KR20180103121A

KR20180103121A - 주파수 선택성 리미터

Info

Publication number: KR20180103121A
Application number: KR1020187023391A
Authority: KR
Inventors: 매튜 에이. 모르톤; 제르하드 솔너
Original assignee: 레이던 컴퍼니
Priority date: 2016-01-15
Filing date: 2017-01-11
Publication date: 2018-09-18
Also published as: JP6625226B2; EP3403293B1; WO2017123586A1; EP3403293A1; JP2019502324A; AU2017206716A1; CN108475835A; AU2017206716B2; CN108475835B; KR102132548B1

Abstract

본 발명은 자성 재료 위에 배치되는 스트립 도체 및 제1 유전체 재료 위에 배치되는 제1 자성 재료를 가지는 주파수 선택성 리미터에 관한 것이다. 일 실시 예에서, 주파수 선택성 리미터는 스트립 도체 위에 배치되는 제2 자성 재료 및 제2 자성 재료 위에 배치되는 제2 유전체 재료를 포함한다. 제1 및 제2 유전체 재료는 제1 및 제2 자성 재료보다 낮은 유전 상수를 가질 수 있다. 일 실시 예에서, 주파수 선택성 리미터는 자성 재료 내로, 슬로우 웨이브 구조체를 통해 전파하는 전자기 에너지에 의해 생성되는, 자기장을 자기적으로 결합하도록 배치되는 슬로우 웨이브 구조체를 포함한다.

Description

주파수 선택성 리미터

본 발명은 주파수 선택성 리미터에 관한 것이다.

당 업계에서 공지되는 바와 같이, 주파수 선택성 리미터(FSL)는 임계 전력 레벨 이하의 신호를 통과하면서 미리 결정되는 임계 전력 레벨 이상 신호를 감쇠시키는 비선형 수동 장치이다. FSL의 주요 특징은 다음을 제한하는 고-전력의 주파수 선택적 특성이다: 제한되는 신호에 대하여 주파수 내 근접한 저 전력 신호는 영향을 받지 않는다. 이 의미에서, FSL은 전형적인 YIG FSL의 주파수 선택성을 도시하는 도 1A, 1B 및 1C 내 도시되는 바와 같은 협 주파수 대력 내부의 고 전력 신호를 감쇠 시키도록 자동으로 튜닝하는 하이-Q(설명하자면 > 1000) 노치 필터로서 역할을 하고; 주파수 응답은: 도 1A에 도시되는 FSL에 대한 입력, 도 1B에 도시되는 FSL을 통한 전송 손실에 대한 것이고, 미리 결정되는 전력 임계 값 레벨인, PTH(도 1A) 초과 전력 레벨을 가지는 입력 신호 내 주파수 성분에 상당한 감쇠가 있음을 알아야 하고, 반면에 미리 결정되는 전력 임계 값 레벨인, PTH 미만 전력 레벨을 가지는 입력 신호 내 주파수 성분은 감쇄되지 않은(작은 신호 손실- 저항 손실, 임피던스 불일치 등 -을 제외) FSL을 통과하고 다중 약 및 강 신호(multiple weak and strong signals)에 대하여, 출력 전력 스펙트럼은 도 1C에 도시된다. FSL을 사용하여, 전원 임계 레벨은 페라이트 재료의 구조에 의해 주로 설정된다. 예를 들어, 단일-결정 YIG 재료는 헥사 페라이트 재료보다 낮은, 다결정 YIG보다 낮은 전력 임계 값을 제공하는 페라이트 재료이다. 이 재료 사이의 전력 임계 값 내 차는 약 10-20 dB이고, 단일-결정 YIG는 약 0 내지 +10 dBm의 최저를 제공한다. 또한 당 업계에 공지되는 바와 같이, 페라이트 FSLs는 자화 페라이트 재료의 비-선형 응답에 의존한다. 임계 RF 자기장 레벨 위에서 스핀 선행 각도는 페라이트로 포화시키고 고차 스핀-파로의 결합이 발생하기 시작한다. FSL에 공급되는 RF 에너지는 신호 주파수의 약 절반에서 스핀-파로 효율적으로 결합되고 열로 변환된다.

제한 범위의 개시에 대한 임계 전력 레벨은 정자기 파 FSLs에 대하여 <-30 dBm로부터이고 보조 공진 FSLs에서 다결정 페라이트에 대하여 >40 dBm까지이다. 임계 RF 자기장은 페라이트 재료의 스핀-파 선폭에 정비례한다. 액상 에피택시(Liquid Phase Epitaxy)(LPE) 이트륨-철-가닛(Yttrium-Iron-Garnet)(YIG)은 약 0.2-0.5 에르스텟(Oersted)(Oe)의, 모든 측정되는 재료 중 최협 스핀-파 선폭을 가지므로 일반적으로 사용된다. 이 단일 결정 YIG 접근법은 최고-Q 필터링 응답인, 약한 신호에 대하여 최저 삽입 손실을 제공하고, 약 0dBm 정도의 전력 임계 값- 광범위한 다양한 응용에 대해 가장 매력적인 재료를 집합적으로 만듦 -을 제공한다. FSL의 일반적인 구현은, 도 2에 도시되는 바와 같이, 자성 재료 내로 간섭 신호의 자기 에너지를 결합하는, 두 개의 YIG 슬래브 또는 유전체용 필름을 사용하여 스트립 라인 마이크로파 전송 구조에서 한 쌍의 그라운드 평면 도체 사이에 배치되는 스트립 도체를 포함한다. 영구 편향 자석은, 도시되는 바와 같이, 측면에 장착되거나, 구조의 상단 및 하단에 장착될 수 있다. 구조 내부의 자기장의 세기는 리미터의 동작 대역폭을 설정한다. 와이어의 경우 전-자석은 - 미도시 - 사용될 수 있고, 스트립 라인에 수직 방향으로 권선을 제공하는 전체 구조 주위에서 래핑된다(wrapped). DC 전류는 바이어스 자기장을 제공하기 위해 코일을 통해 흐른다. 바이어스는 리미터의 동작 대역폭을 설정하도록 선택된다. 슬래브 두께는 두꺼운 YIG 필름을 성장시 어려움으로 인하여 일반적으로 100 um이거나 더 적고, 50 옴(ohms)에 근접하게 매칭되는 입력 임피던스 Z₀를 달성하도록 약 20 um의 스트립 라인 폭을 필요로 한다. 이 접근법은 제조가 간단하고, 단일 결정 YIG 재료를 사용하는 경우 약 0dBm의 임계 전력 레벨을 실현하는 적절한 자기장을 제공한다. FSL의 전력 레벨 임계 값을 감소시키는 한가지 방법은 더 낮은 입력 임피던스 스트립 라인(즉, 50옴 미만)을 사용하는 것이고; 하지만, 저하되는 반사 손실의 비용에서 이다. 따라서, 더 낮은 입력 임피던스 구조를 사용하는 경우, 임피던스 정합 구조는 때때로 임피던스 정합을 향상시키기 위해 사용되고; 하지만, 이 기술은 대역폭을 감소시키고 FSL의 삽입 손실을 증가시키고; 상기 접근법은 약한 신호에 대하여 전송 구조와 연관되는 저항 손실을 감소시키고, 페라이트 재료를 이용하여 신호의 자기 결합을 약간 증가시킨다.

본 발명은 자성 재료 및 유전체 재료의 조합을 가지는 주파수 선택성 리미터에 관한 것이다. 유전체 재료는 향상되는 마이크로파 전송 라인을 야기하는, 자성 재료보다, 더 낮은 유전 상수 또는 비유전율인, εr을 가진다. 일 실시 예에서, 이 설계는 자성 재료와의 신호의 국부 자기 상호 작용을 증가시킴으로써 전체 주파수 선택성 리미터(FSL) 성능을 향상시킴으로써, 원하는 비선형 동작의 시작에 대한 더 낮은 임계 값을 달성한다. FSL은 한정되는 것은 아니지만 마이크로스트립 구성, 스트립 라인 구성 또는 단일-평면 구성을 포함하는 임의의 스트립 도체 구성 내에서 구현될 수 있다.(The present disclosure is directed to a frequency selective limiter having a combination of magnetic material and dielectric material. The dielectric material has a lower relative permittivity or relative dielectric constant, εr, than the magnetic material, which results in an enhanced microwave transmission line. In an embodiment, this design improves an overall frequency selective limiter (FSL) performance by increasing the local magnetic interaction of the signal with the magnetic material, thereby achieving a lower threshold for the onset of the desired nonlinear behavior. The FSL may be implemented in any strip conductor configuration including but not limited to a microstrip configuration, a stripline configuration or a co-planar configuration.)

더 낮은 전력 임계 값을 가지는, 본 발명은 제조와 관련되는 상당히 감소되는 복잡성을 가지는, 저-비용 물질(예를 들면, 단일-결정 YIG 대신 다결정)의 사용을 할 수도 있게 한다. 또한, 삽입 손실은 제안되는 구조를 낮게 유지하고 FSL 성능 파라미터는 유전체 재료의 특성을 수정하는 것보다 전송 라인 구조 내 설계 변경을 통해 조정될 수 있다. 한 쌍의 자성 기판에 추가로 한 쌍의 낮은 유전체 기판을 사용함으로써, 슬로우 웨이브 FSL 구조체는 자성 재료의 에칭 또는 마이크로매칭을 요구하는 것 없이 일반적인 제조 기술을 이용하여 제조될 수 있음으로써, 낮은 비용 솔루션을 야기한다.(With a lower power threshold, the present disclosure also enables the use of lower-cost materials (e.g. polycrystalline instead of single-crystal YIG), with significantly reduced complexity associated with manufacturing. Further, the insertion loss remains low with the proposed structure and the FSL performance parameters can be tuned via design changes in the transmission line structure rather than modifying material properties of the dielectric material. By using a pair of low dielectric substrates in addition to the pair of magnetic substrates, a slow wave FSL structure can be fabricated using common manufacturing techniques without requiring micromachining or etching of the magnetic materials, thereby resulting in a low cost solution.)

본원에 기재되는 시스템은 단독으로 또는 다른 특징과 조합하여 다음 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다.(The systems described herein may include one or more of the following features independently or in combination with another feature.)

한 측면에서, 본 발명은 자성 재료 내로, 슬로우 웨이브 구조체를 통해 전파하는 전자기 에너지에 의해 생성되는, 자기장을 자기적으로 결합하는 자성 재료에 대해 배치되는 유전체 재료의 조합을 가지는 슬로우 웨이브 구조체에 관한 것이다. 슬로우 웨이브 구조체는 입력 임피던스 Z₀를 가지고 임피던스는 전자기 에너지가 슬로우 웨이브 구조체를 통해 전파하는 때 Z₀보다 큰 임피던스로부터 Z₀보다 작은 임피던스까지 주기적으로 변경할 수 있다.(In one aspect, the present disclosure is directed towards a slow wave structure having a combination of a dielectric material disposed about a magnetic material to magnetically couple a magnetic field, produced by electromagnetic energy propagating through the slow wave structure, into the magnetic material. The slow wave structure has an input impedance Z₀ and the impedances may periodically change from an impedance greater than Z₀ to an impedance less than Z₀ as the electromagnetic energy propagates through the slow wave structure.)

