KR20130003920A - 메타물질구조를 포함하는 일체형 유전체 필터 및 이를 이용한 통신 중계 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 메타물질구조를 포함하는 일체형 유전체 필터에 관한 것으로서 유전체 필터의 몸체를 형성하도록 육면체의 세라믹 유전체로 이루어진 유전체 블록, 유전체 블록의 상부면을 제외한 외부 표면에 도포된 외부전극, 유전체 블록의 상부면에서 하부면으로 관통되어 일렬로 배열된 원기둥 형상의 복수 개의 공진 홀, 복수 개의 공진 홀의 내벽에 각각 형성된 내부 전극, 유전체 블록의 상부면에 형성되어 각각의 공진 홀을 감싸는 복수 개의 커패시턴스 패턴, 각각의 커패시턴스 패턴 외곽에 형성되는 복수 개의 메타물질(Metamaterial) 패턴, 및 유전체 블록의 상부면에서 유전체 블록의 정면에 연장 형성되어 신호 입력 및 출력을 수행하는 입출력 전극부를 포함함으로써 일체형 유전체 필터의 크기를 줄일 수 있다.
Description
본 발명은 일체형 유전체 필터에 관한 것으로서, 특히 메타물질구조를 포함함으로써 일반적인 일체형 유전체 필터보다 크기가 감소한 일체형 유전체 필터 및 이를 이용한 통신 중계 장치에 관한 것이다.
메타물질(Metamaterial)은 일반 물질과는 상이하게 음의 굴절률을 갖는 인위적인 물질이다. 즉, 메타물질은 음의 유전율과 투자율을 갖는다. 전파가 진행하기 위해서는 기존 전송선로에 대해 전계, 자계, 전파의 위상 진행 방향이 오른손 법칙(RH, Right Hand)을 따라야 한다. 하지만, 메타물질 구조는 전계와 자계가 같은 조건일 때, 전파의 위상 진행 방향이 왼손 법칙(LH, Left Hand)을 따른다. 메타물질구조를 여러 분야에 이용하려는 연구가 활발히 진행 중에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 첫 번째 과제는 메타물질구조를 포함함으로써 크기가 감소한 일체형 유전체 필터를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 두 번째 과제는 메타물질구조를 포함함으로써 크기가 감소한 공용안테나단을 포함하는 일체형 유전체 필터를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 세 번째 과제는 상기 메타물질구조를 포함함으로써 크기가 감소한 일체형 유전체 필터를 이용한 통신 중계 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 첫 번째 과제를 해결하기 위하여, 유전체 필터의 몸체를 형성하도록 육면체의 세라믹 유전체로 이루어진 유전체 블록, 상기 유전체 블록의 상부면을 제외한 외부 표면에 도포된 외부전극, 상기 유전체 블록의 상부면에서 하부면으로 관통되어 일렬로 배열된 원기둥 형상의 복수 개의 공진 홀, 상기 복수 개의 공진 홀의 내벽에 각각 형성된 내부 전극, 상기 유전체 블록의 상부면에 형성되어 각각의 공진 홀을 감싸는 복수 개의 커패시턴스 패턴, 상기 각각의 커패시턴스 패턴 외곽에 형성되는 복수 개의 메타물질(Metamaterial) 패턴, 및 상기 유전체 블록의 상부면에서 상기 유전체 블록의 정면에 연장 형성되어 신호 입력 및 출력을 수행하는 입출력 전극부를 포함하는 일체형 유전체 필터를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 커패시턴스 패턴은 사각형 형태이고, 상기 메타물질 패턴은, 상기 커패시턴스 패턴의 4변 중, 상기 유전체 블록의 정면 방향의 변을 제외한 나머지 3변에 배열되며, 공진을 수행하는 것을 특징으로 하는 일체형 유전체 필터일 수 있다.
또한, 상기 메타물질 패턴의 길이는 유전체 블록의 높이와 반비례하는 것을 특징으로 하는 일체형 유전체 필터일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 복수 개의 공진 홀은 병렬로 배열되며, 상기 복수 개의 공진 홀은 서로 1/4 파장 티이엠(Transverse Electro Magnetic:TEM) 모드 공진에 의해 공진을 수행하는 것을 특징으로 하는 일체형 유전체 필터일 수 있다.
