KR20020035624A - 동일평면 도파관 스위치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 동일평면 도파관의 일 부재의 임피던스를 변경하기 위해 콘덴서(200)를 포함하는 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 콘덴서(200)의 정전 용량은 변경될 수 있고, 도파관의 일 부재의 신호선(120)이 소정의 길이(122)에서 중단되며, 제1 연결부(130)가 도파관의 접지선들(110, 111)을 연결시키며, 제2 연결부(121)가 중단된 신호선(120)의 양 부분들을 연결시킨다.

Description

동일평면 도파관 스위치{COPLANAR WAVEGUIDE SWITCH}

미소기계(micromechanical) 기술로 제작되는 고주파-단락 스위치는 얇은 금속 브리지(bridge)로 이루어지며, 이 금속 브리지는 동일평면 도파관의 접지선들 사이에 삽입되어 있다. 정전기에 의해 이 브리지가 신호선 위에 배열된 얇은 유전체층으로 당겨지므로, 브리지와 신호선으로 이루어지는 판 콘덴서의 정전용량이 커진다. 신호선과 접지선 사이의 정전용량은 이 도파관에서 유도되는 전자기파의 전파 특성에 영향을 준다. "오프(off)"-모드에서 (금속 브리지가 아래에 있다) 성능(power)의 대부분이 반사된다. "온(on)"-모드에서는 (금속 브리지가 위에 있다) 성능의 대부분이 전달된다.

도1은 콘덴서를 가지는 본 발명에 따른 장치의 평면도이다.

도2는 도1의 콘덴서를 가지는 본 발명에 따른 장치를 절단선 C를 따라 절단한 단면도이다.

도3은 도1의 콘덴서를 가지는 본 발명에 따른 장치를 절단선 A를 따라 절단한 단면도이다.

도4는 도1의 콘덴서를 가지는 본 발명에 따른 장치를 절단선 B를 따라 절단한 단면도이다.

도5는 콘덴서를 가지는 본 발명에 따른 장치의 사시도이다.

도6은 콘덴서를 가지는 본 발명에 따른 장치의 개폐도이다.

독립항의 특징들을 가지는 본 발명에 따른 장치가 가지는 장점은 금속 브리지의 길이가, 즉 제2 도전성 연결부의 길이가 상기 동일평면 도파관의 접지선들의 간격에 의존하지 않는, 즉 도파관의 접지선들의 간격이 상기 제2 연결부의 길이에 독립적으로 및 그 반대로 선택될 수 있다는 것이다. 그 결과 얻어지는 장점은, 본 발명에 따라 "접지선들의 보다 작은 간격", "높은 동작 주파수", "제2 연결부, 즉 금속 브리지의 큰 팽창" 및 "작은 스위칭 전압"의 특징들을 가지는 HF-마이크로 스위치가 용이하게 구현될 수 있다는 것이다. 또한, 동일평면 도파관의 접지선들 사이의 상기 제1 도전성 연결부를 통해 콘덴서와 직렬로 접속된 인덕턴스가 신호선의 구성에 독립적으로 선택될 수 있다. 그 결과, 상기 도파관을 따라서 전자기파의 전파의 작은 장애와 상기 도파관의 접지선들 사이에 단락 브리지로서 형성된 제1 연결부의 최적 크기를 간단한 수단으로 달성할 수 있다.

또한, 제1 및 제2 연결부가 금속 연결부들인 것이 장점이다. 그 때문에 도전성 연결부로서 금속을 이용할 경우 소재 고유의 그리고 프로세스 기술 상의 장점들 전부가 본 발명에 따라 이용될 수 있다.

또한, 제2 연결부는 제1 연결부와 제2 연결부의 간격이 적어도 제2 연결부의 일부 영역에서 변경될 수 있도록 기계적으로 변형될 수 있는 것이 유리하다. 그와 같이하여 정전용량이 변경될 수 있는 콘덴서가 간단한 수단으로 제조될 수 있다.

