KR20170069488A - 주파수 튜너블 공진기 - Google Patents

Abstract

한쪽 면이 개방되고 내부에 수용공간을 가지는 하우징; 상기 하우징의 개방면을 덮는 커버; 상기 하우징의 수용공간 내부에 수용되는 공진소자; 상기 커버를 관통하여 상기 공진소자 상부에 배치되는 튜닝나사; 상기 커버와 상기 튜닝나사 사이에 개재되어 상기 튜닝나사와 상기 커버 간에 전도성 접촉이 이루어지지 않게 하는 절연물; 및 한쪽 단자에서 상기 튜닝나사와 전도성 연결을 이루고 다른쪽 단자에서 상기 커버와 전도성 연결을 이루며 캐패시턴스를 가지는 용량성 소자를 포함하는 주파수 튜너블 공진기가 개시된다. 본 발명에 따른 주파수 튜너블 공진기는 주파수 튜닝을 위한 튜닝나사에 더하여 추가적인 용량성 소자를 연결함으로써 튜닝되는 주파수 변화량이 더욱 증가되고 또한 외부 제어신호에 의하여 주파수 튜닝을 할 수 있어 주파수 튜닝을 더욱 효율적으로 수행할 수 있게 해준다. 또한 본 발명의 주파수 튜너블 공진기는 튜닝나사에 의하여 형성되는 등가적 캐패시터와 주파수 튜닝을 위한 추가적 캐패시터가 직렬로 형성되게 함으로써 캐패시턴스를 더욱 미세하게 조절할 수 있게 하고 그럼으로써 고주파 필터의 튜닝 민감도를 완화할 수 있게 해준다. 또한 본 발명의 공진기는 고주파 필터의 경량화 및 소형화를 구현할 수 있게 해준다.

Description

주파수 튜너블 공진기{Frequency Tunable Resonator}

본 발명은 주파수 튜너블 공진기 및 이를 포함하는 고주파 필터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 주파수 튜닝을 위한 튜닝나사에 더하여 추가적인 용량성 소자를 설치함으로써 주파수 변화량이 증가되고 외부 제어신호로 주파수 튜닝을 구현할 수 있어 더욱 효율적인 주파수 튜닝을 구현할 수 있는 주파수 튜너블 공진기 및 이를 포함하는 고주파 필터에 관한 것이다.

고주파 필터(DR 필터, 캐비티 필터, 웨이브 가이드 필터 등)는 고주파, 특히 초고주파를 공진하기 위한 일종의 회로통의 구조를 가진다. 일반적인 코일과 콘덴서에 의한 공진회로는 복사손실이 커서 초고주파를 형성하는데 적합지 않다. 이에 RF 필터는 다수의 공진기로 구성된다. 각 공진기는 도체로 둘러싸인 금속성 원통 또는 직육면체 등의 수용공간(cavity)을 형성하며 그 내부에서 유전체 공진 소자(DR: Dielectric Resonance element) 또는 금속 공진봉으로 구성된 공진 소자를 구비시켜, 고유 주파수의 전자기장만이 존재하게 함으로써, 초고주파의 공진이 가능하게 하는 구조를 가진다.

도 1은 고주파 필터에 적용되는 통상적인 공진기 구조를 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1의 공진기 구조에 대한 등가회로이다.

통상적인 공진기(10')는 한쪽 면이 개방되고 내부에 수용공간이 형성된 하우징(100)을 포함한다. 하우징(100)의 개방된 면은 커버(200)에 의하여 덮여진다. 하우징(100)의 수용공간 내부에는 공진소자(300)가 수용되며, 튜닝나사(400)가 커버(200)를 관통하여 공진소자(300) 상부에 배치된다. 튜닝나사(400)는 하우징(100) 및 커버(200) 내부로 진입된 길이가 조절되는 것인데, 그러한 길이 조절에 의하여 공진 주파수가 튜닝된다.

그런데, 통상의 공진기(10')에서 튜닝나사(400)에 의한 공진 주파수의 튜닝 구조는 튜닝나사의 물리적 한계로 인하여 주파수 튜닝 범위에 물리적 한계를 가지고 있다.

특허등록 제10-0865727호(2008. 10. 22. 등록)는 다중 병렬 캐패시터를 가지는 공진기, 이를 이용한 공동여파기 및 대역 통과 여파기를 개시한다. 이 발명은 공진기의 공진부에 다수의 수용 구멍을 마련하고, 다수의 튜닝 스크류가 그러한 수용 구멍에 삽입되게 함으로써 등가 회로적으로 다수의 캐패시터가 병렬 연결되도록 하여 공간적인 제약 없이 낮은 주파수 대역의 공진 주파수를 설정할 수 있게 한 것이다.

