KR20200008386A - 유전체 필터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유전체 필터에 관한 것으로서, 상기 유전체 필터는 기판, 상기 기판의 한 면에 제1 방향으로 연장되어 위치하는 제1 신호 배선, 상기 제1 방향과 다른 제2 방향으로 연장되어 위치하는 제2 신호 배선, 상기 제1 신호 배선과 상기 제2 신호 배선 사이에 위치하는 저항체, 상기 기판의 상기 한 면에 위치하는 유전체부, 상기 유전체부를 가운데에서 상기 유전체부의 길이 방향으로 위치하는 공진홀, 상기 유전체부의 외부면에 위치하는 제1 금속부, 상기 공진홀과 접해있는 상기 유전체부의 내부면에 위치하는 제2 금속부 및 상기 유전체부의 전면에 위치하고 상기 제2 금속부에 일측이 연결되어 있고 상기 제2 신호 배선에 타측이 연결되어 있는 제2 금속부를 포함한다.

Description

유전체 필터{DIELECTRIC FILTER}

본 발명은 유전체 필터에 관한 것이다.

통상적인 무선 통신 시스템은 특정 주파수 대역을 갖는 무선 통신 신호의 해당 주파수 대역을 복수 개의 주파수 대역으로 분할하여, 각 분할된 주파수 대역을 갖는 복수 개의 채널을 생성해 이용한다.

이를 위해, 무선 통신 기지국, 중계기 및 단말기 등에는 선택된 주파수 대역의 신호만을 통과시키거나 차단시키는 필터가 탑재되어 있다.

무선 통신 기술의 발전으로 인해, 통신 신호의 전송 속도가 빨라졌고, 사용하는 주파수 대역의 크기 역시 증가하였다. 이러한 변화에 대응하여 무선 통신에 사용되는 필터의 성능 역시 향상되어야 한다.

따라서 종래에 주로 사용되었던 대역 통과 필터(Band Pass Filter, BPF)뿐만 아니라 대역 차단 필터(Band Stop Filter, BSF)를 사용해야 하는 필요성이 증대되고 있다.

종래의 대역 차단 필터로는 에어 캐비티(air cavity)를 구비하는 캐비티 필터(cavity filter)가 널리 사용되었다.

캐비티 필터에 대해서는 대한민국 등록특허 제10-1437796호(2014년 08월 28일 등록)에 개시되어 있다.

그러나 이러한 캐비티 필터는 소형화가 어렵고, 삽입 손실(insertion loss)이 크다는 단점이 있다.

이러한 단점은 소형화되고 고성능의 고주파(RF, radio frequency) 특성을 요구하는 최근의 중계기 및 단말기 등에 사용되는데 많은 어려움을 초래한다.

또한, 무선 통신 시스템에서 사용되는 대부분의 고주파 필터(RF filter)는 대역폭(band width)의 가장자리 부분(edge)에서 급격하게 손실이 증가하고, 이로 인해, 통과 대역(passband)의 리플(ripple)이 증가하게 된다.

이러한 리플을 줄이기 위해, 별도의 유전체 필터를 이용하여 리플의 파형과 반대 형상의 파형을 생성시켜 발생된 리플을 감쇄시키는 방법이 구현되고 있다. 하지만, 이러한 리플 감쇄를 위한 감쇄용 리플을 생성할 경우 삽입 손실이 크게 증가하고 리액턴스(reactance)의 특성이 감소하는 문제가 발생하며, 정교한 감쇄 특성을 갖기 위해 유전체 필터의 구조가 복잡해지는 문제가 발생하였다.

대한민국 등록특허 제10-1437796호(2014년 08월 28일 등록)

본 발명이 해결하려는 과제는 유전체 필터의 구조를 간소화하기 위한 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 유전체 필터는 기판, 상기 기판의 한 면에 제1 방향으로 연장되어 위치하는 제1 신호 배선, 상기 제1 방향과 다른 제2 방향으로 연장되어 위치하는 제2 신호 배선, 상기 제1 신호 배선과 상기 제2 신호 배선 사이에 위치하는 저항체, 상기 기판의 상기 한 면에 위치하는 유전체부, 상기 유전체부를 가운데에서 상기 유전체부의 길이 방향으로 위치하는 공진홀, 상기 유전체부의 외부면에 위치하는 제1 금속부, 상기 공진홀과 접해있는 상기 유전체부의 내부면에 위치하는 제2 금속부 및 상기 유전체부의 전면에 위치하고 상기 제2 금속부에 일측이 연결되어 있고 상기 제2 신호 배선에 타측이 연결되어 있는 제2 금속부를 포함한다.

