KR20030071837A - 고주파회로소자 및 고주파회로모듈 - Google Patents

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Abstract

고주파회로소자는, 유전재료(1)와, 유전재료(1)를 둘러싸는 차폐도체(2)와, 유전재료(1)를 고정·지지하기 위한 지지부재(3)와, 마이크로 스트립선로로 구성된 1 쌍의 전송선로(4)를 구비한다. 전송선로(4)는, 유전체로 이루어지는 기판(6)과 스트립도체(5)와 접지도체층(9)으로 구성된다. 스트립도체(5)의 선단부는 유전재료(1)의 일부와 대향하며, 출력결합 또는 입력결합하는 결합프로브로서 기능한다. 전송선로(4)는 스트립선로, 마이크로 스트립선로, 코플레너선로 등이며, 회로기판에로의 접속 시에 손실이 적다.

Description

고주파회로소자 및 고주파회로모듈{HIGH FREQUENCY CIRCUIT ELEMENT AND HIGH FREQUENCY CIRCUIT MODULE}
이전부터, 고주파필터를 비롯하여, 기본요소로서 공진체를 구비하는 고주파회로소자는 통신시스템에 불가결한 요소이다. 또 공진체 중에서도, 유전체, 예를 들어 고유전율이며 저손실의 세라믹스재료를 이용함으로써, 소형이며 저손실(고Q)의 공진기로서 기능하는 고주파회로소자를 실현할 수 있다.
그런데 이와 같은 공진기와, 공진기 이외의 회로요소, 예를 들어 증폭회로, 발진회로, 믹서회로 등을 동일 기판 상에 배치하여, 고주파회로를 모듈구성으로 하는 것도 가능하다. 이 경우에는 공진기에 대하여, 기판 상의 스트립선로 등 전송선로로부터 고주파신호를 입출력시킬 필요가 있다. 이와 같은 고주파회로이며 또 유전체를 이용한 것으로서, 예를 들어 일특개평 10-284946호 공보에 개시된 바와 같이, 회로기판 상에 유전재료(dielectric material)를 배치하고 그 근방에 스트립선로를 배치함으로써, 공진기로의 고주파신호 입출력을 실행하는 것이 알려져 있다.
이 경우 유전재료는, 원형단면을 가지며 TE01δ모드의 공진을 행한다. 그리고스트립선로로부터의 고주파신호 중 원하는 주파수성분만을 투과시키거나, 또는 불필요한 주파수성분을 제거할 목적으로 유전재료가 이용된다.
- 해결과제 -
그러나 상기 종래와 같은 유전재료를 기판 상에 배치한 고주파회로에서는 다음과 같은 문제가 있다.
우선, 유전재료를 차폐시키는 일없이 사용하므로, 유전재료로부터의 고주파신호(전자파)가 방사된다. 이 때문에 공진기의 손실이 증가하는, 즉 공진Q값이 저하될 우려가 있다. 또 방사된 전자파가 기판 상의 다른 회로와 결합하여, 회로동작의 불안정을 초래할 우려가 있다. 또한 방사된 전자파와 다른 회로와의 결합을 억제하기 위해, 유전재료와 다른 회로를 어느 정도의 거리를 두고 배치할 필요가 있으므로, 모듈 전체의 소형화를 저해하는 요인이 된다.
이상과 같은 문제는, 고주파회로에서 취급하는 고주파신호의 주파수가 높아질수록 현저하게 나타나므로, 밀리파 대역 등에서는 치명적인 문제가 될 우려가 있다.
또 TE01δ모드 공진기에서는, 공진 전계의 분포가 원통형 유전재료 내부에서 동심원을 그리듯 회전하는 경우가 있어, 기판 상에 배치된 스트립선로 등과의 원하는 결합을 얻기가 어려워지는 경우도 있다.
본 발명은 무선통신시스템을 비롯한, 고주파신호를 취급하는 장치에 이용되는 공진용 고주파회로소자 및 고주파회로모듈에 관한 것이다.
도 1의 (a), (b), (c)는 각각 차례로, 본 발명의 제 1 실시형태에 관한 고주파회로소자의 사시도, 종단면도 및 횡단면도.
도 2의 (a), (b)는 각각 차례로, 본 발명의 제 2 실시형태에 관한 고주파회로소자의 사시도 및 횡단면도.
도 3은 전자계 해석에 의해 모의실험된 제 2 실시형태 구체예의 고주파회로소자 삽입손실의 주파수특성(투과특성).
도 4는 시험제작된 제 2 실시형태 구체예의 고주파회로소자 삽입손실의 주파수특성 실측데이터.
도 5는 본 발명의 제 3 실시형태에 관한 고주파회로소자의 종단면도.
도 6은 전자계 해석으로 모의실험된 제 3 실시형태 구체예에 관한 고주파회로소자의 삽입손실 주파수특성(투과특성).
도 7의 (a), (b)는 각각 차례로, 본 발명의 제 4 실시형태에 관한 고주파회로소자의 종단면도 및 횡단면도.
도 8은 본 발명의 제 5 실시형태에 관한 고주파회로소자의 횡단면도.
도 9는 제 5 실시형태 구체예의 고주파회로소자에 있어서 선단부의 길이와, 입출력 결합도를 나타내는 외부Q값(Qe)과의 관계를, 3 차원 전자계 해석에 의해 모의실험한 결과를 나타내는 도.
도 10은 본 발명의 제 6 실시형태에 관한 고주파회로소자의 횡단면도.
도 11은 제 6 실시형태의 구체예에 있어서, 2 개 유전재료간의 결합도(k)와,유전재료의 간격(d)과의 관계를 모의실험한 결과를 나타내는 도.
도 12는 제 6 실시형태의 구체예에서 시험제작된 고주파회로소자 손실량의 주파수특성을 나타내는 도.
도 13은 본 발명의 제 7 실시형태에 관한 고주파회로소자의 횡단면도.
도 14는 본 발명의 제 8 실시형태에 관한 고주파회로소자의 횡단면도.
도 15는 제 8 실시형태 구체예의 고주파회로소자에 있어서 삽입손실의 주파수특성을 전자계해석으로 모의실험한 결과를 나타내는 도.
도 16의 (a), (b), (c)는 각각 차례로, 본 발명의 제 9 실시형태에 관한 고주파회로소자의 횡단면도, 긴 쪽 방향의 종단면도 및 긴 쪽 방향으로 직교하는 종단면도.
도 17의 (a), (b)는 각각 차례로, 본 발명의 제 10 실시형태에 관한 고주파회로소자를 경사진 위쪽에서 본 사시도 및 경사진 아래쪽에서 본 사시도.
도 18의 (a), (b)는 각각 차례로, 제 10 실시형태에 관한 고주파회로소자의 종단면도 및 횡단면도.
도 19의 (a), (b), (c)는 각각 차례로, 본 발명의 제 11 실시형태에 관한 고주파회로소자의 사시도, 종단면도 및 횡단면도.
도 20의 (a), (b)는 각각 차례로, 제 11 실시형태에 관한 고주파회로소자의 유전체기판의 상면도 및 이면도.
도 21의 (a), (b)는 각각 차례로, 본 발명의 제 12 실시형태에 관한 고주파회로소자의 횡단면도 및 종단면도.
도 22는 제 12 실시형태 구체예의 고주파회로소자의 공진주파수와 주파수조정 나사의 삽입량과의 관계를 나타내는 도.
도 23은 제 12 실시형태 구체예의 고주파회로소자의 공진주파수와 주파수조정 나사의 삽입량과의 관계를 나타내는 도.
도 24는 제 12 실시형태 구체예의 고주파회로소자의 공진주파수와 단간결합도조정 나사의 삽입량과의 관계를 나타내는 도.
도 25의 (a), (b)는 각각 차례로, 본 발명의 제 13 실시형태에 관한 고주파회로모듈의 사시도 및 횡단면도.
도 26의 (a), (b)는 각각 차례로 제 13 실시형태의 변형예에 관한 고주파회로모듈의 사시도 및 횡단면도.
도 27의 (a), (b)는 각각 차례로, 송신측 손실량의 주파수특성 및 수신측 손실량의 주파수특성을 나타내는 도.
도 28의 (a), (b)는 제 13 실시형태 또는 변형예에서의 위상천이회로의 바람직한 구조예를 각각 나타내는 단면도.
도 29는 제 1 실시형태의 유전재료(1)를, 단부로부터 중앙부를 향해 단면이 확대돼가도록 형성한 변형예를 나타내는 단면도.
도 30은 3 종류의 세라믹스재료를 사용했을 때의 26 ㎓에서의 유전재료와 차폐도체의 크기와, 무부하Q값의 실측값을 표로 나타내는 도.
도 31의 (a), (b), (c)는 1 쌍의 전송선로가 접지도체층 상에 형성된 경우의 구조예를 나타내는 평면도.
도 32의 (a)~(i)는 본 발명의 고주파회로소자 또는 고주파회로모듈을 이용할 수 있는 전송선로의 예를 나타내는 단면도.
본 발명의 목적은, 유전재료를 조립시킨, 손실이 작은 고주파회로소자 및 고주파회로모듈을 제공하는 데 있다.
본 발명의 고주파회로소자는, 전자파의 공진상태를 발생시키는 것이 가능한 적어도 1 개의 유전재료와, 상기 유전재료의 주위를 둘러싸는 차폐도체와, 상기 유전재료의 일부에 대향 배치되는 스트립도체, 이 스트립도체에 대향하는 접지도체층, 및 스트립도체-접지도체층간에 개재하는 유전체층을 갖는 적어도 1 개의 전송선로와, 상기 전송선로에 접속되며, 상기 유전재료와의 사이에서 전자파의 입력결합 기능 또는 출력결합 기능을 갖는 결합프로브를 구비한다.
이로써, 유전재료가 차폐도체로 둘러싸이므로 유전재료로부터 외부로의 전자파 방사가 차단됨과 동시에, 전송선로의 구조상, 고주파회로 내에서 다른 반도체디바이스 등에의 접속이 원활하게 이루어진다. 즉 종래 도파관 등에서 실현되던 기능이 회로기판 상에서 실현된다. 따라서 손실이 작고, 즉 Q값이 크고 또 고주파회로소자가 배치되는 고주파회로 전체 크기의 소형화를 도모할 수 있다.
상기 유전재료는 TM모드로 여진되는 것임으로써, TM모드 공진기에서는 전계가 유전재료의 긴 쪽 방향을 향하므로, 전송선로의 스트립도체와의 결합이 용이하게 실현된다. 그 결과, 입출력에, 스트립도체를 갖는 전송선로를 이용할 수 있으며, 전송선로를 고주파회로와 공통 기판 상에 배치함으로써, 모듈구성의 고주파회로에 적용하는 것이 용이해진다.
상기 전송선로는, 스트립선로, 마이크로 스트립선로, 코플레너선로 및 마이크로 와이어선로 중 적어도 어느 1 개를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 차폐도체 내부에 있어서, 상기 차폐도체와 상기 유전재료 사이의 공간을 메워, 상기 유전재료를 지지하는 절연층을 추가로 구비함으로써, 유전재료의 공진상태가 안정화된다.
