KR20010074794A - 동축 공동 공진기 - Google Patents

Abstract

본 발명의 동축 공동 공진기(20,30,40,50)는 한 단부가 개방되고 1/4파 공진기 보다 짧게 된 적어도 하나의 도전성 몸체(11,31)를 구비하여 구성된다. 도전성 몸체는 한 단부에서 공동 벽(15)에 부착되는 주요 로드(16)와, 주요 로드(16)의 자유 단부에 부착되는 주요 디스크(17)를 포함한다. 공동(12)은 주요 디스크(17)의 제1측벽(17a)에서 그리고 주요디스크(17)와 갈바니 접촉을 하지 않으면서 주요 디스크(17)와 측벽(13) 사이에 위치된 하나 이상의 도전성 플레이트(21,41,51)을 더 구비하여 구성된다. 도전성 몸체의 개방된 단부에서 도전성 플레이트와 기계적인 구조를 매개로 공진기 공동의 벽사이에서 공기-절연된 추가의 캐패시턴스를 야기시킴으로써 단축이 수행된다.

Description

동축 공동 공진기{COAXIAL CAVITY RESONATOR}

공진기는 발진기 및 필터의 제작에 있어서 주요 구성 부품으로 사용되고 있다. 공진기의 중요한 특성은, 예컨대 Q값, 크기, 기계적인 안정성, 온도와 습도 안정성 및, 제작비용을 포함한다.

지금까지 알려진 공진기 구성은, 이하의 내용을 포함한다.

1) 캐패시터와 인덕터와 같은 분리된 소자의 결합체인 공진기

이와 같은 종류의 공진기는 소자의 내부손실을 수반하므로 다른 타입의 공진기에 비해 뚜렷하게 낮은 Q-값을 갖는다.

2) 마이크로스트립 공진기

마이크로스트립 공진기는, 예컨대 회로기판 표면의 도전영역에 형성된다. 개방 구성에 의해 야기되는 방사손실의 단점을 가지며, 이에 따라 비교적 낮은 Q-값을 갖는다.

3) 전송선 공진기

전송선 공진기에 있어서, 발진기는 적합한 타입의 전송선의 소정 길이로 이루어진다. 쌍심케이블이나 동축케이블이 사용될 때 비교적 높은 손실과 비교적 불량한 안정성을 갖는 단점이 있다. 도파관이 사용될 때 안정성은 개선될 수 있지만 파이프의 단부가 개방될 때의 방사 때문에 여전히 손실은 비교적 높게 된다. 또한, 그 구성이 비실용적으로 크게 될 수 있다. 나중에 다루어지는 폐쇄된, 비교적 짧은 도파관 공진기가 공동 공진기로서 간주된다.

4) 동축 공동 공진기

이와 같은 종류의 공진기는 단지 동축케이블로서 뿐 아니라 공진기로서 의도되는 유닛 구성을 갖는다. 다른 종류와 달리, 공진기는 서로 공기 절연된 내측도체와 외측도체 및 외측도체와 연결되는 도전커버를 포함한다. 이러한 구성에 의해 비교적 양호한 결과가 달성될 수 있다. 공진기의 길이는 그 공진기 내에서 유효한 가변 필드의 파장의 적어도 1/4 정도의 크기로 되는데, 이는 그 크기를 감소시키려 할 때 단점이 된다. 폭은 외측도체의 측면과 내측도체의 직경을 감소시킴으로써 감소될 수 있다. 그러나, 이는 저항성 손실을 증가시키게 된다. 게다가, 구성체 두께의 감소 때문에, 유전성재료로 만들어진 부품으로 내측도체를 지지할 필요가 있게 되는데, 이는 유전성 손실 형태로 상당한 추가 손실을 야기시키고 제작비용을 증가시킨다.

5) 나선형-공진기

이 타입은 동축 공진기의 변형으로서, 원통형 내측도체가 나선형 도체로 대체된다. 따라서, 공진기의 크기는 감소되지만 손실이 뚜렷하게 증가되는 단점이 있게 된다. 손실은 내측도체의 작은 직경에 기인한다.

6) 공동 공진기

이 타입의 공진기는 도전성 재료로 만들어진 속이 빈 부품인데, 그 내부에서 전자기 발진이 여기될 수 있다. 공진기는 직사각형이나 원통형상 또는 구형상일 수 있다. 공동 공진기에서는 매우 낮은 손실이 달성된다. 그러나, 구성체의 크기를 감소시키려 할 때는 단점을 갖게 된다.