또 다른 측면에서, 본 발명은 강자성 재료 내로, 슬로우 웨이브 구조체를 통해 전파하는 전자기 에너지에 의해 생성되는, 자기장을 자기적으로 결합하도록 배치되는 슬로우 웨이브 구조체 및 자성 재료에 대해 배치되는 유전체 재료, 자성 재료의 조합에 관한 것이다. 일 실시예에서, 슬로우 웨이브 구조체는 입력 임피던스인, Z₀를 가지는 전송 라인이다. 전송 라인은 한 쌍의 제2 전송 라인 섹션 사이에 배치되는 제1 전송 라인 섹션을 포함한다. 일 실시 예에서, 제1 전송 라인 섹션은 Z₀보다 높은 임피던스 Z_H를 가지고 제2 전송 라인 섹션의 쌍은 Z₀보다 낮은 임피던스를 가진다. 일부 실시 예에서, 제1 전송 라인 섹션 및 제2 전송 라인 섹션의 쌍 각각은 슬로우 웨이브 구조체를 통해 전파하는 전자기 에너지의 공칭 동작 파장보다 짧은 길이를 가진다.(In another aspect, the present disclosure is directed towards a combination of a magnetic material, a dielectric material disposed about the magnetic material and a slow wave structure disposed to magnetically couple a magnetic field, produced by electromagnetic energy propagating through the slow wave structure, into the ferromagnetic material. In an embodiment, the slow wave structure is a transmission line having an input impedance, Z₀. The transmission line includes a first transmission line section disposed between a pair of second transmission line sections. In an embodiment, the first transmission line section has an impedance Z_H higher than Z₀ and the pair of second transmission line sections have an impedance lower than Z₀. In some embodiments, the first transmission line section and the pair of second transmission line sections each have a length shorter than a nominal operating wavelength of the electromagnetic energy propagating through the slow wave structure.)

또 다른 측면에서, 본 발명은 강자성 재료 내로, 슬로우 웨이브 구조체를 통해 전파하는 전자기 에너지에 의해 생성되는, 자기장을 자기적으로 결합하도록 배치되는 슬로우 웨이브 구조체 및 자성 재료에 대해 배치되는 유전체 재료, 자성 재료를 포함하는 조합에 관한 것이다. 일 실시예에서, 슬로우 웨이브 구조체는 한 쌍의 제2 전송 라인 섹션 사이에 배치되는 제1 전송 라인 섹션을 가지는 전송 라인이다. 제1 전송 라인 섹션 및 제2 전송 라인 섹션의 쌍은 스트립 도체 및 적어도 하나의 그라운드 평면 도체를 포함한다. 자성 재료는 스트립 도체 및 적어도 하나의 그라운드 평면 도체 사이에 배치될 수 있다.(In another aspect, the present disclosure is directed towards a combination including a magnetic material, a dielectric material disposed about the magnetic material and a slow wave structure disposed to magnetically couple a magnetic field, produced by electromagnetic energy propagating through the slow wave structure, into the ferromagnetic material. In an embodiment, the slow wave structure is a transmission line having a first transmission line section disposed between a pair of second transmission line sections. The first transmission line section and the pair of second transmission lines sections include a strip conductor and at least one ground plane conductor. The magnetic material may be disposed between the strip conductor and the at least one ground plane conductor.)

일부 실시 예에서, 스트립 도체는 한 쌍의 제2 스트립 도체 섹션 사이에 배치되는 제1 스트립 도체 섹션을 포함한다. 제1 스트립 도체 섹션은 제1 스트립 도체 섹션 제1 거리(D1) 위에 배치되는 그라운드 평면 도체의 부분으로부터 분리될 수 있다. 일부 실시 예에서, 제2 스트립 도체 섹션의 쌍은 제2 스트립 도체 섹션 제2 거리(D2) 위로 배치되는 그라운드 평면 도체의 부분으로부터 분리된다- D1 및 D2는 상이한 거리임 -.(In some embodiments, the strip conductor includes a first strip conductor section disposed between a pair of second strip conductor sections. The first strip conductor section may be separated from a portion of the ground plane conductor disposed over the first strip conductor section a first distance D1. In some embodiments, the pair of second strip conductor sections are separated from portions of the ground plane conductor disposed over the pair of second strip conductor sections a second distance D2, where D1 and D2 are different distances.)

또 다른 측면에서, 본 발명은 강자성 재료 내로, 슬로우 웨이브 구조체를 통해 전파하는 전자기 에너지에 의해 생성되는, 자기장을 자기적으로 결합하도록 배치되는 슬로우 웨이브 구조체 및 자성 재료에 대해 배치되는 유전체 재료, 자성 재료를 포함하는 조합에 관한 것이다. 일부 실시 예에서, 슬로우 웨이브 구조체는 한 쌍의 제2 전송 라인 섹션 사이에 배치되는 제1 전송 라인 섹션을 가지는 전송 라인이다.(In another aspect, the present disclosure is directed towards a combination including a magnetic material, a dielectric material disposed about the magnetic material and a slow wave structure disposed to magnetically couple a magnetic field, produced by electromagnetic energy propagating through the slow wave structure, into the ferromagnetic material. In some embodiments, the slow wave structure is a transmission line having a first transmission line section disposed between a pair of second transmission line sections.)

일 실시 예에서, 제1 전송 라인 섹션 및 제2 전송 라인 섹션의 쌍은 스트립 도체 및 한 쌍의 그라운드 평면 도체를 포함한다. 스트립 도체는 제2 스트립 도체 섹션의 쌍 사이에 배치되는 제1 스트립 도체 섹션과 함께 한 쌍의 제2 스트립 도체 섹션 및 제1 스트립 도체 섹션을 포함한다. 일부 실시 예에서, 제1 스트립 도체 섹션은 제1 스트립 도체 섹션 제1 거리(D1) 위에 및 아래에 배치되는 그라운드 평면 도체의 쌍의 부분으로부터 분리될 수 있다. 제2 스트립 도체 섹션의 쌍은 제2 스트립 도체 섹션 제2 거리(D2)의 쌍 위에 및 아래에 배치되는 그라운드 평면 도체의 부분으로부터 분리될 수 있다- D1 및 D2는 상이한 거리임 -.(In an embodiment, the first transmission line section and the pair of second transmission lines sections include a strip conductor and a pair of ground plane conductors. The strip conductor includes a first strip conductor section and a pair of second strip conductor sections with the first strip conductor section disposed between the pair of second strip conductor sections. In some embodiments, the first strip conductor section is separated from a portion of the pair of ground plane conductors disposed over and under the first strip conductor section a first distance D1. The pair of second strip conductor sections may be separated from portions of the ground plane conductor disposed over and under the pair of second strip conductor sections a second distance D2, where D1 and D2 are different distances.)

또 다른 측면에서, 본 개시는 주파수 선택성 리미터에 관한 것이다. 주파수 선택성 리미터는 제1 및 제2 대향 표면을 가지는 유전체 재료의 제1 층을 포함하고 제1 및 제2 대향 표면을 가지는 자성 재료의 제1 층을 포함한다. 일 실시 예에서, 상기 유전체 재료의 상기 제1 층의 상기 제2 표면은 상기 제1 자성 재료의 상기 제1 표면 위에 배치되고 상기 유전체 재료는 상기 자성 재료보다 더 낮은 유전 상수를 가진다. 스트립 도체는 자성 재료의 상기 제1 층 위로 배치된다.(In another aspect, the present disclosure is directed towards a frequency selective limiter. The frequency selective limiter includes a first layer of a dielectric material having first and second opposing surfaces and a first layer of magnetic material having first and second opposing surfaces. In an embodiment, the second surface of the first layer of the dielectric materials is disposed over the first surface of the first magnetic material and the dielectric material has a lower relative permittivity than the magnetic material. A strip conductor is disposed over the first layer of magnetic material.)

일 실시 예에서, 주파수 선택성 리미터는 제1 및 제2 대향 표면을 가지는 상기 유전체 재료의 제2 층 및 제1 및 제2 대향 표면을 가지는 자성 재료의 제2 층을 포함한다. 상기 유전체 재료의 상기 제2 층의 상기 제1 표면은 상기 제2 자성 재료의 상기 제2 표면 위에 배치되고 상기 스트립 도체는 자성 재료의 제1 및 제2 층 사이에 배치된다.(In some embodiments, the frequency selective limiter includes a second layer of the dielectric material having first and second opposing surfaces and a second layer of magnetic material having first and second opposing surfaces. The first surface of the second layer of the dielectric materials is disposed over the second surface of the second magnetic material and the strip conductor is disposed between the first and second layer of magnetic material.)

일 실시 예에서, 유전체 재료의 상기 제1 및 제2 층과 자성 재료의 상기 제1 및 제2 층의 상기 조합은 입력 임피던스 Z₀를 가지는 슬로우 웨이브 구조체를 포함한다. 전자기 에너지가 상기 슬로우 웨이브 구조체를 통해 전파시 상기 임피던스는 Z₀보다 큰 임피던스로부터 Z₀보다 작은 임피던스까지 주기적으로 변경할 수 있다.(In an embodiment, the combination of the first and second layers of dielectric material and the first and second layers of magnetic material include a slow wave structure having an input impedance Z₀. The impedances may periodically change from an impedance greater than Z₀ to an impedance less than Z₀ as an electromagnetic energy propagates through the slow wave structure.)

일 실시 예에서, 주파수 선택성 리미터는 제1 및 제2 그라운드 평면을 포함한다. 상기 제1 그라운드 평면은 유전체 재료의 상기 제1 층의 상기 제1 표면 위에 배치되고 상기 제2 그라운드 평면은 유전체 재료의 상기 제2 층의 상기 제2 표면 위에 배치된다. 주파수 선택성 리미터는 상기 유전체 재료의 상기 제1 층 및 상기 자성 재료 사이에 배치되는 전도성 패드의 제1 세트 및 상기 유전체 재료의 상기 제2 층 및 상기 제2 자성 재료 사이에 배치되는 전도성 패드의 제2 세트를 포함할 수 있다.(In some embodiments, the frequency selective limiter includes a first and second ground plane. The first ground plane is disposed over the first surface of the first layer of dielectric material and the second ground plane is disposed over the second surface of the second layer of dielectric material. The frequency selective limiter may include a first set of conducting pads disposed between the first layer of the dielectric materials and the magnetic material and a second set of conducting pads disposed between the second layer of the dielectric materials and the second magnetic material.)

일 실시 예에서, 비아의 제1 세트는 유전체 재료의 상기 제1 층 내부에 배치되고 비아의 제2 세트는 유전체 재료의 상기 제2 층 내부에 배치된다. 비아의 상기 제1 세트는 전도성 패드의 상기 제1 세트에 상기 제1 그라운드 평면을 결합하고 비아의 상기 제2 세트는 전도성 패드의 상기 제2 세트에 상기 제2 그라운드 평면을 결합하여 상기 슬로우 웨이브 구조체 내부의 로우 임피던스 스트립 라인 섹션 및 하이 임피던스 스트립 라인 섹션의 교차 섹션을 형성한다. 상기 로우 임피던스 스트립 라인 섹션 및 하이 임피던스 스트립 라인 섹션의 교차 섹션은 상기 제1 및 제2 자성 층 내로 및 상기 슬로우 웨이브 구조체를 통해 전파하는 자기 에너지를 결합한다. 상기 자기 에너지는 미리 결정되는 전력 임계 값 이상의 전력 레벨을 가질 수 있다.(In an embodiment, a first set of vias is disposed within the first layer of dielectric material and a second set of vias is disposed within the second layer of dielectric material. The first set of vias couple the first ground plane to the first set of conducting pads and the second set of vias couple the second ground plane to the second set of conducting pads to form alternating sections of low impedance stripline sections and high impedance stripline sections within the slow wave structure. The alternating sections of low impedance stripline sections and high impedance stripline sections couple magnetic energy propagating through the slow wave structure and into that the first and second magnetic layers. The magnetic energy may have a power level above a predetermined power threshold.)

