KR20230173815A - 표면 실장형 유전체 필터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 표면 실장용 유전체 필터에 관한 것으로, 육면체 형상의 바디와, 상기 바디의 중앙측에서 세로 방향으로 길게 형성된 제1슬릿과, 상기 제1슬릿의 중앙측과 상기 바디의 측면 사이에 배치되며 가로 방향으로 길게 형성된 제2슬릿과, 상기 제2슬릿을 중심으로 대칭되는 위치의 상기 바디의 가장자리측에 위치하는 입력단과 출력단과, 상기 바디의 상면에서 소정의 직경 및 깊이로 형성된 다수의 캐비티 공진기를 포함할 수 있다.

Description

표면 실장형 유전체 필터{Surface mount type dielectric filter}

본 발명은 표면 실장형 유전체 필터에 관한 것으로, 더 상세하게는 PCB에 직접 실장 가능한 5G 이동통신용 3.5GHz 유전체 필터에 관한 것이다.

최근 들어, 이동통신 시스템에서는 IoT(Internet of Things), V2X(Vehicle to X), 홀로그램 등 다양한 첨단 서비스를 제공하기 위하여, 보다 높은 전송 용량을 요구한다. 이에 따라, 이동통신 시스템에서 더 많은 대역폭이 요구되고 있으나, 기존 마이크로파(microwave) 대역에서는 대역폭의 한계로, 요구되는 전송용량을 수용하기가 곤란하게 되었다. 따라서, 최근 이동통신 시스템에서는 한정된 주파수 자원에서 이를 극복하기 위해 밀리미터 단위의 파장을 갖는 밀리미터파(Millimeter Wave)를 활용하는 기술이 대두되고 있다.

이러한 밀리미터파 신호를 처리하기 위해서는, 기존 마이크로파 대역에서 주로 사용되는 일명 ‘콤라인(comeline)’ 구조의 필터보다는, 레이더 시스템이나 위성 통신 등의 기술 분야에 주로 사용하던 도파관 필터(waveguide filter)를 사용함이 보다 유리하다. 도파관 필터는 높은 주파수 대역에서 손실 특성이 우수하며 콤라인 구조의 필터보다 구현이 용이하다.

도파관 필터는 차폐된 공간, 즉 도파관 구조 자체의 의한 공진 현상을 이용하여 도파관을 통해 에너지를 전송하는 필터로서, 대략 관 형태의 도파관이 해당 필터링 주파수 특성에 대응되는 길이를 갖도록 설계된다.

이러한 도파관 필터는 도파관을 채우는 유전체에 따라 그 종류 및 사용 용도를 구분할 수 있다.

등록특허 10-2339254호(2021년 12월 9일 등록, 유전체 도파관 필터)에는 유전체 도파관 필터가 기재되어 있으며, 입력포트와 출력포트가 연결되는 입력단과 출력단을 포함한다.

입력포트와 출력포트에는 동축선이 연결되는 구성으로, 동축선 연결을 위한 커넥터는 수작업으로 연결되기 때문에 제조비용이 증가하고, 생산성이 저하되는 문제점이 있었다.

또한, 위의 등록특허에는 다양한 구조의 필터에 대하여 설명하고 있으나, 공통적으로 외측면 일부에서 내측으로 형성되는 슬릿 구조를 포함하고 있다.

이러한 슬릿 구조에 의해 공진 주파수 특성 등이 결정되는 것이지만, 구조적으로 각진 부분이 증가하게 되며, 세라믹 분말을 소성하여 제조할 때 직각 부분의 증가에 따라 수율이 저하되는 문제점을 예측할 수 있다.

상기와 같은 종래 기술의 문제점을 감안한 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 동축선을 사용하지 않고, 기판에 직접 표면실장할 수 있는 구조의 필터를 제공함에 있다.

