KR101394518B1 - Cavity resonator - Google Patents
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Abstract
본 발명은 공동 공진기에 관한 것으로 이러한 본 발명의 한 실시예는 내부에 공동을 가지는 외심부, 상기 공동 내에 위치하며 상기 공동 바닥면에 연결되고 상면이 개방된 원통 형상을 갖는 내심부, 상기 공동 상면에 연결되어 상기 내심부 중앙으로 내려오는 봉형의 튜닝 스크류, 그리고 상기 외심부의 내주면과 상기 내심부의 외주면을 연결하는 하나 이상의 코일을 포함하며, 상기 튜닝 스크류의 하면은 내심부 바닥면과 이격거리를 갖는다.An embodiment of the present invention relates to a cavity resonator, comprising an outer core portion having an inner cavity, an inner core portion located in the cavity and connected to the cavity bottom surface and having a cylindrical shape with an opened top surface, Shaped tuning screw connected to the center of the inner core, and at least one coil connecting the inner circumferential surface of the outer core and the outer circumferential surface of the inner core, and the lower surface of the tuning screw is spaced apart from the inner bottom surface .
Description
본 발명은 공동 공진기에 관한 것이다.The present invention relates to a cavity resonator.
공동 공진기(Cavity Resonator)는 도체 벽으로 둘러싸인 공동의 공진 현상(Resonance phenomena)을 이용한 초고주파 대역에 주로 사용되는 공진기 형태이다. 특히, 공진기 내부의 형상을 동축선 구조로 만든 공진기를 동축 공동 공진기라고 한다. 공진기의 크기는 공진기가 동작하는 공진주파수와 밀접한 관련이 있으며, 이것은 물리적인 크기에 의하여 결정된다.The cavity resonator is a resonator type mainly used in a very high frequency band using a resonance phenomenon of a cavity surrounded by a conductor wall. In particular, a resonator having a coaxial line shape inside the resonator is called a coaxial cavity resonator. The size of the resonator is closely related to the resonant frequency at which the resonator operates, which is determined by the physical size.
종래의 공동 공진기 구조로는 공진기의 한쪽을 단락 시키고, 나머지 한쪽을 단락 또는 개방시키는 방법이 있다. 그러나 일반적으로 사용되는 공진기는 한쪽을 개방시키는 방법을 선택하며, 이것을 이중 동축 공동 공진기(Double-coaxial cavity resonator) 라고 한다. In the conventional cavity resonator structure, one of the resonators is short-circuited and the other is short-circuited or opened. However, a commonly used resonator selects a method of opening one side, which is called a double-coaxial cavity resonator.
종래의 이중 동축 공동 공진기는 임의 형상의 금속 공동 내부에 한쪽 끝이 공동 공진기의 한 면에 부착되어 단락 되고, 일정의 길이를 갖는 금속으로 된 내심을 형성하여 나머지 쪽은 개방되어 내심의 길이에 따른 공진 주파수(Resonance Frequency)를 갖게 만든 형태이다. 또한, 개방된 공진기의 끝 면에서 금속 내심 내부에 튜닝 스크류를 삽입하도록 하여 금속 내심의 바닥면과의 이격 거리를 조정하여 공진기의 공진 주파수를 조정할 수 있다. 그러나 공진기의 공진주파수는 튜닝 스크류와 내심의 길이로는 약간의 조절만 가능하며, 공진주파수의 주 결정요소는 공진기의 크기가 된다. 그러므로 공동 공진기의 소형화는 매우 중요한 의미를 갖는다.In the conventional double coaxial cavity resonator, one end is attached to one surface of the cavity resonator and is short-circuited in a metal cavity of an arbitrary shape to form an inner core made of a metal having a predetermined length, It has a resonance frequency. In addition, the resonance frequency of the resonator can be adjusted by inserting a tuning screw into the inside of the metal at the end surface of the opened resonator to adjust the distance from the bottom surface of the metal inside. However, the resonance frequency of the resonator can only be slightly adjusted by the length of the tuning screw and the inner core, and the main determining factor of the resonance frequency is the size of the resonator. Therefore, miniaturization of the cavity resonator is very important.
