KR100303464B1 - 고주파 회로 소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 저손실로 내전력성이 뛰어나며, 또한 급준한 스커트(skirt) 특성도 실현할 수 있는 고성능인 고주파 회로 소자를 제공하고자 하는 것이다.
유도체 단결정 등으로 이루어진 기판(1)의 표면 위에, 복수 개의 예를 들면 원판 형상 또는 타원 형상의 제 1, 제 2 및 제 3 스트립 도체(2a, 2b 및 2c)를 형성한다. 그리고, 이들의 제 1, 제 2 및 제 3 스트립 도체(2a, 2b 및 2c)를 간극부(5a, 5b)를 통해 서로 연결시킨다. 또, 기판(1)의 내면상의 전면에 그랜드 플레인(grand plain)을 형성한다. 제 1 평면회로 공진기(4a)에 제 1 평면회로 공진기(4a)가 가지는 2개의 직교 방향으로 분극한 공진 모드(7a, 7b)를 각각 여진하는 방향에서 제 1 및 제 2 결합 단자(6a, 6b)를 결합시킨다.
Description
본 발명은 통신시스템 등의 고주파 신호처리장치에 이용되는 필터, 분파기 등을 기초로 이루어진 공진기를 기본으로 하여 구성되는 고주파 회로 소자에 관한것이다.
필터, 분파기 등을 기초로 하는 공진기를 기본으로 구성된 고주파 회로 소자는, 고주파 통신시스템에서 불가결한 요소이다. 특히, 이동통신시스템 등에서는, 고주파 대역을 유효하게 이용하기 위해서 좁은 대역의 필터가 요구된다. 또, 이동통신의 기지국이나 통신 위성 등에서는 손실이 적고 또한 소형이면서도 큰 전력에 견딜 수 있는 필터가 강하게 요망되고 있다.
현재 이용되고 있는 공진기 필터 등의 고주파 회로 소자로는, 유전체 공진기를 이용하는 것, 전송 선로 구조를 이용하는 것, 표면 탄성 소자를 이용하는 것등이 주류가 되어 있다. 이들 중 전송 선로 구조를 이용하는 것은, 소형으로 마이크로파, 밀리파 영역의 고주파까지 적용할 수 있으며, 또한, 기판상에 형성하는 2차원적인 구조로서 다른 회로나 소자와의 조합이 용이하기 때문에 널리 이용되고 있다. 종래, 이 유형의 공진기로는 전송 회로에 의한 1/2파장 공진기가 가장 일반적으로 이용되고 있고, 이 1/2 파장 공진기를 복수개 결합시킴으로써 필터 등의 고주파 회로 소자가 구성되고 있다.
또한, 다른 종래예로서는 평면회로 구조를 이용한 것도 있다. 그 대표예로서는 원판 공진기를 복수개 나열한 것, 또는 원판형 공진기의 외주의 일부에 돌기부를 설치하여 다이폴 모드(dipole mode)를 결합시킴으로써, 필터 특성을 발휘시킨 것 등이 있다.(『Low Loss Multiplexers with Planar Dual Mode HTS Resonators』IEEE Trans actions on Microwave Theory and Techniques, Vol. 44, No. 7, pp. 1248-1257,『일본 전자정보통신학회 기술연구보고, 1993, Vol. 93, No.363(SCE93 47-56)永井靖浩 외』, 일본 전자통신학회 논문지, 72/8 Vol. 55-B No.8『마이크로파 평면회로의 해석적 취급(Analysis of Microwave Planar Circuit)』(三好旦六, 大越孝敬)
그러나, 1/2 파장 공진기 등의 전송 선로 구조의 공진기에서는, 도체 중에 고주파 전류가 부분적으로 집중하기 때문에, 도체의 저항에 의한 손실이 비교적 크고, 공진기에서는 Q값이 열화하며, 필터를 구성한 경우에는 손실의 증가를 초래하게 된다. 또, 통상적으로 자주 이용되는 마이크로 스트립 선로 구조인 1/2 파장 공진기를 이용한 경우에는 회로에서 공간으로의 방사에 의한 손실의 영향도 문제가 된다.
