KR20020013874A - 필터 통과대역의 높은 측면에서 개량된 전기적 특성을나타내는 유전체 세라믹 필터 - Google Patents

Abstract

세라믹 블록 필터는 3차 배음을 감쇠시키기 위하여 단락 전송선으로 설계된다. 금속화 벨트는 필터의 모서리를 따라 상기 필터의 상부면에 인쇄되어서 그것은 측면의 금속화된 그라운드에 연결된다. 일측 모서리를 따라 비금속화 선은 상기 필터의 일측 모서리를 따라 이루어지고 그것의 일측 끝단은 그라운드된다. 상기 비금속화 선은 상기 금속화 선 길이의 1/2보다 더 큰 길이로 설계되지만, 상기 금속화된 벨트의 길이보다는 더 작은 길이로 설계된다. 상기 비금속화 선의 폭과 길이는 감쇄시키도록 하는 특정 주파수에 대하여 선택설계된다.

Description

필터 통과대역의 높은 측면에서 개량된 전기적 특성을 나타내는 유전체 세라믹 필터{Dielectric ceramic filter with improved electrical characteristics in high side of filter passband}

길이 전체에 구멍이 형성된 동축홀을 가진 세라믹 몸체는 상기 동축홀의 길이와 세라믹 재료의 실제 비유전율(dielectric constant)에 의해 결정된 특정 주파수에서 공진되는 하나의 공진기를 형성한다. 상기 동축홀은 일반적으로 원 또는 타원이다. 유전체 세라믹 필터는 다수개의 공진기를 결합하여 형성되며, 상기 공진기들의 각각은 상부면으로부터 하부면에 까지 세라믹 블록 전체를 관통하고, 각 홀의 깊이는 필터의 축길이와 동일하다. 필터의 특정 축길이에 대한 설계 선택은 선택된 세라믹의 비유전율과 요구되는 주파수에 따라 결정된다.

세라믹 블록은 공진기들이 각각 두개의 인접한 공진기 간에 유도적으로 그리고/또는 용량적으로 결합되기 때문에 필터로서의 기능을 한다. 이러한 결합들은 세라믹 블록의 상부면에 설계되고 은 또는 구리와 같은 전도성 재료로 도금된 전극패턴에 의하여 형성된다. 보다 상세하게, 도 1A-D를 참조하여, 세라믹 블록(101)은 두 홀(103, 105)과 함께 표시된다. 상기 두 홀(103, 105)가 확장되어 관통되는 전면(107)을 제외한 모든 면은 은으로 도금된다. 상기 홀의 크기와, 근접, 전도성 코팅에 의하여, 상기 두 홀(103, 105)는 서로 유도적으로 그리고 용량적으로 연결된다. 그러나, 이 연결들은 서로 상쇄시키기 때문에 블록(101)은 필터로서의 기능을 하지 못할 것이다.

필터를 형성하기 위하여, 전도성 재료의 패턴은 도 1B에 도시된 바와 같이 전면(107)에 인쇄된다. 이러한 실시예에서, 패턴 A와 A'는 홀(103)과 홀(105) 사이의 용량적 연결을 향상시킨다. 용량적 연결이 향상되는 동안, 유도적 연결은 대체적으로 작용을 하지 않는다. 이것은 유도적 연결이 대부분 홀의 직경과 모양, 그리고 홀간의 간격의 작용이기 때문이다. 이러한 패러미터는 도 1A와 도 1B에서와 같다.

상기 용량적 연결은 패러미터 L과 G를 조절하므로서 도 1B에서와 같이 조절될 수 있다. G를 줄이거나 L을 늘리므로서, 용량적 연결은 강화된다. 또한, 전면(107)에 M선을 인쇄하므로서 유도적 연결이 더 강화되는 것과 같이 용량적 연결은 약화될 수 있다. 도 1C의 M선은 도 1D의 끊어진 M'선보다 블록 필터(101)의 용량적 연결에서 더 큰 감소효과를 가진다.

세라믹 필터는 본 기술분야에서 널리 알려져 있으며, 영국특허번호 GB2163606에 예로서 일반적으로 설명되어 있고, 참고로 본 명세서에서 이들을 종합하여 상세히 설명한다.

