KR100718145B1 - 공진 소자, 밴드 패스 필터 및 듀플렉서 - Google Patents
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Abstract
공진 소자, 밴드 패스 필터 및 듀플렉서가 개시된다. 이 공진 소자는 비자성 전도물질로 구성된 제1 전극, 제1 전극 위에 형성되어 있으며, 자화 방향이 고정된 강자성 물질로 구성된 강자성 고정층, 강자성 고정층 위에 형성되어 있으며, 비자성 전도물질로 구성된 비자성 전도층, 비자성 전도층 위에 형성되어 있으며, 자화 방향이 외부자계에 따라 변화하는 강자성 물질로 구성된 강자성 자유층 및 강자성 자유층 위에 형성되어 있으며, 비자성 전도물질로 구성된 제2 전극을 구비하는 것을 특징으로 한다. 따라서 본 발명에 의한 공진 소자로 구성된 밴드 패스 필터 또는 듀플렉서는 고주파수 영역에서 동작 가능하며, 소자의 크기를 소형화할 수 있으며, 대역폭의 조정이 가능하며, 집적회로와의 일체화가 가능하도록 한다.
Description
도 1은 본 발명에 의한 공진 소자를 설명하기 위한 일 실시예의 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 강자성 고정층을 세부적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 프리세션(precession) 운동에 의한 댐핑 토크를 나타내는 일 예의 도면이다.
도 4는 도 1의 공진 소자의 주파수와 임피턴스의 관계를 나타낸 그래프로, 공지 소자의 주파수가 고주파 방향으로 이동하는 것을 나타내는 도면이다.
도 5는 도 1의 공진 소자로 구성된 밴드 패스 필터의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 6은 밴드 패스 필터에 의해 형성되는 프리세션 주파수 대역을 나타내는 도면이다.
도 7은 밴드 패스 필터에 인가되는 전류를 감소시킬 때에 저주파수의 대역이 고주파수 방향으로 이동하는 것을 나타내는 도면이다.
도 8은 공진 소자의 면적이 서로 다른 두 개의 밴드 패스 필터들의 대역이 저주파수와 고주파수에 각각 위치하는 것을 나타내는 도면이다.
도 9는 밴드 패스 필터의 직렬 공진 소자와 병렬 공진 소자 각각의 댐핑 상 수의 차이에 따라 프리세션 주파수 대역폭이 증가하는 것을 나타내는 도면이다.
도 10은 밴드 패스 필터의 직렬 공진 소자와 병렬 공진 소자 각각의 폴러리제이션 팩터(polarization factor)의 차이에 따라 프리세션 주파수 대역폭이 증가하는 것을 나타내는 도면이다.
도 11은 밴드 패스 필터가 내장되는 패키지의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 12는 도 5의 밴드 패스 필터를 복수개 구비한 듀플렉서의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 13은 듀플렉서가 내장되는 패키지의 일 예를 나타내는 도면이다.
<도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명>
100: 제1 전극 102: 강자성 고정층
104: 비자성 전도층 106: 강자성 자유층
108: 제2 전극 200: 자화회전 억제층
202: 강자성층 300: 직렬 공진 소자
302: 병렬 공진 소자 310, 312, 314: 직렬 공진 소자
316, 318: 병렬 공진 소자 400: 패키지
402: 밴드 패스 필터 404: 영구자석
410: 패키지 412: 밴드 패스 필터
414: 영구 자석 500: 제1 밴드 패스 필터
502: 제2 밴드 패스 필터 504: 페이즈 쉬프터
600: 패키지 602: 제1 밴드 패스 필터
604: 제2 밴드 패스 필터 606: 영구 자석
610: 패키지 612: 제1 밴드 패스 필터
614: 제2 밴드 패스 필터 616: 영구 자석
본 발명은 이동통신기기의 무선 통신 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이동통신기기의 초고주파용의 공진 소자, 밴드 패스 필터 및 듀플렉서에 관한 것이다.
최근, 고주파 부품 등의 이동통신단말기용 소자 기술은 이동통신단말기의 소형화 및 고기능화의 추세에 따라 급속하게 발전되고 있다. 고주파 이동통신 부품 중 핵심 부품인 필터는 무수히 많은 공중파 중에 이용자가 필요로 하는 신호를 선택하거나 특정 신호를 걸러주는 기능을 한다. 특히, 이동통신단말기의 사용 주파수대역이 높아짐에 따라, 초고주파용 소자의 필요성이 증대되고 있다. 그러나, 이러한 초고주파 소자는 이동통신단말기에서 요구되는 소형화 및 저가격화가 어렵다는 문제가 있다. 예를 들어, 2 [GHz] 이상에서 동작하는 공진기나 필터를 종래의 동축 세라믹(Coaxial Ceramic) 공진기 등과 같은 유전체 공진기를 이용해서 집적화하기에는 소자자체의 체적이 크다는 문제가 있다. 또한, 표면탄성파(SAW:Surface Acoustic Wave) 공진기는 유전체 공진기를 대체할 수 있는 소자로 사용되고 있으나, 근본적으로 삽입 손실이 크고 집적화, 소형화가 어렵다는 문제점을 가지고 있 다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서, 압전 박막의 두께진동을 이용한 FBAR(film bulk acoustic wave resonator) 또는 TFR(thin film resonator)로 불리는 공진기가 본격적으로 연구되고 있고 실용화되었다.
그러나, 앞으로는 4 [GHz] 이상의 초고주파에서 동작하고, 소형화 및 저가격화를 구현하는 이동통신기기가 요구되고 있기 때문에, 이러한 요구를 충족하기에는 현재의 FBAR 공진기로는 한계가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 고주파수 영역에서 동작 가능하며, 소자의 크기를 소형화할 수 있는 공진 소자를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 고주파수 영역에서 동작 가능하며, 소자의 크기를 소형화할 수 있으며, 대역폭의 조정이 가능하며, 집적회로와의 일체화가 가능한 밴드 패스 필터를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 고주파수 영역에서 동작 가능하며, 소자의 크기를 소형화할 수 있으며, 대역폭의 조정이 가능하며, 집적회로와의 일체화가 가능한 듀플렉서를 제공하는데 있다.
