KR100418608B1 - 공진기, 필터, 듀플렉서 및 통신 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 공진기에 따르면, 연단 효과에 의한 전력 손실을 매우 효과적으로 억제함으로써, 우수한 손실 특성을 제공할 수 있다. 또한, 공진기를 포함하는 필터, 듀플렉서 및 통신 장치가 형성된다. 공진기에서, 복수의 스파이럴 라인의 단부를, 기판상의 특정 점 주위에서 세트의 실질적인 내주 및 외주상에 분포시켜, 상기 라인들이 서로 교차하지 않도록 배치한다. 이 배열에 따라, 스파이럴 라인의 단부를 실질적으로 없애고, 이로써 연단 효과에 따른 전력 손실을 효과적으로 억제한다.

Description

공진기, 필터, 듀플렉서 및 통신 장치{Resonator, filter, duplexer and communication device}

본 발명은 공진기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수의 스파이럴 라인을 수집하여 형성되는 공진기에 관한 것이다. 또한 본 발명은 마이크로파대나 밀리미터파대에 사용되며, 필터, 듀플렉서 및 공진기를 결합하는 통신 장치와 관련된 것이다.

마이크로파대나 밀리미터파대에서 이용되는 공진기로서는, 일본국 특허공개공보 62-193302호에 기재된 U자형 공진기가 알려져 있다. 이 U자형 공진기는 직선형 공진기에 비해 소형화할 수 있다.

또한, 소형화할 수 있는 다른 유형의 공진기로서, 일본국 특허공개공보 2-96402호에 기재된 스파이럴 공진기가 알려져 있다. 이 스파이럴 공진기는, 공진기 선로를 스파이럴 형상으로 형성하였기 때문에, 작은 점유 면적내에 긴 공진 선로를 배열할 수 있고, 공진 커패시터를 형성하여, 공진기의 크기를 더욱 감소시킬 수 있다.

상기 종래의 공진기에서, 하나의 공진기는 하나의 반파장 선로에 의해 형성되기 때문에, 전기 에너지가 집중되는 영역과 자기 에너지가 집중되는 영역이 각각유전체 기판의 특정 영역으로 분배된다. 보다 상세하게는, 반파장 선로의 개방단부 근방에 전기 에너지가 축적되고, 반파장 선로의 중앙부 근방에 자기 에너지가 축적된다.

그러한 공진기에서는, 마이크로 스트립 라인의 고유 연단 효과에 따른 특성 열화가 발생하는 것이 필연적이다. 즉, 선로의 외부면 근방에 전류가 집중된다. 이 상태에서, 선로의 외부면으로부터 일정한 깊이 이내에서 전류 집중이 발생하기 때문에, 선로의 두께가 증가한다 하더라도, 연단 효과에 따른 특성이 감소되는 문제점은 해결될 수 없다.

따라서, 상술한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 목적은, 선로의 연단 효과에 따른 전력 손실을 효과적으로 억제한 공진기를 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 다른 목적은 필터, 듀플렉서 및 상기 공진기와 결합되는 통신 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 한 양상에 따르면, 기판을 포함하는 공진기가 제공되며, 복수의 스파이럴 라인 세트의 단부는, 라인들이 서로 교차하지 않도록, 특정 점의 외부 및 내주에 분포되어 있다.

본 발명의 다른 양상에 따르면, 기판 및 복수의 스파이럴 라인 세트를 포함하는 공진기가 제공되며, 각 선로는 일정한 스파이럴 라인에 대해 회전 대칭인 위치에 있다. 이러한 배열로, 스파이럴 라인의 우측 및 좌측에서, 각 라인을 상기 세트의 동경(rad) 방향으로 절단한 단면에서 보았을 때, 하나의 라인은, 실질적으로 동일한 진폭 및 위상의 유입량을 갖는 전류를 통해, 동일한 거리에 배열되고, 그결과, 연단 효과를 효과적으로 저지할 수 있다.

본 발명의 다른 양상에 따르면, 기판 및 기판상의 복수의 스파이럴 라인 세트를 포함하는 공진기가 제공되며, 각 라인은, 한쪽의 축을 각, 다른쪽의 축을 동경으로 하는 극좌표 표현에 있어서 단조 증가 또는 단조 감소하는 선으로 표현된다. 각 라인은 2π rad을 라인 수로 나누어 얻어진 값과 동일하거나 그 이하인 각의 폭 이내로 배열된다.

예를 들면, 도 2에 도시한 바와 같이, 임의의 동경에서 선로의 좌측 단부의 각이 θ₁이고, 임의의 동경에서 선로의 우측 단부의 각이 θ₂인 선로의 위치가 극좌표 표현될 때, 한 선로의 각의 폭은 Δθ=θ₂-θ₁로 표현된다. 이 경우, 라인의 수를 n으로 설정하면, 상기 선로의 각의 폭 Δθ는 Δθ≤2π/n을 만족한다. 또한, 임의의 동경 r_k에서 선로 세트 전체의 각의 폭 θ_w는 2π rad 이하로 설정된다.

그러한 구조에 의해, 특정 스파이럴 라인과 동일한 모양을 갖는 스파이럴 라인이 인접하여 배치된다. 따라서, 상기 라인을 현미경적으로 본 물리적인 단부는 실제로 존재하고, 각 선로의 단부에 약한 연단 효과가 발생한다. 그러나, 이들 복수의 선로 세트를 하나의 라인으로 보았을 때, 말하자면, 어떤 선로의 우측에, 그 라인과 동일한 모양을 갖는 다른 라인의 좌측 단부가 근접한다. 그 결과, 라인의 폭 방향으로 라인의 단부가 없어진다. 다시 말하면, 라인 단부의 존재가 희박해진다.

따라서, 라인 단부에서의 전류 집중이 매우 효율적으로 완화되기 때문에, 전체의 전력 손실을 억제할 수 있다.

더욱이, 상술한 하나의 공진기에서, 라인의 내부 단부에 접속되는 전극이, 복수의 라인 세트의 중앙에 배열된다. 이러한 구조로, 그 내주 단부인 라인의 내부 단부는, 통상적으로 전극에 의해 접속되어 동일한 전위가 주어진다. 그 결과, 라인 내부 단부의 경계 조건은 강제적으로 일치되고, 원하는 공진 모드로 꾸준히 공진하지만, 동시에 스퓨리어스 모드가 억압된다.

또한, 본 발명의 공진기에서, 인접하는 선로의 등전위 부분은 도체 부재에 의해 서로 접속될 수 있다. 이러한 배열은, 공진 모드에 어떠한 영향을 주지 않고도, 공진기의 기능을 안정시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 공진기에서, 상기 각각의 복수의 공진 선로의 한쪽 단부 또는 양단부를 접지 전극에 접지하는 것이 바람직하다.

