KR101648687B1 - 가변 주파수 응답을 갖는 방향성 결합기 - Google Patents

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Abstract

결합기 시스템(10)의 실시예는 방향성 결합기(12), 조절 부재(14a, 14b), 및 액추에이터(16a, 16b)를 포함한다. 결합기(12)는 입력 신호를 2개의 출력 신호로 분할하도록 또는, 대안적으로, 2개의 입력 신호를 단일 출력으로 결합하도록 구성된다. 조절 부재(14a, 14b)는 결합기(12)의 주파수 응답이 변하게 하는 용량형 장치이고, 그래서 결합기(12)는 소정 동작 조건에서 특정 주파수 또는 주파수의 범위로 조절될 수 있다. 액추에이터(16a, 16b)는 조절 부재(14a, 14b)를 동작시키는 기계적인 힘을 발생시킨다.

Description

가변 주파수 응답을 갖는 방향성 결합기{DIRECTIONAL COUPLERS WITH VARIABLE FREQUENCY RESPONSE}
본 발명의 배열은 입력 신호를 다중 출력으로 나누거나 분할하거나, 또는 다중 입력 신호를 단일 출력으로 결합하기 위한 방향성 결합기에 관한 것이다.
방향성 결합기는 파워 분배 및 결합; 안테나로 그리고 그로부터 피드를 결합; 안테나 빔 형성; 위상 변이; 등과 같은 다양한 원거리 통신 관련 어플리케이션에서 흔히 사용된다. 상업적으로 이용가능한 방향성 결합기는 일반적으로 도파관 기반 또는 박막 기반으로 분류된다. 일반적인 도파관 기반 결합기는 상대적으로 높은 파워 핸들링 능력을 가지지만, 상대적으로 큰 크기 공간을 가진다. 일반적인 박막 기반 결합기는 상대적으로 작은 크기 공간을 가지지만, 상대적으로 낮은 파워 핸들링 능력을 가진다.
방향성 결합기의 주파수 응답은 일반적으로 고정된다, 예를 들어, 최대 파워 전달이 발생하는 주파수(또는 주파수 대역)는 변경될 수 없다. 따라서, 그러한 결합기의 성능은 다중 동작 조건에 대해 최적화되거나 조절될 수 없다.
3차원 미세구조는 순차적 빌드 공정을 사용하는 것에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 미국 특허 제7,012,489호 및 제7,898,356호는 동축 도파관 미세구조를 제조하기 위한 방법을 설명한다. 이들 공정은 종래의 박막 기술에 대안을 제공할 뿐만 아니라, 소형 스위치와 같은 다양한 장치의 유리한 실현을 위한 효과적인 사용을 포함하는 새로운 설계 도전을 나타낸다.
본 발명의 목적은 종래의 박막 기술에 대안을 제공할 뿐만 아니라, 소형 스위치와 같은 다양한 장치의 유리한 실현을 위한 효과적인 사용을 포함하는 새로운 설계를 제공하는 것이다.
결합기 시스템의 실시예는 전기 도전체 및 조절 부재를 포함하는 결합기를 포함한다. 조절 부재는 결합기의 전기 도전체와 전기 접촉하고 그리고 제 1 단부면을 갖는 전기적으로 도전성인 제 1 부분, 및 제 2 단부면을 갖는 전기적으로 도전성인 제 2 부분을 가진다. 조절 부재는 또한 제 1 또는 제 2 단부면 상에 배치된 유전체 부재를 포함하고, 그리고 갭에 의해 제 1 및 제 2 단부면 중 다른 하나로부터 떨어져 이격된다. 제 2 부분은 갭이 변화가능하도록 제 1 부분에 관련해서 이동하도록 구성된다.
여기에 개시되고 그리고 청구된 발명의 개념의 또 다른 측면에 따라, 시스템의 실시예는 전기적으로 도전성인 하우징 및 전기 도전체를 포함하는 결합기를 포함한다. 전기 도전체는 복수의 유전체 탭 상의 하우징 내에 유지되고 그리고 하우징으로부터 떨어져 이격된다. 결합기 시스템은 또한 결합기의 주파수 응답을 변경하도록 구성된 용량형 부재를 포함한다.
여기에 개시되고 그리고 청구된 발명의 개념의 또 다른 측면에 따라서, 시스템의 실시예는 신호 경로를 형성하는 전기 도전체를 갖는 결합기, 신호 경로에서 리액턴스를 도입하도록 구성된 용량형 부재, 및 용량형 부재의 커패시턴스를 변경하도록 동작하는 액추에이터 부재를 포함한다.
본 발명은 입력 신호를 다중 출력으로 나누거나 분할하거나, 또는 다중 입력 신호를 단일 출력으로 결합하기 위한 방향성 결합기를 제공한다.
