KR960006640B1

KR960006640B1 - 박막 강자성 공진 동조 필터

Info

Publication number: KR960006640B1
Application number: KR1019870013411A
Authority: KR
Inventors: 요시까즈 무라까미; 다까히로 오기하라; 가나꼬 니이꾸라; 야스유끼 미즈누마; 히로유끼 나까노
Original assignee: 소니 가부시끼가이샤; 오오가 노리오
Priority date: 1986-11-28
Filing date: 1987-11-27
Publication date: 1996-05-22
Also published as: KR880006840A; GB2198006A; US4945324A; CA1277728C; GB2198006B; GB8727445D0; FR2607640B1; FR2607640A1; DE3740376C2; DE3740376A1

Abstract

내용없음

Description

박막 강자성 공진 동조 필터

제1도는 본 발명에 의한 박막 강자성 공진 동조 필터의 기본구조를 도시한 도식도.

제2도는 본 발명에 의한 박막 강자성 공진 동조 필터의 양호한 실시예의 횡단면도.

제3도는 제2도의 동조 필터와 조합된 필터 조립체의 전개 사시도.

제4도는 신호 전송 라인상의 자계분포의 그래프도.

제5도는 K-1/Qu 및 1/Qe_eff의 주파수 의존도의 그래프도.

제6내지 8 도는 본 발명의 박막 강자성 공진 동조 필터의 필터 특성을 도시한 그래프도.

제9도는 YIG 박막 동조 필터의 기본구조를 도시한 도식도.

제10 및 11도 제9도의 YIG 박막 동조 필터의 필터 특성을 도시한 그래프도.

제12 및 13도는 본 발명에 의한 필터의 또다른 실시예 내에 사용된 필터 조립체의 필수부분에 대한 확대 평면도.

제14도는 본 발명에 의한 필터 조립체의 확대 구성 사시도.

제15도는 본 발명에 의한 필터의 확대 구조 단면도.

제16도는 YIG 박막과 결합된 신호 전송 라인의 결합부내의 자계분포의 도식도.

제17내지 19도 필터의 절연 특성을 도시한 그래프도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

L₁및 L₂: 입력 및 출력 전송 라인 Y₁및 Y₂: 강자성 YIG박막

2l : 자기회로 22 : 자기갭

23A 및 23B : 중심코어 25 : 코일

32 및 34 : 상하부 도체 35 : 필터 조립체

본 발명은 YIG 박막의 강자성 공진을 사용한, 예를들어 동조 필터를 구비한 박막 강자성 공진 동조 필터에 관한 것이다.

제9도는 강자성 공진 박막을 사용한 공지의 박막 강자성 공진 동조 필터를 도식적으로 도시하고 있다. 강자성 공진 동조 필터는 자석 공진자로서 작용하는 한쌍의 YIG 박막 필름 Y₁및 Y₂를 가지는 2단 대역통과 필터이다. 입력 신호 전송라인 L₁및 출력 신호 전송라인 L₂는 각각 YIG 박막 Y₁및 Y₂와 자기적으로 결합된다. 입력 및 출력 신호 전송라인 L₁및 L₂양단으로 연장하는 연결 전송라인 L₁₂는 YIG 박막 Y₁및 Y₂와 자기적으로 결합된다. YIG 박막 Y₁및 Y₂가 각각 신호 전송라인 L₁및 L₂와 강하게 접속되게하기 위하여, YIG 박막 Y₁및 Y₂는 각각 신호 전송라인 L₁및 L₂의 각각의 접지 단부 P₁및 P₂근처의 위치에서 신호 전송라인 L₁및 L₂와 결합된다.

그러한 구조에 있어서, 대역폭의 범위변화는 YIG 박막 Y₁및 Y₂에 인가되는 DC자계가 가변 주파수 동조 필터로서 강자성 공진 동조 필터를 사용하는데 변화 될시에 2개의 옥타브에 대한 하나이다.

그러한 2단 YIG 동조 필터의 대역폭의 협소 변화는 이후에 기술될 것이다. 각각의 YIG 박막 Y₁및 Y₂의 비부하된 Q가 Q_u, 신호 전송 라인 L₁및 L₂과 YIG 박막 Y₁및 Y₂와 각각 결합된 후의 외부의 Q가 Q_e접지 단부 P₁과, 출력 신호 전송 라인 L₂및 YIG 박막 Y₂의 결합점간의 거리 및 접지 단부 P₂가 Q_e ^eff및 2개의 YIG 박막 Y₁및 Y₂간의 결합계수가 K라고 가정한다면, Q_u, Q^e, Q_e ^eff및 K는 아래와 같이 주파수 F의 함수로 표시된다.0

K=K0/f.................................................................................. (1)

Q_u=(f-fmin)/γㅿH

f/γㅿH.................................................... (2)

Q_e ^eff=Q_e/cos²βι=Q_e/cos²(2πιf/vc/ν

eff).............................(3)

여기서 fmin는 낮은 범위의 공진 주파수이고,γ는 회전 자기율이며, △H는 공진 라폭이고,β는 입력 및 출력 신호 라인의 위상 상수이며, ι는 입력 및 출력 신호 전송 라인의 각각의 접속점과 그 대응 YIG박막 및 각각의 접지 단부 P₁및 P₂간의 거리이고, Vc는 광속도,εeff는 입력 및 출력 전송 라인의 유효 절연상수이다. 필터가 주파수 f₀에서 임계 결합상태에 있다고 가정하자. 그러면 아래와 같은 등식이 만족된다.