상기 차폐도체는, 상기 절연층의 외표면에 형성된 도체피막으로 형성되며, 상기 스트립도체는, 상기 차폐도체와는 분리되도록 상기 도체피막으로 형성되고, 상기 도체피막 중 상기 스트립도체에 대향하는 부분이 상기 접지도체층으로서 기능함으로써, 제조공정의 간소화 및 제조원가의 저감을 도모할 수 있다.
상기 접지도체층은 상기 차폐도체의 일부가 될 1 개의 벽부를 형성하며, 상기 접지도체층에 형성된 홈과, 상기 홈을 걸치고 상기 접지도체층 상에 형성되며, 상기 유전재료를 지지하는 절연체 지지판을 추가로 구비하는 구조를 취할 수도 있다.
상기 적어도 1 개의 전송선로는 1 쌍 형성되며, 대역통과필터로서 기능할 수 있다.
그 경우, 상기 스트립도체의 선단부는 상기 유전체층의 바깥쪽으로 연장되어, 그 선단부가 상기 결합프로브로서 기능할 수도 있으며, 상기 스트립도체의 선단부는 상기 유전체층 상에 위치하고, 그 선단부가 상기 결합프로브로서 기능할 수도 있다.
상기 스트립도체의 선단부는 상기 유전재료와의 결합이 커지는 방향으로 굴곡되는 것이 바람직하다.
특히 상기 스트립도체의 주 부분이, 상기 유전재료의 긴 쪽 방향과 교차하는 방향으로 연장된 경우, 상기 스트립도체의 선단부는, 상기 유전재료의 긴 쪽 방향으로 거의 평행하게 연장되는 것이 바람직하다.
상기 적어도 1 개의 전송선로는, 1 개의 연속된 선로이며, 대역저지필터로서 기능할 수도 있다.
그 경우, 상기 스트립도체의 단부를 제외한 일부가 상기 유전재료와 대향하며, 상기 일부가 상기 결합프로브로서 기능하게 된다.
상기 스트립도체의 상기 일부는, 상기 유전재료와의 결합이 커지는 방향으로 굴곡되는 것이 바람직하다.
특히, 상기 스트립도체의 주부분이, 상기 유전재료의 긴 쪽 방향과 교차하는 방향으로 연장된 경우, 상기 스트립도체의 상기 일부는, 상기 유전재료의 긴 쪽 방향으로 거의 평행하게 연장되는 것이 바람직하다.
유전체기판과, 상기 유전체기판의 상기 유전재료에 대향하는 면 위에 형성되며, 상기 차폐도체의 일부가 될 제 1 도체막을 추가로 구비함으로써, 제조공정의 간소화를 도모할 수 있다.
상기 유전재료는, 예를 들어 사각주 또는 원주이다.
상기 유전재료의 긴 쪽 방향으로 수직인 방향에서의 유전재료의 단면형상이, 그 면적이 중앙부에서 최대로 되도록 변화함으로써, 고주파회로소자의 소형화를 도모할 수 있다.
상기 적어도 1 개의 유전재료는, 서로 결합된 복수의 유전재료이어도 된다.
상기 차폐도체를 관통하며 상기 차폐도체로 둘러싸인 영역에 삽입되며, 선단이 상기 유전재료에 대향하는 주파수조정 나사를 추가로 구비함으로써, 주파수특성을 보다 미세하게 조정할 수 있다.
상기 적어도 1 개의 유전재료는, 서로 결합된 복수의 유전재료인 경우에는, 상기 차폐도체를 관통하며 상기 차폐도체로 둘러싸인 영역에 삽입되며, 선단이 상기 각 유전재료간 틈새부에 대향하는 단간결합 조정나사를 추가로 구비함으로써, 단간의 결합상태를 보다 미세하게 조정할 수 있다.
본 발명의 고주파회로모듈은, 복수의 고주파회로소자와, 상기 복수의 고주파회로소자간에 형성된 위상천이회로를 구비하며, 상기 각 고주파회로소자는, 전자파의 공진상태를 발생시키는 것이 가능한 적어도 1 개의 유전재료와, 상기 유전재료의 주위를 둘러싸는 차폐도체와, 상기 유전재료의 일부에 대향 배치되는 스트립도체와, 이 스트립도체에 대향하는 접지도체층, 및 스트립도체-접지도체층간에 개재하는 유전체층을 갖는 적어도 1 개의 전송선로와, 상기 전송선로에 접속되며, 상기 유전재료와의 사이에서 고주파신호의 입력결합기능 또는 출력결합기능을 갖는 결합프로브를 구비하며, 상기 각 고주파회로소자의 전송선로가 상기 위상천이회로에 접속된다.
이로써, 소형이며 저손실의 공용기(주파수대역이 다른 송수신신호를 합파·분리한다)를 실현할 수 있으며, 종래 도파관 등으로 실현되던 기능이 회로기판 상에서 실현되게 된다.
상기 복수 고주파회로소자의 공진상태에서의 중심주파수가 서로 다른 경우에도 처리가 가능해진다.
예를 들어 상기 위상천이회로가 안테나에 접속돼있는 경우에는, 상기 복수의 고주파회로소자를 이용하여, 동시에 송수신을 실행하는 것이 용이해진다.
(제 1 실시형태)
도 1의 (a), (b), (c)는 각각 차례로, 본 발명의 제 1 실시형태에 관한 고주파회로소자의 사시도, 종단면도 및 횡단면도이다. 도 1의 (a)~(c)에 나타내는 바와 같이 본 실시형태의 고주파회로소자는, 예를 들어 ZrO2·TiO2·MgNb2O6을 주성분으로 하는 재료 등의 세라믹스재료 등으로 이루어지는 사각주형상의 유전재료(1)와, 유전재료(1)를 둘러싸는, 내벽이 금도금된 아연-구리 합금 등으로 이루어지는 차폐도체(2)와, 유전재료(1)를 고정·지지하기 위한 폴리테트라플루오로에틸렌 수지 등으로 이루어지는 지지부재(3)와, 마이크로스트립선로로 구성된 1 쌍의 전송선로(4)를 구비한다. 전송선로(4)는, 고주파신호가 흐르는 방향에 따라, 입력선로 또는 출력선로로서 기능한다.
또 전송선로(4)는, 폴리테트라플루오로에틸렌 수지 등으로 이루어지는 전송선로기판(6)과, 전송선로기판(6)의 상면 위에 형성된, 은제 리본 등으로 이루어지는 스트립도체(5)와, 전송선로기판(6)을 그 이면에서 지지하는 접지도체층(9)으로 구성된다. 접지도체층(9)은 차폐도체(2)의 일부로 구성된다. 그리고 각 전송선로(4)는, 차폐도체(2)의 일부를 관통하며 차폐도체로 둘러싸이는 영역 내로 삽입된다. 즉, 차폐도체(2)의 긴 쪽 방향에 직교하는 측벽의 일부분에 창을 형성하고 전송선로(4)를 삽입함과 동시에, 창부에서 절연체(7)에 의해 전송선로(4)의 상면을 피복한다. 이 절연체(7)는 전송선로기판(6) 상의 스트립도체(5)가 차폐도체(2)에 단락되지 않도록 하기 위한 것이다. 그리고 차폐도체(2)의 내부에서는, 스트립도체(5)의 한쪽 선단부가 전송선로기판(6)의 바깥쪽으로 돌출되고, 다른 쪽 선단부가 유전재료(1)의 긴 쪽 방향에 직교하는 측면으로 대향되어, 결합프로부부(8)가 된다. 이 결합프로브부(8)는 고주파신호가 흐르는 방향에 따라 유전재료(1)와의 입력결합 기능 또는 출력결합 기능을 갖는다.
여기서, 도시하지는 않지만, 본 실시형태 및 후술하는 다른 실시형태에 있어서 이 전송선로(4)는, 회로기판에 탑재된 각종 회로(증폭회로나 음성변환회로, 화상변환회로)등에 접속된다.
본 실시형태의 경우, 차폐도체(2)의 일부분이기도 한 접지도체층(9)이, 전송선로(4)의 평면판(ground plane)이 된다. 따라서 전송선로(4)와 외부회로를 접속하기 위해서는 스트립도체(5)와 접지도체층(9) 사이에 신호전압이 인가되도록 하면 되므로, 신호의 손실을 작게 억제할 수 있다.
본 실시형태의 고주파회로소자 구성에 있어서, 유전재료(1), 차폐도체(2) 및 지지부재(3)의 형상 및 재질을 적절하게 선택함으로써, 유전재료(1)가 사각형단면 공진체에서의 TM11δ모드로 불리는 공진모드로 공진하는 것이 가능해지며, 본 실시형태의 고주파회로소자에 의해, TM11δ모드 공진기를 실현할 수 있다. 그리고 본 실시형태의 고주파회로소자를, 1 단 대역필터로서 이용하는 것이 가능하다.
여기서 사각형단면을 갖는 유전재료를 이용한 사각형단면 공진체의 TM11δ모드는, 원통형 유전재료를 이용한 원형단면 공진체의 TM01δ모드와 동등하다. 이는 모드의 호칭에 있어서 처음 2 개의 첨자(여기서는 "11" 또는 "01")의 결정방법이, 사각형단면 공진체에서는 단면 사각형의 각 변 방향에서의 전자계 주기성에 기초하는 것에 반해, 원형단면 공진체에서는 단면 원의 원주방향과 반경방향에서의 전자계 주기성에 기초하기 때문이다.
(제 2 실시형태)
도 2의 (a), (b)는 각각 차례로, 본 발명의 제 2 실시형태에 관한 고주파회로소자의 사시도 및 횡단면도이다. 도 2의 (a), (b)에 나타내는 바와 같이 본 실시형태의 고주파회로소자에서는, 제 1 실시형태와는 달리, 차폐도체(2)의 긴 쪽 측벽의 일부분에 창을 형성하여 전송선로(4)를 삽입한 구조이다. 또 스트립도체(5)의 결합프로브부(8) 측면이, 유전재료(1)의 긴 쪽 방향으로 직교하는 측면에 대향된다. 그 밖의 구조 및 얻어지는 효과는 기본적으로 제 1 실시형태와 마찬가지이다.
그리고 도 2의 (b)에 나타내는 바와 같이, 1 쌍의 전송선로(4)가 차폐도체(2)의 서로 대향하는 긴 쪽 측벽으로부터 삽입되지 않아도 되며, 양자가 같은 측벽으로부터 삽입된 구조라도, 본 실시형태와 마찬가지의 효과를 발휘할 수 있다.