실시예는 다음의 도면을 참조하여 설명될 것이고, 동일한 번호는 도면에 걸쳐 동일한 아이템을 나타내며 그리고 여기서:
도 1은 제 1 또는 비편향된 위치에서 셔틀을 나타내고, 그리고 도시의 목적을 위해 시스템의 상부층이 제거된 도 1에 도시된 결합기 시스템의 상부 사시도이고;
도 2는 도시의 목적을 위해 시스템의 상부층이 제거된 도 1에 "A"로 지시된 영역의 상부 사시도이고;
도 3은 도 1-2에 도시된 결합기의 전기 도전체의 상부도이고;
도 4는 도시의 목적을 위해 결합기의 상부층이 제거된 도 1에 "D"로 지시된 영역의 확대도이며;
도 5는 도시의 목적을 위해 결합기의 상부층 및 제 1 액추에이터의 상부층이 제거되고, 그리고 각각의 제 1 또는 비편향된 부분에서 셔틀 중 하나 및 시스템의 조절 부재 중 하나의 이동가능한 부분을 도시하는 도 1에 "B"로 지시된 영역의 확대도이고;
도 6a는 각각의 비편향된 위치에서 셔틀 및 조절 부재의 이동가능한 부분을 나타내는 도 5에 "E"로 지시된 영역의 확대도이며;
도 6b는 각각의 제 2 또는 편향된 위치에서 셔틀 및 조절 부재의 이동가능한 부분을 나타내는, 도 5에 "E"로 지시된 영역의 확대도이고;
도 7은 비편향된 위치에서 셔틀 중 하나를 나타내는 도 1에 "C"로 지시된 영역의 상부 확대도이며;
도 8은 비편향된 위치에서 셔틀 중 하나를 도시하는 도 1에 "C"로 지시된 영역의 상부 확대도이고;
도 9는 도 1에 "C"로 지시된 영역에 대응하는 영역을 나타내고, 비편향된 위치에서 셔틀 중 하나를 나타내는 도 1-8에 도시된 시스템의 대안적인 실시예의 관점이며; 그리고
도 10은 도 5의 사시도로부터 취해지고 각각의 비편향된 위치에서 셔틀 및 조절 부재의 이동가능한 부분을 나타내는 도 9에 대안적인 실시예의 또 다른 관점이다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 설명된다. 도면은 축적에 따라 그려지지 않고 그들은 즉각적으로 본 발명을 도시하도록만 제공된다. 본 발명의 여러 측면은 도시를 위해 예시적인 어플리케이션을 참조하여 아래에 설명된다. 다양한 세부사항, 관계, 및 방법이 본 발명의 완전한 이해를 제공하도록 제시된다는 것이 이해되어야만 한다. 그러나 해당 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명이 특정 세부사항 중 하나 이상 없이 또는 다른 방법으로 실시될 수 있다는 것을 용이하게 인지할 것이다. 다른 실시예에서, 공지된 구조 또는 동작이 본 발명을 모호하게 하는 것을 피하도록 구체적으로 도시되지 않는다. 일부 동작이 다른 순서로 그리고/또는 다른 동작 또는 이벤트와 동시에 발생할 수 있기 때문에 동작 또는 이벤트의 도시된 순서에 의해 제한되지 않는다. 또한, 모든 도시된 동작 또는 이벤트가 본 발명에 따른 방법론을 실행하도록 요구되는 것은 아니다.
도 1-8은 조절가능한 결합기 시스템(10)을 도시한다. 결합기 시스템(10)은 90°하이브리드 결합기(12), 제 1 및 제 2 조절 부재(14a, 14b), 및 각각이 조절 부재(14a, 14b) 중 각각의 하나와 연관된 제 1 및 제 2 액추에이터(16a, 16b)를 포함한다.
결합기(12)는 입력 신호를 동일한 파워이면서 90°만큼 위상차가 있는 2개의 출력 신호로 분할하도록 구성된다. 결합기(12)는 또한 2개의 입력 신호를 단일 출력으로 결합할 수 있다. 결합기(12)가 신호 스플리터로서 기능하는 것으로서 여기에 설명됨에도, 여기에 개시되고 청구된 본 발명의 개념은 결합기(12)가 콤바이너로서 기능하는 결합기 시스템에 동일하게 적용될 수 있다. 게다가 시스템(10)의 대안적인 실시예는 하이브리드 링 결합기와 같은 다른 유형의 결합기를 포함할 수 있다.
아래 논의된 바와 같은, 조절 부재(14a, 14b)는 결합기(12)의 주파수 응답이 변화되게 하는 용량형 장치이다. 이러한 특징은 소정 동작 조건에서 특정 주파수 또는 주파수의 범위로 결합기(12)의 응답이 조절되게 한다. 제 1 및 제 2 액추에이터(16a, 16b)는 각각의 제 1 및 제 2 조절 부재(14a, 14b)를 동작시키는 기계적 힘을 발생시킨다.
결합기 시스템(10)은 대략적으로 0.5mm의 최대 높이("z" 크기); 대략적으로 5.6mm의 최대 폭("y" 크기); 및 대략적으로 6.9mm의 최대 길이("x" 크기)를 가진다. 결합기 시스템(10)은 예시적인 목적만을 위해 이들 특정 크기를 갖는 것으로 설명된다. 결합기 시스템(10)의 대안적인 실시예는 크기, 무게, 및 파워(SWaP) 요구사항을 포함하는 특정 어플리케이션의 요구사항에 따라서 스케일 업 또는 다운될 수 있다.
결합기 시스템(10)은 도 1에 도시된 바와 같이, 기판(18)을 더 포함한다. 기판(18)은 높은-전기-저항 질화 알루미늄(AlN)으로부터 형성된다. 기판(18)은 또한 대안적인 실시예에서 실리콘(Si), 유리, 실리콘-게르마늄(SiGe), 또는 갈륨 비소(GaAs)와 같은 다른 유전체 물질로부터 형성될 수 있다. 기판(18)은 대략적으로 0.5mm의 두께, 즉, "z" 크기를 가질 수 있다.
결합기(12)는 기판(18), 및 전기 도전체(22) 상에 증착된 접지 하우징(20)을 포함한다. 전기 도전체(22)는 도 2 및 4에 도시된 바와 같이 접지 하우징(20)에 형성된 일련의 채널(24)에 의해 수용된다.
접지 하우징(20)은 구리(Cu)와 같은 전기적으로 도전성인 물질의 5개의 층으로부터 형성된다. 각각의 층은 예를 들어, 대략적으로 50㎛의 두께를 가질 수 있다. 전기적으로 도전성인 물질의 층수는 어플리케이션에 따라 다르고 설계의 복잡성, 시스템(10)을 갖는 다른 장치의 하이브리드 또는 모놀리식 집적화, 결합기(12)의 전체 높이("z" 크기), 각각의 층 두께 등과 같은 요소에 따라 변할 수 있다.
