KR20010088857A - 비선형 공진기 어레이를 이용한 유전체 필터 - Google Patents

Abstract

작은 패키지의 고성능 유전세라믹필터는 적어도 세 개의 홀이 가로지르는 직선으로부터 이탈되어 위치되는 하나 또는 그 이상의 홀로 설계된다. 이러한 배치는 상기 필터의 주어진 성능특성을 유지하면서 적어도 하나의 트랩홀을 제거할 수 있도록 한다. 본 발명의 명백한 일 실시예로, 종래의 다섯-홀 세라믹필터의 성능특성은 상기 홀들이 삼각형의 정점에 형성되도록 위치시키므로서 세 개-홀 필터로 실현된다. 상기의 결과로 폭은 종래의 다섯-홀 필터의 폭의 거의 50%로서 그것을 대신할 수 있다. 또 다른 실시예로, 똑같은 삼각형배치는 네개-홀 세라믹필터의 성능특성을 실현시키도록 사용될 수 있다.

Description

비선형 공진기 어레이를 이용한 유전체 필터{Dielectric Filter Using A Non-Linear Resonator Array}

길이로 형성된 동축홀을 갖는 세라믹 몸체는 홀의 길이와 세라믹 재료의 유효 비유전율(dielectric constant)에 따라 결정되는 특정 주파수에서 공진되는 공진기를 형성한다. 상기 홀은 일반적으로 원형 또는 타원형이다. 다중 공진기의 결합은 유전체 세라믹 필터를 형성시킬 수 있다. 필터의 홀은 상부면으로부터 하부면까지 전 블록을 관통하여야 한다. 이것은 홀의 길이가 필터의 축 길이와 정확히 같은 길이임을 의미한다. 필터의 축길이는 요구되는 주파수와 세라믹의 특정한 비유전율를 기초로 선택된다.

세라믹 블록은 각각 인접한 두 공진기 사이에 공진기가 유도적으로 그리고/또는 용량적으로 연결되기 때문에 필터로서의 기능을 한다. 이러한 결합(couplings)은 은 또는 구리와 같은 전도성 재료가 도금된 세라믹 블록의 상부면에 설계된 전극 패턴에 의하여 형성된다. 더 구체적으로, 도 10A-D를 참조하면, 세라믹 블록(101)은 두 홀(103,105)로 도시된다. 두 홀(103, 105)이 확장되어 관통하는 전방 노출면(open face)(107)을 제외한 모든 표면은 은으로 도금된다. 홀의 크기, 홀간의 근접성, 전도성 코팅에 기인하여, 두 홀(103)과 홀(105)은 서로 유도적으로 그리고 용량적으로 결합된다. 그러나, 이 결합은 서로를 상쇄시키기 때문에 블록(101)은 필터로서의 기능을 수행하지 않을 것이다.

필터를 형성시키기 위하여, 전도성의 재료의 패턴은 도 10B에 도시된 바와 같이 면(107) 상에 인쇄된다. 일 실시예로서, 패턴 A와 A'는 홀(103)과 홀(105) 사이에 용량성 결합을 강화시킨다. 용량성 결합이 강화되는 한편, 유도성 결합은 실지적으로 영향을 미치지 않게 된다. 이것은 유도성 결합이 주로 홀 직경, 모양, 홀간의 간격의 작용이기 때문이다. 이러한 매개변수는 도 10A와 도 10B 도시된 바와 같다.

도 10B에서, 용량성 결합은 매개변수 L과 G를 조절하므로서 조정될 수 있다. G를 감소시키거나 L을 증가시킴으로써 용량성 결합은 강화된다. 또한 노출면(107)상에 M선이 인쇄되므로서 유도성 결합이 강화되는 것처럼 용량성 결합은 약해질 수 있다. 도 10C에서 단순 M선은 도 10D의 끊어진 M'선보다 블록 필터(101)의 용량성 결합에 더 큰 감소효과를 가진다.

세라믹 필터는 본 기술분야에서 잘 알려져 있고, 예를 들어 미국특허 4,431,977; 4,716,391; 4,954,796; 5,783,980에서 일반적으로 기재되어 있으며, 여기에서는 참고로 이들을 종합하여 상세히 설명한다.

