KR101744979B1 - 멤스를 이용한 튜너 모듈 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 휴대폰 등의 이동 단말기에 탑재되는 가변 튜너 모듈의 가변 소자들을 멤스 구조로 형성하고, 멤스 구조와 다른 부품들을 하나의 패키지로 구성하여 제조 원가를 감소시키고, 제조 효율을 개선할 수 있는 튜너 모듈에 관한 것이다.
Description
본 발명은 멤스(MEMS)를 이용한 이동 단말기용 튜너 모듈에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 휴대폰 등의 이동 단말기에 탑재되는 가변 튜너 모듈의 가변 소자들을 멤스 구조로 형성하고, 멤스 구조와 다른 부품들을 하나의 패키지로 구성하여 제조 원가를 감소시키고, 제조 효율을 개선할 수 있는 튜너 모듈에 관한 것이다.
이동통신시스템에 있어서 RF(Radio Frequency) 블럭은 여러 주파수대역을 지원하도록 설계되며, 특히 주파수 대역과 직접적으로 관련된 필터에 사용되는 캐패시터는 각 주파수 대역에 대해 서로 다른 캐패시턴스값을 갖는 가변 캐패시터를 사용해야 한다.
또한, RF 블럭의 구성요소 중 전압제어발진기(Voltage Controlled Oscillators:VCO)는 가변 캐패시터에 가해지는 전압을 조정하여 캐패시턴스의 변화를 얻고, 이를 통해 공진주파수를 바꿀 수 있게 한다. 이와 같이 가변 캐패시터는 RF 블럭의 튜너블 필터나 전압제어발진기에 있어서 매우 중요한 소자이다.
그러나, 가변 캐패시터를 포함하는 튜너 모듈 회로는 제조 업체 별로 소자 구성 또는 스펙이 달라서, 소자 제조 업체와 공급받는 업체 들에게 비효율적이다.
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 가변 캐패시터를 멤스 소자로 구성하고, 다수의 소자로 구성되는 튜너 모듈을 하나의 패키지로 형성함으로써, 종래에 업체 별로 소자 구성 또는 스펙이 달라서 소자 제조 업체와 공급받는 업체 들에게 발생하던 비효율성을 제거하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 튜너 모듈은, 기판; 상기 기판 상에 실장되고, 인가되는 전압에 따라 캐패시턴스 값을 변경하는 적어도 하나의 가변형 멤스 캐패시터를 포함하는 가변 소자부; 상기 기판 상에 실장되고, 상기 멤스 캐패시터와 결합하여 소정 시정수를 형성하는 적어도 하나의 인덕터를 포함하는 고정 소자부; 상기 기판 상에 실장되고, 상기 가변 소자부와 고정 소자부에 의해 송신된 신호의 반사파 신호의 강도를 측정하는 반사 파워 측정부; 및 상기 기판 상에 실장되고, 상기 반사 파워 측정부에 의해 측정된 반사파 신호의 강도를 직류 전압값으로 변환하여 출력하는 변환부를 포함한다.
본 발명에 따르면, 종래에 업체 별로 소자 구성 또는 스펙이 달라서 소자 제조 업체와 공급받는 업체 들에게 발생하던 비효율성을 제거할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 가변 캐패시터를 설명하기 위한 개략적인 개념도이다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 MEMS 가변 캐패시터를 설명하기 위한 개략적인 개념도이다.
도 3은 본 발명의 비교예의 가변 캐패시터를 설명하기 위한 개략적인 개념도이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 비교예의 가변 캐패시터의 특성을 설명하기 위한 그래프이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 MEMS 가변 캐패시터를 설명하기 위한 개략적인 개념도이다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 MEMS 캐패시터의 특성을 설명하기 위한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 MEMS 가변 캐패시터의 일례를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 8은 도 7의 MEMS 가변 캐패시터에서 캐패시턴스가 가변되는 것을 설명하기 위한 사시도이다.
도 9는 본 발명에 따른 멤즈(MEMS) 가변 캐패시터의 개략적인 단면도이다.
도 10은 본 발명에 따른 멤즈 가변 캐패시터의 실시예를 설명하기 위한 개략 적인 상면도이다.
도 11은 본 발명에 따른 멤즈 가변 캐패시터의 실시예를 설명하기 위한 개략 적인 사시도이다.
도 12a 내지 도 12c는 본 발명에 따른 멤즈 가변 캐패시터의 구동 방법을 설명 하기 위한 개념적인 도면이다.
도 13a 내지 도 13c는 본 발명에 따른 멤즈 가변 캐패시터의 구동 방법을 설명 하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 14는 본 발명에 따른 멤즈 가변 캐패시터에 RF 신호 흐름 방지용 저항이 형성된 상태를 설명하기 위한 개략적인 개념도이다.
도 15는 본 발명에 적용된 RF 신호 흐름 방지용 저항이 형성된 일례를 설명하 기 위한 개략적인 일부 단면도이다.
도 16은 종래의 가변 캐패시터를 사용한 튜너 모듈의 구성을 나타낸다.
도 17a 및 도 17b는 본 발명의 일 실시예에 따른 멤스를 사용한 튜너 모듈의 구성을 나타낸다.
도 18a 및 도 18b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 멤스 가변 캐패시터를 사용한 튜너 모듈의 구성을 나타낸다.
도 19a 및 도 19b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 멤스를 사용한 튜너 모듈의 구성을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 MEMS 가변 캐패시터를 설명하기 위한 개략적인 개념도이다.
도 3은 본 발명의 비교예의 가변 캐패시터를 설명하기 위한 개략적인 개념도이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 비교예의 가변 캐패시터의 특성을 설명하기 위한 그래프이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 MEMS 가변 캐패시터를 설명하기 위한 개략적인 개념도이다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 MEMS 캐패시터의 특성을 설명하기 위한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 MEMS 가변 캐패시터의 일례를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 8은 도 7의 MEMS 가변 캐패시터에서 캐패시턴스가 가변되는 것을 설명하기 위한 사시도이다.