상기의 과제를 이루기 위해, 본 발명에 의한 공진 소자는 비자성 전도물질로 구성된 제1 전극, 제1 전극 위에 형성되어 있으며, 자화 방향이 고정된 강자성 물질로 구성된 강자성 고정층, 강자성 고정층 위에 형성되어 있으며, 비자성 전도물질로 구성된 비자성 전도층, 비자성 전도층 위에 형성되어 있으며, 자화 방향이 외 부자계에 따라 변화하는 강자성 물질로 구성된 강자성 자유층 및 강자성 자유층 위에 형성되어 있으며, 비자성 전도물질로 구성된 제2 전극을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기의 다른 과제를 이루기 위해, 본 발명에 의한 밴드 패스 필터는 주파수를 조정할 수 있는 공진 소자를 적어도 둘 이상 구비하고 있으며, 둘 이상의 공진 소자들이 직렬 및 병렬로 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기의 다른 과제를 이루기 위해, 본 발명에 의한 듀플렉서는 주파수를 조정할 수 있는 공진 소자를 각각 적어도 둘 이상씩 갖는 제1 및 제2 밴드 패스 필터들 및 페이즈 쉬프터(phase shifter)를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 의한 공진 소자를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명에 의한 공진 소자를 설명하기 위해, 다음과 같은 용어를 정의한다.
프리세션(precession) 운동은 강자성 자유층(106)의 자화 벡터가 시간에 따라 연속적으로 방향을 변경하는 운동을 의미한다. 스핀 편향된 전도전자의 흐름인 분극 전류(Polarized current)에 의한 스핀 엥귤러 모맨텀(spin angular momentum)의 일부가 강자성 자유층(106)에 스핀 트랜스퍼 토크(Spin transfer torque)를 일으키며 이러한 스핀 토크(spin torque)가 구동력이 되어 강자성 자유층(106)의 자화방향(Magnetization vector)의 프리세션(precession) 운동을 일으킨다.
프리세션(precession) 주파수는 프리세션 운동에 의해 생성되는 마이크로 웨이브(Microwave)의 주파수를 의미한다. 마이크로 웨이브는 대략 300[MHz]에서 300[GHz]의 주파수를 갖는 전자기파를 의미한다.
도 1은 본 발명에 의한 공진 소자를 설명하기 위한 일 실시예의 단면도 이다.
본 발명의 공진 소자는 도 1에 도시된 바와같이, 제1 전극(100), 강자성 고정층(102), 비자성 전도층(104), 강자성 자유층(106) 및 제2 전극(108)로 구성된다.
제1 전극(100)은 비자성 전도물질로 구성된다.
강자성 고정층(102)은 제1 전극(100) 위에 형성되어 있으며, 자화 방향이 고정된 강자성 물질로 구성된다.
강자성 고정층(102)을 통과하는 전도전자는 강자성 고정층(102)의 영향을 받아 한 방향으로 분극을 하고, 분극을 유지한 상태로 비자성 전도층(104)을 관통하여 강자성 자유층(106)으로 흐른다.
도 2는 도 1에 도시된 강자성 고정층(102)을 세부적으로 도시한 단면도로서, 자화 회전 억제층(200) 및 강자성층(202)로 구성된다.
자화 회전 억제층(200)은 제1 전극(100) 위에 형성되어 있으며, 강자성층(202)의 자화 회전을 억제한다.
자화 회전 억제층(200)은 강자성층(202)의 자화 방향을 고정하기 위해, 백금(Pt), 망간(Mn), 이리듐(Ir), 철(Fe) 및 니켈(Ni) 중 적어도 둘 이상의 합성 물질로 구성되는 것을 특징으로 한다. 예를 들어, 자화 회전 억제층(200)은 백금-망간(PtMn), 이리듐-망간(IrMn), 철-망간(FeMn) 또는 니켈- 망간(NiMn) 중 어느 하나의 물질로 구성되는 것을 특징으로 한다.
강자성층(202)은 자화 회전 억제층(200) 위에 형성되어 있으며, 자화 회전 억제층(200)에 의해 자화 방향이 고정되어 있다.
강자성층(202)은 철(Fe), 코발트(Co) 및 니켈(Ni) 중 어느 하나의 물질로 구성된다. 또한, 강자성층(202)은 철(Fe), 코발트(Co) 및 니켈(Ni) 중 적어도 둘 이상의 합성 물질로 구성될 수도 있다.
한편, 강자성층(202)은 구성 물질의 조성비를 조정함으로써, 폴러리제이션 팩터(polarization factor)를 변경할 수 있다. 폴라리제이션 팩터는 강자성을 구성하는 물질의 조성함수로서, 페르미 레벨(Fermi Level) 근처의 적은 수의 전도전자들의 특징을 나타낸다. 다음의 수학식 1은 폴라리제이션 팩터를 표현하는 일 예의 수식이다.
여기서, n+ 은 전자들 중 주된 자화 방향과 일치하는 방향의 전자들의 수를 의미하고, n- 은 전자들 중 주된 자화 방향과 반대되는 방향의 전자들의 수를 의미한다.
예를 들어, 강자성층(202)이 코발트(Co)로 구성되어 있다면, 폴라리제이션 팩터는 P=0.35이 되고, 강자성층(202)이 니켈(Ni)로 구성되어 있다면, 폴러리제이션 팩터는 P=0.23이 되고, 강자성층(202)이 철(Fe)로 구성되어 있다면, 폴러리제이 션 팩터는 P=0.4가 되고, 강자성층(202)이 니켈(Ni)과 철(Fe)의 4 대 1의 비율로 합성되어 있다면, 폴라리제이션 팩터는 P=0.3이 된다.