성능면에서, 세라믹 블록에 형성된 관통홀의 수가 증가함에 따라 유전체 세라믹 필터의 대역통과 특성이 날카로워진다는 것은 본 기술분야에서 알려져있다. 요구되는 홀의 수는 필터의 바람직한 감쇄특성에 따라 결정된다. 일반적으로 심플렉스 필터(simplex filter)는 적어도 두 개의 홀이 요구되고, 듀플렉서(duplexer)는 세 개 이상의 홀이 필요하다. 도 1에서 나타낸 바와 같이, 그래프(10)는 그래프(12, 14)보다 적은 홀을 가진 필터 응답을 나타낸다. 가장 많은 홀을 가진 필터의 응답인 그래프(14)는 도시된 세 응답 중 가장 날카로운 것임을 분명히 알 수 있다. 또한 도 2를 참조하면, 특정 유전체 세라믹 필터의 대역통과 특성은 세라믹 블록을 관통하는 트랩홀의 사용으로 날카로워짐을 볼 수 있다. 실선 그래프(21)는 고점(high end) 트랩없는 필터의 응답을 나타낸다. 점선 그래프(23)는 고점 트랩을 가진 같은 필터의 응답을 나타낸다.

일반적으로 불리는 트랩홀, 또는 트랩은 통상 "홀"로 약칭되는 주요 필터홀과는 다른 주파수에서 공진하는 공진기이다. 그것들은 바람직하지 못한 주파수에서 공진되도록 설계된다. 그러므로, 저점(low end)이든 고점(high end)이든 상기 트랩이 바람직하지 않은 주파수에서 입력신호를 제거하는 한편, 상기 홀은 바람직한 진동수에서 입력신호를 통과시킨다. 이러한 방법으로 필터의 특성은 고역통과(high pass), 저역통과(low pass), 또는 대역통과(band pass)로 구분 정의된다. 상기 트랩은 홀과 트랩 사이의 상호의 간섭을 피하기 위해 홀간의 간격보다 더 큰 거리로 홀로부터 간격을 두게 된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 홀(31)들은 각각 거리 D로 분리되어 있는 반면에, 트랩(33)과 트랩(33)에 가장 가까운 홀 사이는 거리 2D로 배치된다. 정확한 거리 D는 특정한 기능을 달성하기 위한 설계 방법 중의 하나이다. 일반적으로 D는 1 ~ 10㎜의 범위가 바람직하다고 인정된다. 일반적으로, 상기 트랩은 홀로부터 1.5D ~ 2D의 간격을 두고 배치될 것이다.

종래에는 도 4에 도시된 바와 같이, 세라믹 필터의 상기 홀(41)과 트랩(43)은 직선을 따라 위치된다. 상기된 간격 문제와 더불어 이러한 설계는 필터의 크기가 감소될 수 있는 범위를 제한한다. 특히, 주어진 필터의 성능 특성은 폭과, 길이, 홀의 수, 홀의 직경에 상관 작용이 있다. 보통의 길이는 2 ~ 20㎜이다. 필터의 폭은 필터에서 홀의 수에 상관 작용이 있다. 일반적으로 블록 필터의 폭은 2 ~ 70㎜ 범위이다. 홀의 수, 홀의 직경 또는 홀간의 간격의 감소는 필터의 성능에 영향을 미칠 것이다. 따라서, 주어진 성능 특성을 유지하면서 주어진 필터의 크기를 효과적으로 줄일 수 있는 유전체 세라믹 필터를 설계하는 것이 요구된다.

< 본 발명의 요약 >

따라서, 주어진 홀의 수를 가진 필터에서 종래의 것과 비교하여 성능에 있어서 현저한 손실없이 가능한 가장 작은 패키지로 블록 필터를 설계하는 것이 바람직하다. 본 발명에 따르면, 주어진 성능 특성을 가진 유전체 세라믹 필터는 하나 또는 그 이상의 트랩홀을 제거하고 하나 또는 그 이상의 홀을 적어도 두 개의 홀을 가로지르는 직선의 밖으로 위치시키므로서 그 크기가 축소될 수 있다. 하나 또는 그 이상의 홀이 중심선을 이탈하여 위치될 때 나타나는 홀간의 부가적인 상호작용은 지금까지 추가되는 트랩홀로만 가능한 감쇄특성을 제공한다.

본 발명의 특수한 일 실시예에서, 종래의 다섯 개의 홀 세라믹 필터의 성능 특성은 세 개의 홀 필터로 실현될 수 있으며, 여기서 상기 홀들은 삼각형의 정점을 형성하고 일정 크기로 위치된다. 결과적으로 필터의 폭이 종래의 다섯 개 홀 필터의 폭의 약 50%인 것으로 대체할 수 있다.또한 다른 기하학적 배열도 가능하다.

본 발명은 종래의 필터로 가능했던 것보다 더 작은 패키지에 적용될 수 있는 공진기의 새로운 배열을 가진 고성능 세라믹블록필터에 관한 것이다. 특히, 하나 또는 그 이상의 공진기를 두 개 또는 그 이상의 다른 공진기들을 가로지르는 직선으로부터 이탈시키므로서, 성능을 유지하면서 하나 또는 그 이상의 공진기 트랩을 제거할 수 있는 것이다.

