KR101411341B1

KR101411341B1 - 열 효율적인 유전체 공진기 지지체

Info

Publication number: KR101411341B1
Application number: KR1020127013799A
Authority: KR
Inventors: 라자 케이. 레디; 이-싱 총
Original assignee: 알까뗄 루슨트
Priority date: 2009-10-30
Filing date: 2010-10-22
Publication date: 2014-06-26
Also published as: JP2013509812A; JP5517175B2; EP2494649B1; US8289108B2; US20110102109A1; EP2494649A1; KR20120085873A; CN102656743B; WO2011053515A1; CN102656743A

Abstract

다양한 예시적인 실시예는 공진기에서 중앙 퍽에 의해 발생되는 열을 급속하게 전달하는 데에 지지체가 열 효율적으로 되게 하는 유전체 공진기에 사용하기 위한 온도 보상 구조체에 관한 것이다. 온도 보상 구조체는 퍽으로부터의 열을 지지체로 촉진시킴으로써 유전체 공진기의 고전력 작동을 과열없이 허용하도록 형성되는 연장부를 가질 수 있다.

Description

열 효율적인 유전체 공진기 지지체{THERMALLY EFFICIENT DIELECTRIC RESONATOR SUPPORT}

본 명세서에 개시된 실시예는 전반적으로 유전체 공진기의 작동 중에 열을 전달하기 위한 열 효율적인 구조체에 관한 것이다.

유전체 공진기는 일반적으로 마이크로파 대역에서 좁은 범위의 주파수에 대해 공진을 보이는 전자 구성요소이다. 공진기는, 예를 들어 무선 주파수 통신 장비에서 사용된다. 원하는 작동을 달성하기 위하여, 많은 공진기는 공동 내에서 중앙 위치에 배치되고 큰 유전체 상수와 낮은 소산 인자를 갖는 "퍽(puck)"을 포함한다.

퍽과 공동의 조합은 공동 내에서 전자기 복사시에 경계 조건을 부여한다. 공동은 금속 재료로 제조될 수 있는 적어도 하나의 전도성 벽을 갖는다. 퍽의 종방향 축은 공동 내에서 실질적으로 전자기장에 대해 수직으로 배치됨으로써 전자기장의 공진을 제어할 수 있다.

퍽이 세라믹 등의 유전체 재료로 제조될 때에, 공동은 횡전기장(TE; transverse electric) 모드에서 공진할 수 있다. 따라서, 전자기장의 전파 방향으로 전기장이 존재하지 않을 수 있다. 많은 TE 모드가 사용될 수 있을 때에, 유전체 공진기는 마이크로파 주파수를 수반하는 용례에 대해 TE011 모드를 사용할 수 있다. 예시적인 경우로서 TE011 모드를 사용하면, 전기장은 퍽 내에서 최대값에 도달하게 되고, 퍽의 중앙축을 따라 방위 성분을 가지며, 대체로 퍽으로부터 멀어지게 공동 내에서 감소하여, 임의의 전도성 공동 벽을 따라 전체적으로 소멸한다. 자기장이 또한 퍽 내에서 최대값에 도달하지만, 방위 성분은 없다.

유전체 공진기가 전자기장을 저장할 때에, 유전체 공진기는 또한 상당한 양의 열을 발생시킬 수 있다. 퍽을 다른 물체에 연결하면 과열이 보상될 수 있다. 2개의 고형체가 접촉하게 될 때에, 열은 고온의 고형체로부터 저온의 고형체로 유동한다. 이 유동은 순간적이기 때문에, 접촉하는 2개의 표면들 사이의 계면에서 온도 강하가 발생한다. 이 온도 강화와 계면을 가로지르는 평균적인 열 유동 간의 비율이 "열 접촉 저항"으로서 공지되어 있다. 이 저항이 최소화될 때에, 열이 급속하게 유동한다.

따라서, 유전체 공진기는 열 전달을 위한 "지지체"를 사용할 수 있고, 이에 따라 열은 퍽으로부터 지지체로 그리고 공진기 밖으로 전달된다. 설계자는 열 전도성에 의한 지지체의 재료를 열을 전도하는 능력을 측정하는 파라미터로 간주한다. 불행하게도, 매우 높은 열 전도성과 매우 낮은 전기 전도성을 갖는 재료는 그러한 지지체에 사용하기에는 흔히 엄청나게 비싸다. 그 결과, 현재의 실시는, 특히 고전력 용례에서 열을 외부 환경으로 효율적으로 복사하지 못함으로써, 과열로 인해 공진기의 작동 불량 또는 고장을 유발한다.

따라서, 열적으로 효율적이고 비용이 저렴한 유전체 공진기용 지지체에 대한 요구가 존재한다. 구체적으로, 급속한 열 전달을 허용하도록 상대적으로 낮은 열 접촉 저항을 갖지만 공진기의 작동을 방해하지 않는 전기 특성을 갖는 지지체에 대한 요구가 존재한다. 종래의 기술은 발생된 열만을 느리게 배출할 수 있어, 중앙의 퍽에서 급속한 온도 상승을 일으킬 수 있는 고전력 용례에 사용되는 유전체 공진기에는 적합하지 않다.

