KR20000015929A - Resonators for high power high temperature superconducting devices - Google Patents
Resonators for high power high temperature superconducting devicesInfo
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Abstract
Description
본 발명은 그 중심에 개구부를 가진, 원형 또는 다각형 형상의 TM0i0모드(i=1, 2, 3 ...) 평면 고온 초전도체 공진기에 관한 것으로, 고온 초전도 필터, 필터 뱅크 및 멀티플렉서 등에 이용된다.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a TM 0i0 mode (i = 1, 2, 3 ...) planar high temperature superconductor resonator of circular or polygonal shape with an opening at its center, and is used in high temperature superconducting filters, filter banks and multiplexers.
필터 뱅크 및 멀티플렉서는 통신 분야에서 신호의 주파수에 따라 인입 신호를 분리 또는 결합하는 채널화기(channelizer)로 널리 사용된다. 필터 뱅크 및 멀티플렉서의 기본 구성 블록은 필터이다. 상기 필터는 주파수 선택 요소로 역할하는 다수의 공진기를 포함하고 있다. 통신 분야에서의 애플리케이션의 경우, 필터는 협대역, 정확한 중심 주파수, 대역 내에서의 낮은 삽입 손실, 대역 외에서의 높은 감쇠, 대역의 경계 부분에서의 급격한 이득 변화, 작은 크기 및 고전력 특성을 가질 필요가 있다. 통상의 도전체로 만들어진 종래의 필터는 통상의 도전체에서의 높은 손실로 인하여 통신 분야의 애플리케이션에는 적합하지 않다.Filter banks and multiplexers are widely used in the communications field as channelizers that separate or combine incoming signals according to the frequency of the signals. The basic building blocks of filter banks and multiplexers are filters. The filter includes a plurality of resonators that serve as frequency selection elements. For applications in the telecommunications field, filters need to have narrowband, accurate center frequency, low insertion loss in band, high attenuation out of band, sudden gain change at the edge of the band, small size and high power characteristics. have. Conventional filters made of conventional conductors are not suitable for applications in the telecommunications field due to the high losses in conventional conductors.
고온 초전도체(HTS) 평면 필터는 저전력에서 뛰어난 성능을 보여왔다. 이에 대해서는, Zhi-Yuan Shen에 의해 쓰여지고 1994년 보스톤의 Artech House에서 출간된 "High Temperature Superconducting Microwave Circuits" p.113을 참조하기 바란다. 이러한 HTS 평면 필터는 수신기에서 사용되는 반면에, 제한된 전력 특성을 인해 송신기에서 사용되기에는 적합하지가 않다. 송신기에서의 사용될 경우, 필터는 10 W 내지 수100 W 범위의 전력을 다루어야 한다. 일반 양도되어, 1995년 5월 11일에 출원되었고 현재 본원과 같이 계류중인 출원번호 제08/439,402호의 출원에, 100 W가 넘는 송신 전력을 다룰 수 있는 원형 또는 다각형 형상의 TM0i0모드(i=1, 2, 3 ...) HTS 필터, 필터 뱅크 및 멀티플렉서가 공개되어 있다.High temperature superconductor (HTS) planar filters have shown excellent performance at low power. See "High Temperature Superconducting Microwave Circuits" p.113 by Zhi-Yuan Shen and published in 1994 by Artech House, Boston. While such HTS planar filters are used in receivers, they are not suitable for use in transmitters due to limited power characteristics. When used in a transmitter, the filter must handle power in the range of 10 W to several 100 W. In general transfer, filed on May 11, 1995, and pending application No. 08 / 439,402, as filed herein, TM 0i0 mode of circular or polygonal shape (i = 1, 2, 3 ...) HTS filters, filter banks and multiplexers are disclosed.
특히 협대역 필터의 경우, 중심 주파수의 정확도가 다른 주요 요구사항이다. 이는 Zhi-Yuan Shen의 "supra" p.120에 설명된 것과 같은 이른바 인접 멀티플렉서(contiguous multiplexer)에 사용되는 필터 및 다수 극점 필터(multi-pole filter) 등의 경우에 특히 적용된다. 상기 필터들에 있어서는 중심 주파수의 정확도가 떨어질 경우 심한 성능 저하가 일어나다. 필터 내의 HTS 공진기의 주파수가, 회로 제조 공차, 및 두께 변화 또는 이중 경계 등과 같은 제어 불가한 기판의 편차 등을 인하여 설계치로부터 벗어날 수 있다. 이에 대해 Zhi-Yuan Shen의 "supra" p.12를 참조하기 바란다.Especially for narrowband filters, the accuracy of the center frequency is another major requirement. This is especially true in the case of filters used in so-called contiguous multiplexers and multi-pole filters such as those described in Zhi-Yuan Shen's "supra" p.120. In such filters, severe performance degradation occurs when the accuracy of the center frequency decreases. The frequency of the HTS resonator in the filter may deviate from the design due to circuit manufacturing tolerances and variations in uncontrollable substrates such as thickness variations or double boundaries and the like. See Zhi-Yuan Shen's "supra" p.12 for details.
