KR0155310B1 - High temperature superconductor microwave duplexer and method thereof - Google Patents

High temperature superconductor microwave duplexer and method thereof

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KR0155310B1
KR0155310B1 KR1019950020383A KR19950020383A KR0155310B1 KR 0155310 B1 KR0155310 B1 KR 0155310B1 KR 1019950020383 A KR1019950020383 A KR 1019950020383A KR 19950020383 A KR19950020383 A KR 19950020383A KR 0155310 B1 KR0155310 B1 KR 0155310B1
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Abstract

본 발명은 무선 및 마이크로파 통신시스템에 사용되는 핵심부품인 다채널 멀티플렉서의 한부분으로 마이크로스트립 분기선 방식의 3-dB 직각 결합기(coupler)와 평행결합선 방식의 2-극 대역통과 여파기를 집적시킨 고온초전도 서브시스템의 일종이다.The present invention is a part of the multi-channel multiplexer, which is a core component used in wireless and microwave communication systems, and is a high temperature superconductor incorporating a 3-strip right angle coupler of a microstrip branch line and a 2-pole bandpass filter of a parallel coupling line method. It is a kind of subsystem.

본 발명인 마이크로스트립선 방식의 고온초전도 마이크로파 듀플렉서는 고온초전도 YBCO/MgO 에피텍셜 박막과 미세형상화 공정을 통하여 구현하였으며 출력포트에서의 여파기 신호는 36MHz의 대역폭과 ∼10GHz 중심주파수를 가졌다.The microstrip line high temperature superconducting microwave duplexer of the present invention was implemented through the high temperature superconducting YBCO / MgO epitaxial thin film and micro-shaping process, and the filter signal at the output port had a bandwidth of 36 MHz and a center frequency of ˜10 GHz.

한편, 4-포트형 3-성분 시험지구(test-jig)에 제조한 고온초전도 듀플렉서를 내장시키고 저온 마이크로파 특성을 측정하기 전에, 기판 뒷면에는 전자선 증발기로 이중금속(Ti/Ag)접지평면을 증착하였다.On the other hand, a double-metal (Ti / Ag) ground plane was deposited on the back of the substrate using an electron beam evaporator before the built-in high-temperature superconducting duplexer manufactured in the 4-port type 3-component test-jig and measuring low-temperature microwave characteristics. It was.

따라서, 고온초전도 듀플렉서는 YBCO/MgO/Ti/Ag구조를 갖게 되었다. 이러한 고온초전도 듀플렉서는 사용하면 무선 및 마이크로파 통신부품에서 무손실, 무분산으로 신호처리가 가능하고, 마이크로스트립線 방식의 서브시스템이므로 제조도 간단하고 경량이므로 고온초전도 MMICs의 발달을 촉진할 것으로 기대된다.Therefore, the high temperature superconducting duplexer has a YBCO / MgO / Ti / Ag structure. The high temperature superconducting duplexer can be used for lossless and dissipative signal processing in wireless and microwave communication components. The microstrip line subsystem is expected to facilitate the development of high temperature superconducting MMICs because it is simple and lightweight.

Description

마이크로용 고온초전도 듀플렉서 및 그의 제조방법(Microwave HTS duplxer and its fabrication method)Microwave HTS duplxer and its fabrication method

제1도는 본 발명에 따른 마이크로스트립선 방식의 고온초전도 듀플렉서의 평면도.1 is a plan view of a high temperature superconducting duplexer of the microstrip wire system according to the present invention.

제2도는 제1도의 마이크로스트립선 방식의 고온초전도 듀플렉서의 회로도(작동원리).2 is a circuit diagram of the high temperature superconducting duplexer of the microstrip wire system of FIG.

제3도(a) 내지 (e)는 본 발명에 따른 마이크로스트립선 방식의 고온초전도 듀플렉서의 제조 공정도.Figure 3 (a) to (e) is a manufacturing process diagram of a high temperature superconducting duplexer of the microstrip wire system according to the present invention.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

1 : 단결정기판 2 : 접지판1: single crystal substrate 2: ground plate

3 : 에피택셜 박막 4 : 감광막(PR막)3: epitaxial thin film 4: photosensitive film (PR film)

5 : 감광막 패턴 6 : 고온도천도 회로패턴5: photosensitive film pattern 6: high temperature ductile circuit pattern

10,20 : 제1 및 제2 분기선 방식의 3-dB 결합기10,20: 3-dB combiner with first and second branch lines