또한, 상기 콘덴서의 정전용량의 변경은 제1 연결부와 제2 연결부 사이의 정전기력을 통해 이루어질 수 있는 것이 유리하다. 그 때문에 간단한 수단으로 본 발명에 따른 장치의 2개의 스위칭 모드가 제공될 수 있으므로, 이 장치의 확실하고 신속한 스위칭 능력이 보장된다. 또한, 그 때문에 상기 장치의 스위칭 모드가 언제라도 분명하게 정해진다.

또한, 유리하게는, 상기 콘덴서가 제1 연결부와 제2 연결부 사이의 소정의 전압에 따라서 제1 소정의 정전용량과 제2 소정의 정전용량을 갖는다. 그 때문에 특히 제1 및 제2 도전성 연결부 및 이들 사이의 유전체층의 크기를 적절하게 정함으로써 동작 주파수가 넓은 범위에서 동일평면 도파관의 접지선들의 간격에 독립적으로 결정될 수 있다. 마찬가지로, 그와 같이하여 삽입 손실이 조정될 수 있다.

또한, 유리하게는, 제1 연결부가 신호선과 접지선들 사이에 콘덴서와 직렬로 인덕턴스를 형성한다. 그 때문에, 제1 연결부에 대해 다양한 형상들과 크기들을 제공할 수 있으므로, 제1 연결부를 통해 발생하는 인덕턴스가 넓게 설정될 수 있다.

또한, 유리하게는, 제1 정전용량과 상기 인덕턴스의 공동 임피던스는 동작 주파수에서 대체로 이들의 옴 저항에 일치한다. 그 결과, 특히 큰 절연, 즉 특히 큰 반사 계수가 단락 스위치가 꺼진 상태에서도 달성될 수 있다.

또한, 유리하게는, 동작 주파수로서 약 77GHz 또는 24GHz가 제공된다. 그 때문에 ACC{감응식 순항 제어 시스템(Adaptive Cruise Control)} 또는 SRR{단 유효범위 레이더(Short Range Radar)}에 본 발명에 따른 장치를 이용할 수 있다.

또한, 유리하게는, 반사가 신호선과 제2 연결부 사이의 전이부에서 보상될 수 있도록 상기 소정의 길이가 설정된다. 그 때문에 상기 스위치의 삽입 손실 및 그로 인한 적응이 스위칭 온 모드에서 개선될 수 있다.

본 발명의 실시예가 도면에 도시되어 있으며 하기에 상술된다.