전기적으로 도전성인 물질의 제 1 층은 도 1 및 4에 도시된 바와 같이 기판(18) 상에 직접 배치된다. 제 1층의 일부는 도 2에 도시된 바와 같이, 접지 하우징(20)의 바닥을 형성하고, 채널(24)의 각각의 바닥을 규정한다. 제 1층의 다른 부분은 각각의 제 1 및 제 2 액추에이터(16a, 16b)의 일부를 형성한다. 접지 하우징(20)의 일부분 및 제 1 및 제 2 액추에이터(16a, 16b)를 형성하는 제 1층의 일부분은 접지 또는 기준 전압원(미도시)에 전기적으로 연결되고, 접지 평면(26)으로서 집합적으로 기능한다.
접지 하우징의 측면은 전기적으로 도전성인 물질의 제 2, 제 3, 및 제 4층에 의해 형성된다. 전기적으로 도전성인 물질의 제 5층은 접지 하우징(20)의 상부를 형성한다.
전기적 도전체(22)는 전기적으로 도전성인 물질의 제 3층의 일부에 의해 형성되고, 도 4에 도시된 바와 같이 실질적으로 직사각형 횡단면을 가진다. 전기 도전체(22)는 도 3에 보여질 수 있는 바와 같이 입력부(30), 중간부(32), 및 출력부(34)를 가진다.
전기 도전체(22)의 입력부(30)는 제 1 레그(40) 및 실질적으로 동일한 제 2 레그(42)를 포함한다. 제 1 및 제 2 레그(40, 42)는 실질적으로 평행하고, 실질적으로 신호 전파의 방향으로, 즉, "x" 방향으로 연장한다. 제 1 및 제 2 레그(40, 42)는 제 1 및 제 2 레그(40, 42)의 각각의 특성 임피던스(Z0)가 기준 주파수에서 요구되는 값, 즉, 50ohm에 일치하도록 선택된 폭, 또는 "y" 크기를 가진다.
중간부(32)는 제 1 레그(46) 및 실질적으로 동일한 제 2 레그(48)를 포함한다. 제 1 레그(46)는 입력부(30)의 제 1 레그(40)에 인접하고, 제 2 레그(48)는 입력부(30)의 제 2 레그(42)에 인접한다. 제 1 및 제 2 레그(46, 48)는 실질적으로 평행하고, 실질적으로 "x" 방향으로 연장한다. 제 1 및 제 2 레그(46, 48) 각각은 도 3에 참조 부호 "d1"에 의해 나타낸 길이를 가진다. 거리 d1은 기준 주파수 f0를 갖는 신호의 파장의 4분의 1과 대략적으로 동일하다. 기준 주파수 f0는 예를 들어, 아래에 논의된 바와 같이, 결합기(12)가 조절될 수 있는 요구되는 중심 주파수일 수 있다. 제 1 및 제 2 레그(46, 48) 각각은 입력부(30)의 제 1 및 제 2 레그(40, 42)의 각각의 폭보다 더 큰 폭, 또는 "y" 크기를 갖고, 그래서 제 1 및 제 2 레그(46, 48)의 각각의 임피던스는 기준 주파수 f0에서 Z0/√2와 대략적으로 동일하다.
제 1 및 제 2 돌출부(49a, 49b)는 도 3 및 5-6b에 도시된 바와 같이, 그 위에 중간부(32)의 제 2 레그(48) 상에 형성된다. 제 1 돌출부(49a)는 제 2 레그(48)의 제 1 단부에 인접해서 위치된다. 제 2 돌출부(49b)는 제 2 레그(48)의 제 2 단부에 인접해서 위치된다. 제 1 및 제 2 돌출부(49a, 49b)는 각각의 제 1 및 제 2 조절 부재(14a, 14b)의 일부분을 형성한다.
제 1 및 제 2 조절 부재(14a, 14b)의 각각은 도 3 및 5-6b에 도시된 바와 같이, 박막 유전체 부재(50)를 더 포함한다. 유전체 부재(50)는 접착제와 같은 적합한 수단에 의해 제 1 및 제 2 돌출부(49a, 49b)의 각각의 단부면에 고정된다. 각각의 유전체 부재(50)는 예를 들어, 20um의 두께를 가질 수 있다. 물질이 아래에 논의된 바와 같이, 시스템(10)의 제조 동안 희생 저항을 용해시키도록 사용된 용매에 의해 공격받지 않는다면, 유전체 부재(50)는 폴리에틸렌, 폴리에스터, 폴리카보네이트, 셀룰로스 아세테이트, 폴리프로필렌, 폴리비닐 클로라이드, 폴리비닐리덴 클로라이드, 폴리스티렌, 폴리아미드, 폴리이미드, 벤조사이클로부텐, SU8 등으로부터 형성될 수 있다.
중간부(32)는 또한 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 제 3 레그(51) 및 실질적으로 동일한 제 4 레그(52)를 포함한다. 제 3 및 제 4 레그(51, 52)는 실질적으로 평행하고, 각각은 "x" 방향에 수직인 실질적으로 횡방향 또는 "y" 방향으로 연장한다. 제 3 레그(51)의 반대편 단부는 제 1 및 제 2 레그(46, 48)의 각각의 제 1 단부에 인접한 위치에서 각각의 제 1 및 제 2 레그(46, 48)에 인접한다. 제 4 레그(52)의 반대편 단부는 제 1 및 제 2 레그(46, 48)의 각각의 제 2 단부에 인접한 위치에서 각각의 제 1 및 제 2 레그(46, 48)에 인접한다.
제 3 및 제 4 레그(51, 52)의 각각의 길이는 도 3에 도시된 바와 같이, 거리 "d1"과 대략적으로 동일하다. 제 3 및 제 4 레그(51, 52)의 폭, 또는 "x" 크기는 제 3 및 제 4 레그(51, 52)의 임피던스가 기준 주파수 f0에서 Z0와 실질적으로 동일하도록 선택된다.