도 9는 본 발명에 따른 멤즈(MEMS) 가변 캐패시터의 개략적인 단면도이다.
도 10은 본 발명에 따른 멤즈 가변 캐패시터의 실시예를 설명하기 위한 개략 적인 상면도이다.
도 11은 본 발명에 따른 멤즈 가변 캐패시터의 실시예를 설명하기 위한 개략 적인 사시도이다.
도 12a 내지 도 12c는 본 발명에 따른 멤즈 가변 캐패시터의 구동 방법을 설명 하기 위한 개념적인 도면이다.
도 13a 내지 도 13c는 본 발명에 따른 멤즈 가변 캐패시터의 구동 방법을 설명 하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 14는 본 발명에 따른 멤즈 가변 캐패시터에 RF 신호 흐름 방지용 저항이 형성된 상태를 설명하기 위한 개략적인 개념도이다.
도 15는 본 발명에 적용된 RF 신호 흐름 방지용 저항이 형성된 일례를 설명하 기 위한 개략적인 일부 단면도이다.
도 16은 종래의 가변 캐패시터를 사용한 튜너 모듈의 구성을 나타낸다.
도 17a 및 도 17b는 본 발명의 일 실시예에 따른 멤스를 사용한 튜너 모듈의 구성을 나타낸다.
도 18a 및 도 18b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 멤스 가변 캐패시터를 사용한 튜너 모듈의 구성을 나타낸다.
도 19a 및 도 19b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 멤스를 사용한 튜너 모듈의 구성을 나타낸다.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 가변 캐패시터를 설명하기 위한 개략적인 개념도이다.
본 발명의 제 1 실시예의 멤즈 가변 캐패시터는 제 1 전극(101) 상부에 제 2 전극(102)을 플로팅(Floating)시키고, 고정되어 있는 제 3 전극(103)에 전압을 인가하여 상기 제 1 전극(101)과 상기 제 2 전극(102) 사이의 간격을 조절하여, 캐패시턴스값을 가변시킬 수 있는 구조를 갖는다.
즉, 본 발명의 제 1 실시예의 멤즈 가변 캐패시터는 제 1 전극(101)과; 상기 제 1 전극(101) 상부에 플로팅되어 있는 제 2 전극(102)과; 상기 제 1 전극(101)과 상기 제 2 전극(102) 사이의 간격을 조절하여, 캐패시턴스값을 가변시킬 수 있으며, 고정되어 있는 제 3 전극(103)을 포함하여 구성된다.
상기 제 2 전극(102)은 스프링 구조물(105a,105b)에 의해 상기 제 1 전극(101) 상부로부터 플로팅되어 있다.
그리고, 상기 제 1 전극(101)에서 상기 제 2 전극(102)으로 RF 신호가 인가된다.
그러므로, 이 실시예의 멤즈 가변 캐패시터는 상기 제 3 전극(103)에서 전압을 인가하여, 상기 제 2 전극(102)을 상기 제 3 전극(103) 방향으로 이동시킴으로써, 상기 제 1 전극(101)과 상기 제 2 전극(102) 사이의 간격을 조절하게 된다.
이때, 상기 제 2 전극(102)이 상기 제 3 전극(103)에 점점 가까워지면, 상기 제 2 전극(102)은 상기 제 1 전극(101)으로부터 점점 멀어지게 된다.
따라서, 상기 제 3 전극(103)에 인가된 전압이 커지게 되면, 상기 제 2 전극(102)은 상기 제 3 전극(103)에 점점 가까워지게 되고, 상기 제 2 전극(102)은 상기 제 1 전극(101)으로부터 점점 멀어지게 되어, 캐패시턴스값은 점점 작아지게 된다.
결국, 본 발명의 제 1 실시예의 멤즈 가변 캐패시터는 RF 신호가 인가되지 않은 별도의 전극에서 전압이 인가되어 캐패시턴스를 조절할 수 있는 장점이 있다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 MEMS 가변 캐패시터를 설명하기 위한 개략적인 개념도이다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 MEMS 가변 캐패시터는 제 1 전극(201)과 제 2 전극(202)을 고정시키고, 상기 제 1 전극(201)과 상기 제 2 전극(202) 상부에 제 3 전극(203)을 플로팅시키며, 고정되어 있는 제 5 전극(211,212)에 전압을 인가하여 상기 제 1과 제 2 전극(201,202)과 상기 제 3 전극(203) 사이의 간격을 조절하여, 캐패시턴스값을 가변시킬 수 있는 구조를 갖는다.
즉, 제 2 실시예에 따른 MEMS 가변 캐패시터는 제 1 전극(201)과; 상기 제 1 전극(101)에 이격되어 있는 제 2 전극(202)과; 상기 제 1 전극(201)과 상기 제 2 전극(202) 상부에 플로팅되어 있는 제 3 전극(203)과; 상기 제 3 전극(203)에 스프링 구조물(204,206)로 연결되어 있는 제 4 전극들(205,207)과; 상기 제 4 전극들(205,207)에 대향되어 있고, 상기 제 4 전극들(205,207)로 전압이 인가되어 상기 제 1과 제 2 전극(201,202)과 상기 제 3 전극(203) 사이의 간격을 조절하여, 캐패시턴스값을 가변시킬 수 있으며, 고정되어 있는 제 5 전극들(211,212)을 포함하여 구성된다.
그러므로, 상기 제 5 전극들(211,212)에서 상기 제 4 전극들(205,207)로 전압을 인가하면, 상기 제 4 전극들(205,207)이 상기 제 5 전극들(211,212)로 이동되어, 상기 제 3 전극(203)은 상기 제 1과 제 2 전극(201,202)으로부터 멀어지게 된다.
결국, 이 실시예도, RF 신호가 인가되지 않은 별도의 전극인 제 5 전극들(211,212)에서 전압이 인가되어, 상기 제 1과 제 2 전극(201,202)과 상기 제 3 전극(203) 사이의 간격을 조절하여, 캐패시턴스값을 가변시킬 수 있는 것이다.
