KR20010049185A - 연속적으로 조절가능한 공진기 - Google Patents

Abstract

고주파 전기 발진기용 공진기[5]에 관한 것이다. 상기 공진기는 통합된 캐패시터 및 인덕터이다. 상기 공진기의 캐패시턴스[9] 및 인덕턴스[10]는 연속적 및 동시적으로 조절가능하다[26]. 상기 공진기는 동축부 및 도체부를 포함한다. 상기 동축부는 세로 방향의 구멍[14]을 가진 내부 유전체[13], 및 외부 도체 외장 또는 외부 도체[12]를 포함한다. 상기 도체부는 상기 구멍[14]내에서 활주 가능한 직선부[18] 및 V-형태의 굴곡부 또는 사선부[10]를 포함한다.

Description

연속적으로 조절가능한 공진기{CONTINUOUSLY ADJUSTABLE RESONATOR}

높은 주파수 발진기에 있어서, 표유 캐패시턴스(stray capacitance) 및 리드 인덕턴스(lead inductance)는 발진 주파수, 출력 전력, 피드백 분수(feedback fraction), 및 다른 ac 량을 결정하는데 매우 중요하다. 지금까지 제공된 높은 주파수 발진기들은 탱크 회로(tank circuit)내에 가변 캐피시터 또는 가변 인덕터를 가진다. 상기 발진기들은 조합되고 상기 가변 캐패시터 또는 가변 인덕터는 소망의 성능을 위해 조절된다. 종래의 공지된 조절 가능한 또는 조정 가능한 장치들은 종종 주 탱크 회로 구성 요소들의 캐패시턴스 및 인덕턴스보다 큰 표유 캐패시턴스들 및 표유 인덕턴스들를 가진다. 따라서 상기 발진기의 최대 사용가능한 공진 주파수가 제한된다.

본 발명은 전기 발진기 특히, 위성 통신 대역(satellite communication Band;SATCOM) 그러나 일반적으로 4.0∼6.5 GHz 에 제한되지는 않는 높은 주파수의 넓은 범위에 걸쳐 동작가능한 전기 발진기를 위한 조절가능한 공진기에 관한 것이다.

도 1 은 본 발명의 특성을 가진 공진기의 정면도이다.

도 2 는 도 1 의 공진기의 측면도이다.

도 3 은 도 1 의 공진기의 전기 회로도이다.

도 4 는 최대 캐패시턴스 및 인덕턴스 위치에 가깝게 조절된 도 1 의 공진기의 정면도이다.

도 5 는 최소 캐패시턴스 및 인덕턴스 위치에 가깝게 조절된 도 1 의 공진기의 정면도이다.

도 6 은 도 1 의 공진기를 포함한 전기 발진기의 개략도이다.

전기 발진기를 위한 공진기 또는 탱크 회로가 연속적이며 동시에 조절가능한 캐패시터 및 인덕터와 함께 기술된다. 상기 캐피시터는 동축형으로, 실린더형의 공동 외부 도체, 상기 외부 도체 내부의 공동 동축형 유전체부, 및 상기 유전체부내부의 연장되고 활주가능한 내부 도체를 가진다. 상기 외부 도체는 고정되어 있다. 상기 인덕터는 한 끝에 각각 연결된 두개의 다리부(leg)를 가져 V 자를 형성한다. 상기 인덕터 다리부들중 하나는 상기 캐패시터 내부 도체에 연결되고 나머지 다리부는 상기 캐패시터의 외부 도체에 고정된다. 상기 내부 도체의 위치는 캐패시턴스를 결정하고 상기 인덕터 다리부들의 분기(divergence)의 양은 인덕턴스를 결정한다. 상기 내부 도체의 이동은 공진기의 인덕턴스 및 캐패시턴스를 동시 또는 같이 변화시켜 같이 증가하거나 같이 감소하도록 한다.

도 1 및 2 는, 가변 캐패시터[9] 및 상기 캐패시터[9]에 직렬 L-C 회로로 연결된 가변 인덕터[10]를 가지는 본 발명의 전기 발진기를 위한 연속적으로 조절가능한 공진기 또는 탱크 회로를 도시한다.

