KR20200118884A - 바이플레나 테이퍼된 라인 주파수 선택 리미터 - Google Patents

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KR20200118884A
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매튜 에이. 모튼
게르하드 솔너
제이슨 씨. 소릭
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레이던 컴퍼니
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Abstract

주파수 선택 리미터(FSL)는 테이퍼된 폭을 갖는 전송 라인 구조를 가지도록 제공된다. 상기 FSL은, 대향하는 제1 및 제2 표면을 갖는 자기 물질을 포함한다. 제1 도체는 상기 제1 자기 물질의 상기 제1 표면에 배치되며, 상기 제1 도체의 폭은, 상기 FSL의 길이를 따라 상기 FSL의 제1 종단으로부터 상기 FSL의 제2 종단으로 감소한다. 2 개의 제2 도체는 상기 제1 자기 물질의 상기 제2 표면에 배치되며, 2 개의 상기 제2 도체 간 갭 폭은, 상기 FSL의 길이를 따라 상기 FSL의 상기 제1 종단으로부터 상기 FSL의 상기 제2 종단으로 감소한다. 상기 제1 도체 및 2 개의 제2 도체는 바이플레나 도파관 전송 라인을 형성한다.

Description

바이플레나 테이퍼된 라인 주파수 선택 리미터
본 개시는 일반적으로 주파수 선택 리미터(frequency selective limiter)에 관한 것이며, 보다 구체적으로는, 바이플레나 전송 라인 구조(biplanar transmission line structure)를 갖는 주파수 선택 리미터에 관한 것이다.
본 기술 분야에 알려진 바와 같이, 주파수 선택 리미터(FSL: Frequency Selective Limiter)는, 미리 결정된 임계 전력 레벨(predetermined threshold power level)을 신호는 실질적으로 감쇠되지 않는 반면, 임계 전력 레벨 미만을 초과하는 신호에 더 큰 감쇠를 제공하는 비선형 수동 장치(nonlinear passive device)다. FSL의 한 가지 특징은 다음과 같은 고전력 제한(high-power limiting)의 주파수 선택적 특성(frequency selective nature)이다: 제한된 신호에 대한 주파수와 인접한 저전력 신호는 실질적으로 영향을 받지 않는다(즉, FSL은 이러한 신호를 실질적으로 감쇠시키지 않는다).
FSL의 전형적인 구현은 스트립라인(stripline)에 대해 배치된 유전체 물질의 2 개의 층을 사용하는 스트립라인 전송 구조를 포함하고, 스트립라인은 고정 길이(fixed length)와 FSL의 길이에 따른 고정 폭(fixed width)을 갖는다. 이러한 구조는 비교적 제조하기 간단하고, 단일 결정 물질(single crystal material)을 사용할 때, 약 0 dBm의 임계 전력 레벨(critical power level)을 구현하기 위해 충분한 자기장을 제공한다. 임계 전원 레벨을 감소시키는 한 가지 방법은 저하된 반환 손실(degraded return loss)의 비용(cost)에서 더 낮은 임피던스(lower-impedance) 스트립라인을 사용하는 것이다. 외부 매칭 구조가 임피던스 매칭(impedance match)을 개선하는데 사용될 수 있지만, 이러한 기술은 대역폭을 감소시키고 FSL의 삽입 손실(insertion loss)을 증가시킨다.
임계 전력 레벨을 감소시키는 것에 대한 또 다른 접근법은 테이퍼된 폭(tapered width)을 갖는 전송 라인 구조를 사용하는 것이다. 엠. 모튼(M. Morton)과 지. 솔너(G. Sollner)는, 미국 특허 출원 제15/627,913호에서, 테이퍼된 폭을 갖는 전송 라인 구조를 포함하는 주파수 선택 리미터(FSL)를 설명한다. 하나 또는 그 이상의 도체는 FSL의 제1 종단(end)(예를 들어, 입력)에서 제1 폭(width)을 가지고, FSL의 제2 종단(예를 들어, 출력)에서 다른 제2 폭을 가지도록 전송 라인 구조가 제공될 수 있다. 테이퍼된 폭 전송 라인의 사용은, 전송 라인에 인접하여 배치된 자기 물질(magnetic material)(예를 들어, 페라이트 물질(ferrite material))의 구조를 변화시키지 않고, 주어진 임계 전력에 대해 삽입 손실이 감소되도록 한다. 그러나, 이러한 테이퍼된(tapered) 전송 라인 구조는 원하는 것보다 더 좁은 대역폭(narrower bandwidth)을 지원한다(supports).
본 명세서에 개시된 개념, 시스템 및 기술은, 테이퍼된 폭을 갖는 바이플레나 전송 라인 구조를 포함하는 주파수 선택 리미터(FSL)에 관한 것이다. 이러한 바이플레나(biplanar) 테이퍼된 라인 FSL은, 자기 물질의 구조를 변화시키지 않고, 약한 신호에 대한 삽입 손실을 저하하지 않으면서 더 높은 전반적으로 비선형 성능(overall nonlinear performance)을 제공할 수 있고, 반면에, 여전히 넓은 주파수 범위에 걸쳐 동작할 수 있다.
본 발명의 예시적인 일 실시예(one illustrative embodiment)에 따르면, 주파수 선택 리미터(FSL: Frequency Selective Limiter)는, 대향하는 제1 및 제2 표면(first and second opposing surfaces)을 갖는 제1 자기 물질(magnetic material)을 포함할 수 있다. 제1 도체가 상기 제1 자기 물질의 상기 제1 표면에 배치될 수 있으며, 상기 제1 도체의 폭은, 상기 FSL의 길이를 따라 상기 FSL의 제1 종단(end)로부터 상기 FSL의 제2 종단으로 감소한다. 2 개의 제2 도체가 상기 제1 자기 물질의 상기 제2 표면에 배치될 수 있으며, 2 개의 상기 제2 도체 간 갭(gap)의 폭은, 상기 FSL의 길이를 따라 상기 FSL의 상기 제1 종단으로부터 상기 FSL의 상기 제2 종단으로 감소한다.
예시적인 실시예의 한 변형에서, 2 개의 상기 제2 도체 간 상기 갭 폭은, 상기 FSL의 상기 제2 종단에서 또는 상기 제2 종단 이전에(before) 0이 될 수 있으므로, 상기 2 개의 제2 도체는 물리적 접촉(physical contact)을 할 수 있다.
예시적인 실시예의 한 변형에서, 상기 제1 도체는, 상기 FSL에 대한 신호 도체(signal conductor)에 대응할 수 있다.
예시적인 실시예의 한 변형에서, 2 개의 상기 제2 도체는, 상기 FSL에 대한 접지 평면 도체(ground plane conductors)에 대응할 수 있고, 상기 제1 도체는, 2 개의 상기 제2 도체의 상대적으로(relatively) 중심에 위치될 수 있다.
예시적인 실시예의 한 변형에서, 상기 제1 도체의 폭은, 상기 FSL의 길이에 따라 기하급수적으로(exponentially) 감소할 수 있다. 대안적으로, 예시적인 실시예의 한 변형에서, 상기 제1 도체의 폭은, 상기 FSL의 길이에 따라 선형적으로(linearly) 감소할 수 있다.
예시적인 실시예의 다른 변형에서, 상기 주파수 선택 리미터는, 상기 제1 도체의 폭 또는 2 개의 상기 제2 도체 간 상기 갭 폭에서의 변화로부터 하나 이상의 상이한 특성을 갖는 복수의 세그먼트(multiple segments)를 더 포함할 수 있다. 본 명세서에서, 각각의 세그먼트의 상기 폭에서의 변화로부터의 상기 특성은, 하나 이상의 선행 세그먼트(preceding segments)의 감쇠 인자(attenuation factor), 또는 상기 하나 이상의 선행 세그먼트의 전력 임계치(power threshold)에 따라 결정될 수 있다. 또한, 상기 세그먼트 각각은 50 Ω 전송 라인(transmission line)을 형성할 수 있고, 상기 FSL은, 상기 FSL의 길이를 따라 일정한(constant) 특성 임피던스(constant characteristic impedance)를 가질 수 있다. 또한, 각각의 세그먼트의 상기 전력 임계치는 상기 FSL의 길이에 따라 감소할 수 있다. 또한, 각각의 세그먼트는, 그 입사하는 전력이 그 임계치를 초과하는 경우, 입사하는 전력이 그 임계치를 초과할 때의 다른 섹션들(sections)과 동일한 레벨의 감쇠를 제공할 수 있다.
