KR100617239B1 - 초전도 필터 중심주파수 튜닝 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초전도 필터 중심주파수 튜닝 장치 및 방법에 관한 것으로서, 외부 온도를 감지하여 감지한 온도와 중심주파수의 튜닝을 위한 동작 온도를 비교하는 단계와, 상기 비교한 결과, 감지한 온도가 중심주파수 튜닝을 위한 초전도 필터의 온도보다 낮은 경우 초전도 필터의 온도를 높이고, 감지한 온도가 중심주파수 튜닝을 위한 초전도 필터의 온도보다 높은 경우 초전도 필터의 온도를 낮추는 단계를 포함하여 이루어지는 본 발명은 초전도 필터의 온도를 조절하여 무선통신시스템에 사용되는 마이크로파 필터 등을 포함하는 초전도 필터의 중심주파수를 정확히 튜닝하는 효과가 있다.

마이크로파 필터, 초전도 필터, 온도 센서

Description

초전도 필터 중심주파수 튜닝 장치 및 방법{Apparatus and Method for Tuning of Intermediate Frequency in Superconductiny Filter}

도 1 은 본 발명에 따른 필터의 중심 주파수를 튜닝하는 장치를 나타낸 도면

도 2 는 본 발명에 따른 5 폴(pole) 필터를 튜닝한 결과를 나타낸 도면

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 냉동기 2 : 바닥판

3 : 열전달판 4 : 초전도 필터

5 : 온도 센서 6 : 히터

7 : 반사판 8, 9 : 도선

본 발명은 무선통신시스템에 사용되는 마이크로파 필터에 관한 것으로, 특히 초전도 필터의 중심주파수 튜닝 장치 및 방법에 관한 것이다.

초전도체를 이용하여 만든 마이크로파 필터는 가파른 스커트(skirt) 특성 및 강한 대역외 제거(out-of-band rejection) 특성을 지니고 있어서 주변 외부 주파수 신호를 우수하게 처리하여 다른 주파수 영역과의 간섭을 배제한다.

또한, 초전도 필터의 저 손실 전송 특성, 저온 동작에 의한 증폭기의 잡음 감소등을 통해 시스템의 잡음 지수(noise figure)를 현저하게 향상시킨다.

최근 미국에서는 셀룰러(cellular), PCS(Personal Communication Service), GSM(Global System for Mobile Communication) 등의 무선통신서비스 기지국용 고온초전도 RF 수신기 전단 시스템(RF receiver front-end system)을 개발하여 현장에서 시험하고 있다.

상기 고온초전도 RF 수신기 전단 시스템은 고온 초전도 필터와 저잡음 증폭기(LNA)를 냉동기 안에 일체로 내장한 것이며, 기존 시스템에 비해 뛰어난 간섭(Interference) 제거 특성과 초저잡음 특성을 보여 주고 있다.

그러나 이상에서 설명한 종래 기술에 따른 초전도 필터 중심주파수 튜닝 장치 및 방법은 제작공정의 미세한 차이나 기판 유전율등에 의해 필터의 중심주파수가 영향을 받아, 제작된 필터간에 중심주파수에 약간의 편차가 존재하게 때문에 필터가 원하는 주파수 대역에서 동작하도록 튜닝하는데 어려운 문제점이 있다.

그러므로 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 초전도 필터가 원하는 주파수 대역에서 동작하도록 초전도 필터 중심주파수 튜닝 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 초전도 필터 중심 주파수 튜닝 방법의 특징은 외부 온도를 감지하는 단계와, 상기 감지한 온도와 중심주파수 의 튜닝을 위한 동작 온도를 비교하는 단계와, 상기 비교한 결과, 감지한 온도가 중심주파수 튜닝을 위한 초전도 필터의 온도보다 낮은 경우 초전도 필터의 온도를 높이고, 감지한 온도가 중심주파수 튜닝을 위한 초전도 필터의 온도보다 높은 경우 초전도 필터의 온도를 낮추는 온도 조절 단계를 포함하여 이루어지는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 초전도 필터 중심주파수 튜닝 장치의 특징은 바닥판과, 상기 바닥판 일측에 형성되어 주파수를 튜닝하는 초전도 필터와, 상기 바닥판 다른 측에 형성되어 상기 초전도 필터의 온도를 내리는 냉동기와, 상기 초전도 필터의 일측면에 형성되어 온도를 감지하는 온도 센서와, 상기 초전도 필터의 다른 측면에 형성되어 열을 전달하는 열전달판과, 상기 열전달판에 소정 영역의 간격을 두고 형성되어 상기 초전도 필터에 열을 제공하는 히터와, 상기 히터에 소정 영역의 간격을 두고 형성되어 상기 히터로부터 발생한 열의 방열을 방지하는 반사판과, 상기 온도 센서와 히터를 외부의 온도 감지기 및 히터 제어기에 각각 연결하는 도선을 포함하여 구성되는데 있다.

