소형화된 교차-혼합 결합형 대역 통과 여파기(Miniaturized Cascaded-Triple Cross-mixed Bandpass Filter)

(19) 대한민국특허청(KR)
(12) 등록특허공보(B1)
(45) 공고일자 2009년06월18일
(11) 등록번호 10-0903688
(24) 등록일자 2009년06월11일
(51) Int. Cl.

H01P 1/203 (2006.01)
(21) 출원번호 10-2007-0096492
(22) 출원일자 2007년09월21일
심사청구일자 2007년09월21일
(65) 공개번호 10-2009-0030856
(43) 공개일자 2009년03월25일
(56) 선행기술조사문헌
KR1020050064602 A*
KR1020050064724 A
JP03085903 A
JP2000252705 A
*는 심사관에 의하여 인용된 문헌
(73) 특허권자
인천대학교 산학협력단
인천 남구 도화동 177번지 인천대학교내
(72) 발명자
강승택
인천 부평구 부개3동 삼부한신아파트 102동 1001
호
주정호
서울 마포구 동교동 177-18번지 202호
(74) 대리인
특허법인우인
전체 청구항 수 : 총 6 항 심사관 : 김기현
(54) 소형화된 교차-혼합 결합형 대역 통과 여파기
(57) 요 약
본 발명은 소형화된 교차-혼합 결합형 대역 통과 여파기에 대한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 혼합 결합
을 이용하는 연속 3극 교차 결합 구조를 가진 대역 통과 여파기로서 소형화가 가능하고 광대역 저지 특성을 가지
는 소형화된 교차-혼합 결합형 대역 통과 여파기에 대한 것이다.
본 발명은, 소형화된 교차-혼합 결합형 대역 통과 여파기에 있어서, 입력 포트가 연결되는 개방 고리형 공진기
형태의 제 1 공진기; 출력 포트가 연결되며 상기 제 1 공진기와 대칭 구조의 제 3 공진기; 및 상기 제 1 공진기
와 상기 제 3 공진기의 내부를 연결하는 전송선 공진기 형태의 제 2 공진기를 포함하는 것을 특징으로 하는 소형
화된 교차-혼합 결합형 대역 통과 여파기를 제공한다. 이에 따라 본 발명에 따른 소형화된 교차-혼합 결합형 대
역 통과 여파기는, 제 1 공진기와 제 3 공진기를 포함하는 한 쌍의 개방 고리형 공진기 내부에 전송선 공진기인
제 2 공진기를 위치시켜 혼합 결합을 이용한 연속 3극 교차 결합 구조를 형성한다.
대 표 도 - 도3
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등록특허 10-0903688
특허청구의 범위
청구항 1
소형화된 교차-혼합 결합형 대역 통과 여파기에 있어서,
입력 포트가 연결되고 제 1 개방부를 구비한 개방 고리형 공진기 형태의 제 1 공진기;
출력 포트가 연결되고 상기 제 1 개방부와 마주보는 제 2 개방부를 구비하며 상기 제 1 공진기와 대칭 구조의
제 3 공진기; 및
상기 제 1 공진기와 상기 제 3 공진기의 내부에서 각각 커플링을 이루는 제 1 평행 라인과 제 2 평행 라인, 및
상기 제 1 개방부와 상기 제 2 개방부를 관통하는 관통 라인을 포함하는 전송선 공진기 형태의 제 2 공진기
를 포함하는 것을 특징으로 하는 소형화된 교차-혼합 결합형 대역 통과 여파기.
청구항 2
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 공진기는 상기 제 1 개방부와 더불어 상기 제 1 개방부와 마주보는 제 1 라인을 포함하고, 상기 제 2
공진기는 상기 제 2 개방부와 더불어 상기 제 2 개방부와 마주보는 제 2 라인을 포함하여 각각 형성되는 것을
특징으로 하는 소형화된 교차-혼합 결합형 대역 통과 여파기.
청구항 3
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 2 공진기는,
상기 제 1 평행 라인과 상기 관통 라인을 연결하는 제 1 연결 라인, 및 상기 제 2 평행 라인과 상기 관통 라인
을 연결하는 제 2 연결 라인
을 포함하는 것을 특징으로 하는 소형화된 교차-혼합 결합형 대역 통과 여파기.
