접지되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 BPF는 적층 구조를 가지는 제14-1커패시터(514a)와 제15-1커패시터(515a) 및 제15-2커패시터(515b)가 커패시턴스 커플링을 이루어 BPF(350)의 노 치(Notch)를 생성하며 감쇄 특성에 영향을 미치게 하고, 제17-1커패시터(517a)가 BPF(350)의 출력단에 위치하여, GND(519)로 접지되며, 감쇄 특성에 영향을 미친다.
세째로, HPF는 적층 구조를 가지는 제5-1커패시터(505a) 및 제6-1커패시터(506a)가 정합회로(340)에서 HPF(360)로 전송되는 신호를 수신하고, 제5-1커패시터(505a) 및 제6-1커패시터(506a)가 HPF(360)의 입력 커플링을 이룬다.
적층 구조를 가지며 비아홀로 연결된 제7-1인덕터(507a), 제8-1인덕터(508a), 제9-1인덕터(509a), 제10-1인덕터(510a) 및 제11-1인덕터(511a)가 HPF(360) 공진선로를 형성하고, GND(519)로 접지된다.
비아홀로 연결된 상기 HPF(360) 공진선로의 인덕터(507a, 508a, 509a, 510a, 511a)가 제5-1커패시터(505a), 제6-1커패시터(506a), 제3레이어(503)와 제4레이어(504)상의 커패시터, 제5-3커패시터(505c) 및 제6-3커패시터(506c)와 공진을 이룬다.
적층 구조를 가지는 상기 제4레이어(504) 상의 커패시터와 제6-3커패시터(506c)가 HPF(360)를 통과한 신호를 UHF 포트(330)로 출력하며, 제3레이어(503)와 제4레이어(504)상의 커패시터와 제5-3커패시터(505c) 및 제6-3커패시터(506c)가 HPF(360)의 출력 커플링을 이룬다.
또한, HPF는 적층 구조를 가지는 제5-2커패시터(505b)와 제6-2커패시터(506b)가 커패시턴스 커플링을 이루어 반사손실의 폴(pole)의 간격을 조정한다.
이상에서 설명된 바와 같이, 본 발명의 일실시예로 20개의 레이어가 적층된 구조를 형성하고 있으나, 원하는 주파수 범위에 따라, 다양한 커패시턴스와 인덕턴 스를 필요로 하는데, 특정의 커패시턴스와 인덕턴스를 얻기 위해서, 20개의 레이어 이상 또는 이하로도 설계될 수 있음은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진자로부터 자명하다 할 것이다.
도 10는 본 발명에 따른 이중 대역통과 여파기(500)의 주파수 특성을 나타낸 주파수 특성도이다.
도 10에서 S(3,1)이 의미하는 것은 안테나 포트(310)를 통해서 신호가 입력되서 UHF 포트(330)로 신호가 출력되는 것은 나타내고, S(2,1)이 의미하는 것은 안테나 포트(310)를 통해서 신호가 입력되서 VHF 포트(320)로 신호가 출력되는 것은 나타내며, S(1,1)은 반사손실을 나타내는 것으로, 안테나 포트(310)으로 들어온 신호가 반사되어 발생한 손실을 나타낸다. 또한, 세로축은 신호의 손실을 dB 단위로 나타낸 것으로, 그래프상 아래로 내려갈수록 손실이 커지며 주파수가 통과하지 못하는 것을 의미한다.
도면에 도시된 바와 같이, 2개의 폴을 갖는 2단 대역 통과 여파기의 특성이 잘 나타나고 있으며, 기존의 여파기와는 달리, 설계한 통과대역의 2차 및 3차 고조파 통과 대역이 나타나지 않는다는 것을 알 수 있다.
BPF(350)를 통과하여 VHF 포트(320)로 출력되는 주파수는 174Mhz~204Mhz 사이의 값을 가지고, HPF(360)를 통과하여 UHF 포트(330)로 출력되는 주파수는470Mhz~862Mhz 사이의 값을 가진다.
한편, S(1,1) 그래프에서 알수 있듯이, VHF 대역에 2개의 폴(A,B)과 UHF 대역에 2개의 폴(C,D)을 가진다. VHF 대역에 만들어지는 2개의 폴(A,B)은 도 6a에서 의 TL2(402)와 C3(413) 및 TL3(403)와 C4(414)이 공진을 이루어 생성되며, UHF 대역에 만들어지는 2개의 폴(C,D)은 도 6a에서의 TL5(405)와 C7(417) 및 TL6(406)와 C8(418)이 공진을 이루어 생성된다. 한편, 이러한 폴(A,B,C,D)에서는 안테나 포트(310)로 들어온 신호의 반사손실이 가장 큰 경우로서, 폴이 형성되는 주변에서 2단 대역 필터가 생성됨을 알 수 있다. 또한, A~B 구간에 비해 C~D 구간이 넓으며, 이는 HPF(360)를 통과하여 UHF 포트(330)로 출력되는 주파수의 범위가 BPF(350)를 통과하여 VHF 포트(320)로 출력되는 주파수의 범위보다 더 넓다는 것을 의미한다.
한편, S(2,1) 그래프에서 알 수 있듯이, 노치값(E,F)이 만들어지는데, 이는 전술한 바와 같이, 커패시터 C9(419)가 BPF(350)의 노치를 생성하며 감쇄특성에 영향을 미치기 때문이다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
도 1은 수동소자로 구성된 종래의 T형 대역통과 여파기 회로도이다.
