상기 기술적 과제들을 달성하기 위한 본 발명의 마이크로웨이브용 소자는, 유전체 기판과; 상기 유전체 기판의 일면에 형성된 마이크로스트립 금속라인과; d1의 일정 주기를 갖는 제1 결함구조군과 d2의 일정 주기를 갖는 제2 결함구조군을 포함하며, 상기 제1 결함구조군과 제2 결함구조군 사이가 d1 및 d2와는 다른 d의 간격으로 이격되도록 상기 마이크로스트립 금속라인을 따라 정렬, 형성되는 결함구조들과; 상기 유전체 기판의 타면에 형성된 그라운드 금속막을 구비하여 적어도 두개 이상의 투과 주파수를 가짐으로써, 주파수 선택 필터, 안테나, 또는 도파기의 역할을 수행하는 것을 특징으로 한다.일반적으로, 결함구조의 주기가 전체적으로 일정하면 "광자적 인공띠 간격" 물리 이론에 의한 임피던스 주기적인 변화가 생겨서 특정 주파수 영역을 갖는 마이크로웨이브를 저지시키게 되는 스톱밴드 역할을 하는 소자가 되는데, 여기에서 주기성을 깨는 변화, 예컨대 어느 하나의 간격을 늘리거나 줄이면 통과밴드과 나타나게 된다. 이와 같은 구성은 상기한 결함격자군들의 주기 d1과 d2를 같도록 형성하면된다. 만약, 결함격자군들의 주기 d1과 d2를 서로 다르게 형성한다면 투과시키는 주파수를 달리 할 수 있을 뿐 아니라 그 주파수 간격을 조절할 수 있는, 광자띠 간격이 넓어진(원하는 폭을 가진) 마이크로웨이브용 특정 주파수 투과 소자, 예컨대 필터, 안테나, 또는 도파기를 제작할 수 있다.즉, 기존의 광자띠 간격구조로는 투과시키는 주파수가 2개 이상인 필터를 제작할 경우 각각 주파수 사이의 간격을 조정할 수 없었는데, 본 발명의 구조에서는 그 간격을 원하는 대로 조정할 수 있다.여기서, 상기 다수 개의 결함구조들이란, 상기 유전체 기판의 타면에 노출시키도록 상기 그라운드 금속막에 형성된 다수 개의 격자구멍들이거나, 상기 마이크로스트립 금속라인에 포함되되 상기 금속라인의 폭과 다른 폭을 갖는 폭 부분을 말한다. 다른 폭 부분에는, 마이크로스트립라인 상에 사각형, 원 등의 다각형 모형을 삽입하거나 라인 선폭 자체를 변화시킨 구조가 포함된다.한편, 상기 마이크로스트립 금속라인이 적어도 둘 이상 다중 연결되고, 상기 다수 개의 결함구조들도 상기 각각의 마이크로스트립 금속라인을 따라 다중 형성되어 다중 주파수 선택 필터, 안테나, 도파기, 듀플렉서 또는 멀티프렉서의 역할을 수행하는 마이크로웨이브용 소자를 구현할 수도 있다.본 발명의 다른 측면에 따르면, 층상으로 배치된 적어도 두 매 이상의 유전체 기판들과; 상기 유전체 기판들 각각의 일면에 형성된 마이크로스트립 금속라인과; d1의 일정 주기를 갖는 제1 결함구조군과 d2의 일정 주기를 갖는 제2 결함구조군을 포함하며, 상기 제1 결함구조군과 제2 결함구조군 사이가 d1 및 d2와는 다른 d의 간격으로 이격되도록 상기 마이크로스트립 금속라인을 따라 정렬, 형성되는 결함구조들과; 상기 유전체 기판들 각각의 타면에 형성된 그라운드 금속막과; 상기 마이크로스트립 금속라인들 사이를 전기적으로 연결하는 제1 연결선과; 상기 그라운드 금속막들 사이를 전기적으로 연결하는 제2 연결선을 구비하여 적어도 두 개이상의 투과 주파수를 가짐으로써, 주파수 선택 필터, 안테나, 또는 도파기의 역할을 수행하는 3차원 마이크로웨이브용 소자가 제공된다.