KR20230152954A - 캐비티 필터 - Google Patents

Abstract

본 발명의 캐비티 필터는 대역저지용 캐비티 필터로서, 내부가 복수의 격벽에 의해 구획되어 복수의 캐비티가 형성되고, 입력포트와 출력포트가 설치되는 하우징; 상기 캐비티에 설치되는 복수의 공진기; 상기 입력포트와 전기적으로 연결되고 상기 복수의 공진기의 일측에 설치되어 상기 공진기와 커플링되는 제1전송선로; 일단은 상기 제1전송선로와 전기적으로 연결되고 타단은 상기 출력포트와 전기적으로 연결되며, 상기 복수의 공진기의 타측에 설치되어 상기 공진기와 커플링되는 제2전송선로;를 포함할 수 있다.

Description

캐비티 필터{CAVITY FILTER}

본 발명은 캐비티 필터에 관한 것이다. 구체적으로는 대역저지필터로서, 복수개의 공진기와 전송선로를 구비함으로써 특정 대역의 전파를 저지하는 캐비티 필터에 관한 것이다.

이동통신 대역에서 사용되는 고주파 필터(RF Filter)는 대역특성에 따라 저역통과 필터(LPF, Low Pass Filter), 고역통과필터(HPF, High Pass Filter), 대역저지필터(BRF, Band Reject Filter), 대역통과필터(BPF, Band Pass Filter)등으로 구분할 수 있다. 필터는 인덕턴스와 커패시턴스의 조합에 의한 공진을 이용하여 특정 주파수에 대한 선택적 특성을 갖는 성질을 이용한다.

필터는 또한, 필터를 구현하는 형태에 따라 집중정수소자를 이용하는 방식, 마이크로스트립과 같은 전송선로로서 구현하는 방식, 공진현상을 직접적으로 이용하는 경우로서 도파관을 이용하는 캐비티 필터로서도 구분할 수도 있다. 이들 구현 형태는 사용되는 주파수 대역이나 전력사용양 등에 따라 적절히 선택될 수 있다.

한국 등록특허 제1090725호 및 등록특허 제1274031호에는 이러한 캐비티 필터로 구현되는 대역저지필터가 개시되어 있다.

이러한 캐비티 필터는 하우징 내부를 통과하는 전송선로를 구비하고 이 전송선로의 측부에 다수개의 공진기를 배열하는 방식으로 구현된다. 공진기가 많아질수록 저지되는 주파수 대역을 넓힐 수 있으며, 경우에 따라 등록특허 제1090725호에 개시된 바와 같이 이중대역을 저지할 수도 있게 된다. 넓은 주파수 대역을 저지할 수 있는 필터를 제조하기 위해서는 많은 갯수의 공진기를 설치하면 그 목표를 달성할 수 있다. 그러나, 공진기를 많이 설치할수록 필요한 재료비가 상승하게 되고, 공진기를 설치할 공간도 설치되는 공진기 갯수와 함께 증가하게 된다.

본 발명은 충분히 넓은 저지대역을 확보하면서도 제조비용이 증가하는 문제와 전체적인 부피가 커지는 문제를 해결하여, 컴팩트한 캐비티 필터를 제공하고자 개발된 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 캐비티 필터는 대역저지용 캐비티 필터로서, 내부가 복수의 격벽에 의해 구획되어 복수의 캐비티가 형성되고, 입력포트와 출력포트가 설치되는 하우징; 상기 캐비티에 설치되는 복수의 공진기; 상기 입력포트와 전기적으로 연결되고 상기 복수의 공진기의 일측에 설치되어 상기 공진기와 커플링되는 제1전송선로; 일단은 상기 제1전송선로와 전기적으로 연결되고 타단은 상기 출력포트와 전기적으로 연결되며, 상기 복수의 공진기의 타측에 설치되어 상기 공진기와 커플링되는 제2전송선로;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 복수의 격벽의 일측에는 복수의 제1윈도우가 형성되고, 상기 복수의 격벽의 타측에는 복수의 제2윈도우가 형성되며, 상기 복수의 제1윈도우에는 상기 제1전송선로가 가로질러 설치되고, 상기 복수의 제2윈도우에는 상기 제2전송선로가 가로질러 설치되며, 상기 제1전송선로와 상기 제2전송선로는 평행하게 배치되며, 상기 제2전송선로의 일단은 나머지 부분과 수직하게 형성되어 상기 제1전송선로와 연결되는 연결부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1전송선로의 단면형상과 상기 제2전송선로의 단면 형상은 같지 않을 수 있다.

