KR0121437B1 - 저 유전율의 강 유전체 물질의 강화된 조정성 - Google Patents

Abstract

이차원 이하에서의 공간적 박막화는 유효 유전율 및 강유전체 세라믹의 유전성 손실 탄젠트 양자를 저하시킴과 동시에 그들의 조정성의 실제 부분을 유지하도록 사용된다. 강유전체 물질은 직류 바이어스 필드가 인가되는 제3방향에서는 박막화가 행해지지 않으므로, 조정성을 유지하는데 필수적인 강유전체 구조의 소자들간의 결합성을 유지한다. 일차원 구조의 합성물(30)의 예들은 유전체 매트릭스(26,34)로 내장되는 유전체 물질의 소직경 컬럼(28,32)을 포함한다. 이차원 구조(21)의 예들은 불활성 물질 또는 그 반대로 충진되는 강유전체 물질로 이루어진 4각형(22) 및 6각형(24)셀을 포함한다.

Description

저 유전율의 강 유전체 물질의 강화된 조정성

제1a도는 다공성 바륨-스트론륨-티탄에이트 세라믹의 샘플에 대한 kV/cm당 퍼센트 조정성(tunability) 및 상태 유전율을 좌표로 나타낸 도면.

제1b도는 제1a도와 유사하고, 합성 바륨-스트론튬-티탄에이트 세라믹의 샘플에 대한 도면.

제2도는 유전체 물질이 충진된 병렬판 영역 및 그와 관련된 장방형 좌표 시스템의 투시도.

제3a∼3b도는 2차원에서 본 발명에 따른 강 유전체 물질의 유전율을 감소시키기 위해 나머지 차원을 사용하는 연속성이 있는 슬라브의 투시도로서, 제3a도는 RF 필드의 전파 방향에 법선이 슬라브를 나타내고, 제3b도는 전타 방향에 평행인 슬라브를 나타내는 도면.

제4도는 유전체 슬라브의 분로 용량 모델을 병렬판 구조로 나타낸 개략적인 다이어그램.

제5도는 퍼센트 및 상대 유전율로 표시되는 조정성을 나타내는 좌표상에, ±7.5°내지 ±60°범위의 병렬판 방사구조에서 스캔 범위(coverage)를 달성하기 위해 εγ의 함수로써 요구되는 조정성을 나타낸 도면.

제6도는 유효 유저율 및 퍼센트 BST를 부피로 나타낸 좌표 상에, BST/플리스틸렌 합성 유전체 물질에서의 BST의 부피로 유효εγ대 퍼센트 충진 계수를 나타낸 도면.

제7도는 페센트 조정성(그래프의 좌측) 및 유효 탄젠트(그래프의 오른쪽) 그리고 유효 유전율의 좌표 상에, BST/폴리스틸렌 합성 유전체 물질의 유효 손실 탄젠트 및 조정성 대 유효의 εγ관계를 나타내는 도면.

제8도는 dB/파장에 대한 스캔 정도 그리고 유효 유전율로 장점의 수를 나타낸 좌표에, BST/폴리스티렌 합성 유전체 물질에 대한 장점의 수를 나타낸 도면.

제9도는 10GHz에서의 손실(dB/인치) 및 스캔 범위(도)의 좌표에서 10GHz에서의 유전성 손실 대 스캔 범위를 도시한 도면.

제10a-b도는 본 발명에 따라 강유전체 물질의 유전율을 감소시키기 위한 벌집형 구조의 투시도로, 제 10a도는 사각형 셀 구조를 나타내고, 제10b도는 6각형 셀 구조를 나타내는 도면.

제11도는 BST의 임계 치수(마이크로미터) 및 유전율의 좌표에, 강 유전체 구조의 임계치수 대 1.2, 10, 44 및 94GHz에서의 유전율을 나타내는 도면.

제12도는 관통홀의 어레이가 내장된 강유전체 물질을 가진 유전체판의 투시도.

