KR20200131528A - 체적 음향 공진기를 포함하는 필터 - Google Patents

체적 음향 공진기를 포함하는 필터 Download PDF

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삼성전기주식회사
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 필터는 입력단과 출력단과 사이에 배치되는 복수의 시리즈 공진기; 및 상기 입력단과 상기 출력단 사이의 서로 다른 노드에 배치되는 복수의 션트 공진기; 를 포함하고, 상기 복수의 시리즈 공진기 중 일부의 시리즈 공진기의 공진 주파수 및 반공진 주파수 각각은 상기 복수의 션트 공진기의 공진 주파수 및 반공진 주파수 각각으로부터 기준 주파수 범위 내에 위치할 수 있다.

Description

체적 음향 공진기를 포함하는 필터{FILTER INCLUDING ACOUSTIC WAVE RESONATOR}
본 발명은 체적 음향 공진기를 포함하는 필터에 관한 것이다.
최근 이동통신기기, 화학 및 바이오기기 등의 급속한 발달에 따라, 이러한 기기에서 사용되는 소형 경량필터, 오실레이터(Oscillator), 공진소자(Resonant element), 음향공진 질량센서(Acoustic Resonant Mass Sensor) 등의 수요도 증대하고 있다.
이러한 소형 경량필터, 오실레이터, 공진소자, 음향공진 질량센서 등을 구현하는 수단으로는 박막 체적 음향 공진기(FBAR: Film Bulk Acoustic Resonator)가 알려져 있다. 박막 체적 음향 공진기는 최소한의 비용으로 대량 생산이 가능하며, 초소형으로 구현할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 필터의 주요한 특성인 높은 품질 계수(Quality Factor: Q)값을 구현하는 것이 가능하고, 수 GHz 주파수 대역에서도 사용이 가능하다.
일반적으로, 박막 체적 음향 공진기는 기판상에 제1 전극, 압전층(Piezoelectric layer) 및 제2 전극을 차례로 적층하여 구현되는 공진부를 포함하는 구조로 이루어진다. 박막 체적 음향 공진기의 동작원리를 살펴보면, 먼저 제1 및 2 전극에 인가되는 전기에너지에 의해 압전층 내에 전계가 유기되고, 유기된 전계에 의해 압전층에서 압전 현상이 발생하여 공진부가 소정 방향으로 진동한다. 그 결과, 진동방향과 동일한 방향으로 음향파(Bulk Acoustic Wave)가 발생하여 공진을 일으키게 된다.
미국공개특허공보 제2008-0081398호
본 발명의 과제는 광대역 특성을 구현할 수 있는 체적 음향 공진기를 포함하는 필터를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 필터는 입력단과 출력단과 사이에 배치되는 복수의 시리즈 공진기; 및 상기 입력단과 상기 출력단 사이의 서로 다른 노드에 배치되는 복수의 션트 공진기; 를 포함하고, 상기 복수의 시리즈 공진기 중 일부의 시리즈 공진기의 공진 주파수 및 반공진 주파수 각각은 상기 복수의 션트 공진기의 공진 주파수 및 반공진 주파수 각각으로부터 기준 주파수 범위 내에 위치할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 필터는, 통과 대역 내의 삽입 손실 특성과 반사 손실 특성을 개선하여 광대역 특성을 구현할 수 있다.
도 1는 본 발명의 일 실시예에 따른 필터의 예시적인 회로도이다.
도 2은 체적 음향 공진기를 포함하는 필터의 예시적인 회로도이다.
도 3a는 도 2의 필터가 200MHz의 대역폭을 가지는 경우의 주파수 응답을 나타내고, 도 3b는 도 2의 필터가 200MHz의 대역폭을 가지는 경우의 스미스 차트를 나타낸다.
도 4a는 도 2의 필터가 600MHz의 대역폭을 가지는 경우의 주파수 응답을 나타내고, 도 4b는 도 2의 필터가 600MHz의 대역폭을 가지는 경우의 스미스 차트를 나타낸다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 필터의 회로도이다.
도 6a은 본 발명의 일 실시예에 따른 서로 다른 주파수 특성을 가지는 공진기의 주파수 응답을 나타내는 그래프이다.
도 6b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 필터의 주파수 응답을 나타내는 그래프이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 필터의 회로도이다.
