KR100313717B1 - 대칭적인 감쇄극 특성을 갖는 유전체 공진기형 대역 통과 필터 - Google Patents
대칭적인 감쇄극 특성을 갖는 유전체 공진기형 대역 통과 필터 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 고주파를 이용하는 이동 통신이나 무선 통신 기지국 및 중계기 시스템의 대역 통과 필터나 채널 콤바이너에 이용되는 대칭적인 감쇄극 특성을 갖는 유전체 공진기형 대역 통과 필터에 관한 것이다.
본 발명은 제1루프 커플링에 의해 마이크로웨이브 입력신호를 제1금속 캐비티 내부로 입력하는 입력수단과, 상기 제1금속 캐비티 및 이와 윈도우를 통하여 직렬 접속된 제2 금속 캐비티 내에 각각 유전체가 플로팅되어 입력신호에 대한 대역 통과 필터를 형성하는 제1 및 제2 유전체 공진기와, 제2루프 커플링에 상기 제2금속 캐비티의 출력 주파수 신호가 전자계 유도 결합되어 유도된 설정된 대역의 주파수 신호가 출력되는 출력수단과, 양단이 각각 상기 제1 및 제2 루프 커플링에 전자계 유도 결합되어 입력신호의 일부를 출력수단으로 바이패스시켜 출력수단으로 출력되는 대역통과 주파수의 양측단에 서로 대칭인 하측 및 상측 감쇄극을 형성하기 위한 바이패스 수단으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 대칭적인 감쇄극 특성을 갖는 유전체 공진기형 대역 통과 필터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고주파를 이용하는 이동 통신이나 무선 통신 기지국 및 중계기 시스템에 사용되는 대역 통과 필터나 채널 콤바이너에 이용되는 대칭적인 감쇄극 특성을 갖는 유전체 공진기 대역 통과 필터에 관한 것이다.
일반적으로, 1930년대 리흐트마이어(Richtmyer)가 적절한 모양의 유전체 물질은 전자기 공진기(electro-magnetic resonator)로 사용할 수 있다고 증명한 이후로, 근래에 들어서 크기가 작고 가벼우며 높은 Q 팩터(Q-factor)를 가지고 온도에 안정적인 유전체 소재가 개발되어 많은 분야에 적용되어 사용되고 있는 실정이다.
이러한 유전체 공진기는 이동 통신, 위성 방송, 광대역 무선 통신망(WLAN) 등과 같은 고주파수(GHz 대역)의 전파를 이용하는 거의 모든 분야에 작용되고 있다.
이러한 유전체를 이용한 공진기는 유전체의 형태를 구분하여 벌크 타입(bulk type, 동그란 장기알 모양)과 박막 타입(thin film type)으로 대별되며, 본 발명은 벌크 타입의 유전체를 이용한 공진기에 관한 것이다.
한편, 유전체 공진기를 이용한 대역 통과 필터(BPF; Band Pass Filter)는 서로 다른 공진, 반공진점을 갖는 유전체를 조합하여, 이 조합한 유전체가 갖는 임피던스를 성분을 이용하는 것으로, 가령 임피던스가 높게 되면 그 대역의 주파수는 통과하지 못하고 소멸되며, 임피던스가 낮은 대역의 주파수가 통과하는 원리를 이용하는 것이다.
다시 말하면, 필터라 하는 것은 고주파(또는 저주파) 가운데 특정 주파수 범위만을 통과시키는 것 또는 어떤 주파수보다 높은 쪽이나 어떤 주파수보다 낮은 쪽만을 통과시키는 것을 말한다. 필요한 주파수 대역 이외의 부분에서는 저항이 높아 신호를 통과시키지 않는 방법에 이용하여 선택적으로 주파수를 통과시키는 것이다.
대역 통과 필터는 단지 특정 대역의 주파수 신호만을 통과시키고 나머지 주파수 신호는 감쇄시키는 특성을 갖는 수동 소자로서, 통과 대역의 상/하부의 저지 대역에서 우수한 감쇄 특성을 갖는 것이 필수적이다.
대역 통과 필터는 예를 들어, 인덕터(L)와 캐패시터(C)의 직렬 회로와 병렬 회로가 다단 접속된 회로로서 구현될 수 있으며, 가장 일반적인 주파수 대역인 경우는 보통의 소자를 이용하는 집중 소자형을 이용하게 된다.
그러나, 고주파 특히, 마이크로웨이브 대역 이상에서는 집중 소자형 소자를 사용할 수 없어 금속의 캐비티(cavity)내에 유전체를 플로팅시킨 유전체 공진기(Dielectric Resonator)형 대역 통과 필터 제품들이 제안되고 있다.