제13도는 불활성 유전체 매트릭스로 내장하기 위해 연속적으로 강유전체 파이버를 어레이 패턴으로 정렬하기 위한 공정의 투시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 유전체 충진 병렬판 구조 12,14 : 상부 및 하부 병렬도전판

16 : 강유전체 물질 18 : 강유전체 슬라브

21 : 벌집형 구조 28 : 소관통홀

26 : 유전체판 30 : 합성물

본 발명은 일반적으로 강유전체 물질에 관한 것으로, 보다 구체적으로 상기 강유전체 물질의 고유 조정성을 대부분 유지하면서 강유전체 물질의 유전율을 감소시키는 방법에 관한 것이다. 실질적으로 마이크로웨이브 위상 변위 장치 또는 전자 스캔 어레이(ESA) 안테나 용으로 요구되는 강 유전성 세라믹의 가장 중요한 특징 4가지는 (1) 낮은 유전율(εγ≤100), (2) 저 손실 탄젠트 tanδ(≤0.010), (3) 실제 조정성(≥10%), 그리고 (4) 동작 온도 범위에 걸쳐서의 물질 특성의 안정성 등이다. 소정 응용을 위해 선택되는 물질은, 일반적으로 원하는 모든 특성이 동시에 실현되지 않으므로 절충된다. 예컨대, 그의 큐리 온도에서 근사하게 고밀도 바륨 스트론튬-티탄에이트(BST)를 동작시키면, 80%의 조정성을 갖는 5,000을 초과하는 유전율이 얻어지지만, 두 종류의 피라미터는 동작 온도가 양방향에서 약간 변화될 때 급속히 저하한다.

100이하의 유전율을 가진 물질을 찾는 가장 중요한 3가지 이유는,

(1) 회로 크기 및 허용한도가 유전율의 평방근에 역비례한다. 이것은 종래의 기계적 기법에 의한 강 유전체 마이크로웨이브 장치, 특히 εγ＞100을 가진 마이크로웨이브 장치의 생산성에 악영향을 미친다.

(2) 단위 길이 당 RF 손실은 유전 손실 탄젠트 및 유전율의 평방근 양자에 장비례한다. 통상, BST와 같은 물질의 유전율이 낮으면, 그 손실 탄젠트는 감소된다.

(3) 일반적으로 낮은 유전율을 가진 강유전체 세라믹은 온도 안정성이 양오한 물질 특성을 갖는다.

유전율을 낮게 하기 위해 종래에는 강유전체 물질의 간극율을 유도하거나, 또는 불활성의 저 유전율 필터(filler)와 강 유전성 물질을 혼합시키는 것과 같은 3차원 박막 기법을 채용하였다. 그러나, 필러의 간극 또는 퍼센트 용적이 증가함에 따라, 강 유전체 세라믹의 다결정 구조가 점점 불연속성을 갖게 된다. 강유전체 구조가 더 이상 연속성을 띠지 않는다는 의미의 불연속성에 의해, 인가된 직류 전계가 점점 다공성 또는 필러로 이동해 가는 결과로 인해 합성물이 조정성이 전기적으로 감소된다. 인가된 직류 전계가 상기 효과를 보상하도록 증가될 수 있지만, 결국 물질의 완전한 조정성을 이용하기 전에 물질 내에서 유전성 파괴(즉, 아킹)가 발생한다. 이것은 인가된 직류 전계의 대부분이 보다 낮은 εγ을 가진 물질, 즉 강유전체 물질과 다른 공기갭 또는 필러에 따라 영향을 끼치기 때문에 발생한다.

따라서, 강 유전체 물질의 고유 조정성을 대부분 유지하면서 강유전체 물질의 유전율을 감소시키는 방법을 제공할 필요성이 존재하게 된다.