예시적인 실시예의 한 변형에서, 상기 제1 도체 및 2 개의 상기 제2 도체는 동일한 물질을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예의 다른 변형에서, 상기 제1 도체 및 2 개의 상기 제2 도체는 상이한 물질을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예의 한 변형에서, 상기 주파수 선택 리미터는, 상기 신호 도체 상에 배치된 제2 자기 물질을 더 포함하여, 상기 신호 도체는 상기 제1 자기 물질과 상기 제2 자기 물질 사이에 배치된다. 본 명세서에서, 상기 제1 자기 물질과 상기 제2 자기 물질은 동일한 물질을 포함할 수 있다. 대안적으로, 상기 제1 자기 물질과 상기 제2 자기 물질은 상이한 물질을 포함할 수 있다.
전술한 변형의 또 다른 변형에서, 상기 주파수 선택 리미터는, 상기 제2 자기 물질의 표면에 2 개의 제2 접지 도체를 더 포함할 수 있으며, 2 개의 상기 제2 접지 도체 간 갭 폭은, 상기 FSL의 길이를 따라 상기 FSL의 상기 제1 종단으로부터 상기 FSL의 상기 제2 종단으로 감소한다. 여기에서, 상기 제1 접지 도체와 상기 제2 접지 도체는 동일한 물질을 포함할 수 있다. 대안적으로, 상기 제1 접지 도체와 상기 제2 접지 도체는 상이한 물질을 포함할 수 있다.
본 발명의 한 예시적인 방법에 따르면, 주파수 선택 리미터(FSL: Frequency Selective Limiter)를 형성하기 위한 방법은, 대향하는 제1 및 제2 표면(first and second opposing surfaces)을 갖는 자기 물질을 제공하는 단계; 및 상기 자기 물질의 상기 제1 표면에 제1 도체를 배치하는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 제1 도체의 폭은, 상기 FSL의 길이를 따라 상기 FSL의 제1 종단(end)로부터 상기 FSL의 제2 종단으로 감소한다. 상기 방법은, 상기 자기 물질의 상기 제2 표면에 2 개의 제2 도체를 배치하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 2 개의 상기 제2 도체 간 갭(gap)의 폭은, 상기 FSL의 길이를 따라 상기 FSL의 상기 제1 종단으로부터 상기 FSL의 상기 제2 종단으로 감소한다.
예시적인 방법의 한 변형에서, 상기 2 개의 제2 도체 간 상기 갭 폭은, 상기 FSL의 상기 제2 종단에서 또는 상기 제2 종단 이전에 0이 될 수 있다.
예시적인 방법의 한 변형에서, 상기 제1 도체는 상기 FSL에 대한 신호 도체에 대응할 수 있고, 2 개의 상기 제2 도체는 상기 FSL에 대한 접지 평면 도체(ground plane conductors)에 대응할 수 있고, 상기 제1 도체의 중심선(centerline)은 상기 2 개의 제2 도체의 근접 모서리(proximate edges) 사이의 중간점(midpoint)을 따라 배치될 수 있다.
예시적인 방법의 한 변형에서, 상기 제1 도체의 폭은 상기 FSL의 길이에 따라 기하급수적으로 감소할 수 있다. 예시적인 방법의 다른 변형에서, 상기 제1 도체의 폭은 상기 FSL의 길이에 따라 선형적으로 감소할 수 있다.
본 발명의 또 다른 예시적인 실시예에 따르면, 캐스케이드 주파수 선택 리미터 시스템(cascaded frequency selective limiter system)은, 제1 주파수 선택 리미터(FSL: Frequency Selective Limiter)을 포함할 수 있으며, 상기 제1 FSL은, 대향하는 제1 및 제2 표면(first and second opposing surfaces)을 갖는 제1 자기 물질; 상기 제1 자기 물질의 상기 제1 표면에 배치된 제1 신호 도체 - 상기 제1 신호 도체의 폭은, 상기 제1 FSL의 길이를 따라 상기 제1 FSL의 제1 종단(end)로부터 상기 제1 FSL의 제2 종단으로 감소함 -; 및 상기 제1 자기 물질의 상기 제2 표면에 배치된 2 개의 제1 접지 도체(ground conductors) - 2 개의 상기 제1 접지 도체 간 갭(gap)의 폭은, 상기 제1 FSL의 길이를 따라 상기 제1 FSL의 상기 제1 종단으로부터 상기 제1 FSL의 상기 제2 종단으로 감소함 -를 포함한다. 상기 캐스케이드 주파수 선택 리미터 시스템은, 제2 주파수 선택 리미터(FSL)를 더 포함할 수 있으며, 상기 제2 FSL은, 대향하는 제1 및 제2 표면을 갖는 제2 자기 물질; 상기 제2 자기 물질의 상기 제1 표면에 배치된 제2 신호 도체 - 상기 제2 신호 도체의 폭은, 상기 제2 FSL의 길이를 따라 상기 제2 FSL의 제1 종단으로부터 상기 제2 FSL의 제2 종단으로 감소함 -; 및 상기 제2 자기 물질의 상기 제2 표면에 배치된 2 개의 제2 접지 도체 - 2 개의 상기 제2 접지 도체 간 갭 폭은, 상기 제2 FSL의 길이를 따라 상기 제2 FSL의 상기 제1 종단으로부터 상기 제2 FSL의 상기 제2 종단으로 감소함 -를 포함한다. 본 명세서에서, 상기 제1 FSL의 출력은 상기 제2 FSL의 입력에 연결될(coupled) 수 있다.
다른 예시적인 실시예의 한 변형에서, 상기 제1 및 제2 자기 물질은 동일한 물질을 포함할 수 있다. 다른 예시적인 실시예의 다른 변형에서, 상기 제1 및 제2 자기 물질은 상이한 물질을 포함할 수 있다. 또한, 상기 제1 또는 제2 FSL 중 어느(any) FSL은 코플레나(coplanar) FSL일 수 있다. 또한, 2 개의 상기 제2 도체 간 상기 갭 폭은 상기 FSL의 길이에 따라 일정하게 유지될(stay) 수 있다.
본 개시의 하나 이상의 실시예에 대한 세부 사항은 첨부된 도면과 아래의 설명에서 제시된다. 본 개시의 다른 특징, 목적(objects) 및 장점은 설명 및 도면과, 청구항으로부터 명백할 것이다.
위에서 설명한 개념의 장점은, 또 다른 장점과 함께, 다음의 설명을 첨부된 도면과 함께 참조하여 더 잘 이해할 수 있다. 도면은 비례(scale)할 필요는 없으며, 대신 일반적으로 주장된 개념의 원리를 설명하는 데 중점을 둔다.
도 1A는 테이퍼된 폭(tapered width)을 갖는 바이플레나 도파관 전송 라인 구조(biplanar waveguide transmission line structure)를 가지는 주파수 선택 리미터(FSL)의 등각 투영도(isometric view)를 도시한다.
도 1B는 FSL을 하부에서 보는 경우의 바이플레나 FSL의 등각 투영도를 도시한다.
도 2는 바이플레나 FSL의 측면도(side view)를 도시한다.
도 3A는 선형적으로(linearly) 테이퍼된 폭을 갖는 바이플레나 도파관 전송 라인 구조를 가지는 FSL의 상면도(top view)를 도시한다.
도 3B는 기하급수적으로(exponentially) 테이퍼된 폭을 갖는 바이플레나 도파관 전송 라인 구조를 가지는 FSL의 상면도를 도시한다.
도 3C는 FSL의 종단에 물리적 접촉을 하는 접지 도체를 갖는 바이플레나 FSL의 상면도를 도시한다.
도 3D는 복수의 세그먼트를 갖는 바이플레나 FSL의 상면도를 도시한다.
도 4는 제1 및 제2 자기 물질을 갖는 FSL의 측면도를 도시한다.
도 5는 트라이플레나 도파관 전송 라인 구조(tri-planar waveguide transmission line structure)를 가지는 FSL의 상면도를 도시한다.
도 6은 함께 연결된 적어도 2 개의 바이플레나 도파관 전송 라인 구조를 갖는 캐스케이드(cascaded) FSL의 상면도이다.
여러 도면에서 같은 참조 부호는 같은 요소를 나타낸다.