11,12,21,22 : 제1, 제4, 제2 및 제3포트(결합기의 분기선과 연결된 입출력단)11, 12, 21, 22: first, fourth, second and third ports (input and output terminals connected to the branch line of the combiner)

13,14,23,24 : 3dB 결합기의 분기선과 연결된 필터의 평행결합선(정합망포함)13,14,23,24: Parallel coupling line of filter connected with branch line of 3dB coupler (including matching network)

15,25 : 분기선 방식의 3-dB 결합기(coupler)15,25: 3-dB coupler with branch line method

30,40 : 1 및 제2 평행결합선 방식의 2-극 대역통과 필터(2-pde bandpass filter)30,40: 2-pde bandpass filter with 1 and 2 parallel coupling lines

본 발명은 이동통신 및 위성통신용 통신시스템에 사용되는 RF 및 미이크로파 대역용 수신기의 전단부를 구성하는 핵심부품인 3-dB 결합기(coupler)와 2-극 대역통과 여파기를 결합한 마이크로스트립선 방식의 마이크로파용 고온초전도 듀플렉서 및 그의 제조방법에 대한 것이다.The present invention is a microstrip line system that combines a 3-dB coupler and a 2-pole bandpass filter, which are key components of the front end of an RF and microwave band receiver used in a mobile communication system and a satellite communication system. A high temperature superconducting duplexer for microwaves and a method of manufacturing the same.

최근에 이동통신, 위성통신(방송)등 전파를 이용하는 분야에서는 고품위의 통신서비스 요구가 폭증하고, 대용량화를 이룩하기 위해서는 마이크로파 통신시스템을 구성하는 각종 핵심부품의 특성향상과 크기 축소등이 핵심과제로 부각되고 있다. 그러므로, 한정된 전파자원을 효율적으로 활용하기 위해서는 매우 우수한 마이크로파 특성을 갖는 재료의 개발 뿐만 아니라, 고성능, 고신뢰도, 초소형화를 이룰 수 있는 마이크로파 소자와 통신시스템용 부품(서브시스템)의 개발에 많은 연구가 진행되고 있다. 우수한 마이크로파 특성과 무손실 및 무저항의 특성을 갖는 고온초전도체의 마이크로파 응용은 통신 부품의 특성 향상에 매우 유리한 것으로 알려지고 있다. 마이크로파 표면저항이 매우 낮은 고온초전도 에피택셜 박막 상에, 최적 설계된 마이크로파용 소자(회로)를 구현할 수 있으면, 마이크로파 부품의 소형화와 고성능화를 이룰 것으로 인식하고 있다. 따라서, 차세대 마이크로파 통신을 겨냥한 고온초전도 MMICs를 창출하기 위해서는 크기, 양호도 및 고성능 등의 특성이 기존의 마이크로파 소자(회로)에 비해 우수하여야 하며, 전파고도이용 기술에 잘 부합될 수 있어야 한다.In recent years, the demand for high-quality communication services has exploded in the fields using radio waves such as mobile communication and satellite communication (broadcasting), and in order to achieve high capacity, improvement of the characteristics and size reduction of various core components constituting the microwave communication system are key tasks. It is emerging. Therefore, in order to effectively utilize the limited radio resources, not only the development of materials with very good microwave characteristics, but also a lot of researches on the development of microwave devices and communication system components (subsystems) that can achieve high performance, high reliability, and miniaturization. Is going on. Microwave applications of high temperature superconductors with excellent microwave properties, lossless and resistive properties are known to be very advantageous for improving the characteristics of communication components. It is recognized that if an optimally designed microwave element (circuit) can be implemented on a high temperature superconducting epitaxial thin film having a very low microwave surface resistance, it will be recognized that miniaturization and high performance of microwave components will be achieved. Therefore, in order to create high-temperature superconducting MMICs for the next generation of microwave communication, characteristics such as size, goodness, and high performance must be superior to existing microwave devices (circuits), and they must be well suited to the radio wave high technology.

상기 마이크로파 소자 중 듀플렉서는 입력되는 다수의 주파수 신호에서 특정 주파수 하나만을 선택하여 출력시키는 하이브리드형 수동소자이다.The duplexer among the microwave devices is a hybrid passive device that selects and outputs only one specific frequency from a plurality of input frequency signals.