상기 유전체부는 육면체로 이루어질 수 있고, 상기 제1 신호 배선은 상기 유전체의 좌면, 우면, 상면, 하면 및 후면에 위치할 수 있다.

상기 저항체는 제1 신호 배선에 일측 단자가 연결될 수 있고 상기 제2 신호 배선에 타측 단자가 연결될 수 있다.

상기 제1 신호 배선과 상기 제2 신호 배선은 이격될 수 있다.

상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 직교할 수 있다.

상기 유전체부의 전면은 상기 제2 연결 배선이 위치하는 부분을 제외하면 유전체가 노출되어 있을 수 있다.

이러한 본 발명의 특징에 따르면, 유전체 공진기를 이용하므로 유전체 필터의 생산성이 증가하고 유전체 필터의 소형화가 가능하며 삽입 손실이 적다.

또한, 유전체 공진기의 전면과 기판에 간단한 구조로 금속 패턴을 인쇄하여 유전체 필터를 완성하므로, 유전체 필터와 유전체 공진기의 구조를 단순화한다. 이로 인해, 유전체 필터의 생산성이 향상되며, 유전체 필터의 소형화가 용이하게 이루어진다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 유전체 필터의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 유전체 필터의 등가 회로도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 유전체 필터의 주파수 특성의 한 예를 도시한 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명하는데 있어서, 해당 분야에 이미 공지된 기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명을 부가하는 것이 본 발명의 요지를 불분명하게 할 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명에서 이를 일부 생략하도록 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어들은 본 발명의 실시예들을 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 해당 분야의 관련된 사람 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함하는'의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 한 실시예에 따른 유전체 필터에 대해서 설명하도록 한다.

먼저, 도 1에 도시한 것처럼, 본 예의 한 실시예에 따른 유전체 필터(1)는 기판(100), 기판(100)의 한 면에 위치하는 제1 신호 배선(210), 제1 신호 배선(210)에 일측 단자가 연결되어 있는 저항체(300), 저항체(300)의 타측 단자에 연결되어 있는 제2 신호 배선(220), 기판(100)의 한 면에 위치하고 제2 신호 배선(220)과 연결되어 있는 유전체 공진기(400)를 구비한다.

기판(100)은 에폭시 수지와 같은 절연물이나 금속으로 이루어져 있는 것으로서, 사각형의 평면 형상을 갖는 판 형태로 이루어져 있다.

제1 신호 배선(210)과 제2 신호 배선(220)는 마이크로스트립(microstrip) 선로로서, 신호를 전달하는 신호선으로 기능한다.

이러한 제1 신호 배선(210)과 제2 신호 배선(220)은 금(Au)이나 구리(Cu)와 같은 양호한 도전율을 갖는 금속으로 이루어져 있고, 기판(100)의 해당 면에 정해진 패턴으로 인쇄되어 있다.

본 예에서, 제1 신호 배선(210)은 기판(100) 위에 제1 방향(예, 가로 방향 또는 폭 방향으로서, 도 1에서 X방향)으로 기판(100)을 가로지르게 인쇄되어 있다.

제2 신호 배선(220)는 제1 신호 배선(210)과 이격되에 있고 제1 방향과 교차하는, 좀더 구체적으로는 직교하는 제2 방향(예, 세로 방향 또는 길이 "?*으로서, 도 1에서 Y방향)으로 인쇄되어 있다.

따라서, 제1 신호 배선(210)과 제2 신호 배선(220)는 직교하는 형태로 인쇄되어 있고, 서로 인접해 있는 제1 신호 배선(210)과 제2 신호 배선(220) 사이에 각각 해당 단자가 연결되게 저항체(300)이 위치한다.

이때, 제1 신호 배선(210)의 양 끝단은 도시하지 않는 외부 장치와 연결되는 연결 단자로 기능한다.

저항체(300)는 저항값을 갖고 있고, 두 개의 단자를 구비하고 있어 일측 단자는 제1 신호 배선(210)에 연결되어 있고, 타측 단자는 제2 신호 배선(220)에 연결되어 있다.

이러한 저항체(300)는 본 예의 유전체 필터(1)의 동작에 의해 획득된 신호에 리플을 생성하는 소자로서, 저항체(30)의 저항값에 의해 생성되는 리플의 크기가 조정된다.