또한, 본 발명은 구조적으로 직각부분을 최소화하여 수율 저하를 방지할 수 있는 필터를 제공함에 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명 표면 실장형 유전체 필터는, 육면체 형상의 바디와, 상기 바디의 중앙측에서 세로 방향으로 길게 형성된 제1슬릿과, 상기 제1슬릿의 중앙측과 상기 바디의 측면 사이에 배치되며 가로 방향으로 길게 형성된 제2슬릿과, 상기 제2슬릿을 중심으로 대칭되는 위치의 상기 바디의 가장자리측에 위치하는 입력단과 출력단과, 상기 바디의 상면에서 소정의 직경 및 깊이로 형성된 다수의 캐비티 공진기를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 제1슬릿과 상기 제2슬릿 사이에 위치하는 상기 바디의 일부 영역은, 교차결합용 커패시터로 작용하여, 상기 바디를 상기 제2슬릿을 중심으로 분할된 굽은 도파로가 되도록 할 수 있다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 바디는 세라믹 소성체의 외면에 은(Ag)이 코팅된 것일 수 있다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 바디의 저면은, 홀 구조인 상기 입력단과 상기 출력단의 둘레에 위치하여, PCB의 전극에 접촉되는 실장 영역을 포함하고, 실장 영역의 둘레에는 코팅된 상기 은이 제거되어, 세라믹 소성체가 노출되는 노출영역이 위치할 수 있다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 실장 영역은, 상기 입력단과 상기 출력단 각각의 홀 둘레 전체에 형성된 원형 영역과, 상기 원형 영역으로부터 상기 노출영역의 중앙을 지나 바디의 측면으로 연장되는 직선 영역을 포함할 수 있다.

본 발명은, 입력단과 출력단에 PCB에 직접 실장 가능한 구조를 제공함으로써, 수작업에 의존하는 동축선의 커넥터 연결이 요구되지 않기 때문에 제조 비용을 절감하고, 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 슬릿부의 형상을 변경하여 세라믹 바디의 각진 부분의 수(모서리의 수)를 최소화하여, 세라믹 분말의 소성 공정시 수율 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유전체 필터의 사시도이다.
도 2는 도 1의 평면도이다.
도 3은 도 1의 저면도이다.
도 4는 본 발명이 표면에 실장되는 PCB의 예시도이다.
도 5는 본 발명이 실장된 상태의 예시도이다.
도 6과 도 7은 각각 본 발명의 특성 그래프이다.

본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라, 여러가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예에 대한 설명은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 구성요소는 설명의 편의를 위하여 그 크기를 실제보다 확대하여 도시한 것이며, 각 구성요소의 비율은 과장되거나 축소될 수 있다.

'제1', '제2' 등의 용어는 다양한 구성요소를 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소는 위 용어에 의해 한정되어서는 안 된다. 위 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 '제1구성요소'는 '제2구성요소'로 명명될 수 있고, 유사하게 '제2구성요소'도 '제1구성요소'로 명명될 수 있다. 또한, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 표현하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어는 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다.

이하에서는, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유전체 필터에 대하여 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유전체 필터의 사시도이고, 도 2는 도 1의 평면도, 도 3은 저면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면 본 발명 유전체 필터는, 폭(W)에 비하여 길이(L)가 더 길고, 높이(H)가 폭(W)보다 짧은 육면체 구조의 바디(10)와, 상기 바디(10)의 상면 중앙에서 저면으로 관통된 제1슬릿(20)과, 상기 제1슬릿(20)의 일측 중앙부와 90도 방향으로 형성된 제2슬릿(30)과, 상기 바디(10)의 상면에서 소정의 깊이로 형성된 제1 내지 제4캐비티(40, 50, 60, 70)와, 상기 제1캐비티(40)와 제2캐비티(50)의 사이에 위치하는 인덕턴스 조절 캐비티(80)와, 상기 제2슬릿(30)의 좌우측 방향의 바디(10)에 위치하는 입력단(91) 및 출력단(92)을 포함하여 구성된다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명 유전체 필터의 구성과 작용에 대하여 보다 상세히 설명한다.

먼저, 바디(10)는 유전체 분말을 소성하여 형성한 것으로, 바디(10)는 납작한 직육면체의 형상을 가진다. 또한 바디(10)의 표면은 은이 코팅된 것으로 한다.

이후의 설명에서 폭과 길이는 도면에 도시한 형상을 기준으로 한다.

상기 바디(10)에는 제1슬릿(20)과 제2슬릿(30)이 상면과 저면을 관통하여 형성된다.