도 8a은 본 발명의 일 실시예에 따른 서로 다른 주파수 특성을 가지는 공진기의 주파수 응답을 나타내는 그래프이다.
도 8b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 필터의 주파수 응답을 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 필터의 회로도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 시뮬레이션 데이터이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1는 본 발명의 일 실시예에 따른 필터의 예시적인 회로도이다.
도 1를 참조하면, 필터는 복수의 시리즈부(11a, 11b, 11c, 11d) 및 복수의 시리즈부(11a, 11b, 11c, 11d)와 접지 사이에 배치되는 복수의 션트부(12a, 12b, 12c)를 포함할 수 있다. 필터는 도 1에 도시된 바와 같이, 래더 타입(ladder type)의 필터 구조로 형성될 수 있고, 이와 달리, 래티스 타입(lattice type)의 필터 구조로 형성될 수 있다
복수의 시리즈부(11a, 11b, 11c, 11d)는 입력 신호가 입력되는 입력단(RFin)과 출력 신호가 출력되는 출력단(RFout) 사이에 직렬로 배치될 수 있다. 복수의 션트부(12a, 12b, 12c)는 입력단(RFin)과 출력단(RFout) 사이의 서로 다른 노드와 접지 사이에 배치될 수 있다. 복수의 션트부(12a, 12b, 12c)는 복수의 시리즈부(11a, 11b, 11c, 11d) 사이의 노드와 접지 사이에 배치될 수 있고, 실시예에 따라, 션트부는 입력단(RFin)과 접지 사이, 또는 출력단(RFout)과 접지 사이에 배치될 수 있다.
도 1에서 필터가 네 개의 시리즈부(11a, 11b, 11c, 11d)와 세 개의 션트부(12a, 12b, 12c)를 구비하는 것으로 도시되어 있으나, 시리즈부(11a, 11b, 11c, 11d) 및 션트부(12a, 12b, 12c)의 수는 변경 될 수 있다. 복수의 시리즈부(11a, 11b, 11c, 11d) 및 복수의 션트부(12a, 12b, 12c) 각각은 체적 음향 공진기를 적어도 하나 구비할 수 있다.
5세대(5G) 통신은 기존 LTE(Long Term Evolution) 통신 대비 더 많은 대용량의 데이터와 더 빠른 데이터 전송 속도로 더 많은 기기들을 효율적으로 연결할 것으로 기대되고 있다.
5세대 이동통신은 밀리미터파(mmWave)에 해당하는 24250MHz~52600MHz의 주파수 대역과, sub-6GHz에 해당하는 450MHz~6000MHz의 주파수 대역을 이용하는 방향으로 발전하고 있다.
기존의 4세대(4G) 통신과의 대역 인접성에 따른 기술 유사성에 따라, sub-6GHz 대역이 다수의 국가에서 상용화 예정에 있다. n77 대역(3300MHz~4200MHz), n78 대역(3300MHz~3800MHz) 및 n79 대역(4400MH~5000MHz) 각각은 sub-6GHz의 동작 대역(Operating band) 중의 하나로 정의 되었으며, n77 대역(3300MHz~4200MHz), n78 대역(3300MHz~3800MHz) 및 n79 대역(4400MH~5000MHz)은 넓은 대역폭을 가진 이점에 따라, 주요한 대역으로 이용될 예정이다.
다만, 감쇄 특성이 우수한 체적 음향 공진기는 공진 주파수와 반공진의 주파수 간격이 200MHz 정도로 좁기 때문에 통과 대역을 600MHz 이상으로 넓게 형성하기 어려우므로, 광대역 주파수 특성이 요구되는 5세대 통신에 적용되기 어려운 문제가 있다.
도 2은 체적 음향 공진기를 포함하는 필터의 예시적인 회로도이다.
도 2을 참조하면, 필터는 입력단(RFin)과 출력단(RFout) 사이에 배치되는 시리즈 공진기(SE) 및 시리즈 공진기(SE)와 접지 사이에 배치되는 션트 공진기(SH)를 포함할 수 있다.
도 3a는 도 2의 필터가 200MHz의 대역폭을 가지는 경우의 주파수 응답을 나타내고, 도 3b는 도 2의 필터가 200MHz의 대역폭을 가지는 경우의 스미스 차트를 나타낸다. 또한, 도 4a는 도 2의 필터가 600MHz의 대역폭을 가지는 경우의 주파수 응답을 나타내고, 도 4b는 도 2의 필터가 600MHz의 대역폭을 가지는 경우의 스미스 차트를 나타낸다.