출력부(34)는 도 2 및 도 3에 보여질 수 있는 바와 같이, 제 1 레그(56) 및 제 2 레그(58)를 포함한다. 제 1 및 제 2 레그(56, 58)는 입력부(30)의 제 1 및 제 2 레그(40, 42)와 실질적으로 동일하다. 제 1 레그(56)는 중간부(32)의 제 1 레그(46)에 인접하고, 제 2 레그(58)는 중간부(32)의 제 2 레그(48)에 인접한다. 제 1 및 제 2 레그(56, 58)는 실질적으로 평행하고, 실질적으로 "x" 방향으로 연장한다. 제 1 및 제 2 레그(56, 58)는 거리 "d1"과 대략적으로 동일한 거리만큼 떨어져 이격된다.
전기 도전체(22)는 도 4에 도시된 바와 같이, 복수의 전기적으로 절연인 탭(60)에 의해 채널(24) 내에 유지된다. 탭(60)은 유전체로부터 형성된다. 물질이 아래에 논의된 바와 같이, 시스템(10)의 제조 동안 희생 저항을 용해시키도록 사용된 용매에 의해 공격받지 않는다면, 폴리에틸렌, 폴리에스터, 폴리카보네이트, 셀룰로오스 아세테이트, 폴리프로필렌, 폴리비닐 클로라이드, 폴리비닐리덴 클로라이드, 폴리스티렌, 폴리아미드, 폴리이미드, 벤조시클로부텐, SU8 등으로부터 형성될 수 있다.
탭(60) 각각은 예를 들어, 대략적으로 15㎛의 두께를 가질 수 있다. 각각의 탭(60)은 도 4에 보여질 수 있는 바와 같이, 채널(30)의 폭, 즉, y-방향 크기의 범위에 있다. 각각의 탭(60)의 단부는 전기적으로 도전성인 물질의 제 2 및 제 3층 사이에 샌드위치된다.
채널(24)의 각각의 폭, 예를 들어, "x" 또는 "y" 크기, 및 높이, 예를 들어, "z" 크기는 전기 도전체(22)가 도 4에 도시된 바와 같이, 에어 갭에 의한 접지 하우징(20)의 내부 표면에 의해 둘러싸이고 그로부터 떨어져 이격되도록 선택된다. 에어갭은 접지 하우징(20)으로부터 전기 도전체(22)를 절연하는 유전체로서 작용한다. 송신 라인 구성의 유형은 다르게는 마이크로 코액스로 알려진 "렉타 코액스" 구성으로 흔히 알려져 있다.
결합기(12)는 90°하이브리드 결합기로 구성되기 때문에, 입력부(30)의 제 1 레그(40)(또는 대안적으로, 제 2 레그(42))에 인가된 신호의 파워는 출력부(34)의 제 1 및 제 2 레그(56, 58) 사이에 고르게 분할되고, 그리고 출력부(34)의 제 1 및 제 2 레그(56, 58)에서 신호는 90°이상이다. 또한, 입력부(30)의 제 2 레그(42)(또는, 대안적으로, 제 1 레그(40))는 입력 신호로부터 차단된다.
제 1 및 제 2 액추에이터(16a, 16b)는 실질적으로 동일하다. 제 1 액추에이터(16a)에 관한 다음의 설명은, 달리 지시되지 않는다면, 제 2 액추에이터(16b)에 동일하게 적용한다.
제 1 액추에이터(16a)는 도 1 및 도 8에 도시될 수 있는 바와 같이, 셔틀(102), 제어부(105), 제 1 리드(106a), 제 2 리드(106b), 및 접지 평면(26)의 일부를 포함한다. 제 1 액추에이터(16a)는 제 1 마운트(110a), 제 2 마운트(110b), 및 제 3 마운트(100c)를 포함한다. 셔틀(102)은 도 1, 5, 6a, 및 7에 도시된 제 1 또는 비편향된 위치;와 도 6b 및 8에 도시된 제 2 또는 편향된 위치 사이에, "y" 방향에서 이동하도록 구성된다.
셔틀(102)은 전기적으로 도전성인 물질의 제 3층의 일부로서 형성된다. 셔틀(102)은 도 1, 7 및 8에 도시된 바와 같이, 실질적으로 "y" 방향으로 연장하는 연신된 바디(103)를 가진다. 셔틀(102)은 또한 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 실질적으로 "x" 방향으로 연장하는 핑거(104)의 형태로 6개의 돌출부를 포함한다. 핑거(104) 중 3개가 바디(103)의 제 1 측면에 인접하고, 다른 3개의 핑거(104)는 바디(103)의 다른 측면에 인접한다.
제 1 조절 부재(14a)는 도 5-6b에 도시된 바와 같이, 셔틀(102)의 바디(103)의 단부에 인접한 이동가능한 부분(116)을 더 포함한다. 이동가능한 부분(116)의 단부면(117)은 유전체 부재(50)를 마주하고, 갭(119)에 의한 유전체 부재(50)로부터 떨어져 이격된다. 갭(119)의 크기는 도시의 명백함을 위해, 도면에서 확대된다. 단부면(117)은 유전체 부재(50)의 노출된 주요 표면의 그것들과 실질적으로 일치하는 크기 및 형상을 가진다. 아래에 논의된 바와 같이, 셔틀(102)은 갭(119)을 변경하기 위해 이동가능하다. 유전체 부재(50)가 돌출부(49a)의 단부면 상에 장착되는 바와 같이 여기 설명됨에도, 유전체 부재(50)는 대안적인 실시예에서 이동가능한 부재(116)의 단부면(117) 상에 장착될 수 있다.
제 1 조절 부재(14a)는 또한 도 5-6b에 도시된 바와 같이, 접지 평면(26)으로부터 상향으로 연장하는 2개의 기둥(120)을 포함한다. 기둥(120)은 전기적으로 도전성인 물질의 제 2 및 제 4층의 일부로서 형성된다. 따라서 기둥(120)은 "x", "y", 및 "z" 방향으로 이동가능한 부분(116) 상에 억제 효과를 가한다. 시스템(10)의 대안적인 실시예는 기둥(120) 없이 구성될 수 있다.