본 발명은 상기 두 번째 과제를 해결하기 위하여, 유전체 필터의 몸체를 형성하도록 육면체의 세라믹 유전체로 이루어진 유전체 블록, 상기 유전체 블록의 상부면을 제외한 외부 표면에 도포된 외부전극, 상기 유전체 블록의 상부면에서 하부면으로 관통되어 일렬로 배열된 원기둥 형상의 복수 개의 공진 홀, 상기 복수 개의 공진 홀의 내벽에 각각 형성된 내부 전극, 상기 유전체 블록의 상부면에 형성되어 각각의 공진 홀을 감싸는 복수 개의 커패시턴스 패턴, 상기 각각의 커패시턴스 패턴 외곽에 형성되는 복수 개의 메타물질(Metamaterial) 패턴, 상기 유전체 블록의 상부면에서 상기 유전체 블록의 정면에 연장 형성되어 신호 입력 및 출력을 수행하는 입출력 전극부, 및 상기 유전체 블록의 중앙부에 형성되는 공용안테나단을 포함하는 일체형 유전체 필터를 제공한다.
본 발명은 상기 세 번째 과제를 해결하기 위하여, 상기 유전체 필터를 포함하는 통신 중계 장치를 제공한다.
본 발명에 따르면, 메타물질구조를 포함함으로써 유전체 필터의 크기를 줄일 수 있다. 따라서, 상기 유전체 필터를 포함하는 통신 중계 장치의 전체 크기를 줄일 수 있다. 원자재의 대부분을 수입에 의존하는 상황에서, 원자재의 소비를 줄일 수 있어 제품의 가격경쟁력을 높일 수 있다.
도 1은 메타물질구조를 도시한 것이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 메타물질구조를 포함하는 일체형 유전체 필터의 사시도이다.
도 2b는 상기 도 2a의 일체형 유전체 필터의 정면과 상부면을 도시한 것이다.
도 2c는 상기 도 2a의 일체형 유전체 필터의 등가회로를 도시한 것이다.
도 2d는 상기 도 2a의 일체형 유전체 필터의 특성을 나타낸 그래프이다.
도 3a는 일반적인 일체형 유전체 필터의 사시도이다.
도 3b는 상기 도 3a의 일체형 유전체 필터의 정면과 상부면을 도시한 것이다.
도 3c는 상기 도 3a의 일체형 유전체 필터의 등가회로를 도시한 것이다.
도 3d는 상기 도 3a의 일체형 유전체 필터의 특성을 나타낸 그래프이다.
도 4a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 메타물질구조를 갖고 공용안테나단을 포함하는 일체형 유전체 필터의 사시도이다.
도 4b는 상기 도 4a의 일체형 유전체 필터의 등가회로를 도시한 것이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 메타물질구조를 포함하는 일체형 유전체 필터의 사시도이다.
도 2b는 상기 도 2a의 일체형 유전체 필터의 정면과 상부면을 도시한 것이다.
도 2c는 상기 도 2a의 일체형 유전체 필터의 등가회로를 도시한 것이다.
도 2d는 상기 도 2a의 일체형 유전체 필터의 특성을 나타낸 그래프이다.
도 3a는 일반적인 일체형 유전체 필터의 사시도이다.
도 3b는 상기 도 3a의 일체형 유전체 필터의 정면과 상부면을 도시한 것이다.
도 3c는 상기 도 3a의 일체형 유전체 필터의 등가회로를 도시한 것이다.
도 3d는 상기 도 3a의 일체형 유전체 필터의 특성을 나타낸 그래프이다.
도 4a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 메타물질구조를 갖고 공용안테나단을 포함하는 일체형 유전체 필터의 사시도이다.
도 4b는 상기 도 4a의 일체형 유전체 필터의 등가회로를 도시한 것이다.