7) 유전성 공진기

동축 케이블이나 폐쇄된 도전표면이 유전성 부분의 표면에 형성된다. 장점은 구성체가 작은 크기로 만들어질 수 있다는 것이다. 또한, 비교적 낮은 손실이 달성될 수 있다. 한편, 유전성 공진기의 단점은 비교적 많은 제작비용이 든다는 것이다.

8) 햇(Hat) 공진기

동축 공동 공진기의 부류에 속하는 것으로, 본 명세서에의 도 1에 기재되어 햇 공진기로 불리며, Mykimoto의 미국특허 제4,292,610호의 종래 기술에 잘 기재되어 있다. 이 타입의 공진기는 상기된 바와 같이 동축 공동 공진기로서 도파관 보다 큰 직경을 갖는 부가적인 디스크가 도파관의 개방된 단부에 위치된다. 장점은 구성체가 작은 크기로 만들어질 수 있다는 것이다. 또한, 비교적 낮은 손실이 달성될 수 있다는 것이다. 디스크의 표면영역과 공진기의 벽에 대한 거리는 디스크와 공동 사이에서 생성된 추가의 캐패시턴스에 기인하여 공진기가 실질적으로 보다 작게 될 수 있는 크기로 된다.

햇 공진기의 또 다른 진전이 Kawahashi 등의 미국특허 제3,496,498호 및Mitsubishi에 의한 일본 공개 제JP57-136804A호에 개시되는데, 여기서 다중 디스크 또는 그르우브가 공진기 로드의 전체 길이를 따라 공진기 로드상에 배열된다. 공동의 벽과 결합하는 캐패시터를 증가시킴으로써, 도전성 몸체의 물리적인 길이가 감소될 수 있다. 이 타입의 다중 디스크 공진기의 단점은 공진기의 Q-값이 햇 공진기의 Q-값에 비해 감소된다는 것이다.

감소된 크기를 갖는 다른 동축 공동 공진기가 E.C Johnson의 미국특허 제3,448,412호에 개시되는데, 여기서 도전성 몸체와 공동의 내부는 접혀진 동축선을 흉내낸 서로 맞물리는 동심의 관형상부재를 갖는다. 더욱이, 공진기의 크기는 상기 햇 공진기와 같이 도전성 몸체의 상부와 하우징의 내부 사이의 도전성 결합에 의해 감소된다. 이 공진기가 감소된 크기를 가짐에도 불구하고, 그 크기는 여전히 크고, 공동의 체적이 감소되면 도전성 몸체의 설계에 기인하여 기계적으로 불안정하게 되는 단점을 갖게 된다.

본 발명은 동축 공동 공진기에 관한 것으로, 특히 무선장치의 필터 구성 부품에 적합한 동축 공동 공진기에 관한 것이다.

도 1은 종래의 동축 공동 공진기를 나타낸 도면,

도 2a 및 도 2b는 각각 본 발명에 따른 동축 공동 공진기의 수직 및 측면을 개략적으로 나타낸 도면,

도 3은 본 발명에 따른 다른 실시예를 나타낸 도면,

도 4는 본 발명에 따른 제3실시예를 나타낸 도면,

도 5a 및 도 5b는 각각 본 발명의 개념에 따른 공동에서의 플레이트의 대안적인 결합을 나타낸 수직 및 측단면을 나타낸 도면,

도 6은 도 2a 및 2b에서 동축 공동 공진기의 주요 플레이트의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.

본 발명의 목적은 작은 크기와 양호한 기계적인 안정성 및 종래 공진기에 비해 높은 Q-값을 갖는 동축 공동 공진기를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 동축 공동 공진기, 즉 정교한 햇 공진기는 본 발명의 독립항에 설명된 특성을 갖는다. 본 발명의 몇몇 바람직한 실시예는 종속항에 의해 설명된다.

본 발명의 기본적인 생각은 이하와 같다: 구성체는 한 단부가 개방되고 1/4파 공진기 보다 짧게된 적어도 하나의 도전성 몸체를 구비하는 동축 공동 공진기이다. 도전성 몸체는 공동 벽에 그 한 단부가 부착되는 주요 로드와 주요 로드의 자유단에 부착되는 주요 디스크를 포함한다. 더욱이, 공동은 주요 디스크의 제1측면쪽에서 그리고 주요 디스크와 갈바니 접촉하지 않게 주요 디스크와 측벽 사이에 위치되는 적어도 하나의 도전성 플레이트를 구비하여 구성되므로 주요 디스크와 공동 벽 사이에 플레이트를 매개로 추가의 용량성 결합을 야기시킨다. 또한, 부가된 디스크가 주요 로드에 부착될 수 있다. 도전성 몸체의 개방 단부에서 도전성 플레이트와 기계적인 구조를 매개로 벽들 사이에 공기-절연된 추가의 캐패시턴스를 야기시킴으로써 단축이 수행된다.

