KR102365761B1 - 고주파 고전력 종단기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고주파 고전력 종단기에 관한 것입니다.
구체적으로, 고주파 고전력 종단기는 분포 정수 소자 형태의 저항성 소자를 이용하여 광대역 정합 및 정격 전력이 증대된 새로운 구조의 고주파 고전력 종단기 회로이다.

Description

고주파 고전력 종단기{HIGH FREQUENCY HIGH POWER TERMINATION}
아래의 설명은 고주파 고전력 종단기에 관한 것으로, 구체적으로는 고주파 영역인 RF/마이크로파/밀리미터파 영역에서 동작하는 높은 정격 전력을 가진 종단기에 관한 것이다.
고파주 종단기는 개인 휴대 통신, 위성 통신 등 다양한 무선 시스템의 송수신부에서 RF/마이크로파/밀리미터파 신호를 제거하기 위해 사용된다. 최근에는 5세대 통신을 비롯한 다양한 무선 시스템의 사용 주파수 대역과 출력 전력의 기준이 점차 상승하는 추세이다. 여기서, 고주파 종단기가 사용되는 RF/마이크로파/밀리미터파 부품은 아이솔레이터, 90도 하이브리드 결합기, 결합선로 방향성 결합기, 링 하이브리드 결합기 lange 결합기, 매직 T 등이 있다.
이러한, RF/마이크로파/밀리미터파 부품은 인가되는 전력이 클수록 고주파 종단기의 정격전력도 높아야 한다. 여기서, 고주파 종단기에 인가된 전자기파 에너지는 열 에너지로 변환되며, 변환된 열 에너지는 방열판을 통해 식혀진다. 이 때, 고주파 종단기의 정격전력이 작으면, 인가되는 전력을 견디지 못하고, 고주파 종단기가 타버리게 된다.
따라서, 고주파 고전력 종단기는 입력 정합이 넓은 동작 주파수 범위에서 유지되어야 한다. 또한, 고주파 고전력 종단기는 높은 전력이 입력되어도 파괴되지 않고, 견딜 수 있는 높은 정격전력을 가져야 한다. 구체적으로, 도 1을 통해 자세히 설명하도록 한다. 도 1은 종래의 고주파 종단기에 관한 다양한 형태를 나타낸다.
도 1의 (a)를 살펴보면, 고주파 종단기는 입력단 P1, 전송 선로(10), 박막 저항(11), 접지를 위한 비아홀(12)로 구성된다. 접지는 비아홀(12) 이외에 본딩 와이어나 짧은 전송 선로로도 구현된다.
도 1의 (b)를 살펴보면, 도시된 회로도는 도 1(a)의 고주파 종단기에 대한 간략한 회로도이다. 도 1의 (b)에서 보는 바와 같이 고주파 종단기는 저항과 접지로 구성된 집중 정수 소자 형태이다. 여기서, 저항은 주로 필름 저항으로 구현되는데 필름 저항은 박막(thin film) 저항과 후막(thick film) 저항이 있다. 박막 저항은 후막 저항에 비해 기생 인덕턴스와 커패시턴스 성분이 작고 저항 공차가 작으므로 고주파 종단기에는 주로 박막 저항이 사용된다.
도 1의 (c)를 살펴보면, 고주파 종단기는 도 1의 (b)를 기반으로 고주파 종단기의 기생 성분들을 고려한 등가 회로를 포함한다. 여기서, 저항은 기생 커패시턴스 CR과 기생 인덕턴스 LR을 가지고 있다. 접지는 기생 레지스턴스 RG와 기생 커패시턴스 CG와 기생 인덕턴스 LG를 가지고 있다. 다음의 수학식 1은 도 1의 (c)의 등가 회로에 따른 종래의 고주파 종단기의 특성 임피던스를 나타낸다.
Figure 112015079300144-pat00001
여기서, ω는 2πfrequency 이다. 수학식 1에서 보는 바와 같이 고주파 종단기의 임피던스는 허수부뿐만 아니라 실수부도 기생성분의 영향으로 주파수에 따라 변하게 된다.
