KR20190114897A - Rf 및 마이크로파 회로 보호를 위한 마이크로 플라즈마 제한기 - Google Patents

Rf 및 마이크로파 회로 보호를 위한 마이크로 플라즈마 제한기 Download PDF

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KR20190114897A
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Abstract

고전력 신호들로부터 정교한 전자 기기를 보호하도록 구성된 보호 회로가 본 명세서에서 개시된다. 이를 위해, 보호 회로는 고전력 신호들이 하나 이상의 전자 회로들에 도달하는 것을 방지하기 위해 상 변화 재료를 포함하는 제한기 회로를 포함한다. 상 변화 재료는 인가된 신호의 에너지가 임계치를 초과하는 경우에 자동으로 제한 상태를 가정하는데, 이는 임의의 연관된 전자 기기로 전달되는 신호의 에너지를 제한한다.

Description

RF 및 마이크로파 회로 보호를 위한 마이크로 플라즈마 제한기{MICRO PLASMA LIMITER FOR RF AND MICROWAVE CIRCUIT PROTECTION}
많은 전자 회로들은 고전력 신호들에 의해 야기되는 손상을 받기 쉽다. 예를 들어, 저전력 신호들, 잡음이 많은 환경들의 신호들 등을 검출하도록 설계된 무선 주파수(RF: Radio Frequency) 장비, 예컨대 저잡음 증폭기들, 다운 컨버터 믹서 회로들 등은 일반적으로 고전력 신호에 의해 손상되기 쉽다. 이러한 고전력 신호들은 임의의 수의 형태들(예컨대, 고전력 마이크로파 신호들, 전자기 펄스들 등)에 존재할 수 있고 그리고/또는 임의의 수의 상황들(예컨대, 레이더 송신기들, 낙뢰들, 전원 서지들, 정전기, 간섭, 동시 송신/수신 시스템들에 대한 동일 사이트 간섭 등)에 의해 야기될 수 있다. 따라서 그러한 고전력 신호들이 발생하는 것을 방지하거나, 그러한 고전력 신호들로부터 정교한 전자 기기를 보호하기 위한 어떤 수단을 제공할 필요가 있다.
기존의 전기 시스템들은 고전력 신호들이 정교한 전자 기기에 도달하는 것을 방지하기 위해 서지 보호 디바이스를 사용할 수 있다. 예를 들어, 전류 제한기는 고전력 신호들을 차단하기 위해 특수 다이오드들, 예컨대 P 도핑, 진성(Intrinsic diode), N 도핑(PIN) 다이오드들을 사용할 수 있다. 그러나 이러한 보호 회로들은 고가이고, 제한된 전력 처리 용량을 가지며, 그리고/또는 높은 삽입 손실을 갖는다. 이에 따라, 고전력 신호들로부터 전력에 민감한 전자 기기를 보호하는 개선된 보호 회로들에 대한 필요성이 여전히 있다.
본 개시내용은 고전력 신호들로부터의 개선된 보호를 위한 방법들, 장치들, 시스템들, 컴퓨터 프로그램 제품들, 소프트웨어 및/또는 매체들에 관한 것이다. 이를 위해, 본 명세서에 제시된 양상들은 고전력 신호들이 하나 이상의 전자 회로들에 도달하는 것을 방지하기 위해 상 변화 재료를 포함하는 제한기 회로를 사용한다. 상 변화 재료는 인가된 신호의 에너지가 임계치를 초과하는 경우에 제한 상태를 가정하는데, 이는 임의의 연관된 전자 기기로 전달되는 신호의 에너지를 제한한다.
본 개시내용은 고전력 신호들로부터 하나 이상의 전자 회로들을 보호하도록 구성된 보호 회로를 개시한다. 보호 회로는 제1 포트, 제2 포트, 송신 라인 및 제한기 회로를 포함한다. 제1 포트 및 제2 포트는 송신 라인의 대향 단부들에 전기적으로 접속된다. 제2 포트는 하나 이상의 전자 회로들에 동작 가능하게 결합된다. 제한기 회로는 송신 라인에 동작 가능하게 결합되며, 공진기와 통신하는 상 변화 재료를 포함한다. 상 변화 재료는 제1 포트에서 수신된 신호의 에너지가 임계치를 초과하는 경우에 제한 상태로 구성되어 제2 포트에서의 신호의 에너지를 제한한다.
추가 양상에 따르면, 상 변화 재료는 제1 포트에서 수신된 신호의 에너지가 임계치 미만인 경우에 비제한 상태로 구성된다.