또한, 상기 제1전송선로는 단면이 사각형인 바 형태로 형성되고, 상기 제2전송선로는 단면이 원형인 원통형으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 제2전송선로는 단면이 원형인 원통형으로 형성되며, 상기 공진기의 상기 제2전송선로와 인접하는 면에는 단면이 반원형인 홈이 형성되어, 상기 제2전송선로가 상기 홈 내부에 배치될 수 있다.

또한, 상기 제2전송선로 단면의 원과 상기 홈 단면의 반원은 서로 동심을 가지며, 상기 전송선로의 외면과 상기 홈의 내면 사이의 간격이 전체적으로 일정하게 형성될 수 있다.

본 발명에 따르면, 재료비를 상승시키지 않고 필터의 부피를 증가시키지 않고도 넓은 저지대역을 갖는 대역저지 캐비티 필터를 만들 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 캐비티 필터의 내외부를 보인 사시도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 캐비티 필터의 하우징을 보인 사시도,
도 3 내지 5는 본 발명의 실시예에 따른 캐비티 필터의 내부 구성부품을 보인 평면도, 좌측면도, 우측면도,
도 6는 본 발명의 실시예에 따른 캐비티 필터의 내부 구성부품의 단면도로서, 도 3의 A-A선에 따른 것이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 캐비티 필터의 공진기와 전송선로를 보인 측면도,
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 캐비티 필터의 주파수 특성을 도시한 파형도,
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 캐비티 필터의 비교예의 구성을 보인 개념도이다.

이하, 본 발명의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 설명하도록 한다. 첨부된 도면은 본 발명의 예시적인 형태를 도시한 것으로, 이는 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위해 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적인 범위가 한정되는 것은 아니다.

또한, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성 부재의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다.

한편, 제1 또는 제2등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들이 상기 용어들에 의해 한정되지 않으며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별시키는 목적으로만 사용된다.

도 1 내지 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 캐비티 필터의 하우징(1)은 상부면이 개방된 직육면체 형상을 가지며 하우징(1)의 개방된 면은 커버(미도시)로 덮을 수 있다. 하우징(1), 커버는 알루미늄과 같은 금속재질로 이루어질 수 있으며, 커버는 하우징(1)의 상면과 결합될 수 있다. 하우징(1), 커버는 은과 같은 도전성물질로 도금될 수도 있다. 하우징(1)의 내벽과 커버의 내벽에 의해 차폐되는 직육면체의 공간이 형성될 수 있다.

하우징(1)의 측면에는 입력포트(21)와 출력포트(22)가 설치될 수 있다. 입력포트(21)는 외부로부터 전파를 받아들이고, 하우징(1) 내에서 여파된 전파는 출력포트(22)를 통해 출력될 수 있다. 입력포트(21)와 출력포트(22)는 외부의 통신 컴포넌트와 케이블을 통해 연결될 수 있다. 입력포트(21)와 출력포트(22)는 하우징(1)의 일면 벽을 관통하고, 나란하게 설치될 수 있다. 입력포트(21)와 출력포트(22)는 전송선로(41, 42)에 의해 전기적으로 연결될 수 있다.

하우징(1) 내에는 입력포트(21)가 설치되는 면으로부터 반대면까지 길이방향으로 일정 간격 구획된 복수의 캐비티(10)들이 형성될 수 있다. 캐비티(10)는 격벽(11)에 의해 구획될 수 있다.

복수의 캐비티(10) 각각에는 공진기(30)가 설치될 수 있다. 공진기(30)는 열을 지어 복수개 설치된다. 예를 들어 7개 설치될 수 있다. 하우징(1)이 직육면체 형상으로 형성되고 그 길이방향을 따라 캐비티(10) 및 공진기(30)가 배치되는 것이다. 도 4에 도시된 바와 같이 공진기(30)는 원통형상의 지지부(33)에 의해 지지되며, 직육면체 형상을 가질 수 있다. 따라서 모든 표면이 평평한 사각형으로 형성될 수 있다. 캐비티(10) 및 공진기(30)들에 의해 RF신호의 공진현상이 발생하며 공진현상에 의해 RF신호가 필터링될 수 있다.

격벽(11)은 하우징(1)과 일체로 형성될 수 있다. 격벽(11)은 하우징(1) 내부를 완전히 막지 않고 양 측부가 개방될 수 있다. 즉, 각 캐비티(10) 영역들을 연통하는 윈도우가 형성될 수 있다. 윈도우는 입력포트(21) 측과 연통되는 제1윈도우(16), 출력포트(22) 측과 동일선상에 배치되는 제2윈도우(17)를 포함할 수 있다. 제1윈도우(16)는 열을 지어 형성되는 각각의 격벽(11)들의 일측에 형성되고, 제2윈도우(17)는 그 반대쪽에 형성된다. 격벽(11)이 캐비티들(10) 사이에 배치됨으로써 공진기(30)가 설치되는 부분은 차단되고 전송선로(41, 42)가 설치되는 부분은 개방될 수 있다.

