WO2025155152A1 - 다층형 세라믹 도파관 필터 - Google Patents

다층형 세라믹 도파관 필터

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WO2025155152A1
WO2025155152A1 PCT/KR2025/099017 KR2025099017W WO2025155152A1 WO 2025155152 A1 WO2025155152 A1 WO 2025155152A1 KR 2025099017 W KR2025099017 W KR 2025099017W WO 2025155152 A1 WO2025155152 A1 WO 2025155152A1
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resonator
post
ceramic layers
waveguide filter
ceramic
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PCT/KR2025/099017
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원정희
정종윤
류승대
오현일
조정현
오민욱
강현규
최예은
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KMW Inc
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/20—Frequency-selective devices, e.g. filters
    • H01P1/207—Hollow waveguide filters
    • H01P1/208—Cascaded cavities; Cascaded resonators inside a hollow waveguide structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P7/00—Resonators of the waveguide type
    • H01P7/10—Dielectric resonators

Definitions

  • the present invention relates to a multilayer type ceramic waveguide filter, and more specifically, to a multilayer type ceramic waveguide filter which enables compact product manufacturing, minimizes insertion loss, has high frequency selectivity, and has a simple circuit structure to enhance controllability, thereby effectively improving the overall yield.
  • notch a transmission zero
  • the implementation of the notch of such communication filters needs to be implemented in a very diverse manner depending on the performance of the communication system, but the performance is limited in implementing a filter suitable for the characteristics of the communication system.
  • a ceramic waveguide filter (100) for an antenna includes six resonant blocks (111 to 116) partitioned by a partition wall (140) and six resonators (1 to 6) provided in each of the resonant blocks (111 to 116), an input port (not illustrated) is connected to one of the six resonators (e.g., the first resonator (1)), and an output port (not illustrated) is connected to another of the six resonators (e.g., the sixth resonator (6)), and in the process of a signal input through the input port being output through the output port, the resonance characteristics may vary depending on the individual shape of each resonant block (or the resonator posts (131 to 136) formed in each resonant block) and the size and position of the partition wall (140).
  • the ceramic waveguide filter (100) for an antenna has a very complex structural design for implementing left and right notches through coupling between resonators, as the resonance characteristics are varied only according to the shape of each resonant block (111 to 116), and since it is formed according to the integral molding manufacturing method of a ceramic material, it is difficult to insert an additional structure to implement cross coupling inside, which makes it difficult to design effective coupling.
  • the present invention has been made to solve the above-mentioned technical problem, and its purpose is to provide a multilayer ceramic waveguide filter which enables the manufacture of a more compact product, minimizes insertion loss, has high frequency selectivity, and has a simple circuit structure to enhance controllability, thereby effectively improving the overall yield.
  • the conductive metal pattern portion may be arranged between adjacent ceramic layers among the plurality of ceramic layers, and may include an input port connection terminal for electrically connecting an input port for inputting a signal and an adjacent resonator post among the plurality of resonator posts, and an output port connection terminal for electrically connecting an output port for outputting a signal and an adjacent resonator post among the plurality of resonator posts.
  • the conductive metal pattern portion may further include an input port shielding pattern and an output port shielding pattern that shield upper surfaces of the input port via hole and the output port via hole, which are provided with at least two ceramic layers that penetrate in the thickness direction to form the input port and the output port.
  • the conductive metal pattern portion may further include a strip line pattern disposed between adjacent ceramic layers among the plurality of ceramic layers and for implementing cross coupling among the plurality of resonator posts.
  • the plurality of resonator posts may further include a plurality of partitions cut inwardly from the outer end to a predetermined depth so as to partition a plurality of resonant blocks, each of which is formed with a plurality of resonator posts, and the strip pattern line may be formed in a bridge section that is sintered and connected with a ceramic material so as to separate any one of the plurality of partitions into two.
  • the bridge section may be placed between two adjacent ceramic layers among the plurality of ceramic layers when the two ceramic layers are formed by laminating each other.
  • the plurality of resonator posts may further include a plurality of baffles cut inwardly from the outer end to a predetermined depth so as to partition a plurality of resonant blocks, each of which is formed with a plurality of resonator posts.
  • capacitive coupling can be implemented between the third resonator post and the fifth resonator post.
  • Figure 3 is an upper (a) and lower (b) perspective view showing the state in which the metal plating layer has been removed among the configurations of Figure 2 (a) and (b).
  • Figure 5b is an exploded perspective view of each layer of Figure 3 (b),
  • Fig. 6c is a perspective view showing the 11th ceramic layer of the configuration of Fig. 3.
  • Figure 7 is a cutaway perspective view taken along line A-A of Figure 3.
  • Fig. 8 is a cutaway perspective view taken along line B-B of Fig. 3.
  • Strip line pattern 80 Resonator panel pattern
  • a ceramic waveguide filter (1) includes at least four resonant blocks, and may include, for example, four to twenty resonant blocks in one filter.
  • low temperature co-fired ceramics (LTCC) technology is a technology for manufacturing ceramics that form metal wiring (the conductive metal pattern portion described above) inside by simultaneously firing a conductive metal with ceramics that can be sintered at a low temperature.
  • the material forming the conductive metal pattern portion is determined by considering electrical resistance, durability, cost, etc., and copper (Cu) can be selected as the most suitable material.
  • a multilayer ceramic waveguide filter (1) is formed with five resonant blocks (11 to 15) as one of the resonant elements, as shown in FIGS. 2 to 4, and each of the resonant blocks (11 to 15) is not completely physically separated, but at least part of the resonant blocks can be separated by partitions (40-1 to 40-5) described below.
  • the multilayer ceramic waveguide filter (1) is completely blocked from transmitting electrical signals inside and outside by the entire outer surface of the film (90) except for the input port (21) or output port (22) described later, and the signals passing through the input port (21) and the output port (22) can be filtered while the signals from the outside are blocked by the film (90).
  • Fig. 2 it can be confirmed that the laminated appearance of a plurality of ceramic layers (1L to 13L) is not observed from the outside by the film (90).
  • each resonator block (11 to 15) may be provided with a resonator post (31 to 35).
  • the resonator post (31 to 35) is provided in the shape of a cylinder (cylinder) cut in each resonator block (11 to 15), and as described above, it is sufficient to understand that the inner portion cut by the film portion (90) is formed with a film of a conductive material and is a metal cylinder.
  • the resonator posts (31 to 35) may be filled with a dielectric having a different permittivity from the ceramic material, but since air is also generally a type of dielectric having a predetermined permittivity, it can be defined that the resonator posts (31 to 35) are formed as an empty space in which a portion of each resonator block (11 to 15) is removed, assuming that the resonator posts (31 to 35) have the permittivity of air.
  • the cutting depths of the first to fifth bulkheads (40-1 to 40-5) can be set differently according to the designer's final design value, and in particular, the fifth bulkhead (40-5) can be cut in an inclined shape in the x and y directions so as to physically completely partition the space between the adjacent fifth resonance block (15) and the first resonance block (11), as well as partition the space between the third resonance block (13) and the fifth resonance block (15).
  • a coupling adjustment post (50) is provided between adjacent resonator posts.
  • the coupling adjustment post (50) is formed at a predetermined distance from the first resonator post (31), the second resonator post (32), and the third resonator post (33), and can appropriately adjust the amount of coupling by reducing the strength of the L-coupling between the first resonator post (31) and the second resonator post (32), the L-coupling between the second resonator post (32) and the third resonator post (33), and the L-coupling between the third resonator post (33) and the first resonator post (31).