본 발명에 관한 구체적인 내용의 설명에 앞서 이해의 편의를 위해 본 발명이 해결하고자 하는 과제의 해결 방안의 개요 혹은 기술적 사상의 핵심을 우선 제시한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 일체형 유전체 필터는 유전체 필터의 몸체를 형성하도록 육면체의 세라믹 유전체로 이루어진 유전체 블록, 상기 유전체 블록의 상부면을 제외한 외부 표면에 도포된 외부전극, 상기 유전체 블록의 상부면에서 하부면으로 관통되어 일렬로 배열된 원기둥 형상의 복수 개의 공진 홀, 상기 복수 개의 공진 홀의 내벽에 각각 형성된 내부 전극, 상기 유전체 블록의 상부면에 형성되어 각각의 공진 홀을 감싸는 복수 개의 커패시턴스 패턴, 상기 각각의 커패시턴스 패턴 외곽에 형성되는 복수 개의 메타물질(Metamaterial) 패턴, 및 상기 유전체 블록의 상부면에서 상기 유전체 블록의 정면에 연장 형성되어 신호 입력 및 출력을 수행하는 입출력 전극부를 포함한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 의하여 제한되지 않는다는 것은 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제의 해결 방안을 명확하게 하기 위한 발명의 구성을 본 발명의 바람직한 실시예에 근거하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하되, 도면의 구성요소들에 참조번호를 부여함에 있어서 동일 구성요소에 대해서는 비록 다른 도면상에 있더라도 동일 참조번호를 부여하였으며 당해 도면에 대한 설명시 필요한 경우 다른 도면의 구성요소를 인용할 수 있음을 미리 밝혀둔다. 아울러 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명 그리고 그 이외의 제반 사항이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 메타물질구조를 도시한 것이다.
메타물질의 구조는 도 1과 같이 서로 맞물려 있는 지그재그 형태의 구조일 수 있다. 메타물질구조는 선형 다이폴(Dipole) 구조와 고리형 공진기(SRR, Split-Ring Resonator)로 이루어질 수도 있다. 상기 예 이외에도 메타물질의 정의에 부합하는 다른 형태의 구조일 수 있다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 메타물질구조를 포함하는 일체형 유전체 필터의 사시도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 메타물질구조를 포함하는 일체형 유전체 필터는 유전체 필터의 몸체를 형성하도록 육면체의 세라믹 유전체로 이루어진 유전체 블록(100), 상기 유전체 블록의 상부면을 제외한 외부 표면에 도포된 외부전극(110), 상기 유전체 블록의 상부면에서 하부면으로 관통되어 일렬로 배열된 원기둥 형상의 복수 개의 공진 홀(121, 122), 상기 복수 개의 공진 홀의 내벽에 각각 형성된 내부 전극(131, 132), 상기 유전체 블록의 상부면에 형성되어 각각의 공진 홀을 감싸는 복수 개의 커패시턴스 패턴(141, 142), 상기 각각의 커패시턴스 패턴 외곽에 형성되는 복수 개의 메타물질(Metamaterial) 패턴(151, 152), 및 상기 유전체 블록의 상부면에서 상기 유전체 블록의 정면에 연장 형성되어 신호 입력 및 출력을 수행하는 입출력 전극부(160)을 포함할 수 있다.
공진홀(121, 122)은 유전체 블록의 상부면에서 하부면으로 관통되어 일렬이면서 병렬로 상호 배열된다. 상기 공진홀은 상부면과 하부면의 직경이 상이할 수 있다. 상기 복수 개의 공진홀은 서로 1/4 파장 티이엠(Transverse Electro Magnetic:TEM) 모드 공진에 의해 공진을 수행하고, 상호 커플링에 의해 고유의 감쇄 특성을 가지는 일체형 유전체 필터를 구성한다. 각각의 공진홀은 각각 공진 주파수를 가지며, 상기 유전체 블록의 상부면에는 각각의 공진홀을 감싸는 복수 개의 커패시턴스 패턴(141, 142)이 형성되어, 적절한 공진기간의 결합에 따라 원하는 대역을 통과시키는 밴드 패스 필터를 구현한다. 상기 커패시턴스 패턴은 커플링 커패시터의 역할을 하도록 커플링 갭을 두고 상호 이격되어 있다.
메타물질(Metamaterial) 패턴(151, 152)은 유전체 블록의 상부면에 형성된 커패시턴스 패턴(141, 142) 외곽에 형성된다.
