KR20180047697A - Dual-Band Composite Right/Left-Handed Transmission Lines and Dual-Band Branch Line Hybrid Couplers using the same - Google Patents

Dual-Band Composite Right/Left-Handed Transmission Lines and Dual-Band Branch Line Hybrid Couplers using the same Download PDF

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KR20180047697A
KR20180047697A KR1020160144327A KR20160144327A KR20180047697A KR 20180047697 A KR20180047697 A KR 20180047697A KR 1020160144327 A KR1020160144327 A KR 1020160144327A KR 20160144327 A KR20160144327 A KR 20160144327A KR 20180047697 A KR20180047697 A KR 20180047697A
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임종식
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순천향대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a composite right/left-handed transmission line having an electrical length of 90 degrees at dual band operating frequencies (f1, f2), which sequentially and electrically connects a microstrip transmission line equivalently having a series inductor having an inductance (L_R) and a shunt capacitor having a capacitance (C_R), a series-connected capacitor having a capacitance (2C_L), a shunt-connected inductor having an inductance (L_L), a series-connected capacitor having a capacitance (C_L), a shunt-connected inductor having an inductance (L_L), a series-connected capacitor having a capacitance (2C_L), and a microstrip transmission line equivalently having a series inductor having an inductance (L_R) and a shunt capacitor having a capacitance (C_R), wherein a phase response of the composite right/left-handed transmission line in the dual band operating frequencies (f1, f2) is represented by the following equation.

Description

이중대역 합성 우좌향 전송선로 및 이를 이용한 이중 대역 브랜치 라인 하이브리드 커플러{Dual-Band Composite Right/Left-Handed Transmission Lines and Dual-Band Branch Line Hybrid Couplers using the same}[0001] The present invention relates to a dual-band composite right-and-left transmission line and a dual-band branch line hybrid coupler using the same.

본 발명은 이중대역 합성 우좌향 전송선로(Dual-Band Composite Right/Left-Handed Transmission Lines) 및 이를 이용한 이중 대역 브랜치 라인 하이브리드 커플러(Dual-Band Branch Line Hybrid Couplers)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이중대역에서의 동작성능을 동일하게 보장하면서도 물리적 크기를 줄일 수 있도록 한 이중대역 합성 우좌향 전송선로 및 이를 이용한 이중 대역 브랜치 라인 하이브리드 커플러에 관한 것이다.The present invention relates to a dual-band composite right / left-handed transmission line and a dual-band branch line hybrid coupler using the same. More particularly, Band transmission line and a dual-band branch-line hybrid coupler using the dual-band synthetic right-and-left transmission line.

마이크로스트립 선로(microstrip line)는 고주파(RF) 대역 회로이나 초고주파(microwave) 대역, 밀리미터파(millimeter wave) 대역 회로 분야에서 대표적으로 널리 사용되는 전송선로(transmission line)이다.A microstrip line is a transmission line widely used in a high frequency (RF) band circuit, a microwave band, and a millimeter wave band circuit.

도 1은 인쇄 회로 기판(printed circuit board: PCB)을 구현하기 전의 일반적인 평면형 원판(raw board)을 나타낸 사시도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 유전체층(10)의 상면에 상면 도체층(30)이 형성되고 유전체층(10)의 하면에 하면 도체층(50)이 형성되어 있다. 유전체층(10)의 비유전상수(relative dielectric constant) 또는 비유전율(permittivity)이 εr이고 유전체층(10)의 두께가 H이며 상,하면 도체층(30,50)의 두께가 T이다. 일반적으로 두께(T)는 두께(H)에 비하여 십 분의 일 내지 수십분의 일 이하로 매우 얇은 값이기 때문에 두께(T)에 따른 특성 차이는 무시할 수 있다.1 is a perspective view showing a general planar raw board before implementing a printed circuit board (PCB). 1, an upper surface conductor layer 30 is formed on an upper surface of a dielectric layer 10, and a lower surface conductor layer 50 is formed on a lower surface of the dielectric layer 10. The relative dielectric constant or permittivity of the dielectric layer 10 is ε r and the thickness of the dielectric layer 10 is H and the thickness of the upper and lower conductor layers 30 and 50 is T. In general, the thickness T is a very thin value less than one tenth to a few tenths of the thickness H, so that the characteristic difference according to the thickness T can be ignored.

도 2a는 표준형 마이크로스트립 선로의 상면 사시도이고, 도 2b는 표준형 마이크로스트립 선로의 하면 사시도이다.FIG. 2A is a top perspective view of a standard type microstrip line, and FIG. 2B is a bottom perspective view of a standard type microstrip line.

도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 도 1에 도시된 평면형 원판 기판으로부터 표준형 마이크로스트립 선로를 위한 회로 기판으로 제작되는 것이 일반적이다. 마이크로스트립 선로를 위한 회로의 패턴이 형성되는 도 1의 상면 도체층(30)에 있어서, 어떤 특정한 특성 임피던스(characteristic impedance)(당해 기술분야에서는 보통 "Zc" 또는 "Zo"라고 표기하며, 원하면 임의로 표기해도 된다)를 갖도록 하는 선폭(W1)의 마이크로스트립 전송선로(40)를 남겨두고 그 나머지 부분이 모두 제거되어 있다. 유전체층(10)의 하면 전역에 형성된 하면 도체층(50)은 접지부(ground)이다.As shown in FIGS. 2A and 2B, it is general to fabricate a circuit board for a standard microstrip line from the planar disc substrate shown in FIG. In the upper surface of the conductor layer 30 of Figure 1 which is a pattern of a circuit for a microstrip line it is formed, in particular the characteristic impedance (characteristic impedance) (art and denoted normal "Z c" or "Z o", The microstrip transmission line 40 of the line width W1 is left so as to have the remaining portion thereof removed. The lower conductor layer 50 formed on the entire lower surface of the dielectric layer 10 is a ground.

이러한 마이크로스트립 선로의 경우, 주어진 유전체층(10)의 두께(H)와 비유전율(εr) 및 마이크로스트립 전송선로(40)의 선폭(W1)에 의해 특성 임피던스가 결정되고, 어떤 주파수에서 원하는 전기적 길이 또는 물리적 길이가 결정된다. 이러한 도면과 관련된 설명은 당해 기술분야에서 널리 알려져 있으며, 특허 제10-1530964호에서 설명되어 있는 바와 동일하다.In the case of such a microstrip line, the characteristic impedance is determined by the thickness H of the given dielectric layer 10, the relative dielectric constant? R , and the line width W1 of the microstrip transmission line 40, The length or physical length is determined. The description related to these drawings is widely known in the art, and is the same as that described in Patent No. 10-1530964.

도 3a는 일반적인 전송선로(transmission line: TL)의 단위 등가회로(unit equivalent circuit)를 나타낸 도면이고, 도 3b는 도 3a에 도시된 단위 등가회로를 대칭 구조의 T형으로 구성한 등가회로를 나타낸 도면이다.3A is a diagram showing a unit equivalent circuit of a general transmission line (TL), FIG. 3B is a diagram showing an equivalent circuit in which the unit equivalent circuit shown in FIG. 3A is formed of a T-shaped symmetrical structure to be.