도 1의 (d)를 살펴보면, 도시된 그래프는 종래의 고주파 종단기의 반사 손실과 특성 임피던스의 일례를 보여준다. 여기서, 종래의 고주파 종단기는 EMC(www.emc-rflabs.com) 사의 50 ohm 0402 사이즈의 diamond chip resistor이며 30 GHz까지 동작 범위를 가진다고 제시되어 있다. 이때, 이상적인 고주파 종단기의 임피던스의 실수부는 주파수에 상관없이 시스템 특성 임피던스, 즉 일반적으로 50 Ohm이어야 하고, 허수부는 영 Ohm이어야 한다. 그러나 도 1의 (d)에서 보는 바와 같이 종래의 고주파 종단기는 주파수 5 GHz 이상에는 기생 성분의 영향으로 임피던스의 실수부와 허수부가 증가하기 시작하여 반사 손실이 20 dB 이하로 악화된다. 이러한 현상은 수학식 1에서 보는 바와 같이 기생성분의 영향이 주파수가 높아짐에 따라 커지기 때문이다.
결국, 종래의 고주파 종단기는 사용 주파수가 높아짐에 따라 기생 성분의 영향을 받아 반사 계수 특성이 열화되는 문제점이 발생한다. 이때, 고주파 종단기는 open radial stub를 사용하여 접지 비하 홀의 기생 성분에 의한 고주파 특성 열화를 개선시킴으로써, 특정 주파수를 중심으로 반사 계수 특성을 보완하였다. 그러나, open radial stub는 고주파에서 접지된 커패시턴스로 동작함에 따라 일정한 대역폭을 가짐으로써, 고주파 종단기의 대역폭은 넓지 않다.
Figure 112015079300144-pat00002
수학식 2는 고주파 종단기의 정격 전력을 나타낸다. 여기서, P는 전력(watt)를 나타내며, K는 필름 저항이 증착되는 기판의 열전도도(Watt/mK)를 나타낸다. 또한, A는 필름 저항의 면적을 나타내고, h 는 기판의 두께를 나타낸다.
수학식 2에서 보는 바와 같이 고주파 종단기는 종단기 내에서 소모시킬 수 있는 전력, 즉 정격 전력을 높이기 위해서 기판의 두께가 얇으며, 열전도가 높은 기판을 사용해야 한다. 이를 위해, 고주파 종단기는 알루미나 기판 대신에 상대적으로 고가이지만 열전도도가 높은 산화베릴늄, 질화알루미늄, CVD 다이아몬드 기판 등을 이용한다. 또한, 고주파 종단기의 정격 전력을 높이기 위해, 고주파 종단기는 박막 저항의 면적이 넓게 형성되어야 한다. 반면에, 박막 저항과 같은 집중 정수 소자의 크기는 사용 주파수 파장의 10분의 1의 크기 이내일 때, 기생 성분의 영향이 작고, 본래의 특성을 나타낸다. 즉, 고주파로 갈수록 파장이 짧아짐에 따라 집중 정수 소자의 크기는 파장에 비례하여 작아져야 한다. 그러므로, 사용 주파수가 높아질수록 박막 저항의 크기를 축소함에 따라 고주파 종단기의 정격 전력은 감소하며, 박막 저항의 면적을 넓혀 정격 전력을 증가시키는 것은 한계가 있다.
결국, 고주파 종단기는 고주파에서 반사 계수 특성이 우수하지 않거나 협대역이며, 정격 전력도 낮은 문제점을 가지고 있음에 따라 RF/마이크로파/밀리미터파에서 광대역 정합을 이루고, 정격전력이 증대되는 새로운 구조의 고주파 고전력 종단기가 필요하다.
본 발명은 주파수가 증가함에 따라 정합이 나빠지며, 정격 전력도 작아지는 문제점을 해결하여, RF/마이크로파/밀리미터파 대역에서 광대역 정합을 이루고, 정격 전력도 증대된 새로운 구조의 고주파 고전력 종단기를 제공할 수 있다.
일실시예에 따른 고주파 고전력 종단기는 RF 신호가 입력되는 신호 입력단; 상기 신호 입력단으로부터 입력된 RF 신호가 이동되는 전송 선로; 및 상기 전송 선로의 일면과 접촉되어 상기 RF 신호가 입력되는 분포 정수 소자 형태의 박막 저항을 포함할 수 있다.
전송 선로는 미리 특정된 임피던스를 나타낼 수 있다.
고주파 고전력 종단기는 신호 입력단과 전송 선로 사이에 삽입되는 임피던스 정합 회로를 더 포함할 수 있다.
임피던스 정합 회로는 상기 신호 입력단으로부터 입력된 RF 신호에 대해 전송 선로의 임피던스와 매칭하기 위해 삽입될 수 있다.
전송 선로는 RF 신호가 입력되는 제1면 및 상기 박막 저항과 접촉되는 제2면으로 구성되고, 상기 제2면의 폭은, 제1면의 폭보다 길 수 있다.
