KR101086680B1 - Variable capacitor and inductor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 가변 커패시터 및 가변 인덕터에 관한 것이다.The present invention relates to a variable capacitor and a variable inductor.
본 발명에 따른 가변 커패시터는 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 정전 구동방식을 이용하여 커패시턴스를 연속적으로 가변하는 제1 가변 커패시터부, 및 제1 가변 커패시터부와 각각 병렬 접속된 복수의 단위 가변부를 포함하는 제2 가변 커패시터부를 포함하고, 단위 가변부는 서로 직렬 접속된 단위 커패시터와 단위 스위치를 포함하고, 단위 스위치들의 동작에 따라 초기 커패시턴스를 결정하고, 제1 가변 커패시터부의 동작에 따라 초기 커패시턴스를 제1 가변 커패시터부의 가변 범위 내에서 연속적으로 가변하는 것을 특징으로 한다.The variable capacitor according to the present invention includes a first variable capacitor unit for continuously varying capacitance using a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) electrostatic driving method, and a plurality of unit variable units connected in parallel with the first variable capacitor unit, respectively. A second variable capacitor unit, wherein the unit variable unit includes a unit capacitor and a unit switch connected in series with each other, determines an initial capacitance according to the operation of the unit switches, and varies the initial capacitance according to the operation of the first variable capacitor unit. It is characterized in that it continuously varies within the variable range of the capacitor portion.
본 발명에 따르면, 연속적인 가변 범위를 갖는 가변 소자와, 불연속적인 가변 범위를 갖는 가변 소자를 효율적으로 결합함으로써 연속적인 가변 범위를 확장시킬 수 있으므로, 기존의 가변 소자에 비해 매우 넓고 연속적인 가변 범위를 제공할 수 있다.According to the present invention, a continuous variable range can be extended by efficiently combining a variable element having a continuous variable range and a variable element having a discontinuous variable range, and thus, a very wide and continuous variable range compared to a conventional variable element. Can be provided.
MEMS(Micro Electro Mechanical Systems), 가변 커패시터(variable capacitor), 가변 인덕터(variable inductor) Micro Electro Mechanical Systems (MEMS), variable capacitors, variable inductors
Description
본 발명은 가변 커패시터 및 가변 인덕터에 관한 것이다.The present invention relates to a variable capacitor and a variable inductor.
미세 전자기계 시스템(Micro Electro Mechanical Systems, 이하 MEMS라고 함)을 이용하여 커패시턴스를 연속적으로 가변하는 방법은, 커패시터를 구성하고 있는 두 평판 사이의 이격 거리를 변화시키는 방법(참고문헌: D. J. Young and B.E. Boser, "A micromachined variable capacitor for monolithic low-noise VCO's" Tech. Digest, 1996 Solid-State Sensor and Actuator Workshop, pp. 86-89, Joon 1996.), 두 평판 사이의 중첩 영역(overlap area)를 변화시키는 방법(참고문헌: Borwick, R.L., et. al, "A high Q, large tuning range MEMS capacitor for RF filter system." Sensor and Actuator A, 103, pp.33-41, 2003), 및 커패시터의 유전률을 변화시키는 방법(참고문헌: J.-B. Yoon and C.T.-C. Nguyen, "A high-Q tunable mmicromechanical capacitor with movable dielectric for RF application," in Technical Digest, IEEE Int. Electron Devices Meeting, Sanfrancisco, California, pp. 489-492. DEC. 11-13, 2000.)으로 나눌 수 있다. The method of continuously varying capacitance using a Micro Electro Mechanical Systems (hereinafter referred to as MEMS) is a method of varying the separation distance between two plates constituting a capacitor (Reference: DJ Young and BE Boser, "A micromachined variable capacitor for monolithic low-noise VCO's" Tech.Digest, 1996 Solid-State Sensor and Actuator Workshop, pp. 86-89, Joon 1996.) , changing the overlap area between two plates. (Reference: Borwick, RL, et.al, "A high Q, large tuning range MEMS capacitor for RF filter system." Sensor and Actuator A, 103, pp.33-41, 2003) , and the dielectric constant of the capacitor (Reference: J.-B. Yoon and CT-C. Nguyen, "A high-Q tunable mmicromechanical capacitor with moving dielectric for RF application," in Technical Digest, IEEE Int. Electron Devices Meeting, Sanfrancisco, can be divided into California, pp. 489-492. DEC. 11-13, 2000.) The.
한편, MEMS를 이용하여 인덕턴스를 연속적으로 가변하는 방법은, 인덕터를 구성하고 있는 도선 사이에 거리를 변화시켜 두 도선 사이의 상호 인덕턴스를 변화시키는 방법(참고문헌 1: Victor M. Lubecke, Bradley Barber, Edward Chan, Daniel Lopez, Mihal E. Gross and Petter Gammel, "Self-Assembling MEMS Variable and Fixed RF Inductors", IEEE Trans. Microwave Theory and Tech., Vol. 49, No. 11, November 2001.), (참고문헌 2: Imed Zine-El-Abidine and Michal Okoniewski, "A tunable radio frequency MEMS inductor using MetalMUMs", Journal of Micromechanics and Microengineering 14(2004) S17-22)과, 인덕터와 인접한 코일 사이의 거리를 변화시켜 두 코일 사이의 결합 계수(coupling coefficient)를 변화시키는 방법(미국특허: US 7,138,898 B2, "Variable Inductor", Investor : Hirosh Ishikawa, Kawasaki), (참고문헌 :Imed Zine-El-Anidine, Michal Okoniewski and Jhon G McRory, "Tunable radio frequency MEMS inductors with thermal bimorph actuator", J. Micromech. Microeng. 15 (2005) 2063-2068)으로 나눌 수 있다. On the other hand, the method of continuously changing the inductance using MEMS, a method of changing the mutual inductance between the two conductors by changing the distance between the conductors constituting the inductor (Ref. 1: Victor M. Lubecke, Bradley Barber, Edward Chan, Daniel Lopez, Mihal E. Gross and Petter Gammel, "Self-Assembling MEMS Variable and Fixed RF Inductors", IEEE Trans.Microwave Theory and Tech., Vol. 49, No. 11, November 2001.) , (Reference Document 2: Imed Zine-El-Abidine and Michal Okoniewski, "A tunable radio frequency MEMS inductor using Metal MUMs", Journal of Micromechanics and Microengineering 14 (2004) S17-22), and varying the distance between the inductor and the adjacent coil Method of changing the coupling coefficient between coils (US Pat. No. 7,138,898 B2, "Variable Inductor", Investor: Hirosh Ishikawa, Kawasaki) , (Reference: Imed Zine-El-Anidine, Michal Okoniewski and Jhon G) McRory, "Tunable radio frequency MEMS inductors with thermal bimorph actuator ", J. Micromech. Microeng. 15 (2005) 2063-2068) .
이와 같이 연속적으로 커패시턴스 및 인덕턴스를 변화시키는 방법들은, MEMS의 구동수단의 연속적인 기계적 변위에 의해 커패시턴스와 인덕턴스의 변화 량이 크게 제한된다는 단점이 있다. As described above, methods for continuously changing capacitance and inductance have a disadvantage in that the amount of change in capacitance and inductance is greatly limited by the continuous mechanical displacement of the driving means of the MEMS.
도 1a는 MEMS를 이용한 종래의 가변 커패시터를 나타낸 도면이다. 도 1b는 도 1a에 도시된 가변 커패시터의 풀인(pull-in) 전압에 따른 이격 거리 변화를 나타낸 도면이다.Figure 1a is a view showing a conventional variable capacitor using a MEMS. FIG. 1B is a diagram illustrating a change in separation distance according to a pull-in voltage of the variable capacitor illustrated in FIG. 1A.
도 1a에 도시된 바와 같이, 두 평판(10a, 10b) 사이의 이격 거리(go)를 변화시켜 커패시턴스를 가변하는 가변 커패시터의 경우, 그 이격 거리(go)의 변화는 MEMS의 풀인 현상으로 인하여 두 평판(10a, 10b) 사이의 이격 거리(10a, 10b)를 변화시키는데 한계를 가지고 있다. 여기서 풀인 현상이란, 인가되는 전압이 소정의 임계값 이상일 경우 MEMS 소자의 기계적 복원력과, 두 평판 사이에 인가된 전압에 의해 형성된 정전기력 사이에 힘의 평형 상태가 깨지게 되어 두 평판 사이의 이격 거리가 급격히 작아지는 현상을 의미한다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 일반적으로, 두 평판(10a, 10b) 사이의 이격 거리(go)의 변화는 초기 이격 거리의 3분의 1로 제한된다. 그 결과, 커패시턴스의 연속적인 변화율은 50%를 넘기기 힘들게 된다. As shown in FIG. 1A, in the case of a variable capacitor whose capacitance is changed by changing the separation distance g o between two
MEMS를 이용하여 커패시턴스를 불연속적으로 가변하는 방법은, 커패시티브-타입 스위치를 이용하여 스위치의 상태에 따라 커패시턴스를 변화시키는 방법(참고문헌: J.Brank, J.Yao, M.Eberly, A.Malczewski, K.Varian, and C.L.Goldsmith, "RF MEMS-based tunable filters," Int. J. RF Microwave CAE, Vol. 11, pp. 276-284, Sep. 2001.)과, DC-타입 스위치를 이용하여 추가적인 MIM(Metal-Insulator-Metal) 커패시터를 추가시킴으로써 커패시턴스 값을 변화시키는 방법으로 나눌 수 있다.A method of discontinuously varying capacitance using MEMS is to change the capacitance according to the state of the switch using a capacitive-type switch (see Ref. J. Brank, J. Yao, M. Everber, A. Malczewski, K.Varian, and CLGoldsmith, "RF MEMS-based tunable filters," Int. J. RF Microwave CAE, Vol. 11, pp. 276-284, Sep. 2001.) and DC-type switches By adding an additional metal-insulator-metal (MIM) capacitor, it is possible to divide the capacitance value.