이들의 영향은, 구조를 소형화하거나 동작 주파수를 높게 하면 더 현저하게 된다. 손실이 비교적 작고 내전력성이 우수한 공진기로는 유전체 공진기가 이용되고 있다, 그러나, 유전체 공진기는 입체 구조를 가지고 있으며 사이즈가 크기 때문에 고주파 회로 소자의 소형화에 있어서는 문제이다.
또, 초전도체를 이용함으로써 이들 고주파 회로 소자의 손실 저하를 도모하는 것도 가능하다. 그러나, 상기한 종래 구조의 것에서는, 전류의 과도한 집중에 의해 초전도성이 손실되기 때문에, 큰 전력의 신호를 이용하는 것은 곤란하다. 실제의 측정예에서도 최대 입력 전력은 수십 mW정도이고, 실용적인 수준에는 이르지 않는다.
또, 원판 공진기로 대표되는 평면회로 공진기를 이용한 필터는 전류 분포가넓은 면적에 걸쳐 균일하게 되기 때문에, 뛰어난 내전력 성능을 가진다고 말해지고 있다. 그러나, 원판 공진기를 복수개 나열한 것은, 소자 면적이 매우 크게 되는 단점이 있고 급준(急峻)한 스커트 특성을 실현하기 위해 다단 구성으로 하는 경우에 특히 심각한 문제가 된다. 또, 외주의 일부에 돌기부를 설치한 유형의 평면회로 구조를 갖는 공진기 필터인 경우에는, 3단 이상의 다단으로 구성하기 위한 간단한 방법이 없었다.
이상과 같은 것에서, 마이크로파, 밀리파 영역의 고주파 영역에서 다른 회로와 소자 사이의 정합성(整合性)이 좋고, 또 고성능인 소형의 공진기 필터 등의 고주파 회로 소자를 2차원적인 구조로 실현하기 위해서는, 전송 선로 구조나 평면회로 구조의 공진기가 가지는 이러한 문제를 해결하는 것이 매우 중요하다.
본 발명은, 종래 기술에서 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 저손실로 내전력성에 우수하면서도 급준한 스커트 특성도 실현할 수 있는 고성능 고주파 회로 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 고주파 회로 소자를 나타낸 평면도,
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 고주파 회로 소자를 나타낸 단면도,
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 고주파 회로 소자인 제 3 스트립 도체 형상의 예를 나타낸 평면도,
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 고주파 회로 소자를 나타낸 평면도,
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 고주파 회로 소자를 도체벽으로 둘러싸인 공간 내에 고정한 상태를 나타내는 단면도,
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 고주파 회로 소자의 모드 결합 계수와 간극부 사이의 거리 관계를 나타낸 도면,
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 고주파 회로 소자의 스트립 도체의 타원율과 모드 결합 계수와의 관계를 나타낸 도면,
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 고주파 회로 소자의 주파수 특성을 나타낸 도면,
도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 고주파 회로 소자의 다른 주파수 특성을 나타낸 도면,
도 10은 본 발명에 관한 고주파 회로 소자의 다른 예를 나타낸 단면도이다.
〈부호의 설명〉
1, 12, 21, 22 : 기판
2a, 13a : 제 1 스트립 도체
2b, 13b : 제 2 스트립 도체
2c : 제 3 스트립 도체
3, 14, 24, 25 : 그랜드 플레인
4a, 15a : 제 1 평면회로 공진기
4b, 15b : 제 2 평면회로 공진기
4c : 제 3 평면회로 공진기
5a, 5b, 16 : 간극부
6a, 17a : 제 1 결합 단자
6b, 17b : 제 2 결합 단자
7a, 7b, 8a, 8b, 9a, 9b, 18a, 18b, 19a, 19b : 공진 모드
10 : 돌기부 11 : 절단부
20 : 도체벽 23 : 스트립 도체
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 관한 고주파 회로 소자의 구성은 각각 2개의 직교한 공진 모드를 가지고 순서대로 결합한 n개(n은 2이상의 정수)의 평면회로 공진기와, 2개의 결합 단자를 구비한 고주파 회로 소자로서, 상기 2개의 결합 단자가 첫 번째의 상기 평면회로 공진기가 가지는 2개의 공진 모드와 각각 결합하고 있는 것을 특징으로 한다. 이 고주파 회로 소자의 구성에 의하면, 복수개의 평면회로 공진기 각각의 직교한 2개의 공진 모드가 1개의 공진기로서 공진기 결합형 필터로서의 동작을 행하게 할 수 있기 때문에, 다단 구성의 공진기 필터를 구성할 때에, 공진기의 수를 절반으로 하여 구성할 수 있다. 또, 평면회로 공진기는 통상의 전송 선로 공진기에 비해, 전류 분포가 균일하기 때문에 도체 손실이 작은 특징이 있다. 이 때문에, 소형이고 손실이 적은 다단 공진기 필터을 구성할 수 있다.