  • the input port (21) and the output port (22) are formed so as to be exposed to the lower surface so as to be electrically connected to the mounting surface of a main board (not shown) on which a multilayer ceramic waveguide filter (1) according to one embodiment of the present invention is fixed and mounted, and may further include an input port via hole (21h) and an output port via hole (22h) provided in the form of via holes penetrating through the first ceramic layer (1L) and the second ceramic layer (2L) close to the main board among a plurality of ceramic layers (1L to 13L) in the thickness direction, and an input port cut-off portion (21T) and an output port cut-off portion (22T) formed by annularly cutting a film portion (90) formed on the lower surface of the first ceramic layer (1L) and around the input port via hole (21h) and the output port via hole (22h), respectively (see FIGS. 8 and 9 described below).
  • the input port (21) and the output port (22) provided in this manner can be electrically connected to the first resonator post (31) and the fifth resonator post (35) through the input port connection terminal (21d) and the output port connection terminal (22d), which are each one of the conductive metal pattern portions formed on the upper surface of the second ceramic layer (2L) using the LTCC technology described above.
  • FIG. 5a is an exploded perspective view of each stack of (a) of FIG. 3
  • FIG. 5b is an exploded perspective view of each stack of (b) of FIG. 3
  • FIG. 6a is a perspective view showing the first to ninth ceramic layers of the configuration of FIG. 3
  • FIG. 6b is a perspective view showing the tenth ceramic layer of the configuration of FIG. 3
  • FIG. 6c is a perspective view showing the eleventh ceramic layer of the configuration of FIG. 3
  • FIG. 7 is a cut-away projection perspective view taken along line A-A of FIG. 3
  • FIG. 8 is a cut-away perspective view taken along line B-B of FIG. 3.
  • a multilayer ceramic waveguide filter (1) according to one embodiment of the present invention may further include a plurality of ceramic layers (1L to 13L) laminated to be manufactured using the LTCC technique, as shown in FIGS. 5A to 6C.
  • the LTCC technique is, as described above, a method of firing a conductive metal and sinterable ceramics simultaneously at a low temperature (particularly, 1250°C or lower, preferably around 900°C).
  • a ceramic material is fired and formed at a high temperature, the ceramic properties deteriorate and the conductive metal pattern portion melts during the firing process, causing a problem in that it cannot be manufactured in the originally designed shape. Therefore, to prevent this, the conductive metal is fired simultaneously with the ceramics at a low temperature.
  • a plurality of ceramic layers (1L to 13L) laminated by the LTCC technique form 13 layers in the thickness direction in the case of one embodiment of the present invention.
  • the entire outer surface is formed with a film of a predetermined thickness by the film portion (90)
  • the film portion (90) also forms a layer, it can be understood that a total of 15 layers are formed in the thickness direction.
  • a resonator panel pattern (80) may be integrally formed as one of the conductive metal pattern portions described above, which covers and is arranged to contact the upper ends of each of the first to fifth resonator posts (31 to 35).
  • the resonator panel pattern (80) may be provided in the form of a metal disk that forms the inner end of each of the resonator posts (31 to 35).
  • the input port shielding pattern (21c) and the output port shielding pattern (22c) can be formed by simultaneously firing at low temperature after inserting the corresponding metal material between them before laminating the third ceramic layer (3L) on top of the second ceramic layer (2L) for forming using the LTCC technique.

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Abstract

본 발명은 다층형 세라믹 도파관 필터에 관한 것으로서, 세라믹 재질의 유전체로 구비되고, 두께 방향으로 적층된 다수 개의 세라믹층, 상기 다수 개의 세라믹층 중 적어도 일부에 형성되고, 공진 요소 중 하나로써 상기 두께 방향으로 관통된 다수 개의 공진기 포스트 및 상기 다수 개의 세라믹층 중 인접하는 적어도 2 이상의 세라믹층 사이에 배치된 도전성 금속 패턴부를 포함하고, 상기 도전성 금속 패턴부는 상기 다수 개의 세라믹층과 동시에 소성되어 상기 세라믹층에 결합됨으로써, 제품의 소형화가 가능하고, 제품의 수율을 향상시킬 수 있는 이점을 제공한다.

Description

다층형 세라믹 도파관 필터
본 발명은 다층형 세라믹 도파관 필터(MULTILAYER TYPE CERAMIC WAVEGUIDE FILTER)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 컴팩트한 제품 제조가 가능하고, 삽입 손실을 최소화할 수 있으며, 주파수 선택성이 높고, 회로구조가 간단하여 제어성을 높일 수 있으므로 전체적인 수율을 효과적으로 향상시킬 수 있는 다층형 세라믹 도파관 필터에 관한 것이다.
최근 무선통신 서비스의 종류가 많아짐에 따라 주파수 환경이 복잡해지고 있다. 무선통신을 위한 주파수는 한정되어 있으므로 무선통신 채널을 가능한 인접하여 주파수 자원을 유효하게 활용해야 할 필요성이 있다.
그러나, 다양한 무선통신 서비스가 제공되는 환경에서 신호간섭이 빈번하게 발생하게 되므로, 안테나는 인접한 주파수 자원 간의 신호 간섭을 최소화하기 위해서는 특정 대역에 대한 대역필터를 포함한다.
일반적으로 대역필터의 감쇄특성 개선을 위해 전송영점(transmission zero, 이하, ‘노치(notch)’라 함) 적용이 필수적이고, 이는 인접하지 않은 공진소자 사이에 크로스 커플링(cross coupling)을 적용하여 구현한다.
RF 필터 중 세라믹 도파관 필터는 주위가 도체막으로 덮힌 유전체 블록에 노치 조정을 위한 공진기를 포함한다. 공진기는 전자기파에 공진특성을 부여하여 특정 주파수를 제한하도록 설계된다.
이 때, 짝수개의 공진기를 건너 크로스 커플링을 시키면 패스밴드(pass band)의 좌우 대칭의 노치가 발생하고, 홀수개의 공진기를 건너 크로스 커플링을 시키면 커플링의 종류에 따라 좌측 또는 우측에 1개의 노치가 발생하는 것이 일반적이다.
이러한 통신용 필터의 노치 구현은 통신 시스템의 성능에 따라 매우 다양하게 구현해야 할 필요성이 있으나 통신 시스템의 특성에 적합한 필터를 구현하는 데에는 성능이 제한적이다.
그에 따라, 안테나에 있어서 특정 패스밴드의 좌우에 노치가 구현될 수 있도록 필터를 통신 시스템에 따라 상이하게 설정할 필요가 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 안테나용 세라믹 도파관 필터의 일례를 나타낸 사시도이다.
종래 기술에 따른 안테나용 세라믹 도파관 필터(100)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 격벽(140)에 의하여 구획되는 6개의 공진블록(111 내지 116)과 각 공진블록(111 내지 116)에 구비된 6개의 공진기(① 내지⑥)를 포함하고, 6개의 공진기 중 어느 하나(가령, 제1 공진기(①))에는 미도시의 입력 포트가 연결되고, 6개의 공진기 중 다른 하나(가령, 제6 공진기(⑥))에는 미도시의 출력 포트가 연결되며, 입력 포트를 통해 입력된 신호는 출력 포트를 통해 출력되는 과정에서, 각 공진블록의 형상(또는 공진블록에 각각 형성된 공진기 포스트(131 내지 136))의 개별 형상 및 격벽(140)의 크기와 위치에 따라 공진특성이 가변될 수 있다.