제1슬릿(20)은 평면상 가로방향으로 길게 형성되며, 제2슬릿(30)은 세로방향으로 길게 형성되어 있다.

제1슬릿(20)은 제1길이(L1)와 제2폭(W1)을 가지며, 바디(10)의 상면 중앙에서 가로방향으로 위치한다.

제1슬릿(20)의 제1길이(L1)는 바디(10)의 길이(L)에 대하여 50 내지 60%의 길이인 것으로 할수 있다.

제1슬릿(20)은 바디(10)를 굽은 도파로(folded wave guide)로 형성하기 위한 것으로, 입력단(91)에서 출력단(92)까지, 제1슬릿(20)의 둘레의 바디(10)를 따라 도파로가 형성된다.

이때, 도파로의 시작부분과 끝부분의 경계에 제2슬릿(30)이 위치한다.

즉, 제2슬릿(30)은 입력단(91)과 출력단(92)의 중앙에 위치하는 장공형의 슬릿이며, 이를 경계로 굽은 도파로의 시작부분과 끝부분이 나누어진다.

상기 입력단(91)과 제2슬릿(30)의 사이에는 제1캐비티(40)가 위치하며, 제2슬릿(30)과 출력단(92)의 사이에는 제4캐비티(70)가 위치한다.

제1 내지 제4캐비티(40, 50, 60, 70)는 캐비티형 공진기이며, 각각 깊이와 직경에 의해 공진 주파수가 결정된다. 제1 내지 제4캐비티(40, 50, 60, 70)의 사이에 위치하는 바디(10)의 영역들을 제1 내지 제4캐비티(40, 50, 60, 70)의 사이를 연결하는 커패시턴스를 제공한다.

좀 더 구체적으로, 입력단(91)과 제1캐비티(40) 사이의 바디(10)의 일부인 제1영역(11)은 입력단(91)과 제1캐비티(40) 사이를 커패시터로 연결하고, 제1캐비티(40)와 제2캐비티(50) 사이의 바디(10) 일부인 제2영역(12)은 공진기 인접결합용 커패시터로 작용한다. 이와 동일하게 제3캐비티(60)와 제4캐비티(70) 사이의 바디(10) 일부인 제3영역(13)은 제3캐비티(60)와 제4캐비티(70) 사이의 커패시턴스를 결정한다.

또한, 제4캐비티(70)와 출력단(92) 사이에 위치하는 제4영역(14)은 필터 출력단의 커패시턴스를 이룬다.

이때, 절곡형 도파로인 바디(10)의 구조에서 입력단(91)과 출력단(92)의 사이에는 주파수의 차단이 필요하며, 이를 위해 제1슬릿(20)과 제2슬릿(30)의 사이에 위치하는 제5영역(15)은 교차결합용 커패시터로 작용한다.

상기 제5영역(15)의 형성에 의하여 본 발명의 바디(10)는 굽은 도파로를 형성하되, 종래와 같이 슬릿이 바디의 외면에서부터 중앙까지 연통되도록 형성하지 않고도 굽은 도파로를 형성할 수 있다.

따라서, 바디(10)의 평면상 4개의 모서리를 제외하고는 각진 영역이 없으며, 이와 같은 구조에 의하여 세라믹 소성 공정에서 각진 부분의 성형시 발생하는 불량 발생 가능성을 최소화하여, 수율 저하를 방지할 수 있게 된다.

또한, 제2캐비티(50)와 제3캐비티(60)는 서로 인접결합용 인덕터에 의해 연결되어야 하며, 이를 위하여 인덕턴스 조절 캐비티(80)를 사용한다.

인덕턴스 조절 캐비티(80)는 캐비티의 직경과 깊이를 조절하여, 인덕턴스를 조정할 수 있다.

이처럼 본 발명은 바디(10)의 형상을 측면부터 중심부로 연통하는 슬릿을 사용하지 않고도, 공진기 필터를 구현할 수 있게 된다.

본 발명의 다른 특징으로서, 다시 도 3을 참조하면, 본 발명은 입력단(91)과 출력단(92)이 각각 원형의 홀로 구성되어 있으며, PCB에 직접 표면실장된다.