성능면에서, 유전체 세라믹 필터의 대역통과(band pass) 특성은 세라믹 블록에 뚫린 홀의 수가 증가할수록 날카로워진다. 요구되는 홀의 수는 필터의 바람직한 감쇠특성에 따른다. 일반적으로 심플렉스 필터(simplex filter)는 적어도 두 개의 홀이 요구되고, 듀플렉서(duplexer)(전송 필터와 수신 필터를 가짐)는 세 개 이상의 홀을 요구한다. 이것은 그래프(10)가 그래프(12, 14)보다 적은 홀로서 필터 응답을 나타내는 도 2에서 설명된다. 가장 많은 홀을 가진 필터의 응답인 그래프(14)는 도시된 세 개의 응답중 가장 날카롭다는 것은 분명하다. 도 3을 참조하면, 특정한 유전체 세라믹 필터의 대역통과 특성은 세라믹 필터의 내부로 뚫린 트랩홀을 이용함으로써 또한 날카로워진다는 것을 알 수 있다. 실선 그래프(21)는 고점 트랩(high-end trap) 없는 필터의 응답을 나타낸다. 점선 그래프(23)는 고점 트랩을 갖는 같은 필터의 응답을 나타낸다.

일반적인 의미에서 트랩홀, 또는 트랩은 통상 홀로 약칭되는 주요 필터 홀과는 다른 주파수에서 공진되는 공진기이다. 그것들은 바람직하지 않은 주파수에서 공진되도록 설계된다. 그러므로, 저점이든 고점이든 상기 트랩은 바람직하지 않은 주파수를 제거하는 반면에, 상기 홀들은 바람직한 주파수를 수집한다. 이러한 방법으로, 필터의 대역폭 특성은 고역 통과(high pass), 저역 통과(low pass), 또는 대역 통과(band pass)로 구분된다.

블록 필터는 셀룰러폰을 포함하는 많은 응용제품에서 노이즈를 포함한 전기적 문제점의 원인이 되는 2차, 3차 배음을 일으킨다. 대역 통과 필터의 설계자와 사용자는 일반적으로 상기 필터가 설계된 진동수의 범위 내에서만 응답할 것이라고 예상한다. 그러나, 2차, 3차 배음을 가진 필터는 상기 필터의 대역 통과 위의 하나 이상의 주파수 범위에 대한 응답을 가진다. 특히, 블록 필터에 사용되는 4 파장 공진기가 3/4 파장, 즉 3차 배음에서 공진하기 때문에, 3차 배음은 일반적으로 일어난다. 2차 배음은 일반적으로 상기 블록 필터의 구조의 결과이다.

2차 배음은 상기 블록 필터의 치수를 제어함으로서 억제되는 반면에, 3차 배음은 일반적으로 주파수의 더 높은 범위의 통과를 방해하기 위하여 저역 통과 필터로 제어된다. 다른 방법으로 상기 필터에서 스텝 임펜던스 홀(step impendance holes)의 사용을 포함한다.

높은 차수(order)의 배음을 감쇄시키기 위한 저역 통과 필터와 스텝 임펜던스 해법으로서, 상기 블록 필터는 추가적인 복잡성을 포함하며 그 때문에 필터의 비용이 상승하게 된다. 게다가, 저역 통과 필터에서 어느 하나의 개별적인 저역 통과 필터는 PC 보드에 요구되거나, 또는 추가적인 홀이 2차와 3차 배음을 차단하기 위하여 사용된다. 결과적으로, 상기 필터의 크기는 추가된 저역 통과 필터 없이 유사한 블록 필터와 비교해 커지거나, 상기 PC 보드상에 추가된 공간이 추가되는 저역 통과 필터를 위해 요구된다. 블록 필터의 구조적인 목적 중 하나가 가능한한 작은 패키지에서 고성능 필터를 제공하기 위한 것이기 때문에, 이것은 중요한 관계이다. 따라서, 필터의 크기를 크게 하거나 필터의 비용을 증가시키지 않으면서, 2차와 3차 배음의 효과를 줄이는 세라믹 필터를 설계하는 것이 바람직하다.

본 발명은 작은 패키지 내에서 고성능을 가진 세라믹 블록 필터에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 유사한 성능특성의 종래 필터보다 작고 2차와 3차 배음(harmonics)을 줄이도록 설계된 고성능 유전체 세라믹 필터을 위한 새로운 설계에 관한 것이다.

도 1A는 모든 다른 면에 은으로 도금된 세라믹 블록의 노출면(open face surface)인 것을 나타낸다.

도 1B는 노출면에 인쇄된 패턴을 가진 도 1A의 세라믹 블록을 나타낸다.

도 1C는 두 번째 인쇄된 패턴을 가진 도 1B의 세라믹 필터를 나타낸다.

도 1D는 세 번째 인쇄된 패턴을 가진 도 1C의 세라믹 필터를 나타낸다.

도 2는 필터에서 홀의 수가 증가함에 따라 유전체 블록 필터의 대역 통과 응답의 증가되는 날카로움을 나타낸다.

도 3은 고점(high-end) 주파수를 제거하는데 있어 트랩의 효과성을 나타낸다.

도 4는 본 발명에 따른 금속화 패턴으로 유전체 블록 필터의 사시도이다.