다채널용 멀티플렉서(듀플렉서를 집적한 서브시스템)에 사용하기 위한 방향성 여파기의 응용원리는 개념적으로 간단하고 멀티플레서 구현과 관련된 문제를 해결하는 양호한 방법이지만, 대역통과 여파기를 구성하는 공진기의 개수가 많아지면, 여파기의 조정(tuning)은 거의 불가능해지는 결점이 있다. 따라서, 방향성 여파기 보다는 신호조정이 훨씬 용이하고, 마이크로파 특성을 향상시키기 위해 대역통과 여파기의 극수(pole number)를 증가시킬 경우(즉, 대역통과 여파기를 구성하는 공진기의 개수를 증가 시켜도)에도, 특성(tuning)를 우수하게 발휘하는 통신용 멀티플렉서를 구현하기 위해서는 직각 하이브리드 결합기와 평행결합선 방식의 대역 통과 여파기를 연결시키는 형태도 많이 이용되고 있다.The application principle of directional filters for use in multi-channel multiplexers (subsystems with integrated duplexers) is a conceptually simple and good way to solve the problems associated with multiplexer implementations, but the number of resonators constituting a bandpass filter is large. There is a drawback that the tuning of the ground and the filter is almost impossible. Therefore, the signal is much easier to adjust than the directional filter, and even when the pole number of the bandpass filter is increased (that is, the number of resonators constituting the bandpass filter) to improve the microwave characteristics, In order to implement a good multiplexing communication multiplexer, a connection between a right-angle hybrid coupler and a band-pass filter using a parallel coupling line is also widely used.

그러나, 이러한 방법을 통해 조정 특성을 향상시키기 위해서는 대역통과 여파기의 극수(pole number)를 증가시켜야 하나 물리적으로 복잡하고, 많은 경우 부피가 커지는 단점이 있다.However, in order to improve the tuning characteristics through this method, the pole number of the bandpass filter should be increased, but it is physically complicated and in many cases has a disadvantage of being bulky.

따라서, 본 발명은 대역통과 여파기의 극수를 증가시키지 않아 구조가 간단하고 부피가 작으면서 조정 특성을 향상시킬 수 있는 마이크로파용 듀플렉서 및 그의 제조방법을 제공함에 있다.Accordingly, the present invention is to provide a duplexer for microwaves and a method for manufacturing the same, which can improve the adjustment characteristics while having a simple structure and a small volume without increasing the number of poles of the band pass filter.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 마이크로파용 고온초전도 듀플렉서는 단결정기판과, 상기 단결정기판 상의 일측에 분기선 방식의 직각 3-dB 결합기와 이 3-dB 결합기(커플러)를 정합망(matching network)으로 연결시킨 제1 및 제4포트와 3-dB 결합기의 분기선과 대역통과 여파기의 평행결합선(공진기)을 연결시키는 2개의 정합망, 상기 단결정기판 상의 타측에도 4각형의 3-dB 결합기, 3-dB 결합기의 분기선과 연결된 출력용 포트(제2, 제3)그리고 대역통과 여파기의 평행결합선과 연결시키는 정합망(2개), 상기 2개의 분기선 방식의 3-dB 결합기와 연결시킨 2개의 평행결합선 방식의 2-극 대역통과 여파기(제1, 제2)와, 상기 단결정기판의 하부 표면에 Ti/Ag이중 금속막으로 형성된 접지평면을 포함한다.Microwave high temperature superconducting duplexer according to the present invention for achieving the above object is a matching network of a single crystal substrate, a branched-line right-angle 3-dB coupler and a 3-dB coupler (coupler) on one side of the single crystal substrate. Two matching networks connecting the first and fourth ports connected to each other, the branch line of the 3-dB coupler and the parallel coupling line (resonator) of the bandpass filter, and the 3-dB coupler of a quadrilateral on the other side of the single crystal substrate, 3- Output ports (second, third) connected to the branch line of the dB coupler, and matching networks (2) for connecting the parallel coupling line of the bandpass filter, and two parallel coupling lines connected to the 3-dB combiner of the two branch lines. A two-pole bandpass filter (first, second) and a ground plane formed of a Ti / Ag double metal film on the lower surface of the single crystal substrate.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 마이크로파용 고온초전도 듀플렉서의 제조방법은 단결정기판의 상부에 고온초전도를 증착하고 열처리하여 에피택셜 박막을 증착하는 공정과, 상기 에피택셜 박막의 상부를 세정하고 감광막을 형성하는 공정과, 상기 감광막을 패터닝하여 감광막 패턴을 형성하는 공정과, 상기 감광막 패턴을 식각 마스크로 사용하여 상기 에피택셜 박막의 노출된 부분을 제거하여 고온초전도 회로 패턴을 형성하고 상기 감광막 패턴을 제거하는 공정과, 상기 단결정기판의 하부 표면에 전자선 증발기를 사용하여 이중 박막으로 이루어진 접지평면을 형성하는 공정을 포함한다.The method for manufacturing a microwave high temperature superconducting duplexer according to the present invention for achieving the above object is a process of depositing an epitaxial thin film by depositing a high temperature superconductivity on top of a single crystal substrate and heat treatment, and cleaning the top of the epitaxial thin film and a photosensitive film Forming a photoresist pattern, forming a photoresist pattern by patterning the photoresist layer, and removing the exposed portion of the epitaxial thin film using the photoresist pattern as an etching mask to form a high temperature superconducting circuit pattern and forming the photoresist pattern. And a step of forming a ground plane formed of a double thin film on the lower surface of the single crystal substrate by using an electron beam evaporator.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