이를 위하여, 바디(10)의 저면측에서 입력단(91)과 출력단(92) 각각의 둘레에는 표면에 은(Ag) 코팅이 제거된 유전체 노출영역(94, 96)이 형성된다.

따라서 상기 입력단(91)과 출력단(92)의 홀 둘레 및 상기 입력단(91)과 출력단(92)에서 바디(10)의 측면측으로 연장되는 부분에 은 코팅이 잔존하는 실장영역(93, 94)이 위치하게 된다.

상기 실장영역(93, 94) 각각의 형상은, 입력단(91)과 출력단(92)인 홀의 둘레 전체를 감싸는 원형 부분과, 상기 원형 부분에서 연결되어 상기 유전체 노출영역(94, 96)의 중앙을 지나 바디(10)의 측면에 이르는 직선 부분으로 이루어진다.

이와 같은 구조에 의하여, 본 발명은 PCB에 직접 실장이 가능하다.

도 4는 본 발명이 실장될 수 있는 PCB의 예시도이고, 도 5는 PCB에 실장된 상태의 본 발명의 예시도이다.

이처럼 본 발명은 입력단(91)과 출력단(92)에 동축선을 연결할 필요 없이, PCB(1)에 직접 실장이 가능하게 되어, 수작업에 의존하는 커넥터 결합이 불필요하게 되어, 제조 공정의 시간을 단축하고, 비용을 절감할 수 있게 된다.

도 6과 도 7은 각각 표면 실장된 본 발명 유전체 필터의 특성을 해석한 결과이다.

도 6은 본 발명의 반사 계수와 전달 계수 특정을 나타내며, 통과대역은 3500 내지 3600MHz, 반사손실은 19dB로 매우 양호한 특성을 나타낸다.

또한, 도 7은 본 발명의 삽입 손실 특성을 나타낸다. 본 발명은 동축선을 이용하지 않고, 직접 PCB에 표면 실장되며, 이때 삽입 손실은 0.7dB로 매우 양호한 특성을 나타낸다.

이와 같이 본 발명은 PCB에 표면 실장이 가능하며, 따라서 제조 공정 단축에 의한 생산성 향상 및 비용을 절감할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

10:바디 11:제1영역
12:제2영역 13:제3영역
14:제4영역 15:제5영역
20:제1슬릿 30:제2슬릿
40:제1캐비티 50:제2캐비티
60:제3캐비티 70:제4캐비티
80:인덕턴스 조절 캐비티 91:입력단
92:출력단

Claims (5)

1. 육면체 형상의 바디;
   상기 바디의 중앙측에서 세로 방향으로 길게 형성된 제1슬릿;
   상기 제1슬릿의 중앙측과 상기 바디의 측면 사이에 배치되며 가로 방향으로 길게 형성된 제2슬릿;
   상기 제2슬릿을 중심으로 대칭되는 위치의 상기 바디의 가장자리측에 위치하는 입력단과 출력단; 및
   상기 바디의 상면에서 소정의 직경 및 깊이로 형성된 다수의 캐비티 공진기를 포함하는 유전체 필터.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1슬릿과 상기 제2슬릿 사이에 위치하는 상기 바디의 일부 영역은,
   교차결합용 커패시터로 작용하여,
   상기 바디를 상기 제2슬릿을 중심으로 분할된 굽은 도파로가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 유전체 필터.
3. 제1항에 있어서,
   상기 바디는 세라믹 소성체의 외면에 은(Ag)이 코팅된 것을 특징으로 하는 유전체 필터.
4. 제3항에 있어서,
   상기 바디의 저면은,
   홀 구조인 상기 입력단과 상기 출력단의 둘레에 위치하여, PCB의 전극에 접촉되는 실장 영역을 포함하고,
   실장 영역의 둘레에는 코팅된 상기 은이 제거되어, 세라믹 소성체가 노출되는 노출영역이 위치하는 것을 특징으로 하는 유전체 필터.
5. 제4항에 있어서,
   상기 실장 영역은,
   상기 입력단과 상기 출력단 각각의 홀 둘레 전체에 형성된 원형 영역과,
   상기 원형 영역으로부터 상기 노출영역의 중앙을 지나 바디의 측면으로 연장되는 직선 영역을 포함하는 유전체 필터.

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