-제 2 실시형태의 구체예-
도 2의 (a), (b)에 나타내는 구조를 갖는 고주파회로소자를 다음과 같은 순서로 형성한다. 유전재료(1)로서 크기 1 ×1 ×4㎜의 사각주유전체세라믹스(ZrO2·TiO2·MgNb2O6를 주성분으로 하는 재료, 비유전율:42.2, fQ값:43000㎓)를 준비하고, 이 유전재료(1)를, 내벽이 금도금된 아연-구리 합금제 차폐도체(2) 안에 고정시킨다. 차폐도체(2) 내벽의 크기는 2 ×2 ×10㎜이다. 이 때, 지지부재(3)로서 폴리테트라플루오로에틸렌 수지를 이용하여, 차폐도체(2)와 유전재료(1)의 틈새를 채운다. 전송선로(4)는, 폴리테트라플루오로에틸렌 수지로 된 전송선로기판(6) 상에, 은제 리본(두께: 0.1㎜, 폭: 약 1㎜)으로 된 스트립도체(5)를 얹은 것을 형성하고, 이 스트립도체(5)를 전송선로기판(6) 상에서 벗어난 차폐도체(2)의 내부까지 연장하여, 이 연장부를 결합프로브부(8)로 한다.
도 3은 전자계 해석으로 모의실험된 본 구체예 고주파회로소자 삽입손실의 주파수특성(투과특성)이다. 도 3에서, 약 26㎓에 기본 공진모드가 존재함을 알 수 있다. 전계분포의 해석에 의해, 이 모드는 TM11δ모드인 것이 확인되며, 이로써 이 고주파회로소자가 공진회로(공진기)로서 동작함이 확인됐다.
도 4는 시험제작된 본 구체예의 고주파회로소자 삽입손실의 주파수특성의 실측데이터이다. 도 4에 나타내는 데이터는, 고차 공진모드를 포함해서, 도 3에 나타낸 전자계 해석에 의한 모의실험 결과와 잘 일치한다. 실측된 무부하 Q값은 870이다. 이 측정은 이하의 순서로 실시했다. 도 4의 TM11δ모드의 피크부근을 확대시켜, 피크의 주파수(f0), 삽입손실 (L0)(㏈), 및 피크의 양쪽에서 손실이 L0+3(㏈)으로 될 주파수(f1, f2)를 계측한다. 그리고 이들 값을 다음 식에 대입함으로써, 무부하 Q값(Qu)을 산출한다.
(식) Qu={f0/|f1-f2|}[1/{1-10-L0/20}]
또 이 구체예의 세라믹스재료를 이용했을 때 무부하 Q값(Qu)의 실측값은, 고주파회로소자의 구조를 미세조정 함으로써 약 1000까지 향상됨이 확인되었다.
후술하는 바와 같이, 다른 저손실 세라믹스재료를 이용하면, 무부하Q값이 더욱 향상됨도 알았다.
통상, 마이크로 스트립선로에 의한 1/2파장 공진기의 Q값이 100 정도인 것을 고려하면, 이들 무부하 Q값의 실측값은 매우 높다는 점에서, 본 실시형태의 고주파회로소자에 의해 매우 저손실의 공진회로를 구성할 수 있음이 실증되었다. 특히 밀리파대역에서의 공진기나 필터 등의 회로소자에 적용함으로써, 보다 그 효과가 발휘된다.
또 본 구체예는 제 2 실시형태의 구조에 대한 구체예이지만, 제 1 실시형태의 구조에 대해서도 거의 마찬가지 결과가 얻어진다.
(제 3 실시형태)
도 5는 본 발명의 제 3 실시형태에 관한 고주파회로소자의 종단면도이다. 도 5에 나타내는 바와 같이 본 실시형태의 고주파회로소자는, 차폐도체(2)의 내부에, 2 개의 유전재료(1a, 1b)를 거의 같은 높이의 위치에서 긴 쪽 방향으로 직렬로 나열 배치함으로써 구성된다. 그 밖의 기본적인 구조는 도 1에 나타낸 제 1 실시형태의 고주파회로소자의 구조와 기본적으로 같다.
본 실시형태의 고주파회로소자는, 이하의 구체예에 의해 확인된 바와 같이 저손실의 2 단 대역통과필터로서 기능할 수 있다.
-제 3 실시형태의 구체예-
도 5에 나타내는 구조를 갖는 고주파회로소자를 다음과 같은 순서로 형성한다. 유전재료(1a, 1b)로서, 크기 1 ×1 ×4㎜의 사각주 유전체세라믹스(ZrO2·TiO2·MgNb2O6를 주성분으로 하는 재료, 비유전율:42.2, fQ값:43000㎓)를 2 개 준비하고, 이들 유전재료(1a, 1b)를, 내벽이 금도금된 아연-구리합금제 차폐도체(2) 안에 고정시킨다. 차폐도체(2) 내벽의 크기는 2 ×2 ×12㎜이다. 이 때, 지지부재(3)로서 폴리테트라플루오로에틸렌 수지를 이용하여, 차폐도체(2)와 유전재료(1a, 1b)의 빈틈을 채운다. 전송선로(4)는, 폴리테트라플루오로에틸렌 수지로 이루어진 전송선로기판(6) 상에, 은제 리본(두께: 0.1㎜, 폭: 약 1㎜)으로 된 스트립도체(5)를 얹은 것을 형성하고, 이 스트립도체(5)를 전송선로기판(6) 상에서 벗어난 차폐도체(2)의 내부까지 연장하여, 이 연장부를 결합프로브부(8)로 한다.
도 6은 전자계 해석에 의해 모의실험된 제 3 실시형태 구체예에 관한 고주파회로소자 삽입손실의 주파수특성(투과특성)이다. 도 6에서, 본 구체예(즉 제 3 실시형태)의 고주파회로소자는 2 단의 대역통과필터로서 동작함이 확인되었다.
본 실시형태의 고주파회로소자 구성에 있어서, 제 2 실시형태의 고주파회로소자(도 2 참조)와 같이, 차폐도체(2)의 긴 쪽 측벽 일부분에 창을 형성하고 전송선로(4)를 삽입하여, 스트립도체(5)의 결합프로브부(8)의 측면이 각 유전재료(1a, 1b)의 긴 쪽 방향으로 직교하는 측면에 대향된 구조로 해도, 본 실시형태와 거의 마찬가지 효과를 발휘할 수 있다.
또 본 실시형태의 2 개 유전재료 대신, 3 개 이상의 유전재료를 배치하는 것도 가능하다. 즉, 다단 대역필터로서 이용하는 것도 가능하다.
(제 4 실시형태)
도 7의 (a), (b)는 각각 차례로, 본 발명의 제 4 실시형태에 관한 고주파회로소자의 횡단면도 및 종단면도이다. 도 7의 (a)에서 유전재료(1)의 위치는 점선으로 나타난다. 도 7의 (a), (b)에 나타내는 바와 같이 본 실시형태의 고주파회로에서는, 전송선로(4)(마이크로 스트립선로)를 구성하는 스트립도체(5) 및 전송선로기판(6)이, 차폐도체(2) 접지도체층(9)의 짧은 쪽 변에 평행하게 형성된 홈 내에 매입된다. 즉, 스트립도체(5) 및 전송선로기판(6)은, 접지도체층(9)의 홈 내에서 유전재료(1) 양 단부의 바로 아래쪽으로 삽입되며, 스트립도체(5)의 선단부가 유전재료(1)의 하면에 대향된다. 본 실시형태 고주파회로소자의 다른 부분의 구조는, 기본적으로 제 1 실시형태와 마찬가지이다.
본 실시형태에서는, 스트립도체(5)의 전송선로기판(6) 상에 위치하는 선단부를 그대로 결합프로브부(8)로 할 수 있으므로, 제 1 실시형태와 마찬가지 효과에 더불어, 입출력결합을 행하는 부분의 구조가 간소화된다는 이점이 있다.
여기서 본 실시형태의 고주파회로소자 구조에 있어서는, 전송선로기판(6)과 유전재료(1)의 높이 위치나 횡방향 위치의 위치관계에 의해, 입출력의 결합도를 조절할 수 있다. 예를 들어, 전송선로기판(6)과 유전재료(1)의 간격이 작아져 양자가 서로 접근할수록 입출력의 결합도가 커지거나, 전송선로기판(6)이 유전재료(1)의 중앙부에 가까워질수록 입출력의 결합도가 작아지는 경향이 있다. 그리고 본 실시형태의 고주파회로소자는, 제 1 실시형태와 마찬가지로 공진기로서 기능하며, 저손실의 1 단 대역필터로서 이용하는 것이 가능하다.
또 본 실시형태에 있어서는 1 개의 유전재료를 배치한 예에 대하여 설명했지만, 제 3 실시형태와 같이 2 개의 유전재료(1a, 1b)를 배치해도 되며, 또는 3 개 이상의 유전재료를 배치하는 것도 가능하다. 즉, 2 단 또는 다단의 대역필터로서 이용하는 것도 가능하다.
(제 5 실시형태)
도 8은 본 발명의 제 5 실시형태에 관한 고주파회로소자의 횡단면도이다. 도 8에 있어서 유전재료(1)의 위치는 점선으로 나타내진다. 도 8에 나타내는 바와 같이 본 실시형태의 고주파회로소자에서는, 전송선로(4)(마이크로 스트립선로)를 구성하는 스트립도체(5) 및 전송선로기판(6)이, 차폐도체(2) 접지도체층(9)의 짧은 쪽 변에 평행으로 형성된 차폐도체(2)의 홈 내에 매입된다. 즉, 스트립도체(5) 및 전송선로기판(6)은, 접지도체층(9)의 홈 내에서 유전재료(1) 양 단부의 바로 아래쪽으로 삽입되며, 스트립도체(5)의 선단부가 유전재료(1)의 하면에 대향된다. 그리고 본 실시형태에서는 스트립도체(5)의 선단부(10)가 평면적으로 직각 굴곡되어, 스트립도체(5)가 L자 형상을 가지며, 주로 굴곡된 선단부(10)가 입출력 결합프로브(8)로서 기능한다. 본 실시형태의 고주파회로소자의 다른 부분의 구조는 기본적으로 제 1 실시형태와 마찬가지이다.
본 실시형태에 있어서도 스트립도체(5)의 전송선로기판(6) 상에 위치하는 선단부를 그대로 결합프로브부(8)로 할 수 있으므로, 제 4 실시형태와 마찬가지로 입출력결합을 행하는 부분의 구조가 간소화된다는 이점이 있다.
특히, 본 실시형태에서는 결합프로브로서 기능하는 선단부를 입력결합 또는 출력결합이 커지는 방향으로 굴곡 시킴으로써, 높은 효율을 갖는 공진기를 실현할 수 있다. 예를 들어 굴곡된 선단부(10)의 길이를 길게 하면, 유전재료(1)의 짧은 변 길이보다 길게 할 수 있으므로, 유전재료에 대향하는 입출력프로브부(8)의 길이를 제 4 실시형태보다 길게 하는 것이 가능해진다. 따라서 본 실시형태의 고주파회로소자에 의해, 공진모드의 전계성분과 효율적으로 축합시킴으로써, 제 4 실시형태보다 큰 입출력결합을 얻을 수 있다. 또 전송선로기판(6)과 유전재료(1)의 위치관계는 고정시킨 채, 선단부(10)의 길이(L)로 축합도를 조정할 수 있다는 이점이 있다. 그리고 본 실시형태의 고주파회로소자는, 제 1 실시형태와 마찬가지로 공진회로로서 기능하며, 저손실의 1 단 대역필터로서 이용하는 것이 가능하다.