이 상태에서, 각 선로의 한쪽 단부만을 접지하면, 공진기는 1/4파장 공진기로 형성된다. 따라서, 짧은 선로 길이로 원하는 공진 주파수를 얻을 수 있고, 공진기 전체의 크기를 감소시킬 수 있다. 또한, 각 선로의 양단부를 접지하면, 접지 부분에서의 전계성분이 0이 되어, 우수한 차폐 특성을 얻을 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 공진기에서, 상기 각각의 복수의 선로는 각각 꺽인 선으로 형성하는 것이 바람직하다. 이러한 배열로, 막 형성 및 미세 가공 프로세스에 적합한 단순한 구조를 이용하여 선로를 형성할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 공진기에서, 상기 복수의 선로의 폭 및 인접하는 선로들간의 거리를, 선로의 한쪽 단부로부터 다른쪽 단부에 걸쳐 거의 동일하게 한다.이러한 구조에 따르면, 공진기에 사용되는 라인들은 동일한 폭을 갖는 스파이럴 라인이고, 공진기의 중심 근방에서 가장 빽빽한 조건하에서 배열될 수 있고, 공진기의 점유 면적을 최소로 할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 공진기에서, 상기 각각의 복수의 라인의 폭을, 그 선로의 도체 재료의 표피 깊이와 동일하거나 더 좁게하는 것이 바람직하다. 이 구조에 의해, 폭은 선로의 좌측과 우측의 스페이스를 빠져나가는 자속을 유지하기 위해 흐르는 전류가 양쪽에서 간섭하는 거리가 되고, 공진 위상으로부터 벗어난 위상을 가지는 무효 전류를 억제할 수 있다. 그 결과, 전력 손실이 비약적으로 감소하게 된다.

또한, 본 발명에 따른 공진기에서, 상기 각각의 복수의 선로를, 박막 유전체층과 박막 도체층을 적층하여 형성된 박막 다층 전극으로 한다. 이 구조에 의해, 막 두께 방향에서 기판 계면으로부터의 표피 효과를 완화시킬 수 있고, 이는 도체 손실을 더욱 감소시킨다.

또한, 이 발명에 따른 공진기에서, 상기 복수의 선로의 서로 인접하는 선로간의 스페이스에 유전체 재료를 충전하는 것이 바람직하다. 이는 선로간 단락을 방지하며, 상기 선로가 상술한 박막 다층 전극인 경우, 층간 단락을 효과적으로 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 공진기에서, 상기 복수의 라인의 적어도 하나는 초전도체 재료로 구성하는 것이 바람직하다. 본 발명의 공진기는, 기본적으로 연단 효과에 따른 큰 전류 집중이 발생하지 않는 구조를 가지기 때문에, 초전도체 재료의저손실 특성을 충분히 발휘할 수 있고, 임계 전류 밀도와 동일하거나 낮은 레벨에서, 높은 Q로 공진기를 동작시킬 수 있다.

더욱이 본 발명에 따른 공진기에서, 상기 복수의 선로를 기판의 양면에 형성하고, 기판 주위를 도전체 캐버티로 차폐하는 것이 바람직하다. 이러한 배열로, 공진 전자계의 대칭 특성을 양호하게 유지할 수 있고, 이러한 저손실 특성을 얻을 수 있다.

본 발명의 다른 양상에 따르면, 입출력 단위를 형성한 상기 공진기중 하나를 포함하는 필터가 제공된다. 이에 의해, 삽입 손실이 작고, 소형인 필터를 얻을 수 있다.

본 발명의 다른 양상에 따르면, 상기 필터를 송신 필터나 수신 필터, 또는 양쪽의 필터로서 포함하는 듀플렉서가 제공된다. 이에 의해, 삽입 손실이 작고, 소형인 듀플렉서를 얻을 수 있다.

본 발명의 다른 양상에 따르면, 상술한 필터 또는 듀플렉서를 포함하는 통신 장치가 제공된다. 이러한 배열로써 RF 송수신 단위의 삽입 손실이 감소되고, 그 결과, 잡음 특성, 전송 속도 등의 통신 품질을 향상시킬 수 있다.

도 1a∼도 1d는 본 발명의 제 1 구현예에 따른 공진기의 구조를 나타내며, 도 1a는 상면도, 도 1b는 단면도, 도 1c 도 1a에 도시한 8줄 중 한 줄을 나타내는 도이고, 도 1d는 부분 확대 단면도이다.

도 2는 선로의 패턴을 극좌표에서 직각좌표로 변환하여 나타낸 도이다.

도 3a∼도 3c는 공진기의 전자계 분포의 예를 나타내며, 도 3a는 각각 나타내지 않고, 라인의 전체 영역을 빗금으로 가리키는 다중 스파이럴 패턴의 평면도이고; 도 3b는 상기 라인의 내주 단부 및 외주 단부에서의 충전이 최대인 순간의 다중 스파이럴 패턴의 A-A의 단면상의 전계 분포 및 자계 분포를 나타내고; 도 3c는 도 3b과 동일한 순간의 동일 단면에서의 각 라인의 전류 밀도 및 상기 라인들간의 스페이스, 즉 도면 표면에 수직 방향으로 통과하는 자계 z성분의 평균값을 나타낸다.

도 4a∼도 4c는 다른 공진기의 전자계 분포의 예를 나타내는 도이다.

도 5는 라인 전류원에 의해 만들어지는 자계 분포의 해석 모델이다.

도 6a 및 도 6b는 두개의 해석 모델의 자계 밀도 분포를 나타내는 그래프이다.

도 7a 및 도 7b는 상기 모델에서 자계 진폭의 x성분의 분포를 나타내는 그래프이다.

도 8a 및 도 8b는 상기 모델에서 자계 진폭의 y성분의 분포를 나타내는 그래프이다.

도 9는 x방향 위치에 대해 자계의 y성분의 강도를 나타내는 그래프이다.

도 10은 인접하는 선로간의 전류 위상차와, 에너지 충전 유효 영역간의 관계를 나타내는 도표이다.

도 11a∼도 11c는 본 발명의 제 2 구현예에 따른 공진기의 구성을 나타내며, 도 11a는 공진기의 평면도, 도 11b는 단면도, 도 11c는 부분 확대 단면도이다.

도 12a∼도 12c는 본 발명의 제 3 구현예에 따른 공진기의 구성을 나타내며, 도 12a는 공진기의 평면도, 도 12b는 단면도, 도 12c는 부분 확대 단면도이다.

도 13a∼도 13c는 본 발명의 제 4 구현예에 따른 공진기의 구성을 나타내며, 도 13a는 공진기의 평면도, 도 13b는 단면도, 도 13c는 부분 확대 단면도이다.

도 14는 본 발명의 제 5 구현예에 따른 공진기의 구성을 나타낸다.

도 15는 상기 공진기의 선로 패턴 도출을 도시한 참조도이다.

도 16은 본 발명의 제 6 구현예에 따른 공진기의 선로 패턴의 한 예를 나타낸다.

도 17a∼도 17e는 제 6 구현예에 따른 공진기의 다른 선로 패턴의 예를 나타낸다.

도 18은 라인의 수, Qo 및 fo 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 19a∼도 19c는 본 발명에 따른 제 7 구현예에 따른 공진기의 구성을 나타내며, 도 19a는 기판상에 형성된 선로의 패턴을 나타내는 상면도이며, 도 19b는 전체 공진기의 단면도이고, 도 19c는 그 부분 확대도이다.

도 20은 본 발명의 제 8 구현예에 따른 공진기의 선로의 확대 단면도이다.

도 21은 본 발명의 제 9 구현예에 따른 공진기의 선로의 확대 단면도이다.

도 22는 본 발명의 제 9 구현예에 따른 다른 공진기의 선로의 확대 단면도이다.

도 23은 본 발명의 제 10 구현예에 따른 공진기의 선로의 확대 단면도이다.