열적으로 효율적이고 비용이 저렴한 유전체 공진기 지지체에 대한 현재의 요구 관점에서, 다양한 예시적인 실시예의 간략한 요약이 제공된다. 약간의 간소화 및 생략이 아래의 요약에서 이루어질 수 있는데, 이는 다양한 예시적인 실시예의 일부 양태를 강조하고 소개하도록 의도되며, 본 발명의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다. 당분야의 숙련자들이 본 발명의 개념을 제조하고 이용하게 하기에 적당한 바람직한 예시적인 실시예의 상세한 설명이 이후의 섹션에서 이어진다.

다양한 예시적인 실시예에서, 통신 디바이스의 열 전달 시스템은 통신 디바이스가 작동할 때에 열을 발생시키는 유전체 공진기를 포함할 수 있다. 유전체 공진기는, 적어도 하나의 전도성 벽에 의해 형성되는 공동 내에 배치되는 말단 표면과 근접 표면을 갖는 퍽을 포함할 수 있고, 퍽은 적어도 하나의 전도성 벽과 접촉하지 않다. 유전체 공진기는 또한 퍽의 바닥 표면과 접촉하는 상부면을 가짐으로써 발생된 열을 유전체 공진기로부터 멀리 전달하는 상부면과 하부면을 갖는 온도 보상 구조체를 포함할 수 있다. 열 전달을 최대화하기 위하여, 온도 보상 구조체의 상부면과 퍽의 바닥면은 실질적으로 동일한 표면적을 가질 수 있다. 최종적으로, 공진기는 온도 보상 구조체의 하부면으로부터 전달된 열을 받는 온도 보상 구조체 아래의 지지체를 포함할 수 있다. 지지체는 전도성 벽과 접촉할 수 있고 퍽의 수평축에 수직인 수직축을 갖는다.

다양한 예시적인 실시예에서, 열 효율적인 열 전달을 갖는 유전체 필터는 복수 개의 유전체 공진기 및 복수 개의 유전체 공진기들 사이의 구멍을 포함할 수 있다. 각 유전체 공진기는, 적어도 하나의 전도성 벽에 의해 형성되는 공동, 공동 내에 배치되는 상부면과 바닥면을 갖는 퍽을 포함할 수 있다. 퍽의 어떠한 부분도 적어도 하나의 전도성 벽과 접촉할 수 없다. 상부면과 하부면을 갖는 온도 보상 구조체는 퍽의 바닥면과 접촉하는 상부면을 가짐으로써 발생된 열을 유전체 필터로부터 멀리 전달할 수 있다. 온도 보상 구조체의 상부면과 퍽의 바닥면은 실질적으로 동일한 표면적을 갖는다. 온도 보상 구조체의 아래의 지지체는 온도 보상 구조체의 하부면으로부터 전달된 열을 받을 수 있다. 지지체는 전도성 벽과 접촉하며 퍽의 수평축에 수직인 수직축을 가질 수 있다.

이에 따라, 다양한 예시적인 실시예는 발생된 열을 유전체 공진기로부터 제거하는 개선된 방식을 제공한다. 이들 실시예는 퍽이 열을 지지체 내로 급속하게 전달하게 하여, 퍽의 과열을 방지한다. 이들 실시예는 또한 열 효율적인 방식으로 저렴한 재료들이 사용되게 함으로써, 통신 시스템의 전체 비용을 감소시킨다.

다양한 예시적인 실시예를 보다 잘 이해하기 위하여, 첨부 도면을 참조한다.

도 1은 예시적인 유전체 필터의 사시도를 도시하는 도면.
도 2는 예시적인 제1 유전체 공진기의 측면도를 도시하는 도면.
도 3은 예시적인 제2 유전체 공진기의 측면도를 도시하는 도면.
도 4는 예시적인 제3 유전체 공진기의 측면도를 도시하는 도면.
도 5는 예시적인 제4 유전체 공진기의 측면도를 도시하는 도면.
도 6은 예시적인 제5 유전체 공진기의 측면도를 도시하는 도면.
도 7은 예시적인 유전체 공진기들과 2개의 종래의 유전체 공진기들에 대한 비교 시험 결과를 도시하는 도면.

이하, 동일한 번호가 동일한 구성요소 또는 단계를 가리키는 도면을 참조하면, 다양한 예시적인 실시예의 광범위한 양태가 개시되어 있다.