추가 양상에 따르면, 제한기 회로는 송신 라인과 접지 사이에 선택적으로 전기 결합되며, 제한 상태는 전도 상태를 포함하고, 상 변화 재료는 제1 포트에서 수신된 신호의 에너지가 임계치를 초과하는 경우에 전도 상태로 구성되어, 제1 포트에서 수신된 신호의 에너지의 적어도 일부를 접지로 리디렉팅(redirect)한다.
추가 양상에 따르면, 제한기 회로는 송신 라인 근방에 배치되고, 제한 상태는 전자기 결합 상태를 포함하며, 상 변화 재료는 제1 포트에서 수신된 신호의 에너지가 임계치를 초과하는 경우에 전자기 결합 상태로 구성되어 제1 포트의 임피던스를 제2 포트의 임피던스에 대해 부정합시킨다.
추가 양상에 따르면, 제한 상태로 구성된 상 변화 재료는 제1 포트에서 수신된 신호의 에너지 중 적어도 일부를 흡수하여 제2 포트에서의 신호의 에너지를 제한한다.
추가 양상에 따르면, 보호 회로는 밀폐 챔버, 제1 도체 및 제2 도체를 포함하는 갭 칩을 더 포함한다. 상 변화 재료는 밀폐 챔버 내에 배치된다. 제1 도체는 밀폐 챔버 내에 적어도 부분적으로 배치되고 밀폐 챔버로부터 연장한다. 제2 도체는 제1 도체로부터 이격되며, 밀폐 챔버 내에 적어도 부분적으로 배치되고, 밀폐 챔버로부터 연장하며, 여기서 제1 도체 및 제2 도체는 공진기에 전기적으로 접속된다.
추가 양상에 따르면, 상 변화 재료는 공기를 포함한다.
추가 양상에 따르면, 상 변화 재료는 비활성 기체, 열 변성 재료 또는 전기 변색 재료를 포함한다.
추가 양상에 따르면, 공진기는 2개의 전도성 엘리먼트들 사이에 갭을 포함하는 슬롯 공진기를 포함하고, 상 변화 재료는 갭 내에 배치되며, 제한 상태는 슬롯 공진기의 2개의 전도성 엘리먼트들을 전기적으로 접속하는 전도 상태를 포함한다.
추가 양상에 따르면, 공진기는 상 변화 재료를 통해 접지에 선택적으로 접속된 1/4 파형 공진기(quarter wave resonator)를 포함하고, 제한 상태는 1/4 파형 공진기를 접지에 전기적으로 접속하는 전도 상태를 포함한다.
추가 양상에 따르면, 임계치는 고정 임계치를 포함한다.
추가 양상에 따르면, 제한기 회로는 공진기에 전기적으로 접속된 바이어스 커넥터를 더 포함하며, 여기서 임계치는 바이어스 커넥터에 인가된 바이어스 신호에 의해 제어되는 가변 임계치를 포함한다.
본 발명은 또한 고전력 신호들로부터 하나 이상의 전자 회로들을 보호하는 방법을 개시한다. 이 방법은 송신 라인의 제1 포트에서 신호를 수신하는 단계를 포함한다. 송신 라인은 대향 단부들 상의 제1 포트 및 제2 포트를 포함한다. 제2 포트는 하나 이상의 전자 회로들에 동작 가능하게 결합된다. 이 방법은 또한, 제한 상태로 구성된 상 변화 재료를 사용하여, 제1 포트에서 수신된 신호의 에너지가 임계치를 초과하는 경우에 제2 포트에서의 신호의 에너지를 제한하는 단계를 포함한다. 상 변화 재료는 송신 라인에 동작 가능하게 접속된 공진기와 통신한다.
추가 양상에 따르면, 이 방법은 비제한 상태로 구성된 상 변화 재료를 사용하여, 제1 포트에서 수신된 신호의 에너지가 임계치 미만인 경우에 제1 포트에서의 신호의 에너지를 제2 포트로 전달하는 단계를 더 포함한다.
추가 양상에 따르면, 제한 상태는 전도 상태를 포함하고, 공진기와 통신하는 상 변화 재료는 송신 라인과 접지 사이에 선택적으로 전기 결합되며, 제2 포트에서의 신호의 에너지를 제한하는 단계는, 제1 포트에서 수신된 신호의 에너지가 임계치를 초과하는 것에 대한 응답으로 전도 상태로 구성된 상 변화 재료를 사용함으로써 제1 포트에서 수신된 신호의 적어도 일부를 접지로 리디렉팅하는 단계를 포함한다.
추가 양상에 따르면, 제한 상태는 전자기 결합 상태를 포함하고, 공진기와 통신하는 상 변화 재료는 송신 라인 근방에 배치되며, 제2 포트에서의 신호의 에너지를 제한하는 단계는, 제1 포트에서 수신된 신호의 에너지가 임계치를 초과하는 경우에 전자기 결합 상태로 구성된 상 변화 재료를 사용함으로써 제1 포트의 임피던스를 제2 포트에 대해 부정합시키는 단계를 포함한다.