일부 실시 예에서, 상기 주파수 선택성 리미터는 입력 임피던스인, Z₀를 가지는 전송 라인이다. 상기 전송 라인은 한 쌍의 제2 전송 라인 섹션 사이에 배치되는 제1 전송 라인 섹션을 포함한다. 상기 제1 전송 라인 섹션은 Z₀보다 더 높은 임피던스 Z_H를 가지고 상기 한 쌍의 제2 전송 라인 섹션은 Z₀보다 더 낮은 임피던스 Z_L을 가진다. 일 실시 예에서, 제1 전송 라인 섹션 및 상기 한 쌍의 제2 전송 라인 섹션 각각은 슬로우 웨이브 구조체를 통해 전파하는 전자기 에너지의 공칭 동작 파장보다 짧은 길이를 가진다.(In some embodiments, the frequency selective limiter is a transmission line having an input impedance, Z₀. The transmission line includes a first transmission line section disposed between a pair of second transmission line sections. The first transmission line section may have an impedance Z_H higher than Z₀ and the pair of second transmission line sections have an impedance Z_L lower than Z₀. In an embodiment, the first transmission line section and the pair of second transmission lines sections each have a length shorter than a nominal operating wavelength of electromagnetic energy propagating through the slow wave structure.)

또 다른 실시 예에서, 본 개시는 주파수 선택성 리미터에 관한 것이다. 상기 주파수 선택성 리미터는 자성 재료 내로, 상기 슬로우 웨이브 구조체를 통해 전파하는 전자기 에너지에 의해 생성되는, 자기장을 자기적으로 결합하는 상기 자성 재료 및 상기 자성 재료 위에 배치되는 유전체 층을 포함한다. 일 실시 예에서, 상기 유전체 층은 상기 자성 재료보다 더 낮은 유전 상수를 가진다. 상기 슬로우 웨이브 구조체는 입력 임피던스 Z₀를 가지고 상기 전자기 에너지가 상기 슬로우 웨이브 구조체를 통해 전파시 상기 임피던스는 Z₀보다 큰 임피던스로부터 Z₀보다 작은 임피던스까지 주기적으로 변경할 수 있다.(In another aspect, the present disclosure is directed towards a frequency selective limiter. The frequency selective limiter includes a magnetic material to magnetically couple a magnetic field, produced by electromagnetic energy propagating through the slow wave structure, into the magnetic material and a dielectric layer disposed over the magnetic material. In an embodiment, the dielectric layer has a lower relative permittivity than the magnetic material. The slow wave structure may have an input impedance Z₀ and the impedances may periodically change from an impedance greater than Z₀ to an impedance less than Z₀ as the electromagnetic energy propagates through the slow wave structure.)

일부 실시 예에서, 그라운드 평면은 상기 유전체 층의 제1 표면 위에 배치된다. 전도성 패드의 세트는 상기 유전체 층 및 상기 자성 재료 사이에 배치될 수 있다. 또한, 비아의 세트는 상기 유전체 층 내부에 배치될 수 있다. 일 실시 예에서, 상기 비아의 세트는 상기 슬로우 웨이브 구조체 내부의 로우 임피던스 스트립 라인 및 하이 임피던스 스트립 라인의 교차 섹션을 형성하는 전도성 패드의 상기 세트에 상기 그라운드 평면을 결합한다.(In some embodiments, a ground plane is disposed over a first surface of the dielectric layer. A set of conducting pads may be disposed between the dielectric layer and the magnetic material. Further, a set of vias may be disposed within the dielectric layer. In an embodiment, the set of vias couple the ground plane to the set of conducting pads to form alternating sections of low impedance striplines and high impedance striplines within the slow wave structure. In some embodiments, the alternating sections of low impedance striplines and high impedance striplines couple the electromagnetic energy propagating through the slow wave structure and into the magnetic material.)

또 다른 실시 예에서, 본 개시는 제1 및 제2 대향 표면을 각각 가지는, 유전체 재료의 제1 및 제2 층을 포함하는 주파수 선택성 리미터에 관한 것이다. 상기 주파수 선택성 리미터는 제1 및 제2 대향 표면을 각각 가지는, 자성 재료의 제1 및 제2 층을 더 포함한다. 상기 유전체 재료의 상기 제1 층의 상기 제2 표면은 상기 제1 자성 재료의 상기 제1 표면 위에 배치되고 상기 유전체 재료의 상기 제2 층의 상기 제1 표면은 상기 제2 자성 재료의 상기 제2 표면 위에 배치된다. 일 실시 예에서, 상기 유전체 재료는 상기 자성 재료보다 더 낮은 유전 상수를 가진다. 스트립 도체는 자성 재료의 제1 및 제2 층 사이에 배치될 수 있다.(In another aspect, the present disclosure is directed towards a frequency selective limiter including a first and second layer of a dielectric material, each having first and second opposing surfaces. The frequency selective limiter further includes a first and second layer of magnetic material, each having first and second opposing surfaces. The second surface of the first layer of the dielectric materials is disposed over the first surface of the first magnetic material and the first surface of the second layer of the dielectric materials is disposed over the second surface of the second magnetic material. In an embodiment, the dielectric material has a lower relative permittivity than the magnetic material. A strip conductor may be disposed between the first and second layer of magnetic material.)

일 실시 예에서, 상기 슬로우 웨이브 구조체는 입력 임피던스인, Z₀를 가지는 전송 라인이고 상기 전송 라인은 제1 전송 라인 섹션 및 한 쌍의 제2 전송 라인 섹션을 포함하고, 상기 제1 전송 라인 섹션은 Z₀보다 더 높은 임피던스 Z_H를 가지고 상기 한 쌍의 제2 전송 라인 섹션은 Z₀보다 더 낮은 임피던스를 가진다. 일 실시 예에서, 임피던스는 전자기 에너지가 슬로우 웨이브 구조체를 통해 전파하는 때 Z₀보다 큰 임피던스로부터 Z₀보다 작은 임피던스까지 주기적으로 변경할 수 있다

(In an embodiment, the slow wave structure is a transmission line having an input impedance, Z₀ and the transmission line includes a first transmission line section and a pair of second transmission line sections, and the first transmission line section has an impedance Z_H higher than Z₀ and the pair of second transmission line sections have an impedance lower than Z₀. In some embodiments, the impedances periodically change from an impedance greater than Z₀ to an impedance less than Z₀ as an electromagnetic energy propagates through the slow wave structure.)

일 실시 예에서, 주파수 선택성 리미터는 제1 및 제2 그라운드 평면을 포함한다. 상기 제1 그라운드 평면은 유전체 재료의 상기 제1 층의 상기 제1 표면 위에 배치되고 상기 제2 그라운드 평면은 유전체 재료의 상기 제2 층의 상기 제2 표면 위에 배치된다. 전도성 패드의 제1 세트는 상기 유전체 재료의 상기 제1 층 및 상기 자성 재료 사이에 배치되고 전도성 패드의 제2 세트는 상기 유전체 재료의 상기 제2 층 및 상기 제2 자성 재료 사이에 배치된다.(In an embodiment, the frequency selective limiter includes a first and second ground plane. The first ground plane is disposed over the first surface of the first layer of dielectric material and the second ground plane is disposed over the second surface of the second layer of dielectric material. A first set of conducting pads may be disposed between the first layer of the dielectric materials and the magnetic material and a second set of conducting pads disposed between the second layer of the dielectric materials and the second magnetic material.)

일 실시 예에서, 비아의 제1 세트는 유전체 재료의 상기 제1 층 내부에 배치되고 비아의 제2 세트는 유전체 재료의 상기 제2 층 내부에 배치된다. 비아의 상기 제1 세트는 전도성 패드의 상기 제1 세트에 상기 제1 그라운드 평면을 결합하고 비아의 상기 제2 세트는 전도성 패드의 상기 제2 세트에 상기 제2 그라운드 평면을 결합하여 상기 슬로우 웨이브 구조체 내부의 로우 임피던스 스트립 라인 및 하이 임피던스 스트립 라인의 교차 섹션을 형성한다. 일 실시 예에서, 상기 제1 전송 라인 섹션 및 상기 한 쌍의 제2 전송 라인 섹션은 상기 슬로우 웨이브 구조체를 통해 전파하는 전자기 에너지의 공칭 동작 파장보다 더 짧은 길이를 각각 가진다.(In an embodiment, a first set of vias is disposed within the first layer of dielectric material and a second set of vias is disposed within the second layer of dielectric material. The first set of vias couple the first ground plane to the first set of conducting pads and the second set of vias couple the second ground plane to the second set of conducting pads to form alternating sections of low impedance striplines and high impedance striplines within the slow wave structure. In an embodiment, the first transmission line section and the pair of second transmission lines sections each have a length shorter than a nominal operating wavelength of electromagnetic energy propagating through the slow wave structure.)

본 발명자들은 슬로우 웨이브 구조체(SWS)가 동일한 물리적 길이에 대한 더 큰 시간 지연을 생성하기 위해 사용되었지만, 국부적으로-강한 자기장 생성에서 SWS의 속성을 이용한다. 구조체는 국부적으로-강한 자기장 결합을 생성함으로써, 재료 특성에 대해 전기적 설계보다는 변형을 통해 유효 전력 임계 값을 감소시킨다. 또한, 매우 낮은 특성 임피던스의 주기 세그먼트를 사용하여, 본 발명자는 자기장- 예를 들어, YIG 기판 -을 가지는 마이크로웨이브 신호의 자기 상호 작용을 증가시킴으로써, 비선형성이 발생시의 유효 전력 임계 값을 감소시키고 이에 따라 원하는 비선형 동작의 개시에 대해 더 낮은 임계 값을 달성한다. 이는 단일-결정 YIG 기판에 대한 유사한 임계 값 및 손실 성능을 가지는 저-비용 다결정 YIG 재료의 사용을 가능하게 하거나, 또는 단일-결정 재료를 이용하여 사용될 경우 민감한 수신기 구조를 가지는 향상되는 적합성에 대해 더 낮은 임계 전력을 가능하게 한다. 부가적으로, 자기장의 국부 세기에 대한 설계하는 능력은 재료 자체에 대한 변경 없이 동작의 제한 영역의 FSL 전달 특성의 엔지니어링을 가능하게 한다. 또한, 동일한 길이의 하이 및 로우 임피던스 세그먼트가 사용되고 고유 특성 임피던스의 생성물은 Z₀ ²와 같고 50Ω 특성 임피던스는 복합 전송 라인을 위해 유지된다.(The inventors have recognized that while slow wave structures (SWS) have been used to produce larger time delays for the same physical length, they exploit the property of the SWS in producing locally-strong magnetic fields. The structure creates locally-strong magnetic coupling, thereby decreasing the effective power threshold via electrical design rather than modification to the material properties. Further, using periodic segments of very low characteristic impedances, the inventors increase the magnetic interaction of the microwave signals with the magnetic, e.g., YIG substrate, thereby reducing the effective power threshold of when nonlinearity occur and thereby achieves a lower threshold for the onset of the desired nonlinear behavior. This enables the use of lower-cost polycrystalline YIG material with similar threshold and loss performance to single-crystal YIG substrates, or when used with single-crystal material enables lower threshold power for improved compatibility with sensitive receiver architectures. Additionally, the ability to design for localized strengths of magnetic field enable engineering of the FSL transfer characteristics of its limiting region of operation without changes to the material itself. Further, when high and low impedance segments of equal length are used and the product of their native characteristic impedances is equal to Z₀ ² and a 50Ω characteristic impedance is maintained for the composite transmission line.)