제1면은 상기 신호 입력단 또는 신호 입력단과 전송 선로 사이에 삽입되는 임피던스 정합 회로 중 적어도 하나와 연결될 수 있다.
박막 저항은 상기 전송 선로와 접촉되는 일면을 포함하는 저항성 소자일 수 있다.
박막 저항은 상기 전송 선로와 접촉되는 일면으로 구성되는 반원 형태의 저항성 소자일 수 있다.
박막 저항은 상기 전송 선로와 접촉되는 일면으로 구성되는 다각형 형태의 저항성 소자일 수 있다.
박막 저항은 상기 전송 선로와 접촉되는 일면으로 구성되는 레디얼 스토브(radial stub) 형태의 저항성 소자일 수 있다.
다른 실시예에 따른 고주파 고전력 종단기는 RF 신호가 입력되는 신호 입력단; 상기 신호 입력단으로부터 입력된 RF 신호가 이동되는 전송 선로; 상기 전송 선로의 일면과 접촉되어 상기 RF 신호가 입력되는 분포 정수 소자 형태의 박막 저항; 및 상기 박막 저항의 일면에 접촉하여 접지와 연결된 복수의 비아홀를 포함하는 비아홀 패드를 포함할 수 있다.
전송 선로는 미리 특정된 임피던스를 나타낼 수 있다.
고주파 고전력 종단기는 신호 입력단과 전송 선로 사이에 삽입되는 임피던스 정합 회로를 포함할 수 있다.
임피던스 정합 회로는 상기 신호 입력단으로부터 입력된 RF 신호에 대해 전송 선로의 임피던스와 매칭하기 위해 삽입될 수 있다.
전송 선로는 RF 신호가 입력되는 제1면 및 상기 박막 저항과 접촉되는 제2면으로 구성되고, 상기 제2면의 폭은, 제1면의 폭보다 길 수 있다.
제1면은 상기 신호 입력단 또는 신호 입력단과 전송 선로 사이에 삽입되는 임피던스 정합 회로 중 적어도 하나와 연결될 수 있다.
박막 저항은 상기 전송 선로와 접촉되는 일면을 포함하는 저항성 소자일 수 있다.
박막 저항은 상기 전송 선로와 접촉되는 일면으로 구성되는 반원 형태의 저항성 소자일 수 있다.
박막 저항은 상기 전송 선로와 접촉되는 일면으로 구성되는 다각형 형태의 저항성 소자일 수 있다.
박막 저항은 상기 전송 선로와 접촉되는 일면으로 구성되는 레디얼 스토브 형태의 저항성 소자일 수 있다.
일실시예에 따른 고주파 고전력 종단기는 개인 휴대 통신, 위성 통신 등 다양한 무선 시스템의 송수신부에서 RF/마이크로파/밀리미터파 신호의 종단에 사용할 수 있다.
일실시예에 따른 고주파 고전력 종단기는 약 180 GHz의 광대역에서 정합을 이루고, 정격 전력도 수백 watt 이상으로 확대된 새로운 구조의 고주파 고전력 종단기 회로를 제공할 수 있다.
도 1(a)은 종래의 고주파 종단기의 일시예를 도시한 도면이다.
도 1(b)는 종래의 고주파 종단기의 간략한 회로도이다.
도 1(c)는 종래의 고주파 종단기의 기생성분을 고려한 등가 회로도이다.
도 1(d)는 종래의 고주파 종단기의 반사 손실과 임피던스를 나타낸 그래프이다.
도 2는 일실시예에 따른 고주파 고전력 종단기를 도시한 도면이다.
도 3은일실시예에 따른 고주파 고전력 종단기의 반사 손실 및 임피던스의 주파수 특성을 설명하기 위한 그래프이다.
도 4는 일시시예에 따른 고조파 고전력 종단기의 입력 전력에 대한 온도 상승 특성을 측정한 그래프이다.
도 5는 다른 실시예에 따른 고주파 고전력 종단기를 도시한 도면이다.
도 6은 또 다른 실시예에 따른 고주파 고전력 종단기를 도시한 도면이다.
도 7은 또 다른 실시예에 따른 고주파 고전력 종단기를 도시한 도면이다.
도 8은 또 다른 실시예에 따른 고주파 고전력 종단기를 도시한 도면이다.
도 9는 또 다른 실시예에 따른 고주파 고전력 종단기를 도시한 도면이다.
도 10은 또 다른 실시예에 따른 고주파 고전력 종단기를 도시한 도면이다.
