KR20020083940A - 비가역 회로소자 - Google Patents

Abstract

비가역 회로소자는 자석과 중심전극을 포함한다. 중심전극은 홈을 보유하고 있는 제1 표면을 포함하는 비자성체 기판, 비자성체 기판의 제2 표면상에 형성된 자성체 및 홈내에 그 일부가 배치되어 있는 중심전극용 도체를 포함한다. 자석은 자성체에 근접배치되어 자성체에 직류자계를 인가한다.

Description

비가역 회로소자{NONRECIPROCAL CIRCUIT DEVICE}

본 발명은 마이크로웨이브 밴드에 사용되는 서큘레이터 및 아이소레이터와 같은 비가역 회로소자에 관한 것이다.

일반적으로, 셀룰러폰과 같은 이동통신기기에 사용되는 집중정수형 아이소레이터는 운송방향으로만 신호를 지나가도록 하고, 반대방향으로의 운송을 금지한다. 이동통신기기를 경량화하고 소형화하는 최근의 추세에 의해 아이소레이터의 경량화 및 소형화에 대한 요구가 강해지고 있다.

그러한 요구를 충족시키기 위해서, 일본 실용신안 평5-80009호 공보에는, 소자의 크기와 중량을 감소시키기 위해 중심전극용도체를 자성체의 둘레에 감아 형성한 권선형 중심전극을 포함하는 비가역 회로소자가 개재되어 있다. 이 비가역회로소자의 중심전극은 더 큰 유효길이를 보유하여 중심전극의 인덕턴스를 향상시키고 자성체의 직경을 감소시킨다.

그러나, 자성체의 두께가 얇은 경우 보강을 목적으로 자성체의 하부에 비자성체 기판을 남겨둔 상태로, 중심전극용 도체를 자성체 둘레에 감아 중심전극이 형성된다. 자성체의 하부에 감겨진 중심전극용 도체의 부분들이 비자성체 기판에 의해 자성체의 대응부분으로부터 분리되기 때문에, 획득된 아이소레이터의 삽입손실이 아이소레이터에 필요한 만큼 충분하게 낮게되지 않은 문제가 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은, 소형화, 경량화, 및 낮은 삽입손실을 획득할 수 있는, 비자성체 기판이 형성된 자성체를 포함하는 비가역 회로소자를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 2단자 아이소레이터를 나타내는 분해사시도;

도 2(a)는 도 1에 나타낸 2단자 아이소레이터를 구성하는 중심전극을 구성하도록, 피복동선이 형성된 단결정 합성물의 사시도; 및

도 2(b)는 도 2(a)에 있어서의 A-A'선을 따라 취해진 단결정 합성물의 단면도이다.

상술한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 실시예에서는 비자성체 기판이 형성된 자성체를 포함하는 비가역 회로소자를 제공하여, 소형화, 경량화, 및 낮은 삽입손실을 획득한다.

본 발명의 실시예에서는, 홈이 형성되어 있는 제1 표면을 포함하는 비자성체 기판, 비자성체 기판의 제2 표면에 형성된 자성체, 및 홈내에 그 일부가 배치되어 있는 중심전극용 도체를 포함하는 중심전극과, 자성체에 근접 배치되어 있으며 자성체에 직류자계를 인가하는 자석으로 이루어진 비가역 회로소자를 제공한다.

비자성체 기판에는 홈이 형성되고, 홈에서의 두께는 얇기 때문에, 중심전극용 도체와 자성체 사이의 거리는 홈이 형성되지 않은 경우에 비교해서 상당히 감소된다. 따라서, 삽입손실이 크게 감소된다. 게다가, 비자성체 기판에 있어서의 홈의 깊이를 조절할 수 있기 때문에, 삽입손실을 용이하게 조절할 수 있다. 또한, 중심전극용 도체의 일부분이 홈에 형성되기 때문에 중심전극의 이동을 효과적으로 방지할 수 있다.

바람직하게는, 자성체는 홈의 측면을 포함하고, 비자성체 기판은 홈의 저면을 포함하는 것이 바람직하다.