도 1은 예시적인 유전체 필터(100)의 사시도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 필터(100)는 제 1 유전체 공진기(110)와 제 2 유전체 공진기(120)를 포함한다. 구멍(130)은 제 1 유전체 공진기(110)를 제 2 유전체 공진기(120)에 연결시킨다. 제1 유전체 공진기(110)와 제2 유전체 공진기(120)의 예시적인 구조는 도 2 내지 도 6을 참조하여 아래에서 상세하게 설명된다. 예시적인 필터(100)는 단 2개의 유전체 공진기만을 갖고 있지만, 당분야의 숙련자들은 필터에 대해 적용 가능한 환경에 따라 임의의 개수의 유전체 공진기를 갖도록 필터(100)를 설계할 수 있다.

도 1은 육각형 프리즘으로서 제 1 유전체 공진기(110)와 제 2 유전체 공진기(120)를 도시하고 있다. 따라서, 제 1 유전체 공진기(110)와 제 2 유전체 공진기(120)는 8개의 면을 갖는 준정다면체(semiregular polyhedra)이다. 이 면들 중 2개는 육각형이고 6개의 면들은 직사각형이다. 그러나, 당업계의 숙련자가 기타 형태를 갖는 유전체 공진기를 이용하도록 필터(100)를 설계할 수 있다는 것은 명백하다. 대안적인 형태로는, 예를 들어 구형, 타원형, 원통형, 원뿔형, 링형 및 정육면체를 포함한다. 유전체 공진기는 또한 육각형 프리즘 이외의 다면체 형태를 가질 수 있다.

각 실시예에서, 적어도 하나의 금속 벽은 제 1 유전체 공진기(110)와 제 2 유전체 공진기(120)의 체적을 전체적으로 밀폐시킬 수 있다. 따라서, 적절한 자극이 밀폐된 체적을 공진시켜, 제 1 유전체 공진기(110)와 제 2 유전체 공진기(120)가 전자기 진동의 공급원이 되게 한다. 구멍(130)은 이들 진동의 튜너로서 기능함으로써, 필터(100)가 적절한 주파수 범위 내에서 전자기 신호를 발생시키게 한다.

튜닝에 대한 필요성은 유전체 공진기의 작동이 예정된 주파수 범위 내에서 발생해야 할 때에 특히 심하다. 고전력 유전체 공진기는 송전탑으로부터 수신기로 비디오, 오디오, 및 기타 멀티미디어의 무선 방송과 같은 용례들에서 광범위하게 이용될 수 있다. 미국에서의 현재 실시에 있어서, 그러한 기술은 신호를 716 내지 722 MHz의 주파수 스펙트럼에 걸쳐서 전송할 수 있다. 따라서, 연결 장치는 이 스펙트럼 범위 내에서 적절한 튜닝을 필요로 할 수 있다.

도 2는 예시적인 제1 유전체 공진기(200)의 측면도를 도시하고 있다. 공진기(200)는 퍽(210), 온도 보상 구조체(220), 및 지지체(230)를 포함할 수 있다.

퍽(210)은 당업계의 숙련자에게 명백한 바와 같이 세라믹 또는 다른 적절한 재료로 제조될 수 있다. 퍽(210)의 전체적인 물리적 치수와 그 재료의 유전체 상수가 유전체 공진기(200)의 공진 주파수를 결정할 수 있다. 일반적으로, 퍽(210)은 예시적인 세라믹 화합물 BaCe₂Ti₅O₁₅ 및 Ba₅Nb₄O₁₅와 같이 큰 유전체 상수와 낮은 소산 인자를 갖는 재료로 제조될 수 있다.

퍽(210)이 낮은 소산 인자를 가질 수 있지만, 임의의 유전체 재료는 손실 탄젠트(loss tangent), 전자기 에너지를 소산하는 재료의 경향을 측정하는 파라미터를 갖는다. 따라서, 유전체 공진기(200)가 작동하는 동안에, 그 전자기 에너지의 일부가 열로 전환된다. 이 열이 충분한 속도로 외부 환경으로 복사되지 않으면, 유전체 공진기(200)의 온도가 과도하게 상승할 수 있다. 그러한 과열은 유전체 공진기(200)의 작동을 약화시키거나 심지어는 손상시킬 수 있다.

따라서, 유전체 공진기(200)는 퍽(210)으로부터 발생된 열을 받고 받은 열을 지지체(230)로 전달하는 온도 보상 구조체(220)를 포함할 수 있다. 온도 보상 구조체(220)는 이 열 전달을 달성하기 위하여 퍽(210)과 접촉할 수 있다. 따라서, 온도 보상 구조체(220)는 적절한 유전체 상수를 갖는 열 전도성 접착제에 의해 퍽(210)에 접합될 수 있다. 대안적으로, 온도 보상 구조체(220)는 당업계의 숙련자에게 명백한 기타 기계적 수단(예컨대, 클램프, 나사, 볼트 등)에 의해 퍽(210)에 부착될 수 있다. 온도 보상 구조체(220)는 지지체(230)와 일체화되거나, 지지체(230)에 소정의 방식으로든 부착되는 별개의 구성요소를 구성할 수 있다.

