KR102878300B1

KR102878300B1 - Pcb 결합형 캐비티 rf 필터

Info

Publication number: KR102878300B1
Application number: KR1020250023028A
Authority: KR
Inventors: 박정일; 박종철
Original assignee: (주)알엔텍; 모아컴코리아주식회사
Priority date: 2025-02-21
Filing date: 2025-02-21
Publication date: 2025-10-29
Anticipated expiration: 2045-02-21

Abstract

PCB 결합형 캐비티 RF 필터가 개시된다. 일면이 개방된 직육면체 형상의 캐비티 구조물; 상기 캐비티 구조물의 개방된 일면에 접합되어 결합되는 인쇄 회로 기판; 상기 캐비티 구조물과 상기 인쇄 회로 기판 사이의 공간에 구비되는 공진기; 상기 공진기로부터 연장되는 와이어; 상기 연장되는 와이어가 고정되며, 상기 캐비티 구조물 및 상기 인쇄 회로 기판을 결합하여 고정하는 핀; 상기 핀을 둘러싸며, 테프론으로 구성되는 절연체를 구성한다. 상술한 PCB 결합형 캐비티 RF 필터에 의하면, 캐비티 필터와 PCB를 결합하여 표면 실장 기술(SMT)을 적용할 수 있는 면 구조의 입출력 단자를 형성하도록 구성됨으로써, 기존 커넥터 방식의 문제를 해결하고, 제품의 소형화와 경량화를 실현할 수 있는 효과가 있다. 이를 통해 필터의 전기적 손실을 최소화하고, 높은 신뢰성을 유지하면서도 제조 공정의 간소화를 달성할 수 있다.

Description

PCB 결합형 캐비티 RF 필터{PRINTED CIRCUIT BORAD-COUPLED CAVITY RADIO FREQUENCY FILTER}

본 발명은 캐비티(cavity) RF 필터에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는 PCB(printed circuit board) 결합형 캐비티 RF 필터에 관한 것이다.

이동통신 기술의 발전에 따라 5G 이상의 기술이 도입되면서 다중 배열 송수신 안테나를 지원하기 위해 고성능, 고집적 RF 필터의 필요성이 증가하고 있다. 이에 따라 필터의 소형화와 경량화는 필수적인 요소로 자리 잡고 있다.

그러나, 기존의 캐비티형 RF 필터는 주로 커넥터 방식을 사용하여 장비에 연결되며, 이로 인해 부피가 커지고 구조가 복잡해지는 문제가 발생한다. 커넥터를 사용하면 접촉면에서의 전기적 손실이 발생할 수 있으며, 부품을 조립하는 과정에서 미세 틈이 형성되어 필터 성능 저하를 초래할 수 있다.

또한, 필터와 PCB 간 결합이 기존에는 스크류를 사용한 기계적 조립 방식을 채택하였는데, 이로 인해 제품 크기가 커지고 집적화가 어려워지는 한계가 있다. 이러한 기계적 접합부는 진동 및 충격에 약하여 장시간 사용 시 신뢰성을 저하시킬 수 있다.

고주파 회로의 특성상 열 관리 역시 중요한 문제로 대두된다. 기존 구조에서는 열이 제대로 방출되지 않아 필터의 성능이 저하되며, 열로 인한 부품의 수명 단축이 발생할 수 있다. 이를 해결하기 위해 열 방출 경로의 최적화가 요구된다.

마지막으로, 기존의 RF 필터 구조는 마이크로스트립 선로를 통한 분포정수 회로의 추가 구현이 어려워 다양한 회로 기능(저역 통과 필터, 고역 통과 필터, 커플러 등)을 집적하는 데 한계가 있다. 따라서 소형화와 고성능을 동시에 달성하기 위해 개선된 구조가 필요하다.

등록특허공보 10-1191751 등록특허공보 10-2241461

본 발명의 목적은 PCB 결합형 캐비티 RF 필터를 제공하는 데 있다.

상술한 본 발명의 목적에 따른 PCB 결합형 캐비티 RF 필터는, 일면이 개방된 직육면체 형상의 캐비티 구조물; 상기 캐비티 구조물의 개방된 일면에 접합되어 결합되는 인쇄 회로 기판을 포함하도록 구성될 수 있다.

