KR101509846B1

KR101509846B1 - 대칭형 미앤더 스퍼라인 공진기를 이용한 마이크로파 발진기

Info

Publication number: KR101509846B1
Application number: KR20110009454A
Authority: KR
Inventors: 서반우; 김남영
Original assignee: 광운대학교 산학협력단
Priority date: 2011-01-31
Filing date: 2011-01-31
Publication date: 2015-04-10
Also published as: KR20120088234A

Abstract

본 발명은 대칭형 미앤더 스퍼라인 공진기를 이용한 마이크로파 발진기(microwave oscillator)에 적용하기 위한 공진기에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 유전체 기판 및 유전체 기판 상에 형성되고 미앤더(meander) 형상을 갖는 슬롯을 포함하는 마이크로스트립 라인을 포함하고, 미앤더 형상은 마이크로스트립 라인의 중앙을 기준으로 대칭형인 것을 특징으로 하는 공진기가 제공된다.

Description

대칭형 미앤더 스퍼라인 공진기를 이용한 마이크로파 발진기{MICROWAVE OSCILLATOR USING SYMMETRIC MEANDER SPURLINE RESONATOR}

본 발명은 대칭형 미앤더 스퍼라인 공진기를 이용한 마이크로파 발진기(microwave oscillator)에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 대칭형 미앤더 형태를 갖는 슬롯으로 형성된 스퍼라인 공진기와 이를 이용한 컴팩트 사이즈(compact size) 마이크로파 발진기에 관한 것이다.

발진기 설계에 있어서 가장 중요한 파라미터는 모든 종류의 무선 통신 시스템 성능에서 중요하게 고려되는 위상 잡음(phase noise) 성능이다. 현재 높은 Q 값을 갖는 공진기를 이용하여 낮은 위상 잡음을 달성하는 발진기 시스템을 제조하기 위해 발진기 내에 사용되는 다양한 공진기의 형태 및 구조가 연구되고 있다.

발진기에서 사용되는 공진기의 다양한 유형으로서 헤어핀 공진기(hairpin resonator), 유전체 공진기(DR, dielectric resonator), LC 공진기 등이 있다. 이와 같은 공진기들은 크기가 소형화되어 있지 않거나, 중요한 파라미터인 Q 값이 높지 않거나, 제조 비용이 크다는 문제점이 있다.

구체적으로, 헤어핀 공진기는 작은 사이즈를 가질 수 있으나 고유의 낮은 Q 값을 가지고 있으며, 고온에서 불안정하다는 문제점을 갖는다. 한편, 유전체 공진기(DR)는 높은 Q 값을 가지고 고온에서도 안정하나 제조 비용이 높고 협대역(narrow band) 특성을 갖는다는 문제점을 갖는다. 마지막으로, LC 공진기는 큰 사이즈를 가질 뿐만 아니라 기생 캐패시턴스(parasitic capacitance) 및 리드 길이 인덕턴스(lead length inductance) 문제로 인해 높은 주파수에 적용하기가 불가능하다는 문제점을 갖는다.

주파수 전원(source)으로서 사용되는 마이크로파 발진기는 RF 통신 시스템에서 중요한 부분이며, 이와 같은 시스템에서는 낮은 위상 잡음이 요구된다. 낮은 위상 잡음을 얻기 위해서는, 발진기의 주요 요소인 공진기와 관련하여 공진기-Q 값(resonator-Q factor) 또는 부하가 연결된 상태의 Q(loaded Q) 값이 높아야 한다.

마이크로파 발진기의 위상 잡음 특성이 불량한 경우, 신호 대 잡음비(signal to noise ratio, SNR)가 감소함에 따라 신호 수신 변환 처리에서 수신기의 성능이 나빠질 것이다. 따라서, 수신기 시스템에서 발진기의 낮은 위상 잡음 특성은 필수적인 파라미터이다.

따라서, RF 무선 통신 시스템에서 사용하기 위해 낮은 위상 잡음(phase noise), 높은 Q값, 작은 사이즈 및 낮은 제조 비용을 갖는 발진기를 제공하기 위한 새로운 방법이 필요하다.

