KR20010070970A - 스위치 가능한 저역 필터 - Google Patents

Abstract

마이크로파 주파수용 저역 또는 대역 소거 필터는 대체로 평면 기판을 가지고, 인덕터 부분(10) 및 좀 더 넓은 커패시터 부분(11)을 가진 전송 경로를 포함한다. 인덕터 부분은 선형 마이크로스트립 소자로서 설계되어, 선형 소자(10) 초전도 양측면의 영역(13)을 초전도 상태로 만듦으로서 변화되는 폭을 가진다. 전송 라인의 폭을 변화시킴으로서, 그 인덕턴스도 따라서 변한다. 마이크로스트립 소자의 양측면에 있는 영역(13)은 중앙의 금속 도체(4)에 바로 위치한 다소 좁은 영역을 포함한다. 이런 좁은 영역(13)은 비-초전도 상태에서 작을 수 있는 약간의 전기 전도율을 가지지만, 금속 도체의 전도율에 대해서 영향을 안 미치는 것은 아니다. 그러나, 상기 영역은 넓은 표면에 접촉되는 대신, 매우 좁은 에지에서만 정상 금속 도체(9)에 접촉된다는 사실으로 인해, 상기 영역의 정상 상태에서 전송 라인의 전송 특성에 크게 영향을 주지 않아 초전도된다.

Description

스위치 가능한 저역 필터{A SWITCHABLE LOW-PASS FILTER}

마이크로파 집적 회로의 전송 경로에서, 다른 전자 분야와 마찬가지로 필터링 소자가 필요하다. 특히, 제어 신호의 특정 상태에 대해서만 필터링 효과를 가지는 필터와 같은, 특성이 변할 수 있는 필터가 필요할 수 있다. 다양한 콤팩트 마이크로파 필터는 평면 스트립라인 구조와 같은 것을 사용하는 고온 컵레이트(cuprate) 초전도체를 사용하여 만들 수 있다. 이러한 필터는, 예를 들어 무선 기지국에 대한 마이크로파 수신 필터로서 고-성능 무선 통신 시스템에서 사용되는데, 매우 날카로운 셔츠(shirt), 적은 삽입 손실을 가지며, 소형 및 경량인 필터가 중요하다.

일본국 특허 출원 JP 2/101801 에는, 초전도체 층 영역의 상부에 위치한 선형 마이크로스트립, 금속 소자로서 설계된 전송 라인을 가지는 마이크로파 대역 소거 필터가 개시된다. 초전도체 영역은 초전도 영역의 폭이 금속 도체의 폭 보다 넓은 일부 영역을 제외하고, 금속 도체의 폭에 대체적으로 일치하는 패턴을 가진다. 초전도체가 비-초전도 상태로 통과하게 될 때, 대부분의 전류는 금속 도체의 공통금속 재료를 경유하여 통과하는 반면, 초전도 상태에서 전류는 기본 초전도체를 경유하여서만 통과한다. 그러므로, 소자는 다양한 필터링 효과를 갖는다. 그러나, 이런 설계의 단점은 정상(normal) 도체 아래에 위치해서 비록 낮을지라도 어느 정도의 전기 전도율을 가진 영역이 제공된다는 것인데, 왜냐하면 전송 라인에서 손실을 유발하기 때문이다. 저온에서 초전도하고 마이크로파 집적 회로에 적합한 재료의 도체율은 정상 상태에서, 영구한 정상 금속 도체 재료의 전기 전도율인 10^-3내지 10^-2에 대응하는 전기 전도율을 가진다.

본 발명은 마이크로파 집적 회로에서 사용되는 마이크로파 필터에 관한 것으로, 특히 대역 소거 또는 저역 필터에 관한 것이다.

본 발명의 첨부된 도면을 참조하여 하나의 실시예에 의해서 기술되어, 이 실시예에 제한되는 것이 아니다.

도 1은 평면인, 스위치 가능한 마이크로파 필터 구조의 사시도이다.

도 2는 도 1의 구조의 횡단면도이다.

도 3은 마이크로파 주파수에 따라 작용하는, 도 1 및 도 2에 따른 필터 구조의 삽입 손실 다이아그램이다.

본 발명의 목적은 마이크로파용 마이크로스트립 전송 라인에 근거한 스위치 가능한 필터로서, 손실이 적은 필터를 제공하는 것이다.