한편, 다양한 이동 통신 및 무선통신 시스템의 기지국과 중계기에서 안테나 전단/후단에 사용되는 송신 또는 수신 대역 통과 필터는 매우 적은 삽입 손실 특성과 저지 대역 내에서의 급격한 감쇄 특성이 요구된다.
이러한 기지국 및 중계기용 대역 통과 필터 사양을 만족시키기 위하여 유전체 공진기를 이용한 대역 통과 필터가 사용되고 있으며, 이 경우 필터의 저지 대역 내에서의 감쇄극의 구현이 매우 중요하다.
한편, 콤바이너(combiner)는, 다수의 송신 채널을 사용하는 통신 시스템에서송신하고자 하는 여러 개의 채널을 하나로 결합하는 장치로서, 무선 통신 용량 증가로 기지국 설치비용의 증가, 무선 통신 용량 증가로 인한 전파 품질의 악화, 채널간의 간섭에 의한 불요 신호 발생, 안테나간 상호 간섭으로 인한 통화 품질의 저하 등에 대한 문제점들로 인하여 그 필요성이 증대되고 있다.
콤바이너를 사용함으로써 발생하는 효과로는 다수의 채널 사용시 채널간 간섭에 의한 불요 신호를 줄이므로 통화 품질 개선, 좁은 공간의 철탑 내에서 다수의 채널 서비스, 안테나간의 상호 간섭을 감소시켜 양질의 통신 서비스 제공, 단일 채널의 필터링 효과 등이 있다. 또한, 콤바이너를 사용하면, 안테나의 수를 대폭 줄일 수 있기 때문에 공간 활용성을 높일 수 있다.
이러한 기능을 갖는 콤바이너의 종류와 그 장단점은 아래와 같다.
종래의 콤바이너는 좁은 채널 간격의 장점과, 손실이 크다는 단점을 갖는 하이브리드 콤바이너(Hybrid Combiner); 손실이 작으면서 반면에 좁은 채널 간격에의 활용성이 떨어지는 밸런스 패스 콤바이너(BALANCED PASS COMBINER); 손실이 작지만, 좁은 채널 간격에의 활용성이 떨어지는 밸런스 노치 콤바이너(BALANCED NOTCH COMBINER); 크기가 작지만, 채널 간격이 제한되는 정류형 콤바이너(COMMUTATING LINE COMBINER); 가격이 싸고, 좁은 채널 간격을 유지하며, 크기가 작은 공동형 콤바이너(CAVITY-FERRITE COMBINER) 등이 있다.
한편, 이동 통신 및 무선통신 시스템의 기지국과 중계기에서 안테나 다음에 사용되어 송신 및 수신되는 신호를 설정된 주파수 대역 범위로 여파하여 시스템 또는 안테나로 공급하는 듀플렉서(Duplexer)는 대역 통과 필터와 마찬가지로 매우 적은 삽입 손실 특성과 저지 대역 내에서의 급격한 감쇄 특성이 요구된다.
이러한 기지국 및 중계기용 듀플렉서 사양을 만족시키기 위하여 대역 통과 필터와 마찬가지로 유전체 공진기를 이용한 듀플렉서가 사용되고 있으며, 이 경우 듀플렉서의 저지 대역 내에서의 감쇄극의 구현이 매우 중요하다.
상기와 같은 대역 통과 필터, 듀플렉서, 콤바이너 등에 이용되는 종래의 유전체 공진기형 대역 통과 필터를 첨부된 도 10, 11을 참고하여 설명한다.
도 10에 도시된 종래의 3폴(pole)형 대역 통과 필터는 직육면체의 알루미늄 금속으로 된 바디(1) 내부에 3개의 정육면체 캐비티(2∼4)를 형성하며, 각각의 캐비티(2∼4) 내에는 3개의 높은 무부하 품질 계수를 갖는 유전체(5∼7))가 유전체 지지용 서포트에 의하여 플로팅되어 있으며, 상기 캐비티(2∼4)사이에는 윈도우(10, 11)가 형성되어 있고, 바디(1)의 양측 벽에는 입출력 콘넥터(8, 9)가 부착되어 있다.
상기와 같은 대역 통과 필터는 채널 필터로 이용되며 저 손실 특성을 위하여 무부하 품질 계수가 상당히 큰 고가의 유전체 공진기를 사용하고 있으며, 채널 대역 내에서의 적당한 감쇄량을 실현하기 위하여 3개 이상의 유전체 공진기를 사용함으로써 채널 필터의 전체 크기가 커지는 문제점이 있었다.