도 5는 도 4에 도시된 유전체 블록 필터 상부면 패턴의 부분확대도이고, 비금속화된 선 부분도 포함한다.

도 6은 (ⅰ) 2차 배음이 아닌 블록 필터의 이론적 응답과; (ⅱ) 2차 배음 응답을 가진 블록 필터의 일반적인 응답과; (ⅲ) 감쇄되는 3차 배음으로 본 발명에 따른 블록 필터의 응답을 설명하는 세 개의 그래프를 포함한다.

금속화 벨트 패턴은 보통 인쇄된 전도성 패턴을 가지는 세라믹 블록 필터의 상부면에 인쇄되고, 상기 필터의 하부면에 그라운드되도록 연결된다. 상기 그라운드의 면에 금속화된 패턴은 상기 필터의 적어도 하나의 모서리를 따라 비금속화 선을 가진다. 상기 금속화 벨트와 비금속화 선의 이러한 결합은 그 끝단이 짧게 순회되고 3차 배음을 제어하는 전송선으로서 작동한다. 금속화 패턴과 비금속 선의 폭은 2차와 3차 배음을 감쇠시키는 설계 선택의 문제이다.

전자 장치에서 발생되는 신호는 일반적으로 기본 신호와 높은 차수(higher order)의 배음으로 이루어진다. 결합된 신호가 전자 장치의 안테나에 도달하고 전송되기 전에 보다 높은 고차의 배음의 다수 레벨을 가능한 범위로 제거하거나 적어도 최소화시키는 것이 일반적으로 유리하다. 안테나에 도달하도록 주파수 범위를 선택하기 위하여 사용되는 세라믹 필터는 높은 차수의 배음을 필터하는 특정 설계요소가 없이는 효과적이지 않다. 일반적으로, 이러한 특정 설계요소는 저역 통과 필터와 스텝 임펜던스 필터를 포함했다. 그러나, 이 설계요소는 상기 블록 필터의 크기를 증가시키는 바람직하지 못한 효과를 가지거나, 추가되는 저역 통과 필터가 상기 PC 보드상에 요구된다.

그러므로 본 발명에 따라서 도 4를 참조하면, 개량된 전도성 패턴은 2차와 3차 배음을 감쇠시키기 위해 사용될 수 있어서, 그것들은 안테나로 향하게되지 않고 기본 신호로 전달되지 않는다. 도 3을 참조하면, 금속화 패턴(A)은 상기 필터의 상부면의 모서리 주위로 인쇄되고 상기 필터(30)의 마운팅 면(31)(입출력 전극이 되는 측면)에서 그라운드에 연결된다. 이것은 다양한 패턴으로 이루어질 수 있다. 가장 간단하 게, 상기 필터의 측면들이 전도성 재료로 충분히 코팅되어, 금속 벨트는 상기 필터의 상측 모서리를 따라 간단히 인쇄될 수 있어서 그것은 측면(31)상에 전도성 재료로 전기적으로 연결된다. 실제로, 도 4에 도시된 금속화 벨트(A)는 네 개의 금속화 측면(31)의 확장부분이다.

본 발명에 따라서, 2차와 3차 배음에 상응하는 신호 레벨을 감쇠시키기 위하여 상기 금속화 벨트(A)는 비금속화선(B)과 필터(30)의 표면에 결합되며 끝단(C)이 그라운드된 전송선으로서 수행한다. 상기 전송선은 단락의 기능을 한다. 비금속화선(B)의 물리적 크기를 조절하므로서, 3차 배음의 이 경우에서 적당한 주파수가 감쇠된다.

본 발명에 따른 블록 필터의 상부면으로부터 전도성 패턴의 비금속화 부분(B)의 바람직한 일실시예가 도 5에 도시된다. 특히, B 부분은 선형의 구조를 나타내고 상기 세라믹 블록의 상부면의 일측 모서리를 따라 위치된다. 이 실시예에서, 상측 모서리 앞측에 인접한 부분(B)과 선결된 길이에 대한 내부로부터 비금속화 부분(B)의 전체 길이(L2)는 어떤 전도성 재료에 대해서도 자유롭다. 상기 거리는 0.1㎜∼2.0㎜이다.

도 4와 도 5에 도시된 바와 같이, 길이(L2)에 대한 비금속화 부분(B)측의 연속은 벨트 패턴(A)으로 금속화된다. 그러나, B의 일측에서, A는 필터(30)의 상부면의 모서리에 투영된 C부분과 같이 확장되어서 결합된 A-C의 금속화된 부분은 상기블록 필터(30)의 전면(31) 상에서 전도성 재료와 접촉되어 이루어진다. 이것은 B 부분의 끝단을 그라운드 시키는 효과를 가진다. B측에 연속되는 A부분과 두 금속화된 확장부 C를 결합한 길이는 L1으로 같다. 이것은 비금속화된 부분(B)의 길이(L2)가 L1의 1/2보다 크고, L1보다 작은 것이라는 것은 주의해야 한다.