여기서, 상기 PCB 결합형 캐비티 RF 필터는, 5G 이동 통신에 이용되는 필터로 구성될 수 있다.

그리고 상기 PCB 결합형 캐비티 RF 필터는, 밴드 패스 필터 회로부, 로우 패스 필터 회로부, 하이 패스 필터 회로부, 커플러, 노치 필터부 중 하나로 구성될 수 있다.

상술한 PCB 결합형 캐비티 RF 필터에 의하면, 캐비티 필터와 PCB를 결합하여 표면 실장 기술(SMT)을 적용할 수 있는 면 구조의 입출력 단자를 형성하도록 구성됨으로써, 기존 커넥터 방식의 문제를 해결하고, 제품의 소형화와 경량화를 실현할 수 있는 효과가 있다. 이를 통해 필터의 전기적 손실을 최소화하고, 높은 신뢰성을 유지하면서도 제조 공정의 간소화를 달성할 수 있다.

또한, 결합면 일부를 파내어 빈 공간을 확보하고 그 공간에 분포정수 회로를 구현하도록 구성됨으로써, 필터 본체의 소형화와 고집적화를 동시에 실현할 수 있다. 이로써 다양한 기능 회로(LPF, HPF, Coupler 등)를 추가로 구현할 수 있으며, 필터의 성능과 활용도를 극대화할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 PCB 결합형 캐비티 RF 필터의 측단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시점에 따른 분리 도면이다.
도 3은 기존 방식에 따른 밴드 패스 필터의 구현 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 로우 패스 필터의 구현 예시도이다.
도 4는 기존 방식에 의한 캐비티 RF 필터의 신호 특성 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 PCB 결합형 캐비티 RF 필터의 신호 특성 그래프이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 PCB 결합형 캐비티 RF 필터의 측단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시점에 따른 분리 도면이다. 그리고 도 3은 기존 방식에 따른 밴드 패스 필터의 구현 예시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 로우 패스 필터의 구현 예시도이다. 그리고 도 4는 기존 방식에 의한 캐비티 RF 필터의 신호 특성 그래프이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 PCB 결합형 캐비티 RF 필터의 신호 특성 그래프이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 PCB 결합형 캐비티 RF 필터는 캐비티(cavity) 구조물(110), 인쇄 회로 기판(printed circuit board(120), 공진기(reasonator)(130), 와이어(wire)(140), 핀(pin)(150), 절연체(160)를 포함하도록 구성될 수 있다.

이하, 세부적인 구성에 대하여 설명한다.

캐비티 구조물(110)은 일면 개방된 직육면체 형상으로 구성될 수 있다.

인쇄 회로 기판(120)은 캐비티 구조물(110)의 개방된 일면에 접합되어 결합되도록 구성될 수 있다.

공진기(130)는 캐비티 구조물(110)과 인쇄 회로 기판(120) 사이의 공간에 구비되도록 구성될 수 있다.

여기서, 공진기(130)는 공진기 바(131)에 의해 인쇄 회로 기판(120)에 고정될 수 있다.

와이어(140)는 공진기(130)로부터 연장되도록 구성될 수 있다.

핀(150)은 연장되는 와이어(140)가 고정되며, 캐비티 구조물(110) 및 인쇄 회로 기판(120)을 결합하여 고정하도록 구성될 수 있다.

절연체(160)는 핀(150)을 둘러싸도록 구성될 수 있다.

절연체(160)는 테프론(Teflon)으로 구성될 수 있다. 테프론은 절연 특성이 우수하면 저유전율을 가지는 물질로서, RF 필터의 주파수 특성에 미치는 영향이 적다는 장점이 있다.

한편, 캐비티 구조물(110)과 인쇄 회로 기판(120)은 솔더링(soldering)에 의해 상호 접합되고, 공진기 바(131) 역시 솔더링에 의해 인쇄 회로 기판(120)에 장착되도록 구성될 수 있다. 기존에는 스크류(screw)를 이용하여 접합하여 주파수 특성에 많은 영향을 미치고 부피를 크게 하는 단점이 있다.