제1도는 본 발명에 따른 마이크로파용 듀플렉서 평면도이다.1 is a plan view of a duplexer for microwaves according to the present invention.

상기 마이크로스트립 분기선 방식의 마이크로파용 듀플렉서는 단결정기판(1) 상에 3dB 이상의 높은 결합도를 가지며 중심 주파수가 11GHz인 분기선 방식의 4-포트형 마이크로파 수동소자인 3-dB 직각 제1 및 제2결합기(10)(20)와 중심주파수 10GHz와 700MHz의 대역 폭에서 삽입손실과 평탄도가 우수하고, 저지대역 까지의 스커트(skirt) 특성이 우수한 평행결합선 방식의 2-극 제1 및 제2 대역통과 여파기(30)(40)를 결합시킨 4-포트 구조의 마이크로파 서브시스템이다.The microstrip branch line type microwave duplexer has a high coupling degree of 3 dB or more on the single crystal substrate 1 and a 3-dB right angle first and second coupler which is a 4-port type microwave passive element having a center frequency of 11 GHz. (10) (20) Two-pole first and second band pass of parallel-coupled line method with excellent insertion loss and flatness and excellent skirt characteristics up to stop band at bandwidths of 10GHz and 700MHz It is a four-port structured microwave subsystem that combines filters 30 and 40.

상기 유전체 기판(1)은 20㎜ × 20㎜의 크기를 가지며 마이크로파 특성이 우수하고 유전상수가 9.6인 MgO 단결정이고, 제1 및 제2 3-dB 직각 결합기(10)(20) 및 제1 및 제2 2-극 대역통과 여파기(30)(40)는 YBa2Cu3O7-δ(이하, YBCO라 칭함)와 같은 고온초전 에피택셜 박막의 마이크로스트립선으로 제조한다. 상기 단결정기판(1) 상의 일측에 위치한 제1결합기(10)는 분기선 방식의 3-dB 직각 결합기로서 분기선과 정합망을 이용하여 입출력 포트(11),(12) 및 대역통과 여파기의 평행결합선(13),(14)과 연결되고, 단결정 기판(2) 상의 타측에 위치한 제2결합기도 분기선 방식의 3-dB 직각 결합기로서 연결되고, 단결정 기판(2) 상의 타측에 위치한 제2결합기(20)도 분기선 방식의 3-dB직각 결합기로서 분기선과 정합망을 이용하여 제2 및 제3 포트(21),(22)와 여파기의 평행결합선(23),(24)에 연결된다. 상기 제1 및 제2 대역통과 여파기(30)(40)는 평행결합선 방식의 2-극 대역통과 여파기인데 2개의 분기선 방식의 3-dB 결합기 사이에 위치하며, 결합기의 분기선과 정합망[(13),(14)에 포함되었음]을 통해 결합기와 연결된다. 상기 제1, 제4, 제2 및 제3 포트(11),(12),(21),(22)와 대역통과 여파기의 평행결합선과 맞물려 있는 제1, 제2, 제3 및 제4 정합망(13),(14),(23),(24)은 제1 및 제2 결합기(10),(20)와 제1 및 제2 대역통과 여파기(30),(40)가 잘 정합되도록 모두 50Ω선으로 이루어 진다.The dielectric substrate 1 is a MgO single crystal having a size of 20 mm x 20 mm, excellent microwave characteristics and a dielectric constant of 9.6, and first and second 3-dB right-angle couplers 10, 20, and first and The second two-pole bandpass filter 30, 40 is made of a microstrip wire of a high-temperature pyroelectric epitaxial thin film such as YBa 2 Cu 3 O 7-δ (hereinafter referred to as YBCO). The first coupler 10 located on one side of the single crystal substrate 1 is a 3-dB right-angle coupler of the branch line type, and the parallel coupling line of the input / output ports 11, 12 and the band pass filter using the branch line and the matching network ( 13), (14), the second coupler located on the other side on the single crystal substrate 2 is also connected as a 3-dB right angle coupler of the branch line method, the second coupler 20 located on the other side on the single crystal substrate (2) It is a 3-dB right angle coupler of the branch line type, and is connected to the second and third ports 21, 22 and parallel coupling lines 23, 24 of the filter using a branch line and a matching network. The first and second bandpass filters 30 and 40 are two-pole bandpass filters of the parallel coupling line method and are located between two 3-dB couplers of the branch line method. ), Which is included in (14)]. First, second, third, and fourth registrations engaged with the parallel coupling lines of the first, fourth, second, and third ports 11, 12, 21, and 22 and the bandpass filter; The networks 13, 14, 23, and 24 are designed so that the first and second couplers 10, 20 and the first and second bandpass filters 30, 40 match well. All are composed of 50Ω lines.