공동 공진기의 경우 공진기를 사용하는 여파기를 비롯한 초고주파 부품에 주로 많이 사용되며, 부품의 크기를 소형화하는데 있어서 공진기의 크기는 매우 많은 영향을 주고 있다.In the case of a cavity resonator, it is mainly used for a very high frequency component including a resonator, and the size of the resonator has a great influence on the miniaturization of the component.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 공동 공진기에 메타물질 기술을 적용시키고 코일을 이용하여 소형화 특성을 갖는 공동 공진기를 제공하기 위한 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a cavity resonator having a miniaturization characteristic by applying a metamaterial technology to a cavity resonator and using a coil.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 튜닝이 가능한 CRLH 전송선 구조의 공동 공진기를 제공하기 위한 것이다.Another object of the present invention is to provide a cavity resonator of a tunable CRLH transmission line structure.
본 발명의 한 특징에 따른 공동 공진기는 내부에 공동을 가지는 외심부,A cavity resonator according to one aspect of the present invention includes an outer core portion having an inner cavity,
상기 공동 내에 위치하며 상기 공동 바닥면에 연결되고 상면이 개방된 원통 형상을 갖는 내심부, 상기 공동 상면에 연결되어 상기 내심부 중앙으로 내려오는 봉형의 튜닝 스크류, 그리고 상기 외심부의 내주면과 상기 내심부의 외주면을 연결하는 하나 이상의 코일을 포함하며, 상기 튜닝 스크류의 하면은 내심부 바닥면과 이격거리를 갖는다.A tubular tuning screw which is connected to the cavity bottom and has a cylindrical shape and is opened on the top surface, a rod-shaped tuning screw which is connected to the cavity top surface and descends to the center of the inner core, And the lower surface of the tuning screw has a distance from the bottom surface of the inner bottom.
상기 튜닝 스크류는 내심부의 원통 내부에 삽입되어 내심부의 내주면과 튜닝 스크류의 외주면 간에 갭이 형성되도록 외주 직경을 설정하고, 등가 회로적으로 캐패시터를 형성한다.The tuning screw is inserted into a cylinder of the inner core to set the outer diameter so that a gap is formed between the inner circumferential surface of the inner core and the outer circumferential surface of the tuning screw, and a capacitor is formed in an equivalent circuit.
상기 내심부 바닥면과 상기 튜닝 스크류 간의 이격거리를 조정하여 공진 주파수를 조정한다.The resonance frequency is adjusted by adjusting the distance between the bottom surface of the deep core and the tuning screw.
상기 튜닝 스크류는 알루미늄 재질의 봉에 표면을 은으로 도금한다.The tuning screw is plated with silver on the aluminum rod.
상기 코일은 외심부 내주면에 연결 또는 단락 하여 공진 주파수를 조정한다.The coil is connected or short-circuited to the inner peripheral surface of the outer core to adjust the resonance frequency.
상기 코일은 에어코일이다.The coil is an air coil.
상기 코일은 금속 도선으로 형성된다.The coil is formed of a metal wire.
이러한 특징에 따르면, 공동 공진기에 메타물질 기술을 적용시키고 코일을 이용하여 소형화 특성을 갖는다.According to this characteristic, a metamaterial technique is applied to a cavity resonator and a miniaturization characteristic is obtained by using a coil.
또한, 튜닝이 가능한 CRLH 전송선 구조의 공동 공진기를 제공한다.Also provided is a cavity resonator of a tunable CRLH transmission line structure.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 공동 공진기의 내부 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 공동 공진기를 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 외심부, 내심부, 튜닝 스크류 그리고 코일을 자른 도면을 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 CRLH 전송선로의 등가회로이다.