여기서도, 상기 결함구조는, 상기한 구조와 동일하게 형성된다.본 발명의 또 다른 측면에 다르면, 마이크로스트립 금속라인에 형성되되, d1의 일정 주기를 갖는 제1 결함구조군과 d2의 일정 주기를 갖는 제2 결함구조군을 포함하며, 상기 제1 결함구조군과 제2 결함구조군 사이가 d1 및 d2와는 다른 d의 간격으로 이격되도록 상기 마이크로스트립 금속라인을 따라 정렬, 형성되는 결함구조들과; 상기 마이크로스트립 금속라인에 이격되어 대향하는 그라운드 금속판을 구비하여, 적어도 두 개 이상의 투과 주파수를 가짐으로써, 주파수 선택 필터, 안테나, 또는 도파기의 역할을 수행하는 마이크로웨이브용 소자가 형성된다.이와 같은 구조에서는 마이크로스트립 금속라인과 그라운드 금속판만을 사용하고 유전체 기판을 사용하지 않는다. 따라서, 상기 결함구조는 상기 마이크로스트립 금속라인을 관통하는 관통공으로 형성하는 것이 바람직하다.본 발명의 소자가 작동하는 영역인 마이크로웨이브의 영역이란 대체로 100MHz에서 60GHz 정도에 이르는 주파수 대역을 의미한다. (참고: David K, Cheng, "Field and Wave Electromagnetics", 2nd Ed., p. 345)
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명한다.
[마이크로웨이브용 주파수 선택필터, 안테나, 도파기]
제1 실시예 및 제2 실시예는 마이크로웨이브용 주파수 선택필터, 안테나, 도파기에 공통적으로 사용되는 구조로서 구체적인 소자가 가능하게 할 경우, 적절한 입,출력 수단을 채용하기만 하면 된다. 본 실시예의 설명에서는, 마이크로웨이브용 주파수 선택필터를 예로 들어 설명하기로 한다.[제1 실시예]
도 1a는 본 발명의 소자의 일 예인 주파수 선택필터의 제1 실시예에 따른 광대역폭 스톱 필터의 평면도이다. 도 1a를 참조하면, 유전체 기판(10)의 상면에는 마이크로스트립 금속라인(12)이, 그 하면에는 그라운드 금속막(도시생략)이 각각 형성되어 있다. 한편, 그라운드 금속막에는 마이크로스트립 금속라인(12)을 따라 다수 개의 4각형 격자구멍(14)들이 유전테기판(10)의 하면을 노출시키며 형성되어 있는데, 4각형 구멍(14)들을 투시하여 나타내었다. 제1 결함격자군(14A)과 제2 결함격자군(14B)은 모두 동일한 간격(d1=d2)으로 주기성을 갖고 형성된다. 그리고, 제1 결함격자군(14A)과 제2 결함격자군(14B)의 사이 간격(d)은 제1 결함격자군(14A)과 제2 결함격자군(14B)의 간격(d1)과 다른 값을 갖는다, 만약, d1과 d가 같아서 결함격자가 모두 동일한 간격으로 주기성을 갖고 형성된다면, 이 소자는 스톱밴드(stop band) 특성만을 나타내는데, 이와 같이 주기성을 깨는 구조를 채택한다면 이에 의해 통과밴드가 발생하게 된다. 따라서, 이와 같은 경우에는 광폭 비통과 대역 내에서 좁은 폭 주파수에 대해 통과대역특성을 나타낸다.반면에, 제1 결함격자군(14A)과 제2 결함격자군(14B)이 서로 다른 격자(d1과d2가 다름)으로 형성된다면 통과대역폭이 확장되게 된다.본 실시예에서는 결함격자로서 4각형의 구멍을 이용하였으나, 원형, 다각형 구멍도 무방한다. 이는 이하의 실시예에서도 동일하게 적용된다.