또한, 단결정기판(1)의 하부 표면에 접지평면(2)이 형성된다. 상기 접지평면(2)은 마이크로파 시험치구(test-jig)와의 양호한 접촉 및 정합 뿐만 아니라 외부의 전장과 자장의 영향을 최소화하기 위해 증착한 Ti/Ag의 이중 금속박막으로 형성된다.In addition, the ground plane 2 is formed on the lower surface of the single crystal substrate 1. The ground plane 2 is formed of a double metal thin film of Ti / Ag deposited for minimizing the influence of external electric and magnetic fields as well as good contact and matching with a microwave test fixture.

제2도는 제1도의 마이크로스트립선 방식의 고온초전도 듀플렉서의 회로도(작동원리도)이다.FIG. 2 is a circuit diagram (principle of operation) of the high temperature superconducting duplexer of the microstrip wire system of FIG.

제2도를 참조하여 본 발명에 따른 마이크로스트립선 방식의 고온초전도 듀플렉서의 작동을 설명한다.Referring to Figure 2 will be described the operation of the high temperature superconducting duplexer of the microstrip line method according to the present invention.

상기 제2도에 나타낸 것처럼 마이크로파 듀플렉서는 제1 및 제2 3-dB직각 결합기(10),(20)와 원하는 주파수가 통과되도록 최적 설계된 제1 및 제2대역통과 여파기(30),(40)로 이루어지는 데, 만약 4개의 주파수 (fa),(fb),(fc),(fd)가 제1결합기(10)의 제1포트(11)에 입사되면 좌측의 3-dB직각 결합기의 두 분기(two branch)에서 주파수(fa)에 해당하는 에너지가 등분된다(divided equally).As shown in FIG. 2, the microwave duplexer is designed to optimally pass the first and second 3-dB quadrature combiners 10, 20 and the desired frequency to pass the first and second bandpass filters 30, 40. If four frequencies (f a ), (f b ), (f c ), (f d ) are incident on the first port 11 of the first coupler 10, 3-dB right angle on the left At two branches of the coupler, the energy corresponding to the frequency f a is divided equally.

등분된 에너지는 동일한 제1 및 제2 대역통과 여파기(30)(40)를 통과하게 되고, 제2 결합기(20)의 두 분기로 들어가게 된다. 이때, 제1 및 제2 결합기(10)(20)와 제1 및 제2 대역통과 여파기(30)(40)의 위상관계(phase relations)로 인해, 제2포트(21)에서는 신호가 서로 상쇄되어 0이 된다.The equalized energy passes through the same first and second bandpass filters 30 and 40 and enters two branches of the second coupler 20. At this time, due to the phase relations between the first and second couplers 10 and 20 and the first and second bandpass filters 30 and 40, signals are canceled from each other in the second port 21. Becomes zero.