그리고, 상기한 종래의 유전체 공진기형 채널 필터는 도 10에 나타낸 바와 같이, 통과 대역의 양측단에 어떤 감쇄극(Notch Point)도 형성되지 않아서 콤바이너로 이용할 때에 채널 결합을 용이하지 않게 하는 문제점이 있었다.
따라서, 종래에는 이러한 문제를 해결하기 위하여 공진기의 개수를 증가시켜야 하므로 필터의 크기가 증가하고, 그 결과 유전체 증가에 따라 손실이 증가하여 잡음특성이 나빠지는 문제가 있다.
따라서 본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 그 목적은 각종 이동 통신 및 무선통신 기지국 또는 중계기 시스템에 사용되는 GHz 대역의 대역 통과 필터의 통과대역 양측단에 대칭적인 감쇄극 특성을 갖음으로써 인접 채널에 대한 감쇄 특성이 우수한 대칭적인 감쇄극 특성을 갖는 유전체 공진기 대역 통과 필터를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 통과 대역의 양측단에 감쇄극이 대칭적으로 형성되는 대역 통과 필터를 이용함으로써 채널 결합을 용이하게 해 주는 채널 콤바이너를 제공하는데 있다.
도 1은 본 발명에 따른 2유전체 공진기형 대역 통과 필터의 구조를 나타낸 분리 사시도,
도 2는 도 1에 도시된 대역 통과 필터의 부분 조립 상태를 나타낸 조립도,
도 3a 및 도 3b는 각각 본 발명에 따른 조립된 대역 통과 필터의 일부절개 단면도 및 도 3a의 A-A선 단면도,
도 4는 도 1에 도시된 대역 통과 필터의 등가 회로도,
도 5는 본 발명에 따른 2유전체 공진기형 대역 통과 필터의 주파수 특성을 나타낸 그래프,
도 6은 본 발명에 따른 3유전체 공진기형 대역 통과 필터의 등가 회로도,
도 7은 본 발명에 따른 3유전체 공진기형 대역 통과 필터의 주파수 특성을 나타낸 그래프,
도 8a 내지 도 8c는 본 발명에 따른 대역 통과 필터를 사용하여 2채널 콤바이너를 구성한 경우의 블록 회로도, 제1 및 제2채널의 주파수 특성을 나타낸 그래프,
도 9는 종래의 3유전체 공진기형 대역 통과 필터의 단면도,
도 10은 종래의 3유전체 공진기형 대역 통과 필터의 주파수 특성을 나타낸 그래프이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *
20, 21 : 유전체 공진기 22 : 너트
23,23a : 튜닝 스크류 24 : 고정 볼트
25 : 양쪽 너트 26 :지지 볼트
27 : 동축케이블 28 : 좌단 심선
29 : 우단 심선 30 : 입력 콘넥터
31 : 제 1커플링 동판 35 : 출력 콘넥터
36 : 제 2커플링 동판 40 : 바디
41 : 제 1캐비티 42 : 제 2캐비티
43 : 윈도우 44 : 제 1콘넥터 수용홈
45 : 제 2콘넥터 수용홈 46 : 커버
47 : 동축케이블 수용홈 48 : 수용홈 커버
50,60 : 제1 및 제2 유전체 공진기 51,61 : 병렬공진회로
70 : 채널 콤바이너 71,72 : 제1 및 제2 채널 필터
73 : 정션 74 : 안테나
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 각 캐비티가 윈도우를 통하여 상호 접속된 제1 및 제2 금속 캐비티를 형성하는 금속 바디 및 커버와, 상기 제1금속 캐비티 내부로 마이크로웨이브 입력신호를 입력하는 입력 단자와, 상기 제1 및 제2 금속 캐비티 내에 각각 유전체가 플로팅되어 입력신호에 대한 대역 통과 필터를 형성하는 제1 및 제2 유전체 공진기와, 상기 입력 단자에 결합되어 입력신호를 제1유전체 공진기에 전자계 유도 결합시키기 위한 제1커플링 수단과, 상기 제2금속 캐비티의 출력 주파수 신호가 전자계 유도 결합되는 제2커플링 수단과, 일측이 상기 제1커플링 수단과 전자계 유도 결합되고 타측이 제2커플링 수단에 전자계 유도 결합되어 상기 제1 및 제2 유전체 공진기를 바이패스하여 입력신호의 일부를 제2커플링 수단으로 바이패스시키기 위한 바이패스 수단과, 상기 제2커플링 수단을 지지하며 제2커플링 수단에 유도된 설정된 대역의 주파수 신호가 출력되는 출력 단자로 구성되는 것을 특징으로 하는 대칭적인 감쇄극 특성을 갖는 유전체 공진기형 대역 통과 필터를 제공한다.
