KR920004329B1 - 공명흡수형 마이크로스트립 라인 절연체 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

공명흡수형 마이크로스트립 라인 절연체
제 1a 내지 1f 도는 다양한 종래의 절연체를 도시한 개략도.
제 2a 도는 마이크로스트립 라인의 전자기장 분포를 도시한 개략사시도.
제 2b 도는 마이크로스트립 라인의 전자기장 분포를 도시한 개략평면도.
제 3 도는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 절연체를 도시한 단면도.
제 4 도는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 절연체를 도시한 단면도.
제 5 도는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 절연체를 도시한 단면도.
제 6 도는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 절연체를 도시한 단면도.
제 7 도는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 절연체를 도시한 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 마이크로파 페라이트부재(자기부재) 2 : 흡수체
2a : 더미로드 3 : 장방형도파관
3a : 원형도파관 4a : 중앙도체
5 : 기저도체 7 : 전기력선
8 : 자기력선 9 : 영구자석
본 발명은 초단파, 극초단파 및 마이크로파의 범위에서 사용할 수 있는 작고 값싼 절연체에 관한 것이다.
마이크로파 장치의 불가결한 부품으로서 절연체은 높은 전력에서 트랜지스터의 보호층간 정합, 불필요한 방상의 제거등의 목적을 위하여, 마이크로파 적용의 넓은 범위에서 널리 사용된다. 최근에는 다른 마이크로파 소자들의 극단적 소형화로 인하여, 절연체는 대부분의 마이크로파 장치에 있어서 다른 소자들에 비해 상당히 큰 공간을 점하게 되었다. 예로서, 어떤 마이크로파 장치에서는 공간의 몇십 퍼센트를 절연체가 점한다. 더구나, 대부분의 마이크로파 장치의 원가의 상당한 퍼센트가 절연체에 기인한다. 따라서, 절연체의 소형화 및 원자 절하의 요구가 증가한다.
일반적으로, 여러가지 형태의 절연체가 이미 제 1 도에 도시된 바와같이 알려졌다(예로서, 코니쉬등의 "페라이트를 사용한 최신 마이크로파 회로기술" 전자통신학회(Electronic Communicatinus Association) 페이지 70 내지 104, 1969년). 제 1a 내지 1f 도 전체에서 대응부분에 동일한 도면부호를 부여했다. 특히, 제 1a 도는 원형도파관(3a)내에서의 파라데이효과를 사용한 절연체를 도시한다. 제 1b 도는 장방형도파관(3) 전기장의 변화가 이용되는 절연체를 도시한다. 제 1c 도는 페라이트 슬립(1)의 모서리 모드가 사용되는 하나의 절연체를 도시한다. 제 1d 도는 통상의 접속 서어큘레이터(11)의 일단에 더미로드(2a)를 접속한 절연체를 도시한다. 제 1e 도는 공명흡수를 위해 장방형도파관(3)에서 원편파의 부분에 페라이트부재(1)를 위치한 절연체를 도시한다. 제 1f 도는 공명흡수를 위해서 원편파를 발생시키기 위한 마이크로스트립 라인을 구비하는 절연체를 도시한다.
처음으로, 제 1a 도 내지 제 1d 도에 도시된 네절연체에서 흡수체(2) 또는 더미로드(2a)가 후방으로 전파되는 마이크로파의 에너지흡수를 위해 구비된다. 그 다음, 제 1e 도 및 제 1f 도에 도시된 공명흡수형 절연체의 경우에는, 마이크로파 페라이트부재(1) 자체가 마이크로파 흡수체로서 작용한다. 제 1a 도 내지 제 1f 도에서, (1)은 마이크로파에 적절한 소프트 페라이트부재를, (2)는 마이크로파 흡수체, (2a)는 더미로드, (3)는 장방형도판관, (3a)는 원형도파관, (4)는 마이크로스트립 라인의 중앙도체, (5)는 마이크로스트립의 기저도체, (6)은 부도체부재, 그리고 Hext는 외측 자기장을 도시한다.
절연체를 소형화시키기 위해, 부품의 수가 적으면 적을수록, 기술적인 특성은 더욱 커진다. 이런 관점에서, 마이크로파 흡수체를 필요로 하지 않는 공명흡수형 절연체가 더욱 적절하다. 그러나, 절연체의 그런 형태는 현재 널리 사용되지 않는다. 그 이유는 분명치 않으나 공명흡수를 위해 원편파를 여기시키는 수단이 복잡하고 부품수가 감소되지 않기 때문이다. 다른 이유는 공명과 같은 비선형 현상을 적극적으로 이용면, 마이크로파 장치에 바람직하지 않은 고주파의 발생을 피할 수 없기 때문이다.
