KR20090109445A - Cylindrical dielectric resonator with a disc-typed groove, and multi mode band pass filter using it - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 원반형 홈을 갖는 원통형 유전체 공진기 및 그를 이용한 다중 모드 대역통과 필터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 원통형 유전체 공진기를 다중 모드로 사용하는 경우에 발생하는 스퓨리어스(Spuroius) 신호를 최소화하고, 더 나아가 휴대 인터넷(예를 들면, Wibro 등) 주파수대역 전체를 통과시킬 수 있는 대역통과 필터를 구현하는, 원반형 홈을 갖는 원통형 유전체 공진기 및 그를 이용한 다중 모드 대역통과 필터에 관한 것이다.The present invention relates to a cylindrical dielectric resonator having a disk-shaped groove and a multi-mode bandpass filter using the same. More specifically, to minimize the spurius signal generated when the cylindrical dielectric resonator is used in a multi-mode, furthermore, The present invention relates to a cylindrical dielectric resonator having a disc-shaped groove and a multi-mode bandpass filter using the same, which implements a bandpass filter capable of passing the entire portable Internet (eg Wibro, etc.) frequency band.
본 발명은 중소기업청의 중소기업기술혁신개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: S1016153, 과제명: Spurious 특성이 향상된 고감쇄 듀얼모드 DR필터 개발].The present invention is derived from a study conducted as part of the SME technology innovation development project of the Small and Medium Business Administration [Task Management Number: S1016153, Task name: Development of a high attenuation dual mode DR filter with improved spurious characteristics].
무선 이동통신 서비스가 대중화됨에 따라 무선중계 장치에 대한 수요가 증대 하고 있으며, 특히 소형/경량화된 중계 장치에 대한 요구가 급증하고 있다. 또한, 중계 장치와 함께 사용되는 RF(Radio Frequency) 부품들도 그 크기가 계속하여 줄어가고 있으며, 동종업체 간의 경쟁도 점점 치열해지고 있는 실정이다.As the wireless mobile communication service is popularized, the demand for the wireless relay device is increasing, and in particular, the demand for the small / light weight relay device is rapidly increasing. In addition, the size of the RF (Radio Frequency) components used in conjunction with the relay device continues to shrink, and competition among peers is also getting fierce.
경쟁이 불가피한 상황에서 기술적/가격적으로 타업체보다 우위에 있지 않으면 입지가 좁아질 수 밖에 없는 현실이기 때문에, 이를 극복하기 위해서는 경쟁력을 확보할 수 있는 필터를 구현할 필요가 있다. 또한, 우리나라가 최초로 개발한 이동통신 기술인 와이브로(Wibro)가 국제표준으로 채택됨에 따라 시장선점에 대한 기대감이 증대하고 있다.In a situation where competition is inevitable, if the technology / price is not superior to other companies, the position will be narrowed. To overcome this, it is necessary to implement a filter that can secure competitiveness. In addition, as Wibro, the first mobile communication technology developed by Korea, is adopted as an international standard, expectations for market preoccupation are increasing.
도 1a 및 도 1b는 종래의 모노 모드를 이용한 8-Pole 필터의 구성도로서, 8개의 공진기를 사용한 8폴(Pole)형 대역통과 필터를 나타낸다.1A and 1B are schematic diagrams of an 8-pole filter using a conventional mono mode, and show an 8-pole type bandpass filter using eight resonators.