도 4는 도 3의 전송선로의 위상 속도를 보여주는 전송선의 분산도이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 CRLH 공동 공진기와 기존 공진기를 이용한 대역 통과 여파기 특성을 비교한 도면이다.1 is an internal perspective view of a cavity resonator according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the cavity resonator shown in FIG. 1, taken along the line II-II of FIG. 1, in which the outer core portion, the inner core portion, the tuning screw, and the coil are cut.
3 is an equivalent circuit of a CRLH transmission line according to an embodiment of the present invention.
4 is a dispersion diagram of a transmission line showing the phase velocity of the transmission line of FIG.
5 is a graph comparing characteristics of a bandpass filter using a CRLH cavity resonator and an existing resonator according to an embodiment of the present invention.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 공동 공진기에 대하여 설명한다.Hereinafter, a cavity resonator according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1 및 도 5를 참고로 하여 한 실시예에 따른 공동 공진기의 구조에 대하여 설명한다.The structure of the cavity resonator according to one embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 5. FIG.
도 1은 한 실시예에 따른 공동 공진기의 내부를 사시한 도면으로, 최외곽 선이 외심부(100)의 내주면을 나타내며, 최외곽 선 바깥쪽에 외심부(100)가 구성된다.FIG. 1 is a perspective view of an internal structure of a cavity resonator according to an embodiment of the present invention. The outermost line represents the inner peripheral surface of the
먼저, 이와 같은 도 1과 도2를 참고로 하면, 한 실시예에 따른 공동 공진기는 내부에 공동(110)을 가지는 외심부(100), 공동(110) 내부의 바닥면과 연결되고 상면이 개방된 원통형의 내심부(200), 공동(110) 내부의 상면과 연결되고 내심부(200) 중앙으로 내려오는 봉형의 튜닝 스크류(300) 그리고 외심부(100) 내주면과 내심부(200) 외주면을 연결하는 하나 이상의 코일(400)을 포함한다.1 and 2, the cavity resonator according to an embodiment includes an
외심부(100)는 외심부(100)를 가로 방향으로 잘랐을 때의 공동(110)의 평면은 다각형, 원형 또는 타원형 등 공진이 가능한 다양한 형태 중 하나의 형태를 가질 수 있다.The surface of the
내심부(200)은 외심부(100)의 내부인 공동(110)의 바닥면과 연결된 원통형의 금속으로 구성하며, 공동(110)의 상면과 이격거리(d2)를 가진다.The
튜닝 스크류(300)은 외심부(100)의 내부인 공동(110)의 상면과 연결되어 내심부(200)의 원통 내부로 내려오는 봉형태의 금속재질로 구성한다.The
이러한 튜닝 스크류(300)의 지름(r2)는 내심부(200)의 지름(r3)보다 작게 구성하여 내심부(200)의 내주면과 튜닝 스크류(300)의 외주면이 닿지 않게 구성하고, 튜닝 스크류(300)의 하면과 내심부(200)의 원통 내부의 바닥면이 이격거리를 가져 닿지 않게 구성하여 내심부(200)와 튜닝 스크류(300) 간의 갭이 형성되도록 함으로써 등가회로적으로 커패시터를 형성하도록 한다.The diameter r 2 of the
이러한 내심부(200)와 튜닝 스크류(300) 간의 이격거리를 조정하여 공진 주파수를 조정하는 것이 가능하다.It is possible to adjust the resonance frequency by adjusting the separation distance between the
코일(400)은 외심부(100)의 내주면과 내심부(200)의 외주면을 연결한다.The
이러한 코일(400)은 하나 이상으로 공동(110)에 구성되는 것이 가능하며, 기본적으로 에어코일을 사용하여 구성하나, 특정한 형상과 무관하게 인덕턴스 값을 구현할 수 있는 모든 구조에 대해 적용 가능하며, 공진기의 구조물의 변경으로 원하는 공진 주파수를 얻는다면 그 형태를 한정 짓지 않는다.These