도 11은 도 10의 도시된 고주파 고전력 종단기의 반사 손실 및 임피던스의 주파수 특성을 설명하기 위한 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 일실시예에 따른 고주파 고전력 종단기를 도시한 도면이다.
도 2를 참고하면, 고주파 고전력 종단기(200)는 신호 입력단(201), 전송 선로(202) 및 박막 저항(203)을 포함할 수 있다. 여기서 고주파 고전력 종단기(200)는 저항성 소자를 분포 정수 소자 형태로 사용해 넓은 주파수 범위에 걸쳐 광대역 정합을 이룰 수 있다. 또한, 고주파 고전력 종단기(200)는 박막 저항의 넓은 면적에 의해 높은 정격 전력을 나타낼 수 있다.
구체적으로, 신호 입력단(201)은 RF 신호(radio frequency signal)가 입력될 수 있다. 일례로, RF 신호는 고주파 신호로써, 무선 통신 장치의 안테나와 같은 송수신단으로 입력되는 신호를 가리킬 수 있다.
전송 선로(202)는 신호 입력단(201)으로부터 입력된 RF 신호가 이동되는 전기 도체를 의미할 수 있다. 일례로, 전송 선로(202)는 전기 도체 및 상호 간에 분포하고 있는 전기적 매개 변수에 의한 파동의 전파 작용을 의해 RF 신호가 이동되는 전기 도체일 수 있다.
전송 선로(202)는 미리 특정된 임피던스를 나타낼 수 있다. 또한, 전송 선로(202)는 RF 신호가 입력되는 제1면 및 박막 저항과 접촉되는 제2면으로 구성되고, 상기 제2면의 폭은, 제1면의 폭보다 길게 형성될 수 있다. 여기서, 전송 선로(202)는 상황에 따라 선로의 폭 또는 길이가 조절된 형태로 형성됨으로써, 조절된 형태에 따라 회로의 특성과 성능에 영향을 미칠 수 있다.
다시 말해, 전송 선로(202)는 전송 선로(202)에 흐르는 전류가 생성하는 자기장과 전기장 간의 비율에 따른 임피던스를 나타낼 수 있다. 그리고, 전송 선로(202)는 신호 입력단(202)으로부터 입력된 RF 신호에 대하여 미리 특정된 임피던스에 매칭할 수 있다
박막 저항(203)은 분포 정수 소자 형태의 저항성 소자로 구현되며, 전송 선로의 일면과 접촉되어 RF 신호가 입력될 수 있다. 여기서, 박막 저항(203)은 분포 정수 소자 형태의 저항성 소자로 구현됨에 따라 박막 저항의 특성뿐만 아니라, open radial stub의 특성을 포함할 수 있다. 이를 통해, 박막 저항(203)은 넓은 대역폭과 높은 정격 전력에 대한 특성을 동시에 얻을 수 있다.
여기서, 박막 저항(203)은 전송 선로와 접촉되는 일면으로 구성되는 반원 형태의 저항성 소자로 형성될 수 있으며, 저항성 소자의 형태는 도 7 내지 도 10에 도시된 바와 같이 다양한 형태로 형성이 가능함에 따라 이에 한정되지 않는다.
도 3은 일실시예에 따른 고주파 고전력 종단기의 반사 손실 특징 및 임피던스의 주파스 특성을 설명하기 위한 그래프이다.
도 3을 참고하면, 고주파 고전력 종단기(200)는 약 1 GHz에서 180 GHz까지의 광대역에서 반사 손실이 20 dB 이하로 정합됨에 따라 반사 계수 특성이 우수함을 확인할 수 있다. 보다 구체적으로, 고주파 고전력 종단기(200)는 박막 저항(203)을 분포 정수 소자 형태로 이용함으로써, 주파수가 증가하여도 임피던스의 실수부와 허수부는 큰 변화가 없을 수 있다. 다시 말해, 임피던스의 실부부는 약 45 ~60 Ohm 범위내이며, 임피던스의 허수부는 -10 ~ +5 Ohm 이내일 수 있다. 또한, 이러한 특성은 이상적인 고주파 종단기의 특성과 유사한 형태로 표현될 수 있다.