일 실시 예에서, 상기 스트립 도체는 한 쌍의 제2 스트립 도체 섹션 사이에 배치되는 제1 스트립 도체 섹션을 포함하고, 상기 제1 스트립 도체 섹션은 상기 제1 스트립 도체 섹션 제1 거리 D1 위 및 아래에 배치되는 상기 한 쌍의 그라운드 평면 도체의 부분으로부터 분리되고, 상기 한 쌍의 제2 스트립 도체 섹션은 상기 한 쌍의 제2 스트립 도체 섹션 제2 거리 D2 위 및 아래에 배치되는 상기 그라운드 평면 도체의 부분으로부터 분리되고, D1 및 D2는 상이한 거리이다. 일 실시 예에서, 스트립 도체 폭은 스몰-신호 삽입 손실을 최소화하는 상수로 설정되고, 상기 임피던스는 전도성 비아를 사용하여 그라운드 평면의 수직 거리를 변화시킴으로써 설정된다. 상기 리미터가 50.0Ω에 정합되는 동안, 슬로우 웨이브 구조체의 다수의 저-임피던스 섹션은 자성 재료 내로 상당히 더 높은 자기 에너지를 결합하고, 국부적으로 전력 임계 값을 감소시킨다. 이것은 장치의 순간 대역폭 또는 반사 손실을 감소시키는 것도 없이, 총 유효 전력 임계 값을 감소시킨다. 전체 FSL 구성이 50 Ω에 정합되는 동안, 슬로우 웨이브 구조체의 다수의 저-임피던스 섹션은 재료 내로 상당히 더 높은 자기 에너지를 결합하고, 국부적으로 전력 임계 값을 감소시킨다. 이것은 장치의 순간 대역폭 또는 반사 손실을 감소시키는 것도 없이, 총 유효 전력 임계 값을 감소시킨다.(In one embodiment, the strip conductor includes a first strip conductor section disposed between a pair of second strip conductor sections, and wherein the first strip conductor section is separated from a portion of the pair of ground plane conductors disposed over and under the first strip conductor section a first distance D1, and wherein the pair of second strip conductor sections are separated from portions of the ground plane conductor disposed over and under the pair of second strip conductor sections a second distance D2, where D1 and D2 are different distances. In this embodiment, the strip conductor width has been set to a constant that minimizes small-signal insertion loss, and the impedance is set by varying the vertical distance of the ground planes using conductive vias. While the limiter is matched to 50 .0Ω, the numerous low-impedance sections of the slow wave structure couple significantly higher magnetic energy into the magnetic material, locally reducing the power threshold. This reduces the total effective power threshold, without also degrading the return loss or instantaneous bandwidth of the device. The strip conductor width is been set to a constant that minimizes small-signal insertion loss, and the impedance is set by varying the vertical distance of the ground planes using conductive vias. While the complete FSL component is matched to 50 Ω, the numerous low-impedance sections of the slow wave structure couple significantly higher magnetic energy into the material, locally reducing the power threshold. This reduces the total effective power threshold, without also degrading the return loss or instantaneous bandwidth of the device.)

슬로우 웨이브 구조체를 이용하여, 하이 및 로우 임피던스 세그먼트의 쌍을 반복하는 것은 각 세그먼트는 파장(λ- λ는 슬로우 웨이브 구조체의 공칭 동작 파장)(실제로, <( λ)/10, 하지만 더 작을수록 더 좋음)보다 더 작은 부분에 사용되는 것을 알아야 한다. 세그먼트는 전기적으로 작으므로, 전체 전송 라인 구조체의 유효 임피던스는 두 임피던스의 곱의 제곱근이다. 이는 생성물이 Zo²인 것이 필요한 이유이다. 예를 들어, 구조체는 100 옴 및 25 옴 임피던스 세그먼트를 가질 수 있고; 하지만, 10 옴, 250 옴, 더하여 5 옴 및 500 옴이, 바람직할 수 있다. 여기서 어려움은 > 100 옴 라인을 달성하고; 하지만, 이 마지막 실시예로써 로우 임피던스 섹션에 대해 수직 비아를 사용하는 것은 그라운드 평면이 스트립 도체 섹션으로부터 멀리 이동되어 하이 임피던스를 달성할 때 달성이 더 쉬운 것보다는 중심 도체를 극히 작게 만든다.(It is noted that with a slow wave structure, repeating pair of high and low impedance segments is used where each segment is much less than a wavelength (

, where

is the nominal operating wavelength of the slow wave structure) (in practice, <(

)/10, but the smaller the better). Because the segments are electrically small, the effective impedance of the entire transmission line structure is the square root of the product of the two impedances. This is why it is desired the product be Zo². For example, a structure could have 100 ohm and 25 ohm impedance segments; however, 10 ohms and 250 ohms, or even 5 ohms and 500 ohms, may be preferred. The difficulty here is achieving the >100 ohm line; however, with this last embodiment using the vertical vias for the low impedance sections makes this easier to achieve as the ground plane is moved away from the strip conductor sections to achieve the high impedance rather than making the center conductor extremely small.)

또한, FSL 성능 파라미터는 전송 라인 구조체 내 설계 변경을 통해 조정되기보다는 유전체의 재료 특성을 최적화할 수 있다. 여기서, 전력 임계 값은 이제 두 재료 특성 모두 및 전송 라인 구조체의 함수이다. 슬로우 웨이브 구조체는 상기 자성 재료 내로 강한 자기 결합을 특징으로 하므로, 더 작은 RF 전력은 동일한 자기장 강도를 달성하기 위해 필요하기 때문에 전력의 유효 임계 값은 더 낮아진다. 추가 이점은 특정 임계 전력에 대해 설계하는 능력이다. 자성 재료의 재료 특성을 조정하는 것보다 특정 자기장 강도(따라서 임계 전력 레벨, P_TH)를 제공하는 슬로우 웨이브 구조체를 설계하는 것이 더 쉽다.(Further, the FSL performance parameters can be tuned via design changes in the transmission line structure rather than optimize material properties of the dielectric. Here, the power threshold is now a function of both the material properties and of the transmission line structure. Because the slow wave structure features stronger magnetic coupling into the magnetic material, the effective threshold of power is lower because less RF power is needed to achieve the same magnetic field strength. An additional benefit is the ability to design for a specific threshold power. It is much easier to design a slow wave structure to provide a specific magnetic field strength (hence threshold power level, P_TH) than it is to tune the material properties of the magnetic material.)

또한, 반면에 나선형 슬로우 웨이브 구조체는 RF 신호를 낮추는 TWTA(진행 웨이브 튜브 증폭기) 내 슬로우 웨이브 구조체로서 사용되어 속도가 전자- 나선형의 중심을 통해 튜브의 길이 아래로 진행하여 전자 총으로부터 생성되는 전자는 튜브의 다른 측 상에서 끝남 -와 동일하고- 전자 및 RF 신호는 동일한 속도로 진행하고 있기 때문에, 상호 작용하고 RF 신호의 강도는 코일 아래로 전파함에 따라 증가됨 -; 본 발명자들은 나선형 구조체가 이제, 전자 빔과 상호 작용- 이 상호 작용은 신호를 감쇠시키기 위해 RF 신호의 주파수 절반에서 자성 재료의 결정 구조체 내 열을 발산하는 스핀웨이브를 야기시킬 수 있음 -하는 대신에, 자성 재료와 상호 작용하는 나선형의 코어 또는 중심에 자성 재료와 RF 신호의 자기 결합을 강하게 하도록 사용될 수 있는 것을 인식하였다. 이 스핀웨이브는 열과 같이 에너지를 발산한다.(Further, while the helical slow wave structure has been used as a slow wave structure in TWTAs (traveling wave tube amplifiers) to slow the RF signal down such that the speed is the same as electrons that are traveling down the length of the tube through the center of the helical so that the electrons generated from an electron gun terminate on the other side of the tube and that because the electrons and RF signals are traveling at the same speed, they interact and the intensity of the RF signal is increased as it propagates down the coil; the inventors have recognized the helical structure can be used intensify the magnetic coupling of the RF signal with a magnetic material at the center or core of the helical to now, instead of interacting with the electron beam, interacts with the magnetic material and that this interaction will causes spinwaves which dissipate heat in the crystal structure of the magnetic material at half the frequency of the RF signal to attenuate the signal. These spinwaves dissipate the energy as heat.)

본원에 기술되는 다른 실시 예들의 구성들은 구체적으로 위에서 명시되지 않은 다른 실시예를 형성하도록 조합될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 단일 실시 예의 내용 내 기술되는, 다양한 요소는, 별도로 또는 적절한 조합으로 제공될 수도 있다. 또한, 본원에서 구체적으로 설명되지 않은, 다른 실시 예는, 다음의 청구 범위 내에 있다.(It should be appreciated that elements of different embodiments described herein may be combined to form other embodiments not specifically set forth above. Various elements, which are described in the context of a single embodiment, may also be provided separately or in suitable combination. Other embodiments, not specifically described herein are also within the scope of the following claims.)

본 개시의 하나 이상의 실시 예의 세부 사항은 첨부되는 도면 및 아래 설명 내 제시된다. 본 개시의 다른 특징, 목적, 및 이점은 상세한 설명 및 도면, 및 청구 범위로부터 명백해질 것이다.(The details of one or more embodiments of the disclosure are set forth in the accompanying drawings and the description below. Other features, objects, and advantages of the disclosure will be apparent from the description and drawings, and from the claims.)

도 1A, 1B 및 1C는 종래 기술에 따르는 주파수 선택성 리미터(FSL)의 주파수 응답을 도시하고; 도 1A는 FSL로의 입력 신호의 주파수 스펙트럼을 도시하고; 도 1B는 FSL을 통한 전송 손실을 도시하고, 미리 결정되는 전력 임계 값 레벨인, PTH(도 1A) 초과 전력 레벨을 가지는 입력 신호 내 주파수 성분에 상당한 감쇠가 있고 반면에 미리 결정되는 전력 임계 값 레벨인, PTH 미만 전력 레벨을 가지는 입력 신호 내 주파수 성분은 감쇄되지 않는(작은 신호 손실- 저항 손실, 임피던스 불일치 등 -을 제외) FSL을 통과함을 알아야 하고; 도 1C는 다중 약 및 강 신호(multiple weak and strong signals)에 대하여, FSL의 출력 전력 스펙트럼을 도시하고;
도 2는 종래 기술에 따른 FSL을 도시하고;
도 3은 본 발명에 따른 FSL의 분해, 등각도(exploded, isometric view)이고;
도 4 및 도 4A는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 FSL의, 각각의, 개략의 등각 및 단면도이고;
도 5A-5E는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 FSL의 상이한 도면이고; 도 5A는 자성 기판 상에 형성되는 나선형 슬로우 웨이브 구조체를 가지는 FSL의 단면도이고- 상기 기판은 그 주위에 배치되는 나선형 코일 도체를 가지고, 상기 기판은 유전체 슬래브에 접합되고, 상기 유전체 슬래브는 FSL 구조체에 대한 그라운드 도체를 제공하는 금속 트레이스를 가짐 -; 도 5B는 자성 기판의 상단 평면도이고; 도 5C는 자성 기판의 하단 평면의 평면도이고; 도 5D는 더 낮은 유전체 슬래브의 하단의 평면도이고;
도 5E는 도 5A-5D의 나선형 슬로우 웨이브 구조체를 가지는 FSL의 개략의 등각이고; 및 도 5A의 크로스 섹션은 도 5D에서 라인 5A-5A를 따라 취해지고, 도 5B의 평면도는 도 5A에서 라인 5B-5B에 의해 지정되고, 도 5C의 저면도는 도 5A에서 라인 5C-5C에 의해 표시되고, 도 5 D의 저면도는 도 5A에서 라인 5D-5D에 의해 표시되고;
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 마이크로 스트립 전송 라인을 가지는 FSL의 단면도(cross-sectional view)이고;
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 스트립 라인 전송 라인을 가지는 FSL의 단면도(end view)이고; 및
도 7A는 도 7에서 라인 7A-7A에 걸쳐 취해지는 FSL의 단면도이다.
다양한 도면에서 같은 동일한 기호는 동일한 요소를 나타낸다.