도 6의 세 그래프를 참조하면, 세 대역 통과 필터의 응답이 도시된다. 긴 대시선(long dashed line)은 2차 배음 응답 없는 대역 통과 필터의 이론적인 응답을 설명한다. 요구되는 대역 통과(50)로부터 대략 1100㎒ 컷오프(cutoff) 이후, 상기 필터로부터 3차 응답을 제외하고는 어떤 응답도 상대적으로 없다. 그러나, 더욱 실재적인 필터 응답은 짧은 대시선(short dashed line) 그래프에 도시된다. 이것은 51과 53에서 각각 나타나는 2차와 3차 배음을 가진 일반적인 블록 필터의 주파수 응답을 설명한다. 솔리드 선(solid line)은 같은 필터의 주파수 응답을 나타내지만, 본 발명에 따라 변경된 것이다. 도시된 바와 같이, 3차 배음은 감쇠되었다. 그래프로부터 분명하게 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 필터는 종래기술에 대하여 상기 필터의 전기적 특성에서 5㏈∼10㏈로 개량된 것을 제공한다. 게다가, 저역 통과 필터를 요구하지 않으면서, 보다 작은 패키지에서 종래 기술의 필터 성능을 보다 높힐 수 있다.

단지 상술된 것은 본 발명의 원리를 설명한다. 본 기술분야에 도움이 되는 것들은 여러가지 개조형으로 발명되는 것을 가능하게 할 것이며, 본 명세서 중에서명확히 기술하거나 나타내진 않았지만, 본 발명의 원리를 포함하고 본 기술분야의 기술적 사상과 범위 사이에 있는 것 또한 포함된다.

Claims (5)

1. 상부면과, 하부면, 블록의 폭을 따라 상기 상부면을 상기 하부면에 연결하며 마주보고 있는 두 측면, 상기 하부면과 측면이 전도성 재료로 충분히 씌워진 상기 블록의 높이를 따라 상기 상부면과 상기 하부면을 연결하는 마주보고 있는 두 측면으로 이루어지는 유전체 재료의 블록과;

   홀의 내부 표면이 전도성 재료로 충분히 씌워지며 상기 상부면으로부터 상기 하부면까지 상기 유전체 재료를 관통하여 확장된 적어도 두 개의 홀과;

   전원소스가 요구되는 대역 통과 내에서 주파수 응답을 가질 때, 상기 적어도 두 개의 홀과 전도성 재료의 상기 패턴의 결합이 정전용량과 인덕턴스를 가지는 등가의 전기회로를 형성하는 것과 같이 기하학적 패턴으로 상기 상부면에 층을 이룬 전도성 재료와;

   상부면과, 상기 상부면에 유전체 재료의 면을 형성하기 위한 패턴에서 전기적으로 그라운드되고 배치된 상기 전도성 재료와, 상기 대역 통과보다 위에 있는 상기 블록 필터의 주파수 응답을 감쇠시키기 위하여 기하학과 크기를 가지는 유전체 재료의 상기 면상에 이루어진 전도성 재료의 패턴으로 구성된 것을 특징으로 하는 블록 필터.
2. 제 1 항에 있어서, 전기적으로 그라운드된 전도성 재료의 상기 패턴은 상기블록 필터의 적어도 일측의 상측 모서리에 형성된 것을 특징으로 하는 블록 필터.
3. 제 1 항에 있어서, 유전체 재료의 상기 면은 기하학적으로 직사각형이고, 전기적으로 그라운드된 전도성 재료에 의해서 전체 면으로부터 에워싸인 것을 특징으로 하는 블록 필터.
4. 제 3 항에 있어서, 유전체 재료의 상기 직사각형 면은 측면과 결합된 상기 상부면의 모서리의 일측에 인접되고, 상기 측면은 전기적으로 그라운드된 전도성 재료와, 유전체 재료의 상기 직사각형 면의 일측으로부터 상기 층을 이룬 측면으로 이루어지는 유전체 재료의 상기 면을 에워싸는 상기 전기적으로 그라운드된 전도성 재료와, 유전체 재료의 상기 면의 다른 측면으로부터 상기 상부면상에 상기 전기적으로 그라운드된 전도성 재료로 층을 이룬 것을 특징으로 하는 블록 필터.
5. 제 4 항에 있어서, 유전체 재료의 상기 직사각형 면은 상기 직사각형 면의 상기 상부면-측면 모서리 가장자리로부터 대략 0.1㎜∼2.0㎜의 상기 상부면상에 상기 전기적으로 그라운드된 전도성 재료까지 측정된 폭을 가지는 것을 특징으로 하는 블록 필터.