본 발명은 캐패시턴스를 증가시키는 방법이기 때문에, 동일한 Q-값을 가지면서 종래의 1/4파 공진기 보다 실질적으로 작게 공진기를 만들 수 있는 장점을 갖는다. 또한, 달성된 개선은 부분적으로는 공간을 절약하고 부분적으로는 동조용 스크류와 같은 단일의 상부 캐패시턴스를 갖는 공진기에 대한 Q-값에 비해서 높은 Q-값을 유지시키는데 사용될 수 있다.

더욱이, 본 발명에 따른 보다 작은 공진기는 종래의 해결책에 비해 공동의 체적이 특정 주파수에 대해 실질적으로 보다 작게 되도록 하는 장점을 갖는다.

더욱이, 본 발명은 공진기가 짧게 될 때 기계적으로 보다 강하게 되고, 이에 따라 전기 특성이 보다 안정되는 장점이 있다. 손실을 증가시키는 지지용 부품은 필요하지 않게 된다.

도 1은 종래 기술에 따른 햇 공진기(10)를 나타낸 도면이다. 이 공진기는 공동(12) 내측에 위치된 도전성 몸체(11)를 포함한다. 공동(12)은 측벽(13)과 상부벽(14) 및 바닥벽(15)을 갖는다. 도전성 몸체(11)는 도체 로드(16)와 주요 도체 디스크(17)를 구비하여 구성된다. 로드(16)의 단부(16a)는 주요 디스크(17)의 제1측면(17a)에 연결된다. 도체 로드(16)의 자유단부(16b)는 공동(12)의 바닥벽(15)과 단락-회로로 연결된다. 주요 디스크(17)의 제1측면(17a)에 대향하는 제2측면(17b)은 상기 공동(12)의 상부벽(14)과 개방-회로 관계로 있게 된다. 디스크(17)와 공동(12)의 상부벽(14) 및 측벽(13) 사이의 용량성 결합(18)은 특정 주파수에서의 동작을 위해 도전성 몸체(11)에 요구되는 길이(L₁)를 단축시킨다.

도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 햇 공진기의 개선된 실시예를 나타내는데,여기서는 하나 이상의 플레이트(21)가 공동(12) 내에 위치된다. 플레이트(21)는 주요 디스크(17)의 제1측면(17a)과 바닥벽(15) 사이에 위치된다. 플레이트(21)는 공동 벽(13)과 전기 결합을 가지면서 도전성 몸체(11)와는 접촉하지 않는데, 이는 도전성 몸체(또는 적어도 도전성 몸체의 부분)를 단락-회로로 되게하고, 따라서 동축 공동 공진기(20)의 기능을 변화시킨다. 바람직하게는, 전기 결합은 단락-회로 연결이지만 도 5에 나타낸 바와 같이 용량성 결합으로될 수 있다.

바람직하게는, 플레이트(21)는 주요 디스크(17)와 실질적으로 평행하게 동일 평면 내에 배열된다. 따라서, 디스크(17)와 각 플레이트(21) 사이에서 부가적인 용량성 결합(22)을 얻게된다. 용량성 결합의 증가는 물리적인 길이(L₂)의 감소를 이끄는데, 즉 L₁>L₂로 되고, 이는 특정 주파수에서의 동작을 위해서 보다 작은 공동(12)을 사용할 수 있게 한다. 플레이트(21)는 서로 겹쳐질 수 있지만 도체 로드(16)가 각 플레이트를 자유롭게 통과하며 연장되도록 하는 방법으로 배열될 수 있다.

도 3은 도 2a에 나타낸 이전의 실시예에 기초한 본 발명의 다른 실시예(30)를 나타내는데, 여기서 도전성 몸체(31)는 부가 디스크(32)를 더 구비하여 구성된다. 디스크(32)는 주요 디스크(17)와 평행하게 그리고 주요 플레이트(21)와 공동(12)의 바닥벽(15) 사이에 위치되도록 상기 도체 로드(16)에 연결된다.

전체 용량성 결합은 도전성 몸체(31)와 벽(13) 사이의 제1의 용량성 결합(18)과 도전성 몸체와 주요 플레이트(21) 사이의 제2용량성 결합(22)에 의해개략적으로 묘사되는데, 부가된 디스크(32)와 주요 플레이트(21) 사이의 제1의 부가적인 용량성 결합(34)과 부가적인 디스크(32)와 측벽(32) 사이의 제2의 부가된 용량성 결합(33)에 의해 증가될 수 있다. 그 밖의 용량성 결합이 플레이트(21) 근방과 로드(16) 사이에서 일어날 수 있다. 본 발명에 따른 상기 용량성 결합은 전기장 에너지를 나타내는데, 종래 장치에 비해 도전성 몸체의 상부 영역에서 보다 고르게 분포된다.

