KR20230150487A - 세라믹 유전체를 이용하여 소형화 및 고출력이 가능한 대역저지필터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대역저지필터에 관한 것으로, 특히 이동통신 등의 무선통신 신호 장치에 있어서 통과대역신호는 저손실로 통과시키고, 저지대역신호는 공진기를 이용하여 감쇄시키도록 한 대역저지필터에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 전송선로와 스터브, 그라운드가 형성된 평판의 베이스 기재; 세라믹 재질에 의해 모노블럭으로 몸체가 형성되고, 복수의 공진기 패턴 및 상기 공진기 패턴과 대응하여 커플링 스터브가 형성되며, 상기 몸체가 상기 베이스 기재에 솔더링에 의해 결합되면서 상기 커플링 스터브가 베이스 기재의 베이스 기재와 연결되도록 구성된 세라믹 유전체;를 포함하여 구성된다.

Description

세라믹 유전체를 이용하여 소형화 및 고출력이 가능한 대역저지필터{Band rejection filter capable of miniaturization and high power}

본 발명은 대역저지필터에 관한 것으로, 특히 이동통신 등의 무선통신 신호 장치에 있어서 통과대역신호는 저손실로 통과시키고, 저지대역신호는 공진기를 이용하여 감쇄시키도록 한 대역저지필터에 관한 것이다.

공진기를 이용한 고주파 필터(DR 필터, 캐비티 필터, 웨이브 가이드 필터 등)는 통상 고주파, 특히 초고주파를 공진하기 위한 일종의 회로통의 구조를 가진다. 일반적인 코일과 콘덴서에 의한 공진회로는 복사손실이 커서 초고주파를 형성하는데 적합지 않다.

이에 RF 필터는 다수의 공진기로 구성되는 각 공진기는 도체로 둘러싸인 금속성 원통 또는 직육면체 등의 수용공간(cavity)을 형성하며, 그 내부에서 유전체 공진 소자(DR: Dielectric Resonance element) 또는 금속 공진봉으로 구성된 공진 소자를 구비시켜, 고유 주파수의 전자기장만이 존재하게 함으로써, 초고주파의 공진이 가능하게 하는 구조를 가진다.

이와 같이, 공진기를 이용한 고주파 필터는 그 주파수 대역의 필터링 특성에 따라서 크게 대역통과필터(BPF: Band Pass Filter) 및 대역저지필터(BRF : Band Rejection Filter)로 크게 구분할 수 있다.

여기서, 대역저지필터는 대역차단필터 또는 대역스탑필터(band stop tilter) 등으로도 불린다.

이러한 대역저지필터의 일예로서, 등록특허 제10-0992089호(대역 저지 필터)에서는 도1에 도시된 바와같이,

공진봉(30)과,

내부에 상기 공진봉(30)이 위치되는 수용공간(14)을 형성하며, 상기 수용공간(14)의 형성시 상기 수용공간(14)의 내부 폭에서 상단부의 적어도 일부가 하단부보다 더 좁은 다단의 형태로 구성하는 하우징(10)과,

상기 공진봉(30)을 장착하며 상기 하우징(10)의 하부와 결합하며, 상기 하우징(10)과 결합시에 상기 공진봉(30)이 상기 수용공간(14) 내부에 삽입되는 형태로 조립되며, 상기 수용공간(14)의 바닥면을 형성하는 하부 커버(20)와,

상기 수용공간(14) 및 상기 수용공간 내부의 상기 공진봉(30)에 의해 형성되는 공진기와 커플링되게 상기 하우징에 미리 설정된 홈 내에 설치되어, 상기 대역 저지 필터의 신호 입력단 및 출력단 사이에 연결되는 전송선로(50)와,

상기 전송선로(50)가 설치되는 상기 하우징(10)의 홈을 밀폐하기 위한 밀폐 커버(20)로 구성된 대역저지필터를 제안하였다.

이러한 종래기술에 의한 대역저지필터는 LC 공진에 의해 차단 주파수를 설계하는데, 상기 공진봉(30)의 길이는 인덕턴스(L)에 주로 영향을 주며, 공진봉(30)과 수용공간(14) 사이에 형성되는 간격은 커패시턴스(C)에 밀접한 영향을 준다.