보다 구체적으로, 메타물질(Metamaterial)은 일반 물질과는 상이하게 음의 굴절률을 갖는 인위적인 물질이다. 즉, 메타물질은 음의 유전율과 투자율을 갖는다. 전파가 진행하기 위해서는 기존 전송선로에 대해 전계, 자계, 전파의 위상 진행 방향이 오른손 법칙(RH, Right Hand)을 따라야 한다. 하지만, 메타물질 구조는 전계와 자계가 같은 조건일 때, 전파의 위상 진행 방향이 왼손 법칙(LH, Left Hand)을 따른다. 상기 메타물질은 여러분야에서 사용되고 있으며, 전송선로에 사용하는 경우, 같은 성능을 내기 위해 필요한 선로의 길이가 줄어드는 효과가 있다.
일체형 유전체의 필터는 소체의 길이에 해당하는 공진부와 대역폭(BW, Bandwidth)를 형성하는 패턴부가 있다. 상기 패턴부에 메타물질 패턴을 삽입한다. 메타물질 패턴은 공진부의 역할을 한다. 상기 메타물질 패턴이 공진부 역할을 함으로써 기존 공진부의 길이를 줄일 수 있고, 따라서 전체 유전체 필터의 크기를 줄일 수 있다. 상기 커패시턴스 패턴은 대역폭(Bandwidth)을 형성하는 역할을 하고, 상기 메타물질 패턴을 상기 커패시턴스 패턴 외곽에 형성함으로써 유전체 필터의 전체 크기를 줄일 수 있다. 상기 커패시턴스 패턴(141, 142)은 사각형 형태이고, 상기 메타물질 패턴(151, 152)은 상기 커패시턴스 패턴의 4변 중, 상기 유전체 블록의 정면 방향의 변을 제외한 나머지 3변에 배열되며, 공진을 수행하는 것을 특징으로 할 수 있다. 도 1에서 보는 바와 같이 상기 커패시턴스 패턴은 사각형 형태로 형성하고, 사각형 4변 중 외곽에 상기 유전체 블록의 정면을 제외한 나머지 3변에 상기 메타물질 패턴을 형성할 수 있다. 상기 커패시턴스 패턴은 다양한 형태로 형성될 수 있다. 다양한 형태로 형성되어 다양한 특성의 커패시턴스 역할을 할 수 있다.
상기 메타물질 패턴(151, 152)의 길이는 유전체 블록(100)의 높이와 반비례할 수 있다. 메타물질 패턴은 공진을 수행하므로, 상기 메타물질 패턴의 길이가 증가할수록 원하는 대역폭을 얻기 위해 필요한 공진부의 길이가 줄어들 수 있다. 상기 공진부의 길이는 유전체 블록의 높이와 비례하므로, 상기 메타물질 패턴의 길이가 증가할수록 상기 유전체 블록의 높이는 반비례하여 줄어들게 된다. 일체형 유전체 필터의 상부면 위에 메타물질 패턴을 형성하는 것에 한계가 있을 수 있는바, 메타물질 패턴의 길이를 조절하여 효율적인 유전체 블록의 높이를 결정할 수 있다.
도 3a는 일반적인 일체형 유전체 필터의 사시도이다.
일반적인 일체형 유전체 필터는 유전체 필터의 몸체를 형성하도록 육면체의 세라믹 유전체로 이루어진 유전체 블록, 상기 유전체 블록의 상부면을 제외한 외부 표면에 도포된 외부전극, 상기 유전체 블록의 상부면에서 하부면으로 관통되어 일렬로 배열된 원기둥 형상의 복수 개의 공진 홀(221, 222), 상기 복수 개의 공진 홀의 내벽에 각각 형성된 내부 전극, 상기 유전체 블록의 상부면에 형성되어 각각의 공진 홀을 감싸는 복수 개의 커패시턴스 패턴(241, 242), 및 상기 유전체 블록의 상부면에서 상기 유전체 블록의 정면에 연장 형성되어 신호 입력 및 출력을 수행하는 입출력 전극부(260)을 포함할 수 있다. 하지만, 상기 도 2a의 메타물질구조를 포함하는 일체형 유전체 필터와 달리 메타물질 패턴(151, 152)를 포함하고 있지 않다.
도 2b는 상기 도 2a의 일체형 유전체 필터의 정면과 상부면을 도시한 것이고 도 3b는 일반적인 일체형 유전체 필터의 정면과 상부면을 도시한 것이다.
