KR101480862B1 - A parallel resonator - Google Patents

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신임섭
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국방과학연구소
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Abstract

2차원 구조의 접지면 식각이 아닌 하우징 가공에 의한 3차원 구조를 갖는 수정 하우징 구조체(Modified Housing Structure: MHS)와, 수정 하우징 구조체(MHS)를 결합하기 위한 결합부가 형성된 갖는 직사각형 도파관을 포함하여 이루어지는 병렬 공진기로서, 수정 하우징 구조체(MHS)를 직사각형 도파관의 상·하의 양쪽에 구현하거나 상 또는 하의 한쪽에 구현하느냐에 따라, 대칭 수정 하우징 구조(Symmetric MHS: SMHS)와 비대칭 수정 하우징 구조(Asymmetric MHS: AMHS) 공진기로 구현된다.A rectangular waveguide having a modified housing structure (MHS) having a three-dimensional structure by housing processing, not a ground plane etching of a two-dimensional structure, and a coupling section for coupling the modified housing structure (MHS) As a parallel resonator, a symmetrical modified housing structure (Symmetric MHS: SMHS) and an asymmetric modified housing structure (AMHS: HHS) can be formed according to whether a modified housing structure (MHS) is implemented on both sides of a rectangular waveguide, ) Resonator.

Description

병렬 공진기{A parallel resonator}A parallel resonator

본 발명은 마이크로웨이브 및 밀리미터웨이브 대역의 병렬 공진기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 직사각형 도파관에 적용 가능한 수정 하우징 구조(Modified Housing Structure: MHS) 공진기에 관한 것이다.The present invention relates to a parallel resonator in a microwave and millimeter wave band, and more particularly, to a modified housing structure (MHS) resonator applicable to a rectangular waveguide.

밴드갭 효과를 제공하는 구조로, PBG/EBG 구조와 마이크로스트립 선로(Microstrip Line)에 적용된 DGS(Defected Ground Structure) 및 CPW(Co-Plana Waveguide)에 적용된 DGS 등이 소개되었고, 널리 활용되고 있다. 이러한 공진기는 종래의 공진기와 달리 접지면에 아령(dumbbell)과 같은 특정 모양의 결합된(Defected) 패턴을 가지고 있으며, 이를 통해 병렬 공진기가 구현된다. 이와 같은 병렬 공진기는 아령 형상으로 결함된(defected) 접지면의 갭(gap)에 의해 커패시턴스(capacitance) 특성을 얻어내고, 사각형 형태로 결함된 접지면을 통해 전류의 흐름을 변화시켜 인덕턴스(inductance)의 특성을 획득한다.DGS (Defected Ground Structure) applied to microstrip line and DGS applied to co-planar waveguide (CPW) have been introduced and widely used. Unlike a conventional resonator, such a resonator has a certain pattern of a certain shape such as a dumbbell on the ground plane, thereby implementing a parallel resonator. Such a parallel resonator obtains a capacitance characteristic by a gap of a ground surface defected in a dumbbell shape and changes a current flow through a defective ground plane in a rectangular shape to produce an inductance, .

도 1a는 종래 마이크로스트립 라인 DGS를 갖는 병렬 공진기의 구조를 보여주는 도면이고, 도 1b는 종래 CPW의 DGS를 갖는 병렬 공진기의 구조를 보여주는 도면이다. 먼저, 도 1a를 참조하면, 마이크로스트립 라인 DGS 구조의 병렬 공진기(100)는 기판(101) 위에 50Ω(Ohm)의 전송 선로(102)가 위치하고, 기판(101)의 하부에 위치한 접지면(Ground)(103)에는 아령(Dumbbell) 모양으로 결함된 DGS 패턴(104)이 형성되어 있다.FIG. 1A shows a structure of a parallel resonator having a conventional microstrip line DGS, and FIG. 1B shows a structure of a parallel resonator having DGS of a conventional CPW. 1A, a parallel resonator 100 of a microstrip line DGS structure includes a transmission line 102 having a resistance of 50? (Ohm) placed on a substrate 101, a ground line 102 disposed on a lower side of the substrate 101, ) 103 is formed with a DGS pattern 104 which is defective in a dumbbell shape.

도 1b를 참조하면, CPW DGS 구조의 병렬 공진기(200)는 기판(201) 위에 위치하는 50Ω 전송선로(202)와, 전송선로(202) 양쪽에 배치된 접지면(203)으로 구성되며, 접지면(203)에는 아령 모양으로 결합된 DGS 패턴(204)이 형성되어 있다.1B, the parallel resonator 200 of the CPW DGS structure is composed of a 50? Transmission line 202 located on the substrate 201 and a ground plane 203 disposed on both sides of the transmission line 202, A DGS pattern 204 coupled with a dumbbell shape is formed on the surface 203.

이상과 같은 두 종류의 병렬 공진기에 있어서, 아령 모양의 결함을 통해 전류의 흐름(205)이 결함 모양을 따르게 되면서 병렬 공진기의 특성을 갖게 된다. 다시 말해서, 아령 모양의 결함 면의 좁은 갭 사이에서 발생하는 커패시턴스 특성과 넓은 사각 모양에서 전류의 흐름이 돌아가면서 발생하는 인덕턴스 특성이 병렬로 구성된 병렬 공진기의 특성을 나타내게 된다.In the two kinds of parallel resonators as described above, the current flow 205 follows the defect shape through the dumbbell-shaped defect, and the characteristics of the parallel resonator are obtained. In other words, the characteristics of the parallel resonator composed of parallel capacitances and the inductance characteristics generated by the flow of current in a wide rectangular shape are exhibited in the dumbbell-shaped defect plane.

