KR100866978B1 - Ｔｅ 모드 유전체 듀플렉서 - Google Patents

Abstract

금속 캐비티 듀플렉서에 비하여 부품의 크기를 현저하게 줄이고, 수W ~ 수백W의 대전력용 통신기기에 사용할 수 있는 TE 모드 유전체 듀플렉서를 제공한다. 그 듀플렉서는 각각의 양측에 대향하면서 공간적으로 분리되고, 슬롯에 의해 정의되는 복수개의 캐비티를 포함하는 TE 모드 송신용 유전체 도파관 및 수신용 유전체 도파관 및 상기 도파관들을 임피던스 차이를 두어 전기적으로 연결하기 위한 급전부위를 포함한다.

유전체 듀플렉서, TE 모드, 임피던스 차이

Description

ＴＥ 모드 유전체 듀플렉서{TE mode dielectric duplexer}

도 1a는 종래의 유전체 듀플렉서를 나타내는 사시도이다.

도 1b는 도 1a의 1B-1B선을 따라 절단한 단면도이다.

도 2 는 본 발명의 제1 실시예에 의한 듀플렉서를 설명하기 위하여 개략적으로 나타낸 사시도이다.

도 3은 도 2의 듀플렉서에 대한 급전부위의 변형예를 나타내는 평면도이다.

도 4 는 본 발명의 제2 실시예에 의한 듀플렉서를 설명하기 위하여 개략적으로 나타낸 사시도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

100, 200; 듀플렉서 110, 210; 송신필터

120, 160, 220, 260; TE 모드 유전체 공진기

125; 슬롯 130, 230; 하우징 또는 금속케이스

132, 140; 급전부 150, 250: 수신필터

170: 송신필터 급전부 접속단자 171: 수신필터 급전부 접속단자

112, 112a: 송신회로 접속단자

152, 152a: 수신회로 접속단자

225, 265; 개구부 또는 창

본 발명은 도파관 형태의 유전체 듀플렉서(duplexer)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 캐비티(cavity)가 형성된 TE 모드 수신필터와 송신필터를 임피던스 차이를 두어 연결하는 유전체 듀플렉서에 관한 것입니다.

통신기기의 송신부 및 수신부는 수신필터와 송신필터가 결합된 듀플렉서를 사용된다. 듀플렉서는 안테나로부터 들어오는 신호로부터 필요한 신호만을 통과시키는 수신필터와 안테나로 송신하고자 하는 신호만을 통과시키는 송신필터를 동시에 갖춘 장치이다. 현재, 이동통신용 기기에 흔히 사용되는 듀플렉서는 대전력용과 소전력용으로 구분된다. 대전력용은 금속 캐비티(cavity) 도파관을 이용한 금속 캐비티 듀플렉서가 주로 사용되고, 소전력용은 유전체 듀플렉서, 표면탄성파(SAW; surface acoustic wave) 듀플렉서 등이 주로 활용되고 있다.

금속 캐비티 듀플렉서는 대전력을 송신 및 수신할 수 있고, 송신 및 수신 대역의 삽입손실이 작으며, 저지대역의 감쇄특성이 우수하다. 하지만, 금속 캐비티 듀플렉서는 그 크기가 상대적으로 커서, 수십 ~ 수백W(Watt)의 대전력용 통신기기에 주로 응용되고 있다.

유전체 듀플렉서는 단말기와 소형 중계기기 분야 등에서 광범위하게 활용되고 있다. 도 1a는 종래의 유전체 듀플렉서(10)를 나타내는 사시도이고, 도 1b는 도 1a의 1B-1B선을 따라 절단한 단면도이다.

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 종래의 유전체 듀플렉서(10)에서는 세라믹 블럭(12)에 미세하게 형성된 다수의 공진기는 상면에 형성된 전극패턴(16) 사이에 형성된 커패시터에 의해 병렬로 결합되어 원하는 듀플렉서를 구현한다. 이때, 참조부호 16은 상면전극 패턴이고, 참조부호 17은 안테나와 연결되는 급전부이고, 18과 18'는 송신회로 및 수신회로와 접속되는 단자이다. 공진홀(14)이 다수 형성된 세라믹 블록(12)은 방사손실을 줄이기 위하여 금속 전극막(20)에 의해 도포된다. 공진기가 병렬로 결합한 종래의 듀플렉서(10)는 일체형 듀플렉서라고 하며, TEM 모드, 즉 전기적 자기적 횡파의 전자파가 진행하는 모드를 이용한다(이를 TEM 모드 듀플렉서라고도 한다).