추가 양상에 따르면, 임계치는 고정 임계치를 포함한다.
추가 양상에 따르면, 임계치는 가변 임계치를 포함하며, 이 방법은 공진기에 인가된 바이어스 신호를 제어함으로써 임계치를 제어하는 단계를 더 포함한다.
본 개시내용은 또한 하나 이상의 전자 회로들 및 보호 회로를 포함하는 항공기를 개시한다. 하나 이상의 전자 회로들은 항공기의 동작을 제어하도록 구성된다. 보호 회로는 제1 포트, 제2 포트, 송신 라인 및 제한기 회로를 포함한다. 제1 포트 및 제2 포트는 송신 라인의 대향 단부들에 전기적으로 접속된다. 제2 포트는 하나 이상의 전자 회로들에 동작 가능하게 결합된다. 제한기 회로는 송신 라인에 동작 가능하게 결합되며, 공진기와 통신하는 상 변화 재료를 포함한다. 상 변화 재료는 제1 포트에서 수신된 신호의 에너지가 임계치를 초과하는 경우에 제한 상태로 구성되어 제2 포트에서의 신호의 에너지를 제한한다.
추가 양상에 따르면, 제한기 회로는 공진기에 전기적으로 접속된 바이어스 커넥터를 더 포함하며, 여기서 임계치는 바이어스 커넥터에 인가된 바이어스 신호에 의해 제어되는 가변 임계치를 포함한다.
도 1은 하나의 예시적인 양상에 따른 전자 시스템의 블록도를 도시한다.
도 2는 하나의 예시적인 양상에 따라 고전력 신호들에 의해 야기되는 손상으로부터 전자 회로들을 보호하는 방법을 도시한다.
도 3은 하나의 예시적인 양상에 따른 보호 회로를 도시한다.
도 4는 다른 예시적인 양상에 따른 보호 회로를 도시한다.
도 5는 하나의 예시적인 양상에 따른 보호 회로에 대한 제한기 회로를 도시한다.
도 6은 하나의 예시적인 양상에 따른 상 변화 재료의 갭 칩 구현을 도시한다.
도 7은 제한기 회로에 대한 예시적인 슬롯 공진기를 도시한다.
도 8은 제한기 회로에 대한 예시적인 1/4 파형 공진기를 도시한다.
도 9는 예시적인 슬롯 공진기 양상을 갖는 인쇄 회로 기판(PCB: Printed Circuit Board)을 도시한다.
도 10은 예시적인 션트-접지(shunt-to-ground) 양상을 갖는 PCB를 도시한다.
도 11은 다수의 제한기 회로들을 포함하는 예시적인 양상을 갖는 PCB를 도시한다.
도 12는 다수의 제한기 회로들을 포함하는 다른 예시적인 양상을 갖는 PCB를 도시한다.
도 13은 하나의 예시적인 양상에 대한 시뮬레이션 결과들을 도시한다.
본 개시내용의 양상들은 전자 회로들, 특히 고전력 신호들에 의해 손상될 수 있는 그러한 회로들에 인가된 신호의 에너지를 제한하기 위한 방법들, 장치들, 시스템들, 컴퓨터 프로그램 제품들 및/또는 소프트웨어에 관한 것이다. 본 명세서에서 제시되는 양상들은 전자 회로 보호, 특히 일반적으로는 RF 회로들의 그리고 특히 항공기에 대한 보호와 관련하여 설명된다. 그러나 본 명세서에서 제시되는 양상들은 항공기 전자 기기에 국한되는 것이 아니라, 그보다는 고전력 신호들에 민감하고 고전력 신호들에 의해 손상될 수 있는 임의의 전자 기기에 적용된다고 인식될 것이다.
도 1은 예컨대, 항공기 상의 전자 시스템(10)의 일 양상의 블록도를 도시한다. 전자 시스템(10)은 하나 이상의 전자 회로들(12) 및 보호 회로(100)를 포함한다. 전자 회로들(12)은 고전력 신호들에 민감한 또는 고전력 신호들에 의해 손상될 수 있는 임의의 전자 회로를 포함할 수 있다. 예시적인 전자 회로들(12)은 레이더 시스템들, 통신 시스템들, 감지 시스템들, 저잡음 증폭기들, 하향 변환기 믹서들 등을 포함하지만 이에 한정된 것은 아니다. 보호 회로(100)는 SIG 1 이 고전력 신호인 경우에, 예컨대 SIG 1 의 에너지가 임계치를 초과하는 경우에 제한 상태로 변하는 상 변화 재료를 사용하여 고전력 신호들을 적어도 부분적으로 차단하고 그리고/또는 리디렉팅함으로써 전자 회로들(12)을 고전력/고에너지 신호들로부터 보호한다.