그러므로, 예를 들어 마이크로파 주파수용 저역 또는 대역 소거 필터는 대체로 평면 구조로서 설계되고, 선형 마이크로스트립 소자로서 설계된 전송 라인을 포함하는데, 상기 전송 라인은 선형 소자 측면에 영역을 초전도 상태로 만듦으로서 변하되는 폭을 가진다. 전송 라인의 폭이 변함에 따라, 전송 라인의 인덕턴스도 따라서 변하게 된다. 마이크로스트립 소자의 양측면의 영역은 중앙의 정상 도체에 바로 위치한 다소 좁은 영역을 포함하므로, 중앙 마이크로스트립 소자의 양측면 또는 에지의 최소한 일부를 따라서 거기에 전기적으로 접속된다. 이런 좁은 영역은 비-초전도 상태에서 낮을 수 있는 약간의 전기 전도율을 가지는데, 금속 도체의 전기 전도율에 관해서 아주 영향을 미치지 않는 것은 아니다. 그러나, 상기 영역은 넓은표면에 접촉하는 대신에 그곳의 매우 낮거나 좁은 에지에서만 중앙의 영구한 정상 금속 도체에 접촉된다는 사실으로 인해, 초전도가 될 수 있는 영역의 정상 상태에서 전송 경로의 전송 특성에 크게 영향을 미치지 않는다. 또한, 전송 라인은 자신의 커패시턴스에 용향을 미치는 커패시턴스 영역을 포함한다. 커패시턴스 영역은 전송 라인의 중앙 스템 소자로 부터 측면으로 돌출되고, 중앙의 정상 금속 도체의 부분이 되어, 정상 전기 도체로 만들어져, 고려된 온도에서 초전도 될 수 없다.

도 1 및 도 2에 도시된 평면 마이크로스트립 라인 소자에서, 예를 들면, Cu, Ag 및 Au 와 같은 금속 층과 같은 전기 전도 접지 층(3)을 포함하는 유전체 기판(1)이 사용되는데, 유전체 기판의 바닥 표면의 접지 층은 주변 층으로서, 대체로 바닥 표면 전체를 덮는다. 상부 표면에는, 예를 들어 바닥 층처럼 동일한 금속, 즉 구리, 은 또는 금과 같은 것으로 적절하게 만들어진 패턴 전기 전도층(5)이 있다. 패턴 층(5)은, 예를 들면 화살표(7) 방향으로 마이크로파가 이동하도록 전송또는 전파 경로를 형성한다. 패턴 층(5)은 중앙 스템 경로(9)를 포함하는 외형을 가지는데, 상기 외형은 전파 방향을 정의하는 균일하고 다소 좁은 모양의 폭(W₀)과 길이(b)의 측면 확장부(11)를 갖으며, 중앙 스템 경로와 확장부는 동일한 직사각형 모양으로서, 중앙 스템으로 부터 측면으로 확장되고, 하나의 확장부는 동일한 확장부의 반대편에 위치하여 폭(W_C)을 가지는 더 큰 직사각형을 형성한다. 그러므로, 측면 확장부는 중앙 스템 축에 대해서 좌우 대칭으로 위치하고, 게다가 스템을 따라서 일정한 공간으로 배치되어, 확장부(11) 사이에는 간격 길이(l)가 생기는데, 이런 간격 길이는 확장부 사이의 스템 부분(10)의 길이가 된다.

이런 구조는 필터를 따라 마이크로파 전파의 컷-오프 주파수(f_c) 범위를 한정한다. 마이크로스트립 구조를 경유하는 컷-오프 주파수는 마이크로파의 주파수에 따라 작용하는, 도 1 및 도 2의 마이크로스트립 소자의 삽입 손실을 도시하는 도 3의 다이아그램으로 부터 명백해진다. 구조의 각각의 서로 다른 부분은, 그 부분이 인덕턴스(L) 또는 커패시턴스(C) 중 하나에 영향을 미치고, 컷-오프 주파수(f_cn)를 정의하는데, 왜냐하면 일반적으로 (LC)^-1/2에 비례하기 때문이다. 그러므로, 측면 확장부(11)의 크기는 우선 필터 소자의 커패시턴스를 정하고, 확장부(11) 사이의 중앙 스템(9)의 좁은 스템 부분(10), 특히 그것의 폭은 주로 인덕턴스(L)를 정한다.