종래의 유전체 듀플렉서(10)는 금속 캐비티 듀플렉서에 비하여 부품의 크기를 크게 줄일 수 있다. 하지만, 일체형 유전체 듀플렉서의 상면의 상면전극 패턴(16) 사이에 형성된 커패시턴스(정전용량)에 의해 공진기 사이의 결합(coupling)을 구현하므로, 상면전극 패턴(16) 사이의 거리가 작아서 대전력이 인가되면 커패시터의 절연파괴가 일어나서 전력취급능력(power handling capacity)이 작다. 즉, 수 W이하의 소전력용 통신기기에 주로 이용되고 있는 형편이다. 따라서, 대전력용 통신기기에 사용될 수 있는 유전체 듀플렉서가 요구되고 있다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 금속 캐비티 듀플렉서에 비하여 부품의 크기를 현저하게 줄이고, 수W ~ 수백W의 대전력용 통신기기에 사용 할 수 있는 TE 모드 유전체 듀플렉서를 제공하는 데 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 의한 유전체 듀플렉서는 각각의 양측에 대향하면서 공간적으로 분리되고, 슬롯에 의해 분리되는 복수개의 TE모드 유전체 공진기를 결합한 송신필터 및 수신필터와 상기 2개의 필터를 임피던스 차이를 두어 전기적으로 연결하기 위한 급전부위를 포함한다.

상기 유전체 공진기는 직사각형 도파관 공진기일 수 있다.

상기 유전체 듀플렉서는 수W 내지 수백W의 전력을 취급할 수 있다.

상기 슬롯은 소정의 간격만큼 이격된 공간일 수 있다.

또한, 본 발명의 유전체 듀플렉서의 급전부위는 동축 커넥터로 이루어질 수 도 있고, 인쇄회로기판(PCB) 위에 형성된 마이크로스트립라인으로 구현될 수도 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다음에서 설명되는 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예들은 당분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 실시예 전체에 걸쳐서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.

본 발명의 실시예들은 종래의 공진홀을 가진 TEM 모드의 공진기를 대신하여 직사각형 유전체 도파관(rectangular type dielectric waveguide) 공진기를 이 용한 듀플렉서를 제공할 것이다. 이때, 본 발명의 유전체 도파관 공진기는 TE 모드, 즉 전기적 횡파로 진행하는 전자파를 이용한다. 본 발명의 듀플렉서는 TE 모드를 이용하는 유전체 도파관에 임피던스 차이를 이용하여 전기적으로 연결하여 제작한다.

(제1 실시예)

도 2 는 본 발명의 제1 실시예에 의한 듀플렉서(100)를 설명하기 위하여 개략적으로 나타낸 사시도이다. 도 3은 상기 듀플렉서(100)를 구성하는 급전부위의 사례를 변형예로 나타내는 평면도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 듀플렉서(100)는 기판(102), 예컨대 PCB 상에 송신용 유전체 도파관형 필터(이하, 송신필터; 110), 수신용 유전체 도파관형 필터(이하, 수신필터; 150) 및 이를 전기적으로 연결하는 급전부위(132)를 포함한다. 송신필터(110)와 수신필터(150)는 사용하는 주파수가 다르다. 여기서, 송신필터(110)와 수신필터(150)를 공간적으로 분리해야 한다.

한편, 송신필터(110)와 수신필터(150)는 공간을 차지하는 부피가 최소가 되도록 연결한다. 만일, 송신필터(110)와 수신필터(150)를 일렬이 되도록 급전부위(132)에 의해 연결하면, 듀플렉서(100)의 길이가 너무 길어진다. 이에 따라, 듀플렉서(100)는 제조과정에서 파손될 우려가 있고, 제조된 후에 기계적 강도가 약해 취급하는 데 어려움이 있다. 또한, 듀플렉서(100)의 길이가 길어지면, 통신기기에 실장하기 곤란하다는 문제도 있다. 따라서, 송신필터(110)와 수신필터(150)는 도시된 바와 같이 나란하게 배열되면서 급전부위(132)에 의해 연결된 구조가 바람직하 다.