도1에는 콘덴서를 가지는 본 발명에 따른 장치의 예로서 미소기계 고주파 단락 스위치가 도시되어 있다. 본 발명에 따른 장치의 경우 동일평면 도파관이 기판(100)에 놓여 있다. 이 동일평면 도파관은 본 발명에 따라 특히 동일평면의 3개 도전성 선으로 이루어지며, 이 도전성 선들은 적어도 국부적으로는 거의 병렬로 배열되어 있다. 상기 동일평면 도파관의 도전성 선들은 특히 금속이며 특히 하나 이상의 전기 도금 공정 단계에 의해 상기 기판에 제공된다. 본 발명에 따라 상기 기판(100)은 손실각이 작은 성질을 갖는다. 상기 동일평면 도파관의 3개 도전성 선 중 외측 양 선들은 제1 접지선(110)과 제2 접지선(111)이며 그 가운데 선은 상기 동일평면 도파관의 신호선(120)이다. 도1에는 상기 기판(100)에 배열된 상기 동일평면 도파관에서 본 발명에 따른 장치와 관련된 영역이 평면도로 도시되어 있다. 상기 동일평면 도파관의 양 접지선(110, 111)은 제1 도전성 연결부(130)에 의해 연결되어 있다. 이 때 상기 제1 연결부(130)는 예를 들어 기판(100) 위에 직접 배열되어 있으며 접지선(110, 111)의 "높이"에 비해 작은 "높이"를 가지는데, 즉 상기 제1 연결부(130)는 기판(100) 위의 "베이스"에서 상기 접지선들(110, 111)을 연결시킨다. 이 제1 연결부(130)의 영역에서 동일평면 도파관의 신호선(120)은 중단되어 있다. 그러므로 상기 연결부(130)는 신호선(120)과 도전성으로 연결되어 있지 않다. 본 발명에 따르면 이 제1 연결부(130)에는 상기 신호선(120)의 중단 영역에서 도1에 도시되지 않은 유전체의 층이 놓인다. 또한, 이 중단된 신호선(120)은 제2 도전성 연결부(121)에 의해 연결되어 있다. 이 때 이 제2 연결부(121)는 본 발명에 따라 특히 상기 중단되어 있는 신호선(120)의 단부들 사이에 있는 금속성 연결 브리지의 형태로 제공되어 있다. 그러나 이 제2 연결부(121)는 본 발명에 따라 상기 기판(100)의 평면에 대해 소정의 거리에 제공되어 있으며, 이 때 기판(100)에 대해 또는 제1 연결부(130)에 대한 제2 연결부(121)의 거리는 대략 상기 신호선(120)의 높이에 일치한다. 그 때문에 - 상기 제2 연결부(121)에 힘이 없게 되는 경우 - 제2 연결부(121)는 중단되어 있는 신호선(120)의 단부들 사이에 "떠있게 된다". 그런 동안에는 상기 제2 연결부(121)는 브리지 또는 금속 브리지(121)라고도 한다. 또한 도1에는 알파벳 C로 표시된 제1 절단선, 알파벳 A로 표시된 제2 절단선, 알파벳 B로 표시된 제3 절단선이 도시되어 있다. 상기 제1 절단선은 상기 접지선(110, 111) 사이에 있는 제1 연결부(130)의 영역에서 신호선(120)과 접지선(110, 111)에 대해 직각 방향으로 본 발명에 따른 장치를 자르고 있다. 제2 절단선은 제1 접지선(110)의 영역에서 동일평면 도파관의 선들(110, 111, 120)에 대해 평행하게 본 발명에 따른 장치를 자르고 있다. 제3 절단선은 상기 신호선(120)의 영역에서 또는 - 신호선(120)이 중단되어 있는 영역에서 - 제2 연결부(121)의 영역에서 동일평면 도파관의 선들(110, 111, 120)에 대해 평행하게 본 발명에 따른 장치를 자르고 있다. 도2는 도1에서의 제1 절단선(알파벳 C)을 따라 절개한 본 발명에 따른 장치의 단면도이다. 또한, 상기 기판(100), 동일평면 도파관의 제1 접지선(110)과 제2 접지선(111)이 도시되어 있다. 상기 동일평면 도파관의 접지선들(110, 111) 사이에 도파관의 신호선(120)이 배열되어 있다. 도2에서는 기판(100) 표면의 거리에 관한 상기 제1 연결부(130) 및 제2 연결부(121)의 입체 배열을 특히 파악할 수 있다. 제1 연결부(130)는 도2에서 기판(100)에 직접 배열되는 반면, 제2 연결부(121)는 신호선(120) 위에 놓이며 그 결과 기판(100) 평면으로부터 신호선 및 접지선(110, 111, 120)의 높이 거리에 떨어져 있다.

도3은 도1의 절단선 A를 따라 절개한 본 발명에 따른 장치의 단면도이다. 다만, 기판(100)과 제1 접지선(110)이 보일 뿐이다.