또, 상기 본 발명의 고주파 회로 소자의 구성에서는, 제 n번째의 평면회로 공진기가 가지는 2개의 공진 모드 사이에, 결합을 생성시키는 수단이 구비되도록 하는 것이 바람직하다.
또, 상기 본 발명의 고주파 회로 소자의 구성에서는, 평면회로 공진기가 기판과, 상기 기판의 표면상에 형성된 스트립 도체와, 상기 기판의 내면상에 형성된 그랜드 플레인으로 이루어지는 것이 바람직하다. 이 바람직한 예에 의하면, 기판의 한 쪽 방향의 면 위에 형성된 도체 패턴에 의해 회로 형상을 결정할 수 있으므로, 설계 공정 및 제작 공정의 간략화가 가능하게 된다. 또, 이 경우 스트립 도체의 형상은 원판 형상 또는 타원 형상인 것이 바람직하다. 이 바람직한 예에 의하면, 스트립 도체 패턴의 윤곽부에서 전류 집중을 효과적으로 감소시키므로, 손실을 더욱 저감할 수 있게 된다.
또, 상기 본 발명의 고주파 회로 소자의 구성에서, 평면회로 공진기를 2매의 기판과, 상기 2매의 기판에 끼워진 스트립 도체와, 상기 2매의 기판의 상기 스트립 도체와 접하지 않은 쪽의 면 위에 각각 형성된 그랜드 플레인을 포함하도록 구성하는 것이 바람직하다. 이 바람직한 예에 의하면, 전자계(電磁界)의 방사의 영향을 거의 받지 않고, 매우 안정되고 손실이 작은 고주파 회로 소자를 실현할 수 있다.또, 이 경우에 스트립 도체의 형상은 원판 형상 또는 타원 형상인 것이 바람직하다.
또, 상기 본 발명의 고주파 회로 소자의 구성에서 각 평면회로 공진기는 스트립 도체를 구비하고, n개의 상기 스트립 도체는 간극부를 매개로 직선 형상으로 배치되며, n개의 상기 스트립 도체 중 한쪽 단부에 위치하는 첫 번째 스트립 도체의 윤곽상에는, 상기 첫 번째의 스트립 도체의 중심에서 볼 때, 상기 첫 번째의 스트립 도체에 인접하는 두 번째 스트립 도체의 반대쪽에 제 1 결합 단자가 결합되어, 상기 제 1 결합 단자의 결합 위치와 거의 90°어긋난 위치에 제 2 결합 단자가 결합되어 있는 것이 바람직하다. 이 바람직한 예에 의하면, 공진 모드 사이의 결합을 보다 정확하게 제어할 수 있고, 보다 우수한 특성의 다단 공진기 결합형 필터를 실현할 수 있다. 또, 이 경우에 스트립 도체의 형상은 원판 형상 또는 타원 형상인 것이 바람직하다.
또, 상기 본 발명의 고주파 회로 소자의 구성에서는 소자의 주위는 도체벽에 의해 포위되어 있는 것이 바람직하다. 이 바람직한 예에 의하면, 평면회로 공진기에서의 방사 손실을 방지할 수 있기 때문에, 손실을 더욱 저감할 수 있다. 더욱이, 도체벽에 의해 둘러싸인 공간의 형상을 변화시킴으로써 모드 결합량을 보다 큰 자유도로 조절할 수 있다.