홈의 깊이는 비자성체 기판과 자성체 사이의 계면에 도달하도록 배치된다. 또한, 자성체는 홈의 저면을 형성한다. 게다가, 비자성체 기판의 측면은 홈의 측면을 형성한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 비자성체 기판은 중심전극용 도체와 자성체 사이에 형성되지 않아서, 자성체의 두께는 충분하게 유지된다. 따라서 상술한 구조의 삽입손실은 크게 감소된다.

바람직하게는, 중심전극용 도체는 절연피복선을 포함하고, 중심전극용 도체는 비자성체 기판과 자성체의 둘레에 감기거나, 또는 자성체의 둘레에만 감긴다.

중심전극용 도체가 비자성체 기판과 자성체의 둘레에 감겨져 있는 경우, 도체는 절연피복이 되어 있기 때문에, 도체의 와인딩은 와인딩이 교착하는 부분에 있어서 다른 하나의 도체와 직접적으로 접촉하지 않는다.

절연체는 가닛(garnet) 단결정을 포함하는 것이 바람직하다. 비자성체 기판과 자성체 양쪽 모두 동일한 가닛 단결정구조를 갖는 경우, 안정적인 특성과 낮은 삽입손실을 갖는 비가역 회로소자가 그들로부터 제조된다.

본 발명의 다른 부품, 특성, 특징 및 장점을, 첨부된 도면을 참조하여 이하 실시예를 통하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 비가역 회로소자를 포함하는 2단자 아이소레이터의 분해사시도이다.

이 실시예에서, 2단자 아이소레이터는 대략 3.2mm ×2.5mm ×2.0mm의 치수를 갖는 것이 바람직하다.

도 1을 참조하면, 아이소레이터(10)는 상부요크(12), 하부요크(14), 영구자석(16), 수지기판(17), 4개의 커패시터(20), 저항(22), 및 단결정 합성물(23)을 포함한다. 영구자석(16)과 기판(18)은 상부요크(12)와 하부요크(14) 사이에 배치된다. 커패시터(23), 저항(22), 및 단결정 합성물(23)은 기판(18)상에 형성된다

단결정 합성물(23)은, 비자성 가닛 단결정 기판(26)과, 액상 에피택시(LPE 법)에 의해 비자성 가닛 단결정 기판(26)상에 육성된 자성 자닛 단결정(24)에 의해 형성되는 것이 바람직하다. 가닛 단결정 기판(26)의 표면은 두개의 홈(28a,28b)을 포함하는 자성 가닛 단결정(24)이 형성된 표면의 반대면이다. 홈(28a,28b)은 자성 가닛 단결정(24)의 주표면과 대략적으로 평행하게 연장하여, 가닛 단결정 기판(26)의 대략 표면중앙에서 서로 교차한다.

중심전극은 2개의 피복동선(30a,30b)에 의해 형성된 단결정 합성물(23)의 표면상에 형성된다. 중심전극의 구성을 도 2(a)와 도 2(b)를 참조하여 이하에 설명한다.

도 2(a)는 피복동선(30a,30b)을 이용하여 중심전극을 형성한 단결정 합성물(23)의 사시도이다. 도 2(b)는 도 2(a)의 2점쇄선(A-A')을 따라 취해진 단면도이다. 도 2(a) 및 도 2(b)에 나타낸 바와 같이, 피복동선(30a,30b)의 중앙부는 각각 단결정 합성물(23)의 가닛 단결정 기판(26)상에 형성된 홈(28a,28b)에 배치된다. 피복동선(30a,30b)의 단부는 단결정 합성물(23)의 둘레에 감긴다. 피복동선(30a,30b)은 단결정 합성물(23)의 하부면과 상부면 대략 중앙에서 서로 겹쳐진다.

중심전극을 형성하는 피복동선(30a,30b)의 각각의 일단부는 도 1에 나타낸 기판(18)에 접지된다. 피복동선(30a)의 타단부는 하나의 커패시터(20)를 통하여 입력단자에 직렬로 접속되고, 또한 다른 하나의 커패시터(20)에 병렬로 접속된다. 피복동선(30b)의 타단부는 하나의 커패시터(20)를 통하여 출력단자에 직렬로 접속되고, 또한 다른 하나의 커패시터(20)에 병렬로 접속된다. 저항(22)은 두개의 직렬 커패시터(20) 사이에 직렬로 연결된다.