이제 도 3을 참조하면, 주파수 선택성 리미터(FSL)(10)가 도시된다. 리미터(10)의 입력(INPUT)으로부터 리미터(10)의 출력(OUTPUT)까지 상이한 임피던스 Z_HIGH 및 Z_LOW의 시리즈를 가지는 스트립 라인 마이크로파 전송 라인을 포함하는 슬로우 웨이브 구조체이다. 보다 구체적으로, 리미터(10)는 한 쌍의 자성체인, 본원에서, 슬래브(12, 14)- 예를 들어, 도시되는 바와 같은, 자성 슬래브(12, 14)의 외부 표면 상에 그라운드 평면 도체(18, 20) 및 슬래브 사이에서 끼워지는(sandwiched) 스트립 도체(16)를 가지는, 예를 들어, YIG 슬래브(12, 14)와 같은, 페리자성 슬래브(ferrimagnetic slabs) -를 포함한다. 스트립 도체(16)는 도시되는 바와 같은, 협폭 섹션(narrow width sections)(16N) 및 광폭 섹션(wider width sections)(16W) 사이에서 변화한다. 여기서, 슬로우 웨이브 구조체(10)는 50 옴의 입력 임피던스 Z₀로 가지고; 협 섹션(narrow section)(16N)은 여기서 예를 들어, 250 옴의 임피던스를 제공하고 광 섹션(wider sections)(16W)은 여기서 예를 들어, 10 옴의 임피던스를 제공한다. 각각의 섹션의 길이는 FSL 내로의 전자기 에너지 패스(electromagnetic energy pass)의 공칭 동작 파장(nominal operating wavelength)보다 적다. 각각의 섹션의 임피던스는 이러한 섹션의 스트립 도체의 폭에 의해 설정된다. 광 및 협 섹션(16N 및 16W)의 크기 및 간격(size and spacing)은 50 옴의 입력 임피던스 Z₀를 가지는 슬로우 웨이브 구조체를 제공한다. 따라서, 여기에서 전자기 에너지가 슬로우 웨이브 구조체(10)를 통해 전파시 협 섹션과 광 섹션(16N 및 16W)의 임피던스는 Z₀보다 더 큰 임피던스로부터 Z₀보다 더 작은 임피던스로까지 주기적으로 변경한다. 예를 들어, 여기에서 영구 자석(permanent magnets)인, 종래의 한 쌍의 바이어스 자석(conventional pair of bias magnets)(11)은 구조체의 측면(sides of the structure)에 장착되는 것이 주목된다. 영구 바이어스 자석(permanent biasing magnets)(11)은 구조체의 상단 및 하단에 장착될 수 있다. 구조체 내의 자기장의 세기는 리미터의 동작 대역폭(operating bandwidth of the limiter)을 설정한다. 전-자석(electro-magnet)은 와이어-미도시-가 스트립 라인에 수직 방향으로 권선을 제공하는 전체 구조체를 둘러서 래핑(wrapped)되는 경우에 사용될 수 있다. DC 전류(current)는 바이어스 자기장을 제공하기 위해 권선(windings)을 통해 흐른다. 바이어스(bias)는 리미터의 동작 대역폭을 설정(establish the operating bandwidth of the limiter)하도록 선택된다.

슬로우 웨이브 구조체(10)는 자석 슬래브(12, 14)의 자성 재료 내로 슬로우 웨이브 구조체(10)의 보다 높은 전력 레벨(미리 결정되는 FSL 전력 임계 값 PTH 이상의 전력 레벨)을 가지는 입력 간섭 신호의 자기 에너지를 결합한다. 즉, 슬로우 웨이브 구조체(10)는 자성 슬래브(magnetic slabs)(12, 14) 내로, 슬로우 웨이브 구조체를 통해 전파하는 전자기 에너지에 의해 생성되는, 자기장을 자기적으로 결합하기 위해 사용된다.

이제 도 4 및 도 4A를 참조하면, 슬로우 웨이브 구조체 FSL(10’)가 도시된다. 리미터(10’)는 리미터(10’)의 입력(INPUT)으로부터 리미터(10’)의 출력(OUTPUT)까지 상이한 임피던스 Z_HIGH 및 Z_LOW의 시리즈를 가지는 스트립 라인 마이크로파 전송 라인을 포함하는 슬로우 웨이브 구조체이다. 보다 구체적으로, 리미터(10’)는 도시되는 바와 같이, 페리자성 슬래브(12a 및 14a)의 외부 표면 상에 슬래브 및 그라운드 평면 도체(18, 20) 사이에 끼워지는 스트립 도체(16)를 가지는, 두 쌍의 자성 슬래브(12a, 12b, and 14a, 14b)를 포함한다.

보다 구체적으로, 여기에서 예를 들면, 자성 재료, 페리자성 슬래브(12a)는 도시되는 바와 같이, 그 외부 표면 상에 그라운드 평면 도체(18) 및 그 내부 표면 상에 영역(27a)에 의해 측 방향으로 이격되는(laterally spaced) 전도성 패드(conductive pads)(21)의 시리즈를 가진다. 도시되는 바와 같이, 전도성 패드(12)는 전도성 패드(21) 및 그라운드 평면 도체(18) 사이의 슬래브(12a)를 통과하는 전도성 비아(conductive vias)(22)에 의해 그라운드 평면 도체(18)에 연결된다.

도시되는 바와 같이, 스트립 도체(16)의 상단 표면과 전도성 패드(21) 사이에 배치되는 것은 강자성 슬래브(ferromagnetic slab)(12b)이다.

유사하게, 여기에서, 또한, 자성 슬래브(14a)- 예를 들어, 페리자성 슬래브 -는, 도시되는 바와 같이, 그 외부 표면 상에 그라운드 평면 도체(20) 및 그 내부 표면 상에 영역(27b)에 의해 측 방향으로 이격되는 전도성 패드(23)의 시리즈를 가진다. 도시되는 바와 같이, 전도성 패드(23)는 전도성 패드(23) 및 그라운드 평면 도체(20) 사이에 슬래브(14a)를 통해 통과하는 전도성 비아(25)에 의해 그라운드 평면 도체(20)에 연결된다. 도시되는 바와 같이, 스트립 도체(16)의 하단 표면 및 전도성 패드(23) 사이에 배치되는 것은 페리자성 슬래브(14b)이다.

영역(27a, 27b) 내 스트립 도체(16) 및 그라운드 평면 도체(18, 20) 사이의 거리(D2)보다 전도성 패드(21, 23) (따라서, 사실상, 전기적으로 연결되는 그라운드 평면 도체(18, 20)) 각각, 및 스트립 도체(16) 사이의 거리(D1)가 더 큰 것이(greater that) 주목된다. 그러므로, 영역(27a, 27b) 내 임피던스 Z_HIGH는 전도성 패드(21, 23)를 가지는 영역 내 임피던스 Z_LOW보다 더 크다. 따라서, 여기서 슬로우 웨이브 구조체(10’)는 다시 50 옴의 입력 임피던스 Z₀로 가지고; 영역(27a, 27b)은 여기서 예를 들어, 250 옴의 임피던스를 제공하고 전도성 패드(21, 23)를 통한 영역은 여기서 예를 들어, 10 옴의 임피던스를 제공한다. 크기 및 거리(D1, D2)는 50옴의 입력 임피던스 Z₀을 가지는 슬로우 웨이브 구조체를 제공한다. 따라서, 전자기 에너지가 슬로우 웨이브 구조체(10’)를 통해 전파시 다시 임피던스는 Z₀보다 더 큰 임피던스로부터 Z₀보다 더 작은 임피던스까지 주기적으로 변경된다. 각 섹션의 임피던스는 거리(D1 및 D2)에 의해 설정된다.

이 실시 예에서, 스트립 도체(16)의 폭은 소-신호의 삽입 손실(small-signal insertion loss)을 최소화하는 상수로 설정되고, 임피던스는 비아(22)를 사용하여 그라운드 평면(18, 20)의 수직 거리를 변화시킴으로써 설정된다. 완전 FSL 컴포넌트(complete FSL component)는 50Ω 에 매칭되는 동안, 슬로우 웨이브 구조체의 다수의 로우-임피던스 섹션은 PTH 전력 임계 값을 국부적으로 감소시키는, 페리자성 슬래브 내로 상당히 더 높은 자기 에너지를 결합한다. 이는 장치의 반사 손실(return loss) 또는 순간 대역폭(instantaneous bandwidth)을 저하시키지 않으면서 총 유효 전력 임계 값(total effective power threshold)을 감소시킨다. 이제 도 5A-5E를 참조하면, FSL의 다른 실시 예가 도시된다. 여기서, FSL은 도시되는 바와 같이), 자성, 여기서 페리자성(예를 들어, YIG) 기판(30)으로 이루어지는 자성체(30)를 가지는 나선형 슬로우 웨이브 구조체(10’)이다. 기판(30)은 나선형 도체 또는 코일(32)에 대하여, 자성 코어를 제공한다. 나선형 도체(32)는 코일(32) 내 인접한 턴으로부터의 보강(reinforcement from adjacent turns)으로 인한 코어(30), 또는 페리자성 재료 센터 내부에서 강한 자기장을 생성하는 데 사용된다. 코일(32)은 코일(32)의 하단 측면에 코일(32)의 상단 측면을 연결하는 전도성 비아(34)를 이용하여 구현된다. 코일의 외측 자기장은 비교적 작기 때문에, 코일 구조체(32)의 외측에, 부가적인 자성, 예를 들어, YIG 기판(미도시)을 가지는 것은 유익하지 않을 수 있다. 하나의 적용에서, 코일에 대한 그라운드 기준(ground reference)은 지지 유전체 슬래브(38)의 하단 측 상에 정해지는(defined) 금속 트레이스(metal trace)(36)를 포함한다. 유전체 슬랩(38)은 자성체(30)의 하단에 결합되고, 이로써 지지 유전체는 코일(32)을 포함하는 페리자성 코어(또는 기판)에 부착된다. 이 적용에서, 유전체 슬랩(dielectric slab)(38)의 유전체 재료(dielectric material)는 FR-4 또는 로저스 코퍼레이션, 로저스, CT 라미네이트 재료(Rogers Corporation, Rogers, CT laminate material)와 같은 비-자성 재료(non-magnetic material)이다.

한 쌍의 바이어스 자석(11)- 여기서, 영구 자석 -은, 포함되는 것을 알 수 있다. 구조체 내 자기장의 세기는 리미터의 동작 대역폭을 설정한다. 코일 구조체는 자석(11)에 의해 생성되는 자기장의 축 방향에 수직으로 배향된다. 바이어스의 경우, 영구 자석(11)은 측면 또는 상단 및 하단을 따르기보다 코일의 종단 상에 배치된다(disposed on either end of the coil rather than along the sides or the top and bottom).

이제 도 6을 참조하면, 주파수 선택성 리미터(40)는 차례로 그라운드 평면(50) 위에 배치되는 유전체(44) 위에 배치되는 자성 재료(42)를 포함한다. 자성 재료(42)는 제1 및 제2 대향 표면(42a, 42b)을 가지고 유전체 재료(44)는 또한 제1 및 제2 대향 표면(44a, 44b)을 가진다. 도 6의 도시되는 실시 예에서, 자성 재료(42)의 제2 표면(42b)은 유전체 재료(44)의 제1 표면(44a) 위에 배치된다. 스트립 도체(46)는 자성 재료(42)의 제1 표면(42a) 위에 배치되어 그라운드 평면(50), 유전체 재료(44) 및 자성 재료(42)는 마이크로스트립 전송 라인 구조체를 형성한다.