도 3a에 도시된 바와 같은 단위 등가회로의 구조를 갖는 전송선로를 우향 전송선로(right handed(RH) transmission line)라고 한다. 자연적으로 존재하여 구성되는 전송선로는 특별한 언급이 없으면 당연히 우향(RH) 전송특성을 가지므로 "RH"를 언급하지 않고 그냥 "전송선로"라고 하는 것이 일반적이다. 좌향(LH) 전송선로와 대비되는 구조로 구분하고자 할 때는 "우향(RH) 전송선로"라고 부른다. 우향(RH) 전송선로의 단위 등가회로는 도 3a에 도시된 바와 같이 인덕턴스(LR)를 가진 직렬 인덕터(series inductor)와 정전용량(CR)을 가진 션트 커패시터(shunt capacitor)를 가지며, 첨자 "R"은 우향(RH)를 의미한다. 도 3b에 도시된 바와 같은 등가회로는 도 3a에 도시된 우향(RH) 전송선로의 단위 등가회로를 대칭구조의 T형으로 구성한 것으로, 인덕턴스(LR)를 가진 한 개의 인덕터를 인덕턴스(LR/2)를 가진 두 개의 인덕터로 분할하여 구성한 점을 제외하면 도 3a의 등가회로와 동일하다.A transmission line having a structure of a unit equivalent circuit as shown in FIG. 3A is referred to as a right handed (RH) transmission line. The transmission line that naturally exists and exists is generally referred to as "transmission line" without referring to "RH" When it is desired to distinguish the structure as compared with the left-handed (LH) transmission line, it is referred to as a "right-handed (RH) transmission line". The unit equivalent circuit of the right transmission line has a series inductor having an inductance L R and a shunt capacitor having a capacitance C R as shown in FIG. "R" means rightward (RH). The equivalent circuit as shown in Figure 3b is a right-handed (RH) to configure a unit equivalent circuit of the transmission line to the T-type symmetry, a single inductor with an inductance (L R) inductance (L R shown in Fig. 3a / 2), which is the same as the equivalent circuit of Fig. 3A.

도 4a는 좌향 전송선로(left handed(LH) transmission line)의 단위 등가회로를 나타낸 도면이고, 도 4b는 동일한 정전용량(capacitance)을 가진 두 개의 커패시터가 직렬 연결된 등가회로의 합성 커패시턴스가 직렬 연결되기 전의 각각의 정전용량의 절반의 값을 갖는다는 것을 설명하기 위한 도면이며, 도 4c는 도 4a에 도시된 좌향(LH) 전송선로의 단위 등가회로를 대칭 구조의 T형으로 구성한 등가회로를 나타낸 도면이다.FIG. 4A is a diagram showing a unit equivalent circuit of a left handed transmission line (LH), and FIG. 4B is a diagram showing a case where a combined capacitance of an equivalent circuit in which two capacitors having the same capacitance are connected in series is connected in series (LH) transmission line shown in FIG. 4A is a T-shaped symmetrical structure, and FIG. 4C is a view showing an equivalent circuit in which a unit equivalent circuit to the left-side (LH) transmission line shown in FIG. to be.

도 4a에 도시된 바와 같은 단위 등가회로는 도 3a에 도시된 단위 등가회로와는 반대로, 정전용량(CL)을 가진 직렬 커패시터(series capacitor)와 인덕턴스(LL)를 가진 션트 인덕터(shunt inductor)를 가지며, 첨자 "L"은 좌향(LH)을 의미한다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 예를 들면 동일한 정전용량(2CL)을 가진 두 개의 커패시터가 직렬로 연결되어 있을 경우, 그 합성 정전용량은 어느 하나의 정전용량(2CL)의 절반이 되는 정전용량(CL)과 동일하다. 이는 더 이상의 설명이 필요 없을 정도로 당해 기술분야에서 널리 알려져 있는 사실이다. 도 4c에 도시된 등가회로는 도 4a에 도시된 좌향(LH) 전송선로의 단위 등가회로를 대칭구조의 T형으로 구성한 것으로, 도 4b에서 설명한 원리를 이용하여 정전용량(CL)을 가진 한 개의 커패시터를 정전용량(2CL)을 가진 두 개의 커패시터로 직렬로 분할하여 구성한 점을 제외하면 도 4a의 등가회로와 동일하다.The unit equivalent circuit as shown in FIG. 4A is a circuit in which a series capacitor having a capacitance C L and a shunt inductor having an inductance L L , as opposed to the unit equivalent circuit shown in FIG. ), And subscript "L " means leftward (LH). As shown in FIG. 4B, for example, when two capacitors having the same capacitance 2C L are connected in series, the combined capacitance is equal to one half of the capacitance 2C L , Is equal to the capacity (C L ). Which is well known in the art to the point where no further explanation is required. The equivalent circuit shown in Figure 4c has one with a left-handed (LH) to configure a unit equivalent circuit of the transmission line to the T-type symmetry, the capacitance using the principle described in Fig. 4b (C L) shown in Figure 4a 4 is the same as the equivalent circuit of FIG. 4A except that the two capacitors are divided into two capacitors having a capacitance (2C L ) in series.

도 5a는 좌향(LH) 전송선로의 대칭형 단위 등가회로가 2개 직렬 연결된 구조를 나타낸 도면이며, 도 5b는 도 5a에 도시된 등가회로의 구성을 단순화한 등가회로를 나타낸 도면이고, 도 5c는 본 발명의 실시예에 따른 합성 우좌향(CRLH) 전송선로에 해당하는 합성 우좌향(composite right/left handed: CRLH) 전송선로의 기본 구조를 나타낸 도면이다.5A is a diagram showing a structure in which two symmetrical unit equivalent circuits in a right-handed (LH) transmission line are connected in series, FIG. 5B is a diagram showing an equivalent circuit simplifying the configuration of the equivalent circuit shown in FIG. 5A, (CRLH) transmission line according to an exemplary embodiment of the present invention. The composite right / left handed (CRLH) transmission line corresponds to a composite left-right (CRLH) transmission line according to an embodiment of the present invention.

도 5a에는 도 4c에 도시된 좌향(LH) 전송선로의 대칭형 단위 등가회로 2개가 연결되어 있다. 2개의 대칭형 단위 등가회로가 서로 연결된 부분에서는 정전용량(2CL)의 커패시터 두 개가 서로 직렬로 연결되어 있다. 따라서 도 4b에서 설명한 원리를 적용하면 도 5a의 등가회로를 단순화하여 도 5b에 도시된 바와 같은 등가회로를 얻을 수 있다. 즉, 도 5b에 도시된 바와 같은 등가회로는 2개의 대칭형 단위 등가회로가 서로 연결된 부분에서 서로 직렬 연결된 정전용량(2CL)의 커패시터 두 개를 정전용량(CL)의 커패시터 한 개로 대체한 점을 제외하면 도 5a의 등가회로와 동일하다. 이와 관련된 도면 및 설명도 당해 기술분야에 종사하는 자에게는 추가적인 설명이 불필요할 정도로 널리 알려져 있는 사실이다.In Fig. 5A, two symmetrical unit equivalent circuits to the left-side (LH) transmission line shown in Fig. 4C are connected. In the part where two symmetrical unit equivalent circuits are connected to each other, two capacitors of capacitance (2C L ) are connected in series with each other. Therefore, by applying the principle described in FIG. 4B, the equivalent circuit shown in FIG. 5A can be obtained by simplifying the equivalent circuit shown in FIG. 5A. That is, an equivalent circuit as shown in FIG. 5B is a circuit in which two capacitors of a capacitance (2C L ) connected in series to each other where two symmetrical unit equivalent circuits are connected to each other are replaced with capacitors of a capacitance (C L ) Is the same as the equivalent circuit of Fig. 5A. It should be understood that the drawings and description are well known to those skilled in the art without further explanation.