본 발명은 대칭형 미앤더 스퍼라인을 갖는 공진기를 이용하여 높은 Q 값을 얻고, 이로 인해 상기 공진기를 이용한 발진기의 낮은 위상 잡음 특성을 달성하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 대칭형 미앤더 스퍼라인을 갖는 공진기를 이용하여 종래 기술보다 개선된 대역 저지(band stop) 특성 및 밴드갭(bandgap) 특성을 얻는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 대칭형 미앤더 스퍼라인을 갖는 마이크로스트립 라인을 이용하여 평면 형태의 감소된 사이즈의 공진기를 달성하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 종래 기술보다 개선된 고조파 억압(harmonic suppression) 특성 및 높은 출력 특성을 달성하는 것을 목적으로 한다.

이를 위하여, 본 발명의 제1 측면에 따르면, 마이크로파 발진기(microwave oscillator)에 적용하기 위한 공진기로서, 유전체 기판, 및 상기 유전체 기판 상에 형성되고 복수의 "

" 형상을 포함하는 미앤더(meander) 형상을 갖는 슬롯을 포함하는 마이크로스트립 라인을 포함하고, 상기 미앤더 형상은 상기 마이크로스트립 라인의 중앙을 기준으로 대칭형인 것을 특징으로 하는 공진기가 제공된다.

여기서, 상기 "

" 형상 각각의 가로 길이는 0.4mm 내지 0.6mm 이고, 세로 길이는 1.1mm 내지 1.2mm인 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 마이크로스트립 라인의 상기 슬롯의 총 가로 길이는 5.0mm 내지 5.2mm인 것을 특징으로 한다. 또한, 마이크로스트립 라인의 상기 슬롯의 두께는 0.1mm 내지 0.2mm인 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 유전체 기판의 두께는 0.5mm 내지 0.6mm이고, 상기 유전체 기판의 유전율은 2.5 내지 2.6인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제2 측면에 따르면, 마이크로스트립 라인 상에 형성된 마이크로스트립 공진기; 상기 마이크로스트립 공진기와 결합된 FET, 상기 FET의 소스 단에 형성된 오픈 스터브(open stub), 및 상기 FET에 직류(DC) 전압을 공급하기 위한 DC 전압 공급원를 포함하고, 상기 마이크로스트립 공진기는 복수의 "

" 형상을 포함하는 대칭형 미앤더(meander) 형상을 갖는 슬롯을 포함하고, 상기 마이크로스트립 공진기는 상기 FET의 게이트와 결합하고, 상기 DC 전압 공급원은 상기 오픈 스터브와 평행한 방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로파 발진기가 제공된다.

여기서, 상기 마이크로스트립 공진기 및 상기 FET의 게이트 사이에 마이크로스트립 라인이 형성되고, 상기 마이크로스트립 라인의 길이는 12.5 내지 13.0mm인 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 마이크로스트립 공진기는 50Ω의 종단 저항을 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 대칭형 미앤더 스퍼라인 공진기를 이용하여 양호한 위상 잡음 특성, 즉 낮은 위상 잡음을 갖는 마이크로파 발진기를 제조할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 대칭형 미앤더 스퍼라인 공진기의 간단한 설계 기술 및 평면 구조에 의해 MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit)에 적용하여 소자를 집적화할 수 있는 발진기 구조를 제공한다.

또한, 본 발명에 따른 대칭형 미앤더 스퍼라인 공진기를 이용한 마이크로파 발진기는 안테나 및 저역 통과 필터와 함께 RF 시스템 내에 통합될 수 있다는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 양호한 FoM(Figures of Merit)을 가질 뿐만 아니라 양호한 제2 고조파 억제를 달성하는 발진기를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 의하면, 대칭형 미앤더 스퍼라인 구조를 갖는 공진기를 이용하여 종래 기술보다 개선된 대역 저지(band stop) 특성 및 밴드갭(bandgap) 특성을 얻는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 스퍼라인 공진기는 마이크로스트립 라인 내부에 형성되어 자체적으로 통합 구조를 갖기 때문에 공진기 사이즈를 감소시킬 수 있으며, 마이크로스트립 라인의 에칭을 이용한 간단한 설계 기술을 통해 마이크로파 발진기의 제조 비용을 감소시킬 수 있다.