도시된 실시예에서, 지지체(230)는 퍽(210)의 근접 표면과 접촉하는 내부면을 갖는 원통형이다. 퍽(210)의 근접 표면은 온도 보상 구조체(220) 및 지지체(230)에 가까운 퍽(210)의 표면이고, 퍽(210)의 말단 표면은 온도 보상 구조체(220) 및 지지체(230)로부터 멀리 있다.

도 2는 온도 보상 구조체(220)와 지지체(230) 위에 퍽(210)을 도시하고 있지만, 변경예는 퍽(210) 위에 온도 보상 구조체(220)와 지지체(230)를 가질 수 있다. 다른 변경예에서, 온도 보상 구조체(220)와 지지체(230)는 퍽(210)의 좌측 또는 우측에 대해 배치될 수 있다. 또 다른 변경예에서, 온도 보상 구조체(220)와 지지체(230)는 퍽(210)의 전방 또는 후방에 대해 배치될 수 있다. 일반적으로, 퍽(210)과 대면하는 온도 보상 구조체(220)와 지지체(230)의 표면을 "내부"면이라고 할 수 있는데, 그 이유는 그러한 표면이 중력 중심을 향하기 때문이다. 반대로, 퍽(210)의 반대쪽에 있는 표면은 "외부"면이라고 할 수 있는데, 그 이유는 그러한 표면이 공동의 전도성 벽을 향하기 때문이다.

게다가, 유전체 공진기(200)는 공동 내에서 여러 지점에 배치되는 복수 개의 지지체를 가질 수 있다. 예컨대, 제2 지지체가 지지체(230)에 관하여 퍽(210)의 반대측에 배치될 수 있다. 이 예에서, 퍽(210)은 상부 지지체와 바닥 지지체의 중간에 있을 수 있다.

열 확산 저항은 2개의 물체가 상이한 크기를 가질 때에 열 전달을 방해할 수 있다. 따라서, 효율적인 열 전달을 촉진하기 위하여, 퍽(210)과 온도 보상 구조체(220)의 접촉하는 부분들은 실질적으로 동일한 표면적을 가질 수 있다. 접촉하는 표면적이 유사하기 때문에, 퍽(210)으로부터 온도 보상 구조체(220) 내로 유동하는 열 확산 저항이 최소로 될 수 있다.

지지체(230)는 지지체(230)가 받은 열을 전달하는 방식으로 온도 보상 구조체(220)에 연결될 수 있다. 지지체(230)의 형태는 온도 보상 구조체(220)의 외부면과 접촉하는 내부면을 갖는 원통형일 수 있다. 대안적으로, 전술한 바와 같이, 온도 보상 구조체(220)와 지지체(230)는 단일 유닛일 수 있다. 지지체(230)의 수직축(240)은 퍽(210)의 수평축(250)에 수직일 수 있다.

온도 보상 구조체(220)와 지지체(230)는 모두 퍽(210)으로부터 외부 환경으로 열을 전달하기에 충분한 열 전도성을 가질 수 있다. 열 전도성(k)은 열을 전도하는 재료의 능력을 측정하며, 통상적으로 소정 온도(켈빈 온도)에서 소정 거리(미터)에 걸쳐 전달된 열량(와트)에 의해 측정된다.

따라서, 온도 보상 구조체(220)와 지지체(230)에 대한 재료의 선택은 퍽(210)에 의해 복사된 열 에너지의 양을 기초로 하여 이루어질 수 있다. 전술한 바와 같이, 통상적인 실시에서, 세라믹이 사용될 수 있다. 상대적으로 높은 열 전도성과 상대적으로 낮은 전기 전도성을 갖는 기타 적절한 재료가 당업계의 숙련자에게 명백할 것이다. 예컨대, 탄소 동소체인 순수 다이아몬드는 2320 W/mK 만큼 높은 열 전도성을 갖고, 매우 고가이지만 온도 보상 구조체(220) 또는 지지체(230)에 대해 사용될 수 있다. 베릴륨 산화물(BeO)과 알루미늄 질화물(AlN)이 고가이지만 기타 적절한 예이다.

알루미나(Al₂O₃)는 기타 세라믹에 관하여 낮은 유전체 손실과 높은 열 전도성을 갖는다. 더욱이, 알루미나는 종래의 세라믹에 대하여 양의 유전체 온도 계수를 갖는다. 따라서, 알루미나는 유전체 공진기(200)를 위한 효과적인 지지체 재료일 수 있다. 또한, 당분야의 숙련자에게 명백한 바와 같이, 기타 재료가 온도 보상 구조체(220)와 지지체(230)를 위해 사용될 수 있다.