일 실시 예에서, 유전체 재료(44)는 자성 재료(42)보다 더 낮은 유전 상수 또는 비유전율(a lower relative permittivity or relative dielectric constant)인, εr를 가진다. 일부 실시 예에서, 자성 재료(42)는 이트륨 철 가닛(Yttrium iron garnet)(YIG)과 같은, 강자성 재료(ferromagnetic material)로서 제공될 수 있고, 유전체 재료(44)는 FR-4 라미네이트 재료 또는 로저스 코퍼레이션, 로저스, CT 라미네이트 재료(FR-4 laminate material or a Rogers Corporation, Rogers, CT laminate material)(예를 들어, RO 4003 라미네이트(laminates))와 같은, 비-자성 재료(non-magnetic material)로서 제공될 수 있다. 유사한 기계적 및 전기적 특성을 가지는 다른 재료는, 물론, 사용될 수 있다. 예를 들어 제한 없이, 자성 재료(42)는 단일 결정(single crystal) YIG, 다결정(polycrystalline) YIG, 헥사페라이트(hexaferrite) YIG 또는 다양한 도핑되는 YIG 재료(a variety of doped YIG materials)로서 제공될 수 있다. 또한 제한 없이, 유전체 재료(44)는 낮은 유전 상수(즉, 4 미만의 비유전율)를 가지는 임의의 재료를 포함할 수 있다. 일부 실시 예에서, 유전체 재료(44)는 알룸니아(alumnia) 또는 저온 동시-소성 세라믹(low-temperature co-fired ceramics)(LTCC)로서 제공될 수 있다.

전도성 비아(54a-54x)는 유전체 재료(42)를 통해 배치되고 유전체 재료(44)의 제1 표면(44a) 및 자성 재료(42)의 제2 표면(42a) 사이에 배치되는 전도성 패드(conductive pads)(52)의 제1 세트에 그라운드 평면(50)을 적어도 전기적으로 결합할 수 있다. 전도성 비아(54a-54x)는 이웃하거나 인접한 전도성 비아(54)로부터 미리 결정되는 거리로 이격될 수 있다. 일 실시 예에서, 각각의 전도성 비아(54a-54x)는 적어도 하나의 전도성 패드(52)로써 조정된다. 실시예에서, 전도성 비아(54a-54x)는 형성되어 그라운드 평면(50) 및 스트립 도체(46)에 놓여있는 평면(a plane in which lie)에 수직될 수 있다(perpendicular).

일 실시 예에서, 영역(56)은 각각의 전도성 패드(52) 사이에서 형성된다. 영역(56)은 제조 동안 각각의 전도성 패드(52) 사이에서 형성되는 갭(gaps)(즉, 영역(56)) 내로 리플로우된 유전체 재료(44)의 일부를 포함할 수 있다. 일부 실시 예에서, 영역(56)은 자성 재료(42)에 유전체 재료(44)를 결합하는 접착 재료(adhesive material)를 포함한다. 예를 들어, 접착 재료는 유전체 재료(44) 내 제공되는 동일한 재료의 더 낮은 용해 온도(lower melting temperature) 버전으로서 제공될 수 있다. 다른 실시 예에서, 영역(56)은 유전체 재료(44) 내 제공되는 재료(material)보다 상이한 유전체 매체(dielectric medium)로서 제공될 수 있다.

일부 실시 예에서, 각각의 전도성 패드(52)는 자성 재료(42)에 각각의 전도성 패드(52)를 부착하는 적어도 하나의 표면 위에 배치되는 접착 재료를 포함할 수 있다. 접착 재료는 전도성 패드(52) 위에 매우 얇은 층으로 형성될 수 있다(예를 들어, 약 0.5 밀(mil)에서 약 2 밀(mil)의 범위의 두께). 재료의 특정 세트가 선택되면, 당업자가 자성 재료 층에 유전체 층(44)을 부착하는 방식을 이해할 것임을 알아야 한다.

전도성 비아(54a-54x)는 주파수 선택성 리미터(40) 내부의 로우 임피던스 부분에 대한 그라운드 평면으로서 동작할 수 있다. 예를 들어 도 6의 도시되는 실시 예에서, 전도성 비아(54a-54x)는 주파수 선택성 리미터(40) 내부의 로우 임피던스 및 하이 임피던스 마이크로스트립 전송 라인의 교차 섹션을 형성한다. 일 실시 예에서, 주파수 선택성 리미터(40) 내 로우 임피던스 섹션의 수는 하이 임피던스 섹션의 수와 동일하다.

일 실시 예에서, 특정 시스템의 특성 임피던스는 로우 임피던스 섹션 및 하이 임피던스 섹션 사이의 임피던스 임계 값을 설정한다. 예를 들어, 시스템의 특성 임피던스보다 작은 임피던스를 가지는 섹션은 로우 임피던스 섹션일 수 있고 시스템의 특성 임피던스보다 큰 임피던스를 가지는 섹션은 하이 임피던스 섹션일 수 있다. 일 실시 예에서, 50 옴의 특성 임피던스를 가지는 시스템과 함께, 로우 임피던스 섹션은 50 옴 미만 임피던스를 가지는 섹션을 가리킨다. 상기 실시 예에 있어서, 하이 임피던스 섹션은 50 옴보다 더 큰 임피던스를 가지는 섹션을 가리킨다. 물론 다른 시스템은 50 옴(예를 들어, 40 옴 또는 60 옴의 특성 임피던스가 요구될 수 있음)보다 더 크거나 더 작은 특성 임피던스를 가질 수 있다. 일 실시 예에서, 로우 임피던스 섹션은 30 옴보다 더 작은 임피던스를 가지고 하이 임피던스 섹션은 75 옴보다 더 큰 임피던스를 가진다.

그러므로, 실시 예에서, 주파수 선택성 리미터(40)는 마이크로스트립 마이크로파 전송 라인을 가지고 리미터(40)의 입력(INPUT)으로부터 리미터(40)의 출력(OUTPUT)까지 상이한 임피던스 Z_HIGH 및 Z_LOW의 시리즈를 가지는 슬로우 웨이브 구조체이다.

일부 실시 예에서, 한 쌍의 이웃하거나 또는 인접하는 섹션(즉, 하나의 로우 임피던스 섹션 및 하나의 하이 임피던스 섹션)은 유닛 셀(unit cell)을 형성한다. 각 유닛 셀 사이의 간격은 동일하거나 실질적으로 유사할 수 있다. 예를 들어, 각 유닛 셀은 동일한 길이와 폭이 될 수도 있다. 유닛 셀의 길이 및 폭은 특정의 동작 주파수 또는 주파수 선택 리미터(40)의 동작 주파수의 범위에 기초하여 선택될 수 있다. 예를 들어, 일 실시 예에서, 각각의 유닛 셀은 약 5GHz의 주파수까지 유용한 동작을 제공하는, 약 40 밀의 길이를 가질 수 있다. 다른 실시 예에서, 각각의 유닛 셀은 약 10 GHz의 주파수까지 유용한 동작을 제공하는, 약 20 밀의 길이를 가질 수 있다.

일부 실시 예에서, 각각의 전도성 패드(52)의 길이(즉, 스트립 도체(46)의 길이에 평행한 치수)는 동일하거나 대응하는 유닛 셀의 약 절반 길이(half the length)일 수 있다. 예를 들어, 약 20 밀의 길이를 가지는 유닛 셀을 이용하는 실시 예에서, 각각의 전도성 패드(54)는 약 10 밀의 길이를 가질 것이다.

각각의 전도성 패드(52)는 폭(즉, 스트립 도체(46)의 길이에 수직인 치수)-마이크로스트립(또는 스트립 라인) 전송 라인 모드를 지원하기에 충분히 넓음 -을 가지도록 제공될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시 예에서, 각각의 전도성 패드(52)는 각각의 전도성 패드(52) 및 스트립 도체(46) 사이에서 적어도 세 배의 거리인 폭을 가지도록 제공될 수 있다.

일부 실시 예에서, 각각의 전도성 비아(54a-54x)의 폭(예를 들어, 자성 재료(42)의 제2 표면(42a) 및 유전체 재료(44)의 제1 표면(44a) 사이에 배치되는 전도성 패드(52)의 제1 세트에서 평면에 평행한 평면에 따른 치수)은 전도성 패드(52)(즉, 길이 또는 폭)에 대응하는 최소 치수보다 작도록 제공될 수 있다.

일 실시 예에서, 전도성 패드(52) 각각은 동일하거나 실질적으로 유사한 치수를 가지고 전도성 비아(54a-54x) 각각은 동일하거나 실질적으로 유사한 치수를 가지므로, 주파수 선택성 리미터(40)는 일반적으로 대칭인 구조로서 제공될 수 있다 .

일 실시 예에서, 주파수 선택성 리미터(40) 내 임피던스는 설정되거나 또는 스트립 도체(46) 및 그라운드 평면 사이의 수직 거리를 변화시킴으로써 제어될 수 있다. 예를 들어, 전도성 패드(52)(즉, 전도성 패드(52)가 결합되는 그라운드 평면으로서 역할) 사이의, 거리인, D1은, 전도성 비아(54)가 배치되지 않는 영역(56) 내 스트립 도체(46) 및 그라운드 평면(50) 사이의, 거리인, D2보다 작다. 그러므로, 영역(56) 내 임피던스인, Z_HIGH는 전도성 패드(52)를 가지는 영역 내의, 임피던스인, Z_LOW보다 크다.

로우 임피던스 마이크로스트립 라인 및 하이 임피던스 마이크로스트립 라인의 교차 섹션은 자성 재료(42) 내로 및 슬로우 웨이브 구조체를 통해 전파하는 자기 에너지를 결합한다. 일 실시예에서, 주파수 선택성 리미터(40)의 미리 결정되는 전력 레벨 임계 값과 같거나 위의 전력 레벨을 가지는 자기 에너지는 자성 재료(42) 내로 결합된다. 주파수 선택성 리미터(40) 내 유전체 재료(44) 및 자성 재료(42)의 조합은 자성 재료(42) 내로 자기 에너지의 자성 결합을 증가시킨다. 예를 들어, 다수의 로우-임피던스 마이크로스트립 전송 라인은 자성 재료(42) 내로 상당히 더 높은 자기 에너지를 결합하므로, 총 유효 전력 임계 값(total effective power threshold)을 감소시킨다.

동일한 요소는 유사 참조 부호를 가지도록 제공되는 도 7 및 7A를 이제 참조하면, 주파수 선택성 리미터(60)는 자성 재료(62, 63) 중 제1 자성 재료 위에 배치되는 유전체 재료(64, 65) 중 제1 유전체 재료 및 자성 재료(62, 63) 중 제2 자성 재료 위에 배치되는 유전체 재료(64, 65) 중 제2 유전체 재료를 가지는 한 쌍의 유전체 재료(64, 65) 및 스트립 도체(66) 주위에 배치되는 한 쌍의 자성 재료(62, 63)를 포함한다. 일 실시 예에서, 주파수 선택성 리미터(60)는 스트립 라인 전송 라인 구조체(stripline transmission line structure)를 가지는 멀티-층 주파수 선택성 리미터 구조체(multi-layer frequency selective limiter structure)로서 제공된다. 예를 들어, 스트립 도체(66)는 제1 자성 재료(62)의 표면(62b) 및 제2 자성 재료(63)의 표면(63a) 사이에 배치된다. 제1 유전체 재료(64)의 제2 표면(64b)은 제1 자성 재료(62)의 제1 표면(62a) 위에 배치된다. 제1 그라운드 평면(70a)은 제2 유전체 재료(64)의 제1표면(64a) 위에 배치된다. 또한, 제2 자성 재료(63)의 제2 표면(63b)은 제2 유전체 재료(65)의 제1표면(65a) 위에 배치된다. 제2 유전체 재료(65)의 제2 표면(65b)은 제2 그라운드 평면(70b) 위에 배치된다.

일 실시 예에서, 주파수 선택성 리미터(60)는 전도성 패드(72, 73)의 두 세트를 포함한다. 각각의 세트는 자성 재료(62, 63) 및 유전체 재료(64, 65) 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 7에 도시되는 바와 같이, 전도성 패드(72)의 제1 세트는 유전체 재료(64)의 제2 표면(64b) 및 자성 재료(62)의 제1표면(62a) 사이에 배치된다. 또한, 전도성 패드(73)의 제2 세트는 자성 재료(63)의 제2 표면(63b) 및 유전체 재료(65)의 제1 표면(65a) 사이에 배치된다.