도 2는 수동소자로 구성된 종래의 π형 대역통과 여파기 회로도이다.
도 3은 J-인버터(어드미턴스 인버터)로 구성된 종래의 대역통과 여파기 회로도이다.
도 4는 K-인버터(임피던서 인버터)로 구성된 종래의 대역통과 여파기 회로도이다.
도 5는 본 발명에 따른 이중 대역통과 여파기의 블럭도이다.
도 6a는 본 발명에 따른 이중 대역통과 여파기의 회로도이며, 도 6b는 도 6a의 회로도에 사용되는 TL(Transmission Line)을 부분확대한 확대도이다.
도 7은 본 발명에 따른 이중 대역통과 여파기의 입체도이다.
도 8은 본 발명에 따른 이중 대역통과 여파기의 분해사시도이다.
도 9a 내지 도 9t는 본 발명에 따른 이중 대역통과 여파기의 각레이어의 구성도이다.
도 10는 본 발명에 따른 이중 대역통과 여파기의 주파수 특성을 나타낸 주파수 특성도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
310: 안테나 포트 320: VHF 포트
330: UHF 포트 340: 정합회로
350: 대역통과여파기(BPF) 360: 고역통과여파기(HFP)
500: 이중 대역통과 여파기
501: 제1레이어 502: 제2레이어
503: 제3레이어 504: 제4레이어
505: 제5레이어 506: 제6레이어
507: 제7레이어 508: 제8레이어
509: 제9레이어 510: 제10레이어
511: 제11레이어 512: 제12레이어
513: 제13레이어 514: 제14레이어
515: 제15레이어 516: 제16레이어
517: 제17레이어 518: 제18레이어
519: 제19레이어 520: 제20레이어

Claims (4)

  1. 직렬 인덕터와 병렬 커패시터의 정합을 통하여 안테나 포트에서 입력되는 신호의 임피던스를 정합하기 위한 정합회로와, VHF 대역의 신호를 통과시켜 이를 VHF 포트로 출력하는 BPF 및 UHF 대역의 신호를 통과시켜 이를 UHF 포트로 출력하는 HPF를 포함하는 이중대역 통과 여파기에 있어서,
    상기 정합회로, 상기 BPF 및 상기 HPF는 복수개의 레이어가 적층된 구조이며,
    상기 정합회로는, 소정의 레이어 상의 제1인덕터(506d)가 상기 안테나 포트를 통하여 신호를 수신하고, 적층 구조를 가지며 전기적으로 각각 연결된 소정의 레이어 상의 상기 제1인덕터(506d) 및 제2인덕터가(507b, 508b, 509b, 510b, 511b, 512a, 513a)가 정합선로를 형성하며, 상기 제1인턱터(506d) 및 상기 제2인덕터(507b, 508b, 509b, 510b, 511b, 512a, 513a)가 소정의 레이어 상의 제1커패시터(518a)와 임피던스 정합을 이루며,
    상기 BPF는, 적층 구조를 가지며 전기적으로 각각 연결된 소정의 레이어 상의 제2커패시터(515a, 517b)가 정합회로에서 상기 BPF로 전송되는 신호를 수신하고, 적층 구조를 가지며 전기적으로 각각 연결된 소정의 레이어 상의 제3인덕터(506e, 507c, 508c, 509c)가 BPF 공진선로를 형성하며, 상기 제3인덕터(506e, 507c, 508c, 509c)가 적층 구조를 가지며 전기적으로 각각 연결된 소정의 레이어 상의 제3커패시터(518b, 518c)와 공진을 이루며, 적층 구조를 가지며 전기적으로 각각 연결된 소정의 레이어 상의 제4커패시터(515b, 517c)가 상기 BPF를 통과한 신호를 상기 VHF 포트로 출력하며,
    상기 HPF는, 적층 구조를 가지며 전기적으로 각각 연결된 소정의 레이어 상의 제5커패시터(505a, 506a)가 정합회로에서 상기 HPF로 전송되는 신호를 수신하고, 적층 구조를 가지며 전기적으로 각각 연결된 소정의 레이어 상의 제4인덕터(507a, 508a, 509a, 510a, 511a)가 HPF 공진선로를 형성하고, 상기 제4인덕터(507a, 508a, 509a, 510a, 511a)가 적층 구조를 가지며 전기적으로 각각 연결된 소정의 레이어 상의 상기 제5커패시터(505a, 506a), 제6커패시터(503, 505c) 및 제7커패시터(504, 506c)와 공진을 이루며, 상기 제7커패시터(504, 506c)가 상기 HPF를 통과한 신호를 상기 UHF 포트로 출력하는 것을 특징으로 하는 이중 대역통과 여파기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 BPF는, 적층 구조를 가지며 전기적으로 각각 연결된 소정의 레이어 상의 제5인덕터(506f, 507d, 508d, 509d)가 통과 대역폭을 조정하는 것을 특징으로 하는 이중 대역통과 여파기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 BPF는, 적층 구조를 가지며 전기적으로 각각 연결된 소정의 레이어 상의 제8커패시터(514a, 515a, 515b)가 상기 BPF의 노치를 생성하며, 상기 BPF의 출 력단에 소정의 레이어 상의 제9커패시터(517a)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 대역통과 여파기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 HPF는, 적층 구조를 가지며 전기적으로 각각 연결된 소정의 레이어 상의 제10커패시터(505b, 506b)가 반사손실의 폴의 간격을 조정하는 것을 특징으로 하는 이중 대역통과 여파기.
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