이와 같이 구성되는 본 발명은 초전도 필터의 온도를 조절함으로써 초전도체 필터 중심주파수를 정확히 튜닝할 수 있다.

본 발명의 다른 목적, 특성 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.

본 발명에 따른 초전도 필터 중심주파수 튜닝의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

초전도 필터의 중심주파수 튜닝 방법은 초전도체 내에 존재하는 동적 인덕턴 스(kinetic inductance)가 온도의 함수로서 온도가 증가 및 감소하면 인덕턴스도 증가 및 감소하고, 또한 인덕턴스 증가 및 감소함에 따라 공진주파수가 변하는 원리를 이용한 것이다.

초전도 전송특성을 담당하는 초전도체 내의 쿠퍼 쌍(cooper pair)에 의해 초전도체내에 동적 인덕턴스가 존재하게 된다.

동적 인덕턴스는 수학식 1 에 의해 표현된다.

: 표면 임피던스 (ω

)

ω: 각 주파수

: 인덕턴스

위의 식에서 알 수 있는 바와 같이, 이 동적 인덕턴스는 온도의 함수인데, 온도가 증가할수록 따라서 증가하는 경향을 보이며, 특히 전이온도 근처에서 급격히 변화한다.

이와 같이 인덕턴스가 증가하면 공진기의 공진 주파수는

의 관계에 의해 낮은 영역으로 이동하게 된다. 상기와 같은 초전도체의 특성을 이용하면 초전도 필터의 온도를 조절하여 원하는 주파수를 튜닝할 수 있다.

도 1 은 본 발명에 따른 초전도 필터 중심주파수 튜닝 장치를 나타낸 것으로서 다음과 같이 구성된다.

도 1 을 보면, 바닥판(2)과, 상기 바닥판(2) 일측에 형성되어 주파수를 튜닝하는 초전도 필터(4)와, 상기 바닥판(2) 다른 측에 형성되어 상기 초전도 필터(4)의 온도를 낮추는 냉동기(1)와, 상기 초전도 필터(4)의 일측면에 형성되어 외부로부터 온도를 감지하는 온도 센서(5)와, 상기 초전도 필터(4)의 다른 측면에 형성되어 열을 전달하는 열전달판(3)으로 구성된다.

그리고, 상기 열전달판(3)에 소정 영역의 간격을 두고 형성되어 상기 초전도 필터(4)에 열을 제공하는 필름형의 히터(6)와, 상기 히터(6)에 소정 영역의 간격을 두고 형성되어 상기 히터(6)로부터 발생한 열이 반대방향으로 방열되는 것을 방지하는 반사판(7)과, 상기 온도 센서(5)와 히터(6)를 외부의 온도 감지기 및 히터 제어기에 각각 연결하는 도선(8,9)을 포함하여 구성된다.

또한, 상기 열전달판(3)은 상기 히터(6)로부터 열을 전달받아 상기 초전도 필터(4)의 온도를 높이는 데 사용될 수도 있고, 상기 초전도 필터(4)로부터 열을 전달받아 상기 바닥판(2)을 통해 냉동기(1)로 열을 빼앗아 상기 초전도 필터(4)의 온도를 낮추는 데 사용될 수도 있다.

또한, 상기 초전도 필터(4) 설치 기구물인 상기 바닥판(2)과 열전달판(3)은 전도성이 좋은 무산소동(OHFC)등으로 구성된다.

이와 같이 구성된 초전도 필터(4)는 보통 저온에서 동작하는데, 상기 초전도 필터(4)는 각각의 초전도 필터(4)에 부착된 온도 센서(5)를 통해 외부 온도를 감지하여 원하는 중심주파수를 튜닝하기 위해 상기 감지된 온도로부터 각각의 초전도 필터(4)의 온도를 조절한다.