도 3은 예시적인 제2 유전체 공진기(300)의 측면도를 도시하고 있다. 공진기(300)는 퍽(310), 온도 보상 구조체(320), 및 지지체(330)를 포함한다. 온도 보상 구조체(220)와 달리, 온도 보상 구조체(320)는 지지체(330) 상에 배치된 또는 지지체와 일체로 형성된 연장부(340)를 가질 수 있다. 지지체(330)는 원통형 표면을 가질 수 있고, 지지체(330)의 수직축(350)은 퍽(310)의 수평축(360)에 수직일 수 있다. 전술한 바와 같이, 공진기(300)의 공동 내에서 여러 지점에 배치되는 복수 개의 지지체가 있을 수 있다.

지지체(330)가 원통형인 예시적인 경우에, 연장부(340)는 온도 보상 구조체(320)와 지지체(330) 간에 접촉 표면적을 최대화하도록 지지체(330) 둘레에서 3차원 방식으로 압출될 수 있다. 따라서, 연장부(340)는 온도 보상 구조체(320)의 바닥면에서의 최대 폭으로부터 원뿔 방식으로 점차 테이퍼질 수 있고, 지지체(330)의 수직축(350)은 원뿔의 중앙축으로서 작용하게 된다. 도 3의 2차원 투영에서, 이 원뿔면의 냅(nappe)은 지지체(330)의 좌측 또는 우측에서 삼각형으로서 각각 보인다.

2개의 냅은 전도성 벽이 공진기(300)용 공동의 외부면을 형성하기 때문에 완벽한 원뿔을 형성할 수 있다. 따라서, 연장부(340)에 의해 형성되는 2개의 냅은 완벽한 원뿔을 형성하도록 단일 지점에서 만날 수 없다. 더욱이, 냅은 지지체(330)의 길이를 따라 부분적으로만 연장하는 전도성 벽 위의 임의의 지점에서 종결될 수 있다. 또 다른 경우에, 연장부(340)는 원추대로서 설명될 수 있도록 절두 원추형의 형태를 가질 수 있다. 당업계의 숙련자에게 명백한 바와 같이, 0에 가까운 가우스 곡률을 갖는 실질적으로 평탄한 기타 형태가 사용될 수 있다.

이에 의해, 연장부(340)는 온도 보상 구조체(320)와 지지체(330) 간에 열 계면의 표면적을 증가시킬 수 있다. 표면적이 유사하기 때문에, 온도 보상 구조체(320)로부터 지지체(330)로 유동하는 열에 대한 열 확산 저항이 최소가 될 수 있다. 연장부(340)의 냅은 열이 주위의 온도 보상 구조체(320)로부터 지지체(330) 내로 내측을 향해 유동하게 하여 열 효율을 증가시킨다.

도 4는 예시적인 제3 유전체 공진기(400)의 측면도를 도시하고 있다. 공진기(400)는 퍽(410), 온도 보상 구조체(420), 지지체(430)를 포함한다. 지지체(430)는 원통형 표면을 가질 수 있고, 지지체(430)의 수직축(450)은 퍽(410)의 수평축(460)에 수직일 수 있다. 전술한 바와 같이, 공진기(400)의 공동 내에서 여러 지점에 배치되는 복수 개의 지지체가 있을 수 있다.

온도 보상 구조체(220)와 달리, 온도 보상 구조체(420)는 지지체(430) 상에 배치되거나 지지체와 일체로 될 수 있는 만곡된 연장부(440)를 갖는다. 이 연장부(440)는 외측을 향하거나 직선이기 보다는 내측을 향해 만곡하는 음의 가우스 곡률을 가질 수 있다. 따라서, 연장부(440)는 쌍곡면을 갖는 것으로 설명될 수 있다.

연장부(440)는 온도 보상 구조체(420)와 지지체(430) 사이에 접촉 표면적을 최대화시키도록 지지체(430) 둘레에서 3차원 방식으로 압출될 수 있다. 연장부(440)의 쌍곡면은 지지체(430)의 적어도 일부를 따라 배치될 수 있고, 쌍곡면의 중앙축은 지지체(430)의 수직축(450)이다. 연장부(440)는 음의 곡률을 가질 수 있기 때문에, 연장부(440)는 퍽(410)이 볼록형이면 열 전달을 더 효율적으로 촉진시킬 수 있다. 반대로, 연장부(440)는 퍽(410)이 오목형이면 양의 곡률을 가질 수 있다.

도 5는 예시적인 제4 유전체 공진기(500)의 측면도를 도시하고 있다. 공진기(500)는 퍽(510), 온도 보상 구조체(520), 및 지지체(530)를 포함한다. 지지체(530)는 원통형 표면을 가질 수 있고, 지지체(530)의 수직축(550)은 퍽(510)의 수평축(560)에 수직일 수 있다. 전술한 바와 같이, 공진기(500)의 공동 내에서 여러 지점에 복수 개의 지지체가 있을 수 있다.