도 24는 본 발명의 제 11 구현예에 따른 공진기의 구성을 나타내는 도이다.

도 25a∼도 25e는 본 발명의 제 11 구현예에 따른 다른 공진기들의 구성을 나타내며, 도 25a는 전압 안티노드로서 다중 스파이럴 외주에 배치되는 등전위 접속 라인의 예이고; 도 25b는 전압 안티노드로서 그 내주에 배치되는 등전위 접속 라인의 예이고; 도 25c는 그 외주와 내주에서의 양쪽에 배치되는 등전위 접속 라인의 예이고; 도 25d는 노드 전압으로서 어떤 지점에 배치된 등전위 접속 라인의 예이고; 도 25e는 전압 노드로서의 어떤 지점과, 전압 안티노드로서의 외주 및 내주의 양쪽에 배치된 등전위 접속 라인의 예이다.

도 26a 및 도 26b는 본 발명의 제 12 구현예에 따른 공진기의 고차모드의 예를 나타낸다.

도 27a 및 도 27b는 본 발명의 제 13 구현예에 따른 필터의 구성을 나타내며, 도 27a는 다중 스파이럴이 형성된 유전체 기판의 상면도이고, 도 27b는 전체필터의 정면도이다.

도 28은 본 발명의 제 14 구현예에 따른 듀플렉서의 구성을 나타내는 도이다.

도 29는 듀플렉서의 블록도이다.

도 30은 본 발명의 제 15 구현예에 따른 통신 장치의 구조를 나타내는 블록도이다.

도 31a∼도 31c는 본 발명의 제 16 구현예에 따른 공진기의 구성을 나타내며, 도 31a는 공진기의 평면도, 도 31b는 단면도, 도 31c는 부분 확대 단면도이다.

도 32a∼도 32c는 본 발명의 제 17 구현예에 따른 공진기의 구성을 나타내며, 도 32a는 공진기의 평면도, 도 32b는 단면도, 도 32c는 부분 확대 단면도이다.

도 33a∼도 33c는 본 발명의 제 18 구현예에 따른 공진기의 구성을 나타내며, 도 33a는 공진기의 평면도, 도 33b는 단면도, 도 33c는 부분 확대 단면도이다.

도 34a∼도 34c는 본 발명의 제 19 구현예에 따른 공진기의 구성을 나타내며, 도 34a는 공진기의 평면도, 도 34b는 단면도, 도 34c는 부분 확대 단면도이다.

도 35a 및 도 35b는 본 발명의 제 20 구현예에 따른 필터의 구성을 나타내는 도이다.

*도면의 주요부분에 대한 설명*

1 … 유전체 기판 2 … 선로

3 … 접지 전극 4 … 캐버티

5 … 외부 결합 전극 6 … 기판

7 … 분기 선로 8 … 중앙전극

10 … 송신필터 11 … 수신필터

이하, 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 공진기, 필터, 듀플렉서 및 통신 장치의 구현예에 대해 설명한다.

[원리 및 제 1 구현예]

유전체 기판(1)의 하면 전체에 접지 전극(3)을 형성한다. 유전체 기판(1)의상면에는 선로의 양단이 개방된 동일한 모양의 스파이럴 라인(2) 8개를 서로 교차하지 않도록 배열한다. 각 선로들의 한쪽 단부는, 기판(1)의 중앙부와 같이 라인이 존재하지 않는, 도 1a에 도시한 스파이럴의 중앙부와 동일한 영역 주위에 배치된다. 도해를 간단히 하기 위해, 도 1c에 단 하나의 라인을 나타내었다. 바람직하게, 라인의 폭은 실질적으로 이 라인의 도체 재료의 표피 깊이와 동일하다.

도 2는 도 1에 도시한 8개의 선로의 형상을 극좌표로 나타낸 그래프이다. 이 경우, 8개의 선로 각각의 내주 단부의 동경(r₁) 및 외주 단부의 동경(r₂)은 고정되어 있고, 라인 단부의 각도 방향의 위치를 등간격으로 배치하고 있다. 상술한 바와 같이, 임의의 동경에서 각 선로의 좌측 단부의 각이 θ₁이고, 임의의 동경에서 각 선로의 우측 단부의 각이 θ₂일 때, 라인의 각의 폭은 Δθ=θ₂-θ₁로 표현된다. 이 상태에서, 기호 n으로 표시되는 라인의 수가 8이기 때문에, 하나의 라인의 각의 폭 Δθ는 Δθ≤2π/8(=π/4) rad를 만족한다. 또한, 임의의 동경 r_k에서 라인 세트 전체의 각의 폭 θ_w은 2π rad 이하로 설정된다.

이 선로들은 상호 유도 및 정전 용량에 의해 결합되어, 공진 선로인 하나의 공진기로서 작용한다.

상기 동경(r₁, r₂)은 반드시 일정할 필요는 없고, 또한 등각도로 배치할 필요도 없다. 더욱이, 선로의 모양이 합동일 필요도 없다. 그러나, 후술하는 바와 같이, 특성 및 제조의 용이성의 면에서, 동경(r₁, r₂)을 일정하게 하고, 합동 선로를등각도로 배치하는 것이 바람직하다.

도 3a 내지 도 3c는, "다중 스파이럴 패턴"이라 불리는 복수의 스파이럴 라인의 세트에서, 전자계 및 전류의 분포 예를 나타낸다.

각 선로는 그 단부에서 큰 전류 밀도를 갖는다. 스파이럴 동경 방향에서 수평 단면 방향으로 보았을 때, 같은 정도의 진폭과 위상을 가진 전류가 흐르는 다른 도체 선로가, 일정한 간격으로 스파이럴 라인의 우측과 좌측에 배치되어 있기 때문에, 라인의 연단 효과는 완화될 수 있다. 다시 말하면, 다중 스파이럴 패턴을 하나의 선로로 보았을 경우, 한 라인의 내주 단부 및 외주 단부는 전류 분포와 동일하고, 그 중앙부는 전류 분포의 안티노드와 동일하며, 전류는 정현파 형태로 분포한다. 그 결과, 현미경적으로 연단 효과는 발생하지 않는다.

도 4는 비교예이며, 도 3에 도시한 각 선로의 폭을 라인의 표피 깊이의 2배 또는 3배의 폭까지 증가시킨다. 상술한 바와 같이 라인의 폭이 증가되면, 각 도체 선로의 연단 효과에 따른 전류 집중이, 도 4와 같이 현저하게 나타나고, 이는 손실 저감 효과를 작아지게 한다.

도 3 및 도 4에 도시한 바와 같은 전자계 분포는, 원래 3차원 해석을 행하지 않으면 얻을 수 없지만, 그 계산 절차가 거대하기 때문에, 엄밀한 분석은 매우 곤난하다. 이하의 경우는, 진폭과 위상을 갖는 복수의 라인 전류원에 의해 만들어진 자계 분포에 대한, 정자계 해석의 결과를 나타낸다.

(해석 모델)

도 5는 복수의 라인 전류원의 해석 모델이며, 복수의 마이크로 스트립 라인의 단면도로서 나타낸다.

모델 1 (전류가 동위상 및 동진폭으로 분포하는 모델)

i_k=A/√2, (k=1, 2, … n)

모델 2 (전류가 0∼180°의 위상이고, 정현파 진폭 곡선으로 분포하는 모델)

i_k=A sin{(2k-1)π/2n}, (k=1, 2, … n)

(자계 분포의 계산)

단면내의 자계분포의 계산은 비오사바아르의 법칙(Biot-Savart law)에 따라 수행한다.

