KR20210026822A - 유전체필터 중계기 - Google Patents

Abstract

상기 듀플렉서 유전체필터(DDF)는, 상기 수신단(Rx) 유전체필터(DF)의 수신측 전극(RE) 또는 상기 송신단(Tx) 유전체필
터(DF)의 송신측 전극(TE) 중 적어도 하나를 밴드스톱필터(BSF)로 구성하고, 상기 밴드스톱필터(BSF)는 소정 폭 및 소
정 길이의 제1도전성 스트립라인(1)과, 소정 폭과 소정 길이를 갖는 적어도 하나의 제2도전성 스트립라인(2, 2-1,)으로
구성되고, 이 도전성 스트립라인(1,2)을 소정 간격으로 이격시킨 상태에서 서로 직교하여 위치시켜서 이루어진다.

Description

유전체필터 중계기{Repeater with Dielectric Filter}

통신기기에서 필터의 역할은 원하는 주파수대역의 신호를 선택하는 것이고, 가장 이상적인 필터는 그 원하는 주파수대역의 신호만을 손실없이 통과시키고 나머지 신호는 전부 제거하는 필터이다. 따라서 필터의 가장 중요한 특성은 신호 통과

대역(Signal Pass Band) 즉, 주파수대역(패스밴드)의 신호만을 손실 없이 통과시키는 인밴드(In Band) 특성과, 나머지 주파수대역을 제거하는 아웃밴드(Out Band) 특성을 모두 만족하는 것이다.

휴대용 통신기기의 듀플렉서 및 중계기 등에 사용되는 필터는, 일반적으로 2개 이상의 유전체공진기(DielectricResonators), 예를 들면 특정한 주파수에서 공진하는 동축형공진기(Coaxial Resonator) 또는 요각형공진기(Re-entrantResonator)를 결합하여 만든다. 이 유전체필터는 필터를 구성한 공진기 수와 결합 방법에 의해 주로 필터의 특성인 밴드폭(Bandwidth), 삽입손실(Insertion loss), 스커트 및 스푸리어스 주파수특성(Skirt and Spurious frequency responses)이 결정된다.

현재 휴대용 통신을 위해 할당된 주파수에는 밴드폭의 한계성으로 인해, 해당 패스밴드 주파수 이외의 주파수 성분은 급격하게 감쇄시킬 필요성이 대두되고 있다. 즉, 필터링(Filtering)시 그 필터의 전기적 특성을 나타내는 스커트(Skirt)가 가파르게 되는 것을 요구하는 한편, 아이소래이션이 낮아지는 것을 요구하고 있다(현재, 예컨대 PCS 통신망에서는 -45db/0625Mhz의 스커트특성과 -80dB 이하의 아이소래이션 특성을 요구하고 있다.)

한편, 현재 이런 중계기의 상기 스커트 특성 및 셀렉티비티(selectivity) 특성을 만족하기 위해, IF 컨버션 방식을 사용하고있고, 그에 따라 국부발진기(LO;Local Oscillator)와 믹서를 사용하여, 예컨대 1800MHz 대역의 주파수를 70MHz 주파수

로 다운컨버트한 후, SAW필터를 사용하고 있다. 하지만, 이러한 중계기는, 스커트 특성은 우수하지만, 삽입 손실이 -20dB을 넘는 SAW필터의 특성 때문에 여러 단의 증폭기가 연결되어야 하는 단점이 있다. 즉, 장치의 비용이증가하지만,현실적으로(비용적으로) 다른 대안이 없기 때문에 상기와 같은 IF 구성을 채용하고 있다.

신호의 입출력이 이루어지는 입력단전극(IE) 및 출력단전극(OE)이 상기 커플링전극(CE)에 인접되게 형성된다. 이때, 상기 입력단전극(IE) 및 출력단전극(OE)은 그 기능에 있어 상보적인 관계로 입력단전극(IE)이 출력단전극(OE)의 기능을 수행할 수 있으며, 이에 연동되어 출력단전극(OE)은 입력단전극(IE)으로서의 기능을 수행하게 된다. 이에 따라, 신호의 입력이 이루어지는 입력단전극(IE)에 인접한 커플링전극(CE) 형성 영역이 입력단공진기(#1) 역할을 수행하게 되며, 출력단전극(OE)에 인접한 커플링전극(CE) 형성 영역이 출력단공진기(#3) 역할을 수행하게 된다. 상기한 입력단전극(IE) 및 출

력단전극(OE)과 마찬가지로, 입력단공진기(#1) 및 출력단공진기(#3)는 상보적인 기능을 가지고 있으며, 입력단전극(IE)및 출력단전극(OE)이 신호의 입출력관계에서 어느 하나의 기능을 수행함에 따라 입력단공진기(#1)와 출력단공진기(#3)의 기능을 상보적으로 수행하게 된다.