송신필터(110)는 TE 모드로 작동하는 슬롯(또는 수직홈; 125)이 형성된 직사각형 유전체 도파관(rectangular type dielectric waveguide)을 이용한다. 송신필터(110)는 수평한 방향으로 슬롯(125)에 의해 분리되어 정의되는 복수개의 TE 모드 유전체 공진기(120)를 갖는다. 각각의 공진기(120)는 유전체(116)를 금속막(118)으로 둘러싸고 있는 형태이며, 송신필터(110)의 초단 및 종단에 위치하는 공진기(120)의 일측면은 도시된 바와 같이 도전성 물질로 도포된 송신회로 접속단자(132, 112)가 형성되어 있다. 제1 전극(112)은 외부, 예컨대 안테나에 신호를 입력하는 입력단자(132)와 신호를 출력하는 출력단자(114)와 전기적으로 연결된다 이때, 공진하고자 하는 주파수는 공진기(120)의 크기를 조절하여 결정할 수 있다.

수신필터(150)는 기본적으로 송신필터와 유사한 구조를 갖는다. 즉, 슬롯(165)에 의해 정의되는 복수개의 사각형 유전체 도파관 공진기(160) 및 수신회로 접속단자(152)를 포함한다. 하지만, 수신필터(150)은 송신필터(110)와는 취급하는 주파수 대역이 다르므로 유전체 공진기(160)의 크기는 수신필터(150)의 유전체 공진기 (120)와 다를 수 있다.

본 발명의 TE 모드를 이용한 유전체 듀플렉서는 유전체 표면에 도금된 전극막이 일체화되어 대전력하에서도 절연파괴가 일어날 염려가 없어서 전력 취급능력이 향상된다. 이에 반해, 종래의 TEM 모드를 이용한 유전체 듀플렉서는 상면전극 패턴(도 1의 16) 사이의 간격이 좁아 전력이 증가하면 절연파괴가 발생되어 대전력을 취급하기 어렵다.

급전부위(132)는 송신필터(110)의 출력단자(170)와 수신필터(150)의 입력단자(171)를 연결하기 위한 것이다. 이때, 급전부위(132)와 연결된 송신필터 접속 전송선과 수신필터 접속 전송선은 서로 다른 임피던스를 가져야 한다. 안테나로부터 수신되는 신호가 송신필터(110)로 입력되지 않고 수신필터(150)로 전송되도록 하기 위해서는 각 필터 연결부위가 서로 다른 임피던스를 갖도록 하여야 하며, 이를 다양한 방법으로 구현할 수 있다. 예컨대, TE 모드 듀플렉서에서는 커넥터의 길이의 차이를 두거나, PCB 기판의 급전선의 길이 차이를 둘 수 있다. 필요한 경우, 상기 커넥터나 배선의 일측에 커패시터를 연결할 수도 있다.

도 3에 의하면, 임피던스의 차이를 동축 커넥터(142)로 구현하는 급전부위(140)을 제외하고는 송신필터(110) 및 수신필터(150) 등의 구조는 도 2에서와 같다. 또한, 도 2의 송신회로 접속단자(112)와 수신회로 접속단자(152)는 동축 커넥터 형태의 단자(112a, 152a)로 대체되며, 급전부(140)의 안테나 접속단자(144)와 3개의 외부회로 접속단자가 모두 동축커넥터 형태를 가진다. 동축 커넥터(142)는 부품의 크기가 증가되는 단점이 있지만, 외부가 도체로 덮여 있으므로 도2의 마이크로스트립라인 형태의 접속단자보다 전송손실이 적은 장점이 있다.

(제2 실시예)

도 4 는 본 발명의 제2 실시예에 의한 듀플렉서(200)를 설명하기 위하여 개략적으로 나타낸 평면도이다

도 4를 참조하면, 본 발명의 듀플렉서(200)는 기판(102), 예컨대 PCB 상에 실장된 송신용 유전체 도파관형 필터(이하, 송신필터; 210), 수신용 유전체 도파관 형 필터(이하, 수신필터; 250) 및 이를 전기적으로 연결하는 급전부위(132)를 포함한다. 송신필터(210)와 수신필터(250)는 사용하는 주파수가 다르다. 송신필터(210)와 수신필터(250)는 도 2에 설명한 바와 같이 공간적으로 분리된다.

송신필터(210)는 개구부 또는 창(225)으로 분리된 복수개의 TE 모드 유전체 공진기(220)로 구성된다. 각각의 공진기(220)는 유전체(216)를 금속층(218)으로 둘러싸고 있으며 사각형 도파관 형상을 가진다. 송신필터(210)의 초단 및 종단에 위치하는 공진기(220)의 일측면은 도시된 바와 같이 도전성 물질로 도포된 송신회로 접속단자(112)와 급전부 전속단자(170)용 전극이 형성되어 있다. 공진하고자 하는 주파수는 캐비티(220)의 크기를 조절하여 결정할 수 있다.