따라서 본 발명의 목적은 상기 종래의 공명흡수형 절연체의 문제를 극복하여 경계적인 작은 절연체를 제공하는 것이다.
이 목적을 성취하기 위해 본 발명에 따른 절연체는 기저도체, 기저도체상에 제공된 자기부재, 자기부재상에 제공된 중앙도체를 포함하며 중앙도체의 양측상의 자기부재의 부분이 반대로 자화되는 것을 제공한다. 자기부재는 적어도 두개의 자기부재와 적어도 하나의 비자기 부도체부재로 구성된 복합부재로 대치될 수 있으며, 또한 절연체의 세밀화를 달성하기 위해 중심 절연체는 민더링(meandering) 형태일 수도 있다.
본 발명을 첨부된 도면을 참고하여 자세히 설명하겠다.
제 2 도는 본 발명의 기본원리를 설명하기 위하여 부도체부재를 갖는 마이크로스트립 라인의 전자기장 분포를 도시하였다. 일반적으로, 마이크로스트립에서 전파되는 마이크로파는 TEM형태이고, 중앙도체(4)의 근처인 전기력선(7)과 자기력선(8)은 마이크로파 전파방향에 수직한다. 그러나, 자기력선(8)이 폐쇄된 것이기때문에 제 2a 도에 도시되었듯이 전자기장이 최대인 지점에서 루프형태를 취한다. 이것은 마이크로파 자기장의 원편파성분은 마이크로스트립 라인의 중앙도체(4) 주변으로 분포되는 것을 의미한다. 그러나, 제 1e 도에 도시된 장방형도파관(3)과 동일하지 않게 원편파영역은 국부적으로 존재하지 않는다.
따라서, 마이크로파가 제 2b 도상에서 전파되면, 왼쪽 측면상에는 시계방향의 원편파성분이, 오른쪽 측면상에는 반시계 방향의 원편파성분이 존재한다.
제 3a 도는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 공명흡수성 마이크로스트립 라인 절연체의 원리를 도시하며, 이것은 제 2 도에 도시된 마이크로스트립 라인의 전자기장 분포에 기초하였다. 제 3 도의, 절연체는 제 2 도의 부도체부재(6) 대신에 자기부재(1)인 마이크로파 페라이트부재를 구비한다. 또한, 중앙도체(4)의 양측면상의 페라이트부분은 한쌍의 영구자석(9)으로 반대 방향극으로 자화되었다. 이러한 구조로 인해, 자기장 Hext가 페로마그네틱 공명으로 공명지점에 가해지면, 제 3 도에서 도시된 페이퍼면으로 부터 올라오는 것과 같이 마이크로파를 전파하는 에너지는 마이크로파 페라이트부재(1)에 의해 흡수되게 된다. 반면에, 이것이 페이퍼면 안으로 수직하여 가라앉도록 마이크로파를 전파하는 마이크로파는 흡수되지 않게 된다. 따라서 이 구조는 절연체로서 작동하게 된다.
제 3 도에서, 마이크로파 페라이트부재(1)는 마이크로파의 자기력선이 원형파형상이 아닌 영역까지 연장하기 때문에, 전방으로 절연체를 통과하는 마이크로파의 손실 즉, 삽입손실은 다소 증가된다.
제 4 도는 상기 문제점을 보완하는 본 발명의 다른 실시예를 도시한다. 이 절연체에 있어서, 대체로 원형 성분이 없는 중앙도체(4) 바로 아래에 있는 자기부재의 일부는 부도체부재(6)에 의해 대체된다. 자기부재(1)의 외측부는 다른 부도체(6)에 의해 또한 대체되지만 이는 항상 필요한 것은 아니다.
그러므로 최소한 두개의 자기부재(1) 및 최소한 한개의 부도체부재(6)로 구성되는 합성부재를 사용함으로써 공명흡수형 절연체의 삽입손실은 많이 감소된다. 더우기, 복합부재는 제 4 도에 도시된 자기부재 및 부도체부재의 측면 배열과는 달리 자기부재 및 비자기 부도체부재를 수직하게 오버래핑함으로써 구성될 수 있는데 이는 제 3 도에 도시된 본 발명의 원리를 변화시키지 않고도 가능하다.
후방에서 필요한 수준의 손실을 얻기 위해 제 3 도 및 제 4 도에 도시된 절연체는 비교적 큰 치수를 필요로 한다. 왜냐하면 마이크로스트립 라인의 에너지 분배가 중앙도체(4) 바로 아래에서 거의 집중되기 때문인데 이는 마이크로파 페라이트부재(1)와 그곳을 통해 전파되는 마이크로파의 전자기 에너지의 강한 결합이 성취될 수 없는 것을 의미한다. 강한 결합을 얻기 위해서 마이크로스트립 라인은 길게 만들어져야 한다. 그러나, 이는 절연체의 소형화를 어렵게 한다.