도 1은 필터에서 홀의 수가 증가함에 따라 유전체 세라믹 필터의 대역통과 응답의 증가되는 날카로움을 예시한다.

도 2는 고점(high end) 주파수를 제거하는데 있어서 트랩의 효과성을 예시한다.

도 3은 종래의 세라믹 블록 필터의 홀간 및 홀과 트랩간의 간격을 나타내는 사시도이다.

도 4는 직선을 따라 배치되는 구멍과 트랩을 가지는 종래의 유전세라믹필터의 평면도이다.

도 5A는 모든 홀이 직선상에 위치하는 종래의 다섯 개 홀 유전체 세라믹 필터의 사시도이다.

도 5B는 본 발명에 따른 일 실시예를 나타낸 사시도로서, 도 5A의 필터의 성능특성이 세 개의 홀과 폭이 반인 유전체 세라믹필터로 달성될 수 있으음을 나타낸다.

도 6A는 도 5A의 필터의 홀간의 상호작용을 나타낸다.

도 6B는 도 5B의 필터의 홀간의 상호작용을 나타낸다.

도 7은 도 5B의 필터의 홀간의 상대적인 간격을 나타낸다.

도 8은 본 발명에 따른 두 번째 실시예를 예시한다.

도 9. 본 발명에 따른 세 번째 실시예를 예시한다.

도 10A는 모든 다른 표면은 은으로 도금된 세라믹 블록의 노출면(open face surface)을 나타낸다.

도 10B는 노출면에 인쇄된 패턴을 가진 도 10A의 세라믹 블록을 나타낸다.

도 10C는 두 번째 인쇄된 패턴을 가진 도 10B의 세라믹 필터를 나타낸다.

도 10D. 세 번째 인쇄된 패턴을 가진 도 10C의 세라믹 필터를 나타낸다.

도 5A를 참조하면, 종래의 다섯-폴 필터(five-pole filter)는 7.4㎜의 폭으로 도시된다. 본 발명에 따르면, 도 5A의 필터와 동일한 특성을 가지는 더 작은 필터가 세 개의 홀과 3.5㎜의 폭으로 설계될 수 있다. 그러한 필터는 도 5B에 도시된다. 도 6A와 6B를 참조하면, 필터폭의 축소는 트랩(1)과 트랩(5)를 제거하고 홀(3)을 기존의 홀(2, 3, 4)에 의하여 형성된 직선으로부터 이탈시키므로서 달성된다. 기존의 직선배치와 관련하여, 홀(3)만이 홀(2, 4)과 상호작용한다. 본 발명에 따르면, 홀(3)이 상기 직선을 이탈하므로서, 홀(3)이 홀(2, 4)과 상호작용할 뿐만아니라, 또한 홀(2, 4)은 서로 상호작용한다. 이러한 부가된 상호작용은 끝 트랩홀(end trap holes)의 필요성을 제거하면서 트랩 효과를 만들어낸다. 그 결과 더 작은 패키지내에서 다섯-폴 필터의 특성을 가진 세라믹 필터가 되는 것이다.

본 발명에 따른 삼각형의 세라믹 필터는 바람직하게 세 개의 홀이 삼각형의 정점에 위치되도록 설계된다. 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 세 개의 홀 형태는 L2가 0.5L1과 같거나 더 크고, 1.5L1과 같거나 더 작다. 또한, 상기 홀들은 세라믹 블록의 모서리로부터 1㎜만큼의 거리에 있다. 이러한 특별한 실시예에 대해서, 보통 폭이 거의 7㎜가 되는 다섯 개의 폴 필터로 나타나는 상기 특성은 폭이 거의 3㎜를 가진 이러한 실시예로 달성될 수 있다.

본 발명에 따른 삼각형 설계는 네 개-홀 필터도 대신해서 사용될 수 있다. 상기된 바와 같이, 중요한 점은 내부 홀을 기존의 직선으로 부터 이탈함으로써 달성되는 부가되는 상호 작용이 트랩이 제거됨으로써 수행되도록 상기 홀들과 그들의 상대적 위치를 설계하는 것이다.

상술된 원리에 따르면, 도 8과 도 9에 도시된 바와 같이, 여러가지 형태로 추가된 홀을 가진 더 큰 필터가 설계될 수 있다. 도 8에 도시된 정사각형의 네 개 폴의 형태를 참조하면, L1과 L2 의 길이가 도시된다. 도 7의 삼각형 배치와 유사하게, L2는 0.5L1 이상이고 1.5L1 이하이다. 또한, 도 9의 형태는 사실상 두 개의 삼각형 형태의 연결로, 도 7의 것과 유사하다. 여기서 역시 L2는 0.5L1 이상이며 1.5L1 이하이다. 또한, 삼각형 배치로서, 도 8과 도 9로 배치되는 홀들은 세라믹 블록의 모서리로부터 적어도 1㎜의 간격에 배치된다.