필터 소자의 인턱턴스(L)는 전기 전도 영역(13)을 선택된 위치의 정상 도체패턴(5)의 한쪽 측면 또는 양 측면에 바로 더함으로서 변화된다. 이런 영역(13)은 초전도체로 만들어지며, 바람직하게도 고온의 초전도체로 만들어진다. 영역(13)은 바람직하게도 중앙 스템 부분(10)의 양 측면에 위치한다. 이런 측면 초전도 영역(13)이 초전도 상태에 있을 때, 모든 전류는 마이너스 효과(Meissner effect)에 따라서 이런 영역에서만 통과하여, 필터 구조에서 전송 경로의 인덕턴스를 감소시킨다. 측면 영역(13) 초전도체의 정상 상태에서, 이런 영역은, 통상적인 고온 초전도체에 대해서 약 10⁸S/m로 된 금속 영역(10, 11) 재료의 전기 전도율( _c)과 비교해서 약 5ㆍ10⁵S/m 인 전기 전도율( _n)을 가지기 때문에, 이런 영역은 영구한 정상 중앙 스템 부분에서 전류 분포를 너무 많이 교란시키지 않는다. 초전도 영역(13)과 함께 스템 부분(10)의 합성(resulting) 폭(W)을 적절하게 선택하기 위하여, 필터 소자의 인덕턴스(L)가 상당히 감소되어, 도 3에서 도시된 바와 같이, 더 높은 컷-오프 주파수(f_cs)를 유발할 수 있다.

상기 영역(13)의 초전도 상태와 정상 상태 사이의 스위칭은 필요하거나 바람직한 온도, 자기장 또는 직류 레벨을 변화시키는 것과 같은 통상적인 방법으로 달성될 수 있다. 이런 스위칭은 도 1에 도시된 제어 유니트(15)에 의해 기호화된다. 바람직한 방법으로는, 제어부로 하여금 초전도체의 임계 전류보다 높은 전류가 마이크로스트립 라인을 경유하여 통과하거나 통과하지 않게 하는 것이 될 수 있다. 임계 전류보다 약간 낮은 세기를 가진 고정 바이어스 전류, 즉 직류가 항상 상기라인을 경유하여 통과하게 하고, 상기 라인에 전류 펄스와 같은 작은 제어 전류를 더하거나 더하지 않음으로서, 초전도 상태와 정상 상태 사이의 가역(reversible) 스위칭은 극도록 빠르게 될 수 있다. 수치 시뮬레이션은 마이크로스트립 라인의 인덕턴스(L)가 초전도값의 적절한 폭의 절반으로 용이하게 감소될 수 있다고 표시한다. 그 후, 컷-오프 주파수((f_cs- f_cn) / f_cn)의 대응하는 상대 쉬프트는 약 40%로 추정된 값을 가진다.

Claims (11)

1. 마이크로파용 필터 구조에 있어서,

   고려된 온도 이상에서 초전도 특성을 나타내지 않는 전기 도체로 만들어진 중앙 마이크로스트립 라인과, 고려된 온도 이상에서 초전도 특성을 나타내는 재료로 만들어진 영역을 포함하며 상기 영역은 중앙 마이크로스트립 라인의 양 측면 및 중앙 마이크로스트립 라인으로서 동일한 평면 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 마이크로파용 필터 구조.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 영역은 일정한 폭의 스트립 모양을 가지는 것을 특징으로 하는 마이크로파용 필터 구조.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 모든 영역은 동일한 폭을 가지는 것을 특징으로 하는 마이크로파용 필터 구조.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 중앙 마이크로스트립 라인은 중앙 스템으로부터 확장되는 측면 확장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파용 필터 구조.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 중앙 스템은 대체로 일정한 폭을 가지는 것을 특징으로 하는 마이크로파용 필터 구조.
6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,

   상기 모든 측면 확장부는 대체로 동일한 모양을 가지는 것을 특징으로 하는 마이크로파용 필터 구조.
7. 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 측면 확장부는 대체로 직사각형 모양을 가지는 것을 특징으로 하는 마이크로파용 필터 구조.
8. 제 4 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 측면 확장부는 중앙 스템을 따라 일정하게 분포되는 것을 특징으로 하는 마이크로파용 필터 구조.
9. 제 4 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 영역은 측면 확장부 사이의 중앙 스템 부분의 양측면에 위치하는 것을 특징으로 하는 마이크로파용 필터 구조.
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 중앙 마이크로스트립 라인 및 상기 영역은 필터 구조가 중앙 마이크로스트립 라인의 길이 축(longitudinal axis)에 대해서 대체로 좌우 대칭인 모양을 가지는 것을 특징으로 하는 마이크로파용 필터 구조.
11. 제 1 항 내지 제 10 항의 어느 한 항에 있어서,

    전류를 상기 영역을 경유하여 흐르게 하기 위한 제어 수단을 포함하며, 그에 따라서 상기 필터 구조가 고려된 온도 이상에 있고, 상기 영역이 초전도 상태에 있을 때, 상기 영역을 비-초전도 상태로 변하게 하는 것을 특징으로 하는 마이크로파용 필터 구조.