또한, 제 2 실시예에 따른 MEMS 가변 캐패시터는 상기 제 1 전극(201)에서 상기 제 3 전극(203)으로 RF 신호를 인가하고, 상기 RF 신호를 상기 제 3 전극(203)에서 상기 제 2 전극(202)으로 전달되는 구조로, 플로팅된 제 3 전극(203)을 지지하는 기계적인 스프링 구조물(204,206)로는 RF 신호가 흐르지 않아, 높은 Q값을 얻을 수 있는 장점이 있다.
도 3은 본 발명의 비교예의 가변 캐패시터를 설명하기 위한 개략적인 개념도이고, 도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 비교예의 가변 캐패시터의 특성을 설명하기 위한 그래프이다.
일반적인 가변 캐패시터인 본 발명의 비교예는 제 1과 제 2 전극(10,20)이 서로 마주보고 있는 형태로, 고정된 제 1 전극(10)에 전압을 인가하면, 기계적인 스프링들(30,40)에 의해 플로팅된 제 2 전극(20)이 하부로 당겨지면서, 상기 제 1과 제 2 전극(10,20)의 사이 간격이 조절되어 캐패시턴스값이 변하게 된다.
그러므로, 본 발명의 비교예는 도 4a에 도시된 그래프와 같이, 인가 전압이 일정하게 증가될수록 유동 전극인 제 2 전극(20)의 변위가 급속도로 증가되고, 도 4의 그래프와 같이, 유동 전극의 변위가 일정하게 증가될수록 정전용량 변화율도 급속도로 증가되어, 도 4c의 그래프에 도시된 바와 같이, 인가 전압이 일정하게 증가될수록 정전용량의 변화율은 급속도로 증가하게 된다.
결과적으로, 비교예의 가변 캐패시터는 인가전압에 따라 정전용량 변화율이 선형적이지 못해 일관성있는 위상 잡음 특성을 얻지 못하게 되고, 인가전압의 최대치 부근에서 급격한 정전용량의 변화를 컨트롤하기 어렵다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 MEMS 가변 캐패시터를 설명하기 위한 개략적인 개념도이고, 도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 MEMS 캐패시터의 특성을 설명하기 위한 그래프이다.
먼저, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 MEMS 가변 캐패시터는 시소(Seesaw) 구조로 플로팅되어 있는 유동 전극을 움직여서, 상기 유동 전극과 고정 전극 사이의 간격을 조절함으로써, 캐패시턴스값을 가변시킬 수 있는 구조를 갖는다.
즉, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 MEMS 가변 캐패시터는 제 1 전극(301)과; 상기 제 1 전극(301)에 이격되어 있는 제 2 전극(302)과; 상기 제 1 전극(301)과 상기 제 2 전극(302) 상부에 플로팅되어 있는 제 3 전극(320)과; 상기 제 3 전극(320)에 스프링 구조물(323a,323b)로 연결되어 있는 제 4 전극들(321,322)과; 상기 제 4 전극들(321,322)에 대향되어 있고, 상기 제 4 전극들(321,322)로 전압이 인가되어 상기 제 1과 제 2 전극(301,302)과 상기 제 3 전극(320) 사이의 간격을 조절하여, 캐패시턴스값을 가변시킬 수 있으며, 고정되어 있는 제 5 전극들(311,312)과; 상기 스프링 구조물(323a,323b)의 일부 영역을 고정시키는 지지 구조물(미도시)을 포함하여 구성된다.
이런 제 3 실시예의 가변 캐패시터는 도 5a의 상태에서 상기 제 5 전극들(311,312)에서 상기 제 4 전극들(321,322)로 전압을 인가하면, 도 5b에 도시된 상태와 같이 상기 제 4 전극들(321,322)이 상기 제 5 전극들(311,312) 방향으로 이동된다.
이때, 상기 제 3 전극(320)과 상기 제 4 전극들(321,322)을 연결하는 스프링 구조물(323a,323b)의 일부 영역은 상기 지지 구조물에 의해 고정되어 있으므로, 상기 고정된 스프링 구조물(323a,323b)의 일부 영역을 기준으로 상기 제 4 전극들(321,322) 영역은 상기 제 5 전극들(311,312)로 접근하여 가까워지고, 상기 제 3 전극(320) 영역은 상기 제 1과 제 2 전극(301,302)으로부터 멀어지게 된다.
즉, 상기 제 1 및 제 2 전극(301,302)과 상기 제 3 전극(320) 사이의 간격은 전압이 인가되기 전(前)(도 5a)에 'd2'에서 전압이 인가된 후(後)(도 5b)에 'd4'로 커지게 된다.
그리고, 상기 제 4 전극들(321,322)과 상기 제 5 전극들(311,312)의 간격은 전압이 인가되기 전(도 5a)에 'd1'에서 전압이 인가된 후(도 5b)에 'd3'로 좁아지게 된다.
그러므로, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 MEMS 가변 캐패시터는 상기 제 5 전극들(311,312)에서 상기 제 4 전극들(321,322)로 인가되는 전압 크기로, 상기 제 1 및 제 2 전극(301,302)과 상기 제 3 전극(320) 사이의 간격을 조절하여, 캐패시턴스값을 가변시킬 수 있는 것이다.
또, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 MEMS 가변 캐패시터도 상기 제 1 전극(301)에서 상기 제 3 전극(320)으로 RF 신호를 인가되고, 상기 제 3 전극(320)에서 상기 제 2 전극(302)으로 전달되는 구조로, 기계적인 스프링 구조물(323a,323b)로는 신호가 흐르지 않아, 높은 Q값을 얻을 수 있는 장점이 있다.