일반 양도되어, 1994년 4월 14일에 출원되었고 현재 본원과 같이 계류중인 출원번호 제08/227,437호의 출원에 적층 형태의 평면 HTS 필터가 공개되어 있다. 상기 적층 형태의 평면 HTS 필터에는 개별적인 HTS 공진기들이 수직으로 적층되어 있고 그라운드판의 홀(hole) 또는 슬롯(slot)을 통해 결합되어 있다. 그러나, 결합은 단지 인접한 공진기들간에만 제공되어 진다. 타원 주파수 응답 대역통과 필터(elliptical frequency response bandpass filter)와 같은 형태의 필터들은 결합될 공진기들 사이에 하나의 중간 공진기가 있어 상기 중간 공진기를 건너 뛰어(jump-over) 서로 결합된다.Laminated planar HTS filters are disclosed in commonly assigned, filed on April 14, 1994, and pending application No. 08 / 227,437, filed hereafter. In the stacked planar HTS filter, individual HTS resonators are vertically stacked and coupled through holes or slots of the ground plate. However, coupling is only provided between adjacent resonators. Filters, such as elliptical frequency response bandpass filters, have one intermediate resonator between the resonators to be combined and jump over the intermediate resonator and are coupled to each other.
<발명의 요약>Summary of the Invention
기본적으로, 본 발명은 마이크로스트립(microstrip) 라인 형태로 유전체 기판의 양쪽 대향면에 피착된 소정 형상의 고온 초전도체막 및 적어도 하나의 고온 초전도체 그라운드판을 포함하는 TM0i0모드(단, i는 1이상의 모든 정수) 평면 고온 초전도체 공진기를 포함한다. 상기 소정 형상의 고온 초전도체막은 그 중심에 개구부를 가지고 원형 및 다각형으로 구성된 그룹 중에서 선택된 형상을 가진다. 마이크로스트립 라인 형태의 실시예에 있어서, 공진기는 단일 그라운드판 및 단일 유전체 기판을 포함한다. 스트립 라인 형태에 있어서, 한 면에 그라운드판이 각각 피착된 2 개의 기판이 사용되고 소정 형상의 고온 초전도체막이 상기 기판들 사이에 끼어있어, 그라운드판/기판/HTS막/기판/그라운드판 구조를 가지는 공진기를 형성한다.Basically, the present invention provides a TM 0i0 mode comprising a high temperature superconductor film of a predetermined shape and at least one high temperature superconductor ground plate deposited on both opposing surfaces of a dielectric substrate in the form of microstrip lines, where i is one or more. All integers) planar high temperature superconductor resonators. The high temperature superconductor film having the predetermined shape has an opening selected at the center and has a shape selected from the group consisting of circular and polygonal shapes. In an embodiment in the form of a microstrip line, the resonator includes a single ground plate and a single dielectric substrate. In the form of a strip line, two substrates each having a ground plate deposited thereon are used, and a high-temperature superconductor film having a predetermined shape is sandwiched between the substrates so that the resonator has a ground plate / substrate / HTS film / substrate / ground plate structure. Form.
본 발명의 공진기들은 특히 필터의 성능을 최적화하기 위해 공진기 주파수를 변경시키는 주파수 조정에 유용하고, 타원 주파수 응답 특성을 가진 필터에서 인접한 공전기 다음의 공진기와의 점프-오버(jump-over) 결합을 제공하는 경우에 유용하다.The resonators of the present invention are particularly useful for frequency adjustments that vary the resonator frequency in order to optimize the performance of the filter, and in a filter with elliptic frequency response, jump-over coupling with the resonator next to the adjacent resonator is possible. Useful if provided.
도 1(a)은 마이크로스트립 라인 형태인 본 발명의 TM0i0모드(i=1, 2, 3 ...) 평면 공진기의 실시예를 도시하는 개략적인 정면도.1 (a) is a schematic front view showing an embodiment of the TM 0i0 mode (i = 1, 2, 3 ...) planar resonator of the present invention in the form of a microstrip line;
도 1(b)은 마이크로스트립 라인 형태인 본 발명의 TM0i0모드(i=1, 2, 3 ...) 평면 공진기의 실시예를 도시하는 개략적인 단면도.Figure 1 (b) is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of the TM 0i0 mode (i = 1, 2, 3 ...) planar resonator of the present invention in the form of a microstrip line.
도 2(a)는 TM10모드에서 동작하는 본 발명의 공진기의 전류 및 자기장 분포를 도시하는 그래프.2 (a) is a graph showing the current and magnetic field distribution of the resonator of the present invention operating in TM 10 mode.
도 2(b)는 TM20모드에서 동작하는 본 발명의 공진기의 전류 및 자기장 분포를 도시하는 그래프.2 (b) is a graph showing the current and magnetic field distribution of the resonator of the present invention operating in TM 20 mode.