도 4는 도 3에 나타낸 실시예에 기초한 본 발명의 제3실시예(40)를 나타내는데, 여기서 하나 이상의 부가 플레이트(41)가 공동(12) 내에 위치된다. 부가된 플레이트(41)는 부가된 디스크(32)와 상기 공동(15)의 바닥 벽 사이에 위치된다. 주요 플레이트(21)와 부가된 플레이트(41)가 공동 벽(13)에 대한 전기 결합을 가지면서 도전성 몸체(31)와는 접촉하지 않는데, 이는 도전성 몸체(또는 적어도 도전성 몸체의 부분)를 단락-회로로 되게 하고, 따라서 동축 공동 공진기(40)의 기능을 변화시킨다.

도전성 몸체(31)와 벽(13,14) 및 주요 플레이트(21) 사이의 전체 도전성 결합은 부가된 디스크(32)와 부가된 플레이트(41) 사이에 부가된 용량성 결합(42)에 의해 증가된다.

도 5a 및 도 5b는 플레이트(51)와 공동 벽(13) 사이에서 용량성 결합(52)을 달성하기 위해서, 대안적인 방법으로 공동(12) 내에 하나 이상의 플레이트(51)를 위치시킨 동축 공동 공진기(50)를 나타낸다. 플레이트는 유전성 재료로 제작된 지지부(53)에 부착됨으로써 설정된 위치에 있게 된다. 차례로, 지지부는 바람직한위치에서 도전성 몸체(31)에 확실하게 부착된다.

또 다른 부가 디스크가 유사한 방법으로 도체 로드에 연결될 수 있고, 부가 플레이트 세트가 공동의 내측에 위치되어 도전성 몸체와 공동 벽 사이의 용량성 결합을 증가시킬 수 있다.

주요 디스크와 부가 디스크 및 주요 플레이트와 부가 플레이트는 공진기의 공진주파수를 조종하는 동조수단을 가질 수 있다. 이러한 동조수단은 하나 또는 다수의 굽힐 수 있고, 바람직하게는 도 6에 도시된 바와 같이 상기 플레이트상에 배열된 도전성 텅을 구비할 수 있다.

도 6은 도 2a 및 도 2b에 나타낸 동축 공동 공진기의 대안적인 실시예를 나타내는데, 여기서 주요 플레이트(21)는 텅(23) 형태의 동조수단을 갖는 단일의 플레이트(22)로 대체된다. 텅(23)은 라인(24)를 따라 굽힐 수 있으므로, 각 텅(23)은 주요 디스크(17)에 가깝게 또는 이격되게 굽혀질 수 있다. 이 방법으로 공진주파수가 조정될 수 있다.

디스크(17,32)는 다양하게 주요 로드에 부착될 수 있지만, 바람직하게는 동축으로 부착된다.

디스크는 다양한 두께를 가질 수 있고, 원형상 디스크 이외의 형상을 가질 수 있다. 도전성 몸체 내의 디스크는 다양한 형상을 갖는데, 예컨대 동축 공동 공진기가 특정 주파수에 대해 동조될 때 주요 디스크는 하나 이상의 부가 디스크 보다 큰 직경을 가질 수 있다.

용량성 결합을 증가시키는데 사용되는 플레이트도 다양한 형상 및 두께를 가질 수 있다.

바람직한 실시예의 도면에 명확하게 나타낸 바와 같이, 부가 디스크(32)는 도전성 몸체(31)의 개방 단부(17b)로부터의 소정 거리 내에서 도전성 몸체(31)의 개방된 단부에 인접하게 배열되는데, 이 거리는 도전성 몸체(31)의 길이(L₂)의 1/2 보다 작게 된다.

플레이트(21,41,51)는 도전성 몸체(11,31)의 디스크(17,32)에 충분히 인접하게 주요 디스크(17)의 제1측면(17a)과 공동(12)의 바닥 벽(15) 사이에 위치되어, 주로 플레이트와 인접한 디스크 사이에서 용량성 결합을 생성시킨다. 더욱이, 도면에 도시된 바와 같이 플레이트는 바닥벽(15)으로부터의 소정 거리에서 적어도 하나의 공동 벽(13)에 결합되는데, 상기 거리는 도전성 몸체(11,31)의 길이(L₂)의 적어도 1/2이 된다.