한편, 상기 각 공진기 영역에는 상기한 바와 같이 커플링전극(CE)이 형성되며, 이들 커플링전극(CE)은 서로 이격되어 패터닝되어 있다. 이 때, 일립틱함수 필터 이론에 따라 입력단공진기(#1)와 출력단공진기(#3)가 네가티브 커플링이 이루어

질 수 있도록, 즉 다른 공진기 간의 커플링에 비교하여 약하게 커플링될 수 있도록 입력단공진기(#1)와 출력단공진기(#3)영역에 형성된 커플링전극(CE)간 대향 거리를 멀게하거나 상호 대향 면적을 감소시킨다.

기존의 유전체필터는, 입력단공진기와 출력단공진기 사이에 결합되는 중간(결합)공진기를 열 또는 행 형태로 결합하여 이루어진 3-폴 필터를 기본 구성으로 하고 있다. 또한, 이와 같이 구성된 유전체필터로부터 일측 또는 양측 주파수대역

에서 가파른 스커트 특성을 얻기 위해서는 입력단공진기 또는 출력단공진기의 일측 또는 양측에 밴드스톱공진기(BSR)를결합시키고 있다. 이에 따라 패스밴드의 어느 한쪽에서 가파른 스커트 특성을 얻을 의해 인밴드 특성 중 스톱밴드 대역에서의 커트오프 주파수특성은 위에서 밴드스톱공진기를 입력단공진기와 출력단공진

기 각각에 하나씩 더 결합하고 있다. 이에 따라, 다수의 공진기를 결합시킴으로 인해 삽입손실이 높아지는 단점이 있다.

이를 해결하기 위해 본 출원인은 특허 출원번호 10-2001-0002523 "유전체필터 및 듀플렉서 유전체필터"에서, 입력단공진기와 출력단공진기를 결합시키고 여기에 공진기를 홀수개 또는 짝수개 부착함으로써 상기한 양측 또는 일측에서 가파른

스커트 주파수특성을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 삽입손실을 낮출 수 있는 방안을 제시하였다. 이때, 일립틱함수 필터(elliptic function filter) 이론이 적용되는데, 이 일립틱함수 필터 이론을 응용하여 일립틱함수 필터를 만들려면, 우선 입력단공진기와 출력단공진기가 서로 결합할 수 있도록 공진기들의 배열이 맞아야 하고, 또한 이들을 결합하는 적당한 결합 방법을 찾아야 한다. 게다가 또 다른 요구조건으로는 입력단공진기와 출력단공진기 사이에 일립틱 커플링은 네가티브 커플링이여야 한다는 것이다. 이는 3개의 공진기를 삼각형으로 결합시킴으로써 이를 만족시킬 수 있었다.

다수개의 공진기를 일립틱함수 필터 이론에 따라 유전체 상에 제조하고, 일측면에 입력단 및/또는 출력단 공진기가

구비되고 다른 측면에 마이크로스트립 밴드스톱 필터가 도포됨으로써, 패스밴드특성을 향상시키면서 스톱밴드대역의 스커트 주파수특성을 향상시킬 수 있도록 된 마이크로스트립 밴드스톱필터를 제공하는 효과가 있다.

또한, 종래 IF컨버션을 위해 구비되었던 발진기, 필터, 믹서 및, 다수의 증폭기로 이루어지는 IF컨버션부를 상기 유전체필터로 대체할 수 있게 되고, IF컨버션 없이 디렉트 컨버션방식으로 주파수 변환이 이루어지도록 된 유전체필터를 갖춘 중기를 제공하는 효과가 있다.

도 1은 일립틱함수 필터 이론에 따라 제조된 유전체필터를 나타낸 사시도,
도 2a 및 도 2b는 도 1의 유전체필터에서 나타나는 주파수특성을 개략적으로 나타낸 그래프,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로스트립 밴드스톱필터를 구비한 유전체필터를 나타낸 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 유전체필터에 구비되는 일실시예의 밴드스톱필터를 나타낸 도면,
도 5는 다른 실시예의 밴드스톱필터를 나타낸 도면,
도 6은 도 4 및 도 5에 나타낸 다른 실시예의 밴드스톱필터의 주파수특성을 비교하여 나타낸 그래프,
도 7은 도 3에 나타낸 유전체필터의 주파수 특성을 개략적으로 나타낸 그래프,
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로스트립 밴드스톱필터를 구비한 유전체필터를 나타낸 사시도,
도 9는 도 8에 나타낸 유전체필터의 주파수 특성을 개략적으로 나타낸 그래프,
도 10은 마이크로스트립 밴드스톱필터를 구비한 본 발명에 따른 듀플렉서 유전체필터를 나타낸 사시도,
도 11은 도 10에 나타낸 듀플렉서 유전체필터의 주파수 특성을 개략적으로 나타낸 그래프,
도 12는 본 발명에 따른 다른 실시예의 듀플렉서 유전체필터를 나타낸 사시도,
도 13은 도 12에 나타낸 듀플렉서 유전체필터의 주파수 특성을 개략적으로 나타낸 그래프,
도 14는 일반적인 중계기를 개략적으로 나타낸 도면,
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 유전체필터를 구비한 중개기의 개략적인 구성도,도 16은 본 발명의 실시예에 따른 듀플렉서 유전체필터를 구비한 중개기의 개략적인 구성도이다.

