KR101160560B1 - 결합 선로 필터 및 이의 배치 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 결합 선로 필터 및 이의 배치 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 높은 주파수 대역에서 사용가능한 결합 선로 필터와 이의 배치 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 결합 선로 필터는, 미리 결정된 중심 주파수에서 270°의 전기적인 길이를 가지며 입/출력 포트와 연결된 평행한 제 1 선로 공진기 및 제 2 선로 공진기와, 제 1 선로 공진기와 제 2 선로 공진기 사이에 위치하고, 한 측이 제 1 선로 공진기와 상기 제 2 선로 공진기의 한 측에 배열되며 중심 주파수에서 90°의 전기적인 길이를 갖는 선로 공진기를 적어도 하나 이상 포함하는 제 3 공진부를 포함하되, 제 3 공진부의 선로 공진기의 개수는 제 1 선로 공진기와 제 2 선로 공진기를 포함하여 결합 선로 필터의 차수(order)가 되는 것을 특징으로 한다.
LTCC(Low-Temperature Co-fired Ceramic), 필터(filter), 인터-디지털(inter-digital)
Description
본 발명은 결합 선로 필터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 높은 주파수 대역에서 사용가능한 결합 선로 필터에 관한 것이다.
광대역 신호 이용 및 고속 데이터 처리에 유리한 무선 주파수 대역으로 매우 높은 주파수를 이용하는 것에 관심이 증폭되고 있다. 구체적으로, 60GHz 대역 이상을 선호하고 있으며, 이에 대한 개별 부품 및 시스템 개발 연구가 국내외에서 지속적으로 이루어지고 있다. 또한, 개별 부품 구현에 소형화 및 저 가격화가 가능하도록 3차원 집적이 가능한 LTCC(Low-Temperature Co-fired Ceramic) 기술이 사용되고 있다.
한편, 무선 통신 시스템에서 없어서는 안 될 부품 중의 하나가 원하는 주파수 대역 신호만을 선택하는 필터이다. 이러한 필터는 무선 통신 시스템에서 소형화와 저 가격화를 가장 어렵게 만드는 요소 중에 하나이다. 이러한 무선 통신 시스템 에서 사용되는 필터에는 럼프드 소자(lumped element)를 이용한 필터, 전송 선로(Trnsmission Line)를 이용한 마이크로스트립 또는 스트립라인 필터, 공진기 필터, 도파관 필터, SAW(Surface Acoustic Wave) 필터 등이 있다.
위와 같이, 다양한 필터들 중에서, 공진기 필터는 마이크로파 대역에서 주로 사용되는 필터이다. 이러한 공진기 필터는 공진기와 공진기 사이의 결합 요소로 이루어지고, 사용자가 사용하길 원하는 주파수 대역에서는 손실이 매우 적어야 한다. 그리고 공진기는 목표로 하는 주파수 대역폭을 얻기 위해서 사용 범위가 매우 넓은 결합량 구현이 가능한 구조이어야 한다. 그러나 이러한 공진기 필터에서 접지되어 있는 위와 아래 면 사이에 있는 전송 선로를 60GHz 대역에서 이용할 때, 약 90° 위상을 갖는 공진기 필터의 품질 계수가 매우 적기 때문에 잘 이용되고 있지 않다.
한편, 전송 선로를 이용한 필터는 높은 품질 계수 성능을 갖기 위해서 전송 선로의 삽입 손실 특성이 우수해야 하는데, 이러한 이유로 도체로 둘러싸인 도파관 구조를 이용한 필터를 주로 사용하고 있다. 이러한 도파관 구조의 필터를 LTCC 기술에서는 옆면을 도체면 대신 비아(via)들로 둘러싸 구현하고 있다.
이러한 도파관 구조의 형태를 갖는 LTCC 필터는 기존의 도파관 필터와 유사한 공진기 형태 및 공진기간 결합 구조를 갖는다. 단지 입력 및 첫 번째 공진기 사이의 결합이 마이크로스트립 선로와 직접 결합이 이루어지도록 하고 있고, 다층으로 구성된 도파관들이 슬롯에 의해 결합되어 있다. 이에 대하여 미국공개특허 제 2004-0041663 호와 미국공개특허 제 2007-0120628 호에 개시되어 있다. 그러나 개시된 발명 기술을 사용함에 있어, 공진기간의 결합 및 입출력 포트와 공진기간의 결합량이 매우 적기 때문에 광대역을 특성을 갖는 필터를 구현하는데 한계가 있다.
한편, 마이크로파 대역에서 사용되는 결합 선로 필터 중에서 인터-디지털 필터가 있다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 이를 구체적으로 살펴보기로 한다.