온도 보상 구조체(520)는 퍽(510)과 온도 보상 구조체(520) 사이에 접촉 표면적을 최대화시키도록 퍽(510) 둘레에서 3차원 방식으로 압출되는 연장부(540)를 가질 수 있다. 연장부(540)는 온도 보상 구조체(520)의 상부면에서의 최대 폭으로부터 원뿔 패턴으로 점차 테이퍼질 수 있고, 퍽(510)의 수평축(560)은 원뿔의 중앙축에 수직이 된다. 도 5의 2차원 투영에서, 이 원뿔 표면의 각 냅은 퍽(510)의 좌측 또는 우측에서 각각 삼각형으로 보인다.

2개의 냅은 퍽(510)의 말단 표면을 지나서 연장될 수 없다. 더욱이, 냅은 퍽(510)의 말단 표면 아래의 소정의 지점에서 종결될 수 있다. 다른 경우에, 연장부(540)는 원뿔대로서 설명될 수 있도록 절두원추형의 형태를 가질 수 있다. 당업계의 숙련자에게 명백한 바와 같이 기타 형태가 사용될 수 있다.

다른 예에서, 연장부(540)는 원뿔 패턴을 이용하지 않으면서 퍽(510)과 온도 보상 구조체(520) 사이의 접촉 표면적을 최대화시키도록 퍽(510) 둘레에서 3차원 방식으로 압출될 수 있다. 연장부(540)는 퍽(510) 둘레에 컵형 구조를 형성할 수 있어, 퍽(510)의 근접 표면 및 퍽(510)의 임의의 측벽 모두로부터 복사되는 열을 흡수할 수 있다. 따라서, 열은 퍽(510)의 좌측 및 퍽(510)의 우측 모두로부터 온도 보상 구조체(520) 내로 유동할 수 있다. 접촉 표면적은 평탄한 단일의 접촉 표면을 이용할 때보다 클 수 있기 때문에, 예시적인 제4 유전체 공진기(500)는 개선된 열 전달을 가질 수 있다.

도 6은 예시적인 제5 유전체 공진기(600)의 측면도를 도시하고 있다. 공진기(600)는 퍽(610), 온도 보상 구조체(620), 및 지지체(630)를 포함한다. 지지체(630)는 원통형 표면을 가질 수 있고, 지지체(630)의 수직축(650)은 퍽(610)의 수평축(660)에 수직일 수 있다. 전술한 바와 같이, 공진기(600)의 공동 내에서 여러 지점에 배치되는 복수 개의 지지체가 있을 수 있다.

온도 보상 구조체(620)는 퍽(610)의 근접 표면에 배치되는 만곡된 연장부(640)를 가질 수 있다. 따라서, 열은 퍽(610)의 근접 표면으로부터 온도 보상 구조체(520)의 내부면 내로 유동하게 된다. 접촉 표면적이 평탄한 단일 접촉면을 이용할 때보다 만곡된 연장부(640)와 퍽(610) 사이에서 클 수 있기 때문에, 예시적인 제5 유전체 공진기(600)는 예시적인 제1 유전체 공진기(200)보다 빠른 열 전달을 가질 수 있다.

만곡된 연장부(640)는 음의 가우스 곡률을 가질 수 있다. 따라서, 연장부(640)는 퍽(610)의 적어도 일부를 따라 배치되는 쌍곡면을 가질 수 있고, 쌍곡면의 중앙축은 퍽(610)의 수평축(660)에 수직일 수 있다. 연장부(640)의 쌍곡면은 또한 퍽(610)의 말단 표면을 향한 방향으로 좁아질 수 있다.

연장부(640)는 오목형 곡률을 가질 수 있고 퍽(610)의 말단 표면으로 연장될 수 있다. 이 변경예의 경우, 퍽(610)은 반구상 또는 타원형인 근접 표면을 가질 수 있음으로써, 열을 균등한 방식으로 복사할 수 있다. 이 경우에, 연장부(640)의 오목형 곡률은 퍽(610)의 볼록형 근접 표면과 합치하여 열이 퍽(610) 밖으로 급속하게 유동하게 한다.

도 7은 예시적인 유전체 공진기와 2개의 종래의 유전체 공진기에 대한 비교 시험 결과(700)를 도시하고 있다. 도 7은 전기 시험 결과(700)로부터의 자극 및 측정을 그래프 포맷으로 제공한다. 그래프의 x축은 0 내지 70 ms에 달하는 밀리초 단위의 시간이다. 그래프의 y축은 35℃ 내지 85℃에 달하는 섭씨 단위의 온도이다. 이들 온도는 유전체 공진기를 획정하는 공동 내에서 퍽의 중심에서 측정된다.

제1 예(710)는 종래의 제1 유전체 공진기의 온도 곡선을 나타낸다. 이 예에서, 퍽과 그 대응하는 지지체 사이의 접촉 표면적은 약 1.08 제곱 인치일 수 있다. 10 ms 내에, 유전체 공진기의 작동은 퍽이 약 60℃로부터 80℃ 이상으로 가온되게 한다. 20℃의 온도 증가는 퍽을 손상시키거나 공진기의 작동을 약하게 할 수 있다.