종래의 8폴(Pole)형 대역통과 필터는, 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 육면체의 금속 내부에 일정한 간격으로 구획된 8개의 공동(Cavity)을 갖는 하우징(Housing)(11)을 구비하며, 각각의 공동(Cavity) 내에는 8개의 높은 공진도(Q)값을 갖는 유전체 공진기(13)를 지지용 서포트를 사용하여 고정시킨 구조로 되어 있다. 또한, 하우징(11)의 일측면에 장착된 입출력 커넥터(Connector)(17)와, 하우징(11)의 개방면을 차폐하는 덮개(Cover)(12)가 구비되어 있다. The conventional 8-pole type bandpass filter includes a
여기서, 하우징(11)의 각 공동(Cavity)은 각각의 유전체 공진기(13) 간의 커플링 양을 조정하기 위해 소정 크기의 윈도우가 형성된 칸막이에 의해 구획되어 있으며, 하우징(11)의 내면은 전기적 성능을 안정화하고 전도성을 최대로 하기 위하여 은도금 처리된 구조로 되어 있다. 또한, 칸막이의 윈도우는 공동(Cavity) 바 닥면에서 수직으로 일정한 간격만큼 절단된 구조로 되어 있으며, 이 윈도우의 크기에 따라 각 공동(Cavity)에 장착된 유전체 공진기(13) 간의 커플링 양을 조정하여 불요파의 발생을 억제하도록 하고 있다. 또한, 윈도우마다 하우징(11)을 관통하여 윈도우내로 삽입 가능한 커플링 바(Coupling Bar)(15)를 더 구비함으로써 커플링 양을 미세 조정하는 것이 가능하다.Here, each cavity of the
그리고, 하우징(11)의 각 공동(Cavity)에 장착된 유전체 공진기(13)는 바닥면에서 직립되게 구비된 지지용 서포트에 의해 지지되며, 유전체 공진기(13)의 상면에는 주파수를 조절하기 위한 튜닝 볼트(Tuning Bolt)(14)가 구비되는데, 이 튜닝 볼트(14)는 튜닝 플레이트와 튜닝 플레이트를 상하로 이동가능하게 하는 튜닝 스크류로 구성되며, 이 튜닝 볼트(14)는 너트에 의해 지지되어 덮개(12)에 고정된다. In addition, the
이와 함께, 하우징(11)의 일측에는 각각 입출력 커넥터(17)가 구비되어 있으며, 이들은 각각 입출력 급전 루프(16)와 접속되는데, 입력측 급전 루프는 입력 커넥터로부터 들어오는 신호를 첫 번째 유전체 공진기에 전달하는 역할을 하고, 출력측 급전 루프는 마지막 유전체 공진기로부터의 신호를 출력 커넥터에 전달하는 역할을 한다. In addition, an input /
이와 같은 종래의 대역통과 필터는 사각형 공동(Cavity)을 갖고 있으므로 공동내의 유전체 공진기(13)는 고유 모드인 TE01 δ모드를 사용하게 된다. TE01 δ모드란, 사각형 공동(Cavity)내에 원통형 공진기가 놓여진 경우 형성되는 기본 모드의 일종으로서, 도 1b/에서는 급전 루프(Loop)(16)와 유전체 공진기(13), 그리고 튜너(Tuner)(즉, 튜닝 볼트(14))가 직렬로 나열되어, 인가된 신호의 자속밀도와 자화의 세기를 유전체 공진기(13)와 튜닝 볼트(14) 사이의 커패시터(C) 값을 조절함으로써 최적의 공진점을 갖도록 형성되는 전자계 분포이다.Since the conventional bandpass filter has a rectangular cavity, the
그런데, 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같은 종래의 대역통과 필터는, 한 개의 유전체 공진기(13)가 하나의 공진 모드(TE01δ 모드)만를 이용하기 때문에, 다수 개의 폴(Pole)을 갖는 대역통과 필터를 구성하기 위해서는 다수 개의 공동과 각 유전체 공진기(13)간의 결합을 위한 결합수단이 필수적이어서 그에 따른 소요공간이 필요하므로 대역통과 필터의 소형, 경량화를 위해서는 구조적인 개선이 필연적으로 요구되어 왔다. 따라서, 대역통과 필터의 소형/경량화를 위해서는 근본적으로 유전체 공진기(13)의 수를 줄이는 것이 요구되었다.However, in the conventional bandpass filter as shown in FIGS. 1A and 1B, since one
도 2는 종래의 듀얼 모드를 이용한 4-Pole 필터로서, 4개의 공진기를 이용한 듀얼 모드 대역통과 필터를 나타낸다.2 shows a dual-mode bandpass filter using four resonators as a 4-pole filter using a conventional dual mode.
도면에서 "21"은 하우징(Housing), "22"는 덮개(Cover), "23"은 원통형 유전체 공진기, "24-1", "24-2"는 튜닝 볼트(Tuning Bolt), "25"는 커플링 바(Coupling Bar), "26"은 입출력 급전 루프, 및 "27"은 입출력 커넥터(Connector)를 각각 나타낸다. In the drawings, "21" is a housing, "22" is a cover, "23" is a cylindrical dielectric resonator, "24-1", "24-2" is a tuning bolt, "25" Denotes a coupling bar, "26" denotes an input / output feed loop, and "27" denotes an input / output connector, respectively.