MEMS를 이용하여 인덕턴스를 불연속적으로 가변하는 방법은, 스위치를 이용하여 인덕터의 도선의 길이를 증가시키는 방법(한국 특허 출원: 10-2001-0027062 “고주파 미세전자기계 시스템 스위치를 이용한 가변 인덕터”), (참고문헌: Shifang Zhou, Xi-Qing Sun and William N Carr. "A monolithicvariable inductor network using microrelay with combined thermal and electrostatic actuation", Journal of Micromechanics and Microenginneering9(1999) 45-50))과, 2차 코일의 인덕턴스를 변화시키는 방법(Mina Rais-Zadeh, Paul A. Kohl, and Farrokh, "MEMS switched tunable inductors", IEEE J. Microelectromechanical Systems, Vol. 17, No. 1, February 2008.)으로 나눌 수 있다. A method of discontinuously varying inductance by using MEMS is a method of increasing the length of a conductor of an inductor using a switch (Korean Patent Application No. 10-2001-0027062 "Variable Inductor Using a High Frequency Microelectromechanical System Switch") (See Shifang Zhou, Xi-Qing Sun and William N Carr. "A monolithic variable inductor network using microrelay with combined thermal and electrostatic actuation", Journal of Micromechanics and Microenginneering 9 (1999) 45-50)) It can be divided into the method of changing the inductance of (Mina Rais-Zadeh, Paul A. Kohl, and Farrokh, "MEMS switched tunable inductors", IEEE J. Microelectromechanical Systems, Vol. 17, No. 1, February 2008.) .
그러나, 이와 같이 커패시턴스 및 인덕턴스를 불연속적으로 변화시키는 방법들은 스위치를 이용하여 커패시턴스 및 인덕턴스를 변화시키기 때문에 불연속적으로 변화한다는 단점을 가지고 있다. 따라서, 상술한 종래 기술은, 연속적이면서도 매우 큰 가변 범위를 갖는 가변 커패시터 및 가변 인덕터를 구현하는데 큰 어려움이 있다.However, these methods of discontinuously changing capacitance and inductance have a disadvantage of changing discontinuously because the capacitance and inductance are changed by using a switch. Therefore, the above-described prior art has a great difficulty in implementing a variable capacitor and a variable inductor having a continuous and very large variable range.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 연속적이면서 보다 확장된 가변 범위를 갖는 가변 커패시터를 제공함에 그 목적이 있다.An object of the present invention for solving the above problems is to provide a variable capacitor having a continuous and extended variable range.
또한, 연속적이면서 보다 확장된 가변 범위를 갖는 가변 인덕터를 제공함에 또 다른 목적이 있다.It is also another object to provide a variable inductor having a continuous and extended variable range.
본 발명에 따른 가변 커패시터는, MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 정전 구동방식을 이용하여 커패시턴스를 연속적으로 가변하는 제1 가변 커패시터 부, 및 제1 가변 커패시터부와 각각 병렬 접속된 복수의 단위 가변부를 포함하는 제2 가변 커패시터부를 포함하고, 단위 가변부는 서로 직렬 접속된 단위 커패시터와 단위 스위치를 포함하고, 단위 스위치들의 동작에 따라 초기 커패시턴스를 결정하고, 제1 가변 커패시터부의 동작에 따라 초기 커패시턴스를 제1 가변 커패시터부의 가변 범위 내에서 연속적으로 가변하는 것을 특징으로 한다.The variable capacitor according to the present invention includes a first variable capacitor unit for continuously varying capacitance using a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) electrostatic driving method, and a plurality of unit variable units connected in parallel with the first variable capacitor unit, respectively. And a second variable capacitor unit, wherein the unit variable unit includes a unit capacitor and a unit switch connected in series with each other, and determines an initial capacitance according to the operation of the unit switches, and sets the initial capacitance according to the operation of the first variable capacitor unit. It is characterized by continuously varying within the variable range of the variable capacitor portion.
제1 가변 커패시터부는,The first variable capacitor unit,
절연기판 상에 형성된 하부전극, 하부전극과 대향 이격된 상부전극, 및 절연기판과 상부전극 간을 연결하고, 하부전극과 대향 이격되도록 상부전극을 절연기판으로부터 지지하는 지지부를 포함하고,A lower electrode formed on the insulating substrate, an upper electrode spaced apart from the lower electrode, and a support portion connecting the insulating substrate and the upper electrode and supporting the upper electrode from the insulating substrate so as to be spaced apart from the lower electrode,
하부전극과 상부전극 간에 제1 구동전압이 인가되고, 제1 구동전압에 의해 발생되는 하부전극과 상부전극 간의 제1 정전기력에 의해 상부전극이 하부전극 방향으로 위치 이동하며, 위치 이동에 따른 하부전극과 상부전극 간의 이격 거리 변화에 따라 커패시턴스 값이 변화하는 것이 바람직하다.A first driving voltage is applied between the lower electrode and the upper electrode, the upper electrode is moved in the direction of the lower electrode by the first electrostatic force between the lower electrode and the upper electrode generated by the first driving voltage, and the lower electrode according to the position movement. It is preferable that the capacitance value change according to the change of the separation distance between the upper electrode and the upper electrode.
제1 구동전압은 지지부의 풀인 전압 이하인 것이 바람직하다.It is preferable that a 1st drive voltage is below the pull-in voltage of a support part.
단위 커패시터는,Unit capacitors,
절연기판 상에 형성된 제1 금속층, 제1 금속층 상에 형성된 절연층, 및 절연층 상에 형성된 제2 금속층을 포함하는 MIM(metal-insulator-metal) 커패시터이고,A metal-insulator-metal capacitor including a first metal layer formed on the insulating substrate, an insulating layer formed on the first metal layer, and a second metal layer formed on the insulating layer,
단위 스위치는,Unit switch,
절연기판 상에 형성된 고정전극, 및 고정전극 상부에, 고정전극과 대향 이격되도록 형성된 유동전극을 포함하는 MEMS 스위치이고,A MEMS switch including a fixed electrode formed on the insulating substrate, and a floating electrode formed on the fixed electrode so as to face the fixed electrode.
제2 금속층은 제1 가변 커패시터부의 상부전극과 접속되고,The second metal layer is connected to the upper electrode of the first variable capacitor portion,
유동전극은 제1 가변 커패시터부의 하부전극과 접속되고,The flow electrode is connected to the lower electrode of the first variable capacitor portion,
제2 가변 커패시터부는,The second variable capacitor unit,
고정전극과 유동전극 간에 제2 구동전압이 인가되고, 제2 구동전압에 의해 발생되는 고정전극과 유동전극 간의 제2 정전기력에 의해 유동전극이 고정전극 방향으로 위치 이동하여, 유동전극과 제1 금속층이 전기적으로 연결되는 것이 바람직하다.A second driving voltage is applied between the fixed electrode and the floating electrode, and the moving electrode is moved in the direction of the fixed electrode by a second electrostatic force between the fixed electrode and the floating electrode generated by the second driving voltage, whereby the floating electrode and the first metal layer are moved. It is preferred that this is electrically connected.
제2 구동전압은 유동전극의 풀인 전압 이상인 것이 바람직하다.Preferably, the second driving voltage is equal to or greater than the pull-in voltage of the floating electrode.
본 발명에 따른 가변 커패시터는, MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 정전 구동방식을 이용하여 커패시턴스를 연속적으로 가변하는 제1 가변 커패시터부, 및 제1 가변 커패시터부와 각각 병렬 접속된 커패시터 타입의 MEMS 스위치를 복수 개 포함하는 제2 가변 커패시터부를 포함하고, 커패시터 타입의 MEMS 스위치들의 동작에 따라 초기 커패시턴스를 결정하고, 제1 가변 커패시터부의 동작에 따라 초기 커패시턴스를 제1 가변 커패시터부의 가변 범위 내에서 연속적으로 가변하는 것을 특징으로 한다.The variable capacitor according to the present invention comprises a first variable capacitor unit for continuously varying capacitance using a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) electrostatic driving method, and a capacitor type MEMS switch connected in parallel with the first variable capacitor unit, respectively. A second variable capacitor unit including a plurality of capacitors, the initial capacitance determined according to the operation of the capacitor-type MEMS switches, and the initial capacitance continuously changed within a variable range of the first variable capacitor unit according to the operation of the first variable capacitor unit; Characterized in that.
제1 가변 커패시터부는,The first variable capacitor unit,
절연기판 상에 형성된 하부전극, 하부전극과 대향 이격된 상부전극, 및 절연기판과 상부전극 간을 연결하고, 하부전극과 대향 이격되도록 상부전극을 절연기판으로부터 지지하는 지지부를 포함하고, 하부전극과 상부전극 간에 제1 구동전압이 인가되고, 제1 구동전압에 의해 발생되는 하부전극과 상부전극 간의 제1 정전기력에 의해 상부전극이 하부전극 방향으로 위치 이동하며, 위치 이동에 따른 하부전극과 상부전극 간의 이격 거리 변화에 따라 커패시턴스 값이 변화하는 것이 바람직하다.A lower electrode formed on the insulating substrate, an upper electrode spaced apart from the lower electrode, and a support part connecting the insulating substrate and the upper electrode and supporting the upper electrode from the insulating substrate so as to be spaced apart from the lower electrode; The first driving voltage is applied between the upper electrodes, the upper electrode moves in the direction of the lower electrode by the first electrostatic force between the lower electrode and the upper electrode generated by the first driving voltage, and the lower electrode and the upper electrode according to the position movement. It is preferable that the capacitance value change in accordance with the change in the separation distance between the livers.
제1 구동전압은 지지부의 풀인 전압 이하인 것이 바람직하다.It is preferable that a 1st drive voltage is below the pull-in voltage of a support part.