본 발명은 상기 제1 및 제2 금속 캐비티 사이의 윈도우에 대역 통과 필터의 대역폭을 조정하기 위해 제1 및 제2 유전체 공진기 사이의 결합계수를 조정하기 위한 결합계수 조정수단을 더 포함한다.
상기 바이패스 수단은 동축케이블로 이루어지며, 동축케이블의 양단 코어가 상기 제1 및 제2 커플링 수단에 소정의 거리를 두고 전자계 유도 결합된다.
또한, 상기 제1 및 제2 커플링 수단은 각각 대향한 양측벽 바디와 소정의 간격을 이루는 루프 커플링 구조로 이루어지며, 상기 바이패스 수단은 상기 커버에 매입되는 동축케이블과, 상기 동축케이블로부터 연장되어 대향한 양측벽 바디와 루프 커플링 사이에 삽입되는 양단 코어로 구성된다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명은 제1루프 커플링에 의해 마이크로웨이브 입력신호를 제1금속 캐비티 내부로 입력하는 입력수단과, 상기 제1금속 캐비티 및 이와 윈도우를 통하여 직렬 접속된 제2 금속 캐비티 내에 각각 유전체가 플로팅되어 입력신호에 대한 대역 통과 필터를 형성하는 제1 및 제2 유전체 공진기와, 제2루프 커플링에 상기 제2금속 캐비티의 출력 주파수 신호가 전자계 유도 결합되어 유도된 설정된 대역의 주파수 신호가 출력되는 출력수단과, 양단이 각각 상기 제1 및 제2 루프 커플링에 전자계 유도 결합되어 입력신호의 일부를 출력수단으로 바이패스시켜 출력수단으로 출력되는 대역통과 주파수의 양측단에 서로 대칭인 하측 및 상측 감쇄극을 형성하기 위한 바이패스 수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 대칭적인 감쇄극 특성을 갖는 유전체 공진기형 대역 통과 필터를 제공한다.
더욱이, 본 발명은 상기 제1 및 제2 금속 캐비티 사이에 형성된 제3금속 캐비티에 설치되어 제1 및 제2 유전체 공진기와 함께 대역 통과 필터를 형성하는 제3유전체 공진기를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 대역 통과 필터는 특정의 채널 주파수 신호만을 출력하는 채널 필터로 사용될 수 있고, 상기 채널 필터의 통과 대역 주파수를 서로 다르게 설정하고, 그들의 출력 단자를 병렬로 연결하여 채널 콤바이너로 이용될 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명의 유전체 공진기형 대역 통과 필터와 상기 대역 통과 필터를 이용한 채널 콤바이너는 기존의 유전체 공진기형 대역 통과 필터 및 채널 콤바이너에 비하여 인접 채널 주파수에서의 감쇄 특성이 우수하면서도 대역 통과 필터의 크기가 현저하게 작고, 2개의 유전체 공진기만을 이용하여 거의 완전한 대칭성을 갖는 감쇄극을 형성할 수 있으므로 손실이 적으며, 저가화를 실현할 수 있다.
(실시예)
이하에 상기한 본 발명을 바람직한 실시예가 도시된 첨부 도면을 참고하여 더욱 상세하게 설명한다.
첨부된 도 1은 본 발명에 따른 2유전체 공진기형 대역 통과 필터의 구조를나타낸 분리 사시도, 도 2는 도 1에 도시된 대역 통과 필터의 부분 조립 상태를 나타낸 조립도, 도 3a 및 도 3b는 각각 본 발명에 따른 조립된 대역 통과 필터의 일부절개 단면도 및 도 3a의 A-A선 단면도, 도 4는 도 1에 도시된 대역 통과 필터의 등가 회로도, 도 5는 본 발명에 따른 2유전체 공진기형 대역 통과 필터의 주파수 특성을 나타낸 그래프이다.
도 1 내지 도 3b에 도시된 바와 같이 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 유전체 공진기형 대역 통과 필터는 2폴(pole)형 대역 통과 필터로서, 직육면체의 알루미늄(Al) 또는 듀랄루민 금속 내부에 2개의 정육면체 형태로 된 제 1, 2캐비티(cavity, 41, 42)를 갖는 바디(40)를 구비하며, 각각의 캐비티(41, 42)에는 2개의 높은 무부하 품질 계수를 갖는 제 1, 2유전체(20, 21)가 유전체 지지용 서포트에 의해 플로팅되어 2개의 제1 및 제2 유전체 공진기(50,60)를 형성한다.