최근 이와 같은 DGS를 활용하여 하모닉(Harmonics) 또는 스퓨리어스(Spurious) 억압(Suppression) 등에 많이 활용되고 있다. 또한 DGS의 LC 등가회로 모델은 안테나 또는 소자 설계/적용에 간단한 방법론을 제공하고, DGS는 다양한 마이크로웨이브 또는 밀리미터웨이브 소자 및 시스템에 설계·적용되고 있다. 하지만 DGS는 물리적 제약으로 인해 도파관(Waveguide)에 적용하기 어려우며, PBG·EBG는 접지면 식각으로 인한 손실(Loss)과, 격자의 수, 격자의 모양, 격자간의 간격 등, 너무 많은 설계 파라미터들로 인해 설계 · 적용에 어려움이 있다.Recently, DGS has been widely used for harmonics and spurious suppression. In addition, the LC equivalent circuit model of DGS provides a simple methodology for antenna / element design / application, and DGS is designed and applied to various microwave or millimeter wave devices and systems. However, DGS is difficult to apply to waveguides due to physical constraints, and PBG · EBG has too many design parameters such as loss due to ground plane etching, number of gratings, shape of grating, Therefore, it is difficult to design and apply it.

이상과 같은 최근 소개된 병렬 공진기는 종래 초고주파 대역의 일반적인 회로 설계 방식과는 달리 접지면 결함을 통해 공진기를 설계하는 새로운 방식을 적용하고 있다. 그러나, 접지면 결함에 따른 접지면 후방으로의 방사(radiation)로 인해 신호의 전송 손실이 크고, 특히 높은 주파수에서는 공진기의 특성을 상실하게 된다. 또한 그 구조상 아령 형상의 갭을 통해서는 높은 커패시턴스 구현이 어렵다. 따라서, 높은 Q(Quality Factor) 값을 갖는 공진기 구현에는 한계를 지닌다.The recently introduced parallel resonator adopts a new method of designing the resonator through the ground plane defect, unlike the conventional circuit design method in the high frequency band. However, due to the radiation to the rear of the ground plane due to the ground plane defect, the transmission loss of the signal is large, and the characteristic of the resonator is lost especially at high frequencies. Also, it is difficult to realize a high capacitance through the dumbbell-shaped gap due to its structure. Therefore, there is a limitation in implementing a resonator having a high Q (Quality Factor) value.

본 발명은 직사각형 도파관(Rectangular Waveguide)에 적용 가능한 새로운 병렬 공진기를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention aims to provide a novel parallel resonator applicable to a rectangular waveguide.

본 발명의 다른 목적은 전송 손실을 줄여 높은 Q(Quality Factor)를 얻을 수 있는 병렬 공진기를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a parallel resonator capable of reducing a transmission loss and obtaining a high quality factor (Q).

본 발명의 다른 목적은 DGS(Defected Ground Structure)와 같이 적은 파라미터에 의한 설계가 가능한 병렬 공진기를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a parallel resonator capable of designing with few parameters such as DGS (Defected Ground Structure).

본 발명의 다른 목적은 2차원 구조의 식각이 아닌 하우징 가공을 통해 전파의 흐름을 바꿀 수 있는 병렬 공진기를 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a parallel resonator capable of changing the flow of a radio wave through housing processing rather than etching the two-dimensional structure.

본 발명의 또 다른 목적은 방사에 의한 손실이 없는 병렬 공진기를 제공하는 것이다.It is a further object of the present invention to provide a parallel resonator free from radiation losses.

이러한 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 병렬 공진기는 하우징 가공에 의한 수정 하우징 구조(Modified Housing Structure: MHS)를 사용하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve these objects, a parallel resonator according to the present invention uses a modified housing structure (MHS) by housing processing.

본 발명에 따른 병렬 공진기는 직사각형 도파관의 상·하의 양쪽에 구현되거나 상 또는 하의 한쪽에 구현되느냐에 따라, 대칭 수정 하우징 구조(Symmetric MHS: SMHS)와 비대칭 수정 하우징 구조(Asymmetric MHS: AMHS) 공진기로 구현되는 것을 특징으로 한다.The parallel resonator according to the present invention can be implemented either as a symmetrical modified housing structure (Symmetric MHS: SMHS) or an asymmetric modified housing structure (Asymmetric MHS: AMHS) resonator depending on whether the parallel resonator is implemented on both sides of a rectangular waveguide, .

본 발명에 따른 병렬 공진기의 구조적 특징은 2차원 구조의 접지면 식각이 아닌 하우징 가공에 의한 3차원 구조를 갖는 수정 하우징 구조체(Modified Housing Structure: MHS); 상기 수정 하우징 구조체(MHS)를 결합하기 위한 결합부가 형성된 직사각형 도파관을 포함하여 이루어지는 점이다.Structural features of the parallel resonator according to the present invention include a modified housing structure (MHS) having a three-dimensional structure by housing processing, not a two-dimensional ground plane etching; And a rectangular waveguide formed with an engaging portion for engaging the modified housing structure (MHS).