셔틀(102)은 도 1, 5, 7, 및 8에 도시된 바와 같이, 제 1, 제 2, 및 제 3 마운트(110a, 110b, 110c)로부터 유지된다. 제 1 마운트(110a)는 접지 평면(26)에 인접한 베이스(122), 및 베이스(122)에 인접한 빔 부분(123)을 포함한다. 베이스(122)는 전기적으로 도전성인 물질의 제 2 및 제 3층의 일부로서 형성된다. 빔 부분(123)은 전기적으로 도전성인 물질의 제 3층의 일부로서 형성된다. 셔틀(102)의 바디(103)의 단부는 도 1 및 7에 도시된 바와 같이 제 1 마운트(110a)의 빔 부분(123)에 인접한다.
빔 부분(123)의 구성은 어플리케이션에 따라 다르고, 빔 부분(123), 빔 부분(123)의 요구되는 또는 소망되는 스프링 상수 등을 수용하기 위해 이용가능한 공간의 양과 같은 요소에 따라 변할 수 있다. 따라서, 빔 부분(123)의 구성은 도면에 도시된 것으로 한정되지 않는다.
제 2 및 제 3 마운트(110b, 110c)는 다음을 제외하고, 제 1 마운트(110a)와 실질적으로 동일하다. 제 2 및 제 3 마운트(110b, 110c) 각각은 도 1 및 5에 도시된 바와 같이, 빔 부분(123)에 인접한 제 1 단부를 갖는 아암(130)을 포함한다. 각 아암(130)의 제 2 단부는 바디(103)의 제 2 단부에 인접한 셔틀(102)의 바디(103)의 반대편 측면에 인접한다. 제 2 및 제 3 마운트(110b, 110c)는 각각의 각의 배향이 대략적으로 90°만큼 제 1 마운트(110a)의 것으로부터 상쇄하도록 배향된다. 따라서 제 2 및 제 3 마운트(110b, 110c)의 각각의 빔 부분(120)은 실질적으로 "y" 방향으로 연장한다.
대안적인 실시예는 도 9 및 10에 도시된 바와 같이, 제 2 및 제 3 마운트(110b, 110c) 없이 구조화될 수 있다. 도 9 및 10의 실시예에서, 실질적으로 모든 제 1 조절 부재(14a)의 이동가능한 부분(116)에 대한 수직(z-방향) 지지부가 기둥(120)에 의해 제공된다.
제 1 액추에이터(16a)의 제어부(105)는 도 1, 7, 및 8에 도시된 바와 같이, 2개의 레그(130) 및 인접한 상부(132)를 포함한다. 레그(130)는 전기적으로 도전성인 물질의 제 1 및 제 2층의 일부로서 형성된다. 상부(132)는 전기적으로 도전성인 물질의 제 3층의 일부로서 형성된다. 레그(130)는 도 1 및 도 7에 도시된 바와 같이 접지 평면(26)의 반대편 측면 상의 기판(18) 상에 배치된다. 따라서 제어부(105)는 접지 평면(26)을 가로지르고, 접지 평면(26)과 기계 또는 전기 접촉하지 않는다.
제어부(105)의 상부(132)는 도 1, 7, 및 8에 도시된 바와 같이, 제 1 하프(134a)와 제 2 하프(134b)를 포함한다. 제 1 하프(134a)는 레그(130) 중 하나와 연관되고, 제 2 하프(134b)는 다른 레그(130)와 연관된다. 제 1 및 제 2 하프(134a, 134b)는 셔틀(102)의 바디(103)의 반대편 측면 상에 위치된다. 제 1 및 제 2 하프(134a, 134b) 각각은 실질적으로 "x" 방향으로 연장하는 핑거(138)의 형태로 3개의 돌출부를 포함한다. 핑거(138)의 최적 수는 어플리케이션에 따라 다르고, 제 2, 또는 편향된 위치로 셔틀(102)을 이동하도록 요구된 힘의 양과 같은 요소에 따라 변할 수 있다.
셔틀(102) 및 제어부(105)의 제 1 및 제 2 하프(134a, 134b)는 제 1 및 제 2 하프(134a, 134b)의 핑거(138) 및 셔틀(102)의 핑거(104)가 끼워맞춰지거나 상호맞물리도록 구성된다, 즉, 핑거(138, 104)는 도 1, 7, 및 8에 도시된 바와 같이, "y" 방향을 따라 교호하는 방식으로 배열된다. 게다가, 핑거(104)의 각각은 핑거(138) 중 연관된 하나에 인접해서 위치되고, 셔틀(102)이 제 1, 또는 비편향된 위치에 있을 때 예를 들어, 대략적으로 50㎛의 갭에 의해 연관된 핑거(138)로부터 분리된다.
제 1 액추에이터(16a)의 제 1 및 제 2 리드(106a, 106b)는 도 1 및 도 7에 도시된 바와 같이 기판(18) 상에 배치되고, 전기적으로 도전성인 물질의 제 1층의 일부로서 형성된다. 제 1 리드(106a)는 제어부(105)의 상부(132)의 제 1 하프(134a)와 연관된 레그(130)에 인접한다. 제 2 리드(106b)는 상부(132)의 제 2 하프(134b)와 연관된 레그(130)에 인접한다. 제 1 및 제 2 리드(106a, 106b)는 120 볼트 직류(DC) 전압원(미도시)과 같은 전압원에 전기적으로 연결될 수 있다. 상부(132)의 제 1 및 제 2 하프(134a, 134b)가 연관된 레그(130)와 접촉하기 때문에, 제 1 및 제 2 리드(106a, 106b)의 여자는 핑거(138)를 포함하는 제 1 및 제 2 하프(134a, 134b)의 여자를 초래한다.
