KR100550879B1 - 적층형 유전체 필터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 별도의 커플링 패턴의 추가없이 통과대역의 인접 주파수를 충분히 감쇄시킬 수 있으며 특성 조정이 용이한 적층형 유전체 필터에 관한 것으로서, 상기 적층형 유전체 필터는 다수의 유전체 시트를 적층하여 형성된 유전체 블록; 상기 유전체 블럭의 전후면에 형성되는 접지용 외부전극; 상기 유전체 블럭의 양 측면에 각각 상기 접지용 외부전극과 절연되도록 형성되는 입/출력용 외부전극; 상기 유전체 블록의 내층 동일 평면상에 일단이 상기 접지용 외부전극에 접속되도록 형성된 복수의 제1 공진기 패턴; 상기 유전체 블록의 내층에서 상기 복수의 제1공진기 패턴의 상부 또는 하부 소정 평면상의 인접한 두 제1 공진기 패턴들 사이와 대응되는 위치에 형성되는 하나 이상의 제2 공진기 패턴; 상기 복수의 제1공진기 패턴중 좌우측 끝에 위치한 제1공진기 패턴을 상기 입/출력용 외부전극과 전기적으로 연결시키는 2개의 임피던스 매칭용 도전성 패턴; 상기 복수 공진기 패턴을 외부로부터 차폐시키기 위하여 상기 복수 공진기 패턴의 상하부에 위치하고, 접지용 외부전극에 연결되도록 형성된 2개의 차폐용 도전성 패턴로 구성된다.

적층형 유전체 필터, 대역 통과 필터, 감쇄특성, 통과대역폭, 공진기 패턴,

Description

적층형 유전체 필터{Laminated dielectric filter}

도 1은 일반적인 적층형 유전체 필터의 외부 사시도이다.

도 2는 종래 적층형 유전체 필터의 내부 구조도이다.

도 3은 본 발명에 의한 적층형 유전체 필터의 내부 구조도이다.

도 4는 적층형 유전체 필터의 등가회로도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

11, 30 : 유전체 블록

12, 13 : 입출력용 외부전극

14 : 접지용 외부전극

31a~31c : 공진기 패턴

32 : 차폐용 도전성 패턴

본 발명은 적층형 유전체 필터에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 감쇄극의 위치 조정이 보다 용이하고 공진기간의 캐패시턴스 조정을 위한 도전성 패턴의 감소로 제품 사이즈를 줄일 수 있는 적층형 유전체 필터에 관한 것이다.

근래, 무선 통신 기술이 발달되면서 이동통신용 단말기 및 무선통신기기의 수요가 급속하게 증가되고 있는데, 이러한 이동통신 단말기 및 무선 통신 기기의 성능은 송수신신호에 대한 필터링 특성에 크게 좌우된다. 즉, 해당 데이타가 실린 채널의 신호의 손실이 크거나, 인접한 다른 채널의 신호에 대해서는 감쇄비가 낮으면, 대역외의 신호가 잡음으로 작용하여 해당 기기의 송수신 성능을 감소시킨다. 따라서, 설정된 대역의 신호는 최소한의 손실로 통과시키면서, 설정 대역의 인접 주파수는 크게 감쇠시키는 필터링 특성이 요구된다.

이러한 이동통신용 단말기 및 무선 통신기기의 필터링용으로 사용되는 필터로는 크게 쏘필터(SAW filter)와 유전체필터(Dielectric filter)를 들 수 있다. 상기에서, 쏘필터는 부피가 작지만 단가가 높으며 S-밴드 이상의 고주파에 대해서는 구현이 어렵다는 단점이 있으며, 유전체 필터는 가격이 저렴하고 특성이 우수하지만 부피가 크다는 단점이 있다. 상기 유전체 필터는 소형화가 어렵다는 문제점을 해결하기 위하여, 기존에 사용되던 벌크(Bulk) 타입 대신 적층 타입에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다.