본 발명에 따른 병렬 공진기의 세부적 특징은 상기 수정 하우징 구조체(MHS)가 상기 직사각형 도파관의 길이 방향에 직교하는 방향으로 결합되는 점이다.A detailed feature of the parallel resonator according to the present invention is that the modified housing structure (MHS) is coupled in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the rectangular waveguide.

본 발명에 따른 병렬 공진기의 다른 세부적 특징은 상기 수정 하우징 구조체(MHS)가 상기 직사각형 도파관의 일면(一面) 즉, 상면(上面) 또는 하면(下面)에 결합되는 점이다.Another detailed feature of the parallel resonator according to the present invention is that the modified housing structure (MHS) is coupled to one surface, that is, the upper surface or the lower surface of the rectangular waveguide.

본 발명에 따른 병렬 공진기의 다른 세부적 특징은 상기 수정 하우징 구조체(MHS)가 상기 직사각형 도파관의 양면(兩面) 즉, 상면(上面)과 하면(下面)에 결합되는 점이다. Another detailed feature of the parallel resonator according to the present invention is that the modified housing structure (MHS) is coupled to both sides of the rectangular waveguide, that is, the top surface and the bottom surface.

본 발명에 따른 병렬 공진기의 다른 세부적 특징은 상기 수정 하우징 구조체(MHS)가 상기 직사각형 도파관의 양면(兩面)에 대칭되는 위치에 결합되는 점이다.Another detailed feature of the parallel resonator according to the present invention is that the modified housing structure (MHS) is coupled to a position symmetrical to both sides of the rectangular waveguide.

본 발명에 따른 병렬 공진기의 다른 세부적 특징은 상기 수정 하우징 구조체(MHS) 위에 가변 캐패시터를 일정한 간격으로 부착한 점이다.Another detailed feature of the parallel resonator according to the present invention is that variable capacitors are attached to the modified housing structure (MHS) at regular intervals.

본 발명에 따른 병렬 공진기의 다른 세부적 특징은 상기 기판형 수정 하우징 구조체(MHS)는, 기판; 상기 기판을 둘러싼 접지면; 상기 기판 위에서 갭(gap)을 구현한 결합선로; 상기 기판과 접지면 전체를 감싸면서 상기 도파관에 장착하기 위한 하우징을 포함하여 이루어지는 기판형 수정 하우징 구조체(MHS)인 점이다.Another detailed feature of the parallel resonator according to the present invention is that the substrate-type modified housing structure (MHS) comprises: a substrate; A ground plane surrounding the substrate; A coupling line embodying a gap on the substrate; And a housing for mounting the substrate on the waveguide while covering the entire substrate and the ground plane.

본 발명에 따른 병렬 공진기의 다른 세부적 특징은 상기 기판형 수정 하우징 구조체(MHS)에 가변 캐패시터를 부착한 점이다.Another detailed feature of the parallel resonator according to the present invention is that a variable capacitor is attached to the substrate-type modified housing structure (MHS).

본 발명에 따른 병렬 공진기의 다른 세부적 특징은 상기 기판형 수정 하우징 구조체(MHS)의 결합선로 사이에 적당한 간격으로 배치되어, 상기 결합선로를 전기적으로 연결 또는 차단할 수 있는 스위치를 부착한 점이다.Another detailed feature of the parallel resonator according to the present invention is that a switch is disposed at an appropriate interval between the coupling lines of the substrate type modified housing structure (MHS), and a switch capable of electrically connecting or disconnecting the coupling line is attached.

본 발명에 따른 병렬 공진기의 다른 세부적 특징은 상기 스위치는 마이크로 전자 기계적 시스템 (Micro Electro Mechanical System: MEMS) 스위치, 다이오드 또는 MOSFET를 이용하여 구현되는 점이다.Another detailed feature of the parallel resonator according to the present invention is that the switch is implemented using a micro electro mechanical system (MEMS) switch, a diode or a MOSFET.

본 발명에 따른 병렬 공진기는 다음과 같은 효과를 가질 수 있다.The parallel resonator according to the present invention can have the following effects.

첫째, 적은 파라미터를 사용하여 설계가 가능하다.First, it is possible to design using few parameters.

둘째, 2차원 구조의 식각이 아닌 하우징 가공을 통해 전파의 흐름을 바꾸어, 유효 인덕턴스 및 커패시턴스 값을 구현할 수 있다.Second, it is possible to implement the effective inductance and capacitance value by changing the flow of the radio wave through the housing processing, not the etching of the two-dimensional structure.

셋째, 직사각형 도파관에 적용되어 완벽에 가까운 병렬 공진기의 특성을 구현할 수 있다.Third, it can be applied to a rectangular waveguide to realize characteristics of a near-parallel resonator.

