KR20090050791A

KR20090050791A - 튜너블 ｒｆ 공진기

Info

Publication number: KR20090050791A
Application number: KR1020070117415A
Authority: KR
Inventors: 송인상; 하병주; 김철수; 박윤권; 신제식
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2007-11-16
Filing date: 2007-11-16
Publication date: 2009-05-20
Also published as: KR101331494B1

Abstract

RF 튜너블 공진기가 개시된다. 본 RF 튜너블 공진기는, 캐비티를 구비한 공동형 공진부 및 외부 신호에 따라 캐비티의 크기를 조정하여, 공동형 공진부의 공진 주파수를 튜닝할 수 있는 구동부를 포함한다. 이에 따라, 공진 주파수를 가변할 수 있으며, 공진 주파수의 가변 범위 또한 향상된다.

캐비티(cavity), 구동부, 튜너블 RF 공진기

Description

튜너블 ＲＦ 공진기{tunable RF resonator}

본 발명은 공진 주파수를 가변할 수 있는 튜너블 RF 공진기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 캐비티(cavity)의 구조를 변형시켜 공진주파수를 튜닝할 수 있는 RF 공진기에 관한 것이다.

일반적으로 공진기(resonator)는 안테나, 듀플렉서(duplexer), 필터와 같은 무선통신장치의 동조 회로 등에서 이용된다. 공진은 L(인덕터) 및 C(캐패시터)를 이용하는 전기적 공진과, 캐비티(cavity)와 같은 특정의 구조를 이용하는 구조적 공진으로 나눌 수 있다. 이 중에서, 캐비티(cavity) 내에서 공진이 발생하는 구조적 공진의 경우에는 공진 주파수를 튜닝하기 위해서는 캐비티의 크기 및 모양을 변형하거나, 캐비티 내부에 유전체 또는 자성체를 채워넣는 방법으로 공진 주파수를 튜닝할 수 있다.

도 1은 주파수 튜닝이 가능한 종래 캐비티 구조의 공진기를 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, 종래의 공진기는 캐비티(1), 발진기(2), 동조 나사(3), 금속(4)으로 구성된다. 이 경우, 동조 나사(3)를 통해 동조 나사(3) 아래의 금속(4)과 발진기(2) 간의 높이(H)를 조절함으로써, 발진기(2)의 주파수 조절이 가능하게 된다. 이러한 경우에는 주파수 가변 범위에 한계가 있게 되며, 동조 나사(3)의 회전 동작에 의해 나사산이 마모되는 등의 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 캐비티(cavity)의 구조를 변형함으로써, 공진 주파수 튜닝이 가능한 튜너블 RF 공진기를 제공하는데 그 목적이 있다.

이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 RF 튜너블 공진기는, 캐비티를 구비한 공동형 공진부; 및, 외부 신호에 따라 상기 캐비티의 크기를 조정하여, 상기 공동형 공진부의 공진주파수를 튜닝할 수 있는 구동부;를 포함한다.

이때, 상기 공동형 공진부는, 상부 프레임; 상기 상부 프레임과 이격배치된 하부 프레임; 및, 상기 상부 프레임 및 상기 하부 프레임 사이에 형성되어, 상기 캐비티를 이루는 사이드 월;을 포함할 수 있다.

또한, 상기 구동부는, 상기 상부 프레임 및 상기 하부 프레임 사이의 간격을 조정하는 것이 가능하다.

여기서, 상기 구동부는, 상기 상부 프레임 및 상기 하부 프레임 중 적어도 하나와 소정 거리 이격 배치되어, 상기 외부 신호가 인가되면 상기 상부 프레임 및 상기 하부 프레임 중 적어도 하나를 풀링(pulling)하여 상기 상부 프레임 및 상기 하부 프레임 사이의 간격을 조정하는 전극부;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 공동형 공진부의 상부 프레임은 상기 사이드 월의 일 영역에 고정되어 함께 이동 가능하고, 상기 공동형 공진부의 하부 프레임은 상기 사이드 월의 타 영역과 고정된 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 구동부는, 상기 상부 프레임에 연결된 이동 전극; 및,상기 이동 전극과 일정 거리 이격 배치되며, 상기 외부 신호가 인가되면 상기 상부 프레임 및 상기 상부 프레임에 고정된 사이드 월 영역이 이동하도록 상기 이동 전극을 풀링하는 고정 전극;을 포함할 수 있다.