K=1/Q_e ^eff+1/Q_u..............................................(4)

임계 결합상태에 있어서, 필터의 삽입 손실은 최소치에 이르는 반면, 이의 반사 손실은 통과대역의 중심부에서 최대치에 이른다.

그렇지만,과결합상태에서

K> 1 /Q_e ^eff+1/Q_u.............................................(5)

이고, 필터 특성이 이중 험프되므로써 삽입 손실은 최소가 아니고 반사 손실은 통과대역의 중심에서 최대가 아니다. 부족결합이 부족결합의 상태에서 증가되므로,

K <1Q_e ^eff+1/Q_u..............................................(6)

이고, 삽입손실은 증가되고 반사손실은 감소된다.

제10도는 제9도에 도시된 구성을 갖고 있는 기본적인 필터의 시뮬레이션 특성 테스트의 결과를 도시한다. 제10도에서 곡선 (10RL,10IL 및 10BW)은 반사 손실의 변형, 삽입 손실 및 3dB대역폭을 각각 주파수로 나타낸다. 이러한 경우에, 임계주파수, 즉 필터가 임계 결합상태일 때 주파수는 거의 1GHZ이다. 주파수가 임계주파수로부터 감소될 때 과결합은 필터 특성을 저하시키고, 통과대역의 중심에서 삽입손실은 증가되며 통과대역의 중심에서 반사손실은 감소되고, 주파수가 임계주파수로부터 증가될 때, 부족 결합은 필터특성을 저하시키고, 삽입손실은 증가되며 반사손실은 감소 되고, YIG 박막의 결합계수 K는 거리 ℓ이 충분하게 작아지는 동안에 주파수에 비례하여 변환하기 때문에, 상기 기술된 식(3)에서 Q_e ^eff는 주파수에 무관하게 Q_e에서 고정된다. 상기 제 10도에서, 요구된 반사 손실이 10dB 그 이상일 때, 즉 전압정재파비가 2 이하 일 때, 변화되는 대역폭은 0.65GHZ 내지 1.5GHZ이고 즉 1.2 옥타브이고, 반사손실이 6dB 그 이상일때 즉, 전압정재파비가 3 그이하일 때, 변화되는 대역폭은 0.5GHZ 내지 1.0 GHZ이고 즉 1.9 옥타브이다.

제11도는 상기 필터의 측정된 필터 특성을 도시하고, 상기 곡선(1lRL, 및 11IL 및 1lBW)은 측정된 반사손실의 변형, 측정된 삽입손실 및 측정된 3dB대역폭을 나타낸다. 제11도에 도시된 곡선이 제10도에 도시된 대응곡선과 매우 유사한 것이 확실하다.

그래서, 공지된 YIG 박막 동조 필터에서, 3dB 대역폭은 중심 주파수의 변화에 크게 변화되고, 시스템에 대한 YIG 박막 동조 필터의 적용에 양호하지 못하며, 공지된 YIG 박막 동조 필터는 YIG 박막 공진의 일정한 모드가 부족결합의 상태일 때 필터 응답이 비교적 기섕 모드에 의해 증가되는 기생특성의 문제를 안고 있다.

본 발명은 전술한 YIG 박막 자기 공진 동조 회로와 같이 자기공진 동조 필터의 변화되는 주파수 폭을크게 확장시키고, 중심 주파수의 변화에 기인하는 3dB 대역폭의 변화를 감소시키며, 변화되는 주파수 폭의 전체 범위상에 고정된 3dB 대역폭을 유지시켜서 시스템에 대한 적용에 유리하게 자기 공진 박막 동조 필터를 제공하기 위함이다. 또한 본 발명은 변화되는 주파수 폭의 대부분의 임계결합에 밀접한 상태 및 변화되는 주파수폭의 상,하 단부에서 부족결합상태에 의해 기생특성의 저하를 억제하기 위해 과결합의 상태에서 자기공진 박막 동조 필터를 유지하기 위하여, 자기공진 박막 동조 필터가 전체 변화되는 주파수 폭상에 만족한 기생 특성을 갖도록 자기공진 박막 동조 필터의 기생특성을 개선하는 것이다. 따라서, 본 발명의 목적은 개선된 박막 강자성 공진 동조 필터를 제공하기 위함이다.

본 발명의 다른 목적은 확장된 변형 주파수 폭을 갖고 있는 박막 강자성 공진 동조 필터를 제공하기 위함이다.

본 발명의 또다른 목적은 3dB 대역폭이 안정화된 확장된 변형 주파수 폭을 갖고 있는 박막 강자성 공진동조 필터를 제공하기 위함이다.

본 발명의 목적은 개선된 절연특성을 갖고 있는 박막 강자성 공진 동조 필터를 제공하기 위함이다.

본 발명의 다른 목적은 콤팩트(compat)크기의 확장된 변형 주파수 폭을 갖고 있는 박막 강자성 공진 동조 필터를 제공하기 위함이다.

본 발명의 한 견지에 따라서, 본 발명은 강자성 박막, 상기 강자성 박막에 결합된 입력 전송선과 출력전송선 및 DC 자계를 상기 강자성 박막에 인가시키는 자기 회로를 구비하는 박막 강자성 공진 동조 필터를 제공하는 것이며, 상기 입력 및 출력 전송선의 각각은 각각 접지 단부에 접지되고, 여기에서, 상기 강자성 박막의 결합점과 상기 입력 및 출력 전송선의 사이에 각 거리와 상기 입력 및 출력 전송선의 각각의 상기 접지단부는 동조대역폭의 최상 주파수에서 상기 전송선으로 전송된 파의 파장 1/10 이상이며 1/4 보다 더작은 것이 선택된다.

