KR100394801B1 - 공진기, 필터, 듀플렉서 및 통신 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 공진기는 나사 구멍이 형성되어 있는 전도성 케이스; 상기 케이스의 내부로 적어도 일부가 삽입되는 나사; 및 상기 나사를 고정시키고 나사 구멍을 구비하고 있는 고정부재를 포함하고 있다. 이 공진기에서, 케이스의 선 팽창계수(linear expansivity)와 고정부재의 선 팽창계수는 실질적으로 동일하고, 보다 바람직하게는 나사의 선 팽창계수까지 동일하다.

Description

공진기, 필터, 듀플렉서 및 통신 장치{Resonator, filter, duplexer and communication apparatus}

본 발명은 마이크로파 대역 또는 밀리미터파 대역에서 사용되는 통신 설비의 기지국용 공진기, 필터, 듀플렉서 및 통신 장치에 관한 것이다.

종래의 공진기는 도 6 및 도 7을 참조하여 설명한다. 도 6은 종래 공진기의 분해 사시도이며, 도 7은 도 6의 선 Y-Y를 따라 절단한 단면도이다.

도 6 및 도 7에 나타난 종래 공진기(110)는, 본체부(111a)와 덮개부(111b)를 가지고 있고, 공진 공간의 기능을 하는 케이스(casing; 111); 케이스 본체부(111a)의 내부 바닥면 중앙에 한쪽 단부가 연결된 원주 형상의 내부도체(112); 케이스 덮개부(111b)로부터 케이스(111) 내부로 삽입되어 있는 나사(113); 및 나사(113)를 고정시키기 위한 고정부재로서의 기능을 하는 너트(nut; 114)를 포함한다. 여기에서, 나사(113)는, 자신의 삽입 위치를 변경하여 나사(113)와 내부도체(112)의 단부 사이에 정전 용량을 변화시킴으로써, 공진기(110)의 공진 주파수를 변화시키는데 사용된다.

일반적으로, 이런 종류의 기지국용 공진기(110)는 하이 파워 레벨(highpower level)로 사용되므로, 사용시 대량의 열을 발생시킨다. 따라서, 케이스(111), 내부도체(112) 및 나사(113)는 고가이지만 선 팽창계수(linear expansivity) (열팽창계수)가 아주 작은 인바(Invar) 등으로 형성되어, 온도 변화로 인해 나사(113)의 위치 변화 또는 케이스(111)의 크기 또는 형상에 따라 규정된 공진 공간 자체의 변화에 의해서, 공진주파수 등의 특성이 변화하지 않는다. 혹은, 케이스(111)는 알루미늄 등의 저가의 재료로 형성되고, 내부도체(112)와 나사(113)는 선 팽창계수가 케이스의 선 팽창계수와는 다른 재료로 형성된다. 이 경우에, 내부도체(112)와 나사(113)의 재료는 단기적인 온도 변화로 인해 케이스(111)로 구성된 공진 공간의 변화에 따라 공진 주파수가 변화하는 것을 상쇄하기 위한 재료가 선택된다. 반면에, 나사(113)를 고정시키는 너트(114)는 통상적으로 유통되는 철처럼 저가의 금속을 사용하여 형성된다.

상술한 바와 같이, 종래 공진기에 따른 케이스와 나사는 인바 등의 금속으로 만들어져 있고, 나사를 고정시키는 너트는 철 등의 금속으로 만들어져 있다. 따라서, 사용중에 공진기 자체의 발열이나 외부환경의 변화로 인해 장기간 주기적인 온도 변화가 발생될 때에, 케이스의 선 팽창계수와 너트의 선 팽창계수의 차이 또는 나사의 선 팽창계수와 너트의 선 팽창계수의 차이로 인해, 케이스가 나사에 가하는 힘과 너트가 나사에 가하는 힘 사이에 차이가 발생한다. 이 힘의 차이는 나사의 고정을 느슨하게 한다. 이로 인해, 나사의 위치에 변화가 생기므로, 공진 주파수가 시간 경과에 따라 악화되는 문제가 나타난다.

공진기가 제조될 때, 공진기 특성의 신뢰성을 확보하기 위해 일반적으로 고온하에서의 에이징 공정(aging process)이 필요하다. 그러나, 나사 삽입 위치를 조정한 후, 너트에 고정시켜도, 상기 선 팽창계수의 차이로 인해 에이징 공정 중에 공진기의 공진 주파수는 변화한다. 따라서, 재조정을 해야하는 문제가 있다.