본 발명에 따라, 강 유전체 물질의 고유 조정성을 대부분 유지하면서 강유전체 물질의 유전율을 감소시키기 위한 방법이 제공된다. 본 발명은 가장 효과적으로 직류 바이어스 필드가 인가될 수 있는 나머지 방향을 그대로 놓아두고 단지 1 또는 2차원에서 활성 물질을 공간적으로 박막시킴으로써 유전율 및 손실 탄젠트를 감소시키기 위한 여러 수단을 제공한다. 이와같이, 상기와 같이 처리된 강유전체 세라믹은 단지 최고의 조정성 손실만을 허용한다.

특히, 본 발명의 방법은, 유전율 εγ, 손실 탄젠트 tanδ , 및 소정 주파수 f에서의 조정성을 가진 강 유전체 물질의 특성을 변경시킨다.

이것은 전기적으로 유전율을 감소시키기 위해 2차원 공간 이하를 사용함으로써 달성되며, 이에 따라 강유전체 세라믹의 다결정 구조가 직류 바이어스 필드의 인가시 조정성 면에서 최대의 효과가 있는 3차원 공간을 따라 접속상태를 유지하게 된다.

임계 치수 d 또는 구조적 외면적 형태는 직류 바이어스 필드의 대각선 방향 및 무선 주파수(RF) 필드의 전타 방향에 병렬인 방향에 존재하며, 대략적인 식은

로 주어지며, 여기서 C는 광 속도이고, 299.793킬로미터/초로 주어진다.

d보다 작은 특징을 가진 구조에서, 유전체 물질을 내부 산란이 무시됨으로 RF 신호의 거시적인 크기 및 감쇠에 따라 동일한 구조로 된다. 그러나, 구조의 크기가 d를 기준하여 점점 크게 되며, RF 손실이 지배적일 때까지 내부 산란이 점진적으로 증가하게 된다. 여러 가지 구조로된 유전체 물질의 분석적으로 모델링에 의하면 물질에서의 파장이 0.01 이하인 경우 그 특징이 무시할 수 있는 내부 반사를 발생시키므로, 상기 식에서 인수 100이 선택되었다.

마이크로웨이브 장치에 대한 강 유전체 세라믹의 유용성은 기본적으로 물질의 두가지 특성에 의해 제한된다. 즉 달성할 수 있는 조정 정도(즉, 인가된 직류 전계에 따른 상대적인 유전율의 변화) 및 RF 유전성 손실, 이들 파라미터의 비는 위상 변위 장치에 대해 손실 dB에 대한 위상 변위 정도 또는 전자 스캔형 어레이(ESA) 안테나에 대해 손실 dB에 대한 스캔 범위 정도로서 일반적으로 표시되는 장점의 수(figure of merit)로서 정의한다.

상술한 두가지의 종래 기술 방법은 바륨-스트론튬-티탄에이트(EST)와 같은 강유전체의 세라믹의 유효 유전율을 감소시키기 위해 간극율을 증가시키거나 불활성의 저유전율을 필러와 혼합시켜 사용해왔다. 이들 두가지 방법은 3차원 박막화 방법을 채용하는 것으로 여겨진다. 제1도는 다공성 BST(15≤εγ≤150)의 3개의 샘플에 대한 퍼센트 조정성을 비교하고 있으며(제1a도), 그리고 수 퍼센트의 알루미나로 소결하여 형성한 BST의 4개의 합성물(60≤εγ≤5510)에 대한 퍼센트 조정성을 비교하고 있다(제1b도). 상기 도면은 유전율이 종래 기술에 의해 감소될 수 있지만, 조정성은 현저히 손실됨을 나타내고 있다.