이러한, 폴라리제이션 팩터는 전술한 프리세션 주파수에 반비례한다. 즉, 폴라리제이션 팩터를 낮춤으로써, 프리세션 주파수를 증가시킬 수 있다. 따라서, 강자성층(202)의 폴라리제이션 팩터를 조정하여 주파수를 조정할 수 있다.
한편, 강자성층(202)은 강자성 자유층(106)의 프리세션 운동에 대한 댐핑 상수를 조정하는 댐핑 조정물질을 더 포함할 수 있다.
도 3은 프리세션(precession) 운동에 의한 댐핑 토크를 나타내는 일 예의 도면이다. 도 3에 도시된 댐핑 토크를 통해 알 수 있듯이, 프리세션 운동에 대한 댐핑 상수가 클수록 프리세션 주파수가 증가하게 된다.
강자성층(202)은 댐핑 상수를 조정하기 위한 댐핑 조정물질로서, 오스뮴(Os), 니오븀(Nb), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 탄탈륨(Ta) 및 백금(Pt) 중 적어도 하나 이상의 물질을 포함한다. 따라서, 강자성층(202)은 댐핑 상수를 증가시키는 오스뮴(Os), 니오븀(Nb), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 탄탈륨(Ta) 및 백금(Pt) 등의 댐핑 조정물질을 더 포함함으로써, 프리세션 주파수를 증가시킬 수 있다.
도 4는 도 1의 공진 소자에 의한 직렬 및 병렬 주파수와 임피던스 관계를 나타내는 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 그래프가 이동하도록 하기 위해서, 강자성층(202)의 폴라리제이션 팩터를 감소시키거나, 강자성층(202)에 댐핑 조정물질을 더 첨가할 수 있다.
비자성 전도층(104)은 강자성 고정층(102) 위에 형성되어 있으며, 비자성 전 도물질로 구성된다. 비자성 전도층(104)는 낮은 저항을 갖는 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 등이 바람직하며, 그 외에 백금(Pt), 텅스텐(W), 루테늄(Ru), 크롬(Cr), 몰리브데늄(Mo), 로듐(Rh), 탄탈륨(Ta) 및 티탄늄(Ti) 등도 사용될 수 있다. 또한, 비자성 전도층(104)은 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 백금(Pt), 텅스텐(W), 루테늄(Ru), 크롬(Cr), 몰리브데늄(Mo), 로듐(Rh), 탄탈륨(Ta) 및 티탄늄(Ti) 중 적어도 둘 이상의 합성 물질로 구성될 수도 있다.
비자성 전도층(104)은 강자성 고정층(102)과 강자성 자유층(106) 사이에서 강자성에 의한 상호 작용을 억제하기 위한 것이므로, 일정한 두께 이상이어야 한다. 예를 들어, 비자성 전도층(104)는 0.1[nm] 내지 2.5[nm]가 적당하다.
강자성 자유층(106)은 비자성 전도층(104) 위에 형성되어 있으며, 자화 방향이 외부자계에 따라 변화하는 강자성 물질로 구성된다.
강자성 고정층(102)을 통과하는 전도전자는 한 방향으로 분극되어, 비자성 전도층(104)을 관통하여 강자성 자유층(106)으로 흐른다. 이러한 스핀 편향된 전도전자의 흐름인 분극 전류(Polarized current)에 의한 스핀 엥귤러 모멘텀(spin angular momentum)의 일부가 강자성 자유층(106)에 스핀 트랜스퍼 토크(Spin transfer torque)를 일으키며 이러한 스핀 토크(spin torque)가 구동력이 되어 강자성 자유층(106)의 자화 방향(Magnetization vector)의 프리세션 운동을 일으킨다.
강자성 자유층(106)은 철(Fe), 코발트(Co) 및 니켈(Ni) 중 어느 하나의 물질로 구성된다. 또한, 강자성 자유층(106)은 철(Fe), 코발트(Co) 및 니켈(Ni) 중 적 어도 둘 이상의 합성 물질로 구성될 수도 있다.
한편, 강자성 자유층(106)도 구성 물질의 조성비를 조정함으로써, 강자성 자유층(106)의 폴라리제이션 팩터(polarization factor)를 변경할 수 있다. 예를 들어, 강자성 자유층(106)이 코발트(Co)로 구성되어 있다면, 폴러리제이션 팩터는 P=0.35이 되고, 강자성 자유층(106)이 니켈(Ni)로 구성되어 있다면, 폴러리제이션 팩터는 P=0.23이 되고, 강자성 자유층(106)이 철(Fe)로 구성되어 있다면, 폴러리제이션 팩터는 P=0.4가 되고, 강자성 자유층(106)이 니켈(Ni)과 철(Fe)의 4 대 1의 비율로 합성된 퍼말로이(Permalloy)로 되어 있다면, 폴라리제이션 팩터는 P=0.3이 된다.
이러한, 강자성 자유층(106)의 폴러리제이션 팩터를 낮춤으로써, 프리세션 주파수를 증가시킬 수 있다. 강자성 자유층(106)의 폴러리제이션 팩터를 낮추도록 물질의 조성비를 조정함으로써, 프리세션 주파수를 증가시킨다.
한편, 강자성 자유층(106)은 강자성 자유층(106)의 프리세션 운동에 대한 댐핑 상수를 조정하는 댐핑 조정물질을 더 포함할 수 있다.
도 3에 도시된 댐핑 토크를 통해 알 수 있듯이, 프리세션 운동에 대한 댐핑 상수가 클수록 프리세션 주파수가 증가하게 된다.