본 발명의 다른 견지에 따라서, 본 발명은 제1 및 제2 강자성 박막, 상기 제1 강자성 박막에 결합되고 이곳에 한 단부에 접지된 입력 전송 라인, 상기 제2 강자성 박막에 결합되고 이곳의 한 단부에 접지된 출력 전송 라인 및 DC자계를 상기 제1 및 제2 강자성 박막에 인가시키는 자기회로를 구비하는 박막 강자성공긴 동조 필터를 제공하며, 여기에서, 상기 제1 강자성 박막 및 상기 입력 전송 라인의 결합점과 상기 접지부 사이의 거리와, 상기 제2 강자성 박막 및 상기 출력 전송 라인의 결합점과 상기 접지부 사이의 거리는 동조 대역폭의 최상 주파수에서 상기 전송 라인으로 전송된 파장이 1/10 그 이상이며 1/4보다 적은 것이 선택된다.

또한 전송 라인의 연장부는 구부리지 않고 다른 전송 라인에 대해 평행부를 형성하므로써 절연특성을 개선할 수 있다.

본 발명에 따르면, 강자성 공진 박막, 예를들어 YIG박막과, 입력 및 출력 신호 전송 라인의 결합은 저주파 영역내에서 증가되고, 고주파 영역내에서 감소되어, 결합계수 K의 주파수 의존 변동에 따라 입력 및 출력 신호 전송 라인과 강자성 공진 박막의 결합을 변화 시킴으로써, 임계결합과 거의 같은 상태는 더욱 넓은 주파수 범위에 걸쳐 설정되며, 과결합은 가변 주파수 대역의 대향 단부에서 설정된다. 즉, 기본구조를 설명하는 제l도에 도시된 바와 같이, 자성 공진기 역할을 하는 강자성 YIG 박막 Y₁및 Y₂, 제각기 YIG 박막 Y₁및 Y₂과 결합된 입력 신호 전송 라인 L₁및 출력 신호 전송 라인 L₂과, DC 자계를 YlG 박막 Y₁및 Y₂에 인가하기 위한 (도시되지 않은)자기회로를 구비하는 본 발명의 YIG 박막 동조 필터에 있어서, 제각기 YIG 박막 Y₁및 Y₂과, 입력 신호 전송 라인 L₁및 출력 신호 전송 라인 L₂의 각 포인트에서 대응그룹단부 P₁및 P₂까지의 거리는 동조 주파수 대역의 상부 제한 주파수에서의 1/4 파장보다 적은 1/10 이상이다. 제1도에서, L₁₂은 YlG 박막 Y₁및 Y₂양단으로 연장한 결합 전송 라인이다.

따라서, 본 발명에 따르면, 제각기 입력 신호 전송 라인 L₁및 출력 신호 전송 라인 L₂과, YIG 박막 Y₁및 Y₂의 결합의 각 포인트 (YIG 박막 Y₁및 Y₂의 중심}에서 대응그룹 단부 P₁및 P₂까지의 거리는 동조 주파수 대역의 상부 제한 주파수에서의 1/4 파장보다 적은 1/10 이상의 범위에서 선택적으로 결정된다.따라서, YIG 박막과 신호 전송 라인의 결합은 주파수 감소에 따라 증가되며, 주파수 증가에 따라 감소된다. 즉, 정지파는 그의 한 단부에서 접지된 전송 라인내에 발생 되며, 신호 전송 라인에 의해 발생된 고주파 자계의 강도 분배는 접지단부에서 최고로 이루어져, 제4도의 곡선(41)으로 표시된 바와같이 접지 단부로부터의 1/4 파장에 상당하는 거리에서 접지 단부로부터 제로위치까지의 거리에 따라 코사인 함수로 감소하는 반면에, 신호 전송 라인에 의해 발생되 저주파 자계의 강도 분배는 제4도의 곡선(42)으로 표시된 바와같이 평편하다. 따라서, 본 발명의 자기 공진 박막 동조 필터에 있어서, YIG 자기 박막 및 신호 전송 라인의자기 결합의 정도는 가변 주파수 대역의 저주파 영역내에서 높으며, 상기 대역의 고주파 영역내에서는 낮다.

필터는 주파수가 f₀일시에 임계 결합 상태에 있을 경우, 식(4)으로부터 아래와 같이 된다.

k-1/Q_u= 1/Q_e ^eff

(ko-γ△H)/fo=cos²βoℓ/Qe .................................(7)

한편으로, k-1 / Qu (ℓog(k-1/Qu) )는 제5도에 도시된 바와같이 직선(51)을 따라 주파수 f(ℓogf)에따라 변한다. 그러나, 대응하는 신호 전송 라인을 갖는 YIG 박막의 결합점으로부터 각 접지 단부 까지의거리 ℓ 이 파장의 사분의 일보다 작을 때,1/Qe^eff는 거리 ℓ 의 값에 종속되어 제5도의 곡선(52a,52b, 및 52c)로 표시된 바와 같이 세 방법으로 주파수 f 에 따라 변동한다.

변이가 곡선(52b)으로 표시된다고 가정해 본다. 그러면, 방정식(8), 즉

d(k-1/Qu)/df=d(l/Qe^eff)/df..........................................(8)

이 만족된다. 그러므로,

(ko-γ△H)fo²=2πℓ/(vc/νεeff)sin2βoℓ/Qe.............(9)

이 된다.