이와 같이 하는 이유는 주요 로드의 하부와 공동 벽 사이의 용량성 결합을 최소화시키고, 도전성 몸체의 개방부와 공동의 대응하는 상부 사이에 용량성 결합을 집중시키기 위해서이다. 이와 같이 함으로써, 높은 Q-값이 특정 주파수에서 달성될 수 있고 동시에 공진기의 크기가 감소될 수 있다.

Claims (13)

1. 측벽(13)과 상부벽(14) 및 이 상부벽에 대향하는 바닥벽(15)을 갖는 공동(12)을 한정하는 벽과,

   상기 공동(12) 내에 위치하고 도전성 로드(16)와 주요 도체 디스크(17)를 구비하여 구성되는 적어도 하나의 원통형 도전성 몸체,

   상기 주요 디스크(17)의 제1측면(17a)에 연결되는 상기 도체 로드(16)의 단부(16a),

   상기 공동(12)의 상기 바닥벽(15)에 단락-회로 연결되는 상기 도체 로드(16)의 자유단부(16b) 및,

   상기 공동(12)의 상기 상부벽(14)과 개방-회로 관계에 있는 상기 제1측면(17a)에 대향하는 상기 주요 디스크(17)의 제2측면(17b)을 구비하는 동축 공동 공진기에 있어서,

   상기 공동(12)은 측벽(13)에 전기적으로 결합되고 도전성 몸체(11,31)와 갈바니 접촉하지 않는 하나 이상의 도전성 주요 플레이트(21,51)를 더 구비하고,

   상기 주요 플레이트(21,51)는 주요 디스크(17)의 제1측면(17a)쪽에서 주요 디스크(17)와 상기 측벽(13) 사이에 위치되는 것을 특징으로 하는 동축 공동 공진기.
2. 제1항에 있어서, 상기 플레이트(21,51)는 상기 공동(12)의 바닥벽(15)으로부터 소정 거리에 위치되고, 이 거리는 도전성 몸체(11,31)의 길이(L₂)의 적어도 1/2인 것을 특징으로 하는 동축 공동 공진기.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 도전성 몸체(31)는 상기 주요 디스크(17)와 실질적으로 평행하게 그리고 주요 플레이트(21,51)와 주요 디스크(17) 사이에서 상기 도체 로드(16)에 연결되는 적어도 하나의 부가된 도체 디스크(32)를 더 구비하고,

   상기 공동(12)은 적어도 2개의 인접한 디스크(17,32) 사이에 위치되고 도전성 몸체(11,31)와 접촉되지 않는 하나 이상의 부가 플레이트(41,51)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 동축 공동 공진기.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 도전성 몸체(31)는 상기 주요 디스크(17)와 실질적으로 평행하고 주요 플레이트(21,51)와 상기 공동(12)의 바닥벽(15) 사이에서 상기 도전성 로드(16)에 연결되는 적어도 하나의 부가된 도전성 몸체(32)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 동축 공동 공진기.
5. 제4항에 있어서, 상기 공동(12)은 적어도 2개의 인접한 부가된 디스크(32) 사이에 위치되는 하나 이상의 도전성 부가 플레이트(41,51)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 동축 공동 공진기.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 디스크(17,31)는 실질적으로 동등한 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 동축 공동 공진기.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플레이트(21,41)는 상기 공동(12)의 적어도 하나의 상기 측벽(13)의 내측에 부착되는 것을 특징으로 하는 동축 공동 공진기.
8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 상기 플레이트(51)는 상기 공동(12)의 적어도 하나의 상기 측벽의 내측에 용량적으로 결합되는 것을 특징으로 하는 동축 공동 공진기.
9. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 플레이트(21,41,51)는 상기 주요 디스크(17)와 실질적으로 평행하게 배열된 것을 특징으로 하는 동축 공동 공진기.
10. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 디스크(17,32)는 상기 로드(16)에 동축적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 동축 공동 공진기.
11. 제3항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 부가 디스크(32) 각각은 주요 디스크(17)의 제2측면(17b)으로부터 소정 거리에서 로드(16)에 배열되고, 상기 거리는 도전성 몸체(31)의 길이(L₂)의 1/2 보다 작은 것을 특징으로 하는 동축 공동 공진기.
12. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 상기 플레이트(22)는 공진주파수를 조정할 수 있는 동조수단(23)을 구비하는 것을 특징으로 하는 동축 공동 공진기.
13. 제12항에 있어서, 상기 동조수단은 적어도 하나의 굽힐 수 있는 도전성 텅(23)을 구비하는 것을 특징으로 하는 동축 공동 공진기.