도 2 내지 도 5를 참조하면, 제1윈도우(16)에는 제1전송선로(41)가 설치된다. 제1전송선로(41)는 입력포트(21)와 전기적으로 연결되고, 일렬로 배열되는 제1윈도우(16)를 관통하도록 연장된다. 제1전송선로(41)는 하우징(1)의 일측 벽에 설치되는 입력포트(21)로부터 반대쪽 끝부분까지 연장된다. 하우징(1) 내부 공간의 내벽과 접촉하지는 않는다. 제1전송선로(41)는 공진기(30)들의 일측에 인접하여 설치되나 공진기(30)와 물리적으로 접촉하지는 않는다. 따라서, 공진기(30)와 상호 커플링되어 커패시턴스 성분의 임피던스를 형성하게 된다. 제1전송선로(41)는 도 4 내지 7에 도시된 바와 같이 단면이 사각형인 바 형태를 가지므로, 공진기(30)와 제1전송선로(41)의 서로 대향하는 면이 모두 평평하게 넓은 면적으로 형성될 수 있다. 제1전송선로(41)의 일측면은 전체적으로 공진기(30)들과 일정 간격을 갖게 되므로 임피던스를 안정적으로 유지할 수 있고, 단면이 사각형으로서 공진기(30)와 마주보는 면이 넓게 형성되므로 충분히 커플링될 수 있다.

제1전송선로(41)가 가로질러 설치되는 제1윈도우(16)들의 반대쪽에는 제2윈도우(17)가 형성된다. 일렬로 배치되는 다수의 제2윈도우(17)들을 관통하여 제2전송선로(42)가 설치된다. 도 3 내지 5에 도시된 바와 같이 제2전송선로(42)의 한 쪽 끝은 출력포트(22)와 전기적으로 연결되고, 다른 쪽 끝은 제1전송선로(41)의 단부와 연결된다. 제2전송선로(42)는 출력포트(22)로부터 제2윈도우(17)들을 따라 직선으로 연장되며, 끝부분에서 수직하게 꺾여 제1전송선로(41)의 평평한 측면에 접하는 연결부(48)를 포함할 수 있다.

도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 공진기(30)의 일측에는 제1전송선로(41)가, 반대측에는 제2전송선로(42)가 인접하게 설치된다. 제2전송선로(42)의 단면은 원형으로 형성된다. 제2전송선로(42)의 단면적이 제1전송선로(41)의 단면적보다 작게 형성될 수 있다. 공진기(30)의 일측면, 즉 제2전송선로(42)와 대향하는 면에는 반원형의 홈(39)이 형성된다. 원통형의 제2전송선로(42)의 일부 또는 전부가 이 홈(39) 안 쪽에 위치할 수 있다. 홈(39)과 제2전송선로(42) 사이에 공극이 형성될 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이 홈(39) 단면의 반원과 제2전송선로(42) 단면의 원이 동심을 이루도록 배치될 수 있다. 이렇게 구성함으로써 공진기(30)와 제2전송선로(42)의 대향면의 면적을 넓게 할 수 있고, 대향면 사이의 간격은 전체 영역에 걸쳐 일정하게 할 수 있다. 그에 따라, 공진기(30)와 제2전송선로(42) 간의 커플링 양을 충분히 확보할 수 있다.

공진기(30) 측면에 홈(39)을 형성하고, 제2전송선로(42)는 제1전송선로(41)에 비하여 단면적이 작은 원통형으로 형성함으로써 충분한 커플링 양을 확보하면서도 제2전송선로(42)가 하우징(1) 내부에서 차지하는 부피를 최소화할 수 있게 된다. 따라서, 제2전송선로(42)가 없고 제1전송선로(41)만을 포함하는 도 9에 도시된 비교례에 의한 필터와 동일한 형상, 동일한 치수의 하우징(1)을 구비하여도 제2전송선로(42)까지 설치할 수 있게 된다. 따라서, 비교례에 의한 필터와 부품을 공용화할 수 있다. 비교례에 활용되는 하우징(1)과 동일한 하우징(1)을 준비하고, 격벽(11)에 제2윈도우(17), 공진기(30) 측면에 홈(39)만 형성하면, 제2전송선로(42)를 설치할 수 있는 준비가 다 되는 것이다. 이렇게 공진기(30)를 제1전송선로(41), 제2전송선로(42) 양쪽으로 커플링하면서, 비교례와 동일한 부피로 컴팩트한 필터를 구성할 수 있으며 기존의 부품들을 그대로 활용할 수 있게 된다.