본 명세서에서 왼쪽, 오른쪽, 위, 아래와 같은 모든 상대적인 설명은 도면을 참조한 것이며 제한적인 의미로 의미하지는 않는다. 또한, 명확성을 위해, 집적 회로, 저항기, 커패시터, 트랜지스터 등과 같은 회로와 일반적인 항목은, 관련 기술 분야에서 당업자에 의해 이해될 수 있는 바와 같이, 도면에 포함되지 않는다. 달리 명시되지 않는 한, 도시된 실시예는 특정 실시예의 다양한 세부 사항의 예시적인 특징을 제공하는 것으로 이해될 수 있으며, 따라서, 달리 명시되지 않는 한, 특징, 구성 요소, 모듈, 요소, 및/또는 도면의 측면은 달리, 개시된 개념, 시스템, 또는 방법에서 실질적으로 벗어나지 않고, 결합(combined), 상호 연결(interconnected), 시퀀싱(sequenced), 분리(separated), 교환(interchanged), 위치될(positioned) 수 있거나, 그리고/또는 재구성될(rearranged) 수 있다. 또한, 구성 요소(components)의 형상과 크기는 단지 예시일 뿐이며, 달리 명시되지 않는 한, 본 명세서에서 보호하고자 하는 개념의 범위에 실질적으로 영향을 미치거나 또는 제한하지 않고 변경될 수 있다.
도 1A를 참조하면, 주파수 선택 리미터(FSL)(100)는 자기 물질 기판(101), 제1 도체(102), 및 2 개의 제2 도체(103, 104)를 포함할 수 있다. 상기 자기 물질(101)은 제1 표면(101a)과 제2 표면(101b)을 가질 수 있다. 제1 도체(102)는 중심(center)(또는 신호) 도체에 대응할 수 있고, 2 개의 제2 도체(103, 104)는 2 개의 접지 평면 도체에 대응할 수 있다. 제1 도체(102)는 자기 물질 기판(101)의 제1 표면(101a)에 배치되고, 2 개의 제2 도체는 제2 표면(101b)에 배치된다. 제1 도체(102)와 제2 도체(103, 104)는 소위(so-called) 바이플레나 도파관 전송 라인(biplanar waveguide transmission line)을 형성할 수 있다.
자기 물질 기판(101)은 이트륨 철 가닛(YIG: Yttrium Iron Garnet)과 같은 강자성 물질(ferromagnetic material)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 자기 물질(101)은 단일 결정(SC: Single Crystal) YIG, 다결정(PC: polycrystalline) YIG, 육방정계 페라이트(hexagonal ferrite), 또는 다양한 도핑된(doped) YIG 물질(예를 들어, 칼슘 바나듐 가닛(CVG: Calcium Vanadium Garnet), 리튬 페라이트(Lithium Ferrite) 또는 니켈 징크 페라이트(Nickel Zinc Ferrite)) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 FSL은 FSL의 길이를 따라 제1 종단(105) 및 제2 종단(106)를 가질 수 있다. 예시적인 일 실시예에서, 상기 제1 종단은 FSL의 입력에 대응할 수 있고, 상기 제2 종단(106)는 FSL의 출력에 대응할 수 있다.
제1 도체는 테이퍼된(tapered) 폭을 갖도록 형성되거나 달리(otherwise) 제공될 수 있다. 예를 들어, 제1 도체(102)의 폭은, 제1 종단(105)에서 제2 종단(106)로 FSL(100)의 길이를 따라 Wa1에서 Wa2로 감소될 수 있으며, Wa1은 Wa2보다 크다. 동시에, 제2 도체의 폭은, 제1 종단(105)에서 제2 종단(106)로 FSL(100)의 길이를 따라, 각각 Wb1에서 Wb2로, Wc1에서 Wc2로 증가할 수 있으며, Wb2는 Wb1보다 크고 Wc2는 Wc1보다 크다.
2 개의 제2 도체(103 및 104) 사이의 갭 폭(gap width)(G)는 FSL(100)의 길이에 따라 감소될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 2 개의 제2 도체(103, 104) 간 갭 폭은 FSL(100)의 제2 종단(106)에서 또는 그 이전에(before) 0이 될 수 있으며, 2 개의 제2 도체(103, 104)는 서로 접촉한다(touch). 이에 따라, 2 개의 제2 도체는 FSL(100)의 제2 종단(106)에서 또는 그 이전에 마이크로스트립 라인(microstrip line)을 형성할 수 있다.
일 실시예에서, 제1 도체(102)의 폭은 전력 임계치와 관련이 있을 수 있으므로, 제1 도체(102)의 폭은 FSL(100)의 길이의 길이(예를 들어, 장치(device)의 길이)에 걸쳐 감소될 수 있다. 동시에, 2 개의 제2 도체(103, 104)의 갭 폭(G)는 감소될 수 있으므로, 제1 도체(102)와 제2 도체(103, 104)의 결합(combination)으로부터 생성된 바이플레나 전송 라인(biplanar transmission line)은 50옴(50-ohm)(50 Ω) 특성 임피던스(characteristic impedance)와 같은 소기의(desired) 특성 임피던스를 유지한다(maintain). FSL(100)의 제1 종단(105)에서, 더 넓은(wider) 제1(또는 신호) 도체 폭과 제2(또는 접지) 도체 간 더 넓은 갭은, 더 높은 전력 임계치와 더 낮은 삽입 손실에 대응한다. 이러한 방식으로, FSL 삽입 손실은 FSL 전력 임계치 미만의 신호에 대해 최소화되며, 이는 제1 도체의 최소 폭(minimum width)에 의해 결정된다.
이러한 요소 각각에 대한 결합은 FSL(100)의 특성 임피던스를 정의할(define) 수 있다. 예를 들어, 갭 폭(G)의 폭을 변화시키지(changing) 않고, 제1 도체(102)의 폭을 변경함으로써(modifying), 50옴 이외의 특성 임피던스로 이어질(lead) 수 있다. 따라서, 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 일부 실시예에서, 제1 도체(102)의 폭을 테이퍼링하는(tapering) 것은, 50 옴 특성 임피던스를 유지하기 위해 제1 도체(106)의 폭을 테이퍼링하는 것과 갭 폭(G)을 테이퍼링하는 것(또는 그렇지 않으면 폭을 변경하는 것)을 지칭할 수 있다.
제1 도체(102)의 폭은 FSL(100)의 길이를 따라 선형 또는 기하급수적으로 감소될 수 있다. 제2 도체(103 및 104)의 폭은 또한 FSL(100)의 길이에 따라 선형 또는 기하급수적으로 감소될 수 있다. 또한, 제2 도체(103, 104) 사이의 갭 폭(G)은 FSL(100)의 길이에 따라 선형 또는 기하급수적으로 변화될 수 있다. 실시예에서, 제2 도체(103, 104)의 폭은 제2 도체(103, 104) 간의 갭 폭(G)에 적어도 부분적으로 기초하여 선택될 수 있다.
실시예에서, 제1 도체(102)는 FSL를 상부에서 볼 경우 제2 도체 사이에서 중심으로(centrally) 배치될 수 있다. 즉, 제1 도체(102)의 중심선(center line)은, 제2 도체(103, 104)의 근접 모서리(proximate edges)(103b, 104b) 사이의 중간점(midpoint)을 따라 배치된다. 제2 도체(103, 104)의 모서리(103b, 104b)가 FSL의 제2 종단(106)에서 더 가까워짐에 따라, 제1 도체(102) 및 제2 도체 (103, 104)는 서로 중첩될(overlap) 수 있다.
다른 실시예에서, 제1 도체(102)의 폭은 제1 종단(105)에서 2 종단(106)까지 FSL(100)의 길이를 따라 (예를 들어, 선형, 기하급수적으로) 증가할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 그러나, 이러한 실시예에서, 임계치 레벨은 소기의(desired) 제한이 발생하는 전력 레벨(power level)을 초과하는 지점(point)에서 증가할 것이다. 따라서, FSL의 이러한 세그먼트는 작은 신호 손실에 추가만 하고 소기의 큰 신호 감쇠에 기여하지 않을 것이다.
일 실시예에서, 제1 도체(102) 및 제2 도체(103, 104)는 동일한 물질로부터 제공될 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 도체(102) 및 제2 도체(103, 104)는 상이한 물질로부터 제공될 수 있다. 다른 실시예에서, 제1 도체(102) 및 제2 도체(103, 104)는 금속 또는 금속 물질(metallic material)을 포함할 수 있다.
도 1B를 참조하면, 도 1A의 바이플레나 FSL을 하부(bottom)에서 볼 때, FSL은 자기 물질 기판(101), 제1 도체(102), 및 2 개의 제2 도체(103, 104)을 포함한다. 자기 물질(101)은 제1 표면(101a) 및 제2 표면(101b)을 갖는다. 2 개의 제2 도체(103, 104)는 제2표면(101b)에 배치되고, 제1 도체(102)는 자기 물질 기판(101a)의 제1 표면(101a)에 배치된다.