그러나, 종래 기술에 따른 안테나용 세라믹 도파관 필터(100)는, 오로지 각 공진블록(111 내지 116)의 형상에 따른 공진특성을 가변시킴에 따라, 공진기와 공진기 사이의 커플링을 통한 좌우 노치 구현을 위한 구조의 설계가 매우 복잡한 한편, 세라믹 재질의 일체형 몰딩 제조 방식에 따라 형성되는 점에서, 내부에 크로스 커플링을 구현하기 위해 추가되는 구조물 삽입이 어려워 효과적인 커플링 설계가 어려운 문제점이 있다.
가령, 상술한 좌우 노치 구현을 위한 추가 구조물은 대부분 도전성 재질인 반면, 이와 이종 재질인 세라믹 재질에 도전성 재질의 추가 구조물을 설치하기 위한 방법이 매우 제한적인 문제점을 가지고 있는 것이다.
본 발명은 상기한 기술적 과제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 보다 컴팩트한 제품 제조가 가능하고, 삽입 손실을 최소화할 수 있으며, 주파수 선택성이 높고, 회로구조가 간단하여 제어성을 높일 수 있으므로 전체적인 수율을 효과적으로 향상시킬 수 있는 다층형 세라믹 도파관 필터를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예에 따른 다층형 세라믹 도파관 필터는, 세라믹 재질의 유전체로 구비되고, 두께 방향으로 적층된 다수 개의 세라믹층, 상기 다수 개의 세라믹층 중 적어도 일부에 형성되고, 공진 요소 중 하나로써 상기 두께 방향으로 관통된 다수 개의 공진기 포스트 및 상기 다수 개의 세라믹층 중 인접하는 적어도 2 이상의 세라믹층 사이에 배치된 도전성 금속 패턴부를 포함하고, 상기 도전성 금속 패턴부는 상기 다수 개의 세라믹층과 동시에 소성되어 상기 세라믹층에 결합된다.
여기서, 상기 도전성 금속 패턴부는, 상기 다수 개의 세라믹층 중 인접하는 세라믹층 사이에 배치되고, 신호를 입력하는 입력 포트와 상기 다수 개의 공진기 포스트 중 인접하는 공진기 포스트를 전기적으로 연결하는 입력포트 연결 단자 및 신호를 출력하는 출력 포트와 상기 다수 개의 공진기 포스트 중 인접하는 공진기 포스트를 전기적으로 연결하는 출력포트 연결 단자를 포함할 수 있다.
또한, 상기 도전성 금속 패턴부는, 상기 입력 포트 및 출력 포트의 형성을 위해 두께 방향으로 관통된 적어도 2개의 세라믹층으로 구비된 입력포트 비어홀 및 출력포트 비어홀의 상면을 차폐하는 입력포트 차폐 패턴 및 출력포트 차폐 패턴을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 도전성 금속 패턴부는, 상기 다수 개의 세라믹층 중 인접하는 세라믹층 사이에 배치되고, 상기 다수 개의 공진기 포스트 중 크로스 커플링을 구현하기 위한 스트립 라인 패턴을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 스트립 라인 패턴은, 상기 다수 개의 공진기 포스트 중 어느 하나의 외주면과 다른 하나의 외주면에 대하여 이격되게 배치되어 상기 크로스 커플링에 의한 용량성 커플링을 구현하도록 구비될 수 있다.
또한, 상기 다수 개의 공진기 포스트가 각각 형성된 다수 개의 공진블록이 구획되도록 외측단부에서 내측으로 소정 깊이 절개된 다수 개의 격벽을 더 포함하고, 상기 스트립 패턴 라인은, 상기 다수 개의 격벽 중 어느 하나를 2개로 분리되도록 세라믹 재질로 소성 연결되는 브릿지단에 형성될 수 있다.
또한, 상기 브릿지단은, 상기 다수 개의 세라믹층 중 인접하는 2개의 세라믹층이 적층 형성된 경우, 상기 2개의 세라믹층 사이에 배치될 수 있다.
또한, 상기 도전성 금속 패턴부는, 상기 다수 개의 세라믹층 중 인접하는 세라믹층 사이에 배치되고, 상기 다수 개의 공진기 포스트의 상단을 덮도록 마련된 소정 지름의 크기를 가진 다수 개의 공진기 패널을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 다수 개의 공진기 패널은, 상기 다수 개의 공진기 포스트를 형성하는 세라믹 층의 인접하는 세라믹 층 하면에 일체로 형성될 수 있다.
또한, 상기 다수 개의 세라믹층은, 상기 두께 방향으로 13개가 적층되고, 상기 다수 개의 공진기 포스트는, 적어도 일부가 상기 두께 방향으로 관통되게 형성된 후, 금속 재질의 피막부에 의하여 피막되어 형성될 수 있다.
또한, 상기 다수 개의 공진기 포스트가 각각 형성된 다수 개의 공진블록이 구획되도록 외측단부에서 내측으로 소정 깊이 절개된 다수 개의 격벽을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 다수 개의 공진기 포스트 중 적어도 2개의 인접하는 공진기 포스트의 인접 커플링에 의한 커플링량을 조절하기 위해 상기 다수 개의 세라믹 층을 두께 방향으로 관통 형성된 커플링 조절 포스트를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 다수 개의 공진기 포스트는, 상기 입력 포트와 전기적으로 연결된 제1 공진기 포스트와, 상기 출력 포트와 전기적으로 연결된 제5 공진기 포스트 및 상기 제1 공진기 포스트와 제5 공진기 포스트 사이에 구비된 제2 공진기 포스트, 제3 공진기 포스트 및 제4 공진기 포스트가 순차적으로 이격되게 구비될 때, 상기 입력 포트를 통해 입력된 신호는 순차적으로, 상기 제1 공진기 포스트부터 제2 공진기 포스트, 제3 공진기 포스트, 제4 공진기 포스트를 경유하여 제5 공진기 포스트로 전송되고, 상기 출력 포트를 통하여 외부로 출력될 수 있다.
또한, 상기 제1 공진기 포스트와 제2 공진기 포스트 사이 및 상기 제2 공진기 포스트와 제3 공진기 포스트 사이에는 각각 순차적으로 인접 커플링이 이루어지고, 상기 제3 공진기 포스트와 제1 공진기 포스트 사이에는 크로스 커플링이 이루어지되, 유도성 커플링이 구현되어 패스 밴드의 우측에 L-노치를 형성할 수 있다.
또한, 상기 제1 공진기 포스트와 제2 공진기 포스트 및 제3 공진기 포스트의 각 경계 부위에 상기 다수 개의 세라믹 층을 두께 방향으로 관통 형성된 커플링 조절 포스트가 더 구비될 때, 상기 커플링 조절 포스트는, 인접 커플링에 의한 커플링 량을 조절할 수 있다.
또한, 상기 스트립 라인 패턴이 상기 제3 공진기 포스트와 상기 제5 공진기 포스트 사이에 구비될 때, 상기 제3 공진기 포스트와 상기 제5 공진기 포스트 사이에는 용량성 커플링이 구현될 수 있다.
본 발명에 따른 다층형 세라믹 도파관 필터에 따르면, 패스 밴드 좌우 양측에 노치(C-노치, L-노치)를 형성하기 위하여 기존 세라믹 재질에 대한 추가 구조물의 설치 시 문제되었던 삽입 손실의 문제를 LTCC 기법의 적용을 통해 해결할 수 있음은 물론, 보다 소형화된 제품 제조가 가능한 이점이 있다.