도 1은 일반적인 인터-디지털(inter-digital) 필터를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 일반적인 인터-디지털 필터는 마이크로파 대역에서 사용되는 대역 통과 필터(band pass filter)의 한 종류이다. 이러한 대역 통과 필터는 평면형 기판형태를 가지며, 입력 선로(input)와 출력 선로(output) 사이에 복수의 선로 공진기들(110, 120, 130, 140, 150)이 구비된다. 여기서, 복수의 선로 공진기들(110, 120, 130, 140, 150)은 동일한 형태를 가지는 복수의 전송 선로들로 구현된다. 그리고 복수의 선로 공진기들(110, 120, 130, 140, 150)은 서로 미리 결정된 간격만큼 이격되어 배치된다. 도 1에서는 첫 번째 공진기(110)와 두 번째 공진기(120) 사이의 간격을 g12로 표시하였으며, 설계 대역폭에 따라 각 공진기 사이의 간격은 결정된다. 그리고 복수의 선로 공진기들(110, 120, 130, 140, 150) 각각의 한 측에만 접지되며, 각각의 접지들은 교번하여 접지된다. 예를 들어 홀수 번째의 공진기들(110, 130, …, 150)이 제1측(도면의 하단부)에 접지되는 경우 짝수 번째의 공진기들(120, …, 140)은 제2측(도면의 상단부)에 접지된다.
이러한 인터-디지털 필터의 선로 공진기들(110, 120, 130, 140, 150)은 사용자가 원하는 해당 중심 주파수에서 90°의 전기적인 길이를 가져야 한다. 여기서, 선로 공진기들(110, 120, 130, 140, 150)이 90°의 전기적인 길이를 갖는다는 의미는 선로 공진기들(110, 120, 130, 140, 150) 각각이 해당 주파수에서 λ(파장)/4의 길이를 갖는 것을 의미한다. 예를 들면, 1GHz에서 1λ는 300mm이므로, 1GHz에서 선로 공진기가 90°의 전기적인 길이를 갖기 위해서는 그 길이가 75mm이어야 함을 의미한다. 따라서, 주파수가 높으면 높을수록 파장은 짧기 때문에, 선로 공진기의 길이는 짧아진다.
위와 같이, 매우 높은 주파수에서 파장은 매우 짧기 때문에, 선로 공진기의 길이는 짧아질 수 밖에 없다. 예를 들어, 해당 중심 주파수가 60GHz인 경우, 선로 공진기가 자유공간에서 90°의 전기적인 길이를 가지려면, 그 길이는 1.25mm이어야 한다. 하지만, 도 1과 같은 인터-디지털 필터를 실제로 설계할 때, 즉 선로 공진기들을 소정의 기판 위에 구현할 경우, 선로 공진기들의 길이는 폭에 비해 별로 길지 않다. 그리고 공진기의 길이가 짧아지면, 인터-디지털 필터의 삽입 손실에 영향을 주는 공진기의 품질계수(Q)가 낮아진다.
따라서, 매우 높은 주파수에서 선로 공진기의 전기적 길이가 90°인 경우 보다 270°인 것을 사용하는 것이 위에서 언급한 문제점을 극복할 수 있다. 그러나 270°의 전기적 길이를 갖는 선로 공진기를 사용하여 결합 선로 필터를 구현하는 경우, 사용자가 원하지 않는 낮은 주파수 대역에서도 통과 대역이 형성될 수 있는 문제가 있다.
따라서, 본 발명에서는 광대역 특성을 가지며, 삽입 손실이 낮은 결합 선로 필터를 제공한다.
또한, 본 발명에서는 사용자 원하는 해당 주파수 대역에서만 통과 대역을 형성할 수 있는 결합 선로 필터를 제공한다.
또한, 본 발명에서는 다층 구조 기판에 적합한 결합 선로 필터를 제공한다.
본 발명에 따른 결합 선로 필터는, 미리 결정된 중심 주파수에서 270°의 전기적인 길이를 가지며 입/출력 포트와 연결된 평행한 제 1 선로 공진기 및 제 2 선로 공진기와, 제 1 선로 공진기와 제 2 선로 공진기 사이에 위치하고, 한 측이 제 1 선로 공진기와 상기 제 2 선로 공진기의 한 측에 배열되며 중심 주파수에서 90°의 전기적인 길이를 갖는 선로 공진기를 적어도 하나 이상 포함하는 제 3 공진부를 포함하되, 제 3 공진부의 선로 공진기의 개수는 제 1 선로 공진기와 제 2 선로 공진기를 포함하여 결합 선로 필터의 차수(order)가 되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 결합 선로 필터의 배치 방법은, 미리 결정된 중심 주파수에서 270°의 전기적인 길이를 갖는 제 1 선로 공진기와 제 2 선로 공진기를 평행하도록 배치하는 과정과, 중심 주파수에서 90°의 전기적인 길이를 갖는 선로 공진기를 적어도 하나 이상 포함하는 제 3 공진부를 제 1 선로 공진기와 제 2 선로 공진기 사이에 배치하되, 선로 공진기의 한 측이 제 1 선로 공진기와 제 2 선로 공진기의 한 측에 배열되도록 배치하는 과정을 포함한다.