도 2를 참조하면, 주파수 선택 리미터(FSL)(100)는 자기 물질 기판(101), 제1 도체(102) 및 2 개의 제2 도체(103, 104)를 포함할 수 있다. 제1 도체는 자기 물질(101)의 제1 표면(101a)에 배치되고, 제2 도체는 자기 물질(101)의 제2 표면(101b)에 배치된다. 제1 도체(102)와 제2 도체(103 및 104)는 바이플레나 도파관 전송 라인(biplanar waveguide transmission line)을 형성할 수 있다.
제1 도체는 테이퍼된 폭을 갖도록 형성되거나 달리 제공될 수 있다. 예를 들어, 제1 도체(102)의 폭은 제1 종단(105)(도 1A)에서 제2 종단(106)(도 1A)로 FSL(100)의 길이를 따라 Wa1에서 Wa2로 감소될 수 있으며, Wa1은 Wa2보다 크다. 동시에, 제2 도체의 폭은, 제1 종단(105)에서 제2 종단(106)로 FSL(100)의 길이를 따라, 각각 Wb1에서 Wb2로, Wc1에서 Wc2로 증가할 수 있으며, Wb2는 Wb1보다 크고 Wc2는 Wc1보다 크다.
2 개의 제2 도체(103 및 104) 사이의 갭 폭(gap width)(G)은 FSL(100)의 길이에 따라 감소될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 2 개의 제2 도체(103, 104) 간 갭 폭은 FSL(100)의 제2 종단(106)에서 또는 그 이전에 0이 될 수 있으며, 2 개의 제2 도체(103, 104)는 서로 접촉한다(contact).
일 실시예에서, 제1 도체(102), 제2 도체(103, 104), 및 갭 폭(G)은 FSL(100)의 제1 종단(105)에서 제2 종단(106)까지 복수의 세그먼트(multiple segments) 또는 부분(portions)으로 나누어질 수 있다. 제1 도체(102), 제2 도체(103, 104), 및 갭 폭(G)은 각각 제1 도체(102), 제2 도체(103, 104), 및 갭 폭(G)의 선행(preceding) 또는 후속 세그먼트(subsequent segment)와 상이한 폭을 가질 수 있다. 제1 도체(102), 제2 도체(103, 104), 및 갭 폭(G)에 대한 세그먼트는, 개별적으로 또는 서로 다른 결합으로 제1 도체, 제2 도체, 및 갭을 지칭할 수 있다. 예를 들어, FSL(100)의 세그먼트는 제1 도체(102)의 폭과, 제2 도체(103, 104) 사이의 갭 폭(G)의 폭을 참조하고(refer), 따라서 이를 포함할 수 있다. FSL(100)은 세그먼트를 갖는 것으로 설명되어, FSL(100)의 별개의 크로스 섹션들(cross sections)에서의 폭을 다룸으로써, FSL(100)의 길이에 따라 무엇이 일어나고 있는지 보다 명확하게 설명할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 즉, FSL(100)의 물리적 구현은 세그먼트의 길이가 0(zero)(이산화되지(discretized) 않음)인 경우 한계일 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, FSL(100)은 제1 종단(105)에서 제2 종단(106)까지의 폭에서 연속적, 매끄러운 변화(smooth transition)를 갖는 단일 연속 구조(single continuous structure)를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 제1 도체(102)의 각각의 세그먼트는, 감쇠된 신호의 전력 레벨(하나 이상의 이전 세그먼트에 의해 감쇠됨)의 전력 임계치와 매칭되는(match) 이전 세그먼트보다 더 좁은 폭을 가질 수 있으며, 이전 세그먼트보다 상응하여(correspondingly) 낮은 전력 임계치를 갖는다. 따라서, 제1 도체(102)의 각각의 개별 세그먼트는 각각의 세그먼트에 입사되는 예상되는 큰 신호 전력 레벨과 그 각각의 전력 임계치 레벨을 매칭하는 폭을 갖도록 형성될 수 있으며, 각각의 세그먼트의 입사 전력(incident power)은 제1 도체(102)의 하나 이상의 이전 세그먼트의 큰 신호 감쇠에 대한 기능(function)이다.
이제 도 3A-3D를 참조하면, 다른 바이플레나 도파관 전송 라인의 상면도가 다른 구성(configurations)에서 테이퍼된 폭을 갖도록 제공된다. 본 명세서에 설명된 바와 같은 테이퍼된 폭 코플레나 도파관 전송 라인(tapered width coplanar waveguide transmission line)은, 각각의 FSL의 특정 응용(application)에 적어도 부분적으로 기초하여 다양한 형태로 형성될 수 있다.
예를 들어, 도 3A를 참조하면, 바이플레나 FSL(300)은 선형 테이퍼된 폭을 가지는 바이플레나 도파관 전송 라인을 포함한다. 도 3A의 예시적인 실시예에서, 제1 도체(304)의 폭은 FSL(300)에 대하여 제1 종단(300c)에서 제2 종단(300d)로 선형적으로 감소하며, 제2 도체(306, 308) 각각의 폭은 FSL(300)에 대하여 제1 종단(300c)에서 제2 종단(300d)로 선형적으로 증가한다.
이제 도 3B를 참조하면, 바이플레나 FSL(330)은 기하급수적인 테이퍼된 폭의 실시예를 가지는 바이플레나 도파관 전송 라인을 포함한다. 본 명세서에서, 제1 도체(334)의 폭은 FSL(330)에 대하여 제1 종단(300c)에서 제2 종단(300d)로 기하급수적으로 감소하며, 제1 및 제2 도체(336, 338) 각각의 폭은 FSL(330)에 대하여 제1 종단(300c)에서 제2 종단(300d)로 기하급수적으로 증가한다.
이제 도 3C를 참조하면, 바이플레나 FSL(360)은 선형적으로 테이퍼된 폭의 다른 실시예를 가지는 바이플레나 도파관 전송 라인을 포함한다. 도 3C의 예시적인 실시예에서, 제1 도체(364)의 폭은 FSL(360)에 대하여 제1 종단(360c)에서 제2 종단(360d)로 선형적으로 감소하며, 제2 도체(366, 368) 각각의 폭은 FSL(360)에 대하여 제1 종단(360c)에서 제2 종단(360d)로 선형적으로 증가한다. 이러한 실시예에서, 2 개의 도체(366, 368)의 폭은 커지고(grow), 갭 폭(G)은 FSL(360)의 제2 종단(360d)에서 2 개의 제2 도체(366, 368)가 서로 접촉하는(touch) 지점까지 감소한다. 또한, 제1 도체(364)는 2 개의 제2 도체(366, 368)와 중첩될 수 있다. 이러한 경우에서, 제1 도체(364)는 2 개의 제2 도체(366, 368)의 중심(center)에 상대적으로 배치될 수 있다.
본 명세서에 설명된 바와 같은 테이퍼된 폭 바이플레나 도파관 전송 라인은, FSL의 디멘전(dimensions)(예를 들어, 길이), 각 FSL에 대한 전력 임계치 레벨, 삽입 손실 인자(insertion loss factor) 및/또는 감쇠 범위(attenuation range)에 적어도 부분적으로 기초하여 다양한 다른 형태로 형성될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 이러한 파라미터(parameters)의 조합(combination)은 최적의 테이퍼된 폭을 결정할 수 있다. 따라서, 테이퍼된 폭 바이플레나 도파관 전송 라인은 각각의 FSL의 특정 적용에 적어도 부분적으로 기초하여 설계 및 형성될 수 있고, 다음의 인자들 중 적어도 하나 또는 조합의 특정 요건을 충족할 수 있다: FSL의 디멘전(예를 들어, 길이), 전력 임계치 레벨, 삽입 손실 인자 및/또는 감쇠 범위.
이제 도 3D를 참조하면, FSL(390)의 상면도에 대한 상면도는, 복수의 세그먼트를 갖는 바이플레나 도파관 전송 구조의 테이퍼된 폭의 예시적인 일 실시예를 도시한다. 도 3D의 예시적인 실시예에서, G의 폭은 제1 종단(390c)에서 제2 종단(390d)로 FSL(300)의 길이를 따라 변화한다(varies)(여기서는 감소한다).