유전체 공진기(400)는 저역 통과 필터, 대역 통과 필터 등의 필터링 동작에 의해 획득되는 주파수 신호의 손실을 방지하기 위해, 획득된 주파수 신호에 생성되는 리플의 반대 파형의 리플을 생성하기 위한 것이다.

이러한 본 예의 유전체 공진기(400)는 직육면체와 같은 육면체로 이루어진 유전체부(410), 유전체부(410)의 외부면에 도포되어 있는 제1 금속부(421) 유전체부(410)의 가운데 부분에서 유전체부(410)의 길이 방향(즉, 제2 방향)을 따라서 뻗어 있는 공진홀(H410), 공진홀(H410) 내부에 위치하는 제2 금속부(422) 및 제2 금속부(422)와 연결되어 있고 유전체부(410)의 전면에 위치하는 연결 배선(430)을 구비한다.

유전체부(410)는 이미 기술한 것처럼 직육면체와 같은 블록형 구조물로서, 세라믹 소재나 알루미나 소재 등을 포함할 수 있다.

이러한 유전체부(410)는 3.5 이상의 비유전율을 가질 수 있다.

제1 금속부(421)는 도 1을 기준으로 하여 유전체부(410)의 외부면, 즉 네 개의 측면(좌면, 우면, 상면 및 저면)과 후면에 서로 끊김없이 연결되게 위치한다.

이러한 제1 금속부(421)에 의해, 유전체부(410)의 전면은 제1 금속부(421)가 존재하지 않고 이로 인해, 유전체가 외부로 노출되어 있다.

제1 금속부(421)는 금이나 구리 등으로 이루어질 수 있다.

공진홀(H410)은 유전체 공진기(400)의 공진 동작을 위한 것으로서, 유전체부(410)의 길이 방향(즉, 전면에서 후면 쪽 또는 후면에서 전면 쪽)을 따라 유전체부(410)를 완전히 관통하게 연장되어 있다.

이러한 공진홀(H410)의 반경의 크기에 따라 유전체 필터(1)의 주파수 특성이 정해지며, 공진홀(H410)의 연장 길이는 주파수의 크기에 비례하게 정해질 수 있다. 따라서, 공진홀(H410)의 연장 길이가 짧을수록 사용되는 주파수의 파장이 짧아지므로 유전체 필터(1)는 고주파 대역이나 초고주파 대역의 신호에 사용될 수 있다.

제2 금속부(422)는 공진홀(H410)과 접해 있는 유전체부(410)의 내부면에 위치하며, 제1 금속부(422)와 동일하게 금이나 구리 등으로 이루어질 수 있다.

이처럼, 제1 및 제2 금속부(421, 422)는 유전체로 이루어진 유전체부(410) 사이에 위치하고 있으므로, 이들 제1 및 제2 금속부(421, 422)와 유전체부(410)는 커패시터(capacitor)를 구성한다.

이러한 유전체 공진기(400)에서, 제1 금속부(421)는 접지 전원과 연결되는 접지 단자로 기능하여, 유전체 공진기(400)에 의해 형성되는 커패시터의 일 단(즉, 제1 금속부)은 접지와 연결된 상태가 된다.

이때, 연결 배선(430)과 제1 금속부(421)와의 물리적 및 전기적인 연결을 방지하기 위해, 연결 배선(430)과 인접해 있는 유전체부(410)의 하면 부분에는 제1 금속부(421)가 위치하지 않고 유전체가 노출된다. 이로 인해, 제1 금속부(421)는 연결 배선(430)과 물리적 및 전기적으로 연결되지 않는다.

이미 기술한 것처럼, 관통홀(H410)의 연장 길이에 따라 통과되거나 차단되는 주파수의 크기가 정해지게 되는데, 관통홀(H410)의 연장 길이는 결국 공진기(400), 좀더 구체적으로는 유전체부(410)의 길이에 따라 정해진다. 이로 인해, 본 예의 유전체 필터(1)는 유전체 공진기(400)의 길이(L400)에 따라 리플이 생성되는 주파수의 크기가 정해진다.

연결 배선(430)은, 도 1에 도시한 것과 같이, 유전체부(410)에서 제1 금속부(421)로 도포되지 않고 유전체가 노출되어 있는 전면의 일부분에 위치하여, 제2 금속부(421)와 제2 신호 배선(220)을 서로 연결해 신호 전달이 이루어지도록 한다.