본 발명에 따른 결합 선로 필터를 사용하면, 다층 구조 기판에 적합하기 때문에 집적화에 유리한 이점이 있다. 또한, 광대역 특성을 가지며, 삽입 손실이 낮은 이점이 있다. 또한 다층 기판으로 구현이 가능하여 결합량을 증가시킴으로써 사용 주파수 대역을 넓힐 수 있는 이점이 있다. 또한, 사용자 원하는 해당 주파수 대역에서만 통과 대역을 형성하고, 그 이외의 낮은 주파수 대역에서는 통과 대역을 형성하지 않는 이점이 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어 당업자에게 자명한 부분에 대하여는 본 발명의 요지를 흩뜨리지 않도록 생략하기로 한다. 또한 이하에서 설명되는 각 용어들은 본 발명의 이해를 돕기 위해 사용된 것일 뿐이며, 각 제조 회사 또는 연구 그룹에서는 동일한 용도임에도 불구하고 서로 다른 용어로 사용될 수 있음에 유의해야 한다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 홀수 차를 갖는 결합 선로 필터의 예를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 결합 선로 필터는 입력(input) 선로, 출력(output) 선로 및 복수의 선로 공진기들(210, 211, 212, …, 213, 214)을 포함한다.
입력 선로는 첫 번째 선로 공진기(210)와 직접 연결되고, 출력 선로는 마지 막 번째 선로 공진기(214)와 직접 연결된다.
복수의 선로 공진기들(210, 211, 212, …, 213, 214)의 수는 사용자가 원하는 차수(order)에 따라 결정된다. 따라서, 사용자가 3차의 결합 선로 필터를 설계하길 원하는 경우 3개의 선로 공진기들로 구현할 수 있다.
또한, 복수의 선로 공진기들(210, 211, 212, …, 213, 214)은 각각 설계 값에 따라 결정된 폭의 넓이를 값을 가지며, 서로 평행하게 배치된다. 하지만, 복수의 선로 공진기들(210, 211, 212, …, 213, 214)의 길이는 도 2에 도시된 바와 같이, 모두 동일하지 않다. 즉, 복수의 선로 공진기들(210, 211, 212, …, 213, 214) 중에서, 도 2에서 볼 때, 입력 선로부터 홀수(odd) 번째에 위치한 선로 공진기들(210, 212, …, 214)의 길이는 미리 결정된 제 1 값의 길이를 가지며, 입력 선로로부터 짝수(even) 번째에 위치한 선로 공진기들(211, …, 213)은 미리 결정된 제 2 값의 길이를 가진다. 본 발명에서는 제 1 값과 제 2 값은 서로 다른 값이며, 제 1 값이 제 2 값보다 큰 경우를 가정하였다. 바람직하게는 짝수 번째에 위치한 선로 공진기들(211, …, 213)의 제 1 길이는 홀수 번째에 위치한 선로 공진기들(210, 212, …, 214)의 제 2 길이의 1/3인 값을 가지는 것이 바람직하다. 그리고 홀수 번째에 위치한 선로 공진기들(210, 212, …, 214)의 전기적인 길이는 270°이고, 짝수 번째에 위치한 선로 공진기들(211, …, 213)의 전기적인 길이는 90°인 것이 바람직하다.
또한, 복수의 선로 공진기들(210, 211, 212, …, 213, 214) 각각의 한 측은 접지(GND)와 연결된다. 여기서, 접지는 접지 선로(미도시)로 구현되어 복수의 선로 공진기들(210, 211, 212, …, 213, 214)과 직접 연결될 수 있다. 또한, 복수의 선로 공진기들(210, 211, 212, …, 213, 214)이 배치된 소정의 특정 기판의 위 또는 아래에 형성된 접지면(미도시)으로 구현되어 비아(via)를 통해 복수의 공진기들(210, 211, 212, …, 213, 214)과 연결될 수 있다. 이러한 접지면(미도시)에 대하여는 이후 도 10을 설명하는 부분에서 상세히 설명하도록 한다.