커패시터 타입의 MEMS 스위치는,Capacitor type MEMS switch,
절연기판 상에 형성된 고정전극, 절연기판 상에 형성되고, 고정전극과 전기적으로 절연된 금속층, 금속층 상에 형성된 유전층, 및 고정전극 및 유전층과 대향 이격되도록 형성된 유동전극을 포함하고, A fixed electrode formed on the insulating substrate, a metal layer electrically insulated from the fixed electrode, a dielectric layer formed on the metal layer, and a floating electrode formed to be spaced apart from the fixed electrode and the dielectric layer,
고정전극과 유동전극 간에 제2 구동전압이 인가되고, 제2 구동전압에 의해 발생되는 고정전극과 유동전극 간의 제2 정전기력에 의해 유동전극이 고정전극 방향으로 위치 이동하여, 유동전극과 유전층이 물리적으로 접촉되고,A second driving voltage is applied between the fixed electrode and the floating electrode, and the moving electrode is positioned in the direction of the fixed electrode by a second electrostatic force generated between the fixed electrode and the floating electrode generated by the second driving voltage, thereby physically moving the floating electrode and the dielectric layer. Contact with
금속층은 제1 가변 커패시터부의 상부전극과 접속되고,The metal layer is connected to the upper electrode of the first variable capacitor portion,
유동전극은 제1 가변 커패시터부의 하부전극과 접속된 것이 바람직하다.The flow electrode is preferably connected to the lower electrode of the first variable capacitor unit.
제2 구동전압은 유동전극의 풀인 전압 이상인 것이 바람직하다.Preferably, the second driving voltage is equal to or greater than the pull-in voltage of the floating electrode.
본 발명에 따른 가변 인덕터는, 미앤더형 인덕터, 및 미앤더형 인덕터의 도선과 엇물린 형태로 구성된 복수의 구동전극을 포함하며, 미앤더형 인덕터와 구동전극 사이에 발생하는 전기장에 의해 미앤더형 인덕터의 도선 간 이격 거리가 변함에 따라 인덕턴스를 연속적으로 가변하는 제1 가변 인덕터부, 및 미앤더형 인덕터 와 직렬 접속된 솔레노이드형 인덕터, 및 솔레노이드형 인덕터의 코일 길이를 조절하는 복수의 단위 스위치를 포함하는 제2 가변 인덕터부를 포함하고, 복수의 단위 스위치 중 선택된 단위 스위치의 동작에 따라 초기 인덕턴스를 결정하고, 제1 가변 인덕터부의 동작에 따라 초기 인덕턴스를 제1 가변 인덕터부의 가변 범위 내에서 연속적으로 가변하는 것을 특징으로 한다.The variable inductor according to the present invention includes a meander inductor and a plurality of driving electrodes interleaved with the conductor of the meander inductor, and the conductor of the meander inductor is formed by an electric field generated between the meander inductor and the driving electrode. A second variable inductor unit continuously varying inductance as the separation distance therebetween, a second unit switch including a solenoid inductor connected in series with the meander inductor, and a plurality of unit switches for adjusting the coil length of the solenoid inductor And a variable inductor unit, determining an initial inductance according to an operation of a selected unit switch among the plurality of unit switches, and continuously varying an initial inductance within a variable range of the first variable inductor unit according to an operation of the first variable inductor unit. It is done.
미앤더형 인덕터는,The meander inductor is
일측이 절연기판 상에 고정되고, 타측이 절연기판과 이격된 곡선 형태로 형성되며,One side is fixed on the insulating substrate, the other side is formed in a curved form spaced apart from the insulating substrate,
복수의 구동전극은,The plurality of drive electrodes,
일측이 절연기판 상에 고정되고, 타측이 절연기판과 이격된 곡선 형태로 형성되되, 미앤더형 인덕터의 도선 사이 일부에 엇물린 형태로 구성되며,One side is fixed on the insulating substrate, and the other side is formed in a curved shape spaced apart from the insulating substrate, it is composed of a cross shape between the leads of the meander type inductor,
제1 가변 인덕터부는,The first variable inductor unit,
미앤더형 인덕터와 구동전극 간에 제1 구동전압이 인가되고, 제1 구동전압에 의해 발생되는 구동전극과 미앤더형 인덕터의 일부 도선 간의 전기장에 의해 미앤더형 인덕터의 일부 도선이 절연기판 방향으로 위치 이동하며, 위치 이동에 따른 미앤더형 인덕터의 도선 간 이격 거리 변화에 따라 인덕턴스 값이 변화하는 것이 바람직하다.A first driving voltage is applied between the meander type inductor and the driving electrode, and some conductors of the meander type inductor are moved in the direction of the insulating substrate by an electric field between the driving electrode generated by the first driving voltage and some leads of the meander type inductor. , It is preferable that the inductance value changes as the distance between the conductors of the meander inductor changes according to the position shift.
미앤더형 인덕터은,The meander inductor is
이종의 물질로 이루어지되, 이종의 물질은 서로 스트레스 차이를 갖도록 형성되고,Consists of heterogeneous materials, heterogeneous materials are formed to have a stress difference with each other,
구동전극은,The driving electrode is
이종의 물질로 이루어지되, 이종의 물질은 서로 스트레스 차이를 갖도록 형성된 것이 바람직하다.It is made of a heterogeneous material, the heterogeneous material is preferably formed to have a stress difference with each other.
제1 구동전압은 미앤더형 인덕터의 풀인 전압 이하인 것이 바람직하다.Preferably, the first driving voltage is equal to or less than the pull-in voltage of the meander type inductor.
복수의 단위 스위치는,A plurality of unit switches,
절연기판 상에 형성된 고정전극, 절연기판 상에 형성되고 고정전극과 전기적으로 절연되며 서로 접속된 드레인 전극, 및 솔레노이드형 인덕터의 코일 길이를 분할하는 위치에 각각 접속되고 고정전극 및 드레인 전극과 대향 이격되도록 형성된 유동전극을 포함하며,A fixed electrode formed on the insulating substrate, a drain electrode formed on the insulating substrate and electrically insulated from the fixed electrode and connected to each other, and connected to a position for dividing the coil length of the solenoid type inductor, and spaced apart from the fixed electrode and the drain electrode, respectively. It includes a flow electrode formed to,
고정전극과 유동전극 간에 제2 구동전압이 인가되고, 제2 구동전압에 의해 발생되는 고정전극과 유동전극 간의 정전기력에 의해 유동전극이 고정전극 방향으로 위치 이동하여, 유동전극과 드레인 전극이 전기적으로 연결되는 것이 바람직하다.A second driving voltage is applied between the fixed electrode and the floating electrode, and the moving electrode is moved in the direction of the fixed electrode by the electrostatic force between the fixed electrode and the floating electrode generated by the second driving voltage, thereby electrically flowing the floating electrode and the drain electrode. It is preferred to be connected.
제2 구동전압은 유동전극의 풀인 전압 이상인 것이 바람직하다.Preferably, the second driving voltage is equal to or greater than the pull-in voltage of the floating electrode.
본 발명에 따른 가변 커패시터와 가변 인덕터는 연속적인 가변 범위를 갖는 가변 소자와, 불연속적인 가변 범위를 갖는 가변 소자를 효율적으로 결합함으로써 연속적인 가변 범위를 확장시킬 수 있으므로, 기존의 가변 소자에 비해 매우 넓고 연속적인 가변 범위를 제공할 수 있다.The variable capacitor and the variable inductor according to the present invention can extend the continuous variable range by efficiently combining the variable element having the continuous variable range and the variable element having the discontinuous variable range, and thus, the variable capacitor and the variable inductor can be greatly compared with the conventional variable element. It can provide a wide and continuous variable range.
또한, MEMS 구동기를 구동하기 위한 전압의 상승 없이 연속적으로 가변 범위를 확장시킬 수 있으므로, 본 발명에 따른 가변 커패시터와 가변 인덕터는 휴대폰과 같은 모바일 어플리케이션에 적합한 저전압 가변 소자에 적용될 수 있다.In addition, since the variable range can be continuously extended without increasing the voltage for driving the MEMS driver, the variable capacitor and the variable inductor according to the present invention can be applied to low voltage variable devices suitable for mobile applications such as mobile phones.
또한, 본 발명에 따른 가변 커패시터와 가변 인덕터는 무선 송수신기의 프론트-엔드에 적용될 경우, 주변 환경에 따라 변화하는 안테나의 입력 저항, 및 시간에 따라 변화하는 파워 엠프의 출력 저항에 손쉽게 대처할 수 있으므로, 무선 송수신기의 전력 전달 효율을 향상시킬 수 있다.In addition, the variable capacitor and the variable inductor according to the present invention, when applied to the front-end of the wireless transceiver, can easily cope with the input resistance of the antenna that changes according to the surrounding environment, and the output resistance of the power amplifier that changes over time, The power transmission efficiency of the radio transceiver can be improved.
또한, 본 발명에 따른 가변 커패시터와 가변 인덕터는 광대역의 전압 조절 발진기의 LC-tank에 적용될 경우, 전압 조절 발진기의 중심 주파수를 향상시킬 수 있다.In addition, the variable capacitor and the variable inductor according to the present invention can improve the center frequency of the voltage controlled oscillator when applied to the LC-tank of the broadband voltage controlled oscillator.
본 발명의 실시예를 설명하기 전에 본 발명의 기본 원리에 대하여 간략하게 설명한다.Before describing embodiments of the present invention, the basic principles of the present invention will be briefly described.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가변 커패시터 및 가변 인덕터의 기본 원리 를 설명하기 위해 나타낸 도면이다.2 is a view illustrating a basic principle of a variable capacitor and a variable inductor according to an embodiment of the present invention.
종래의 가변 소자들은 연속적인 가변 범위를 가지고 있다는 장점을 가지고 있으나, MEMS의 기계적 구동수단에 의해 그 가변 용량(Tuning value)이 제한적이라는 단점을 가지고 있다.Conventional variable devices have the advantage of having a continuous variable range, but has the disadvantage that the tuning value (Tuning value) is limited by the mechanical driving means of the MEMS.