제 5 도는 상기 문제를 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예를 도시하며, 중앙도체(4a)는 꾸불꾸불한 형상(meandering)으로 되어서 실효길이가 길다. 제 5 도에서, 꾸불꾸불한 중앙도체(4a)는 두지점에서 굽어 있으나, 언제든지 굽을 수 있음을 주목해야 한다. 제 5 도에서, 네개의 자기부재(1)와 다섯개의 비자기 부도체부재(6)가 복합된다. 중앙도체(4a)의 굽힘 수가 증가함에 따라, 자기부재(1)와 비자기 부도체부재(6)의 수효도 따라서 증가한다. 중앙도체(4a)의 굽힘 피치와, 자기부재(1)와 비자기 부도체부재(6)로된 합성부재의 피치는 동일하며, 한편 중앙도체(4a)가 비자기 부도체부재(6) 상에만 연장해야 한다는 필요사항을 항상 만족하고 있다. 제 5 도에서, 중앙도체(4a)의 굽힘부분은 복합부재로부터 부분적으로 연장하지만 필요하다면 임피던스 매칭을 위해 그 아래에 비자기 부도체부재를 둘 수 있다.
제 6 도는 본 발명의 또 다른 실시예를 도시하며, 제 3 도 및 제 4 도에 도시된 마이크로파 페라이트부재(1)가 자화되어 있다. 영구자석(9)이 중앙도체(4)에 인접 위치되어 있기 때문에 금속성자석이어서는 안되는데, 만일 금속성자석이라면 전자기장 모드가 악화되기 때문이다. 따라서, 본 실시예에서는 페라이트자석이 영구자석(9)으로 사용된다. 또한, 본 실시예에서는 제 3 도 및 제 4 도에서 처럼 기저도체(5) 아래에 영구자석(9)을 사용하지 않고 기저도체(5a)로서 연자성 재료를 사용한다. 이런 구조에 의해, 절연체를 얇게 할 수 있으며, 영구자석(9)의 이미지가 전기영상에 의해 기저도체(5a) 아래에 나타나기 때문에 그 절연체의 특성의 악화를 방지할 수 있다. 일반적으로 연자성재료는 그다지 높은 전기전도성을 갖지 않으므로 기저도체(5a)는 금, 은 혹은 동으로 도금하는 것이 바람직하다. 게다가, 얇은 도체를 기저도체(5a)와 복합부재사이에 끼워서 동일한 효과를 성취할 수 있다.
영구자석(9)은 중앙도체(4)에 가까운 면과 맞은편 면에는 자기 폭을 가지고 있으며, 이 자기극은 자장(Hext)을 약화시키는 작용을 한다. 이것을 피하기 위해 본 실시예에서는 연자성요크(10)가 영구자석(9)의 상단부에 장착된다. 이 구조에 의해 영구자석(9)의 자기극은 확실히 없어진다.
제 7 도는 본 발명의 또 다른 실시예가 도시되어 있으며, 민더링형의 중앙도체(4a)는 다수의 자기부재(1)와 교대로 배열된 다수의 비자석 부도체부재로 이루어진 합성부재상에 위치되어 있다. 이 경우에 있어서, 마이크로파 페라이트 자기부재(1)는 다수의 자기극을 갖는 페라이트자석(9a)으로 자화된다. 이 실시예에서도, 영구자석(9a)의 자기극의 피치는 중앙도체(4a)의 굴곡된 피치와 복합부재의 피치와 같다. 또한, 기저도체(5a)는 마찬가지로 연자성 재료로 만들어질 수 있다.
제 7 도에 도시된 구조에서, 5GHz의 공진흡수력을 갖는 마이크로스트립 라인 절연체를 제공하고 절연체의 크기가 약 0.5㎝×0.5㎝일때 삽입 손실이 3㏈이고, 역방향 손실은 10㏈이다. 따라서, 본 발명에 의해 아주 소형의 절연체가 성취될 수 있다.
자기부재를 위해 사용되는 자기재료에 대해서, 마이크로파 소프트 페라이트가 설명되었지만, 주로 Y2O3와 Fe2O3(YIG)로 구성된 석류석형 자석재료가 또한 사용될 수 있다는 점을 주목해야 한다.
본 발명은 도면을 참조로 설명되었지만, 여기에 한정되지 않고 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 변경이 가능하다.