그리고, 주파수(fa)에 해당하는 에너지는 모두 제3포트(22)로 모인다. 반면, 다른 주파수 (fb),(fc),(fd)는 제1 및 제2 대역통과 여파기(30)(40)를 통하여 다시 반사되어 제1결합기(10)의 제1 및 제2 정합망(13),(14)으로 다시 들어가게 된다. 이때에도, 위상 관계(phase relations)로 인해 제1포트(11)에서는 신호가 서로 상쇄되어 0이 되고, 반사된 모든 주파수의 에너지는 제4포트(12)에 모이게 된다. 이러한 마이크로파 듀플렉서의 전반적인 작동원리는 실제로 많이 사용되는 방향성 여파기(directional filter)의 작동원리와 같은 것으로 제1 및 제2 3-dB 결합기(10)(20)와 집적시키는 제1 및 제2 대역통과 여파기(30)(40)는 다단계 폭포(cascade)와 같은 형태를 갖게 된다. 그러나, 방향성 여파기보다는 신호조정이 훨씬 용이하고, 대역통과 여파기의 극수(pole number)를 증가할 경우에도 조정특성(tuning)이 우수하다.In addition, all of the energy corresponding to the frequency f a is collected into the third port 22. On the other hand, the other frequencies f b , f c , and f d are reflected back through the first and second bandpass filters 30 and 40 to the first and second of the first combiner 10. It will enter the matching network 13, 14 again. In this case, the signals are canceled with each other in the first port 11 due to phase relations and become zero, and the energy of all the reflected frequencies is collected in the fourth port 12. The overall operating principle of the microwave duplexer is the same as that of the directional filter, which is widely used in practice. The first and second bandpass filters integrating with the first and second 3-dB combiners 10 and 20 are used. The 30 and 40 have a form of a cascade. However, the signal adjustment is much easier than the directional filter, and the tuning is excellent even when the pole number of the bandpass filter is increased.

제3도(a) 내지 (e)는 본 발명에 따른 마이크로파용 듀플렉서의 제조 공정도이다.3 (a) to (e) is a manufacturing process diagram of a microwave duplexer according to the present invention.

제3도(a)를 참조하면, MgO 등의 마이크로파 특성이 우수한 단결정기판(1)을 습식식각 또는 ECR-이온 밀링하여 표면처리한다.Referring to FIG. 3 (a), the single crystal substrate 1 having excellent microwave characteristics such as MgO is subjected to surface treatment by wet etching or ECR-ion milling.

제3도(b)를 참조하면, 펄스-레이저 증착법에 의해 YBCO 등의 고온초전도 에피택셜 박막(3)을 형성한다. 상기에서, 에피택셜 박막(3)은 상기 YBCO를 증착 챔버 내의 압력을 200mTorr 정도로 유지하며 상기 단결정기판(1)의 온도를 750℃ 정도로 하여 XeCl 엑시머-레이저(파장 : 308nm)로 증착한 후 챔버의 진공 상태를 깨지 않고(in-suit 방법) 550℃ 정도에서 산소를 주입하면서 1시간 정도 열처리하여 성장한다.Referring to FIG. 3 (b), a high temperature superconducting epitaxial thin film 3 such as YBCO is formed by a pulse-laser deposition method. In the above, the epitaxial thin film 3 maintains the pressure in the deposition chamber at about 200 mTorr and deposits the XBCl excimer-laser (wavelength: 308 nm) at a temperature of about 750 ° C. in the deposition chamber. It does not break the vacuum (in-suit method) and grows by heat treatment for about 1 hour while injecting oxygen at about 550 ° C.

제3도(c)를 참조하면, 상기 에피택셜 박막(3)의 상부에 HMDS(primer)를 도포하여 표면을 세정한 후, 감광막(4)을 형성한다. 상기 감광막(4)은 스핀코터를 이용하여 5000rpm에서 30초 정도 회전시켜 형성한다.Referring to FIG. 3C, after the HMDS (primer) is applied to the epitaxial thin film 3 to clean the surface, the photosensitive film 4 is formed. The photosensitive film 4 is formed by rotating about 30 seconds at 5000 rpm using a spin coater.