강자성 자유층(106)은 댐핑 상수를 조정하기 위한 댐핑 조정물질로서, 오스뮴(Os), 니오븀(Nb), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 탄탈륨(Ta) 및 백금(Pt) 중 적어도 하나 이상의 물질을 포함한다. 따라서, 강자성 자유층(106)은 댐핑 상수를 증가시키는 오스뮴(Os), 니오븀(Nb), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 탄탈륨(Ta) 및 백금(Pt) 등의 댐핑 조정물질을 더 포함함으로써, 프리세션 주파수를 증가시킬 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 공진소자의 공지 및 반공진점을 변화시켜서 그래프가 이동하도록 하기 위해서, 강자성 자유층(106)의 폴라리제이션 팩터를 감소시키거나, 강자성 자유층(106)에 댐핑 조정물질을 더 첨가할 수 있다.
제2 전극(108)은 강자성 자유층(106) 위에 형성되어 있으며, 비자성 전도물질로 구성된다.
도 1에 도시된 공진 소자는 공진 소자를 수직으로 관통하여 흐르는 전류의 변화에 따라, 강자성 자유층(106)의 프리세션(precession) 주파수를 조정하는 것을 특징으로 한다.
공진 소자에 흐르는 전류의 세기에 따라 강자성 자유층(106)의 프리세션 운동의 각도가 변하며, 따라서 프리세션 운동의 크기와 주기가 변화함에 따라, 생성되는 마이크로 웨이브에 해당하는 프리세션 주파수가 변화된다. 특히, 프리세션 주파수는 흘려주는 전류와 반비례 관계에 있다. 따라서, 공진 소자에 흘려주는 전류를 감소시킴으로써, 프리세션 주파수를 고주파로 증가시킬 수 있다.
한편, 도 1에 도시된 공진 소자는 소자 면적의 변화에 따라, 강자성 자유층(106)의 프리세션(precession) 주파수를 조정하는 것을 특징으로 한다. 프리세션 주파수는 공진 소자의 소자 면적과 비례 관계에 있다. 따라서, 공진 소자의 소자 면적을 증가시킴으로써, 프리세션 주파수를 고주파수로 증가시킬 수 있다.
이하, 본 발명에 의한 공진 소자를 구비하는 밴드 패스 필터(Band Pass Filter)를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 5는 도 1의 공진 소자로 구성된 밴드 패스 필터의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 5의 (a)는 하나의 직렬 공진 소자(300) 및 하나의 병렬 공진 소자(302)로 구성되며, 도 5의 (b)는 세 개의 직렬 공진 소자들(310, 312, 314) 및 두개의 병렬 공진 소자들(316, 318)로 구성된다. 여기에 사용되는 공진 소자들은 모두 도 1에 도시된 공진 소자들로 구성된다. 도 5에 도시된 밴드 패스 필터는 일 예에 지나지 않으며, 다양한 형태의 사다리형 밴드 패스 필터가 구현될 수 있다.
밴드 패스 필터는 여러 주파수를 나누어 사용하는 이동통신단말기에서, 원하는 주파수 대역만 정확하게 선택하도록 하는 소자를 말한다. 수신단의 밴드 패스 필터는 수많은 주파수 중에서 필요한 주파수만 정확히 골라내야 하고, 송신단의 밴드 패스 필터는 불필요한 주파수가 발신되지 않도록 원하는 송신 주파수만 걸러내는 기능을 담당한다.
도 6은 밴드 패스 필터에 의해 형성되는 프리세션 주파수 대역을 나타내는 도면이다.
도 6의 (a)는 도 5에 도시된 밴드 패스 필터의 병렬 공진 소자에 의해 형성되는 주파수 및 임피던스 사이의 관계를 나타내는 그래프(①)이고, 또한, 직렬 공진 소자에 의해 형성되는 주파수 및 임피던스 사이의 관계를 나타내는 그래프(②)이다. 도 6의 (b)는 그래프(①) 및 그래프(②)로부터 구해지는 프리세션 주파수 대역을 나타내는 도면이다.
본 발명의 밴드 패스 필터는 직렬 공진 소자 및 병렬 공진 소자를 수직으로 관통하여 흐르는 전류의 변화에 따라, 강자성 자유층의 프리세션(precession) 주파수 대역이 조정된다. 공진 소자를 관통하는 전류가 감소할수록 주파수가 고주파수로 변화되므로, 밴드 패스 필터에 의해 형성되는 프리세션 주파수 대역이 증가하게 된다.
도 7은 밴드 패스 필터에 인가되는 전류를 감소시킬 때에 저주파수의 대역이 고주파수 방향으로 이동하는 것을 나타내는 도면이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 밴드 패스 필터에 의해 형성되는 프리세션 주파수 대역을 증가시키기 위해, 공진 소자에 흘려주는 전류를 감소시킨다.
또한, 본 발명의 밴드 패스 필터에 구비된 공진 소자의 소자 면적의 변화에 따라, 강자성 자유층의 프리세션(precession) 주파수 대역이 조정된다. 밴드 패스 필터의 공진소자의 면적이 증가할수록 프리세션 주파수가 고주파수로 변화하므로, 밴드 패스 필터에 의해 형성되는 프리세션 주파수 대역이 증가하게 된다.
도 8은 공진 소자의 면적이 서로 다른 두 개의 밴드 패스 필터들의 대역이 저주파수와 고주파수에 각각 위치하는 것을 나타내는 도면이다. 하나의 밴드 패스 필터(filter 1)의 공진 소자의 면적들이 다른 하나의 밴드 패스 필터(filter 2)의 공진 소자의 면적들보다 작다면, 도 8에 도시된 바와 같이, 필터 2의 프리세션 주파수 대역이 필터 1의 프리세션 주파수 대역보다 고주파수에 위치함을 확인할 수 있다.
또한, 본 발명의 밴드 패스 필터에 구비된 직렬 공진 소자의 댐핑 상수와 병렬 공진 소자의 댐핑 상수를 서로 다르게 조정함으로써, 밴드 패스 필터의 대역폭 을 조정할 수 있는 것을 특징으로 한다.