특히, 종래의 듀얼 공진모드를 갖는 공진기는, 공진이 형성되는 원통형의 공동(Cavity) 내에 구비된 유전체 공진기(23)와, 공동 내에서의 공진시, 제1 공진 모 드(TM) 다음 차수 모드에 나타나는 제2 공진 모드(HE)를 사용하되, 서로 직교하는 자속을 이용하여 공진점을 형성하기 위해 자속과 동일축상에 각각 형성된 공진 모드 튜닝 볼트(24-1)와, 공진 모드 튜닝 볼트(24-1)에 의해 각각 발생된 공진점에 의한 에너지 분포를 제1 공진 모드(TM)를 사용하여 결합시켜 통과 대역을 형성하기 위한 모드 결합 튜닝 볼트(24-2)를 포함한다. In particular, a resonator having a conventional dual resonant mode includes a
도 2에 도시된 바와 같은 듀얼 모드 대역통과 필터는, 공진기의 개수를 줄일 수 있으며, 이로 인하여 대역통과 필터의 소형화 및 경량화를 달성할 수 있는 장점이 있다.The dual mode bandpass filter as shown in FIG. 2 can reduce the number of resonators, thereby achieving the miniaturization and weight reduction of the bandpass filter.
종래의 듀얼 모드 대역통과 필터를 종래의 모노 모드 대역통과 필터(도 1a 및 도 1b)와의 비교 관점에서 설명하면, 기존의 전송선로 이론 및 RLC 회로망 이론을 바탕으로 설계 및 개발되어 왔던 모노 모드(Mono Mode) 방식의 필터와 달리, 유전체 공진기 퍽(DR-Puck: Dielectric Resonator-Puck)(원통형 유전체 공진기)의 전자기 분석을 통하여 무수히 발생하는 모드들 중에서 원하는 하이브리드(Hybrid)의 듀얼 모드(Dual Mode)를 찾아 가장 기본이 되는 유전체 공진기와 그 유전체 공진기를 감싸는 금속 공동(Cavity)의 크기를 결정하는 과정을 수행함으로써, 한 개의 원통형 유전체 공진기에서 하나의 공진기 효과가 아닌 2개의 공진기 효과를 낸다.Referring to the conventional dual mode bandpass filter compared with the conventional mono mode bandpass filter (FIGS. 1A and 1B), the mono mode (Mono) has been designed and developed based on the transmission line theory and the RLC network theory. Unlike the mode-type filter, the electromagnetic mode of the dielectric resonator-puck (DR-Puck) (cylindrical dielectric resonator) can be used to select the dual mode of the hybrid among the desired modes. By determining the size of the most basic dielectric resonator and the metal cavity surrounding the dielectric resonator, one cylindrical dielectric resonator produces two resonator effects instead of one.
즉, 모노 모드 방식은 한 개의 원통형 유전체 공진기에서 한 개의 공진기 효과만 발생하는데 비하여, 듀얼 모드(Dual Mode) 방식에서는 한 개의 원통형 유전체 공진기에서 하나의 공진기 효과가 아닌 2개의 공진기 효과를 내는 장점을 가진다. That is, the mono mode method has only one resonator effect in one cylindrical dielectric resonator, whereas the dual mode method has the advantage of producing two resonator effects instead of one resonator effect in one cylindrical dielectric resonator. .
또한, 듀얼 모드 방식을 사용한 필터는 기존의 TE01 δ 방식의 모노 모드에서 벗어나 특성의 저하 없이 크기를 절반으로 줄일 수 있어 소형화, 경량화, 원가 절감을 추구할 수 있으며, 또한 필터의 소형화로 인하여 무선중계 장치의 소형화를 유도할 수 있는 장점이 있다.In addition, the filter using the dual mode method can reduce the size in half without deterioration of the characteristics of the conventional mono mode of the TE 01 δ method, and can pursue miniaturization, light weight, and cost reduction. There is an advantage that can lead to miniaturization of the relay device.
즉, 모노 모드를 이용한 8-Pole 필터는, 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 도 8개의 원통형 유전체 공진기를 필요로 하고, 듀얼 모드를 이용한 8-Pole 필터는 도 2에 도시된 바와 같이 4개의 원통형 유전체 공진기를 필요로 하는 장점을 가진다.That is, the 8-Pole filter using the mono mode requires 8 cylindrical dielectric resonators, as shown in FIGS. 1A and 1B, and the 8-Pole filter using the dual mode, as shown in FIG. 2. It has the advantage of requiring four cylindrical dielectric resonators.
상기와 같이 듀얼 모드는, 모노 모드에 비하여 소형화, 경량화, 원가 절감 등의 측면에서는 장점이 있으나, 스퓨리어스(Spurious) 특성 측면에서 비교하면 모노 모드에 비하여 많은 스퓨리어스 신호를 발생시킨다는 문제점이 있다.As described above, the dual mode has advantages in terms of miniaturization, weight reduction, cost reduction, etc., compared to the mono mode, but has a problem in that a spurious signal is generated in comparison with the mono mode in comparison with the mono mode.