도 2(c)는 TM30모드에서 동작하는 본 발명의 공진기의 전류 및 자기장 분포를 도시하는 그래프.2 (c) is a graph showing the current and magnetic field distribution of the resonator of the present invention operating in TM 30 mode.
도 3(a)은 TM10모드에서 동작하는 전형적인 종래 기술의 원형 공진기의 전류 및 자기장 분포를 도시하는 그래프.3 (a) is a graph showing the current and magnetic field distributions of a typical prior art circular resonator operating in TM 10 mode.
도 3(b)은 TM20모드에서 동작하는 전형적인 종래 기술의 원형 공진기의 전류 및 자기장 분포를 도시하는 그래프.3 (b) is a graph showing the current and magnetic field distributions of a typical prior art circular resonator operating in TM 20 mode.
도 3(c)은 TM30모드에서 동작하는 전형적인 종래 기술의 원형 공진기의 전류 및 자기장 분포를 도시하는 그래프.3 (c) is a graph showing the current and magnetic field distributions of a typical prior art circular resonator operating in TM 30 mode.
도 4(a)는 스트립 라인 형태인 본 발명의 공진기의 다른 실시예를 도시하기 위해 도 4(b)의 A-A 라인을 따라 절단한 개략도.4 (a) is a schematic diagram cut along the line A-A of FIG. 4 (b) to show another embodiment of the resonator of the present invention in the form of a strip line.
도 4(b)는 스트립 라인 형태인 본 발명의 공진기의 다른 실시예를 도시하는 개략적인 단면도.4 (b) is a schematic cross-sectional view showing another embodiment of the resonator of the present invention in the form of a strip line.
도 5(a)는 마이크로 스트립 라인 형태인 본 발명의 팔각형 HTS 평판 공진기를 도시하는 개략적인 정면도.Fig. 5 (a) is a schematic front view showing the octagonal HTS plate resonator of the present invention in the form of a micro strip line.
도 5(b)는 마이크로 스트립 라인 형태인 본 발명의 팔각형 HTS 평판 공진기를 도시하는 개략적인 단면도.Fig. 5 (b) is a schematic cross-sectional view showing the octagonal HTS plate resonator of the present invention in the form of a micro strip line.
도 6(a)은 스트립 라인 형태인 본 발명의 팔각형 공진기의 다른 실시예를 도시하기 위해 도 6(b)의 A-A 라인을 따라 절단한 개략도.Figure 6 (a) is a schematic diagram cut along the line A-A of Figure 6 (b) to show another embodiment of the octagonal resonator of the present invention in the form of a strip line.
도 6(b)은 스트립 라인 형태인 본 발명의 팔각형 공진기의 다른 실시예를 도시하는 개략적인 단면도Figure 6 (b) is a schematic cross-sectional view showing another embodiment of the octagonal resonator of the present invention in the form of a strip line.
도 7(a)은 주파수 동조 디바이스로서 본 발명의 TM10모드 공진기를 구비한 3-극 HTS 필터를 도시하는 개략적인 정면도.Fig. 7 (a) is a schematic front view showing a three-pole HTS filter with a TM 10 mode resonator of the present invention as a frequency tuning device.
도 7(b)은 주파수 동조 디바이스로서 본 발명의 TM10모드 공진기를 구비한 3-극 HTS 필터를 도시하는 개략적인 단면도.Fig. 7 (b) is a schematic cross sectional view showing a three-pole HTS filter with a TM 10 mode resonator of the present invention as a frequency tuning device;
도 7(c)은 주파수 동조 디바이스로서 본 발명의 TM10모드 공진기를 구비한 3-극 HTS 필터를 도시하는 개략적인 이면도.Fig. 7 (c) is a schematic rear view showing a three-pole HTS filter with a TM 10 mode resonator of the present invention as a frequency tuning device.
도 8(a)은 비-인접 공진기간의 점프-오버 접속을 하기 위해 본 발명의 TM10모드 공진기를 적층 형태로 구비한 3-극 HTS 필터를 도시하는 개략적인 단면도.Fig. 8 (a) is a schematic cross sectional view showing a three-pole HTS filter having a TM 10 mode resonator of the present invention in a stacked form for a jump-over connection of a non-adjacent resonance period.
도 8(b)은 도 8(a)의 8B-8B 라인을 따라 절단한 개략도.8 (b) is a schematic diagram taken along the line 8B-8B of FIG. 8 (a).
도 8(c)은 도 8(a)의 8C-8C 라인을 따라 절단한 개략도.8 (c) is a schematic diagram cut along the line 8C-8C in FIG. 8 (a).
도 8(d)은 도 8(a)의 8D-8D 라인을 따라 절단한 개략도.8 (d) is a schematic diagram cut along the line 8D-8D of FIG. 8 (a).
도 8(e)은 도 8(a)의 8E-8E 라인을 따라 절단한 개략도.8 (e) is a schematic diagram cut along the 8E-8E line of FIG. 8 (a).