일 실시예에서, 제1 도체(394), 제2 도체(396, 398), 및 갭 폭(G)은 FSL(390)에 대해 제1 종단(390c)에서 제2 종단(390d)로 복수의 세그먼트 또는 부분으로 나누어질 수 있다. 제1 도체(394), 제2 도체(396, 398), 및 갭 폭(G)은 각각 제1 도체(394), 제2 도체(396, 398), 및 갭 폭(G)의 선행 또는 후속 세그먼트와 상이한 폭을 가질 수 있다. 제1 도체, 제2 도체, 및 갭에 대한 세그먼트는, 개별적으로 또는 서로 다른 결합으로 제1 도체, 제2 도체, 및 갭을 지칭할 수 있다.
예를 들어, 2 개의 제2 도체(396, 398) 간 제1 갭(gap)은 FSL(390)의 제1 세그먼트에서의 제1 길이(G1), FSL(390)의 제2 세그먼트에서의 제2 길이(G2), FSL(390)의 제3 세그먼트에서의 제3 길이(G3)를 가질 수 있다. 마지막으로, 갭 폭(G)는 FSL(390)의 제2 종단(390d)에서 G4로 감소할 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 종단(390d)에서의 갭 폭(G4)은 0일 수 있으므로, 2 개의 제2 도체(396, 398)는 제2 종단(390d)에서 서로 접촉할 수 있다.
2 개의 제2 도체(396, 398)의 폭은 동시에 변화할 수 있다. 즉, 2 개의 제2 도체(396, 398)의 폭은 FSL의 길이에 따라 일부 물리적 위치에서 변화할 수 있다. 2 개의 제2 도체(396, 398)는 각각 FSL(390)의 제1 세그먼트에서 폭 Wa1 및 Wb1을 가질 수 있다. 2 개의 제2 도체(396, 398)의 폭은 각각 제2 세그먼트에서 Wa2 및 Wb2로, 제3 세그먼트에서 Wa3 및 Wb3로 변화할 수 있다. 마지막으로, 2 개의 제2 도체(396, 398)의 폭은 FSL(390)의 제2 종단(390d)에서 Wa4 및 Wb4로 감소될 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이, 갭 폭(G)은 제1 종단(390c)에서 제2 종단(390d)로 FSL(390)의 길이를 따라 감소할 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 갭 폭(G)은 제1 종단(390c)에서 제2 종단(390d)로 FSL(390)의 길이를 따라 일정하게 유지될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 이러한 경우에, 제2 도체(396, 398)의 폭은 FSL(390)의 각 세그먼트에 대해 바람직한 특성 임피던스를 달성하기 위해 변화할 수 있다.
일부 실시예에서, 갭 폭(G)의 종단부(end portion)(399)(예를 들어, 출력 부분)은 일정하거나 또는 실질적으로 일정한 폭을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 3D에 도시된 바와 같이, 종단부(399)은 FSL(390)의 마지막 세그먼트에서 실질적으로 일정한 폭(G4)을 갖는다. 종단부(399)은, FSL(390)가 연결된(coupled) 장치(device) 또는 기기(instrument)에 적어도 부분적으로 기초하여 설계될 수 있다. 예를 들어, 일부 적용에서, FSL(390)은 로우 노이즈 증폭기(LNA: Low Noise Amplifier) 모듈(module)에 연결될 수 있고, 종단부(399)의 형상(shape) 및/또는 폭은 LNA(또는 FSL(390)이 연결되는 다른 유형의 장치)에 연결하도록 설계될 수 있다. 따라서, 종단부(399)의 디멘전, 형상 및/또는 폭은 FSL(390)과 연결되는 장치 또는 기기에 적어도 부분적으로 기초하여 선택될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
이제 도 4를 참조하면, 주파수 선택 리미터(FSL)(400)는 제1 자기 물질 기판(401), 신호 도체(402), 및 2 개의 접지 도체(403, 404)를 포함한다. 신호 도체는 제1 자기 물질(401)의 제1 표면(401a)에 배치되고, 2 개의 접지 도체(403, 404)는 제1 자기 물질(401)의 제2 표면(401b)에 배치된다. 신호 도체(402)와 2 개의 접지 도체(403, 404)는 바이플레나 도파관 전송 라인을 형성할 수 있다.
신호 도체는 테이퍼된 폭을 갖도록 형성되거나 달리 제공될 수 있다. 예를 들어, 신호 도체(402)의 폭은 제1 종단부터 제2 종단까지 FSL(400)의 길이를 따라 변화(예를 들어, 감소)될 수 있다. 동시에, 접지 도체의 폭은 FSL(400)의 길이에 따라 변화(예를 들어, 증가)될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 접지 도체(403, 404)의 폭은 FSL(400)의 길이에 따라 동일하게 유지될 수 있다.
2 개의 접지 도체(403, 404) 사이의 갭(400)(G)은 FSL(400)의 길이에 따라 감소될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 2 개의 접지 도체(403, 404) 사이의 갭(400)(G)은 FSL(400)의 제2 종단(예를 들어, 출력 부분)에서 0이 될 수 있으므로, 2 개의 접지 도체(403, 404)가 서로 접촉할 수 있다.
제2 자기 물질 기판(407)은 제1 자기 물질 기판(401)의 제2 표면(401b)에 배치될 수 있으며, 신호 도체(402)는 제1 자기 물질(401)과 제2 자기 물질(407) 사이에 배치(또는 샌드위치(sandwiched))될 수 있다. 이러한 실시예에서, 제2 자기 물질(407)은 제2 자기 물질(407)에 배치되는 도체를 갖지 않는다. 제2 자기 물질(407)의 목적은, 달리 공중에 있을 수 있는 바이플레나 도파관 전송 라인에 의해 유도되는(guided) RF 신호로부터 필드(fields)를 캡처하는(capture) 것이다. 상기 전송 라인은 실제로 필드를 생성하지 않지만, 필드의 특성을 정의할 수 있다. 제2 자기 물질은 달리 공중에 있을 수 있는 바이플레나 도파관 전송 라인에 의해 유도되는 필드를 캡처할 수 있다.
일 실시예에서, 제1 자기 물질(401) 및 제2 자기 물질(407)은 동일한 물질을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 제1 자기 물질(401) 및 제2 자기 물질(407)은 상이한 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 자기 물질은 PC YIG와 같은 상대적으로 더 적은(lower) 제조 비용을 지원하는 것일 수 있으며, 반면에 제2 구조는 얇은(thin) SC YIG 기판과 같은 금속화된 기판에 대한 더 큰 제조 과제(challenges)를 제시하는 것일 수 있다. 이러한 방식으로, SC YIG 물질의 더 높은 상대적 성능은 PC YIG 물질의 더 낮은 제조 복잡성과 결합될 수 있다. 또 다른 예는 CVG를 제2 기판으로 사용하는 것이며, 제1 물질에 사용되는 PC YIG 기판에 비해 더 높은 전력 임계치는 FSL의 동일한 세그먼트에서 2 개의 상이한 물질에 의해 동시에 제한될 수 있는 더 넓은 범위의 전력 레벨로 이어질 것이다.
이제 도 5를 참조하면, 주파수 선택 리미터(FSL)(500)는 제1 자기 물질 기판(501), 신호 도체(502), 및 2 개의 제1 접지 도체(503, 504)를 포함한다. 신호 도체(501)는 제1 자기 물질(501)의 제1표면(501a)에 배치되고, 2 개의 제1 접지 도체(503, 504)는 제1 자기 물질(501)의 제2 표면(501b)에 배치된다.
신호 도체는 테이퍼된 폭을 가지도록 형성되거나 달리 제공될 수 있다. 예를 들어, 신호 도체(502)의 폭은 제1 종단에서 제2 종단까지 FSL(500)의 길이를 따라 감소될 수 있다. 동시에, 제1 접지 도체(503, 504)의 폭은 FSL(500)의 길이에 따라 증가할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 제1 접지 도체(503, 504)의 폭은, FSL(500)의 길이에 따라 동일하게 유지될 수 있다.
2 개의 제1 접지 도체(503, 504) 사이의 갭(500)(G1)은 FSL(500)의 길이에 따라 감소될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 2 개의 제1 접지 도체(503, 504) 사이의 갭(500)(G1)은 FSL(500)의 제2 종단(예를 들어, 출력 부분)에서 또는 그 이전에 0이 될 수 있으므로, 2 개의 제1 접지 도체(503, 504)는 서로 접촉한다.