그리고, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 MEMS 가변 캐패시터도 RF 신호가 인가되지 않은 별도의 전극인 제 5 전극들(311,312)에서 전압이 인가되어, 상기 제 1과 제 2 전극(301,302)과 상기 제 3 전극(320) 사이의 간격을 조절하여, 캐패시턴스값을 가변시킬 수 있는 장점이 있다.
한편, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 MEMS 가변 캐패시터는 도 6a와 같이 인가 전압이 일정하게 증가될수록 유동 전극인 제 3 전극(320)의 변위가 급속도로 증가되지만, 도 6b와 같이 상기 유동 전극의 변위가 일정하게 증가될수록 정전용량 변화율도 급속도로 감소된다.
그러므로, 도 6c의 그래프에 도시된 바와 같이, 인가 전압이 일정하게 증가될수록 정전용량의 변화율이 선형적으로 감소되는 특성을 얻을 수 있다.
따라서, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 MEMS 가변 캐패시터는 비교예의 가변 캐패시터와 대비하여, 인가전압에 따라 정전용량 변화율이 선형적인 특성을 가지고 있어, 일관성있는 위상 잡음 특성을 얻을 수 있는 장점이 있다.
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 MEMS 가변 캐패시터의 일례를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 8은 도 7의 MEMS 가변 캐패시터에서 캐패시턴스가 가변되는 것을 설명하기 위한 사시도이다.
본 발명의 제 3 실시예에 따른 MEMS 가변 캐패시터의 일례는 도 7에 도시된 바와 같이, 제 3 전극(420)이 사각형 형상이고, 상기 제 3 전극(420) 양측면 끝단에 대칭적으로 한 쌍의 스프링 구조물(423a,423b)이 연결되어 있다.
그리고, 상기 한 쌍의 스프링 구조물(423a,423b) 각각에는 제 4 전극들(421,422) 각각이 연결되어 있으며, 상기 한 쌍의 스프링 구조물(423a,423b) 각각의 일부 영역은 지지 구조물(425a,425b)에 의해 고정되어 있다.
여기서, 상기 한 쌍의 스프링 구조물(423a,423b) 각각의 일부 영역이 상기 지지 구조물(425a,425b)에 의해 고정되어 있으므로, 상기 제 3 전극(420), 상기 한 쌍의 스프링 구조물(423a,423b) 및 상기 제 4 전극들(421,422)은 플로팅(Floating)되어 있게 된다.
또, 상기 제 4 전극들(421,422) 각각과 대향되어 이격된 제 5 전극들(411,412)은 고정되어 있고, 상기 제 3 전극(420) 하부에는 도 8에 도시된 바와 같이, 제 1 전극(401)과 제 2 전극(402)이 배치되어 고정되어 있다.
한편, 전술된 '고정'은 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 기술로 가변 캐패시터를 구현하기 위한 기판(미도시)에 고정되어 있는 것을 포함한다.
여기서, 상기 제 1 전극(401), 상기 제 2 전극(402) 및 상기 제 5 전극(411,412)은 기판에 고정되어 있다.
따라서, 상기 제 5 전극들(411,412)에서 상기 제 4 전극들(421,422)로 전압이 인가되면, 도 7의 상태에서 도 8의 상태와 같이, 시소 구동에 의하여 상기 제 3 전극(420)은 상기 제 1 전극(401)과 제 2 전극(402) 상부로 상승하는 변위를 가지게 되어, 상기 제 1 및 제 2 전극(401,402)과 상기 제 3 전극(420) 사이 간격은 커지게 되는 것이다.
도 9는 본 발명에 따른 멤즈(MEMS) 가변 캐패시터의 개략적인 단면도이다.
본 발명에 따른 멤즈 가변 캐패시터는 제 1 전극(501)과; 상기 제 1 전극(501) 상부로 부상(浮上)되어 있는 제 2 전극(502)과; 상기 제 2 전극(502) 측 면에 이격되어 있는 고정 전극(601)과; 상기 제 2 전극(502)과 상기 고정 전극(601) 사이에 위치되어 있고, 상기 제 2 전극(501)에 연결되어 있으며, 상기 고정 전극(601)에 인가된 전압에 의해 상기 고정 전극(601)과 물리적으로 접촉되는 유동 전극(511)을 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 제 2 전극(502)은 상기 제 1 전극(501)의 상부면으로 부터 소정 간격으로 이격되어 있는 상태로, 상기 제 1 전극(501) 상부로 부상되어 있는 것으로 정의된다.
참고로, 도 9은 상기 제 1 전극(501)에 제 1 절연막(530)이 형성되 어 있고, 상기 제 1 절연막(530)과 상기 제 2 전극(502) 사이의 간격이 'a'로 도시 되어 있으므로, 상기 제 2 전극(502)은 상기 제 1 전극(501)의 상부면으로부터 소 정 간격으로 이격되어 있는 것이다.
그리고, 상기 제 1 전극(501)은 하부 전극으로 정의될 수 있고, 상 기 제 2 전극(502)은 상부 전극으로 정의될 수 있다.
이러한 멤즈 가변 캐패시터는 상기 제 1 전극(501)으로 인가된 전압 을 가변시켜 상기 제 1 전극(501)과 상기 제 2 전극(502)의 간격을 다양하게 조절 할 수 있으므로, 다양한 캐패시턴스값을 갖는 가변 캐패시터를 구현할 수 있다.
그리고, 상기 고정 전극(601)에 인가된 전압에 의해 상기 유동 전 극(511)을 상기 고정 전극(601)에 물리적으로 접촉시켜 상기 제 2 전극(502)의 움직임을 방지함으로써, 상기 제 1 전극(501)과 상기 제 2 전극(502) 사이의 간격은 변화하지 않게 된다.
이때, 상기 제 1 전극(501)에서 상기 제 2 전극(502)으로 RF 신호가 인가되면, 상기 RF 신호는 상기 제 1 전극(501), 공기층 및 상기 제 2 전극(502)으로 이루어진 캐패시터를 통과하게 된다.
여기서, 상기 RF 신호는 상기 제 2 전극(502)에서 상기 제 1 전극(501)으로 인가될 수도 있다.