-제 5 실시형태의 구체예-
도 8에 나타낸 구조를 갖는 고주파회로소자를, 이하와 같은 순서로 형성한다. 유전재료(1)로서, 크기 1 ×1 ×4㎜의 사각주 유전체세라믹스(ZrO2·TiO2·MgNb2O6를 주성분으로 하는 재료, 비유전율:42.2, fQ값:43000㎓)를 준비하고, 이 유전재료(1)를, 내벽이 금도금된 아연-구리합금제 차폐도체(2) 안에 고정시킨다. 차폐도체(2) 내벽의 크기는 2 ×2 ×12㎜이다. 이 때, 지지부재(3)로서 폴리테트라플루오로에틸렌 수지를 이용하여, 차폐도체(2)와 유전재료(1)의 빈틈을 채운다. 전송선로(4)는, 알루미나 소결체로 이루어진 전송선로기판(6) 상에, 금 박막(두께: 10㎛, 폭: 약 0.3㎜)으로 된 스트립도체(5)(특성임피던스: 50Ω)를 얹은 것을 형성하며, 선단부(10)의 길이를 L㎜로 한다.
실제로, 통신망분석기에 의한 측정 결과, 26㎓ 부근에서 공진현상을 일으키는 것이 확인되었으며, 공진회로로서 동작함과 함께, 1 단 대역통과필터로서 이용 가능함이 확인되었다. 공진의 무부하 Q값은 약 1000이다.
도 9는 본 구체예 고주파회로소자에서의 선단부(10) 길이와 입출력결합도를 나타내는 외부 Q값(Qe)과의 관계를, 3 차원 전자계 해석으로 모의실험한 결과를 나타내는 도이다. 외부 Q값(Qe)은 입출력결합이 강할수록 작은 값을 취하므로, 도 9에서 알 수 있는 바와 같이, 길이(L)에 의해 외부 Q값(Qe)을 광범위하게 제어할 수 있음을 알 수 있다.
(제 6 실시형태)
도 10은 본 발명의 제 6 실시형태에 관한 고주파회로소자의 횡단면도이다. 도 10에 나타내는 바와 같이 본 실시형태의 고주파회로소자는, 제 3 실시형태와 마찬가지로 차폐도체(2)의 내부에 2 개의 유전재료(1a, 1b)를 거의 같은 높이 위치에서 긴 쪽 방향으로 직렬로 나열 배치되며, 또 제 5 실시형태와 마찬가지로 스트립도체(5)를 전송선로기판(6) 상에서 직각방향으로 굴곡시켜 이루어지는 L자형으로 한 구조를 갖는다. 그 밖의 기본적인 구조는, 도 8에 나타낸 제 5 실시형태의 고주파회로소자 구조와 기본적으로 같다.
본 실시형태의 고주파회로소자는, 이하의 구체예에 의해 확인되는 바와 같이, 저손실의 2 단 대역통과필터로서 기능할 수 있다.
그리고 본 실시형태의 회로소자에 의하면, 제 5 실시형태의 결합구조를 다단대역통과필터에 적용함으로써, 더욱 큰 효과를 발휘할 수 있다. 왜냐하면, 대역통과필터에서는 통상, 입출력결합도는 비교적 크며, 또 원하는 특성을 얻기 위해서는 결합도가 정밀도 좋게 제어되는 것이 바람직하기 때문이다.
또 본 실시형태에서는 2 단 대역필터로서 기능하는 고주파회로소자의 예를 나타내지만, 유전재료를 3 개 이상 이용함으로써, 3 단 이상의 다단 대역필터로서 이용하는 것도 매우 효과적이다.
-제 6 실시형태의 구체예-
도 10에 나타내는 구조를 갖는 고주파회로소자를, 이하와 같은 순서로 형성한다. 유전재료(1a, 1b)로서 크기 1 ×1 ×4㎜의 사각주 유전체세라믹스(ZrO2·TiO2·MgNb2O6를 주성분으로 하는 재료, 비유전율:42.2, fQ값:43000㎓)를 2 개 준비하고, 이들 유전재료(1a, 1b)를, 내벽이 금도금된 아연-구리 합금제 차폐도체(2) 안에 고정시킨다. 차폐도체(2) 내벽의 크기는 2 ×2 ×12㎜이다. 이 때, 지지부재(3)로서 폴리테트라플루오로에틸렌수지를 이용하여, 차폐도체(2)와 유전재료(1a, 1b)의 빈틈을 채운다. 전송선로(4)는, 알루미나소결체로 이루어진 전송선로기판(6) 상에, 금 박막(두께: 10㎛, 폭: 약 0.3㎜)으로 구성된 스트립도체(5)(특성 임피던스:50Ω)를 얹은 것을 형성하며, 선단부(10)의 길이를 L㎜로 한다.
도 11은 본 구체예에 있어서, 유전재료(1a, 1b)간 결합도(k)와, 유전재료(1a, 1b)간 간격(d)의 관계를 모의실험한 결과를 나타내는 도이다. 도 11에서 알 수 있는 바와 같이, 유전재료끼리의 간격에 의해, 유전재료간 결합도(단간결합도)의 설정이 가능함을 알 수 있다. 실제로, 본 구체예의 고주파회로소자의 구조를 이용하여, 중심주파수 26㎓ 전후에서 비 대역 0.3%, 대역내 리플 0.005㏈의 체비세프(chebyshev)형 필터를 설계·시험제작 했다. 이 필터사양으로부터, 필요한 입출력 결합도는 Qe(외부 Q값)=120, 단간 결합도(k)=0.0083으로 산출된다. 이 산출결과에 기초하여, 도 9, 도 11에서, 적정한 선단부의 길이(L)=0.7㎜, 간격(d)=1.2㎜인 것을 알 수 있으므로, 이 값의 고주파회로소자를 실제로 시험제작 했다.
도 12는 이와 같이 하여 시험 제작된 고주파회로소자 손실량의 주파수특성을 나타내는 도이다. 2 단 대역통과필터로서 양호하게 동작함을 확인할 수 있다. 삽입손실은 약 1.2㏈이다. 마찬가지 특성의 필터를, 종래의 마이크로 스트립선로 공진기로 제작하면, 삽입손실은 본 구체예의 고주파회로소자의 수 배인 수 ㏈ 정도로 될 것으로 추정되므로, 본 실시형태 고주파회로소자의 유효성이 충분히 확인된다.
(제 7 실시형태)
도 13은 본 발명의 제 7 실시형태에 관한 고주파회로소자의 횡단면도이다. 제 1~제 6 실시형태에서는 고주파회로소자가 2 개의 전송선로(마이크로 스트립선로)를 구비하는데 반해, 도 13에 나타내는 바와 같이 본 실시형태의 고주파회로소자는, 양 단부가 입출력단자(입출력결합 프로브)인 통과형 마이크로 스트립선로로 구성된 1 개의 전송선로(4)에 대하여 유전재료(1)가 결합되는 구조를 갖는다. 여기서는 전송선로(4)의 근방에, 점선으로 나타내지는 유전재료(1)를 배치하며, 전송선로(4)의 전자계와, 유전재료(1)의 공진모드 전자계와의 중복에 의해 입출력결합이 이루어지며, 전송선로(4)를 전파하는 고주파신호 에너지의 일부가 유전재료(1)에흡수된다. 따라서 도 13에 나타낸 고주파회로소자의 구조에 있어서, 전송선로(4)의 양 단부를 입출력단자로 하고 그 사이의 투과특성을 보면, 유전재료(1)의 공진주파수 근방에서 투과율이 감소하는, 이른바 대역저지필터(노치필터)로서 동작함을 알 수 있다.
본 실시형태에서는 유전재료(1)가 1 개인 경우를 나타내지만, 유전재료(1)를 복수 개 이용함으로써, 다단 대역저지필터로서 이용하는 경우에도 마찬가지로 효과적이다.
(제 8 실시형태)
도 14는 본 발명의 제 8 실시형태에 관한 고주파회로소자의 횡단면도이다. 도 14에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 고주파회로소자는 제 7 실시형태와 마찬가지로, 양 단부가 입출력단자(입출력결합 프로브)가 되는 통과형 마이크로 스트립선로로 이루어지는 1 개의 전송선로(4)에 대하여 유전재료(1)가 결합되는 구조를 갖는다. 단, 제 7 실시형태에서는 스트립도체(5)가 직선형인데 반해, 본 실시형태에서는 스트립도체(5)가 유전재료(1)의 아래쪽에서 굴곡부(11)를 갖는다. 본 실시형태에서도, 전송선로(4)의 근방에, 점선으로 나타나는 유전재료(1)를 배치하고, 전송선로(4)의 전자계와, 유전재료(1)의 공진모드 전자계의 중복에 의해 입출력결합이 이루어지며, 전송선로(4)를 전파하는 고주파신호 에너지의 일부가 유전재료(1)에 흡수된다. 따라서 도 14에 나타낸 고주파회로소자의 구조에 있어서, 전송선로(4)의 양 단부를 입출력단자로 하여 그 사이의 투과특성을 보면, 유전재료(1)의 공진주파수 근방에서 투과율이 감소하는, 이른바 대역저지필터(노치필터)로서 동작한다.
더불어 본 실시형태의 고주파회로소자에 의하면, 스트립도체(5)가 굴곡부(11)에서 유전재료(1)의 긴 쪽 방향으로 연장된다. 이로써 굴곡부(11)에서, 공진모드 전자계와 전송선로(4) 전자계의 방향이 일치하므로, 전송선로(4)를 전파하는 전자파와 공진모드 전자계 사이에 매우 큰 결합을 얻게 되어, 보다 준급한 대역저지특성을 얻을 수 있다.
그리고 본 실시형태에서는 유전재료(1)가 1 개인 경우를 나타내지만, 유전재료(1)를 복수 개 이용함으로써, 다단 대역저지필터로서 이용하는 경우에도 마찬가지로 효과적이다.
-제 8 실시형태의 구체예-
도 14에 나타내는 구조를 갖는 고주파회로소자를, 다음과 같은 순서로 형성한다. 유전재료(1)로서 크기 1 ×1 ×4㎜의 사각주 유전체세라믹스(ZrO2·TiO2·MgNb2O6를 주성분으로 하는 재료, 비유전율:42.2, fQ값:43000㎓)를 준비하고, 이 유전재료(1)를, 내벽이 금도금된 아연-구리 합금제 차폐도체(2) 안에 고정시킨다. 차폐도체(2)의 내벽 크기는 2 ×2 ×10㎜이다. 이 때, 지지부재(3)로서 폴리테트라플루오로에틸렌 수지를 이용하여, 차폐도체(2)와 유전재료(1)의 빈틈을 채운다. 전송선로(4)는, 알루미나소결체로 이루어진 전송선로기판(6) 상에, 금 박막(두께: 10㎛, 폭: 약 0.3㎜)으로 이루어진 스트립도체(5)(특성 임피던스: 50Ω)를 얹은 것을 형성하며, 선단부(10)의 길이를 L㎜로 한다.