또한, 주파수의 선택성이 향상되고, 회로 구조가 매우 간단하여 제어성이 우수한 바, 제품의 수율을 향상시키는 이점이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 안테나용 세라믹 도파관 필터의 일례를 나타낸 사시도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다층형 세라믹 도파관 필터의 상부(a) 및 하부(b) 외관 사시도이며,
도 3은 도 2의 (a) 및 (b)의 구성 중 금속 도금층이 제거된 상태를 나타낸 상부(a) 및 하부(b) 외관 사시도이고,
도 4는 도 2의 (a) 및 (b)의 평면도이며,
도 5a는 도 3의 (a)의 각 적층 분해 사시도이고,
도 5b는 도 3의 (b)의 각 적층 분해 사시도이고,
도 6a는 도 3의 구성 중 제1 세라믹층 내지 제9 세라믹층을 나타낸 사시도이며,
도 6b는 도 3의 구성 중 제10 세라믹층을 나타낸 사시도이고,
도 6c는 도 3의 구성 중 제11 세라믹층을 나타낸 사시도이며,
도 7은 도 3의 A-A선을 따라 취한 절개 투영 사시도이고,
도 8은 도 3의 B-B선을 따라 취한 절개 사시도이며,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 다층형 세라믹 도파관 필터의 커플링 모습을 설명하기 위한 평면도이다.
<부호의 설명>
1: 다층형 세라믹 도파관 필터 11 내지 15: 공진블록
21; 입력 포트 22: 출력 포트
31 내지 35: 공진기 포스트 40-1 내지 40-5: 격벽
50: 커플링 조절 포스트 60: 브릿지단
70: 스트립 라인 패턴 80: 공진기 패널 패턴
90: 피막부
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 다적층 세라믹 도파관 필터를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다층형 세라믹 도파관 필터의 상부(a) 및 하부(b) 외관 사시도이고, 도 3은 도 2의 (a) 및 (b)의 구성 중 금속 도금층이 제거된 상태를 나타낸 상부(a) 및 하부(b) 외관 사시도이며, 도 4는 도 2의 (a) 및 (b)의 평면도이다.
통신용 안테나는 특정 패스밴드의 신호를 필터링 하기 위한 필터를 포함한다. 필터는 특성에 따라 캐비티 필터(Cavity Filter), 도파관 필터(Wave-guide Filter) 등이 사용될 수 있으나, 본 발명의 실시예에서는, 안테나에 구비되는 도파관 필터 중 세라믹 재질의 유전체를 사용한 세라믹 도파관 필터를 중심으로 설명하기로 한다. 다만, 본 발명의 일 실시예는, 상술한 세라믹 도파관 필터 중에서도 다수 개의 세라믹층이 소정의 방식으로 한정되어 적층된 다층형 세라믹 도파관 필터로 한정될 수 있다.
도 1에 참조된 바와 같이, 본 발명에 따른 다층형 세라믹 도파관 필터(1)는 복수의 공진블록(11 내지 15)을 포함한다.
일반적으로, 세라믹 도파관 필터(1)는 적어도 4개 이상의 공진블록을 포함하고, 가령 하나의 필터 내에 4개 내지 20개의 공진블록을 포함할 수도 있다.
본 발명에 따른 다층형 세라믹 도파관 필터(1)는, 도 2 내지 도 4에 참조된 바와 같이, 5개의 공진블록(도면부호 '11 내지 15' 참고)으로 구성되는 것을 예로 하여 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다층형 세라믹 도파관 필터(1)는, 세라믹 재질의 유전체로 구비된 다수 개의 세라믹층(도면부호 '1L 내지 13L' 참고)이 적층되고, 다수 개의 세라믹층(1L 내지 13L) 중 인접하는 적어도 2 이상의 세라믹층 사이에 도전성 금속 패턴부(가령, 도 2 내지 도 9의 도면부호 21c,22c,70,80 참고)가 배치된다. 여기서, 상기 도전성 금속 패턴부는 저온 동시소성 세라믹스(Low Temperature Co-fired Ceramics; LTCC) 기법에 의해 세라믹층(1L 내지 13L)에 결합되도록 제조될 수 있다.
구체적으로, 저온 동시소성 세라믹스(LTCC : Low Temperature Co-fired Ceramics) 기술은, 도전성 금속을 저온에서 소결 가능한 세라믹스와 동시에 소성하여, 내부에 금속배선(전술한 도전성 금속 패턴부)을 형성한 세라믹스를 제조하는 기술이다. 상기 도전성 금속 패턴부를 이루는 재질은, 전기저항, 내구성, 비용 등을 고려하여 결정되되 동(Cu)이 가장 적당한 재료로 선택될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다층형 세라믹 도파관 필터(1)는, 도 2 내지 도 4에 참조된 바와 같이, 공진 요소 중 하나로써, 5개의 공진블록(11 내지 15)이 형성되고, 각 공진블록(11 내지 15)은 완전한 물리적인 구분은 아니지만, 적어도 일부가 후술하는 격벽(40-1 내지 40-5)에 의해 구분될 수 있다.
각 공진블록(11 내지 15)의 내부는 후술하는 공진기 포스트(31 내지 35) 및 커플링 조절 포스트(50)를 제외하고, 소정 재질의 유전체로 채워지고, 유전체 재질로는 상술한 바와 같이, 세라믹 재질로 채택될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 다층형 세라믹 도파관 필터(1)에서는, 상술한 LTCC 기술의 적용을 위하여 상기 유전체 재료를 세라믹 재질로 한정하여 설명하기로 한다.
아울러, 상술한 바와 같이 적층된 다수 개의 세라믹층(1L 내지 13L)의 외부면은 금속 재질로 도금 피막된 피막부(90)가 전체적으로 소정 두께로 피막 형성될 수 있다.
즉, 다층형 세라믹 도파관 필터(1)는, 전체 외면이 피막부(90)에 의하여 내외부로의 전기적인 신호 전달이 후술하는 입력 포트(21) 또는 출력 포트(22)를 제외하고는 완전히 차단되고, 입력 포트(21)과 출력 포트(22)를 경유하는 신호는 피막부(90)에 의해 외부와의 신호가 차단된 상태에서 필터링이 수행될 수 있다. 도 2를 참조하면, 피박부(90)에 의하여 다수 개의 세라믹층(1L 내지 13L)의 적층 모습이 외부로부터 관찰되지 않는 모습이 도해된 것임을 확인할 수 있다.
복수의 공진블록(11 내지 15)은 각각 하나의 공진기(① 내지 ⑤)로써 동작하며, 5개의 공진블록(11 내지 15)을 통해 5개의 공진기(① 내지 ⑤)로 구성된 다층형 세라믹 도파관 필터(1)를 형성할 수 있다.
보다 상세하게는, 각 공진블록(11 내지 15)에는 공진기 포스트(31 내지 35)가 구비될 수 있다. 공진기 포스트(31 내지 35)는, 각 공진블록(11 내지 15) 내에 절개된 원기둥(원주) 형태로 구비되고, 상술한 바와 같이 피막부(90)에 의해 절개된 내측 부위가 도전성 재질에 의하여 피막 형성되어 금속 원기둥으로 이해하면 족하다.