제 1 액추에이터(16a)는 셔틀(102)의 움직임을 야기하도록 구성된다. 특히, 제 1 및 제 2 리드(106a, 106b)를 전압에 종속시키는 것은 다음과 같이, 셔틀(102)과 제어부(105)의 상부(132) 사이의 결과적인 정전기 인력으로 인해 셔틀(102)을 제 1 위치로부터 그리고 제 2 위치를 향해 이동하게 한다. 위에 논의된 바와 같이, 셔틀(102)은 제 1, 제 2, 및 제 3 마운트(110a, 110b, 110c)의 빔 부분(123)에 인접하고, 그래서 셔틀(102)은 마운트(110a, 110b, 110c)로부터 유지된다. 도 1, 5, 및 7에 도시된 바와 같이, 셔틀(102)이 제 1 위치에 있을 때 빔 부분(123)은 중립 또는 비편향된 위치에 있다. 게다가, 셔틀(102)이 제 1, 제 2, 및 제 3 마운트(110, 110b, 110c)에 의해 접지 평면(26)에 전기적으로 연결된다. 따라서 핑거(104)를 포함하는 셔틀(102)은 항상 접지된, 또는 영-포텐셜 상태에서 유지한다.
제 1 액추에이터(16a)의 제 1 및 제 2 리드(106a, 106b)를 전압 포텐셜에 종속시키는 것은 위에 논의된 바와 같이, 핑거(138)의 활성화를 초래한다. 활성화된 핑거(138)는 전극으로서 작용한다, 예를 들어, 핑거(138)가 종속되는 전압 포텐셜로 인해 각각의 핑거(138) 주위에 전계가 형성된다. 활성화된 핑거(138)의 각각은 핑거(138) 주위의 전계로부터 초래하는 정전기력에 연관된 핑거(104)를 종속시키도록 접지된 셔틀(102) 상의 연관된 핑거(104)에 충분히 가깝게 위치된다. 정전기력은 핑거(104)를 대응하는 핑거(138)로 이끈다.
6개의 핑거(104) 상에 작용하는 순 정전기력은 제 2 또는 편향된 위치를 향해 +y 방향으로 셔틀(102)을 강제한다. 핑거(138)의 활성화 전에 중립 또는 비편향된 상태에 있는 제 1, 제 2, 및 제 3 마운트(110a, 110b, 110c)의 빔 부분(123)은 셔틀(102) 상에 작용하는 순 힘에 반응해서 편향하도록 구성되고, 그로써 유지된 셔틀(102)을 제 2 위치를 향해 또는 그것으로 +y 방향으로 이동하게 한다. 제 1 마운트(110a)의 빔 부분은 도 8에 편향된 조건에서 도시된다. 기둥(120)은 또한 셔틀(102)의 언급된 움직임을 허용하도록 편향한다.
셔틀(102)은 부분적으로 또는 완전히 편향된 조건에서 유지하는 반면에 제 1 액추에이터(16a)는 전압 포텐셜에 종속하도록 유지한다. 빔 부분(123) 및 기둥(120)의 탄성은 전압 포텐셜이 감소되거나 제거될 때 셔틀(102)이 제 1 또는 비편향된 위치를 향하거나, 또는 그것으로 되돌아가게 한다.
빔 부분(123)의 편향의 양과 제 1 액추에이터(16a)에 인가된 전압 사이의 관계는 결국 빔 부분(123)의 형상, 길이, 및 두께를 포함하는 요소에 따른, 빔 부분(123)의 강도, 및 특징, 예를 들어, 빔 부분(123)이 형성되는 물질의 영률에 따른다. 이들 요소는 요구되는 동작 전압을 최소화하도록 특정 어플리케이션에 맞춰질 수 있는 반면에, 제 1 액추에이터 부분(16a)에 대한 전압 포텐셜이 제거될 때 제 1 위치로 셔틀(102)의 복귀를 용이하게 하도록 특정 어플리케이션에 대한 충분한 힘을 갖고; 충격 및 진동의 기대된 레벨을 허용하는 충분한 강도를 가지며; 그리고 충분한 탄성을 갖는 빔 부분(123)을 제공한다.
제 1 및 제 2 액추에이터(16a, 16b)는 대안적인 실시예에서 위에 설명된 것과 다른 방식으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 적합한 콤, 플레이트, 또는 다른 유형의 정전기 액추에이터가 대안적으로 사용될 수 있다. 게다가, 열, 자기, 및 압전 액추에이터와 같은 정전기 액추에이터와 다른 액추에이터가 대안적으로 사용될 수 있다. 다른 대안적인 실시예에서, 단일 액추에이터는 조절 부재(14a, 14b) 모두에 연결될 수 있고, 그것을 동작시킬 수 있다.
제 1 및 제 2 액추에이터 조절 부재(14a, 14b)는 실질적으로 동일하다. 달리 지시되지 않는다면, 제 1 조절 부재(14a)의 기능적 특성에 관한 다음의 설명은 제 2 조절 부재(14b)에 동일하게 적용한다.
제 1 조절 부재(14a)의 이동가능한 부분(116)은 위에 논의된 바와 같이, 셔틀(102)의 바디(103)의 단부에 배치된다. 따라서 "y" 방향에서 셔틀(102)의 움직임은 이동가능한 부분(116)에 대응하는 움직임을 전달한다. 특히, 이동가능한 부분(116)은 도 6a에 도시된 바와 같이, 셔틀(102)의 제 1 위치에 대응하는 제 1 또는 비편향된 위치와 도 6b에 도시된 바와 같이 셔틀(102)의 제 2 위치에 대응하는 제 2 또는 편향된 위치 사이에 "y" 방향으로 이동가능하다. 도 6a 및 도 6b로부터 보여질 수 있는 바와 같이, 제 1로부터 제 2 위치로의 이동가능한 부분(116)의 움직임은 유전체 부재(50)와 이동가능한 부분(116)의 단부면(117) 사이의 갭(119)의 크기에서 증가를 야기한다. 갭(119)의 크기에서의 증가는 다음에서와 같이, 결합기(12)의 주파수 응답을 변경한다.