도 3a 및 도 4a를 참조하면, 제1 그래프(graph 1)는 시리즈 공진기(SE)에 의한 주파수 응답(Z, Impedance)을 나타내고, 제2 그래프(graph 2)는 션트 공진기(SH)에 의한 주파수 응답(Z, Impedancece)을 나타내고, 제3 그래프(graph 3) 및 제4 그래프(graph 4) 각각은 시리즈 공진기(SE) 및 션트 공진기(SH)를 포함하는 필터에 의한 삽입 손실(Insertion Loss) 및 반사 손실(Return Loss)을 나타낸다.
시리즈 공진기(SE)에 의한 주파수 응답은 공진 주파수(fr_SE) 및 반공진 주파수(fa_SE)를 가지고, 션트 공진기(SH)에 의한 주파수 응답은 공진 주파수(fr_SH) 및 반공진 주파수(fa_SH)를 가진다. 시리즈 공진기(SE)의 반공진 주파수(fa_SE)와 션트 공진기(SH)의 공진 주파수(fr_SH)는 필터의 통과 대역(pass band)의 외측에 형성되고, 시리즈 공진기(SE)의 공진 주파수(fr_SE)와 션트 공진기(SH)의 반공진 주파수(fa_SH)는 필터의 통과 대역(pass band)의 내측에 형성된다. 여기서, 션트 공진기(SH)의 공진 주파수(fr_SH) 및 반공진 주파수(fa_SH) 사이에 하한 주파수(fL)가 위치하고, 시리즈 공진기(SE)의 공진 주파수(fr_SE) 및 반공진 주파수(fa_SE) 사이에 상한 주파수(fH)가 위치한다.
도 3a를 참조하면, 필터의 통과 대역의 하한 주파수(fL)는 약 4.8GHz, 중심 주파수(fM)는 약 4.9GHz, 상한 주파수(fH)는 약 5.0GHz이고, 도 4a를 참조하면, 필터의 통과 대역의 하한 주파수(fL)는 약 4.4GHz, 중심 주파수(fM)는 약 4.7GHz, 상한 주파수(fH)는 약 5.0GHz이다.
도 3b 및 도 4b에 도시된 스미스 차트에서 원의 중심을 가로지르는 중간 선의 하부는 커패시터 성분으로 작용하고, 상부는 인덕턴스 성분으로 작용한다.
도 3b를 참조하면, 시리즈 공진기(SE)와 션트 공진기(SH)의 하한 주파수(fL)는 서로 대칭되는 방향으로 형성되어 서로 상쇄되고, 시리즈 공진기(SE)와 션트 공진기(SH)의 상한 주파수(fH)도 서로 대칭되는 방향으로 형성되어 서로 상쇄된다. 또한, 중심 주파수(fM)는 원의 중심 부근에 위치한다. 일 예로, 원의 중심 부근에 위치하는 중심 주파수(fM)에 의해, 중심 주파수(fM)는 15dB 이상의 반사 손실을 확보할 수 있다.
도 4b를 참조하면, 시리즈 공진기(SE)와 션트 공진기(SH)의 하한 주파수(fL)는 서로 대칭되는 방향으로 형성되어 서로 상쇄되고, 시리즈 공진기(SE)와 션트 공진기(SH)의 상한 주파수(fH)도 서로 대칭되는 방향으로 형성되어 서로 상쇄된다. 다만, 중심 주파수(fM)는 원의 중심으로부터 소정의 거리 이격되어 원의 하부측에 위치한다. 일 예로, 원의 중심으로부터 소정의 거리 이격되어 위치하는 중심 주파수(fM)에 의해, 중심 주파수는 충분한 반사 손실을 확보할 수 없다. 따라서, 도 4a를 참조하면, 중심 주파수(fM) 근방에서의 대역 통과 특성이 열화된다. 따라서, 열화된 대역 통과 특성을 개선할 필요가 있다.