도시된 캐패시터[9]는 외장(sheath) 또는 실린더형 공동 외부 도체[12], 실린더형 내부 도체[18], 및 상기 외부 도체[12] 및 내부 도체[18] 사이의 실린더형 공동 유전체부[13]을 가지는 동축형이다. 상기 외부 도체[12] 및 유전체부[13]은 부착되고 A 로 지정된 기준 축을 따라 동축적으로 정렬되어 있어 상기 외부 도체[12]는 유전체부[13]을 둘러싸고 상기 유전체부[13]과 동심적 또는 동축적이다. 유전체부[13]의 공동 내부는 연장된 구멍 또는 틈새[14]를 형성한다.

내부 도체[18]는 외부 도체[12] 및 유전체부[13]과 거의 길이가 같은 도체의 직선부이며, 상기 구멍[14]를 관통하여 연장되어 있으며 축 A 를 따라 동축적으로 정렬되어 있다. 내부 도체[18] 및 외부 도체[12]는 캐패시터[9]의 플레이트(plate)를 형성하고 유전체부[18]은 캐패시터 유전체가 된다. 내부 도체[18]은 상기 구멍[14]내에 세로 방향으로 활주가능하여 캐패시터 조절 수단을 형성한다. 내부 도체[18]가 구멍[14]의 길이 전체를 통해 연장되어 내부 도체[18]과 외부 도체[12] 사이의 오버랩이 최대이면 캐패시턴스도 최대가 된다. 내부 도체[18]가 구멍[14] 외부로 활주함으로써 오버랩이 감소함에 따라 캐패시턴스가 감소하므로, 상기 내부 도체[18]의 위치가 캐패시턴스 C 를 결정하게 된다.

도시된 인덕터[10]는 단일 루프형이며 도시된 바와 같이 역 V 자형으로 배치된 제 1 다리부[20] 및 제 2 다리부[21]를 가진 사선 형태를 가진다. 상기 인덕터[10]는 머리핀에 비유될 수 있을 것이다. 제 1 다리부[20]는 제 1 단부[22] 및 제 2 단부[23]을 가지는 도체의 직선부이다. 제 2 다리부[21]는 제 1 단부[24] 및 제 2 단부[25]을 가지는 도체의 직선부이다. 제 1 다리부[20]의 제 1 단부[22]는 제 2 다리부[21]의 제 1 단부[24]와 예각으로 연결되고 제 1 다리부[20] 및 제 2 다리부[21]는 분기되어 역 V 자를 형성한다. 인덕터[10]의 인덕턴스는 제 1 다리부[20]의 제 2 단부[23]이 제 2 다리부[21]의 제 2 단부[25]에서 멀어질 때, 즉 다리부[20] 및 [21]의 V 자가 넓어질 때 증가하고, 제 1 다리부[20]의 제 2 단부[23]이 제 2 다리부[21]의 제 2 단부[25]쪽으로 움직일 때, 즉 다리부[20] 및 [21]의 V 자가 협소해질 때 감소한다. 상기 제 1 다리부[20]의 제 2 단부[23]은 인덕터 조절 수단 역할을 한다.

내부 도체[18]는 제 1 다리부[20]의 제 2 단부[23]과 연결부[26]에서 연결됨으로써 제 1 다리부[20] 및 제 2 다리부[21]가 축 A 상의 제 1 다리부[20]의 제 2 단부[23] 및 제 2 다리부[21]의 제 2 단부[25]와 함께 축 A 에 비스듬하게 연장될 때 캐패시터[9]와 인덕터[10]는 상호 관련을 가지게 된다. 바람직하게 내부 도체[18], 제 1 다리부[20], 및 제 2 다리부[21]은 원형 단면의 단일 도체 또는 전선으로 형성된다. 제 2 다리부[21]의 제 2 단부[25]에 연결된 고정된 단부[17]는 발진기 보드에 제 2 다리부[21]의 제 2 단부[25]를 부착시키기 위해 제공될 수 있다. 상기 공진기는 발진부 보드에 견고하게 부착된 동축부[11] 및 제 2 다리부[21]의 제 2 단부[25]에 의해 발진기 보드에 설치되어 서로에 대해 고정된다.