도 5c에 도시된 바와 같이, 합성 우좌향(composite right/left handed, CRLH) 전송선로는 두 개의 우향(RH) 전송선로와 그 사이의 좌향(LH) 전송선로가 서로 전기적으로 연결된 기본 구조를 가진다. 즉, 합성 우좌향(CRLH) 전송선로는, 미리 정해진 길이의 마이크로스트립 전송선로(41), 정전용량(2CL)을 가진 직렬연결된 커패시터, 인덕턴스(LL)를 가진 션트연결된 인덕터, 정전용량(CL)을 가진 직렬연결된 커패시터, 인덕턴스(LL)를 가진 션트연결된 인덕터, 정전용량(2CL)을 가진 직렬연결된 커패시터 및 또 하나의 미리 정해진 길이의 마이크로스트립 전송선로(41)를 기재 순서대로 전기적으로 연결하여 구성된다. 좌향(LH) 전송선로라고 하더라도 이웃 회로와의 연결을 위해서는 우향(RH) 전송선로 구조인 일반적인 전송선로(41)와 연결되어야 하므로 좌향(LH) 전송선로는 대개 이와 같은 합성 우좌향(CRLH) 전송선로 구조를 구성하는 방식으로 이용될 수 있다. 합성 우좌향(CRLH) 전송선로 구조에 대한 대표적인 연구로는 참고논문(C. Caloz, C. Allen and T. Itoh, "Unusual propagation characteristics in CRLH periodic structures," in Proc. 2004 IEEE AP-S International Symposium USNC/URSI National Radio Science Meeting, pp. 3549-3552, USA, June 2004.)을 들 수 있다. 우향(RH) 전송선로(41)는 도 2a에 도시된 마이크로스트립 전송선로(40)와 같은 형태로 구현될 수 있다. As shown in FIG. 5C, a composite right / left handed (CRLH) transmission line has a basic structure in which two right-handed (RH) transmission lines and a left-handed (LH) transmission line therebetween are electrically connected to each other . That is, the synthetic rightward (CRLH) transmission line includes a microstrip transmission line 41 of a predetermined length, a series connected capacitor having a capacitance 2C L , a shunt connected inductor having an inductance L L , C L ), a shunt-connected inductor with inductance (L L ), a series connected capacitor with capacitance (2C L ), and another predefined length of microstrip transmission line (41) And are electrically connected to each other. (LH) transmission line is required to be connected to a general transmission line 41 having a structure of a right transmission line (RH) for connection with a neighboring circuit. Therefore, a left-side (LH) As shown in FIG. As a representative study on the structure of the CRLH transmission line, see C. Caloz, C. Allen and T. Itoh, "Unusual propagation characteristics in CRLH periodic structures, in Proc. 2004 IEEE AP-S International Symposium USNC / URSI National Radio Science Meeting, pp. 3549-3552, USA, June 2004). The right-side (RH) transmission line 41 may be implemented in the same manner as the microstrip transmission line 40 shown in FIG. 2A.

도 6은 브랜치 라인 하이브리드 커플러(branch line hybrid coupler: BLHC 또는 BLC)의 기본 구조를 나타낸 도면이다. 브랜치 라인 하이브리드 커플러는 간략히 "90도(λ/4) 하이브리드"라고도 불린다.6 is a diagram showing the basic structure of a branch line hybrid coupler (BLHC or BLC). The branch line hybrid coupler is also briefly referred to as a "90 degree (? / 4) hybrid. &Quot;

도 6을 참조하면, 기본적인 브랜치 라인 하이브리드 커플러(BLC) 회로는, 도 2a에 도시된 마이크로스트립 전송선로(40)를 기본으로 하여 회로 패턴이 이루어지는데, 전기적 길이가 90ㅀ(λ/4)인 두 개의 35.35Ω 전송선로와 두 개의 50Ω 전송선로가 폐회로를 이루며 서로 연결되어 구성된다. 도 6에 도시된 바와 같이 구성된 브랜치 라인 하이브리드 커플러(BLC)는, 종래의 일반적인 전송선로인 4개의 우향(RH) 전송선로(42)로 구성되는 단일 주파수 대역의 브랜치 라인 하이브리드 커플러(BLC)가 된다. 이러한 기본 구성도는 당해 기술분야에서 널리 알려진 구조이므로 별도의 상세한 설명이 불필요할 정도이다. 우향(RH) 전송선로(42)는 도 2a에 도시된 마이크로스트립 전송선로(40)와 같은 형태로 구현될 수 있다.Referring to FIG. 6, a basic branch line hybrid coupler (BLC) circuit has a circuit pattern based on the microstrip transmission line 40 shown in FIG. 2A, and has an electrical length of 90 k Two 35.35 Ω transmission lines and two 50 Ω transmission lines are connected together in a closed loop. The branch line hybrid coupler (BLC) configured as shown in Fig. 6 is a branch line hybrid coupler (BLC) of a single frequency band composed of four right-side (RH) transmission lines 42 which are conventional conventional transmission lines . Such a basic configuration is a well-known structure in the related art, so that detailed description is unnecessary. The right-side (RH) transmission line 42 may be implemented in the same manner as the microstrip transmission line 40 shown in FIG. 2A.

여기서, P1 내지 P4는 각각 50Ω 기준 임피던스를 갖는 제1 내지 제4 단자(port)를 의미하는데, 외부와의 연결을 위한 50Ω 선로의 길이는 임의로 설정할 수 있으므로 순수한 브랜치 라인 하이브리드 커플러(BLC)의 회로 부분은 네 개의 전송선로로 구성된 폐회로 사각형 부분이 될 수 있다. 따라서 회로의 물리적 크기를 가늠할 때도 순수한 폐회로 부분의 면적을 비교하게 된다.Here, P1 to P4 denote first to fourth ports each having a 50-Ω reference impedance. Since the length of the 50-Ω line for connection with the outside can be arbitrarily set, the circuit of the pure branch-line hybrid coupler (BLC) The portion may be a closed-loop square portion composed of four transmission lines. Therefore, even when measuring the physical size of the circuit, the area of the pure closed circuit portion is compared.

브랜치 라인 하이브리드 커플러(BLC)의 기본적인 기능은 다음과 같다. 만약에 제1 단자(P1)에 입력신호가 인가되면, 입력신호가 1/2씩 나뉘어져서 두 출력단자인 제2,3 단자(P2,P3)로 전달된다. 이때, 두 출력단자에서의 신호는 서로 90도 위상차를 갖는다. 이는 제1 단자(P1)와 제2 단자(P2) 사이에는 -90도 위상경로가 있고, 제1 단자(P1)와 제3 단자(P3) 사이에는 -180도 위상경로가 있기 때문이다. 한편, 제4 단자(P4)에는 이론적으로는 입력전력이 전달되지 않으므로 제1 단자(P1)가 입력단자일 때 제4 단자(P4)는 격리단자(isolation port)라고 부른다.The basic functions of the branch line hybrid coupler (BLC) are as follows. If an input signal is applied to the first terminal P1, the input signal is divided by ½ and then transmitted to the second and third terminals P2 and P3. At this time, the signals at the two output terminals have a phase difference of 90 degrees with each other. This is because there is a -90 degree phase path between the first terminal P1 and the second terminal P2 and there is a -180 degree phase path between the first terminal P1 and the third terminal P3. On the other hand, since the input power is not theoretically transmitted to the fourth terminal P4, when the first terminal P1 is the input terminal, the fourth terminal P4 is called the isolation port.

이중 주파수 대역 브랜치 라인 하이브리드 커플러(BLC)가 되기 위해서는 네 개의 90도 선로가 각각 도 5c에 도시된 바와 같은 합성 우좌향(CRLH) 전송선로로 구성되어야 한다. 그러면 이중대역 주파수(f1,f2)에서 동작하는 회로를 구성할 수 있다.To be a dual frequency band branch line hybrid coupler (BLC), four 90 degree lines must each be composed of a composite left-right (CRLH) transmission line as shown in Figure 5c. Then a circuit operating at the dual band frequencies f1, f2 can be configured.