상기 두 일체형 유전체 필터를 실험적으로 제작하여 비교한 결과는 다음과 같다. 도 2b와 도 3b의 일체형 유전체 필터는 상기 비교를 위해 실험적으로 제작한 일 예에 지나지 않고, 상기 일체형 유전체 필터의 크기는 다양할 수 있음은 당업자에게 자명하다. 도 2b의 메타물질구조를 포함하는 일체형 유전체 필터의 상부면 가로 길이는 12mm이고 세로 길이는 6mm이다. 유전체 블록의 높이는 11mm이다. 이를 도 3b의 일반적인 일체형 유전체 필터의 정면 및 상부면과 비교하면, 상부면은 가로 12mm, 세로 6mm로 동일하다. 하지만 일반적인 일체형 유전체 블록의 높이는 15.7mm로 상이하다. 메타물질구조를 포함하는 일체형 유전체 필터의 유전체 블록 높이가 일반적인 일체형 유전체 필터의 유전체 블록 높이보다 4.7mm가 낮다. 즉, 메타물질구조를 포함하는 일체형 유전체 필터가 일반적인 유전체 필터에 비해 크기가 30%정도 줄어드는 것을 실험적으로 알 수 있다. 메타물질구조나 다른 환경에 따라 크기가 줄어드는 정도는 상이할 수 있다.
도 2c는 상기 도 2a의 일체형 유전체 필터의 등가회로를 도시한 것이고, 도 3c는 일반적인 일체형 유전체 필터의 등가회로를 도시한 것이다.
메타물질구조를 포함하는 일체형 유전체 필터의 등가회로를 일반적인 유전체 필터의 등가회로와 비교하면 다음과 같다.
도 3c의 등가회로는 일반적인 유전체 필터의 등가회로로써, 입출력 전극부(280)와 커패시턴스 패턴(241, 242)과 상호 커플링 되는 부분은 각각의 커패시터에 대응하게 된다. 또한, 상기 커패시턴스 패턴(241, 242) 상호간에 이격시킨 부분은 입출력 전극부(280)를 연결하는 커패시턴스에 대응하게 된다. 그리고, 복수 개의 공진홀 각각은 커패시터와 인덕터가 병렬로 배치된 LC회로(271, 272)에 대응된다. 이에 반해, 메타물질구조를 포함하는 일체형 유전체 필터는 메타물질 패턴(151, 152)이 공진을 수행하는바, 메타물질 패턴(151, 152) 각각은 커패시터와 인덕터가 직렬로 배치된 LC회로(173, 174)에 대응된다. 상기 메타물질 패턴에 대응하는 LC회로의 공진을 통해 유전체 블록의 높이를 줄일 수 있게된다.
도 2d는 상기 도 2a의 일체형 유전체 필터의 특성을 나타낸 그래프이고, 도 3d는 일반적인 일체형 유전체 필터의 특성을 나타낸 그래프이다.
메타물질구조를 포함하는 일체형 유전체 필터와 일반적인 일체형 유전체 필터의 특성을 비교하면 다음 표 1과 같다.
상기 표 1에서와 같이 상기 두 필터의 특성은 삽입손실(I/L), 반사손실(R/L), 리플(Ripple) 특성에서 약간의 차이가 있기는 하나 큰 의미가 있는 차이가 아니며, 필터의 가장 중요한 특성인 중심주파수(Fo)와 대역폭(B/W)에 있어서, 두 필터는 동일한 특성을 갖는 것을 알 수 있다. 다만, 크기는 앞서 살펴본 바와 같이, 메타물질구조를 포함하는 일체형 유전체 필터의 유전체 블록의 높이가 일반적인 일체형 유전체 필터의 유전체 블록의 높이보다 4.7mm 낮다는 것을 알 수 있다. 즉, 메타물질구조를 이용하면, 동일한 특성을 갖고, 크기가 작아진 일체형 유전체 필터를 구현할 수 있다는 것을 알 수 있다.
도 2d와 도 3d를 비교하면, 그래프의 특성도 거의 유사하다는 것을 알 수 있다.