또한, 복수의 선로 공진기들(210, 211, 212, …, 213, 214) 각각의 양측 중에서 한 측만 접지와 연결된다. 그리고, 복수의 선로 공진기들(210, 211, 212, …, 213, 214)이 접지와 연결되는 방향이 모두 같다.
또한, 홀수 번째에 위치한 선로 공진기들(210, 212, …, 214)의 한 측, 즉 접지와 연결된 한 측과 짝수 번째에 위치한 선로 공진기들(211, …, 213)의 한 측, 즉 접지와 연결된 한 측은 유사한 위치에 배열되는 것이 바람직하다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 결합 선로 필터를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 결합 선로 필터는, 도 2에 도시된 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 결합 선로 필터의 구조와 유사하지만, 복수의 선로 공진기들(310, 311, 312, …, 313, 314)의 접지 방향이 도 2에 도시된 복수의 선로 공진기들(210, 211, 212, …, 213, 214)의 접지 방향과 다르다는 점을 특징으로 한다. 즉, 복수의 선로 공진기들(310, 311, 312, …, 313, 314) 중 짝수 번째에 위치한 선로 공진기들(311, …, 313)의 다른 한 측이 접지와 연결된다. 여기서, 짝수 번째에 위치한 선로 공진기들(311, …, 313)의 다른 한 측은 홀수 번째에 위치한 선로 공진기들(310, 312, …, 314)에 위치되지 않은 측을 말한다.
이와 같이, 도 2와 도 3에 도시된 본 발명의 실시 예들은 길이가 짧은 선로 공진기들의 접지 방향이 길이가 긴 선로 공진기들의 접지 방향과 같거나 반대인 경우를 나타낸 것이다. 도 2와 도 3에 도시된 결합 선로 필터들 모두 유사한 효과를 갖지만, 도 2에 도시된 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 결합 선로 필터는 접지의 방향이 모두 같기 때문에, 도 3에 도시된 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 결합 선로 필터보다 결합량이 작다. 따라서, 둘 중에서 도 3에 도시된 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 결합 선로 필터를 사용하는 것이 더 바람직하다.
도 4는 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 결합 선로 필터를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 결합 선로 필터는, 도 2에 도시된 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 결합 선로 필터의 구조와 유사하다. 하지만, 도 1에 도시된 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 결합 선로 필터의 짝수 번째에 위치한 선로 공진기들(211, …, 213)은 홀수 번째에 위치한 선로 공진기들(210, 212, …, 214)의 한 측에 배치되는 반면, 도 4에 도시된 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 결합 선로 필터의 짝수 번째에 위치한 선로 공진기들(411, …, 413)은 홀수 번째에 위치한 선로 공진기들(410, 412, …, 414)의 다른 한 측에 배치된다. 그리고, 도 4에 도시된 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 결합 선로 필터의 짝수 번째에 위치한 선로 공진기들(411, …, 413)에서 배치되지 않은 측이 접지된다.
도 5는 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 결합 선로 필터를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 결합 선로 필터는, 도 3에 도시된 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 결합 선로 필터의 구조와 유사하다. 하지 만, 도 3에 도시된 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 결합 선로 필터의 짝수 번째에 위치한 선로 공진기들(311, …, 313)은 홀수 번째에 위치한 선로 공진기들(310, 312, …, 314)의 한 측에 배치되는 반면, 도 5에 도시된 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 결합 선로 필터의 짝수 번째에 위치한 선로 공진기들(511, …, 513)은 홀수 번째에 위치한 선로 공진기들(510, 512, …, 514)의 다른 한 측에 배치된다. 그리고, 도 5에 도시된 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 결합 선로 필터의 짝수 번째에 위치한 선로 공진기들(511, …, 513)에서 배치된 측이 접지된다.
이와 같이, 도 4와 도 5에 도시된 본 발명의 실시 예들은 길이가 짧은 선로 공진기들의 접지 방향이 길이가 긴 선로 공진기들의 접지 방향과 같거나 반대인 경우를 나타낸 것이다. 도 4와 도 5에 도시된 결합 선로 필터들 모두 유사한 효과를 갖지만, 도 4에 도시된 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 결합 선로 필터는 접지의 방향이 모두 같기 때문에, 도 5에 도시된 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 결합 선로 필터보다 결합량이 작다. 따라서, 둘 중에서 도 5에 도시된 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 결합 선로 필터를 사용하는 것이 더 바람직하다.