따라서, 본 발명은 상술한 문제를 해결함으로써, 공진 주파수 등의 특성이 주기적인 온도 변화의 발생에 무관하게 장기간 안정적인 공진기, 필터, 듀플렉서 및 통신 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 공진기의 분해 사시도이다.

도 2는 도 1의 선 X-X를 따라 절단한 단면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 필터의 분해 사시도이다.

도 4는 본 발명에 따른 듀플렉서의 분해 사시도이다.

도 5는 본 발명에 따른 통신 장치의 개략도이다.

도 6은 종래 공진기의 분해 사시도이다.

도 7은 도 6의 선 Y-Y를 따라 절단한 단면도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 간단한 설명 >

10 공진기

11 케이스

11a 케이스 본체부

11b 케이스 덮개부

12 내부도체

13 나사

14 너트

20 필터

21a~21e 동축 커넥터

22a~22f 루프

23 결합창

본 발명의 제 1 특징에 따르면, 본 발명은 나사 구멍이 형성되어 있는 전도성 케이스; 상기 케이스의 나사 구멍에 적어도 일부가 삽입되는 나사; 및 상기 나사를 고정시키고 나사 구멍이 형성되어 있는 고정부재를 포함하고 있는 공진기를 제공한다. 상기 공진기에서는, 케이스의 선 팽창계수와 고정부재의 선 팽창계수가 실질적으로 동일하다.

케이스의 선 팽창계수와 고정부재의 선 팽창계수가 실질적으로 동일할 때에는, 주기적인 온도 변화로 인한 나사의 느슨함이 발생하지 않는다. 이로 인해, 나사의 위치는 안정적이 된다. 따라서, 공진 주파수의 안정성은 시간 경과에 따라 증가한다.

상기 공진기에서는, 케이스의 선 팽창계수, 고정부재의 선 팽창계수 및 나사의 선 팽창계수가 실질적으로 동일하다. 케이스와 고정부재의 선 팽창계수가 동일할 뿐만 아니라, 케이스와 고정부재의 선 팽창계수가 나사의 선 팽창계수와 실질적으로 동일함으로써, 공진 주파수의 안정성이 시간 경과에 따라 한층 더 증가하게 된다.

본 발명의 제 2 특징에 따르면, 본 발명의 공진기는 나사 구멍이 형성되어 있는 전도성 케이스; 상기 케이스 내부로 적어도 일부가 삽입되는 나사; 및 상기 나사를 고정시키고 나사 구멍이 형성되어 있는 고정부재를 포함하고 있다. 상기 공진기에서는, 케이스와 고정부재가 동일한 재료로 구성되어 있다.

따라서, 공진기를 구성하는 케이스와 고정부재가 각각 인바 등의 금속을 사용하여 형성될 때에, 케이스의 선 팽창계수와 나사의 선 팽창계수에 차이가 없기 때문에, 나사의 고정이 느슨해지지 않는다. 따라서 공진 주파수의 안정성은 시간 경과에 따라 증가된다.

상기 공진기에서는, 케이스, 고정부재 및 나사가 동일한 재료로 구성된다. 케이스와 고정부재 뿐만 아니라 나사도 모두 인바 등의 금속을 사용하여 형성될 경우, 공진 주파수의 안정성은 시간 경과에 따라 한층 더 증가된다.

상기 공진기에서는, 선택적으로, 케이스의 내벽면에 막대 형상의 내부도체의 한쪽 단부가 연결되어 있고, 내부도체의 세로축과 나사의 세로축이 실질적으로 일렬로 정렬되어 있다.

한쪽 단부는 연결되어 있고 다른쪽 단부는 개방되어 있는 내부도체가 형성된 케이스를 가지고 있는 공진기에서, 개방단의 전계 강도가 크다. 따라서, 내부도체의 축과 나사의 축이 실질적으로 일렬로 정렬되는 경우에, 내부도체의 개방단과 나사 사이의 정전 용량이 증가함에 따라, 나사 위치의 변화량에 대한 정전 용량의 변화량의 비율이 증가한다. 따라서, 이러한 구성을 가지고 있는 공진기에서, 공진 주파수는 나사의 위치에 따라 민감하게 변한다는 것을 알 수 있다. 특히, 이러한 구성을 가지고 있는 공진기에서, 장기간 주기적인 온도 변화에 의해 발생하는 기계적인 시간 경과로 인한 특성의 변화는 큰 문제이다. 본 발명은 특히 이러한 구성을 가지고 있는 공진기에 매우 효과적이다.