또한, 상기 구동부는, 상기 사이드 월의 일 영역에 연결된 이동 전극; 및,

상기 이동 전극과 일정 거리 이격 배치되며, 상기 외부 신호가 인가되면 상기 사이드 월의 일 영역이 이동하도록 상기 이동 전극을 풀링하는 고정 전극;을 포함할 수 있다.

여기서, 상기 공동형 공진부 및 상기 구동부를 지지하는 기판; 상기 기판 상에 형성된 앵커; 및, 상기 앵커 및 상기 공동형 공진부의 상부 프레임 또는 사이드월의 일 영역을 연결하여, 상기 상부 프레임 또는 사이드월의 일 영역이 상기 기판 상에서 이동 가능하도록 하는 연결부;를 더 포함할 수 있다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 보다 상세하게 설명한다.

도 2는 캐비티의 모양에 따른 공진 주파수를 설명하기 위한 캐비티의 구성을 나타내는 도면이다. 도 2를 참조하면, 캐비티(cavity)는 직사각형 형태로 이루어지며, +x축 방향으로 길이 a를 가지며, +y축 방향으로 길이 b를 가지며, +z축 방향으로 길이 c를 갖는다. 이러한 캐비티의 공진 주파수는 아래와 같이 수학식 1로 표현될 수 있다.

여기서 a, b, c는 캐비티의 각 변의 길이를 나타내고, l, m, n은 공진 모드(resonance mode)를 나타내며, v는 캐비티 내에서의 신호의 속도를 나타낸다. 수학식 1을 참조하면, 다른 변수가 고정된 경우에, 캐비티의 크기를 나타내는 변수인, a, b, c의 값이 작을수록 공진 주파수는 커지는 것을 알 수 있다. 캐비티는 내부에 발진기(미도시)를 구비하여, 신호를 직접 생성할 수 있으며, 캐비티의 슬롯(미도시)을 통하여 외부로부터 신호를 입력받을 수도 있다. 또한, 캐비티는 금속(metal)으로 이루어지거나, 도전성 박막으로 이루어질 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 튜너블 RF 공진기의 공동형 공진부 구성을 나타내는 도면이다. 도 3을 참조하면, 본 튜너블 RF 공진기의 공동형 공진부는 하부 프레임(310), 사이드 월(320a, 320b), 및 상부 프레임(330)을 포함한다. 여기서, 하부 프레임(310)은 상부 프레임(330)과 이격 배치되며, 사이드 월(320a, 320b)은 상부 프레임(330) 및 하부 프레임(310) 사이에 형성된다. 이에 따라, 캐비티를 이룰 수 있다. 한편, 도 3에서 y축의 방향으로는 비어있는 것처럼 도시되어 있으나, 이는 설명의 편의를 위한 것이며, 실제로는 도시된 사이드 월(320a, 320b) 뿐만 아니라, +y방향 및 -y 방향은 모두 채워져 있어야 한다. 사이드 월(side wall)에 대한 구체적인 설명은 도 7을 참조하여 후술하기로 한다.

상술한 것처럼, 상부 프레임(330)은 하부 프레임(310)과 이격 배치되며, 상부 프레임(330) 및 하부 프레임(310) 중 어느 하나가, 수평 또는 수직 방향 중 어느 한 방향으로 움직임으로써, 캐비티 구조를 변형할 수 있다. 또는 사이드 월(320a, 320b) 중 적어도 일부가 이동하여, 캐비티 구조를 변형할 수도 있다. 그 결과, 공진 주파수의 튜닝(tuning)이 가능하게 된다.

만약 상부 프레임(330)이 +x 방향으로 움직인다면, a의 길이가 증가하게 되며, 이는 상술한 수학식 1을 참조할 때, 공진 주파수가 감소하는 방향으로 할 수 있음을 의미한다. 이에 따라, 공진 주파수의 가변 범위가 훨씬 광범위한 RF 튜너블 공진기를 제공할 수 있게 된다. 이 때, 캐비티의 슬롯(미도시)을 통해 외부로부터 고주파수 신호가 입력될 때, 캐비티는 상부 프레임(330) 또는 하부 프레임(310) 중 어느 하나가 움직이기 때문에 완전히 밀폐된 공간이 될 수 없고 틈이 존재하게 된다. 하지만, 주파수가 아주 높은 고주파 신호가 캐비티 내로 입사되기 때문에, 상부 프레임(330)과 하부 프레임(310) 사이에 틈이 있다고 하더라도 이를 밀폐된 공간으로 인식하여 공진 주파수를 튜닝할 수 있게 된다.