예를 들어, 도 5의 (a)에 도시된 도면을 예로 설명하면, 밴드 패스 필터의 직렬 공진 소자(300)의 댐핑 상수가 병렬 공진 소자(302)의 댐핑 상수보다 크도록, 직렬 공진 소자(300)의 댐핑 조정물질 또는 병렬 공진 소자(302)의 댐핑 조정물질을 조정함으로써, 밴드패스 필터의 대역폭을 넓게 할 수 있다. 직렬 공진 소자(300)의 댐핑 조정물질은 직렬 공진 소자(300)를 구성하는 강자성 고정층 또는 강자성 자유층에 댐핑 조정물질을 첨가함으로써, 조정할 수 있다. 또한, 병렬 공진 소자(302)의 댐핑 조정물질은 병렬 공진 소자(302)를 구성하는 강자성 고정층 또는 강자성 자유층에 댐핑 조정물질을 첨가함으로써, 조정할 수 있다.
또한, 도 5의 (b)에 도시된 도면을 예로 설명하면, 밴드 패스 필터의 직렬 공진 소자(310, 312, 314)의 댐핑 상수가 병렬 공진 소자(316, 318)의 댐핑 상수보다 크도록, 직렬 공진 소자(310, 312, 314)의 댐핑 조정물질 또는 병렬 공진 소자(316, 318)의 댐핑 조정물질을 조정함으로써, 밴드패스필터의 대역폭을 넓게 할 수 있다.
도 9는 밴드 패스 필터의 직렬 공진 소자와 병렬 공진 소자 각각의 댐핑 상수의 차이에 따라 프리세션 주파수 대역폭이 증가하는 것을 나타내는 도면이다. 직렬 공진 소자의 댐핑 상수가 병렬 공진 소자의 댐핑 상수보다 크도록 댐핑 조정물질을 첨가함으로써, 직렬 공진 소자의 폴(pole)이 우측으로 이동하게 되어 결국, 프리세션 주파수 대역폭이 증가하게 된다.
만일, 반대로, 직렬 공진 소자의 댐핑 상수가 병렬 공진 소자의 댐핑 상수보 다 작도록 댐핑 조정물질을 첨가한다면, 직렬 공진 소자의 폴(pole)이 좌측으로 이동하게 되어 결국, 프리세션 주파수 대역폭이 감소하게 된다.
또한, 본 발명의 밴드 패스 필터에 구비된 병렬 공진 소자의 폴러리제이션 팩터가 직렬 공진 소자의 폴라리제이션 팩터보다 크도록 하기 위해, 병렬 공진 소자를 구성하는 물질의 조성비 및 직렬 공진 소자를 구성하는 물질의 조성비를 조정함으로써, 밴드패스필터의 대역폭을 조정할 수 있다.
병렬 공진 소자의 폴라리제이션 팩터가 직렬 공진 소자의 폴라리제이션 팩터보다 크도록, 병렬 공진 소자를 구성하는 물질의 조성비 및 직렬 공진 소자를 구성하는 물질의 조성비를 조정함으로써, 프리세션 주파수의 대역폭을 증가시킬 수 있다.
도 10은 밴드 패스 필터의 직렬 공진 소자와 병렬 공진 소자 각각의 폴러리제이션 팩터의 차이에 따라 프리세션 주파수 대역폭이 증가하는 것을 나타내는 도면이다.
병렬 공진 소자의 폴러리제이션 팩터가 직렬 공진 소자의 폴러리제이션 팩터보다 크도록, 병렬 및 직렬 공진 소자를 구성하는 물질의 조성비를 조정함으로써, 병렬 공진 소자의 폴(pole)이 좌측으로 이동하게 되어 결국, 프리세션 주파수 대역폭이 증가하게 된다.
만일, 반대로, 병렬 공진 소자의 폴러리제이션 팩터가 직렬 공진 소자의 폴러리제이션 팩터보다 작도록, 병렬 및 직렬 공진 소자를 구성하는 물질의 조성비를 조정한다면, 병렬 공진 소자의 폴(pole)이 우측으로 이동하게 되어 결국, 프리세션 주파수 대역폭이 감소하게 된다.
한편, 본 발명의 밴드 패스 필터는 영구자석이 도포된 패키지에 내장되는 것을 특징으로 한다.
도 11 (a) 및 (b)는 밴드 패스 필터가 내장되는 패키지의 일 예를 나타내는 도면이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 패키지(400, 410) 내에 밴드 패스 필터(402, 412)가 내장되어 있다.
특히, 패키지(400, 410)는 영구자석(404, 414)가 도포되어 있다. 이 영구자석(404, 414)의 자기장 세기를 조정함으로써, 프리세션 주파수 대역을 조정할 수 있다. 영구자석의 자기장 세기는 O 내지 10000[Oe:웨스테드]까지 조정할 수 있도록 한다.
패키지(400, 410)의 구성 물질은 세라믹 물질 또는 금속 물질로 구성되는 것을 특징으로 한다. 패키지(400, 410)이 세라믹 재질로 구성됨으로써, 집적회로와의 일체화가 가능하다.
이하, 본 발명에 의한 밴드 패스 필터를 구비하는 듀플렉서를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 12는 도 5의 밴드 패스 필터를 복수개 구비한 듀플렉서의 일 예를 나타내는 도면으로서, 제1 밴드 패스 필터(500), 제2 밴드 패스 필터(502) 및 페이즈 쉬프터(504)로 구성된다.
듀플렉서는 일반적인 CDMA방식의 통신에서 송신 및 수신 신호를 분리하는 역할을 수행한다. 송수신단이 서로 다른 안테나를 사용한다면, 듀플렉서는 필요 없지 만, 이동통신 단말기와 같은 소형 시스템의 경우 하나의 안테나로 송수신단을 공유해야 한다. 이때에 안테나를 효율적으로 공유하기 위해 필요한 소자가 듀플렉서이다.
도 12에서, 제1 밴드 패스 필터(500) 및 제2 밴드 패스 필터(502)는 모두 도 1의 공진 소자를 구비한 밴드 패스 필터들이다.
