KR101014472B1

KR101014472B1 - 밀집한 다층형 회로

Info

Publication number: KR101014472B1
Application number: KR1020087006718A
Authority: KR
Inventors: 로렌스 달콘조; 크리스토퍼 에이. 모예; 에두아르도 디. 주니어 바리엔토스; 데이비드 제이. 드라페우; 마이클 티. 크른코비치; 탐랫 아칼리
Original assignee: 레이던 컴퍼니
Priority date: 2005-09-20
Filing date: 2006-08-22
Publication date: 2011-02-14
Also published as: ATE544193T1; NO339769B1; JP2009509401A; EP1927154B1; AU2006292765A1; KR20080036654A; NO20081894L; CA2606375C; AU2006292765B2; WO2007035220A1; CA2606375A1; EP1927154A1; JP4509208B2; US7423498B2; US20070063789A1; ES2381685T3

Abstract

밀집한 다층형 신호 처리 시스템(10)에 관한 것이다. 예시적인 실시예에서, 시스템(10)은 극초단파 신호를 이용한 사용에 적용된다. 시스템(10)은 입력 신호를 수신하고 입력 신호를 제1 신호 경로 상으로 선택적으로 전송하기 위한 제1 메커니즘(24)을 포함한다. 제2 메커니즘(50 내지 56, 34, 36, 58 내지 64)은 입력 신호를 제1 신호 경로를 따라 하나 이상의 층(16 내지 22)을 통해 제1 회로 컴포넌트(96)로 전송한다. 제1 회로 컴포넌트(96)는 수신한 입력 신호에 대한 응답으로 조정된 신호를 출력한다. 제3 메커니즘(26, 80 내지 86, 72, 74, 88 내지 94)는 조정된 신호를 시스템(10)의 출력(78)과 연결시킨다. 특정 실시예에서, 하나 이상의 층(16 내지 22)은 하나 이상의 그라운드면 층(18, 20)을 포함한다. 제1 메커니즘(24)은 제어기(40)과 통신하는 입력 스위칭 네트워크(24)를 포함한다. 입력 스위칭 네트워크(24)는, 스위칭층(14) 상에 위치하고 하나 이상의 제어기(40, 44)와 통신하여 입력 신호가 복수의 입력 신호 경로들 중 한 경로 상으로 선택적으로 스위칭하는 것을 용이하게 한다. 제2 메커니즘(50 내지 56, 34, 36, 58 내지 64)은, 입력 스위칭 네트워크(24)로부터 적어도 하나의 수평 그라운드면 층(18)을 수직으로 통과하여 제1 회로 컴포넌트(96)의 입력단(input end)으로 연장된 제1 입력 도파관(50, 54, 34, 58, 62; waveguide)을 더 포함한다. 제3 메커니즘(26, 80 내지 86, 72, 74, 88 내지 94)는, 제1 회로 컴포넌트(96)의 출력단(output end)으로부터 적어도 하나의 수평 그라운드면 층(18)을 수직으로 통과하여 스위칭층(14) 상에 배치된 출력 스위칭 네트워크(26)로 연장하는 제1 출력 도파관(80, 84, 72, 88, 92)을 포함한다.

밀집한 다층형 회로(compact multilayer circuit), 도파관(waveguide)

Description

밀집한 다층형 회로{COMPACT MULTILAYER CIRCUIT}

본 발명은 회로에 관한 것이다. 구체적으로는, 본 발명은 극초단파 주파수 변환기 회로 같이 회로를 패키징하고 격리하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.

회로 격리 및 패키지 시스템은, 이를 필요로 하는 극초단파 필터뱅크(filter bank)를 포함하는 다양한 애플리케이션에서 이용된다. 이 같은 애플리케이션은 컴포넌트 간의 전기적 간섭을 최소화하는 밀집된 패키지를 필요로 한다.

밀집한 회로 격리 시스템은, 스위치, 필터, 증폭기, 및 신호 변환기 간의 크로스토크(crosstalk)가 특히 문제가 되는 극초단파 주파수 변환기 및 필터뱅크에서 특별히 유용하다. 통상적으로, 극초단파 시프터(shiter) 컴포넌트는, 전선, 리본(ribbon), 및/또는 납땜 내부 연결들을 통해 내부 연결된, 고가인 양면에 공동이 있는 하우징 조립체로 개별적으로 패키지화된다. 보통 이와 같은 컴포넌트 조립체는 바람직하지 않을 정도로 크기가 크고 고가이다. 더 나아가, 다양한 내부 연결들은 파손되기 쉬우며, 이는 시스템의 신뢰성을 떨어뜨린다.

그러므로, 전기적 격리를 필요로 하는 회로 컴포넌트를 조립하고 패키징하기 위한, 비용 효율적이면서 및 공간 효율적인 시스템 및 방법에 대한 요구가 당업계 에 존재한다.

