KR100387235B1 - 공진기 - Google Patents

Abstract

공진기에 관해 개시되어 있다. 본 발명은 홈이 형성된 하부기판과 상기 홈을 채운 유전체와 상기 홈의 내벽에 구비되어 있고 상기 하부기판과 상기 유전체 사이의 급격한 유전율 변화를 방지하는 물질막과 상기 하부 기판과 함께 상기 홈을 공동화하는 상부 기판과 상기 유전체와 대향하도록 상부 기판의 저면에 부착되어 있되, 상기 물질막과 접촉되고 상기 유전체가 노출되는 슬롯이 형성된 도전성 박막 및 상기 상부기판 상부에 형성되어 있으면서 상기 도전성 박막과 연결된 도파로용 스트립라인를 구비하는 것을 특징으로 하는 공진기를 제공한다. 이러한 공진기는 금속 공동내에 채워진 유전체나 자성체에 위해 공진주파수에 대응하는 공동의 크기를 줄일 수 있다.

Description

공진기{Resonator}

본 발명은 공진기에 관한 것으로서, 상세하게는 공진용 공동(cavity)이 소정물질로 채워진 공진기에 관한 것이다.

공진기는 안테나, 필터, 듀플렉서(duplexer) 그 밖에 통신기기나 전자기기의 동조회로로 이용되는 부품이다.

도 1은 종래의 공진기를 나타내보인 분리 사시도이고, 도 2는 도 1의 공진기의 결합상태를 보여주는 단면도이다.

도면을 참조하면, 공진기는 직육면체형 요홈(12)이 형성된 하부기판(11)과, 하부기판(11)과 결합되어 공동(13)을 형성시키는 상부기판(16)이 마련되어 있다.

하부기판(11)의 요홈(12) 내벽은 도전성박막(14)으로 입혀져있다.

상부기판(16)의 상부에는 도파로용 스트립라인(17)이 형성되어 있고, 그 저부에는 일부가 절개된 슬롯(18)을 갖는 도전성박막(19)이 형성되어 있다.

상부기판(16)의 도전성박막(19)은 하부기판(11)의 요홈(12)과 결합되어 속이 빈 공동(13)을 형성시킨다.

스트립라인(17)과 도전성박막(14)(19)은 폴(20)에 의해 접속되어 있다.

이러한 구조의 공진기는 반도체 미세가공기술을 이용하여 제작된다. 그런데, 공동구조를 채용한 공진기의 공진주파수는 공동(13)의 크기에 반비례한다. 따라서, 소형화가 필요한 이동통신용 단말기 예컨대, 현재 2GHz대역의 주파수를 사용하는 이동통신용 장치에 공동을 이용한 공진기를 채용하기에는 그 크기가 너무 커서 적용하기 어려운 문제점이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 종래 기술이 갖는 상기 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 공진주파수에 대응하는 공진구조의 크기를 줄일 수 있는 공진기를 제공함에 있다.

도 1 및 도 2는 각각 종래 기술에 의한 공진기의 분리 사시도 및 결합 상태를 나타낸 단면도이다.

도 3 및 도 4는 각각 본 발명의 제1 실시예에 의한 공진기의 분리 사시도 및 결합 상태를 나타낸 단면도이다.

도 5 및 도 6은 각각 본 발명의 제2 실시예에 의한 공진기의 분리 사시도 및 결합 상태를 나타낸 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

11, 31: 하부기판 12, 32: 요홈

13, 33: 공동 14, 19, 39:도전성박막

16, 36: 상부기판 17, 37: 스트립라인

18, 38: 슬롯(slot) 20, 40: 폴(pole)

50, 70:유전체 34, 72:물질막

70a, 70b:제1 및 제2 유전체

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 홈이 형성된 하부기판과 상기 홈을 채운 유전체와 상기 홈의 내벽에 구비되어 있고 상기 하부기판과 상기 유전체 사이의 급격한 유전율 변화를 방지하는 물질막과 상기 하부 기판과 함께 상기 홈을 공동화하는 상부 기판과 상기 유전체와 대향하도록 상부 기판의 저면에 부착되어 있되, 상기 물질막과 접촉되고 상기 유전체가 노출되는 슬롯이 형성된 도전성 박막 및 상기 상부기판 상부에 형성되어 있으면서 상기 도전성 박막과 연결된 도파로용 스트립라인를 구비하는 것을 특징으로 하는 공진기를 제공한다.

여기서, 상기 유전체는 공기에 비해 유전율이 큰 제1 및 제2 유전체로 구성되어 있되, 상기 제2 유전체 상에 형성된 상기 제1 유전체의 유전율이 상기 제2 유전체의 유전율보다 작다.