상기와 같은 종래기술은 대역통과 필터의 소형화, 경량화, 원가 절감 등을 위하여 원통형 유전체 공진기를 듀얼 모드로 사용하였는데, 이는 모노 모드에 비하여 스퓨리어스 신호를 많이 발생시킨다는 문제점이 있으며, 이러한 문제점을 해결하고자 하는 것이 본 발명의 과제이다.The prior art as described above used a cylindrical dielectric resonator in dual mode for miniaturization, weight reduction, and cost reduction of the bandpass filter, which has a problem of generating more spurious signals than the mono mode. It is a subject of the present invention.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects and advantages of the present invention which are not mentioned above can be understood by the following description, and will be more clearly understood by the embodiments of the present invention. Also, it will be readily appreciated that the objects and advantages of the present invention may be realized by the means and combinations thereof indicated in the claims.
본 발명은 상기와 같은 목적을 해결하기 위하여, 스퓨리어스 신호를 최소화하기 위하여, 원통형 유전체 공진기의 외주에 원반형 홈을 형성하는 것을 특징으로 한다.In order to solve the above object, in order to minimize the spurious signal, a disk-shaped groove is formed on the outer circumference of the cylindrical dielectric resonator.
더욱 구체적으로 본 발명은, 다중 모드로 사용하기 위한 원통형 유전체 공진기에 있어서, 상기 원통형 유전체의 외주로부터 중심축으로 향하는 방향으로 소정의 두께로 소정의 깊이만큼 형성된 원반형 홈을 구비하는 것을 특징으로 하는 원반형 홈을 갖는 것을 특징으로 한다.More specifically, the present invention is a cylindrical dielectric resonator for use in a multi-mode disk, characterized in that the disk has a disk-shaped groove formed by a predetermined depth with a predetermined thickness in a direction from the outer circumference of the cylindrical dielectric to a central axis It is characterized by having a groove.
또한, 본 발명은, 다중 모드의 유전체 공진기를 이용한 대역통과 필터에 있어서, 내부에 소정의 간격으로 구획된 소정의 형상의 공동(Cavity)을 갖는 금속제의 하우징; 상기 하우징의 양 측면에 장착된 입출력 커넥터; 원반형 홈이 형성된 원통형 유전체로 이루어져서 상기 하우징의 각 공동에 장착된 복수의 공진 수단; 상기 공진 수단 간의 커플링 양을 조절하기 위한 커플링 수단; 상기 각각의 공진 수단의 측면에 위치하여 공진 주파수를 조절하기 위한 튜닝 수단; 및 상기 공동 내에서 상기 입출력 커넥터에 연결되고, 소정의 대역폭만을 통과시키도록 입출력되는 전자파를 유도하기 위한 입출력 급전 수단을 포함한다.The present invention also provides a bandpass filter using a multi-mode dielectric resonator, comprising: a metal housing having a cavity having a predetermined shape partitioned at predetermined intervals therein; Input and output connectors mounted on both sides of the housing; A plurality of resonating means formed of a cylindrical dielectric having a disc shaped groove and mounted to each cavity of the housing; Coupling means for adjusting an amount of coupling between said resonating means; Tuning means for adjusting a resonant frequency located on the side of each resonating means; And an input / output feeding means for inducing electromagnetic waves connected to the input / output connector in the cavity and input / output to pass only a predetermined bandwidth.
상기와 같은 발명은, 듀얼 모드로 사용되는 기존의 원통형 유전체 공진기에서 발생하는 스퓨리어스 신호를 최소화하는 효과가 있다.As described above, the present invention has an effect of minimizing a spurious signal generated in a conventional cylindrical dielectric resonator used in a dual mode.
또한, 본 발명은 휴대인터넷 주파수대역의 전체 대역(Full Band)(예를 들어, 2.3GHz ~ 2.4 GHz)을 통과시키는 대역통과 필터를 구현할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect of implementing a band pass filter that passes the full band (for example, 2.3GHz ~ 2.4GHz) of the portable Internet frequency band.