특허등록 제10-0918791호(2009. 09. 17. 등록)는 주파수 튜너블 필터를 개시한다. 이 발명은 튜닝나사와는 별도로 금속 튜닝 엘리먼트가 결합된 슬라이딩 부재를 설치함으로써 슬라이딩 부재의 슬라이딩에 상응하여 주파수 튜닝이 이루어지도록 한 것이다.

상기에서 언급한 바와 같은 종래기술은 하나의 튜닝나사만을 가지는 통상적인 공진기에 비하여 공진 주파수 튜닝 범위가 확장된다는 이점을 구현하였다는 점에서 진일보한 것이라고 할 수 있으나, 더욱 개선될 여지가 있었다. 이에, 본 발명자는 공진기의 주파수 튜닝 범위를 더욱 확장하면서 주파수 튜닝을 더욱 효율적으로 수행할 수 있게 해주는 공진기를 개발하기 위하여 노력하였으며, 결과적으로 본 발명에 이르게 되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 하나의 튜닝나사에 의하여 주파수 튜닝을 수행하는 통상적인 공진기에 비하여 주파수 튜닝 범위가 더욱 확장되고 또한 주파수 튜닝을 더욱 효율적으로 수행할 수 있게 해주는 주파수 튜너블 공진기 및 이를 포함하는 고주파 필터를 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 목적은 튜닝나사에 의하여 형성되는 등가적 캐패시터와 주파수 튜닝을 위한 추가적 캐패시터를 직렬로 장착함으로써 캐패시컨스를 더욱 미세하게 조절할 수 있어 더욱 미세한 주파수 튜닝을 가능하게 하고 그럼으로써 고주파 필터의 튜닝 민감도를 완화할 수 있는 주파수 튜너블 공진기 및 이를 포함하는 고주파 필터를 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 목적은 고주파 필터의 경량화 및 소형화를 구현할 수 있게 해주는 주파수 튜너블 공진기 및 경량화 및 소형화가 구현된 고주파 필터를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 주파수 튜너블 공진기는 한쪽 면이 개방되고 내부에 수용공간을 가지는 하우징; 상기 하우징의 개방면을 덮는 커버; 상기 하우징의 수용공간 내부에 수용되는 공진소자; 상기 커버를 관통하여 상기 공진소자 상부에 배치되는 튜닝나사; 상기 커버와 상기 튜닝나사 사이에 개재되어 상기 튜닝나사와 상기 커버 간에 전도성 접촉이 이루어지지 않게 하는 절연물; 및 한쪽 단자에서 상기 튜닝나사와 전도성 연결을 이루고 다른쪽 단자에서 상기 커버와 전도성 연결을 이루며 캐패시턴스를 가지는 용량성 소자를 포함한다.

상기 용량성 소자는 상기 커버 상에 배치되는 PCB 기판에 실장되는 것이 바람직하다.

상기 용량성 소자와 상기 커버 간의 전도성 연결은 상기 PCB 기판에 형성된 비아홀(via hole)에 전도성 물질이 채워짐으로써 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 용량성 소자는 병렬로 연결된 복수개의 버랙터 다이오드 또는 캐패시터일 수 있다.

상기 병렬로 연결된 복수개의 용량성 소자는 선택적으로 도통됨으로써 캐패시턴스가 조절되는 것이 바람직하다.

상기 용량성 소자는 가변 캐패시터일 수 있다.

상기 용량성 소자의 캐패시턴스는 상기 PCB 기판의 외부로부터 전송되는 제어신호에 의하여 조절되는 것이 바람직하다.

본 발명은 또한 상기한 주파수 튜너블 공진기를 포함하는 고주파 필터를 제공한다.

본 발명에 따른 주파수 튜너블 공진기는 주파수 튜닝을 위한 튜닝나사에 더하여 추가적인 용량성 소자를 연결함으로써 튜닝되는 주파수 변화량이 더욱 증가되고 또한 외부 제어신호에 의하여 주파수 튜닝을 할 수 있어 주파수 튜닝을 더욱 효율적으로 수행할 수 있게 해준다. 또한 본 발명의 주파수 튜너블 공진기는 튜닝나사에 의하여 형성되는 등가적 캐패시터와 주파수 튜닝을 위한 추가적 캐패시터가 직렬로 형성되게 함으로써 캐패시턴스를 더욱 미세하게 조절할 수 있게 하고 그럼으로써 고주파 필터의 튜닝 민감도를 완화할 수 있게 해준다. 또한 본 발명의 공진기는 고주파 필터의 경량화 및 소형화를 구현할 수 있게 해준다.

도 1은 통상적인 공진기의 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 공진기에 대한 등가회로를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 주파수 튜너블 공진기의 구조를 나타낸 도면이다.
도 4 및 도 5는 도 3의 공진기에 대한 등가회로를 도시한 도면이다.

이하 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 주파수 튜너블 공진기(10)는 하우징(100), 커버(200) 및 공진소자(300)를 포함한다.