도 4a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 메타물질구조를 갖고 공용안테나단을 포함하는 일체형 유전체 필터의 사시도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 메타물질구조를 포함하고 공용안테나단을 갖는 일체형 유전체 필터는 유전체 필터의 몸체를 형성하도록 육면체의 세라믹 유전체로 이루어진 유전체 블록, 상기 유전체 블록의 상부면을 제외한 외부 표면에 도포된 외부전극, 상기 유전체 블록의 상부면에서 하부면으로 관통되어 일렬로 배열된 원기둥 형상의 복수 개의 공진 홀, 상기 복수 개의 공진 홀의 내벽에 각각 형성된 내부 전극, 상기 유전체 블록의 상부면에 형성되어 각각의 공진 홀을 감싸는 복수 개의 커패시턴스 패턴(340), 상기 각각의 커패시턴스 패턴 외곽에 형성되는 복수 개의 메타물질(Metamaterial) 패턴(350), 상기 유전체 블록의 상부면에서 상기 유전체 블록의 정면에 연장 형성되어 신호 입력 및 출력을 수행하는 입출력 전극부(360), 및 상기 유전체 블록의 중앙부에 형성되는 공용안테나단(361)을 포함할 수 있다.
공용안테나단을 포함하는 유전체 필터는 통신 중계 장치의 듀플렉서 또는 멀티플렉서 등이 될 수 있다. 도 4a는 본 발명에 따른 다른 실시예로서 메타물질구조를 포함하는 듀플렉서이다. 통신장치는 듀플렉서를 이용하여 하나의 안테나로 송신과 수신을 겸한다. 듀플렉서는 송신 전파와 수신 전파를 분리하기 위한 필터로서 기본적으로 2개의 대역통과필터(Band Pass Filter)로 구성되며, 일체형 유전체 듀플렉서는 하나의 유전체 블록에 2개의 필터를 구현한다. 듀플렉서의 커패시턴스 패턴 외곽에 메타물질 패턴(350)을 형성함으로써, 상기 유전체 필터와 같이 유전체 블록의 높이를 줄일 수 있다. 공진홀의 개수는 4홀 이상일 수 있다. 또한, 커패시턴스 패턴은 다양한 형태로 형성될 수 있다.
상기 도 2a의 일체형 유전체 필터와 같이 공용안테나단을 갖고 메타물질구조를 포함하는 일체형 유전체 필터의 공진홀은 유전체 블록의 상부면에서 하부면으로 관통되어 일렬로 배열되어 병렬로 상호 배열된다. 상기 복수 개의 공진홀은 서로 1/4 파장 티이엠(Transverse Electro Magnetic:TEM) 모드 공진에 의해 공진을 수행하고, 상호 커플링에 의해 고유의 감쇄 특성을 가지는 일체형 유전체 필터를 구성한다.
상기 도 2a의 일체형 유전체 필터와 같이 공용안테나단을 갖고 메타물질구조를 포함하는 일체형 유전체 필터는 소체의 길이에 해당하는 공진부와 대역폭(BW, Bandwidth)를 형성하는 패턴부가 있다. 상기 패턴부에 메타물질 패턴을 삽입함으로써 메타물질 패턴은 공진부의 역할을 한다. 상기 메타물질 패턴가 공진부 역할을 함으로써 공진부의 길이를 줄일 수 있고, 따라서 전체 유전체 필터의 크기를 줄일 수 있다. 상기 커패시턴스 패턴은 대역폭(Bandwidth)을 형성하는 역할을 하고, 상기 메타물질 패턴을 상기 커패시턴스 패턴 외곽에 형성함으로써 유전체 필터의 전체 크기를 줄일 수 있다. 상기 커패시턴스 패턴은 사각형 형태이고, 상기 메타물질 패턴(350)은 상기 커패시턴스 패턴의 4변 중, 상기 유전체 블록의 정면 방향의 변을 제외한 나머지 3변에 배열되며, 공진을 수행하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 도 2a의 일체형 유전체 필터와 같이 공용안테나단을 갖고 메타물질구조를 포함하는 일체형 유전체 필터의 메타물질 패턴(350)의 길이는 유전체 블록의 높이와 반비례할 수 있다. 메타물질 패턴은 공진을 수행하므로, 상기 메타물질 패턴의 길이가 증가할수록 원하는 공진을 일으키기 위해 필요한 공진부의 길이가 줄어들 수 있다. 상기 공진부의 길이는 유전체 블록의 높이와 연관되므로, 상기 메타물질 패턴의 길이가 증가할수록 상기 유전체 블록의 높이는 반비례하여 줄어들게 된다. 일체형 유전체 필터의 크기는 작고, 그 상부면 위에 메타물질 패턴을 형성하는 것에 한계가 있을 수 있는바, 메타물질 패턴의 길이를 조절하여 효율적인 유전체 블록의 길이를 결정할 수 있다.