따라서, 본 발명의 멤즈 가변 캐패시터는 상기 제 1 전극(501)과 상 기 제 2 전극(502) 사이의 간격(a)이 변화되지 않으므로, 인가되는 RF 신호의 파워 가 변화되더라도 캐패시턴스가 변화되지 않는 장점이 있다.
그리고, 본 발명의 멤즈 가변 캐패시터는 상기 제 1 전극(501)과 상 기 제 2 전극(502) 사이의 간격은 변화되지 않아, 높은 RF 신호의 파워에 의해 가 변 캐패시터가 자기 구동(Self-actuation)되지 않는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 멤즈 가변 캐패시터는 상기 제 1 전극(501)으로 인 가된 전압을 가변시켜 상기 제 1 전극(501)과 상기 제 2 전극(502) 사이의 간격을 조절함으로써, 인가되는 RF 신호의 파워가 증가함에 따라 캐패시터의 가변 범위 (Tuning range)가 줄어드는 단점을 해결할 수 있는 장점이 있다.
한편, 본 발명의 멤즈 가변 캐패시터는 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 기술로 구현되는 것으로, 도 9에 도시된 바와 같이, 기판(800) 상부에 제 1 전극(501)과 고정전극(601)을 형성하고, 제 2 전극(502)과 유동 전극(511)을 상기 기판(800)에 고정된 스프링(미도시)에 연결시켜, 상기 제 2 전극(502)을 상기 제 1 전극(501) 상부로 부상시킬 수 있는 것이다. 상기 기판(800)은 예를 들어, 글래스 기판 또는 실리콘 기판을 적용 할 수 있다.
그리고, 상기 제 1 전극(501)에 제 1 절연막(530)이 형성되어 상기 제 2 전극(502)과의 전기적인 쇼트(Short)를 방지하고, 상기 고정 전극(601)에 제 2 절연막(531)이 형성되어 상기 유동 전극(511)과의 전기적인 쇼트를 방지한다.
또한, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 전극(501) 및 상기 제 2 전극(502)의 양측 각각에 '201' 및 '202' 고정전극을 형성할 수 있다.
또, 상기 제 1 전극(501)과 '201' 고정전극 사이에 '111' 유동 전극 을 형성하고, 상기 제 2 전극(502)과 '202' 고정전극 사이에 '112' 유동 전극을 형 성한다.
즉, 한 쌍의 고정 전극(601,202) 및 한 쌍의 유동 전극(511,112)을 적용할 수 있다.
이때, 상기 제 1 전극(501)으로 전압이 인가되지 않은 경우에, 상기 '111' , '112' 유동 전극은 상기 제 2 전극(502) 및 '201' 및 '202' 고정전극으로 부터 이격되어 있다.
도 10는 본 발명에 따른 멤즈 가변 캐패시터의 실시예를 설명하기 위 한 개략적인 상면도이고, 도 11은 본 발명에 따른 멤즈 가변 캐패시터의 실시예를 설명하기 위한 개략적인 사시도이다.
이 실시예의 멤즈 가변 캐패시터는 제 2 전극(502)에 4개의 유동 전 극(511,112,113,114)이 연결되어 있고, 상기 4개의 유동 전극(511,112,113,114)과 대향되어 4개의 고정 전극(도면부호 미기재)이 형성되어 있다.
여기서, 도 10는 멤즈 가변 캐패시터의 상면도로, 상기 4개의 유동 전극(511,112,113,114)과 대향되어 있는 제 2 절연막들(531,132,133,134)이 보이고, 상기 4개의 고정 전극은 상기 제 2 절연막들(531,132,133,134)에 의해 보 이지 않는다.
그리고, 상기 4개의 유동 전극(511,112,113,114) 각각의 양끝단은 상기 제2 연극 (502)에 연결되어 있다.
그러므로, 제 1 전극(미도시, 제 2 전극(502)의 하부에 있음)으로 인가된 전압에 의해, 상기 4개의 유동 전극(511,112,113,114) 각각이 상기 4개의 고정 전극(도면부호 미기재) 각각에 물리적으로 붙게 되어, 상기 제 2 전극(502)의 움직임을 방지할 수 있다.
이때, 상기 4개의 유동 전극(511,112,113,114) 각각은 상기 개의 고 정 전극 각각에 형성된 제 2 절연막들(531,132,133,134)에 붙게 된다.
또한, 상기 제 2 전극(502)에 4개의 유동 전극(511,112,113,114)은 도 11에 도시된 바와 같이, 스프링(551)에 연결되어 있고, 상기 스프링(551)은 도 10 의 기판(800)에 고정되어 있으므로, 미도시된 제 1 전극으로부터 부상되어 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극(502) 사이에 소정의 간격이 유지된다.
그리고, 상기 제 2 전극(502)이 상기 제 1 전극으로부터 안정적으로 부상될 수 있도록, 상기 스프링(551)도 4개로 구성될 수 있다.
또, 상기 제 2 전극(502)은 다각형 형상으로 구현될 수 있고, 상기 스프링(551)은 상기 제 2 전극(502)의 모서리 각각에 연결될 수 있다.
도 12a 내지 도 12c는 본 발명에 따른 멤즈 가변 캐패시터의 구동 방 법을 설명하기 위한 개념적인 도면이다.
멤즈 가변 캐패시터를 구동시키기 위해서는, 제 1 전원(710)에 제 1 전극(501)을 연결하고, 제 2 전원(720)에 고정 전극(601)을 연결하며, 유동 전극
(511)은 그라운드와 연결한다. 여기서, 도 12a와 같이, 고정 전극이 2개인 경우, '201' 고정 전극 및 '202' 고정 전극은 공통적으로 상기 제 2 전원(720)과 연결되어 있는 것이 좋다. 물론, 고정 전극이 4개인 경우도 모두 상기 제 2 전원(720)과 공통 적으로 연결되어 있다. 이렇게 전기적으로 연결된 멤즈 가변 캐패시터의 구동 방법은 먼저, 상기 제 1 전원(710)에서 상기 제 1 전극(501)으로 전압을 인가하면, 도 12a의 최초 상태에서 상기 제 2 전극(502)이 상기 제 1 전극(501)으로 이동되어, 도 12b와 같이 상기 제 1 전극(501)과 상기 제 2 전극(502) 사이의 간격이 좁혀진다.