제1 밴드 패스 필터(500)는 공진 소자를 수직으로 관통하여 흐르는 전류의 변화에 따라, 강자성 자유층의 프리세션 주파수 대역이 조정된다. 공진 소자를 관통하는 전류를 감소시키면, 주파수가 고주파수로 변화되므로, 밴드 패스 필터에 의해 형성되는 프리세션 주파수 대역이 증가하게 된다.
도 7에 도시된 바와 같이, 밴드 패스 필터에 의해 형성되는 프리세션 주파수 대역을 증가시키기 위해, 제1 밴드 패스 필터(500)의 공진 소자에 흘려주는 전류를 감소시키면 된다.
제1 밴드 패스 필터(500)는 공진 소자의 소자 면적의 변화에 따라, 강자성 자유층의 프리세션 주파수 대역이 조정된다. 밴드 패스 필터의 공진소자의 면적이 증가할수록 프리세션 주파수가 고주파수로 변화하므로, 밴드 패스 필터에 의해 형성되는 프리세션 주파수 대역이 증가하게 된다.
도 8에 도시된 바와 같이, 하나의 밴드 패스 필터(filter 1)의 공진 소자의 면적이 다른 하나의 밴드 패스 필터(filter 2)의 공진 소자의 면적보다 작다면, 필터 2의 프리세션 주파수 대역이 필터 1의 프리세션 주파수 대역보다 고주파수에 위치한다.
제1 밴드 패스 필터(500)는 직렬 공진 소자의 댐핑 상수가 병렬 공진 소자의 댐핑 상수보다 크도록, 직렬 공진 소자의 댐핑 조정물질 및 병렬 공진 소자의 댐핑 조정물질을 조정함으로써, 대역폭을 넓게 하는 것이 가능하다.
도 9에 도시된 바와 같이, 직렬 공진 소자의 댐핑 상수가 병렬 공진 소자의 댐핑 상수보다 크도록 댐핑 조정물질을 첨가함으로써, 직렬 공진 소자의 폴(pole)이 우측으로 이동하게 되어 결국, 프리세션 주파수 대역폭을 넓게 할 수 있다.
만일, 반대로, 직렬 공진 소자의 댐핑 상수가 병렬 공진 소자의 댐핑 상수보다 작도록 댐핑 조정물질을 첨가한다면, 직렬 공진 소자의 폴(pole)이 좌측으로 이동하게 되어 결국, 프리세션 주파수 대역폭이 감소하게 된다.
제1 밴드 패스 필터(500)는 병렬 공진 소자의 폴라리제이션 팩터가 직렬 공진 소자의 폴라리제이션 팩터보다 크도록, 병렬 공진 소자를 구성하는 물질의 조성비 및 직렬 공진 소자를 구성하는 물질의 조성비를 조정함으로써, 대역폭을 넓게 할 수 있다.
도 10 도시된 바와 같이, 병렬 공진 소자의 폴러리제이션 팩터가 직렬 공진 소자의 폴러리제이션 팩터보다 크도록, 병렬 및 직렬 공진 소자를 구성하는 물질의 조성비를 조정함으로써, 병렬 공진 소자의 폴(pole)이 좌측으로 이동하게 되어 결국, 프리세션 주파수 대역폭이 증가하게 된다.
만일, 반대로, 병렬 공진 소자의 폴러리제이션 팩터가 직렬 공진 소자의 폴러리제이션 팩터보다 작도록, 병렬 및 직렬 공진 소자를 구성하는 물질의 조성비를 조정한다면, 병렬 공진 소자의 폴(pole)이 우측으로 이동하게 되어 결국, 프리세션 주파수 대역폭이 감소하게 된다.
제2 밴드 패스 필터(502)는 공진 소자를 수직으로 관통하여 흐르는 전류의 변화에 따라, 강자성 자유층의 프리세션 주파수 대역이 조정된다. 공진 소자를 관통하는 전류를 감소시키면, 주파수가 고주파수로 변화되므로, 밴드 패스 필터에 의해 형성되는 프리세션 주파수 대역을 고주파 영역으로 증가시킬 수 있다.
제2 밴드 패스 필터(502)는 공진 소자의 소자 면적의 변화에 따라, 강자성 자유층의 프리세션 주파수 대역이 조정된다. 밴드 패스 필터의 공진소자의 면적이 증가할수록 프리세션 주파수가 고주파수로 변화하므로, 밴드 패스 필터에 의해 형성되는 프리세션 주파수 대역이 증가하게 된다.
제2 밴드 패스 필터(502)는 직렬 공진 소자의 댐핑 상수가 병렬 공진 소자의 댐핑 상수보다 크도록, 직렬 공진 소자의 댐핑 조정물질 및 병렬 공진 소자의 댐핑 조정물질을 조정함으로써, 대역폭을 넓게 할 수 있다.
만일, 반대로, 직렬 공진 소자의 댐핑 상수가 병렬 공진 소자의 댐핑 상수보다 작도록 댐핑 조정물질을 첨가한다면, 직렬 공진 소자의 폴(pole)이 좌측으로 이동하게 되어 결국, 프리세션 주파수 대역폭이 감소하게 된다.
제2 밴드 패스 필터(502)는 병렬 공진 소자의 폴라리제이션 팩터가 직렬 공진 소자의 폴라리제이션 팩터보다 크도록 하기 위해, 병렬 공진 소자를 구성하는 물질의 조성비 및 직렬 공진 소자를 구성하는 물질의 조성비를 조정함으로써, 대역폭을 넓게 할 수 있다.
만일, 반대로, 병렬 공진 소자의 폴러리제이션 팩터가 직렬 공진 소자의 폴 러리제이션 팩터보다 작도록, 병렬 및 직렬 공진 소자를 구성하는 물질의 조성비를 조정한다면, 병렬 공진 소자의 폴(pole)이 우측으로 이동하게 되어 결국, 프리세션 주파수 대역폭이 감소하게 된다.