청구항 4
제 3 항에 있어서,
상기 제 1 연결 라인과 상기 제 2 연결 라인은 상기 제 1 공진기 및 상기 제 3 공진기의 중앙 방향으로 각각 꺽
여져서 형성되는 것을 특징으로 소형화된 교차-혼합 결합형 대역 통과 여파기.
청구항 5
제 3 항에 있어서,
상기 제 1 연결 라인과 상기 제 2 연결 라인은 상기 제 1 공진기와 상기 제 3 공진기에 대하여 각각 커플링을
이루도록 구비되는 것을 특징으로 하는 소형화된 교차-혼합 결합형 대역 통과 여파기.
청구항 6
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 공진기, 상기 제 2 공진기, 및 상기 제 3 공진기 중 어느 하나에는 대역 통과 특성을 향상시키기 위
한 스터브가 구비되는 것을 특징으로 하는 소형화된 교차-혼합 결합형 대역 통과 여파기.
명 세 서
발명의 상세한 설명
기 술 분 야
본 발명은 소형화된 교차-혼합 결합형 대역 통과 여파기에 대한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 혼합 결합<1>
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등록특허 10-0903688
을 이용하는 연속 3극 교차 결합 구조를 가진 대역 통과 여파기로서 소형화가 가능하고 광대역 저지 특성을 가
지는 소형화된 교차-혼합 결합형 대역 통과 여파기에 대한 것이다.
배 경 기 술
무선통신 및 이동통신이 발전함에 따라 고주파 부품은 소형화, 고성능화, 및 저가격화되어야 할 필요성이 있다.<2>
특히 대역 통과 여파기(Bandpass Filter)는 낮은 삽입 손실과 높은 주파수 선택성을 가져야 한다. 그러나 높은
주파수 선택성을 유지하려면 여파기의 차수가 높아지면서 삽입 손실이 증가한다. 이러한 문제점을 해결하기 위
한 수단으로서 마이크로스트립상에서 구현 가능한 높은 주파수 선택성을 가지는 교차 결합(cross coupling)을
이용한 여파기에 대한 연구가 이루어지고 있다. 교차 결합을 이용한 여파기의 동작 원리는 커플링을 공진기 간
에 순차적으로 형성시키지 않고 임의로 공진기간의 커플링의 순서를 교차하게 만들어 통과 대역 주변에 통과 특
성이 영(zero)가 되는 지점을 위치시켜서 높은 주파수 선택성을 구현한다.
종래 교차 결합을 이용한 대역 통과 여파기에 대하여 설명하면 다음과 같다.<3>
도 1은 종래 교차 결합을 이용한 대역 통과 여파기의 일례를 도시한 도면이다. <4>
도 1에 도시된 대역 통과 여파기는 비대칭 주파수 특성을 갖는 마이크로스트립 대역 통과 여파기로서, 교차 결<5>
합(cross coupling) 및 개방 고리형 공진기(open loop resonator)로 형성된다. 이는 J.-S.Hong과
M.J.Lancaster가 "Microstrip cross-coupled trisection bandpass filters with asymmetric frequency
characteristics(IEE proc.-Microwave and antennas propagation, Vol 146. No 1, February 1999, pp. 84-
90)"에서 제안한 구조이다.
도 1의 대역 통과 여파기는, 유전체 기판(10) 위에 제 1 공진기(12)와 제 2 공진기(14) 및 제 3 공진기(16)를<6>
구비하여 이루어진다. 제 1 공진기(12)에는 입력 포트(IN)가 구비되고, 제 3 공진기(16)에는 출력 포트(OUT)가
구비된다. 제 1 공진기(12)와 제 3 공진기(16)는 상호 근접하게 형성된 관계로 교차 결합을 형성한다. 교차 결
합의 결과로서, 도 1의 대역 통과 여파기는 대역의 상측에서 유한 주파수의 감쇠 극 특성을 갖는다.
도 2는 종래 교차 결합을 이용한 대역 통과 여파기의 또 다른 예의 등가 회로도이다. <7>
도 2에 따른 대역 통과 여파기는 미국 특허 제6,608,538호에서 제안된 것으로서, 제 1 대역 공진기(L11, L12,<8>
C1)와, 제 2 대역 공진기(L21, L22, C2), 및 제 3 대역 공진기(L31, L32, C3)를 포함하며, 입력 포트(port1)는
제 1 대역 공진기(L11, L12, C1)에 연결되고, 출력 포트(port2)는 제 3 대역 공진기(L31, L32, C3)에
연결된다. 여기서, 필터의 주결합은 전계결합으로 이루어지고, 상기 제 1 대역 공진기(L11, L12, C1)와 상기 제
3 대역 공진기(L31, L32, C3)의 결합은 자계결합으로 이루어진다.