도 15는 본 구체예의 고주파회로소자의, 삽입손실 주파수특성을 전자계해석에 의해 모의실험한 결과를 나타내는 도이다. 도 15에서 알 수 있는 바와 같이, 본 구체예의 고주파회로소자는, 공진기의 공진주파수 전후에 감쇠량이 크게 늘어나는 대역저지필터로서 동작하는 것을 알 수 있어, 본 실시형태의 유효성이 확인된다.
(제 9 실시형태)
도 16의 (a), (b), (c)는 각각 차례로, 본 발명의 제 9 실시형태에 관한 고주파회로소자의 횡단면도, 긴 쪽 방향의 종단면도 및 긴 쪽 방향에 직교하는 종단면도이다. 도 16의 (a)~(c)에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 고주파회로소자는, 예를 들어 ZrO2·TiO2·MgNb2O6를 주성분으로 하는 재료 등의 세라믹스재료 등으로 구성되는 사각주형상의 유전재료(1)와, 유전재료(1)를 둘러싸는 내벽이 금도금된 아연-구리 합금 등으로 구성된 차폐도체(2)와, 알루미나 소결체 등으로 이루어지며 유전재료(1)를 지지하는 유전체기판(12)과, 마이크로스트립선로로 이루어지는 1 쌍의 전송선로(4)를 구비한다.
여기서 본 실시형태에서는, 접지도체층(9)에 긴 쪽 방향으로 연장되는 홈(13)이 형성되며, 홈(13)의 내부는 공간이다. 또 차폐도체(2)의 내부도 공간이다. 그리고 유전재료(1)는 홈(13)의 위쪽에서 유전체기판(12) 위에 탑재된다. 즉, 본 실시형태에서는 유전체기판(12)이 유전재료(1)를 지지하는 지지부재로서 기능한다.
또 전송선로(4)는, 전송선로기판(6)과, 전송선로기판(6)의 상면 위에 형성된, 은제 리본 등으로 이루어지는 스트립도체(5)와, 차폐도체(2)의 일부인 접지도체층(9)으로 구성된다. 그리고 각 전송선로(4)는, 차폐도체(2)의 일부를 관통하며차폐도체로 둘러싸이는 영역 내로 삽입된다. 즉, 차폐도체(2)의 긴 쪽 방향에 직교하는 측벽의 일부분에 창을 형성하고 전송선로(4)를 삽입함과 동시에, 창부에서 절연체(7)에 의해 전송선로(4)의 상면을 피복한다. 이 절연체(7)는 전송선로기판(6) 상의 스트립도체(5)가 차폐도체(2)에 단락되지 않도록 하기 위한 것이다. 그리고 차폐도체(2)의 내부에서 스트립도체(5)는 유전체기판(12) 상으로 연장되고 그 선단부(10)가 거의 직각으로 굴곡되어 이루어지는 L자형이 되며, 유전체기판(12) 상에서 스트립도체(5)의 선단부(10)가 유전재료(1)의 긴 쪽 방향으로 연장되는 측면에 대향되고 그 선단부(10)가 결합프로브부(8)로서 기능한다.
본 실시형태에 있어서도, 차폐도체(2)의 일부분이기도 한 접지도체층(9)이 전송선로(4)의 평면판이 된다. 따라서 전송선로(4)와 외부회로를 접속하기 위해서는, 스트립도체(5)와 접지도체층(9) 사이에 신호전압이 인가되도록 하면 되므로, 신호의 손실을 작게 억제할 수 있다.
본 실시형태의 고주파회로소자 구성에 있어서, 유전재료(1), 차폐도체(2), 유전체기판(12) 및 홈(13)의 형상(및 재질)을 적절하게 선택함으로써, 유전재료(1)가 사각형단면 공진체의 TM11δ모드라 불리는 공진모드로 공진하는 것이 가능해지며, 본 실시형태의 고주파회로소자에 의해 TM11δ모드 공진기를 실현할 수 있다. 그리고 본 실시형태의 고주파회로소자는, 1 단 대역필터로서 이용하는 것이 가능하다.
특히 본 실시형태의 고주파회로소자에 의해, 도 16에서 알 수 있는 바와 같이, 전송선로기판(6)과 유전체기판(12)의 일체화가 가능한 점이나, 유전체기판(12)에 의해 유전재료(1)가 고정되므로, 제 1~제 8 실시형태에서의 지지부재(3)가 불필요한 점, 등의 특징이 있다.
또 본 실시형태에 있어서도 전송선로(4)는 제 1 실시형태와 같이 유전재료(1)의 전후방향으로부터 삽입해도 된다.
또한 홈(13)은 반드시 필요하지만은 않다. 홈(13)을 없애고 유전체기판(12)의 이면이 직접 차폐도체(2)의 내벽과 접해있어도, 본 실시형태와 마찬가지의 동작을 나타내는 공진기를 얻을 수 있다. 단, 유전체기판(12)의 이면 중 유전재료(1)의 바로 아래쪽에 위치하는 이면에 차폐도체(2)가 접촉돼있으면, 그곳으로 큰 고주파전류가 흐름으로써 손실의 증대를 초래할 우려가 있다. 이에 대하여, 도 16에 나타내는 바와 같이 홈(13)을 형성함으로써, 손실의 저감을 도모할 수 있다.
또 도 16의 (a)~(c)에 나타내는 본 실시형태의 고주파회로소자에 있어서, 결합프로브부(8)의 형상은 반드시 L자형으로 굴곡된 스트립도체(5)의 선단부(10)일 필요는 없으며, 도 1의 (c)나 도 2의 (b)에 나타낸 바와 같이, 직선형 스트립도체(5)의 선단부가 결합프로브부(8)로서 기능하는 것도 가능하다. 또한 2 개 스트립도체(5)의 각 선단부(10)를 서로 같은 방향으로 굴곡시켜도 되며, 서로 멀어지는 방향으로 굴곡시켜도 된다.
또 유전체기판(12)의 이면 쪽에 결합프로브부(8)를 형성하는 것도 마찬가지로 효과적이다. 이 경우, 결합프로브부(8)를 유전재료(1)의 바로 밑에 형성함으로써, 결합량을 크게 취할 수 있다. 단, 이 경우, 스트립도체(5)와 접속하기 위해서는, 용량을 개재하고 유전체기판(12) 표면의 스트립도체(5)와 이면의결합프로브부(8)를 용량결합 시키거나, 혹은 전송선로기판(6)의 아래쪽 면에 스트립도체(5)를 형성할 필요가 있다.
또한 본 실시형태의 구조에 있어서도, 제 7 또는 제 8 실시형태(도 13 또는 도 14 참조)와 같이, 양 단부가 입출력단자가 되는 통과형 전송선로(4)에 유전재료(1)가 결합되는 구조를 이용할 수 있다. 이 경우, 전송선로(4)의 양끝을 입출력단자로 하여, 이른바 대역저지필터로서 동작시키는 것이 가능하다.
또 본 실시형태에 있어서, 유전체기판(12)으로서는, 유전재료(1)보다 유전율이 낮은 재료를 이용하는 것이 보다 바람직하다. 예를 들어 유전재료(1)로서 비유전율 20 이상의 재료를 이용할 경우에는, 유전체기판(12)으로서 알루미나 등의 비교적 유전율이 낮은 판상 유전체를 이용하는 것이 특성상이나 구조상 효과적이다.
(제 10 실시형태)
도 17의 (a), (b)는 각각 차례로, 본 발명의 제 10 실시형태에 관한 고주파회로소자의 경사진 위쪽에서 본 사시도 및 경사진 아래쪽에서 본 사시도이다. 도 18의 (a), (b)는 각각 차례로, 제 10 실시형태에 관한 고주파회로소자의 종단면도 및 횡단면도이다.
도 17의 (a), (b) 및 도 18의 (a), (b)에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 고주파회로소자에는, 세라믹스재료 등으로 이루어지는 사각주형상의 유전재료(1)가 구성되며, 폴리테트라플루오로에틸렌 수지 등으로 이루어지는 지지부재(3)에 의해 유전재료(1)가 고정·지지된다. 그리고 지지부재(3)의 외표면에 구리 도금가공 등에 의한 도체피막(17)이 형성된다. 또 도체피막(17)의 일부를 분리시켜 형성된 스트립도체(5)와, 나머지 부분의 도체피막(17)으로 전송선로(4)가 형성된다. 그리고 도체피막(17)의 내부에서 유전재료(1)의 저면과 스트립도체(5)가 서로 대향하며, 스트립도체(5)에 의해 유전재료(1)와의 입출력결합이 이루어진다.
본 실시형태의 경우, 영역(Rco)에서, 스트립도체(5)와 도체피막(17)에 의해 코플레너선로가 구성된다. 따라서 외부회로와 접속할 때에는, 스트립도체(5)와 도체피막(17) 사이에 신호전압이 인가되도록 하면 된다.
본 실시형태의 고주파회로소자 구성에 있어서, 유전재료(1), 도체피막(17) 및 지지부재(3)의 형상 및 재질을 적절하게 선택함으로써, 유전재료(1)가, 사각형단면 공진체의 TM11δ모드라 불리는 공진모드로 공진하는 것이 가능해지며, 본 실시형태의 고주파회로소자에 의해 TM11δ모드 공진기를 실현할 수 있다. 그리고 본 실시형태의 고주파회로소자는, 1 단 대역필터로서 이용하는 것이 가능하다.
더불어 본 실시형태의 고주파회로소자로써, 전송선로(4)를 구성하는 스트립도체(5)와 접지면인 도체피막(17)을 동일 면에 형성할 수 있어, 표면실장이 용이해진다.
그리고 본 실시형태의 고주파회로소자에 있어서도, 제 2 실시형태(도 2 참조)와 같이, 전송선로(4)를 유전재료에 대하여 횡방향으로 형성하는, 즉 도 17의 (a)에 나타낸 사각주의 상면 또는 하면에 스트립도체(5)를 형성하는 것도 가능하다.
(제 11 실시형태)
도 19의 (a), (b), (c)는 각각 차례로, 본 발명의 제 11 실시형태에 관한 고주파회로소자의 사시도, 종단면도 및 횡단면도이다. 도 20의 (a), (b)는 각각 차례로, 제 11 실시형태에 관한 고주파회로소자의 유전체기판의 상면도 및 이면도이다. 도 19의 (a)~(c) 및 도 20의 (a), (b)에 나타내는 바와 같이, 세라믹스재료 등으로 이루어지는 사각주형상의 유전재료(1)가 차폐도체(2) 안으로 배치되며 지지부재(3)에 의해 고정된다. 유전재료(1)와 차폐도체(2) 사이는 지지부재(3)에 의해 채워진다. 또 세라믹스재료 등으로 이루어지는 유전체기판(20) 상면에는, 차폐도체(2)의 일부를 구성하는 금속막으로 이루어지는 도체피막(17)이 형성되며, 유전체기판(20)의 이면에는 접지면인 접지도체층(9)이 형성된다.