이하의 식은, x축 및 y축으로 주어진 좌표(p)를 통과한 후, z방향으로 무한으로 계속하여 흐르는 라인 전류원에 의해 만들어지는 자계 벡터를 나타낸다.

이 해석 모델에서, 복수의 라인 전류원에 의해 만들어진 자계 분포는 다음 식으로 얻는다.

이 상태에서, p_k ^(m)은 대칭면으로서의 접지 전극에 대해, p_k의 경상(鏡像) 위치의 좌표이다. 또한, 전류가 역방향으로 흐르기 때문에, 제 2 항에는 음의 부호가붙는다.

(계산예)

설정조건 :

라인의 수 n=20

총 라인 폭 w_o=0.5㎜

기판 높이 h_o=0.5㎜

라인 전류원의 좌표 :

x_k= [{(2k-1)/2n}-(1/2)]w_o

y_k= ho (k = 1, 2, …, n)

도 6a 및 도 6b는 각각 모델 1과 모델 2에 대한 자계 강도를 나타낸다. 도면에서, 길이 방향의 보조선은 다선 세트의 단부를 나타내고, 측면 방향의 보조선은 기판 계면을 나타낸다. 이 결과로부터, 정현 분포를 갖는 모델 2쪽이, x, y의 양방향에서 등고선이 덜 빽빽하다는 것을 알 수 있다. 결국은, 모델 1과 모델 2가 동일한 자계 충전 에너지를 가질때, 모델 2가 더 작은 표면 전류를 가지며, 그로써 전력 손실이 작다는 것을 알 수 있다.

도 7a 및 도 7b는, 각각 모델 1 및 모델 2에서 자계의 x성분의 분포를 나타낸다. 도면에서, 길이 방향의 보조선은 다선 세트의 단부를 나타내고, 측면 방향의 보조선은 기판 계면을 나타낸다. 이 도면은, 모델 1에 비교하여, 모델 2의 아이솔레이션이 더 충분하기 때문에, 인접하는 공진기들을 배열하여 필터가 구성되는 경우를 포함하는 구성 요소의 집적화에 더 적합하다는 것을 보여준다.

도 8a 및 도 8b는, 각각 자계의 y성분의 2차 분포를 나타내고, 도 9는 그 1차 분포를 나타낸다. 도 8a 및 도 8b에서, 길이 방향의 보조선은 다선 세트의 단부를 나타내고, 측면 방향의 보조선은 기판 계면을 나타낸다. 이 결과는, 모델 2쪽이, 전극 단부에서의 자계 집중이 작고, 라인의 연단 효과가 대폭 향상하기 때문에, 그로써 우수한 손실 특성을 얻을 수 있다는 것을 보여준다.

상술한 바와 같이 다중 스파이럴 패턴에 의해 얻어지는 연단 효과의 억제 효과는, 선로상의 임의의 점에서, 라인과, 라인에서 최단 거리에 배치된 좌우의 인접 선로간의 전류 위상차가 최소가 되는 경우에 가장 명백하게 나타낼 수 있다. 도 10은 상기 위상차와 도체 손실간의 관계를 나타낸다. 이 상태에서, 인접 선로간의 전류 위상차가 0°일 때, 공진 에너지의 유지를 가장 효과적으로 수행할 수 있다. 위상차가 ±90°일 때, 무효 전류에 의해 도체 손실의 저감 효과가 없어진다. 이 경우 발생하는 무효 전류란, 공진기의 자계로부터 위상이 벗어난 전류(밀도)이며, 그 무효 전류는 전송에 기여하지 않는다. 상기 전류 위상차가 ±180°로 더욱 증가하면, 공진 에너지를 저감시키게 된다. 그 결과, 약 ±45° 범위에서 위상차는 유효 영역으로 간주할 수 있다.

따라서, 다중 스파이럴 패턴을 이용한 평면 회로형 저손실 공진기를 설계하기 위한 원리는 다음과 같이 정리할 수 있다.

(1) 동일한 모양을 갖는 복수의 라인을, 상기 라인들이 서로 절연되도록 회전-대칭 형상으로 배치한다.

이러한 배열로 하여, 라인의 물리적 길이, 전기적 길이 및 공진 주파수가 모두 일치한다. 또한, 기판 계면상의 등위상 라인이 동심원 형상으로 분포한다. 그 결과, 전자기적으로 보아, 단부가 없는 모드가 제공되고, 따라서 라인의 연단 효과에 따른 전력 손실을 효과적으로 억제할 수 있다.

(2) 선로상의 임의의 점에서, 선로와, 그로부터 최단 거리에 있는 좌우의 인접 선로와의 위상차를 최소로 설정한다.

그러나, 라인의 폭과 선로들간의 스페이스는 거의 일정하게 하고, 가능한한 좁게 배열한다. 또한, 라인의 구부러진 부분이 그 다른쪽 부분에 인접하는 상황을 피하기 위해 선로상에 급한 굴곡은 없다.

이러한 배열로, 선로들간의 스페이스에 발생하는 전계 벡터 및 그 스페이스를 빠져 나가는 자속 밀도가 더 작아지고, 이는 선로간의 스페이스를 통해 전달되는 전력에 의한 손실 감소를 가져온다. 다시 말하면, 현미경적인 레벨에서 각 한 라인의 연단 효과를 억압하는데 효과적으로 작용한다.

(3) 각 선로의 폭을 선로의 표피 깊이와 동일 또는 그 이하로 설정한다.

이러한 배열로, 라인의 좌측 단부 및 우측 단부로부터의 자계 침입을 서로 간섭하여, 유효 전극이 흐르는 도체 단면적이 증대되고, 따라서 라인을 통해 흐르는 무효 전류가 감소하고, 그 결과, 도체 손실이 감소된다.

[제 2 구현예]

도 11a 내지 도 11c에 제 2 구현예를 나타내며, 다중 스파이럴 패턴으로 형성된 각 선로(2)의 내주 단부 및 외주 단부가 스루홀을 통해 접지 전극에 접지된다. 이는 상기 라인을 양 단부가 단락된 공진 선로로서 작용하게 한다. 이 구조에서, 상기 공진 선로의 양 단부가 단락되기 때문에, 상기 공진기는 우수한 차폐 특성을 가지며, 따라서 외부로의 전자계 리크 및 외부 전자계에 의한 영향을 받기가 매우 쉽지 않다.

[제 3 구현예]

도 12a 내지 도 12c에 나타낸 제 3 구현예에서, 다중 스파이럴 패턴의 각 선로의 내주 단부는 스루홀을 통해 접지 전극(3)에 접지된다. 그 외주 단부는 개방되어 있다. 이러한 배열은 라인이 1/4 파장 공진기로서 작용하게 한다. 짧은 선로 길이로 원하는 공진 주파수를 얻을 수 있기 때문에, 기판상의 공진기의 점유 면적을 보다 감소시킬 수 있다.

[제 4 구현예]

도 13a 내지 도 13c로 나타내는 제 4 구현예에서, 다중 스파이럴 패턴이 슬롯 라인들로 구성된다.