제 1 조절 부재(14a)는 위에 논의된 바와 같이, 돌출부(49a), 유전체 부재(50), 및 이동가능한 부분(116)을 포함한다. 돌출부(49a)는 결합기(12)의 중간 부분(32)의 제 2 레그(48)에 인접하고, 따라서 결합기(12)를 통해 송신된 입력 신호와 연관된 전압 포텐셜에 종속된다. 이동가능한 부분(116)은 제 1 액추에이터(14a)의 셔틀(102)의 바디(103)에 인접하고, 따라서 접지된, 또는 영-포텐셜 상태에 유지된다.
결합기(12)가 입력 신호에 의해 활성화될 때 돌출부(49a), 유전체 부재(50), 갭을 갖는 에어(119), 및 이동가능한 부분(116)은 용량형 부재로서 기능한다. 특히, 돌출부(49a) 및 이동가능한 부분(116)은 커패시터의 전기적으로 도전성인 플레이트로서 동작하고, 유전체 부재(50) 및 갭(119) 내의 에어는 플레이트 사이에 위치된 유전체로서 동작한다. 따라서 사인곡선처럼 변하는 신호가 입력부(30)의 제 1 레그(40)를 통해 결합기(12)에 입력될 때 제 1 및 제 2 조절 부재(14a, 14b)는 결합기(12)를 통해 신호 경로 내에 리액턴스의 소스를 도입한다.
제 1 및 제 2 조절 부재(14a, 14b)의 리액턴스는 결합기(12)의 공진 주파수에 영향을 주고, 결국 결합기(12)의 주파수 응답을 변경한다. 특히, 결합기(12)에 언급된 리액턴스를 도입하는 것은 결합기(12)가 결합기(12)의 공진 주파수에서 그리고 그 부근의 대역이 감쇠가 거의 또는 전혀 없는 결합기(12)를 통해 통과하는 반면에, 통과 대역의 외부의 주파수는 실질적으로 감쇠되는 대역 통과 필터로서 동작하게 한다.
게다가, 제 1 및 제 2 조절 부재(14a, 14b)의 커패시턴스는 다음과 같이 변경될 수 있고, 통과 대역이 변경되게 할 수 있다. 통과 대역을 변경하는 것은 특정 주파수의 전송 및 다른 것의 감쇠를 용이하게 하도록 결합기(12)가 "조절"되게 한다.
위에 논의된 바와 같이, 제 1 및 제 2 액추에이터(16a, 16b) 각각은 "y" 방향에서 제 1 또는 제 2 액추에이터(16a, 16b)의 이동가능한 부분(116)을 동작하고, 결과적으로 이동가능한 부분(116)의 단부면(117)과 유전체 부재(50) 사이의 갭(119)을 변경한다. 갭(119)을 증가시키는 것은 단부면(117)과 유전체 부재(50) 사이의 에어의 양을 증가시킨다. 갭(d)을 증가시키는 것은 제 1 및 제 2 조절 부재(14a, 14b)의 커패시턴스(C)를 감소시키고, 결과적으로 결합기(12) 내의 신호 경로에 도입된 리액턴스(L/C)를 증가시킨다(C=o* r*A/d). 리액턴스에서 증가는 결합기(12)의 공진 주파수(f0)에서 대응하는 증가를 생성하고, 결과적으로 통과 대역의 주파수를 증가시킨다(f0=sqrt(L/C)). 따라서 결합기(12)는 특정 동작 조건에서 최적 또는 그렇지 않으면 요구되는 주파수 또는 주파수 범위로 최대로 응답하도록 조절될 수 있다.
시스템(10)에 대한 조절 부재(14a, 14b)의 최적 수는 어플리케이션에 따라 다르고, 결합기(12) 내의 신호 경로에 도입될 소망되는 또는 요구되는 리액턴스의 레벨; 조절 부재 상에 부과되는 크기 제한; 등과 같은 요소에 따라 변할 수 있다. 시스템(10)의 대안적인 실시예는 2개보다 많거나 적은 조절 부재(14a, 14b)로 형성될 수 있다.
시스템(10)은 특정 동작 상태에서 결합기(12)에 요구되는 조절 효과를 생성하기 위해 제 1 및 제 2 조절 부재(14a, 14b)의 이동가능한 부분(116)의 움직임을 제어하도록 구성된 제어기(미도시)가 구비될 수 있다.
유한 요소 모델링(FEM)에 기반해서, 시스템(10)은 대략적으로 42.4GHz의 중심 주파수를 갖고, 그리고 42.5(dB)의 매우 양호한 복귀 손실을 갖는 대략적으로 3.6(GHz)의 조절 범위를 가진다. 게다가, 결합기(12)의 실질적으로 모든 금속 구조는 결합기(12)에 상대적으로 높은 파워 핸들링 능력을 부여하는 반면에, 결합기(12)를 상대적으로 작은 크기 공간 내에 구조화되게 한다.
시스템(10) 및 그것의 대안적인 실시예는 동축 송신 라인을 포함하는 3차원 미세구조를 생성하기 위한 공지된 처리 기법을 사용하여 제조될 수 있다. 예를 들어, 그 개시가 참조에 의해 여기에 병합된, 미국특허 제7,898,356호 및 제7,012,489호에 설명된 처리 방법은 스위치(10)의 제조 및 대안적인 실시예에 적응되고 적용될 수 있다.
시스템(10)은 다음의 처리를 사용하여 제조될 수 있다. 포토레지스트 물질층은 상부 표면의 노출된 부분만이 기판(18) 상에 직접 위치되는 시스템(10)의 다양한 구성요소의 위치에 대응하도록 기판(18)의 상부 표면에 선택적으로 적용된다. 이어서 전기적으로 도전성인 물질, 즉, Cu가 전기적으로 도전성인 물질의 제 1층을 형성하도록 미리결정된 두께로 기판(18)의 노출된 부분 상에 증착된다.