반면, 종래의 불연속적인 가변 범위를 갖는 가변 소자들은 스위치를 이용하기 때문에 가변 범위가 크다는 장점을 가지고 있으나, 가변 범위가 불연속적이라는 단점이 있다.On the other hand, the conventional variable elements having a discontinuous variable range have the advantage that the variable range is large because the switch is used, but has a disadvantage that the variable range is discontinuous.
상술한 종래의 가변 소자가 갖는 한계를 해결하기 위하여 본 발명의 실시예에서는 가변 범위가 연속적이지만 가변 범위가 작은 소자와, 가변 범위가 불연속적이지만 가변 범위가 큰 가변 소자를 효율적으로 결합함으로써, 연속적이면서도 매우 큰 가변 범위를 갖는 가변 소자에 대하여 상세히 설명할 것이다.In order to solve the limitations of the above-described conventional variable element, in the embodiment of the present invention, the variable range is continuous, but the variable range is small, and the variable element is discontinuous but the variable element is variable. In addition, a variable element having a very large variable range will be described in detail.
본 발명에 따른 가변 소자는, 도 2에 도시된 바와 같이, 연속적인 가변 범위를 갖는 가변 소자의 가변 용량에 맞추어 불연속적인 가변 범위를 선형적으로 변화시킴으로써, 연속적인 가변 범위가 확장된 특성을 갖게 된다.As shown in FIG. 2, the variable element according to the present invention has a characteristic in which the continuous variable range is extended by linearly changing the discontinuous variable range in accordance with the variable capacitance of the variable element having the continuous variable range. do.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가변 커패시터 및 가변 인덕터에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a variable capacitor and a variable inductor according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
1. 가변 커패시터1. Variable Capacitor
[제1 실시예][First Embodiment]
도 3a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 가변 커패시터(300a)의 전체적인 구성 을 나타낸 가변 커패시터(300a)의 상면도이다. 3A is a top view of the
도 3a를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 가변 커패시터(300a)는 절연기판(310) 상에 형성되며, 병렬 연결된 제1 가변 커패시터부(320)와 제2 가변 커패시터부(330)를 포함한다.Referring to FIG. 3A, the
<제1 가변 커패시터부(320)>First
1) 구성1) composition
도 3b는 도 3a에 도시된 제1 가변 커패시터부(320)를 A-A’방향에서 나타낸 측면도이다.FIG. 3B is a side view illustrating the first
도 3b 및 도 3a를 참조하면, 제1 가변 커패시터부(320)는 절연기판(310) 상에 형성된 하부전극(321), 하부전극(321)과 대향 이격된 상부전극(323), 및 절연기판(310)과 상부전극(323) 간을 연결하고, 하부전극(321)과 대향 이격되도록 상부전극(323)을 절연기판(310)으로부터 지지하는 복수의 지지부(325a, 325b, 325c, 325d)를 포함한다.3B and 3A, the first
절연기판(310)은 절연성을 갖고 높은 정밀도로 평평하게 형성된 유리 기판, 세라믹 기판 또는 실리콘 기판 등으로 형성된 것일 수 있다. 여기서, 절연기판(310)이 실리콘 기판과 같이 도전성을 가질 경우, 그 상면에 실리콘 산화막(silicon oxide)과 같은 절연층(insulating layer)이 형성된 것이 바람직하다.The insulating
하부전극(321)은 절연기판(310) 상에 형성될 수 있다. 하부전극(321)의 상부에는, 정전 구동 시 상부전극(323)과의 전기적 쇼트를 방지하기 위한 절연층(322)이 형성될 수 있다. 하부전극(321)은 제1 구동전압을 인가 받기 위한 제1 단 자(327a)와 연결될 수 있다.The
상부전극(323)은 지지부(325a, 325b, 325c, 325d)에 의해 하부전극(321)과 일정 거리를 두고 이격되어 있다. The
지지부(325a, 325b, 325c, 325d)는 상부전극(323)을, 하부전극(321)과 대향 이격시키고, 절연기판(310)으로부터 지지할 수 있도록 일측이 절연기판(310)에 고정되고, 타측이 상부전극(323)과 연결된 외팔보 형태를 갖는 것이 바람직하다. 여기서, 지지부(325a, 325b, 325c, 325d)의 높이에 따라 하부전극(321)과 상부전극(323) 간의 이격 거리가 결정될 수 있다. 지지부(325a, 325b, 325c, 325d) 중 어느 하나는, 상부전극(323)에 제1 구동전압을 인가해 주기 위하여 제2 단자(327b)와 연결될 수 있다.The supporting
2) 동작2) operation
제1 가변 커패시터부(320)는 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 정전 구동방식을 이용하여 커패시턴스 값을 연속적으로 가변 할 수 있다. The first
도 3a에 도시된 제1 단자(327a)와 제2 단자(327b)를 통하여 하부전극(321)과 상부전극(323) 사이에 제1 구동전압이 인가되면, 하부전극(321)과 상부전극(323) 사이에 정전기력이 발생하게 되며, 이 정전기력에 의해 상부전극(323)이 하부전극(321) 방향으로 움직이게 된다. 이에 따라, 하부전극(321)과 상부전극(323) 간의 이격 거리가 변하게 되어 하부전극(321)과 상부전극(323) 사이의 커패시턴스 값이 변하게 된다.When a first driving voltage is applied between the
이와 같이, 제1 가변 커패시터부(320)는 제1 구동전압에 의한 하부전극(321) 과 상부전극(323) 간의 이격 거리 변화에 따라서 커패시턴스 값을 연속적으로 변화시킬 수 있다. 제1 가변 커패시터부(320)가 연속적인 가변 범위를 갖기 위해서는 제1 구동전압이 지지부(325a, 325b, 325c, 325d)의 풀인 전압 이하인 것이 바람직하다. 여기서 풀인 전압이란, 지지부(325a, 325b, 325c, 325d)의 기계적 복원력과, 하부 전극(321) 및 상부 전극(323) 사이의 인가된 전압에 의해 형성된 정전기력 사이에 힘의 평형 상태가 깨지게 되어 하부 전극(321)과 상부 전극(323) 간의 이격 거리가 급격히 감소되도록 하는 전압을 의미한다. 제1 가변 커패시터부(320)의 정전 구동 시 지지부(325a, 325b, 325c, 325d)는, 하부전극(321)과 상부전극(323) 간의 이격 거리를 조절하는 기계적 스프링의 역할을 하게 되는데, 제1 구동전압이 지지부(325a, 325b, 325c, 325d)의 풀인 전압보다 크게 되면, 상부전극(323)은 하부전극(321) 방향으로 급격히 움직이게 되고, 이에 따라 커패시턴스가 급격히 증가하게 된다. 따라서, 제1 가변 커패시터부(320)에 인가되는 제1 구동전압은 지지부(325a, 325b, 325c, 325d)의 풀인 전압 이하의 범위를 갖는 것이 바람직하다. As described above, the first
<제2 가변 커패시터부(330)>
1) 구성1) composition
도 3c는 도 3a에 도시된 제2 가변 커패시터부(330)의 단위 가변부 (330a, 330b, 330c) 중 제3 단위 가변부(330c)를 B-B’방향에서 나타낸 측면도이다. 도 3a에 도시된 제2 가변 커패시터부(330)는 제1 가변 커패시터부(320)와 각각 병렬 접속된 3개의 단위 가변부(330a, 330b, 330c)를 포함하도록 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것이 아니라, 단위 가변부(330a, 330b, 330c)의 개수는 적용 분야에 따라 결정될 수 있다.3C is a side view illustrating the third unit
도 3c 및 도 3a를 참조하면, 제3 단위 가변부(330c)는 절연기판(310) 상에 형성되며, 서로 직렬 연결된 단위 커패시터(331)와 단위 스위치(333)를 포함할 수 있다.3C and 3A, the third unit