도 4b는 상기 도 4a의 일체형 유전체 필터의 등가회로를 도시한 것이다.
보다 구체적으로, 양쪽 끝단은 입출력 전극부(380)에 대응하고, 가운데 단은 공용안테나단(381)에 대응한다. 각 메타물질 패턴은 커패시터와 인덕터가 직렬로 배치된 LC회로(370)에 대응된다. 상기 공용안테나단(381)으로 수신된 신호는 공진부와 패턴부에 의한 필터에 의해 출력되고, 입력된 신호는 반대 쪽 공진부와 패턴부에 의한 필터에 의해 공용안테나단으로 송신된다.
상기 도 4a와 도 4b의 듀플렉서와 같은 방법으로 멀티플렉서 등 일체형 유전체 필터의 형태에 메타물질구조를 포함하여 유전체 블록의 크기를 줄일 수 있다.
통신 중계 장치에 상기 메타물질구조를 포함하는 일체형 유전체 필터를 이용할 수 있다. 통신 중계 장치는 장거리 통신을 하는 경우, 한 방향 또는 양 방향의 통신 신호를 수신하고 그 신호를 증폭하고 정형하여 송출하는 장치이다. 통신 중계 장치는 안테나, 듀플렉서, 멀티플렉서, 디플렉서 스플리터, 컴바이너, 증폭기 등으로 이루어질 수 있다. 기지국 또는 단말기 등으로부터 신호를 수신하고 신호를 구별하여 증폭 및 정형하여 신호의 목적지로 송신하는 역할을 한다. 본 발명의 유전체 필터를 통신 중계 장치의 듀플렉서 또는 멀티플렉서에 이용할 수 있다. 당업자에게 자명한 유전체 필터를 이용하는 통신 중계 장치의 구조와 동일 또는 유사한 구조로 이루어질 수 있다. 메타물질구조를 포함하는 통신 중계 장치의 보다 구체적인 구조는 본 발명의 본질적인 기술적 특징을 설명하는데 불필요한바 생략한다.
메타물질구조를 포함하는 일체형 유전체 필터를 이용한 통신 중계 장치는 상기 일체형 유전체 필터의 크기가 일반적인 일체형 유전체 필터의 크기보다 줄어드는바, 상기 통신 중계 장치의 크기 또한 일반적인 통신 중계 장치의 크기보다 줄어든다. 크기가 줄어드는바, 통신 중계 장치를 소형화할 수 있고, 원자재의 절감을 통해 가격경쟁력을 갖출 수 있는 효과가 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100 : 유전체 블록
110 : 외부전극
121, 122, 221, 222 : 공진홀
131, 132 : 내부전극
141, 142, 241, 242 : 커패시턴스 패턴
151, 152, 350 : 메타물질 패턴
160, 260 : 입출력 전극부
361 : 공용안테나단
110 : 외부전극
121, 122, 221, 222 : 공진홀
131, 132 : 내부전극
141, 142, 241, 242 : 커패시턴스 패턴
151, 152, 350 : 메타물질 패턴
160, 260 : 입출력 전극부
361 : 공용안테나단
Claims (9)
- 유전체 필터의 몸체를 형성하도록 육면체의 세라믹 유전체로 이루어진 유전체 블록;
상기 유전체 블록의 상부면을 제외한 외부 표면에 도포된 외부전극;
상기 유전체 블록의 상부면에서 하부면으로 관통되어 일렬로 배열된 원기둥 형상의 복수 개의 공진 홀;
상기 복수 개의 공진 홀의 내벽에 각각 형성된 내부 전극;
상기 유전체 블록의 상부면에 형성되어 각각의 공진 홀을 감싸는 복수 개의 커패시턴스 패턴;
상기 각각의 커패시턴스 패턴 외곽에 형성되는 복수 개의 메타물질(Metamaterial) 패턴; 및
상기 유전체 블록의 상부면에서 상기 유전체 블록의 정면에 연장 형성되어 신호 입력 및 출력을 수행하는 입출력 전극부를 포함하는 일체형 유전체 필터. - 제 1 항에 있어서,
상기 커패시턴스 패턴은 사각형 형태이고,
상기 메타물질 패턴은,
상기 커패시턴스 패턴의 4변 중, 상기 유전체 블록의 정면 방향의 변을 제외한 나머지 3변에 배열되며, 공진을 수행하는 것을 특징으로 하는 일체형 유전체 필터. - 제 1 항에 있어서,
상기 메타물질 패턴의 길이는 상기 유전체 블록의 높이와 반비례하는 것을 특징으로 하는 일체형 유전체 필터. - 제 1 항에 있어서,
상기 복수 개의 공진 홀은 병렬로 배열되며,