당업계의 이 요구는 본 발명의 밀집한 다층형(multilayer) 신호 처리 시스템에 의해 해결된다. 예시적인 실시예에서, 본 시스템은 극초단파 신호의 사용에 적합하다. 본 시스템은 입력 신호를 수신하고 입력 신호를 제1 신호 경로 상으로 선택적으로 전송하기 위한 제1 메커니즘을 포함한다. 제2 메커니즘은, 입력 신호를 변경하고 입력 신호에 대한 응답으로 조정된 신호를 제공하기 위해, 입력 신호를 제1 신호 경로를 따라 하나 이상의 그라운드면 층을 포함하는 하나 이상의 층을 통하여 제1 회로 컴포넌트로 전송한다. 제3 메커니즘은 조정된 신호를 출력한다.

일 특정 실시예에서, 제1 메커니즘은, 입력 신호를 복수의 입력 신호 경로들 중 한 경로 상으로 선택적으로 스위칭하기 위해, 하나 이상의 제어기와 통신하는 입력 스위칭 네트워크를 포함한다. 스위칭 네트워크는 스위칭층 상에 위치한다. 제2 메커니즘은 입력 스위칭 네트워크로부터 적어도 하나의 그라운드면 층을 통과하여 제1 회로 컴포넌트의 입력단(input end)으로 연장된 제1 입력 신호를 처리한다. 제3 메커니즘은 제1 회로 컴포넌트의 출력단으로부터 적어도 하나의 그라운드면 층을 통과하여 스위칭층 상에 배치된 출력 스위칭 네트워크로 연장된 제1 출력 신호를 처리한다. 본 특정 실시예에서, 입력 스위칭 네크워크 및 출력 스위칭 네트워크는 마이크로스트립(microstrip) 스위칭 네트워크이다. 제1 회로 컴포넌트는 회로층에 배치된 스트립라인(stripline) 회로 컴포넌트이다. 회로층은 제1 그라운드면 층과 제2 그라운드면 층 사이에 위치한다.

좀 더 구체적인 실시예에서, 제1 회로 컴포넌트는 극초단파 필터이다. 회로층은, 제1 그라운드면 층을 통과하여 입력 스위칭 네트워크 및 출력 스위칭 네트워크로 각각 연장된 각각의 입력 도파관(waveguide) 및 출력 도파관에 각각 연결되는 복수의 회로 컴포넌트들을 포함한다.

예시적인 실시예에서, 본 시스템은 입력 스위칭 네트워크 및/또는 출력 스위칭 네트워크에 연결된 하나 이상의 제어기를 더 포함한다. 하나 이상의 제어기는, 다층형 신호 처리 시스템의 주어진 동작 모드에 대한 응답으로 회로층 상에 배치된 원하는 회로 컴포넌트를 선택적으로 활성화시키거나 선택하기 위한 것이다. 본 시스템은, 회로층의 맞은편의 제2 그라운드면 층의 일측면에 배치된, 제2 그라운드면 층과 실질적으로 인접하고 평행한 하나 이상의 추가적인 회로층을 더 포함한다. 하나 이상의 추가적인 회로층은 회로층에 배치된 하나 이상의 추가적인 극초단파 필터를 포함한다. 제1 입력 도파관 및 제1 출력 도파관을 포함하는, 다양한 도파관들은 도파관에 평행한 모드 억제(mode-suppresion) 구멍들을 장착하고 있는데, 여기서 도파관들은 원형 도파관이다.

본 실시예는 다수의 필터 요소를 포함하는 적층된 다층형 극초단파 필터이다. 그라운드면 층들 사이 또는 그라운드면 층들에 인접한 필터 요소의 고유한 위치는 향상된 입/출력 격리를 용이하게 하고, 필터를 실행하는데 필요한 요소를 현격하게 줄인다. 고유한 입력 및 출력 스위칭 네트워크를 사용함으로써 필터를 좀 더 다양하게 응용하고 크기를 더 줄일 수 있다. 스위칭 네트워크는 필터 입력 신호를 적절한 층 및 이에 부착된 필터 요소로 스위칭하여, 필터 입력 및 출력 터미널 간의 최소한의 간섭 및 최대한의 전기적 격리를 이루어내면서, 동시에 결과물인 필터링된 출력 신호를 선택적으로 출력할 수 있다. 필터 요소를 스위칭 네크워크에 연결하면서, 필터의 하나 이상의 필터층을 통해 연장된 수직 도파관은 필터 응답 특성을 더 향상시키는 특수한 모드 억제 구멍들이 있다.

도 1은 본 실시예에 따르는 적층된 다층형 프로그래머블(programmable) 극초단파 필터를 도시한 조립도.

도 2는 도 1의 적층된 다층형 프로그래머블 필터의 필터층을 도시한 확대도.

도 3은 RF(Radio Frequency) 스위칭층 및 도 1의 적층된 다층형 프로그래머블 필터의 신호 제어 전송층을 도시한 상세도.

도 4는 도 1의 프로그래머블 필터의 예시적인 수직 RF 천이부(transition)를 도시한 확대도.

도 5는 도 4의 예시적인 수직 RF 천이부를 더 상세히 도시한 확대도.