제3도(d)를 참조하면, 상기 감광막(4)을 패터닝하여 감광막 패턴(5)을 형성한다. 상기 감광막 패턴(5)은 형성하고자 하는 회로원판(마스크)를 사용하여 감광막(4)을 노광하고 현상하여 형성한다. 그리고, 상기 감광막 패턴(5)을 식각 마스크로 이용하여 상기 에피택셜 박막(3)의 노출된 부분을 제거하여 고온초전도 듀플렉서 패턴(6)을 형성한다. 상기에서 듀플렉서 패턴(6)은 제1 및 제2 3-dB 결합기(10),(20)의 제1, 제4, 제2 및 제3 포트(11),(12),(21),(22), 제1, 제2, 제3 및 제4 정합망(13),(14),(23),(24) 및 제1 및 제2 3-dB 결합기(10),(20)와 제1 및 제2 대역통과 필터(30),(40)를 형성하는 것으로 EDTA(초산류) 등의 식각 용액으로 3분 정도 1단계 식각을 행하고, 1단계 식각 후 잔류하는 초전도박막 등을 제거하기 위해 ECR-이온 밀링을 5분 정도 2단계 식각을 행하여 상기 고온초전도 듀플렉서 패턴(6)의 예리도를 향상시킨다.Referring to FIG. 3D, the photoresist film 4 is patterned to form the photoresist pattern 5. The photosensitive film pattern 5 is formed by exposing and developing the photosensitive film 4 using a circuit board (mask) to be formed. The exposed portion of the epitaxial thin film 3 is removed using the photoresist pattern 5 as an etching mask to form the high temperature superconducting duplexer pattern 6. In the above, the duplexer pattern 6 includes the first, fourth, second and third ports 11, 12, 21, and 21 of the first and second 3-dB combiners 10 and 20. 22), first, second, third and fourth matching networks 13, 14, 23, 24 and first and second 3-dB combiners 10, 20 and The first and second bandpass filters 30 and 40 are formed to perform one-step etching for three minutes with an etching solution such as EDTA, and to remove the superconducting thin film remaining after the one-step etching. ECR-ion milling is performed in two steps for about 5 minutes to improve the sharpness of the high temperature superconducting duplexer pattern 6.

제3도(e)를 참조하면, 상기 식각 마스크로 이용된 감광막패턴(5)를 제거한다. 그리고, 상기 단결정기판(1)의 하부 표면에 전자선 증발기를 사용하여 Ti/Ag의 이중 박막으로 이루어진 접지평면(2)을 형성한다. 상기에서, 은(Ag)은 마이크로파 특성 뿐만 아니라 전기전도성이 우수하고 시험 치구의 내부 바닥과 우수한 접촉 및 정합을 이룬다.Referring to FIG. 3E, the photoresist pattern 5 used as the etching mask is removed. Then, a ground plane 2 made of a double thin film of Ti / Ag is formed on the lower surface of the single crystal substrate 1 by using an electron beam evaporator. In the above, silver (Ag) is excellent in electrical conductivity as well as microwave properties, and makes excellent contact and matching with the inner bottom of the test fixture.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 마이크로파용 고온초전도 듀플렉서는 MgO의 단결정기판 상에 성장된 고온초전도 YBCO박막을 이용하여 3dB 이상의 높은 결합도를 가지며 중심 주파수가 11GHz인 분기선 방식의 4-포트형 마이크로파 수동소자인 3-dB 직각 결합기(coupler) 2개와 중심주파수가 10GHz이며 700MHz의 대역폭에서 삽입손실과 평탄도가 우수하고 저지대역(stop band) 까지의 스커트 특성이 우수한 평행결합선 방식의 2-극 대역통과 여파기 2개를 집적시켜 제조한다.As described above, the high temperature superconducting duplexer for microwaves according to the present invention uses a high temperature superconducting YBCO thin film grown on a single crystal substrate of MgO to have a high coupling ratio of 3 dB or more and a branch line type 4-port type microwave having a center frequency of 11 GHz. Two-pole, 3-dB right-angle coupler, a center frequency of 10 GHz, parallel insertion line type, 2-pole band with excellent insertion loss and flatness and excellent skirting characteristic to stop band in the bandwidth of 700 MHz Manufactured by integrating two pass filters.

따라서, 본 발명은 에피택셜 박막의 미세형상화 공정을 통해 제조함으로써, 대역통과 여파기의 극수를 증가시키지 않아 구조가 간단하고 부피가 작으면서 조정 특성을 향상시킬 수 있는 잇점이 있다.Therefore, the present invention has an advantage that the manufacturing characteristics can be improved by adjusting the epitaxial thin film by minimizing the number of band pass filters without increasing the number of poles.

