KR20020035602A - 스위치 가능한 마이크로파 장치 - Google Patents

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Abstract

송신 라인과 같은 평면 마이크로파 장치는 균일한 두께의 유전체 층(1)상에 위치되는 패턴화된 전기적 전도 층을 포함한다. 중심 마이크로 스트립 라인(1)은 중심 스트립의 각각의 측면상에 위치되고 윈도우(13)를 형성하기 위해 브리지 부분(15)에 의해 중심 스트립에 접속되는 횡(11)스트립에 의해 둘러싸진다. 각각의 횡 스트립은 브리지 영역 사이에 위치되는 중단 영역(17)을 갖는다. 중단 영역은 전기적 전도 상태 및 전기적 비전도 또는 높은 저항 상태 사이에서 모두 스위치될 수 있다. 상태 변화는 예를 들어, 트랜지스터와 유사한 형 또는 스위치 가능한 필터 또는 인덕터에 작동하도록 송신 라인의 특성 임피던스에 영향을 미친다. 전기적 전도 물질은 초전도체일 수 있어서, 중단 영역은 조셉슨 접합 또는 초전도 약 링크를 포함한다. 또한, 전기적 전도 물질은 통상의 컨덕터를 대신할 수 있어서, 중단 영역은 광전도 물질을 포함할 수 있다.

Description

스위치 가능한 마이크로파 장치{A SWITCHABLE MICROWAVE DEVICE}
마이크로파 집적 회로를 조립할 때, 전파하는 마이크로파는 상이하게 제어되어야 한다.
따라서, 미국 특허 제 5,770,546호는 초전도 대역 통과 필터를 개시하고, 이것의 특성은 기계적 힘(force) 또는 압력(stress)을 가하거나 자계장을 변화시킴으로써 변경된다. 미국 특허 제 5,585,330호는 저항의 초전도 특성을 제어함으로써 초전도 스트립 라인의 저항을 변화시키는 방법을 개시한다.
공개된 국제 특허 출원 WO 00/01603호에, 적합한 금속과 같은 통상의 전기적 전도 물질을 포함하는 중심 라인으로 이루어진 선형 마이크로 스트립 소자로서 설계된 송신 라인을 포함하는 마이크로파 주파수용 인덕터(inductor)가 개시되어 있다. 마이크로 스트립 소자는 초전도 중심 라인의 측면에서 영역을 만듦으로서 변화되는 폭을 갖는다. 마이크로 스트립의 폭을 효율적으로 변화시키는데 있어서, 그것의 인덕턴스가 그에 따라 변화된다. 마이크로 스트립 소자의 측면의 영역은 중심,통상의 금속 컨덕터에 직접 위치된다. 공개된 국제 특허 출원 WO 00/04602호에서, 예를 들어, 마이크로 주파수용 저역(low-pass) 또는 대역 소거(band-rejection) 필터가 개시되어 있는데, 이것은 인용된 국제 특허 출원 WO 00/4603호에 개시된 인덕터의 방법과 유사한 방법으로 구성된다.
본 발명은 마이크로파 집적 회로에서 사용되는 스위치 가능한 마이크로파 장치에 관한 것으로, 특히 스트립 라인(stripline) 또는 유사한 송신 라인에서 마이크로파의 전파(propagation) 제어에 관한 것이다.
도 1은 특성 임피던스의 값을 변화시키는 송신 라인의 전압-전류 특성의 그래프를 도시하는 도면.
도 2는 두 개의 상이한 값 사이에서 변화될 수 있는 임피던스를 갖는 평면, 스위치 가능한 마이크로파 송신 라인의 사시도.
도 3은 평면, 스위치 가능한 마이크로파 송신 라인의 또 다른 실시예의 측면도.
도 4는 세 개의 상이한 값 사이에서 변화될 수 있는 임피던스를 갖는 평면, 스위치 가능한 마이크로파 송신 라인의 사시도.