본 발명이 특정 애플리케이션에 대한 예시적인 실시예를 참조하여 여기에 기술되었지만, 본 발명은 이 실시예에 한정되지 않는다는 것을 이해할 수 있다. 당업자는 본 발명의 범위 및 본 발명의 이용 가치가 높은 여타 분야들 내에서 추가적인 수정, 응용, 및 실시될 수 있다는 점을 인식할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따르는 적층된 다층형 프로그래머블 극초단파 필터(10)의 조립도이다. 명확하게 하기 위해, 전원 공급기, 안테나 등과 같은 다 양한 종래의 컴포넌트들이 도면에서 생략되었다. 그러나, 당업자는 임의의 애플리케이션에 대한 필요성을 충족시키기 위해 어떤 컴포넌트를 어떻게 이용하는지를 알 것이다.

적층된 프로그래머블 극초단파 필터(10)는, 위에서부터 아래 방향으로 순서대로, 스위칭층(14), 제어-전송층(16), 제1 그라운드면 층(18), 제1 필터층(20), 제2 그라운드면 층(22), 및 제2 필터층(24)을 포함한다. 다양한 층들(14 내지 24)은 도 1에 도시된 바와 같이 거의 평행하고 일치한다. 다양한 층들(14 내지 24)은, 본 실시예에서는 듀로이드(Duroid)인, 낮은 유전 손실률을 가지는 기판 코어이다. 듀로이드는 로저스사(Rogers Corp)에 주문 가능하다.

스위칭층(14)은 스위칭층(14)의 상부표면(48)의 양 끝단에 위치하는 입력 스위칭 네트워크(24) 및 출력 스위칭 네트워크(26)를 포함한다. 공통 그라운드면 층이 제1 그라운드면 층(18)을 통해 구현되며 스위칭 네트워크들(24, 26)은 마이크로스트립을 통해 구현된다.

입력 스위칭 네트워크(24)는 입력 극초단파 신호를 수신하기 위한 입력 터미널(28)을 포함한다. 본 특정 실시예에서, 입력 터미널(28)은 제1 1-4 스위치(30)의 입력에 연결된다. 제1 스위치(30)는 입력을 제2 1-4 스위치(32), 제1 수직 RF 천이부(34), 제2 수직 RF 천이부(36) 및 제3 1-4 스위치(38)에 선택적으로 제공한다.

제2 1-4 스위치(32)는 입력을 제3 수직 RF 천이부(50), 제4 수직 RF 천이부(52), 제5 수직 RF 천이부(54), 및 제6 수직 RF 천이부(56)로 선택적으로 제공한 다. 제3 1-4 스위치(38)는 입력을 제7 수직 RF 천이부(58), 제8 수직 RF 천이부(60), 제9 수직 RF 천이부(62), 및 제10 수직 RF 천이부(64)로 선택적으로 제공한다. 1-4 스위치들(30, 32, 38)은 제1 ASIC(Application-Specific Integrated Circuit) 제어기(40)로부터 수신된 제어 신호에 응답한다. 제어 신호는 제어-전송층(16)을 경유하여 전송 경로들의 제1 집합(42)을 통해 라우팅되는데, 이 전송 경로들의 제1 집합(42)은 스위칭층(14)을 통과하여 연장된 (도시되지 않은) 수직 연결들을 경유하여 제1 ASIC 제어기 및 입력 스위칭 네트워크(24)에 연결되어 있다.

출력 스위칭 네트워크(26)는 제1 4-1 스위치(68)를 포함하고, 제1 4-1 스위치(68)의 출력은 출력 터미널(78)에서 제공되는 프로그래머블 적층된 극초단파 필터(10)의 출력을 의미한다. 제2 제어기(44)로부터의 제어 신호의 수신에 응답하여, 4-1 스위치(68)는 제2 4-1 스위치(70), 제1 출력 수직 RF 천이부(72), 제2 출력 수직 RF 천이부(74), 및 제3 4-1 스위치(76)로부터의 입력을 출력 터미널(78)로 선택적으로 스위칭한다.

제2 4-1 스위치(70)는, 제2 제어기(44)로부터의 특정 제어 신호의 수신에 응답하여, 제3 내지 제6 출력 수직 RF 천이부들(80 내지 86)로부터의 각각의 입력을 제1 4-1 스위치(68)의 입력으로 선택적으로 스위칭한다. 비슷하게, 제3 4-1 스위치(76)는 제7 내지 제10 출력 수직 RF 천이부들(88 내지 94)로부터의 각각의 신호를 제1 4-1 스위치(68)의 입력으로 선택적으로 스위칭한다.

다양한 스위치들(68, 70, 76)은 제2 ASIC 제어기(44)로부터 수신한 제어 신호에 응답한다. 제어 신호는 제어 전송층(16)을 경유하여 전송 경로들의 제2 집 합(46)을 통해 라우팅되는데, 이 전송 경로들의 제2 집합(46)은 스위칭층(14)을 통과하여 연장된 (도시되지 않은) 수직 연결들을 경유하여 제2 ASIC 제어기 및 출력 스위칭 네트워크(26)에 연결되어 있다.