[제 5 구현예]

도 14는 인접하는 선로간의 스페이스를 일정하게 하여 등폭으로 스파이럴 곡선을 형성한 다중 스파이럴 패턴의 예이다. 이 예에서, 8개의 선로를 이용하고 있는데, 한 개를 다른 선로보다 두껍게 나타내고 있다. 이 경우, 다중 스파이럴 패턴의 점유 영역을 1.6㎜×1.6㎜로 하고, 각 선로의 폭과 라인들간의 스페이스를 10㎛로 설정하고, 내주 단부의 최소 반경을 25.5㎛, 외주 단부의 최대 반경을 750.0㎛,각 선로의 길이를 11.0㎜로 설정하고, 기판의 비유전율을 80으로 설정한다. 이러한 설정 조건하에서, 비유전율의 60%가 실효값으로서 작용하는 경우, 공진기의 공진 주파수는 약 2㎓가 된다.

이하, n회 회전 대칭이 되는 등폭 다중 스파이럴의 유도 순서에 대해 나타낸다.

(1) 라인의 수 n이 주어진다.

(2) 거리, 말하자면, 회전각 Δθ=2π/n을 회전하여 증가되는 반경 방향의 폭 Δw가 주어진다.

(3) 상기 조건에 따라 결정되는 최소 반경 r_o=Δw/Δθ가 주어진다.

(4) 반경에 의해 결정되는 무차원 파라미터 u(r), v(r)를 각각 다음 식에 의해 정의한다.

u(r)=r/r_o

v(r)=√(u(r)²-1)

(5) 등폭 스파이럴 곡선의 좌표는 극좌표에서 다음 식으로 표현된다.

오른쪽 감기 : θ(r)= v(r)-tan^-1(v(r))

왼쪽 감기 : θ(r)=-v(r)+tan^-1(v(r))

(6) 내주반경(r_a), 외주반경(r_b)이 조건 r_o≤r_a＜r_b을 만족한다.

(7) 상기 식에 의해 반경 r(r_a≤r≤r_b)을 파라미터로서 사용하여, x 및 y 좌표가 주어진다.

x 좌표 : x₁(r)=r cos (θ(r))

y 좌표 : y₁(r)=r sin (θ(r))

(8) 남은 스파이럴 n-1의 x 및 y 좌표를 다음 식으로 구한다.

x 좌표 : x_k(r)=r cos (θ(r)+Δ·(k-1))

y 좌표 : y_k(r)=r sin (θ(r)+Δ·(k-1))

(단, k=2, 3, …, n)

(9) 공진 주파수의 설정

원하는 공진 주파수와 동일한 선로 길이를, 기판의 비유전율의 실효값에 의해 구하고, 계산된 선로 길이 L_total과 일치하도록 외주 반경(r_b)을 구한다.

선로길이 :

상기 식에 의해 얻어지는 크기가 가장 바람직하지만, 상기 식에 의해 얻어진 값과 약간 다른 값도 실제 관점에서 사용될 수 있다.

다음으로, 상기 등폭 스파이럴 곡선의 유도를 이하에 나타낸다. 도 15는 이하에 나타내는 각 식에서 파라미터들간의 관계를 나타낸다.

(해석 모델의 조건 설정)

등폭 스파이럴 라인의 수 : n

1/n 회전하는 사이에 증가하는 폭(라인 폭 및 라인간의 스페이스) : Δw

(1) 1/n 회전의 각

Δθ=2π/n

(2) 반경 정수 r_o의 정의

r_o=Δw/Δθ

(3) 미분 관계식

rdθ/dr=tanα

dw/(rdθ)=Δw/(rΔθ)=r_o/r=cosα

(4) 극좌표 미분식

dθ=√{(r/r_o)²-1}dr/r

(5) 변수 변환(무차원 파라미터의 도입)

u≡r/r_o로 설정되면, 수학식 dθ=√(u²-1)du/u가 얻어진다. v≡√(u²-1)=√{(r/r_o)²-1)}일 때, 수학식 dθ={v²/(v²+1)}dv가 얻어진다.

(6) 미분식의 해

θ=v-tan^-1v

[제 6 구현예]

제 1 구현예∼제 5 구현예는 구부러진 선로를 채택하였지만, 꺽인 선의 세트인 직선 세트를 사용할 수도 있다. 도 16은 두 개의 선로가 24각의 꺽인 선으로 형성된 예이다. 도면에서 도시한 바와 같이, 선로 폭 및 인접하는 선로간의 스페이스를 동일하게 하기 위해, 꺽인 선이 등각도 간격으로 구부러진다면, 등폭 스파이럴 곡선과 거의 동일하다.

도 17a는 3선 24각, 도 17b는 4선 24각, 도 17c는 12선 24각, 도 17d는 24선 24각, 그리고 도 17e는 48선 24각을 갖는다.

도 16 및 도 17a∼도 17e에 도시한 각 공진기에서, 각 선로의 폭 및 인접하는 선로들간의 스페이스는 2㎛로 설정한다. 그러나, 이 경우, 선로 길이는 2㎓를 얻기 위한 길이로 설정되지 않고, 중앙에서부터 감기 시작했을 때 얻어진 최초 두 개의 스파이럴이 위치하는 부분에서의 패턴을 나타낸다.

도 18은 선로를 꺽인 선으로 했을 때, 라인의 수에 대한 Qo 및 (fo/단체 fo)의 관계에 대해 나타내고 있다.

이 예에서, 선로는 직경이 2.8㎜인 원내에 감긴 선의 외주를 일정하게 하여 외측에서 내측으로 감기며, 이러한 방법으로 공진 주파수 2㎓를 얻을 수 있다. 분모의 단체 fo는 물리적 길이로부터 얻어진 공진 주파수이며, 분자의 fo는 측정에 의해 얻어진 공진 주파수이다. 그래프를 보면 알 수 있듯이, 라인간의 기생 용량의 양에 상반 비례하여 라인의 수가 사용되기 때문에, 기생 용량에 의한 fo의 감소가 줄어들지만, 동일한 공진 주파수를 얻기 위한 라인에 의해 점유되는 면적은 증가한다. 그러나, 인접 선로간의 위상차는 더 작아지고, 따라서 손실이 적어지며, 이는 Q_o의 향상을 가져온다.

상기 인접 선로간의 위상차는, 선로상의 임의의 점에 있어서, 그 선로에서 최단 거리에 있는 좌우의 인접 선로상의 전류 위상간의 차이와 동일하다. 이는 어떤 선로의 길이 방향의 전압 또는 전류 노드나 안티노드를, 인접 선로들과 비교했을 때 얻어지는 편차를 나타내는 전기각의 값(공간 위상차)으로서 정의할 수 있다. 이 공간 위상차는 다중 스파이럴 패턴의 내측에서 작아지고, 반면 그 외측에서 커지기 때문에, 평균 공간 위상차는 설계를 위한 지표로 설정한다. 이 상태에서, 라인의 수를 n으로 하면, 평균 공간 위상차 Δθ는 반파장 공진기의 경우 Δθ=180°/n으로 주어진다.