여기서, 특정 범위는 약 1 GHz에서 180 GHz까지의 광대역일 수 있으며, 고주파 고전력 종단기(200)는 약 1 GHz에서 180 GHz까지의 광대역에서 20 dB 이하로 정합됨으로써, 종래의 고주파 종단기보다 반사 계수 특성이 우수하며, 넓은 동작 주파수 범위를 나타낼 수 있다. 이 때, 고주파 고전력 종단기(200)는 설계에 이용된 기판의 두께를 얇게 할수록 대역폭을 제한하는 평행 평판 모드의 발생 주파수가 상승될 수 있다. 따라서, 고주파 고전력 종단기(200)는 평행 평판 모드의 발생 주파수가 상승하는 것에 대응하여 결과적으로 고주파 고전력 종단기의 대역폭을 상승시킬 수 있으므로, 여기에 제시된 대역폭으로 한정되지 않는다.
도 4는 일시시예에 따른 고조파 고전력 종단기의 입력 전력에 대한 온도 상승 특성을 측정한 그래프이다.
보다 구체적으로, 도 4를 살펴보면, 도시된 그래프는 알루미나 기판으로 제작된 고주파 고전력 종단기(200)를 70도로 가열된 기본판 위에 고정한 상태에서 RF 전력을 인가하여 박막저항(203)의 온도 상승을 측정한 결과이다. 여기서, 인가된 RF 전력은 박막저항(203)에서 열 에너지로 변환되어 소모될 수 있다.
도 4에서 보는 바와 같이, 고주파 고전력 종단기(200)은 입력 전력이 증가함에 따라 온도 상승도 증가하여 6.3Watt의 입력전력에서 약 400도의 온도 상승을 나타낼 수 있다. 그리고, 8Watt의 입력전력에서는 박막 저항(203)의 일부가 과도한 온도 상승으로 파괴된 것을 보여준다. 따라서, 알루미나 기판으로 제작된 고주파 고전력 종단기(200)는 약 6Watt의 정격 전력을 가지고 있음을 확인할 수 있다.
더욱이, 고주파 고전력 종단기(200)는 RF 전력의 크기에 대응하여 입력 RF 전력의 크기보다 큰 정격전력의 크기를 가져야 한다. 이는 정격전력이 전력이 작으면, 입력되는 전력을 견디지 못하고 고주파 고전력 종단기가 파괴되기 때문이다. 따라서, 고주파 고전력 종단기(200)는 open radial stub의 특성을 포함하는 분포 정수 소자 형태의 박막 저항(203)으로 저항성 소자를 형성함에 따라 도 4에서 보는 바와 같이 높은 정격 전력 특성을 나타낼 수 있다. 여기서, 측정된 정격전력은 알루미나 기판을 사용하여 고주파 고전력 종단기(200)를 제작했을 때의 결과일 수 있다. 또한, 열 전도도가 알루미나 기판보다 더 높은 기판을 이용할 경우, 고주파 고전력 종단기(200)는 더욱 높은 정격 전력을 얻을 수 있다. 다시 말해, 다이아몬드 기판의 열전도도를 고려하면 다이아몬드 기판을 사용할 경우, 본 발명의 고주파 고전력 종단기(200)는 수백 와트의 정격 전력을 얻을 수 있다.
도 5는 다른 실시예에 따른 고주파 고전력 종단기를 도시한 도면이다.
도 5를 참고하면, 고주파 고전력 종단기(200)는 신호 입력단(201), 전송 선로(202) 및 박막 저항(203)을 포함할 수 있다. 여기서, 고주파 고전력 종단기(200)는 광대역 정합에 따른 반사 계수 특성을 보다 개선하기 위해 임피던스 정합 회로(204)를 더 포함시킬 수 있다. 이때, 임피던스 정합 회로(204)는 신호 입력단과 전송 선로 사이에 삽입될 수 있다.
보다 구체적으로, 고주파 고전력 종단기(200)는 RF 신호에 대해 전송 선로의 임피던스에 정합이 이루어져야 한다. 이때, 고주파 고전력 종단기(200)는 임피턴스 정합이 원활하게 이루어지지 않는 경우, 부정합으로 의한 입력 전력의 반사가 발생할 수 있다.
따라서, 고주파 고전력 종단기(200)는 임피던스 정합 회로(204)를 이용하여 회로의 접점에서 발생하는 신호의 반사를 최소화할 수 있도록 신호 입력단으로부터 입력된 RF 신호에 대해 전송 선로의 임피던스와 매칭을 수행할 수 있다.
일례로, 고주파 고전력 종단기(200)는 입력된 RF 신호에 대하여 전송 선로(202)의 임피던스와 박막 저항(203)의 임피던스를 같게 하고, 입력 신호의 반사를 가장 작게 하기 위하여 임피던스 정합 회로(204)를 더 포함시킬 수 있다.
도 6은 또 다른 실시예에 따른 고주파 고전력 종단기를 도시한 도면이다.