다만, 공진기 포스트(31 내지 35)에는 세라믹 재질과는 상이한 유전율을 가진 유전체가 끼워(채워)질 수 있으나, 일반적으로 공기 또한 소정의 유전율을 가진 유전체의 일종이므로, 공진기 포스트(31 내지 35)는 공기의 유전율을 가지는 것으로 전제할 때 각 공진블록(11 내지 15)의 일부가 제거된 빈 공간 형태로써 각 공진기 포스트(31 내지 35)가 형성되는 것으로 정의될 수 있다.
이하에서는, 설명의 편의를 위하여 각 공진기 포스트(31 내지 35)는 공기의 유전율을 가진 유전체가 삽입되는 중공 형태로 구비되는 것으로 전제하여 설명하기로 한다. 이는 후술하는 격벽(40-1 내지 40-5) 및 커플링 조절 포스트(50)의 경우도 마찬가지로 해석되어야 할 것이다.
공진기 포스트(31 내지 35)는 다수 개의 세라믹층(1L 내지 13L)의 각 공진블록(11 내지 15)의 하면에 구비될 수 있다. 여기서, 공진기 포스트(31 내지 35)이 하면에 구비된다는 정확한 의미는, 각 공진기 포스트(31 내지 35)의 외측면이 상기 하면과 매칭되도록 구비되는 것을 뜻할 수 있다.
각 공진기 포스트(31 내지 35)가 소정의 유전율을 가지는 공기로 구성된 경우, 상기 하면에 설치된다는 의미는, 각각의 개구 방향이 하면을 향하여 개구되게 형성됨을 의미한다.
제1 공진블록 내지 제5 공진블록(11 내지 15)은, 제1 공진기 포스트 내지 제5 공진기 포스트(31 내지 35)와 결합하여, 각각 독립된 공진기로써 작동된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다층형 세라믹 도파관 필터(1)는, 각각의 공진블록(11 내지 15)을 구획하기 위한 구성으로서, 다수의 격벽(40-1 내지 40-5)을 더 포함할 수 있다.
가령, 다수의 격벽(40-1 내지 40-5)은, 도 2 및 도 4에 참조된 바와 같이, 제1 공진블록(11)과 제2 공진블록(12) 사이의 외측단부로부터 내부로(x 방향으로) 소정 깊이 절개되게 형성된 제1 격벽(40-1)과, 제2 공진블록(12)과 제3 공진블록(13) 사이의 외측단부로부터 내부로(y 방향으로) 소정 깊이 절개되게 형성된 제2 격벽(40-2)과, 제3 공진블록(13)과 제4 공진블록(14) 사이의 외측단부로부터 내부로(y 방향으로) 소정 깊이 절개되게 형성된 제3 격벽(40-3)과, 제4 공진블록(14)과 제5 공진블록(15) 사이의 외측단부로부터 내부로(x 방향으로) 소정 깊이 절개되게 형성된 제4 격벽(40-4) 및 제5 공진블록(15)과 제1 공진블록(11) 사이의 외측단부로부터 내부로(y 방향으로) 소정 깊이 절개되게 형성된 제5 격벽(40-5)을 포함할 수 있다.
여기서, 제1 격벽 내지 제5 격벽(40-1 내지 40-5)의 각 절개 깊이는 설계자의 최종 설계값에 따라 상이하게 설정될 수 있고, 특히, 제5 격벽(40-5)은 인접하는 제5 공진블록(15)과 제1 공진블록(11)의 사이를 물리적으로 완전히 구획할 뿐만 아니라 제3 공진블록(13)과 제5 공진블록(15)의 사이를 구획하도록 x 방향과 y 방향으로 경사진 형태로 절개 형성될 수 있다.
이와 같이, 각 공진블록(11 내지 15)의 사이에는 깊이가 각각 상이하게 절개된 다수의 격벽(40-1 내지 40-5) 또는 후술하는 커플링 조절 포스트(50)의 크기(폭, 길이)와 위치에 따라 각 공진블록(11 내지 15)의 크기 및 공진특성이 가변될 수 있다.
가령, 인접하는 공진블록(11 내지 15) 사이의 신호 차폐량이 격벽(40-1 내지 40-5)의 각 형상에 따라 상이한 바, 최초 설계 의도된 대로 공진특성이 가변되는 것이다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 다층형 세라믹 도파관 필터(1)는, 상술한 다수의 격벽(40-1 내지 40-5)과 유사한 기능을 수행하는 것으로써, 도 2 및 도 3에 참조된 바와 같이, 커플링 조절 포스트(50)가 더 구비될 수 있다.
여기서, 커플링 조절 포스트(50)는, 상술한 다수 개의 공진기 포스트(31 내지 35)가 상면 방향으로는 폐쇄되되 하면 방향으로만 개구된 형상으로 형성됨에 반하여, 다수의 세라믹층(1L 내지 13L) 전체를 두께 방향으로 관통하는 원형 홀 형태로 구비될 수 있다.
특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 다층형 세라믹 도파관 필터(1)에 있어서, 커플링 조절 포스트(50)는, 제1 공진블록(11)의 제1 공진기 포스트(31)와 제2 공진블록(12)의 제2 공진기 포스트(32) 및 제3 공진블록(13)의 제3 공진기 포스트(33)의 각 경계 부위에 형성됨으로써, 제1 공진기 포스트(31) - 제2 공진기 포스트(32)와, 제2 공진기 포스트(32) - 제3 공진기 포스트(33) 및 제3 공진기 포스트(33) - 제1 공진기 포스트(31) 사이의 커플링의 양을 조절하는 기능을 수행할 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 인접하는 공진기 포스트 간 인접 커플링이 유도성 커플링(Inductive Coupling), 즉 L-커플링(L-Coupling)인 것을 기준으로 설명한다.
인접하는 공진기 포스트 사이의 인접 커플링(L-커플링)의 양이 크게 증가하는 것을 방지하고 적정량의 커플링 양을 유지하기 위해, 인접하는 공진기 포스트들 사이에 커플링 조절 포스트(50)가 구비된다.
도 9를 참조하면, 커플링 조절 포스트(50)는, 제1 공진기 포스트(31), 제2 공진기 포스트(32) 및 제3 공진기 포스트(33)로부터 소정 거리 이격되어 형성되며, 제1 공진기 포스트(31)와 제2 공진기 포스트(32) 사이의 L-커플링(L-Coupling), 제2 공진기 포스트(32)와 제3 공진기 포스트(33) 사이의 L-커플링 및 제3 공진기 포스트(33)와 제1 공진기 포스트(31) 사이의 L-커플링의 세기를 감소시킴으로써 그 커플링의 양을 적절하게 조절할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 다층형 세라믹 도파관 필터(1)는, 도 2 내지 도 4에 참조된 바와 같이, 제1 공진블록(11) 내에 구비되되 제1 공진기 포스트(31)의 일측에 구비된 입력 포트(21)와, 제5 공진블록(15) 내에 구비되되 제5 공진기 포스트(32)의 일측에 구비된 출력 포트(22)를 더 포함할 수 있다.
입력 포트(21)와 출력 포트(22)는, 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 다층형 세라믹 도파관 필터(1)가 고정 및 실장되는 미도시의 메인 보드의 실장면에 대하여 전기적인 접속이 이루어지도록 하면으로 노출되게 형성되되, 다수 개의 세라믹층(1L 내지 13L) 중 메인 보드에 근접하는 제1 세라믹층(1L)과 제2 세라믹층(2L)을 두께 방향으로 관통하는 비어홀 형태로 구비된 입력포트 비어홀(21h) 및 출력포트 비어홀(22h)과, 제1 세라믹층(1L)의 하면에 형성되되 각각 입력포트 비어홀(21h) 및 출력포트 비어홀(22h)의 주변부에 형성된 피막부(90)를 환상으로 절개하여 형성한 입력포트 단전부(21T) 및 출력포트 단전부(22T)를 더 포함할 수 있다(후술하는 도 8 및 도 9 참고).