도 6은 본 발명의 제 5 실시 예에 따른 결합 선로 필터를 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제 5 실시 예에 따른 결합 선로 필터는, 도 3에 도시된 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 결합 선로 필터의 구조에 도 5에 도시된 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 결합 선로 필터의 짝수 번째에 위치한 선로 공진기들(511, …, 513)을 추가한 것과 동일한 구조이다.
이러한 본 발명의 제 5 실시 예에 따른 결합 선로 필터에 있어서, 짝수 번째 에 위치한 선로 공진기들(611, 612, …, 614, 615)은 90°의 전기적인 길이를 가지며, 첫 번째 선로 공진기(610)와 마지막 번째 선로 공진기(616)의 양 측에 각각 배치되므로, 두 번째에 위치한 선로 공진기들(611, 612)의 간격은 λ/4가 된다.
도 7은 본 발명의 제 6 실시 예에 따른 결합 선로 필터를 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 제 6 실시 예에 따른 결합 선로 필터는, 도 5에 도시된 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 결합 선로 필터의 선로 공진기들(510, 511, 512, …, 513, 514) 중에서 첫 번째 선로 공진기(510)와 마지막 번째 선로 공진기(514)의 형태만 다를 뿐 다른 나머지 선로 공진기들(511, 512, …, 513)의 형태는 동일하다.
첫 번째 선로 공진기(710)와 마지막 번째 선로 공진기(714)는 'U'자 형태로 구부러진 형태를 갖는다. 그리고 첫 번째 선로 공진기(710)와 마지막 번째 선로 공진기(714)가 'U'자 형태로 형성되더라도, 첫 번째 선로 공진기(710)와 마지막 번째 선로 공진기(714)의 전기적인 길이는 270°를 유지한다.
도 8은 본 발명의 제 7 실시 예에 따른 결합 선로 필터를 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 제 7 실시 예에 따른 결합 선로 필터는, 도 7에 도시된 본 발명의 제 6 실시 예에 따른 결합 선로 필터와 유사하지만, 첫 번째 선로 공진기(810)와 마지막 번째 선로 공진기(814)를 제외한 모든 선로 공진기들(811, 812, …, 813)의 전기적인 길이가 90°인 점에서 차이가 있다.
앞서 살펴본 바와 같이, 도 2 내지 도 8에 도시된 본 발명의 여러 실시 예에 따른 결합 선로 필터들은, 일반적인 인터-디지털 필터에서 사용되는 전송 선로들 보다 적은 양의 전송 선로를 이용하여 공진기를 구성하므로, 경제적인 효과가 있으며 아울러 다층 형태의 기판을 이용하여 다른 회로와 쉽게 집적이 가능한 이점이 있다.
또한, 사용자가 원하는 높은 주파수 대역이외의 저주파 대역에서 통과 대역이 생기지 않는 이점이 있다. 또한, 광대역 특성을 가지며, 삽입 손실이 낮은 이점이 있다. 이러한 이점들은 이하에서 첨부된 도면을 참조하여 살펴보기로 한다.
도 9는 도 1에 도시된 일반적인 3차 인터-디지털 필터를 LTCC 기술에 적용시킨 경우의 사시도이고, 도 10은 도 1에 도시된 일반적인 3차 인터-디지털 필터를 3단으로 적층시킨 경우의 사시도이고, 도 11은 도 3에 도시된 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 결합 선로 필터 3차로 구성하고 이를 LTCC 기술을 적용시켜 3단으로 적층시킨 경우의 사시도이다.
먼저, 도 9를 참조하면, 일반적인 3차 인터-디지털 필터를 구성하는 입력 선로, 출력 선로 및 복수개의 선로 공진기들이 LTCC 기판(910) 내에 배치된다. 여기서, LTCC 기판(910)의 윗면과 아랫면에는 접지면이 형성되어 있다. 그리고 LTCC 기판(910)내의 복수개의 선로 공진기들 각각의 한 측은 비아(920)를 통해 접지면과 연결되어 있다.
한편, 실제 구현된 LTCC 기판(910)은 유전율이 5.9, 손실 탄젠트가 0.002인 것을 이용하였고, 복수의 선로 공진기들은 해당 중심 주파수에서 전기적인 길이가 270°인 전송 선로를 이용하여 구현하였다.
도 10을 참조하면, 이 결합 선로 필터는 LTCC 기판(1010) 내에 도 1에 도시 된 일반적인 인터-디지털 필터가 3층으로 적층된 것이다. 도 9와 마찬가지로, LTCC 기판(1010)의 윗면과 아랫면에는 접지면이 형성되어 있고, 비아(1020)를 통해 복수개의 선로 공진기들이 접지면과 연결된 구조이다. 또한, 복수개의 선로 공진기들은 도 9에 도시된 복수의 선로 공진기들과 마찬가지로 해당 중심 주파수에서 전기적인 길이가 270°인 전송 선로를 이용하여 구현하였다.