상기 복수 개의 공진 홀은 서로 1/4 파장 티이엠(Transverse Electro Magnetic:TEM) 모드 공진에 의해 공진을 수행하는 것을 특징으로 하는 일체형 유전체 필터. - 유전체 필터의 몸체를 형성하도록 육면체의 세라믹 유전체로 이루어진 유전체 블록;
상기 유전체 블록의 상부면을 제외한 외부 표면에 도포된 외부전극;
상기 유전체 블록의 상부면에서 하부면으로 관통되어 일렬로 배열된 원기둥 형상의 복수 개의 공진 홀;
상기 복수 개의 공진 홀의 내벽에 각각 형성된 내부 전극;
상기 유전체 블록의 상부면에 형성되어 각각의 공진 홀을 감싸는 복수 개의 커패시턴스 패턴;
상기 각각의 커패시턴스 패턴 외곽에 형성되는 복수 개의 메타물질(Metamaterial) 패턴;
상기 유전체 블록의 상부면에서 상기 유전체 블록의 정면에 연장 형성되어 신호 입력 및 출력을 수행하는 입출력 전극부; 및
상기 유전체 블록의 중앙부에 형성되는 공용안테나단을 포함하는 일체형 유전체 필터. - 제 5 항에 있어서,
상기 커패시턴스 패턴은 사각형 형태이고,
상기 메타물질 패턴은,
상기 커패시턴스 패턴의 4변 중, 상기 유전체 블록의 정면 방향의 변을 제외한 나머지 3변에 배열되며, 공진을 수행하는 것을 특징으로 하는 일체형 유전체 필터. - 제 5 항에 있어서,
상기 메타물질 패턴의 길이는 상기 유전체 블록의 높이와 반비례하는 것을 특징으로 하는 일체형 유전체 필터. - 제 5 항에 있어서,
상기 복수 개의 공진 홀은 병렬로 배열되며,
상기 복수 개의 공진 홀은 서로 1/4 파장 티이엠(Transverse Electro Magnetic:TEM) 모드 공진에 의해 공진을 수행하는 것을 특징으로 하는 일체형 유전체 필터. - 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항의 일체형 유전체 필터를 포함하는 통신 중계 장치.
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| KR1020110065564A KR101221418B1 (ko) | 2011-07-01 | 2011-07-01 | 메타물질구조를 포함하는 일체형 유전체 필터 및 이를 이용한 통신 중계 장치 |
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| KR20130003920A true KR20130003920A (ko) | 2013-01-09 |
| KR101221418B1 KR101221418B1 (ko) | 2013-01-11 |
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ID=47835975
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR1020110065564A KR101221418B1 (ko) | 2011-07-01 | 2011-07-01 | 메타물질구조를 포함하는 일체형 유전체 필터 및 이를 이용한 통신 중계 장치 |
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|---|---|---|---|---|
| WO2021040212A1 (ko) * | 2019-08-30 | 2021-03-04 | 주식회사 케이엠더블유 | 도파관 필터 |
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-
2011
- 2011-07-01 KR KR1020110065564A patent/KR101221418B1/ko not_active IP Right Cessation
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021040212A1 (ko) * | 2019-08-30 | 2021-03-04 | 주식회사 케이엠더블유 | 도파관 필터 |
| US12230852B2 (en) | 2019-08-30 | 2025-02-18 | Kmw Inc. | Waveguide filter |
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