도 6을 참고하면, 고주파 고전력 종단기(200)는 신호 입력단(201), 임피던스 정합 회로(204), 전송 선로(202') 및 박막 저항(203)을 포함할 수 있다. 여기서, 전송 선로(202')는 도 4에 도시된 전송 선로(202)와 다른 형태로 구성될 수 있다. 구체적으로, 전송 선로(202')는 RF 신호가 입력되는 제1면 및 상기 박막 저항과 접촉되는 제2면으로 구성될 수 있다. 그리고, 제2면의 폭은, 제1면의 폭보다 길게 형성될 수 있다.
고주파 고전력 종단기(200)는 신호 입력단(201)으로부터 입력된 RF 신호에 대한 전기 에너지가 박막 저항(203)으로 입력됨에 따라 열 에너지로 변환될 수 있다. 여기서, 분포 정수 소자 형태의 박막 저항(203)의 입력 단자에 전류가 집중될 경우, 고주파 고전력 종단기(200)는 전류뿐만 아니라, 열 에너지도 입력 단자에 집중됨에 따라 박막 저항(203)이 열에 의해 파괴될 수 있다.
따라서, 고주파 고전력 종단기(200)는 박막 저항(203)의 파괴를 방지하기 위하여 전송 선로(202')를 통해 입력되는 RF 신호를 분산시켜야 한다. 이를 위해, 고주파 고전력 종단기(200)는 전송 선로(202')의 제1면과 제2면을 서로 상이하게 형성하고, 확장된 면을 갖는 제2면을 박막 저항(203)과 접촉시킴으로써, 열 에너지에 의한 박막 저항(203)의 파괴를 방지할 수 있다.
이때, 제1면은 신호 입력단 또는 신호 입력단과 전송 선로 사이에 삽입되는 임피던스 정합 회로 중 적어도 하나와 연결될 수 있다. 그리고, 고주파 고전력 종단기(200)는 임피던스 정합 회로(204)를 이용하여 입력된 RF 신호에 대한 전송 선로(202')의 임피던스와 박막 저항(203)의 임피던스 간에 임피턴스 매칭을 수행할 수 있다.
도 7은 또 다른 실시예에 따른 고주파 고전력 종단기를 도시한 도면이다.
도 7을 참고하면, 고주파 고전력 종단기(200)는 신호 입력단(201), 전송 선로(202) 및 박막 저항(203')을 포함할 수 있다. 여기서, 박막 저항(203')은 도 2, 도 5 및 도 6에 도시된 박막 저항(203)과 달리, 전송 선로와 접촉되는 일면으로 구성되는 래디얼 스터브(radial stub) 형태의 저항성 소자로 구현될 수 있다.
래디얼 스터브(radial stub) 형태의 박막 저항(203')은 전송 선로(202)에 접촉되어 직렬 또는 병렬로 이루어진 개방형 분기 선로일 수 있으며, 두 개로 분기된 형태로 구현될 수 있다. 그리고, 고주파 고전력 종단기(200)는 전송 선로(202)와 래디얼 스터브(radial stub) 형태의 박막 저항(203') 간에 임피던스 정합을 수행할 수 있다.
여기서, 고주파 고전력 종단기(200)는 도 7에 도시된 전송 선로(202)뿐만 아니라, 도7에는 도시되어 있지 않지만, 도 6에 도시된 전송 선로(202')로 대체가 가능할 수 있다.
도 8은 또 다른 실시예에 따른 고주파 고전력 종단기를 도시한 도면이다.
도 8을 참고하면, 고주파 고전력 종단기(200)는 신호 입력단(201), 전송 선로(202) 및 박막 저항(203'')을 포함할 수 있다. 여기서, 박막 저항(203'')은 도 2, 도 5 및 도 6에 도시된 박막 저항(203), 도 7에 도시된 박막 저항(203')과 달리, 전송 선로와 접촉되는 일면으로 구성되는 래디얼 스터브(radial stub) 형태의 저항성 소자로 구현될 수 있다.
래디얼 스터브(radial stub) 형태의 박막 저항(203'')은 전송 선로(202)에 접촉되어 직렬 또는 병렬로 이루어진 개방형 분기 선로일 수 있으며, 세 개로 분기된 형태로 구현될 수 있다. 그리고, 고주파 고전력 종단기(200)는 전송 선로(202)와 래디얼 스터브(radial stub) 형태의 박막 저항(203'') 간에 임피던스 정합을 수행할 수 있다.