페이즈 쉬프터(504)는 신호의 위상 차이를 두어, 송신신호와 수신신호가 서로 섞이지 않도록 한다.
한편, 본 발명의 듀플렉서는 영구자석이 도포된 패키지에 내장되는 것을 특징으로 한다.
도 13 (a) 및 (b)는 밴드 패스 필터가 내장되는 패키지의 일 예를 나타내는 도면이다. 도 13에 도시된 바와 같이, 패키지(600, 610) 내에 제1 및 제2 밴드 패스 필터(602, 604, 612, 614)가 내장되어 있다.
특히, 패키지(600, 610)는 영구자석(606, 616)가 도포되어 있다. 이 영구자석(606, 616)의 자기장 세기를 조정함으로써, 프리세션 주파수 대역을 조정할 수 있다. 영구자석의 자기장 세기는 O 내지 10000[Oe:웨스테드]까지 조정할 수 있도록 한다.
패키지(600, 610)의 구성 물질은 세라믹 물질 또는 금속 물질로 구성되는 것을 특징으로 한다. 패키지(600, 610)이 세라믹 재질로 구성됨으로써, 집적회로와의 일체화가 가능하다.
이러한 본원 발명인 공진 소자, 밴드 패스 필터 및 듀플렉서는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
본 발명에 의한 공진 소자는 4[GHz] 이상의 고주파수 영역에 사용할 수 있는 밴드 패스 필터 또는 듀플렉서를 구현할 수 있도록 한다.
또한, 본 발명에 의한 밴드 패스 필터 또는 듀플렉서는 부품의 크기를 소형화함으로써, 이동통신기기의 경량화 및 소형화를 구현할 수 있도록 한다.
또한, 본 발명에 의한 밴드 패스 필터 또는 듀플렉서는 프리세션 주파수의 대역폭을 조정할 수 있도록 한다.
또한, 본 발명에 의한 밴드 패스 필터 또는 듀플렉서는 세라믹 재질 또는 금속 물질의 패키지에 장착함으로써, 집적회로와의 모듈화가 가능하도록 한다.
Claims (37)
- 비자성 전도물질로 구성된 제1 전극;상기 제1 전극 위에 형성되어 있으며, 자화 방향이 고정된 강자성 물질로 구성된 강자성 고정층;상기 강자성 고정층 위에 형성되어 있으며, 비자성 전도물질로 구성된 비자성 전도층;상기 비자성 전도층 위에 형성되어 있으며, 자화 방향이 외부자계에 따라 변화하는 강자성 물질로 구성된 강자성 자유층; 및상기 강자성 자유층 위에 형성되어 있으며, 비자성 전도물질로 구성된 제2 전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 공진 소자.
- 제1항에 있어서, 상기 강자성 고정층은상기 제1 전극 위에 형성되어 있으며, 자화 회전을 억제하는 자화 회전 억제층; 및상기 자화 회전 억제층 위에 형성되어 있으며, 상기 자화 회전 억제층에 의해 자화 방향이 고정되어 있는 강자성층을 구비하는 것을 특징으로 하는 공진 소자.
- 제2항에 있어서, 상기 자화 회전 억제층은백금(Pt), 망간(Mn), 이리듐(Ir), 철(Fe) 및 니켈(Ni) 중 적어도 둘 이상의 합성 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 공진 소자.
- 제2항에 있어서, 상기 강자성층은철(Fe), 코발트(Co) 및 니켈(Ni) 중 어느 하나의 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 공진 소자.
- 제2항에 있어서, 상기 강자성층은철(Fe), 코발트(Co) 및 니켈(Ni) 중 적어도 둘 이상의 합성 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 공진 소자.
- 제2항에 있어서,폴러리제이션 팩터(polarization factor)의 변경을 위해, 상기 강자성층을 구성하는 물질의 조성비를 조정하는 것을 특징으로 하는 공진 소자.
- 제2항에 있어서, 상기 강자성층은상기 강자성 자유층의 프리세션(precession) 운동에 대한 댐핑 상수를 조정하는 댐핑 조정물질을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공진 소자.
- 제7항에 있어서, 상기 강자성층은상기 댐핑 조정물질로서, 오스뮴(Os), 니오븀(Nb), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 탄탈륨(Ta) 및 백금(Pt) 중 적어도 하나 이상의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 공진 소자.
- 제1항에 있어서, 상기 비자성 전도층은금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 백금(Pt), 텅스텐(W), 루테늄(Ru), 크롬(Cr), 몰리브데늄(Mo), 로듐(Rh), 탄탈륨(Ta) 및 티탄늄(Ti) 중 적어도 하나 이상의 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 공진 소자.
- 제1항에 있어서, 상기 비자성 전도층은금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 백금(Pt), 텅스텐(W), 루테늄(Ru), 크롬(Cr), 몰리브데늄(Mo), 로듐(Rh), 탄탈륨(Ta) 및 티탄늄(Ti) 중 적어도 둘 이상의 합성 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 공진 소자.
- 제1항에 있어서, 상기 강자성 자유층은철(Fe), 코발트(Co) 및 니켈(Ni) 중 어느 하나의 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 공진 소자.
- 제1항에 있어서, 상기 강자성 자유층은철(Fe), 코발트(Co) 및 니켈(Ni) 중 적어도 둘 이상의 합성 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 공진 소자.
- 제1항에 있어서,폴러리제이션 팩터(polarization factor)의 변경을 위해, 상기 강자성 자유층을 구성하는 물질의 조성비를 조정하는 것을 특징으로 하는 공진 소자.
- 제1항에 있어서, 상기 강자성 자유층은상기 강자성 자유층의 프리세션(precession) 운동에 대한 댐핑 상수를 조정하는 댐핑 조정물질을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공진 소자.