또한, 상기 공진기에서는, 나사와 맞물림하는 케이스의 나사 구멍의 나사산(thread) 수와 나사와 맞물림하는 고정부재의 나사 구멍의 나사산 수가 실질적으로 동일하다. 나사가 케이스에 삽입되어 고정부재에 고정되어 있을 때, 나사는 케이스에 의해 아래쪽으로 끌려가고, 고정부재에 의해 위쪽으로 끌려간다. 이러한 인력은 평형 상태에 있다. 온도 변화로 인해 케이스와 고정부재에 의해 나사에 가해진 힘이 미묘하게 변화될 경우, 케이스와 고정부재 중의 더 많은 나사산을 가진 쪽이 나사에 더 많은 영향을 줄 수 있다. 즉, 케이스의 나사산 수와 고정부재의 나사산 수가 실질적으로 동일함으로써, 장기적으로 주기적인 온도 변화에 대해 안정한 공진기를 얻을 수 있다.

본 발명의 제 3 특징에 따르면, 본 발명의 필터는 상술한 공진기 및 입출력 연결 장치(input/output connection unit)을 포함하고 있다.

본 발명의 제 4 특징에 따르면, 본 발명의 듀플렉서는 적어도 두 개의 필터; 상기 각 필터에 연결되어 있는 입출력 연결 장치; 및 상기 필터에 공통적으로 연결되어 있는 안테나 연결 장치를 포함하고 있다. 상기 듀플렉서에서, 필터들 중의 적어도 하나는 상술한 필터이다.

본 발명의 제 5 특징에 따르면, 본 발명의 통신 장치는 상술한 듀플렉서; 상기 듀플렉서의 입출력 연결 장치들 중의 적어도 한쪽에 연결되어 있는 송신 회로(transmission circuit); 상기 송신 회로에 연결되어 있는 입출력 연결 장치와는 다른 적어도 하나의 입출력 연결 장치에 연결되어 있는 수신 회로(reception circuit); 및 상기 듀플렉서의 안테나 연결 장치에 연결되어 있는 안테나를 포함하고 있다.

상기 통신 장치는 송신 회로 및 수신 회로 중의 적어도 하나의 회로를 더 포함하고 있어도 되고, 상술한 필터는 상기 회로에 연결되거나 상기 회로의 일부를 형성한다.

본 발명의 그 외의 특징 및 이점은 첨부된 도면을 참조하여 이하에서 설명할 발명의 실시형태를 참조함으로써 명확해질 것이다.

하기에서, 본 발명의 실시형태에 따른 공진기를 도 1과 2를 참조하여 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 공진기의 분해 사시도이고, 도 2는 도 1의 선 X-X를 따라 절단한 단면도이다.

도 1 및 도 2에 나타난 본 발명의 실시형태에 따른 공진기는, 본체부(11a)와 덮개부(11b)를 가지면서 공진 공간의 기능을 하는 케이스(11); 케이스 본체부(11a)의 내부 바닥면 중앙에 한쪽 단부가 연결되어 있는 원주 형상의 내부도체(12); 케이스 덮개부(11b)에서 케이스(11)의 나사 구멍 내부로 삽입되는 나사(13); 및 나사(13)를 고정시키는 고정부재로서 기능하는 너트(14)를 포함한다. 여기에서, 나사(13)는 자신의 삽입 위치를 변화시켜 나사(13)와 내부도체(12)의 단부 사이에 정전 용량을 변화시킴으로써, 공진기(10)의 공진 주파수를 변화시키는데 사용된다.

본 실시형태에서, 케이스(11), 나사(13) 및 너트(14)는 각각 인바로 형성되어 있다. 따라서, 케이스(11)와 너트(14) 사이의 선 팽창계수, 또는 나사(13)와 너트(14) 사이의 선 팽창계수에는 차이가 없으므로, 나사(13)는 사용시 온도 변화 또는 고온에서의 에이징 공정으로 인해 느슨해지지 않는다. 즉, 나사의 느슨해짐으로 인한 공진 주파수의 변화가 없으므로, 장기간 주기적인 온도 변화에도 안정적인 공진기를 얻을 수 있다. 덧붙여, 본 실시형태에서 케이스(11)의 나사 구멍의 나사산 수와 너트(14)의 나사 구멍의 나사산 수가 동일하므로, 공진기(10)의 특성은 장기간 주기적인 온도 변화에 대해 한층 더 안정된다.