본 발명을 바람직한 실시예를 통하여 이하에 설명한다.

LPE법에 의해 자성 가닛 단결정(Y₃Fe₅O₁₂) 층을 가닛 단결정 기판 (Gd₃Ga₅O₁₂)상에서 육성하여 단결정 합성물을 준비한다.

획득된 단결정 합성물로부터 복수의 시료를 잘라낸다. 각 시료들은 대략0.5mm ×0.5mm 의 평면치수와, 대략 0.1mm의 가닛 단결정 층의 두께를 가지며, 비자성 가닛 단결정 기판의 두께는 0.2mm이다.

준비한 시료들 중 각각에 대하여, 원반톱을 사용하여 자성 가닛 단결정 층이 형성된 표면에 대해 반대측의 비자성 가닛 단결정 기판의 표면상에 두개의 홈(28a,28b)을 형성한다. 각각의 폭이 대략 0.07mm인 홈(28a,28b)은 대략 표면중앙에서 서로 교차하고 표 1에 나타낸 깊이를 갖는다.

도 2(a) 및 도 2(b)에 나타낸 바와 같이, 두개의 피복동선(30a,30b)의 중앙부들은 획득된 단결정 합성물의 각각의 홈(28a,28b)에 각각 배열된다. 피복동선(30a,30b)의 단부들은 단결정 합성물(23)의 둘레에 감겨져서 중심전극을 형성한다. 다음으로, 중심전극과 도 1에 나타낸 다른 부품들이이 조립되어 2단자 아이소레이터(10)를 형성한다. 이 예에 있어서, 합성물이 비가역 회로소자의 크기에 맞게 절삭된 후, 단결정 합성물에 홈(28a,28b)을 형성한다. 또한, 절삭 이전에홈(28a,28b)을 형성될 수도 있다.

다음으로, 삽입손실과 단결정 합성물에 형성된 홈(28a,28b)의 깊이 사이의 관계를 각각 획득된 2단자 아이소레이터(10)에 대하여 조상하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다. 표 1에 있어서, "기판측"이란 표현은 비자성 가닛 단결정 기판 측을 나타낸다.

표 1을 참조하면, 비자성 가닛 단결정 기판에 형성된 대략 0.05mm의 깊이의 홈을 포함하고 있는 시료(2)의 2단자 아이소레이터는 홈이 없는 시료(1)와 비교하여 향상된 삽입손실을 갖는다.

시료(3)과 시료(4)에 나타낸 바와 같이, 홈의 저면이 자성 가닛 단결정와 비자성 가닛 단결정 기판 사이의 경계면에 근접할수록, 홈에 배치된 피복동선과 자성 가닛 단결정 사이의 거리가 감소하고 삽입손실이 감소한다.

자성 가닛 단결정과 비자성 가닛 단결정 기판 사이의 경계면을 초과하여 연장하고 있는 홈을 포함하는 시료(5,6)에서도 홈이 없는 시료(1)와 비교할때 향상된 삽입손실을 보유한다. 그러나, 자성 가닛 단결정 층의 유효두께가 감소함으로, 홈의 깊이가 경계면에 도달한 후에는 삽입손실이 증가한다.

따라서, 최소 삽입손실이 필요한 경우에, 홈은 자성 가닛 단결정(24)과 비자성 가닛 단결정 기판(26) 사이의 경계면에 도달하도록 형성되고, 자성 가닛 단결정(24)은 도 3에 나타낸 기판을 보유하는 단결정 상에 형성되는 홈(28a',28b')의 저면을 형성하며, 비자성 가닛 단결정(26)은 홈의(28a',28b')의 측면을 형성한다.

이러한 구조에 있어서, 단결정의 표면상에 형성된 피복동선에 의해 중심전극이 형성되면, 비자성체 기판은 중심전극용 도체와 자성체 사이에 끼워지지 않고, 자성체의 두께가 충분하게 유지된다. 따라서, 상술한 구조의 삽입손실은 표 1에 나타낸 시료(4)와 같이 최대로 작게된다.

상술한 예에 있어서 1GHz 밴드에서 사용되는 2단자 아이소레이터를 참조하여 본 발명을 설명하였지만, 본 발명은 다른 주파수밴드에서도 효율적으로 사용될 수 있고, 2단자 아이소레이터 이외의 서큘레이터와 집중정수형 아이소레이터 등의 비가역 회로소자에 사용될 수 있다. 본 발명의 전체적인 구조는 도 1에 나타낸 구조로 한정되지 않는다.

