초광대역 안테나 및 필터 구조물을 내장한 인쇄 회로 기판 document_id A220623112403

현재, 통신기술이 급속도로 발전하면서 가입자가 임의의 지역이나 장소에서 또는 한 지역에서 다른 지역으로 이동하면서 상대방과 음성이나 데이터를 송수신할 수 있도록 해주는 개인이동통신시스템이 개발되어 보편화되고 있으며, 최근에 이르러서는 개인이 자신이 소유하고 있는 통신단말기를 이용하여 인공위성을 통해 상대방과 직접적으로 통화를 실행할 수 있도록 하는 통신시스템에 대해서도 급속도로 개발이 진행되고 있다. 일반적으로 무선통신 시스템의 경우에는 서비스 사업자가 소정의 주파수대역을 할당받아 통신 서비스를 제공하게 되는데, 이때 한정된 주파수자원을 효율적으로 사용하기 위하여 통상적으로 연속된 주파수대역을 단순히 분할하여 각 서비스 사업자에게 할당하게 된다. 이와 같이 주파수대역을 서로 다른 통신사업자에게 할당하는 경우에 있어서는 인접한 주파수를 사용하는 다른 통신사업자에게 영향을 주지 않고, 또한 그 다른 통신사업자에 의해 영향을 받지 않도록 하기 위해 자신에게 할당된 주파수대역을 정밀하게 수신하고 필터링할 수 있는 초고주파 안테나 및 고주파 대역통과필터가 요구되게 된다. 일반적으로 초고주파 대역의 안테나는 UWB의 전체 대역인 3.1~10.6GHz를 만족하는 평면형 모노폴 안테나, 로우 밴드인 3.1~4.8GHz를 만족하는 칩 안테나, 접지면의 일부를 제거한 광대역 평면형 역 에프 안테나(PIFA:Planar Inverted F Antenna) 등 다양한 형태의 안테나가 제안되어 있다. 대부분의 UWB 안테나로서 평면형 모노폴 안테나를 채용되고 있지만, 이 안테나는 통상적으로 안테나의 방사 소자와 접지면의 크기가 크기 때문에 소형의 무선 USB 모듈에 사용하기엔 적합하지 않아, 최근과 같이 전자 장치가 소형화되어가는 추세에는 적합하지 않다. 또한, 로우 밴드 칩 안테나는 크기 측면에서 소형의 장치에 적합하지만, 로우 밴드 칩 안테나의 경우 비교적 고가이므로 결과적으로 제조 비용이 증가해버리는 문제점이 있다. 한편, 고주파 대역통과필터는 통상적으로 코일과 커패시터를 사용한 공진기를 이용하여 제조되어, 안테나로 수신한 전파 속에서 특정 주파수를 선택할 수 있게 된다. 이와 같이 공진기를 이용한 필터의 설계측면에서는, 1. 사이즈를 줄이기 위해 유전 상수가 커야 하고, 2. 주파수 안정성을 높이기 위해 공진 주파수의 온도계수가 낮아야 하며, 3. 주파수 특성을 좋게 하기 위해 특성품질계수가 높아야 한다는 조건을 만족해야만 한다. 또한 제조적인 측면에서 보면, 1. 원료를 쉽게 배합하여 만들 수 있어야 하고, 2. 가격 경쟁력을 높이기 위해 제조 단가를 낮추는 것이 바람직하다. 도 1은 현재 일반적으로 사용되는 대역통과필터의 회로도를 개략적으로 도시한 도면이다. 통상적으로, 필터는 특성 품질 계수를 갖는 공진기(10a~10c)를 커패시터(20a~20d)를 사용하여 상호간 병렬로 결합시킴으로써 급격한 주파수 차단 특성을 갖도록 한다. 칩-타입 필터는, 이러한 공진기 필터 회로를 기반으로 하여, 도 2에 도시한 바와 같이 독립된 칩 부품의 형태로 구현된다. 칩 타입 필터는 외측면에 전극 단자(30a)가 형성되고, 이 전극 단자(30)가 PCB 기판에 납땜 등을 통해 실장된다. 도 3은 PCB 기판에 실장되어 있는 칩-타입 필터(30)를 도시한 도면이며, 도 4의 (a) 및 (b)는 칩-타입 필터(30)의 내부 구조의 일례를 도시한 도면이다. 도 4의 (b)에 도시한 바와 같이, 칩-타입 필터(30)는 일반적으로 5 내지 10 층의 금속층(31)으로 구성되고 공진기간 커플링 등을 구현하기 위해서 금속층간 유전체 두께는 수십 ㎛까지 감소하게 된다. 그러나, 이와 같이 박막의 유전체 및 구조를 구성하는 것은 기술적으로 어렵고 이 때문에 제품 생산 비용등이 증가하게 된다. 또한, 전술한 바와 같이 재료 측면에서도 유전율이 7~100인 고유전율 재료를 사용하는데 이는 유전율이 높을수록 공진기 길이를 줄일 수 있고 공진기간 커플링을 쉽게 구현할 수 있는 장점이 있지만, 이 역시 제품 생산 비용이 현격하게 증가되는 원인중 하나이다. 이상 설명한 바와 같이, 종래 구조에 의한 칩 타입 필터의 경우에는 전술한 조건을 만족하기 위해, 두께가 얇으면서 유전율이 높은 세라믹 재료를 사용하여야 하지만, 세라믹 재료는 일반적으로 800℃ 이상의 고온에서 소결하는 공정을 거쳐야만 하기 때문에 공정 단가가 높을 뿐만 아니라 정확한 치수 제어 등이 어려워 공정 비용도 증가하게 된다. 또한, 모듈등 시스템 적용시 별도로 칩 타입 필터를 구매하여 사용하여야 하기 때문에 칩 타입 필터에 대한 구매 비용이 소요되고, 구매한 칩 타입 필터를 PCB 기판에 실장하는데도 표면 실장 공정 비용이 발생함으로써 시스템 전체 가격 상승 요인으로 작용하게 된다.