도 4 는 캐패시터[9]의 최대 캐패시턴스 및 인덕터[10]의 최대 인덕턴스에 가깝게 조절된 공진기를 도시한다. 내부 도체[18]이 구멍의 외부로 이동함에 따라 다리부[20] 및 [21] 사이의 역 V 자는 동시에 협소해지며 또한 동시에 캐패시터[9]의 캐패시턴스가 감소하고 인덕터[10]의 인덕턴스가 감소한다. 연결부[26]은 캐패시터[9] 및 인덕터[10]의 동시적 및 상호적 조절 수단을 제공한다. 도 5 는 캐패시터[9]의 최소 캐패시턴스 및 인덕터[10]의 최소 인덕턴스에 가깝게 조절된 공진기를 도시한다. 도 3 의 화살표를 연결하는 점선은 직렬 동작을 나타낸다.

캐패시턴스 및 인덕턴스 모두는, 연결부[26]에 힘을 가하여 내부 도체[18]의 위치를 외부 도체에 대해 변화시킴으로써 소망의 범위내에서 연속적 및 동시적으로 변화가능하다. 공진기의 공진 주파수는 인덕턴스 및 캐패시턴스의 합의 제곱근에 역으로 비례한다. 연결부[26]가 제 1 방향으로 이동될 때, 즉 외부 도체[12]에서 멀어질 때 캐패시턴스 및 인덕턴스는 같이 내려가고 공진 주파수는 상승된다. 상기 연결부[26]이 반대의 제 2 방향으로 이동할 때는, 캐패시턴스 및 인덕턴스는 상승되고 주파수는 감소된다.

도 6 은 전압 제어 발진부를 위한 회로내의 공진기[5]를 도시한다. 외부 도체[12]는 제 1 단자[28] 역할을 하고, 고정된 단부[27]은 공진기[5]에 대해 제 2 단자[29] 역할을 한다. 제 1 단자[28]은 버랙터(varactor)[6]에 연결되고 제 2 단다[29]는 전압 제어 발진 회로내의 증폭기[7]에 연결된다. 상기 회로내에 포함된후, 상기 공진기는 조정되고 직선부[18]은 동축부[11]에 대해 고정되는데 상기 고정은 바람직하게 고정 에폭시에 의해 이루어진다.

캐패시턴스 및 인덕턴스의 동시적인 조절은 공진기의 조정 주파수 범위를 매우 증가시킨다. 캐패시터, 인덕터 및 조절 수단들이 분리된 부분이 아닌 단일 유닛으로 통합되므로 전체 회로 표유들이 감소되고 공진기는 더욱 높은 주파수에서 동작가능하다. 전술한 공진기는 약 4.0 에서 6.5 GHz 의 주파수 범위에서 동작하는 것으로 밝혀졌다.

본 발명이 지금까지 특정한 실시예에 따라 기술되었지만, 이것은 예시적인 목적에 불과하며 본 발명의 범위내에서 여러가지 변형이 가능하다.

Claims (9)

1. 세로 방향의 구멍을 가진 내부 유전체부 및 상기 유전체부를 둘러싸는 외부 도체를 가지는 고정 외부 부재부; 및

   이동 가능한 내부 도체 및 사선 부분을 가지는 내부 도체 부재를 포함하는데, 상기 내부 도체는 상기 구멍내로 연장하며, 상기 내부 도체, 유전체부, 및 상기 외부 도체는 캐패시터를 형성하며, 상기 사선 부분은 인덕터를 형성하며, 그리고 상기 캐패시터 및 인덕터는 상기 구멍내의 상기 내부 도체를 상기 외부 도체에 대해 이동시킴으로써 동시에 조절가능한 것을 특징으로 하는 전기 발진기(oscillator)를 위한 공진기(resonator).
2. 제 1 항에 있어서, 상기 사선 부분은 제 1 다리부 및 제 2 다리부(leg)에 의한 V 자 형태를 가지는데, 상기 제 1 다리부는 상기 내부 도체에 연결되고 상기 내부 도체를 가로질러 연장되며, 반대편의 상기 제 2 다리부는 상기 제 1 다리부에 연결되고 고정 단부를 가지는 것을 특징으로 하는 전기 발진기를 위한 공진기.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 고정 단부는 상기 외부 부재에서 고정된 길이를 가지며, 상기 내부 도체의 상기 고정 단부쪽으로의 이동은 상기 내부 도체 및 상기 외부 도체 사이의 오버랩(overlap)을 감소시키고 상기 사선 부분의 상기 V 자 형태를 협소하게 하여 상기 캐패시터의 캐패시턴스 및 상기 인덕터의 인덕턴스를 동시에 조절하는 것을 특징으로 하는 전기 발진기를 위한 공진기.
4. 캐패시터 조절 수단을 가진 가변 캐패시터;