제2 예(720)는 종래의 제2 유전체 공진기의 온도 곡선을 나타낸다. 이 예에서, 퍽과 그 대응하는 지지체 사이의 접촉 표면적은 약 2.65 제곱 인치일 수 있다. 접촉 표면적이 크기 때문에, 당업계의 숙련자는 퍽과 그 지지체 사이에 더 급속한 열 전달이 발생할 것을 기대하게 된다. 그럼에도 불구하고, 이 유전체 공진기의 작동은 여전히 퍽의 온도가 거의 80℃로 상승하게 한다. 그러한 급속 가열은 공진기의 주파수 성능을 왜곡시킬 수 있다.

제3 예(730)는 도 2와 관련하여 본 명세서에 개시된 실시예에 따른 온도 보상 구조체를 갖는 예시적인 유전체 공진기의 온도 곡선을 나타낸다. 접촉 표면적은 예(710) 또는 예(720)보다 상당히 큰 약 5.34 제곱 인치이다. 온도 생성이 여전이 일어나지만, 퍽의 온도는 75℃를 넘어서 상승하지 않는다. 따라서, 예시적인 유전체 공진기는 예(710)와 예(720)의 종래의 공진기보다 훨씬 더 효율적일 수 있다.

전술한 실시예들이 다양한 조합으로 사용될 수 있다는 것은 당업계의 숙련자에게 명백하다. 예컨대, 도 3의 연장부(340)가 도 5의 연장부(540)에 추가될 수 있다. 대안적으로, 도 4의 연장부(440)가 도 6의 연장부(640)에 추가될 수 있다. 접촉 표면적을 증가시키기 위한 기타 적절한 배열 및 수정이 당업계의 숙련자에게 명백할 것이다.

다양한 예시적인 실시예를 특정한 예시적인 양태를 특별히 참조하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명은 다른 실시예들이 가능하고 그 세부는 다양하고 명백한 관계로 수정이 가능하다는 것을 알아야 한다. 당분야의 숙련자에게 쉽게 명백한 바와 같이, 본 발명의 사상 및 범위 내에서 유지되면서 변경 및 수정이 행해질 수 있다. 따라서, 전술한 개시, 설명 및 도면은 예시만을 목적으로 하고 어떠한 방식으로도 본 발명을 제한하지 않으며, 본 발명은 청구범위에 의해서만 한정된다.

100: 유전체 필터
110: 제1 유전체 공진기
120: 제2 유전체 공진기
130: 구멍
210, 310, 410, 510, 610: 퍽
220, 320, 420, 520, 620: 온도 보상 구조체
230, 330, 430, 530, 630: 지지체
340, 440, 540, 640: 연장부

