KR100322458B1 - 고주파 모듈 - Google Patents
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Abstract
유전체 공진기를 포함하는 고주파 모듈은, 유전체판; 개구부가 유전체 공진기를 형성하도록 배치된 유전체판의 주면 각각에 형성된 전극 개구부; 상기 유전체판에 적층된 기판; 및 상기 유전체 공진기에 접속되기 위해 상기 기판 상에 배치된 선로를 포함한다. 상기 선로들중 하나는 실질적으로 상기 개구부의 테두리를 따라 상기 개구부의 내측에 일치하는 위치에 배치된다.
Description
본 발명은 고주파 모듈, 보다 상세하게는 마이크로파 대역 및 밀리파 대역 통신에 사용되는 공진기, 필터, 발진기 등에 관한 것이다.
최근의 이동체 통신 시스템의 수요가 확대에 따라 시스템의 송신 정보 용량을 증가시키기 위해 통신대역이 밀리파 대역으로 확대되고 있다. 고주파 유전체 필터 및 전압 제어 발진기(이하 VCO라 함)에는, 예를 들면 원통형의 TE01δ 모드의 유전체 공진기가 포함된다.
일반적으로, 공진기와 마이크로 스트립 선로 등간의 전자계 결합강도는 이들간의 거리에 의해 결정되나, 공진기의 공진주파수는 그 형상에 의해 결정된다. 따라서, 소정의 목적하는 특성을 갖는 필터 또는 공진기를 제조하기 위해서는, 유전체 공진기의 형상과 위치 결정에 고도의 정밀도가 요구된다.
일본국 특허공개번호 평8-26501호에서, 본원 출원인은, 유전체 공진기를 유전체판의 일부에 형성하기 위해 전극을 유전체판의 양 주면에 배치한 모듈을 제안한 바 있다. 이 유전체판에 배치된 전극은 접지 전극으로서 작용하며, 다른 유전체판에 배치된 마이크로 스트립 선로는 상기 유전체판에 적층되어 있다. 이러한 구성에 의해 VCO와 같은 고주파 모듈이 제공된다.
또한, 유사한 형태의 고주파 모듈이 일본국 특허출원번호 평8-294087호 및 현재 심사단계에 있는 미국 출원 번호 965464호에서 제안되었다. 도5 내지 도8은 고주파 모듈의 구조를 나타낸다. 본원의 출원시에 본원이 근거로 하고 있는 일본국 특허출원 10-17006호는 공개되지 않은 상태임이 주지되어야 한다. 따라서, 본원 발명자는 상기의 고주파 모듈을 본원 명세서에서 종래기술로서 기재하지 않았다.
도5는 고주파 모듈의 사시도이다. 여기서, 전극2, 3은, 각 유전체판의 일부인 개구부4를 제외한 유전체판1의 양 주면에 형성된다. 이에 의해, TE010 모드의 유전체 공진기부가 구성된다. 유전체 또는 절연체 기판6 상에 형성된 두개의 선로11, 12는 상기 유전체 공진기부에 자계결합 된다.
도6에 도시된 바와 같이, 전자계가 전극 개구부4, 5 사이에 갖히게 되기 때문에, 선로11, 12 및 공진기를 제외한 전계성분의 결합이 감소될 수 있다. 또한, 개구부에 전자계 에너지가 집중되어 있기 때문에, 공진기와 결합용 선로 사이에 강한 결합이 얻어지며, 이에 의해 상기 공진기가 발진기로 사용되는 경우 고주파 변조폭이 증가 될 수 있다.
그러나, 상기 개구부의 상부와 하부에 접지 전극이 존재하지 않기 때문에, 전극 개구부의 선로11, 12의 임피던스가 다른 영역의 선로의 임피던스에 비하여 상대적으로 높게 된다. 결과적으로, 임피던스 부정합에 기인한 송신 신호의 반사가일어나며, 이에 의해 이러한 반사를 일으키는 부분과 부성(負性) 저항회로간에 전기길이에 기인하는 공진이 발생하게 된다. 이것은 TE01δ 모드의 유전체 공진기가 아니라 TE010 모드 유전체 공진기에서 두드러지는 문제점이 된다.
도5에서, 개구부를 가로지르는 선로 11 및 12는 곡선부를 가지고 있지 않다. 이 경우, 도7에 도시된 바와 같이, 개구부의 안쪽으로 근접하게 될 수록, 선로의 임피던스는 증가하게 된다. 즉 임피던스의 부정합이 발생하게 된다. 따라서, 유전체 공진기의 공진 주파수와 다른 주파수에서 공진이 일어나게 된다.