도 1은 적층형 유전체 필터의 외형을 보인 사시도로서, 적층형 유전체 필터(10)는 소정의 공진기 패턴 및 커플링용 도전성 패턴이 형성된 다수의 유전체 시트를 적층하여 유전체 블록(11)을 형성하고, 상기 유전체 블록(11)의 양 측면에 각각 입출력용 외부전극(12,13)를 형성하고, 상기 유전체 블록(11)의 전후면에는 접지용 외부전극을 형성하여 이루어진다. 이러한 적층형 유전체 필터에서 필터의 특성은 상기 유전체 블록(11)내에 형성되는 패턴의 구조에 따라서 결정된다.

도 2는 대역 통과 필터로 구현된 종래 적층형 유전체 필터의 내부 구조를 나타낸 사시도로서, 유전체블럭(11) 내부의 대략 중앙층에 3개의 공진기 패턴(21)을 평행하게 배치하고, 상기 다수 공진기 패턴(21)의 상부층 및/또는 하부층에 부하 캐패시턴스의 형성을 위한 부하캐패시턴스용 도전성 패턴(22)을 형성하고, 상기 다수 공진기 패턴(21)중 양측부에 위치한 두 공진기 패턴(21) 각각을 임피던스 매칭용 도전성 패턴(23)을 통해 입출력용 외부전극(12,13)과 연결하며, 상기 부하캐패시턴스용 도전성 패턴(22)의 상하부에 외부와의 전자기적인 차폐를 위한 차폐용 도전성패턴(25)을 형성한다.

이상의 패턴들은 유전체 시트상에 인쇄되어 적층되어 도 2에 도시한 바와 같은 구조로 형성되며, 그 외부에는 도 1에 도시한 바와 같이 입출력용 및 접지용 외부전극(11~13)이 형성된다. 상기 부하캐패시턴스용 도전성 패턴(22)은 다른 패턴이나 외부전극과도 전기적으로 연결되지 않고, 2개의 임피던스 매칭용 도전성패턴(23)은 입출력용 외부전극(12,13)에 각각 전기적으로 연결되며, 상기 차 폐용 도전성패턴(24)은 접지용 외부전극(24)에 전기적으로 연결된다.

상기와 같은 적층형 유전체 필터는, 상기 공진기패턴(21)들이 각각 극점을 형성하고, 이러한 공진기패턴(21)들이 전자기적인 결합에 의하여 상호 공진함에 의하여, 소정 주파수 대역의 신호에 대한 대역통과특성을 제공한다. 상기의 구조에서는, 공진기 패턴(21)간에 전기적 결합(electric coupling) 보다는 자기적 결합(magnetic coupling)이 우세하다.

보통, 대역통과필터는 특정한 주파수 대역만을 선택하기 위하여 사용되는 것으로, 넓은 통과 대역폭과, 통과대역내에서의 적은 삽입손실, 인접 주파수에 대한 큰 감쇄비를 모두 만족시키는 것이 바람직하다. 상기에서, 통과대역폭은 공진주파수에 의하여 결정되고, 큰 감쇄비는 감쇄극(attenuation pole)의 위치를 통과대역에 더 인접하여 형성시킴으로서 구현할 수 있다.

상기와 같은 종래의 적층형 유전체 필터는 공진기패턴(21) 만으로서, 공진기 간의 커플링 캐패시턴스값이 약하기 때문에, 통과대역의 인접 주파수에 대한 감쇄특성이 나빠진다. 이에 종래에는 원하는 필터링 특성을 갖도록 감쇄극의 위치를 조절하기 위하여, 상기 공진기 패턴(21)과는 다른 층에 공진기 패턴(21)간의 캐패시턴스를 향상시키는 커플링패턴(24)을 더 구비하였다. 상기 감쇄극의 위치 조절을 위한 커플링 패턴(24)은 공간적인 제약때문에 공진기 패턴(21)이 형성된 층과다는 다른 층에 형성되며, 3개의 공진기 패턴(21)과 모두 전자기적으로 결합하도록, 상 기 복수의 공진기 패턴(21)로부터 소정 간격 떨어진 상부 또는 하부의 층에 상기 공진기 패턴(21)과 대략 평행하도록 형성된다.