입력포트 비어홀(21h)과 출력포트 비어홀(22h)의 내부에도 상술한 피막부(90)에 의한 피막이 이루어짐으로써 전기적인 신호 연결이 가능하게 되는 것이다.
이와 같이 구비된 입력 포트(21)와 출력 포트(22)는, 각각 제2 세라믹층(2L)의 상면에 상술한 LTCC 기술로 형성되는 도전성 금속 패턴부 중 하나인 입력 포트 연결 단자(21d) 및 출력 포트 연결 단자(22d)를 통해 제1 공진기 포스트(31)와 제5 공진기 포스트(35)에 전기적으로 연결될 수 있다.
도 5a는 도 3의 (a)의 각 적층 분해 사시도이고, 도 5b는 도 3의 (b)의 각 적층 분해 사시도이고, 도 6a는 도 3의 구성 중 제1 세라믹층 내지 제9 세라믹층을 나타낸 사시도이며, 도 6b는 도 3의 구성 중 제10 세라믹층을 나타낸 사시도이고, 도 6c는 도 3의 구성 중 제11 세라믹층을 나타낸 사시도이며, 도 7은 도 3의 A-A선을 따라 취한 절개 투영 사시도이고, 도 8은 도 3의 B-B선을 따라 취한 절개 사시도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다층형 세라믹 도파관 필터(1)는, 도 5a 내지 도 6c에 참조된 바와 같이, LTCC 기법으로 제조되도록 적층된 다수 개의 세라믹층(1L 내지 13L)을 더 포함할 수 있다.
여기서, LTCC 기법은, 전술한 바와 같이, 저온(특히, 1250℃ 이하, 바람직하게는 900℃ 정도)에서 도전성 금속을 소결 가능한 세라믹스와 동시에 소성하는 공법으로서, 세라믹 재질을 고온에서 소성 성형할 경우 세라믹 특성이 열화되고, 도전성 금속 패턴부가 소성 과정 동안 녹게 되어, 처음 설계했던 형상대로 제조할 수 없는 문제가 발생하므로, 이를 방지하기 위해 저온에서 도전성 금속을 세라믹스와 동시에 소성하게 되는 것이다.
한편, LTCC 기법으로 적층 성형되는 다수 개의 세라믹층(1L 내지 13L)은 본 발명의 일 실시예의 경우 두께 방향으로 13개의 레이어(층)를 형성하나, 상술한 바와 같이, 외부면 전체가 피막부(90)에 의하여 소정 두께로 피막 형성되는 점에서, 피막부(90) 또한 레이어(층)를 형성한다고 가정할 경우 두께 방향으로 총 15개의 레이어(층)를 형성하는 것으로 이해할 수 있다.
여기서, 상대적으로 메인 보드에 가깝고 상술한 입력 포트(21) 및 출력 포트(22)가 형성된 제1 세라믹층(1L)이 피막된 하부(Bottom)는 입출력층에 해당되고, 그 반대면인 제13 세라믹층(13L)이 피막된 상부(Top)는 접지 금속층에 해당된다고 볼 것이다.
다수 개의 세라믹층(1L 내지 13L)은 그 두께가 상이할 수 있으나, 대략 0.1T(여기서, T는 길이 단위로써 mm를 의미함) 내외일 수 있다.
여기서, 다수 개의 세라믹층(1L 내지 13L)에 공통적으로 형성되는 구성을 설명하면, 도 5a 및 도 5b에 참조된 바와 같이, 다수 개의 세라믹층(1L 내지 13L)에는, 제1 공진블록 내지 제5 공진블록(11 내지 15) 각각을 구획하고, 설계자가 원하는 설계치대로 신호의 전부 또는 일부 차폐 기능을 위해 마련된 다수 개의 격벽(40-1 내지 40-5)과, 이와 유사한 기능을 수행하는 커플링 조절 포스트(50)가 공통적으로 해당하는 외측단부 및 위치에 두께 방향으로 관통되게 형성될 수 있다.
이하, 다수 개의 세라믹층(1L 내지 13L)에 개별적으로 형성되는 구성을 설명하면 다음과 같다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 제1 세라믹층 내지 제10 세라믹층(1L 내지 10L)의 동일 위치에는, 제1 공진기 포스트 내지 제5 공진기 포스트(31 내지 35)의 형성을 위한 소정 크기의 원형 홀이 두께 방향으로 관통되게 형성될 수 있다.
여기서, 제1 공진기 포스트 내지 제5 공진기 포스트(31 내지 35)는, 상술한 바와 같이, 원형 홀이 LTCC 기법으로 적층 성형된 후, 내부에 도전성 재질의 피막부(90)가 피막되면서 원기둥(원주) 형상으로 형성될 수 있다.
이때, 제1 공진기 포스트 내지 제5 공진기 포스트(31 내지 35)는, 메인 보드에 근접하는 하단부인 입출력층 부위가 개구되고, 그 반대편인 상단부는 원형 홀이 형성되지 않은 제11 세라믹층(11L)에 의하여 폐쇄될 수 있다. 또한, 제11 세라믹층(11L)의 상단부에 위치되는 제12 세라믹층(12L)와 제13 세라믹층(13L) 및 이에 피막된 피막부(90)도 원형 홀이 형성되지 않고 폐쇄될 수 있다.
여기서, 제11 세라믹층(11L)의 하부면에는, 상술한 도전성 금속 패턴부 중 하나로써, 각각의 제1 공진기 포스트 내지 제5 공진기 포스트(31 내지 35)의 상단을 덮으며 접촉되도록 마련된 공진기 패널 패턴(80)이 이 일체로 형성될 수 있다. 공진기 패널 패턴(80)은, 각 공진기 포스트(31 내지 35)의 내측단을 형성하는 금속 디스크 형태로 구비될 수 있다.
즉, 공진기 패널 패턴(80)은, 도전성 재질의 원형 패널의 디스크 형태로 구비될 수 있으며, 도 6c에 참조된 바와 같이, 제1 공진기 포스트 내지 제5 공진기 포스트(31 내지 35)의 각 상단을 덮도록 제1 공진기 패널 내지 제5 공진기 패널(81P 내지 85P)을 포함할 수 있다.
제1 공진기 패널 내지 제5 공진기 패널(81P 내지 85P)은, 적어도 제1 공진기 포스트 내지 제5 공진기 포스트(31 내지 35) 각각의 상단의 원지름보다 더 크게 형성될 수 있다.
제1 공진기 패널 내지 제5 공진기 패널(81P 내지 85P)은, 제1 공진기 포스트 내지 제5 공진기 포스트(31 내지 35)의 내주면에 피막된 상술한 피막부(90)와 동일한 도전성 재질로 구비된 것으로서, 그 지름의 크기를 상이하게 설계함으로써 설계자가 통과대역의 주파수를 선택적으로 올리거나 내리도록 설계할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는, 도 6a 내지 도 8에 참조된 바와 같이, 제1 공진기 포스트 내지 제5 공진기 포스트(31 내지 35)가 제1 세라믹층(1L)으로부터 제10 세라믹층(10L)까지만 형성되고, 제11 세라믹층(11L)에 형성된 공진기 패널 패턴(80)에 의하여 상단이 덮히도록 되는 구조를 개시하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 공진 특성 설계값에 따라 공진기 패널 패턴(80)이 제12 세라믹층(12L)의 하부면에 구비되는 것도 가능할 것이다.