즉, 상기 제 1 전극(501)과 상기 제 2 전극(502) 사이에는 전압이 인가되어, 상기 제 1과 제 2 전극(501,102) 사이에 정전기력이 발생되고, 상기 제 1과 제 2 전극(501,102) 사이의 이격 거리는 변화되어, 원하는 캐패시턴스값을 갖 는 캐패시터가 구현된다.
이때, 상기 제 1 전원(710)에서 상기 제 1 전극(501)으로 인가된 전 압에 의해 상기 제 1 전극(501)과 상기 제 2 전극(502) 사이의 간격은 결정된다.
여기서, 상기 제 1 전극(501)과 상기 제 2 전극(502) 사이에 전압이 일정하게 유지되면, 상기 제 1 전극(501)과 상기 제 2 전극(502) 사이 간격은 일정 하게 되어, 캐패시턴스는 변화되지 않는다.
그리고, 상기 제 1 전원(710)에서 상기 제 1 전극(501)으로 인가된 전압은 상기 제 2 전극(502)이 상기 제 1 전극(501)에 붙게하는 풀-인(Pull-in) 전압보다 낮아야 한다.
즉, 상기 제 1 전원(710)에서 상기 제 1 전극(501)으로 인가된 전압 이 풀-인 전압보다 높으면, 상기 제 2 전극(502)은 상기 제 1 전극(501)에 물리적 으로 붙게 된다.
그 후, 상기 제 2 전원(720)에서 상기 고정 전극(601)으로 전압을 인가하여, 상기 고정 전극(601)과 상기 유동 전극(511) 사이에 정전기력을 발생시켜, 상기 유동 전극(511)을 상기 고정 전극(601)에 붙인다.(도 12c)
이때, 상기 고정 전극(601)에는 제 2 절연막(531)이 형성되어 있어, 상기 고정 전극(601)과 상기 유동 전극(511)이 붙더라도, 전기적인 쇼트는 발생되 지 않는다.
그리고, 상기 제 2 전원(720)에서 상기 고정 전극(601)으로 인가된 전압은 풀-인(Pull-in) 전압보다 높아야 상기 유동 전극(511)이 상기 고정 전극(601)에 붙게 된다.
상술된 도 12c와 같이, 상기 유동 전극(511)을 상기 고정 전극(601) 에 붙인다음, 상기 제 1 전극(501)에서 상기 제 2 전극(502) 또는 상기 제 2 전극(502)에서 상기 제 1 전극(501)으로 RF 신호를 흐르게하는 단계가 더 수행될 수 있다.
도 13a 내지 도 13c는 본 발명에 따른 멤즈 가변 캐패시터의 구동 방법을 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
멤즈 가변 캐패시터는 평면도 상에서 제 1 전극은 제 2 전극 하부에 위치되므로 보이지 않고, 고정 전극은 제 2 절연막들(531,132,133,134)에 의해 감싸여져 있기에 보이지 않는다.
이때, 전술된 바와 같이, 멤즈 가변 캐패시터의 제 1 전극(도면부호 미기재) 및 고정 전극(도면부호 미기재)에 전압이 인가되지 않은 초기 상태는 도 13a에 도시된 바와 같이, 제 1 전극(도면부호 미기재)과 제 2 전극(502)은 최초 상 태의 간격을 유지하고 있고, 상기 고정 전극과 유동 전극(511,112,113,114) 사이도 이격되어 있다.
그 후, 상기 제 1 전극(도면부호 미기재)으로 전압을 인가하여, 상 기 제 1 전극(도면부호 미기재)과 상기 제 2 전극(502)의 간격을 유지시켜, 원하는 캐패시턴스를 얻는다.(도 13b)
이어서, 상기 고정 전극(도면부호 미기재)에 전압을 인가하여, 도 13c와 같이, 상기 유동 전극(511,112,113,114)을 상기 고정 전극에 붙게 한다.
도 14는 본 발명에 따른 멤즈 가변 캐패시터에 RF 신호 흐름 방지용 저항이 형성된 상태를 설명하기 위한 개략적인 개념도이고, 도 15는 본 발명에 적용 된 RF 신호 흐름 방지용 저항이 형성된 일례를 설명하기 위한 개략적인 일부 단면 도이다.
본 발명에 따른 멤즈 가변 캐패시터는 제 1 전극(501)에서 제 2 전 극(502) 또는 상기 제 2 전극(502)에서 상기 제 1 전극(501)으로 RF 신호가 흐르면 서, 상기 제 1 전극(501), 공기층 및 제 2 전극(502)으로 이루어진 캐패시터를 통 과하게 된다.
이때, 상기 RF 신호는 상기 제 2 전극(502)의 측방향에 있는 유동 전극(511)으로 흐를 수 있으며, 이러한 RF 신호의 누설은 RF 신호 특성을 왜곡시킬 수 있다.
그러므로, 본 발명의 멤즈 가변 캐패시터는 고정 전극(601)과 제 2 전원(720) 사이에 RF 신호 흐름 방지용 저항(R)을 형성하는 것이 좋다.
즉, 상기 제 2 전원(720)에서 상기 고정 전극(601)으로 인가되는 전압은 도 14에 도시된 바와 같이, 상기 RF 신호 흐름 방지용 저항(R)을 통하여 인가 되도록 설계하는 것이다.
이러한, RF 신호 흐름 방지용 저항(R)은 일례로 도 15과 같이, 기판
(800)상에 SiC층(810)을 형성하고, 상기 SiC층(810)에 고정 전극(601)을 형성한 후, 상기 SiC층(810)에 제 2 전원(720)을 연결하게 된다.