단위 커패시터(331)는 MIM(metal-insulator-metal) 커패시터일 수 있다. 바람직하게는, 절연기판(310) 상에 형성된 제1 금속층(331a), 제1 금속층(331a) 상에 형성된 절연층(331b), 및 절연층(331b) 상에 형성된 제2 금속층(331c)을 포함하는 MIM 커패시터일 수 있다. The
제1 금속층(331a)은 도 3c에 도시된 바와 같이, 단위 스위치(333)의 정전 구동 시 유동전극(333c)과 전기적으로 연결될 수 있도록 유전층(331b)과 제2 금속층(331c) 보다 넓은 면적을 가지고 단위 스위치(333) 방향으로 연장된 것이 바람직하다.As shown in FIG. 3C, the
단위 스위치(333)는 고정전극(333a) 및 유동전극(333c)을 포함할 수 있다.The
고정전극(333a)은 절연기판(310) 상에 형성될 수 있다. 고정전극(333a)의 상부에는, 유동전극(333c)과의 전기적인 쇼트를 방지하기 위한 절연층(333b)이 형성될 수 있다.The fixed
유동전극(333c)은 고정전극(333a) 상부에 고정전극(333a)과 일정 거리를 두고 대향 되도록 형성된 것일 수 있다. 바람직하게는, 일측이 절연기판(310)에 고정되고, 타측이 고정전극(333a)과 일정 거리를 두고 대향 이격된 외팔보 형태를 가질 수 있다. 유동전극(333c)의 타측 단에는 고정전극(333a)과의 전기적 쇼트가 일어나지 않도록 딤플(333d)이 형성될 수 있다. 여기서, 딤플(333d)은 단위 스위치(333)의 정전 구동 시, 유동전극(333c)이 고정전극(333a)과 접촉되는 위치에 돌출된 형태로 형성된 것일 수 있다.The floating
제1 가변 커패시터부(320)와 복수의 단위 가변부(330a, 330b, 330c)는 각각 병렬 연결될 수 있다. 바람직하게는, 제1 가변 커패시터부(320)의 하부전극(321)과 연결된 제1 단자(327a)가 제1 전기도선(329a)을 통하여 제2 가변 커패시터부(330)에 구성된 유동전극(333c)과 각각 연결될 수 있다. 또한, 제1 가변 커패시터부(320)의 상부전극(323)과 연결된 제2 단자(327b)가 제2 전기도선(329b)을 통하여 제2 가변 커패시터부(330)에 구성된 제2 금속층(331c)과 각각 연결될 수 있다.The first
2) 동작2) operation
도 3a에 도시된 복수의 단위 가변부(330a, 330b, 330c) 중 제3 단위 가변부(330c)만 구동시킨다고 가정할 경우, 제3 단위 가변부(330c)의 고정전극(333a)와 유동전극(333c) 사이에 제2 구동전압이 인가된다. 이에 따라, 고정전극(333a)과 유동전극(333c) 사이에 제2 정전기력이 발생하고, 이 제2 정전기력에 의해 유동전극(333c)이 고정전극(333a) 방향으로 휘어지게 된다. 이에 따라, 유동전극(333c)은 딤플(333d)을 통하여 제3 단위 커패시터(333)의 제1 금속층(331a)과 전기적으로 도통될 수 있다. 이때, 고정전극(333a)과 유동전극(333c) 사이에 인가되는 제2 구동전압은, 유동전극(333c)의 빠른 스위치 동작을 위하여 유동전극(333c)의 풀인 전압 이상인 것이 바람직하다. Assuming that only the third unit
상술한 바와 같이 실시할 경우, 제2 가변 커패시터부(330)의 커패시턴스 값은 제3 단위 가변부(330c)에 구성된 제3 단위 커패시터(331)의 커패시턴스 값이 될 수 있다. 여기서, 단위 가변부(330a, 330b, 330c)들은 서로 병렬로 연결되어 있기 때문에, 제2 가변 커패시터부(330)의 총 커패시턴스 값은 턴온되는 단위 스위치의 개수에 따라 불연속적으로 변화시킬 수 있다. 또한, 단위 커패시터들의 커패시턴스 값이 상이할 경우, 제2 가변 커패시터부(330)의 총 커패시턴스 값은 턴온되는 단위 스위치의 개수뿐만 아니라, 어떠한 단위 스위치를 턴온 시켰느냐에 따라 불연속적으로 변화될 수 있다.In the case described above, the capacitance value of the second
따라서, 제2 가변 커패시터부(330)의 커패시턴스는 단위 스위치들의 턴온 개수와 단위 커패시터들의 커패시턴스 값에 따라 불연속적으로 변화하지만, 제1 가변 커패시터부(320)의 연속적인 가변 특성에 의해 그 불연속적인 가변 구간 내에서 연속적으로 변화될 수 있으므로, 결국, 제2 가변 커패시터부(330)의 가변 범위는 연속적인 특성을 가지게 된다.Accordingly, the capacitance of the second
하기의 표 1은 제1 가변 커패시터부(320)의 커패시턴스 Cvar가 0.5pF의 가변 범위를 갖고, 단위 가변부(330a, 330b, 330c)에 구성된 단위 커패시터들의 커패시턴스 C1, C2, C3가 각각 0.5pF, 1pF, 2pF일 경우, 본 발명의 제1 실시예에 따른 가변 커패시터(300a)의 커패시턴스 변화를 나타낸 것이다. 하기 표 1에 기재된 Stage 1 내지 Stage 8은 제2 가변 커패시터부(330)에 구성된 단위 스위치들의 동작에 따른 커패시턴스의 가변 범위를 구분한 것이다.Table 1 below shows the capacitance C var of the first
<표 1>TABLE 1
표 1을 참조하면, 제2 가변 커패시터부(330)에서 어떤 단위 스위치가 동작을 하고, 몇 개의 단위 스위치가 동작 하느냐에 따라 초기 커패시턴스 값이 결정될 수 있으며, 이러한 초기 커패시턴스 값은 제1 가변 커패시터부(320)의 동작에 따라 제1 가변 커패시터부(320)의 가변 범위 내에서 일정하게 증가 또는 감소할 수 있다. Referring to Table 1, an initial capacitance value may be determined according to which unit switch operates in the second
한편, 단위 가변부(330a, 330b, 330c)에 구성된 단위 커패시터들의 커패시턴스 C1, C2, C3가 모두 동일할 경우, 턴온되는 단위 스위치 개수에 따라 초기 커패시턴스 값이 결정될 수 있다.Meanwhile, when the capacitances C 1 , C 2 , and C 3 of the unit capacitors configured in the unit
<등가회로>Equivalent Circuit
도 3d는 본 발명의 제1 실시예에 따른 가변 커패시터(300a)의 등가회로를 나타낸 도면이다.3D is a diagram illustrating an equivalent circuit of the
도 3d에 도시된 Cvar는 제1 가변 커패시터부(320)의 커패시턴스를 나타내고, C1, C2, C3는 단위 가변부(330a, 330b, 330c)에 구성된 단위 커패시터들의 커패시턴 스를 각각 나타내며, SW1, SW2, SW3는 단위 가변부(330a, 330b, 330c)에 구성된 단위 스위치들을 각각 나타낸다. 여기서, C1, C2, C3과 SW1, SW2, SW3의 개수는 적용 분야의 가변 범위에 맞게 조절할 수 있다.C var illustrated in FIG. 3D represents the capacitance of the first
[제1 변형예][First Modification]
본 발명의 제1 변형예에 따른 가변 커패시터(300b)는 제1 실시예의 가변 커패시터(300a)와 비교하여 제2 가변 커패시터부(340)의 구성이 상이하다. 이하, 제1 변형예에 따른 제1 가변 커패시터부(320)에 대한 상세한 설명은 제1 실시예를 통하여 설명하였으므로 생략하고, 제2 가변 커패시터부(340)에 대하여 상세히 설명하도록 한다. 또한, 상술한 제1 실시예의 구성과 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면 번호를 병기하도록 한다.The
도 4a는 본 발명의 제1 변형예에 따른 가변 커패시터(300b)의 전체적인 구성을 나타낸 가변 커패시터(300b)의 상면도이다.4A is a top view of the
도 4a를 참조하면, 본 발명의 제1 변형예에 따른 가변 커패시터(300b)는 제1 가변 커패시터부(320), 및 제1 가변 커패시터부(320)와 각각 병렬 접속된 커패시터 타입의 MEMS 스위치(340a, 340b, 340c)가 복수 개 구성된 제2 가변 커패시터부(340)를 포함한다.Referring to FIG. 4A, the
<제2 가변 커패시터부(340)><Second
1) 구성1) composition
제2 가변 커패시터부(340)는, 제1 실시예에서 설명한 한 쌍의 단위 커패시터와 단위 스위치로 구성된 단위 가변부(330a, 330b, 330c)와 달리, 커패시터와 스위치가 물리적으로 하나의 구성으로 이루어진 커패시터 타입의 MEMS 스위치(340a, 340b, 340c)를 포함할 수 있다.Unlike the unit
도 4b는 도 4a에 도시된 제2 가변 커패시터부(340)의 MEMS 스위치(340a, 340b, 340c) 중 제3 MEMS 스위치(340c)를 C-C’방향에서 나타낸 측면도이다.FIG. 4B is a side view of the
도 4b를 참조하면, 제3 MEMS 스위치(340c)는 고정전극(341), 금속층(343), 유전층(345), 및 유동전극(347)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4B, the
고정전극(341)은 절연기판(310) 상에 형성될 수 있다. 고정전극(341)의 상부에는, 유동전극(347)과의 전기적 쇼트를 방지하기 위한 절연층(342)이 형성될 수 있다.The fixed
금속층(343)은 절연기판(310) 상에 형성되며, 고정전극(341)과 전기적으로 절연될 수 있다. The
유전층(345)은 금속층(343) 상에 형성될 수 있다.