도 7A에서 가장 명확히 볼 수 있는 바와 같이, 전도성 비아(74a-74d, 75a-75d)의 두 세트는 유전체 재료 층(64, 65) 중 각각의 하나를 통해 배치된다. 전도성 비아(74a-74d, 75a-75d) 중 각각의 하나는 전도성 패드(72a-72d 및 73a-73d) 중 각각의 하나를 그라운드 평면(70a, 70b) 중 각각의 하나에 전기적으로 결합한다. 임피던스를 변화시키는 것은 주파수 선택성 리미터(60)를 통해, 그라운드 평면 및 스트립 도체(66)에 의해 형성되는 스트립 라인 전송 라인을 따라 전파하는 RF 신호에 제공되고, 그라운드 평면(70a, 70b) 및 스트립 도체(66) 사이의 수직 거리는 제어될 수 있다.

도 7A의 도시되는 실시 예에서, 유전체 재료(64, 65) 중 각각의 하나를 통해 배치되는 전도성 비아(72a-72d, 73a-73d)는 전도성 패드(72a-72d, 73a-73d) 중 각각의 하나에 그라운드 평면(70a, 70b)의 각각의 하나를 전기적으로 결합하여 이로써 주파수 선택성 리미터(60) 내부의 로우 임피던스 스트립 라인 섹션(76) 및 하이 임피던스 스트립 라인 섹션(78)의 교차 섹션을 형성한다. 따라서, 일 실시 예에서, 주파수 선택성 리미터(60)는 주파수 선택성 리미터(60)의 입력(INPUT)으로부터 주파수 선택성 리미터(60)의 출력(OUTPUT)까지 상이한 임피던스 Z_HIGH(78) 및 Z_LOW(76)의 시리즈를 가지는 스트립 라인 마이크로파 전송 라인을 가지는 슬로우 웨이브 구조체이다.

로우 임피던스 스트립 라인(76) 및 하이 임피던스 스트립 라인(78)의 교차 섹션은 상기 한 쌍의 자성 재료(62, 63) 내로 및 슬로우 웨이브 구조체를 통해 전파하는 자기 에너지를 결합한다.

일 실시 예에서, 매우 낮은 특성 임피던스(예를 들면, 시스템 특성 임피던스보다 작은 임피던스를 가지는 로우 임피던스 스트립 라인(76))를 가지는 교번 (즉,주기) 세그먼트를 사용하여, 자성 재료(62, 63)와 신호의 자기 상호 작용은 증가된다. 자성 재료(62, 63) 및 유전체 재료(64, 65)의 조합은 로우 임피던스 스트립 라인 섹션(76) 내 자성 재료(62, 63) 내로 더 높은 자기장을 결합할 수 있다. 따라서, 주파수 선택성 리미터(60)에 대해 비선형성이 발생될 경우의 유효 전력 임계 값은 감소된다. 일 실시 예에서, 비선형 동작을 야기하기 위해 필요한 전력 레벨을 낮춤으로써, 주파수 선택성 리미터(60)는 입력 전력의 더 낮은 레벨에 대한 보호를 제공한다. 예를 들어, 약 10 dBm의 전력 임계 값을 이용하는 일 실시 예에서, 약 5 dBm의 간섭 신호는 여전히 문제를 야기시킬 수 있다. 하지만, 약 0 dBm의 감소되는 전력 임계 값 레벨을 이용하는 주파수 선택성 리미터(60)는 동일한 5 dBm의 간섭 신호에 대한 보호를 제공할 것이다.

이 실시 예에서, 스트립 도체(66)의 폭은 스몰-신호의 삽입 손실(small-signal insertion loss)을 감소시키는(및 이상적으로 최소화함) 상수로 설정되고, 임피던스는 그라운드 평면(70a, 70b)의 수직 거리- 및 따라서 전도성 비아(74a-74d, 75a-75d)의 길이 -를 변화시킴으로써 설정된다. 예를 들어, 로우 임피던스 스트립 라인(76)에서, 제1 및 제2 그라운드 평면(70a, 70b)은 스트립 도체(66)(더 높은 정전 용량- 따라서 낮은 임피던스 -를 제공)에 더 근접하고 하이 임피던스 스트립 라인(78)에서, 제1 및 제2 그라운드 평면(70a, 70b)은 중심 도체 스트립(66)으로부터 멀리 떨어져 있고 더 낮으므로(that is lower) 더 높은 임피던스를 제공하는 유효 유전율(effective dielectric constant)(자성 재료(62, 63) 및 유전체 재료(64, 65)의 조합의 함수)을 가진다.

주파수 선택성 리미터(60)의 입력 및 출력 포트에서 임피던스는 원하는 특성 임피던스(예를 들어, FSL이 50Ω 특성 임피던스와 같이 포함되는 시스템의 특성 임피던스)에 정합될 수 있다. 하지만, 동시에, 슬로우 웨이브 구조체의 수많은 로우-임피던스 섹션은 전력 임계 값(PTH)을 국부적으로 감소시키는 자성 재료(62, 63) 내로 상당히 더 높은 자기 에너지를 결합한다. 예를 들어, 주파수 선택성 리미터(60)의 섹션이 로우 임피던스를 가지는 경우, 무선 주파수(radio frequency)(RF) 신호(signal)의 자기장은 하이 임피던스를 가지는 주파수 선택성 리미터(60)의 섹션보다 더 높다. 따라서, 본원에서 설명되는 FSL 구조체는 장치의 반사 손실 또는 순간 대역폭(instantaneous bandwidth)을 또한 저하시키지 않고, 총 유효 전력 임계 값을 모두 감소시킬 수 있다.

이 일 실시 예에서, 주파수 선택성 리미터(60)는 자성 재료(62, 63)로서 100 μm 두꺼운 다결정 YIG의 2 층 및 유전체 재료(64, 65)로서 60 mil 두꺼운 로저스 4003의 2층을 가지고 형성된다. 제1 그라운드 평면(70a)은 제1 유전체 재료(64)의 제1 표면(64a) 위에 배치된다. 제1 유전체 재료(64)의 제2 표면(64b)는 제1 자성 재료(62)의 제1 표면(62a) 위에 배치된다. 스트립 도체(66)는 제2 자성 재료(63)의 제2 표면(62a) 및 제1 표면(63a) 사이에 배치된다. 제2 자성 재료(63)의 제2 표면(63b)은 제2 유전체 재료(65)의 제1 표면(65a) 위에 배치된다. 제2 유전체 재료(65)는 제2 그라운드 평면(70b) 위에 배치된다.

이러한 실시 예에서, YIG 그라운드 평면(즉, 전도성 패드(72, 73))가 사용될 경우 전송 라인의 이십(20) 옴 섹션은 약 175 μm(즉, Z_LOW(76))의 폭을 가지는 스트립 도체로부터 제공되고, 반면에 유전체 재료(64, 65)(예를 들어, 로저스 재료)의 외측 부분 상에 그라운드 평면(70a, 70b)이 사용될 경우 50 μm 광 스트립 라인 도체(즉, Z_HIGH(78))는 120 옴 임피던스를 달성한다.

일 실시 예에서, 스트립 라인 세그먼트 길이(76, 78)는 전기적으로 작도록 형성되어, 파장(λ- λ 는 주파수 선택성 리미터(60)의 공칭 동작 파장)보다 작다. 예를 들어, 일 실시 예에서, 스트립 라인 세그먼트 길이(76, 78)는 파장의 1/10 미만(동작의 최대 주파수에서 <(1/10)(λ)임)으로 형성된다- 49 옴 특성 임피던스 및 1.43의 슬로우 웨이브 팩터(slow wave factor)를 발생시킴 -. 따라서, 로우 임피던스 세그먼트(76)에 의해 생성되는 증가되는 자기장 강도는 50 옴 라인이 사용된 것이라면(that if a 50 ohm line had been used) 더 일찍 시작시(at an earlier onset) 유전체 재료(64, 65)(즉, YIG 재료)에서 스핀 파(spin waves)를 활성화시킴으로써 주파수 선택성 리미터의 60 전력 임계 값을 감소시킨다.

일 실시 예에서, 전도성 비아(74, 75) 및 그라운드 평면(70a, 70b)은 유전체 재료(64, 65) 내부 또는 상에 제조함으로써 형성될 수 있고, 따라서 유전체 재료(64, 65)의 마이크로매칭 또는 에칭(micromachining or etching)은 필요 없다.

본 발명의 다수의 실시 예가 설명되었다. 그럼에도 불구하고, 다양한 변형이 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 이루어질 수 있음을 이해할 것이다.

예를 들어, 하이 및 로우 임피던스 라인은 그라운드 평면 높이 및 중심 도체 라인의 폭을 모두 사용하여 변화됨으로써 일 수 있다. 다른 실시 예에서, 나선형 슬로우 웨이브 실시 예에서, 그라운드 평면 레퍼런스(reference)는 코일 및 금속 실드 사이의 갭 유전체 또는 공기를 가지는 금속 용기 실드 내부에 코일을 배치함으로써 나타낼 수 있다(manifested by placing the coil inside a metal container shield with air or dielectric gaps between the coil and the metal shield).

따라서, 다른 실시 예들은 다음의 청구항의 범위 내에 있다.