또한, 본 발명은 대역통과 필터의 소형화, 경량화, 및 원가절감 등을 이룰 수 있으며, 이로 인하여 무선 중계 장치의 소형화를 달성할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention can achieve the miniaturization, weight reduction, cost reduction, etc. of the bandpass filter, thereby achieving an effect of miniaturization of the wireless relay device.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.The above objects, features and advantages will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, whereby those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. There will be. In addition, in describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명에 따른 원반형 홈을 갖는 원통형 유전체 공진기의 일실시예 구성도이다.3 is a diagram illustrating an embodiment of a cylindrical dielectric resonator having a discoid groove according to the present invention.
본 발명에 따른 원통형 유전체 공진기는, 도 3에 도시된 바와 같이, 원통형 유전체의 외주로부터 중심축으로 향하는 방향으로 소정의 두께(d2)로 소정의 깊이만큼 형성된 홈(이하, '원반형 홈'이라 한다)을 구비하는 것을 특징으로 한다.As shown in FIG. 3, the cylindrical dielectric resonator according to the present invention includes a groove formed by a predetermined depth d 2 in a direction from the outer circumference of the cylindrical dielectric toward a central axis (hereinafter referred to as a 'disc groove'). It is characterized by comprising).
본 발명에 따른 원통형 유전체 공진기는, 반지름이 R1인 상측 원반형 유전체(상측부), 반지름이 R2인 중간 원반형 유전체(중간부), 및 반지름이 R3인 하측 원반형 유전체(하측부)로 이루지는데, 각각의 크기 관계는 다음과 같다. 원반형 홈에 의하여 분리된 상측 및 하측 원반형 유전체의 두께는 d1: d3(또는 d3: d1) = 1: 1~0.5인 비율 범위 내에서 있을 수 있으며, 바람직하게는 서로 같도록 한다(d1 = d3). 상측/하측 원반형 유전체의 두께와 중간 원반형 유전체(중간부)의 두께(원반형 홈의 두께)는 d1(또는 d3): d3 = 1:1.2~0.5 비율 범위 안에 속하는 것이 바람직하다.Cylinder according to the present invention, a dielectric resonator, the radius is accomplish by R 1 in the upper disk-like dielectric (upper side), the radius R 2 of the middle disk-like dielectric (intermediate portion), and the lower disk-like dielectric (lower portion) of radius R 3 Each size relationship is as follows. The thickness of the upper and lower disk dielectrics separated by the disk grooves may be in the ratio range of d 1 : d 3 (or d 3 : d 1 ) = 1: 1 to 0.5, preferably equal to each other ( d 1 = d 3 ). The thickness of the upper / lower disk dielectric and the thickness of the middle disk dielectric (middle portion) (the thickness of the disk groove) are preferably in the range of d 1 (or d 3 ): d 3 = 1: 1.2 to 0.5.
한편, 상측 원반형 유전체의 반지름(R1)과 하측 원반형 유전체의 반지름(R3)의 비율은 R1: R3(또는 R3: R1)= 1: 1~0.5인 범위 내에서 있을 수 있으며, 바람직하게는 R1=R3로 한다. 상측 또는 하측 원반형 유전체(상측부 또는 하측부)와 중간 원반형 유전체(중간부)의 반지름의 크기 비율은 R1(또는 R3): R2= 1: 0.5~0.2 범위 내에 속하는 것이 바람직하다.On the other hand, the ratio of the radius (R 1 ) of the upper disk dielectric and the radius (R 3 ) of the lower disk dielectric may be in the range of R 1 : R 3 (or R 3 : R 1 ) = 1: 1 ~ 0.5. , Preferably, R 1 = R 3 . The size ratio of the radius of the upper or lower disk dielectric (upper or lower) and the middle disk dielectric (middle) is preferably in the range of R 1 (or R 3 ): R 2 = 1: 0.5 to 0.2.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명에 따른 원반형 홈을 갖는 원통형 유전체 공진기 에서의 전자계 분포도이다.4A to 4D are electromagnetic field distribution diagrams of a cylindrical dielectric resonator having a discoid groove according to the present invention.
일반적으로 원통형 유전체 공진기에서는 TE 모드와 TM 모드만을 고려하며, 이상적인 TE 모드와 TM 모드에서는 진행방향에 대해서는 대칭적이고 φ성분에 대한 변화는 없다.In general, only the TE mode and the TM mode are considered in the cylindrical dielectric resonator, and in the ideal TE mode and the TM mode, they are symmetrical with respect to the traveling direction and there is no change in the φ component.
하지만, 실제에서는 TE 모드와 TM 모드의 결합 형태로 φ성분의 값을 가진 비대칭 구조를 갖는 공진기가 있으며, 이 경우에는 TE 모드 또는 TM 모드라 지칭할 수 없기 때문에 고차 모드(Hybrid Mode)에 해당한다는 의미에서 HEM mn 로 표현할 수 있다. However, in practice, there is a resonator having an asymmetric structure having a value of φ component as a combination of TE mode and TM mode. In the sense, it can be expressed as HEM mn .