상부 프레임(330) 및 사이드 월(320a, 320b)중 어느 하나에 연결되어 상부 프레임(330) 및 하부 프레임(310) 중 어느 하나를 움직일 수 있게 하는 구동부에 대해서는 후술하기로 한다.

도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 튜너블 RF 공진기의 공동형 공진부의 캐비티 구성을 나타내는 도면이다. 도 4를 참조하면, 튜너블 RF 공진기의 공동형 공진부는 하부 프레임(410), 사이드 월(420 : 420a, 420b, 420c), 및 상부 프레임(430)을 포함한다. 이에 따라, 복수의 캐비티를 가지게 된다. 도 4에서 도시된 공동형 공진부 또한 도 3에서 도시된 공동형 공진부 구조와 마찬가지로 상부 프레임(430) 및 하부 프레임(410) 중 어느 하나 또는 사이드 월 일부가 수평 또는 수직 방향 중 어느 한 방향으로 움직임으로써, 공동형 공진부의 캐비티의 구조를 변경할 수 있고, 그 결과 캐비티의 공진 주파수를 튜닝할 수 있다.

다만, 도 4에서 도시된 공동형 공진부의 캐비티 구조의 경우에는, 가령, 상부 프레임(420)이 +x 방향으로 움직인다면, 좌측 캐비티는 x축 성분의 길이가 a 가 되나, 우측 캐비티는 x 축 성분의 길이가 h-a-a'가 된다. 따라서, 좌측 캐비티와 우측 캐비티의 공진 주파수가 서로 다르게 형성될 수 있다. 따라서, 도 3에 도시된 캐비티 구조와 달리, 도 4에서 도시된 캐비티 구조는 서로 다른 2개의 공진 주파수를 각각 얻을 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 튜너블 RF 공진기의 구성을 나타내는 도면이다. 도 5를 참조하면, 본 RF 튜너블 공진기는 공동형 공진부(510, 520, 530, 550) 및 구동부(540)를 포함한다. 공동형 공진부(510, 520, 530, 550)는 캐비티를 구비하며, 상술한 것처럼 상부 프레임(530), 하부 프레임(510), 사이드 월(520) 이외에 기판(550)을 더 포함할 수 있다. 기판(550)은 공동형 공진부(510, 520, 530, 550)를 지지한다. 구동부(540)는 외부 신호에 따라 캐비티의 크기를 조정하여, 공 동형 공진부(510, 520, 530, 550)의 공진 주파수를 튜닝할 수 있다.

구체적으로, 구동부(540)는 사이드 월의 일 영역에 연결된 이동 전극(540b) 및 이동 전극(540b)과 일정 거리 이격 배치되며, 외부 신호가 인가되면 사이드 월의 일 영역이 이동하도록 이동 전극(540b)을 풀링(pulling)하는 고정 전극(540a)을 포함한다. 또한, 구동부(540)는 상부 프레임(530)에 연결된 이동 전극(540b) 및 이동 전극(540b)과 일정 거리 이격 배치되여, 외부 신호가 인가되면 상부 프레임(530) 및 상부 프레임(530)에 고정된 사이드 월 영역(520)이 이동하도록 이동 전극(540b)을 풀링(pulling)하는 고정 전극(540a)을 포함한다.

즉, 구동부(540)는 상부 프레임(530)에 연결될 수도 있으며, 또한 사이드 월 영역(520)에 연결될 수도 있다. 이동 전극(540b)의 일 단 및 그와 대향하는 고정 전극(540a) 부분은 콤(comb) 구조로 이루어질 수 있으며, 고정 전극(540a) 및 이동 전극(540b) 각각에 전압 등의 외부 신호를 인가하면, 정전기력(electrostatic force) 등에 의해 이동 전극(540b)이 움직일 수 있게 된다.