제1 자기 물질 기판(507)은 제1 자기 물질 기판(501)의 제2 표면(501b)에 배치될 수 있으며, 이러한 신호 도체(502)는 제1 자기 물질(501)과 제2 자기 물질(501) 사이에 배치(또는 샌드위치)될 수 있다. 2 개의 제2 접지 도체(508, 509)는 제2 자기 물질(507)의 제2 표면(501b)에 배치된다. 제2 접지 도체(508, 509)의 폭은 FSL(500)의 길이에 따라 변화(예를 들어, 증가)할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 제2 접지 도체(508, 509)의 폭은 FSL(500)의 길이에 따라 동일하게 유지될 수 있다. 2 개의 제2 접지 도체(508, 509) 사이의 갭(500)(G2)은 FSL(500)의 길이에 따라 변화(예를 들어, 감소)할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 2 개의 제2 접지 도체(508, 509) 사이의 갭(500)(G2)은 FSL(500)의 제2 종단(예를 들어, 출력 부분)에서 0이 될 수 있으므로, 2 개의 제2 접지 도체(508, 509)는 서로 접촉할 수 있다. 신호 도체(502), 제1 접지 도체(503, 504), 및 2 개의 제2 접지 도체(508, 509)는 트라이플레나 도파관 전송 라인(tri-planar waveguide transmission line)을 형성할 수 있다. 또한, 제2 자기 물질(507)은 달리 공중에 있을 수 있는 RF 신호로부터 필드를 캡처할 수 있다.
일 실시예에서, 제1 자기 물질(501) 및 제2 자기 물질(507)은 동일한 물질을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 제1 자기 물질(501) 및 제2 자기 물질(507)은 상이한 물질을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제1 접지 도체(504, 504) 및 제2 접지 도체(508, 509)는 동일한 물질을 포함할 수 있다. 대안적으로, 제1 접지 도체(504, 504) 및 제2 접지 도체(508, 509)는 상이한 물질을 포함할 수 있다.
이제 도 6을 참조하면, 캐스케이드(cascaded) FSL(600)은 제1 FSL(620) 및 제2 FSL(640)를 포함할 수 있으며, 제1 FSL(620)의 출력(620d)은 제2 FSL(640)의 입력(640c)에 연결된다. 일 실시예에서, 캐스케이드 FSL(600)은 도 1A의 FSL(100)와 동일하게, 또는 실질적으로 유사한 방식으로 동작하고 신호를 감쇠하도록 구성될 수 있지만, 캐스케이드 FSL(600)은 2 개 이상의 FSL을 포함할 수 있다(여기서는 두 개가 도시됨).
FSL(620, 640) 각각은 테이퍼된 폭을 갖는 바이플레나 도파관 전송 라인을 포함한다. 제1 FSL(620)은 제1 신호 도체(624)와 2 개의 제1 접지 평면 도체(626, 628)를 포함할 수 있다. 제1 신호 도체(624)는 제1 자기 물질 기판(621)의 제1 표면에 배치되고, 2 개의 접지 도체(626, 628)은 제1 자기 물질(621)의 제2 표면(미도시)에 배치된다. 신호 도체(624)와 2 개의 접지 도체(626, 628)는 바이플레나 도파관 전송 라인을 형성한다.
제1 FSL(620)은 FSL(620)의 길이를 따라 제1 종단(620c) 및 제2 종단(620d)를 가질 수 있다. 일 예시적인 실시예에서, 제1 종단(620c)는 제1 FSL(620)의 입력에 대응할 수 있고, 제2 종단(620d)은 FSL의 출력에 대응할 수 있다.
제1 신호 도체(624)는 테이퍼된 폭을 갖도록 형성되거나 달리 제공될 수 있다. 예를 들어, 제1 신호 도체(624)의 폭은 제1 종단(620c)에서 제2 종단(620d)로 FSL(620)의 길이를 따라 감소될 수 있다. 동시에, 제1 접지 도체(626, 628)의 폭은 제1 FSL(620)의 길이에 따라 증가할 수 있다.
2 개의 제2 도체(626 및 628) 사이의 갭(620)(G)은 FSL(620)의 길이에 따라 감소될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 갭(620)(G)은 FSL(620)의 제2 종단(620d)에서 또는 그 이전에 0이 될 수 있으므로, 2 개의 제1 접지 도체(626, 628)는 제2 종단(620d)에서 서로 접촉한다. 이에 따라, 2 개의 제2 접지 도체(626, 628)는 FSL(620)의 제2 종단(620d)에서 마이크로스트립 라인을 형성할 수 있다.
제1 신호(624)의 폭은 제1 FSL(620)의 길이를 따라 선형적 또는 기하급수적으로 감소될 수 있다. 또한, 제1 접지 도체(626, 628)의 폭은 제1 FSL(620)의 길이에 따라 선형적 또는 기하급수적으로 감소될 수 있다. 또한, 제1접지 도체(626, 628) 사이의 갭(620)(G)은 제1 FSL(620)의 길이에 따라 선형 또는 기하급수적으로 변화될 수 있다. 일 실시예에서, 접지 도체(626, 628)의 폭은 제1 접지 도체(626, 628) 사이의 갭(620)(G)에 적어도 부분적으로 기초하여 선택될 수 있다.
제2 FSL(640)은 제2 신호 도체(644)와 2 개의 제2 접지 평면 도체(646, 648)를 포함할 수 있다. 제2 신호 도체(644)는 제2 자기 물질 기판(641)의 제1 표면에 배치되고, 2 개의 제2 접지 도체(646, 648)은 제2 자기 물질(641)의 제2 표면(미도시)에 배치된다. 제1 신호 도체(644)와 2 개의 제2 도체(646, 648)는 바이플레나 도파관 전송 라인을 형성한다.
제2 FSL(640)은 FSL(640)의 길이를 따라 제1 종단(640c) 및 제2 종단(640d)를 가질 수 있다. 예시적인 실시예에서, 제1 종단(640c)는 제2 FSL(640)의 입력에 대응할 수 있고, 제2 종단(640d)는 FSL의 출력에 대응할 수 있다.
제2 도체는 테이퍼된 폭을 갖도록 형성되거나 달리 제공될 수 있다. 예를 들어, 제2 신호 도체(644)의 폭은 제1 종단(640c)에서 제2 종단(640d)로 FSL(640)의 길이를 따라 감소될 수 있다. 동시에, 제2 접지 도체(646, 648)의 폭은 제2 FSL(640)의 길이에 따라 증가할 수 있다.
2 개의 제2 도체(646 및 648) 사이의 갭(640)(G)는 FSL(640)의 길이에 따라 감소될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 갭(640)(G)는 FSL(640)의 제2 종단(640d)에서 또는 그 이전에 0이 될 수 있으므로, 2 개의 제2 접지 도체(646, 648)는 제2 종단(640d)에서 서로 접촉한다. 이에 따라, 2 개의 제2 접지 도체(646, 648)는 FSL(640)의 제2 종단(640d)에서 마이크로스트립 라인을 형성할 수 있다.
제2 신호(644)의 폭은 제2 FSL(640)의 길이를 따라 선형적 또는 기하급수적으로 감소될 수 있다. 제2 접지 도체(646, 648)의 폭은 또한 제2 FSL(640)의 길이에 따라 선형적 또는 기하급수적으로 감소될 수 있다. 또한, 제2접지 도체(646, 648) 사이의 갭(640)(G)은 제2 FSL(640)의 길이에 따라 선형적 또는 기하급수적으로 변화될 수 있다. 일 실시예에서, 접지 도체(646, 648)의 폭은 제2 접지 도체(646, 648) 사이의 갭(640)(G)에 적어도 부분적으로 기초하여 선택될 수 있다.
일 실시예에서, 제1 신호 도체(624) 및 제2 신호 도체(644)의 폭은 전력 임계치와 관련이 있을 수 있으므로, 제1 신호 도체(624) 및 제2 신호 도체(644)의 폭은 각각 FSL(620, 640)의 길이에 걸쳐 감소될 수 있다. 동시에, 제1 접지 도체(626, 628) 및 제2 접지 도체(646, 648) 사이의 갭(620G, 640G)가 감소될 수 있으므로, 신호 도체와 접지 도체의 결합으로부터 생성된 바이플레나 도파관 전송 라인은 50 옴(50-ohm)(50 Ω) 특성 임피던스를 유지한다. 이러한 방식으로, FSL 삽입 손실은 제1 도체의 최소 폭에 의해 결정되는 FSL 전력 임계치 미만의 신호에 대해 최소화된다.