공진기에서 요구되는 메인공진모드(TEM) 외에 기생공진모드(TE,TM)의 발생을 억제하기 위해서는 커패시턴스를 높이고 인덕턴스를 줄이는 방향으로 설계하여야 하고, 또한 수용공간(14) 자체에서 발생하는 기생공진모드를 억제하기 위해서는 수용공간(14)의 크기를 가급적 작게 설계하여야 한다.

그런데, 이러한 하우징(10)에 캐비티(cavity) 형태로 인덕턴스와 커패시턴스를 구성하는 경우에 고출력과 저손실이 가능하게 되지만, 구조가 복잡함은 물론 수용공간(14)의 크기를 줄이는데는 물리적으로 한계가 있어서 소형화에도 한계가 있을 뿐만 아니라, 이에 따라 제조비용이 크게 증가하는 단점이 있다.

<선행기술문헌>

1. 대한민국 등록특허 제10-0992089호

(대역 저지 필터)

본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 캐비티 형태가 아닌 모노블럭(mono-block) 세라믹 유전체를 베이스 세라믹 유전체 또는 PCB의 전송선로 스터브(stub)에 결합함으로써 소형화되면서도 고출력이 가능한 대역저지필터를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 대역저지필터는,

전송선로와 스터브, 그라운드가 형성된 평판의 베이스 기재;

세라믹 재질에 의해 모노블럭으로 몸체가 형성되고, 복수의 공진기 패턴 및 상기 공진기 패턴과 대응하여 커플링 스터브가 형성되며, 상기 몸체가 상기 베이스 기재에 솔더링에 의해 결합되면서 상기 커플링 스터브가 베이스 기재의 베이스 기재와 연결되도록 구성된 세라믹 유전체;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 공진주파수와 커플링 값의 튜닝은 상기 공진기 패턴과 커플링 스터브의 식각에 의해 이루어지며, 상기 공진기 패턴 사이에는 격리홀이 형성된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 대역저지필터는, 세라믹 유전체 또는 PCB로 된 베이스 기재에 공진기 패턴과 커플링 스터브가 형성된 모노블럭 형태의 세라믹 유전체를 결합시킴으로써 고출력을 가지면서도 매우 소형화됨은 물론 필터의 튜닝이 매우 용이한 장점을 가지게 된다.

또한, 이러한 구조에 의해 매우 저렴하게 제조가 가능한 장점도 갖는다.

도1은 종래 기술에 의한 대역저지필터의 구조를 보인 도.
도2는 본 발명의 대역저지필터의 분해 구조를 보인 도.
도3은 본 발명의 결합도.
도4는 본 발명의 등가회로도.
도5는 본 발명의 Power E-field를 보인 도.
도6은 본 발명에 의한 대역저지특성을 보인 도.

전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다.

본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다.

본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다.

또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다.

따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세하게 설명한다.

그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시 예에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 실시 예는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다.

도2는 본 발명의 대역저지필터의 분해 구조를 보인 도이고, 도3은 본 발명의 결합도이며, 도4는 등가회로도이다.

그리고, 도5는 본 발명의 Power E-field를 보인 도이고, 도6은 본 발명에 의한 대역저지특성을 보인 도이다.

본 발명에 의한 대역저지필터는 도2에 도시된 바와 같이, 크게 베이스 기재(100)와 세라믹 유전체(200)로 구성되어 있다.

상기 베이스 기재(100)는 판 형태의 세라믹 유전체 또는 PCB로 형성될 수 있으며, 상기 베이스 기재(100)의 상부면에는 일측으로부터 타측방향으로 가로지르는 전송선로(110)가 형성되어 있으며, 또한 상기 전송선로(110)의 측방에는 그라운드(120)가 전송선로(110)와는 절연된 상태로 형성되어 있다.

또한, 상기 전송선로(110)에는 세라믹 유전체(200)와 전기적으로 연결되기 위한 복수의 스터브(stub)(111)가 인쇄방식에 의해 형성되어 있으며, 이러한 전송선로(110)는 스텝 임피던스(Step impedance)를 가지는 λ/4 전송선로로 구현된다.