여기서, 고주파 고전력 종단기(200)는 도 8에 도시된 전송 선로(202)뿐만 아니라, 도8에는 도시되어 있지 않지만, 도 6에 도시된 전송 선로(202')로 대체가 가능할 수 있다.
도 9는 또 다른 실시예에 따른 고주파 고전력 종단기를 도시한 도면이다.
도 9를 참고하면, 고주파 고전력 종단기(200)는 신호 입력단(201), 전송 선로(202) 및 박막 저항(203''')을 포함할 수 있다. 여기서, 박막 저항(203''')은 도 2, 도 5 및 도 6에 도시된 박막 저항(203), 도 7에 도시된 박막 저항(203') 및 도 8에 도시된 박막 저항(203'')과 달리, 전송 선로와 접촉되는 일면으로 구성되는 다각형 형태의 저항성 소자로 구현될 수 있다. 고주파 고전력 종단기(200)는 전송 선로(202)와 다각형 형태의 박막 저항(203''') 간에 임피던스 정합을 수행할 수 있다.
여기서, 고주파 고전력 종단기(200)는 도 9에 도시된 전송 선로(202)뿐만 아니라, 도9에는 도시되어 있지 않지만, 도 6에 도시된 전송 선로(202')로 대체가 가능할 수 있다.
도 10은 또 다른 실시예에 따른 고주파 고전력 종단기를 도시한 도면이다.
도 10을 참고하면, 고주파 고전력 종단기(200)는 신호 입력단(201), 전송 선로(202), 박막 저항(203), 비아홀 패드(205)를 포함할 수 있다. 여기서, 비아홀 패드(205)는 복수의 비아홀(206)을 포함할 수 있다.
여기서, 비아홀(206)은 박막 저항(203)과 접지간의 DC 경로를 형성할 수 있으며, 고주파 고전력 종단기(200)에서 발생하는 저주파 특성을 개선하기 위해 포함될 수 있다. 다시 말해, 도 3을 살펴보면, 고주파 고전력 종단기(200)는 약 1 GHz에서 180 GHz까지의 광대역에서 정합이 이루어지는 특성을 나타낼 수 있다. 이때, 고주파 고전력 종단기(200)는 1 GHz 이하의 저주파에 대한 정합이 이루어지지 않는다.
따라서, 고주파 고전력 종단기(200)는 1 GHz 이하의 저주파에 대한 정합을 이룰 수 있도록 비아홀 패드를 박막 저항(203)의 일면에 접촉하여 접지와 연결된 복수의 비아홀이 형성된 비아홀 패드를 더 포함할 수 있다.
여기서, 고주파 고전력 종단기(200)는 도 10에 도시된 전송 선로(202)뿐만 아니라, 도 10에는 도시되어 있지 않지만, 도 6에 도시된 전송 선로(202')로 대체가 가능할 수 있다.
도 11은 도 10의 도시된 고주파 고전력 종단기의 반사 손실 및 임피던스의 특성을 설명하기 위한 그래프이다.
도 11을 참고하면, 고주파 고전력 종단기(200)는 DC에서 180 GHz의 대역까지의 광대역에서 반사 손실이 20 dB 이하로 정합됨을 확인할 수 있다. 다시 말해, 고주파 고전력 종단기(200)는 저주파 대역 및 고주파 대역에 거친 광대역에서 반사 손실이 20 dB 이하로 정합함으로써, 도 2의 고주파 고전력 종단기의 특성에 비해 1 GHz 이하의 저주파 특성이 개선되었음을 비교할 수 있다.
고주파 고전력 종단기(200)는 박막 저항(203)을 분포 정수 소자 형태로 이용함으로써 주파수가 증가하여도 임피던스의 실수부와 허수부는 큰 변화가 없을 수 있다. 다시 말해, 임피던스의 실부부는 약 45 ~60 Ohm 범위내이며, 임피던스의 허수부는 -10 ~ +3 Ohm 이내이다. 이러한 특성은 이상적인 고주파 고전력 종단기의 특성과 유사한 것이다.
또한, 고주파 고전력 종단기(200)는 설계에 이용된 기판의 두께를 얇게 할수록 대역폭을 제한하는 평행 평판 모드의 발생 주파수가 상승될 수 있다. 따라서, 고주파 고전력 종단기(200)는 평행 평판 모드의 발생 주파수가 상승하는 것에 대응하여 결과적으로 고주파 고전력 종단기의 대역폭을 상승시킬 수 있으므로, 여기에 제시된 대역폭으로 한정되지 않는다.