한편, 비특허문헌1(I. H. Lin, M. D. Vincentis, C. Caloz, and T. Itoh, “Arbitrary Dual-Band Components using Composite Right/Left-Handed Transmission Lines,” IEEE Trans. on Microwave Theory and Techniques, Vol. 52, No. 4, 1142-1149, April 2004.)은 합성 우좌향(CRLH) 전송선로 구조를 이용하여 이중대역 회로를 설계하는 방법을 제시하고 있으며, 일실시예로 이중대역 브랜치 라인 하이브리드 커플러(BLC)의 설계 방법을 제시하고 있다.On the other hand, non-patent document 1 (IH Lin, MD Vincentis, C. Caloz, and T. Itoh, "Arbitrary Dual-Band Components using Composite Right / Left-Handed Transmission Lines," IEEE Trans. On Microwave Theory and Techniques, Vol. 52, No. 4, 1142-1149, April 2004.) discloses a method of designing a dual band circuit using a CRLH transmission line structure. In one embodiment, a dual band branch line hybrid coupler BLC) is proposed.

본 발명의 식1은 비특허문헌1에 제시된 식(10) 및 식(11)을 나란히 기재한 것이다. 이에 따르면 이중 주파수 대역(f1,f2)에서의 원하는 동작을 위한 λ/4 합성 우좌향(CRLH) 전송라인의 위상응답(phase response)은 아래의 식1과 같다. 여기서, 첨자 "c"는 합성 우좌향(CRLH) 전송라인을 의미한다.Equation 1 of the present invention describes equations (10) and (11) presented in non-patent document 1 side by side. Accordingly, the phase response of the? / 4 composite rightward (CRLH) transmission line for the desired operation in the dual frequency bands f1 and f2 is given by Equation 1 below. Here, the suffix "c" means a composite left-right (CRLH) transmission line.

[식1][Formula 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

즉, 비특허문헌1에서는 합성 우좌향(CRLH) 전송라인의 위상응답을 주파수(f1)에서는 -90도로, 주파수(f2)에서는 -270도로 설정하였다. 이러한 식1을 이용하여 비특허문헌1의 도 10에 도시된 바와 같은 실시예인 이중대역 브랜치 라인 하이브리드 커플러(BLC)를 설계하는 방법이 이미 제시되어 있다.That is, in the non-patent document 1, the phase response of the CRLH transmission line is set to -90 degrees at the frequency f1 and -270 degrees at the frequency f2. A method of designing a dual band branch line hybrid coupler (BLC), which is an embodiment as shown in Fig. 10 of the non-patent document 1, has already been proposed by using Equation (1).

비특허문헌1: I. H. Lin, M. D. Vincentis, C. Caloz, and T. Itoh, “Arbitrary Dual-Band Components using Composite Right/Left-Handed Transmission Lines,” IEEE Trans. on Microwave Theory and Techniques, Vol. 52, No. 4, 1142-1149, April 2004.Non-Patent Document 1: I. H. Lin, M. D. Vincentis, C. Caloz, and T. Itoh, "Arbitrary Dual-Band Components Using Composite Right / Left-Handed Transmission Lines," IEEE Trans. on Microwave Theory and Techniques, Vol. 52, No. 4, 1142-1149, April 2004.

그런데 비특허문헌1에 제시된 식을 이용하여 설계한 이중대역 회로의 경우, 비교적 낮은 주파수 대역에서는 물리적 크기가 매우 크다는 문제점이 있다.However, in the case of a dual-band circuit designed using the equation shown in Non-Patent Document 1, there is a problem that the physical size is very large in a relatively low frequency band.

따라서 본 발명은 종래의 문제점을 해소하기 위하여 이루어진 것으로, 이중대역에서의 동작성능을 동일하게 보장하면서도 물리적 크기를 현저하게 줄일 수 있는 이중대역 합성 우좌향 전송선로 및 이를 이용한 이중대역 브랜치 라인 하이브리드 커플러(BLC)를 제공하는데 그 목적이 있다. SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made in order to solve the conventional problems, and it is an object of the present invention to provide a dual band synthetic right and left transmission line capable of remarkably reducing the physical size while ensuring the same performance in dual band, and a dual band branch line hybrid coupler BLC).

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 이중대역 합성 우좌향 전송선로는 이중대역 동작주파수(f1,f2)에서 전기적 길이가 90도인 합성 우좌향 전송선로에 있어서, 인덕턴스(LR)를 가진 직렬 인덕터와 정전용량(CR)을 가진 션트 커패시터를 등가적으로 갖는 마이크로스트립 전송선로 - 정전용량(2CL)을 가진 직렬연결된 커패시터 - 인덕턴스(LL)를 가진 션트연결된 인덕터 - 정전용량(CL)을 가진 직렬연결된 커패시터 - 인덕턴스(LL)를 가진 션트연결된 인덕터 - 정전용량(2CL)을 가진 직렬연결된 커패시터 - 인덕턴스(LR)를 가진 직렬 인덕터와 정전용량(CR)을 가진 션트 커패시터를 등가적으로 갖는 마이크로스트립 전송선로를 기재 순서대로 전기적으로 연결하여 구성되며, 이중대역 동작주파수(f1,f2)에서의 합성 우좌향 전송선로의 위상 응답은 아래의 식과 같이 나타나는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the embodiment as a dual-band synthesis right leftward transmission line according to the embodiment of the present invention, in a dual band operating frequencies (f1, f2) Synthesis Wu left-handed transmission line has an electrical length of 90 degrees at the inductance (L R the shunt connected inductor with an inductance (L L) - - series-connected capacitors with a capacitance (2C L) -) a series inductor and a capacitance (C R), a shunt capacitor with a microstrip transmission line having equivalently with with an electrostatic capacitance (C L) serially connected capacitors with - an inductance (L L) of the shunt connected inductors with-capacitance (2C L) series-connected capacitors with-inductance (L R) in series inductor and a capacitance with a (C R) And a microstrip transmission line equivalent to a shunt capacitor having a shunt capacitor having a resonance frequency f1 and a resonance frequency f2. Phase response is characterized by the expression as shown below.

Figure pat00002
Figure pat00002

Figure pat00003
Figure pat00003

여기서, N은 "정전용량(2CL)을 가진 직렬연결된 커패시터 - 인덕턴스(LL)를 가진 션트연결된 인덕터 - 정전용량(CL)을 가진 직렬연결된 커패시터"의 기본 단위 개수이다.Where N is the number of base units of a series connected capacitor with a capacitance (2C L ) - a series connected capacitor with a shunt connected inductor - capacitance (C L ) with an inductance (L L ).

바람직하게는, N은 1개 이상 복수인 것이 가능하다.Preferably, N may be one or more than one.

바람직하게는, 상기 인덕턴스(LL)를 가진 션트연결된 인덕터를 특성 임피던스(Zo)와 전기적 길이(θ)를 가진 션트 전송선로로 대체하는 것이 가능하다.Preferably, the shunt-connected inductor having the inductance L L can be replaced with a shunt transmission line having a characteristic impedance Zo and an electrical length?.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 이중 대역 브랜치 라인 하이브리드 커플러는 본 발명의 실시예에 따른 이중대역 합성 우좌향 전송선로를 포함한 것을 특징으로 한다.In addition, the dual band branch line hybrid coupler according to the embodiment of the present invention includes the dual band synthetic right and left transmission line according to the embodiment of the present invention.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이중대역 합성 우좌향 전송선로는 본 발명의 실시예에 따른 이중대역 합성 우좌향 전송선로의 상기 마이크로스트립 전송선로 대신에 스트립선로(stripline)나 또는 동평면 도파관(coplanar waveguide: CPW) 선로나 또는 동평면 스트립선로(coplanar stripline: CPS)가 사용되는 것을 특징으로 한다.In addition, the dual band synthetic right and left transmission line according to another embodiment of the present invention may include a stripline or a coplanar waveguide instead of the microstrip transmission line of the dual band synthetic right and left transmission line according to the embodiment of the present invention. a coplanar waveguide (CPW) line or a coplanar stripline (CPS) line is used.