도 2는 본 명세서에 개시된 양상들에 따라 보호 회로(100)를 사용하여 전자 회로들(12)을 보호하는 방법(200)을 도시하며, 여기서 보호 회로(100)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 송신 라인(130)의 대향 단부들 상의 제1 포트(P1)(110) 및 제2 포트(P2)(120)를 포함하고, 제2 포트(120)는 전자 회로들(12) 중 하나 이상에 전기적으로 접속된다. 보호 회로(100)는 또한 송신 라인(130)에 동작 가능하게 접속된 제한기 회로(140)를 포함하며, 여기서 제한기 회로(140)는 공진기와 통신하는 상 변화 재료를 포함한다. 제1 포트(110)가 신호(SIG 1 )를 수신한다(블록(210)). 수신된 신호(SIG 1 )의 에너지가 임계치(T)를 초과하면(블록(220)), 보호 회로(100)는 제한 상태로 구성된 상 변화 재료를 사용하여 제2 포트(120)에서 신호(SIG 2 )의 에너지를 제한한다(블록(230)). 그러나 수신된 신호(SIG 1 )의 에너지가 임계치(T) 미만이면(블록(220)), 보호 회로(100)는 비제한 상태로 구성된 상 변화 재료를 사용하여 제2 포트(120)로 SIG 1 을 전달한다(블록(240)).
일 양상에 따르면, 임계치(T)는 예컨대, 보호 회로(100)에 접속된 전자 회로들(12)의 감도들에 기초하여 제조 중에 미리 결정된 고정 임계치를 포함한다. 대안으로, 임계치는 예컨대, 바이어스 신호(SIG BIAS )에 의해 제어되는 가변 임계치를 포함할 수 있다. 이러한 양상의 경우, 보호 회로(100)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 바이어스 커넥터(170)를 더 포함할 수 있으며, 여기서 바이어스 커넥터(170)에 인가된 바이어스 신호(SIG BIAS )는 임계치(T)를 제어한다. 이에 따라, 보호 회로(100)는 예컨대, 고전력 신호들에 대한 하나 이상의 전자 회로들(12)의 증가하는/감소하는 감도에 대한 응답으로, 필요에 따라 입력 신호에 대한 제한기 회로(140)의 감도를 조정할 수 있다. 임계치가 고정적인지 아니면 가변적인지에 관계없이, 임계치는 대응하는 전자 회로들(12)이 손상되는 것을 방지하는 레벨로 설정되거나 선택된다고 인식될 것이다. 예를 들어, 임계치는 1 와트를 초과하는 신호들로부터 저잡음 증폭기를 보호하도록 설정될 수 있다.
도 3은 제한기 회로(140)가 송신 라인(130)의 임피던스를 제어하는 보호 회로(100)의 예시적인 양상을 도시한다. 보다 구체적으로, 이러한 양상에 대한 제한기 회로(140)는 제1 포트(110)에서 수신된 신호(SIG 1 )의 에너지에 대한 응답으로, 송신 라인(130)에 선택적으로 전자기(예컨대, 용량 또는 유도) 결합하고, 이에 따라 제2 포트(120)의 임피던스를 제1 포트(110)의 임피던스에 대해 선택적으로 제어한다. 그 때문에, 제한기 회로(140)의 상 변화 재료가 비제한 상태에 있을 때, 제한기 회로(140)는 송신 라인(130)의 임피던스와 정합하도록 튜닝되며 이에 따라 송신 라인(130)에 전자기 결합하지 않는다. 이에 따라, 제2 포트(120)의 임피던스는 제1 포트(110)의 임피던스와 실질적으로 정합하여, 제1 포트(110)에 인가된 신호가 삽입 손실이 거의 또는 전혀 없이 제2 포트(120)로 전달될 수 있다. 그러나 제1 포트(110)에 인가된 신호(SIG 1 )의 에너지가 임계치를 초과하는 경우, 상 변화 재료는 제한 상태로 전환되어, 제한기 회로(140)를 전자기 결합을 통해 송신 라인(130)의 임피던스와 상당히 부정합하게 한다. 이 전자기 결합은 제1 포트(110)에 대해 제2 포트(120)의 임피던스를 변화시킨다. 결과적인 임피던스 부정합은 입력 신호(SIG 1 )의 에너지의 전부는 아니더라도 대부분을 다시 제1 포트(110) 쪽으로 반사시킴으로써 SIG 1 의 에너지를 약화시키고, 이에 따라 제2 포트(120)에 의해 출력된 신호(SIG 2 )의 전력을 제한한다.