한편, 대한민국 공개특허공보 제10-2006-0034177호(2006. 4. 21.공개)에 따른 마이크로스트립형 대역 통과 필터<9>
는, 입/출력단자와 공진기의 사이 및 공진기들 간에는 물리적으로 병렬결합된 전계결합으로 형성되며, 서로 인
접하지 않은 공진기 간에는 교차결합 갭 혹은 교차결합 선로로 자계결합을 형성하도록 하는 것을 특징으로
한다.
도 1에 도시된 대역 통과 여파기의 경우, 공진기 길이의 반파장에서 대역 통과 특성이 나타나는 동시에 이에 상<10>
응하는 고주파 주파수에서 대역 통과 특성이 나타나게 되므로 잡음이 발생하는 문제점이 존재하였다.
또한, 기존의 교차 결합을 이용한 대역 통과 여파기는 구조적인 제한점으로 인하여 최소한 하나의 감쇄극을 얻<11>
기 위해서는 공진기가 3개가 필요하게 된다. 마이크로스트립상에서 교차 결합을 형성하기 위한 배열이 제한적이
므로 대역 통과 여파기를 소형화하기에는 한계가 발생한다.
발명의 내용
해결 하고자하는 과제
본 발명은 상기한 종래 기술의 단점을 해결하기 위하여, 개방 고리형 공진기 내부에 혼합 결합용 전송선 공진기<12>
를 위치시켜 여파기의 크기를 최소화하고 교차 결합을 이용하여 대역 통과 주변에 감쇄극을 생성시킴으로써 높
은 주파수 선택성을 가지는 소형화된 교차-혼합 결합형 대역 통과 여파기를 제공함을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 더욱 향상된 주파수 선택성과 대역 저지 부분의 광대역 차단 특성을 실현하기 위하여 공진기에<13>
스터브를 구비하여 고주파의 통과 특성을 억제하는 것을 특징으로 하는 소형화된 교차-혼합 결합형 대역 통과
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등록특허 10-0903688
여파기를 제공함을 그 목적으로 한다.
과제 해결수단
본 발명은, 소형화된 교차-혼합 결합형 대역 통과 여파기에 있어서, 입력 포트가 연결되는 개방 고리형 공진기<14>
형태의 제 1 공진기; 출력 포트가 연결되며 상기 제 1 공진기와 대칭 구조의 제 3 공진기; 및 상기 제 1 공진기
와 상기 제 3 공진기의 내부를 연결하는 전송선 공진기 형태의 제 2 공진기를 포함하는 것을 특징으로 하는 소
형화된 교차-혼합 결합형 대역 통과 여파기를 제공한다. 이에 따라 본 발명에 따른 소형화된 교차-혼합 결합형
대역 통과 여파기는, 제 1 공진기와 제 3 공진기를 포함하는 한 쌍의 개방 고리형 공진기 내부에 전송선 공진기
인 제 2 공진기를 위치시켜 혼합 결합을 이용한 연속 3극 교차 결합 구조를 형성한다.
여기서, 상기 제 1 공진기는 일측이 개방된 제 1 개방부와 상기 제 1 개방부와 마주보는 제 1 라인을 포함하고,<15>
상기 제 2 공진기는 상기 제 1 개방부의 측부에 위치하는 일측이 개방된 제 2 개방부와 상기 제 2 개방부와 마
주보는 제 2 라인을 포함하여 각각 형성됨을 특징으로 한다.
한편, 상기 제 2 공진기는, 상기 제 1 공진기 내부에 위치하여 상기 제 1 공진기와 커플링을 이루는 제 1 평행<16>
라인과, 상기 제 3 공진기 내부에 위치하여 상기 제 3 공진기와 커플링을 이루는 제 2 평행 라인과, 상기 제 1
공진기와 상기 제 2 공진기의 개방부를 관통하는 관통 라인과, 상기 제 1 평행 라인과 상기 관통 라인을 연결하
는 제 1 연결 라인, 및 상기 제 2 평행 라인과 상기 관통 라인을 연결하는 제 2 연결 라인을 포함하도록 형성될
수 있다.