도 5에서는 구동부(540)가 수평 방향으로 움직이면, 그와 연결된 캐비티의 상부 프레임(530)이 수평 방향으로 움직일 수 있는 것으로 도시되어 있으나, 구동부(530)가 상부 프레임(530)의 상부에 배치되어 수직 방향으로 움직이게 되면, 그와 연결된 상부 프레임(530) 역시 수직 방향으로 움직일 수 있게 된다. 그 결과, 수직 방향의 c 길이를 변경할 수 있게 되므로, 본 RF 튜너블 공진기의 공진 주파수를 튜닝할 수 있다.

또한, 구동부(540)는 수평 또는 수직 방향 중 어느 한 방향으로 움직이는 것 이 가능하기만 하면, 도 5에서 도시된 구조가 아니라, 다양한 구조 및 재료를 이용하여 구현될 수 있다.

도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 튜너블 RF 공진기의 구성을 나타내는 도면이다. 도 6의 구동부(640)는 도 5와 동일하나, 공동형 공진부(610, 620, 630, 650)의 구조가 도 5와 차이가 있다. 이미 상술한 것처럼, 2개의 서로 다른 공진 주파수를 생성할 수 있는 것 이외에는 도 5와 동일하므로 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 7은 튜너블 RF 공진기를 보다 구체적으로 나타내는 평면도이다. 도 7을 참조하면, 상부 프레임(730) 및 구동부(740) 이외에 앵커(710) 및 연결부(750)를 더 포함한다. 기판은 공동형 공진부(720, 730) 및 구동부(740)를 지지한다. 앵커(710)는 상기 기판상에 형성되고, 연결부(750)는 앵커(710) 및 공동형 공진부(720, 730)의 상부 프레임(730) 또는 사이드 월(720)의 일 영역(720a)을 연결하여, 상부 프레임(730) 또는 사이드 월의 일 영역(720a)이 기판상에서 이동가능하도록 연결한다.

즉, 수평 방향으로 변위가 형성되는 경우 복수의 앵커(710)들 및 이들에 연결된 연결부(750)가 형성됨으로써, 구동부(740)의 이동 전극(740b)을 기판상에서 지지할 수 있게 한다.

본 튜너블 RF 공진기의 공동형 공진부(720, 730)의 상부 프레임(730)은 사이드 월(720)의 일 영역에 고정되어 함께 이동 가능하고, 공동형 공진부(720, 730)의 하부 프레임은 사이드 월의 타 영역과 고정되도록 형성될 수 있다. 구체적으로, 도 7에서는 상부 프레임(730)에 사이드 월의 일 영역(720a)이 연결되고, 하부 프레임에 사이드 월의 타 영역(720b)이 연결되어 있도록 도시되어 있다. 하지만, 사이드 월(720)은 상부 프레임(730)에 사이드 월의 타 영역(720b)이 연결되고, 하부 프레임에 사이드 월의 일 영역(720a)가 연결되도록 형성될 수 있다. 다른 일 예로서, 사각형 모양의 사이드 월 영역의 대향하는 두 면이 상부 프레임에 연결되고, 그 나머지 대향하는 두 면이 하부 프레임에 연결되도록 형성될 수 있다. 이와 같이 다양하게 변형하여 연결 구조를 형성하는 것이 가능하다.

도 8은 수직 방향으로 변형 가능한 튜너블 RF 공진기의 구성을 나타내기 위한 도면이다. 도 8을 참조하면, 공동형 공진부(810, 820, 830, 850)는 하부 프레임(810), 사이드 월(820), 상부 프레임(830), 및 기판(850)을 포함할 수 있으며, 구동부는 전극부(840)를 포함할 수 있다.

여기서 전극부(840)는 상부 프레임(830) 및 하부 프레임(810) 중 적어도 하나와 소정 거리 이격 배치되어, 외부 신호가 인가되면 상부 프레임(830) 및 하부 프레임(810) 중 적어도 하나를 풀링(pulling)하여 상부 프레임(830) 및 하부 프레임(810) 사이의 간격을 조정할 수 있다.