유동전극(347)은 고정전극(341) 상부에 형성되며, 고정전극(341)과 일정 거리를 두고 대향 이격되도록 형성된 것일 수 있다. 바람직하게는, 일측이 절연기판(310)에 고정되고, 타측이 고정전극(341)과 일정거리를 두고 대향 이격된 외팔보 형태를 가질 수 있다. 또한, 고정전극(341)과 유동전극(347) 사이의 커패시턴스를 크게 하기 위해서는 유동전극(347)과 유전층(345) 사이의 접촉 면적이 커야 한다. 따라서, MEMS 스위치(340a, 340b, 340c)의 정전 구동 시 유동전극(347)이 쉽게 휘 어질 수 있도록 도 4a에 도시된 바와 같이, 유동전극(347) 타측에 홈(347a)이 각각 형성된 것이 바람직하다.The
제1 가변 커패시터부(320)와 복수의 MEMS 스위치(340a, 340b, 340c)는 각각 병렬 연결될 수 있다. 바람직하게는, 제1 가변 커패시터부(320)의 하부전극(321)과 연결된 제1 단자(327a)가 제1 전기도선(329a)을 통하여 제2 가변 커패시터부(330)에 구성된 유동전극(347)들과 각각 연결될 수 있댜. 또한, 제1 가변 커패시터부(320)의 상부전극(323)과 연결된 제2 단자(327b)가 제2 전기도선(329b)을 통하여 제2 가변 커패시터부(330)에 구성된 금속층(343)과 각각 연결될 수 있다.The first
2) 동작2) operation
MEMS 스위치(340c)는 스위치 동작 여부에 따라 업-상태의 커패시턴스(Cup)과, 다운-상태의 커패시턴스(Cdown)로 두 가지 경우의 커패시턴스를 가질 수 있다.The
2-1) 업-상태의 커패시턴스(Cup)2-1) Up-Capacitance (Cup)
고정전극(341)과 유동전극(347) 사이에 제2 구동전압이 인가되지 않는 경우 금속층(343)과 유동전극(347) 사이에는 업-상태의 커패시턴스(Cup)를 가지게 되며, 그 값이 매우 작도록 설계되는 것이 바람직하다.When the second driving voltage is not applied between the fixed
2-2) 다운-상태의 커패시턴스(Cdown)2-2) Down-Capacitance (Cdown)
고정전극(341)과 유동전극(347) 사이에 제2 구동전압이 인가되는 경우 고정전극(341)과 유동전극(347) 사이에는 정전기력이 발생하게 된다. 이로 인해, 유동전극(347)이 고정전극(341) 방향으로 휘어지게 되고, 도 4c에 도시된 바와 같이, 유동전극(347)이 유전층(345)과 물리적으로 접촉하게 된다. 이때, 유동전극(347)과 금속층(343) 사이는 다운-상태의 커패시턴스(Cdown)를 가지게 되며, 그 값은 업-상태의 커패시턴스(Cup)에 비해 매우 큰 것이 바람직하다. 또한, 유동전극(347)과 고정전극(341) 사이에 인가되는 제2 구동전압은, 유동전극(347)의 빠른 스위치 동작과, 유동전극(347) 및 유전층(345) 사이의 접촉면적을 최대화하기 위하여, 유동전극(347)의 풀인 전압 이상인 것이 바람직하다. 여기서 풀인 전압이란, 유동전극(347)과 고정전극(341) 사이의 인가된 전압에 의해 형성된 정전기력 및 유동전극(347)의 기계적 복원력 사이에 힘의 평형 상태가 깨지게 되어 유동전극(341)과 고정전극(341)의 이격 거리가 급격히 감소될 수 있도록 하는 전압을 의미한다. 유동전극(347)과 유전층(345) 사이의 커패시턴스(Cdown)는 유동전극(347)과 유전층(345) 사이에 겹치는 영역의 면적에 따라 결정될 수 있으며, 이는 적용 분야에 맞게 설계되는 것이 바람직하다.When a second driving voltage is applied between the fixed
<등가회로>Equivalent Circuit
도 4d는 본 발명의 제1 변형예에 따른 가변 커패시터(300b)의 등가회로를 나타낸 도면이다.4D illustrates an equivalent circuit of the
도 4d에 도시된 Cvar는 연속적인 가변 범위를 갖는 제1 가변 커패시터부(320)의 커패시턴스를 나타내고, C4, C5, C6는 불연속적인 가변 범위를 갖는 MEMS 스위치(340a, 340b, 340c)들의 커패시턴스를 각각 나타낸다. 여기서, MEMS 스위치(340a, 340b, 340c)의 개수는 적용 분야의 가변 범위에 맞추어 조절할 수 있다.C var shown in FIG. 4D represents a capacitance of the first
도 4d에 도시된 바와 같이, Cvar로 나타낸 제1 가변 커패시터부(320)는C4, C5, C6로 나타낸 MEMS 스위치(340a, 340b, 340c)들과 각각 병렬로 연결된 것이 바람직하다.As shown in FIG. 4D, the first
C4, C5, C6로 나타낸 커패시터 타입의 MEMS 스위치(340a, 340b, 340c)들은 온/오프 동작 상태에 따라, 각각 업-상태의 커패시턴스(Cup)와 다운-상태의 커패시턴스(Cdown)를 가지게 된다. 또한, Cvar로 나타낸 제1 가변 커패시터부(320)는 제1 구동전압에 따라 연속적인 커패시턴스 범위를 갖게 된다. 여기서, 불연속적인 가변 범위를 갖는 제2 가변 커패시터부(340)의 커패시턴스는 MEMS 스위치(340a, 340b, 340c)들의 커패시턴스 C4, C5, C6의 병렬 조합으로 결정될 수 있다. The capacitor-
따라서, 제2 가변 커패시터부(340)의 불연속적인 가변 구간과 구간 사이는, 제1 가변 커패시터부(320)에 의하여, 제1 가변 커패시터부(320)의 가변 범위 내에서 일정하게 증가 또는 감소하게 된다.Therefore, between the discontinuous variable section and the section of the second
2. 가변 인덕터2. Variable Inductor
[제1 실시예][First Embodiment]
도 5a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 가변 인덕터(500)의 전체적인 구성을 나타낸 가변 인덕터(500)의 상면도이다.5A is a top view of the
도 5a를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 가변 인덕터(500)는 절연기판(510) 상에 형성되며, 서로 직렬 연결된 제1 가변 인덕터부(520)와 제2 가변 인 덕터부(530)를 포함한다.Referring to FIG. 5A, the
<제1 가변 인덕터부(520)><First
1) 구성1) composition
도 5b는 도 5a에 도시된 제1 가변 인덕터부(520)를 D-D’방향에서 나타낸 측면도이다.5B is a side view illustrating the first
도 5b 및 도 5a를 참조하면, 제1 가변 인덕터부(520)는 절연기판(510) 상에 형성된 미앤더형 인덕터(521), 및 복수의 구동전극(523)을 포함할 수 있다.5B and 5A, the first
절연기판(510)은 절연성을 갖고 높은 정밀도로 평평하게 형성된 유리 기판, 세라믹 기판 또는 실리콘 기판 등으로 형성된 것일 수 있다. 또한, 절연기판(510)이 실리콘 기판과 같이 도전성을 가질 경우, 그 상면에 실리콘 산화막(silicon oxide)과 같은 절연층(insulating layer)이 형성된 것이 바람직하다.The insulating
미앤더형 인덕터(521)는 도 5b에 도시된 바와 같이, 전기도선이 구불구불하게 연속적으로 이어진 형태를 가질 수 있다. 또한, 미앤더형 인덕터(521)는 도 5b에 도시된 바와 같이, 일측이 절연기판(510) 상에 고정되고, 타측이 절연기판(510)과 이격되며, 상부로 말려 올라간 곡선 형태를 갖도록 형성된 것이 바람직하다. 이와 같이 미앤더형 인덕터(521)가 곡선 형태를 갖기 위해서는, 미앤더형 인덕터(521)는 이종의 물질로 이루어진 것이 바람직하다. 여기서, 이종의 물질은 상부 물질(521a)과 하부 물질(521b)로 구성될 수 있다. 상부 물질(521a)은 금, 구리 또는 은과 같이 높은 전기 전도성을 갖는 금속물질로 이루어진 것일 수 있다. 하부 물질(521b)은 구동전극(523)과의 전기적인 쇼트를 방지하기 위해 실리콘 산화막 또 는 실리콘 질화막과 같은 절연물질로 이루어진 것일 수 있다. 또한, 미앤더형 인덕터(521)가 곡선 형태를 갖기 위해서는, 상부 물질(521a)과 하부 물질(521b)이 스트레스 차이를 갖도록 제조된 것이 바람직하다. 여기서, 상부 물질(521a)은 인장 응력(tensile stress)를 가지도록 형성되고, 하부 물질(521b)은 압축 응력(compressive stress)를 가지도록 형성된 것일 수 있다.As shown in FIG. 5B, the
이러한 미앤더형 인덕터(521)는 도 5a에 도시된 바와 같이, 일단이 Port 1과 연결되며, 타단이 제2 가변 인덕터부(530)에 구성된 솔레노이드형 인덕터(531)의 일단과 연결될 수 있다.As shown in FIG. 5A, one end of the
복수의 구동전극(523)은 도 5a에 도시된 바와 같이, 미앤더형 인덕터(521)의 도선 사이 일부에 엇물린 형태로 구성될 수 있다. 또한, 복수의 구동전극(523)은 도 5b에 도시된 바와 같이, 일측이 절연기판(510) 상에 고정되고, 타측이 절연기판(510)과 이격되며, 상부로 말려 올라간 곡선 형태를 갖도록 형성된 것이 바람직하다. 이와 같이 복수의 구동전극(523)이 곡선 형태를 갖기 위해서는, 복수의 구동전극(523)도 이종의 물질로 이루어진 것이 바람직하다. 여기서, 이종의 물질은 상부 물질(523a)과 하부 물질(523b)로 구성될 수 있다. 상부 물질(523a)은 RF 신호의 누설을 방지하기 위해 실리콘카바이드, 폴리실리콘과 같이 높은 비저항성을 갖는 물질로 이루어진 것일 수 있다. 하부 물질(523b)은 실리콘 산화막과 같은 절연물질로 이루어진 것일 수 있다. 이와 같이 이종의 물질은 스트레스 차이를 갖도록 형성된 것이 바람직하며, 이를 위해서는, 상부 물질(523a)은 인장 응력(tensile stress)를 가지도록 형성되며, 하부 물질(523b)은 압축 응력(compressive stress) 를 가지도록 형성된 것이 바람직하다.As illustrated in FIG. 5A, the plurality of driving
2) 동작2) operation
먼저, 미앤더형 인덕터(521)와 구동전극(523)에 전압을 인가하지 않는 경우, 도 5b에 도시된 바와 같이, 미앤더형 인덕터(521)와 구동전극(523)은 초기 형태를 유지하게 된다.First, when no voltage is applied to the
다음, 미앤더형 인덕터(521)와 구동전극(523)에 제1 구동전압을 인가하게 되면, 미앤더형 인덕터(521)와 구동전극(523) 사이에 전위차가 형성되며, 이에 따라 전기장(electric field)이 형성된다. 미앤더형 인덕터(521)와 구동전극(523) 사이에 형성된 전기장에 의해 절연기판(510) 방향으로 힘이 형성되며, 이로 인해 도 5c에 도시된 바와 같이, 미앤더형 인덕터(521)와 구동전극(523)은 절연기판(510) 방향으로 휘어지게 된다. Next, when a first driving voltage is applied to the
이와 같은 현상이 발생하는 부분은 구동전극(523)과 미앤더형 인덕터(521)의 도선이 엇물린 부분(523a)에 해당한다. 반면, 구동전극(523)과 엇물려 있지 않은 미앤더형 인덕터(521)의 도선 부분(523b)은 구동전극(523)의 영향을 거의 받지 않으므로, 도 5d에 도시된 바와 같이 초기 형태를 유지하게 된다. 이에 따라, 구동전극(523)이 엇물린 미앤더형 인덕터(521)의 도선 부분(523a)과 구동전극(523)의 영향을 받지 않는 미앤더형 인덕터(521)의 도선 부분(523b) 간의 이격 거리(a)는 증가하게 된다. 이로 인해, 미앤더형 인덕터(521)의 두 도선 부분(523a, 523b) 사이에 상호 인덕턴스(mutual inductance)가 변화하게 된다. 이때, 연속적으로 인덕턴스 값을 변화시키기 위해서는, 미앤더형 인덕터(521)와 구동전극(523) 사이에 인가 되는 제1 구동전압이 미앤더형 인덕터(521)의 풀인 전압 이하인 것이 바람직하다. 여기서, 풀인 전압이란 구동전극(523) 및 미앤더형 인덕터(521) 간의 정전기력과, 미앤더형 인덕터(521)의 도선의 기계적 복원력의 평형이 깨지면서 미앤더형 인덕터(521)의 도선이 절연기판(510) 방향으로 급격히 위치 이동되도록 하는 전압을 의미한다. 따라서, 제1 가변 인덕터부(521)는 미앤더형 인덕터(521)와 구동전극(523) 사이에 인가되는 구동전압에 따른 도선 간 이격 거리(a) 변화에 따라서 인덕턴스 값을 연속적으로 가변 할 수 있다.The portion where such a phenomenon occurs corresponds to the