도 1a는 종래 마이크로스트립 라인 DGS를 갖는 병렬 공진기의 구조를 나타내는 예시도이다.
도 1b는 종래 CPW의 DGS를 갖는 병렬 공진기의 구조를 나타내는 예시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 비대칭형 수정 하우징 구조(AMHS) 타입의 공진기의 구조를 나타내는 예시도이다.
도 3a는 도 2의 AMHS 공진기의 등가회로를 나타낸 예시도이다.
도 3b는 도 3a의 AMHS 공진기의 주파수 특성을 나타낸 예시도이다.
도 4a는 본 발명에 따른 대칭형 수정 하우징 구조(SMHS) 타입의 공진기의 구조를 나타내는 예시도이다.
도 4b는 도 4a의 SMHS 공진기의 등가회로를 나타낸 예시도이다.
도 5a는 본 발명에 따른 기판 형태의 MHS를 갖는 공진기의 구조를 나타낸 예시도이다.
도 5b는 도 5a의 MHS의 평면, 정면 및 측면을 나타낸 예시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 MHS를 활용한 대역저지필터를 나타낸 예시도이다.
도 7은 본 발명에 따른 MHS를 활용한 가변 공진기의 구조를 나타낸 예시도이다.
도 8은 본 발명에 따른 MEMS 스위치를 부착한 기판형 MHS의 구조를 나타낸 예시도이다.
도 9는 본 발명에 따른 기판형 MHS를 활용한 도파관 스위치의 예시도이다.1A is an exemplary view showing the structure of a parallel resonator having a conventional microstrip line DGS.
1B is an exemplary view showing a structure of a parallel resonator having DGS of the conventional CPW.
2 is an exemplary view showing the structure of an asymmetrical modified housing structure (AMHS) type resonator according to the present invention.
3A is an exemplary diagram showing an equivalent circuit of the AMHS resonator of FIG.
FIG. 3B is an exemplary view showing frequency characteristics of the AMHS resonator of FIG. 3A.
4A is an exemplary view showing the structure of a symmetrical modified housing structure (SMHS) type resonator according to the present invention.
4B is an illustration showing an equivalent circuit of the SMHS resonator of FIG. 4A.
5A is an exemplary view showing a structure of a resonator having an MHS as a substrate in accordance with the present invention.
5B is an exemplary view showing a plane, a front view, and a side view of the MHS of FIG. 5A.
6 is a view illustrating an example of a band-stop filter using MHS according to the present invention.
7 is a view illustrating a structure of a variable resonator using the MHS according to the present invention.
FIG. 8 is a view showing a structure of a substrate type MHS with a MEMS switch according to the present invention.
9 is an exemplary view of a waveguide switch using a substrate type MHS according to the present invention.

본 발명은 DGS 구조에서 착안한, 하우징(Housing) 가공에 의해 구현 가능한, 수정 하우징 구조(Modified Housing Structure: MHS)를 통해 새로운 직사각형 도파관용 병렬 공진기이다. 이 공진기는 MHS가 직사각형 도파관의 상·하의 양쪽에 구현되거나 상 또는 하의 한쪽에 구현되느냐에 따라, 대칭형 수정 하우징 구조(Symmetric MHS: SMHS) 공진기와 비대칭형 수정 하우징 구조(Asymmetric MHS: AMHS) 공진기 구현이 가능하다. 두 공진기 모두 같은 병렬 공진기로써의 특성을 지니지만, AMHS는 협대역 특성을 지니고, SMHS는 AMHS 대비 광대역 특성을 지닌다. 그러나 SMHS에서 양쪽에 다른 크기의 MHS 구조가 적용된 경우, 이중대역(dual-band) 공진기 구현이 가능하다.The present invention is a new parallel resonator for a rectangular waveguide through a modified housing structure (MHS), which can be realized by housing processing, which is addressed in the DGS structure. The resonator is a symmetric MHS (SMHS) resonator and an asymmetric MHS (AMHS) resonator, depending on whether the MHS is implemented on both the top and bottom of the rectangular waveguide, This is possible. Although both resonators have the same parallel resonator characteristics, AMHS has narrow band characteristics and SMHS has broad band characteristics compared to AMHS. However, dual-band resonator implementations are possible if SMHS with different sizes of MHS structures are applied on both sides.

도 2는 본 발명에 따른 비대칭형 수정 하우징 구조(AMHS) 타입의 공진기의 구조를 나타내는 예시도이다. 직사각형 도파관에 적용된 AMHS 공진기의 구성도이다. AMHS 공진기(14)는 표준 규격의 직사각형 도파관(16)과 상기 도파관(16)의 상부 또는 하부에 장착되는 MHS(17)로 구성된다. 직사각형 도파관(16)에는 MHS(17)를 장착하기 위한 하우징 가공이 필요하다. 점선 안에는 AMHS 공진기를 확대한 모습(15)을 볼 수 있다. AMHS 공진기(14)는 도파관(16)의 상부 또는 하부의 한쪽에만 MHS(17)가 장착된다.2 is an exemplary view showing the structure of an asymmetrical modified housing structure (AMHS) type resonator according to the present invention. Fig. 6 is a block diagram of an AMHS resonator applied to a rectangular waveguide. The AMHS resonator 14 is composed of a rectangular waveguide 16 of a standard size and an MHS 17 mounted on the top or bottom of the waveguide 16. [ The rectangular waveguide 16 requires housing processing for mounting the MHS 17. In the dotted line, you can see the enlarged view of the AMHS resonator (15). The AMHS resonator 14 is mounted on only one side of the upper or lower portion of the waveguide 16.