각 유전체 공진기(50,60)는 바디(40)의 바닥면에 알루미늄 등으로 이루어진 금속제 지지 볼트(26)를 사용하여 테프론, PE, 또는 렉설레이터(Rexolator) 등과 같이 저유전율의 손실이 작은 유전체로 이루어진 양쪽 너트(25)를 고정하고, 양쪽 너트(25)의 상단에 유전체(20, 21)를 위치한 상태에서 상기 양쪽 너트(25)와 동일하게 저유전율의 저손실 재료로 이루어진 유전체 고정 볼트(24)를 사용하여 유전체(20, 21)를 관통하여 양쪽 너트(25)에 체결함에 의해, 유전체(20, 21)를 제 1 및 제 2캐비티(41, 42)의 중앙에 플로팅시킨다. 또한, 인접한 캐비티와 캐비티 사이에는 제1유전체 공진기(50)의 공진신호를 제2유전체 공진기(60)로 전송하기 위한 윈도우(window, 43)가 형성되어 있다.
그리고, 바디(40)의 상부에 결합되는 커버(46)에는 유전체(20, 21)와 대향한 위치에 황동 또는 인바로 이루어지며, 그 선단부가 디스크 형상을 갖는 튜닝 스크류(23)를 너트(22)를 이용하여 고정시키며, 공진 주파수를 튜닝을 하고자 할 때에는 이 튜닝 스크류(23)를 이용하여 튜닝한다.
또한, 바디(40)의 양 측면에는 신호 입출력 단자인 입력 및 출력 콘넥터(30, 35)가 장착되는 제 1 및 제 2콘넥터 수용홈(44, 45)이 형성되어 있다. 상기 입력 및 출력 콘넥터(30, 35)는 N(F)-B/H 타입의 콘넥터이다.
상기 제 1 및 제 2콘넥터 수용홈(44, 45)에 장착되는 입력 및 출력 콘넥터(30, 35)에는 각각 유전체(20, 21)를 향하여 전자계 결합용으로 이용되는 제 1 및 제 2커플링 동판(31, 36)이 연결되어 있다. 여기서, 상기 제 1 및 제 2커플링 동판(31, 36)은 도 3b의 단면도에서 보는 바와 같이, 수직선을 중심으로 입력 콘넥터(30)의 제 1커플링 동판(31)은 좌측(또는 우측)으로 30°각도로 치우쳐 있으며, 출력 콘넥터(35)의 제 2커플링 동판(36)은 우측(또는 좌측)으로 30°각도로 치우쳐 부착된다.
이 제 1 및 제 2커플링 동판(31, 36)은 보통 플레이트 타입으로 되어 있으나, 경우에 따라서는 봉(rod) 형태로 하여도 무방하다.
그리고, 상기 바디(40)의 상부에 결합되는 커버(46)에는 동축케이블(27)이 매설되는 동축케이블 수용홈(47)이 형성되어 있으며, 이 동축케이블 수용홈(47)에는 동축케이블(27)이 수용되며 수용홈 커버(48)로 덮여진다.
상기 동축케이블(27) 일단의 좌단 심선(28)은 상기 입력 콘넥터(30)에 연결된 제 1커플링 동판(31)에 소정된 거리를 두고 접촉되며, 그 타단의 우단 심선(29)은 상기 출력 콘넥터(35)의 제 2커플링 동판(36)에 소정의 거리를 두고 접촉되어 입력 콘넥터(30)를 통해 입력되는 고주파 입력신호를 출력 콘넥터(35)로 바이패스시켜 준다.
상기한 2폴형 대역 통과 필터의 등가회로는 도 4에 도시된 바와 같이 제1 및 제2 유전체 공진기(50,60)는 각각 인덕터(L1,L2)와 캐패시터(C4,C5)의 병렬공진회로(51,61)를 형성하며, 병렬공진회로(51,61) 사이에는 윈도우(43)에 의한 결합 콘덴서(C2)가 연결되고, 입력/출력 단과 공진회로(51,61) 사이에는 입력/출력 콘넥터(30,35)에 의한 콘덴서(C1,C3)가 연결된다.
상기 등가회로에서 바이패스용 동축 케이블(27)은 입력단과 출력단을 연결하는 인덕터(Lr)로서 표현될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 2폴형 대역 통과 필터의 등가회로는 입력/출력 사이에 바이패스회로를 갖는 2단 병렬공진회로로서 표현된다.