바람직하게는, N은 1개 이상 복수인 것이 가능하다.Preferably, N may be one or more than one.

바람직하게는, 인덕턴스(LL)를 가진 션트연결된 인덕터를 특성 임피던스(Zo)와 전기적 길이(θ)를 가진 션트 전송선로로 대체한 것이 가능하다.Preferably, it is possible to replace a shunt-connected inductor with an inductance L L by a shunt transmission line having a characteristic impedance Z o and an electrical length θ.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이중 대역 브랜치 라인 하이브리드 커플러는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이중대역 합성 우좌향 전송선로를 포함한 것을 특징으로 한다.Also, the dual-band branch line hybrid coupler according to another embodiment of the present invention includes a dual-band composite right-and-left transmission line according to another embodiment of the present invention.

또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이중대역 합성 우좌향 전송선로는 본 발명의 실시예에 따른 이중대역 합성 우좌향 전송선로의 상기 마이크로스트립 전송선로 대신에 그 등가회로인 "직렬연결된 인덕터-션트연결된 커패시터" 단위나, 또는 "직렬연결된 인덕터-션트연결된 커패시터-직렬연결된 인덕터" 단위나, 또는 "션트연결된 커패시터-직렬연결된 인덕터" 단위나, 또는 "션트연결된 커패시터-직렬연결된 인덕터-션트연결된 커패시터" 단위가 1개 이상 복수 개 사용된 것을 특징으로 한다.In addition, the dual band synthetic right and left transmission line according to another embodiment of the present invention may be replaced with a microstrip transmission line of a dual band synthetic right and left transmission line according to an embodiment of the present invention, Shunt connected capacitor "or" series connected inductor - shunt connected capacitor - series connected inductor "unit, or" shunt connected capacitor - series connected inductor "unit, or" shunt connected capacitor - series connected inductor - shunt connected capacitor Quot; one or more units are used.

바람직하게는, N은 1개 이상 복수인 것이 가능하다.Preferably, N may be one or more than one.

바람직하게는, 인덕턴스(LL)를 가진 션트연결된 인덕터를 특성 임피던스(Zo)와 전기적 길이(θ)를 가진 션트 전송선로로 대체한 것이 가능하다.Preferably, it is possible to replace a shunt-connected inductor with an inductance L L by a shunt transmission line having a characteristic impedance Z o and an electrical length θ.

또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이중 대역 브랜치 라인 하이브리드 커플러는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이중대역 합성 우좌향 전송선로를 포함한 것을 특징으로 한다.Also, the dual-band branch line hybrid coupler according to another embodiment of the present invention includes a dual-band composite right-and-left transmission line according to another embodiment of the present invention.

본 발명의 이중대역 합성 우좌향 전송선로 및 이를 이용한 이중대역 브랜치 라인 하이브리드 커플러(BLC)는 종래에 비해 이중대역에서의 동작성능을 동일하게 보장하면서도 물리적 크기를 줄일 수 있다.The double-band composite right-and-left transmission line of the present invention and the dual-band branch line hybrid coupler (BLC) using the double-band composite right-and-left transmission line can reduce the physical size while ensuring the same performance in the dual band.