이러한 코일은 에어코일 또는 금속 도선으로 형성하며, 코일(400) 외심부(100) 내주면에 연결 또는 단락하여 공진 주파수를 조정한다.Such a coil is formed of an air coil or a metal wire, and is connected or short-circuited to the inner circumferential surface of the
이렇게 구성되는, 외심부(100), 내심부(200), 튜닝 스크류(300) 그리고 코일(400)은 전도도가 좋은 금속으로 구성하며, 본 실시예에서의 튜닝 스크류(300)은 알루미늄에 은을 도금하여 구성한다.The
본 발명의 한 실시예에 따른 외심부(100)의 공동(110), 내심부(200), 튜닝 스크류(300)이 봉형태를 갖는 공동 공진기의 각 구조의 수치는 다음과 같이 나타낸다.The numerical values of the respective structures of the cavity resonator having the rods of the
외심부(100)의 내부 공동(110) 바닥면의 지름(a)는 34mm이고, 높이(h1)는 30mm이다.The diameter a of the bottom surface of the
내심부(200)가 공동(110)의 바닥면에 연결된 내심부(200)의 지름(r4)은 11mm이고, 내심부(200)의 내주의 바닥면의 지름(r3)은 7mm이며, 내심부(200)의 내부에 공간이 시작되는 것은 외주면(100) 바닥면에서 7.5mm 높이(d4)부터 시작되고, 내심부(200) 상면과 외심부(100) 상면 간의 이격거리(d2)는 2mm이다.The diameter r 4 of the
튜닝 스크류(300)의 지름(r2)은 2.2mm이고 내심부(200)의 내주면과 닿지 않게 구성한다.The diameter r 2 of the
코일(400)의 구경(d3)은 6mm이고, 외주면(100) 및 내주면(200)에 코일(400)이 연결되는 위치인 높이(d1)는 13.2mm이며, 외주면(100) 및 내주면(200)에 코일(400)이 연결되는 부위의 지름(r1)은 1mm이다.The diameter d3 of the
도 3은 위와 같이 구성된 공동 공진기에서 사용된 CRLH(Composite Right-/Left-Handed) 전송선로의 등가회로이다.3 is an equivalent circuit of a composite right- / left-handed (CRLH) transmission line used in the cavity resonator constructed as described above.
일반적인 전송선에 직렬 커패시턴스 CL과 병렬 인덕턴스 LL 성분을 추가하여 CRLH 전송선을 구현하게 되면, 2개의 직렬공진과 병렬공진을 갖는 전송선이 된다. 이 전송선로에서는 공진 주파수 이하에서는 Backward-wave가 발생하여 기존 전송선로와 반대 방향의 파동 방향을 갖는다. 더불어 직렬 공진과 병렬 공진 주파수에서는 음의 파동 방향과 양의 파동 방향이 중첩이 되어 위상속도가 0이 되는 현상이 발생하게 된다. 다시 말해서 전송선로의 길이에 따라서 선로 양단에서 발생되는 위상 지연이 일어나지 않는다는 의미이며, 전송선 양단의 거리와 무관하게 파가 진행될 될 수 있다는 것을 의미한다. 이 CRLH 전송선로를 가지고 공진기를 만들게 되면 마찬가지로 공진기의 길이에 무관한 공진주파수를 갖는 공진기가 구현이 가능함을 의미한다.When a CRLH transmission line is implemented by adding a series capacitance C L and a parallel inductance L L component to a general transmission line, the transmission line has two series resonance and parallel resonance. In this transmission line, a backward-wave occurs below the resonance frequency, and has a wave direction opposite to that of the conventional transmission line. In addition, at the series resonance and the parallel resonance frequency, a phenomenon occurs in which the negative wave direction and the positive wave direction are overlapped and the phase velocity becomes zero. In other words, there is no phase delay occurring at both ends of the transmission line depending on the length of the transmission line, which means that the wave can proceed irrespective of the distance between the transmission lines. If a resonator is formed with this CRLH transmission line, it means that a resonator having a resonance frequency irrespective of the length of the resonator can be implemented.