도8은, r 방향이 공진에 의해 발생한 반사의 크기를 나타내고, θ방향은 반사위상을 나타내는 스미스 차트(Smith chart)이다. 도5에 도시된 모듈에서, 유전체 공진기에 의해 발생한 공진과 조화되어 공진선로의 부정합에 기인한 공진이 발생하게 된다. 따라서, 이러한 공진이 전압 제어 발진기(VCO)에 사용되는 경우, 유전체 공진 부 선로(sub line)의 특성 임피던스의 위치 의존성에 의해 발진 주파수의 변화에 대응하여 부 선로의 특성 임피던스가 변화하게 된다. 결과적으로, VCO의 주파수 변조의 직선성 문제를 고려할 필요가 생기게 된다.
따라서, 본원 발명의 목적은, 임피던스 부정합에 기인하는 기생 발진을 감소시킨 고주파 모듈을 제공하는 데 있다.
본원 발명의 또다른 목적은, 양호한 주파수 변조 직선성을 갖는 고주파 모듈을 제공함에 있다.
도1은 제1 실시예에 따른 전압 제어 발진기(VCO)의 주요부의 구성을 도시하는 부분파단사시도,
도2는 도1의 VCO의 평면도,
도3은 도1의 VCO의 등가회로도,
도4는 제2 실시예에 따른 발진기의 구성을 도시한 평면도,
도5는 본 발명의 또다른 형태의 VCO의 구성을 도시하는 부분파단사시도,
도6은 유전체판에 배치된 TE010 모드 유전체 공진기의 일례의 전자계 분포를 도시하는 사시도,
도7은 유전체 공진기에 결합된 선로 특성 임피던스의 일례를 나타낸 도면,
도8은 도7의 선로에서의 기생발진을 도시한 도면이다.
*도면의 주요부분에 대한 간단한 설명*
1 : 유전체판 2, 3 : 전극
4, 5 : 개구부 6 : 기판
7 : 전도성 케이스 10 : 선로
11 : 선로(주선로) 12 : 선로(부선로)
13 : 종단저항 14 : 접지전극
15 : FET 16 : 바랙터 다이오드
17 : 접지전극 18 : 직렬 귀환용 선로
19 : 출력 회로 20 : 칩 저항
21, 22, 23 : 바이어스 회로
접지 전극과 선로가 대향하는 영역의 특성 임피던스를 Z0라 하고, 접지 전극과 선로가 대향하지 않는 영역, 즉 개구부를 가로지르는 부분에서의 선로 임피던스를 Z1이라 나타낸다. 선로의 일방이 저항 종단되는 경우, 선로가 유전체 공진기 부분에 결합되는 점(이하「공진점」이라 함)에서의 반사 계수의 크기는, 다음 식 (Z1 2-Z0 2)/(Z1 2+Z0 2) 로 표현된다. 즉 Z1/Z0의 비가 커질 수록 반사가 커진다.
반면에, 선로의 용량 성분은, 주로 개구부의 테두리(edge)가 선로와 맞닿는 부분에서 발생한다. 따라서, 전극 개구부의 테두리와 선로와의 거리를 짧게 함으로써, 선로의 용량 성분이 증가될 수 있으며, 특성 임피던스의 상승이 억압될 수 있다. 또한, 부 선로의 특성 임피던스의 위치의존을 감소시킴에 의해 주파수 변조의 직선성이 향상된다.
본 발명은, 유전체판; 상기 유전체판의 양 주면에 배치된 전극들로서, 상기 각 전극들에 형성된 개구부가 유전체 공진기를 형성하도록 배치된 전극들; 상기 유전체 공진기에 접속된 선로들; 상기 유전체판에 적층되는 기판으로서, 상기 선로들이 기판 위에 형성되는 기판; 및 상기 기판과 상기 유전체판을 그 내부에 갖는 도전체 케이스를 포함하며, 상기 유전체 공진기에 접속된 상기 선로들중 하나는 실질적으로 상기 개구부의 테두리(edge)를 따라 상기 개구부의 내측과 일치하는 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 고주파 모듈을 제공한다.
상기의 구성은, 개구부 상의 선로의 임피던스의 증가를 억제하여 반사를 감소시킨다. 상기 선로들은, 상기 선로들 중 다른 하나가, 발진기를 형성하기 위해,저항 종단된 일단과 부성(負性) 저항 회로에 접속된 타단을 구비하는 다른 하나의 선로를 포함한다. 이에 의해 기생 공진이 억제된다.