식(7)을 식(9)에 대입하면,

cos²βoℓ=βoℓ.sin2βoℓ...........................................(10)

이 된다. 식(10)으로부터,βoℓ =0.761.

그러므로,

ℓ =λ₀/8.26 ................................................................(11)

이 되는데, 여기서 λ₀=주파수 fo에 대한 파장이다. 거리ℓ이 λ₀/8.26 보다 클 때 주파수를 갖는 변이/1Qe^eff는 곡선(52a)로 표시되며, 거리 ℓ 이 λ₀/8.26 보다 작을 때 곡선(52c)로 표시된다. 제5도에서 알 수 있듯이,1/Qe^eff가 곡선(52a또는 52b)에 따라 변동 할 때, 주파수 fo는 동조 주파수 대역의 상한 주파수가 될수 있다. 그러나,1/Qe^eff가 곡선(52)을 따라 변동할 때 임계 결합 모드가 주파수 fo이상의 주파수 f1에서 다시 나타나므로, 상기 주파수 fo는 상기 필터의 동조 주파수 대역의 상한 주파수가 될 수 없다. 따라서, 거리 ℓ의 유효범위는,

λ₀/8.26≤ℓ <λ₀/4 .....................................................(12)

로 정의된다.

그러나, 실제 응용에서, 상기 주파수 대역은

λ₀/10≤ ℓ <λ₀/4.........................................................(13)

일 때 충분히 확장될 수 있다.

양호한 실시예에서, 본 발명에 따른 YIG 박막 동조 필터는 제2 및 3도에 따라서 이제부터 설명된다. 디스크형 YIG 박막 Y₁및 디스크형 YIG 박막 Y₂는, 액상 대역 성장 처리에 의한 GGG (칼륨 가소리늄 석류석)과 같은 비자성 물질(31)의 전체 표면상에서 YIG 박막을 형성하며, 사진 석판 처리를 통한 YIG 박막을 형성하기 위해 부식시키므로 형성된다. 두 박막 Y₁및 Y₂를 운송하는 비자성 물질(31)은 하부 도체(32)에 배치된다. 공동은, 제2도에 도시된 바와같이 YIG Y₁및 Y₂

에 대응하는 영역내 공기틈(36)을 형성하기 위해 하부 도체(32)내의 선정된 영역내에서 형성 된다. 수정물질과 같은 유전체 물질(33)은 비자성 물질(31)상에 배치된다. 병렬 입력 신호 전송 라인 L₁및 출력 신호전송 라인 L₂는, YIG 박막 필름 Y₁및 Y₂상에서 연장되기 위해 YIG 박막 Y₁및 Y₂를 향하는 유전체 물질(33)의 한 표면에서 형성된다. 접속 전송 라인 L_l2는, 상기 YIG 박막 Y₁및 Y₂상에서 연장되도록 신호전송 라인 L₁및 L₂의 연장방향에 대해 횡방향으로 상기 유전체 물질(33)의 다른 쪽에서 형성된다. 상부 도체(34)는, 상부 도체(34)와 하부 도체(32)사이의 YIG 박막 Y₁및 Y₂를 운송하는 유전체 물질(33) 및 비자성물질 (31)을 유지하기 위해서 입력 신호 전송 라인 L₁및 출력 신호 전송 라인 L₂를 운송하는 유전체(33)상에 배치되어 상기 상부 도체(34)의 반대쪽 모서리는 하부 도체(32)의 반대쪽 모서리에 반대로 배치된다. 공동은, 상기 YIG 박막 Y₁및 Y₂에 대응하는 영역내 공기틈(37)을 형성하기 위한 상부 도체(34)의 내부 표면, 입력 신호 전송 라인 L₁의 입력측 및 출력 신호 전송 라인 L₂의 출력측내 선정된 영역에서 형성된다.

상부 도체(34)를 접촉시키는 접지단자(e12a 및 e12b)는, 상기 하부 도체(32) 및 상부 도체(34)사이에서 유지된 유전체 물질(33)상에 형성된 접속 전송 라인 L₁₂의 반대단부에서 형성된다. 접지 단자(e1 및 e2)는,상기 하부 도체(32)를 접촉하기 위해, 상기 입력 신호 전송 라인 L₁의 접지 단부, 이를 테면 입력 단부의 반대쪽 단부에서 형성되며, 상기 출력 신호 전송라인 L₂의 접지 단부, 이를 테면 상기 출력 단부의 반대쪽단부에서 형성 된다.

그리하여 필터 조립채(35)는 YIG 박막 Y₁및 Y₂, 상기 YIG 박막 Y₁및 Y₂에 결합된 입력 및 출력 신호 전송 라인 L₁및 L₂을 구비하고, 상부 및 하부 도체 (32 및 34)사이에 제공된 결합 전송라인을 구비하여 구성된다.

제2도에 도시된 바와같이, 필터 조립체(35)는 자기회로(21)의 자기갭(22)내에 배치된다. 자기회로(21)는 예로 각각 중심 코어(23A 및 23B) 사이의 자기갭(22)을 형성시키도록 서로 마주보는 중심 코어(23A 및23B)를 갖는 한쌍의 벨형을 배치함으로써 구성된다. 코일(25)은 적어도 중심 코어(23A)또는 중심코어(23B)상에 감긴다. DC전류는 자기갭(22)내에 배치된 필터 조립체(35)에 소정의 DC 자기장을 인가시키도록 코일(25)에 공급된다.

자기장의 세기는 동조 주파수를 변화시키도록 코일(25)이 인가된 DC 전류의 세기를 변화시킴으로써 변화된다.