도 1은 인쇄 회로 기판(PCB)을 구현하기 전의 일반적인 평면형 원판(raw board)을 나타낸 사시도이다.
도 2a는 표준형 마이크로스트립 선로의 상면 사시도이고, 도 2b는 표준형 마이크로스트립 선로의 하면 사시도이다.
도 3a는 일반적인 전송선로(TL)의 단위 등가회로를 나타낸 도면이고, 도 3b는 도 3a에 도시된 단위 등가회로를 대칭 구조의 T형으로 구성한 등가회로를 나타낸 도면이다.
도 4a는 좌향 전송선로(left handed(LH) transmission line)의 단위 등가회로를 나타낸 도면이고, 도 4b는 동일한 정전용량(capacitance)을 가진 두 개의 커패시터가 직렬 연결된 등가회로의 합성 커패시턴스가 직렬 연결되기 전의 각각의 정전용량의 절반의 값을 갖는다는 것을 설명하기 위한 도면이며, 도 4c는 도 4a에 도시된 좌향(LH) 전송선로의 단위 등가회로를 대칭 구조의 T형으로 구성한 등가회로를 나타낸 도면이다.
도 5a는 좌향(LH) 전송선로의 대칭형 단위 등가회로가 2개 직렬 연결된 구조를 나타낸 도면이고, 도 5b는 도 5a에 도시된 등가회로의 구성을 단순화한 등가회로를 나타낸 도면이고, 도 5c는 본 발명의 실시예에 따른 합성 우좌향(CRLH) 전송선로에 해당하는 합성 우좌향(CRLH) 전송선로의 기본 구조를 나타낸 도면이다.
도 6은 브랜치 라인 하이브리드 커플러(BLC) 회로의 기본 구성을 나타낸 도면이다.
도 7a는 본 발명의 실시예에 따른 합성 우좌향(CRLH) 전송선로를 이용한 이중대역 브랜치 라인 하이브리드 커플러(BLC)를 실제로 제조한 것과, 종래의 비특허문헌1의 방법으로 설계한 이중대역 브랜치 라인 하이브리드 커플러(BLC)의 레이아웃을 겹쳐서 촬영한 사진이고, 도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 합성 우좌향(CRLH) 전송선로를 이용한 이중대역 브랜치 라인 하이브리드 커플러(BLC)를 실제로 제조한 것과 그 좌향(LH) 전송선로 부분의 등가회로 및 단면 구조를 각각 나타낸 도면이다.
도 8a는 본 발명의 실시예에 따라 설계된 이중대역 브랜치 라인 하이브리드 커플러(BLC)의 S-파라미터(S-parameter) 성능을 전자기적 시뮬레이션(electromagnetic(EM) simulation)으로 예측하여 나타낸 그래프이고, 도 8b는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 이중대역 브랜치 라인 하이브리드 커플러(BLC)의 S-파라미터 성능을 실제로 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 이중대역 브랜치 라인 하이브리드 커플러(BLC)의 두 출력 단자에 전달되는 신호 간의 위상차 특성을 나타낸 그래프이다.
도 10a는 션트 인덕터(shunt inductor)가 마이크로스트립 선로로 대체될 수 있음을 나타낸 등가회로도이고, 도 10b는 마이크로스트립 선로의 등가 인덕터스(inductance)와 전기적 길이(θ)의 관계를 나타낸 그래프이고, 도 10c는 본 발명의 변형 예에 따른 이중대역 브랜치 라인 하이브리드 커플러(BLC)에 적용된 좌향(LH) 전송선로 부분의 등가회로를 나타낸 도면이고, 도 10d는 도 10c에 도시된 좌향(LH) 전송선로 부분의 단면 구조를 나타낸 도면이다.
도 11a는 본 발명의 변형 예에 따른 합성 우좌향(CRLH) 전송선로를 이용한 이중대역 브랜치 라인 하이브리드 커플러(BLC)를 실제로 제조한 것을 촬영한 사진과 그 좌향 전송선로(LH TL) 부분의 확대도 및 등가회로를 각각 나타낸 도면이고, 도 11b는 본 발명의 변형 예에 따른 합성 우좌향(CRLH) 전송선로를 이용한 이중대역 브랜치 라인 하이브리드 커플러(BLC)를 실제로 제조한 것과 종래의 이중대역 브랜치 라인 하이브리드 커플러(BLC)의 레이아웃을 겹쳐서 촬영한 사진이다.
도 12a는 본 발명의 변형 예에 따라 설계된 이중대역 브랜치 라인 하이브리드 커플러(BLC)의 S-파라미터(S-parameter) 성능을 전자기적 시뮬레이션(electromagnetic(EM) simulation)으로 예측하여 나타낸 그래프이고, 도 12b는 본 발명의 변형 예에 따라 제조된 이중대역 브랜치 라인 하이브리드 커플러(BLC)의 S-파라미터 성능을 실제로 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 13은 본 발명의 변형 예에 따른 이중대역 브랜치 라인 하이브리드 커플러(BLC)의 두 출력 단자에 전달되는 신호 간의 위상차 특성을 나타낸 그래프이다.1 is a perspective view showing a general planar raw board before implementing a printed circuit board (PCB).
FIG. 2A is a top perspective view of a standard type microstrip line, and FIG. 2B is a bottom perspective view of a standard type microstrip line.
FIG. 3A is a diagram showing a unit equivalent circuit of a general transmission line TL, and FIG. 3B is a diagram showing an equivalent circuit in which the unit equivalent circuit shown in FIG. 3A is formed of a T-shaped symmetrical structure.
FIG. 4A is a diagram showing a unit equivalent circuit of a left handed transmission line (LH), and FIG. 4B is a diagram showing a case where a combined capacitance of an equivalent circuit in which two capacitors having the same capacitance are connected in series is connected in series (LH) transmission line shown in FIG. 4A is a T-shaped symmetrical structure, and FIG. 4C is a view showing an equivalent circuit in which a unit equivalent circuit to the left-side (LH) transmission line shown in FIG. to be.
FIG. 5A is a diagram showing a structure in which two symmetrical unit equivalent circuits in a right-handed (LH) transmission line are connected in series, FIG. 5B is a diagram showing an equivalent circuit simplifying the configuration of the equivalent circuit shown in FIG. (CRLH) transmission line corresponding to a composite left-right (CRLH) transmission line according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram showing a basic configuration of a branch line hybrid coupler (BLC) circuit.
FIG. 7A is a schematic diagram of a dual band branch line hybrid coupler (BLC) fabricated using a composite left-right (CRLH) transmission line according to an embodiment of the present invention and a double band branch line 7B is a photograph of a dual band branch line hybrid coupler (BLC) fabricated using a composite left-right (CRLH) transmission line according to an embodiment of the present invention, (LH) transmission line portion, respectively.
8A is a graph illustrating the S-parameter performance of a dual-band branch line hybrid coupler (BLC) designed according to an embodiment of the present invention by electromagnetic simulation (electromagnetic (EM) simulation) Is a graph showing actual measurement of S-parameter performance of a dual band branch line hybrid coupler (BLC) fabricated according to an embodiment of the present invention.
9 is a graph showing the phase difference characteristics between signals transmitted to two output terminals of a dual band branch line hybrid coupler (BLC) according to an embodiment of the present invention.
FIG. 10A is an equivalent circuit diagram showing that a shunt inductor can be replaced with a microstrip line, FIG. 10B is a graph showing a relationship between an equivalent inductance and an electrical length? Of a microstrip line, (LH) transmission line portion applied to a dual band branch line hybrid coupler (BLC) according to a modification of the present invention, FIG. 10D is a diagram showing an equivalent circuit of a left- And Fig.
11A is a photograph showing a photograph of a dual band branch line hybrid coupler (BLC) actually manufactured using a composite left-right (CRLH) transmission line according to a modification of the present invention and an enlarged view of the left- And FIG. 11B is a circuit diagram of a dual band branch line hybrid coupler (BLC) fabricated using a composite right-handed (CRLH) transmission line according to a modification of the present invention and a conventional dual band branch line hybrid This is a photograph in which the layout of the coupler BLC is overlaid.
12A is a graph illustrating the S-parameter performance of a dual-band branch line hybrid coupler (BLC) designed according to a modification of the present invention by electromagnetic simulation (electromagnetic (EM) simulation) Is a graph showing actual measurement of S-parameter performance of a dual band branch line hybrid coupler (BLC) fabricated according to a modification of the present invention.
13 is a graph showing the phase difference characteristics between signals transmitted to two output terminals of a dual band branch line hybrid coupler (BLC) according to a modification of the present invention.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 이중대역 합성 우좌향 전송선로 및 이를 이용한 브랜치 라인 하이브리드 커플러(BLC)를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 종래의 부분과 동일한 부분에는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 상세한 설명을 생략하기로 한다.BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, a dual band synthetic right and left transmission line and a branch line hybrid coupler (BLC) using the same according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The same reference numerals are assigned to the same parts as those of the conventional parts, and a detailed description thereof will be omitted.

먼저, 도 5c에 도시된 합성 우좌향(CRLH) 전송선로의 위상 응답을 분석해 보면, 합성 우좌향(CRLH) 전송선로에 포함된 우향(RH) 전송선로 부분에 의한 위상 응답은 식2와 같이 나타낼 수 있고, 좌향(LH) 전송선로 부분에 의한 위상 응답은 식3과 같이 나타낼 수 있다. 여기서, N은 단위 등가회로의 개수로서, 설계과정에서 N의 값을 결정할 수 있다. 본 발명에서는 예를 들어 N=2를 사용하기로 한다. ω=2πf의 관계는 당해 기술분야에서 널리 알려진 사실이므로 이에 대해 별도로 상세히 설명하지 않기로 한다. 한편, 첨자 "R"과 "L"은 각각 우향(RH) 전송선로와 좌향(LH) 전송선로를 의미한다.First, when analyzing the phase response of the CRLH transmission line shown in FIG. 5C, the phase response due to the right transmission line portion included in the CRLH transmission line is expressed by Equation 2 And the phase response due to the portion of the left-handed (LH) transmission line can be expressed as Equation (3). Here, N is the number of unit equivalent circuits, and the value of N can be determined during the design process. In the present invention, for example, N = 2 is used. The relation of? = 2? f is well known in the technical field and will not be described in detail. On the other hand, subscripts "R" and "L" refer to the right (RH) transmission line and the left (LH) transmission line, respectively.

[식2][Formula 2]

Figure pat00004
Figure pat00004

[식3][Formula 3]

Figure pat00005
Figure pat00005

합성 우좌향(CRLH) 전송선로의 위상 응답은 식4와 같이 우향(RH) 전송선로의 위상 응답과 좌향(LH) 전송선로의 위상 응답의 합으로 결정될 수 있다.The phase response of the CRLH transmission line can be determined by the sum of the phase response of the RH transmission line and the phase response of the LH transmission line as shown in Equation (4).

[식4][Formula 4]

Figure pat00006
Figure pat00006

식2 내지 식4는 비특허문헌1에 이미 제시된 바와 같다. 그러나 비특허문헌1과는 다른 본 발명의 기술적 사상은 바로 아래의 식5 및 식6에 있다.Equations 2 to 4 are as already shown in Non-Patent Document 1. However, the technical idea of the present invention, which is different from the non-patent document 1, is shown in Equations 5 and 6 below.