도 8(f)은 도 8(a)의 8F-8F 라인을 따라 절단한 개략도.8 (f) is a schematic diagram taken along the line 8F-8F of FIG. 8 (a).
도 9(a)는 주파수 동조 디바이스로서 본 발명의 TM10모드 공진기를 구비한 고전력 3-극 HTS 필터를 도시하는 개략적인 정면도.9 (a) is a schematic front view showing a high power three-pole HTS filter with a TM 10 mode resonator of the present invention as a frequency tuning device;
도 9(b)는 주파수 동조 디바이스로서 본 발명의 TM10모드 공진기를 구비한 고전력 3-극 HTS 필터를 도시하는 개략적인 이면도.9 (b) is a schematic rear view showing a high power three-pole HTS filter with a TM 10 mode resonator of the present invention as a frequency tuning device;
도 10은 도 9(a) 내지 도9(b)의 HTS 필터에 있어서 6 개의 서로 다른 송신 전력 레벨에서 S21의 주파수 응답 특성을 도시하는 그래프.FIG. 10 is a graph showing the frequency response characteristic of S 21 at six different transmit power levels for the HTS filters of FIGS. 9 (a) to 9 (b).
본 발명은 원형 또는 다각형의 HTS막을 포함하는 평판 TM0i0모드(i는 1 이상의 모든 정수) HTS 공진기를 포함한다. 상기 막은 중심에 배치된 개구부를 가지고 적어도 하나의 그라운드판이 적어도 하나의 기판 상에 피착되어 있다. 원형 및 팔각형 형상이 HTS막의 형상으로 주로 사용된다. 개구부는 원형 또는 다각형일 수 있고 HTS막의 형상과 동일할 필요는 없다. 여기서 사용되는 "원형"이라는 용어는 완전한 원형을 말하는 것으로 이해되어서는 안된다. 원의 지름의 편차가 1 % 내의 불완전한 원형도 포함된다. 유사하게, "다각형"이라는 용어도 변의 길이 및 각도가 동일한, 적어도 5 개의 변을 가지는 다각형으로 이해되어야 한다.The present invention includes a flat plate TM 0i0 mode (i is any integer of 1 or more) HTS resonator comprising a circular or polygonal HTS film. The film has an opening arranged in the center and at least one ground plate is deposited on the at least one substrate. Circular and octagonal shapes are mainly used as the shape of the HTS film. The opening may be circular or polygonal and need not be the same as the shape of the HTS film. The term "circular" as used herein is not to be understood as referring to a complete prototype. Incomplete circles within 1% of the deviation of the diameter of the circle are also included. Similarly, the term "polygon" should also be understood to be a polygon having at least five sides with the same length and angle of sides.
도 1을 참조하면, 본 발명의 공진기의 한 실시예는 그 중심에 개구부(24)를 가진 하나의 원형 HTS막(21)과 기판(22)의 대향면(opposite side) 위에 피착된 HTS 그라운드판(23)을 포함한다. HTS막 및 HTS 그라운드판으로 사용되는 HTS 물질은 전이 온도가 80˚K보다 높고 순수 구리(copper)의 도전율보다 100배 이상 높은 도전율을 가지는 고온 초전도체 중에서 선호되어 선택된다. YBa2Cu3O7-δ, Tl2Ba2CaCu2O8및 (Tl, Pb)Sr2Ca2Cu3O9이 HTS 물질로서 가장 선호된다. 기판은 HTS 장치에 통상적으로 채용되는 임의의 유전체 기판이 사용될 수 있다. 가장 바람직한 유전 물질은 손실 탄젠트(loss tangent)가 10-3보다 작은 물질이다.Referring to FIG. 1, an embodiment of the resonator of the present invention is a circular HTS film 21 having an opening 24 at the center thereof and an HTS ground plate deposited on an opposite side of the substrate 22. And (23). The HTS material used as the HTS film and the HTS ground plate is selected from among high temperature superconductors having a transition temperature higher than 80 DEG K and a conductivity higher than 100 times higher than that of pure copper. YBa 2 Cu 3 O 7-δ , Tl 2 Ba 2 CaCu 2 O 8 and (Tl, Pb) Sr 2 Ca 2 Cu 3 O 9 are most preferred as HTS materials. The substrate may be any dielectric substrate conventionally employed in HTS devices. The most preferred dielectric material is a material whose loss tangent is less than 10 −3 .
도 2(a), 도 2(b), 및 도 2(c)는, 각각 TM10모드, TM20모드, 및 TM30모드 동작시의 방사 방향 전류(radial direction current) Jρ및 원주 방향 자기장 Hφ를 본 발명의 공진기의 중심에서부터의 거리 ρ의 함수로 도시하고 있다.2 (a), 2 (b) and 2 (c) show the radial direction current J ρ and the circumferential magnetic field during TM 10 mode, TM 20 mode, and TM 30 mode operation, respectively. H φ is shown as a function of the distance ρ from the center of the resonator of the present invention.