본 실시형태에서 케이스(11), 나사(13) 및 너트(14)는 각각 인바로 형성되어 있다. 그러나, 케이스(11)와 너트(14)의 재료, 또는 케이스(11), 나사(13) 및 너트(14)의 재료가 동일하기만 하면, 이들은 다른 재료로 만들어져도 된다. 부가하여, 케이스(11)와 너트(14)의 재료, 또는 케이스(11), 나사(13) 및 너트(14)의 재료가 실질적으로 동일한 선 팽창계수를 갖기만 하면, 이들은 다른 재료로 만들어져도 된다. 예를 들어, 황동(brass)과 알루미늄(aluminum)의 조합, 오스테나이트 스테인레스 스틸(austenitic stinless steel)과 니켈(nickle)의 조합, 페라이트 스테인레스 스틸(ferritic stainles steel)과 인청동(phosphor bronze)의 조합, 및 페라이트 스테인레스 스틸과 구리(copper)의 조합 등이 사용되어도 된다.

다음으로, 본 발명의 실시형태에 따른 필터를 도 3을 참조하여 설명한다. 도3은 본 실시형태에 따른 필터의 분해 사시도이다. 본 실시형태에서, 상기 실시형태와 대응하여 동일한 구성성분에는 동일한 참조부호를 부여하고, 이에 대한 설명은 생략한다.

도 3에 나타난 본 발명의 실시형태에 따른 필터(20)는 제 1 공진기(10a) 및 제 2 공진기(10b)를 포함하며, 2단 대역 통과 필터(band-pass filter)로서 기능한다. 제 1 공진기(10a)와 제 2 공진기(10b)는 각각 상기 실시형태에 나타난 공진기(10)와 동일하다. 제 1 공진기(10a)의 케이스 본체부(11a)에는 입력 동축 커넥터(connector; 21a)가 부착되어 있고, 제 2 공진기(10b)에는 출력 동축 커넥터(21b)가 부착되어 있다. 제 1 및 제 2 공진기(10a, 10b)의 각 케이스 본체부(11a)에는, 한쪽 단부는 케이스 본체부(11a)의 내부 바닥면에 접지되어 있고 다른쪽 단부는 동축 커넥터(21a, 21b)의 중심 도체에 전기적으로 연결되어 있는 금속판을 포함하는 루프(loops; 22a, 22b)가 각각 형성되어 있다. 게다가, 제 1 공진기(10a)와 제 2 공진기(10b)를 분할하는 벽면에는 그 상측 모서리 부분에 결합창(coupling window: 23)이 형성되어 있다.

상술한 구성에 따라, 제 1 공진기(10a)와 입력 루프(22a) 사이가 연결되고, 제 1 공진기(10a)와 제 2 공진기(10b) 사이가 결합창(23)을 거쳐서 연결되며, 제 2 공진기(10b)와 출력 루프(22b) 사이가 연결된다. 이로 인해, 입력 신호 중에서 소정의 주파수 신호만이 출력될 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 실시형태에 따른 듀플렉서를 도 4를 참조하여 설명한다. 도 4는 본 실시형태에 따른 듀플렉서의 분해 사시도이다. 본 실시형태에서, 상기 실시형태와 대응하여 동일한 구성성분에는 동일한 참조부호를 부여하고, 이에 대한 설명은 생략한다.

도 4에 나타난 본 실시형태에 따른 듀플렉서(30)는 송신 필터(20a) 및 수신 필터(20b)를 포함한다. 동축 커넥터(21c, 21d)는 각각 송신 필터(20a)의 입력측과 수신 필터(20b)의 출력측에 부착되어 있다. 송신 필터(20a)의 출력측과 수신 필터(20b)의 입력측은 안테나 연결 동축 커넥터(antenna connection coaxial connector; 21e)에 연결되어 있다. 게다가, 동축 커넥터(21c∼21e)의 중심 도체는 각각 루프(22c∼22f)에 연결되어 있다.

듀플렉서(30)의 송신 필터(20a)와 수신 필터(20b)는 상기 실시형태에 나타난 필터와 동일한 필터이다. 송신 필터(20a)는 소정의 주파수 대역의 신호를 통과시킬 수 있으며, 수신 필터(20b)는 송신 필터(20a)와는 다른 주파수 대역의 신호를 통과시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시형태에 따른 통신 장치를 도 5를 참조하여 설명한다.

도 5에 나타난 본 실시형태에 따른 통신 장치(40)는 듀플렉서(30), 송신 회로(41), 수신 회로(42) 및 안테나(43)를 포함한다. 여기에서, 듀플렉서(30)는 상기 실시형태에서 기술된 것이다. 도 4에서 송신 필터(20a)에 연결된 동축 커넥터(21c)는 송신 회로(41)에 연결되어 있고, 수신 필터(20b)에 연결되어 있는 동축 커넥터(21d)는 수신 회로(42)에 연결되어 있다. 게다가, 안테나 연결 동축 커넥터(21e)는 안테나(43)에 연결되어 있다.

