결합 선로 필터 및 이의 배치 방법 document_id A220623111044

광대역 신호 이용 및 고속 데이터 처리에 유리한 무선 주파수 대역으로 매우 높은 주파수를 이용하는 것에 관심이 증폭되고 있다. 구체적으로, 60GHz 대역 이상을 선호하고 있으며, 이에 대한 개별 부품 및 시스템 개발 연구가 국내외에서 지속적으로 이루어지고 있다. 또한, 개별 부품 구현에 소형화 및 저 가격화가 가능하도록 3차원 집적이 가능한 LTCC(Low-Temperature Co-fired Ceramic) 기술이 사용되고 있다. 한편, 무선 통신 시스템에서 없어서는 안 될 부품 중의 하나가 원하는 주파수 대역 신호만을 선택하는 필터이다. 이러한 필터는 무선 통신 시스템에서 소형화와 저 가격화를 가장 어렵게 만드는 요소 중에 하나이다. 이러한 무선 통신 시스템에서 사용되는 필터에는 럼프드 소자(lumped element)를 이용한 필터, 전송 선로(Trnsmission Line)를 이용한 마이크로스트립 또는 스트립라인 필터, 공진기 필터, 도파관 필터, SAW(Surface Acoustic Wave) 필터 등이 있다. 위와 같이, 다양한 필터들 중에서, 공진기 필터는 마이크로파 대역에서 주로 사용되는 필터이다. 이러한 공진기 필터는 공진기와 공진기 사이의 결합 요소로 이루어지고, 사용자가 사용하길 원하는 주파수 대역에서는 손실이 매우 적어야 한다. 그리고 공진기는 목표로 하는 주파수 대역폭을 얻기 위해서 사용 범위가 매우 넓은 결합량 구현이 가능한 구조이어야 한다. 그러나 이러한 공진기 필터에서 접지되어 있는 위와 아래 면 사이에 있는 전송 선로를 60GHz 대역에서 이용할 때, 약 90° 위상을 갖는 공진기 필터의 품질 계수가 매우 적기 때문에 잘 이용되고 있지 않다. 한편, 전송 선로를 이용한 필터는 높은 품질 계수 성능을 갖기 위해서 전송 선로의 삽입 손실 특성이 우수해야 하는데, 이러한 이유로 도체로 둘러싸인 도파관 구조를 이용한 필터를 주로 사용하고 있다. 이러한 도파관 구조의 필터를 LTCC 기술에서는 옆면을 도체면 대신 비아(via)들로 둘러싸 구현하고 있다. 이러한 도파관 구조의 형태를 갖는 LTCC 필터는 기존의 도파관 필터와 유사한 공진기 형태 및 공진기간 결합 구조를 갖는다. 단지 입력 및 첫 번째 공진기 사이의 결합이 마이크로스트립 선로와 직접 결합이 이루어지도록 하고 있고, 다층으로 구성된 도파관들이 슬롯에 의해 결합되어 있다. 이에 대하여 미국공개특허 제 2004-0041663 호와 미국공개특허 제 2007-0120628 호에 개시되어 있다. 그러나 개시된 발명 기술을 사용함에 있어, 공진기간의 결합 및 입출력 포트와 공진기간의 결합량이 매우 적기 때문에 광대역을 특성을 갖는 필터를 구현하는데 한계가 있다. 한편, 마이크로파 대역에서 사용되는 결합 선로 필터 중에서 인터-디지털 필터가 있다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 이를 구체적으로 살펴보기로 한다. 도 1은 일반적인 인터-디지털(inter-digital) 필터를 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하면, 일반적인 인터-디지털 필터는 마이크로파 대역에서 사용되는 대역 통과 필터(band pass filter)의 한 종류이다. 이러한 대역 통과 필터는 평면형 기판형태를 가지며, 입력 선로(input)와 출력 선로(output) 사이에 복수의 선로 공진기들(110, 120, 130, 140, 150)이 구비된다. 여기서, 복수의 선로 공진기들(110, 120, 130, 140, 150)은 동일한 형태를 가지는 복수의 전송 선로들로 구현된다. 그리고 복수의 선로 공진기들(110, 120, 130, 140, 150)은 서로 미리 결정된 간격만큼 이격되어 배치된다. 도 1에서는 첫 번째 공진기(110)와 두 번째 공진기(120) 사이의 간격을 g12로 표시하였으며, 설계 대역폭에 따라 각 공진기 사이의 간격은 결정된다. 그리고 복수의 선로 공진기들(110, 120, 130, 140, 150) 각각의 한 측에만 접지되며, 각각의 접지들은 교번하여 접지된다. 예를 들어 홀수 번째의 공진기들(110, 130, …, 150)이 제1측(도면의 하단부)에 접지되는 경우 짝수 번째의 공진기들(120, …, 140)은 제2측(도면의 상단부)에 접지된다. 이러한 인터-디지털 필터의 선로 공진기들(110, 120, 130, 140, 150)은 사용자가 원하는 해당 중심 주파수에서 90°의 전기적인 길이를 가져야 한다. 여기서, 선로 공진기들(110, 120, 130, 140, 150)이 90°의 전기적인 길이를 갖는다는 의미는 선로 공진기들(110, 120, 130, 140, 150) 각각이 해당 주파수에서 λ(파장)/4의 길이를 갖는 것을 의미한다. 예를 들면, 1GHz에서 1λ는 300mm이므로, 1GHz에서 선로 공진기가 90°의 전기적인 길이를 갖기 위해서는 그 길이가 75mm이어야 함을 의미한다. 따라서, 주파수가 높으면 높을수록 파장은 짧기 때문에, 선로 공진기의 길이는 짧아진다. 위와 같이, 매우 높은 주파수에서 파장은 매우 짧기 때문에, 선로 공진기의 길이는 짧아질 수 밖에 없다. 예를 들어, 해당 중심 주파수가 60GHz인 경우, 선로 공진기가 자유공간에서 90°의 전기적인 길이를 가지려면, 그 길이는 1.25mm이어야 한다. 하지만, 도 1과 같은 인터-디지털 필터를 실제로 설계할 때, 즉 선로 공진기들을 소정의 기판 위에 구현할 경우, 선로 공진기들의 길이는 폭에 비해 별로 길지 않다. 그리고 공진기의 길이가 짧아지면, 인터-디지털 필터의 삽입 손실에 영향을 주는 공진기의 품질계수(Q)가 낮아진다. 따라서, 매우 높은 주파수에서 선로 공진기의 전기적 길이가 90°인 경우 보다 270°인 것을 사용하는 것이 위에서 언급한 문제점을 극복할 수 있다. 그러나 270°의 전기적 길이를 갖는 선로 공진기를 사용하여 결합 선로 필터를 구현하는 경우, 사용자가 원하지 않는 낮은 주파수 대역에서도 통과 대역이 형성될 수 있는 문제가 있다.