한편, 인쇄 회로 기판(120)은 다수의 필터 회로부(미도시)를 포함할 수 있다.

여기서, 필터 회로부는 분포 정수 회로부로 구성될 수 있다.

분포 정수 회로부는 표면 실장 기술(surface mount technology)에 의해 형성되는 마이크로스트립(microstrip) 선로로 구성될 수 있다.

분포 정수 회로부는 밴드 패스 필터(band pass filter) 회로부, 로우 패스 필터(low pass filter) 회로부, 하이 패스 필터(high pass filter) 회로부, 커플러, 노치 (notch) 필터부를 적어도 하나 이상 포함할 수 있다.

인쇄 회로 기판(120)은 다수의 필터 회로부(미도시), 필터 선택 회로부(미도시)를 포함할 수 있다.

필터 회로부(미도시)는 서로 다른 주파수의 선택적 수신을 위한 구성이며, 필터 선택 회로부(미도시)는 필터 회로부(미도시)으 주파수 중 어느 하나의 주파수를 선택하기 위해 다수의 필터 회로부(미도시) 중 어느 하나의 필터 회로부(미도시)를 스위칭하여 선택하도록 구성될 수 있다.

즉, 하나의 인쇄 회로 기판(120)에는 로우 패스 필터 회로부, 밴드 패스 필터 회로부와 같은 여러 필터 회로부(미도시)가 SMT에 의해 실장될 수 있으며, 어느 하나의 필터 회로부를 선택하여 이용할 수 있다.

이때, 여러 분포 정수 회로부가 인쇄 회로 기판에 실장되기 때문에 특정 분포 정수 회로부가 선택되어 실행될 때, 다른 분포 정수 회로부에 의해 주파수 특성에 영향을 받을 수 있다. 이에, 선택되지 않은 다른 분포 정수 회로부를 유전율이 낮고 절연 특성이 좋은 테프론 덮개부(미도시)로 덮어 그 영향을 줄일 수 있다.

즉, 테프론 덮개부(미도시)는 필터 선택 회로부(미도시)에 의해 선택된 필터 회로부(미도시) 외의 다른 필터 회로부를 덮어 전자기적 상호 작용을 차단하도록 구성될 수 있다.

다른 한편, 인쇄 회로 기판(120)은 온도 센서부(미도시), 임피던스 보정 회로부(미도시)를 더 포함할 수 있다.

이때, 온도 센서부(미도시)는 온도를 실시간 감지하도록 구성될 수 있다. 온도 센서부(미도시)는 인쇄 회로 기판(120)에 구현될 수 있다.

임피던스 보정 회로부(미도시)는 온도 센서부(미도시)에서 실시간 감지된 온도에 따라 다수의 필터 회로부(미도시)의 각각의 임피던스를 자동으로 보정하도록 구성될 수 있다. 캐비티 RF 필터는 온도의 영향을 많이 받으며, 온도에 의해 동작 성능이 현저하게 나빠질 수 있다. 이에, 온도에 따른 임피던스 보정에 의해 성능을 보장할 수 있다.

또 다른 한편, 발열 밴드 구조물(미도시)은 캐비티 구조물(110) 및 인쇄 회로 기판(120)의 상호 접합 부위에 열 방출을 하도록 구성될 수 있다. 캐비티 RF 필터의 특성상 열 방출이 잘 안되어 RF 특성 왜곡에 영향을 줄 수 있다. 이에, 캐비티 구조물(110)과 인쇄 회로 기판(120)의 상호 접합 부위에 발열 밴드 구조물(미도시)을 삽입하여 솔더링함으로써, 발열 특성을 향상시켜 RF 특성을 안정적으로 유지하도록 구성될 수 있다.

여기서, 발열 밴드 구조물(미도시)은 소정 기준 이상의 열전도성을 갖는 비금속 소재 및 테프론으로 구성될 수 있다.

여기서, 비금속 소재는 알루미나 또는 질화 알루미늄으로 구성되는 세라믹 소재가 될 수 있다.