원형 평판 HTS TM0i0 모드(단, i는 1이상의 모든 정수) 공진기는 이 기술 분야에서 공지되어 있다. 도 3(a), 도 3(b), 및 도 3(c)은, 각각 TM10모드, TM20모드, 및 TM30모드 동작시의 방사 방향 전류(radial direction current) Jρ및 원주 방향 자기장 Hφ를 종래 기술의 전형적인 원형 HTS 공진기의 중심에서부터의 거리 ρ의 함수로 도시하고 있다. 도 2의 ρ에 대한 Jρ, Hφ를 도 3의 Jρ, Hφ과 비교함으로써, 도 2에 도시된 중심 개구부를 가진 공진기는 중심 개구부에 대응하는, 공진기의 장(field)이 없는 영역을 가짐과 전자기장이 HTS 패턴에 한정된다는 것을 볼 수 있다.The circular plate HTS TM0i mode (where i is any integer greater than or equal to 1) resonators are known in the art. 3 (a), 3 (b) and 3 (c) show the radial direction current J ρ and the circumferential magnetic field during TM 10 mode, TM 20 mode, and TM 30 mode operation, respectively. H φ is shown as a function of the distance ρ from the center of a typical circular HTS resonator of the prior art. By comparison with J ρ, H φ of J ρ, H φ 3 for the 2 ρ, Fig resonator having a central opening shown in a region with no, field of the resonator (field) corresponding to the central opening And that the electromagnetic field is confined to the HTS pattern.
도 4(a) 내지 도 4(b)는 스트립 라인 형태의 원형 공진기의 다른 실시예를 도시한다. 이 실시예의 공진기는 중심 개구부(34)를 가진 원형 HTS막(31)을 포함한다. 상기 HTS막(31)은 각각의 HTS 그라운드판(33a, 33b)을 더 포함하는 각각의 기판(32a, 32b) 사이에 끼워져 있다.4 (a) to 4 (b) show another embodiment of a circular resonator in the form of a strip line. The resonator of this embodiment includes a circular HTS film 31 having a central opening 34. The HTS film 31 is sandwiched between each of the substrates 32a and 32b further comprising respective HTS ground plates 33a and 33b.
도 5(a) 내지 도 5(b)는, 팔각형의 중심 개구부(54)를 가진 팔각형 HTS막(51) 및 HTS 그라운드판(53)이 기판(52)의 각각의 대향면 위에 피착된 본 발명의 공진기의 실시예를 도시한다.5 (a) to 5 (b) show the present invention in which an octagonal HTS film 51 and an HTS ground plate 53 having an octagonal center opening 54 are deposited on respective opposite surfaces of the substrate 52. FIG. An embodiment of a resonator is shown.
본 발명의 공진기의 또 다른 실시예가 도 6(a) 및 6(b)에 도시되어 있다. 이 실시예에 있어서, 도 4(a) 및 4(b)에 도시된 실시예와 유사한 스트립 라인 형태로, 이 공진기는 팔각형 개구부(64)를 가진 팔각형 HTS막(61)을 포함한다. 상기 HTS막(61)은 각각의 HTS 그라운드판(63a, 63b)이 피착된 기판들(62a, 62b) 사이에 끼워져 있다.Another embodiment of the resonator of the present invention is shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b). In this embodiment, in the form of a strip line similar to the embodiment shown in Figs. 4A and 4B, the resonator includes an octagonal HTS film 61 having an octagonal opening 64. The HTS film 61 is sandwiched between the substrates 62a and 62b to which the respective HTS ground plates 63a and 63b are deposited.
도 7은 본 발명의 공진기를 내장하는 TM010모드 HTS 고전력 3-극 필터를 도시한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 3-극 필터는 기판(70)을 포함하는데, 상기 기판(70)은 기판(70)의 한 면 위에 피착된 복수의 HTS막(72a, 73, 및 72b) 및 기판(70)의 대향면 위에 피착된 HTS 그라운드판(71)을 구비하고 있다. 도시된 이 실시예에 있어서, 막들(72a 및 72b)은 종래 기술의 원형 HTS 공진기를 나타내고, 그 중심에 개구부(74)를 가진 막(73)은 본 발명의 공진기를 나타낸다.7 shows a TM 010 mode HTS high power three-pole filter incorporating the resonator of the present invention. As shown in FIG. 7, the three-pole filter includes a substrate 70, which includes a plurality of HTS films 72a, 73, and 72b deposited on one side of the substrate 70; The HTS ground plate 71 deposited on the opposing surface of the substrate 70 is provided. In this embodiment shown, the films 72a and 72b represent a circular HTS resonator of the prior art, and the film 73 with the opening 74 in its center represents the resonator of the present invention.