도 4b에서 중심 주파수(fM)가 커패시터 성분으로 작용하는 원의 하부에 위치하므로, 중심 주파수(fM)에 인덕턴스 성분을 제공하는 경우, 필터의 반사 손실 특성을 개선할 수 있다. 체적 음향 공진기에서 인덕턴스 성분은 공진 주파수와 반공진 주파수 사이에 존재한다. 따라서, 체적 음향 공진기의 공진 주파수와 반공진 주파수 사이의 인덕턴스 성분을 이용하는 경우, 체적 음향 공진기를 이용한 광 대역 필터를 설계할 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 필터의 회로도이다. 본 발명의 실시예에 따른 필터는 400MHz~800MHz의 대역폭을 가질 수 있다. 일 예로, 600MHz의 대역폭을 가질 수 있고, 4.4GHZ의 상한 주파수 및 5.0GHz의 하한 주파수를 가질 수 있다.
도 5a을 참조하면, 필터(10)는 복수의 시리즈 공진기(SE1~SE4) 및 복수의 션트 공진기(SH1~SH4)를 포함할 수 있다. 여기서, 복수의 시리즈 공진기(SE1~SE4)는 도 1의 서로 다른 시리즈부에 포함되는 구성에 해당하고, 복수의 션트 공진기는 도 1의 서로 다른 션트부에 포함되는 구성에 해당하고, 복수의 시리즈 공진기(SE1~SE4) 및 복수의 션트 공진기(SH1~SH4) 각각은 체적 음향 공진기로 구성될 수 있다. 복수의 시리즈 공진기(SE1~SE4) 각각의 고유의 공진 주파수와 반공진 주파수의 차는 복수의 션트 공진기(SH1~SH4) 각각의 고유의 공진 주파수와 반공진 주파수의 차와 동일할 수 있다.
복수의 시리즈 공진기(SE1~SE4)는 입력단(RFin)과 출력단(RFout) 사이에 배치될 수 있다. 일 예로, 제1 시리즈 공진기(SE1), 제2 시리즈 공진기(SE2), 제3 시리즈 공진기(SE3), 제4 시리즈 공진기(SE4)는 직렬로 연결될 수 있다.
복수의 션트 공진기(SH1~SH4)는 입력단(RFin)과 출력단(RFout) 사이의 서로 다른 노드와 접지 사이에 배치될 수 있다. 일 예로, 제1 션트 공진기(SH1)는 제1 시리즈 공진기(SE1) 및 제2 시리즈 공진기(SE2) 사이의 노드와 접지 사이에 배치될 수 있고, 제2 션트 공진기(SH2)는 제2 시리즈 공진기(SE2) 및 제3 시리즈 공진기(SE3) 사이의 노드와 접지 사이에 배치될 수 있고, 제3 션트 공진기(SH3)는 제3 시리즈 공진기(SE3) 및 제4 시리즈 공진기(SE4) 사이의 노드와 접지 사이에 배치될 수 있고, 제4 션트 공진기(SH1)는 제4 시리즈 공진기(SE4) 및 출력단(RFout) 사이의 노드와 접지 사이에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 필터(10)에 구비되는 복수의 시리즈 공진기(SE1~SE4) 중 일부는 제1 주파수 특성을 가질 수 있고, 다른 일부는 제1 주파수 특성과 다른 주파수 특성을 가질 수 있다. 복수의 션트 공진 공진기(SH1~SH4)는 제2 주파수 특성을 가질 수 있다. 이하, 설명의 편의상, 복수의 시리즈 공진기(SE1~SE4) 중 제1 시리즈 공진기(SE1), 제2 시리즈 공진기(SE2), 및 제4 시리즈 공진기(SE4)가 제1 주파수 특성을 가지고, 제3 시리즈 공진기(SE3)가 제1 주파수 특성과 다른 제3 주파수 특성을 가지는 것으로 가정한다.
여기서, 주파수 특성이란 공진 주파수와 반공진 주파수를 지칭하는 용어로 이해될 수 있다. 일 예로, 제1 주파수 특성을 가지는 공진기는 제1 공진 주파수 및 제1 반공진 주파수를 가질 수 있고, 제2 주파수 특성을 가지는 공진기는 제2 공진 주파수 및 제2 반공진 주파수를 가질 수 있고, 제3 주파수 특성을 가지는 공진기는 제3 공진 주파수 및 제3 반공진 주파수를 가질 수 있다.
도 6a은 본 발명의 일 실시예에 따른 서로 다른 주파수 특성을 가지는 공진기의 주파수 응답을 나타내는 그래프이다.