일 예로서, 상부 프레임(830)은 캔틸리버(cantilever) 구조를 갖는 FBAR로 구성될 수 있으며, 상부 프레임(830) 및 하부 프레임(810)에 이격 배치되어 전극부(840)의 상부에 있는 상부 프레임(830)의 일 영역과 정전기력(electro-static force)이 작용하여, 상부 프레임(830)의 일 영역을 기판 쪽으로 풀링하는 것이 가능하다. 따라서, 공동형 공진부는 캐비티를 이룰 수 있게 되고, 주파수 튜닝이 가 능한 공진기를 제공할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 누구든지 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범주 내에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 다양하게 변경할 수 있음은 물론이다. 따라서 본 발명은 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어나지 않는다면 다양한 변형 실시가 가능할 것이며, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

도 1은 주파수 튜닝이 가능한 종래 캐비티 구조의 공진기를 나타내는 도면.

도 2는 캐비티의 모양에 따른 공진 주파수를 설명하기 위한 캐비티의 구성을 나타내는 도면.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 튜너블 RF 공진기의 공동형 공진부의 구성을 나타내는 도면.

도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 튜너블 RF 공진기의 공동형 공진부의 구성을 나타내는 도면.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 튜너블 RF 공진기의 구성을 나타내는 도면.

도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 튜너블 RF 공진기의 구성을 나타내는 도면.

도 7은 튜너블 RF 공진기를 보다 구체적으로 나타내는 평면도.

도 8은 도 수직 방향으로 변형 가능한 튜너블 RF 공진기의 구성을 나타내기 위한 도면.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

310, 410, 510, 610 : 하부 프레임 710 : 앵커

330, 430, 530, 630, 730, 830 : 상부 프레임

550, 650, 850 : 기판 840 : 전극부

320, 420, 520, 620, 720, 820 : 사이드 월 750 : 연결부

Claims

캐비티를 구비한 공동형 공진부; 및,

외부 신호에 따라 상기 캐비티의 크기를 조정하여, 상기 공동형 공진부의 공진 주파수를 튜닝할 수 있는 구동부;를 포함하는 RF 튜너블 공진기.
제1항에 있어서,

상기 공동형 공진부는,

상부 프레임;

상기 상부 프레임과 이격배치된 하부 프레임; 및,

상기 상부 프레임 및 상기 하부 프레임 사이에 형성되어, 상기 캐비티를 이루는 사이드 월;을 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 튜너블 공진기.
제2항에 있어서,

상기 구동부는,

상기 상부 프레임 및 상기 하부 프레임 사이의 간격을 조정하는 것을 특징으로 하는 RF 튜너블 공진기.
제3항에 있어서,

상기 구동부는,

상기 상부 프레임 및 상기 하부 프레임 중 적어도 하나와 소정 거리 이격 배치되어, 상기 외부 신호가 인가되면 상기 상부 프레임 및 상기 하부 프레임 중 적어도 하나를 풀링(pulling)하여 상기 상부 프레임 및 상기 하부 프레임 사이의 간격을 조정하는 전극부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 튜너블 공진기.
제2항에 있어서,

상기 공동형 공진부의 상부 프레임은 상기 사이드 월의 일 영역에 고정되어 함께 이동 가능하고,

상기 공동형 공진부의 하부 프레임은 상기 사이드 월의 타 영역과 고정된 것을 특징으로 하는 RF 튜너블 공진기.
제5항에 있어서,

상기 구동부는,

상기 상부 프레임에 연결된 이동 전극; 및,

상기 이동 전극과 일정 거리 이격 배치되며, 상기 외부 신호가 인가되면 상기 상부 프레임 및 상기 상부 프레임에 고정된 사이드 월 영역이 이동하도록 상기 이동 전극을 풀링하는 고정 전극;을 포함하는 RF 튜너블 공진기.
제2항에 있어서,

상기 구동부는,

상기 사이드 월의 일 영역에 연결된 이동 전극; 및,

상기 이동 전극과 일정 거리 이격 배치되며, 상기 외부 신호가 인가되면 상기 사이드월의 일 영역이 이동하도록 상기 이동 전극을 풀링하는 고정 전극;을 포함하는 RF 튜너블 공진기.
제2항에 있어서,

상기 공동형 공진부 및 상기 구동부를 지지하는 기판;

상기 기판상에 형성된 앵커; 및,

상기 앵커 및 상기 공동형 공진부의 상부 프레임 또는 사이드 월의 일 영역을 연결하여, 상기 상부 프레임 또는 사이드 월의 일 영역이 상기 기판상에서 이동 가능하도록 하는 연결부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 튜너블 공진기.