제1, 제3, 제5, 제7, 및 제9 입력 수직 RF 천이부들(34, 50, 54, 58, 62)은 스위칭층(14), 제어-전송층(16), 및 제1 그라운드면 층(18)을 거의 수직으로 통과하여 제1 필터층(20)으로 각각 연장되어 있다. 제1 필터층(20)에서, 입력 수직 RF 천이부들(34, 50, 54, 58, 62)이 5 개의 제1 층 필터 요소들(96) 각각의 입력들에 연결되어 있는데, 도 1에는 5개의 제1 층 필터 요소들(96) 중 3개가 도시되어 있다. 도시된 3 개의 제1 층 필터 요소들은 제1 필터요소(98), 제2 필터 요소(100), 및 제3 필터 요소(102)를 포함하는데, 이들은 제3 입력 수직 RF 천이부(50), 제5 입력 수직 도파관(54), 및 제1 입력 수직 도파관(34)과 각각 연결되어 있다.

이에 대응하는 제1, 제3, 제5, 제7, 제9 출력 수직 RF 천이부(72, 80, 84, 88, 92)는 스위칭층(14), 제어-전송층(16), 및 제1 그라운드면 층(18)을 거의 수직으로 통과하여 각각 연장되어 있고, 각각의 제1 층 필터 요소들(96)의 출력들에 연결되어 있다. 제1 필터 요소(98), 제2 필터 요소(100), 및 제3 필터 요소(102)의 출력들은 제3 출력 수직 RF 천이부(80), 제5 출력 수직 RF 천이부(84), 및 제1 출력 수직 RF 천이부(72)와 각각 연결되어 있다.

제2, 제4, 제6, 제8, 및 제10 입력 수직 RF 천이부들(36, 52, 56, 60, 64)은 스위칭층(14), 제어-전송층(16), 제1 그라운드면 층(18), 제1 필터층(20), 및 제2 그라운드면 층(22)을 거의 수직으로 통과하여 각각 연장되어 있다. 입력 수직 RF 천이부들(36, 52, 56, 60, 64)은 5 개의 제2 층 필터 요소들(104)의 입력에 각각 연결되어 있는데, 도 1에는 5개 중 3개가 도시되어 있다. 도시된 3 개의 제2 층 필터 요소들은 제1, 제2, 및 제3의 제2 층 필터 요소들(106, 108, 110)을 각각 포함한다. 도시된 제2 층 필터 요소들(106, 108, 110)의 입력은 제4 입력 수직 RF 천이부(52), 제6 입력 수직 도파관(56), 및 제2 입력 수직 RF 천이부(36)에 각각 연결된다.

제2, 제4, 제6, 제8, 및 제10 출력 수직 RF 천이부들(74, 82, 86, 90, 94)은 스위칭층(14), 제어-전송층(16), 제1 그라운드면 층(18), 제1 필터층(20), 및 제2 그라운드면 층(22)을 거의 수직으로 통과하여 각각 연장되어 있다. 출력 수직 RF 천이부들(74, 82, 86, 90, 94)은 5 개 각각의 제2 층 필터 요소(104)의 출력에 연결되어 있다. 도시된 제2 층 필터 요소들(106, 108, 110)의 출력은 제4 출력 수직 RF 천이부(82), 제6 출력 수직 RF 천이부(86), 제2 출력 수직 RF 천이부(74)에 각각 연결되어 있다.

본 발명의 특정 실시예에서, 제어-전송층(16)은 듀로이드 같은 유전 재료로 실질적으로 제조될 수 있다. 제어-전송층(16)의 상부표면(112)에는 표면 금속배선(metallization)이 없는 것으로 도시되어 있지만, 도시된 입력 수직 도파관(34, 36, 50 내지 56) 같은 다양한 수직 RF 천이부들에 대응하는 동축 (coaxial) 구조인, 기판 관통 구멍들(plated though hole)이 있다.

본 실시예에서, 제1 그라운드면 층(18)은, 다양한 수직 RF 천이부들(34, 36, 50 내지 64, 74, 76,80 내지 94)에 대응하는 수직 RF 천이부 구멍들을 포함하는 제1 금속 도금 상부표면(114)이 있는, 유전 기판을 통해 구현된다. 비슷하게, 제2 그라운드면 층(22)은 수직 RF 천이부 구멍들이 있는 제2 금속 도금 상부표면(118)이 존재하는, 유전 기판을 통해 구현된다. 또한, 제2 필터층(24)에 유전 코어에 배치된 금속 표면(120)이 있다.

도 1의 필터(10)에서, 다양한 수직 도파관들(34, 36, 50 내지 64, 74, 76, 80 내지 94)이 다양한 수평층들(14 내지 24)을 수직으로 통과하여 연장하는 것으로 도시되어 있다. 그러나, 다양한 수직 RF 천이부들(34, 36, 50 내지 64, 74, 76, 80 내지 94)은 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고, 소정의 각도를 이루면서 수평층들(14 내지 24)을 통과하여 직각 방향으로 연장될 수 있다. 본 발명에 관한 설명의 편의를 위해, '수직으로 통과한' 이란 용어는 '완전한 수직으로 통과한' 또는 '소정의 각도로 통과한' 을 의미하도록 해석된다.