본 발명은 강 유전체 물질의 εγ및 손실 탄젠트 양자를 감소시킴은 물론 다음의 방법으로 그의 고유 조정성의 대부분을 유지하고 있다. 제2도에 도시한 것과 같은 유전체 충진 병렬판 구조(10)을 고려하면, 병렬판 구조(10)는 각각 강유전체 물질(16)에 의해 분리되어 있는 상부 및 하부 병렬 도전판(12,14)을 포함하고 있다. 병렬판 영역으로 둘러쌓여 있는 전자파(도시 생략)는 z축에 평행인 그의 E-계에 따라 y방향으로 전파된다. 병렬판 영역의 강유전체 물질의εγ을 감소시키는 통상적인 방법은 상기 인용된 다공성 또는 동질의 합성 세라믹의 예에서와 같이 3차원에서 활성 물질(예컨대, BST)의 농도를 낮추는 것으로 이루어졌다. 이 희석 공정의 바람직하지 못한 효과는 BST의 다결정 구조가, 특히 z방향에, 즉 직류 바이어스 필드가 인가되는 축의 z방향에 연결되지 않게 된다는 점이다. 상기 문제를 해소하기 위해서는, 고밀도 및 결합성을 z방향에 유지시키고, 단지 x 및 y방향에서만 강유전체 물질을 박막화하여 εγ을 감소시키는 방식으로 강유전체 세라믹을 배열할 필요가 있다.

제3도는 상기 목적을 달성하기 위한 하나의 외면적 형태를 나타내는데, 즉, z방향 및 하나의 다른축 양자에서는 연속성이 있지만, 나머지 방향은 유전체 물질의 유효를 εγ을 감소시키도록 사용되는, 두께 t를 가진 강유전체 물질의 박막 또는 슬라브(18)을 나타내고 있다. 제3a도는 z-x 평면에 병렬로 연속성이 있는 강유전체 슬라브(18)를 나타내고, 제3b도는 z-y 평면에 병렬로 연속성이 있는 강유전체 슬라브를 나타내고 있다. 낮은 반사 및 고차모드는 유전체 슬라브(18)가 길이 방향(제3b도)과는 달리, 전파의 방향에 법선(제3a도)으로 지향될 때 발생된다. 제3a도에 도시한 예에서, 슬라브 두께가 작으면(대략 유전체에 있어서 안내파장의 0.01 또는 그 이하), RF 필드에서의 간섭은 무시되게 된다.

[분로 용량 모델]

제3도의 병렬판 슬라브(18)은 제4도에 도시한 분로 용량 모델로 나타낼 수 있다. C1을 유전체 슬라브의 병렬판 커패시턴스, F를 각 유닛 셀(20)을 점유하는 강유전체 물질을 부피로 환산한 부분 충진 계수, 그리고 C2를 저유전체 스페이서의 커패시턴스라고 하면, C1, C2 및 CT는

로 쓸 수 있다.

여기서, K=비례 상수

εγ1=유전체 슬라브의 유전율

εγ2=스페이서의 유전율

A1 및 A2=각 유닛 셀 내에서 슬라브에 의해 병렬판 상에 투영된 영역

AT==A1+A2 그리고

h=는 병렬판 간의 거리

식(3)에서의 사각형 괄호의 양은 유닛셀에서의 합성 물질의 유효(eff) 유전율을 나타낸다. 즉

합성 물질의 유효 손실 탄젠트 및 유전 손실은 다음과 같이 표현될 수 있다.

강유전체 물질의 부분 조정성, T는 제로 바이어스로부터 제로 바이어스값으로 분할된 최대 인가 직류 바이어스로의 상대 유전율의 변화에 따라 정의된다. 분로 용량 모델은 합성 물질의 유효 부분 조성성에 대해 다음 식을 유도하는데 사용될 수 있다.

관련된 다른 파라미터는 식(8), 즉, 장점의 스캔 수로 도입된다. 이것은 내부 전차 매체의 유전율이 변화될 때 특정한 방사 구조로부터 얻을 수 있는 스캔 범위를 정의한다. 장점의 스캔수가 값 2이면, 방사된 빔은 실 평면의 한계를 정의하는 -90°내지 +90°까지 스캔될 수 있다. 그보다 큰 값은 임의의 추가의 스캔 범위를 발생하지 않지만 추가의 스캔 밴드를 발생하게 된다. 유전율의 값이 증가함에 따라 소망의 스캔 범위를 달성하는데 요구되는 부분 조정성이 작아지게 될 수 있다. 그러나, 유닛 길이당 dB의 RF 유전 손실은 손실 탄젠트 및 유전율의 평방근 양자와 함께 증가한다. 따라서, 임의의 소정의 장치에 대하여, 유전율의 최적화된 값은 성취가능한 조정성과 이용할 수 있는 물질의 유전 손실 사이의 값으로 된다.