입력 및 출력 전송 라인 L₁및 L₂과 YIG 박막 Y₁및 Y₂의 비교장치는 결정되어 YIG 박막 Y₁및 입력전송 라인 L₁의 결합점에서 접지 단자 e1까지의 거리 ℓ 와 YIG 박막 Y₂및 출력 신호 전송 라인 L₂의 결합점에서 접지 단자 e2까지의 거리 ℓ는 상한 주파수의 파의 1/4파장 이하와 1/10또는 그 이상이다.

신호 전송 라인이 신호 전송 라인의 효과적인 유전체 상수를 증가시키도록 전술된 바와 같이 GGG 기판상에 형성될 때, YlG 박막 Y₁과 입력 신호 전송 라인 L₁의 결합점 사이의 간격과, 접지된 단부 e1와, YIG박막 Y₂과 출력 신호 전송 라인 L₂의 결합점 사이의 간격 즉, 실제 거리는 감소될 수 있다.

제6도는 모의 실험 검사를 통해 얻어진 필터 특성을 도시하는데 여기서 거리 ℓ, 즉 YIG 박막 Y₁

과 입력 신호 전송 라인 L₁의 결합점에서 접지된 단부 e1까지의 거리와 YIG 박막과 출력 신호 전송라인 L₂의 결합점에서 접지된 단부 e2까지의 거리는 12.3mm 의 간격과 일치한다. 제6도에서, 곡선 60RL,60IL및 60BW은 각각 주파수 대역폭 3dB 및 삽입손, 편향 손의 변화를 나타낸다. 상기 경우에서, 편향 손은 가변 주파수 대역이 0.5GHZ에서 4.9GHZ일 때 6dB 또는 그이상이며, 그것은 제10도 및 11도에 도시된 공지된 필터의 것보다 훨씬크다.

제7도는 필터의 모의실험 검사를 통해 얻더진 필터 특성을 도시하며 여기서 거리 ℓ는 15.2mm의 간격과 일치하며, 곡선 70RL,70IL 및 70BW은 각각 주파수 대역폭 3dB 및 삽입 손, 편향 손의 변화를 나타낸다.상기 경우에서,10dB또는 그이상의 편향 손을 제공 하도록 하는 가변 주파수 대역은 0.68GHZ 내지3.76GHZ, 즉,2.4 옥타브이며,6dB 또는 그이상의 편향 손을 제공 하도록 하는 것은 0.5GHZ 내지 3.9GHZ즉,3옥타브이다. 제8도는 본 발명의 필터에 대한 실험 필터 특성을 도시하는데, 제10도에 도시된 공지된 필터의 필터 특성과 일치한다. 모의 실험을 통해 결정된 필터 특성은 제8도에 도시된 실험 필터 특성과 잘 일치한다. 제7도(제8도)의 필터 특성과 제6도의 필터 특성은 각각 거리ℓ가12.3mm 및 15.2mm의 간격과 일치할 때 얻어진다. 간격 12.3mm 및 15.2mm은 각각 상한 주파수 4.9GHZ 및 3.9GHZ에서 1/5파장, 즉,1/4파장의80%와 일치한다.

제10도(제11도)에 도시된 종래 필터의 특성과 제6도 및 7도(제8도)에 도시된 본 발명의 필터에 대한 필터 특성을 비교로서 분명한 것은, 본 발명의 필터에서,3dB 대역폭은 좁은 범위내의 중심 주파수 변화와 더불어 변화하거나 거의 고정된 값으로 유지된다

본 발명에 따라 전술한 것으로부터 분명한 바와같이, 입력 및 출력 신호 전송 라인과 YIG 박막의 결합정도는 저주파 범위에서 증가되고 입력 및 출력 신호 전송 라인과 YIG 박막의 접속점에서 입력 및 출력신호 전송 라인의 각각 접지된 단부까지의 거리를 선택적으로 결정함으로써 고주파 범위에서 감소된다. 따라서, 제5도 내의 곡선(51 및 52C)사이의 관계에서 분명한 바와같이, 임계결합은 곡선(51 및 52C) 교차의 두점 A 및 B와 대응하며, 그러므로 임계 결합과 거의 같은 상태가 넓은 주파수 범위에서 설정되어서, 가변주파수 대역은 크게 확장된다. 게다가, 과결합이 가변 주파수 대역의 반대 단부에서 발생하므로, 필터는 전체 가변 주파수 대역에 대해 만족스러운 불요복사(spmjous)특성을 갖는다. 즉, YIG 박막 필터의 주 모드는 균일한 모드이며 고위 정자기 모드는 불요복사 모드이며, Qe^u<Qe^s(Qe^u는 균일한 모드의 외부 Q이며 Qe^s는 불요복사 모드의 외부 Q이다)이다. 그러므로, 균일한 모드가 부족 결합 상태로 되려할 때, 불요복사모드는 임계 결합 상태로 되려하고, 그것은 불요복사 특성을 상당히 개선시킨다. 따라서, 상술된 바와같이,균일한 모드는 고주파 범위에서 부족결합상태로 되고, 그것은 고주파 범위에서 불요복사 특성은 나빠진다. 이에 반하여, 발명의 YIG 박막 필터에서, 임계 결합 상태와 거의 같은 상태는 가변 주파수 대역의 대부분에 나타나며 과결합 상태는 가변 주파수 대역의 반대단부에 나타난다. 그리하여, 본 발명의 YIG 박막 동조필터는 가변 주파수 대역 전체에 걸쳐 만족스런 불요복사 특성을 갖는다.