본 발명의 목적은 제어 신호에 따라 상이한 값 사이에서 스위치될 수 있는 특성 임피던스를 갖는 송신 라인과 같은 마이크로파 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 의해 해결되어야 할 문제점은 통상의 전기 신호 처리용의 평면 회로와 기본적으로 동일한 파형(wavy)을 에워싸는 마이크로파 장치, 특히, 평면 마이크로파 장치를 어떻게 구성하는가 이고, 상기 장치는 상이한 값 사이에서 변화될 수 있는 특성 임피던스를 갖고, 특히, 값 사이의 차이가 너무 커서, 마이크로파의 변조가 발생될 수 있고, 스위칭 기능이 얻어질 수 있다.
따라서, 일반적으로 송신 라인과 같은 마이크로파 장치는 적어도 두 개의 상이한 값중의 하나일 수 있는 값을 갖도록 제어될 수 있는 임피던스를 갖는 마이크로 스트립 라인을 포함한다. 임피던스는 스트립 라인의 물리적 기하학 구조를 변화시키고, 그것을 기계적 또는 다른 방법에서 변화시키고, 특히, 스트립 라인의 외부 영역에서 전기적 인터럽트(interrupts)를 만듦으로써 상이한 방법에서 제어될 수 있다.
따라서, 송신 라인은 평면형이고 중심 마이크로 스트립 라인을 갖는다. 횡(lateral) 스트립은 중심 스트립의 각각의 측면상에 위치되고 상이한 스트립은모두 전기적 전도 물질로 이루어진다. 바람직한 기하학적 구성에서, 횡 스트립은 중심 마이크로 스트립 라인의 종(longitudinal) 방향에서 브리지(bridge) 영역에 의해 폐쇄되는 윈도우에 의해 중심 마이크로 스트립 라인으로부터 분리된다. 각각이 횡 스트립은 브리지 영역 사이에 위치되는 인터럽트 영역을 갖고, 인터럽트 영역은 전기적 전도 상태 및 전기적 비전도 또는 높은 저항 상태 사이에서 스위치될 수 있다. 제 1 경우에서, 전기적 전도 물질은 초전도 물질이고, 이어서 인터럽트 영역은 조셉슨 접합(Josephson junction) 또는 초전도 약 링크(weak link)를 포함한다. 제 2 경우에, 전기적 전도 물질은 통상의 컨덕터이고 인터럽트 영역은 광전도 물질을 포함한다.
본 발명은 첨부한 도면을 참조하여 제한하지 않는 실시예에 의해 설명된다.
마이크로 스트립 라인중의 하나 또는 다른 유형의 스트립 라인은 아래의 특성 임피던스()를 갖는다.
여기에서, R, G, L은 스트립 라인의 각각의 라인 저항, 컨덕턴스, 인덕턴스 및 커패시턴스이다. 낮은 주파수에 대해, 임피던스()는 라인의 저항 특성에 주로 따르는 반면에, 마이크로파 주파수와 같은 높은 주파수에 대해, 임피던스는 라인의 유도성 및 용량성(inductive and capacitive) 특성을 주로 따른다. 즉,
따라서, 스트립 라인의 인덕턴스 및/또는 커패시턴스를 제어함으로써, 특성 임피던스()는 변화될 수 있어서, 도 1에 나타난 바와 같은 전압-전류 특성 커브를 발생시킨다. 특성 임피던스의 절대값의 특정 변화가 장치를 적절히 설계함으로써 얻어질 수 있다. 예를 들어, 인용된 국제 특허 출원에서, 1 : 2 정도의 인덕턴스의 변화가 많은 응용에 대해 불충분할 수 있는 약의 임피던스의 변화를 초래하는 커패시턴스의 작은 변화에 의해 달성된다. 그러나, 이하에서 설명되는 윈도우를 포함하는 마이크로 스트립 장치의 특정 구조에서, 적절한 설계에 의해 특성 임피던스의 비교적 큰 변화가 얻어질 수 있다.