상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 대칭적인 감쇄극 특성을 갖는 유전체 공진기형 대역 통과 필터는 다음과 같이 작용한다.
먼저, 한쌍의 유전체 공진기(50,60)는 공진기 사이의 결합계수를 적절히 조정함에 따라 원하는 대역폭의 대역 통과 필터를 형성한다.
본 발명에서는 입력 콘넥터(30)의 제1커플링 동판(31)을 통해 제1캐비티(41)에 형성된 제1유전체 공진기(50)로 입력신호를 인가하면, 입력되는 고주파 입력신호는 제1유전체 공진기(50)에 입사되어 일차로 공진이 이루어진 후, 윈도우(43)를거쳐 제2유전체(21)가 설치된 제2캐비티(42)의 제2유전체 공진기(60)로 입사되어 이차 공진이 이루어진다.
이때 윈도우(43)에 설치된 튜닝 스크류(23a)를 조정하여 공진기(50,60) 사이의 결합계수를 조정하면 원하는 대역폭을 갖는 대역 통과 신호가 출력 콘넥터(35)와 연결된 제 2커플링 동판(36)에 전자계 유도에 의하여 얻어진다.
이 경우, 상기 입력 및 출력 콘넥터(30, 35)의 루프 커플링(Loop Coupling) 구조의 제 1 및 제 2커플링 동판(31, 36)과 소정의 거리를 두고 그 양단 심선(28, 29)이 접촉되는 동축케이블(27)로는 전자계 유도 결합을 통하여 입력신호의 일부가 제1 및 제2 유전체 공진기(50,60)를 거치지 않고 바이패스되어 출력 콘넥터(35)와 연결된 제2커플링 동판(36)으로 유도되어, 제1 및 제2 유전체 공진기(50,60)를 거친 대역 통과 신호와 혼합되는데, 이 과정에서 인접 채널의 주파수를 크게 감쇄시켜 주는 작용을 한다.
이와 같은 과정을 거쳐서 본 발명의 대역 통과 필터의 출력에서 얻어지는 출력신호는 도 5에 나타낸 바와 같이 통과 대역의 상측 및 하측 저지대역에 거의 완전한 대칭성을 갖고 급격한 감쇄가 이루어지는 감쇄극(UNP1,LNP1)이 형성되어 우수한 대역 통과 필터링이 이루어지는 것이다.
도 5와 같이 본 발명에서는 마크 1(1.790GHz)에서 -19.336dB의 감쇄가 이루어지나, 종래에는 도 10과 같이 마크 1(1.967GHz)에서 -4.5579dB의 감쇄가 이루어지고 있어, 본 발명이 종래에 비하여 월등하게 급격한 감쇄가 이루어지는 것을 알 수 있다.
또한, 상기한 주파수 특성곡선은 유전체 공진기의 단수가 작기 때문에 통과대역 내의 삽입손실도 개선되었다. 즉, 종래에는 도 10에 도시된 바와같이 삽입손실이 -1.1423dB 이었으나, 본 발명의 경우는 삽입손실이 -0.5829 dB로 나타나, 본 발명의 경우가 종래에 비하여 삽입손실이 적게 나타났다.
통과 대역의 양측단에 형성되는 감쇄극 형성 위치는 동축케이블(27)의 양단 심선(28, 29)과 해당 유전체 사이의 간격을 조정함에 따라 결정되며, 유전체에 근접시킬수록 감쇄극(UNP1,LNP1)의 위치는 통과 대역에 근접하게 된다.
한편, 상기한 실시예에서는 2개의 유전체(20, 21)를 이용한 2폴형 대역 통과 필터를 예로 들어 설명하였으나, 경우에 따라서는 유전체 3개를 사용하여 직렬로 연결된 제1 내지 제3 유전체 공진기를 형성하고, 바이패스용 동축케이블(27)의 양단 심선(28,29)을 입/출력 콘넥터(30,35)의 커플링 동판(31,36)에 전자계 유도 결합을 시켜 구성할 수 있다.
이러한 바이패스 구조를 갖는 3폴형 유전체 공진기는 도 6과 같이 3개의 병렬공진회로(L1,C5;L2,C6;L3,C7), 4개의 결합 콘덴서(C1-C4), 바이패스용 인덕터(Lr)로 이루어진 등가 회로를 갖는 대역 통과 필터가 이루어지며, 그 주파수 특성은 도 7에 나타낸 바와 같이, 통과 대역의 양측단에 서로 대칭적인 감쇄극(UNP2,LNP2)이 형성되고, 3개의 유전체를 이용하였기 때문에 통과 대역의 중심부에 한쌍의 피크 포인트를 갖는다.