제1 필터층(20)에, 필터 요소(96)에 대응하는 전략적으로 제거된 구역을 포함하는 상부표면의 금속배선(116)을 포함하는 유전 코어가 있다. 전략적으로 제거된 구역 내의 금속배선은 필터 요소(96)를 통과하는 극초단파 상의 목적한 필터링 동작을 제공하도록 구성된다. 제2 필터층(24)은 제2 필터층(24)의 금속 표면(120)을 통과하는 도파관 구멍들이 부재한다는 사실을 제외하고는 제1 필터층(20)과 비슷하게 구성된다.

제1 그라운드면 층(114) 및 제2 그라운드면 층(118) 사이에 위치하는, 필터 요소(96)는 스트립라인 필터 요소이다. 따라서, 필터 요소(96)는 동질이며(homogenous), 종래의 다른 특정 필터 요소에 대해 향상된 필터 응답을 보인다. 제2 필터층(24)은, 제2 필터층(24)을 통과하는 도파관이 필요하지 않다는 사실만을 제외하면, 제1 필터층(20)과 유사하게 구성된다.

동작에서, ASIC 제어기(40, 44)는, 제1 필터층(20)의 필터 요소(96)로부터의 또는 제2 필터층(104)의 필터 요소(104)로부터 특정 필터 요소를 선택하는 입력 스위칭 네트워크(24) 및 출력 스위칭 네트워크(26)를 구성하고 있다. 입력 네트워크(24) 및 출력 네트워크(26)의 적절한 스위치에 의해, 입력 신호가 입력 스위칭 네트워크(14), 이에 대응하는 입력 수직 RF 천이부, 선택된 필터 요소, 이에 대응하는 출력 수직 도파관, 및 출력 스위칭 네트워크(26)를 통하여 출력 터미널(78)로 통과 가능한 경우 특정 필터 요소가 선택된다.

본 특정 실시예에서, 밀집 적층 필터(10)의 구성은 4 GHz 내지 15 GHz 같은 소정의 극초단파 주파수 범위 내에서 전자기 에너지를 필터링하는데 적용된다. 더 나아가, 본 실시예에서, 한 번에 오직 하나의 필터 요소가 제어기(40, 44)를 통해 선택된다.

입력/출력 터미널(28, 78)과 선택된 필터 요소 사이의 그라운드면 층들(18, 22)의 이용과 더불어, 입력 스위칭 네트워크(24) 및 출력 스위칭 네트워크(26)의 전략적 이용은 터미널들(28, 78) 간 및 선택된 필터 요소의 입력과 출력 간의 전기적 격리를 매우 향상시킨다. 위의 전략적 이용은, 각 필터 요소가 충분한 입력/출력 격리를 확보하기 위한 독립적이고도 인접한 특수 공동 하우징에 대한 필요성을 없앤다. 따라서, 필터(10)의 풋프린트(footprint)는 미사일, 비행기, 및 인공위성 시스템을 포함하는 다양한 애플리케이션에서 중요한, 필터 점유 공간을 감소시킨다.

필터층들(20, 24)을 포함하는 다양한 층들이 금속(134)으로 코팅되어 있다는 점에 주목하자. 금속 배선(134)은 모든 그라운드면 층들(18, 22)에 연결되어 있으며, 이는 신호 격리를 더욱 향상시켜 크로스토크를 더 감소시킨다. 하부 필터들(104 내지 110)은 스트립라인 필터라는 점을 주의하자. 그 결과, (도시되지 않은) 추가 그라운드면 층이 하부 필터층(24) 아래에 포함되어 있다.

ASIC 제어기들(40, 44)은 각 필터 요소(96, 104)의 특성들을 필터링하는 것에 대한 정보를 저장하고, 주어진 신호 환경에 적절한 필터를 선택하는 알고리즘을 실행한다. 부가하여, 전반적인 필터 성능을 향상시키기 위해, ASIC 제어기들(40, 44)은 튜닝 신호를 스위치들(30, 32, 38)에서 스위치들(68, 70, 76)로 연장된 다양한 회로 경로로 전송 경로들(42, 46)을 통해 전송한다. 과도한 실험 없이 본 발명의 사상에 접근할 수 있는 당업자에 의해 용이하게 개발될 수 있는 사전 결정된 알고리즘에 기초하여, 튜닝 신호는 ASIC 제어기(40, 44)에 의해 연산될 수 있다.

본 실시예에서, ASIC 제어기들(40, 44)은 입력 터미널(28)에 제공되는 전자기 에너지의 주파수에 따라 적절한 필터 요소들(96, 104)을 선택한다. 제어기들(40, 44)은 (도시되지 않은) 주파수 측정 장치와 통신할 수 있다. 다르게는, 입력 신호의 주파수를 판정하여 주파수에 따라 적절한 필터 요소(96, 104)를 선택하는 것을 용이하게 하기 위해, 적절한 기능을 제어기들(40, 44)에 탑재할 수 있다. 또 다르게, 제어기들(40, 44)은 특정 필터 요소들(96, 104)을 선택하기 위해 수동으로 사전 구성될 수 있다. 당업자는 사용자 프로그래머블 컴퓨터 또는 다른 ASIC를 통해 제어기들(40, 44) 및 이에 수반되는 알고리즘을 과도한 실험 없이 구현할 수 있다.