더욱이, 발진기를 형성하기 위해, 유전체 공진기에 결합된 상기 선로들중 먼저 언급된 선로의 일단은 가변 용량성 소자에 접속되며 두 번째로 언급된 선로의 일단은 저항 종단될 수 있고 이 선로의 타단은 부성 저항 회로에 접속될 수 있다. 상기 구성은, 가변 용량성 소자에 접속된 부 선로의 특성 임피던스의 위치 의존성이 적어지기 때문에, 주파수 변조의 직선성을 향상시킬 수 있다.
더욱이, 두개의 선로들은 실질적으로 상기 개구부의 테두리를 따라 상기 개구부의 내측에 일치하는 위치에 배치될 수 있다. 이러한 구성은 기생 발진을 억압하여 높은 주파수 변조의 선형성을 갖는 발진기를 구현하는 것을 가능하게 한다.
본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 설명하고자 한다.
도1∼도3은 본 발명의 제1실시예에 따른 VCO의 구조를 도시하고 있다.
도1은 상기 VCO의 주요부의 구조를 나타내는 부분파단사시도이다. 상기 실시예에는, TE010 모드의 유전체 공진기부를 구성하기 위해, 유전체판1의 일부를 제외한 유전체판1의 양주면에 도전막이 각각 형성되어 있다. 유전체 또는 절연체의 판상의 기판6의 표면에 선로 11, 12가 형성되어 있다. 상기 기판 6은 유전체판1 상에 적층되어 있으며, 선로 11, 12는 유전체 공진기와 자계결합된다.
도면 도시의 간략화를 위해서, 도1에는 적층체를 이루는 도전체 케이스7의 일부만이 도시되어 있다. 바람직하게는, 도전체 케이스7은 상기 적층체의 적어도 상부 주면과 하부 주면에 대향하는 적어도 두개의 도전체 면을 갖는다. 또한, 상기 케이스의 상하의 도전체면과 적층체의 주면 사이의 간격은, 유전체 공진기의 공진주파수와 같은 주파수를 갖는 신호가 개구부를 제외한 영역에서 감쇠되도록 조절된다.
도3은 상기 VCO의 등가회로도이다. 도3에서 R은 유전체 공진기를 나타낸다. 도3에서, 주선로11의 일단은 저항 종단되며 타단은 FET 15를 이용한 부성저항 회로에 접속되어 발진기가 구성되며, 유전체 공진기 R에 접속된 부선로12에 설치된 바랙터 다이오드(varactor diode)16의 리엑턴스는 바이어스 전압에 의해 변화됨으로써 발진 주파수가 조절된다.
도2는 VCO의 평면도이다. 도중 참조번호 11이 주선로이며, 참조번호 12가 부선로이다. 주선로11의 일단과 접지전극14의 사이에 종단 저항13이 접속되며, 주선로의 타단은 직렬 귀환용선로18 상에 실장된 FET 15에 접속된다. 참조번호 21은 칩(chip) 저항, 참조번호 20 및 22는 FET 15용 바이어스 회로, 참조번호 19는 출력회로이다. 부선로12의 일단은 바랙터 다이오드16과 같은 가변 용량성 소자를 통해 접지된다. 참조번호 23은 바랙터 다이오드16에 대응하는 바이어스 회로이다.
상기 실시예에서, 유전체 공진기의 발진 주파수는 30GHz, 유전체판의 비유전율을 24, 기판6의 비유전율을 3.4 이다. 부선로의 일부는, 부선로12가 개구부의 테두리에서 0.4㎜ 이격되어 개구부의 내측 둘레를 따라 통과하도록 원형으로 형성되어 있다. 부선로의 타 부분은 바랙터 다이오드16에서 유전체 공진기쪽으로 직선형으로 연장된다. 부선로12의 직선 부분의 길이는 공진 주파수를 갖는 전자파의 1/4파장과 실질적으로 같다. 부선로12의 직선 부분의 길이는 바랙터 다이오드16과곡선부가 시작되는 부선로의 코너(corner)121 사이의 거리를 의미한다.
위에 도시된 바와 같이, 부선로12와 유전체 공진기 주위의 전극2 사이의 거리가 실질적으로 고정되어 있으므로, 부선로12의 특성 임피던스는 상기 공진기의 어느 위치에서도 실질적으로 거의 같아진다. 그 결과, VCO의 양호한 주파수 변조 직선성이 얻어질 수 있다.