도 1a 및 도 1b는 각각 미앤더 스퍼라인 공진기의 구조를 나타내는 평면도 및 측면도.
도 2는 도 1에 도시된 미앤더 스퍼라인 공진기의 등가 회로를 나타내는 회로도.
도 3은 도 1에 도시된 미앤더 스퍼라인 공진기의 시뮬레이션 결과 및 측정 결과를 나타내는 그래프.
도 4는 미앤더 스퍼라인 공진기를 이용한 마이크로파 발진기의 구조를 나타내는 개념도.
도 5는 마이크로파 발진기의 위상 잡음 특성을 나타내는 그래프.
도 6은 마이크로파 발진기의 고조파 출력 스펙트럼을 나타내는 그래프.
도 7은 마이크로파 발진기의 출력(output power)을 나타내는 그래프.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세하게 설명한다. 본 발명의 구성 및 그에 따른 작용 효과는 이하의 상세한 설명을 통해 명확하게 이해될 것이다.

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 대칭형 미앤더 스퍼라인 공진기의 구조를 나타내는 평면도이다.

도 1a를 참조하면, 유전체 기판(110) 상에 마이크로스트립 라인(120)이 형성되어 있다. 유전체 기판(110)은 예컨대 테플론(Teflon) 기판으로 구성될 수 있다. 예컨대, 유전체 기판(110)의 두께는 약 0.5 내지 0.6mm이며, 바람직하게는 0.54mm일 수 있다. 또한, 유전체 기판(110)의 유전 상수(dielectric constant)는 약 2.5 내지 2.6이며, 바람직하게는 2.54일 수 있다. 마이크로스트립 라인(120)은 50Ω의 특성 임피던스 값을 가질 수 있으며, 마이크로스트립 라인(120)의 폭은 약 1.4 내지 1.6mm이며, 바람직하게는 1.49mm일 수 있다.

마이크로스트립 라인(120) 상에 간단한 에칭 처리를 수행하여 미앤더(meander) 형상을 갖는 미앤더 슬롯(130)을 이용하여 스퍼라인(spurline)을 형성할 수 있다. 스퍼라인은 대역 저지(bandstop) 특성을 얻기 위해 마이크로스트립 전송 라인 상에서 널리 사용되는 구조이다. 이와 같이 대역 저지 특성을 갖는 스퍼라인 공진기는 직렬 피드백 발진기(series feedback oscillator)에 사용될 수 있다.

도 1a를 참조하면, 미앤더 슬롯(130)은 마이크로스트립 라인(120)의 중앙에서 한쪽 단부로부터 수직 방향으로 형성된 긴 슬롯을 기준으로 좌우 대칭형 구조를 갖는다. 예컨대, 미앤더 슬롯(130)의 폭(w)은 약 0.1mm 내지 0.2mm이고, 바람직하게는 0.15mm일 수 있다. 또한, 미앤더 슬롯(130)의 가로 총 길이(l)는 약 5.0mm 내지 5.2mm이고, 바람직하게는 5.1mm일 수 있다. 또한, 미앤더 슬롯(130)의 높이(h)는 약 1.1mm 내지 1.2mm이고, 바람직하게는 1.15mm일 수 있다.

또한, 미앤더 슬롯(130)은 복수의 "

" 형상을 포함하며, 각각의 "

" 형상의 가로 길이는 약 0.4mm 내지 0.6mm이고, 바람직하게는 0.5mm일 수 있다. 미앤더 슬롯(130)은 중앙의 수직 방향의 긴 슬롯을 중심으로 양쪽에 동일하게 반복된 "

" 구조를 포함한다. 도 1a에는 중앙의 긴 슬롯을 중심으로 양쪽에 각각 3개의 "

" 구조가 형성되어 있으나, "

" 구조의 개수는 적절히 조절될 수 있다.