이를 위해, 본 예의 연결 배선(430)은 공진홀(H410) 내에 위치하는 제2 금속 배선(422)에 일측이 연결되어 있고 제2 신호 배선(220)에 타측이 연결되어 있다.

따라서, 저항체(300)은 연결 배선(430)에 의해 유전체 공진기(400)에 의해 형성된 커패시터와 직렬 연결된다.

이러한 구조를 갖는 본 예의 유전체 필터(1)의 등가 회로는 도 2와 같다.

도 2에 도시한 것처럼, 커패시터(C1)는 유전체 공진기(400)의 유전체부(410)와 제1 및 제2 금속부(421, 422)에 의해 형성되며, 저항(R1)은 저항체(300)를 등가적으로 나타낸 것이다.

저항(R1)의 양 단자에 연결되어 있는 신호선은 제1 및 제2 신호 배선(210, 220)에 대응되며, 접지단은 기판(100)에 위치하는 접지 패턴에 대응한다.

이러한 유전체 필터(1)는 원하는 크기의 주파수를 갖는 신호를 차단하거나 통과시키는 필터로 사용될 수 있다.

이러한 등가회로를 갖는 본 예의 유전체 필터(1)는, 하나의 예로서, 도 3에 도시한 것과 같은 특성을 가질 수 있다.

도 3을 참조하면, 제1 그래프(CV1)는 S21의 그래프로서 유전체 필터(1)의 통과 특성을 나타낸 것이고, 제2 그래프(CV2)는 S11의 그래프로서 유전체 필터의 반사 특성을 나타낸 것이다.

이와 같이, 유전체 필터(1)는 유전체 공진기(400)를 이용하여 형성되는 필터이므로, 에어 캐비티를 이용하는 필터에 비해 크기가 크게 감소하게 된다. 이로 인해, 본 예의 유전체 필터의 생산성이 증가하고 유전체 필터의 소형화가 가능하며 삽입 손실이 적다.

또한, 유전체 공진기(400)의 전면과 기판(100)에 위치하는 금속 패턴(210, 22, 421, 422)의 형상이 매우 간단하며, 유전체 공진기(400)의 구조 역시 매우 간단한다. 이로 인해, 유전체 필터(1)의 생산성이 향상되며, 유전체 필터(1)의 소형화가 용이하게 이루어진다.

이상, 본 발명의 유전체 필터의 실시예들에 대해 설명하였다. 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부한 도면에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자의 관점에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 범위는 본 명세서의 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

100: 기판 210: 제1 신호 배선
220: 제2 신호 배선 300: 저항체
400: 유전체 공진기 410: 유전체부
421: 제1 금속부 22: 제2 금속부
430: 연결 배선

Claims (6)

1. 기판;
   상기 기판의 한 면에 제1 방향으로 연장되어 위치하는 제1 신호 배선;
   상기 제1 방향과 다른 제2 방향으로 연장되어 위치하는 제2 신호 배선;
   상기 제1 신호 배선과 상기 제2 신호 배선 사이에 위치하는 저항체;
   상기 기판의 상기 한 면에 위치하는 유전체부;
   상기 유전체부를 가운데에서 상기 유전체부의 길이 방향으로 위치하는 공진홀;
   상기 유전체부의 외부면에 위치하는 제1 금속부;
   상기 공진홀과 접해있는 상기 유전체부의 내부면에 위치하는 제2 금속부; 및
   상기 유전체부의 전면에 위치하고 상기 제2 금속부에 일측이 연결되어 있고 상기 제2 신호 배선에 타측이 연결되어 있는 제2 금속부
   를 포함하는 유전체 필터.
2. 제1 항에 있어서
   상기 유전체부는 육면체로 이루어져 있고,
   상기 제1 신호 배선은 상기 유전체의 좌면, 우면, 상면, 하면 및 후면에 위치하는 유전체 필터.
3. 제1 항에서,
   상기 저항체는 제1 신호 배선에 일측 단자가 연결되어 있고 상기 제2 신호 배선에 타측 단자가 연결되어 있는 유전체 필터.
4. 제1 항에서,
   상기 제1 신호 배선과 상기 제2 신호 배선은 이격되어 있는 유전체 필터.
5. 제1 항에 있어서,
   상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 직교하는 유전체 필터.
6. 제1 항에 있어서,
   상기 유전체부의 전면은 상기 제2 연결 배선이 위치하는 부분을 제외하면 유전체가 노출되어 있는 유전체 필터.

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