즉, 장점의 스캔수=[sinθ1-sinθ2]

식(8)은 스캔 범위의 변화도록 달성하기 위해 물질의 유전율이 함수로서 요구되는 부분 조정성을 결정하도록 수정될 수 있다. ±7.5°와 ±60°간의 스캔 허용 범위의 결과가 10과 100간의 유전율의 값에 대해 제5도에 도시되어 있다. 이 그래프는 특정 장치에 대해 적절하 물질을 선택하는데 있어서 유용하다. 예컨대, 제로 바이어스 유전율 15로하여 ±45°로 스캔하기 위해서는 약 60%의 조성성이 있는 물질이 요구된다. 상기와같은 정도의 조정성은 낮은 유전유의 물질에 대해서는 현실적이지 못하다. 손실이 수용되는 경우, 유정율이 60정도가 되므로 보다 양호한 물질을 선택하면 ±45°에 대해 단지 33%의 조정성을 필요로한다.

[합성물의 유전체의 예상 성능]

10 내지 100범위의 감소된 유전율을 가진 강유전체 물질을 생성하기 위한 실행 가능한 방법은 간극과 외면적 형태의 박막 기법을 결합시키는 것이다. 감소된 εγ을 가진 합성물을 강유전체 슬라브의 족에 대한 예상 특성은 식(4) 내지 (8)로부터 연산된다. 이러한 예로써 사용되는 물질은 테이블 1에 리스트된 특성을 가진 다공성 BST 및 2.55의 유전율 그리고 10.0에서 측정할 때 손실 탄젠트가 0.0012인 폴리스틸렌 스페이서로 이루어진다. 이러한 BST의 특정한 샘플은 그의 유전율이 간극을 통해 수천 내지 150으로 성공적으로 감소되고 30퍼센트의 조정성이 유지되므로 선택되어졌다.

연산된 결과는 제로(0)에서 40%까지 변화하는 BST의 충진계수를 가진 합성물의 유전체에 대해 표2에 리스트되어 있다.

표2의 마지막 칼럼은 10.0GHz에서 인치당 dB로 계산된 유전 손실을 나타낸다. 다른 주파수에서의 인치당 손실을 얻기 위해, 주어진 값을 주파수에 따라 직접 결정할 수 있다.

식(4)로부터 분로 용량 모델로부터 얻어지는 합성 물질의 유효 유전성은 충진 계수의 간단한 선형 함수임을 알 수 있다. 제6도는 일예의 합성물의 유전성에 대한 관계의 그래프이다.

제7도는 BST로 형성된 일예의 합성물질에 대한 퍼센트 조정성 및 손실 탄젠트 그리고 폴리스틸렌 대 부피로 환산한 BST의 퍼센트 충진 계수에 의해 결정되는 유효 유전율을 나타낸다. 표1에 리스트된 특성을 가진 다공성 BST로부터 공식 규격화된 일예의 합성물의 유전성에 대해, 조정성 곡선은 15보다 큰 유전율에 대해서는 급속히 평행하게 연장하고 손실 탄젠트는 계속해서 선형적으로 증가함을 알 수 있다.

제8도는 유전율의 각 값에 대하여 파장에 대해 dB로 표시하여 얻을 수 있는 스캔 범위를 유전 손실 만큼 분할하여 얻은 물질에 대한 장점의 다른 수를 나타내고 있다. 이 물질군에 대한 장점의 최적의 수는 약5 내지 25의 유전율에서 나타난다. 그러나, 제8도는 유전율이 10인 소정의 물질이 ±78°의 스캔 범위를 허용하는 것을 암시하도록 잘못 구성되어 있지만, 이와 반대로 제5도의 곡선은 εγ＝10 그리고 30%의 조정성을 가진 그 물질의 스캠 범위가 ±15°인 것을 나타낸다.