도 3a는 도 2의 AMHS 공진기(14)의 등가회로를, 도 3b는 도 2 및 도 3a의 주파수 특성을 나타낸 예시도이다. 직사각형 도파관에 적용된 AMHS 공진기(14)를 전자파 수치해석을 통해 모의시험 한 결과(S11 EM, S21 EM & EM)(19, 20)와 모의시험 결과에서 추출한 인덕턴스와 캐패시턴스 값을 가지고 AMHS 공진기의 등가회로(18)로 해석한 결과(S11 Circuit, S21 Circuit & Circuit)(19, 20)을 비교한 것이다. 모의시험 결과로부터 AMHS 공진기의 크기(Magnitude) 특성(19)과 위상(Phase) 특성(20)이 거의 일치함을 볼 수 있다. 이를 통해, 직사각형 도파관에 MHS를 적용하여 거의 완벽한 병렬 공진기 구현이 가능함을 확인할 수 있다. FIG. 3A is an equivalent circuit of the AMHS resonator 14 of FIG. 2, and FIG. 3B is an example of frequency characteristics of FIGS. 2 and 3A. (S11 EM, S21 EM & EM) (19, 20) obtained by simulating the AMHS resonator (14) applied to a rectangular waveguide through electromagnetic wave numerical analysis and the inductance and capacitance values extracted from the simulation results, (S11 Circuit, S21 Circuit & Circuit) (19, 20). From the simulation results, it can be seen that the magnitude characteristic (19) and the phase characteristic (20) of the AMHS resonator are almost the same. Through this, it can be confirmed that almost perfect parallel resonator can be realized by applying MHS to a rectangular waveguide.

도 4a는 본 발명에 따른 대칭형 수정 하우징 구조(SMHS) 타입의 공진기의 구조를 나타내는 예시도이다. 직사각형 도파관에 적용된 SMHS 공진기의 구성도이다. SMHS 공진기(9)는 표준 규격의 직사각형 도파관(11)과 도파관(11)의 위·아래에 장착되는 MHS(12, 13)로 구성된다. 직사각형 도파관(11)에는 MHS 장착을 위한 하우징 가공이 요구된다. 점선 안(10)에서는 SMHS 공진기를 확대한 모습을 보여준다. 도파관(11)의 상·하에 장착되는 MHS(12, 13)는 평면형 DGS(Microstrip DGS 또는 CPW DGS)와 비슷한 아령 모양이지만, 2차원 구조의 접지면 식각이 아니라 하우징 가공에 의한 3차원 구조 변경을 통해 구현된다. 이와 같이 하우징 가공을 통해 전파의 흐름을 바꾸어 병렬 공진기 특성이 구현된다.4A is an exemplary view showing the structure of a symmetrical modified housing structure (SMHS) type resonator according to the present invention. Fig. 2 is a block diagram of a SMHS resonator applied to a rectangular waveguide. The SMHS resonator 9 is composed of a rectangular waveguide 11 of a standard size and MHSs 12 and 13 mounted above and below the waveguide 11. The rectangular waveguide 11 is required to be housed for MHS mounting. The dotted line (10) shows the enlargement of the SMHS resonator. The MHSs 12 and 13 mounted on the top and bottom of the waveguide 11 are dumbbell shapes similar to the planar DGS (Microstrip DGS or CPW DGS). However, the three-dimensional structure change ≪ / RTI > Thus, the characteristics of the parallel resonator are realized by changing the flow of the radio wave through the housing processing.

다시 말해, 본 발명에 따른 병렬 공진기는 2차원 구조의 접지면 식각이 아닌 하우징 가공에 의한 3차원 구조를 갖는 수정 하우징 구조체(Modified Housing Structure: MHS); 상기 수정 하우징 구조체(MHS)를 결합하기 위한 결합부가 형성된 직사각형 도파관을 포함하여 이루어진다.In other words, the parallel resonator according to the present invention includes a modified housing structure (MHS) having a three-dimensional structure by housing processing, not a two-dimensional ground plane etching; And a rectangular waveguide in which a coupling portion for coupling the modified housing structure (MHS) is formed.

따라서, 상기 수정 하우징 구조체(MHS)는 상기 직사각형 도파관의 길이 방향에 직교하는 방향으로 결합되면서, 상기 직사각형 도파관의 일면(一面) 즉, 상면(上面) 또는 하면(下面)에 결합되거나, 상기 직사각형 도파관의 양면(兩面) 즉, 상면(上面)과 하면(下面)에 결합되는 경우가 가능하다.The MHS may be coupled to one surface or top surface or bottom surface of the rectangular waveguide while being coupled to the rectangular waveguide in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the rectangular waveguide, That is, to both the upper surface and the lower surface of the base plate.

또한, 상기 수정 하우징 구조체(MHS)가 상기 직사각형 도파관의 양면(兩面)에 대칭되는 위치에 결합되는 것이 가능하다.It is also possible for the modified housing structure (MHS) to be coupled to a position symmetrical to both sides of the rectangular waveguide.