이와 같은 적층형 유전체 필터의 등가회로는 도 4에 도시한 바와 같이 나타난다. 상기 도 4의 회로에서, 부호 41a~41c는 상기 3개의 공진기패턴(21)에 의해서 구현되는 공진기를 나타내며, 부호 42a~42c는 각각 상기 3개의 공진기패턴(21)과 평행한 도전성패턴(22)들에 의해 형성되는 부하 캐패시터를 표시하며, Cc는 공진기 패턴(21)간의 커플링값을 나타낸다.

상기에서, 공진기(41a~41c)간에 형성되는 커플링값(Cc)는 공진기 패턴(21)간의 자기 결합 및 커플링패턴(24)과의 전자기적 결합에 의하여 결정되며, 상기 커플링값(Cc)에 따라서 필터링 특성이 달라진다.

그러나, 상기와 같은 종래의 적층형 유전체 필터는 통과대역의 인접주파수에 대한 감쇄율을 향상시키기 위해서 커플링 패턴이 인쇄된 층을 더 구비하여야 하기 때문에, 소자의 더 두꺼워지는 문제점이 있으며, 또한, 라인 형태의 얇은 커플링 패턴으로 감쇄극의 위치를 조정하기 때문에, 특성 조정이 용이하지 않다는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 그 목적은 별도의 커플링 패턴의 추가없이 통과대역의 인접 주파수를 충분히 감쇄시킬 수 있으며 특성 조정이 용이한 적층형 유전체 필터를 제공하는 것이다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 구성수단으로서, 본 발명은

다수의 유전체 시트를 적층하여 형성된 유전체 블록;

상기 유전체 블럭의 전후면에 형성되는 접지용 외부전극;

상기 유전체 블럭의 양 측면에 각각 상기 접지용 외부전극과 절연되도록 형성되는 입/출력용 외부전극;

상기 유전체 블록의 내층 동일 평면상에 일단이 상기 접지용 외부전극에 접속되도록 형성된 복수의 제1 공진기 패턴;

상기 유전체 블록의 내층에서 상기 복수의 제1공진기 패턴의 상부 또는 하부 소정 평면상의 인접한 두 제1 공진기 패턴들 사이와 대응되는 위치에 형성되는 하나 이상의 제2 공진기 패턴;

상기 복수의 제1공진기 패턴중 좌우측 끝에 위치한 제1공진기 패턴을 상기 입/출력용 외부전극과 전기적으로 연결시키는 2개의 임피던스 매칭용 도전성 패턴;

상기 복수 공진기 패턴을 외부로부터 차폐시키기 위하여 상기 복수 공진기 패턴의 상하부에 위치하고, 접지용 외부전극에 연결되도록 형성된 2개의 차폐용 도전성 패턴을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 적층형 유전체 필터를 제공한 다.

더하여, 본 발명에 의한 적층형 유전체 필터에 있어서, 상기 제1 및 제2 공진기 패턴은 좁은 폭과 소정의 길이를 갖는 제1패턴부와 상기 제1패턴부보다 큰 면적을 갖는 사각형태의 제2패턴부가 연결되어 이루어진 스텝 임피던스 공진기(stepped impedence resonator)로 구현되는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 의한 적층형 유전체 필터의 구성 및 작용에 대하여 설명한다.