상기 물질막은 상기 유전체와 상기 하부 기판의 중간 정도에 해당하는 유전율을 갖는 유전막으로써, 파라핀 또는 그리스이다.

또한, 본 발명은 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 홈이 형성된 하부기판과 상기 홈을 채운 자성체와 상기 홈의 내벽에 구비되어 있고 상기 하부기판과 상기 자성체 사이의 급격한 투자율 변화를 방지하는 물질막과 상기 하부 기판과 함께 상기 홈을 공동화하는 상부 기판과 상기 자성체와 대향하도록 상부 기판의 저면에 부착되어 있되, 상기 물질막과 접촉되고 상기 자성체가 노출되는 슬롯이 형성된 도전성 박막 및 상기 상부기판 상부에 형성되어 있으면서 상기 도전성 박막과 연결된 도파로용 스트립라인를 구비하는 것을 특징으로 하는 공진기를 제공한다.

상기 자성체는 제1 및 제2 자성체로 구성되어 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 의한 공진기를 보다 상세하게 설명한다.

<제1 실시예>

도 3 및 도 4를 참조하면, 공진기는 직육면체형 요홈(32)이 형성된 하부기판(31)과, 하부기판(31)과 결합되어 공동(33)을 형성시키는 상부기판(36)이 마련되어 있다.

하부기판(31)은 Si, GaAs, InP와 같은 반도체 웨이퍼(31a)에 직육면체형 요홈(32)을 형성시키고, 요홈(32)의 내벽은 하부 기판(31)과 요홈(32)을 채우는 유전체(50) 사이에서 공기를 배제할 수 있는 물질막(34)으로 덮여 있다. 물질막(34)은 도전성 물질막으로써, 예컨대, 금막이다.

상부기판(36)의 상부에는 도파로용 스트립라인(37)이 형성되어 있고, 그 저부에 일부가 절개된 슬롯(38)을 갖는 도전성박막(39)이 형성되어 있다. 상부기판(36)도 Si, GaAs, InP와 같은 반도체 웨이퍼(36a)에 도전성소재로 스트립라인(37) 및 금과 같은 도전성소재로 하부 도전성박막(39)과 도전성소재로 폴(40)을 각각 형성시킨다.

상부기판(36)의 도전성박막(39)은 하부기판(31)의 요홈(32)과 결합하여공동(33)을 형성한다. 공동(33) 내부는 공기보다 유전율이 큰 유전체(50)로 채워져 있다. 공동(33) 내부는 유전체(50) 대신에 공기보다 투자율이 큰 자성체로 채워질 수 있다.

스트립라인(37)과 도전성박막(39)은 폴(40)에 의해 접속되어 있다.

이와 같이 공동(33)에 공기보다 큰 유전율을 갖는 유전체(50, 또는 자성체)가 채워진 공진기의 공진주파수는 다음 수학식 1로 나타낼 수 있다.

여기서, μ는 투자율상수이고, ε는 유전율상수이고, l,m,n은 공진 모드를 나타내는 정수이며, a, b 및 h는 각각 공동(33)의 가로, 세로 및 깊이를 나타낸다.

도시된 수학식 1을 통해서 알수 있는 바와 같이 공진주파수 값을 단일 값으로 고정시킬 때 투자율 값이나 유전률 값이 증가되면 a, b, h의 값이 상대적으로 작아져야한다. 즉, a, b, h의 값은 동일한 공진주파수에 대해 공동(33) 내부가 비워있을 때보다 유전체(50, 또는 자성체)로 채워져 있을 때 더 작아진다.

이러한 원리에 의해 공동(33) 내부를 유전체(50)나 자성체(50)로 채운 공진구조를 갖는 본 발명의 공진기는 공진주파수에 대응하는 공진구조의 크기를 줄일 수 있다.

<제2 실시예>

한편, 유전체(50)의 유전율이 클수록 공진기의 크기를 작게 하여 안테나의크기를 줄일 수 있지만, 안테나가 공기 중에 노출되어 있고, 공기의 유전율이 1 정도임을 감안하면, 스트립 라인(37)과 폴(40) 및 도전성 박막(39)을 경유하여 유전체(50)에 도달되는 전파는 유전체(50)의 경계에서 공기와 유전체(50) 간의 큰 유전율차로 인해 대 부분 반사되어 수신율이 저하될 수도 있다.

이에, 본 발명자는 유전율이 상이한 적어도 2개 이상의 유전체를 유전율이 커지는 순서대로 순차적으로 구성한 유전체를 제시한다.

구체적으로, 도 5 및 도 6을 참조하면, 공동(33)에 채워진 유전체(70)는 제1 및 제2 유전체(70a, 70b)로 구성되어 있다. 제2 유전체(70b) 상에 형성된 제1 유전체(70a)의 유전율은 제2 유전체(70b)의 유전율보다 작다.