Claims

통신 디바이스의 열 전달 시스템으로서,
상기 통신 디바이스가 작동할 때에 열을 발생시키는 유전체 공진기로서, 상기 유전체 공진기는 적어도 하나의 전도성 벽에 의해 형성되는 공동 내에 배치되는 말단 표면과 근접 표면을 갖는 퍽(puck)을 포함하고, 상기 퍽은 상기 적어도 하나의 전도성 벽과 접촉하지 않는, 유전체 공진기;
내부면, 상기 퍽의 근접 표면과 접촉하는 상기 내부면을 가짐으로써 발생된 열을 상기 유전체 공진기로부터 멀리 전달하는 외부면, 및 상기 퍽의 근접 표면에 수직한 긴 축을 갖는 가늘고 긴 연장부를 갖는 온도 보상 구조체로서, 상기 온도 보상 구조체의 내부면과 상기 퍽의 근접 표면은 실질적으로 동일한 표면적을 갖는, 온도 보상 구조체; 및
상기 온도 보상 구조체의 외부면으로부터 전달된 열을 받는 상기 온도 보상 구조체 근처의 지지체로서, 상기 지지체는 상기 적어도 하나의 전도성 벽과 접촉하며 상기 퍽의 수평축에 수직인 수직축을 갖는, 지지체를 포함하는, 열 전달 시스템.
제1항에 있어서, 상기 가늘고 긴 연장부는 상기 지지체의 적어도 일부를 따라 원뿔대 표면들을 형성하는 절두체로서 형성되고, 상기 절두체의 중앙축은 상기 지지체의 수직축인 열 전달 시스템.
제2항에 있어서, 상기 원뿔대 표면들은 상기 적어도 하나의 전도성 벽을 향한 방향에서 상기 지지체의 수직축을 따라 테이퍼지는 열 전달 시스템.
제1항에 있어서, 상기 가늘고 긴 연장부는 상기 지지체의 적어도 일부를 따라 배치되는 만곡된 쌍곡면들(curved hyperboloid)을 갖고, 상기 가늘고 긴 연장부의 중앙축은 상기 지지체의 수직축인 열 전달 시스템.
제4항에 있어서, 상기 쌍곡면들은 상기 적어도 하나의 전도성 벽을 향한 방향에서 상기 지지체의 수직축을 따라 좁아지는 열 전달 시스템.
제1항에 있어서, 상기 가늘고 긴 연장부는 상기 퍽의 적어도 일부를 따라 원뿔대 표면들을 형성하는 절두체로서 형성되고, 상기 절두체의 중앙축은 상기 퍽의 수평축에 수직인 열 전달 시스템.
제6항에 있어서, 상기 원뿔대 표면들은 상기 퍽의 상부면을 향한 방향으로 테이퍼지는 열 전달 시스템.
제1항에 있어서, 상기 가늘고 긴 연장부는 상기 퍽의 적어도 일부를 따라 배치되는 만곡된 쌍곡면들을 갖고, 상기 가늘고 긴 연장부의 중앙축은 상기 퍽의 수평축에 수직인 열 전달 시스템.
제8항에 있어서, 상기 쌍곡면들은 상기 퍽의 상부면을 향한 방향으로 좁아지는 열 전달 시스템.
제1항에 있어서, 상기 열 전달 시스템은 복수 개의 지지체들과 열 보상 구조체들을 더 포함하고, 각 열 보상 구조체의 내부면은 상기 퍽으로부터 열을 받고 각 열 보상 구조체의 외부면은 받은 열을 각 지지체로 전달하는 열 전달 시스템.
열 효율적인 열 전달을 갖는 유전체 필터로서,
복수 개의 유전체 공진기들; 및
상기 복수 개의 유전체 공진기들 사이의 구멍을 포함하고, 각 유전체 공진기는,
적어도 하나의 전도성 벽에 의해 형성되는 공동;
상기 공동 내에 배치되는 말단 표면과 근접 표면을 갖고, 상기 적어도 하나의 전도성 벽과 접촉하지 않는, 퍽(puck);
내부면, 상기 퍽의 근접 표면과 접촉하는 상기 내부면을 가짐으로써 발생된 열을 상기 유전체 필터로부터 멀리 전달하는 외부면, 및 상기 퍽의 근접 표면에 수직한 긴 축을 갖는 가늘고 긴 연장부를 갖는 온도 보상 구조체로서, 상기 온도 보상 구조체의 내부면과 상기 퍽의 근접 표면은 실질적으로 동일한 표면적을 갖는, 온도 보상 구조체; 및
상기 온도 보상 구조체의 외부면으로부터 전달된 열을 받는 온도 보상 구조체 아래의 지지체로서, 상기 지지체는 상기 적어도 하나의 전도성 벽과 접촉하며 상기 퍽의 수평축에 수직인 수직축을 갖는, 지지체를 포함하는, 유전체 필터.
제11항에 있어서, 상기 가늘고 긴 연장부는 상기 지지체의 적어도 일부를 따라 원뿔대 표면들을 형성하는 절두체로서 형성되고, 상기 절두체의 중앙축은 상기 지지체의 수직축인 유전체 필터.
제12항에 있어서, 상기 원뿔대 표면들은 상기 적어도 하나의 전도성 벽을 향한 방향에서 상기 지지체의 수직축을 따라 테이퍼지는 유전체 필터.
제11항에 있어서, 상기 가늘고 긴 연장부는 상기 지지체의 적어도 일부를 따라 배치되는 만곡된 쌍곡면들을 갖고, 상기 가늘고 긴 연장부의 중앙축은 상기 지지체의 수직축인 유전체 필터.
제14항에 있어서, 상기 쌍곡면들은 상기 적어도 하나의 전도성 벽을 향한 방향에서 상기 지지체의 수직축을 따라 좁아지는 유전체 필터.
제11항에 있어서, 상기 가늘고 긴 연장부는 상기 퍽의 적어도 일부를 따라 원뿔대 표면들을 형성하는 절두체로서 형성되고, 상기 절두체의 중앙축은 상기 퍽의 수평축에 수직인 유전체 필터.
제16항에 있어서, 상기 원뿔대 표면들은 상기 퍽의 상부면을 향한 방향으로 테이퍼지는 유전체 필터.
제11항에 있어서, 상기 가늘고 긴 연장부는 상기 퍽의 적어도 일부를 따라 배치되는 만곡된 쌍곡면들을 갖고, 상기 가늘고 긴 연장부의 중앙축은 상기 퍽의 수평축에 수직인 유전체 필터.
제18항에 있어서, 상기 쌍곡면들은 상기 퍽의 상부면을 향한 방향으로 좁아지는 유전체 필터.
제11항에 있어서, 상기 유전체 필터는 복수 개의 지지체들과 열 보상 구조체들을 더 포함하고, 각 열 보상 구조체의 내부면은 상기 퍽으로부터 열을 받고 각 열 보상 구조체의 외부면은 받은 열을 각 지지체로 전달하는 유전체 필터.