도 11을 참조하면, 이 결합 선로 필터는 도 3에 도시된 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 결합 선로 필터를 3단으로 적층하여 LTCC 기판(1110) 내에 배치되도록 한 것이다. 이러한 구조도 역시 비아(1120)를 통해 복수개의 공진기들이 접지면과 연결된다. 도 11에 도시된 복수개의 공진기들 중 길이가 긴 공진기들은 해당 중심 주파수에서 전기적인 길이가 270°인 전송 선로로 구현하였고, 길이가 짧은 공진기들은 길이가 긴 공진기들의 길이보다 1/3 짧은, 즉 전기적인 길이가 90°인 전송 선로로 구현하였다.
이러한 도 9 내지 도 11에 도시된 결합 선로 필터들의 효과를 해석하는데 있어서, 고주파 회로 해석에 신뢰성 높은 전자계 기법을 사용하였다. 이하, 도 12 내지 도 13을 참조하여, 도 9 내지 도 11에 도시된 필터들의 효과를 살펴본다 .
도 12는 도 9 내지 도 11에 도시된 결합 선로 필터들의 S11(반사계수)과 S21(투과계수)을 비교한 그래프이다. 도 12에서, 도면 부호 1210은 도 9에 도시된 결합 선로 필터의 S11과 S21을 나타낸 그래프이고, 도면 부호 1220은 도 10에 도시된 결합 선로 필터의 S11과 S21을 나타낸 그래프이며, 도면 부호 1230은 도 11에 도시된 결합 선로 필터의 S11과 S21을 나타낸 그래프이다.
도 12를 참조하면, 도 9와 도 10에 도시된 일반적인 인터-디지털 필터들의 S11과 S21이 유사한 것을 보여주고 있다. 그리고 따로 도면을 첨부하지는 않았지만, 도 10에 도시된 필터의 선로 공진기들의 간격을 약 40um 이상 넓혀도 도 9에 도시된 결합 선로 필터와 유사한 결과를 갖는 것으로 확인할 수 있었다.
다시, 도 12를 참조하면, 도 11에 도시된 본 발명의 결합 선로 필터는 높은 주파수 영역에서 도 9와 도 10에 도시된 일반적인 인터-디지털 필터들과 유사한 주파수 특성을 갖는 것을 알 수 있다.
도 13은 도 10 내지 도 11에 도시된 결합 선로 필터들의 S21(투과 계수)을 낮은 주파수 대역에서 비교한 그래프이다. 도 13에서, 도면 부호 1220은 도 10에 도시된 결합 선로 필터의 S21을 나타낸 그래프이고, 도면 부호 1230은 도 11에 도시된 결합 선로 필터의 S21을 나타낸 그래프이다.
도 13을 참조하면, 도 11에 도시된 본 발명의 결합 선로 필터는 도 10에 도시된 일반적인 인터-디지털 필터보다 낮은 주파수 대역에서 약 20dB 정도의 차단 효과가 더 있음을 확인할 수 있다. 이러한 결과를 바탕으로, 도 11에 도시된 본 발명의 결합 선로 필터에 더 많은 수의 짧은 선로 공진기들을 사용하면, 낮은 주파수 대역에서의 신호 차단 효과가 더욱 증대될 것으로 예상된다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
도 1은 일반적인 인터-디지털 필터를 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 결합 선로 필터를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 결합 선로 필터를 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 결합 선로 필터를 나타낸 도면,
도 5는 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 결합 선로 필터를 나타낸 도면,
도 6은 본 발명의 제 5 실시 예에 따른 결합 선로 필터를 나타낸 도면,
도 7은 본 발명의 제 6 실시 예에 따른 결합 선로 필터를 나타낸 도면,
도 8은 본 발명의 제 7 실시 예에 따른 결합 선로 필터를 나타낸 도면,
도 9는 도 1에 도시된 일반적인 3차 인터-디지털 필터를 LTCC 기술에 적용시킨 경우의 사시도,
도 10은 도 1에 도시된 일반적인 3차 인터-디지털 필터를 3단으로 적층시킨 경우의 사시도,
도 11은 도 3에 도시된 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 결합 선로 필터 3차로 구성하고 이를 LTCC 기술을 적용시켜 3단으로 적층시킨 경우의 사시도,
도 12는 도 9 내지 도 11에 도시된 결합 선로 필터들의 S11(반사계수)과 S21(투과계수)을 비교한 그래프,
도 13은 도 10 내지 도 11에 도시된 결합 선로 필터들의 S21(투과 계수)을 비교한 그래프이다.