대역통과 필터를 설계하기 위해서는 공진 주파수를 알아야 하는데, 모노 모드의 경우에는 TE01를 사용하고, 듀얼 모드의 경우에는 HEM11 모드를 사용한다.To design a bandpass filter, we need to know the resonant frequency, using TE 01 for mono mode and HEM 11 mode for dual mode.
도 4a 및 도 4c는 본 발명에 따른 원반형 홈을 갖는 원통형 유전체 공진기에서의 전계(E-Field)를 나타내고, 도 4b 및 도 4d는 자계(H-Field)를 나타낸다. 그리고, 도 4a 및 도 4b는 φ성분이 없는 이상적인 경우에 대한 전계(TE01의 전계) 및 자계(TM01의 자계)의 분포 특성을 나타내고, 도 4c 및 도 4d는 φ성분이 존재하는 비대칭 구조의 원통형 유전체 공진기에서의 전계(HEM11의 전계) 및 자계(TM01의 자계)의 분포 특성을 나타낸다.4A and 4C show an electric field (E-Field) in a cylindrical dielectric resonator having a discoid groove according to the present invention, and FIGS. 4B and 4D show a magnetic field (H-Field). 4A and 4B show the electric field (TE 01 of the ideal case without φ component). Electric field) and magnetic field (the magnetic field of TM 01 ), and FIGS. 4C and 4D show the electric field (HEM 11 in the asymmetric structure of the cylindrical dielectric resonator having? Electric field) and magnetic field (magnetic field of TM 01 ).
대부분의 전자계가 원의 중심을 지나가고 있으며 그 이외 부분은 다른 모드에서는 중요한 영역이지만 듀얼 모드에서는 스퓨리어스를 발생시키는 곳이다. 따라 서, 본 발명에서는, 공진기에서의 불필요한 모드를 소멸시키고 스퓨리어스 특성을 좋게 하기 위하여 도 3과 같이 홈을 내었다. Most of the electrons pass through the center of the circle, while the rest is an important area in other modes, but in dual mode it produces spurious. Therefore, in the present invention, grooves are cut as shown in FIG. 3 in order to eliminate unnecessary modes in the resonator and improve spurious characteristics.
도 5는 본 발명에 따른 원반형 홈을 갖는 원통형 유전체 공진기를 이용한 다중 모드 대역통과 필터의 일실시예 구성도이다.5 is a block diagram of an embodiment of a multi-mode bandpass filter using a cylindrical dielectric resonator having a discoid groove according to the present invention.
본 발명에 따른 다중 모드 대역통과 필터는, 도 5에 도시된 바와 같이, 하우징(50), 원반형 홈을 갖는 다수(예를 들어, 도 5와 같이 4개)의 원통형 유전체 공진기(도 3 참조)(51), 입출력 커넥터(52), 커플링 바(Coupling Bar)(53), 튜닝 볼트(Tuning Bolt)(54), 입출력 급전 루프(55)를 포함하여 이루어진다. 이하, 각각에 대하여 상세히 설명하기로 한다.As shown in FIG. 5, the multi-mode bandpass filter according to the present invention includes a
하우징(50)은 내부에 소정의 간격으로 구획된 일정한 형상의 공동(예를 들면, 사각형 공동, 원형 공동)을 갖는 것으로 금속제로 이루어져 있다. 도면에서는 하우징의 개방면을 덮는 덮개가 도시되어 있지 않으나, 해당 덮개까지 포함하여 '하우징'이라 한다.The
더욱 상세하게 설명하면, 하우징(50)의 각 공동(Cavity)은 각각의 유전체 공진기(51) 간의 커플링 양을 조정하기 위해 중앙부에 일정한 크기의 윈도우가 형성된 칸막이(격막)에 의해 구획되어 있으며, 하우징(50)의 내면은 전기적 성능을 안정화하고 전도성을 최대로 하기 위하여 은도금 처리된 구조로 되어 있다. 또한, 칸막이(격막)의 윈도우는 공동(Cavity) 상단에서 하단 수직 방향으로 일정한 간격만큼만 일부 절개된 구조로 되어 있으며, 이 윈도우의 일부 절개면에는 커플링 바(Coupling Bar)(53)가 장착되어 각 공동(Cavity)에 장착된 유전체 공진기(51) 간 의 커플링 양을 조정하여 불요파의 발생을 억제하도록 하고 있다. In more detail, each cavity of the