부가하여, 송신 회로(41) 또는 수신 회로(42)는 상기 실시형태에서 기술한필터를 포함하고 있다.

상술한 실시형태에서, 본 발명의 이점을 가장 현저하게 나타내는 공진기를 예로 들어 설명하였으나, 본 발명은 이것으로만 제한되지 않는다. 예를 들어, 본 발명은 내부도체를 구비하고 있지 않은 캐버티 공진기(cavity resonator)에도 적용될 수 있다.

이제까지 상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 케이스, 케이스에 형성되어 있는 내부도체, 케이스에 부분적으로 삽입되어 있는 나사, 및 나사를 고정시키는 고정부재를 포함하고 있는 공진기에서, 케이스의 선 팽창계수와 고정부재의 선 팽창계수의 차이, 또는 케이스와 나사의 선 팽창계수와 고정부재의 선 팽창계수의 차이는 실질적으로 제거된다. 이로 인해, 사용중 장기간의 주기적인 온도 변화 또는 에이징 공정 중의 온도 변화로 인해 발생하는 나사의 느슨함으로 인하여, 공진기의 공진 주파수가 변화되는 것이 방지한다. 따라서, 공진기의 장기간의 신뢰성은 향상된다.

Claims (11)

1. 나사 구멍이 형성되어 있는 전도성 케이스;

   상기 케이스의 나사 구멍에 적어도 일부가 삽입되는 나사; 및

   상기 케이스에 상기 나사를 구비하고 있는 나사 구멍을 거쳐서 고정시키는 고정부재를 포함하는 공진기로서,

   상기 케이스의 선 팽창계수와 상기 고정부재의 선 팽창계수가 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 공진기.
2. 제 1항에 있어서, 상기 케이스의 선 팽창계수, 상기 고정부재의 선 팽창계수 및 상기 나사의 선 팽창계수가 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 공진기.
3. 나사 구멍이 형성되어 있는 전도성 케이스;

   상기 케이스의 나사 구멍에 적어도 일부가 삽입되는 나사; 및

   상기 케이스에 상기 나사를 구비하고 있는 나사 구멍을 거쳐서 고정시키는 고정부재를 포함하는 공진기로서,

   상기 케이스와 상기 고정부재가 동일한 재료로 만들어지는 것을 특징으로 하는 공진기.
4. 제 3항에 있어서, 상기 케이스, 상기 고정부재 및 상기 나사가 동일한 재료로 만들어지는 것을 특징으로 하는 공진기.
5. 제 1항 내지 제 4항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 나사와 맞물림하는 상기 케이스의 나사 구멍의 나사산(thread) 수와 상기 나사와 맞물림하는 상기 고정부재의 나사 구멍의 나사산 수가 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 공진기.
6. 제 5항에 있어서, 상기 케이스의 내벽면에는 막대 형상의 내부도체의 한쪽 단부가 연결되어 있고,

   상기 내부도체의 세로축과 상기 나사의 세로축이 실질적으로 일렬로 정렬되는 것을 특징으로 하는 공진기.
7. 제 1항 내지 제 4항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 케이스의 내벽면에는 막대 형상의 내부도체의 한쪽 단부가 연결되어 있고,

   상기 내부도체의 세로축과 상기 나사의 세로축이 실질적으로 일렬로 정렬되는 것을 특징으로 하는 공진기.
8. 제 1항 내지 제 4항 중의 어느 한 항에 따른 공진기; 및

   상기 공진기에 결합되는 입출력 연결 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 필터.
9. 적어도 두 개의 필터;

   상기 각 필터에 연결되어 있는 입출력 연결 장치; 및

   상기 필터에 공통적으로 연결되어 있는 안테나 연결 장치를 포함하는 듀플렉서로서,

   상기 필터들 중의 적어도 하나는 제 8항에 따른 필터가 되는 것을 특징으로 하는 듀플렉서.
10. 제 9항에 따른 듀플렉서;

    상기 듀플렉서의 입출력 연결 장치들 중의 적어도 하나에 연결되어 있는 송신 회로;

    상기 송신 회로에 연결되어 있는 상기 입출력 연결 장치와는 다른 적어도 하나의 입출력 연결 장치에 연결되어 있는 수신 회로; 및

    상기 듀플렉서의 안테나 연결 장치에 연결되어 있는 안테나를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 장치.
11. 송신 회로 및 수신 회로 중의 적어도 하나의 회로를 포함하고 통신 장치로서,

    상기 회로는 제 8항에 따른 적어도 하나의 필터를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 통신 장치.