또, 상기 본 발명의 고주파 회로 소자의 구성에서, 평면회로 공진기의 도체 재료는 초전도 재료를 이용하는 것이 바람직하다. 이 바람직한 예에 의하면, 평면회로 공진기에서 삽입 손실이 극적으로 저감되며, 또한 평면회로 공진기 중에서 전류 분포가 균일하므로, 내전력성이 우수한 고주파 회로 소자를 실현할 수 있다.
이하, 실시예를 이용하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
(제 1 실시예)
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에서 고주파 회로 소자를 나타낸 평면도, 도 2는 그 단면도이다.
도 1, 도 2에 나타낸 바와 같이, 유전체 단결정 등으로 이루어진 기판(1)의 표면 위에는, 진공 증착, 에칭 등의 적당한 방법에 의해 복수의 예를 들면, 원판 형상 또는 타원 형상의 제 1, 제 2 및 제 3 스트립 도체(2a, 2b 및 2c)가 형성되어 있다, 그리고, 이들의 제 1, 제 2 및 제 3 스트립 도체(2a, 2b 및 2c)는, 간극부(5a, 5b)를 사이에 두고 직선 형상으로 배치되어 있다. 또, 기판(1)의 이면 에는, 그 전면에 그랜드 플레인(3)이 형성되어 있다. 이 구성에서 제 1, 제 2 및 제 3 스트립 도체(2a, 2b 및 2c)는, 각각 별개의 제 1, 제 2 및 제 3 평면회로 공진기(4a, 4b 및 4c)로서 작동한다. 또, 제 1 스트립 도체(2a)에 대해서는 제 1 및 제 2 결합 단자(6a, 6b)가 설치되어 있다.
제 1 및 제 2 결합 단자(6a, 6b)는 제 1 평면회로 공진기(4a)가 가지는 2개의 직교 방향으로 분극한 공진 모드(7a, 7b)를 각각 여진하는 방향에서 제 1 평면회로 공진기(4a)에 유도 결합하고 있다. 단, 도 1 중의 공진 모드를 나타내는 화살표는 공진 모드의 전류 방향, 즉, 전기적인 분극 방향을 나타내고 있는 것으로 한다.
전형적인 예로서, 원판 공진기에서 TMII 모드가 이러한 전기적 특성을 가지는 공진 모드가 된다. 또, 제 2 평면회로 공진기(4b)도 2개의 직교 방향으로 분극한 공진 모드(8a, 8b)를 가지고, 제 3 평면회로 공진기(4c)도 2개의 직교 방향으로 분극한 공진 모드(9a, 9b)를 가지고 있다. 공진 모드(7a, 8a, 9a)는 서로 분극의 방향이 동일하게 되게 할 수 있고, 또, 공진 모드(7b, 8b, 9b)도 서로 분극의 방향이 동일하게 되게 할 수 있다.
이하, 상기와 같이 구성된 회로의 동작에 대해서 설명한다.
제 1 결합 단자(6a)로 입력된 신호는 제 1 평면회로 공진기(4a)의 공진 모드(7a)를 여진한다. 공진 모드(7a)는 제 2 평면회로 공진기(4b)의 공진 모드(8a)와 결합한다. 이 경우, 공진 모드(7a)는 공진 모드(7b, 8b)와는 분극의 방향이 거의 직교하므로, 이들의 공진 모드(7b, 8b)와의 결합량은 무시할 수 있을 정도로 매우 작다.
다음에, 제 2 평면회로 공진기(4b)의 공진 모드(8a)는 제 3 평면회로 공진기(4c)의 공진 모드(9a)와 결합한다.