상술한 바와 같이, 라인의 수를 많게 할 수록 평균 공간 위상차가 작아지기 때문에, 구조는 특성상 유리해진다. 그러나, 패턴 형성 정밀도의 제한이 있기 때문에, 무턱대고 라인의 수를 증가시킬 수는 없다. 얻어지는 특성을 중시한 경우라면, 라인의 수는 24개 이상이 바람직하다. 즉, 반파장 공진기의 경우, 라인의 수가 24일때, 평균 공간 위상차 Δθ는 수학식 Δθ=180°/24=7.5°에 의해 얻어지고, 그 결과, 평균 공간 위상차는 7.5° 이하인 것이 바람직하다. 또한, 제조의 용이성을 중시하면, 라인 폭 및 라인들간의 스페이스는 2 또는 3㎛ 이상으로 설정되어야 하고, 라인에 의해 점유되는 면적으로 자동적으로 결정되는 라인 수는 최대가 되어야 한다.

[제 7 구현예]

도 19a∼도 19c의 예에서, 유전체 기판(1)의 양면에 서로 면대칭인 다중 스파이럴 패턴의 선로를 형성하고, 그 유전체 기판(1)을 금속 캐버티(4)의 내부에 배치한다. 그러한 구조에 따라, 공진 전자계의 대칭 특성이 높아지기 때문에, 전류 밀도 분포의 집중을 회피할 수 있는 반면, 저손실 특성을 얻을 수 있다.

[제 8 구현예]

도 20은 기판상에 형성된 라인의 확대 단면도이다. 이 경우, 각 선로의 폭은, 그 선로의 도체 부분의 표피 깊이와 동일하거나 그보다 좁다. 이러한 배열로, 폭은 도체 좌우의 스페이스를 빠져나가는 자속을 유지하기 위해 흐르는 전류가 좌우에서 간섭하는 거리가 되고, 공진 위상으로부터 벗어난 위상을 가지는 무효 전류를 감소시킬 수 있다. 그 결과, 전력 손실을 비약적으로 감소시킬 수 있다.

[제 9 구현예]

도 21은 선로의 확대 단면도이다. 이 도면에서, 유전체 기판의 표면에 박막 도체층, 박막 유전체층, 다른 박막 도체층, 다른 박막 유전체층이 순서대로 적층된다. 또한, 최상층에 도체층을 배치하여 각 라인을 3층 구조의 박막 다층 전극으로 형성한다. 이런 식으로, 막 두께 방향으로 여러 박막이 적층되고, 기판의 계면에 의한 표피 효과를 완화할 수 있고, 이는 도체 손실을 더 감소시킨다.

도 22는 상기 박막 다층 전극의 스페이스에 유전체 재료가 충전된 것이다. 이 구조에 따르면, 인접하는 선로간의 단락 및 층간 단락을 용이하게 방지할 수 있고, 그 결과, 신뢰성 및 특성 안정화가 향상된다.

[제 10 구현예]

도 23은 도체 부분의 확대 단면도이다. 이 예에서, 선로 전극의 재료로서 초전도체가 사용된다. 예를 들면, 이트륨(yttrium) 또는 비스무트와 같은 고온 초전도체 재료를 이용할 수 있다. 일반적으로, 전극에 초전도 재료를 이용할 때, 그 내전력 특성이 저하하지 않도록 전류 밀도의 최대 레벨을 정할 필요가 있다. 그러나, 이 발명에서, 선로를 다중 스파이럴 패턴으로 형성하기 때문에, 실질적으로 단부를 가지지 않으며, 따라서 큰 전류 집중은 일어나지 않는다. 그 결과, 초전도체의 임계 전류 밀도 또는 그 이하의 레벨에서 용이하게 동작시킬수 있다. 그 결과, 초전도체의 저손실 특성을 효과적으로 이용할 수 있다.

[제 11 구현예]

도 24는 다중 스파이럴 패턴의 선로를 이용한 다른 공진기의 구성을 나타내고 있다. 이 예에서, 각각 양단이 개방된 선로가 상호 유도 및 그들간의 용량 결합에 의해 한개의 공진기를 구성한다. 도면에서, 원형의 파선은 대표적인 등전위선이며, 라인의 내주 및 외주가 전압 안티노드와 대등하고, 중간 전위는 전압 노드와 대등하다. 그러나, 외주에 가까울수록 인접 선로간의 위상차 및 선간의 용량이 커진다. 따라서, 전압 노드는 내주와 외주 사이의 중앙으로부터 떨어져 외주쪽에 위치한다.

제 11 구현예에서, 선로의 등전위를 가지는 부분들을, 이하, 등전위 접속 라인이라 칭하는 도체 부재에 의해 상호 접속한다. 도 25a∼도 25e는 그러한 예를 나타낸다.

상술한 바와 같이, 선로의 등전위를 가지는 부분들이 도체 부재에 의해 상호 접속되기 때문에, 선로의 특정 위치에서 등전위는 강제적으로 동일해지고, 따라서 동작이 안정된다. 더욱이, 원래 등전위를 갖는 라인상의 부분이 상호 접속되기 때문에, 공진 모드상의 영향은 작다. 도 25a∼도 25e에 나타낸 예에서, 전압 안티노드 또는 전압 노드가 되는 부분에 등전위 접속 라인을 형성하였지만, 그 외 부분의 라인상의 등전위 부분에 접속하여도 된다.

[제 12 구현예]

상술한 구현예는 공진기의 기본 모드를 이용하였지만, 2차 고조파 또는 고차 공진 모드가 발생하는 경우도 있다. 도 26a 및 도 26b에서, 선로 길이에 1파장 공진이 일어나는 2차 모드가 발생한다. 전류 진폭에서 보면, 도 26b에는 2개의 안티노드가 존재한다. 제 1 영역에서, 전류는 바깥쪽 방향으로 흐르지만, 제 2 영역에서는 안쪽 방향으로 흐른다. 반 주기가 지난 후, 역 조합이 일어난다. 이 경우, 제 2 영역의 인접 선로간의 위상차가 제 1 영역에 비해 크고, 그로 인해 선로간의 용량이 발생하여, 제 2 영역쪽이 제 1 영역에 비해 약간 작아진다. 공진 주파수는 기본 모드보다 크지만, 선간 용량의 발생에 의해, 기본 모드와 동일하거나 2배 미만이 된다. 무부하 Q는 기본 모드보다 낮지만, 필터 설계에 이용하면, 필터의 대역을 넓히는데 현저한 효과를 갖는다.

[제 13 구현예]

도 27a 및 도 27b에서 나타내는 구현예에서, 유전체 기판(1)의 상면에는 도 1에 도시한 것과 동일한 3개의 다중 스파이럴 패턴의 공진기가 배치되고, 전극이 세 공진기의 양단부에 용량 결합하도록, 외부 결합 전극(5)이 형성된다. 이 외부 결합 전극(5)은 입력 단자 및 출력 단자로서, 외부면인 필터의 정면에 인출되어 있다. 이 유전체 기판의 하면 및 네 측면에는 접지 전극이 형성된다. 또한, 이 유전체 기판의 상부에는, 상면 및 네 측면에 접지 전극이 형성된 또 하나의 유전체 기판을 적층한다. 이 배열로, 트리플렛 구조의 공진기를 갖는 필터를 형성한다.

이러한 구조로, 인접하는 공진기들이 유도 결합하기 때문에, 3단의 공진기로 이루어지는 대역 통과 특성을 갖는 필터를 얻을 수 있다.