도 16은 종래의 가변 캐패시터를 사용한 튜너 모듈의 구성을 나타낸다.
도 16에 도시된 바와 같이, 종래의 튜너 모듈은 가변 소자 모듈(920), 수신단으로부터의 반사파 강도를 측정하는 반사 파워 측정부(930), 반사 파워 측정부(930)에서 측정된 값을 직류 전압값으로 변환하는 교류 직류 변환기(ADC)(940), 상기 ADC(940)로부터 수신된 반사 파워 측정값을 기반으로 가변 소자들의 제어 신호를 생성하여 가변 소자 모듈(920)로 전달하는 제어부(950) 및 신호를 송수신하는 안테나(960)로 구성될 수 있다.
상기 가변 소자 모듈(920)은 복수개의 가변 캐패시터들(921a,921b,921c)과 복수개의 고정 인덕터들(922a,922b,922c)을 포함할 수 있다. 가변 캐패시터들(921a,921b,921c)과 고정 인덕터들(922a,922b,922c)의 결선 또는 소자 개수는 실시예에 따라 달라질 수 있다. 상기 가변 캐패시터들(921a,921b,921c)과 고정 인덕터들(922a,922b,922c)은 함께 튜너 모듈(900)이 장착된 기기의 시정수를 형성한다.
가변 캐패시터들(921a,921b,921c)의 값은 제어부(950)로부터 인가되는 DC 전압에 의해 변화되며, 변환된 가변 캐패시터들(921a,921b,921c)의 값에 의해 통신의 수신단(즉, 상대방측)으로 송신된 신호의 반사파의 RF 신호값이 변화되게 된다. 반사파의 RF 신호 크기가 크면 임피던스 매칭이 이루어지지 않은 것이고, 반사파의 크기가 작을 수록 임피던스 매칭이 잘 이루어진 것이다.
제어부(950)는 반사 파워 측정값을 기반으로 가변 캐패시터들(921a,921b,921c)의 제어 신호를 인가하여 가변 소자 모듈(920)의 임피던스 값을 변화시켜서 임피던스 매칭을 수행한다.
반사 파워 측정부(930)로는 방향성 커플러(directional coupler)를 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 가변 캐패시터들 중 일부 또는 전체를 멤스 소자로 구성할 수 있다. 도 17a 및 도 17b는 본 발명의 일 실시예에 따른 멤스를 사용한 튜너 모듈의 구성을 나타낸다.
도 17a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예예 따른 튜너 모듈(910)은 인가되는 전압에 따라 캐패시턴스 값을 변경하는 적어도 하나의 가변형 멤스 캐패시터(970)를 포함하는 가변 소자부, 상기 멤스 캐패시터(970)와 결합하여 소정 시정수를 형성하는 적어도 하나의 인덕터(922a,922b,922c)를 포함하는 고정 소자부, 상기 가변 소자부와 고정 소자부를 사용하여 송신된 신호의 반사파 신호의 강도를 측정하는 반사 파워 측정부(930), 및 상기 반사 파워 측정부(930)에 의해 측정된 반사파 신호의 강도를 직류 전압값으로 변환하여 출력하는 변환부(940)로 구성될 수 있다.
상기 멤스 캐패시터(970), 인덕터들(922a,922b,922c), 반사 파워 측정부(930) 및 변환부(940)는 하나의 기판 상에 실장되어 하나의 패키지를 구성할 수 있다. 상기 기판은 PCB 기판일 수 있다.
상기 멤스 캐패시터(970)는 도 17b와 같은 가변 캐패시터들(921a,921b,921c)로 구성된 회로를 대체할 수 있으며, 가변 캐패시터들(921a,921b,921c) 각각은 대체하기 위한 적어도 하나의 멤스 구조를 포함할 수 있다. 예컨대, 가변 캐패시터들(921a,921b,921c) 각각은 도 2, 도 5a,5b 또는 도 9에 도시된 멤스 캐패시터로 구성될 수 있다.
제어부(950)는 멤스 캐패시터(970)에 DC 전압을 인가하고, 인가된 DC 전압값에 따라 멤스 캐패시터(970)의 캐패시터값이 변화하여 통신의 수신단(즉, 상대방측)으로 송신된 신호의 반사파의 RF 신호값이 변화되게 된다. RF 신호값이 최대가 되도록 조절하여 임피던스 매칭을 수행할 수 있다.
도 17a에서, 상기 멤스 캐패시터(970), 인덕터들(922a,922b,922c), 반사 파워 측정부(930) 및 변환부(940)로 구성된 패키지를 제어부(950)와 안테나(960)에 연결함으로써 손쉽게 휴대용 통신 장치의 안테나 패키지를 구성할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따라, 다수의 소자로 구성되는 튜너 모듈을 하나의 패키지로 형성함으로써, 종래에 업체 별로 소자 구성 또는 스펙이 달라서, 소자 제조 업체와 공급받는 업체 들에게 발생하던 비효율성을 제거할 수 있다.
도 18a 및 도 18b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 멤스 가변 캐패시터를 사용한 튜너 모듈의 구성을 나타낸다.
도 18a에 도시된 바와 같이, 멤스 캐패시터(970), 인덕터들(922a,922b,922c), 반사 파워 측정부(930) 및 변환부(940)를 하나의 튜너 모듈(911)로 구성할 수 있다. 튜너 모듈(911)은 도 18b에 도시된 바와 같이 구성될 수 있다.
멤스 캐패시터(970)는 도 17b와 같은 가변 캐패시터로 구성된 회로를 대체할 수 있는 멤스 소자로 구성될 수 있다. 멤스 캐패시터(970), 인덕터들(922a,922b,922c), 반사 파워 측정부(930) 및 변환부(940)는 하나의 기판 상에 패키지되어 하나의 부품으로 제조될 수 있다. 따라서, 다수의 소자로 구성되는 튜너 모듈을 하나의 패키지로 형성함으로써, 종래에 업체 별로 소자 구성 또는 스펙이 달라서, 소자 제조 업체와 공급받는 업체 들에게 발생하던 비효율성을 제거할 수 있다.