제1 그래프(graph 1)는 제1 주파수 특성을 가지는 제1 시리즈 공진기(SE1), 제2 시리즈 공진기(SE2), 및 제4 시리즈 공진기(SE4)에 의한 주파수 응답(Z, Impedance)을 나타내고, 제2 그래프(graph2)는 복수의 션트 공진기(SH1~SH4)에 의한 주파수 응답(Z, Impedance)을 나타내고, 제3 그래프(graph 3)는 제3 주파수 특성을 가지는 제3 시리즈 공진기(SE3)의 주파수 응답(Z, Impedance)를 나타내고, 제4 그래프(graph 4)는 필터에 의한 주파수 응답(S-parameter)을 나타낸다.
도 6a을 참조하면, 제3 주파수 특성을 가지는 제3 시리즈 공진기(SE3)는 제2 주파수 특성을 가지는 복수의 션트 공진기(SH1~SH4)와 유사한 주파수 특성을 가질 수 있다. 일 예로, 제3 주파수 특성을 가지는 제3 시리즈 공진기(SE3)의 공진 및 반공진 주파수 각각은 제2 주파수 특성을 가지는 복수의 션트 공진기(SH1~SH4)의 공진 및 반공진 주파수 각각으로부터 기준 주파수 범위 내에 위치할 수 있다.
일 예로, 제3 주파수 특성을 가지는 제3 시리즈 공진기(SE3)의 공진 및 반공진 주파수 각각은 제2 주파수 특성을 가지는 복수의 션트 공진기(SH1~SH4)의 공진 및 반공진 주파수 보다 0~142MHz만큼 주파수가 높을 수 있다.
복수의 션트 공진기(SH1~SH4)의 공진 주파수가 4298MHz인 경우, 제3 시리즈 공진기(SE3)의 공진 주파수는 4298MHz~4400MHz일 수 있고, 바람직하게는 4343MHz일 수 있다. 제3 시리즈 공진기(SE3)의 공진 주파수는 복수의 션트 공진기(SH1~SH4)의 공진 주파수에 해당하는 4298MHz와 필터의 하한 주파수에 해당하는 4400MHz의 사이에 위치할 수 있다.
한편, 도 5a를 참조하면, 제3 주파수 특성을 가지는 제3 시리즈 공진기(SE3)에는 트리밍 인덕터(LSE)가 병렬로 연결된다. 제3 시리즈 공진기(SE3)에 병렬로 트리밍 인덕터(LSE)가 연결되어, 제3 시리즈 공진기(SE3)의 반공진 주파수는 우측으로 이동할 수 있다. 시리즈 공진기에 연결되는 트리밍 인덕터의 인덕턴스가 작을수록, 시리즈 공진기의 반공진 주파수는 우측으로 이동한다.
도 6b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 필터의 주파수 응답을 나타내는 그래프이다. 도 6b는 트리밍 인덕터가 연결되는 경우의 주파수 응답의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 6a 및 도 6b를 비교하면, 제3 시리즈 공진기(SE3)에 병렬로 트리밍 인덕터(LSE)가 연결되는 경우, 제3 시리즈 공진기(SE3)의 반공진 주파수는 우측으로 이동하여, 통과 대역의 상한 주파수 보다 높은 측에서, 통과 대역의 외측에 위치한다. 제3 시리즈 공진기(SE3)의 반공진 주파수는 복수의 션트 공진기(SH1~SH4)의 반공진 주파수 보다 높게 형성된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 통과 대역의 상한 주파수 보다 높은 측에 위치하는 제3 시리즈 공진기(SE3)의 반공진 주파수와, 통과 대역의 하한 주파수와 동일하거나 낮은 측에 위치하는 제3 시리즈 공진기(SE3)의 공진 주파수에 의해, 통과 대역에 인덕턴스 성분을 제공하여, 충분한 반사 손실을 확보할 수 있다. 한편, 트리밍 인덕터(LSE)는 제3 시리즈 공진(SE3)의 자체 커패시터와 추가적인 감쇄역을 형성하여, 감쇄 특성을 보다 향상시킬 수 있다.
상술한 실시예에서, 제3 시리즈 공진기(SE3)가 제3 주파수 특성을 가지고, 제3 시리즈 공진기(SE3)에 트리밍 인덕터(LSE)가 병렬로 연결되는 것으로 기술되었으나, 실시예에 따라, 제3 주파수 특성을 가지고, 트리밍 인덕터가 병렬로 연결되는 시리즈 공진기의 수는 변경될 수 있다. 일 예로, 도 5b를 참조하면, 제3 시리즈 공진기(SE3) 외에도, 제2 시리즈 공진기(SE2)가 제3 주파수 특성을 가질 수 있고, 제2 시리즈 공진기(SE2)에 병렬로 트리밍 인덕터(LSE)가 연결될 수 있다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 필터의 회로도이다.