<제2 가변 인덕터부(530)><Second
1) 구성1) composition
도 5e는 도 5a에 도시된 제2 가변 인덕터부(530)를 F-F’방향에서 나타낸 측면도이다. FIG. 5E is a side view illustrating the second
도 5e 및 도 5a를 참조하면, 제2 가변 인덕터부(530)는 절연기판(510) 상에 형성된 솔레노이드 인덕터(531)와, 복수의 단위 스위치(533, 535, 537, 539)를 포함할 수 있다. 여기서, 단위 스위치(533, 535, 537, 539)의 개수는 적용 분야에 따라 조절할 수 있다.5E and 5A, the second
솔레노이드 인덕터(531)는 도 5e에 도시된 바와 같이, 절연기판(510) 상에 형성된 바닥도선(531a), 바닥도선(531a)과 이격된 상부도선(531c), 및 바닥도선(531a)과 상부도선(531c)를 전기적, 물리적으로 연결하는 기둥도선(531b)으로 구성될 수 있다. 바닥도선(531a)과 상부도선(531c)은 기둥도선(531b)에 의해 수십 마이크로 미터 간격으로 이격되어 있을 수 있다. 바닥도선(531a), 기둥도선(531b) 및 상부도선(531c)은 솔레노이드 인덕터(531)의 높은 품질 계수를 위하여 금, 구리, 은 등과 같이 전기 전도도가 높은 금속으로 이루어진 것이 바람직하다.As illustrated in FIG. 5E, the
솔레노이드 인덕터(531)는 일단이 미앤더형 인덕터(521)의 타단과 연결될 수 있다. 또한, 솔레노이드 인덕터(531)는 솔레노이드 인덕터(531)의 코일 길이를 조절할 수 있도록 코일 길이를 분할하는 위치에 단위 스위치(533, 535, 537, 539)가 각각 연결될 수 있다. 보다 구체적으로, 단위 스위치(533, 535, 537, 539)는 솔레노이드 인덕터(531)의 코일 길이 분할 위치와 Port 2 사이에 각각 연결될 수 있다.단위 스위치(533, 535, 537, 539)는 도 5e에 도시된 바와 같이, 고정전극(535a), 드레인 전극(535c) 및 유동전극(535d)을 각각 포함할 수 있다.One end of the
고정 전극(535a)은 절연기판(510) 상에 형성되며, 유동전극(535d)과의 전기적 쇼트를 방지하기 위하여, 그 상부에는 절연막(535b)이 형성될 수 있다.The fixed
드레인 전극(535c)은 절연기판(535c) 상에 형성되며, 고정전극(535a)과 전기적으로 절연되도록 형성될 수 있다. 단위 스위치(533, 535, 537, 539)에 구성된 각각의 드레인 전극들은 기둥도선(532a)과 전기도선(532b)을 통해 서로 연결된 것이 바람직하며, 전기도선(532)은 Port 2와 연결될 수 있다. 또한, 전기도선(532b)는 높은 품질 계수를 위하여 도 5e에 도시된 바와 같이 기둥도선(532a)에 의해 절연기판(510)과 이격되는 것이 바람직하다.The
유동전극(535d)은 도 5e 및 도 5a에 도시된 바와 같이, 고정전극(535a) 및 드레인 전극(535c)과 대향 이격되도록 형성된 것일 수 있다. 보다 구체적으로, 일측이 솔레노이드형 인덕터(531)의 코일 길이를 분할하는 위치에 각각 연결되며, 타 측이 고정전극(535a) 및 드레인 전극(535c)과 일정거리를 두고 대향 이격된 외팔보 형태를 가질 수 있다. 또한, 유동전극(535d)의 타측 단에는 고정전극(535a)과 전기적 쇼트가 일어나지 않도록 딤플(535e)이 형성될 수 있다.As shown in FIGS. 5E and 5A, the floating
유동도선(535d), 기둥도선(532a), 및 전기도선(532b)은 금, 구리, 은 등과 같이 전기 전도도가 높은 물질로 형성되는 것이 바람직하다. 단위 스위치(533, 532, 537, 539)의 딤플(535e)과 드레인 전극(535c) 사이의 낮은 접촉 저항을 얻기 위하여, 딤플(535e)과 드레인 전극(535c)은 금 또는 금과 납의 합금 등으로 형성된 것이 바람직하다.The
2) 동작2) operation
도 5a에 도시된 단위 스위치(533, 535, 537, 539) 중 제2 단위 스위치(532)의 고정전극(535a)과 유동전극(535d) 사이에 제2 구동전압이 인가되면, 고정전극(535a)과 유동전극(535d) 사이에서 발생하는 정전기력에 의해 유동전극(535d)이 고정전극(535a) 방향으로 움직이게 된다. 이로 인해, 유동전극(535d)은 딤플(535e)을 통해 드레인 전극(535c)과 전기적으로 도통하게 된다 여기서, 고정전극(535a)과 유동전극(535d) 사이에 인가되는 제2 구동전압은 유동전극(535d)의 빠른 스위치 동작을 위하여 유동전극(535d)의의 풀인 전압 이상인 것이 바람직하다. 여기서, 단위 스위치(533, 535, 537, 539) 중 어느 단위 스위치를 선택하느냐에 따라 RF 신호가 지나가는 솔레노이드형 인덕터(531)의 물리적 길이가 결정되고, 이에 따라 제2 가변 인덕터부(530) 인덕턴스 값이 불연속적으로 변화하게 된다.When the second driving voltage is applied between the fixed
따라서, 제2 가변 인덕터부(530)와 제1 가변 인덕터부(520)는 직렬 연결되어 있으므로, 제2 실시예에 따른 가변 인덕터(500)의 인덕턴스 값은, 복수의 단위 스위치(533, 535, 537, 539) 중 어느 단위 스위치가 선택되어 동작되느냐에 따라 불연속적으로 변화하지만, 그 불연속적인 가변 구간과 구간 사이에는, 1 가변 인덕터부(520)의 연속적인 가변 특성에 의해 제1 가변 인덕터부(520)의 가변 범위 내에서 연속적으로 변화될 수 있다.Accordingly, since the second
<등가회로>Equivalent Circuit
도 5f는 본 발명의 제2 실시예에 따른 가변 인덕터(500)의 등가회로를 나타낸 도면이다.5F is a diagram illustrating an equivalent circuit of the
도 5f에 도시된 L1은 제1 가변 인덕터부(520)에 구성된 미앤더형 인덕터(521) 인덕턴스를 나타내고, L2, L3, L4는 단위 스위치(533, 535, 537, 539)에 선택적 동작에 의해 솔레노이드형 인덕터(531)의 물리적 길이가 변화했을 경우, 그에 따른 인덕턴스를 각각 나타내며, SW1, SW2, SW3, SW4는 복수의 단위 스위치(533, 535, 537, 539)를 각각 나타낸 것이다.In FIG. 5F, L 1 represents the
도 5f에 도시된 등가회로는 제1 가변 인덕터부(520)와, SW1, SW2, SW3, SW4 중 SW2로 나타낸 제2 단위 스위치(535)가 동작한 경우를 나타낸 도면이다. 도 5f에 도시된 바와 같이, 제2 단위 스위치(535)가 동작에 의해 Port 1과 Port 2 사이의 인덕턴스는 L1와 L2의 합으로 나타낼 수 있다.The equivalent circuit illustrated in FIG. 5F is a diagram illustrating a case in which the first
[제2 변형예]Second Modification
도 6a는 도 5a에 도시된 제1 가변 인덕터부(520)를 대체할 수 있는 새로운 구조의 제1 가변 인덕터부(520)를 나타낸 도면이다.FIG. 6A illustrates a first
이하, 본 발명의 제2 변형예에 따른 제1 가변 인덕터부(520)에 대하여 상세히 설명한다. 또한, 제2 실시예를 통하여 설명된 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면 번호를 병기하도록 한다.Hereinafter, the first
<제1 가변 인덕터부(520)><First
1) 구성1) composition
도 6a에 도시된 바와 같이, 제1 가변 인덕터부(540)는 절연기판(510) 상에 형성된 인덕터(542)와 구동전극(545)을 포함한다.As shown in FIG. 6A, the first
인덕터(542)는 내부도선(543), 외부도선(544) 및 입출력 도선(541)을 포함할 수 있다. 내부도선(543), 외부도선(544) 및 입출력 도선(541)은 전기적, 물리적으로 연결된 것이 바람직하다. 여기서, 입출력 도선(541)은 입력도선(541a)과 출력도선(541b)으로 구성될 수 있으며, 입력도선(541a)은 도 5a에 도시된 Port 1 및 외부도선(544)과 연결되고, 출력도선(541b)는 외부도선(544) 및 솔레노이드형 인덕터(531)의 일측과 연결되며, 내부도선(543)과 외부도선(544)은 서로 이어진 형태로 형성된 것일 수 있다. The inductor 542 may include an
도 6b는 도 6a에 도시된 제1 가변 인덕터(540)를 G-G’방향에서 나타낸 측면도이다.FIG. 6B is a side view of the first
인덕터(542)는 도 6b에 도시된 바와 같이, 일측이 절연기판(510) 상에 고정 되고, 타측이 절연기판(510)과 이격되며, 상부로 말려 올라간 곡선 형태를 갖도록 형성된 것이 바람직하다. 또한, 내부도선(543)와 외부도선(544)은 같은 곡률로 굽어져 G-G’방향에서 동일 선상에 있는 것이 바람직하다. As shown in FIG. 6B, the inductor 542 may be formed to have a curved shape in which one side is fixed on the insulating
이와 같이 인덕터(542)가 곡선 형태를 갖기 위해서는, 인덕터(542)는 이종의 물질로 이루어진 것이 바람직하다. 여기서, 이종의 물질은 상부 물질(543a)과 하부 물질(543b)로 구성될 수 있다. 상부 물질(543a)은 금, 구리 또는 은과 같이 높은 전기 전도성을 갖는 금속물질로 이루어진 것일 수 있다. 하부 물질(543b)은 구동전극(545)과의 전기적인 쇼트를 방지하기 위해 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막과 같은 절연물질로 이루어진 것일 수 있다. 또한, 인덕터(542)가 곡선 형태를 갖기 위해서는, 상부 물질(543a)과 하부 물질(543b)은 스트레스 차이를 갖도록 제조된 것이 바람직하다. 여기서, 상부 물질(521a)은 인장 응력(tensile stress)를 가지도록 형성되고, 하부 물질(521b)은 압축 응력(compressive stress)를 가지도록 형성된 것일 수 있다.As described above, in order for the inductor 542 to have a curved shape, the inductor 542 is preferably made of different materials. Here, the heterogeneous material may be composed of an
구동전극(545)는 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 인덕터(542)의 내부도선(543) 사이에 엇물린 형태로 구성될 수 있다. 또한, 구동전극(545)는 도 6b에 도시된 바와 같이, 일측이 절연기판(510) 상에 고정되고, 타측이 절연기판과 이격되며, 상부로 말려 올라간 곡선 형태를 갖도록 형성된 것이 바람직하다. 이와 같이 구동전극(545)이 곡선 형태를 갖기 위해서는, 구동전극(545)도 이종의 물질로 이루어진 것이 바람직하다. 여기서, 이종의 물질은 상부 물질(545a)과 하부 물질(545b)로 구성될 수 있다. 상부 물질(545a)은 RF 신호의 누설을 방지하기 위해 실리콘카 바이드, 폴리실리콘과 같이 높은 비저항성을 갖는 물질로 이루어진 것일 수 있다. 하부 물질(545b)은 실리콘 산화막과 같은 절연물질로 이루어진 것일 수 있다. 이와 같이 이종의 물질은 스트레스 차이를 갖도록 형성된 것이 바람직하며, 이를 위해서는, 상부 물질(545a)은 인장 응력(tensile stress)를 가지도록 형성되며, 하부 물질(545b)은 압축 응력(compressive stress)를 가지도록 형성된 것이 바람직하다.As shown in FIGS. 6A and 6B, the driving