- 제14항에 있어서, 상기 강자성 자유층은상기 댐핑 조정물질로서, 오스뮴(Os), 니오븀(Nb), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 탄탈륨(Ta) 및 백금(Pt) 중 적어도 하나 이상의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 공진 소자.
- 제1항에 있어서,상기 공진 소자를 수직으로 관통하여 흐르는 전류의 변화에 따라, 상기 강자성 자유층의 프리세션(precession) 주파수가 조정되는 것을 특징으로 하는 공진 소자.
- 제1항에 있어서,상기 공진 소자의 소자 면적의 변화에 따라, 상기 강자성 자유층의 프리세션(precession) 주파수가 조정되는 것을 특징으로 하는 공진 소자.
- 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항의 공진 소자를 적어도 둘 이상 구비하고 있으며, 상기 둘 이상의 공진 소자들이 직렬 및 병렬로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 밴드 패스 필터.
- 제18항에 있어서, 상기 밴드 패스 필터는상기 공진 소자를 수직으로 관통하여 흐르는 전류의 변화에 따라, 상기 강자성 자유층의 프리세션(precession) 주파수 대역이 조정되는 것을 특징으로 하는 밴드 패스 필터.
- 제18항에 있어서, 상기 밴드 패스 필터는상기 공진 소자의 소자 면적의 변화에 따라, 상기 강자성 자유층의 프리세션(precession) 주파수 대역이 조정되는 것을 특징으로 하는 밴드 패스 필터.
- 제18항에 있어서,상기 공진소자의 대역폭을 조정하기 위해, 상기 직렬 연결된 공진 소자의 상기 댐핑 조정물질 및 상기 병렬 연결된 공진 소자의 상기 댐핑 조정물질을 조정하 는 것을 특징으로 하는 밴드 패스 필터.
- 제18항에 있어서,상기 공진소자의 대역폭을 조정하기 위해, 상기 병렬 연결된 공진 소자를 구성하는 물질의 조성비 및 상기 직렬 연결된 공진 소자를 구성하는 물질의 조성비를 조정하여, 상기 병렬 연결된 공진소자 및 상기 직렬 연결된 공진소자의 폴라리제이션 팩터(polarization factor)를 조정하는 것을 특징으로 하는 밴드 패스 필터.
- 제18항에 있어서, 상기 밴드 패스 필터는영구자석이 도포된 패키지에 내장되는 것을 특징으로 하는 밴드 패스 필터.
- 제23항에 있어서,상기 영구자석의 자기장 세기는 조정가능한 것을 특징으로 하는 밴드 패스 필터.
- 제23항에 있어서,상기 패키지는 세라믹 물질 또는 금속로 구성되는 것을 특징으로 하는 밴드 패스 필터.
- 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항의 공진 소자를 각각 적어도 둘 이상씩 갖 는 제1 및 제2 밴드 패스 필터들 및 페이즈 쉬프터(phase shifter)를 구비하는 것을 특징으로 하는 듀플렉서.
- 제26항에 있어서, 상기 제1 밴드 패스 필터는상기 공진 소자를 수직으로 관통하여 흐르는 전류의 변화에 따라, 상기 강자성 자유층의 프리세션(precession) 주파수 대역이 조정되는 것을 특징으로 하는 듀플렉서.
- 제26항에 있어서, 상기 제1 밴드 패스 필터는상기 공진 소자의 소자 면적의 변화에 따라, 상기 강자성 자유층의 프리세션(precession) 주파수 대역이 조정되는 것을 특징으로 하는 듀플렉서.
- 제26항에 있어서, 제1 밴드 패스 필터는대역폭을 조정하기 위해, 직렬 연결된 공진 소자의 댐핑 조정물질 및 병렬 연결된 공진 소자의 댐핑 조정물질을 조정하는 것을 특징으로 하는 듀플렉서.
- 제26항에 있어서, 제1 밴드 패스 필터는대역폭을 조정하기 위해, 병렬 연결된 공진 소자를 구성하는 물질의 조성비 및 직렬 연결된 공진 소자를 구성하는 물질의 조성비를 조정하여, 상기 병렬 연결된 공진소자 및 상기 직렬 연결된 공진소자의 폴라리제이션 팩터(polarization factor)를 조정하는 것을 특징으로 하는 듀플렉서.
- 제26항에 있어서, 상기 제2 밴드 패스 필터는상기 공진 소자를 수직으로 관통하여 흐르는 전류의 변화에 따라, 상기 강자성 자유층의 프리세션(precession) 주파수 대역이 조정되는 것을 특징으로 하는 듀플렉서.
- 제26항에 있어서, 상기 제2 밴드 패스 필터는상기 공진 소자의 소자 면적의 변화에 따라, 상기 강자성 자유층의 프리세션(precession) 주파수 대역이 조정되는 것을 특징으로 하는 듀플렉서.
- 제26항에 있어서, 제2 밴드 패스 필터는대역폭을 조정하기 위해, 직렬 연결된 공진 소자의 댐핑 조정물질 및 병렬 연결된 공진 소자의 댐핑 조정물질을 조정하는 것을 특징으로 하는 듀플렉서.
- 제26항에 있어서, 제2 밴드 패스 필터는대역폭을 조정하기 위해, 병렬 연결된 공진 소자를 구성하는 물질의 조성비 및 직렬 연결된 공진 소자를 구성하는 물질의 조성비를 조정하여, 상기 병렬 연결된 공진소자 및 상기 직렬 연결된 공진소자의 폴라리제이션 팩터(polarization factor)를 조정하는 것을 특징으로 하는 듀플렉서.
- 제26항에 있어서, 상기 듀플렉서는영구자석이 도포된 패키지에 내장되는 것을 특징으로 하는 듀플렉서.
- 제35항에 있어서,상기 영구자석의 자기장 세기는 조정가능한 것을 특징으로 하는 듀플렉서.
- 제35항에 있어서,상기 패키지는 세라믹 물질 또는 금속으로 구성되는 것을 특징으로 하는 듀플렉서.
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