원반형 홈을 갖는 다수(예를 들어, 도 5와 같이 4개)의 원통형 유전체 공진기(51)(도 3 참조)는 하우징(50)의 각 공동에 장착되는 것으로서, 하우징(50)의 바닥면에서 직립되게 구비된 지지대에 의해 지지된다.A plurality of cylindrical dielectric resonators 51 (see FIG. 3) having discoid grooves are mounted in respective cavities of the
입출력 커넥터(52)는 하우징(50)의 양 측면에 장착되고, 이들은 각각 입출력 급전 루프(55)와 접속되는데 입력측 급전 루프는 입력 커넥터로부터 들어오는 신호를 첫 번째 유전체 공진기에 전달하는 역할을 하고, 출력측 급전 루프는 마지막 유전체 공진기로부터의 신호를 출력 커넥터에 전달하는 역할을 한다. 즉, 입출력 급전 루프(55)는 하우징(50)의 공동 내에서 입출력 커넥터(52)와 연결되며, 원하는 대역의 신호만 통과시키도록 입출력되는 전자파를 유도한다.The input /
커플링 바(Coupling Bar)(53)는 하우징(50)의 각 공동을 구획하는 다수의 칸막이(격막)의 윈도우에 장착되어 다수의 유전체 공진기 간의 커플링 양을 조정하여 불요파의 발생을 억제하는 기능을 수행한다.Coupling
튜닝 볼트들(54)은 공진 주파수를 조절하기 위하여 유전체 공진기(51)의 측면에 장착되는 것으로서, 각각 튜닝 플레이트와 튜닝 플레이트를 상하로 이동 가능하게 하는 튜닝 스크류로 구성되며, 각각의 튜닝 볼트(54)는 각기 너트에 의해 지지되어 하우징(50)의 측면에 고정된다. 즉, 직사각형 공동 내에서의 공진점을 조절한다.The tuning
요컨대, 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은 Wibro 주파수 대역의 전체 대역(Full-Band)(예를 들어, 2.3GHz ~ 2.4 GHz)을 통과시킬 수 있는 대역통과 필터를 구현할 수 있도록, 도 3에 도시된 바와 같이 원반형 홈이 있는 원통형 유전체 공진기를 사용하는 것을 특징으로 한다.In short, the present invention having the configuration as described above is shown in Figure 3 to implement a band pass filter that can pass the full-band (for example, 2.3GHz to 2.4GHz) of the Wibro frequency band As described above, it is characterized by using a cylindrical dielectric resonator having a discoid groove.
유전체 공진기를 사용한 대역통과 필터를 구현함에 있어서, 대역폭(Bandwidth)이 넓어짐에 따라 각각의 커플링 인덕턴스/캐패시턴스(Coupling Inductance/Capacitance)의 값이 커져야 되는데 이러한 요소들이 스퓨리어스 특성에 악 영향을 끼친다.In implementing a bandpass filter using a dielectric resonator, each coupling inductance / capacitance needs to increase as the bandwidth increases, and these factors adversely affect the spurious characteristics.
이러한 문제점을 해결하고자 시뮬레이션 툴(Simulation Tool)을 통하여 유전체 공진기의 형상, 필터의 차원(Dimension)을 여러 가지 형태로 변화시켜 가면서 실험을 하였다. 기본적으로 대역폭(Bandwidth) 100MHz를 통과시키기 위해서는 입출력 단에 상당히 많은 양의 커플링(Coupling)이 필요한데, 그 커플링의 형상에 따라 스퓨리어스 특성에 영향을 미치기 때문에 입출력 단의 커플링과 각각의 유전체 공진기를 커플링하는 요소를 최대한 가변할 수 있도록 설계하였으며, 또한 튜닝 포인트(Tuning Point)도 여러 개 두었다.In order to solve this problem, the experiment was performed by changing the shape of the dielectric resonator and the dimension of the filter through various simulation tools. Fundamentally, a large amount of coupling is required at the input and output stages to pass a bandwidth of 100 MHz. The coupling shape of the input and output stages and each dielectric resonator are influenced by the spurious characteristics depending on the shape of the coupling. It is designed to be able to vary as much as possible the elements that couple the, and also several tuning points (Tuning Point).