Claims

제1 및 제2 대향 표면을 가지는 유전체 재료의 제1 층;
제1 및 제2 대향 표면을 가지는 자성 재료의 제1 층- 상기 유전체 재료의 상기 제1 층의 상기 제2 표면은 상기 제1 자성 재료의 상기 제1 표면 위에 배치되고, 상기 유전체 재료는 상기 자성 재료보다 더 낮은 유전 상수를 가짐 -; 및
자성 재료의 상기 제1 층 위에 배치되는 스트립 도체
를 포함하는 주파수 선택성 리미터.
제1항에 있어서,
제1 및 제2 대향 표면을 가지는 상기 유전체 재료의 제2 층;
제1 및 제2 대향 표면을 가지는 자성 재료의 제2 층- 상기 유전체 재료의 상기 제2 층의 상기 제1 표면은 상기 제2 자성 재료의 상기 제2 표면 위에 배치됨 -; 및
자성 재료의 상기 제1 및 제2 층 사이에 배치되는 상기 스트립 도체
를 더 포함하는 주파수 선택성 리미터.
제2항에 있어서,
유전체 재료의 상기 제1 및 제2 층과 자성 재료의 상기 제1 및 제2 층의 상기 조합은 입력 임피던스 Z₀를 가지는 슬로우 웨이브 구조체를 포함하고 전자기 에너지가 상기 슬로우 웨이브 구조체를 통해 전파시 상기 임피던스는 Z₀보다 큰 임피던스로부터 Z₀보다 작은 임피던스까지 주기적으로 변경하는 주파수 선택성 리미터.
제2항에 있어서,
제1 및 제2 그라운드 평면을 더 포함하고,
상기 제1 그라운드 평면은 유전체 재료의 상기 제1 층의 상기 제1 표면 위에 배치되고 상기 제2 그라운드 평면은 유전체 재료의 상기 제2 층의 상기 제2 표면 위에 배치되는 주파수 선택성 리미터.
제4항에 있어서,
상기 유전체 재료의 상기 제1 층 및 상기 자성 재료 사이에 배치되는 전도성 패드의 제1 세트 및 상기 유전체 재료의 상기 제2 층 및 상기 제2 자성 재료 사이에 배치되는 전도성 패드의 제2 세트를 더 포함하는 주파수 선택성 리미터.
제5항에 있어서,
유전체 재료의 상기 제1 층 내부에 배치되는 비아의 제1 세트 및 유전체 재료의 상기 제2 층 내부에 배치되는 비아의 제2 세트를 더 포함하는 주파수 선택성 리미터.
제6항에 있어서,
비아의 상기 제1 세트는 전도성 패드의 상기 제1 세트에 상기 제1 그라운드 평면을 결합하고 비아의 상기 제2 세트는 전도성 패드의 상기 제2 세트에 상기 제2 그라운드 평면을 결합하여 상기 슬로우 웨이브 구조체 내부의 로우 임피던스 스트립 라인 섹션 및 하이 임피던스 스트립 라인 섹션의 교차 섹션을 형성하는 주파수 선택성 리미터.
제7항에 있어서,
상기 로우 임피던스 스트립 라인 섹션 및 하이 임피던스 스트립 라인 섹션의 교차 섹션은 상기 제1 및 제2 자성 층 내로 및 상기 슬로우 웨이브 구조체를 통해 전파하는 자기 에너지를 결합하고, 상기 자기 에너지는 미리 결정되는 전력 임계 값 이상의 전력 레벨을 가지는 주파수 선택성 리미터.
제2항에 있어서,
상기 주파수 선택성 리미터는 입력 임피던스인, Z₀를 가지는 전송 라인이고, 상기 전송 라인은 한 쌍의 제2 전송 라인 섹션 사이에 배치되는 제1 전송 라인 섹션이고, 상기 제1 전송 라인 섹션은 Z₀보다 더 높은 임피던스 Z_H를 가지고 상기 한 쌍의 제2 전송 라인 섹션은 Z₀보다 더 낮은 임피던스 Z_L을 가지는 주파수 선택성 리미터.
제9항에 있어서,
상기 제1 전송 라인 섹션 및 상기 한 쌍의 제2 전송 라인 섹션은 상기 슬로우 웨이브 구조체를 통해 전파하는 전자기 에너지의 공칭 동작 파장보다 더 짧은 길이를 각각 가지는 주파수 선택성 리미터.
자성 재료 내로, 상기 슬로우 웨이브 구조체를 통해 전파하는 전자기 에너지에 의해 생성되는, 자기장을 자기적으로 결합하는 상기 자성 재료; 및
상기 자성 재료 위에 배치되는 유전체 층- 상기 유전체 층은 상기 자성 재료보다 더 낮은 유전 상수를 가짐 -을 포함하고;
상기 슬로우 웨이브 구조체는 입력 임피던스 Z₀를 가지고 상기 전자기 에너지가 상기 슬로우 웨이브 구조체를 통해 전파시 상기 임피던스는 Z₀보다 큰 임피던스로부터 Z₀보다 작은 임피던스까지 주기적으로 변경하는 주파수 선택성 리미터.
제11항에 있어서,
상기 유전체 층의 제1 표면 위에 배치되는 그라운드 평면을 더 포함하는 주파수 선택성 리미터.
제12항에 있어서,
상기 유전체 층 및 상기 자성 재료 사이에 배치되는 전도성 패드의 세트를 더 포함하는 주파수 선택성 리미터.
제13항에 있어서,
상기 유전체 층 내부에 배치되는 비아의 세트를 더 포함하고, 상기 비아의 세트는 상기 슬로우 웨이브 구조체 내부의 로우 임피던스 마이크로스트립 섹션 및 하이 임피던스 마이크로스트립 섹션의 교차 섹션을 형성하는 전도성 패드의 상기 세트에 상기 그라운드 평면을 결합하는 주파수 선택성 리미터.
제14항에 있어서,
상기 슬로우 웨이브 구조체는 상기 슬로우 웨이브 구조체 내부의 로우 임피던스 마이크로스트립 섹션 및 하이 임피던스 마이크로스트립 섹션의 상기 교차 섹션이 상기 자성 재료 내로 및 상기 슬로우 웨이브 구조체를 통해 전파하는 상기 전자기 에너지를 결합하고, 상기 전자기 에너지는 미리 결정되는 전력 임계 값 이상의 전력 레벨을 가지는 주파수 선택성 리미터.
제1 및 제2 대향 표면을 각각 가지는, 유전체 재료의 제1 및 제2 층;
제1 및 제2 대향 표면을 각각 가지는; 자성 재료의 제1 및 제2 층- 상기 유전체 재료의 상기 제1 층의 상기 제2 표면은 상기 제1 자성 재료의 상기 제1 표면 위에 배치되고 상기 유전체 재료의 상기 제2 층의 상기 제1 표면은 상기 제2 자성 재료의 상기 제2 표면 위에 배치되고, 상기 유전체 재료는 상기 자성 재료보다 더 낮은 유전 상수를 가짐 -; 및
자성 재료의 상기 제1 및 제2 층 사이에 배치되는 스트립 도체
를 포함하고;
상기 슬로우 웨이브 구조체는 입력 임피던스인, Z₀를 가지는 전송 라인이고 상기 전송 라인은 제1 전송 라인 섹션 및 한 쌍의 제2 전송 라인 섹션을 포함하고, 상기 제1 전송 라인 섹션은 Z₀보다 더 높은 임피던스 Z_H를 가지고 상기 한 쌍의 제2 전송 라인 섹션은 Z₀보다 더 낮은 임피던스를 가지는 주파수 선택성 리미터.
제16항에 있어서,
전자기 에너지가 상기 슬로우 웨이브 구조체를 통해 전파시 상기 임피던스는 Z₀보다 큰 임피던스로부터 Z₀보다 작은 임피던스까지 주기적으로 변경하는 주파수 선택성 리미터.
제16항에 있어서,
제1 및 제2 그라운드 평면을 더 포함하고,
상기 제1 그라운드 평면은 유전체 재료의 상기 제1 층의 상기 제1 표면 위에 배치되고 상기 제2 그라운드 평면은 유전체 재료의 상기 제2 층의 상기 제2 표면 위에 배치되는 주파수 선택성 리미터.
제18항에 있어서,
상기 유전체 재료의 상기 제1 층 및 상기 자성 재료 사이에 배치되는 전도성 패드의 제1 세트 및 상기 유전체 재료의 상기 제2 층 및 상기 제2 자성 재료 사이에 배치되는 전도성 패드의 제2 세트를 더 포함하는 주파수 선택성 리미터.
제19항에 있어서,
유전체 재료의 상기 제1 층 내부에 배치되는 비아의 제1 세트 및 유전체 재료의 상기 제2 층 내부에 배치되는 비아의 제2 세트를 더 포함하고, 비아의 상기 제1 세트는 전도성 패드의 상기 제1 세트에 상기 제1 그라운드 평면을 결합하고 비아의 상기 제2 세트는 전도성 패드의 상기 제2 세트에 상기 제2 그라운드 평면을 결합하여 상기 슬로우 웨이브 구조체 내부의 로우 임피던스 스트립 라인 섹션 및 하이 임피던스 스트립 라인 섹션의 교차 섹션을 형성하는 주파수 선택성 리미터.
제16항에 있어서,
상기 제1 전송 라인 섹션 및 상기 한 쌍의 제2 전송 라인 섹션은 상기 슬로우 웨이브 구조체를 통해 전파하는 전자기 에너지의 공칭 동작 파장보다 더 짧은 길이를 각각 가지는 주파수 선택성 리미터.
슬로우 웨이브 구조체로서,
자성 재료 내로, 상기 슬로우 웨이브 구조체를 통해 전파하는 전자기 에너지에 의해 생성되는, 자기장을 자기적으로 결합하는 상기 자성 재료 주위에 배치되는 유전체 재료의 조합을 가지고, 상기 슬로우 웨이브 구조체는 입력 임피던스 Z₀를 가지고 상기 전자기 에너지가 상기 슬로우 웨이브 구조체를 통해 전파시 상기 임피던스는 Z₀보다 큰 임피던스로부터 Z₀보다 작은 임피던스까지 주기적으로 변경하는 슬로우 웨이브 구조체.
자성 재료;
상기 자성 재료 주위에 배치되는 유전체 재료; 및
상기 강자성 재료 내로, 슬로우 웨이브 구조체를 통해 전파하는 전자기 에너지에 의해 생성되는, 자기장을 자기적으로 결합하도록 배치되는 상기 슬로우 웨이브 구조체
를 포함하고, 상기 슬로우 웨이브 구조체는 입력 임피던스인, Z₀를 가지는 전송 라인이고 상기 전송 라인은 한 쌍의 제2 전송 라인 섹션 사이에 배치되는 제1 전송 라인 섹션을 포함하고, 상기 제1 전송 라인 섹션은 Z₀보다 더 높은 임피던스 Z_H를 가지고 상기 한 쌍의 제2 전송 라인 섹션은 Z₀보다 더 낮은 임피던스를 가지는 조합.
제23항에 있어서,
상기 제1 전송 라인 섹션 및 상기 한 쌍의 제2 전송 라인 섹션은 상기 슬로우 웨이브 구조체를 통해 전파하는 상기 전자기 에너지의 공칭 동작 파장보다 더 짧은 길이를 각각 가지는 조합.
자성 재료;
상기 자성 재료 주위에 배치되는 유전체 재료; 및
상기 강자성 재료 내로, 상기 슬로우 웨이브 구조체를 통해 전파하는 전자기 에너지에 의해 생성되는, 자기장을 자기적으로 결합하도록 배치되는 슬로우 웨이브 구조체
를 포함하고,
상기 슬로우 웨이브 구조체는 한 쌍의 제2 전송 라인 섹션 사이에 배치되는 제1 전송 라인 섹션을 가지는 전송 라인이고; 및
상기 제1 전송 라인 섹션 및 상기 한 쌍의 제2 전송 라인 섹션은: 스트립 도체 및 적어도 하나의 그라운드 평면 도체를 포함하고, 상기 자성 재료는 상기 스트립 도체 및 상기 적어도 하나의 그라운드 평면 도체 사이에 배치되고; 및
상기 스트립 도체는 한 쌍의 제2 스트립 도체 섹션 사이에 배치되는 제1 스트립 도체 섹션을 포함하고, 상기 제1 스트립 도체 섹션은 상기 제1 스트립 도체 섹션 제1 거리 D1 위에 배치되는 상기 그라운드 평면 도체의 부분으로부터 분리되고, 상기 한 쌍의 제2 스트립 도체 섹션은 상기 한 쌍의 제2 스트립 도체 섹션 제2 거리 D2 위에 배치되는 상기 그라운드 평면 도체의 부분으로부터 분리되고, D1 및 D2는 상이한 거리인 조합.
자성 재료;
상기 자성 재료 주위에 배치되는 유전체 재료; 및
상기 강자성 재료 내로, 상기 슬로우 웨이브 구조체를 통해 전파하는 전자기 에너지에 의해 생성되는, 자기장을 자기적으로 결합하도록 배치되는 슬로우 웨이브 구조체
를 포함하고,
상기 슬로우 웨이브 구조체는 한 쌍의 제2 전송 라인 섹션 사이에 배치되는 제1 전송 라인 섹션을 가지는 전송 라인이고; 및
상기 제1 전송 라인 섹션 및 상기 한 쌍의 제2 전송 라인 섹션은:
스트립 도체; 및
한 쌍의 그라운드 평면 도체를 포함하고,
상기 스트립 도체는:
제1 스트립 도체 섹션; 및
한 쌍의 제2 스트립 도체 섹션- 상기 한 쌍의 제2 스트립 도체 섹션 사이에 배치되는 상기 제1 스트립 도체 섹션을 가짐-을 포함하고, 상기 제1 스트립 도체 섹션은 상기 제1 스트립 도체 섹션 제1 거리 D1 위 및 아래에 배치되는 상기 한 쌍의 그라운드 평면 도체의 부분으로부터 분리되고, 상기 한 쌍의 제2 스트립 도체 섹션은 상기 한 쌍의 제2 스트립 도체 섹션 제2 거리 D2 위 및 아래에 배치되는 상기 그라운드 평면 도체의 부분으로부터 분리되고, D1 및 D2는 상이한 거리인 조합.