도4는 제3 절단선(알파벳 B)을 따라 절개한 본 발명에 따른 장치의 단면도이다. 기판(100)에는 동일평면 도파관의 신호선(120)이 제공되어 있다. 신호선(120)은 소정의 길이(122)만큼 중단되어 있다. 이 영역에서 제2 연결부(121)는 신호선(120)을 연결하고 있다. 이 때 상기 제2 연결부(121)는 신호선(120)의 중단을 통해 만들어진 신호선(120) 양 단부들을 연결시키고 있다. 제2 연결부(121)는 실시예에서 특히 기판(100)과 일정 거리에 제공되어 있으며, 이 거리는 신호선(120)의 높이에 일치한다. 또한, 도4에는 제1 연결부(130)가 도시되어 있다. 상기 제1 연결부(130) 위에 도1과 관련하여 이미 언급한 유전체 층(140)이 위치한다.

도5는 본 발명에 따른 장치의 사시도이다. 상기 기판(100)에 도파관의 제1접지선(110)과 제2 접지선(111)이 위치한다. 이 접지선들(110, 111) 사이에 중단된 신호선(120)이 위치한다. 상기 신호선(120)의 양 단부들은 제2 연결부(121)를 통해 연결되어 있다. 또한, 도5에는 유전체 층(140)이 도시되어 있다. 상기 유전체 층(140) 아래, 즉 기판(100) 쪽에 제공되며 접지선들(110, 111) 사이에 있는 제1 연결부(130)는 사시도이기 때문에 도5에 도시되어 있지 않다.

도6은 본 발명에 따른 배열의 개폐도이다. 이 개폐도 도면에는 상기 양 접지선들(110, 111)이 동일평면 도파관의 단일 선의 형태로만 도시되어 있다. 그러므로 상기 접지선들(110, 111)은 동일 포텐셜에 있다. 또한, 동일평면 도파관의 신호선(120) 역시 도6에 도시되어 있다. 상기 신호선(120)과 접지선들(110, 111) 사이에 직렬로 콘덴서(200)와 인덕턴스(210)가 배열되어 있다. 상기 콘덴서(200)는 적어도 부분적으로, 도6에 도시되지 않은 제1 연결부(130)와 제2 연결부(121)를 통해 구현된다. 이 콘덴서(200)에서 그 정전용량은 변경될 수 있으며 더 정확하게 말해서 본 발명에 따라 특히 제2 연결부(121)가 기계적으로 변형되어 적어도 제1 연결부(130)와의 거리의 일부 영역들에서 변경할 수 있기 때문이며, 이는 콘덴서(200)의 정전용량에 영향을 미친다. 상기 인덕턴스(210)는 대체로 제1 연결부(130)를 통해 구현될 수 있다. 상기 접지선들(110, 111) 사이에 직류 전압 데드 스위치로서 작용하는 제1 연결부(130)를 구조화하여, 인덕턴스가 만들어지며, 이 때 이 인덕턴스가 길이-폭-비, 형상, 예를 들어 미앤더(meander) 형상 또는 그 유사 형상의 변경을 통해 설정될 수 있다.