도4는 본 발명의 제2의 실시예에 따른 발진기의 평면도이다. 도4의 발진기는, 고정 발진 주파수를 갖기 때문에 부선로나 바랙터 다이오드를 구비하고 있지 않다. 도4에서는, 선로11이, 종단저항13으로부터 유전체 공진기4까지 연장되며, 공진기의 일부, 즉 약 0.4㎜ 들어간 후, 공진기 주위를 따라 연장된다. 적절한 지점에서 공진기의 주위를 통과한 후에, 선로 11은 TET 15까지 연장된다.
제1실시예와 유사하게, 제2실시예에서도 공진 주파수는 30GHz, 유전체판의 비유전율은 24, 기판6의 비유전율은 3.4 이다. 제2실시예에서는, 와이어링(wiring)의 절약을 고려해서 공진기 외부의 주선로11에 직선 모양을 채용하였으나 상기 모양은 필요에 따라 변형될 수 있다.
이러한 구성은 주선로11의 용량성분을 증가시키며, 전극 개구부4 부분에서 주선로11의 특성 임피던스의 상승을 억제하는 것을 가능케 한다. 그 결과, 반사에 의한 불요 공진이 억제될 수 있도록 선로11의 임피던스 부정합이 억제될 수 있다.
본 발명에서는, 전극개구부에서 선로 임피던스의 증가가 억제되어, 선로도중의 반사의 문제가 해소된다.
본 발명에서는, 가변 용량성 소자를 접속한 선로의 특성 임피던스의 위치의존성이 작아지기 때문에, 주파수 변조의 직선성이 높아진다.
본 발명에서는, 기생 발진이 억제되고, 또한 주파수 변조의 직선성이 높은 발진기가 제공된다.
Claims (6)
- 유전체판;상기 유전체판의 양 주면에 배치된 전극들로서, 상기 각 전극들에 형성된 개구부가 유전체 공진기를 형성하도록 배치된 전극들;상기 유전체 공진기에 접속된 선로들;상기 유전체판에 적층되는 기판으로서, 상기 선로들이 기판 위에 형성되는 기판; 및상기 기판과 상기 유전체판을 그 내부에 갖는 도전체 케이스를 포함하며,상기 유전체 공진기에 접속된 상기 선로들중 하나는 실질적으로 상기 개구부의 테두리(edge)를 따라 상기 개구부의 내측과 일치하는 위치에 배치되며,상기 선로의 일단은 저항 종단된 것을 특징으로 하는 고주파 모듈.
- 제 1 항에 있어서, 상기 선로들 중 다른 하나는, 발진기를 형성하기 위해, 저항 종단된 일단과 부성(負性) 저항 회로에 접속된 타단을 구비하는 것을 특징으로 하는 고주파 모듈.
- 제 1 항에 있어서, 상기 유전체 공진기에 접속된 상기 선로들 중 다른 하나는 가변 용량성 소자에 접속된 말단을 가지며, 상기 선로들중 다른 하나는, 발진기를 형성하기 위해, 저항 종단된 일단과 부성(負性) 저항회로에 접속된 타단을 구비하는 것을 특징으로 하는 고주파 모듈.
- 제 3 항에 있어서, 상기 다른 선로는 실질적으로 상기 개구부의 테두리를 따라 상기 개구부의 내측에 일치하는 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 고주파 모듈.
- 제1유전체 기판;적층체를 형성하기 위해 상기 유전체 기판의 양면에 배치된 적어도 한쌍의 제1도전성 판;서로 정렬된 상태로 각각 상기 도전성 판상에 배치된 한쌍의 개구부들;상기 적어도 한쌍의 도전성 판에 배치된 제2유전체 기판;상기 제2의 유전체 기판 상에 배치된 스트립 선로로서, 상기 스트립 선로의 일부가 상기 개구부를 통과하여 상기 개구부 둘레와 실질적으로 고정된 거리를 유지한 상태로 상기 개구부 상에서 연장되는 스트립 선로; 및상기 적층체의 양면에 배치된 적어도 한쌍의 제2도전성 판을 포함하는 것을 특징으로 하는 고주파 모듈.
- 제 5 항에 있어서, 상기 스트립 선로의 일단은 저항을 통해 접지되고, 상기 스트립 선로의 타단은 전계 효과 트랜지스터에 접속되는 것을 특징으로 하는 고주파 모듈.
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