본 특정 실시예에서, 이하에서 더 자세히 기술되는 것처럼, 다양한 수직 RF 천이부들(34, 36, 50 내지 64, 74, 76, 80 내지 94)에 수직 RF 천이부들 내의 바람직하지 않은 신호 모드 전달을 억제하도록 최적화된 모드 억제 구멍들이 있다. 모드 억제 구멍들(122)은 수직 RF 천이부들(34, 36, 50 내지 64, 74, 76, 80 내지 94)에 실질적으로 평행하게 배치되는 금속 기판 관통 홀들을 통해 구현된다. 본 실시예에서, 수직 RF 천이부들(34, 36, 50 내지 64, 74, 76, 80 내지 94)은 동축 구조 또는 원형 도파관을 통해 구현된다. 원형 도파관 이외의 도파관이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 이용될 수 있다.

당업자는, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 적층 필터(10)의 크기를 조절하여, 층을 추가하거나, 층 당 필터 요소들을 추가하고, 또는 층의 수를 감소시키거나 층 당 필터 요소들의 수를 감소시킬 수 있다는 것을 이해할 것이다. 더 나아가, 필터 요소들(96, 104)은 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 주파수 변환기, 증폭기 등과 같은 다른 유형의 회로 컴포넌트로 대체될 수 있다.

본 발명의 구체적인 실시예에서, 스위칭 네트워크들(24, 26) 및 수직 RF 천이부 간의 인터페이스는 스트립라인에서 원형 변환(stripline to circular transition)을 통해 구현된다. 비슷하게, 수직 RF 천이부들(34, 36, 50 내지 64, 74, 76, 80 내지 94) 및 필터들(96 내지 102, 104 내지 110)은 원형에서 스트립라인 변환(circular to stripline)을 통해 구현된다. 종래의 스트립라인에서 원형 변환 및/또는 원형에서 스트립라인으로 변환은 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 이용될 수 있다.

당업자는 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 적층된 프로그래머블 극초단파 필터(10)가 극초단파 이외의 주파수를 나타내는 전자기 에너지를 사용하는 경우에도 적용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 더 나아가, 다양한 극초단파 필터들(96, 104)은, 본 발명의 사상에서 벗어나지 않고, 필터를 제외한, 증폭기, 주파수 변환기 등과 같은 다른 회로 컴포넌트로 대체될 수 있다. 추가적으로, 스위칭 네트워크들(24, 26)은 다른 유형의 스위칭 네트워크로 대체될 수 있다. 예를 들어, 1-4 스위치(30, 32, 38)는 하나의 1-10 스위치로 대체될 수 있다. 하나의 1-20 스위치는 적층 필터(10)에 20 개의 필터 요소가 있는 실시예에서 이용될 수 있다.

격리-향상 지면들(18, 22)이 있는 적층된 접근 방법과 결합한 스위칭 네트워크들(24, 26)의 고유한 이용은 컴포넌트 간의 크로스토크를 최소화하고 입력 터미널(28) 및 출력 터미널(78) 간의 전기적 격리를 최대화하면서 밀집한 회로 구현을 실현한다.

도 2는 도 1의 적층된 다층형 프로그래머블 필터의 필터층들(20, 24)을 도시하는 확대된 조립도이다. 명확하게 하기 위해, 도 1의 중간층인 그라운드면 층(22)은 도2에서는 도시되지 않는다.

본 발명의 특정 실시예에서, 5개의 제1 층 필터 요소들(96) 및 5개의 제2 층 필터 요소들(104)은, 주변의 금속 표면(134) 내의 제거된 구역(132)으로 둘러싸인 전략적으로 패턴화된 필터 금속 배선(130)을 포함하는 스트립라인 필터 요소에 의 해, 구현된다. 다양한 입력 수직 RF 변환들(52, 56, 36, 60, 64), 출력 수직 RF 변환들(82, 86, 74, 90, 94), 및 수반되는 모드 억제 구멍들(122)은 도 2에서 더 명확하게 보인다.

도 3은 도 1의 적층된 다층형 프로그래머블 필터(10)의 RF(Radio Frequency) 스위칭층(14) 및 제어-전송층(16)을 더 자세히 도시한다. 제1 ASIC 제어기(40)는 제어-전송층(16)에 대응되는 전송 경로의 제1 집합(42)에 연결된다. 비슷하게, 제2 ASIC 제어기(44)는 제어-전송층(16) 내의 전송 경로의 제2 집합(46)에 연결된다.

본 발명의 특정 실시예에서, 다양한 연결 경로(42, 46)는 ASIC 제어기(40, 44)를 입력 스위칭 네트워크(24) 및 출력 스위칭 네트워크(26) 내의 다양한 회로 튜닝 스터브(stub; 140)로 연결한다. 부가적인 회로 경로는 제1 ASIC 제어기(40) 및 제2 ASIC 제어기(44)를 입력 스위치(30, 32, 38) 및 출력 스위치들(68, 70, 76)로 각각 연결한다. 명확하게 하기 위해, 도 1의 제어선들(42, 46)은 도 3에 도시되지 않는다.