[제 14 구현예]

도 28은 듀플렉서의 구조를 나타내며, 상부의 실드 커버를 제거한 상태의 상면도이다. 도면에서 참조 번호 10, 11은 도 27에 도시한 유전체 기판 부분의 구조를 갖는 필터를 나타낸다. 이 필터(10)는 송신 필터로서 이용되고, 필터(11)는 수신 필터로서 이용된다. 참조 번호 6은 절연 기판이며, 그 상면에 필터(10, 11)를 실장하고 있다. 기판(6)상에는 분기 선로(7), 안테나(ANT) 단자, 송신(TX) 단자 및 수신(RX) 단자를 형성하고 있고, 필터(10, 11)의 외부 결합 전극과 기판(6)상에 형성된 전극 부분은 와이어 본딩에 의해 접속된다. 기판(6) 상면의 단자 부분을 제외한 거의 모든 부분에는 접지 전극이 형성된다. 기판(6) 상부에는 도면에 도시하는 파선 부분을 따라 실드 커버가 배치된다.

도 29는 이 듀플렉서의 등가 회로도이다. 이 구조에 따르면, 송신 신호가 수신 회로로 들어가는 것 및 수신 신호가 송신 회로로 들어가는 것을 방지한다. 또한, 송신 회로로부터의 송신 신호에서, 송신 주파수 대역의 신호만 통과시켜 안테나로 인도하고, 안테나로부터의 수신된 신호에서, 수신 주파수 대역의 신호만 통과시켜 수신기에 인도한다.

[제 15 구현예]

도 30은 통신 장치의 구조를 나타내는 블록도이다. 이 통신 장치는 도 28 및 도 29에 도시한 것과 동일한 구조를 갖는 듀플렉서를 이용한다. 회로 기판상에는 송신 회로 및 수신 회로를 형성하며, TX 단자에 송신 회로가 접속되고, RX 단자에 수신 회로가 접속되고, 아울러 ANT 단자에 안테나 접속되도록, 상기 인쇄 회로 기판상에 듀플렉서를 실장한다.

[제 16 구현예]

상술한 공진기의 구현예에서, 다중 스파이럴 패턴을 구성하는 복수의 선로의 내측 단부는 독립되게 유지하거나, 또는 도 25에 도시한 바와 같이, 등전위 접속 선로에 의해 접속하였다. 그러나, 이 제 16 구현예를 포함하여 이하에 나타내는 구현예에서는, 다중 스파이럴 패턴의 중앙부에, 선로의 내측 단부에 접속된 전극을 배치한다.

도 31a∼도 31c에 나타낸 구조의 공진기에서, 유전체 기판(1)의 하면 전체에 접지 전극(3)이 형성되고, 그 상면에 다중 스파이럴 패턴을 형성한다. 또한, 다중 스파이럴 패턴의 각 선로(2)의 내주 단부에 중앙 전극(8)이 접속된다.

이런 식으로, 복수의 선로 세트의 중앙부에 중앙 전극(8)이 배치되기 때문에, 선로의 내측의 단부가 중앙 전극(8)에 의해 공통으로 접속되어 동전위를 가지게 된다. 그 결과, 선로의 내측 단부의 경계 조건이 강제적으로 일치하게 되고, 내주 단부와 외주 단부를 개방단으로 하는 1/2 파장 공진 모드로 라인이 안정되게 공진한다. 이 상태에서, 스퓨리어스 모드가 억압된다.

또한, 중앙 전극(8)과 접지 전극(3)의 사이에 정전 용량이 발생하기 때문에,공진기의 용량 성분이 증가한다. 따라서, 라인들 사이의 동일한 공진 주파수를 얻기 위해, 선로의 길이를 짧게 할 수 있고, 그 결과, 다중 스파이럴 패턴에 의해 얻어진 저손실 특성을 유지하면서, 전체 공진기에 의해 점유되는 면적을 감소시킬 수 있다.

더욱이, 중앙 전극(8)은, 외부 입/출력용 전극으로서 이용할 수도 있다. 예를 들면, 소정 부분 및 중앙 전극(8)에 배치된 외부 입/출력 단자가 와이어 본드될 때 필요한 전극으로서, 중앙 전극(8)을 이용할 수 있다.

[제 17 구현예]

도 32a∼도 32c에 도시한 공진기에서, 다중 스파이럴 패턴에 중앙 전극(8)이 배치되고, 각 선로의 내주 단부 및 외주 단부는 스루홀을 통해 접지 전극(3)에 접지된다. 이런 식으로, 상술한 경우와 같이, 중앙 전극(8)을 배치함으로써, 공진 모드의 안정화 및 외부 접속의 다양성을 향상시킬 수 있다. 또한, 중앙 전극(8)과 접지 전극(3)을 접속하는 스루홀로서, 도 11에 도시한 캐버티, 또는 도체 재료로 충전된 홀을 이용할 수 있다.

[제 18 구현예]

도 33a∼도 33c에 도시한 공진기에서, 다중 스파이럴 패턴에 중앙 전극(8)을 형성하고, 각 선로의 내주 단부를 스루홀을 통해 접지 전극(3)에 접지한다. 각 선로의 외주 단부는 개방된 상태로 유지한다. 이에 의해 공진 선로는 1/4 파장의 공진기로서 작용한다. 이런 식으로, 상술한 경우와 마찬가지로, 중앙 전극(8)을 배치함으로써, 공진 모드의 안정화 및 외부 접속의 다양성을 향상시킬 수 있다.

[제 19 구현예]

도 34a∼도 34에 도시한 예에서, 도 13에 도시한 바와 같은 슬롯 라인의 다중 스파이럴 패턴을 갖는 공진기에 중앙 전극(8)이 형성된다. 상술한 경우와 마찬가지로, 슬롯 라인의 배열에서, 중앙 전극(8)을 형성함으로써, 공진 모드의 안정성, 공진기의 크기 감소 및 외부 접속의 다양성을 향상시킬 수 있다.

[제 20 구현예]

도 35a 및 도 35b는, 도 31a∼도 31c에 도시한 공진기를 이용한 필터의 구조를 나타낸다. 각 공진기에 중앙 전극을 형성한 것을 제외하고, 다른 배열들은 도 27에 도시한 필터와 동일하다. 유전체 기판(1)의 상면에는 중앙 전극을 갖는 3개의 다중 스파이럴 패턴이 배열되어 있고, 그 배열의 양단부에는, 공진기에 용량 결합시키기 위한 외부 결합 전극(5)이 형성된다. 이 외부 결합 전극(5)은, 도면에서 나타내는 필터의 정면(외면)에 입력 단자 및 출력 단자로서 인출된다. 유전체 기판의 하면 및 네 측면에는 접지 전극을 형성한다. 또한, 이 유전체 기판의 상면에 또 하나의 유전체 기판을 적층한다. 다른 유전체 기판의 상면 및 네 측면에도 접지 전극이 형성된다. 이 배열로 트리플렛 구조의 공진기를 갖는 필터를 형성한다.

이 구조에 의해, 인접하는 공진기간의 유도 결합이 형성되고, 따라서, 3단 공진기로 이루어지는 대역 통과 특성을 얻을 수 있다. 또한, 각 공진기를 소형으로 만들 수 있기 때문에, 전체 필터를 소형화할 수 있다. 더욱이, 공진기의 스퓨리어스 모드 억압 효과가 좋기 때문에, 스퓨리어스 특성이 우수한 필터 특성을 얻을 수 있다.