또한 전송선로(4)는, 유전체기판(20)과, 도체피막(17)으로부터 분리된 금속막으로 이루어지는 스트립도체(5)와, 유전체기판(20)을 그 이면에서 지지하는 접지도체층(9)으로 구성된다. 도체피막(17)과 접지도체층(9)은, 유전체기판(20)을 관통하는 비어홀(21)에 의해 서로 전기적으로 접속된다. 그리고 각 전송선로(4)는 차폐도체(2)의 일부를 관통하여 차폐도체(2)에 의해 둘러싸이는 영역 내로 삽입된다. 즉, 차폐도체(2)의 긴 쪽 방향에 직교하는 측벽의 일부분에 창을 형성하고 전송선로(4)를 삽입함과 동시에, 창부에서 절연체(7)에 의해 전송선로(4)의 상면을 피복한다. 이 절연체(7)는 유전체기판(20) 상의 스트립도체(5)가 차폐도체(2)에 단락되지 않도록 하기 위한 것이다. 그리고 차폐도체(2)의 내부에서는, 스트립도체(5)의 선단부가 유전체기판(20) 상에서 유전재료(1)의 밑면( 및 긴 쪽 방향으로 직교하는 측면)에 대향되며, 결합프로브부(8)로서 기능한다.
본 실시형태의 경우, 차폐도체(2)의 일부분이기도 한 접지도체층(9)이 전송선로(2)의 접지면이 된다. 따라서 전송선로(4)와 외부회로를 접속하기 위해서는, 스트립도체(5)와 접지도체층(9) 사이에 신호전압이 인가되도록 하면 되므로, 신호의 손실을 작게 억제할 수 있다.
본 실시형태의 고주파회로소자의 구성에 있어서, 유전재료(1), 차폐도체(2), 유전체기판(20) 및 지지부재(3)의 형상 및 재질을 적절하게 선택함으로써, 유전재료(1)가, 사각형단면 공진체에 있어서 TM11δ모드로 불리는 공진모드로 공진하는 것이 가능해지며, 본 실시형태의 고주파회로소자에 의해 TM11δ모드 공진기를 실현할 수 있다. 그리고 본 실시형태의 고주파회로소자는, 1 단 대역필터로서 기능한다.
또 본 실시형태의 고주파회로소자에 의하면, 스트립도체(5)와 도체피막(17)을 공통된 금속막으로 형성할 수 있으므로, 조립부품 점수를 줄일 수 있으며, 이로써 각 부품의 불균일함에 의한 성능의 차이를 억제할 수 있다는 이점이 있다.
그리고 본 구성에 있어서도, 제 1 실시형태의 도 2와 같이, 전송선로(4)를 유전재료(1)에 대하여 횡방향으로 형성하는 것도 가능하다.
(제 12 실시형태)
도 21의 (a), (b)는 각각 차례로, 본 발명의 제 12 실시형태에 관한 고주파회로소자의 횡단면도 및 종단면도이다. 도 21의 (a), (b)에 나타내는 바와 같이 본 실시형태의 고주파회로소자는, 차폐도체(2)의 내부에 2 개의 유전재료(1a, 1b)를 거의 같은 높이에서 긴 쪽 방향으로 직렬로 나열 배치함으로써 구성된다. 그리고차폐도체(2)의 긴 쪽 방향에 직교하는 측벽을 관통하고 유전재료(1a, 1b)의 각 한쪽 단면에 대향하도록 배치된 2 개의 주파수조정 나사(14)와, 차폐도체(2)의 윗벽을 관통하고 각 유전재료(1a, 1b) 상면의 거의 중앙부와 대향하도록 배치된 2 개의 주파수조정 나사(15)와, 차폐도체(2)의 윗벽을 관통하고 각 유전재료(1a, 1b)간의 틈새부에 대향되도록 배치된 1 개의 단간결합도조정 나사(16)를 갖는다. 또 필요에 따라 각 나사(14, 15, 16)가 차폐도체(2) 내로 삽입 가능하도록, 각 나사(14, 15, 16)의 주위에는 지지부재(3)가 제거된다. 그 밖의 기본적인 구조는 도 7의 (a), (b)에 나타낸 제 4 실시형태의 고주파회로소자 구조와 기본적으로는 같다.
본 실시형태의 고주파회로소자 구조로써, 유전재료(1a, 1b) 주위의 전자계 분포가 조정 가능해진다. 즉, 주파수조정 나사(14, 15)의 삽입량에 의해 공진기의 공진주파수가, 단간결합도조정 나사(16)의 삽입량에 의해 공진기간 결합도가 조정 가능해진다. 이로써, 제조공정에서 발생하는 가공·조립에서의 치수오차에 의한 특성 열화를, 고주파회로소자 제작 후의 조정에 의해 회복시킬 수 있게 되어, 제조 효율을 비약적으로 향상시킬 수 있다.
또 본 실시형태에서는 2 단 대역필터의 구조를 예로 들지만, 이 구조에 한정되지 않으며, 1 단 필터 또는 3 단 이상의 필터 등에 적용할 수 있다.
단, 주파수의 조정이나 단간결합의 조정은 반드시 나사가 아니더라도, 나사와 같은 기능을 갖는 막대형 부재나, 평판형 부재 등을 배치함으로써도 행할 수 있다.
또 제 1~제 11 실시형태에 있어서도, 나사 등의 부재에 의해 공진주파수의조정이나, 단간결합도의 조정을 행할 수 있으며, 이 경우에도 본 실시형태와 마찬가지 효과를 발휘할 수 있다.
또한 주파수조정나사의 배치위치와 나사의 축방향에 대해서는, 주파수조정 나사(14)와 같이, 유전재료(1a, 1b)의 각 단부에 나사를 대향시킨 경우에는, 본 실시형태에서 설명한 바와 같이 효과적으로 주파수를 조정할 수 있지만, 그 반면, 유전재료를 3 단 이상 배치한 경우에는, 양끝 유전재료의 주파수조정에밖에 적용할 수 없다. 그래서 주파수조정 나사(15)와 같이, 각 유전재료에 대하여 수직방향, 정확하게 말하면 TM모드의 전계가 향하는 방향과 수직인 방향에 조정나사를 배치하는 것이 효과적이다. 또 주파수조정용 나사의 삽입위치는, 유전재료의 전계가 가장 강해지는 부분, 즉 본 실시형태에서는 유전재료(1a, 1b)의 중앙부근에 조정나사를 대향시키는 것이 가장 효과적이다. 이 경우는, 3 단 이상의 다단 유전재료를 배치한 고주파회로소자에 대해서도 적용 가능하다는 이점이 있다.
-제 12 실시형태의 구체예-
도 21의 (a), (b)에 나타낸 구조를 갖는 고주파회로소자를, 이하와 같은 순서로 형성한다. 유전재료(1a, 1b)로서 크기 1 ×1 ×4㎜의 사각주 유전체 세라믹스(ZrO2·TiO2·MgNb2O6를 주성분으로 하는 재료, 비유전율:42.2, fQ값:43000㎓)를 2 개 준비하고, 이들 유전재료(1a, 1b)를, 내벽이 금도금된 아연-구리 합금제 차폐도체(2) 안에 고정시킨다. 차폐도체(2) 내벽의 크기는 2 ×2 ×12㎜이다. 이 때, 지지부재(3)로서 폴리테트라플루오로에틸렌 수지를 이용하여, 차폐도체(2)와 유전재료(1a, 1b)의 빈틈을 채운다. 전송선로(4)는, 알루미나 소결체로 이루어진 전송선로기판(6) 상에, 금 박막(두께: 10㎛, 폭: 약 0.3㎜)으로 이루어진 스트립도체(5)(특성 임피던스: 50Ω)를 얹은 것을 형성하며, 이 스트립도체(5)를 전송선로기판(6) 상에서 차폐도체(2)의 내부까지 연장하고, 선단부를 유전재료의 긴 쪽 방향으로 굴곡시켜 그 선단부를 결합프로브부(8)로 한다. 또 주파수조정 나사(14, 15) 및 단간결합도조정 나사(16)로서는 나사규격 M1.6의 비스를 이용한다. 비스 단면은 평탄하게 가공하며, 표면 전체를 금도금한다.
도 22~도 24는 본 구체예의 고주파회로소자에 대하여, 통신망분석기로 실시한 공진주파수의 조정기능을 나타내는 도이다. 도 22는 본 구체예 고주파회로소자의 공진주파수와 주파수조정 나사(14)의 삽입량과의 관계를 나타내는 도이다. 도 23은 본 구체예 고주파회로소자의 공진주파수와 주파수조정 나사(15)의 삽입량과의 관계를 나타내는 도이다. 도 24는 본 구체예 고주파회로소자의 공진주파수와 단간결합도조정 나사(16)의 삽입량과의 관계를 나타내는 도이다.
도 22~도 24에서 알 수 있는 바와 같이, 각 나사의 삽입량으로써, 공진주파수, 및 단간결합도의 미세한 조정이 가능하다.
(제 13 실시형태)
도 25의 (a), (b)는 각각 차례로, 본 발명의 제 13 실시형태에 관한 고주파회로 모듈의 사시도 및 횡단면도이다. 본 실시형태에서는 상기 제 1 실시형태의 고주파회로소자를, 위상천이회로(phase shift circuit)를 개재하고 2 개 조합시킨 구조를 갖는다. 즉, 서로 중심주파수가 다른 2 개의 고주파회로소자(A, B)를 적당한 위상변화량을 갖는 위상천이회로(18)의 2 개 분기부와 입출력 결합시킴으로써, 주파수가 다른 신호를 분리하는 공용기를 구성한 예이다. 위상천이회로(18)는 접지도체층(9)과, 접지도체층(9)의 오목부에 매입된 위상천이회로기판(19)과, 위상천이회로기판(19) 상에 배치된 금속막으로 이루어지는 스트립도체(5b)로 구성된 마이크로 스트립선로이며, 도체스트립(5b)의 기간부는 안테나에 접속된다. 그 밖의 기본적인 구조는 도 1의 (a)~(c)에 나타낸 제 1 실시형태의 고주파회로소자 구조와 기본적으로 같다. 그리고, 예를 들어 고주파회로소자(B)(또는 A)로부터 안테나를 거쳐 고주파신호를 외부로 송신하며, 고주파회로소자(A)(또는 B)로 안테나를 거쳐 고주파신호를 외부로부터 수신하는 것이 가능한 구성이다.
또 각 고주파회로소자는 스위치로 처리용회로에 접속되며, 처리용회로에서 신호의 증폭, 음성·화상 등으로의 변환 등의 처리를 받게 된다.
본 실시형태의 고주파회로모듈에 의하면, 위상천이회로를 개재시켜 복수의 고주파회로소자를 배치하므로, 즉 소형이며 저손실의 공용기(주파수대역이 다른 송수신신호를 합파·분리한다)를 실현할 수 있어, 종래 도파관 등으로 실현되던 기능이 회로기판 상에서 실현되게 된다.
예를 들어 위상천이회로를 안테나에 접속한 경우에는, 송수신의 실행이 가능해진다. 특히, 서로 중심주파수가 다른 2 개의 고주파회로소자를 위상천이회로를 개재하고 조합시킨 경우에도, 상기 제 1 실시형태의 효과를 유지하면서, 동시에 송수신 실행이 가능해진다.
또 본 실시형태에서는 1 단 ×1 단의 유전재료를 갖는 공용기의 예를 나타내지만, 적어도 한쪽 대역필터(고주파회로소자(A 또는 B))의 유전재료를 복수 개 이용함으로써, 다단 대역필터를 갖는 공용기로서 이용하는 것도 효과적이다.