도 7a 및 도 7b의 일 실시예에 따른 필터는 도 5a 및 도 5b의 실시예에 따른 필터와 유사하므로, 중복되는 설명은 생략하고, 차이점을 중심으로 설명하도록 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 필터(10)에 구비되는 복수의 시리즈 공진기(SE1~SE4)는 제1 주파수 특성을 가질 수 있다. 복수의 션트 공진 공진기(SH1~SH4) 중 일부는 제2 주파수 특성을 가질 수 있고, 다른 일부는 제2 주파수 특성과 다른 주파수 특성을 가질 수 있다. 이하, 설명의 편의상, 복수의 션트 공진 공진기(SH1~SH4) 중 제1 션트 공진기(SH1), 제2 션트 공진기(SH2), 및 제4 션트 공진기(SH4)가 제2 주파수 특성을 가지고, 제3 션트 공진기(SH3)가 제2 주파수 특성과 다른 제4 주파수 특성을 가지는 것으로 가정한다.
도 8a은 본 발명의 일 실시예에 따른 서로 다른 주파수 특성을 가지는 공진기의 주파수 응답을 나타내는 그래프이다.
제1 그래프(graph 1)는 제1 주파수 특성을 가지는 복수의 시리즈 공진기(SE1~SE4)를 나타내고, 제2 그래프(graph2)는 제2 주파수 특성을 가지는 제1 션트 공진기(SH1), 제2 션트 공진기(SH2), 및 제4 션트 공진기(SH4)에 의한 주파수 응답(Z, Impedance)을 나타내고, 제3 그래프(graph 3)는 제4 주파수 특성을 가지는 제3 션트 공진기(SH3)의 주파수 응답(Z, Impedance)를 나타내고, 제4 그래프(graph 4)는 필터에 의한 주파수 응답(S-parameter)을 나타낸다.
도 8a을 참조하면, 제4 주파수 특성을 가지는 제3 션트 공진기(SH3)는 제1 주파수 특성을 가지는 복수의 시리즈 공진기(SE1~SE4)와 유사한 주파수 특성을 가질 수 있다. 일 예로, 제4 주파수 특성을 가지는 제3 션트 공진기(SH3)의 공진 및 반공진 주파수 각각은 제1 주파수 특성을 가지는 복수의 시리즈 공진기(SE1~SE4)의 공진 및 반공진 주파수 각각으로부터 기준 주파수 범위 내에 위치할 수 있다.
일 예로, 제4 주파수 특성을 가지는 제3 션트 공진기(SH3)의 공진 및 반공진 주파수 각각은 제1 주파수 특성을 가지는 복수의 시리즈 공진기(SE1~SE4)의 공진 및 반공진 주파수 보다 0~269MHz만큼 주파수가 낮을 수 있다.
복수의 시리즈 공진기(SE1~SE4)의 공진 주파수가 4969MHz인 경우, 제3 션트 공진기(SH3)의 공진 주파수는 4700MHz~4969MHz일 수 있고, 바람직하게는 4805MHz일 수 있다. 제3 션트 공진기(SH3)의 공진 주파수는 필터의 중심 주파수에 해당하는 4700MHz와 복수의 시리즈 공진기(SE1~SE4)의 공진 주파수에 해당하는 4969MHz의 사이에 위치할 수 있다.
한편, 도 7a를 참조하면, 제4 주파수 특성을 가지는 제3 션트 공진기(SH3)에는 트리밍 인덕터(LSH)가 직렬로 연결된다. 제3 션트 공진기(SH3)에 직렬로 트리밍 인덕터(LSH)가 연결되어, 제3 션트 공진기(SH3)의 공진 주파수는 좌측으로 이동할 수 있다. 션트 공진기에 연결되는 트리밍 인덕터의 인덕턴스가 클수록, 션트 공진기의 공진 주파수는 좌측으로 이동한다.