도 3은 본 발명에 의한 적층형 유전체 필터를 나타낸 내부 사시도로서, 본 발명은 다수의 유전체 시트를 적층하여 형성된 유전체 블록(11)과, 상기 유전체 블럭(11)의 양 측면에 각각 형성되는 입/출력용 외부전극(12,13)와, 상기 유전체 블럭(11)의 전후면에 형성되는 접지용 외부전극(14)을 구비하는 적층형 유전체 필터에 있어서, 상기 유전체 블록(11)의 대략 중앙부에 위치한 소정층의 동일 평면상에 상호 평행하게 배치되어 형성되는 복수의 제1 공진기 패턴(31a,31b)과, 상기 유전체 블록(11) 내부의 상기 제1 공진기 패턴(31a,31b)와 소정 간격 떨어진 상부 또는 하부 층에 상기 제1공진기 패턴(31a,31b)들의 사이에 위치하도록 형성되는 하나 이상의 제2 공진기 패턴(31c)와, 상기 복수의 제1 공진기 패턴(31a,31b) 중 양측에 배치된 두개의 제1 공진기 패턴(31a,31b)을 상기 입/출력용 외부전극(12,13)까지 연결하도록 상기 유전체블록(11)의 내부 제1 공진기패턴(31a,31b)와 동일평면상에 형성되는 2개의 임피던스 매칭용 도전성 패턴(32)과, 상기 외부 잡음 유입을 차폐시키기 위하여 상기 복수 공진기 패턴(21)의 상하부에 위치하고, 접지용 외부전극(14)에 연결되도록 형성된 2개의 차폐용 도전성 패턴(34)를 포함하여 구성된다. 상기 제2공진기패턴(31c)는 두개의 제1공진기패턴(31a,31b)의 일부분과 동시에 마주보게 된다.

그리고, 상기 적층형 유전체 필터에 있어서, 상기 제1,2 공진기 패턴(31a,31b,31c)은 넓은 통과대역폭을 얻고자 하는 경우, 좁은 폭과 소정의 길이를 갖는 제1패턴부와 상기 제1패턴부보다 큰 면적을 갖는 사각형태의 제2패턴부가 연결되어 이루어진 스텝 임피던스 공진기(stepped impedence resonator)로 구현된다.

상기 도 3에 보인 적층형 유전체 필터에 있어서, 두개의 제1공진기패턴(31a,31b)의 사이 및, 상기 제1공진기패턴(31a,31b)와는 다른 층에 형성된 제2공진기패턴(31c)과의 사이에는 자기 결합이 발생하여 상호 공진현상이 발생하고 이에 의하여 소정 대역내의 신호는 적은 삽입손실로 통과시키고, 상기 대역외의 신호는 감쇠시키는 작용을 수행한다.

상기 적층형 유전체 필터의 등가회로는 도 1에 보인 필터와 마찬가지로, 도 4와 같이 나타난다.

앞서 설명한 바와 마찬가지로, 도 4에서, 부호 41a~41c는 상기 제1,2공진기 패턴(31a~31c)에 의해서 구현되는 공진기를 나타내는데, 이때, 입력과 출력에 연결된 공진기(41a,41c)는 각각 제1공진기패턴(31a)에 대응되고, 중간에 구비되는 공진기(41b)는 다른 층에 형성된 제2공진기 패턴(31c)에 대응한다. 그리고, 부호 42a~42c는 각각 상기 제1,제2 공진기패턴(31a~31c)에 형성되는 부하 캐패시터를 표시하며, Cc는 상기 공진기(41a~41c)간의 커플링 캐패시턴스를 나타낸다. 여기서, 커플링값은 제1,2공진기패턴(31a~31c)간의 결합에 있어서 전기적 결합에 비하여 상대적으로 자기적 결합이 강하기 때문에, 커플링 캐패시턴스로 나타낸다.

이때, 상기 적층형 유전체 필터의 통과대역은 상기 제1,2 공진기 패턴(31a~31c)에 따른 공진주파수에 따라서 결정되며, 통과대역외의 인접 주파수에 대한 감쇄특성은 상기 커플링 캐패시턴스(Cc)에 따라서 좌우된다. 종래에는 공진기(41a~41c)간의 커플링값을 조절하기 위하여 별도의 커플링패턴(24)을 형성하고, 상기 커플링패턴(24)의 크기 및 공진기 패턴(21)간의 간격을 조정하여 커플링 패턴을 조정한다. 그러나, 본 발명에 의한 적층형 유전체 필터에서는 상기 커플링 캐패시턴스(Cc)가 상기 제1공진기패턴(31a,31b)과 제2공진기패턴(31c) 상호 간의 거리, 제1공진기패턴(31a,31b)와 제2공진기패턴(31c)이 서로 마주보는 영역의 크기, 유전체블록(11)의 유전율 등에 따라서 결정된다.