본 발명에 따르면, 선로의 단부에서의 전류 집중이 매우 효율적으로 완화되어, 전체의 전력 손실이 억제된다. 특히, 선로를 그 동경(반경) 방향의 횡단면에서 보았을 때에, 하나의 스파이럴 라인의 좌우 양단에 일정한 간격을 두고, 보다 동일한 정도의 진폭과 위상을 가진 전류가 흐르는 선로가 배치되기 때문에, 연단 효과가 효율적으로 완화된다.

또한, 각 선로의 내측 단부 즉 내주단이 전극에서 공통으로 접속되어 동일한 전위가 되기 때문에, 각 선로의 내측 단부의 경계 조건이 강제적으로 일치하고, 원하는 공진 모드에서 안정되게 공진하고, 동시에 스퓨리어스 모드가 억압된다. 또한, 각 선로의 내측 단부가 개방단인 경우, 상기 전극과 접지 전극의 사이에 정전 용량이 발생하여 공진기의 용량 성분이 증가하기 때문에, 동일한 공진 주파수를 얻기 위한 각 선로의 길이를 짧게 할 수 있고, 저손실 특성을 유지하면서, 공진기 전체의 점유 면적을 축소화할 수 있다. 더욱이, 상기 전극은 외부 입출력용 전극으로서 이용할 수도 있고, 외부 접속성이 향상된다.

본 발명에 따르면, 인접하는 선로의 등전위 부분이 서로 도체로 접속되기 때문에, 공진 모드로에 영향을 주지 않고, 그 동작을 안정시킬 수 있다. 또한, 복수의 선로의 한쪽 단만을 접지하였을 때 1/4파장의 공진기가 되기 때문에, 짧은 선로 길이로 소정의 공진 주파수를 얻을 수 있고, 전체의 소형화를 도모할 수 있다. 또한 각 선로의 양단부를 접지했을 때, 우수한 차폐성을 얻을 수 있다.

또한, 막 형성 및 미세 가공 프로세스에 적합한 단순한 구조에 의해 선로를구성할 수 있다.

본 발명에 따르면, 소위 등폭 스파이럴 라인을 이용하게 되고, 공진기의 중심 근방에서 가장 빡빡한 조건으로 스파이럴 모양의 선로를 형성할 수 있고, 공진기의 점유 면적을 최소로 할 수 있다.

또한, 선로의 좌우 간극을 빠져 나가는 자속을 유지하기 위해 흐르는 전류가 좌우에서 간섭하는 거리가 되고, 공진 위상으로부터 벗어난 위상을 갖는 무효 전류를 억제할 수 있고, 이로써 전력 손실이 비약적으로 감소하게 된다. 또한, 기판 계면으로부터의 막 두께 방향으로 표피 효과를 완화할 수 있고, 이에 의해 그러한 도체 손실의 감소를 도모할 수 있다.

본 발명에 따르면, 선로간 단락이 방지되고, 선로가 상기 박막 다층 전극인 경우, 층간 단락도 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 초전도체의 저손실 특성을 충분히 발휘할 수 있고, 임계 전류 밀도 이하의 레벨에서 높은 Q로 동작시킬 수 있다. 더욱이, 공진 전자계의 대칭성을 양호하게 유지할 수 있고, 그러한 저손실 특성을 얻을 수 있다.

본 발명에 따르면, 삽입 손실이 작고, 소형인 필터를 얻을 수 있다.

본 발명에 따르면, 저삽입 손실이고 소형인 듀플렉서를 얻을 수 있다.

본 발명에 따르면, RF 송수신부의 삽입 손실이 저감되고, 잡음 특성, 전송 속도 등의 통신 품질이 향상한다.

Claims (16)

1. 기판; 및

   복수의 스파이럴 라인의 세트; 를 포함하는 공진기로서,

   상기 복수의 스파이럴 라인의 단부를 상기 기판상의 특정 점 주위에서 상기 세트의 실질적인 내주 및 외주상에 분포시켜, 상기 라인들이 서로 교차하지 않도록 배열되고,

   이때, 상기 각 복수의 라인의 폭은 상기 공진기의 공진 주파수에서 실질적으로 상기 라인의 도체 재료의 표피 깊이와 동일하거나 또는 그보다 좁은 것을 특징으로 하는 공진기.
2. 기판; 및

   복수의 스파이럴 라인의 세트; 를 포함하는 공진기로서,

   상기 스파이럴 라인들은, 상기 스파이럴 라인들이 서로 교차하지 않도록, 기판상에 형성된 특정 점 주위에서 회전 대칭 위치에 배열되고,

   이때, 상기 각 복수의 라인의 폭은 상기 공진기의 공진 주파수에서 실질적으로 상기 라인의 도체 재료의 표피 깊이와 동일하거나 또는 그보다 좁은 것을 특징으로 하는 공진기.
3. 기판; 및

   한쪽의 축을 각, 다른쪽의 축을 동경으로 하는 극좌표 표현에 있어서, 각 라인이 단조 증가 또는 단조 감소하는 선으로 표현되는, 상기 기판상에 형성된 복수의 라인 세트; 를 포함하는 공진기로서,

   각 라인은, 각 라인의 폭이 2π rad을 라인 수로 나누어 얻어진 값과 동일하거나 그 이하인 각의 이내이고, 상기 라인 세트 전체의 폭은 임의의 동경에서 항상 2π rad 이하의 각의 폭 이내가 되도록 기판상에 배열되고,

   이때, 상기 각 복수의 라인의 폭은 상기 공진기의 공진 주파수에서 실질적으로 상기 라인의 도체 재료의 표피 깊이와 동일하거나 또는 그보다 좁은 것을 특징으로 하는 공진기.
4. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 라인의 내부 단부에 접속되는 전극은 상기 복수의 라인 세트의 중앙에 배치되는 것을 특징으로 하는 공진기.
5. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 라인의 등전위 부분들은 도체 부재에 의해 상호 접속되는 것을 특징으로 하는 공진기.
6. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 각 복수의 라인의 적어도 어느 하나의 단부는 접지 전극에 접지되는 것을 특징으로 하는 공진기.
7. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 라인은 꺽인 선으로 형성되는 것을 특징으로 하는 공진기.
8. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 라인의 폭 및 인접하는 선로들간의 거리가, 상기 라인의 한 단부에서 그 다른 한 단부에 걸쳐 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 공진기.
9. 삭제
10. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 각 복수의 라인은, 박막 유전체층과 박막 도체층을 적층하여 형성되는 박막 다층 전극임을 특징으로 하는 공진기.
11. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 라인의 근접하는 라인들간의 스페이스에 유전체 재료가 충전되어 있는 것을 특징으로 하는 공진기.
12. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 라인중 적어도 하나는 초전도체 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 공진기.
13. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 라인은, 상기 기판의 양면에 상호 면대칭이 되도록 배치되고, 상기 기판의 주변은 전도 용량에 의해 차폐되는 것을 특징으로 하는 공진기.
14. 제 1 항 내지 제 13 항중 어느 한 항에 기재된 공진기를 포함하며, 신호 입/출력 단위가 상기 공진기에 형성되는 것을 특징으로 하는 필터.
15. 제 14 항에 기재된 필터를 포함하며, 적어도 어느 하나의 송신 필터 및 수신 필터로서 사용되는 것을 특징으로 하는 듀플렉서.
16. 제 14 항에 기재된 필터 및 제 15 항에 기재된 듀플렉서의 적어도 어느 하나를 구비하는 것을 특징으로 하는 통신 장치.