제9도는 도로 표시되는 스캔 범위가 10.0GHz에서 dB/인치로 표시되는 유전손실 간의 절충 값을 나타내는 표2로부터의 데이타를 사용한다. 이들 그래프가 표1의 BST로부터 얻어진 일례의 물질에 특정하지만, 그 성능은 기존 물질의 사용하여 얻을 수 있는 합성물의 유전성을 전형적인 예이다.

[유전율의 외면적 형태의 감소]

제3도는 강유전체 물질의 다른 슬라브 및 저유전체 스페이서가 합성물의 유전성의 전체 유전율 및 손실 탄젠트를 감소시킴은 물론 그의 고유 조정성의 대부분을 유지하는 방법을 나타내는데 사용되었다. 제안된 외면적 형태가 간단하여, 합리적인 직류 바이어스 레벨에서 높은 조정성에 대해 요구되는 z방향에서의 결합성을 저해함이 없이 유전율이 감소시키는데 유용한 2차원 중 한차원만을 이용한다. 2차원 박막화에 대한 개념을 이하에 기술한다. 이들 방법은 슬라브 구성과 비교할 때 몇몇의 매력적인 특징을 갖고 있다.

a) 유전율의 소망의 값이 100이하를 포함하는 물질은 인력 손실 및 조정성 특성을 실현될 수 있다.

b) 달성될 수 있는 증가된 동질성으로 이해 전파하는 RF 필드로부터의 반사 및 고차 모드의 원인이 적어진다.

c) 외면적 형태가 중량 및 구조적 장점을 제공할 수 있다.

제10a∼10b도에 도시한 벌집형 구조(21)은 4각형 셀(22, 제10a도) 또는 5각형 셀(24, 제10b도)로 구성되어 있으며, 소성, 연마 및 결합제의 첨가에 의해 제조되어지는 강유전체 분말로 형성된 슬러리(slurry)로부터 추출 성형될 수 있다. 벌집형 구조(21)의 벽의 두께는 이하의 식(9)에 따라 계산된 임계 치수에 의해 정해졌다. 이와 달리, 벌집형 구조(21)은 알루미나와 같은 저 유전체 세라믹으로 형성된 다음 셀(22) 또는(24) 내에 피착된 강유전체 물질과 함께 소성되었다. 이 경우에는 벽의 두께가 증가함으로 셀(22) 또는(24)의 치수가 임계 치수로 정해졌다.

상술한 바에는 단지 4각형 또는 6각형 셀만을 간접적으로 언급하였지만, 본 발명은 이들 형태로만 국한되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예에는 직선형 및 곡선형과 같은 일반적인 셀 형태가 채용될 수 있다.

세라믹 벌집형 구조를 압출 성형하기 위한 기술의 상태는 평방인치당 약 1,000셀, 그리고 벽의 두께는 0.010인치까지 내려간다. 주성부의 고순도의 바륨 티탄에이트였던 6각형 벌집형 구조의 샘플은 TDK 일렉트로닉스사로부터의 평가로 얻어졌다. 6각형 셀의 개구는 판에 걸쳐서 0.038인치였고, 벽두께는 0.012인치였다. 평가에 대한 셀은 주조 가능한 폴리에스터로 충진되었고, 전극은 실버 페인트를 사용하여 형성되었다. 1.0MHz에서 테스트된 물질은 제로 바이어스 유전율이 135이었고 손실 탄젠트가 0.016, 그리고 13.2kV/cm 바이어스 필드에서 조정성이 3.4%였다. 얻어진 조정성이 작아서 인상적이지는 못하지만, 이 특정한 물질은 마이크로웨이브 장치용이 아닌, 가열 소자로써의 사용을 위해 개발되었음을 주목해야 한다.