도 4b는 도 4a의 SMHS 공진기(9)의 등가회로도이다. 이 등가회로도는 도파관의 상면과 하면에 다른 크기의 MHS 구조가 결합된 예를 보여준다. SMHS 공진기는 도파관에 MHS가 물리적으로 병렬 연결된 구조를 갖지만, 전기적으로 직렬 연결된 구조이다. 따라서 SMHS에서 양쪽에 다른 크기의 MHS 구조가 적용된 경우, 이중대역(dual-band) 공진기 구현이 가능하다. 그러나 상면과 하면에 같은 크기의 MHS를 갖는 경우, 근사적으로 SMHS 등가회로의 파라미터(LSMHS, CSMHS)는 AMHS 등가회로의 파라미터 ((LMHS', CMHS')와 (LSMHS = 2×LMHS' 및 CSMHS = 0.5×CMHS') 같은 관계를 가지며, SMHS 공진기 또한 인덕턴스와 커패시턴스가 병렬 연결된 등가회로로도 해석 가능하다. Fig. 4B is an equivalent circuit diagram of the SMHS resonator 9 of Fig. 4A. This equivalent circuit diagram shows an example in which MHS structures of different sizes are combined on the upper and lower surfaces of the waveguide. The SMHS resonator has a structure in which the MHS is physically connected in parallel to the waveguide, but the structure is electrically connected in series. Therefore, dual-band resonator implementation is possible when SMHS with different sizes of MHS structure are applied on both sides. However, if a size of MHS as the top and bottom surfaces, approximately as parameters of SMHS equivalent circuit (L SMHS, C SMHS) are parameters of the AMHS equivalent circuit ((L MHS ', C MHS ') and (L SMHS = 2 × L MHS ' and C SMHS = 0.5 × C MHS' ), and the SMHS resonator can also be interpreted as an equivalent circuit in which the inductance and the capacitance are connected in parallel.

도 5a는 본 발명에 따른 기판 형태의 MHS를 갖는 공진기의 전체적 구조를 나타내고, 도 5b는 도 5a의 MHS의 평면, 정면 및 측면을 나타낸 것이다. 하우징 가공을 통해 구현되는 MHS를 기판 형태로 구현한 MHS(21)와 공진기를 보여준다. 기판형 수정 하우징 구조체(MHS)는 기판(22)과 상기 기판(22)을 둘러싼 접지면(23), 상기 기판(22)위에서 갭(gap)을 구현한 결합선로(Coupled-line)(24) 그리고 상기 기판(22)과 접지면(23) 전체를 감싸면서 도파관에 장착하기 위한 하우징(25)으로 구성된다.5A shows the overall structure of a resonator having a MHS in the form of a substrate according to the present invention, and Fig. 5B shows the plan, front and side views of the MHS of Fig. 5A. The MHS (21) and the resonator are shown in the form of a substrate, which is implemented through a housing process. The substrate-type crystal housing structure (MHS) includes a substrate 22 and a ground plane 23 surrounding the substrate 22, a Coupled-line 24 that implements a gap above the substrate 22, And a housing 25 for mounting the substrate 22 and the ground plane 23 on the waveguide while covering the substrate 22 and the ground plane 23.

도 6a는 본 발명에 따른 MHS 공진기를 활용한 대역저지필터의 구조를 나타낸 것이고, 도 6b는 도 6a의 등가회로이고, 도 6c는 도 6b의 주파수 특성을 나타낸 예시도이다. MHS 공진기의 적용 예를 보이기 위해, SMHS를 사용하여 설계한 대역저지필터(27)와 주파수 특성(29)을 보여준다. 설계된 대역저지필터의 등가회로(28)는 LC 병렬 공진기가 공진 주파수에서 90°떨어진 구조를 갖는다. EM 모의시험 결과(dB(S(6,5)), dB(S(5,5)))와 회로 모의시험 결과(dB(S(2,1)), dB(S(1,1)))가 거의 일치하는 것을 확인할 수 있다.FIG. 6A shows a structure of a band-stop filter using an MHS resonator according to the present invention, FIG. 6B is an equivalent circuit of FIG. 6A, and FIG. 6C is an example of frequency characteristics of FIG. 6B. To illustrate the application of the MHS resonator, we show the band-stop filter 27 and the frequency characteristic 29 designed using SMHS. The equivalent circuit 28 of the designed band-stop filter has a structure in which the LC parallel resonator is separated by 90 degrees from the resonance frequency. EM simulation test results (dB (S (2,1)), dB (S (1,1)) and circuit simulation test results (dB ) Are almost identical to each other.

도 7은 본 발명에 따른 MHS를 활용한 가변 공진기의 구조를 나타낸 예시도이다. 도7(a)에서와 같이, 직사각형 도파관 상하에 장착된 MHS 위에 가변 캐패시터(31)를 적당한 간격으로 부착하여 가변 캐패시터의 커패시턴스 변화를 통해 공진 특성을 가변할 수 있다. 또는 7(b)에서와 같이, 기판형 MHS에 가변 캐패시터(31)를 부착하여 구현할 수도 있다.7 is a view illustrating a structure of a variable resonator using the MHS according to the present invention. As shown in FIG. 7 (a), the variable capacitors 31 are attached to the MHS mounted above and below the rectangular waveguide at appropriate intervals, and the resonance characteristics can be varied by varying the capacitance of the variable capacitors. Alternatively, as shown in FIG. 7 (b), a variable capacitor 31 may be attached to the substrate type MHS.