도 6a 내지 도 6c는 종래의 모노 모드 필터의 공진 특성을 나타내는 것으로서, 도 6a는 원통형 유전체 공진기를 이용한 모노 모드 필터(Mono Mode DR Filter)와 공동 필터(Cavity Filter)의 삽입 손실(Insertion Loss)을 비교하는 도면이고, 도 6b는 공동 필터(Cavity Filter)의 하모닉(Harmonic)을 나타내고, 도 6c는 원통형 유전체 공진기를 이용한 필터(DR Filter)의 하모닉을 나타낸다. 여기서, X축은 주파수(MHz), Y축은 크기(Magnitude)(dB)를 나타내며, 이는 도 7a 내지 도 8b에서고 같다.6A to 6C illustrate resonance characteristics of a conventional mono mode filter, and FIG. 6A illustrates insertion loss of a mono mode DR filter and a cavity filter using a cylindrical dielectric resonator. 6B shows a harmonic of a cavity filter, and FIG. 6C shows a harmonic of a DR filter using a cylindrical dielectric resonator. Here, the X-axis represents the frequency (MHz), the Y-axis represents Magnitude (dB), as shown in Figures 7a to 8b.
한편, 도 7a 및 도 7b는 종래의 홈이 없는 원통형 유전체 공진기를 이용한 듀얼 모드 필터(종래의 Dual Mode DR Filter)의 공진 특성을 나타내는 것으로서, 도 7a는 삽입 손실(Insertion Loss)을 나타내고, 도 7b는 하모닉을 나타낸다.7A and 7B illustrate resonance characteristics of a conventional dual mode filter (a conventional dual mode DR filter) using a cylindrical dielectric resonator without a groove, and FIG. 7A illustrates an insertion loss, and FIG. 7B. Represents a harmonic.
한편, 도 8a 및 도 8b는 본 발명에 따른 원반형 홈을 갖는 원통형 유전체 공진기를 이용한 대역통과 필터의 공진 특성을 나타내는 것으로서, 도 8a는 삽입 손실(Insertion Loss) 및 리턴 손실(Return Loss)을 나타내고, 도 8b는 하모닉을 나타낸다. 또한, 본 발명에 따른 대역통과 필터의 공진 특성은 아래의 [표 1]에 나타난 바와 같이, 온도(T) 변화가 있더라도 큰 영향을 받지 않는다는 것을 알 수 있다.8A and 8B illustrate resonance characteristics of a bandpass filter using a cylindrical dielectric resonator having a disk-shaped groove according to the present invention, and FIG. 8A shows an insertion loss and a return loss. 8B shows the harmonics. In addition, it can be seen that the resonance characteristics of the bandpass filter according to the present invention are not significantly affected by the change in temperature T, as shown in Table 1 below.
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 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.The present invention described above is capable of various substitutions, modifications, and changes without departing from the technical spirit of the present invention for those skilled in the art to which the present invention pertains. It is not limited by the drawings.
도 1a 및 도 1b는 종래의 모노 모드를 이용한 8-Pole 필터,1a and 1b is an 8-Pole filter using a conventional mono mode,
도 2는 종래의 듀얼 모드를 이용한 4-Pole 필터,2 is a 4-pole filter using a conventional dual mode,
도 3은 본 발명에 따른 원반형 홈을 갖는 원통형 유전체 공진기의 일실시예 구성도,3 is a configuration diagram of an embodiment of a cylindrical dielectric resonator having a discoid groove according to the present invention;
도 4a 내지 도 4d는 본 발명에 따른 원반형 홈을 갖는 원통형 유전체 공진기에서의 전자계 분포도,4A to 4D are electromagnetic field distribution diagrams of a cylindrical dielectric resonator having a discoid groove according to the present invention;
도 5는 본 발명에 따른 원반형 홈을 갖는 원통형 유전체 공진기를 이용한 다중 모드 대역통과 필터의 일실시예 구성도,5 is a configuration diagram of an embodiment of a multi-mode bandpass filter using a cylindrical dielectric resonator having a discoid groove according to the present invention;
도 6a 내지 도 8b는 종래의 모노 모드/듀얼 모드와 본 발명의 공진 특성을 비교하는 설명도이다. 6A to 8B are explanatory views for comparing the resonance characteristics of the present invention with the conventional mono mode / dual mode.
* 도면의 주요부분에 대한 부호 설명* Explanation of symbols on the main parts of the drawings
50: 하우징 51: 원반형 홈을 갖는 원통형 유전체 공진기50: housing 51: cylindrical dielectric resonator with discoid groove
52: 입출력 커넥터 53: 커플링 바52: I / O connector 53: coupling bar
54: 튜닝 볼트 55: 입출력 급전 루프54: tuning bolt 55: input / output feed loop
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