역 상호 작용 이전에 허용될 수 있는 셀 구조의 크기는 전파하는 RF 필드를 근접시킴에 따라 발생한다. 이 평가는 병렬판 구조에서 유전체의 외면적 형태의 정확한 모델을 사용하여 엄격히 행해졌으며, 제공된 샘플 분석은 수반된 크기를 나타내고 있다. 임계치수는 RF파의 전파의 방향에서 강유전체에 장애를 야기하는 크기 및 유전율에 의해 결정된다. 이하 인용하는 예에서, 슬라브 두께, 셀벽 두께 또는 포스트 직경은 차별적인 특징들이다. 임계 치수 d에 대해 선택된 임계는 식(9)로 주어진다.

임계 치수 d는 광속도 c가 2999, 793킬로미터/초 그리고 f가 GHz로 주어질 때 마이크로미터로 주어진다. 제11도는 4개의 대표적인 마이크로웨이브 주파수, 즉 1, 2, 10, 44 및 94GHz 대한 강유전체 물질의 유전율의 함수로서 임계 치수를 마이크로미터로 나타낸 그래프이다. εγ=25일 때 임계 치수는 1.2GHz에서 단지 0.5밀리미터(500마이크로미터)임을 알 수 있다. 이것은 대략 2밀리미터 면적에서 벌집형 셀의 크기를 나타낸다. 약 5.0GHz 이상에서는 이외면적 형태의 개구의 변화는 기대할 수 없고, 밀리미터파 영역에서의 의심할 여지가 없다. 그러나, 벌집형 구조를 역전시킴에 의해, 불활성 유전체 물질로부터 두꺼운 벽을 만들 수 있고 강유전체 물질로 중앙에 남아 있는 작은 구멍을 메울 수 있으므로 동작 주파수를 8 또는 2이상 연장시킬 수 있다.

상기와 같은 외면적 형태가 제12도에 도시한 보다 생산적인 설계를 제안한다. 간단한 유전체 시트 또는 판(26)은 소관통 홀(28)의 일정한 어레이와 통해 있으며, 관통홀에는 합성물(30)을 형성하기 위해 알맞은 강유전성 물질이 침투된다. 소관통 홀(28)을 충진시키기 위한 매력적인 방법은 진공 침투법으로, 이는 강유전체 분말의 슬러리 또는 용액-겔화(솔-겔) 공정으로부터의 물질 중 어느 하나를 이용하여 구성될 수 있다. 또한 홀(28)은 유전체판(26)이 피착공정에 수반되는 온도에 견딜 수 있으면, 강유전체 물질의 증기 또는 플라즈마 피착에 의해 충진될 수 있다. 필터링, 스크린닝, 위킹(wicking), 그리고 확산과 같은 응용을 위한 미공성 물질을 제작하는 다수의 판매자가 있다. 통상적인 홀의 직경은 0.1 내지 500마이크로미터의 범위이고, 극간 체적은 제로(0)에서 50퍼센트 이상이다. 제11도에 도시한 그래프는 1 및 10마이크로미터간의 홀 직경이 94GHz에서 동작을 위해 수용될 수 있음을 제시하고 있다.

소 직경 컬럼은 어레이로 정렬된 다음 불활성 유전체 물질의 매트릭스 내에 내장되는 긴 연속성의 필라멘트 속에 강유전체 물질을 연장시킴에 의해 형성될 수 있다. 섬유에 대한 통상적인 직경은 100 내지 1,000마이크로미터의 범위다. 이러한 섬유의 배열 및 내장하기 위한 공정은 z축의 중합체 상호 접속체를 제작하기 위해 이미 개발되어 있다. 제13도는 일정한 또는 계단식 어레이 패턴중의 하나로 불활성 유전체 매트릭스(34) 속에 내장하기 위해 섬유(32)를 정렬시키는데 사용될 수 있는 위빙(weaving) 공정에 의해 제작된 합성물(30)을 나타낸다. 내장후에는 중합체면 상부로 연장하는 섬유 루프(32a)가 제거될 수 있다.