본 기술분야의 블록 필터의 제작은 유전체 위에 전도성 재료를 도금하는 과정을 포함한다. 전술된 바와 같이, 구리 또는 은이 보통 전도성 재료로 선택된다. 일반적으로 전도성 재료는 하부면과, 홀의 내부면, 세라믹 블록의 외부의 측면 전체에 충분히 도금된다. 이러한 것은 알려진 여러가지의 방법중 하나로 달성된다. 이것들은 유전체 위에 구리 또는 실버페이스트를 담금, 스프레이 또는 인쇄하는 것과 코팅된 유전체를 가열하는 것을 포함한다. 다른 방법으로는 본 기술분야에서 알려진 전기도금 또는 무전기 도금의 프로세서를 포함한다.

본 발명에 따른 필터는 심플렉스(단일필터) 또는 듀플렉서(송신필터와 수신필터 같은 두 필터의 결합)가 될 수 있다.

단지 상술된 것은 본 발명의 원리를 설명한다. 본 기술분야에 지식이 있는 자는 여기에서 명백하게 기재 또는 도시되지는 않았으나 본 발명의 원리를 구현하고 따라서 본 발명의 정신 및 범위에 속하는 다양한 수정을 가할 수 있을 것이다.

Claims (8)

1. 상부면, 하부면, 블록의 폭을 따라 상기 상부면에서 상기 하부면까지를 연결하며 마주하는 두 측면, 상기 블록의 높이를 따라 상기 상부면에서 상기 하부면까지를 연결하며 마주하는 두 측면으로 이루어지는 유전체의 블록;

   모든 홀들의 중심이 일직선 상에 위치되지 않도록 세 개의 홀 중 적어도 하나는 상기 유전체의 상부면을 따라 위치되고, 적어도 세 개의 홀보다 적어도 하나 이상의 홀을 가진 종래의 필터와 유사한 대역 특성을 얻기 위하여적어도 세 개의 홀은 서로 간격을 두고 배치되며, 이 때 상기 종래의 필터의 상기 홀의 각각의 중심은 실질적으로 일직선 상에 놓이도록, 상기 상부면부터 상기 하부면까지 상기 유전체의 블록을 관통하여 확장되는 적어도 세 개의 홀; 및

   상기 하부면, 측면 및 상기 적어도 세 개의 홀의 내부면을 충분히 덮는 전도성 재료로 구성된 것을 특징으로 하는 필터.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 필터는 상기 적어도 세 개의 홀 각각이 상기 적어도 세 개의 홀 중 인접한 하나에 전기적으로 연결하기 위해 상기 유전체 블록의 상기 상부면에 전도성 재료의 전극 패턴을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 필터.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 세 개의 홀 중 세 개는 삼각형의 정점으로 나타내기 위해 상기 유전체 블록의 상기 상부면에 배열되는 것을 특징으로 하는 필터.
4. 제 3 항에 있어서, 삼각형을 형성하는 상기 세 개의 홀은 상기 홀들 중 하나로부터 상기 세 개의 홀 중 다른 두 개의 중심을 연결하는 선까지의 거리가 상기 다른 두 개의 홀간의 거리의 반보다 크고 상기 다른 두 개의 홀간의 거리의 1.5배보다 작도록 간격을 두고 배치된 것을 특징으로 하는 필터.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 필터는 적어도 네 개의 홀로 이루어지며 상기 적어도 네 개의 홀은 직사각형의 모서리를 형성하기 위해 상기 유전체 블록의 상부면에 배열되는 것을 특징으로 하는 필터.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 직사각형의 첫번째 모서리를 형성하는 상기 네 개의 홀 중 두 개의 중심 사이의 거리는 상기 직사각형의 두번째 모서리를 형성하는 상기 네 개의 홀 중 두 개의 중심 사이의 거리의 반보다 작지않고 상기 첫번째 모서리에 수직한 두번째 모서리를 형성하는 상기 두 홀의 중심 사이의 거리의 1.5배보다 크지않은 것을 특징으로 하는 필터.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 세 개의 홀은 상기 유전체의 상기 상부면의 폭을 지나는 적어도 두 열로 배열되는 것을 특징으로 하는 필터.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 적어도 두 열의 인접한 열은 각각으로부터 오프셋되고, 두 인접한 열에서 인접한 홀의 중심 사이의 거리는 한 열의 두 인접한 열의 중심 사이의 거리의 반보다 작지않고 한 열의 두 인접한 홀의 중심 사이의 거리의 1.5배보다 더 크지 않은 것을 특징으로 하는 필터.