도 8a 및 도 8b는 본 발명에 따른 MEMS 스위치를 부착한 기판형 MHS의 구조를 나타낸 예시도이다. MEMS(Microelectromechanical System) 스위치(32, 34)를 부착한 기판형 MHS(33)를 보여준다. 도파관 스위치 구현을 위해서는, 기판형 MHS에 결합선로를 전기적으로 연결 또는 차단할 수 있고, 결합선로 사이에 적당한 간격으로 배치된 MEMS 스위치(32, 34)를 필요로 한다. 바이어스에 의해, MEMS 스위치는 도 8a에서와 같이 오프(OFF) 상태(32) 또는 도 8b에서와 같이 온(ON) 상태(34)로 동작한다. OFF 상태에서는 MHS의 공진 특성(19, 20)이 변하지 않으며, ON 상태에서는 결합선로가 전기적으로 연결되어 일반적인 도체와 같은 특성을 지니게 된다. 여기서, MEMS 스위치는 결합선로를 전기적으로 연결 및 단락시킬 수 있는, 다이오드, MOSFET 등과 같은 소자로도 대체될 수 있다.8A and 8B are views illustrating the structure of a substrate-type MHS with a MEMS switch according to the present invention. Type MHS 33 to which MEMS (Microelectromechanical System) switches 32 and 34 are attached. For a waveguide switch implementation, MEMS switches 32 and 34, which are capable of electrically connecting or disconnecting the bonding line to the substrate MHS, and disposed at appropriate intervals between the bonding lines, are required. By bias, the MEMS switch operates in the OFF state 32 as in FIG. 8A or in the ON state 34 as in FIG. 8B. In the OFF state, the resonance characteristics (19, 20) of the MHS do not change, and in the ON state, the coupling lines are electrically connected to each other to have the same characteristics as a general conductor. Here, the MEMS switch can be replaced with an element such as a diode, a MOSFET, or the like, which can electrically connect and short-circuit the coupling line.

도 9a 및 도 9b는 본 발명에 따른 기판형 MHS를 활용한 도파관 스위치의 예시도이다. 직사각형 도파관 스위치는 MEMS 스위치를 장착한 기판형 MHS(33)를 도파관의 상·하 장착을 통해 구현된다. 여기서, MEMS 스위치 OFF 상태(32)에서는 MHS의 공진 특성으로 인해, 도 9a에서와 같이 공진 주파수 대역에서는 전파의 진행이 화살표(35)와 같이 차단된다. 반면, MEMS 스위치 ON 상태(34)에서는 결합선로가 전기적으로 연결되어 MHS는 공진 특성이 사라지고, 일반적인 도체와 같은 특성을 가진다. 따라서 도 9b에서 나타낸 것과 같이 도파관의 동작 전 주파수 대역에서 전파가 그대로 화살표(36)와 같이 진행하게 된다. 넓은 주파수 대역에서 동작 가능한 도파관 스위치 구현을 위해서는, 서로 다른 공진 주파수를 갖는 기판형 MHS를 구현하고, 도파관에 직렬 연결하여 구현할 수 있다. 또한, 도 6과 같이 특정 주파수 대역을 저지하는 대역저지필터를 설계하고, MHS에 MEMS 스위치 장착을 통해 원하는 주파수 대역에서 동작하는 직사각형 도파관 스위치 구현이 가능하다. 앞에서 소개한 많은 적용(Application)들은 SMHS를 통해 설명하였지만, 같은 방법으로 AMHS를 적용하여도 구현 가능하다.FIGS. 9A and 9B are views showing examples of a waveguide switch using a substrate type MHS according to the present invention. The rectangular waveguide switch is realized by mounting the board type MHS (33) equipped with MEMS switch on the top and bottom of the waveguide. Here, in the MEMS switch OFF state 32, due to the resonance characteristics of the MHS, propagation progresses in the resonance frequency band as shown in FIG. On the other hand, in the MEMS switch-on state (34), the coupling line is electrically connected so that the resonance characteristic of MHS disappears and has the same characteristics as a general conductor. Therefore, as shown in FIG. 9B, the wave propagates in the frequency band before operation of the waveguide as shown by the arrow 36 as it is. In order to realize a waveguide switch capable of operating in a wide frequency band, a substrate type MHS having different resonance frequencies may be implemented and connected in series to a waveguide. Also, as shown in FIG. 6, it is possible to design a band-stop filter that blocks a specific frequency band, and implement a rectangular waveguide switch that operates in a desired frequency band by mounting a MEMS switch in the MHS. Although many of the applications described above have been described through SMHS, they can also be implemented by applying AMHS in the same way.

101, 201, 22: 기판 102, 202: 전송선로
103, 203, 23: 접지면 부재 104, 204: DGS 패턴
9: SMHS 공진기 14: AMHS 공진기
11, 16: 도파관 17, 21: MHS101, 201, 22: substrate 102, 202: transmission line
103, 203, 23: ground plane member 104, 204: DGS pattern
9: SMHS resonator 14: AMHS resonator
11, 16: Waveguide 17, 21: MHS

Claims (9)