도 4는 도 1의 프로그래머블 필터의 예시적인 수직 도파관들(50, 52, 80, 82)을 도시하는 확대도이다. 수직 RF 변환들(50, 52, 80, 82)은 전략적으로 위치하는 모드 억제 구멍들(122)에 의해 둘러싸인 중앙 원형 도파관 구역(142)을 통해 구현될 수 있다. 모드 억제 구멍들(122)의 정확한 수, 크기, 및 위치는 애플리케이션에 따라 특화되고, 임의의 애플리케이션에 대한 필요성을 충족시키도록 본 발명의 사상에 접근할 수 있는 당업자에 의해 용이하게 결정될 수 있다. 예시적인 수직 RF 변환들(50, 52, 80, 82) 같은, 스트립라인 및 마이크로스트립 회로로부터 원형 도파관 및/또는 원형 도파관으로부터 스트립라인 및 마이크로스트립 회로로의 변환을 위한 종래의 방법이 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 본 실시예를 구현하는데 이용될 수 있다.

도 5는 도 4의 예시적인 수직 RF 천이부의 더 확대된 확대도이다. 모드 억제 구멍들(122) 및 수반하는 표면 금속 배선은, 바람직하지 않은 극초단파 신호 전파 모드를 억제하면서, 마이크로스트립 스위칭 네트워크 회로(도 1의 스위칭 네트워크(24) 참조)를 수직 원형 도파관(50) 및 구성 중앙 원형 도파관(142)에 연결하는 것을 용이하게 한다.

그러므로, 본 발명은 특정 응용예를 위한 특정의 실시예를 참조하여 여기에 기술되었다. 본 발명의 사상에 접근 가능한 당업자는 본 발명의 범위 내에서 부가적인 변경, 응용, 및 구현이 이루어질 수 있음을 인식할 것이다. 그러므로, 첨부된 청구항에 의해 임의의 모든 응용, 변경, 및 구현 및 이와 같은 것들이 본 발명의 범위 내에 포함되도록 의도된다.

Claims

다층형 신호 처리 시스템으로서,

입력 신호를 수신하고 상기 입력 신호를 복수의 신호 경로 중의 제1 신호 경로 상으로 선택적으로 라우팅(routing)하기 위한 제1 수단으로서, 상기 제1 수단은 상기 입력 신호를 복수의 입력 신호 경로 중 하나의 경로 상으로 선택적으로 스위칭하기 위해 하나 이상의 제어기와 통신하는 입력 마이크로스트립 스위칭 네트워크를 포함하고, 상기 스위칭 네트워크는 스위칭 층 상에 배치되는 제1 수단;

상기 입력 신호를 상기 제1 신호 경로를 따라 하나 이상의 수평층을 수직으로 통과하여 제1 회로 컴포넌트로 라우팅하기 위한 제2 수단으로서, 상기 제1 회로 컴포넌트는 상기 입력 신호의 수신에 응답하여 조정된 신호를 제공하며, 상기 하나 이상의 수평층은 하나 이상의 그라운드면(groundplane) 층을 포함하고, 상기 제2 수단은, 상기 입력 마이크로스트립 스위칭 네트워크로부터 적어도 하나의 수평 그라운드면 층을 수직으로 통과하여 상기 제1 회로 컴포넌트의 입력단(input end)으로 연장되는 제1 입력 도파관을 더 포함하는 제2 수단;

상기 조정된 신호를 출력하기 위한 제3 수단으로서, 상기 제3 수단은, 상기 제1 회로 컴포넌트의 출력단(output end)으로부터 상기 적어도 하나의 수평 그라운드면 층을 수직으로 통과하여 상기 스위칭 층 상에 배치된 출력 마이크로스트립 스위칭 네트워크로 연장되는 제1 출력 도파관을 포함하며,

상기 제1 회로 컴포넌트는, 제1 그라운드면 층과 제2 그라운드면 층 사이에 위치하는 회로층 상에 배치되는 스트립라인 회로 컴포넌트이고, 상기 제1 그라운드면 층과 상기 제2 그라운드면 층은 상기 적어도 하나의 수평 그라운드면 층이며,

상기 회로층은 복수의 회로 컴포넌트를 포함하며, 각각의 상기 회로 컴포넌트는 상기 제1 그라운드면 층을 수직으로 통과하여 상기 입력 마이크로스트립 스위칭 네트워크 및 상기 출력 마이크로스트립 스위칭 네트워크로 각각 연장되는 각자의 입력 도파관 및 출력 도파관에 연결되며, 상기 제1 입력 도파관, 상기 제1 출력 도파관, 및 상기 각각의 각자의 입력 도파관 및 출력 도파관은 상기 도파관들에 평행한 모드 억제 구멍들(mode-suppression holes)을 갖고 있으며, 상기 도파관들은 원형 도파관들인 제3 수단;