제1전송선로(41)과 제2전송선로(42)는 일체로 형성될 수 있다. 전송선로(41, 42)를 공진기(30)의 양 쪽에 배치함으로써 도 8에 도시한 바와 같이, 저지대역을 확장할 수 있다. 기존의 방식은 공진기(30)를 많이 설치하여 저지대역을 확장하였다. 공진기(30) 개수를 증가시키면 저지대역이 확장될 수 있기 때문이다. 그러나, 이러한 방식에 따르면 공진기(30) 개수가 늘어남에 따라 재료비 상승과 제품 부피 상승이 수반된다. 본 발명의 실시예에 따른 필터는 공진기(30) 개수를 증가하지 않고 전송선로(41, 42)와 공진기(30)의 배치를 개선함으로써 동일한 부피 및 유사한 비용으로 공진기(30)을 두배로 설치한 것과 같은 효과를 얻게 한다.

도 8에서 점선으로 표시된 S(2,1)은 본 실시예에 따라 제조된 필터의 S 파라미터 그래프이고, 실선으로 표시된 S(4,3)은 기존의 방식, 즉 도 9에 도시된 비교례에 따라 제조된 필터의 S 파라미터 그래프이다. 양 투과계수를 비교해 보면, 본 실시예에 따른 필터의 저지대역이 기존방식보다 확장된 것을 확인할 수 있다.

본 실시예에 따른 필터는 비교례로 도시된 기존방식의 필터에 약간의 가공만을 더함으로써, 부피가 대략 두배이고 재료비가 대폭 증가되는 필터와 동일한 저지대역폭 증가의 효과를 얻을 수 있도록 구성되었다. 공진기(30) 양 측에 전송선로(41, 42)를 배치하고, 제1전송선로(41)과 제2전송선로(42)의 형상을 다르게 하고 공진기(30) 측면에 형성된 홈(39) 내측에 제2전송선로(42)를 배치함에 따른 효과라고 할 수 있다.

1; 하우징 10; 캐비티
11; 격벽 16; 제1윈도우
17; 제2윈도우 41; 제1전송선로
42; 제2전송선로

Claims (6)

1. 대역저지용 캐비티 필터로서,
   내부가 복수의 격벽에 의해 구획되어 복수의 캐비티가 형성되고, 입력포트와 출력포트가 설치되는 하우징;
   상기 캐비티에 설치되는 복수의 공진기;
   상기 입력포트와 전기적으로 연결되고 상기 복수의 공진기의 일측에 설치되어 상기 공진기와 커플링되는 제1전송선로;
   일단은 상기 제1전송선로와 전기적으로 연결되고 타단은 상기 출력포트와 전기적으로 연결되며, 상기 복수의 공진기의 타측에 설치되어 상기 공진기와 커플링되는 제2전송선로;를 포함하는 캐비티 필터.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 복수의 격벽의 일측에는 복수의 제1윈도우가 형성되고, 상기 복수의 격벽의 타측에는 복수의 제2윈도우가 형성되며,
   상기 복수의 제1윈도우에는 상기 제1전송선로가 가로질러 설치되고,
   상기 복수의 제2윈도우에는 상기 제2전송선로가 가로질러 설치되며,
   상기 제1전송선로와 상기 제2전송선로는 평행하게 배치되며,
   상기 제2전송선로의 일단은 나머지 부분과 수직하게 형성되어 상기 제1전송선로와 연결되는 연결부를 포함하는 캐비티 필터.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1전송선로의 단면형상과 상기 제2전송선로의 단면 형상은 같지 않은 캐비티 필터.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 제1전송선로는 단면이 사각형인 바 형태로 형성되고,
   상기 제2전송선로는 단면이 원형인 원통형으로 형성되며,
   상기 제2전송선로의 단면적이 상기 제1전송선로의 단면적보다 작은 캐비티 필터.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 제2전송선로는 단면이 원형인 원통형으로 형성되며,
   상기 공진기의 상기 제2전송선로와 인접하는 면에는 단면이 반원형인 홈이 형성되어, 상기 제2전송선로의 일부가 상기 홈 내부에 배치되는 캐비티 필터.
6. 제5항에 있어서,
   상기 제2전송선로 단면의 원과 상기 홈 단면의 반원은 서로 동심을 가지며,
   상기 전송선로의 외면과 상기 홈의 내면 사이의 간격이 전체적으로 일정한 캐비티 필터.