상기 세라믹 유전체(200)는 세라믹 재질의 의해 육면체를 갖는 모노블럭으로 몸체(210)가 형성되며, 상기 몸체(210)의 전방부위 저면부위로부터 전면 하측부위까지 연장된 커플링 스터브(220)가 인쇄방식으로 형성되는데, 상기 커플링 스터브(220)가 상기 베이스 기재(100)의 스터브(111)와 대응되는 위치에 각각 형성되며, 전면부위까지 연장된 부위의 상측부위는 'T' 형태를 가지도록 형성된다.

상기 각 커플링 스터브(220)의 상측부위에는 인턱턴스(L)와 커패시턴스(C) 성분을 갖는 공진기 패턴(230)이 인쇄방식에 의해 형성되어 있으며, 상기 공진기 패턴(230) 사이에는 이웃하는 공진기 패턴과의 격리를 위한 격리홀(240)이 형성되어 있다.

따라서, 상기 세라믹 유전체(200)의 몸체(210) 저면부위를 베이스 기재(100)의 그라운드(120)에 솔더링에 의해 결합시켜 고정시키게 되면, 스터브(111)와 커플링 스터브(220)가 전기적으로 연결된다.

상기에서 인쇄방식의 경우에는 베이스 기재(100)와 세라믹 기재(200)를 PCB에 회로 패턴을 형성하는 과정과 같이 구현할 수 있으며, 또 다르게는 전자인쇄 등 다양한 방식에 의해 형성될 수 있을 것이다.

도4는 이러한 구조를 갖는 본 발명의 대역저지필터의 등가회로도로서, 공진기 패턴(230)과 커플링 스터브(220) 사이의 간격에는 커패시턴스 커플링이 발생하며, 이러한 커패시턴스 커플링의 값을 튜닝하는 경우에는 전동팁에 의해 커패시턴스 커플링이 발생된 부위를 식각함으로써 간단하게 커플링값을 튜닝할 수 있게 된다.

따라서, 전송선로(110)의 입력단에서 입력되어 출력단으로 출력되는 신호를 전송되는 신호는 도5에서와 같이 전송선로(110)를 통과하면서 공진기 패턴(230)에 의해 해당 주파수 대역이 커플링되어 제거됨으로써 대역저지특성을 갖게 되는 것이다.

결국, 종래 기술과 같이 공진봉과 캐비티 사이에서 커플링값을 튜닝하는 구조와는 달리 본 발명에서는 커플링 스터브(220)와 공진기 패턴(230) 사이에 형성된 커패시턴스 커플링을 전동팁에 의해 간단히 식각함으로써 매우 간단하게 구조를 가지면서 손쉽게 튜닝이 이루어짐은 물론 캐비티 구조가 필요없으므로 mm 단위(본 발명에서는 길이가 40×20×15mm)의 크기를 가지도록 소형화가 가능하다.

도6은 본 발명에 의한 대역저지특성을 나타낸 그래프로서, 세라믹 유전체(200)에 3개의 공진기 패턴(230)을 형성하여 본 발명의 대역저지필터를 구성한 경우에 약 1.78GHz 대역의 중심차단주파수를 가지며, 저지대역폭과 감쇄량에 따라 공진기 패턴의 수와 커플링 스터브(220) 모양이 결정된다.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 예일뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다.

따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

100 : 베이스 기재
110 : 전송선로
111 : 스터브
120 : 그라운드
200 : 세라믹 유전체
210 : 몸체
220 : 커플링 스터브
230 : 공진기 패턴
240 : 격리홀

Claims (3)

1. 전송선로와 스터브, 그라운드가 형성된 평판의 베이스 기재;
   세라믹 재질에 의해 모노블럭으로 몸체가 형성되고, 복수의 공진기 패턴 및 상기 공진기 패턴과 대응하여 커플링 스터브가 형성되며, 상기 몸체가 상기 베이스 기재에 솔더링에 의해 결합되면서 상기 커플링 스터브가 베이스 기재의 베이스 기재와 연결되도록 구성된 세라믹 유전체;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 대역저지필터.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 공진기 패턴과 커플링 스터브 사이의 커패시턴스값의 튜닝은 식각에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 대역저지필터.
   
3. 제1항에 있어서, 상기 공진기 패턴 사이에는 격리홀이 형성된 것을 특징으로 하는 대역저지필터.