상기 동일평면 도파관의 도시된 부재가 높은 전송 효율 계수 및 작은 반사계수를 가지는 경우에 대해 도4와 도5에는 기계적으로 변형가능한 제2 연결부(121)가 도시되어 있다. 상기 유전체 층(140)의 전기 특성과 함께 콘덴서(200)의 정전용량을 결정적으로 정하는 제2 연결부(121)와 제1 연결부(130)의 간격은 도4에서 최대 거리로 도시되어 있다. 상기 콘덴서(200)의 정전용량은 이 경우 매우 작으며 예를 들어 단락 스위치의 입력 흡수에 중요하다. 상기 제1 연결부(130)와 제2 연결부(121) 사이에 전압이 예를 들어 직류가 인가되는 경우에 대해 정전 인력이 제1 연결부(130)와 제2 연결부(121) 사이에 발생한다. 이는 제2 연결부(121)가 기계적 변형 때문에 변형되며 적어도 일부 영역에서, 즉 대체로 금속 브리지의 중앙에서 제1 연결부(130)쪽으로 또는 제1 연결부(130) 위에 놓이는 유전체 층(140) 쪽으로 당겨지게 한다. 이 유전체는, 특히 규소이산화물 또는 규소질화물은 스위치오프 모드에서 스위치로 형성된 장치의 전기 접촉을 억제한다. 그러므로 제1 연결부(130)와 제2 연결부(121)로 형성된 콘덴서(200)의 정전용량이 변하므로, 그 정전용량이 더 커진다. 그러므로 본 발명에 따라 상기 양 연결부들(130, 121) 사이에 전압의 인가 또는 제거를 통해 본 발명에 따른 장치의 상기 콘덴서(200)의 정전용량이 변하며 스위치로서 상기 장치를 형성하는 경우 스위칭작용을 한다. 도4와 도5에 도시된 제2 연결부(121) 위치는 통로를 가지는 상기 장치의 동작에 일치하며 스위치온 모드로서 접속되어 있다. 전압을 통해 제1 연결부(130) 쪽으로 당겨진 제2 연결부(121)의 도4에 도시되지 않은 모드는 스위치의 스위칭오프 모드에 일치한다. 그러므로 이는 상기 경우에 해당하며, 왜냐하면 본 발명에 따라 도1 내지 도4에 도시된 부재를 포함하는 도파관이 소정의 동작 주파수로 동작되기 때문이다. 이 콘덴서(200)의 정전용량은 상기 양 연결부들(130, 121) 사이의 전압에 따라서 2가지 정전용량값을 가지며, 이 때 이 정전용량값들은 하기에서 제1 정전용량값 또는 제1 정전용량이라고 그리고 제2 정전용량값 또는 제2 정전용량이라고도 한다. 이 제1 정전용량은 스위칭오프 모드에 일치하는, 즉 제1 연결부(121)는 이 제1 연결부(121)에 인가된 전압을 통해 당겨진다. 그러므로 상기 제2 정전용량은 도4에 도시된 스위칭온 모드에 일치하며, 이 때 제2 연결부(121)는 기계적으로 변형되지 않는다. 본 발명에 따라 제1 정전용량과 제2 정전용량이 제1 연결부(130)와 제2 연결부(121)의 폭 및 길이 그리고 유전체층의 두께 및 소재 특성 그리고 신호선(120)의 높이의 변형을 통해 결정된다. 본 발명에 따라 상기 연결부(130, 121), 유전체층(140) 및 신호선(12)의 크기가 정해지므로, 제1 정전용량 그리고 제1 연결부(130)를 통해 형성되는 인덕턴스의 직렬 접속의 임피던스가 이 동작 주파수에서 제거되거나 가능한 한 작게 된다. 상기 인덕턴스(210)의 조정은 본 발명에 따라 대체로 도파관의 접지선들(110, 111) 사이에 제1 연결부(130)의 크기 및 형상을 통해 이루어진다.