한편, 제1 세라믹층(1L) 및 제2 세라믹층(2L)에는, 상술한 도전성 금속 패턴부 중 하나인 입력 포트(21) 및 출력 포트(22)의 형성을 위해 두께 방향으로 관통된 제1 입력포트홀(21a) 및 제1 출력포트홀(22a)과 제2 입력포트홀(22b) 및 제2 출력포트홀(22b)이 더 구비될 수 있다.
또한, 제3 세라믹층(3L) 중 메인 보드를 향하는 면인 하면에는, 입력포트 비어홀(21h) 및 출력포트 비어홀(22h)의 상면을 차폐하는 입력포트 차폐 패턴(21c) 및 출력포트 차폐 패턴(22c)이 더 구비될 수 있다.
입력포트 차폐 패턴(21c)과 출력포트 차폐 패턴(22c)은, LTCC 기법의 성형을 위하여 제2 세라믹층(2L)의 상부에 제3 세라믹층(3L)을 적층시키기 전 그 사이에 해당 금속 재료를 삽입시킨 후 저온에서 동시 소성으로 성형될 수 있다.
아울러, 제2 세라믹층(2L)의 상면에는, 입력포트 비어홀(21h)의 외주면과 이에 인접하는 제1 공진기 포스트(31)의 외주면을 전기적으로 연결하는 입력 포트 연결 단자(21d)와, 출력포트 비어홀(22h)의 외주면과 이에 인접하는 제5 공진기 포스트(35)의 외주면을 전기적으로 연결하는 출력 포트 연결 단자(22d)가 LTCC 기법으로 성형될 수 있다.
여기서, 입력포트 비어홀(21h)과 출력포트 비어홀(22h)은, 입력포트 단전부(21T) 및 출력포트 단전부(22T)에 의하여 피막부(90)와는 단전되므로, 메인 보드로부터 독립된 신호의 전송 경로를 마련할 수 있고, 입력 포트 연결 단자(21d)와 출력 포트 연결 단자(22d)를 통해 신호의 입력 및 출력이 가능하도록 하는 역할을 수행할 수 있다.
또한, 입력 포트 연결 단자(21d)와 출력 포트 연결 단자(22d)는, 그 폭의 크기 또는 형성되는 두께 방향의 위치(즉, 형성되는 세라믹층)에 따라 설계자가 원하는 공진특성이 구현되도록 조절 가능한 설계 가변 구성 중 하나일 수 있다.
한편, 제10 세라믹층(10L) 및 제11 세라믹층(11L)에는, 다수 개의 격벽(40-1 내지 40-5) 중 제5 격벽(40-5)을 2개로 분리되도록 세라믹 재질로 소성 연결되는 브릿지단(60)이 각각 형성될 수 있다. 즉, 브릿지단(60)은, 제10 세라믹층(10L) 및 제11 세라믹층(11L)에 의해 형성될 수 있다.
여기서, 제10 세라믹층(10L)의 브릿지단(60) 중 상면에는 제3 공진기 포스트(33)와 제5 공진기 포스트(35) 사이의 크로스 커플링(Cross Coupling)의 구현을 위한 스트립 라인 패턴(70)이 LTCC 기법으로 성형될 수 있다.
보다 상세하게는, 스트립 패턴 라인(70)은 제5 격벽(40-5)의 형성에 관여하지 않고 절개되지 않은 부위로서 상술한 브릿지단(60)을 형성하는 제10 세라믹층(10L)과 제11 세라믹층(11L) 사이에 배치되어 상술한 LTCC 기법으로 성형될 수 있다.
이때, 스트립 라인 패턴(70)은, 상술한 도전성 금속 패턴부 중 하나로써, 제3 공진기 포스트(33)의 외주면과 제5 공진기 포스트(35)의 외주면과는 각각 소정 거리 이격되게 배치되어 크로스 커플링 중 용량성 커플링이 구현됨으로써 C-노치를 형성하는 역할을 수행할 수 있다.
즉, 제3 공진기 포스트(33)와 제5 공진기 포스트(35) 사이에 스트립 라인 패턴(70)의 구비 없이 브릿지단(60)만이 형성된 경우에도 크로스 커플링 중 유도성 커플링에 의하여 구현되는 L-노치를 형성하나, 스트립 라인 패턴(70)이 각 공진기 포스트(33,35)와 이격되게 추가 구비된 경우에는 크로스 커플링 중 용량성 커플링(capacitive coupling)에 의하여 구현되는 C-노치를 형성하는 것이다.
이를 통해, 스트립 라인 패턴(70)은, 통과대역 보다 상대적으로 저주파수 대역에 전송 영점을 형성하도록 하는 역할을 수행한다. 여기서, 설계자는 스트립 라인 패턴(70)의 넓이, 그 배치되는 위치 등을 조절함으로써, 전송되는 신호의 특성을 조절할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 다층형 세라믹 도파관 필터의 커플링 모습을 설명하기 위한 평면도이다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예에 따른 다층형 세라믹 도파관 필터(1)를 이용한 주파수 필터 과정을 첨부된 도면(특히, 도 9)를 참조하여 간략하게 설명하면 다음과 같다.
도 9에 참조된 바와 같이, 입력 포트(21)를 통해 입력된 신호는 순차적으로 제1 공진기 포스트(31)부터 제2 공진기 포스트(32), 제3 공진기 포스트(33), 제4 공진기 포스트(34)를 경유하여 제5 공진기 포스트(35)로 전송되고, 출력 포트(22)를 통하여 외부로 출력된다.
제1 공진기 포스트(31)와 제2 공진기 포스트(32) 사이 및 제2 공진기 포스트(32)와 제3 공진기 포스트(33) 사이에는 각각 순차적으로 인접 커플링이 이루어지고, 제3 공진기 포스트(33)와 제1 공진기 포스트(31) 사이에는 크로스 커플링이 이루어지며, 특히 유도성 커플링이 구현됨으로써 패스 밴드의 우측에 L-노치를 형성할 수 있다.
이때, 커플링 조절 포스트(50)가 제1 공진블록(11)과 제2 공진블록(12) 및 제3 공진블록(13)의 각 경계 부위의 적절한 위치에 형성됨으로써, 인접 커플링의 커플링량이 조절될 수 있다.
여기서, 제1 공진블록(11)과 제2 공진블록(12) 및 제3 공진블록(13)의 경계 부위에 커플링 조절 포스트(50)와 같은 구조물이 없는 경우, 상기 각 공진블록(11,12,13) 간 이루어지는 커플링량이 커질 수 있으므로, 커플링 조절 포스트(50)의 적절한 위치 설계를 통해 상술한 커플링량을 조절할 수 있다.
한편, 제3 공진기 포스트(33)와 제4 공진기 포스트(34) 사이 및 제4 공진기 포스트(34)와 제5 공진기 포스트(35) 사이에는 각각 순차적으로 인접 커플링이 이루어지고, 제3 공진기 포스트(33)와 제5 공진기 포스트(35) 사이에는 크로스 커플링이 이루어질 수 있다. 특히 상술한 스트립 라인 패턴(70)에 의한 용량성 커플링이 구현됨으로써 패스 밴드의 좌측에 C-노치를 형성할 수 있다. 또한, 스트립 라인 패턴(70)은 제3 공진기 포스트(33)와 제5 공진기 포스트(35) 사이의 대역 주파수보다 저주파 영역에서의 전송 영점을 갖는 C-노치를 형성하는 역할을 수행한다.