즉, 온도가 초전도 필터(4)의 동작 온도보다 낮은 경우에는 히터(6)를 작동시켜, 초전도 필터(4)는 열전달판(3)을 통해 히터(6)로부터 열을 전달받아 초전도 필터(4)의 온도를 높인다.

그리고, 온도가 초전도 필터(4)의 동작 온도보다 높은 경우에는 냉동기(1)를 이용하여 초전도 필터(4)의 동작 온도를 낮게 조절한다. 즉, 콜드 앤드(cold end)라고 불리는 저온 냉동기(1) 끝단에 설치된 초전도 필터(4)에서 열이 발생하면 열전달판(3)을 통해 초전도 필터(4)로부터 발생한 열을 빼앗아 바닥판(2)을 통해 냉동기(1) 끝단으로 전달하여 초전도 필터(4)의 온도를 낮춘다.

이와 같은 방법으로 각각의 초전도 필터(4)의 동작 온도를 제어하여 초전도 필터(4)의 튜닝될 중심주파수를 제어할 수 있다.

도 2 는 도 1 에 도시된 바와 같은 장치를 사용하여 실제로 5 폴(pole)필터를 튜닝한 결과이다.

x축은 주파수, y축은 필터의 전송특성을 나타내며, 온도를 20K에서 80K까지 바꾸어 가며 초전도 필터(4)를 튜닝한 결과를 나타내었다.

상기 도 2 에 도시된 바와 같이 온도의 변화에 따라 튜닝되는 중심주파수가 변화함을 알 수 있다. 즉, 낮은 온도일수록 튜닝되는 중심주파수가 높아지고 높은 온도일수록 튜닝되는 중심주파수가 낮아짐을 알 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 초전도 필터의 중심주파수 튜닝 방법에는 다음과 같은 효과가 있다.

제작 공정의 미세한 차이나 기판 유전율의 편차에 의하여 필터 중심주파수가 원하는 값이 아닐 경우 본 발명은 온도 조절에 의해 튜닝할 주파수의 조절이 가능한 초전도체의 특성을 이용하기 때문에 원하는 값의 중심 주파수를 튜닝할 수 있고, 따라서 수율이 향상된다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 이탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.

Claims (4)

1. 외부 온도를 감지하는 단계;

   상기 감지한 온도와 중심주파수의 튜닝을 위한 동작 온도를 비교하는 단계;

   상기 비교한 결과 감지한 온도가 중심주파수 튜닝을 위한 초전도 필터의 온도보다 낮은 경우 초전도 필터의 온도를 높이는 제 1 온도 조절 단계; 및

   상기 비교한 결과 감지한 온도가 중심주파수 튜닝을 위한 초전도 필터의 동작 온도보다 높은 경우 초전도 필터의 온도를 낮추는 제 2 온도 조절 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 초전도 필터 중심주파수 튜닝 방법
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 및 제 2 온도 조절 단계에 있어 온도를 내릴 때는 냉동기, 온도를 높일 때는 히터를 이용하는 것을 특징으로 하는 초전도 필터 중심주파수 튜닝 방법
3. 바닥판과,

   상기 바닥판 일측에 형성되어 주파수를 튜닝하는 초전도 필터와,

   상기 바닥판 다른 측에 형성되어 상기 초전도 필터의 온도를 내리는 냉동기와,

   상기 초전도 필터의 일측면에 형성되어 온도를 감지하는 온도 센서와,

   상기 초전도 필터의 다른 측면에 형성되어 열을 전달하는 열전달판과,

   상기 열전달판에 소정 영역의 간격을 두고 형성되어 상기 초전도 필터에 열 을 제공하는 히터와,

   상기 히터에 소정 영역의 간격을 두고 형성되어 상기 히터로부터 발생한 열의 방열을 방지하는 반사판과,

   상기 온도 센서와 히터를 온도 감지기 및 히터 제어기에 각각 연결하는 도선을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 초전도 필터 중심주파수 튜닝 장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 바닥판과 열전달판은 도전성을 갖는 무산소동(OFHC)인 것을 특징으로 하는 초전도 필터 중심주파수 튜닝 장치

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