일부 실시예에서, 제1 및 제2 FSL(620, 640)은 동일한 물질을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 제1 및 제2 FSL(620, 640)의 하나 이상의 부분은, 상이한 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 FSL(620)의 제1 자기 물질(621) 및 제2 FSL(640)의 제2 자기 물질(641)은 동일한 물질을 포함할 수 있다. 대안적으로, 제1 FSL(620)의 제1 자기 물질(621) 및 제2 FSL(640)의 제2 자기 물질(641)은 상이한 물질을 포함할 수 있다.
제1 및 제2 자기 물질(621, 641)은 이트륨 철 가닛(YIG)과 같은 강자성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 자기 물질(621, 641)은 단일 결정(SC) YIG, 다결정(PC) YIG, 육방정계 페라이트, 또는 다양한 도핑된 YIG 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 대안적으로, 제1 및 제2 자기 물질(621, 641)은 또한 칼슘 바나듐 가닛(CVG), 리튬 페라이트 또는 니켈 징크 페라이트일 수 있다.
예시적인 실시예에서, 제1 FSL(620)은 PC-YIG 자기 물질을 갖도록 형성될 수 있고, 제2 FSL(640)은 각각 SC-YIG 자기 물질을 갖도록 형성될 수 있다. PC-YIG 및 SC-YIG는 서로 다른 전력 임계치를 가지므로, 제1 및 제2 FSL(620, 640)의 디멘전(dimensions)는 이러한 상이한 특성과, 캐스케이드 FSL(600) 내 각각의 위치(position)(예를 들어, 처음, 중간, 마지막)의 적어도 일부에 기초하여 달라질 수 있다. 예를 들어, 입력 (620c)에서 출력(620d)까지 측정된 제1 FSL(620)의 길이는 입력(640c)에서 출력(640d)까지 측정된 제2 FSL(640)의 길이와는 다를 수 있다(더 클 수 있거나, 더 작을 수 있다).
신호 도체(624, 644) 및 접지 평면 도체(626, 628, 646, 648)의 디멘전은, 제1 및 제2 자기 물질(621, 641)의 상이한 특성과, 캐스케이드 FSL(600) 내 각각의 위치(예를 들어, 처음, 중간, 마지막)의 적어도 일부에 기초하여 다를 수 있다. 예를 들어, 제2 FSL(640)의 제1 종단(즉, 입력)(640c)에서 제2 신호 도체(644)의 제1 폭(644w1)은, 제1 FSL(620)의 제2 종단(즉, 출력)(620d)에서 제1 신호 도체(624)의 제2 폭(624w2)과, SC-YIG 물질의 특성에 부분적으로 기초하여 선택될 수 있다. 일부 실시예에서, 입력(640c)에서 제2 신호 도체(644)의 제1 폭(644w1)은 출력(620c)에서 제1 신호 도체(624)의 제2 폭(624w2)보다 클 수 있다. 다른 실시예에서, 입력(640c)에서 제2 신호 도체(644)의 제1 폭(644w1)은 출력(620c)에서 제1 신호 도체(624)의 제2 폭(624w2)과 동일하거나 또는 더 작을 수 있다.
일부 실시예에서, 제1 및 제2 FSL(620, 640)의 디멘전(예를 들어, 길이, 폭)는 동일할 수 있다. 다른 실시예에서, 제1 FSL(620)의 하나 이상의 디멘전은 제2 FSL(640)의 하나 이상의 디멘전과 다를 수 있다. 예를 들어, 제1 FSL(620)의 총 길이(total length)는 제2 FSL(640)의 총 길이보다 크거나 또는 작을 수 있다.
일 실시예에서, SC-YIG 물질은 PC-YIG 물질보다 더 비쌀 수 있다. 따라서, SC-YIG 물질만 사용하는 것과 대조적으로 SC-YIG 물질 및 PC-YIG 물질의 조합과 같은 물질의 조합을 이용하여 캐스케이드 FSL(600)을 형성함으로써 비용 이점이 달성될 수 있다. 예를 들어, 캐스케이드 FSL(600)의 부분은 저렴한 PC-YIG 물질(여기서는 제1 FSL)을 사용하여 형성될 수 있으며, 이에 따라 더 비싼 SC-YIG 물질을 적게 사용하면서, 캐스케이드 FSL(600)의 원하는 성능(예를 들어, 신호 감쇠)을 달성한다.
도 6은 2 개의 FSL을 갖는 캐스케이드 FSL(600)을 도시하지만, 다른 실시예에서, 캐스케이드 FSL은 2 개 이상의 FSL을 포함할 수 있다는 것 이해해야 한다. 도 6에서 캐스케이드 FSL이 2 개의 바이플레나 FSL을 포함하지만, 일부 실시예에서, 캐스케이드 FSL(600)은 바이플레나 FSL(biplanar FSL) 및 코플레나 FSL(coplanar FSL)의 조합을 포함할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 같은 방식으로, 캐스케이드 FSL(600)은 도 5에 기술된 바이플레나 FSL 및 트라이플레나 FSL(tri-planar FSL)의 조합을 포함할 수 있다.
본 명세서에 제안된 바이플레나 테이퍼된 라인 FSL은 물질 엔지니어링(material engineering)을 변경할 필요 없이 기존 FSL에 비해 성능이 크게 향상될 수 있다. 신호 도체와 접지 도체에 대한 테이퍼링 비율(ratio of tapering)을 설계하여, 장치의 길이를 따라 제한된 신호 전력과 전력 임계치를 매칭함으로써, FSL의 각 부분은, 작은 신호에 대한 상대적으로 낮은 삽입 손실로, 높게 감쇠된(이상적으로 최대로 감쇠된) 전력 레벨이 제공될 수 있으면서, 동시에 FSL의 오버드라이빙 부분(overdriving portions)이 감소되는(그리고 이상적으로 최소화되거나 심지어 제거되는) 것을 보장할 수 있다. 이러한 구조는 기존의 테이퍼된 및 언테이퍼된(un-tapered) FSL 설계에 비해 노치 필터 품질 팩터(notch filter quality factor)를 증가시킬 뿐만 아니라, 삽입 손실 및 전체 전력 임계치를 개선할 수 있다. 2 개의 평면에서 라인(line)을 형성함으로써, RF H-필드(RF H-field)는 더 낮은(lower) 정자기표면파(MSW: Magnetostatic Surface Wave) 및 전력 임계치 분산(power threshold dispersion)이 멀티 옥타브 동작(multi-octave operation)을 지원하는(supports) 병렬 DC H-필드 바이어싱(parallel DC H-field biasing)과 가장 호환되도록(compatible) 엔지니어링될(engineered) 수 있다. 또한, 제안된 바이플레나 테이퍼된 라인 솔루션(solution)은, 동일한 FSL 컴포넌트(component) 내에서 복수의 유형(multiple types)의 페라이트 물질을 활용하는 하이브리드 어셈블리(hybrid assemblies)를 포함하여 모든 형태의 FSL 물질과 호환될 수 있다.
더욱 자세하게, 코플레나 도파관(CPW: CoPlanar Waveguide) 테이퍼된 FSL와는 달리, 바이플레나 FSL은 마이크로스트립 라인으로 볼 수 있는 것과 유사한 더 강한 병렬 컴포넌트를 가지는 RF H-필드를 유지하며, 따라서, 바이플레나 FSL은 병렬 바이어싱(parallel biasing)이 사용될 수 있다. 병렬 바이어싱은 광범위한 대역폭 동작으로 이어지며, 이는 MSW에 대한 바람직하지 않은 손실이 발생하는 주파수 대역폭을 최소화하거나 제거하기 때문이고, 그리고 전력 임계치 분산이 이전 CPW 테이퍼된 FSL이 요구하는 수직 바이어싱(perpendicular biasing)에 비해 감소되기 때문이다.
본 특허의 대상이 되는 다양한 개념, 구조 및 기술을 제공하는 바람직한 실시예를 설명하였으며, 이러한 개념, 구조 및 기술을 포함하는 다른 실시예가 사용될 수 있다는 것이 이제 명백해질 것이다. 따라서, 본 특허의 범위는 기술된 실시예에 한정되어서는 안 되며, 오히려 다음의 청구항의 사상과 범위로만 제한되어야 한다고 제안된다.
따라서, 다른 실시예는 다음의 청구항의 범위 내에 있다.