또한, 본 발명에 따른 대역 통과 여파기의 상기 제 1 공진기, 상기 제 2 공진기, 및 상기 제 3 공진기 중 어느<17>
하나에는 대역 통과 특성을 향상시키기 위한 스터브가 구비될 수 있다.
효 과
본 발명에 의하면, 한 쌍의 개방 고리형 공진기 내부에 전송선 공진기를 위치시켜 혼합 결합을 이용한 연속 3<18>
극 교차 결합 구조의 대역 통과 여파기를 소형으로 구성할 수 있으며, 우수한 통과 특성과 더불어 높은 차단
특성과 광대역 저지 특성을 얻을 수 있는 효과가 있다.
발명의 실시를 위한 구체적인 내용
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에<19>
참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동
일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기
능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되
지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 소형화된 교차-혼합 결합형 대역 통과 여파기의 패턴도이다. <20>
도 3에서는 유전체 기판은 별도로 도시하지 않았고, 도 3에 도시된 패턴은 유전체 기판에 마이크로스트립으로<21>
형성한 것을 나타낸 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 소형화된 교차-혼합 결합형 대역 통과 여파기(40)는 입력 포트(42)가 연결되<22>
는 제 1 공진기(50)와, 제 1 공진기(50)와 대칭되도록 형성되는 제 3 공진기(70), 및 제 1 공진기(50)의 내부와
제 3 공진기의 내부를 연결하도록 형성되는 제 2 공진기(60)를 포함한다.
제 1 공진기(50)는 일측에 제 1 개방부(54)가 형성된 개방 고리형 공진기의 형태로 이루어지며, 제 1 개방부<23>
(54)와 마주보는 부분이 제 1 라인(52)을 이룬다. 제 1 라인(52)에는 입력 포트(42)가 연결된다. 제 3 공진기
(70)는 제 1 공진기(50)와 대칭되도록 구비된다. 제 3 공진기(70)의 제 3 개방부(74)는 제 1 공진기(50)의 제 1
개방부(54)와 마주보는 형태로 위치하며, 제 3 개방부(74)와 마주보는 부분은 제 3 라인(72)을 이룬다. 출력 포
트(44)는 제 3 공진기(70)의 상기 제 3 라인(72)에 연결된다.
한편, 제 2 공진기(60)는 제 1 공진기(50)와 제 3 공진기(70)의 내부를 연결하도록 형성되며, 전송선 공진기의<24>
형태로 이루어진다. 제 2 공진기(60)는 제 1 라인(62)과 나란하게 형성되는 제 1 평행 라인(62)과, 제 3 라인
(72)과 나란하게 형성되는 제 2 평행 라인(66)과, 제 1 공진기(50)의 제 1 개방부(54)와 제 3 공진기(70)의 제
3 개방부(74)를 관통하는 관통 라인(64)을 포함한다. 또한, 제 2 공진기(60)는 제 1 평행 라인(62)의 말단과 관
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통 라인(64)의 일단을 연결하는 제 1 연결 라인(63) 및 제 2 평행 라인(66)의 말단과 관통 라인(64)의 타단을
연결하는 제 2 연결 라인(65)을 추가로 포함한다. 도 3에서, 제 1 연결 라인(63)과 제 2 연결 라인(65)은 각각
제 1 공진기(50)와 제 3 공진기(70)와의 커플링 효과를 배제하기 위하여 가능한한 내측 중앙에 위치하도록 하였
다.
이러한 구성에 의하여, 제 1 공진기와 제 2 공진기 간에 커플링이 형성되고, 제 2 공진기와 제 3 공진기 간에<25>
커플링이 형성되며, 제 1 공진기와 제 3 공진기 간에도 커플링이 형성되어 교차 결합을 이루게 된다.
도 4는 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따른 소형화된 교차-혼합 결합형 대역 통과 여파기의 패턴도이다. <26>
도 4는 제 2 공진기(60)에서 제 1 연결 라인(63)과 제 2 연결 라인(65)이 도 3에서와 같이 꺽이지 않고 직선 형<27>
태를 갖도록 한 소형화된 교차-혼합 결합형 대역 통과 여파기를 나타낸다. 도 4와 같은 경우에 있어서는 제 1
연결 라인(63)과 제 1 공진기(50) 간에, 또한 제 2 연결 라인(65)과 제 3 공진기(70) 간에 추가적인 커플링이
발생하여 전체 교차 결합에 따른 여파기의 성능에 또 다른 영향을 줄 수 있다.