게다가, 본 발명에 따르면, 공진 주파수의 변화와 더블어 3dB 대역폭 변화범위는 좁으며, 그러므로 본발명의 YIG 박막 동조 필터는 가변 주파수 대역 전체에 걸쳐 고정된 3dB 대역폭을 가지며, 그것은 시스템에 YIG 박막 동조 필터용에 유리하다.

또다른 실시예가 이하 설명되는데 여기서 위에 구성된 필터의 절연 특성은 개선된다. 제1도 및 9도의 비교 관찰에서 분명한 바와같이, 병렬 전송 라인 사이의 직접 고주파 자기 결합 향상은 연장 L_lE및 L_ZE의 영역에 의한 입력 및 출력 신호 전송 라인에 대한 병렬 부분의 각각의 길이는 절연 특성의 저하를 야기시키는 것중 하나이기 때문이다. 절연 특성을 저하시키는 또 하나는 고주파 전계의 세기가 특히, 연장 L_IE및 L_ZE의 영역 때문에 가변 주파수의 상한 주파수에서 자기 공명 박막인 YIG 박막과 결합된 입력 및 출력 전송 라인의 결합 부분 근처에서 향상된다, 이것은 결합 전송 라인 L₁₂과 더불어 용량 결합을 증가시킨다.

제2도는 상기 필터 조립체의 요부에 대한 평면도를 도시한다. 상기 필터 조립체는 강자성 박막, 즉, 자기공진기로 작용하는 YIG 박막 Y₁및 Y₂와, 상기 YIG 박막 Y₁및 Y₂와 결합된 입력 신호 전송 라인 L₁및 출력 신호 전송 라인 L₂와, 도시되지는 않았으나 DC자장을 YIG 박막 Y₁및 Y₂에 인가하기 위한 자기회로를 포함하는데, 여기서 제1도를 참조하여 설명된 바와 같이 확장 L_IE및 L_ZE는 입력 신호 전송 라인 L₁및 출력 신호 전송 라인 L₂의 단부로부터 확장되어 각 입출력 신호 전송 라인의 결합부로부터 상기 확장의접지부의 각 거리는 십분의 일 또는 사분의 일 정도 더 정확히 동조 주파수 대역의 상한 주파수에서 파장이 사분의 일정도이다.

이 박막 강자성 공진 동조 필터에서, 상기 YIG 박막 Y₁및 Y₂에 결합된 입력 신호 전송 라인 L₁및 출력 신호 전송 라인 L₂의 결합부로서 적어도 동일측에 위치한 확장 L_IE및 L_ZE, 상기 확장 L_IE및 L_ZE안내편의 입력 신호 전송 라인 및 출력 신호 전송 라인 L₂의 다른 단부는, 입력 신호 전송 라인 L₁및 출력 신호 전송 라인 L₂사이의 거리 D이상으로 서로 벌어진 간격 증가부 Lw를 형성하기 위해 구부러지며, 휘어지거나 점진적으로 외부로 확장된다.

또한, 예를들어, 제13도에 도시된 바와같이, 상기 YIG 박막 Y1과 결합된 입력 신호 전송 라인 L₁의 결합부 및 상기 YIG 박막 Y₂와 결합된 출력 신호 전송라인 L₂의 결합부는 분리부 L_ID및 분리부 L_ZD를 형성하기 위해 두 세로부로 분리된다. 제13도에서, 제12도에 도시된 것과 대응하는 부는 동일한 문자로 지정되며그 설명은 반복을 피하기 위해 생략된다.

그러한 구성에서, 간격 증가부 Lw는 각각 확장 L_IE및 L_ZE에서 형성되어, 확장 L_IE와 신호 전송 라인 L₂의 다른 단부 사이의 거리 및 확장 L_ZE와 신호 전송 라인 L_l의 다른 단부 사이의 거리는 신호 전송 라인L₁및 L₂의 나머지부사이의 거리보다 길다. 따라서, 돌출부 L_IE와 L_ZE를 제공하는 신호 전송 라인 L₁과 L₂사이의 고주파 자계 절연의 저하를 피할 수 있다.

또, 스프리트 섹션 L_ID및 L_ZD가 YIG 박막 Y₁및 Y₂과 결합된 신호 전송 라인 L₁및 L₂의 결합부에 형성되어 있으며, 제16도에 가는 선으로 표시된 자속 분배 챠트로 표시된 바와 같이, 신호 전송 라인 L₁및 L₂의 임피던스가 일정하게 유지되도록 자속은 YIG 박막 Y₁및 Y₂의 전표면상에 균일하게 인가된다. 따라서, 또다른 전송 라인을 가진 YIG 박막 Y₁및 Y₂의 용량성 결합의 강화, 예로서, YIG 박막 Y₁및 Y₂양단에 연장되어 있는 결합라인에 대해, 필드 강도의 국부강화를 피할 수 있으므로, 절연특성이 개선된다.