Claims (29)

  1. 주파수 선택 리미터(FSL: Frequency Selective Limiter)에 있어서,
    대향하는 제1 및 제2 표면(first and second opposing surfaces)을 갖는 제1 자기 물질(magnetic material);
    상기 제1 자기 물질의 상기 제1 표면에 배치된 제1 도체 - 상기 제1 도체의 폭은, 상기 FSL의 길이를 따라 상기 FSL의 제1 종단(end)로부터 상기 FSL의 제2 종단으로 감소함 -; 및
    상기 제1 자기 물질의 상기 제2 표면에 배치된 2 개의 제2 도체 - 2 개의 상기 제2 도체 간 갭(gap)의 폭은, 상기 FSL의 길이를 따라 상기 FSL의 상기 제1 종단으로부터 상기 FSL의 상기 제2 종단으로 감소함 -
    를 포함하는,
    주파수 선택 리미터.
  2. 제1항에 있어서,
    2 개의 상기 제2 도체 간 상기 갭 폭은,
    상기 FSL의 상기 제2 종단에서 또는 상기 제2 종단 이전에(before) 0이 되는,
    주파수 선택 리미터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 도체는,
    상기 FSL에 대한 신호 도체(signal conductor)에 대응하는,
    주파수 선택 리미터.
  4. 제1항에 있어서,
    2 개의 상기 제2 도체는, 상기 FSL에 대한 접지 평면 도체(ground plane conductors)에 대응하고,
    상기 제1 도체는, 2 개의 상기 제2 도체의 상대적으로(relatively) 중심에 위치되는,
    주파수 선택 리미터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 도체의 폭은,
    상기 FSL의 길이에 따라 기하급수적으로(exponentially) 감소하는,
    주파수 선택 리미터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 도체의 폭은,
    상기 FSL의 길이에 따라 선형적으로(linearly) 감소하는,
    주파수 선택 리미터.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 도체의 폭 또는 2 개의 상기 제2 도체 간 상기 갭 폭에서의 변화에 대해 하나 이상의 상이한 특성을 갖는 복수의 세그먼트(multiple segments)
    를 더 포함하는,
    주파수 선택 리미터.
  8. 제7항에 있어서,
    각각의 세그먼트에 대한 상기 폭에서의 변화에 대한 상기 특성은,
    하나 이상의 선행 세그먼트(preceding segments)의 감쇠 인자(attenuation factor), 또는 상기 하나 이상의 선행 세그먼트의 전력 임계치(power threshold)에 따라 결정되는,
    주파수 선택 리미터.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 세그먼트 각각은 50 Ω 전송 라인(transmission line)을 형성하고,
    상기 FSL은, 상기 FSL의 길이를 따라 일정한(constant) 특성 임피던스(constant characteristic impedance)를 갖는,
    주파수 선택 리미터.
  10. 제7항에 있어서,
    각각의 세그먼트의 상기 전력 임계치는 상기 FSL의 길이에 따라 감소하는,
    주파수 선택 리미터.
  11. 제7항에 있어서,
    각각의 세그먼트는 상기 FSL에 입사하는 신호에 동일한 레벨의 감쇠를 제공하는,
    주파수 선택 리미터.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1 도체 및 2 개의 상기 제2 도체는 동일한 물질을 포함하는,
    주파수 선택 리미터.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제1 도체 및 2 개의 상기 제2 도체는 상이한 물질을 포함하는,
    주파수 선택 리미터.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 신호 도체 상에 배치된 제2 자기 물질
    을 더 포함하고,
    상기 신호 도체는 상기 제1 자기 물질과 상기 제2 자기 물질 사이에 배치되는,
    주파수 선택 리미터.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 자기 물질과 상기 제2 자기 물질은 동일한 물질을 포함하는,
    주파수 선택 리미터.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 제1 자기 물질과 상기 제2 자기 물질은 상이한 물질을 포함하는,
    주파수 선택 리미터.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 제2 자기 물질의 표면에 2 개의 제2 접지 도체
    를 더 포함하고,
    2 개의 상기 제2 접지 도체 간 갭 폭은,
    상기 FSL의 길이를 따라 상기 FSL의 상기 제1 종단으로부터 상기 FSL의 상기 제2 종단으로 감소하는,
    주파수 선택 리미터.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제1 접지 도체와 상기 제2 접지 도체는 동일한 물질을 포함하는,
    주파수 선택 리미터.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 제1 접지 도체와 상기 제2 접지 도체는 상이한 물질을 포함하는,
    주파수 선택 리미터.
  20. 주파수 선택 리미터(FSL: Frequency Selective Limiter)를 형성하기 위한 방법에 있어서,
    대향하는 제1 및 제2 표면(first and second opposing surfaces)을 갖는 자기 물질을 제공하는 단계;
    상기 자기 물질의 상기 제1 표면에 제1 도체를 배치하는 단계 - 상기 제1 도체의 폭은, 상기 FSL의 길이를 따라 상기 FSL의 제1 종단(end)로부터 상기 FSL의 제2 종단으로 감소함 - ; 및
    상기 자기 물질의 상기 제2 표면에 2 개의 제2 도체를 배치하는 단계
    를 포함하고,
    2 개의 상기 제2 도체 간 갭(gap)의 폭은,
    상기 FSL의 길이를 따라 상기 FSL의 상기 제1 종단으로부터 상기 FSL의 상기 제2 종단으로 감소하는,
    방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 2 개의 제2 도체 간 상기 갭 폭은,
    상기 FSL의 상기 제2 종단에서 또는 상기 제2 종단 이전에 0이 되는,
    방법.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 제1 도체는 상기 FSL에 대한 신호 도체에 대응하고,
    2 개의 상기 제2 도체는 상기 FSL에 대한 접지 평면 도체(ground plane conductors)에 대응하고,
    상기 제1 도체의 중심선(centerline)은 상기 2 개의 제2 도체의 근접 모서리(proximate edges) 사이의 중간점(midpoint)을 따라 배치된,
    방법.
  23. 제20항에 있어서,
    상기 제1 도체의 폭은 상기 FSL의 길이에 따라 기하급수적으로 감소하는,
    방법.
  24. 제20항에 있어서,
    상기 제1 도체의 폭은 상기 FSL의 길이에 따라 선형적으로 감소하는,
    방법.
  25. 제1 주파수 선택 리미터(FSL: Frequency Selective Limiter); 및
    제2 주파수 선택 리미터(FSL)
    를 포함하고,
    상기 제1 FSL은,
    대향하는 제1 및 제2 표면(first and second opposing surfaces)을 갖는 제1 자기 물질;
    상기 제1 자기 물질의 상기 제1 표면에 배치된 제1 신호 도체 - 상기 제1 신호 도체의 폭은, 상기 제1 FSL의 길이를 따라 상기 제1 FSL의 제1 종단(end)로부터 상기 제1 FSL의 제2 종단으로 감소함 - ; 및
    상기 제1 자기 물질의 상기 제2 표면에 배치된 2 개의 제1 접지 도체(ground conductors) - 2 개의 상기 제1 접지 도체 간 갭(gap)의 폭은, 상기 제1 FSL의 길이를 따라 상기 제1 FSL의 상기 제1 종단으로부터 상기 제1 FSL의 상기 제2 종단으로 감소함 -
    를 포함하고,
    상기 제2 FSL은,
    대향하는 제1 및 제2 표면을 갖는 제2 자기 물질;
    상기 제2 자기 물질의 상기 제1 표면에 배치된 제2 신호 도체 - 상기 제2 신호 도체의 폭은, 상기 제2 FSL의 길이를 따라 상기 제2 FSL의 제1 종단으로부터 상기 제2 FSL의 제2 종단으로 감소함 - ; 및
    상기 제2 자기 물질의 상기 제2 표면에 배치된 2 개의 제2 접지 도체 - 2 개의 상기 제2 접지 도체 간 갭 폭은, 상기 제2 FSL의 길이를 따라 상기 제2 FSL의 상기 제1 종단으로부터 상기 제2 FSL의 상기 제2 종단으로 감소함 -
    를 포함하고,
    상기 제1 FSL의 출력은 상기 제2 FSL의 입력에 연결된,
    캐스케이드 주파수 선택 리미터 시스템(cascaded frequency selective limiter system).
  26. 제25항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 자기 물질은 동일한 물질을 포함하는,
    캐스케이드 주파수 선택 리미터 시스템.
  27. 제25항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 자기 물질은 상이한 물질을 포함하는,
    캐스케이드 주파수 선택 리미터 시스템.
  28. 제25항에 있어서,
    상기 제1 또는 제2 FSL 중 어느(any) FSL은 코플레나(coplanar) FSL인,
    캐스케이드 주파수 선택 리미터 시스템.
  29. 제1항에 있어서,
    2 개의 상기 제2 도체 간 상기 갭 폭은 상기 FSL의 길이에 따라 일정하게 유지되는,
    주파수 선택 리미터.


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