도 4는 보호 회로(100)의 다른 예시적인 양상을 도시하며, 여기서 제한기 회로(140)는 고전력 입력 신호들을 제2 포트(120)로부터 리디렉팅한다. 보다 구체적으로, 이러한 양상에 대한 제한기 회로(140)는 제1 포트(110)에서 수신된 신호)의 에너지에 대한 응답으로 송신 라인(130)을 접지(150)에 선택적으로 접속하고, 이에 따라 제1 포트(110)에 인가된 신호를 접지(150)로 선택적으로 리디렉팅한다. 그 때문에, 제한기 회로(140)의 상 변화 재료가 비제한 상태에 있을 때, 제한기 회로(140)는 송신 라인(130)이 접지(150)에 접속되는 것을 방지하여, 제1 포트(110)에 인가된 신호가 삽입 손실이 거의 또는 전혀 없이 제2 포트(120)로 전달될 수 있는 개방 회로이다. 그러나 제1 포트(110)에 인가된 신호(SIG 1 )의 에너지가 임계치를 초과하는 경우, 상 변화 재료는 제한 상태로 전환되어, 제한기 회로(140)가 송신 라인(130)을 접지(150)에 전기적으로 접속하게 한다. 이에 따라, 상 변화 재료가 제한 상태에 있는 경우, 제한기 회로(140)는 제1 포트(110)에 인가되는 신호를 접지로 리디렉팅하여, SIG 1 의 전부는 아니더라도 대부분이 제2 포트(120)에 도달하는 것을 방지한다.
도 5는 제한기 회로(140)의 하나의 예시적인 양상을 도시한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 제한기 회로(140)는 선택적 부품들 내부에 또는 공진기(144)에 인접하게 포함된 상 변화 재료(142)를 포함한다. 상 변화 재료(142)는 인가된 입력 신호의 에너지에 반응하여 상을 변화시키는, 공기, 비활성 기체, 열 변색 재료, 전기 변색 재료(예컨대, 바나듐 이산화물(VO2)) 등을 포함하지만 이에 한정된 것은 아닌 임의의 재료를 포함할 수 있다. 일부 양상들에서, 상 변화 재료(142)가 제한 상태에 있을 때 상 변화 재료(142)는 제1 포트(110)에 인가되는 신호의 에너지의 일부를 흡수할 수 있다고 인식될 것이다. 제한기 회로(140)의 이러한 특성은 상 변화 재료(142)에 사용되는 재료 및/또는 송신 라인(130)에 대한 제한기 회로(140)의 실제 배향에 의존한다. 플라즈마가 된 기체 또는 도체가 된 절연체 재료일 수 있는 전도 상태의 상 변화 재료(142)는 여전히 상당한 저항성을 가지며, 따라서 줄 발열(Joule heating)로 인해 신호의 일부를 흡수한다. 예를 들어, 상 변화 재료(142)가 송신 라인(130)으로부터 접지(150)로의 션트를 생성할 때, 고에너지 신호가 제한기 회로(140)를 통과하여, SIG 1 의 에너지의 적어도 일부가 상 변화 재료(142)에 의해 흡수되게 한다.
일부 양상들에서, 보호 회로(100)는 갭 칩(146)을 사용하여 구현되는데, 여기서 상 변화 재료(142)는 갭 칩(146)의 밀폐 챔버(160) 내에 배치된다. 도 6은 이러한 하나의 갭 칩(146)의 일례를 도시한다. 이 예에서, 갭 칩(146)은 챔버(160), 상 변화 재료(142), 제1 전극(162) 및 제2 전극(164)을 포함한다. 상 변화 재료(142)는 밀폐 챔버(160) 내에 배치되는 한편, 전극들(162, 164)은 도 6에 도시된 바와 같이, 밀폐 챔버(160) 내에 부분적으로 배치되고 밀폐 챔버(160)의 대향 측면들로부터 연장한다. 그 결과, 예컨대, 고전력 입력 신호(SIG 1 )에 대한 응답으로, 상 변화 재료(142)가 제한 상태에 있을 때, 상 변화 재료(142)는 제1 전극(162)을 제2 전극(164)에 전기적으로 접속하여, 원하는 제한 조건, 예컨대 제1 전극(162)이 송신 라인(130)에 접속되고 제2 전극(164)이 접지(150)에 접속될 때 접지에 대한 션트를 발생시킨다.