하우징(100)은 한쪽 면이 개방되고 내부에 수용공간을 가지는 것이다. 하우징(100)의 형태로는 내부가 비어 있고 한 면이 개방된 직육면체 형상인 것이 바람직하지만 원통 형상 등 다른 형태를 가질 수 있다. 도 3에는 직육면체 형상의 하우징이 격벽에 의해 분할되어 있고 그렇게 분할된 각각의 공간이 하나의 공진기를 이루는 구조가 부분적으로 도시되어 있다. 커버(200)는 하우징(100)의 개방면을 덮는 것으로서 하우징(100)의 개방면과 동일한 형상을 가진다. 도 3에는 격벽으로 분할된 하우징 전체를 덮는 커버의 일부가 도시되어 있다. 본 발명에서 하우징(100)은 격벽으로 분할된 것이어도 좋고 단일의 형태이어도 좋다. 또한 커버(200)는 하우징(100)에 상응하여 하우징(100)의 분할된 수용공간 전체를 덮는 형태이어도 좋고, 하우징(100)이 단독의 수용공간을 가지는 경우 그러한 단독의 수용공간을 덮는 형태이어도 좋다. 하우징(100)과 커버(200)는 통상적으로 전기 전도성 물질, 특히 금속 재료, 특히 알루미늄으로 형성될 수 있다.

공진소자(300)는 하우징(100)과 커버(200)가 형성하는 내부 수용공간에 수용되는 것으로서, 캐비티 필터, 유전체 공진기 필터 등에 적용되는 것이라면 특별히 제한되지 않는데, 예를 들어 유전체 공진소자 또는 금속 공진봉일 수 있다. 공진소자(300)는 통상적으로 하우징(100)의 바닥면과 직접적으로 또는 간접적으로 도전성 연결을 형성하며, 공진기의 종류에 따라 커버(200)와는 도전성 연결을 형성할 수도 있고 형성하지 않을 수도 있다. 공진소자(300)는 다양한 형상을 가질 수 있는데, 예를 들어 가운데에 관통형 중공이 형성된 원통형 막대 형상, 다각형 통 형상 등으로 형성될 수 있다.

본 발명의 주파수 튜너블 공진기(10)는 또한 튜닝나사(400)를 포함한다. 튜닝나사(400)는 통상적으로 공진 주파수의 튜닝을 위하여 설치되는 것으로서, 높은 Q값 및 높은 전력을 위해 손실이 적은 기본적인 캐패시턴스 구현을 위한 구조물이라고 할 수 있는데, 커버(200)를 관통하여 공진소자(300) 상부에 배치되는 것이다. 커버(200)에는 튜닝나사(400)가 관통하는 관통홀이 형성되어 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 공진소자(300)가 가운데에 중공을 가지는 경우 튜닝나사(400)는 공진소자의 중공에 삽입되는 것이 통상적이다. 튜닝나사(400)는 주파수 튜닝이 이루어진 후에는 고정너트(410)에 의하여 커버(200)에 고정된다.

본 발명의 주파수 튜너블 공진기(10)는 하우징(100), 커버(200), 공진소자(300) 및 튜닝나사(400)를 포함한다는 점에서 통상적인 공진기와 다르지 않지만, 통상적인 공진기에서는 튜닝나사는 커버와 전도성 접촉을 하는데 반하여, 본 발명의 주파수 튜너블 공진기(10)에서는 튜닝나사(400)는 커버(200)와 전도성 접촉을 형성하지 않는다는 점에서 통상적인 공진기와는 다르다.

본 발명의 주파수 튜너블 공진기(10)에서 튜닝나사(400)가 커버(200)와 전도성 접촉을 형성하지 않도록 하기 위하여, 절연물(500)이 도입된다. 절연물(500)은 절연물질로 이루어진 것으로서, 커버(200)와 튜닝나사(400) 사이에 개재되어 커버(200)와 튜닝나사(400) 간에 전도성 접촉이 이루어지지 않게 하는 것이다. 절연물(500)은 통상적으로 가스켓과 같은 구조로 형성될 수 있다.

본 발명의 주파수 튜너블 공진기(10)는 추가적인 용량성 소자(600)를 더 포함한다. 용량성 소자(600)는 PCB 기판(610) 상에 실장되는 것이 바람직하다. PCB 기판(610)은 커버(200) 상에 배치된다. 용량성 소자(600)는 한쪽 단자에서 튜닝나사(400)와 전도성 연결을 형성하고 다른쪽 단자에서 커버(200)와 전도성 연결을 형성한다. 용량성 소자(600)가 커버(200)와 전도성 연결을 형성하기 위하여, PCB 기판(610)에는 비아홀(via hole)(612)이 형성되어 있고, 이러한 비아홀(612)에는 전도성 물질이 채워져 있다.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 주파수 튜너블 공진기(10)에서 추가적으로 설치되는 용량성 소자(600)는 튜닝나사(400)와 공진소자(300)에 의하여 형성되는 등가적 캐패시터와 직렬로 형성된다.