-제 13 실시형태의 변형예-
도 26의 (a), (b)는 각각 차례로, 제 13 실시형태의 변형예에 관한 고주파회로모듈의 사시도 및 횡단면도이다. 이 변형예에서는, 고주파회로소자(A)에 3 개의 유전재료(1a~1c)를 거의 같은 높이 위치에서 긴 쪽 방향으로 직렬로 나열시키며, 고주파회로소자(B)에 3 개의 유전재료(1d~1f)를 거의 같은 높이 위치에서 긴 쪽 방향으로 직렬로 나열시킨다.
그리고 도 26의 (a), (b)에 나타내는 구조를 갖는 고주파회로모듈을, 다음과 같은 순서로 형성한다. 고주파회로소자(A)(대역통과필터)에서는, 유전재료(1a, 1c)로서 크기 1 ×1 ×5.6㎜의 사각주 유전체 세라믹스(비유전율: 21, fQ값: 70000㎓)를, 유전재료(1b)로서 크기 1 ×1 ×5.4㎜의 사각주 유전체 세라믹스(비유전율: 21, fQ값: 70000㎓)를 각각 준비하고, 이들 유전재료(1a~1c)를, 내벽이 금도금된 아연-구리 합금제 차폐도체(2a) 안에 고정시킨다. 차폐도체(2a)의 내벽 크기는 3 ×3 ×24.1㎜이다.
또 고주파회로소자(B)(대역통과필터)에서는, 유전재료(1d, 1f)로서 크기 1 ×1×5.8㎜의 사각주 유전체 세라믹스(비유전율: 21, fQ값: 70000㎓)를, 유전재료(1e)로서 크기 1 ×1 ×5.6㎜의 사각주 유전체 세라믹스(비유전율: 21, fQ값: 70000㎓)를 각각 준비하고, 이들 유전재료(1d~1f)를, 내벽이 금도금된 아연-구리 합금제 차폐도체(2b) 안에 고정시킨다. 차폐도체(2b)의 내벽 크기는 3 ×3 ×25.7㎜이다.
그리고 지지부재(3a, 3b)로서 폴리테트라플루오로에틸렌 수지를 이용하여, 차폐도체(2a)와 유전재료(1a~1c)의 틈새, 및 차폐도체(2b)와 유전재료(1d~1f)의 틈새를 채운다. 전송선로(4)는, 알루미나 소결체로 이루어진 전송선로기판(6) 상에, 금 박막(두께: 10㎛, 폭: 약 0.3㎜(특성 임피던스: 50Ω))으로 이루어진 스트립도체(5a, 5c)를 올린 것을 형성하며, 이 스트립도체(5a, 5c)를 전송선로기판(6) 상에서 차폐도체(2a, 2b)의 내부까지 연장시켜 선단부를 결합프로브부(8)로 한다.
또 위상천이회로(18)는, 폴리테트라플루오로에틸렌수지 기판으로 이루어지는 위상천이회로기판(19) 상에 패턴화된 금 박막에 의한 스트립도체(5b)를 형성하며, 기간부와 2 개의 분기부로 구성되는 T자형 패턴을 형성한다. 스트립도체(5b)의 폭은, 특성 임피던스가 50Ω부근이 되도록 0.5㎜로 한다.
여기서 위상천이회로(18)란, 스트립도체의 길이를 적절하게 설정함으로써, 각 분기부의 다른 쪽 크로스밴드 대역을 전기적으로 거의 오픈상태로 하여 분기·합성하는 기능을 갖는 것이다.
도 27의 (a), (b)는 각각 차례로, 송신측 손실량의 주파수특성 및 수신측 손실량의 주파수특성을 나타내는 도이다. 도 27의 (a), (b)에서, 본 실시형태의 고주파회로모듈은 3 단 ×3 단의 공용기로서 양호하게 동작함을 확인할 수 있다. 삽입손실은 약 2㏈, 크로스밴드의 감쇠량은 약 53에서 55㏈이다.
또 본 구성에서도 제 1 실시형태의 도 1과 같이, 전송선로(4)를 유전재료(1a, 1b)에 대하여 각각 긴 쪽 방향으로 직렬로 나열시키는 것도 가능하다.
도 28의 (a), (b)는 상기 제 13 실시형태 또는 변형예에 있어서 위상천이회로(18)의 바람직한 구조예를 각각 나타내는 단면도이다. 도 28의 (a) 또는 도 28의 (b)에 나타내는 바와 같이, 고주파회로소자(A, B(대역필터))의 전송선로(4)와 위상천이회로(18)를 동일 위상천이회로기판(19) 상에 일체화시킴으로써, 통상 접속부에서 일어나는 부정합에 의한 반사를 없앨 수 있다.
또한 본 실시형태에서는 송수신신호를 합파·분리하는 2 파 공용기의 예를 나타내지만, 본 발명의 고주파회로모듈은 본 실시형태의 구조에 한정되는 것은 아니며, 3 파 이상의 주파수대 신호를 합파·분리하는 경우에도 효과적이다. 이 경우, 위상천이회로기판(19) 상의 위상천이회로(18) 패턴은, 합파·분리할 주파수대의 수만큼 분기된 패턴을 이용하면 된다. 또한 분기 수가 많을 때는, 도 28의 (a), (b)에 나타낸 바와 같은 2 분기선로를 복수 개 조합시키고, 분기 끝에 다시 마찬가지의 분기선로를 연결하여, 분기시킨 패턴을 이용하는 것도 효과적이다. 어느 경우든, 분기부분으로부터 각 필터(고주파회로소자)까지의 위상변화량(전기 길이)을 조정함으로써, 공용기로서의 동작을 실현할 수 있다.
(그 밖의 실시형태)
상기 각 실시형태에서는, 유전재료(1)로서 사각형 단면을 갖는 사각주형상 유전재료에서의 TM11δ모드를 이용했지만, 본 발명은 이와 같은 구조에 한정될 필요는 없으며, 원형단면의 원주형 유전재료를 이용해도 상기 각 실시형태와 마찬가지 효과를 발휘할 수 있다. 이 경우, 공진모드는 TM01δ모드라는 호칭을 이용하는 것이관례이다. 또 유전재료의 단면형상에 대해서도, 길이방향, 즉 유전재료 내부의 전계 방향에 대하여 일정 형상의 유전재료를 예로 들어 서술했지만, 부분적으로 단면형상을 변화시킨 경우라도 마찬가지로 효과적이다.
도 29는 제 1 실시형태의 유전재료(1)를, 단부로부터 중앙부를 향해 단면이 확대돼가도록 형성한 변형예를 나타내는 단면도이다. 이와 같이 유전재료(1) 중앙부 부근의 단면크기를 크게 함으로써, 유전재료(공진체)의 길이를 짧게 하는 것이 가능하다. 이는 TM모드의 전계강도가 유전재료의 중앙부근에서 가장 커지므로, 이 부근의 단면을 크게 함으로써 공진모드의 실효적인 유전율을 크게 하는 것으로 되기 때문이다. 그리고 이와 같은 유전재료의 형상은 제 2~제 13 실시형태(변형예를 포함함)에 대해서도 적용할 수 있다.
또 상기 제 13 실시형태를 제외한 각 실시형태의 구체예에 있어서, 유전재료(1)를 ZrO2·TiO2·MgNb2O6를 주성분으로 하는 재료(비유전율:42.2, fQ값:43000㎓)로 구성했지만, 반드시 이 재료에 한정될 필요는 없다. 유전재료(1)로서 지지부재(3)보다 유전율이 높은 재료를 이용하면 TM11δ모드가 존재하며, 본 발명의 효과를 확실하게 발휘할 수 있다.
또한 공진기의 Q값은 유전재료(1)를 구성하는 재료의 유전손실에 의해 큰 영향을 받으므로, 유전재료(1)로서는 손실이 적은 재료(fQ값이 큰 재료)를 이용하는 것이 바람직하며, 또 유전율이 큰 재료를 이용하면, 같은 공진주파수를 얻는데 필요한 유전재료(1)의 길이나 굵기가 작아도 되므로, 공진기의 소형화를 실현할 수있다.
도 30은 3 종류의 세라믹스재료를 이용했을 때 26㎓에서의 유전재료와 차폐도체의 크기, 그리고 무부하 Q값의 실측값을 표로 나타내는 도이다.
유전재료(1)로서, 예를 들어 알루미나와 같은 보다 저유전율이며 손실이 작은 것을 이용하면 공진기의 크기는 커지지만, 더욱 무부하 Q값이 큰 공진기를 얻을 수 있다.
상기 각 구체예의 지지부재(3)로서는, 비유전율이 2인 폴리테트라플루오로에틸렌을 예로 들었지만 이에 한정될 필요는 없으며, 유전재료(1)를 지지·고정시킬 수 있는 재료이면 된다. 단, 지지부재(3)의 유전율은 유전재료(1)에 비해 낮은 것이 바람직하다. 실제로는 유전재료(1)로서 비유전율 20 이상의 유전재료를 이용한 경우, 지지부재(3)로서는 비유전율이 대략 15 이하의 재료를 이용하면, 보다 바람직한 특성을 얻을 수 있다.
또 제 9 실시형태를 제외한 각 실시형태에서는, 지지부재(3)가 차폐도체(2) 내의 틈새에 충전된 경우의 구성에 대하여 서술했지만, 반드시 이와 같은 구성에 한정될 필요는 없으며, 다른 실시형태에서도 제 9 실시형태와 같은 유전재료 지지구조를 채용할 수 있다.
또한 각 실시형태에서 예시한 대역통과필터와 대역저지필터(노치필터)를, 마이크로 스트립선로 등으로 구성된 분기선로 등으로 접속함으로써, 주파수가 서로 다른 송수신신호를 분리하는 듀플렉서를 구성할 수 있다. 이 경우, 예를 들어 송신주파수, 및 수신주파수 부근에 중심주파수를 갖는 2 개의 대역통과필터를, 적당한위상변화량을 갖는 분기 전송선로의 분기부에 입출력 결합시킴으로써 구성된다. 또 원하는 사양을 만족시키기 위해, 필요에 따라 대역통과필터에 대역저지필터를 직렬로 접속하여, 크로스밴드의 감쇠를 늘리는 것도 가능하다.
또한 상기 각 실시형태에서는 설계 주파수대로서 26㎓대에서의 경우를 예로 들어 설명했지만, 이 주파수대에 한정될 필요는 없으며, 원하는 주파수에 맞추어 유전재료의 크기를 바꾸면, 넓은 주파수 범위에서 적용 가능하다. 특히 공진기에 유전율 20~40 정도의 재료를 이용할 경우, 5㎓에서 100㎓ 정도의 범위에서는 공진기의 폭이 대략 0.1㎜~10㎜ 범위 내이므로, 본 발명의 구조를 이용할 경우에도 고주파회로소자의 크기가 적당한 크기로 되어 편리하다. 특히 20~70㎓의 범위에서는, 도 30에 나타낸 저손실의 세라믹스재료를 이용하여 구성함으로써, 다른 구조의 유전재료에 비해 높은 무부하 Q값을 나타내며, 또 회로기판 상으로 실장하는데 있어서 충분히 소형이며 특별한 정밀도의 가공을 필요로 하지 않을 정도의 크기이므로, 본 발명의 효과가 매우 크다.