공진기(144)는 임의의 공지된 공진기, 예컨대 슬롯 공진기(도 7 및 도 9), 1/4 파형 공진기(도 8), 상보적 분할 링 공진기(도 11) 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 공진기(144)는 도 7에 도시된 바와 같이, 두 도체들(147a, 147b) 사이에 배치된 슬롯 또는 갭(148)을 갖는 슬롯 공진기를 포함할 수 있다. 이 양상의 경우, 상 변화 재료(142)는, 상 변화 재료(142)가 제한 상태에 있을 때 상 변화 재료(142)가 단지 하나의 도체(147a)를 다른 도체(147b)에 접속하도록 갭(148) 내에 배치된다. 대안으로, 밀폐 챔버(160) 내의 상 변화 재료(142)가 제한 상태에 있을 때 하나의 도체(147a)가 단지 다른 도체(147b)에 접속하도록 2개의 도체들(147a, 147b) 사이에 갭 칩(146)이 배치될 수 있다.
다른 양상에 따르면, 공진기(144)는 도 8에 도시된 바와 같이 1/4 파형 공진기를 포함할 수 있다. 이 양상의 경우, 상 변화 재료(142)가 제한 상태에 있을 때 (특정 주파수에서) 파장의 1/4의 길이를 갖는 전도성 엘리먼트(149)가 상 변화 재료(142)에 의해 접지(150)에 접속된다. 대안으로, 밀폐 챔버(160) 내의 상 변화 재료(142)가 제한 상태에 있을 때 전도성 엘리먼트(149)가 단지 접지(150)에 접속하도록(그리고 이에 따라 공진하도록) 전도성 엘리먼트(149)와 접지(150) 사이에 갭 칩(146)이 배치될 수 있다.
보호 회로(100)는 임의의 기존의 인쇄 회로 기판(PCB) 구현들에 추가될 수 있다. 예를 들어, 보호 회로는 플립 칩 또는 와이어 본드 기술들을 사용하여 PCB에 부착될 수 있다.
도 9 - 도 12는 본 명세서에 개시된 양상들의 예시적인 PCB 구현들을 도시한다. 도 9는 (예컨대, 도 7의) 슬롯 공진기로서 구현되며 입력 신호의 전력에 대하 응답으로 송신 라인에 대한 선택적 전자기 결합을 위해 사용되는 보호 회로(100)의 PCB 구현을 도시한다. 도 10은 고전력 입력 신호들을 접지로 리디렉팅하는 보호 회로(100)의 PCB 구현을 도시한다. 본 명세서에 개시된 양상들은 일반적으로 단일 제한기 회로(140)를 포함하는 보호 회로(100)에 관해 설명되지만, 예컨대 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 다수의 제한기 회로들(140)이 사용될 수 있다고 인식될 것이다. 이러한 다중 제한기 회로 솔루션들은 예를 들어, 하나보다 많은 리디렉션 경로를 제공하는 것, 보호 회로(100)에 의해 처리될 수 있는 전력의 양을 증가시키는 것, 제2 포트(120)에 도달하는 신호 레벨을 더 감소시키는 것 등에 사용될 수 있다.
도 13은 하나의 예시적인 양상(예컨대, 도 9의 양상)에 따라 구현되는 경우의 보호 회로(100)에 대한 성능 데이터를 도시하는데, 여기서 공진기는 10㎓ 부근에서의 동작을 위해 구성된다. 도 13에 도시된 바와 같이, 제2 포트(120)에서의 송신된 신호는 -0.23㏈에 있거나 비제한 상태에서는 거의 100% 송신된다. 제한 상태에서, 제2 포트(120)에서의 송신된 신호는 -23.76㏈에 있거나 200배 넘게 약화된다. 특정 요건들 및 디바이스 복잡성에 따라 더 나은 성능 설계들이 달성될 수 있다.
본 명세서에 개시된 양상들은 종래의 서지 보호 솔루션들, 즉 PIN 다이오드들에 비해 여러 가지 이점들을 갖는다. 예를 들어, 본 명세서에 개시된 보호 회로들(100)은 구현하기에 보다 저렴하고(예컨대, 최대 90% 더 저렴하고), PIN 다이오드보다 더 높은 입력 전력들(예컨대, 최대 100배 더 많은 전력 또는 총 에너지를 갖는 신호들)을 처리할 수 있으며, 비제한 상태에서 (예컨대, PIN 다이오드들에 대한 약 1㏈의 삽입 손실과 비교하여) 최소 삽입 손실을 가질 수 있다.
본 명세서에 개시된 양상들은 물론, 설명된 보호 회로의 본질적인 특징들을 벗어나지 않으면서 본 명세서에 구체적으로 제시된 것 이외의 다른 방식들로 실행될 수 있다. 본 실시예들은 모든 면들에서 제약이 아닌 예시로서 고려되어야 하며, 첨부된 청구항들의 의미 및 등가 범위 내에 있는 모든 변경들이 본 명세서에 포함되는 것으로 의도된다.