도면에서, z는 인가된 직류 바이어스 필드 및 분극(즉, RF전계의 방향) 방향이고, y는 RF 필드의 전파 방향이다.

이와 같이, 강유전체 물질의 유전율을 감소시키면서 그들의 조정성의 대부분을 유지하는 방법을 기술하였다. 본 기술 분야에 숙련된 자라면 명백한 특성에 따른 여러 가지 변화 및 수정이 가해질 수 있음을 쉽게 알 수 있고 또한 모든 이러한 변화 및 수정은 첨부한 특허 청구의 범위에 규정된 바와 같이 본 발명의 영역으로 간주되어야 할 것이다.

Claims (10)

1. 유전율 εγ, 손실 탄젠트 tanδ, 및 소정 주파수 f에서 조정성을 갖는 강유전체 물질의 특성을 변경하는 방법에 있어서, 상기 유전율 및 손실 탄젠트를 감소시키면서 동시에 실질적으로 일차원 또는 이차원인 상기 강유전체 물질이 구조(21,30)를 제공함에 의해 상기 조정성의 실제 부분을 유지하는 단계를 포함하는데, 상기 구조는 적어도 일차원이 인가된 직류 바이어스 필드의 방향에 평행하게 지향되고, 상기 인가된 직류 바이어스 필드의 상기 방향에 대각선인 방향과, 식 즉,으로 주어지는 주파수 f에서 Rf필드의 전파의 방향에 병렬인 방향에서 임계 치수 d를 더 갖는데, 여기서 c는 광속도로, 299, 793킬로미터/초와 동일하게 주어지는 것을 특징으로 하는 강유전체 물질 특성 변경 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 구조(30)는 실질적으로 일차원적인 것을 특징으로 하는 강유전체 물질 특성 변경 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 구조(30)는 불활성 유전체 물질의 매트릭스로 내장되는 복수의 강유전체 물질의 칼럼을 포함하고, 상기 칼럼은 상기 임계 최대 치수 이하의 단면적 치수를 갖는 것을 특징으로 하는 강유전체 물질 특성 변경 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 구조(30)는, a) 상기 불활성 유전체 물질을 포함하며 실질적으로 일정한 관통홀(28)의 어레이를 가진 시트(26)를 제공하는 단계와, b) 강유전체 물질로 상기 관통홀을 충진하는 단계로 형성된 것을 특징으로 하는 강유전체 물질 특성 변경 방법.
5. 제 3항에 있어서, 상기구조(30)는, a) 강유전체 물질의 연속성 필라멘트(32)를 제공하는 단계와, b) 어레이 패턴으로 상기 불활성 유전체 물질을 포함하는 몸체(34)에 상기 연속성 필라멘트를 내장하고, 불활성 물질 중 상기 몸체 이상으로 연장하는 필라멘트의 루프(32a)를 남겨두는 단계와, c) 상기 복수의 칼럼을 남겨두기 위해 상기 루프를 제거하는 단계로 형성된 것을 특징으로 하는 강유전체 물질 특성 변경 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 구조(21)는 실질적으로 2차원인 것을 특징으로 하는 강유전체 물질 특성 변경 방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 구조(21)는 상기 인가된 직류 바이어스 필드에 평행하게 지향되는 슬라브(18)를 포함하며, 상기 슬라브는 상기 임계 치수를 갖는 것을 특징으로 하는 강유전체 물질 특성 변경 방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 구조(21)는 상기 강유전체 물질로 형성되며 각 셀 내의 공간을 한정하는 복수의 셀(22,24)을 포함하며 상기 공간은 불활성 유전체 물질로 충진되는 것을 특징으로 하는 강유전체 물질 특성 변경 방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 셀(22)은 직선형인 것을 특징으로 하는 강유전체 물질 특성 변경 방법.
10. 제8항에 있어서, 상기 셀(24)은 6각형인 것을 특징으로 하는 강유전체 물질 특성 변경 방법.