따라서, 본 발명에 의한 적층형 유전체 필터는 제1공진기패턴(31a,31b)과 제2공진기패턴(31c)간의 유전층의 두께를 조절함으로서, 필터링 특성, 특히 감쇄특성을 조정할 수 있다.

더불어, 상기 적층형 유전체 필터는 제1공진기패턴(31a,31b)과 제2공진기 패턴(31c)간에 서로 마주보는 부분의 면적이 크기 때문에, 공진기간에 충분한 커플링 캐패시턴스가 확보되며, 따라서, 도 2에 보인 적층형 유전체 필터와 같이, 커플링패턴(24) 뿐만 아니라 부하 캐패시턴스용 도전성패턴(23)도 필요없게 된다.

이와 같이, 별도의 커플링 캐패시턴스 형성을 위한 도전성패턴을 추가하지 않고도 원하는 감쇄특성을 얻을 수 있는 충분한 커플링 캐패시턴스가 형성되기 때문에, 도 2와 대비할 때, 패턴이 형성된 유전체 층이 훨씬 감소되고, 이로부터 소자의 사이즈 감소를 도모할 수 있다. 실제로, 동일한 필터링 특성을 나타낸다고 할때, 도 2와 같은 구조로 구현된 적층형 유전체 필터의 사이즈가 25×20이었던데 반하여, 도 3에 보인 구조로 구현된 적층형 유전체 필터는 20×12까지 사이즈를 감소시킬 수 있었다.

상술한 바에 의하면, 본 발명에 의한 적층형 유전체 필터는 공진기 패턴의 구조를 변경함으로서, 다른 커플링용 도전성패턴의 추가없이 충분한 커플링 캐패시 턴스가 형성되며, 그 결과 소자 사이즈를 감소시킬 수 있는 효과가 있으며, 더불어, 공진기 패턴간의 유전층 거리 조절을 통해 커플링 캐패시턴스가 조정됨으로서, 필터 특성 조정이 용이한 효과를 제공할 수 있다.

Claims (2)

1. 다수의 유전체 시트를 적층하여 형성된 유전체 블록;

   상기 유전체 블럭의 전후면에 형성되는 접지용 외부전극;

   상기 유전체 블럭의 양 측면에 각각 상기 접지용 외부전극과 절연되도록 형성되는 입/출력용 외부전극;

   상기 유전체 블록의 내층 동일 평면상에 일단이 상기 접지용 외부전극에 접속되도록 형성된 복수의 제1 공진기 패턴;

   상기 유전체 블록의 내층에서 상기 복수의 제1공진기 패턴의 상부 또는 하부 소정 평면상의 인접한 두 제1 공진기 패턴들 사이와 대응되는 위치에 형성되는 하나 이상의 제2 공진기 패턴;

   상기 복수의 제1공진기 패턴중 좌우측 끝에 위치한 제1공진기 패턴을 상기 입/출력용 외부전극과 전기적으로 연결시키는 2개의 임피던스 매칭용 도전성 패턴;

   상기 복수 공진기 패턴을 외부로부터 차폐시키기 위하여 상기 복수 공진기 패턴의 상하부에 위치하고, 접지용 외부전극에 연결되도록 형성된 2개의 차폐용 도전성 패턴을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 적층형 유전체 필터.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 공진기 패턴은

   좁은 폭과 소정의 길이를 갖는 제1패턴부와 상기 제1패턴부보다 큰 면적을 갖는 사각형태의 제2패턴부가 연결되어 이루어진 스텝 임피던스 공진기(stepped impedence resonator)로 구현되는 것을 특징으로 하는 적층형 유전체 필터.

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