미앤더 슬롯(130)에 의한 공진기의 미앤더 구조에서, 슬롯 갭(gap)은 용량성 효과(capacitive effect)를 제공하며, 슬롯의 가늘고 긴 라인 구조는 유도성 효과(inductive effect)를 제공한다. 이와 같이 미앤더 슬롯(130)의 미앤더 구조에 의해 형성된 유효 인덕턴스(effective inductance) 및 유효 캐패시턴스(effective capacitance)는 유전체 기판(110)의 유효 유전율(effective permittivity)의 증가와 함께 증가한다.

또한, 도 1a에 도시된 반복된 "

" 구조 사이의 커플링 포텐셜(coupling potential)이 증가함에 따라 미앤더 스퍼라인의 커플링 효과의 증가에 의해 Q값이 증가할 수 있다. 따라서, 도 1a에 도시된 대칭형 미앤더 슬롯(130)의 구조에 의해 작은 사이즈의 공간에서 상당히 증가된 유효 인덕턴스 및 유효 캐패시턴스를 달성할 수 있다.

도 1a에 도시된 대칭형 미앤더 구조를 이용한 공진기의 경우 증가된 유효 인덕턴스 및 유효 캐패시턴스에 의해 개선된 Q 값을 얻을 수 있으며, 이에 따라 마이크로파 발진기에서 대칭형 미앤더 스퍼라인 공진기가 구현될 때 낮은 위상 잡음을 달성할 수 있다.

도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 미앤더 스퍼라인 공진기의 구조를 나타내는 측면도이다.

유전체 기판(110)을 중간층으로 하여 유전체 기판(110) 상에 마이크로스트립 라인(120)이 형성되어 있으며, 이 마이크로스트립 라인(120)은 도 1a에서 도시된 바와 같이 대칭형 미앤더 스퍼라인 구조를 갖는 공진기를 포함한다. 또한, 유전체 기판(110)의 하부에는 그라운드 평면(ground plane)(130)이 형성된다. 본 발명에 의한 미앤더 스퍼라인 공진기는 일반적인 마이크로스트립의 구조에서와 같이, 유전체 기판(110)에 의해 마이크로스트립 라인(120)과 그라운드 평면(130)이 분리된 구조를 갖는다.

도 2는 도 1에 도시된 스퍼라인 공진기의 등가 회로를 나타내는 회로도이다.

도 2를 참조하면, 도 1에 도시된 스퍼라인 공진기의 등가 회로는 저항(R), 인덕터(L), 캐피시터(C)가 병렬로 연결된 RLC 회로로 나타낼 수 있다. 여기서, LC 병렬 회로는 공진 특성을 갖는 성분을 나타내며, R은 방사 효과(radiation effect) 및 방사 손실(radiation loss)의 성분을 나타낸다.

이와 같은 R, L, C의 값은 공진기의 스퍼라인 구조로부터 결정된다. 예컨대, 미앤더 스퍼라인 공진기에서 슬롯의 총 라인 길이, 미앤더 슬롯의 총 가로 길이 및 높이, 슬롯의 폭 등에 의해 공진기의 R, L, C 성분이 결정된다.

H. Liu, L. Sun 및 Z. Shi의 Dual Bandgap Characteristics of Spurline Filters and its Circuit Modeling(Microwave and Optical Technology Letters (MOTL) 49 (2007), 2805-2807)에 의하면, 전송 라인 이론에 기초하여 회로 파라미터 R, L, C는 아래와 같은 식으로 표현될 수 있다.

- 식(1)

- 식(2)

- 식(3)

여기서, S₂₁은 삽입 손실(insertion loss), Δf는 S₂₁의 -3 dB 대역폭, f₀는 공진 주파수, Z₀는 전송 라인의 50Ω 특성 임피던스를 나타낸다.

위와 같은 식 (1), (2), (3)을 통해 도 1에 도시된 미앤더 스퍼라인 공진기의 등가 회로의 저항(R), 인덕터(L), 캐피시터(C)의 값들을 계산할 수 있다.