이러한 특성을 동축 공동 공진기에 구현하기 위해서 LR, CR, CL, LL 의 총 4개의 LC 성분들이 필요한 것을 알 수 있다.In order to realize such a characteristic in the coaxial cavity resonator, it is found that a total of four LC components of L R , C R , C L and L L are required.
이것은 기본적인 동축 공동 공진기는 전송선로 형태이므로 LR 과 CR 은 기본적으로 가지고 있게 된다. 더불어 내심부(200) 내부에 튜닝 스크류(300)를 포함하는 공동 공진기는 튜닝 스크류(300)와 내심부(200) 사이의 이격거리에 의하여 갭(gap) 커패시턴스가 존재하게 되며, 이것은 CL 역할을 하게 된다.This is because the basic coaxial cavity resonator is in the form of a transmission line, so that L R and C R are basically possessed. In addition to the cavity resonator comprises a tuning screw (300) therein within the mandrel (200) is a gap (gap) by the spacing between the
도 4는 도 3의 전송선로의 위상 속도를 보여주는 전송선의 분산도로 가로축은 위상상수 β (Beta)이며, 세로축은 주파수 축이다.FIG. 4 is a graph showing the phase velocity of the transmission line of FIG. 3 along the dispersion axis of the transmission line. The horizontal axis is the phase constant beta (Beta) and the vertical axis is the frequency axis.
음의 위상상수를 갖는 주파수 대역에서는 Backward-wave가 발생하고 있음을 보이고 있으며, 양의 위상상수를 갖는 주파수 대역에서는 정상적인 전송선로와 동일한 특성을 보이고 있다. 그리고 불연속 구간을 결정하는 것이 앞서 언급한 2개의 공진주파수이며, 2개의 공진주파수에서는 위상속도가 0이 된다. 상기의 공진주파수 및 분산도 특성은 CRLH 전송선의 LC 성분들에 의해서 결정된다. 이것은 공진기의 구조물의 변경으로 원하는 공진주파수를 얻을 수 있다는 것을 의미하며, 공진기의 크기에만 의존하지 않는다. 다시 말해서 공진기의 크기와 무관하게 CRLH 전송선로를 구현하여 위상속도가 0이 되는 공진주파수를 갖는 공진기를 만들 수가 있다.Backward-wave is generated in the frequency band with a negative phase constant. In the frequency band having a positive phase constant, the same characteristics as the normal transmission line are shown. And, to determine the discontinuity section is the above-mentioned two resonance frequencies, and at two resonance frequencies, the phase velocity becomes zero. The above resonance frequency and dispersion characteristics are determined by the LC components of the CRLH transmission line. This means that a desired resonant frequency can be obtained by changing the structure of the resonator, and it does not depend only on the size of the resonator. In other words, the CRLH transmission line can be realized regardless of the size of the resonator, so that a resonator having a resonant frequency with a phase velocity of 0 can be formed.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 CRLH 공동 공진기와 기존 공진기를 이용한 대역 통과 여파기 특성을 비교한 도면으로, 도 1과 도 2에서 나타낸 본 발명의 한 실시예에 따른 공동 공진기를 다수개 사용하여 만든 Duplexer를 포함하는 RFEU(RF Frond-End Unit)를 제작하였으며 이를 측정하였다.FIG. 5 is a graph comparing characteristics of a bandpass filter using a CRLH cavity resonator and an existing resonator according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 5, The RF frond-end unit (RFEU) including the duplexer was fabricated and measured.