유전체(70)에 입사된 전파는 공동(33) 내벽에 형성된 도전성 물질(72)을 거쳐 둘레의 반도체 웨이퍼(31a)로 전파된다. 이때, 유전체(70)와 반도체 웨이퍼(31a) 사이에 공기가 존재하는 경우, 상기한 바와 같은 공기와 고유전율을 갖는 유전체의 경계에서 전파가 반사되는 현상이 나타나서 전파의 수신율이 떨어지게 된다. 이에 따라, 공동(33) 내벽에 형성된 도전성 물질(72)은 공기와 유전체(70)사이의 유전율을 갖는 물질인 것이 바람직하다. 예컨대, 도전성 물질(72)은 유전체(70)와 반도체 웨이퍼(31a)를 구성하는 물질인 실리콘의 중간에 해당하는 유전율을 갖는 유전체로써, 유전체(70)의 삽입을 부드럽게 하면서 공기의 내재를 배제할 수 있는 파라핀 혹은 그리스 등과 같은 고형성 기름일 수 있다. 도전성 물질(72)이 이와 같은 유전체인 경우 유전체(70)에 입사된 전파는 유전체(70), 파라핀(혹은 그리스) 및 실리콘 순으로 전파되므로, 각 유전체의 경계에서 반사율을 낮출 수 있고, 따라서 전파를 효과적으로 전파시킬 수 있다.

상기 유전체(70)와 제1 및 제2 유전체(70a, 70b)는 동일한 성격의 자성체로 대체할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 공진기는 금속 공동에 유전체(혹은 자성체)를 채우거나, 상기 유전체(혹은 자성체)를 다양화하여 공진 주파수에 대응하는 공동의 크기를 줄일 수 있고, 상기 유전체를 유전율이 순차적으로 증가하는 복수개의 유전체로 구성하고, 상기 유전체와 접촉되는 유전체 둘레의 물질 사이에 양자의 중간 정도에 해당하는 유전율을 가지며 공기를 배제시킬 수 있는 물질을 삽입시켜 급격한 유전율 차이로 인한 전파의 반사율을 낮춰서 전파를 효과적으로 전파시킬 수 있다.

Claims (9)

1. 홈이 형성된 하부기판;

   상기 홈을 채운 유전체;

   상기 홈의 내벽에 구비되어 있고 상기 하부기판과 상기 유전체 사이의 급격한 유전율 변화를 방지하는 유전막;

   상기 하부 기판과 함께 상기 홈을 공동화하는 상부 기판;

   상기 유전체와 대향하도록 상부 기판의 저면에 부착되어 있되, 상기 유전막과 접촉되고 상기 유전체가 노출되는 슬롯이 형성된 도전성 박막; 및

   상기 상부기판 상부에 형성되어 있으면서 상기 도전성 박막과 연결된 도파로용 스트립라인를 구비하되,

   상기 유전체는 상기 유전막과의 사이에 빈틈이 없도록 상기 유전막 안쪽을 완전히 채운 것을 특징으로 하는 공진기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 유전체는 공기에 비해 유전율이 큰 제1 및 제2 유전체로 구성되어 있되,

   상기 제2 유전체 상에 형성된 상기 제1 유전체의 유전율이 상기 제2 유전체의 유전율보다 작은 것을 특징으로 하는 공진기.
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서, 상기 유전막은 파라핀 또는 그리스인 것을 특징으로 하는 공진기.
5. 삭제
6. 홈이 형성된 하부기판;

   상기 홈을 채운 자성체;

   상기 홈의 내벽에 구비되어 있고 상기 하부기판과 상기 자성체 사이의 급격한 투자율 변화를 방지하는 자성막;

   상기 하부 기판과 함께 상기 홈을 공동화하는 상부 기판;

   상기 자성체와 대향하도록 상부 기판의 저면에 부착되어 있되, 상기 자성막과 접촉되고 상기 자성체가 노출되는 슬롯이 형성된 도전성 박막; 및

   상기 상부기판 상부에 형성되어 있으면서 상기 도전성 박막과 연결된 도파로용 스트립라인를 구비하되,

   상기 자성체는 상기 자성막과의 사이에 빈틈이 없도록 상기 자성막 안쪽을 완전히 채운 것을 특징으로 하는 공진기.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 자성체는 공기에 비해 투자율이 큰 제1 및 제2 자성체로 구성되어 있되,

   상기 제2 자성체 상에 형성된 상기 제1 자성체의 투자율이 상기 제2 자성체의 투자율보다 작은 것을 특징으로 하는 공진기.
8. 삭제
9. 삭제