현재 휴대용 통신을 위해 할당된 주파수에는 밴드폭의 한계성으로 인해, 해당 패스밴드 주파수 이외의 주파수 분은 급격하게 감쇄시킬 필요성이 대두되고 있다. 즉, 필터링(Filtering)시 그 필터의 전기적 특성을 나타내는 스커트

(Skirt)가 가파르게 되는 것을 요구하는 한편, 아이소래이션이 낮아지는 것을 요구하고 있다(현재, 예컨대 PCS 통신망에서는 -45db/0625Mhz의 스커트특성과 -80dB 이하의 아이소래이션 특성을 요구하고 있다.)한편, 현재 이런 중계기의 상기 스커트 특성 및 셀렉티비티(selectivity) 특성을 만족하기 위해, IF 컨버션 방식을 사용하고 있고, 그에 따라 국부발진기(LO;Local Oscillator)와 믹서를 사용하여, 예컨대 1800MHz 대역의 주파수를 70MHz 주파수로 다운컨버트한 후, SAW필터를 사용하고 있다. 하지만, 이러한 중계기는, 스커트 특성은 우수하지만, 삽입 손실이 -

20dB을 넘는 SAW필터의 특성 때문에 여러 단의 증폭기가 연결되어야 하는 단점이 있다. 즉, 장치의 비용이 증가하지만,현실적으로(비용적으로) 다른 대안이 없기 때문에 상기와 같은 IF 구성을 채용하고 있다.

앞으로의 3세대, 4세대, 그리고 위성방송 DMB 방식의 통신에 있어서도 인접 채널과 구별(selectivity)을 확실히 해주기위해서도 IF 컨버션 방식을 사용하게 될 것으로 예상되고, 이에 따라 비용의 문제는 해결되지 않은 과제로 남아 있을 것으로 예상된다.

#1~#6 : 입출력단 공진기 또는 중간 공진기 AE : 안테나전극
CE : 커플링전극 GE : 공통전극
IE : 입력단전극 OE : 출력단전극
LPF : 로우패스필터 BSF : 밴드스톱필터
10,20 : 제1 및 제2 일립틱함수 필터

Claims (1)

1. 안테나(ANT)를 중심으로 송신단(Tx)과 수신단(Rx)이 구비되는 2개의 듀플렉서(30,40)를 구비하고,상기 한쪽 듀플렉서(30)의 수신단(Rx)으로부터 수신된 RF 신호가 RF 신호 중의 잡음을 억제하면서 수신 신호를 증폭하는
   저잡음 증폭기(31)와, 저잡음 증폭기(31)로부터의 RF 신호의 스커트 특성을 개선하는 유전체필터(DF1), 이 유전체필터(DF1)로부터의 RF신호를 증폭하는 구동 증폭기(32:drive amp) 및 고전력 증폭기(33:high power amp)를 경유하여 다른
   쪽 듀플렉서(40)의 송신단(Tx)으로 입력된 후, 안테나(ANT)를 통해 외부로 방사되며,상기 다른쪽 듀플렉서(40)의 수신단(Rx)으로부터 수신된 RF 신호가 RF 신호 중의 잡음을 억제하면서 수신 신호를 증폭하는 저잡음 증폭기(41)와, 저잡음 증폭기(41)로부터의 RF 신호의 스커트 특성을 개선하는 유전체필터(DF2), 이 유전체필터(DF2)로부터의 RF신호를 증폭하는 구동 증폭기(42:drive amp) 및 고전력 증폭기(43:high power amp)를 경유하여 한쪽 듀플렉서(30)의 송신단(Tx)으로 입력된 후, 안테나(ANT)를 통해 외부로 방사되도록 구성된 중계기에 있어서,상기 유전체필터(DF)는,입출력단 공진기와 다수개의 중간공진기를 일체의 유전체 상에 형성하여 이루어지고, 상기 유전체의 일측을 적어도 하나의 밴드스톱필터(BSF)로 구성하며,
   상기 밴드스톱필터(BSF)는, 소정 폭 및 소정 길이의 제1도전성 스트립라인(1)과, 소정 폭과 소정 길이를 갖는 적어도 하나의 제2도전성 스트립라인(2, 2-1,)으로 구성되고, 이 도전성 스트립라인(1,2)을 소정 간격으로 이격시킨 상태에서 서로 직교하여 위치시켜서 이루어지는 것을 특징으로 하는 유전체필터를 갖춘 중계기.

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