2) 동작2) operation
먼저, 인덕터(542)와 구동전극(545)에 전압을 인가하지 않는 경우 도 6b에 도시된 바와 같이, 인덕터(542)와 구동전극(545)은 초기 형태를 유지하게 된다.First, when no voltage is applied to the inductor 542 and the driving
다음, 인덕터(542)와 구동전극(545) 사이에 구동전압을 인가하게 되면, 인덕터(542)와 구동전극(545) 사이에 전위차가 형성되며 이로 인해, 전기장(electric field)이 형성된다. 가변 인덕터(543)와 구동전극(545) 사이에 형성된 전기장에 의해 절연기판(510) 방향으로 힘이 형성되며, 이로 인해 도 6c에 도시된 바와 같이 가변 인덕터(543)와 구동전극(545)이 절연기판(510) 방향으로 휘어지게 된다. 이때, 내부도선(543)이 외부도선(544) 보다 구동전극(545)과 인접하기 때문에, 내부도선(543)과 구동전극(545) 사이에 형성된 전기장이 외부도선(544)과 구동전극(545) 사이에 형성된 전기장에 비해 훨씬 큰 값을 갖게 된다. 이에 따라, 내부도선(543)이 절연기판(510) 방향으로 움직이게 되며, 이에 따라 외부도선(544)과의 이격 거리가 초기 상태보다 증가하게 된다.Next, when a driving voltage is applied between the inductor 542 and the driving
따라서, 인덕터(542)와 구동전극(545) 사이에 인가되는 구동전압에 따른 내부도선(543)과 외부도선(544) 사이의 이격 거리 변화에 따라 인덕터(542)의 인덕턴 스를 연속적으로 변화시킬 수 있다. 이때, 인덕터(542)와 구동전극(545) 사이에 인가되는 구동전압은 내부도선(543)과 외부도선(544)의 풀인 전압 이하인 것이 바람직하다. Accordingly, the inductance of the inductor 542 is continuously changed in accordance with the change of the separation distance between the
본 발명에 따른 가변 커패시터와 가변 인덕터는 연속적인 가변 범위를 갖는 가변 소자와, 불연속적인 가변 범위를 갖는 가변 소자를 효율적으로 결합함으로써 연속적인 가변 범위를 확장시킬 수 있으므로, 기존의 가변 소자에 비해 매우 넓고 연속적인 가변 범위를 제공할 수 있다.The variable capacitor and the variable inductor according to the present invention can extend the continuous variable range by efficiently combining the variable element having the continuous variable range and the variable element having the discontinuous variable range, and thus, the variable capacitor and the variable inductor can be greatly compared with the conventional variable element. It can provide a wide and continuous variable range.
또한, MEMS 구동기를 구동하기 위한 전압의 상승 없이 연속적으로 가변 범위를 확장시킬 수 있으므로, 휴대폰과 같은 모바일 어플리케이션에 적합한 저전압 가변 소자에 적용될 수 있다.In addition, since the variable range can be continuously extended without increasing the voltage for driving the MEMS driver, it can be applied to low voltage variable devices suitable for mobile applications such as mobile phones.
또한, 무선 송수신기의 프론트-엔드에 적용될 경우, 주변 환경에 따라 변화하는 안테나의 입력 저항, 및 사간에 따라 변화하는 파워 엠프의 출력 저항에 손쉽게 대처할 수 있으므로, 무선 송수신기의 전력 전달 효율을 향상시킬 수 있다.In addition, when applied to the front-end of the wireless transceiver, it is possible to easily cope with the input resistance of the antenna, which changes according to the surrounding environment, and the output resistance of the power amplifier, which varies with time, thereby improving the power transmission efficiency of the wireless transceiver. have.
또한, 광대역의 전압 조절 발진기의 LC-tank에 적용될 경우, 전압 조절 발진기의 중심 주파수를 향상시킬 수 있다.In addition, when applied to the LC-tank of a wideband voltage controlled oscillator, it is possible to improve the center frequency of the voltage controlled oscillator.
이상에서 보는 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시 될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. As described above, those skilled in the art to which the present invention pertains will understand that the present invention may be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features.
그러므로, 이상에서 기술한 실시 예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Therefore, the embodiments described above are to be understood in all respects as illustrative and not restrictive, and the scope of the present invention is indicated by the following claims rather than the above description, and the meaning and scope of the claims And all changes or modifications derived from the equivalent concept should be interpreted as being included in the scope of the present invention.
도 1a 및 도 1b는 MEMS를 이용한 종래의 가변 커패시터를 나타낸 도면.1A and 1B show a conventional variable capacitor using MEMS.
도 1b는 도 1a에 도시된 가변 커패시터의 풀인 전압에 따른 이격 거리 변화를 나타낸 도면.FIG. 1B is a view illustrating a change in separation distance according to a pull-in voltage of the variable capacitor illustrated in FIG. 1A.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가변 커패시터 및 가변 인덕터의 기본 원리를 설명하기 위해 나타낸 도면.2 is a view illustrating a basic principle of a variable capacitor and a variable inductor according to an embodiment of the present invention.
도 3a 내지 도 3b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 가변 커패시터의 구성을 나타낸 도면.3A to 3B are views showing the configuration of a variable capacitor according to a first embodiment of the present invention.
도 3d는 본 발명의 제1 실시예에 따른 가변 커패시터의 등가회로를 나타낸 도면.3D is an equivalent circuit diagram of a variable capacitor according to a first embodiment of the present invention.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 제1 변형예에 따른 제2 가변 커패시터부의 구성을 나타낸 도면.4A to 4C are views illustrating a configuration of a second variable capacitor unit according to a first modification of the present invention.
도 4d는 본 발명의 제1 변형예에 따른 가변 커패시터의 등가회로를 나타낸 도면.4D is an equivalent circuit diagram of a variable capacitor according to a first modification of the present invention.
도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 제2 실시예에 따른 가변 인덕터의 구성을 나타낸 도면.5A to 5E are views showing the configuration of a variable inductor according to a second embodiment of the present invention.
도 5f는 본 발명의 본 발명의 제2 실시예에 따른 가변 인덕터의 등가회로를 나타낸 도면.5F shows an equivalent circuit of a variable inductor according to a second embodiment of the present invention.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 제2 변형예에 따른 제1 가변 인덕터부의 구성을 나타낸 도면.6A to 6D are views showing the configuration of the first variable inductor unit according to the second modification of the present invention.
********* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ****************** Explanation of symbols for the main parts of the drawings *********
300a, 300b: 가변 커패시터300a, 300b: variable capacitor
320: 제1 가변 커패시터부320: first variable capacitor unit
330, 340: 제2 가변 커패시터부330 and 340: second variable capacitor unit
500: 가변 인덕터500: variable inductor
520, 540: 제1 가변 인덕터부520 and 540: first variable inductor unit
530: 제2 가변 인덕터부530: second variable inductor
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