[식5][Formula 5]

Figure pat00007
Figure pat00007

즉, 비특허문헌1이 식1과 같은 위상응답을 취하는 반면, 본 발명에 따른 이중대역 합성 우좌향 전송선로는 식5와 같은 위상응답을 취함으로써 종래기술과 본 발명 사이에 커다란 설계결과의 차이가 발생하는데, 이는 후술하는 바와 같이 본 발명에 따른 이중대역 합성 우좌향 전송선로 및 이를 이용한 이중대역 브랜치 라인 하이브리드 커플러(BLC)의 회로를 현저하게 소형화시키는 결과를 가져온다. 식2 내지 식5를 결합하여 다시 풀어 쓰면 식6과 같이 나타낼 수 있다.That is, the non-patent document 1 takes the phase response as shown in Equation (1), whereas the dual-band synthetic right and left transmission line according to the present invention takes the phase response as shown in Equation (5) This results in a remarkably miniaturization of the dual band synthesis right and left transmission line and the dual band branch line hybrid coupler (BLC) circuit using the same according to the present invention, as described later. Combining Equations 2 to 5 and rewriting them again can be expressed as Equation 6. [

[식6][Formula 6]

Figure pat00008
Figure pat00008

만약에

Figure pat00009
이라고 간략히 표현하면 식7과 같은 해를 얻을 수 있다.If the
Figure pat00009
, We obtain the same solution as in Eq. (7).

[식7][Equation 7]

Figure pat00010
Figure pat00010

한편, 비특허문헌1의 경우, 식1과 같은 위상응답식을 풀면 P대신 아래의 식8과 같이 P'을 얻을 수 있다. 식7과 구별하기 위하여 비특허문헌1의 방법에 의하여 얻은 P를 편의상 P'라고 표기하였다.On the other hand, in the case of Non-Patent Document 1, P 'can be obtained instead of P by solving the phase response equation as shown in Equation 1 as shown in Equation 8 below. In order to distinguish from Equation 7, P obtained by the method of Non-Patent Document 1 is referred to as P 'for convenience.

[식8][Equation 8]

Figure pat00011
Figure pat00011

P와 P'는 우향(RH) 전송선로의 길이를 결정하므로 사실상 회로의 크기를 결정하는 비교 지표가 될 수 있는 것이다. P와 P'를 비교하면 식9와 같이 나타낼 수 있다. P and P 'determine the length of the right-handed (RH) transmission line, which in fact can be a comparison index to determine the size of the circuit. If P and P 'are compared, it can be expressed as Eq.

[식9][Equation 9]

Figure pat00012
Figure pat00012

즉, P/P'＜1은 P＜P'을 의미한다. 그러므로 본 발명의 방법으로 얻은 P가 비특허문헌1의 방법으로 얻은 P'보다 더 작은 값을 갖는다.That is, P / P '<1 means P <P'. Therefore, P obtained by the method of the present invention has a smaller value than P 'obtained by the method of Non-Patent Document 1.

이중대역 BLC를 설계하는 과정에 있어서, LL 및 CL의 값을 결정하는 방법은 비특허문헌1에서나 본 발명에서나 동일하므로 본 발명에서는 LL 및 CL의 값을 결정하는 방법이나 과정에 대한 별도의 상세한 설명을 생략하기로 한다. 사용하는 설계식이 다르므로 최종적으로 설계된 LL 및 CL의 값이 당연히 다르지만, 그 값들을 결정하는 수학적 과정은 동일하다. 그리고 LL 및 CL의 값을 각각 갖는 인덕터 및 커패시터는 좌향(LH) 전송선로 부분이어서 설령 어떤 LL 및 CL의 값을 갖더라도 그 물리적 크기가 거의 같은 칩 소자(chip devices)나 고임피던스 선로(high impedance line)로 구성되므로 전체적인 회로의 크기에 영향을 미치지 못한다. 결국, 우향(RH) 전송선로 부분의 길이가 전체 회로의 크기를 좌우한다. 따라서 식9에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 방법에 의한 우향(RH) 전송선로 부분의 길이(P)가 비특허문헌1의 방법에 의한 우향(RH) 전송선로 부분의 길이(P')보다 더 작으므로 본 발명은 종래기술에 비해 동일한 성능일지라도 전체적인 회로를 더 소형화할 수 있는 것이다.In the process of designing the dual-band BLC, L L, and a method of determining the value of C L is a non-patent document 1 eseona the same eseona the invention In the present invention, for the method and the process of determining the values of L L and C L A detailed description thereof will be omitted. Since the design equation to be used is different, the final designed values of L L and C L are of course different, but the mathematical process for determining the values is the same. The inductors and capacitors each having a value of L L and C L are part of a left-handed (LH) transmission line so that even if any L L and C L values have chip elements of substantially the same physical size, It does not affect the overall circuit size because it is composed of a high impedance line. As a result, the length of the portion of the right-handed (RH) transmission line dominates the size of the entire circuit. Therefore, as can be seen from Equation 9, the length P of the RH transmission line portion according to the method of the present invention is smaller than the length P 'of the RH transmission line portion according to the method of Non-Patent Document 1 The present invention is capable of further downsizing the whole circuit even if the performance is the same as that of the prior art.

본 발명에서 주장하는 기술적 사상은 이중대역 특성을 얻기 위하여 설계하는 과정에서, 비특허문헌1의 식(본 명세서의 식1에 해당한다)이 아니라 본 명세서의 식5 및 식6을 사용한다는데 그 핵심이 있다. 그리고 본 발명의 방법으로 이중대역 회로를 설계할 경우, 식9로부터 알 수 있는 바와 같이 비특허문헌1보다 물리적 크기가 더 작은 회로를 구성할 수 있다는 것이다. 식5는 외형적으로는 비특허문헌1에서 나타내 보인 식1과 비슷해 보이지만 결코 우연히 얻을 수 있는 것이 아니라 비특허문헌1에 의해 구성한 이중대역 회로의 물리적 크기가 크다는 문제점을 해결하고자 하는 연구과정에서 얻은 고도의 연구 결과물이라는 것을 인지할 필요가 있다. 즉, 수학적으로 (-π/2,－3π/2) 쌍과 (π/2,－π/2) 쌍이 서로 유사하다고 단순하게 등치시킬 것이 아니라 당해 기술분야의 종사자라 하더라도 결코 쉽게 얻어낼 수 없는 고도의 연구결과 및 기술적 사상으로부터 도출한 결과라는 것이다.The technical idea claimed in the present invention uses equations 5 and 6 of the present specification instead of the equation (corresponding to Equation 1 of the present specification) of the non-patent document 1 in the course of designing to obtain dual band characteristics, . In the case of designing a dual-band circuit by the method of the present invention, it is possible to construct a circuit having a smaller physical size than that of the non-patent document 1, as can be seen from equation (9). Equation 5 is similar to Equation 1 shown in Non-Patent Document 1, but it can not be obtained by chance, but it can be obtained by a process for solving the problem that the physical size of the dual band circuit constructed by Non-Patent Document 1 is large It is necessary to recognize that this is a high-level research result. That is, mathematically, it is not simply equal that (-π / 2, -3π / 2) pairs and (π / 2, -π / 2) pairs are similar to each other, It is a result derived from high research results and technical ideas.

도 7a는 본 발명의 실시예에 따른 합성 우좌향(CRLH) 전송선로를 이용한 이중대역 브랜치 라인 하이브리드 커플러(BLC)를 실제로 제조한 것과, 종래의 비특허문헌1의 방법으로 설계한 이중대역 브랜치 라인 하이브리드 커플러(BLC)의 레이아웃을 겹쳐서 촬영한 사진이고, 도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 합성 우좌향(CRLH) 전송선로를 이용한 이중대역 브랜치 라인 하이브리드 커플러(BLC)를 실제로 제조한 것과 그 좌향(LH) 전송선로 부분의 등가회로 및 단면 구조를 각각 나타낸 도면이다.FIG. 7A is a schematic diagram of a dual band branch line hybrid coupler (BLC) fabricated using a composite left-right (CRLH) transmission line according to an embodiment of the present invention and a dual band branch line 7B is a photograph of a dual band branch line hybrid coupler (BLC) fabricated using a composite left-right (CRLH) transmission line according to an embodiment of the present invention, (LH) transmission line portion, respectively.