이러한 용량성 소자(600)는 도 5에 도시된 바와 같이, 가변 캐패시터로 구성할 수 있다. 용량성 소자(600)는 또한 도 4에 도시된 바와 같이, 병렬로 연결된 복수개의 버랙터 다이오드 또는 캐패시터일 수 있다. 이렇게 병렬로 연결된 복수개의 용량성 소자(600)는 선택적으로 도통되게 함으로써 캐패시턴스가 조절되게 하는 것일 수 있다. 병렬로 연결된 복수의 용량성 소자의 선택적 도통은 핀 다이오드(pin diode) 및 트랜지스터, 특히 그래핀 기반 트랜지스터와 같은 스위치 소자에 의하여 수행될 수 있다.

본 발명의 주파수 튜너블 공진기(10)에서 용량성 소자(600)의 캐패시턴스는 PCB 기판(610)의 외부로부터 전송되는 제어신호에 의하여 조절되도록 구성될 수 있다. 외부 제어신호에 의하여 캐패시턴스를 조절하는 기술은 통상적인 기술에 속하므로 여기에서는 상세한 설명은 생략하기로 한다.

상기에서 설명한 주파수 튜너블 공진기(10)는 고주파 필터에 적용되는 것으로서, 튜닝나사(400)와 공진소자(300)에 의하여 형성되는 등가적 캐패시터와 추가적 용량성 소자(600)를 직렬로 형성함으로써 주파수 튜닝 범위를 획기적으로 확대할 수 있다. 즉 하나의 공진기로 여러 동작 주파수 대역을 커버할 수 있다. 또한 통상적인 공진기의 경우 공진 주파수를 변경하고자 하는 경우에는 물리적 방법으로 공진 주파수를 변경하여야 했기 때문에 번거로움이 있었으나, 본 발명의 공진기는 외부 제어신호에 의하여 캐패시턴스를 변화시키거나 미리 설정한 캐패시턴스를 선택함으로써 신속하게 주파수 튜닝을 수행할 수 있으므로 편리하다. 또한 공진기(10)에 의하여 구현되는 캐패시턴스를 더욱 미세하게 조절할 수 있어 사용의 편리성을 더욱 향상시킨다. 본 발명의 공진기(10)는 또한 고주파 필터의 경량화 및 소형화를 구현할 수 있게 해준다.

10: 공진기 100: 하우징
200: 커버 300: 공진소자
400: 튜닝나사 410: 고정너트
500: 절연물 600: 용량성 소자
610: PCB 기판 612: 비아홀

Claims (8)

1. 한쪽 면이 개방되고 내부에 수용공간을 가지는 하우징; 상기 하우징의 개방면을 덮는 커버; 상기 하우징의 수용공간 내부에 수용되는 공진소자; 상기 커버를 관통하여 상기 공진소자 상부에 배치되는 튜닝나사; 상기 커버와 상기 튜닝나사 사이에 개재되어 상기 튜닝나사와 상기 커버 간에 전도성 접촉이 이루어지지 않게 하는 절연물; 및 한쪽 단자에서 상기 튜닝나사와 전도성 연결을 이루고 다른쪽 단자에서 상기 커버와 전도성 연결을 이루며 캐패시턴스를 가지는 용량성 소자를 포함하는 주파수 튜너블 공진기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 용량성 소자는 상기 커버 상에 배치되는 PCB 기판에 실장되는 것임을 특징으로 하는 주파수 튜너블 공진기.
3. 제2항에 있어서,
   상기 용량성 소자와 상기 커버 간의 전도성 연결은 상기 PCB 기판에 형성된 비아홀(via hole)에 전도성 물질이 채워짐으로써 이루어지는 것임을 특징으로 하는 주파수 튜너블 공진기.
4. 제2항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 용량성 소자는 병렬로 연결된 복수개의 버랙터 다이오드 또는 캐패시터인 것을 특징으로 하는 주파수 튜너블 공진기.
5. 제4항에 있어서,
   상기 병렬로 연결된 복수개의 용량성 소자는 선택적으로 도통됨으로써 캐패시턴스가 조절되는 것임을 특징으로 하는 주파수 튜너블 공진기.
6. 제2항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 용량성 소자는 가변 캐패시터인 것을 특징으로 하는 주파수 튜너블 공진기.
7. 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 용량성 소자의 캐패시턴스는 상기 PCB 기판의 외부로부터 전송되는 제어신호에 의하여 조절되는 것임을 특징으로 하는 주파수 튜너블 공진기.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 주파수 튜너블 공진기를 포함하는 고주파 필터.

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