한편, 상기 실시예에서는 대역 통과 필터로 이용되는 경우를 설명하였으나, 본 발명에 따른 유전체 공진기형 대역 통과 필터는 그 자체로서 채널 필터(ChannelFilter)로서 사용될 수 있다.
따라서, 본 발명은 다수의 채널 필터로서 구성되는 채널 콤바이너(Channel Conbiner) 또는 듀플렉서(Duplexer)에 이용될 수 도 있다.
다시 말하면, 도 8a에 도시된 채널 콤바이너(70)는 상기와 같이 구성된 대역 통과 필터의 통과 대역 주파수를 채널(CH1,CH2)별로 다르게 설정하여 제1 및 제2 채널필터(71,72)를 형성한 후에 정션(junction)(73)에서 2필터를 병렬로 연결하여 동일한 출력단으로 출력시켜 안테나(74) 또는 송신용 대역 통과 필터 등에 연결하면 각 채널별로 명료하게 다수의 채널이 구분되어 출력되는 것이다.
보통 채널 콤바이너는 위에서 설명한 바와 같이, 채널 필터의 병렬 결합으로 된 부품으로, 채널 필터의 삽입 손실 및 감쇄 특성이 콤바이너의 성능을 좌우하는데, 국내 PCS 이동통신 기지국의 경우 채널의 대역폭은 1.23MHz이며, 채널 간격은 1.25MHz로 채널을 콤바이닝할 때에는 최소 한 채널을 건너서 콤바인한다.
그리고, 채널을 결합할 때에 한 쪽 채널의 중심(통과 대역의 중심 주파수)에서 인접 채널 대역까지의 차가 1.385MHz로서, 채널 필터의 중심에서 1.385MHz 지점의 감쇄의 정도가 원활한 채널 결합을 결정하는 매우 중요한 요소로 작용한다.
상기한 본 발명에 따른 유전체 공진기형 대역 통과 필터를 사용하여 각각의 채널 필터를 형성하고, 이들을 이용하여 구성된 채널 콤바이너는 2개의 유전체 공진기를 사용함으로써 공진기의 수에 의한 손실을 최소한으로 줄이고, 또한 감쇄극을 대칭적으로 형성하여 채널 필터의 중심에서 1.385MHz 지점의 감쇄가 정확하면서 충분하게 갖도록 하여 2개의 유전체 공진기로도 용이한 채널 콤바인이 가능하게 하는 장점이 있다.
상기한 채널 콤바이너의 주파수 특성은 도 8b(제1채널) 및 도 8c(제2채널)에 도시된 바와같이, 서로 인접한 제1 및 제2 채널(CH1,CH2)이 감쇄극으로 명료하게 구분되어 각 채널별로 주파수 신호로 출력되는 것을 볼 수 있다.
상기한 실시예에서는 대역 통과 필터와 채널 콤바이너를 예로 들어 설명하였으나, 본 발명에 따른 대칭적인 감쇄극 특성을 갖는 유전체 공진기형 대역 통과 필터는 듀플렉서와 같은 다른 마이크로웨이브 소자에도 적용이 가능하다. 또한 본 발명은 도시된 실시예의 유전체 플로팅 구조 이외의 다른 구조를 갖는 경우에도 적용 가능하다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 유전체 공진기형 대역 통과 필터와 상기 대역 필터를 이용한 채널 콤바이너는 기존의 유전체 공진기형 대역 통과 필터 및 채널 콤바이너에 비하여 인접 채널 주파수에서의 감쇄 특성이 우수하면서도 대역 통과 필터의 크기가 현저하게 작고, 2개의 유전체 공진기만을 이용하여 거의 완전한 대칭성을 갖는 감쇄극을 형성할 수 있으므로 삽입손실이 적은 특징을 갖는다.