도파관도체 내부에 단면이 직사각형 형태의 내부공간을 가진 도파관에 결합되는 병렬공진기로서,
상기 도파관도체 내부 공간의 폭과 같은 길이를 가진 직육면체 공간이 공진기도체 내부에 형성되고, 상기 공진기도체 내부에 형성된 직육면체 공간과 나란하게 그리고 상기 도파관의 내부 공간의 폭과 같은 길이를 가진 직사각형 형태의 개구부가 상기 직육면체 공간으로부터 공진기도체 외부까지 열리도록 형성된, 외형이 "I"자 형태로 된 3차원 구조를 갖는 수정 하우징 구조체(17, MHS)를 구비하고;
상기 수정 하우징 구조체(17)의 개구부가 상기 도파관 내부 공간의 폭과 일치하여 연통하는 결합을 하도록, 상기 수정 하우징 구조체의 외형과 상응하는 형태와 크기로 상기 도파관(16)의 일부를 절단하여 결합공간을 마련하고,
상기 수정 하우징 구조체가 도파관의 상기 결합공간에 결합하여 도파관 몸체 내에 수정 하우징 구조체가 매립되게 한 것이 특징인 병렬 공진기.A parallel resonator coupled to a waveguide having a rectangular internal shape in cross section inside a waveguide conductor,
A rectangular parallelepiped space having a length equal to the width of the inner space of the waveguide conductor is formed inside the resonator conductor and is arranged in parallel with the rectangular parallelepiped space formed in the resonator conductor and in the shape of a rectangle having a length equal to the width of the inner space of the waveguide. (17, MHS) having a three-dimensional structure whose outer shape is "I" -shaped so as to open from the rectangular parallelepiped space to the outside of the resonator conductor;
A part of the waveguide 16 is cut in a shape and size corresponding to the outer shape of the quartz crystal housing structure so that the opening of the quartz crystal housing structure 17 coincides with the width of the inner space of the waveguide, Respectively,
Wherein the modified housing structure is coupled to the coupling space of the waveguide such that the modified housing structure is embedded within the waveguide body. 제1항에 있어서,
상기 수정 하우징 구조체(17)의 개구부가 상기 직사각형 도파관의 길이 방향에 직교하는 방향으로 결합되는 것을 특징으로 하는 병렬 공진기.The method according to claim 1,
And the opening of the quartz crystal housing structure (17) is coupled in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the rectangular waveguide. 제2항에 있어서,
상기 수정 하우징 구조체(17)가 상기 직사각형 도파관의 일면(一面) 즉, 상면(上面) 또는 하면(下面)에 결합되는 것을 특징으로 하는 병렬 공진기.3. The method of claim 2,
Wherein the crystal housing structure (17) is coupled to one surface (upper surface) or a lower surface (lower surface) of the rectangular waveguide. 제2항에 있어서,
상기 수정 하우징 구조체(17)가 상기 직사각형 도파관의 양면(兩面) 즉, 상면(上面)과 하면(下面)에 결합되는 것을 특징으로 하는 병렬 공진기.3. The method of claim 2,
Wherein the quartz crystal resonator structure 17 is coupled to both surfaces of the rectangular waveguide, that is, the upper surface and the lower surface of the rectangular waveguide. 제4항에 있어서,
상기 수정 하우징 구조체(17)가 상기 직사각형 도파관의 양면(兩面)에 대칭되는 위치에 결합되는 것을 특징으로 하는 병렬 공진기.5. The method of claim 4,
And the quartz crystal resonator structure (17) is coupled at a position symmetrical to both sides of the rectangular waveguide. 삭제delete 도파관에 결합되어 병렬공진을 일으켜서 도파관의 특성을 변화시키는 병렬공진기로서,
직육면체로 된 기판(22)과; 상기 기판의 일면에서 길이방향으로 기판이 노출되는 갭(gap)의 양편에 부착된 결합선로(24)와; 상기 결합선로(24)와 연결되며 결합선로(24)가 부착된 면을 제외한 상기 기판의 나머지 다섯 면을 둘러싸는 접지면(23)과; 상기 접지면 부분을 감싸는 하우징(25)을 포함하여 이루어지는 기판형 수정 하우징 구조체(21: MHS)와;
단면이 사각인 내부공간을 가진 도파관의 내부공간 일면에 상기 수정 하우징 구조체(21)가 매립될 수 있도록, 도파관의 일면에 상기 수정 하우징 구조체의 외형과 상응하는 크기만큼 절단하여 결합부를 형성하고,
상기 수정 하우징 구조체(21)가 상기 결합부에 결합할 때 상기 결합선로(24)의 갭이 도파관의 내부 공간 일면에 위치하여 결합할 수 있도록 한 것이 특징인 병렬 공진기.A parallel resonator coupled to a waveguide to cause a parallel resonance to change the characteristics of the waveguide,
A rectangular parallelepiped substrate (22); A bonding line (24) attached to both sides of a gap where a substrate is exposed in a longitudinal direction on one surface of the substrate; A ground plane 23 connected to the coupling line 24 and surrounding the remaining five surfaces of the substrate except for a surface to which the coupling line 24 is attached; (21) comprising a housing (25) surrounding the ground plane portion;
The waveguide is cut at a size corresponding to the outer shape of the modified housing structure so as to form the coupling portion so that the modified housing structure 21 can be embedded in one surface of the inner space of the waveguide having the square inner space,
Wherein a gap of the coupling line (24) is located on one surface of the inner space of the waveguide when the quartz crystal housing structure (21) is coupled to the coupling portion. 제7항에 있어서,
상기 기판형 수정 하우징 구조체(MHS)의 결합선로(24)에 가변 캐패시터(31)를 부착한 것을 특징으로 하는 병렬 공진기.8. The method of claim 7,
And a variable capacitor (31) is attached to the coupling line (24) of the substrate type modified housing structure (MHS). 제7항에 있어서,
상기 기판형 수정 하우징 구조체(MHS)의 결합선로(24) 사이에 배치되어, 상기 결합선로를 전기적으로 연결 또는 차단할 수 있는 스위치(34)를 부착한 것을 특징으로 하는 병렬 공진기.8. The method of claim 7,
And a switch (34) disposed between the coupling lines (24) of the substrate type modified housing structure (MHS) and capable of electrically connecting or disconnecting the coupling line.
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