Claims (6)

단결정기판과, 상기 단결정기판 상의 일측에 분기선 방식의 4각형 3dB 결합기와 결합기의 분기선과 정합망으로 연결된 제1, 제4포트와 및 제1, 제2 정합망으로 이루어진 제1 3-dB 결합기와, 상기 단결정기판 상의 타측에도 분기선 방식의 4각형 3-dB 결합기와 결합기의 분기선 및 제3, 제4 정합망을 연결시킨 제2, 제3 포트로 이루어진 제2 3-dB 결합기와, 상기 제1결합기와 제2결합기 사이에 정합망으로 연결시킨 평행결합선 방식으로 제조된 제1 및 제2 2-극 대역통과 여파기 2개와, 상기 단결정기판의 하부 표면에 이중 금속막으로 형성된 접지평면을 포함하는 마이크로파용 고온초전도 듀플렉서.A first 3-dB coupler consisting of a single crystal substrate, a quadrangular 3 dB coupler having a branch line method on one side of the single crystal substrate, and a first and fourth ports connected to a matching network with a branch line of the coupler, and a first and second matching network; And a second 3-dB coupler comprising a quadrilateral 3-dB coupler having a branched line type, a second line and a third port connecting the split line of the coupler, and the third and fourth matching networks to the other side of the single crystal substrate. Microwave including two first and second two-pole bandpass filters manufactured by a parallel coupling line method connected by a matching network between a coupler and a second coupler, and a ground plane formed of a double metal film on a lower surface of the single crystal substrate. High temperature superconducting duplexer. 제1항에 있어서, 상기 단결정기판이 MgO로 형성된 마이크로파용 고온초전도 듀플렉서.The high temperature superconducting duplexer for microwaves according to claim 1, wherein the single crystal substrate is formed of MgO. 제2항에 있어서, 상기 제1 및 제2 3-dB 직각 결합기와 제1 및 제2 2-극 대역통과 여파기가 YBa2Cu3O7-δ에피택셜 박막으로 제조된 마이크로파용 고온초전도 듀플렉서. 3. The high temperature superconducting duplexer according to claim 2, wherein the first and second 3-dB right angle couplers and the first and second two-pole bandpass filters are made of YBa 2 Cu 3 O 7-δ epitaxial thin films. 제1항에 있어서, 상기 2개의 3-dB 직각 결합기와 2-극 대역통과 여파기를 분기선과 정합망으로 연결시키는 마이크로파용 고온초전도 듀플렉서.2. The microwave high temperature superconductor duplexer according to claim 1, wherein the two 3-dB quadrature couplers and the two-pole bandpass filter are connected by a branch line and a matching network. 단결정기판의 상부에 고온초전도 박막을 증착하고, 열처리하여 에피택셜 박막을 형성하는 공정과, 상기 에피택셜 박막의 상부를 세정하고 감광막을 형성하는 공정과, 상기 감광막을 패터닝하여 감광막 패턴을 형성하는 공정과, 상기 감광막 패턴을 식각 마스크로 이용하여 상기 에피택셜 박막의 노출된 부분을 제거하여 고온초전도 회로(듀플렉서)패턴을 형성하고 상기 감광막 패턴을 제거하는 공정과, 상기 단결정기판의 하부 표면에 전자선 증발기를 사용하여 이중 박막으로 이루어진 접지평면을 형성하는 공정을 통하여 마이크로파용 고온초전도 듀플렉서를 제조하는 방법.Depositing a high temperature superconducting thin film on top of the single crystal substrate and heat treatment to form an epitaxial thin film, washing the upper part of the epitaxial thin film to form a photoresist film, and patterning the photoresist film to form a photoresist pattern And removing the exposed portion of the epitaxial thin film using the photoresist pattern as an etch mask to form a high temperature superconducting circuit (duplexer) pattern and removing the photoresist pattern, and an electron beam evaporator on a lower surface of the single crystal substrate. Method of manufacturing a high temperature superconducting duplexer for microwave through the process of forming a ground plane consisting of a double thin film using. 제5항에 있어서, 상기 고온초전도 회로 패턴을, 초산류의 식각 용해(EDTA)으로 3분 정도 식각하는 제1단계와, 상기 1단계 식각 후 ECR-이온 밀링을 5분 정도 행하여 잔류하는 물질을 제거하는 제2단계로써 소자를 제조하는 마이크로파용 고온초전도 듀플렉서의 제조방법.The material of claim 5, wherein the high temperature superconducting circuit pattern is etched by etching dissolution (EDTA) of acetic acid for about 3 minutes and ECR-ion milling is performed for about 5 minutes after the first step of etching. A method of manufacturing a high temperature superconducting duplexer for microwave manufacturing a device as a second step of removing.
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