도 1b는 도 1a의 주파수 선택필터의 A-A'선에 따른 단면도이다. 도 1b를 참조하면, 유전체 기판(10)의 상면에는 마이크로스트립 금속라인(12)이, 그 하면의 대응위치에는 그라운드 금속막(16)을 식각해 낸 구멍(14)이 형성되어 있음을 알 수 있다.
[제2 실시예]
도 2a 본 발명의 소자의 일 예인 주기판 선택필터의 제2 실시예에 따른 광대역폭 스톱 필터의 평면도이다.상기 제1 실시예에서는 그라운드 금속막을 주기적으로 패터닝(patterning)하는 방법에 의해 주파수 선택필터를 구현하였으나, 도 2a에 도시된 바와 같이, 유전체 기판(10)의 상면에 마이크로스트립 금속라인(12)에 형성하되, 금속라인(12)의 폭보다 넓은 폭을 갖는 다수의 폭 부분(15)들을 금속라인(12)과 더불어 형성하여 제1 실시예와 동일한 기능을 하는 광대역폭 스톱 필터를 구현할 수도 있다. 이 때 다른 폭 부분(15)은, 마이크로스트립라인 상에 사각형, 원 등의 다각형 모양을 삽입하거나 라인 선폭 자체를 변화시킨 구조를 말한다.결함격자에 해당하는 다른 폭 부분의 주기성과, 결함격자군들 사이의 간격에 대한 것은 제1 실시예의 경우와 동일하므로 생략하기로 한다.도 2b를 참조하면, 제1 실시예와는 달리 그라운드 금속막(16)에 구멍이 형성되어 있지 않으며, 유전체 기판(10)의 상면에 형성된 넓은 폭 부분(15)에 의해 가려진 마이크로스트립 금속라인(12)이 보이지 않음을 알 수 있다. 유전체 기판(10)의 상면에 있는 금속은 마이크로웨이브를 인도하는 도파로의 역할을 한다.[마이크로웨이브용 듀플렉서]
광대역폭 스톱 필터에서 비통과대역의 위치와 폭은, 구멍이나 금속라인의 변화된 폭 부분으로 이루어지는 격자의 크기나 간격에 따라 달라진다. 따라서, 도 3에 도시한 바와 같이, 광대역폭 스톱 필터를 두 개(50a, 50b) 연결하되, 그들에 포함된 격자(14a, 14b)의 주기 및 크기가 서로 다르도록 하면 마이크로웨이브가 주파수에 따라 다른 경로의 포트로 진행하게 하는 듀플렉서를 만들 수 있다. 이론상 각 투과대역에 해당되는 마이크로웨이브는 100% 투과하고 반사는 전혀 없게 된다. 도 3을 참조하면, 유전체 기판(10)의 상면에 형성된 마이크로스트립 금속라인들(12a, 12b)이 서로 연결되어 있다.
[마이크로웨이브용 멀티플렉서]
좁은 통과대역 필터에서 통과대역 주파수의 위치는 결함격자의 간격에 따라 달라지는데, 도 1a의 좁은 통과대역 필터 3개(60a, 60b, 60c)를 연결하면, 도 4에 도시한 바와 같이, 마이크로웨이브를 주파수에 따라 여러 개의 포트로 나누는 멀티플렉서를 구현할 수 있다. 결함격자의 간격을 서로 다르게 해 주면 여러 개의 주파수를 분리할 수 있다.
한편, 이와 같은 다중화기는, 도 5에 도시한 바와 같이, 도 2a의 좁은 통과대역 필터 3개(70a, 70b, 70c)를 연결하여 구현할 수도 있다.