결국, 고주파 고전력 종단기(200)는 분포 정수 소자 형태의 저항성 소자를 이용함으로써, 넓은 동작 주파수 범위와 높은 동작 주파수에도 불구하고, 높은 정격전력을 가질 수 있다. 즉, 고주파 고전력 종단기(200)는 RF/마이크로파/밀리미터파 대역에서 광대역 정합을 이루고, 정격 전력도 증가된 형태로 구현될 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
200: 고주파 공진기
201: 신호 입력단
202: 전송 선로
203: 박막 저항
204 : 임피던스 정합 회로

Claims (20)

  1. RF 신호가 입력되는 신호 입력단;
    상기 신호 입력단으로부터 입력된 RF 신호가 이동되며, 미리 특정된 임피던스를 나타내는 전송 선로;
    상기 전송 선로의 일면과 접촉되는 일면을 포함하며, 상기 RF 신호가 입력되는 분포 정수 소자 형태의 박막 저항; 및
    상기 신호 입력단으로부터 입력된 RF 신호에 대해 전송 선로의 임피던스와 매칭하기 위해 상기 신호 입력단과 전송 선로 사이에 삽입되는 임피던스 정합 회로;
    를 포함하고,
    상기 박막 저항은,
    상기 전송 선로의 일면과 접촉되는 일면으로 구성되는 반원 형태의 저항성 소자, 다각형 형태의 저항성 소자 및 레디얼 스토브(radial stub) 형태의 저항성 소자 중 하나의 저항성 소자로 구현 가능하며,
    상기 레디얼 스토브 형태의 저항성 소자는,
    전송 선로에 접촉되어 직렬 또는 병렬로 이루어진 개방형 분기 선로로, 복수 개로 분기된 형태로 구현 가능하고,
    상기 임피던스 정합 회로는,
    상기 전송 선로의 임피던스와 상기 박막 저항의 임피던스를 같게 하고, 상기 입력된 RF 신호의 반사를 최소화하는 고주파 고전력 종단기.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전송 선로는,
    RF 신호가 입력되는 제1면 및 상기 박막 저항과 접촉되는 제2면으로 구성되고,
    상기 제2면의 폭은, 제1면의 폭보다 긴 고주파 고전력 종단기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1면은,
    상기 신호 입력단 또는 신호 입력단과 전송 선로 사이에 삽입되는 임피던스 정합 회로 중 적어도 하나와 연결되는 고주파 고전력 종단기.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. RF 신호가 입력되는 신호 입력단;
    상기 신호 입력단으로부터 입력된 RF 신호가 이동되며, 미리 특정된 임피던스를 나타내는 전송 선로;
    상기 전송 선로의 일면과 접촉되는 일면을 포함하며 상기 RF 신호가 입력되는 분포 정수 소자 형태의 박막 저항;
    상기 박막 저항의 일면에 접촉하여 접지와 연결된 복수의 비아홀이 형성된 비아홀 패드; 및
    상기 신호 입력단으로부터 입력된 RF 신호에 대해 전송 선로의 임피던스와 매칭하기 위해 상기 신호 입력단과 전송 선로 사이에 삽입되는 임피던스 정합 회로;
    를 포함하고,
    상기 박막 저항은,
    상기 전송 선로의 일면과 접촉되는 일면으로 구성되는 반원 형태의 저항성 소자, 다각형 형태의 저항성 소자 및 레디얼 스토브(radial stub) 형태의 저항성 소자 중 하나의 저항성 소자로 구현 가능하며,
    상기 레디얼 스토브 형태의 저항성 소자는,
    전송 선로에 접촉되어 직렬 또는 병렬로 이루어진 개방형 분기 선로로, 복수 개로 분기된 형태로 구현 가능하고,
    상기 임피던스 정합 회로는,
    상기 전송 선로의 임피던스와 상기 박막 저항의 임피던스를 같게 하고, 상기 입력된 RF 신호의 반사를 최소화하고,
    상기 비아홀 패드는,
    상기 박막 저항과 접지 간의 DC 경로를 형성하며, 저주파에 대한 정합이 이루어지는 특성을 나타내는 고주파 고전력 종단기.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 제11항에 있어서,
    상기 전송 선로는,
    RF 신호가 입력되는 제1면 및 상기 박막 저항과 접촉되는 제2면으로 구성되고,
    상기 제2면의 폭은, 제1면의 폭보다 긴 고주파 고전력 종단기.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1면은,
    상기 신호 입력단 또는 신호 입력단과 전송 선로 사이에 삽입되는 임피던스 정합 회로 중 적어도 하나와 연결되는 고주파 고전력 종단기.
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
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