도 8b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 필터의 주파수 응답을 나타내는 그래프이다. 도 8b는 트리밍 인덕터가 연결되는 경우의 주파수 응답의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 8a 및 도 8b를 비교하면, 제3 션트 공진기(SH3)에 직렬로 트리밍 인덕터(LSH)가 연결되는 경우, 제3 션트 공진기(SH3)의 공진 주파수는 좌측으로 이동하여, 통과 대역의 하한 주파수 보다 낮은 측에서, 통과 대역의 외측에 위치한다. 제3 션트 공진기(SH3)의 공진 주파수는 복수의 시리즈 공진기(SE1~SE4)의 공진 주파수 보다 낮게 형성된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 통과 대역의 하한 주파수 보다 낮은 측에 위치하는 제3 션트 공진기(SH3)의 공진 주파수와, 통과 대역의 상한 주파수 보다 높은 측에 위치하는 제3 션트 공진기(SH3)의 반공진 주파수에 의해, 통과 대역에 인덕턴스 성분을 제공하여, 충분한 반사 손실을 확보할 수 있다. 한편, 트리밍 인덕터(LSH)는 제3 션트 공진기(SH3)의 자체 커패시터와 추가적인 감쇄역을 형성하여, 감쇄 특성을 향상시킬 수 있다.
상술한 실시예에서, 제3 션트 공진기(SH3)가 제4 주파수 특성을 가지고, 제3 션트 공진기(SH3)에 트리밍 인덕터(LSH)가 직렬로 연결되는 것으로 기술되었으나, 실시예에 따라, 제4 주파수 특성을 가지고, 트리밍 인덕터가 직렬로 연결되는 션트 공진기의 수는 변경될 수 있다. 일 예로, 도 7b를 참조하면, 제3 션트 공진기(SH3) 외에도, 제2 션트 공진기(SH2)가 제4 주파수 특성을 가질 수 있고, 제2 션트 공진기(SH2)에 직렬로 트리밍 인덕터(LSH)가 연결될 수 있다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 필터의 회로도이다.
도 9의 실시예에 따른 필터는 도 5a의 실시예에 따른 필터와 도 7a의 실시예에 따른 필터의 조합에 해당하므로, 자세한 설명은 생략하도록 한다.
도 9의 실시예에 따른 필터는 제3 주파수 특성을 가지고, 트리밍 인덕터(LSE)가 병렬로 연결되는 제3 시리즈 공진기(SE3)와 제4 주파수 특성을 가지고, 트리밍 인덕터(LSH)가 직렬로 연결되는 제3 션트 공진기(SH3)를 모두 이용하여, 통과 대역에 인덕턴스 성분을 제공하여, 반사 손실 특성을 더욱 개선할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 시뮬레이션 데이터이다.
도 10에서, 제1 그래프(graph 1)는 시리즈 공진기가 제1 주파수 특성을 가지고, 션트 공진기가 제2 주파수 특성을 가지는 비교예의 주파수 응답을 나타내고, 제2 그래프(graph 2)는 도 5a의 실시예에 따른 필터 또는 도 7a의 실시예에 따른 필터의 주파수 응답을 나타내고, 제3 그래프(graph 3)는 도 9의 실시예에 따른 필터의 주파수 응답을 나타내고, 제4 그래프(graph 4)는 도 9의 실시예에서, 제3 시리즈 공진기(SE3)의 공진 주파수가 4343MHz이고, 제3 션트 공진기(SH3)의 공진 주파수가 4805MHz인 경우의 주파수 응답을 나타낸다.
제1 그래프(graph 1)를 참조하면, 공진 주파수와 반공진의 주파수 간격이 200MHz 정도로 좁은 공진기의 특성으로 인하여, 과도한 삽입 손실이 발생함을 확인할 수 있다.제2 그래프(graph 2)를 참조하면, 제3 주파수 특성을 가지고, 트리밍 인덕터(LSE)가 병렬로 연결되는 제3 시리즈 공진기(SE3) 또는 제4 주파수 특성을 가지고, 트리밍 인덕터(LSH)가 직렬로 연결되는 제3 션트 공진기(SH3)에 의해, 제2 그래프(graph 2)는 제1 그래프(graph 3)에 비해 충분한 반사 손실을 확보할 수 있다.