상기 입력 마이크로스트립 스위칭 네트워크 및 상기 출력 마이크로스트립 스위칭 네트워크 중 하나 또는 둘 다에 연결되고, 상기 다층형 신호 처리 시스템의 주어진 동작 모드에 응답하여 상기 회로층 상에 배치된 원하는 회로 컴포넌트를 활성화하거나 선택하도록 구성된 하나 이상의 제어기; 및

상기 제2 그라운드면 층을 기준으로 상기 회로층과 맞은편에 배치되며 상기 제2 그라운드면 층에 인접하고 그에 평행하게 배치된 하나 이상의 추가적인 회로층

을 포함하고,

상기 하나 이상의 추가적인 회로층은 그 안에 또는 그 위에 배치된 하나 이상의 추가적인 극초단파 필터를 포함하는 다층형 신호 처리 시스템.
제1항에 있어서,

상기 스위칭 층과 상기 제1 그라운드면 층 사이에 배치된 제어-라우팅 층(control-routing layer)을 더 포함하며, 상기 제어-라우팅 층은 제어 신호들을 상기 하나 이상의 제어기로부터 상기 입력 마이크로스트립 스위칭 네트워크 및 상기 출력 마이크로스트립 스위칭 네트워크로 라우팅하기 위한 신호 경로들을 포함하는 다층형 신호 처리 시스템.
제1항에 있어서,

상기 제1 회로 컴포넌트는 극초단파 필터인 다층형 신호 처리 시스템.
회로의 입력과 출력 간 격리(isolation)를 강화하기 위한 시스템으로서,

제1 그라운드면 층;

상기 제1 그라운드면 층에 대해 평행인 제2 그라운드면 층;

상기 제1 그라운드면 층과 상기 제2 그라운드면 층 사이에 배치된 회로 요소;

상기 제1 그라운드면 층의 평면을 통해 연장되어 상기 회로 요소의 입력단에 연결되는 입력 도파관;

상기 제1 그라운드면 층의 평면을 통해 연장되어 상기 회로 요소의 출력단에 연결되는 출력 도파관;

상기 제1 그라운드면 층을 기준으로 상기 제2 그라운드면 층과 맞은편에 배치되며, 상기 제1 그라운드면 층에 인접하고 그에 평행하게 배치되는 스위칭 층으로서, 상기 입력 도파관 및 상기 출력 도파관은 상기 스위칭 층을 통해 연장되며, 상기 입력 도파관과 상기 출력 도파관은 상기 스위칭 층 상에 배치되는 입력 스위칭 네트워크 및 출력 스위칭 네트워크에 각각 연결되며, 상기 회로 요소는 제1 회로층 상에 배치되며, 상기 제1 회로층은 복수의 회로 요소를 더 포함하며, 상기 복수의 회로 요소 각각은 각각의 입력 도파관 및 출력 도파관에 연결되며, 상기 입력 도파관 및 출력 도파관은 상기 제1 그라운드면 층 및 상기 스위칭 층을 통해 연장되며, 상기 입력 스위칭 네트워크 및 상기 출력 스위칭 네트워크에 각각 연결되는 스위칭 층;

상기 제2 그라운드면 층에 평행하게 배치되고 상기 제2 그라운드면 층을 기준으로 상기 제1 그라운드면 층과 반대편에 배치되는 제2 회로층으로서, 상기 제2 회로층은 복수의 추가적인 회로 요소를 포함하며, 각각의 추가적인 회로 요소는 상기 제2 그라운드면 층, 상기 제1 회로층, 상기 제1 그라운드면 층, 및 상기 스위칭 층을 통해 연장되는 추가적인 도파관들을 통하여 상기 스위칭 층 상의 상기 입력 스위칭 네트워크 및 상기 출력 스위칭 네트워크에 연결되는 제2 회로층;

상기 제1 회로층 또는 상기 제2 회로층 상에 배치된 원하는 회로 요소를 통해 입력 신호를 보내도록, 그리고 상기 원하는 회로 요소의 결과로 생긴 출력 신호를 상기 출력 스위칭 네트워크의 출력으로 보내도록 상기 입력 스위칭 네트워크 및 상기 출력 스위칭 네트워크 중 하나 또는 둘 다의 스위치들을 선택적으로 제어하기 위한 제어기; 및

상기 제어기로부터의 제어 신호들을 상기 입력 스위칭 네트워크 및 상기 출력 스위칭 네트워크 중 하나 또는 둘 다에 분배하기 위한 제어층

을 포함하고,

상기 제어층은 상기 스위칭 층과 상기 제1 그라운드면 층 사이에 배치되는, 입출력 격리 강화 시스템.
제4항에 있어서,

상기 제1 회로층 상에 배치된 상기 회로 요소들 및 상기 제2 회로층 상에 배치된 상기 추가적인 회로 요소들은 미리 결정된 극초단파 주파수를 필터링하도록 구성된 극초단파 필터들인, 입출력 격리 강화 시스템.
제5항에 있어서,

상기 제어기는 상기 입력 스위칭 네트워크에 제공된 입력 신호의 주파수에 기초하여 상기 입력 스위칭 네트워크 및 상기 출력 스위칭 네트워크 중 하나 또는 둘 다를 제어하기 위해 제어 신호들을 생성하는, 입출력 격리 강화 시스템.
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