본 실시예에서 RFEU의 크기를 주로 결정하는 것이 공진기의 길이이며, 공진기의 길이가 소형화 됨에 따라서 RFEU의 크기도 소형화 된 것을 알 수 있다. 기존의 RFEU에서는 길이가 52mm인 공동 공진기를 사용할 수 밖에 없었지만, 본 발명을 사용하면 길이 30mm인 공동 공진기로도 동일한 성능을 구현할 수 있다. 이것은 약 40%의 소형화를 의미한다. In the present embodiment, it is the length of the resonator that mainly determines the size of the RFEU, and as the length of the resonator is reduced, the size of the RFEU is also miniaturized. In the conventional RFEU, a cavity resonator having a length of 52 mm was used. However, the present invention can realize the same performance with a cavity resonator having a length of 30 mm. This means about 40% miniaturization.
또한 도 5는 Duplexer 중 Tx-Port와 Antenna-Port 간에 구현된 대역통과여파기 특성을 나타낸 것으로 도 4의 설명에서 나타난 본 발명의 공동 공진기의 성능 구현을 증명하고 있다.FIG. 5 shows characteristics of a bandpass filter implemented between a Tx-Port and an Antenna-Port in a duplexer, and demonstrates the performance of the cavity resonator of the present invention illustrated in FIG.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, It belongs to the scope of right.
100: 외심부 110: 공동
200: 내심부 300: 튜닝 스크류
400: 코일100: outer core part 110: joint
200: inner deep part 300: tuning screw
400: coil
Claims (7)
상기 공동 내에 위치하며 상기 공동 바닥면에 연결되고 상면이 개방된 원통 형상을 갖는 내심부,
상기 공동 상면에 연결되어 상기 내심부 중앙으로 내려오는 봉형의 튜닝 스크류, 그리고
상기 외심부의 내주면과 상기 내심부의 외주면을 연결하는 하나 이상의 코일
을 포함하며,
상기 튜닝 스크류의 하면은 내심부 바닥면과 이격거리를 갖고,
상기 코일은 에어코일인 공동 공진기.An outer core portion having a cavity therein,
An inner core portion located in the cavity and connected to the cavity bottom surface and having a cylindrical shape whose upper surface is opened,
A bar-shaped tuning screw connected to the cavity top surface and descending to the center of the inner core, and
And at least one coil connecting the inner circumferential surface of the outer core portion and the outer circumferential surface of the inner core portion,
/ RTI >
The lower surface of the tuning screw has a distance from the bottom surface of the inner deep portion,
Wherein the coil is an air coil.
상기 튜닝 스크류는 내심부의 원통 내부에 삽입되어 내심부의 내주면과 튜닝 스크류의 외주면 간에 갭이 형성되도록 외주 직경을 설정하고, 등가 회로적으로 캐패시터를 형성하는 공동 공진기.The method of claim 1,
Wherein the tuning screw is inserted into a cylinder of an inner core to set an outer diameter so as to form a gap between an inner circumferential surface of the inner core and an outer circumferential surface of the tuning screw and form a capacitor in an equivalent circuit.
상기 내심부 바닥면과 상기 튜닝 스크류 간의 이격거리를 조정하여 공진 주파수를 조정하는 공동 공진기.The method of claim 1,
And adjusts a resonance frequency by adjusting a distance between the bottom surface of the deep core and the tuning screw.
상기 튜닝 스크류는 알루미늄 재질의 봉에 표면을 은으로 도금한 공동 공진기.The method of claim 1,
The tuning screw is formed by plating a surface of an aluminum rod with silver.
상기 코일은 외심부 내주면에 연결 또는 단락 하여 공진 주파수를 조정하는 공동 공진기.The method of claim 1,
And the coil is connected to or short-circuited with the inner peripheral surface of the outer core portion to adjust the resonance frequency.
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KR20100018917A (en) * | 2008-08-07 | 2010-02-18 | 주식회사 에이스테크놀로지 | Rf cavity delay filter for improving coupling |
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