또한, 제3 그래프(graph 3)를 참조하면, 제3 주파수 특성을 가지고, 트리밍 인덕터(LSE)가 병렬로 연결되는 제3 시리즈 공진기(SE3)와 제4 주파수 특성을 가지고, 트리밍 인덕터(LSH)가 직렬로 연결되는 제3 션트 공진기(SH3)를 모두 이용하여, 삽입 손실을 더욱 효과적으로 개선할 수 있으며, 제4 그래프(graph 4)를 참조하면, 최적화된 제3 시리즈 공진기(SE3)의 공진 주파수 및 제3 션트 공진기(SH3)의 공진 주파수를 이용하여, 약 4.4GHz~5.0GHz의 통과 대역 내에서 삽입 손실 특성과 반사 손실 특성을 효과적으로 개선하여, 통과 특성이 향상될 수 있다.
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
SE1, SE2, SE3, SE4: 시리즈 공진기
SH1, SH2, SH3, SH4, SH5: 션트 공진기

Claims (16)

  1. 입력단과 출력단과 사이에 배치되는 복수의 시리즈 공진기; 및
    상기 입력단과 상기 출력단 사이의 서로 다른 노드에 배치되는 복수의 션트 공진기; 를 포함하고,
    상기 복수의 시리즈 공진기 중 일부의 시리즈 공진기의 공진 주파수 및 반공진 주파수 각각은 상기 복수의 션트 공진기의 공진 주파수 및 반공진 주파수 각각으로부터 기준 주파수 범위 내에 위치하는 필터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 일부의 시리즈 공진기의 공진 주파수는 상기 복수의 션트 공진기의 공진 주파수와 상기 필터의 하한 주파수 사이에 위치하는 필터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 시리즈 공진기의 공진 주파수와 반공진 주파수의 차는 상기 션트 공진기의 공진 주파수와 반공진 주파수의 차와 동일한 필터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 일부의 시리즈 공진기 각각에 병렬로 연결되는 적어도 하나의 트리밍 인덕터를 더 포함하는 필터.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 트리밍 인덕터가 병렬로 연결되는 상기 일부의 시리즈 공진기의 반공진 주파수는 상기 필터의 통과 대역의 외측에 위치하는 필터.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 트리밍 인덕터가 병렬로 연결되는 상기 일부의 시리즈 공진기의 반공진 주파수는 상기 복수의 시리즈 공진기의 반공진 주파수 보다 높게 형성되는 필터.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 션트 공진기의 공진 주파수와 반공진 주파수 사이에 상기 필터의 하한 주파수가 위치하고, 상기 복수의 시리즈 공진기 중 다른 일부의 시리즈 공진기의 공진 주파수와 반공진 주파수 사이에 상한 주파수가 위치하는 필터.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 필터는 4.4GHz~5.0GHz의 통과 대역을 가지는 필터.
  9. 입력단과 출력단과 사이에 배치되는 복수의 시리즈 공진기; 및
    상기 입력단과 상기 출력단 사이의 서로 다른 노드에 배치되는 복수의 션트 공진기; 를 포함하고,
    상기 복수의 션트 공진기 중 일부의 션트 공진기의 공진 주파수 및 반공진 주파수 각각은 상기 복수의 시리즈 공진기의 공진 주파수 및 반공진 주파수 각각으로부터 기준 주파수 범위 내에 위치하는 필터.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 일부의 션트 공진기의 공진 주파수는 상기 필터의 중심 주파수와 상기 복수의 시리즈 공진기의 공진 주파수 사이에 위치하는 필터.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 시리즈 공진기의 공진 주파수와 반공진 주파수의 차는 상기 션트 공진기의 공진 주파수와 반공진 주파수의 차와 동일한 필터.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 일부의 션트 공진기 각각에 직렬로 연결되는 적어도 하나의 트리밍 인덕터를 더 포함하는 필터.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 트리밍 인덕터가 직렬로 연결되는 상기 일부의 션트 공진기의 공진 주파수는 상기 필터의 통과 대역의 외측에 위치하는 필터.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 트리밍 인덕터가 직렬로 연결되는 상기 일부의 션트 공진기의 공진 주파수는 상기 복수의 시리즈 공진기의 공진 주파수 보다 낮게 형성되는 필터.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 복수의 션트 공진기 중 다른 일부의 션트 공진기의 공진 주파수와 반공진 주파수 사이에 상기 필터의 하한 주파수가 위치하고, 상기 복수의 시리즈 공진기의 공진 주파수와 반공진 주파수 사이에 상한 주파수가 위치하는 필터.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 필터는 400MHz~800MHz의 대역폭을 가지는 필터.
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