본 발명의 실시예를 상술하였지만, 당업자들에 의해 본 발명의 요지내에서 다양한 변형이 가능함으로, 본 발명은 이하의 청구항에 의해 그 요지가 정의되어야 한다.

본 발명에 의하면, 소형화, 경량화, 및 낮은 삽입손실을 획득할 수 있는, 비자성체 기판이 형성된 자성체를 포함하는 비가역 회로소자를 제공할 수 있다.

Claims (18)

1. 홈을 보유하고 있는 제1 표면을 포함하는 비자성체 기판과, 비자성체 기판의 제2 표면상에 형성된 자성체와, 홈내에 그 일부가 배치되어 있는 중심전극용 도체를 포함하는 중심전극; 및

   자성체에 직류자계를 인가하기 위해 자성체에 근접배치되어 있는 자석으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 비가역 회로소자.
2. 제 1항에 있어서, 자성체는 홈의 측면을 포함하고, 비자성체 기판은 홈의 저면을 포함하는 것을 특징으로 하는 비가역 회로소자.
3. 제 1항에 있어서, 중심전극용 도체는 절연피복선을 포함하고, 중심전극용 도체가 비자성체 기판과 자성체의 둘레에 감겨져 있는 것을 특징으로 하는 비가역 회로소자.
4. 제 1항에 있어서, 중심전극용 도체는 절연피복선을 포함하고, 중심전극용 도체가 자성체 둘레에만 감겨져 있는 것을 특징으로 하는 비가역 회로소자.
5. 제 1항에 있어서, 자성체는 자성 가닛 단결정을 포함하는 것을 특징으로 하는 비가역 회로소자.
6. 제 1항에 있어서, 자성체는 액상 에피택시에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 비가역 회로소자.
7. 제 1항에 있어서, 비자성체 기판은 비자성 가닛 단결정을 포함하는 것을 특징으로 하는 비가역 회로소자.
8. 제 1항에 있어서, 비자성체 기판의 제1 표면은 추가적인 홈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비가역 회로소자.
9. 제 8항에 있어서, 홈과 추가적인 홈은 비자성체 기판의 대략 중앙에서 서로 교차하는 것을 특징으로 하는 비가역 회로소자.
10. 홈을 보유하고 있는 제1 표면을 포함하는 비자성체 기판;

    비자성체 기판의 제2 표면상에 형성된 자성체; 및

    홈내에 그 일부가 배치되어 있는 중심전극용 도체를 포함하는 것을 특징으로 하는 비가역 회로소자용 중심전극.
11. 제 10항에 있어서, 자성체는 홈의 측면을 포함하고, 비자성체 기판은 홈의 저면을 포함하는 것을 특징으로 하는 비가역 회로소자용 중심전극.
12. 제 10항에 있어서, 중심전극용 도체는 절연피복선을 포함하고, 중심전극용 도체가 비자성체 기판과 자성체의 둘레에 감겨져 있는 것을 특징으로 하는 비가역 회로소자용 중심전극.
13. 제 10항에 있어서, 중심전극용 도체는 절연피복선을 포함하고, 중심전극용 도체가 자성체 둘레에만 감겨져 있는 것을 특징으로 하는 비가역 회로소자용 중심전극.
14. 제 10항에 있어서, 자성체는 자성 가닛 단결정을 포함하는 것을 특징으로 하는 비가역 회로소자용 중심전극.
15. 제 10항에 있어서, 자성체는 액상 에피택시에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 비가역 회로소자용 중심전극.
16. 제 10항에 있어서, 비자성체 기판은 비자성 가닛 단결정을 포함하는 것을 특징으로 하는 비가역 회로소자용 중심전극.
17. 제 10항에 있어서, 비자성체 기판의 제1 표면은 추가적인 홈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비가역 회로소자용 중심전극.
18. 제 17항에 있어서, 홈과 추가적인 홈은 비자성체 기판의 대략 중앙에서 서로 교차하는 것을 특징으로 하는 비가역 회로소자용 중심전극.