예컨대, 도 1a에서의 미앤더 슬롯(130)의 w=0.15mm, l=5.1mm, h=1.15mm, a=0.5mm일 때 측정된 파라미터들을 이용하면, 상기 식 (1), (2), (3)에 의해 L=1.49nH, C=0.2pF, R=3.97kΩ이 값이 도출된다.

도 3은 도 1에 도시된 미앤더 스퍼라인 공진기의 시뮬레이션 결과 및 측정 결과를 나타내는 그래프이다.

도 3을 참조하면, SONNET EM(Electromagnetic) 시뮬레이션에 의해 측정된 S11(반사 손실, return loss) 파라미터 시뮬레이션 그래프(301)와 애질런트(Agilent)(HP)사의 8510C 벡터 네트워크 분석기(vector network analyzer, VNA)에 의해 측정된 S11 파라미터 측정 그래프(311)가 도시된다.

이와 마찬가지로 SONNET EM(Electromagnetic) 시뮬레이션에 의해 측정된 S21(삽입 손실, insertion loss) 파라미터 시뮬레이션 그래프(302)와 애질런트(Agilent)(HP)사의 8510C 벡터 네트워크 분석기(vector network analyzer, VNA)에 의해 측정된 S21 파라미터 측정 그래프(312)가 도시된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 공진기의 특성 파라미터인 S11과 S22에서 모두 시뮬레이션 결과와 실제 측정값 결과가 큰 차이를 보이지 않았으며, 특히 공진 주파수 9.09GHz에서의 -25dB 이하의 양호한 S21(삽입 손실)이 측정되었다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 미앤더 스퍼라인 공진기를 이용한 마이크로파 발진기의 구조를 나타내는 개념도이다. 마이크로파 발진기는 공진기(410), 트랜지스터(420), DC 차단부(460) 및 출력부(470)를 포함한다.

도 4를 참조하면, 공진기(410)는 트랜지스터(420)의 게이트 단에 위치한다. 공진기(410)는 공진기(410)와 트랜지스터(420) 사이의 마이크로스트립 라인과 커플링되어 트랜지스터(420)의 게이트(G)에 접속된다. 여기서, 공진기(410)와 트랜지스터(420) 사이의 마이크로스트립 라인의 길이는 약 12.5 내지 13.0mm이며 바람직하게는 12.8mm일 수 있다.

또한, 공진기(410)는 도 1에 도시된 대칭형 미앤더 스퍼라인 공진기로 구성될 수 있으며, 50Ω의 종단 저항을 가질 수 있다. 공진기(410)의 50Ω 종단 저항에 의해 기생 발진(parasitic oscillation)뿐만 아니라 히스테리시스(hysteresis) 현상을 억제할 수 있다. 또한, 공진기(410)의 대칭형 미앤더 스퍼라인 구조는 발진기에서의 다른 구성 요소와 별개의 에칭 프로세스를 이용하여 개별적으로 패턴화할 수 있다.

대칭형 미앤더 스퍼라인 공진기의 구조는 대역 저지 필터의 특성을 갖고 있어 공진기(410)로 반사된 신호를 최대한 많이 다시 반사시킴으로써 히스테리시스 현상을 감소시킬 수 있다.

트랜지스터(420)는 능동 소자로서 예컨대 GaAs FET 트랜지스터(ATF13786)로 구성될 수 있다. 트랜지스터(420)는 발진을 유도하기 위해 소스(S)에서 포지티브 피드백(positive feedback)을 이용함으로써 불안정(unstable)하도록 만들어진다.

트랜지스터(420)의 소스(S) 단에는 한쪽이 개방된 오픈 스터브(open stub)(430)가 형성된다. 오픈 스터브(430)는 부성 저항(negative resistance)을 얻기 위해 사용되며, 원하는 부성 저항 값을 얻기 위해 그 길이가 적절히 조절될 수 있다.

트랜지스터(420)의 드레인(D) 및 소스(S) 단에는 방사형 오픈 스터브(441,451) 및 바이패스 캐패시터(442,452)를 포함한 바이어스부(440,450)가 형성된다. 방사형 오픈 스터브(441,451)는 DC 바이어스 단에서 RF 신호를 막는 RF 초크(RF choke)로서 사용된다. 또한, 바이패스 캐패시터(442,452)는 RF 접지(grounding)를 위해 사용된다.