다음에, 평면회로 공진기(4c)에서, 적당한 방법에 의해 공진 모드(9a)와 공진 모드(9b)와의 사이에 결합을 생성시킨다. 공진 모드(9a)와 공진 모드(9b)와의 사이에 결합을 생성시키는 방법으로는, 예를 들면 도 3(a)에 나타낸 바와 같이, 제 3 스트립 도체(2c)의 형상을 공진 모드(9a)와 공진 모드(9b)의 분극 방향에 대해 45°방향의 장축을 가지는 타원 형상으로 하거나. 도 3(b), (c)에 나타낸 바와 같이, 그 방향의 윤곽부에 돌기부(10)나 절단부(11) 등을 형성하는 방법이 있다.
같은 방법으로 하여, 제 3 평면회로 공진기(4c)의 공진 모드(9b)는, 제 2 평면회로 공진기(4b)의 공진 모드(8b) 및 제 1 평면회로 공진기(4a)의 공진 모드(7b)와 순차로 결합하여, 최종적으로 제 2 결합 단자(6b)에서 출력된다.
이상의 과정에서, 제 1 결합 단자(6a)로 입력한 신호는 6개의 공진 모드(7a, 8a, 9a, 9b, 8b, 7b)를 매개하고 있는 것이므로, 이 회로는 6단의 공진기 결합형 대역 통과 필터로서 작동한다.
(제 2 실시예)
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에서 고주파 회로 소자를 나타낸 평면도, 도 5는 그 고주파 회로 소자를 도체벽에 의해 둘러싸인 공간 내에 고정한 상태를 나타낸 단면도이다.
도 4, 도 5에 나타낸 바와 같이, 란탄 알루미나(LaAlO3)의 단결정 등의 비유전율(24)의 기판(12)의 표면에는, 진공 증착, 에칭 등의 적당한 방법에 의해 복수개의 타원 형상인 제 1 및 제 2 스트립 도체(13a, 13b)가 형성되어 있다. 그리고, 이들의 제 1 및 제 2 스트립 도체(13a, 13b)는 간극부(16)를 사이에 두고 각각의 장 축이 일직선 상에 오도록 배치되어 있다. 또, 기판(12)의 이면에는 그 전체에 걸쳐 도체막으로 이루어진 그랜드 플레인(14)이 형성되어 있다. 이 구성에서, 제 1 및 제 2의 스트립 도체(13a, 13b)는 각각 별개의 제 1 및 제 2 평면회로 공진기(15a, 15b)로서 작동한다. 또, 제 1 스트립 도체(13a)에 대해서, 제 1 및 제 2 결합 단자(17a, 17b)가 설치되어 있다.
제 1 결합 단자(17a)는, 제 1 스트립 도체(13a)의 윤곽상의 제 2 스트립 도체(13b)와 반대측의 위치에서 제 1 스트립 도체(13a)에 용량 결합되어 있다. 또, 제 2 결합 단자(17b)는, 같은 제 1 스트립 도체(13a)의 원주상의 제 1 결합 단자(17a)의 결합 위치와 90°어긋난 위치에서 제 1 스트립 도체(13a)에 용량 결합되어 있다. 여기에서, 제 1 및 제 2 결합 단자(17a, 17b)는 그 선단부(제 1 스트립 도체(13a)와의 결합 부분)의 선로폭이 넓혀져 있다. 이것에 의해, 제 1 및 제 2 결합 단자(17a, 17b)와 제 1 스트립 도체(13a)와의 사이에서 결합 용량을 증가시켜, 입출력 결합도를 크게 할 수 있다.
제 1 및 제 2 결합 단자(17a, 17b)는 전송 선로에 의해 기판(12)의 가장자리부까지 연장되어 있고, 이 부분에서 외부 도입 케이블 등이 결합되어 있다.
그리고, 도 5에 나타낸 바와 같이 기판(12)을 도체벽(20)에 의해 둘러싸인 공간 내에 고정하여, 특성 검사를 행하였다. 이렇게 기판(12)을 도체벽(20)에 의해 둘러싸인 공간 내에 배치하면, 제 1 및 제 2 평면회로 공진기(15a, 15b)에서의 방사 손실을 방지할 수 있기 때문에 손실을 보다 한 층 저감할 수 있다. 더욱이, 도체벽(20)에 의해 둘러싸인 공간의 형상을 바꿈으로써 모드 결합량을 보다 큰 자유도로 조절할 수 있게 된다.