이와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따른 다층형 세라믹 도파관 필터(1)에 따르면, 패스 밴드 좌우 양측에 노치(C-노치, L-노치)를 형성하기 위하여 기존 세라믹 재질에 대한 추가 구조물의 설치 시 문제되었던 삽입 손실의 문제를 LTCC 기법의 적용을 통해 해결할 수 있음은 물론, 보다 소형화된 제품 제조가 가능하고, 주파수의 선택성이 향상되고, 회로 구조가 매우 간단하여 제어성이 우수한 바, 제품의 수율을 효과적으로 향상시키는 이점을 제공한다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 따른 다층형 세라믹 도파관 필터(1)를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하였다. 그러나, 본 발명의 실시예가 반드시 상술한 일 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 다양한 변형 및 균등한 범위에서의 실시가 가능함은 당연하다고 할 것이다. 그러므로, 본 발명의 진정한 권리범위는 후술하는 청구범위에 의해 정해진다고 할 것이다.

Claims (15)

  1. 세라믹 재질의 유전체로 구비되고, 두께 방향으로 적층된 다수 개의 세라믹층;
    상기 다수 개의 세라믹층 중 적어도 일부에 형성되고, 공진 요소 중 하나로써 상기 두께 방향으로 관통된 다수 개의 공진기 포스트; 및
    상기 다수 개의 세라믹층 중 인접하는 적어도 2 이상의 세라믹층 사이에 배치된 도전성 금속 패턴부; 를 포함하고,
    상기 도전성 금속 패턴부는 상기 다수 개의 세라믹층과 동시에 소성되어 상기 세라믹층에 결합되는, 다층형 세라믹 도파관 필터.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 도전성 금속 패턴부는, 상기 다수 개의 세라믹층 중 인접하는 세라믹층 사이에 배치되고, 신호를 입력하는 입력 포트와 상기 다수 개의 공진기 포스트 중 인접하는 공진기 포스트를 전기적으로 연결하는 입력포트 연결 단자; 및 신호를 출력하는 출력 포트와 상기 다수 개의 공진기 포스트 중 인접하는 공진기 포스트를 전기적으로 연결하는 출력포트 연결 단자; 를 포함하는, 다층형 세라믹 도파관 필터.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 도전성 금속 패턴부는, 상기 입력 포트 및 출력 포트의 형성을 위해 두께 방향으로 관통된 적어도 2개의 세라믹층으로 구비된 입력포트 비어홀 및 출력포트 비어홀의 상면을 차폐하는 입력포트 차폐 패턴 및 출력포트 차폐 패턴; 을 더 포함하는, 다층형 세라믹 도파관 필터.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 도전성 금속 패턴부는,
    상기 다수 개의 세라믹층 중 인접하는 세라믹층 사이에 배치되고, 상기 다수 개의 공진기 포스트 중 크로스 커플링을 구현하기 위한 스트립 라인 패턴; 을 더 포함하는, 다층형 세라믹 도파관 필터.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 스트립 라인 패턴은, 상기 다수 개의 공진기 포스트 중 어느 하나의 외주면과 다른 하나의 외주면에 대하여 이격되게 배치되어 상기 크로스 커플링에 의한 용량성 커플링을 구현하도록 구비된, 다층형 세라믹 도파관 필터.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 다수 개의 공진기 포스트가 각각 형성된 다수 개의 공진블록이 구획되도록 외측단부에서 내측으로 소정 깊이 절개된 다수 개의 격벽; 을 더 포함하고,
    상기 스트립 패턴 라인은, 상기 다수 개의 격벽 중 어느 하나를 2개로 분리되도록 세라믹 재질로 소성 연결되는 브릿지단에 형성된, 다층형 세라믹 도파관 필터.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 브릿지단은, 상기 다수 개의 세라믹층 중 인접하는 2개의 세라믹층이 적층 형성된 경우, 상기 2개의 세라믹층 사이에 배치된, 다층형 세라믹 도파관 필터.
  8. 청구항 2에 있어서,
    상기 도전성 금속 패턴부는,
    상기 다수 개의 세라믹층 중 인접하는 세라믹층 사이에 배치되고, 상기 다수 개의 공진기 포스트의 상단을 덮도록 마련된 소정 지름의 크기를 가진 다수 개의 공진기 패널; 을 더 포함하는, 다층형 세라믹 도파관 필터.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 다수 개의 공진기 패널은, 상기 다수 개의 공진기 포스트를 형성하는 세라믹 층의 인접하는 세라믹 층 하면에 일체로 형성된, 다층형 세라믹 도파관 필터.
  10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다수 개의 세라믹층은, 상기 두께 방향으로 13개가 적층되고,
    상기 다수 개의 공진기 포스트는, 적어도 일부가 상기 두께 방향으로 관통되게 형성된 후, 금속 재질의 피막부에 의하여 피막되어 형성되는, 다층형 세라믹 도파관 필터.
  11. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다수 개의 공진기 포스트 중 적어도 2개의 인접하는 공진기 포스트의 인접 커플링에 의한 커플링 량을 조절하기 위해 상기 다수 개의 세라믹 층을 두께 방향으로 관통 형성된 커플링 조절 포스트; 를 더 포함하는, 다층형 세라믹 도파관 필터.
  12. 청구항 4에 있어서,
    상기 다수 개의 공진기 포스트는, 상기 입력 포트와 전기적으로 연결된 제1 공진기 포스트와, 상기 출력 포트와 전기적으로 연결된 제5 공진기 포스트 및 상기 제1 공진기 포스트와 제5 공진기 포스트 사이에 구비된 제2 공진기 포스트, 제3 공진기 포스트 및 제4 공진기 포스트가 순차적으로 이격되게 구비될 때,
    상기 입력 포트를 통해 입력된 신호는 순차적으로, 상기 제1 공진기 포스트부터 제2 공진기 포스트, 제3 공진기 포스트, 제4 공진기 포스트를 경유하여 제5 공진기 포스트로 전송되고, 상기 출력 포트를 통하여 외부로 출력되는, 다층형 세라믹 도파관 필터.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 제1 공진기 포스트와 제2 공진기 포스트 사이 및 상기 제2 공진기 포스트와 제3 공진기 포스트 사이에는 각각 순차적으로 인접 커플링이 이루어지고,
    상기 제3 공진기 포스트와 제1 공진기 포스트 사이에는 크로스 커플링이 이루어지되, 유도성 커플링이 구현되어 패스 밴드의 우측에 L-노치를 형성하는, 다층형 세라믹 도파관 필터.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 제1 공진기 포스트와 제2 공진기 포스트 및 제3 공진기 포스트의 각 경계 부위에 상기 다수 개의 세라믹 층을 두께 방향으로 관통 형성된 커플링 조절 포스트가 더 구비될 때,
    상기 커플링 조절 포스트는, 인접 커플링에 의한 커플링 량을 조절하는, 다층형 세라믹 도파관 필터.
  15. 청구항 12에 있어서,
    상기 스트립 라인 패턴이 상기 제3 공진기 포스트와 상기 제5 공진기 포스트 사이에 구비될 때, 상기 제3 공진기 포스트와 상기 제5 공진기 포스트 사이에는 용량성 커플링이 구현되는, 다층형 세라믹 도파관 필터.
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