본 발명에 따른 적절한 실시예에서의 YIG 박막 동조 필터는 제12,14 및 15도로 표시되어 있다. 디스크형 YIG 박막 Y₁및 디스크형 YIG 박막 Y₂는 액상 액피텍셜 성장 처리에 의한 GGG (갤륨, 가도리늄가네트)기판과 같은 비자성 기판(31)의 전표면에 대해 YlG 박막을 형성함으로 형성되며, 광리티오그래픽 공정을 통해 YlG 박막 디스크를 형성하기 위해 에칭된다. 두 개의 YIG 박막 Y₁및 Y₂를 지지하는 비자성 기판(31)은 낮은 도체(32)상에 배치된다. 캐비티가 낮은 도체(32)의 예정 영역에서 형성되어 제15도에 도시된바와같이 YIG 박막 Y₁및 Y₂에 대향하는 공극(36)를 형성한다. GGG기판과 같은 유전체 기판(33)은 비자성기판(3l)상에 배치된다. 병렬 입력 신호 전송 라인 L₁및 출력 신호 전송 라인 L₂는 YIG 박막 Y₁및 Y₂을 향하는 유전체 기판(33)의 한 표면상에 형성되어 YIG 박막 Y₁및 Y₂를 향해 뻗어 있다. 결합 전송 라인L₁₂는 신호 전송 라인 L₁및 L₂의 연장방향에 대해 횡으로 유전체 기판(33)의 다른 편에 형성되어서 YIG박막 Y₁및 Y₂상에 연장되어 있다.

상부 도체(34)는 입력 신호 전송 라인 L₁및 출력 신호 전송 라인 L₂를 유지하는 유전체 기판(33)상에 배치되어 유전체 기판(33)을 유지시키며 비자성 기판(31)은 상부 도체(34)와 하부 도체(32)사이의 YIG 박막 Y₁및 Y₂를 유지하여 상부 도체(34)의 대향편 에지가 하부 도체(32)의 대향편 에지에 대향하도록 배치된다. 캐비티가 상부 도체(34)의 내부표면의 예정된 영역에 형성되며 YIG 박막 Y₁및 Y₂, 입력 신호 전송 라인L₁의 입력편 및 출력 신호 전송 라인 L₂의 출력편에 대응하는 영역에 공극(37)을 형성한다.

상부 도체(34)와 접촉하는 그라운딩 단자e_12a및 e_l2b는 유전체 기판(33)상에 형성되는 결합 전송 라인 L₁₂의 대향 종단에 형성되며, 하부 도체(32)와 상부 도체(34)사이에서 유지된다. 접지 단자 e₁및 e₂는 접지 단부에 형성되며, 즉, 입력 신호 전송 라인 L₁의 입력 종단에 대향하는 종단에 형성되며, 출력 신호 전송 라인 L₂의 출력 종단에 대향하는 종단에 형성 되어 하부 도체(32)와 접촉한다. 따라서, YlG 박막 Y₁및 Y₂,YlG 박막 Y₁및 Y₂와 결합된 입력 및 출력 신호 전송 라인 L₁및 L₂및 상부 및 하부 도체(32) 및 (34)사이에 제공되는 결합 전송 라인 L₁₂가 설치된다.

제15도에 도시된 바와같이, 필터장치(34)는 자기회로(21)의 자기갭(22)내에 배치된다. 자기회로 (21)는 서로 대향하는 중심 코어(23A) 및 (23B)를 가진 한쌍의 벨형 자성 코어(24A) 및 (24B)를 배치시킴으로 설치되어 중심 코어(23A)과 (23B)사이에 자성갭(22)을 형성한다. 코일(25)은 중심 코어(23A)의 한 중심 코어(23)의 최소한 한편에 감겨진다. DC전류는 코일(25)에 공급되어 자기갭(22)내에 배치되는 필터장치(35)에 대해 소정의 DC자계를 인가한다.

자계 강도는 동조 주파수를 변화시키기 위해 코일(25)에 인가되는 DC전류의 강도를 변화시킴으로 변한다.

입력 신호 전송 라인 L₁및 출력 신호 전송 라인 L₂로부터 각각 뻗어 있는 돌출부 L_IE및 L_ZE는 연장되어 각각 접지된 종단 e₁및 e₂에 대해 YIG 박막 Y₁및 Y₂와 결합된 신호 전송 라인 L₁및 L₂의 결합부로부터의 거리가 1/l0 또는 그 이상이 되며, 상부 한계 주파수에서의 파형의 1/4 파장보다 짧다.

상기 실시예에 있어서, 입력 신호 전송 라인 L₁의 한쪽 단부로부터 뻗은 연장 라인 L_IE와 출력 신호 전송 라인 L₂의 한쪽 단부로부터 뻗은 연장 라인 L_ZE는 서로에 대해 반대방향으로 연장하며, 연장 라인 L_IE및 L_ZE는 각각 간격 증가부분 Lw을 형성하도록 자형으로 외부를 향해, 즉 서로 떨어져 굴곡되어 있는데, 그래서 연장선 L_IE와 출력 신호 전송 라인 L₂의 다른쪽 단부사이의 거리와, 연장 라인 L_ZE와 입력 신호 전송 라인 L₁의 다른쪽 단부 사이의 거리가 입력 신호 전송 라인 L₁과 출력 신호 전송 라인 L₂의 나머지 부분사이의 거리보다 크다. 간격 증가 부분 Lw의 굴곡부 각각의 외부 모서리는 상기 간격 증가 부분 Lw의모서리에 의한 반사를 방지하기 위해 비스듬히 절단된다.

라인 L_l, L₂및 L₁₂은 각각 분리될 수도 있는데, 예를들어 라인 L_l, L₂및 L₁₂에서 각각 분리 부분 L_ID,L_ZD및 L_12D를 형성하기 위해 YIG 박막 Y₁과 Y₂와 결합된 각각의 결합부에서 두 부분으로 분리된다.