수신필터(250)은 기본적으로 송신필터(210)와 유사한 구조를 갖는다. 즉, 개구부 또는 창(265)에 의해 정의되는 복수개의 공진기(260) 및 안테나 접속용 전극(171)과 수신회로 접속단자(152)를 포함한다. 하지만, 수신필터(250)은 송신필터(210)와는 취급하는 주파수 대역이 다르므로 공진기(260)의 크기는 송신필터(210)의 공진기(220)과 다를 수 있다.

본 발명의 TE 모드를 이용한 유전체 듀플렉서는 유전체 표면에 도금된 전극막이 일체화되어 전류가 누설될 염려가 없어서 전력 취급능력이 향상된다. 이에 반해, 종래의 TEM 모드를 이용한 유전체 듀플렉서는 상면전극 패턴(도 1의 16) 사이의 간격이 좁아 전력이 증가하면 절연파괴가 일어나기 쉬워서 대전력을 취급하기 어렵다.

급전부위(132)는 송신필터(210)의 출력단자(170)와 수신필터(250)의 입력 단자(171)를 연결하게 된다. 또한, 하우징(230)은 송신필터(210)와 수신필터(250)를 모두 덮으면서, 기판(102) 상에 형성된 배선라인(132) 위에 놓이도록 조립된다.

표 1은 본 발명의 제1 실시예에 의한 듀플렉서와 종래의 방법으로 제조한 금속 캐비티 듀플렉서의 특성을 비교한 것이다.

여기서, Tx는 송신부(transmitter) 이고, Rx는 수신부(receiver)이다.

표 1에 의하면, 본 발명의 듀플렉서는 통과대역의 삽입손실과 상대대역의 감쇄특성에서 종래의 금속 캐비티 듀플렉서와 대등한 특성을 나타내고 있다. 그럼에도 불구하고, 본 발명의 듀플렉서의 체적은 74㎤이나, 종래의 금속 캐비티 듀플렉서는 286㎤으로 본 발명의 듀플렉서에 비해 약 4배 정도 부피가 크다. 나아가, 본 발명의 유전체 듀플렉서는 유전체 물질이나 구조 등을 변화시켜, 종래의 금속 캐비티 듀플렉서에 비해 부피를 표 1에 의한 것보다 더 줄일 수도 있다.

이상, 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 당분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

상술한 본 발명에 따른 유전체 듀플렉서는 여러 개의 TE 모드 유전체 공진기를 갖는 송신 및 수신필터를 임피던스 차이가 있는 전송선을 이용하여 급전부위에 의해 연결함으로써, 전류가 누설될 염려가 없으므로 대전력용 통신기기에 적합하다. 또한, 본 발명의 직사각형 유전체 도파관형 듀플렉서는 종래의 직사각형 금속 캐비티 도파관을 이용한 듀플렉서에 비해 크기가 작으므로, 소형 통신기기에 적용할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 듀플렉서는 대전력용 소형 통신기기에 유용하게 사용할 수 있다.

Claims (8)

1. 슬롯 및 창 중 어느 하나에 의해 구분되어 서로 결합된 복수의 TE 모드 유전체 공진기들을 포함하는 송신필터 및 수신필터;

   상기 송신필터의 일단부와 상기 수신필터의 일단부를 임피던스 차이를 두어 전기적으로 연결하는 동축 커넥터 또는 PCB 위에 형성된 마이크로스트립라인을 포함하는 급전부위; 및

   상기 TE 모드 유전체 공진기들 상에 코팅되는 금속막를 포함하며,

   상기 송신필터와 상기 수신필터가 일정한 간격으로 이격되어 나란히 정렬 배치되는 대전력 통신기기용 TE 모드 유전체 듀플렉서.
2. 제1항에 있어서, 상기 필터들은 직사각형 도파관 공진기를 이용하는 것을 특징으로 대전력 통신기기용 TE 모드 유전체 듀플렉서.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서, 상기 슬롯은 소정의 간격만큼 이격된 슬롯인 것을 특징으로 하는 대전력 통신기기용 TE 모드 유전체 듀플렉서.
5. 삭제
6. 제1항에 있어서, 상기 급전부위의 임피던스의 차이는 상기 커넥터의 길이 차이에 의해 구현되는 것을 특징으로 하는 대전력 통신기기용 TE 모드 유전체 듀플렉서.
7. 제1항에 있어서, 상기 급전부위의 임피던스의 차이는 PCB 상의 마이크로스트립라인의 길이 차이에 의해 구현되는 것을 특징으로 하는 대전력 통신기기용 TE 모드 유전체 듀플렉서.
8. 삭제

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