[마이크로웨이브용 3차원 층상 필터]
도 6a 내지 6c는 도 2a에 도시된 필터를 공간적으로 적층하여 만든 마이크로웨이브용 3차원 층상 필터를 설명하기 위한 도면이다.
도 6a는 상기 마이크로웨이브용 3차원 층상 필터의 단면도이다. 도 6a를 참조하면, 4매의 필터(80a, 80b, 80c, 80d)가 적층되어 있는데, 제1 필터(80a)와 제2 필터(80b), 제3 필터(80c)와 제4 필터(80d)는 그라운드 금속막끼리 서로 마주보게 적층되어 있으며, 제2 필터(80b)와 제3 필터(80c)는 마이크로스트립 금속라인끼리 서로 마주 보게 적층되어 있다. 제1 필터(80a)와 제2 필터(80b)의 마이크로스트립 금속라인들과, 제3 필터(80c)와 제4 필터(80d)의 마이크로스트립 금속라인들은 각 필터의 유전체 기판들 관통하는 제1 및 제2 연결선들(82a, 82b)에 의해 각각 전기적으로 접속되어 있다. 제1 및 제2 연결선들(82a, 82b)이 그라운드 금속막과 연결되지 않도록 제1 및 제2 연결선들(82a, 82b)이 유전체 기판을 관통하는 부분(C)에서 그라운드 금속막이 넓게 제거되어 있음을 알 수 있다. 또한, 제1 필터(80a)와 제2 필터(80b)의 그라운드 금속막들과, 제3 필터(80c)와 제4 필터(80d)의 그라운드 금속막들은 제3 및 제4 연결선들(82c, 82d)에 의해 각각 전기적으로 접속되어 있다.
도 6b는 제1 내지 제4 필터의 일면에 형성된 마이크로스트립 금속라인들의 평면도를 나타낸 것이다. 도 6b를 참조하면, 마이크로스트립 금속라인(12)에 그보다 넓은 폭을 갖는 하나의 폭 부분(15)만이 형성되어 있다. 제1 필터(80a)와 제4 필터(80d)의 마이크로스트립 금속라인에는 일단에만, 제2 필터(80b)와 제3 필터(80c)의 마이크로스트립 금속라인에 연결선 접합부(84)가 있다. 이러한 폭 부분(15) 사이의 거리가 결함구조 사이의 거리가 되어 실시예 1의 부분에서 설명한 바와 같이 결함구조군 내부의 주기와, 결함구조군들 사이의 거리 관계에 따른 필터특성을 결정하는 데 적용된다.
도 6c는 도 6a의 사시도이다.
[유전체를 이용하지 않는 좁은 통과대역 필터]
도 7a 및 7b는 유전체를 이용하지 않는 좁은 통과대역 필터의 평면도 및 단면도이다. 도 7a를 참조하면, 마이크로스트립 금속라인(90)을 관통하는 관통공(92)들이 금속라인(90)의 길이 방향으로 다수 형성되어 있으며, 그라운드 금속판(94)이 마이크로스트립 금속라인(90)에 대향된 위치에 이격되어 위치한다. 따라서, 그라운드 금속판(94)과 마이크로스트립 금속라인(90)은 서로 분리되어 있으나, 사용시 이들은 커넥터(connector) 등에 삽입되어 서로 대향된 상태로 이격되어 있기 때문에 좁은 통과대역 필터의 기능을 수행한다. 도 7b는 도 7a의 필터를 마이크로스트립 금속라인의 길이방향으로 절단하여 나타낸 단면도이다. 이와 같은 구조에 의하면, 그라운드 금속판(94)과 마이크로스트립 금속라인(90) 사이에는 유전체 대신 공기(96)가 위치하는데, 이 때문에 본 실시예의 필터는 유전체의 특성, 즉 주파수에 따른 손실 등의 영향 없이 주파수 영역을 선택할 수 있다는 장점을 가진다.