본 발명은 교차결합 구조를 기본으로 하여 타원형 여파기만이 보여주는 우수한 차단특성을 가진다. 이때 교차<28>
결합에 혼합결합이 사용되면 설계변수가 증가하여 여파기 요구사항에 대한 설계 자유도가 늘어난다. 차단 특성
은 물론, 대역 내 삽입손실과 반사손실의 목표 그리고 크기 축소(다수의 설계목표)를 결합의 혼용으로 손쉽게
구현할 수 있다.
도 5는 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따른 소형화된 교차-혼합 결합형 대역 통과 여파기에 있어서 스터<29>
브를 구비한 패턴도이다.
스터브(80)는 여파기(40)의 대역 저지 특성을 향상시키기 위하여 구비되는 것으로서, 스터브(80)가 구비됨에 따<30>
라 여파기의 고유 특성인 2차 모드에서 대역 통과 특성이 저지된다.
도 5에서는 스터브(80)가 제 1 공진기(50)에 연결되는 것으로 도시하였으나, 스터브(80)는 제 2 공진기(60) 또<31>
는 제 3 공진기(70)에 연결되도록 구성하는 것도 가능함은 물론이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 소형화된 교차-혼합 결합형 대역 통과 여파기의 통과 및 대역저지 특<32>
성을 나타낸 그래프이다.
본 발명의 중요한 특징은 설계 자유도를 높인 혼합결합 구조를 교차결합에 사용함으로써, 장치의 크기를 줄이면<33>
서도, 통과대역의 삽입손실이 작고 저지대역 차단특성이 뛰어난 결과를 얻을 수 있다는 것이다.
그런데 차단 대역의 확장을 위해 불요 하모닉이 발생하는 주파수의 신호가 지나가지 못하도록, 제 1 공진기에서<34>
전류가 강세를 보이는 지점을 찾아내어 90도 개방형 스터브를 달아 단락특성을 만들면 불요파 에너지가 다른 공
진기로 넘어갈 수 없게되어, 불요파 억제 효과를 거둘 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 소형화된 교차-혼합 결합형 대역 통과 여파기는 유전체 기판 상의 동일 평면에<35>
제 1, 2, 3 공진기를 좁은 공간에 모두 배열할 수 있어 여파기의 소형화를 도모할 수 있다. 또한 본 발명에 따
른 소형화된 교차-혼합 결합형 대역 통과 여파기의 소형화된 대칭형 구조는 다수의 대역 통과 여파기를 연결하
여 사용할 때에도 공간의 점유도가 적은 장점과 높은 대역 통과 특성을 나타내는 특징이 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에<36>
서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및
치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기
위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위
가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범
위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
산업이용 가능성
본 발명은 소형의 대역 통과 여파기에 대한 것으로서, 무선통신이나 이동통신에 사용되는 고주파 통신 부품 산<37>
업에 그 이용가능성이 현저하다.
도면의 간단한 설명
도 1은 종래 교차 결합을 이용한 대역 통과 여파기의 일례를 도시한 도면,<38>
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도 2는 종래 교차 결합을 이용한 대역 통과 여파기의 또 다른 예의 등가 회로도,<39>
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 소형화된 교차-혼합 결합형 대역 통과 여파기의 패턴도,<40>
도 4는 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따른 소형화된 교차-혼합 결합형 대역 통과 여파기의 패턴도, <41>
도 5는 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따른 소형화된 교차-혼합 결합형 대역 통과 여파기에 있어서 스터<42>
브를 구비한 패턴도,
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 소형화된 교차-혼합 결합형 대역 통과 여파기의 통과 및 대역저지 특<43>
성을 나타낸 그래프이다.
<도면의 주요부분에 대한 도면 부호의 설명><44>
40 : 대역 통과 여파기 42 : 입력 포트<45>
44 : 출력 포트 50 : 제 1 공진기<46>
60 : 제 2 공진기 70 : 제 3 공진기<47>
80 : 스터브<48>
도면
도면1
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도면2
도면3
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도면4
도면5
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도면6
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