Claims (16)

  1. 고전력 신호들로부터 하나 이상의 전자 회로들(12)을 보호하도록 구성된 보호 회로(100)로서,
    송신 라인(130)의 대향 단부들에 전기적으로 접속되는 제1 포트(110) 및 제2 포트(120) ― 상기 제2 포트(120)는 상기 하나 이상의 전자 회로들(12)에 동작 가능하게 결합됨 ―; 및
    상기 송신 라인(130)에 동작 가능하게 결합되며, 공진기(144)와 통신하는 상 변화 재료(142)를 포함하는 제한기 회로(140)를 포함하며,
    상기 상 변화 재료(142)는 상기 제1 포트(110)에서 수신된 신호의 에너지가 임계치를 초과하는 경우에 제한 상태로 구성되어 상기 제2 포트(120)에서의 상기 신호의 에너지를 제한하는,
    보호 회로(100).
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 상 변화 재료(142)는 상기 제1 포트(110)에서 수신된 신호의 에너지가 상기 임계치 미만인 경우에 비제한 상태로 구성되는,
    보호 회로(100).
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제한기 회로(140)는 상기 송신 라인(130)과 접지(150) 사이에 선택적으로 전기 결합되고;
    상기 제한 상태는 전도 상태를 포함하며; 그리고
    상기 상 변화 재료(142)는 상기 제1 포트(110)에서 수신된 신호의 에너지가 상기 임계치를 초과하는 경우에 전도 상태로 구성되어, 상기 제1 포트(110)에서 수신된 신호의 에너지의 적어도 일부를 상기 접지(150)로 리디렉팅(redirect)하는,
    보호 회로(100).
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제한기 회로(140)는 상기 송신 라인(130) 근방에 배치되며;
    상기 제한 상태는 전자기 결합 상태를 포함하고; 그리고
    상기 상 변화 재료(142)는 상기 제1 포트(110)에서 수신된 신호의 에너지가 상기 임계치를 초과하는 경우에 상기 전자기 결합 상태로 구성되어 상기 제1 포트(110)의 임피던스를 상기 제2 포트(120)의 임피던스에 대해 부정합시키는,
    보호 회로(100).
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제한 상태로 구성된 상기 상 변화 재료(142)는 상기 제1 포트(110)에서 수신된 신호의 에너지 중 적어도 일부를 흡수하여 상기 제2 포트(120)에서의 상기 신호의 에너지를 제한하는,
    보호 회로(100).
  6. 제1 항에 있어서,
    갭 칩(146)을 더 포함하며,
    상기 갭 칩(146)은,
    밀폐 챔버(160) ― 상기 상 변화 재료(142)는 상기 밀폐 챔버(160) 내에 배치됨 ―;
    상기 밀폐 챔버(160) 내에 적어도 부분적으로 배치되며 상기 밀폐 챔버(160)로부터 연장하는 제1 도체(162); 및
    상기 제1 도체(162)로부터 이격된 제2 도체(164)를 포함하며,
    상기 제2 도체(164)는 상기 밀폐 챔버(160) 내에 적어도 부분적으로 배치되며 상기 밀폐 챔버(160)로부터 연장하고;
    상기 제1 도체(162) 및 상기 제2 도체(164)는 상기 공진기(144)에 전기적으로 접속되는,
    보호 회로(100).
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 공진기(144)는 2개의 전도성 엘리먼트들(147a, 147b) 사이에 갭(148)을 포함하는 슬롯 공진기를 포함하고;
    상기 상 변화 재료(142)는 상기 갭(148) 내에 배치되며; 그리고
    상기 제한 상태는 상기 슬롯 공진기의 상기 2개의 전도성 엘리먼트들(147a, 147b)을 전기적으로 접속하는 전도 상태를 포함하는,
    보호 회로(100).
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 공진기(144)는 상기 상 변화 재료(142)를 통해 접지(150)에 선택적으로 접속된 1/4 파형 공진기(quarter wave resonator)(149)를 포함하고; 그리고
    상기 제한 상태는 상기 1/4 파형 공진기(149)를 상기 접지(150)에 전기적으로 접속하는 전도 상태를 포함하는,
    보호 회로(100).
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 제한기 회로(140)는 상기 공진기(144)에 전기적으로 접속된 바이어스 커넥터(170)를 더 포함하며,
    상기 임계치는 상기 바이어스 커넥터(170)에 인가된 바이어스 신호에 의해 제어되는 가변 임계치를 포함하는,
    보호 회로(100).