제2 연결부(121)는 본 발명에 따라 도파관의 중단된 신호선(120)의 단부들 사이에 삽입되어 있는 얇은 금속 브리지이다. 상기 접지선들(110, 111) 사이에 제1 연결부(130)는 직류 전압 데드 스위치로서 작용한다. 제1 연결부(130)가 제2 연결부(121)와 함께 판 콘덴서로서 작용한다. 상기 직류 전압 데드 스위치, 즉 제1 연결부의 적절한 크기 및 형상을 통해 상기 판 콘덴서에 직렬로 배열된 인덕턴스가 (동작 주파수에서) 조정될 수 있다. 상기 판 콘덴서와 직렬인 인덕턴스를 통해 직렬 공진 회로가 형성되고, 이의 공진 주파수는 제2 연결부(121)의 스위칭오프 모드에서 인덕턴스의 적절한 크기 및 판 콘덴서의 정전용량을 통해 상기 장치의 공진 주파수에 있게 된다. 그 때문에 신호선(120)과 접지선(110, 111) 사이의 임피던스는 (인덕턴스가 없는) 순수한 판 콘덴서의 임피던스에 비해 강하게 감소되므로, 고주파-스위치로서 형성되어 있는 장치의 절연이 훨씬 개선된다. 이제, 이 절연이 제2 연결부(121)에서 그리고 제1 연결부(130)에서 저항 손실을 통해 제한된다. 스위칭온 모드에서 상기 장치 또는 부품 또는 소자는 동작 주파수에서 (제2 연결부(121) 또는 브리지(121)가 "위에", 즉 기판에 대해 상대적으로 큰 간격을 가지는) 판 콘덴서 정전용량의 감소를 통해 이 공진 주파수 밖에서 동작하므로, 삽입 손실이 더 높아지지 않는다. 상기 제2 연결부(121)의 길이가 적절한 크기를 가지면 (예를 들어 동작 주파수에서 효과적인 파장의 절반), 반사가 동일평면 도파관과 (즉, 신호선(120)의 단부들) 제2 연결부(121) 사이에 충격 지점 또는 전이 지점에서 보상될 수 있으므로, 예를 들어 스위치로서 제공되는 장치의 삽입 손실 및 그로 인한 그 적응이 개선된다. 이는 동일평면 도파관의 임피던스로 제2 연결부(121)의 임피던스를 변형시키는 것에 일치한다. 제2 연결부(121)의 길이는 높은 동작 주파수에서 접지선의 최대 거리 때문에 제한되지 않는다. 그 때문에 동작 주파수가 더 높은 경우 커지는 스위칭 전압이, 즉 제1 및 제2 연결부(130, 121) 사이에 인가되는 전압이 이용되지 않는다.

본 발명에 따라 대략 77GHz 또는 대략 24GHz의 범위에서 동작 주파수를 선택할 수 있다. 그 때문에 본 발명에 따른 장치는 특히 ACC(감응식 순항 제어 시스템) 또는 SRR(단 유효범위 레이더) 분야에서의 적용에 적합하다.

Claims (9)

1. 동일평면 도파관의 일 부재의 임피던스 변경을 위해 정전용량이 변경 가능한 콘덴서(200)를 가지는 장치에 있어서,

   상기 콘덴서(200)는 제1 도전성 연결부(130)와 제2 도전성 연결부(121)를 적어도 부분적으로 포함하며, 상기 도파관의 일 부재의 신호선(120)이 소정의 길이(122) 만큼 중단되어 있으며, 제1 연결부(130)가 상기 도파관의 접지선들(110, 111)을 연결시키며, 제2 연결부(121)가 중단된 신호선(120)의 양 부분들을 연결시키는 것을 특징으로 하는 장치.
2. 제1항에 있어서, 제1 및 제2 연결부(130, 121)가 금속 연결부인 것을 특징으로 하는 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 연결부(121)는 상기 제1 연결부(130)와 제2 연결부(121)의 간격이 적어도 제2 연결부(121)의 일부 영역에서 변경될 수 있도록 기계적으로 변형될 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 콘덴서(200)의 정전용량의 변경이 제1 연결부(130)와 제2 연결부(121) 사이의 정전기력을 통해 이루어질 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 콘덴서(200)가 제1 연결부(130)와 제2 연결부(121) 사이의 소정의 전압에 따라 제1 소정의 정전용량과 제2 소정의 정전용량을 가지는 것을 특징으로 하는 장치.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 연결부(130)는 상기 신호선(120)과 접지선(110, 111) 사이의 콘덴서(200)와 직렬로 인덕턴스(210)를 형성하는 것을 특징으로 하는 장치.
7. 제6항에 있어서, 제1 정전용량과 인덕턴스(210)의 공동 임피던스는 동작 주파수에서 대체로 이들의 옴 저항에 일치하는 것을 특징으로 하는 장치.
8. 제7항에 있어서, 동작 주파수로서 약 77GHz 또는 약 24GHz가 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 소정의 길이(122)는 반사가 신호선(120)과 제2 연결부(121) 사이의 전이부에서 보상되도록 설정되어 있는 것을 특징으로 장치.