금속성 발열 소재의 경우 RF 주파수 특성에 영향을 줄 수 있기 때문에 세라믹 소재나 테프론으로 구성될 수 있다. 세라믹 소재는 절연 특성이 우수하고 발열 성능도 우수하다. 그리고 테프론은 절연 특성이 우수하고 유전율도 낮기 때문에 RF 필터의 구성으로서 매우 적합하다.

구체적으로는 발열 밴드 구조물(미도시)은 테프론 밴드에 알루미나 또는 질화 알루미늄으로 구성되는 다수의 홀이 형성되도록 구성될 수 있다. 다수의 홀을 통해 열이 밖으로 방출될 수 있다. 테프론의 저유전율 특성과 세라믹 소재의 발열 특성을 이용하여 RF 주파수에 적은 영향을 주고 발열 효능을 높일 수 있다.

또한, 발열 밴드 구조물(미도시)은 열 방출 면적을 높이기 위한 히트 싱크 또는 방열 핀의 형상을 갖는 테프론 밴드로 구성될 수 있다.

다른 한편, 발열 밴드 구조물(미도시)의 상부면 및 하부면에는 상단 고무 밴드와 하단 고부 밴드가 각각 접착되어 형성될 수 있다. 상단 고무 밴드와 하단 고무 밴드는 충격 완화에 도움을 주며, PCB 결합형 캐비티 RF 필터가 충격에 견고하게 견딜 수 있게 할 수 있다.

도 5는 기존의 동일 성능의 밴드 패스 필터의 특성을 나타내고, 도 6은 본 발명에 따른 동일 성능의 밴드 패스 필터의 특성을 나타낸다.

기존에는 부품이 스크류로 조립되기 때문에 미세틈에 의해 손실이 발생하여 0.71 dB의 손실이 발생한다. 그러나, 본 발명에 따른 PCB 결합 방식의 캐비티 RF 필터는 표면 실장 기술의 융착으로 미세틈의 발생을 방지하기 때문에 저손실의 구현이 가능하며, 0.59 dB의 손실이 발생하는 것을 나타내고 있다.

이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

110: 캐비티 구조물
120: 인쇄 회로 기판
121: 필터 회로부
130: 공진기
131: 공진기 바
140: 와이어
150: 핀
160: 절연체

Claims

PCB 결합형 캐비티 RF 필터에 있어서,
일면이 개방된 직육면체 형상의 캐비티 구조물;
상기 캐비티 구조물의 개방된 일면에 접합되어 결합되는 인쇄 회로 기판;
상기 캐비티 구조물과 상기 인쇄 회로 기판 사이의 공간에 구비되는 공진기;
상기 공진기로부터 연장되는 와이어;
상기 연장되는 와이어가 고정되며, 상기 캐비티 구조물 및 상기 인쇄 회로 기판을 결합하여 고정하는 핀;
상기 핀을 둘러싸며, 테프론으로 구성되는 절연체를 포함하고,
상기 공진기는,
공진기 바에 의해 상기 인쇄 회로 기판에 고정되며,
상기 캐비티 구조물 및 상기 인쇄 회로 기판은,
솔더링에 의해 상호 접합되도록 구성되고,
상기 공진기 바는,
솔더링에 의해 상기 인쇄 회로 기판에 장착되고,
상기 인쇄 회로 기판은,
표면 실장 기술에 의해 구현되는 마이크로스트립 선로의 분포 정수 회로부로 구성되고,
상기 분포 정수 회로부는,
밴드 패스 필터 회로부, 로우 패스 필터 회로부, 하이 패스 필터 회로부, 커플러, 노치 필터부 중 적어도 하나 이상을 포함하도록 구성되고,
상기 인쇄 회로 기판은,
서로 다른 주파수의 선택적 수신을 위한 다수의 필터 회로부;
상기 주파수 중 어느 하나의 주파수를 선택하기 위해 상기 다수의 필터 회로부 중 어느 하나의 필터 회로부를 스위칭하여 선택하는 필터 선택 회로부를 포함하도록 구성되고,
상기 PCB 결합형 캐비티 RF 필터는,
상기 필터 선택 회로부에 의해 선택된 필터 회로부 외의 다른 필터 회로부를 덮어 전자기적 상호 작용을 차단하기 위한 테프론 덮개부를 더 포함하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 PCB 결합형 캐비티 RF 필터.
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