특히 도 7(c)을 참조하면, 필터의 입력 결합 회로는 잔여 결합 회로, 코플래너 라인 형태(coplanar line form)의 입력 중앙 라인(76a), 및 공진기(72a)에 결합된 브랜치(branch) 라인(77a)을 위한 공간을 제공하기 위해 그라운드판(71)에 개방부(75a)를 포함한다. 출력 결합 회로는 잔여 결합 회로, 코플래너 라인 형태의 출력 중앙 라인(76b), 및 공진기(72b)에 결합된 브랜치 라인(77b)을 위한 공간을 제공하기 위해 그라운드판(71)에 개방부(75b)를 포함한다. 공진기간의 결합 회로는 공진기(72a)와 공진기(73)간, 및 공진기(73)와 공진기(72b)간의 각각의 결합을 제공하기 위해, 그라운드판(71)에 2 개의 개방부(78a 및 78b), 및 코플래너 라인 형태의 2 개의 결합 중앙 라인(79a 및 79b)을 포함한다.In particular referring to FIG. 7C, the input coupling circuit of the filter comprises a residual coupling circuit, an input center line 76a in the coplanar line form, and a branch line coupled to the resonator 72a. An opening 75a is included in the ground plate 71 to provide space for the 77a. The output coupling circuit has an opening 75b in the ground plate 71 to provide space for the remaining coupling circuit, the output center line 76b in the form of a coplanar line, and the branch line 77b coupled to the resonator 72b. ). The coupling circuit of the resonance period has two openings 78a and 78b in the ground plate 71 to provide respective coupling between the resonator 72a and the resonator 73 and between the resonator 73 and the resonator 72b. ), And two joining center lines 79a and 79b in the form of coplanar lines.
3-극 필터의 경우, 필터를 구성하는 3 개의 공진기의 공진 주파수는 각각의 설계치와 정확하게 일치하여야 한다. 실제로, 공진 주파수는 제어 불가한 많은 요인들로 인해 변할 수 있다. 그러므로, 개별 공진기의 공진 주파수를 조정할 수 있는 수단을 구비하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 종래 기술의 원형 HTS 공진기의 반지름을 변경함으로써 주파수를 바꿀 수 있다는 것은 공지되어 있다. 그러나, 일단 공진기가 제작된 후에는 원형 공진기의 반지름을 변경하는 것이 매우 어렵다. 따라서, 공진 주파수를 조정하는 것도 매우 어렵다.In the case of a three-pole filter, the resonant frequencies of the three resonators constituting the filter must exactly match their respective design values. In practice, the resonant frequency can change due to many uncontrollable factors. Therefore, it is desirable to have means for adjusting the resonant frequency of the individual resonators. For example, it is known that the frequency can be changed by changing the radius of the prior art circular HTS resonator. However, once the resonator is fabricated, it is very difficult to change the radius of the circular resonator. Therefore, it is also very difficult to adjust the resonance frequency.
도 7에 도시된 3-극 필터의 실시예에 있어서, 본 발명의 공진기는 필터의 공진 주파수를 조정하기 위한 수단을 포함한다. 특히, 본 발명에 따른 원형 공진기의 주파수는 공진기의 중심에 개구부를 제공함으로써 쉽게 증가될 수 있다. 이는 고전력 레이저, 포토리소그래픽 에칭 또는 새도우 마스크 에칭 등을 사용하여 쉽게 달성될 수 있다.In the embodiment of the three-pole filter shown in Fig. 7, the resonator of the present invention includes means for adjusting the resonant frequency of the filter. In particular, the frequency of the circular resonator according to the invention can be easily increased by providing an opening in the center of the resonator. This can be easily accomplished using high power lasers, photolithographic etching or shadow mask etching and the like.
도 8은 본 발명의 공진기를 내장한 적층형의 또 다른 3-극 TM0i0모드(i=1, 2, 3 ...) HTS 필터를 도시한다. 이 3-극 필터는 입력부, 중간부 및 출력부의 3 부분으로 나누어져 있다Figure 8 illustrates another stacked three-pole TM 0i0 mode (i = 1, 2, 3 ...) HTS filter with a resonator of the present invention. This three-pole filter is divided into three parts: input, middle and output.