본 고주파 회로 소자의 구체적 치수를 예를 들면, 다음과 같다. 기판(12)은, 그 크기(면적)가 50.8mm×25.4mm, 두께가 1mm이다. 제 1 및 제 2 스트립 도체(13a, 13b)는, 반경 7mm의 원형을 기초로 바라는 특성을 얻기 위해 약각 비뚤어진 형상으로 되어 있다. 특히, 제 2 스트립 도체(13b)는 제 2 평면회로 공진기(15b)의 2개의 직교 방향으로 분극한 공진 모드(19a)와 공진 모드(19b)를 결합시키기 위해, 도3(a)에 나타낸 바와 같은 타원 형상으로 되어 있다. 또, 도 5에 나타낸 바와 같이, 도체벽(20)에 의해 둘러싼 공간의 높이는, 기판(12)의 표면으로부터 측정하여 10mm로 되어 있다.
도 6, 도 4의 배치에서, 공진 모드(18a)와 공진 모드(19a)와의 사이의 결합 계수(Kh)와 간극부(16)의 거리(d)와의 관계, 및 공진 모드(18b)와 공진 모드(19b)와의 사이의 결합 계수(Kp)와 간극부(16)의 거리(d)와의 관계를 나타내었다. 도 6에서 알 수 있는 바와 같이 간극부(16)의 거리(d)의 증가에 대해, 공진 모드(18a)와 공진 모드(19a)와의 사이의 결합 계수(Kh)는 감소하는 경향이고, 공진 모드(18b)와 공진 모드(19b)와의 사이의 결합 계수(Kp)는 증가하는 경향이다. 어느 경우나, 결합 계수(Kh,Kp)는 간극부(16)의 거리(d)의 값에 의해 제어할 수 있다는 것을 알았다.
도 7, 제 2 스트립 도체(13b)의 형상을, 공진 모드(19a)와 공진 모드(19b)와의 분극 방향에 대해서 45°의 방향에 긴 축을 가진 타원 형상으로 비뚤어지게 구성한 경우의 양 모드 사이의 결합 계수를 나타내었다. 도 7에서 알 수 있는 바와 같이, 타원율에 대해 결합 계수가 거의 비례하여 증가하고 있다.
이상의 것에서, 각 공진 모드간의 결합 계수는 간극부(16)의 거리(d)와 제 2 스트립 도체(13b)의 타원율을 변화시킴으로써, 조절할 수 있다는 것을 알 수 있다. 이 결과를 기초로 본 실시예에 따른, 대역비 1%, 대역 내 리플 0.01dB의 4단 체비세브(chebysheb)형 필터 특성을 얻기 위해, 간극부(16)의 거리(d)를 3mm, 제 2 스트립 도체(13b)의 타원율을 0.9%로 설정했다. 도 8, HPeesof사 제품인 전자계 시뮬레이터 『Momentum』을 이용하여 계산한 주파수 특성을 나타내었다. 도 8에서 알 수 있는 바와 같이, 4단의 대역 통과 필터 특성을 얻을 수 있다는 것이 실제적으로 입증되었다.
또, 제 1 스트립 도체(13a)를 타원 형상으로 함으로써, 공진 모드(18a)와 공진 모드(18b)와의 사이의 직접 결합을 생성시키는 것을 알 수 있다. 이것에 의해, 타원 함수형의 필터 특성을 얻을 수 있다. 도 9에, HPeesof사 제품인 전자계 시뮬레이터 『Momentum』에 의해 실제로 구한 주파수 특성의 일예를 나타내었다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 통과 대역의 바로 양측에 노치(notch)가 들어가 급준한 스커트 특성이 얻어지는 것을 알았다. 이 경우, 제 1 스트립 도체(13a)의 타원의 장축을, 제 1 및 제 2 결합 단자(17a, 17b) 각각의 결합 개소의 사이를 통과하고, 공진 모드(18a)와 공진 모드(18b)의 분극 방향에 대해 45°의 방향으로 설정하면, 노치를 효과적으로 삽입할 수 있다.