도 4에 도시된 마이크로파 발진기는 1/4 파장(quater-wave length) 마이크로스트립 라인을 이용함으로써 셀프 바이어싱(self biasing)을 이용하여 바이어스될 수 있다.

도 4를 참조하면, 트랜지스터(420)의 드레인(D) 단에 형성된 바이어스부(440)가 트랜지스터(420)의 소스(S) 단에 연결된 오픈 스터브(430)와 평행하게 위치한다. 따라서, 드레인(D) 단의 바이어스부(440)에 포함된 DC 전압 공급원이 소스(S) 단에 연결된 오픈 스터브(430)와 동일한 방향으로 평행하게 형성됨으로써 발진기의 전체 사이즈를 감소시킬 수 있다. 이와 같이 감소된 사이즈로 인해 발진기를 MMIC 기술을 이용하여 집적화하기에 유리한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 트랜지스터(420)의 드레인(D) 단과 연결된 마이크로스트립 라인은 선로 변환기(line transformer)에 의해 50Ω의 종단 저항을 가질 수 있다.

트랜지스터(420)의 드레인(D) 단과 출력부(470) 사이에 위치한 DC 차단부(460)는 2개의 평행한 마이크로스트립 라인으로 구성된 평행 커플링 라인 구조를 갖는다. DC 차단부(460)는 DC 바이어스 전압을 발진기의 출력부(470)로부터 단절(isolation)시키는 역할을 수행한다.

도 5 내지 도 7은 애질런트(Agilent) 사의 E4440A PSA 스펙트럼 분석기를 이용하여 도 4에 도시된 마이크로파 발진기의 성능과 관련된 각종 파라미터를 측정한 그래프를 도시한다.

도 5은 도 4에 도시된 마이크로파 발진기의 위상 잡음 특성을 나타내는 그래프이다.

도 5를 참조하면, 9.04GHz의 캐리어 주파수로부터 100kHz의 오프셋(offset)에서 -104.39dB/Hz의 위상 잡음 특성을 나타낸다. 위상 잡음 특성은 발진기의 성능을 평가하는 가장 중요한 파라미터로서, 캐리어 주파수로부터 일정한 오프셋 대역폭 내에 포함되는 신호 출력에 대한 잡음 성분의 비율로 계산된다.

본 발명에 의하면, 약 9GHz의 캐리어 주파수에서 -104.39dBc/Hz의 상당히 낮은 위상 잡음을 가짐으로써, 양호한 무선 통신 시스템 성능을 가질 수 있음을 확인할 수 있다. 참고적으로, 스펙트럼 하단부의 노이즈 성분은 DC 바이어스에 의해 발생한 것이다.

도 6는 도 4에 도시된 마이크로파 발진기의 고조파 출력 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.

발진기가 통신 시스템에 적용될 때 2차 고조파 특성(second harmonic characteristic)은 선형성(linearity), 출력(output power), 상호 변조(intermodulation) 성능 등에 매우 중요한 요소로 작용한다.

도 6을 참조하면, 본 발명에 의한 마이크로파 발진기가 9.09GHz의 발진 주파수에서 -43.72dB의 2차 고조파 억제(second harmonic suppression) 특성을 나타냄을 확인할 수 있다. 이와 같이, 본 발명에 의하면 약 9GHz의 발진 주파수에서 -43.72dB의 양호한 2차 고조파 감쇄 특성을 가짐을 확인할 수 있다.

도 7은 도 4에 도시된 마이크로파 발진기의 마이크로파 발진기의 출력 (output power)을 나타내는 그래프이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 40mA의 드레인 전류와 함께 3V의 바이어스 전압이 가해졌을 때, 본 발명에 의한 마이크로파 발진기는 16.42dBm의 높은 출력을 달성한다. 위와 같은 높은 출력으로 인해 수신기에서 수신 신호 변환 처리에서 보다 높은 성능을 달성할 수 있을 것이다.