더욱이, 본 발명에서는 인접 채널 주파수에서 충분한 감쇄량을 확보할 수 있어 공진기에 의한 손실을 줄여 무부하 품질계수가 일반적인 유전체를 사용하여 유전체 공진기를 구성하는 것이 가능해진다. 그 결과 제품의 전기적 특성을 개선하면서도 저가화를 실현할 수 있다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
Claims (9)
- 각 캐비티가 윈도우를 통하여 상호 접속된 제1 및 제2 금속 캐비티를 형성하는 금속 바디 및 커버와,상기 제1금속 캐비티 내부로 마이크로웨이브 입력신호를 입력하는 입력 단자와,상기 제1 및 제2 금속 캐비티 내에 각각 유전체가 플로팅되어 입력신호에 대한 대역 통과 필터를 형성하는 제1 및 제2 유전체 공진기와,상기 입력 단자에 결합되어 입력신호를 제1유전체 공진기에 전자계 유도 결합시키기 위한 제1커플링 수단과,상기 제2금속 캐비티의 출력 주파수 신호가 전자계 유도 결합되는 제2커플링 수단과,일측이 상기 제1커플링 수단과 전자계 유도 결합되고 타측이 제2커플링 수단에 전자계 유도 결합되어 상기 제1 및 제2 유전체 공진기를 바이패스하여 입력신호의 일부를 제2커플링 수단으로 바이패스시키기 위한 바이패스 수단과,상기 제2커플링 수단을 지지하며 제2커플링 수단에 유도된 설정된 대역의 주파수 신호가 출력되는 출력 단자로 구성되는 것을 특징으로 하는 대칭적인 감쇄극 특성을 갖는 유전체 공진기형 대역 통과 필터.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 금속 캐비티 사이의 윈도우에 대역 통과필터의 대역폭을 조정하기 위해 제1 및 제2 유전체 공진기 사이의 결합계수를 조정하기 위한 결합계수 조정수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대칭적인 감쇄극 특성을 갖는 유전체 공진기 대역 통과 필터.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 커플링 수단은 각각 입력 단자 및 출력 단자에 대하여 좌우로 소정의 각도로 편향되어 설치되는 것을 특징으로 하는 대칭적인 감쇄극 특성을 갖는 유전체 공진기 대역 통과 필터.
- 제1항에 있어서, 상기 바이패스 수단은 동축케이블로 이루어지며, 동축케이블의 양단 코어가 상기 제1 및 제2 커플링 수단에 소정의 거리를 두고 전자계 유도 결합되는 것을 특징으로 하는 대칭적인 감쇄극 특성을 갖는 유전체 공진기 대역 통과 필터.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 커플링 수단은 각각 대향한 양측벽 바디와 소정의 간격을 이루는 루프 커플링 구조로 이루어지며,상기 바이패스 수단은 상기 커버에 매입되는 동축케이블과, 상기 동축케이블로부터 연장되어 대향한 양측벽 바디와 루프 커플링 사이에 삽입되는 양단 코어로 구성되는 것을 특징으로 하는 대칭적인 감쇄극 특성을 갖는 유전체 공진기 대역 통과 필터.
- 제1항에 있어서, 상기 대역 통과 필터는 특정의 채널 주파수 신호만을 출력하는 채널 필터로 사용되는 것을 특징으로 하는 대칭적인 감쇄극 특성을 갖는 유전체 공진기 대역 통과 필터.
- 제1항에 있어서, 상기 채널 필터의 통과 대역 주파수를 서로 다르게 설정하고, 그들의 출력 단자를 병렬로 연결하여 채널 콤바이너로 이용되는 것을 특징으로 하는 대칭적인 감쇄극 특성을 갖는 유전체 공진기 대역 통과 필터.
- 제1루프 커플링에 의해 마이크로웨이브 입력신호를 제1금속 캐비티 내부로 입력하는 입력수단과,상기 제1금속 캐비티 및 이와 윈도우를 통하여 직렬 접속된 제2 금속 캐비티 내에 각각 유전체가 플로팅되어 입력신호에 대한 대역 통과 필터를 형성하는 제1 및 제2 유전체 공진기와,제2루프 커플링에 상기 제2금속 캐비티의 출력 주파수 신호가 전자계 유도 결합되어 유도된 설정된 대역의 주파수 신호가 출력되는 출력수단과,양단이 각각 상기 제1 및 제2 루프 커플링에 전자계 유도 결합되어 입력신호의 일부를 출력수단으로 바이패스시켜 출력수단으로 출력되는 대역통과 주파수의 양측단에 서로 대칭인 하측 및 상측 감쇄극을 형성하기 위한 바이패스 수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 대칭적인 감쇄극 특성을 갖는 유전체 공진기형 대역 통과 필터.
- 제8항에 있어서, 상기 제1 및 제2 금속 캐비티 사이에 형성된 제3금속 캐비티에 설치되어 제1 및 제2 유전체 공진기와 함께 대역 통과 필터를 형성하는 제3유전체 공진기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대칭적인 감쇄극 특성을 갖는 유전체 공진기형 대역 통과 필터.
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