본 발명의 고주파 회로 소자의 구성에 의하면, 평면회로 공진기의 2개의 직교 방향으로 분극한 공진 모드를 효과적으로 이용함으로써, 구성 부재인 평면회로 공진기 개수의 2배의 단수(段數)를 가지는 필터를 실현할 수 있으므로, 필터 형상의 소형화를 도모할 수 있다. 또, 본 구성에 의하면, 종래, 직교 모드를 이용한 평면회로 공진기 필터에서는 명확한 구성 방법이 없었던 3단 이상의 다단 필터을 간단한 방법으로 실현할 수 있다.
또, 상기 제 1 및 제 2 실시예에 따른는, 평면회로 공진기를 3개 또는 2개나열한 경우를 예를 들어 설명했지만, 본 발명은 반드시 그 구성에 한정되는 것이 아니고, 평면회로 공진기를 4개 이상 나열한 경우에도 마찬가지로 공진기 결합형 다단 필터를 실현할 수 있다. 이 경우에도, 구성 부재인 평면회로 공진기 개수의 2배의 단수를 가지는 필터를 실현할 수 있으므로, 보다 많은 평면회로 공진기를 나열한 경우, 단수를 더욱 증가시킬 수 있어 매우 유효하다.
또, 상기 제 1 및 제 2 실시예에서는, 평면회로 공진기가 기판 상에 형성된 원판 형상 또는 타원 형상의 스트립 도체에 의해 구성되는 경우를 예를 들어 설명했지만, 본 발명은 반드시 그 구성에 한정되는 것이 아니고, 다른 형상의 스트립 도체에서도 평면회로 공진기를 구성한 형상이면 마찬가지의 필터 특성을 실현할 수 있다. 단, 이 경우 평면회로 공진기는 2차원적으로 전자계가 분포하고, 그것에 의해 좁은 주파수 범위 내에 2개의 직교 방향으로 분극한 공진 모드가 존재할 수 있는 구조의 공진기를 의미한다. 특히, 상기 제 1 및 제 2 실시예와 같이 원판 형상 또는 타원 형상의 스트립 도체를 이용하면, 스트립 도체 패턴의 윤곽부에서 전류 집중을 효과적으로 감소시켜, 손실을 더욱 저감할 수 있다.
또, 상기 제 1 및 제 2 실시예에서는 평면회로 공진기가 기판의 표면상에 형성된 스트립 도체와, 기판의 내면상에 형성된 그랜드 플레인에 의해 구성된 경우를 예를 들어 설명했지만, 본 발명은 반드시 이 구조의 평면회로 공진기에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 도 10에 나타낸 바와 같은 스트립 도체(12)가 2매의 기판(21, 22)에 끼워지고, 각각의 기판(21, 22) 외측의 면상에 각각 그랜드 플레인(24, 25)이 형성된 구성의 트리플레이트(tri-plate)형 구조나, 스트립 도체와 그랜드 플레인이 기판의 동일 표면상에 형성된 구성의 코플래너(coplanar) 또는 도파로형 구조이어도, 평면회로 공진기를 구성하는 형상이라면 마찬가지의 필터 특성을 실현할 수 있다.
이 중, 트리플레이트형 구조를 채용하면, 전자계 방사의 영향이 거의 없어, 매우 안정되고 손실이 작은 고주파 회로 소자를 실현할 수 있다. 또, 코플래너나 도파로형 구조를 채용하면, 기판의 단면에서의 가공만으로 소자를 형성할 수 있으므로 제작 공정의 간략화를 도모할 수 있다.