또 상기 각 실시형태에서는 2 개의 전송선로(4)가 공통된 접지도체층(9) 상에 구성되는 구조로 했지만, 본 발명의 고주파회로소자의 전송선로는 반드시 이러한 구조에 한정되는 것은 아니다.
도 31의 (a), (b), (c)는 1 쌍의 전송선로가 접지도체층 상에 형성된 경우의 구조예를 나타내는 평면도이다. 도 31의 (a)~(c)에 나타내는 바와 같이, 결합프로브(10)가 될 부분이 유전재료(1)의 어느 일부에 대향돼있기만 하다면 입출력결합 기능을 가지므로, 본 발명의 기본적인 효과를 발휘할 수 있다. 또 코플레너선로를구성할 경우, 도 31의 (a)~(c)에 나타내는 접지도체층(9)은 전송선로기판(6) 상에서 스트립도체(5)와 같은 쪽에 형성되게 된다. 또한 결합프로브(10)로서 기능하는 부분에는, 전송선로기판(6)이나 접지도체층(9)이 존재할 필요는 없다.
또 상기 각 실시형태에 있어서는, 전송선로(4)로서 마이크로 스트립선로 또는 코플레너선로를 이용한 예에 대하여 설명했지만, 본 발명의 고주파회로소자 또는 고주파회로모듈의 전송선로(4)는 이러한 실시형태에 한정되는 것은 아니다.
도 32의 (a)~(i)는, 본 발명의 고주파회로소자 또는 고주파회로모듈에 이용할 수 있는 전송선로의 예를 나타내는 단면도이다. 도 32의 (a)~(i)에 있어서 상기 각 실시형태와 마찬가지로 5는 스트립도체, 6은 전송선로기판, 9는 접지도체층의 예를 나타낸다. 도 32의 (a)는 가장 일반적인 마이크로 스트립선로의 예를 나타내고, 도 32의 (b)는 다선형 마이크로 스트립선로의 예를 나타내며, 도 32의 (c)는 코플레너선로의 예를 나타내고, 도 32의 (c)는 TFMS(Thin Film Microstrip)선로의 예를 나타내며, 도 32의 (d)는 인버티드 TFMS선로의 예를 나타내고, 도 32의 (e)는 인버티드 TFMS선로의 예를 나타내며, 도 32의 (f)는 광면결합 TFMS선로의 예를 나타내고, 도 32의 (g)는 슬릿이 있는 TFMS선로의 예를 나타내며, 도 32의 (h)는 마이크로와이어 선로의 예를 나타내고, 도 32의 (i)는 스트립선로의 예를 나타낸다. 본 발명의 고주파회로소자 또는 고주파회로모듈은 도 32의 (a)~(i)에 나타내는 어느 1 개의 구조, 또는 이들 구조가 복수종류 혼재된 전송선로를 이용할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 고주파회로소자 구성을 이용함으로써, 간단한 구성으로 소형이며 Q값이 높은 공진동작이 가능해진다. 특히, 밀리파대에서의공진기나 필터 등의 회로소자에 적용함으로써, 보다 그 효과가 발휘된다.
또 상기 고주파회로소자를 응용하여 구성되는 고주파회로모듈은, 상기 고주파회로소자의 소형, 고 Q값의 특성을 살려 구성함으로써, 소형??저손실이며, 높은 기능을 발휘한다.
본 발명의 고주파회로소자 또는 고주파회로모듈은,
1. 밀리파 또는 마이크로파를 이용한 FWA(Fixed Wireless Access) 시스템의 송수신기 내 고주파회로부
2. 이동체통신(휴대전화) 시스템의 단말기, 및 기지국의 고주파회로부분
3. 광통신 시스템에 있어서 고주파 변조신호를 취급하는 회로
4. 무선 LAN 장치의 고주파회로부분
5. 차-차간 통신, 노면-차간 통신 시스템의 고주파회로부분
6. 밀리파 레이더 시스템의 고주파회로부분
등에 응용이 가능한 것이다.

Claims (24)

  1. 전자파의 공진상태를 발생시키는 것이 가능한 적어도 1 개의 유전재료와,
    상기 유전재료의 주위를 둘러싸는 차폐도체와,
    상기 유전재료의 일부에 대향 배치되는 스트립도체, 이 스트립도체에 대향되는 접지도체층, 및 스트립도체-접지도체층간에 개재하는 유전체층을 갖는 적어도 1 개의 전송선로와,
    상기 전송선로에 접속되며, 상기 유전재료와의 사이에서 전자파의 입력결합 기능 또는 출력결합 기능을 갖는 결합프로브를 구비하는 고주파회로소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유전재료는, TM모드로 여진되는 것임을 특징으로 하는 고주파회로소자.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 전송선로는, 스트립선로, 마이크로 스트립선로, 코플레너선로 및 마이크로 와이어선로 중 적어도 어느 1 개를 포함하는 것을 특징으로 하는 고주파회로소자.
  4. 제 1 항 ~ 제 3 항 중 어느 하나에 있어서,
    상기 차폐도체 내부에 있어서, 상기 차폐도체와 상기 유전재료 사이의 공간을 메워, 상기 유전재료를 지지하는 절연층을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 고주파회로소자.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 차폐도체는, 상기 절연층의 외표면에 형성된 도체피막으로 형성되며,
    상기 스트립도체는, 상기 차폐도체와는 분리되도록 상기 도체피막으로 형성되고,
    상기 도체피막 중 상기 스트립도체에 대향하는 부분이 상기 접지도체층으로서 기능하는 것을 특징으로 하는 고주파회로소자.
  6. 제 1 항 ~ 제 3 항 중 어느 하나에 있어서,
    상기 접지도체층은 상기 차폐도체의 일부가 될 1 개의 벽부를 형성하며,
    상기 접지도체층에 형성된 홈과,
    상기 홈을 걸치고 상기 접지도체층 상에 형성되며, 상기 유전재료를 지지하는 절연체 지지판을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 고주파회로소자.
  7. 제 1 항 ~ 제 6 항 중 어느 하나에 있어서,
    상기 적어도 1 개의 전송선로는 1 쌍 형성되며, 대역통과필터로서 기능하는 것을 특징으로 하는 고주파회로소자.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 스트립도체의 선단부는 상기 유전체층의 바깥쪽으로 연장되며, 이 선단부가 상기 결합프로브로서 기능하는 것을 특징으로 하는 고주파회로소자.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 스트립도체의 선단부는 상기 유전체층 상에 위치하며, 이 선단부가 상기 결합프로브로서 기능하는 것을 특징으로 하는 고주파회로소자.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 스트립도체의 선단부는 상기 유전재료와의 결합이 커지는 방향으로 굴곡되는 것을 특징으로 하는 고주파회로소자.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 스트립도체의 주 부분은, 상기 유전재료의 긴 쪽 방향과 교차하는 방향으로 연장되며,
    상기 스트립도체의 선단부는, 상기 유전재료의 긴 쪽 방향으로 거의 평행하게 연장되는 것을 특징으로 하는 고주파회로소자.
  12. 제 1 항 ~ 제 6 항 중 어느 하나에 있어서,
    상기 적어도 1 개의 전송선로는, 1 개의 연속된 선로이며, 대역저지필터로서기능하는 것을 특징으로 하는 고주파회로소자.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 스트립도체의 단부를 제외한 일부가 상기 유전재료와 대향하며, 상기 일부가 상기 결합프로브로서 기능하는 것을 특징으로 하는 고주파회로소자.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 스트립도체의 상기 일부는, 상기 유전재료와의 결합이 커지는 방향으로 굴곡되는 것을 특징으로 하는 고주파회로소자.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 스트립도체의 주 부분은, 상기 유전재료의 긴 쪽 방향과 교차하는 방향으로 연장되며,
    상기 스트립도체의 상기 일부는, 상기 유전재료의 긴 쪽 방향으로 거의 평행하게 연장되는 것을 특징으로 하는 고주파회로소자.
  16. 제 1 항 ~ 제 15 항 중 어느 하나에 있어서,
    유전체기판과,
    상기 유전체기판의 상기 유전재료에 대향되는 면 위에 형성되며, 상기 차폐도체의 일부가 될 제 1 도체막을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 고주파화로소자.
  17. 제 1 항 ~ 제 16 항 중 어느 하나에 있어서,
    상기 유전재료가, 사각주 또는 원주인 것을 특징으로 하는 고주파회로소자.
  18. 제 1 항 ~ 제 17 항 중 어느 하나에 있어서,
    상기 유전재료의 긴 쪽 방향으로 수직인 방향에서의 유전재료의 단면형상이, 그 면적이 중앙부에서 최대로 되도록 변화하는 것을 특징으로 하는 고주파회로소자.
  19. 제 1 항 ~ 제 18 항 중 어느 하나에 있어서,
    상기 적어도 1 개의 유전재료는, 서로 결합된 복수의 유전재료인 것을 특징으로 하는 고주파회로소자.
  20. 제 1 항 ~ 제 19 항 중 어느 하나에 있어서,
    상기 차폐도체를 관통하며 상기 차폐도체에 둘러싸인 영역으로 삽입되며, 선단이 상기 유전재료에 대향하는 주파수조정 나사를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 고주파회로소자.
  21. 제 1 항 ~ 제 19 항 중 어느 하나에 있어서,
    상기 적어도 1 개의 유전재료는, 서로 결합된 복수의 유전재료이며,
    상기 차폐도체를 관통하며 상기 차폐도체로 둘러싸인 영역으로 삽입되며, 선단이 상기 각 유전재료간 틈새부에 대향하는 단간결합도조정 나사를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 고주파회로소자.
  22. 복수의 고주파회로소자와,
    상기 복수의 고주파회로소자간에 형성된 위상천이회로를 구비하며,
    상기 각 고주파회로소자는,
    전자파의 공진상태를 발생시키는 것이 가능한 적어도 1 개의 유전재료와,
    상기 유전재료의 주위를 둘러싸는 차폐도체와,
    상기 유전재료의 일부에 대향 배치되는 스트립도체, 이 스트립도체에 대향하는 접지도체층, 및 스트립도체-접지도체층간에 개재하는 유전체층을 갖는 적어도 1 개의 전송선로와,
    상기 전송선로에 접속되며, 상기 유전재료와의 사이에서 고주파신호의 입력결합기능 또는 출력결합기능을 갖는 결합프로브를 가지며,
    상기 각 고주파회로소자의 전송선로가, 상기 위상천이회로에 접속되는 것을 특징으로 하는 고주파회로모듈.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 복수 고주파회로소자의 공진상태에 있어서 중심주파수가 서로 다른 것을 특징으로 하는 고주파회로모듈.
  24. 제 22 항 또는 제 23 항에 있어서,
    상기 위상천이회로는 안테나에 접속되는 것을 특징으로 하는 고주파회로모듈.
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