Claims (10)

  1. 기저도체(5)와, 상기 기저도체(5)상에 제공된 마이크로파 페라이트부재(1)와, 상기 마이크로파 페라이트부재(1)상에 제공된 중앙도체(4)를 구비하는 공명흡수형 마이크로스트립 라인 절연체에 있어서, 한쌍의 영구자석(9, 9)이 마이크로파 페라이트부재(1)와 직면하는 상기 영구자석(9, 9)의 양자극을 상기 중앙도체(4)의 양측면에 배치시키므로 상기 중앙도체(4)의 양측에 있는 상기 마이크로파 페라이트부재(1)의 부분은 정반대 방향으로 자화되므로써, 한 방향으로 전파하는 마이크로파는 공명에 의해 흡수되고 반대방향으로 전파하는 마이크로되는 흡수되지 않는 것을 특징으로 하는 공명흡수형 마이크로스트립 라인 절연체.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 영구자석이 페라이트자석인 것을 특징으로 하는 공명흡수형 마이크로스트립라인 절연체.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 마이크로파 페라이트부재(1)는 주로 Y2O3와 Fe2O3로 구성된 석류석형 자성물질로 제조된 것을 특징으로 하는 공명흡수형 마이크로스트립 라인 절연체.
  4. 연자기 기저도체와, 연자성 기저도체에 교대로 배열되어 위치된 적어도 두개의 마이크로파 페라이트부재와 적어도 하나의 비자기 부도체 부재를 포함하는 복합부재와, 상기 복합부재의 비자기 부도체 부재상에 제공된 중앙도체와 상기 마이크로파 페라이트부재위에 배치된 영구자석을 포함하는 공명흡수형 마이크로스트립 라인 절연체에 있어서, 상기 영구자석은 중앙도체의 양측상의 마이크로파 페라이트부재의 부분이 반대방향으로 수직으로 자화되도록 배열된 교대로 반대로 놓인 다수의 자기극을 가지므로, 한 방향으로 전파하는 마이크로파는 공명에 의해 흡수되고 다른 방향으로 전파하는 마이크로파는 흡수되지 않는 것을 특징으로 하는 공명흡수형 마이크로스트립 라인 절연체.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 중앙도체는 민더링(meandering)형인 것을 특징으로 하는 공명흡수형 마이크로스트립 라인 절연체.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 마이크로파 페라이트부재(1)는 주로 Y2O3와 Fe2O3로 구성된 석류석형 자성물질로 제조된 것을 특징으로 하는 공명흡수형 마이크로스트립 라인 절연체.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 영구자석이 페라이트자석인 것을 특징으로 하는 공명흡수형 마이크로스트립 라인 절연체.
  8. 기저도체와, 상기 기저도체상에 제공된 마이크로파 페라이트부재와, 상기 마이크로파 페라이트부재상에 제공된 중앙도체를 포함하는 공명흡수형 마이크로스트립 라인 절연체에 있어서, 두쌍의 영구자석은 상기 중앙도체상의 양측상에 있는 마이크로파 페라이트부재의 부분이 반대 방향으로 수직으로 자화되도록 상기 중앙도체의 양측에 배치되므로, 한 방향으로 전파하는 마이크로파는 흡수되지 않는 것을 특징으로 하는 공명흡수형 마이크로스트립 라인 절연체.
  9. 기저도체와, 두 마이크로파 페라이트부재사이의 비자기 페라이트부재를 포함하며 상기 기저도체상에 배치된 복합부재와, 상기 비자기 부도체상에 제공된 중앙도체와, 상기 마이크로파 페라이트부재와 직면하는 상기 영구자석의 양 자기극을 상기 중앙도체의 양측에 배치시킨 한쌍의 영구자석을 포함하는 공명흡수형 마이크로스트립 라인 절연체에 있어서, 상기 중앙도체의 양측상에 있는 상기 마이크로파 페라이트부재가 반대 방향으로 수직으로 자화되므로, 한 방향으로 전파하는 마이크로파는 공명에 의해 흡수되고 반대 방향으로 전파하는 마이크로파는 흡수되지 않는 것을 특징으로 하는 공명흡수형 마이크로스트립 라인 절연체.
  10. 연자성 기저도체와, 연자성 기저도체상에 배치되고 적어도 하나의 비자기 부도체부재와 교대로 배열된 적어도 두개의 마이크로파 페라이트부재를 포함하는 복합재료와, 상기 복합재료의 상기 비자기 부도체 부재상에 제공된 중앙부재와, 상기 마이크로파 페라이트부재위에 제각기 배치된 적어도 두 영구자석을 포함하는 공명흡수형 마이크로스트립 라인 절연체에 있어서, 상기 영구자석은 상기 중앙도체의 양측상에 있는 마이크로파 페라이트부재의 부분이 반대 방향으로 수직으로 자화되도록 배열된 교대로 반대로 놓인 자기극을 가지므로, 한 방향으로 전파하는 마이크로파는 공명에 의해 흡수되고 다른 방향으로 전파하는 마이크로파는 흡수되지 않는 것을 특징으로 하는 공명흡수형 마이크로스트립 라인 절연체.
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