  10. 송신 라인(130)의 제1 포트(110)에서 신호를 수신하는 단계(210) ― 상기 송신 라인(130)은 대향 단부들 상의 상기 제1 포트(110) 및 제2 포트(120)를 포함하고, 상기 제2 포트(120)는 하나 이상의 전자 회로들(12)에 동작 가능하게 결합됨 ―; 및
    제한 상태로 구성된 상 변화 재료(142)를 사용하여, 상기 제1 포트(110)에서 수신된 신호의 에너지가 임계치를 초과하는 경우에(220) 상기 제2 포트(120)에서의 상기 신호의 에너지를 제한하는 단계(230)를 포함하며,
    상기 상 변화 재료(142)는 상기 송신 라인(130)에 동작 가능하게 접속된 공진기(144)와 통신하는,
    고전력 신호들로부터 하나 이상의 전자 회로들(12)을 보호하는 방법(200).
  11. 제10 항에 있어서,
    비제한 상태로 구성된 상기 상 변화 재료(142)를 사용하여, 상기 제1 포트(110)에서 수신된 신호의 에너지가 상기 임계치 미만인 경우에(220) 상기 제1 포트에서의 상기 신호의 에너지를 상기 제2 포트(120)로 전달하는 단계(240)를 더 포함하는,
    고전력 신호들로부터 하나 이상의 전자 회로들(12)을 보호하는 방법(200).
  12. 제10 항에 있어서,
    상기 제한 상태는 전도 상태를 포함하며;
    상기 공진기(144)와 통신하는 상기 상 변화 재료(142)는 상기 송신 라인(130)과 접지(150) 사이에 선택적으로 전기 결합되고; 그리고
    상기 제2 포트 (120)에서의 상기 신호의 에너지를 제한하는 단계(230)는, 상기 제1 포트(110)에서 수신된 상기 신호의 에너지가 상기 임계치를 초과하는 것(220)에 대한 응답으로 상기 전도 상태로 구성된 상기 상 변화 재료(142)를 사용함으로써 상기 제1 포트(110)에서 수신된 상기 신호의 적어도 일부를 접지(150)로 리디렉팅하는 단계를 포함하는,
    고전력 신호들로부터 하나 이상의 전자 회로들(12)을 보호하는 방법(200).
  13. 제10 항에 있어서,
    상기 제한 상태는 전자기 결합 상태를 포함하고;
    상기 공진기(144)와 통신하는 상기 상 변화 재료(142)는 상기 송신 라인(130)에 배치되며; 그리고
    상기 제2 포트 (120)에서의 상기 신호의 에너지를 제한하는 단계(230)는, 상기 제1 포트(110)에서 수신된 상기 신호의 에너지가 상기 임계치를 초과하는 경우에 상기 전자기 결합 상태로 구성된 상기 상 변화 재료(142)를 사용함으로써 상기 제1 포트(110)의 임피던스를 상기 제2 포트(120)에 대해 부정합시키는 단계를 포함하는,
    고전력 신호들로부터 하나 이상의 전자 회로들(12)을 보호하는 방법(200).
  14. 제10 항에 있어서,
    상기 임계치는 가변 임계치를 포함하며,
    상기 방법은 상기 공진기(144)에 인가된 바이어스 신호를 제어함으로써 상기 임계치를 제어하는 단계를 더 포함하는,
    고전력 신호들로부터 하나 이상의 전자 회로들(12)을 보호하는 방법(200).
  15. 항공기(10)의 동작을 제어하도록 구성된 하나 이상의 전자 회로들(12); 및
    보호 회로(100)를 포함하며,
    상기 보호 회로(100)는,
    송신 라인(130)의 대향 단부들에 전기적으로 접속되는 제1 포트(110) 및 제2 포트(120) ― 상기 제2 포트(120)는 상기 하나 이상의 전자 회로들(12)에 동작 가능하게 결합됨 ―; 및
    상기 송신 라인(130)에 동작 가능하게 결합되며, 공진기(144)와 통신하는 상 변화 재료(142)를 포함하는 제한기 회로(140)를 포함하고,
    상기 상 변화 재료(142)는 상기 제1 포트(110)에서 수신된 신호의 에너지가 임계치를 초과하는 경우에 제한 상태로 구성되어 상기 제2 포트(120)에서의 상기 신호의 에너지를 제한하는,
    항공기(10).
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 제한기 회로(140)는 상기 공진기(144)에 전기적으로 접속된 바이어스 커넥터(170)를 더 포함하며,
    상기 임계치는 상기 바이어스 커넥터(170)에 인가된 바이어스 신호에 의해 제어되는 가변 임계치를 포함하는,
    항공기(10).
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