이어서 또 다른 포토레지스트층이 부분적으로 구조화된 시스템(10) 위에, 그리고 앞서 적용된 포토레지스트층 위에 추가적인 포토레지스트 물질을 패터닝하는 것에 의해 부분적으로 구조화된 시스템(10)에 적용되고, 그래서 부분적으로 구조화된 시스템(10) 상의 노출된 영역만이 시스템(10)의 제 2층의 다양한 부분이 위치되는 위치에 대응한다. 이어서 전기적으로 도전성인 물질이 전기적으로 도전성인 물질의 제 2층을 형성하도록 미리 결정된 두께로 시스템(10)의 노출된 부분 상에 증착된다. 이어서 제 3 내지 제 5층이 실질적으로 동일한 방식으로 형성된다. 일단 제 5층이 형성되면, 마스킹 단계의 각각으로부터 남아있는 포토레지스트 물질은 포토레지스트 물질을 용해시키는 적합한 용매에 대한 노출과 같은 적합한 기법을 사용하여 배출되거나 그렇지 않으면 제거될 수 있다.
마이크로전자기계 시스템(MEMS) 스위치의 제조에 대한 위의 공정의 적응은 그 내용이 전체로서 여기에 참조에 의해 병합된 2012년 8월 23일에 출원된 공동 계류중인 미국 출원 제13/592,435호에 구체적으로 설명된다.

Claims (10)

  1. 전기 도전체를 포함하는 결합기;
    제 1 단부면을 갖고 직접 전기 접촉하도록 상기 결합기의 상기 전기 도전체에 직접적으로 연결된 전기적으로 도전성인 제 1 부분;
    제 2 단부면을 갖는 전기적으로 도전성인 제 2 부분; 및
    상기 제 1 및 제 2 단부면 중 하나 상에 배치되고 그리고 갭에 의해 상기 제 1 및 제 2 단부면 중 다른 하나로부터 떨어져 이격된 유전체 부재;
    를 포함하는 조절 부재를 포함하고,
    상기 전기적으로 도전성인 제 2 부분은 상기 갭이 가변하도록 상기 전기적으로 도전성인 제 1 부분에 대해서 이동하며,
    상기 조절 부재의 상기 전기적으로 전도성인 제 2 부분을 이동하도록 구성된 액추에이터; 및
    기판, 및 상기 기판 상에 장착된 전기적으로 도전성인 제어부;를 더 포함하고.
    상기 액추에이터는 그 위에 배치된 상기 조절 부재의 상기 전기적으로 도전성인 제 2 부분을 갖는 셔틀, 및 상기 셔틀 및 상기 조절 부재의 상기 전기적으로 도전성인 제 1 부분에 대해서 상기 조절 부재의 상기 전기적으로 도전성인 제 2 부분을 이동시키는 힘을 발생시키도록 동작하는 바디를 포함하는 것을 특징으로 하는 결합기 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 결합기는 입력 신호를 2개의 출력 신호로 분할하고, 그리고 2개의 입력 신호를 단일 출력 신호로 결합하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 결합기 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 조절 부재는 상기 결합기의 주파수 응답을 변경하는 용량형 부재인 것을 특징으로 하는 결합기 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 결합기의 상기 주파수 응답은 상기 유전체 부재와 상기 전기적으로 전도성인 제 2 부분의 상기 제 2 단부면 사이의 상기 갭의 크기에 따라 변하는 것을 특징으로 하는 결합기 시스템.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 유전체 부재는 유전체 필름인 것을 특징으로 하는 결합기 시스템.
  9. 전기 도전체를 포함하는 결합기;
    제 1 단부면을 갖고 전기 접촉하도록 상기 결합기의 상기 전기 도전체에 인접하는 전기적으로 도전성인 제 1 부분;
    제 2 단부면을 갖는 전기적으로 도전성인 제 2 부분; 및
    상기 제 1 및 제 2 단부면 중 하나 상에 배치되고 그리고 갭에 의해 상기 제 1 및 제 2 단부면 중 다른 하나로부터 떨어져 이격된 유전체 부재;
    를 포함하는 조절 부재;
    상기 조절 부재의 상기 전기적으로-도전성인 제 2 부분을 이동하도록 구성된 액추에이터; 및
    기판, 및 상기 기판 상에 장착된 전기적으로 도전성인 제어부를 포함하고,
    상기 전기적으로 도전성인 제 2 부분은 상기 갭이 가변하도록 상기 전기적으로 도전성인 제 1 부분에 대해서 이동하고,
    상기 액추에이터는 그 위에 배치된 상기 조절 부재의 상기 전기적으로 도전성인 제 2 부분을 갖는 셔틀, 및 상기 셔틀 및 상기 조절 부재의 상기 전기적으로 도전성인 제 1 부분에 대해서 상기 조절 부재의 상기 전기적으로 도전성인 제 2 부분을 이동시키는 힘을 발생시키도록 동작하는 바디를 포함하고, 그리고
    여기서:
    상기 바디는 상기 기판 상에 배치된 제 1 및 제 2 레그, 및 상기 제 1 및 제 2 레그 상에 장착되고 그리고 제 1 돌출부를 포함하는 상부를 포함하고;
    상기 셔틀은 상기 바디에 인접한 제 2 돌출부를 포함하고 그리고 상기 제 1 돌출부에 인접해서 위치되고; 그리고
    전압 포텐셜에 종속될 때, 상기 상부의 상기 제 1 돌출부는 상기 셔틀의 상기 제 2 돌출부를 이끄는 정전기력을 전개하도록 동작하고 그로써 상기 셔틀 및 상기 조절 부재의 상기 전기적으로-도전성인 제 2 부분을 상기 조절 부재의 상기 전기적으로-도전성인 제 1 부분을 향해 강제하는 것을 특징으로 하는 결합기 시스템.
  10. 삭제
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