도 2에 나타난 평면 마이크로 스트립 라인 소자에서, 그것의 하부 표면상의, 예를 들어, Cu, Ag 또는 Au의 금속 물질과 같은 전기적 전도 바닥(ground) 층을 갖는 유전체 기판(1)이 사용된다. 상부 표면상에, 패턴화된 전기적 전도 층(5)이 있다. 제 1 경우에, 패턴화된 전기적 전도 층은 초전도체이고, 제 2 경우에서, 예를 들어, 하부 층과 동일한 금속, 즉, 구리, 은 또는 금과 같은 금속의 통상의 전기적 전도 물질로 이루어진다. 패턴화된 층(5)은 마이크로파가 화살표(7) 방향으로 이동할려는 송신 또는 전파 경로를 형성한다. 패턴화된 층(5)은 전파 경로 방향을 정의하는 균일한 폭(Wi)을 갖는 중심 스템(stem) 경로(9)를 갖는다. 또한, 균일한 폭을 갖고 중심 스템과 병렬로 연장하는 횡 스트림을 갖고, 하나의 횡 스트림(11)은 중심 스템 경로의 하나의 측면상에 위치되고 다른 횡 스트림은 중심 스템(9)의 반대 측면상에 위치된다. 횡 스트림(11)은 바람직하게는 중심 스템(9) 축에 대하여 대칭적으로 위치된다. 횡 스트림(11)은 스트립형(stripshaped)되고 균일한 폭을 갖는 패턴화된 층의 윈도우(13)에 의해 중심 스템으로부터 분리된다. 횡 스트립의 외부 가장자리로부터 반대 횡 스트립의 외부 가장자리까지의 거리는 W0이고, 이것은 또한 횡 스트립이 전자계파를 유도하기 위해 작용할 때 도파관의 효율적인 폭이다.
윈도우(13)는 길이 b를 갖고, 단부에서 중심 스템 경로(9)로부터 횡 스트립(11)으로 연장하는 가로 브리지 부분(15)에 의해 근접된다. 횡 스트립은 중심 부분에서, 특별한 방법 또는 또 다른 특별하게 선택된 물질로 이루어진 브리지 부분(15), 필드 또는 갭(17)에 관하여 중심적으로 위치된다. 특별 영역(17)은 조셉슨 접합 도는 초전도 약 링크를 형성하도록 구성되는 제 1 케이스에 있고, 제 2 케이스에서 광전도 물질을 포함한다.
제 1 케이스에서, 도 2의 장치(19)에 의해 심볼화되는 바와 같이, 초전도 전류 루프를 형성하도록 영역에서 전기 전류를 전도함으로써 특별 영역(17)에서 발생될 수 있다. 전류는 어떤 신호 감시 또는 신호 제어 회로(도시 생략)에 의해 제어되는 저항(R) 및 스위치(23)를 통해 장치(19)에 접속되는 전압 공급원(21)에 의해 발생될 수 있다. 특별 영역에서의 조셉슨 접합 또는 초전도 약 링크는 이러한 전류에 의하고 신호 감시 또는 제어 회로에 의해 통상의 또는 초전도 상태를 취하도록 제어된다. 초전도 전류 루프에 의해 제어하는 대신에, 특별 영역의 온도가 제어될 수 있어서, 장치(19)는 예를 들어, 저항 가열 소자이다.
제 2 케이스에서, 적절한 반도체 레이저와 같은 광원(25)이 광전도 물질로 이루어진 특별 영역상에 광을 방출하기 위해 배치된다. 도 3을 참조. 광원(25)은 어떤 신호 감시 또는 신호 제어 회로(도시 생략)에 접속되어 그것에 의해 제어된다. 광원(25)에 전류가 통할 때, 각각의 횡 스트립(11)의 단부는 서로에 전기적으로 접속하고 스트립을 연속적인 전기 경로로 만들고, 반면에, 전류가 통하지 않을 때, 횡 스트립(11)은 특별 영역(17)에서 전기적 중단을 갖는다.