Claims (18)
- 결합 선로 필터에 있어서,미리 결정된 중심 주파수에서 270°의 전기적인 길이를 가지며 입/출력 포트와 연결된 평행한 제 1 선로 공진기 및 제 2 선로 공진기와,상기 제 1 선로 공진기와 상기 제 2 선로 공진기 사이에 위치하고, 한 측이 상기 제 1 선로 공진기와 상기 제 2 선로 공진기의 한 측에 배열되며 상기 중심 주파수에서 90°의 전기적인 길이를 갖는 선로 공진기를 적어도 하나 이상 포함하는 제 3 공진부를 포함하되, 상기 제 3 공진부의 선로 공진기의 개수는 상기 제 1 선로 공진기와 상기 제 2 선로 공진기를 포함하여 상기 결합 선로 필터의 차수(order)가 되는 것을 특징으로 하는, 결합 선로 필터.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 선로 공진기와 상기 제 2 선로 공진기의 한 측은 접지와 연결되고,상기 제 3 공진부의 선로 공진기의 한 측은 상기 접지와 연결된 것을 특징으로 하는, 결합 선로 필터.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 선로 공진기와 상기 제 2 선로 공진기의 한 측은 접지와 연결되고,상기 제 3 공진부의 선로 공진기의 다른 한 측은 상기 접지와 연결된 것을 특징으로 하는, 결합 선로 필터.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 3 공진부의 선로 공진기의 개수가 2n+1(단, n은 자연수)인 경우에,상기 제 3 선로 공진부의 선로 공진기들은 상기 제 1 선로 공진기와 상기 제 2 선로 공진기의 한 측에 위치되고,상기 제 1 선로 공진기를 기준으로, 홀수 번째에 위치한 선로 공진기는 상기 중심 주파수에서 90°의 전기적인 길이를 갖고, 짝수 번째에 위치한 선로 공진기는 상기 중심 주파수에서 270°의 전기적인 길이를 갖는 것을 특징으로 하는, 결합 선로 필터.
- 제 4 항에 있어서,상기 제 1 선로 공진기와 상기 제 2 선로 공진기의 한 측이 접지와 연결되 고,상기 짝수 번째에 위치한 선로 공진기에서, 상기 제 1 선로 공진기와 상기 제 2 선로 공진기의 한 측에 배치된 측이 상기 접지와 연결되고,상기 홀수 번째에 위치한 선로 공진기에서, 상기 제 1 선로 공진기와 상기 제 2 선로 공진기의 한 측에 배치된 측이 상기 접지와 연결된 것을 특징으로 하는, 결합 선로 필터.
- 제 4 항에 있어서,상기 제 1 선로 공진기와 상기 제 2 선로 공진기의 한 측이 접지와 연결되고,상기 짝수 번째에 위치한 선로 공진기에서, 상기 제 1 선로 공진기와 상기 제 2 선로 공진기의 한 측에 배치된 측이 상기 접지와 연결되고,상기 홀수 번째에 위치한 선로 공진기에서, 상기 제 1 선로 공진기와 상기 제 2 선로 공진기의 한 측에 배치되지 않은 측이 상기 접지와 연결된 것을 특징으로 하는, 결합 선로 필터.
- 제 4 항에 있어서,상기 중심 주파수에서 90°의 전기적인 길이를 가지며, 상기 제 1 선로 공진 기와 상기 제 2 선로 공진기의 다른 한 측에 위치되며, 상기 짝수 번째에 위치한 선로 공진기와 일렬로 배열된 선로 공진기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 결합 선로 필터.
- 결합 선로 필터에 있어서,'U'자 형태로 구부러져 형성되며, 미리 결정된 중심 주파수에서 270°의 전기적인 길이를 갖는 제 1 선로 공진기 및 제 2 선로 공진기와,상기 제 1 선로 공진기와 상기 제 2 선로 공진기 사이에 위치하고, 상기 중심 주파수에서 90°의 전기적인 길이를 갖는 선로 공진기를 적어도 하나 이상 포함하는 제 3 공진부를 포함하되, 상기 제 3 공진부의 선로 공진기의 개수는 상기 제 1 선로 공진기와 상기 제 2 선로 공진기를 포함하여 상기 결합 선로 필터의 차수(order)가 되는 것을 특징으로 하는, 결합 선로 필터.