발진기의 위상 잡음 특성을 평가하는 또 다른 중요한 파라미터로서 FoM(Figures of Merit)이 있다. H. Liu, L. Sun 및 Z. Shi의 Dual Bandgap Characteristics of Spurline Filters and its Circuit Modeling(Microwave and Optical Technology Letters (MOTL) 49 (2007), 2805-2807)에 의하면, FoM을 계산하기 위해 널리 사용되는 레슨 공식(Lesson formula)은 다음과 같다.

- 식 (4)

여기서, L(Δfm)은 위상 잡음 스펙트럼 밀도(spectral density)이고, P _diss는 발진기 코어의 DC 전력 소모(dissipation)이고, f ₀은 발진 주파수이며, f _m은 오프셋 주파수이다.

위의 식 (4)에 의하면, 본 발명에 의한 대칭형 미앤더 스퍼라인 공진기를 이용한 발진기는 -181.36의 FoM 값을 갖는다. 이와 같은 높은 FoM 값은 발진기에 사용된 대칭형 미앤더 스퍼라인 공진기의 개선된 용량성 및 유도성 커플링 효과에 의한 것이고, 이와 같은 커플링 효과에 의해 공진기의 Q 값을 더욱 높게 할 수 있다.

본 발명의 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명을 한정하는 것이 아니다. 본 발명의 범위는 아래의 특허청구범위에 의해 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술도 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석해야 할 것이다.

본 발명에 따라 제조된 대칭형 미앤더 스퍼라인 공진기는 전술한 바와 같이 마이크로파 발진기에서 사용될 수 있으며, 평면 구조를 가짐으로써 MMIC(Monolithic microwave integrated circuit)에 적용될 수 있다.

Claims

마이크로파 발진기(microwave oscillator)에 적용하기 위한 공진기로서,
유전체 기판; 및
상기 유전체 기판 상에 형성되고, 복수의 "
" 형상을 포함하는 미앤더(meander) 형상을 갖는 슬롯을 포함하는 마이크로스트립 라인을 포함하고,
상기 미앤더 형상은 상기 마이크로스트립 라인의 중앙을 기준으로 대칭형인 것을 특징으로 하는 공진기.
제1항에 있어서, 상기 "
" 형상 각각의 가로 길이는 0.4mm 내지 0.6mm 이고, 세로 길이는 1.1mm 내지 1.2mm인 것을 특징으로 하는 공진기.
제1항에 있어서, 상기 마이크로스트립 라인의 상기 슬롯의 총 가로 길이는 5.0mm 내지 5.2mm인 것을 특징으로 하는 공진기.
제1항에 있어서, 상기 마이크로스트립 라인의 상기 슬롯의 두께는 0.1mm 내지 0.2mm인 것을 특징으로 하는 공진기.
제1항에 있어서, 상기 유전체 기판의 두께는 0.5mm 내지 0.6mm이고, 상기 유전체 기판의 유전율은 2.5 내지 2.6인 것을 특징으로 하는 공진기.
마이크로스트립 라인 상에 형성된 마이크로스트립 공진기;
상기 마이크로스트립 공진기와 결합된 FET;
상기 FET의 소스 단에 형성된 오픈 스터브(open stub); 및
상기 FET에 직류(DC) 전압을 공급하기 위한 DC 전압 공급원
를 포함하고,
상기 마이크로스트립 공진기는 복수의 형상을 포함하는 대칭형 미앤더(meander) 형상을 갖는 슬롯을 포함하고, 상기 마이크로스트립 공진기는 상기 FET의 게이트와 결합하고, 상기 DC 전압 공급원은 상기 오픈 스터브와 평행한 방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로파 발진기.
제6항에 있어서, 상기 마이크로스트립 공진기 및 상기 FET의 게이트 사이에 마이크로스트립 라인이 형성되고, 상기 마이크로스트립 라인의 길이는 12.5mm 내지 13.0mm인 것을 특징으로 하는 마이크로파 발진기.
제6항에 있어서, 상기 마이크로스트립 공진기는 50Ω의 종단 저항을 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로파 발진기.