비록 본 실시예의 입력 신호 전송 라인 L₁과 출력 신호 전송 라인 L₂로부터 각각 뻗은 연장선 L_IE와 L_ZE가 간격 증가 부분 Lw을 형성하도록 L자형으로 굴곡되어 있지만, 연장선 L_lE와 L_ZE가 출력 신호 전송 라인L₂와 입력 신호 전송 라인 L₁으로부터 각각 점차적으로 떨어져 연장되도록 연장 라인 L_IE및 L_ZE는 비스듬한 패턴으로 형성될 수도 있다. 더욱이, 본 실시예에서 간격 증가 부분Lw이 연장 라인 L_IE과 L_ZE에서 형성되지만, 연장 라인 L_IE및 L_ZE와, 출력 신호 전송 라인 L₁과 입력 신호 전송 라인 L₂의 대응하는 단부 둘다에서 간격 증가 부분 Lw을 형성하거나, 혹은 연장선 L_ZE및 L_IE에 각각 반대로 위치한 입력 신호 전송라인 L₁과 출력 신호 전송 라인 L₂의 단부에서만 간격 증가 부분 Lw을 형성하는 것도 가능하다. 또한 본실시예에서 입력 신호 전송 라인 L₁과 출력 신호 전송 라인 L₂각각의 접지된 단부는 YIG 박막 Y₁및 Y₂와 결합된 신호 전송 라인 L₁및 L₂의 결합부에 대해 서로 마주보고 있다. 그러나 만일 입력 신호 전송 라인L₁및 출력 신호 전송 라인 L₂의 접지 단부가 결합부에 대해 동일한 측면상에 있다면, 연장 라인 L_IE및L_ZE은 서로 마주보고 위치하게 된다. 상기 경우에서 간격 증가 부분 Lw는 연장 라인 L_lE나 혹은 L₂중 하나에서만 형성되거나 혹은 간격 증가 부분 Lw이 연장 라인 L_IE및 L_ZE모두에서 형성된다.

더욱이 본 실시예의 결합 전송 라인 L₁₂은 YIG디스크 Y₁및 Y₂와 자기적으로 결합될 YIG 박막에 의해 대체될 수도 있다.

상기 실시예에서, 비록 YIG 박막 필터가 연장 라인 L_IE및 L_ZE를 갖추고 있지만, 입력 신호 전송 라인 L_IE과 출력 신호 전송 라인 L₂의 각각의 일치하는 부분의 길이의 연장은 없으며, YIG 박막 Y₁과 결합된 입력 신호 전송 라인 L₁의 결합부와 YIG 박막 Y₂와 결합된 출력 신호 전송 라인 L₂의 결합부상의 국부적인 집중에 기인하는 절연 특성의 저하도 없다. 제17도 및 18도는 각각 제12도 및 13도에 도시된 필터 조립체를 각각 사용하는 본 발명에 따른 필터의 절연 특성을 나타낸다. 제19도는 연장 라인 L_IE및 L_ZE가 어떤 간격 증가 부분 Lw을 형성하지 않고 YIG 박막 Y₁및 Y₂로부터 직선으로 연장된 것을 제외하고는 제12도에 도시된 YIG 박막 필터와 구성에 있어서 유사한 YIG 박막 필터의 절연 특성을 나타낸다. 비록 상기 모든 YIG 박막 필터가 0.5GHZ 내지 4.0GHZ 범위에서 3옥타브의 가변 주파수 대역폭을 갖는 가변 주파수 필터이지만, 제19도로부터 명백한 바와같이, 절연은 4GHZ 의 상한 주파수에서 40dB이고 연장 라인 L_IE및 L_ZE가 직선적이면 상한 주파수 아래의 주파수 대역에서 45 내지 50dB의 범위에 있다. 그러나 제17도 및 18도로부터 명배한 바와같이, 제12도의 필터 조립체를 사용하는 YIG 박막 필터의 절연은 상한 주파수에서40dB정도이고, 상한 주파수 아래의 주파수 대역에서는 60dB이거나 혹은 그 보다 크며, 제13도의 필터 조립체를 사용하는 YIG 박막 필터의 절연은 4GHZ 의 상한 주파수에서 50dB이거나 혹은 그보다 크고 가변 주파수 대역의 거의 전체 범위에서 65dB 내지 70dB의 범위에 있다. 그러므로 본 발명은 절연 특성을 증진시킨다.

더욱이, 전술한 바와같이, 연장 라인 L_IE및 L_ZE가 직선적이면, 필터 구성요소 즉 유전체 기판(33)의 영역은 10 X 11.6㎟만큼 크고, 반면에 연장 라인 L_IE및 L_ZE가 L자형으로 굴곡되어 있으면, 필터 구성요소의 영역은 12 X 5㎟ 만큼 작다. 그러므로 본 발명은 콤팩트 박막 강자성 공진 박막 동조 필터를 제공한다.

또한 전송 라인 L₁L₂및 L₁₂가 종축 부분으로 분리되면, 균일한 자계가 자성 공진 YIG박막 Y₁및 Y₂에 인가되고, 기생 특성이 증진된다.

Claims

박막 강자성 공진 동조식 필터에 있어서, 강자성 박막과, 상기 강자성 박막에 결합된 입력 전송 라인 및 출력 전송 라인과, 상기 강자성 박막에 DC자계를 인가하는 자기 회로를 포함하되, 상기 입력 및 출력 송신 라인은 접지단에 각각 접지되고, 상기 강자성 박막과 각각의 상기 입력 및 출력 송신 라인의 결합점과 각각의 상기 입력 및 출력 송신 라인의 상기 접지단 사이의 각각의 거리는 동조 대역폭의 상한 주파수에서 상기 송신 라인에 전송된 파의 파장의 1/10 이상 및 1/4이하로 선택되는 것을 특징으로 하는 박막 강자성 공진 동조성 필터.