- 제 8 항에 있어서, 상기 제 3 공진부의 선로 공진기의 개수가 2n+1(단, n은 자연수)인 경우에,상기 제 1 선로 공진기를 기준으로, 홀수 번째에 위치한 선로 공진기는 상기 중심 주파수에서 90°의 전기적인 길이를 갖고, 짝수 번째에 위치한 선로 공진기는 상기 중심 주파수에서 270°의 전기적인 길이를 갖는 것을 특징으로 하는, 결합 선로 필터.
- 제 1 항 또는 제 8 항에 있어서,상기 제 1 선로 공진기, 상기 제 2 선로 공진기 및 상기 제 3 공진부가 복수이되,상기 복수의 제 1 선로 공진기들, 상기 복수의 제 2 선로 공진기들 및 상기 복수의 상기 제 3 공진부들 각각은 적층된 것을 특징으로 하는, 결합 선로 필터.
- 제 10 항에 있어서,상기 적층된 복수의 제 1 선로 공진기들, 상기 적층된 복수의 제 2 선로 공진기들 및 상기 적층된 복수의 제 3 공진부들은 비아(Via)를 통해 접지와 연결된 것을 특징으로 하는, 결합 선로 필터.
- 결합 선로 필터의 배치 방법에 있어서,미리 결정된 중심 주파수에서 270°의 전기적인 길이를 갖는 제 1 선로 공진기와 제 2 선로 공진기를 평행하도록 배치하는 과정과,상기 중심 주파수에서 90°의 전기적인 길이를 갖는 선로 공진기를 적어도 하나 이상 포함하는 제 3 공진부를 상기 제 1 선로 공진기와 상기 제 2 선로 공진기 사이에 배치하되, 상기 선로 공진기의 한 측이 상기 제 1 선로 공진기와 상기 제 2 선로 공진기의 한 측에 배열되도록 배치하는 과정을 포함하는, 결합 선로 필터의 배치 방법.
- 제 12 항에 있어서,상기 제 1 선로 공진기와 상기 제 2 선로 공진기의 한 측을 접지와 연결시키고, 상기 제 3 공진부의 선로 공진기의 한 측을 상기 접지와 연결시키는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 결합 선로 필터의 배치 방법.
- 제 12 항에 있어서,상기 제 1 선로 공진기와 상기 제 2 선로 공진기의 한 측을 접지와 연결시키고, 상기 제 3 공진부의 선로 공진기의 다른 한 측을 상기 접지와 연결시키는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 결합 선로 필터의 배치 방법.
- 제 12 항에 있어서, 상기 제 3 공진부의 선로 공진기의 개수가 2n+1(단, n은 자연수)인 경우에,상기 제 1 선로 공진기를 기준으로, 홀수 번째에는 상기 중심 주파수에서 90°의 전기적인 길이를 갖는 선로 공진기를 배치하고, 짝수 번째에는 상기 중심 주파수에서 270°의 전기적인 길이를 갖는 선로 공진기를 배치하되, 상기 제 3 선로 공진부의 선로 공진기들은 상기 제 1 선로 공진기와 상기 제 2 선로 공진기의 한 측에 배치되도록 하는 것을 특징으로 하는, 결합 선로 필터의 배치 방법.
- 제 15 항에 있어서,상기 중심 주파수에서 90°의 전기적인 길이를 갖는 선로 공진기를 상기 짝수 번째에 위치한 선로 공진기와 일렬로 배열하되, 상기 제 1 선로 공진기와 상기 제 2 선로 공진기의 다른 한 측에 배치되도록 배열하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 결합 선로 필터의 배치 방법.
- 결합 선로 필터의 배치 방법에 있어서,미리 결정된 중심 주파수에서 270°의 전기적인 길이를 가지며, 'U'자 형태로 구부러져 형성된 제 1 선로 공진기와 제 2 선로 공진기를 서로 이격되도록 배치하는 과정과,상기 중심 주파수에서 90°의 전기적인 길이를 갖는 선로 공진기를 적어도 하나 이상 포함하는 제 3 공진부를 상기 제 1 선로 공진기와 상기 제 2 선로 공진기 사이에 배치하는 과정을 포함하는, 결합 선로 필터의 배치 방법.
- 제 17 항에 있어서, 상기 제 3 공진부의 선로 공진기의 개수가 2n+1(단, n은 자연수)인 경우에,상기 제 1 선로 공진기를 기준으로, 홀수 번째에는 상기 중심 주파수에서 90°의 전기적인 길이를 갖는 선로 공진기를 배치하고, 짝수 번째에는 상기 중심 주파수에서 270°의 전기적인 길이를 갖는 선로 공진기를 배치하는 것을 특징으로 하는, 결합 선로 필터의 배치 방법.
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