도 19a 및 도 19b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 멤스를 사용한 튜너 모듈의 구성을 나타낸다.
도 19a에서 튜너 모듈(912)은 도 19b에 도시된 바와 같은 구성을 갖는다. 도 19b에 도시된 바와 같이, 튜너 모듈(912)은 멤스 캐패시터(970), 반사 파워 측정부(930) 및 변환부(940)는 하나의 기판 상에 패키지되어 하나의 부품으로 제조될 수 있다. 인덕터들(922a,922b,922c)은 별도의 부품으로 구성될 수 있다.
본 발명은 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
910, 911,912 : 튜너 모듈
920 : 가변 소자 모듈
921a,921b,921c : 가변 캐패시터
922a,922b,922c : 인덕터들
930 : 반사 파워 측정부
940 : 교류 직류 변환기(ADC)
950 : 제어부
960 : 안테나
970 : 멤스 캐패시터
920 : 가변 소자 모듈
921a,921b,921c : 가변 캐패시터
922a,922b,922c : 인덕터들
930 : 반사 파워 측정부
940 : 교류 직류 변환기(ADC)
950 : 제어부
960 : 안테나
970 : 멤스 캐패시터
Claims (13)
- 기판;
상기 기판 상에 실장되고, 인가되는 전압에 따라 캐패시턴스 값을 변경하는 적어도 하나의 가변형 멤스 캐패시터를 포함하는 가변 소자부;
상기 기판 상에 실장되고, 상기 멤스 캐패시터와 결합하여 소정 시정수를 형성하는 적어도 하나의 인덕터를 포함하는 고정 소자부;
상기 기판 상에 실장되고, 상기 가변 소자부와 고정 소자부에 의해 송신된 신호의 반사파 신호의 강도를 측정하는 반사 파워 측정부; 및
상기 기판 상에 실장되고, 상기 반사 파워 측정부에 의해 측정된 반사파 신호의 강도를 직류 전압값으로 변환하여 출력하는 변환부를 포함하고,
상기 가변형 멤스 캐패시터는,
제 1 전극;
상기 제 1 전극 상부로 부상(浮上)되어 있는 제 2 전극;
상기 제 2 전극 측면에 이격되어 있는 고정 전극;
상기 제 2 전극과 상기 고정 전극 사이에 위치되어 있고, 상기 제 2 전극에 연결되는 유동 전극을 포함하고,
상기 제 1 전극으로 인가된 제1 전압을 가변시켜 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극의 간격을 가변시키고,
상기 유동 전극은 상기 제1 전극과 상기 제 2 전극의 간격이 가변된 후 상기 고정 전극에 인가된 제2 전압에 의해 상기 고정 전극과 물리적으로 접촉시켜 상기 제 2 전극의 움직임을 방지하는 튜너 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 반사 파워 측정부는 방향성 커플러(directional coupler)인 튜너 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 제2 전압이 인가되는 상기 고정 전극의 입력단에 배치되는 RF 신호 흐름 방지용 저항을 더 포함하는 튜너 모듈. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 제 1 전극과 상기 고정전극은,
기판 상부에 형성되어 있고,
상기 제 2 전극과 상기 유동 전극은,
상기 기판에 고정된 스프링에 연결되어 상기 제 2 전극이 상기 제 1 전극 상 부로 부상되어 있는 튜너 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 제 1 전극에 상기 제 2 전극과의 전기적인 쇼트(Short) 방지를 위한 제1 절연막이 형성되어 있고,
상기 고정 전극에 상기 유동 전극과의 전기적인 쇼트 방지를 위한 제 2 절연막이 형성되어 있는 튜너 모듈. - 제1항에 있어서,
상기 고정 전극 및 유동 전극 각각은,
상기 제 2 전극의 양측 각각에 형성된 한 쌍의 전극이거나, 또는 4개의 전극인 튜너 모듈. - 삭제
- 삭제
- 기판;
상기 기판 상에 실장되고, 인가되는 전압에 따라 캐패시턴스 값을 변경하는 적어도 하나의 가변형 멤스 캐패시터를 포함하는 가변 소자부;
상기 기판 상에 실장되고, 상기 멤스 캐패시터와 결합하여 소정 시정수를 형성하는 적어도 하나의 인덕터를 포함하는 고정 소자부;
상기 기판 상에 실장되고, 상기 가변 소자부와 고정 소자부에 의해 송신된 신호의 반사파 신호의 강도를 측정하는 반사 파워 측정부; 및
상기 기판 상에 실장되고, 상기 반사 파워 측정부에 의해 측정된 반사파 신호의 강도를 직류 전압값으로 변환하여 출력하는 변환부를 포함하고,
상기 가변형 멤스 캐패시터는,
제 1 전극;
상기 제 1 전극에 이격되어 있는 제 2 전극;
상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 상부에 플로팅되어 있는 제 3 전극;
상기 제 3 전극에 스프링 구조물로 연결되어 있는 제 4 전극들;
상기 제 4 전극들에 대향되어 있고, 상기 제 4 전극들로 전압이 인가되어 상기 제 1과 제 2 전극과 상기 제 3 전극 사이의 간격을 조절하여, 캐패시턴스값을 가변시킬 수 있으며, 고정되어 있는 제 5 전극들을 포함하고,
상기 제 5 전극들에서 상기 제 4 전극들로 전압을 인가하면, 상기 제 4 전극들이 상기 제 5 전극들로 이동되어, 상기 제 3 전극은 상기 제 1과 제 2 전극으로부터 멀어지는 튜너 모듈. - 제10항에 있어서,
상기 반사 파워 측정부는 방향성 커플러(directional coupler)인 튜너 모듈.
- 삭제
- 삭제
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