입력부는 한 면이 그라운드판(81a)으로 피착된 기판(80a)과 기판(80b)의 사이에 끼어 있는 HTS 회로(도 8(b))를 포함한다. 도 8(b)을 참조하면, HTS 회로는 기판(80b) 위에 피착된 원형 HTS 공진기(82a) 및 입력 결합 회로(83a)를 포함한다. 도 8(d)에 도시된 바와 같이, 중간부는 두 개의 기판(80c, 80d) 사이에 끼어 있는 HTS 회로 패턴을 포함한다. 도 8(d)에 도시된 중간부의 회로 패턴은 기판(80d)에 중심 개구부(85)를 가진 HTS 공진기(84)와, 개구부(85) 및 공진기(84)와 동심으로 피착된 원형 HTS 도트(dot)(86)를 포함한다. 출력부는 기판(80e)과 한 면이 그라운드판(81b)으로 피착된 기판(80f)의 사이에 끼어 있는 HTS 회로(도 8(f))를 포함한다. 도 8(f)에 도시된 출력부의 HTS 회로는 기판(80f) 위에 피착된 원형 HTS 공진기(82b) 및 출력 결합 회로(83b)를 포함한다. 도 8(c)을 참조하면, 중심 결합 수단(88a)을 가진 HTS 그라운드판(87a)이 입력부와 중간부를 분리한다. 도 8(e)을 참조하면, 중심 결합 수단(88b)을 가진 HTS 그라운드판(87b)이 중간부와 출력부를 분리한다. 이러한 관점에서 볼 때, 그라운드판(87a)은 입력부와 중간부 사이에서 공유되는 기능을 가지고 그라운드판(87b)은 중간부와 출력부 사이에서 공유되는 기능을 가진다. 결합 수단(88a)은 공진기(82a) 및 공진기(84) 사이의 결합을 제공하고 결합 수단(88b)은 공진기(84) 및 공진기(82b) 사이의 결합을 제공한다. 또한, 결합 수단(88a 및 88b)은 공진기(84)의 개구부(85)와 함께 공진기(82a) 및 공진기(82b) 사이의 결합도 제공한다. 이에 대해 아래에서 더 자세히 설명될 것이다.The input section includes an HTS circuit (Fig. 8 (b)) whose one side is sandwiched between the substrate 80a and the substrate 80b deposited on the ground plate 81a. Referring to FIG. 8B, the HTS circuit includes a circular HTS resonator 82a and an input coupling circuit 83a deposited on the substrate 80b. As shown in FIG. 8 (d), the middle part includes an HTS circuit pattern sandwiched between two substrates 80c and 80d. The circuit pattern of the intermediate part shown in FIG. 8 (d) is an HTS resonator 84 having a central opening 85 in the substrate 80d, and a circular HTS dot deposited concentrically with the opening 85 and the resonator 84 ( dot) 86. The output portion includes an HTS circuit (Fig. 8 (f)) sandwiched between the substrate 80e and the substrate 80f on one side of which is deposited by the ground plate 81b. The HTS circuit of the output shown in FIG. 8 (f) includes a circular HTS resonator 82b and an output coupling circuit 83b deposited on the substrate 80f. Referring to Fig. 8 (c), the HTS ground plate 87a having the center coupling means 88a separates the input portion and the intermediate portion. Referring to FIG. 8 (e), the HTS ground plate 87b having the center coupling means 88b separates the middle portion and the output portion. In view of this, the ground plate 87a has a function shared between the input part and the middle part, and the ground plate 87b has a function shared between the middle part and the output part. Coupling means 88a provide coupling between resonator 82a and resonator 84 and coupling means 88b provide coupling between resonator 84 and resonator 82b. Coupling means 88a and 88b also provide coupling between resonator 82a and resonator 82b with opening 85 of resonator 84. This will be explained in more detail below.
다시 도 8(d)을 참조하면, 중심 개구부(85)를 구비한 공진기(84)는 공진기(82a) 및 공진기(82b) 사이의 결합을 위한 수단을 포함한다. 공진기(82a 및 82b)가 서로 인접하지 않고 중간 공진기(84)에 의해 분리되기 때문에 이러한 결합을 적절하게 "점프-오버(jump-over)" 결합이라 한다. 따라서, 공진기(82a)로부터 공진기(82b)로의 결합은 중간 공진기(84)를 건너뛰는 "점프"를 요구한다. 이러한 본 발명의 점프-오버 결합 애플리케이션은 대역의 경계 부분에서 급격한 이득이 변하는 장점을 가진 타원 주파수 응답 필터에서 사용되는 경우 특히 편리한 것이다.Referring again to FIG. 8 (d), the resonator 84 having a central opening 85 includes means for coupling between the resonator 82a and the resonator 82b. This coupling is suitably referred to as a "jump-over" coupling because the resonators 82a and 82b are not adjacent to each other and are separated by the intermediate resonator 84. Thus, coupling from resonator 82a to resonator 82b requires a "jump" to skip intermediate resonator 84. This jump-over combining application of the present invention is particularly convenient when used in an elliptic frequency response filter, which has the advantage that the sharp gain changes at the edge of the band.