   인덕터 조절 수단을 가진 가변 인덕터; 및

   상기 캐패시터의 캐패시턴스 및 상기 인덕터의 인덕턴스를 동시에 조절하기 위한 수단을 포함하며, 상기 인덕터는 상기 캐패시터에 전기적으로 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 전기 발진기를 위한 공진기.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 캐패시터는 공동(hollow)을 가진 실린더형 외부 도체, 관통하는 구멍을 가진 실린더형 유전체부, 및 내부 도체를 포함하며, 상기 유전체부는 상기 외부 도체의 내부에 견고하게 부착되고 동축이며, 상기 내부 도체는 상기 구멍내에서 활주 가능하며, 그리고 상기 캐패시터는 상기 구멍내의 상기 내부 도체를 상기 외부 도체에 대해 이동시킴으로써 조절되는 것을 특징으로 하는 전기 발진기를 위한 공진기.
6. 제 4 항에 있어서, 상기 인덕터는 V 자 형태로 배치된 제 1 다리부 및 제 2 다리부를 가지며, 상기 V 자 형태의 폭을 변화시킴으로써 조절되는 것을 특징으로 하는 전기 발진기를 위한 공진기.
7. 제 4 항에 있어서, 상기 동시에 조절하기 위한 수단은 상기 캐패시터 조절 수단 및 상기 인덕터 조절 수단의 기계적 연결부를 포함하며, 상기 기계적 연결부가 제 1 방향으로 움직일 경우 상기 캐패시터의 캐패시턴스 및 상기 인덕터의 인덕턴스가 동시에 감소하고, 제 2 방향으로 움직일 경우 상기 캐패시터의 캐패시턴스 및 상기 인덕터의 인덕턴스가 동시에 증가하는 것을 특징으로 하는 전기 발진기를 위한 공진기.
8. 제 1 항에 있어서, 약 4.0 에서 6.5 GHz 의 주파수 범위에서 동작하는 것을 특징으로 하는 전기 발진기를 위한 공진기.
9. 전기 발진기를 위한 공진기에 있어서,

   공동을 가진 실린더형 외부 도체, 관통하는 구멍을 가진 실린더형 유전체부, 및 내부 도체를 포함하는 가변 캐패시터;

   상기 캐패시터에 전기적으로 직렬로 연결된 가변 인덕터; 및

   상기 캐패시터의 캐패시턴스 및 상기 인덕터의 인덕턴스를 동시에 조절하기 위한 수단을 포함하는데,

   상기 유전체부는, 상기 내부 도체가 캐패시터 조절 수단이 되도록 상기 외부 도체 내부에 견고하게 부착되고 동축이고, 상기 내부 도체는 상기 구멍내에서 활주 가능하고, 그리고 상기 캐패시터는 상기 구멍내의 상기 내부 도체를 상기 외부 도체에 대해 이동시킴으로써 조절되며,

   상기 인덕터는, V 자 형태로 배치된 제 1 다리부 및 제 2 다리부를 가지고, 상기 제 2 다리부는 고정되고, 상기 제 1 다리부는 상기 제 2 다리부쪽 및 반대쪽으로 이동가능하여 상기 V 자 형태의 폭을 변화시키고, 상기 인덕터는 상기 V 자 형태의 폭이 변화함에 따라 조절됨으로써 상기 제 1 다리부를 인덕터 조절 수단으로 가지며, 그리고

   상기 캐패시턴스 및 인덕턴스를 동시에 조절하는 수단은, 상기 내부 도체 및 상기 제 1 다리부의 기계적 연결부를 포함하고, 상기 기계적 연결부가 제 1 방향으로 움직일 경우 상기 캐패시터의 캐패시턴스 및 상기 인덕터의 인덕턴스가 동시에 감소하고, 제 2 방향으로 움직일 경우 상기 캐패시터의 캐패시턴스 및 상기 인덕터의 인덕턴스가 동시에 증가하는 것을 특징으로 하는 전기 발진기를 위한 공진기.