전자기파 또는 마이크로파 는 도 2 및 3에 도시된 바와 같은 송신 라인 구조에 따라 전파할 수 있다. 특별 영역(17)이 전기적 중단으로서 동작할 때, 마이크로파로 인한 구조에서의 AC 전류는 폭(Wi)의 중심 스트립(9)에서 제한된다. 특별 영역이 전기적 접속으로서 동작할 때, 마이크로파로부터 도출되는 대부분의 AC 전류는 스킨 효과(skin effect) 때문에 횡 스트립(11)으로 흐르고, 횡 스트립의 외부 가장자리는 Wo의 거리를 갖는다. 바닥 평면(3)에 대한 마이크로 스트립 라인(5)의 높이가 고정되는 경우에, 마이크로 스트립 라인의 단위 길이당 인덕턴스는 폭 W에 역으로 비례하는, 즉, 1/W에 비례하는 라인의 전체 폭(W)에 의해 주로 결정된다. 따라서, 횡 스트립이 계속 또는 중단되도록 갭 영역(17)의 상태를 변화시킴으로써, 마이크로 스트립 라인의 인덕턴스(L)가 또한 변화된다. 그 외에, 바닥 평면(3)에 대한 송신 라인의 높이가 기판(1)의 소정의 유전 물질에 대해 고정되는 경우에, 송신 라인의 단위 길이당 커패시턴스(C)는 송신 라인의 폭(W)에 비례한다. 따라서, 송신 라인의 특성 임피던스는 전술한 바와 같이 특별 영역(17)에서 전기적 중단을 발생시키는 것과 같이 라인의 효율적 폭(W)을 변화시킴으로써 변화될 수 있다.
마이크로파의 전력은 전술한 바와 같이 평면 구조를 따라 전파하기 때문에, 구조는 신호 감시 또는 신호 제어 회로에 의해 제어되는 바와 같이 구조의 활성 폭에 제공되는 특성 임피던스를 변화시킴으로써 마이크로파를 변조시키기 위해 사용될 수 있다. 또한, 예를 들어, 특별 영역의 조셉슨 접합 또는 초전도 약 링크의 상태를 변화시키기 위해 필요한 제어 신호의 전력이 구조에 따라 전파하는 마이크로파의 전력보다 많이 작을 수 있기 때문에, 구조는 트랜지스터의 기능과 유사한 증폭 기능을 갖는다.
도 2에 나타난 구조는 일반적으로 도 4에 나타난 바와 같은 중심 스트립의 각각의 측면에 대칭적으로 위치된 복수의 횡 스트립을 갖는다. 이어서, 각각의 횡 스트립은 특별 또는 중단 영역(17)을 갖고, 한 쌍의 두개의 대칭적으로 배치된 횡스트립의 특별 영역(17)은 전도 또는 비전도 또는 높은 저항 상태를 동시에 택하도록 제어된다.

Claims (4)

  1. 가변 송신 특성을 갖는 마이크로파용 평면 송신 라인을 포함하는 장치에 있어서,
    전기 전도 물질로 이루어진 중심 마이크로 스트립 라인 및 횡 스트립을 포함하고, 상기 횡 스트립은 상기 마이크로 스트립 라인 및 횡 스트립에 전기적으로 접속하는 브리지 영역에 의해 상기 중심 마이크로 스트립의 종 방향으로 폐쇄된 윈도우에 의해 상기 중심 마이크로 스트립 라인으로부터 분리되고, 상기 각각의 횡 스트립은 브리지 영역 사이에 위치되는 중단 영역을 갖고, 상기 중단 영역은 전기적 전도 상태 및 전기적 비전도 상태 또는 높은 저항 상태 사이에서 스위치될 수 있는 것을 특징으로 하는 마이크로파용 평면 송신 라인을 포함하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기 전도 물질은 초전도 물질이고, 상기 중단 영역은 조셉슨 접합 또는 초전도 약 링크를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파용 평면 송신 라인을 포함하는 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 중단 영역은 광전도 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로파용 평면 송신 라인을 포함하는 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 중단 영역은 증폭 또는 변조 기능을 갖도록 제어 회로에 접속되는 제어 장치를 통하는 것을 특징으로 하는 마이크로파용 평면 송신 라인을 포함하는 장치.
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