도 2를 참조로 전술된 바와 같이, 공진기의 TM0i0모드(i=1, 2, 3 ...) 전자기장은 HTS막에 제한되고 공진기의 중심 개구부에는 공진기에 의해 생성된 전자기장이 없다. 이러한 전자기장이 없는 이러한 공간이 비-인접 공진기간의 결합에 유용하다. 도 8(a) 내지 도 8(b)에 도시된 적층 필터를 주목하면, 전자기장이 HTS막(84)의 영역 내로 제한되고 중심 개구부(85)는 전자기장이 없는 공간을 제공한다. 상기 전자기장이 없는 공간은 도 8(c)에 도시된 그라운드판(87a) 위의 결합 수단(88a), 및 도 8(e)에 도시된 그라운드판(87b) 위의 결합 수단(88b)을 통하여 공진기(82a 및 82b)간의 점프-오버 결합을 위한 공간으로 사용될 수 있다. 도 8(d)에 도시된 개구부(85) 내의 동심 HTS 도트(86)는 이러한 공진기들 간의 결합 강도를 조정할 수 있는 다른 면적을 제공한다. 요약하면, 공진기들(82a, 84 및 82b)간의 결합 강도는 결합 수단(88a, 88b), 개구부(85) 및 HTS 도트(86)의 지름을 변경함으로써 조정될 수 있다.As described above with reference to FIG. 2, the TM 0i0 mode (i = 1, 2, 3 ...) electromagnetic field of the resonator is limited to the HTS film and there is no electromagnetic field generated by the resonator in the central opening of the resonator. This space without these electromagnetic fields is useful for coupling non-adjacent resonance periods. Referring to the stacked filter shown in Figs. 8A to 8B, the electromagnetic field is confined within the region of the HTS film 84 and the central opening 85 provides a space free of electromagnetic fields. The space without the electromagnetic field is passed through the coupling means 88a on the ground plate 87a shown in Fig. 8 (c), and the coupling means 88b on the ground plate 87b shown in Fig. 8E. It may be used as a space for jump-over coupling between the resonators 82a and 82b. The concentric HTS dots 86 in the opening 85 shown in FIG. 8 (d) provide another area in which the bond strength between these resonators can be adjusted. In summary, the coupling strength between the resonators 82a, 84 and 82b can be adjusted by changing the diameters of the coupling means 88a and 88b, the opening 85 and the HTS dot 86.
예Yes
고전력 3-극 TM10모드 HTS 필터는 40.8mm × 17.2mm × 0.508mm LaAlO3기판의 양쪽면 상에 Tl2Ba2CaCu2O8HTS 박막을 피착함으로써 준비된다. 표준 바이-레벨(bi-level) 포토리소그래픽 프로세스 및 이온 빔 밀링(milling)을 사용하여, 도 9(a) 및 9(b)에 도시된 구조를 가진 필터가 준비된다. 도면 부호(90)는 기판이고; 도면 부호(91a 및 91b)는 팔각형 형상의 공진기이며; 도면 부호(92)는 중심 개구부(93)를 가진 팔각형 형상의 공진기이고; 도면 부호(94)는 그라운드판이며; 개방부(95a), 코플래너 중앙 라인(96a) 및 T-형 결합 브랜치 라인(97a)은 집합적으로 입력 결합 회로를 형성하고; 개방부(95b), 코플래너 중앙 라인(96b) 및 T-형 결합 브랜치 라인(97b)은 집합적으로 출력 결합 회로를 형성하며; 개방부(98a 및 98b)는 공진기간 결합 회로를 포함한다.A high power three-pole TM 10 mode HTS filter is prepared by depositing a Tl 2 Ba 2 CaCu 2 O 8 HTS thin film on both sides of a 40.8 mm × 17.2 mm × 0.508 mm LaAlO 3 substrate. Using a standard bi-level photolithographic process and ion beam milling, a filter with the structure shown in Figs. 9 (a) and 9 (b) is prepared. Reference numeral 90 is a substrate; Reference numerals 91a and 91b denote octagonal resonators; Reference numeral 92 is an octagonal resonator with a central opening 93; Reference numeral 94 is a ground plate; The opening 95a, the coplanar center line 96a and the T-type coupling branch line 97a collectively form an input coupling circuit; The opening 95b, the coplanar center line 96b and the T-shaped coupling branch line 97b collectively form an output coupling circuit; The openings 98a and 98b include a resonance period coupling circuit.
필터는 SMA 대응 표준 입력 및 출력 커넥터를 가진 구리 케이스로 하우징(housing)되고 77˚K에서 테스트된다. 최적의 성능이 얻어질 때까지, 포토리소그래피 및 이온 빔 밀링을 사용하여 공진기의 중심 개구부(93)의 지름이 24 ㎛ 만큼씩 증가된다. 필터는 1.7 W, 20 W, 40 W, 50 W, 62 W 및 74 W의 전력 레벨에서 테스트된다. 모두 6 개의 전력 레벨에서 측정된 S21의 주파수 응답 곡선이 도 10에 도시되어 있다. 도 10에서 알 수 있는 바와 같이, 1 dB/Div의 세밀한 수직 눈금에서도 6 개의 곡선이 특별한 성능 저하 없이 서로의 데이터 위에 중첩된다.The filter is housed in a copper case with SMA-compliant standard input and output connectors and tested at 77˚K. Until optimal performance is obtained, the diameter of the central opening 93 of the resonator is increased by 24 μm using photolithography and ion beam milling. The filter is tested at power levels of 1.7 W, 20 W, 40 W, 50 W, 62 W and 74 W. The frequency response curve of S 21 measured at all six power levels is shown in FIG. 10. As can be seen in FIG. 10, even at a fine vertical scale of 1 dB / Div, the six curves are superimposed on each other's data without particular performance degradation.
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