또, 본 발명의 고주파 회로 소자에서 평면회로 공진기의 스트립 도체 등에 이용되는 도체 재료는 특별히 한정되는 것이 아니라, 금속 재료나 초전도 재료 등을 이용할 수 있다. 금속 재료로서는, Au, Ag, Pt, Pd, Cu 및 Al등을 들 수 있고, 이들의 재료에서 선택된 적어도 2개의 금속을 적층하여 이용하면, 양호한 전기 전도성이 얻어져, 고주파에 대한 응용에 유리하다. 또, 초전도 재료로는, 금속계 재료(예를 들면, Pb, PbIn, 등의 Pb계 재료, Nb, NbN, Nb3Ge등의 Nb계 재료)이어도 되지만, 실용적으로는, 온도 조건이 비교적 온화한 고온 산화물 초전도체(예를 들면, Ba2YCu3O7)를 이용하는 것이 바람직하다. 특히, 도체 재료로서 초전도 재료를 이용하면, 삽입 손실이 극적으로 저감되고, 또 평면회로 공진기 중에서 전류 분포가 균일하기 때문에, 내전력 성능이 뛰어난 고주파 회로 소자를 실현할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 관한 고주파 회로 소자에 의하면, 평면회로 공진기를 기본으로 구성됨으로써, 고주파 전류의 도체막 중으로의 집중을 완화할 수 있으므로, 손실이 작고 또한 큰 전력의 고주파 신호를 취급할 수 있다. 특히, 종래 평면회로 공진기를 이용한 모드 결합형 필터에서는 설계가 곤란했던 3단 이상의 다단 공진기 결합형 필터을 용이하게 실현할 수 있으므로, 저손실로 내전력성이 뛰어나고, 또한 급준한 스커트 특성을 가지는 필터를 용이하게 실현할 수 있다.
Claims (10)
- 각각 2개의 직교한 공진 모드를 가지고, 순서대로 결합한 n개(n은 2이상의 정수)의 평면회로 공진기와, 2개의 결합 단자를 구비한 고주파 회로 소자로서, 상기 2개의 결합 단자는 첫번째의 상기 평면회로 공진기가 가지는 2개의 공진 모드를 각각 결합하고 있는 것을 특징으로 하는 고주파 회로 소자.
- 제 1항에 있어서, 제 n번째의 평면회로 공진기가 가지는 2개의 공진 모드 사이에 결합을 생성시키는 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 고주파 회로 소자.
- 제 1항에 있어서, 평면회로 공진기는 기판과 상기 기판의 표면상에 형성된 스트립 도체와, 상기 기판의 내면상에 형성된 그랜드 플레인으로 이루어진 것을 특징으로 하는 고주파 회로 소자.
- 제 3항에 있어서, 스트립 도체의 형상은 원판 형상 또는 타원 형상인 것을 특징으로 하는 고주파 회로 소자.
- 제 1항에 있어서, 평면회로 공진기는 2매의 기판과, 상기 2매의 기판에 끼워진 스트립 도체와 상기 2매의 기판의 상기 스트립 도체와 접하지 않은 쪽의 면 위에 각각 형성된 글랜드 플레인으로 이루어진 것을 특징으로 하는 고주파 회로 소자.
- 제 5항에 있어서, 스트립 도체의 형상은 원판 형상 또는 타원 형상인 것을 특징으로 하는 고주파 회로 소자.
- 제 1항에 있어서, 각 평면회로 공진기는 스트립 도체를 구비하고, n개의 상기 스트립 도체는 간극부를 매개로 직선상에 배치되며, n개의 상기 스트립 도체 중 한 쪽 단부에 위치하는 첫 번째 스트립 도체의 윤곽상에는, 상기 첫 번째 스트립 도체 의 중심에서 볼 때, 상기 첫 번째 스트립 도체에 인접하는 두 번째 스트립 도체의 반대쪽에 제 1 결합 단자가 결합되며, 상기 제 1 결합 단자의 결합 위치와 거의 90° 어긋난 위치에 제 2 결합 단자가 결합된 것을 특징으로 하는 고주파 회로 소자.
- 제 7항에 있어서, 스트립 도체의 형상은 원판 형상 또는 타원 형상인 것을 특징으로 하는 고주파 회로 소자.
- 제 1항에 있어서, 소자의 주위는 도체벽에 의해 포위된 것을 특징으로 하는 고주파 회로 소자.
- 제 1항에 있어서, 평면회로 공진기의 도체 재료로서 초전도 재료를 이용하는것을 특징으로 하는 고주파 회로 소자.
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