도 7a를 참조하면, 비특허문헌1에 의해 종래의 이중대역 브랜치 라인 하이브리드 커플러(BLC) 회로의 레이아웃(layout)을 설계하였다. 이와 별도로, 본 발명에 따라 이중대역 브랜치 라인 하이브리드 커플러(BLC)를 실제로 제조하였다. 이중대역 주파수(f1,f2)도 종래의 주파수(f1,f2)와 동일하게 0.93GHz, 1.78GHz로 각각 정하였다. 이어, 동일한 이중대역 주파수에서 동작하는 종래의 이중대역 브랜치 라인 하이브리드 커플러(BLC)와 본 발명에 의한 이중대역 브랜치 라인 하이브리드 커플러(BLC)의 크기를 시각적으로 쉽게 비교할 수 있도록 하기 위하여, 종래의 방법으로 설계한 이중대역 브랜치 라인 하이브리드 커플러(BLC) 회로의 레이아웃을 1:1 크기로 인쇄하였다. 이와 같이 인쇄된 종래의 이중대역 브랜치 라인 하이브리드 커플러(BLC) 회로의 레이아웃 상에 본 발명의 실시예에 따른 이중대역 브랜치 라인 하이브리드 커플러(BLC)를 실제로 제조한 것을 겹쳐 놓아둔 상태에 대해 사진을 찍어 두 개의 크기가 쉽게 비교되도록 하였다.Referring to FIG. 7A, the layout of a conventional dual-band branch-line hybrid coupler (BLC) circuit is designed by non-patent document 1. Separately, a dual band branch line hybrid coupler (BLC) was actually fabricated in accordance with the present invention. The dual-band frequencies f1 and f2 are set to 0.93 GHz and 1.78 GHz, respectively, which are the same as the conventional frequencies f1 and f2. In order to be able to visually easily compare the size of a conventional dual band branch line hybrid coupler (BLC) operating at the same dual band frequency and a dual band branch line hybrid coupler (BLC) according to the present invention, The layout of the designed dual - band branch - line hybrid coupler (BLC) circuit was printed in 1: 1 size. [0031] A photograph of a state in which the dual band branch line hybrid coupler (BLC) according to the embodiment of the present invention is actually fabricated is laid out on the layout of the printed conventional double band branch line hybrid coupler (BLC) circuit Two sizes were easily compared.

실제로 제조한 이중대역 브랜치 라인 하이브리드 커플러(BLC)에는 측정을 위한 RF 컨넥터(connector)가 설치되어 있다. 도 6에 도시된 바와 같이 외부와의 전기적 연결을 위한 50Ω 연결선로는 임의의 길이가 가능하므로 이를 제외하고 순수한 이중대역 브랜치 라인 하이브리드 커플러(BLC) 회로 부분에 해당하는 사각형 부분만의 크기를 비교하였을 경우, 본 발명에 의한 이중대역 브랜치 라인 하이브리드 커플러(BLC)가 종래의 이중대역 브랜치 라인 하이브리드 커플러(BLC)보다 매우 작아졌음을 알 수 있다.The actually fabricated dual-band branch-line hybrid coupler (BLC) has an RF connector for measurement. As shown in FIG. 6, since a 50-ohm line for electrical connection to the outside can be of any length, only the size of a rectangular portion corresponding to a pure dual-band branch line hybrid coupler (BLC) It can be seen that the dual band branch line hybrid coupler (BLC) according to the present invention is much smaller than the conventional dual band branch line hybrid coupler (BLC).

본 발명에 의한 방법을 기초로 설계한 결과를 적용하여 도 6에 도시된 브랜치 라인 하이브리드 커플러(BLC) 회로의 기본 구성에서 90도(λ/4) 길이의 35.35Ω 전송선로를 도 5c에 도시된 바와 같은 이중대역 선로로 구성할 경우 LL=3.7nH, CL=2.9pF이었고, 50Ω 전송선로를 위한 이중대역 선로의 경우 LL=5.2nH, CL=2.1pF이었다.By applying the result of the design based on the method according to the present invention, a 35.35? Transmission line having a length of 90 degrees (? / 4) in the basic configuration of the branch line hybrid coupler (BLC) when configured as a dual-band line, such as L L = 3.7nH, was C L = 2.9pF, for dual-band line for a 50Ω transmission line was a L L = 5.2nH, C L = 2.1pF.

이러한 경우, 도 7a에서 시각적으로 비교되는 바와 같이, 동일한 이중대역 주파수에 대해 같은 유전체 기판, 예를 들어 εr=3.2, H=31mils의 유전체 기판으로 종래의 브랜치 라인 하이브리드 커플러(BLC)와 본 발명에 의한 브랜치 라인 하이브리드 커플러(BLC)를 각각 구성하였을 때, 본 발명에 의한 브랜치 라인 하이브리드 커플러(BLC, 제조사진)의 크기는 종래의 방법으로 설계한 브랜치 라인 하이브리드 커플러(BLC, 레이아웃)의 크기에 비해 34%에 불과할 정도로 작다는 것을 알 수가 있다. In this case, as is visually compared in Fig. 7A, a conventional branch line hybrid coupler (BLC) with the same dielectric substrate, e. G. R = 3.2, H = 31 mils dielectric substrate for the same dual band frequency, Line hybrid coupler (BLC) according to the present invention, the size of the branch line hybrid coupler (BLC, manufactured photograph) according to the present invention is the same as that of the conventional branch line hybrid coupler (BLC, layout) Which is 34% smaller than that of the previous study.

이를 도 7b를 참조하여 좀 더 상세히 설명하면, 각각의 좌향(LH) 전송선로 부분의 회로는 정전용량(2CL)을 가진 직렬연결된 커패시터, 인덕턴스(LL)를 가진 션트연결된 인덕터, 정전용량(CL)을 가진 직렬연결된 커패시터, 인덕턴스(LL)를 가진 션트연결된 인덕터, 및 정전용량(2CL)을 가진 직렬연결된 커패시터가 기재 순서로 구성되어 있는 등가회로로 나타낼 수 있다. 또한, 좌향(LH) 전송선로 부분의 회로는 정전용량(2CL)에 해당하는 칩 커패시터(61), 정전용량(CL)에 해당하는 칩 커패시터(63), 및 인덕턴스(LL)에 해당하는 칩 인덕터(71)를 사용하여 실제로 구성할 수 있다. 우향(RH) 전송선로 부분은 선로의 연결 및 접합을 위한 선로(41)와, 칩 소자들의 접합을 위하여 실제로 필요한 짧은 길이의 우향(RH) 선로(43)가 예를 들어 징검다리 형태의 사각형 패드(pad)로 구성될 수 있다. 짧은 패드 형태의 우향(RH) 선로(43)도 도 2a에 도시된 바와 같은 마이크로스트립 전송선로(40)로 구성될 수 있다. 접지부(ground)(81)는 어떤 방식으로 구성되어 있더라도 상관없기 때문에 본 명세서에서는 이에 대해 상세히 설명하지 않기로 한다. 접지부가 어떤 형태로 구성되어도 본 발명의 기술적 사상이 바뀌지 않는다.7B, each left-handed (LH) transmission line portion circuit includes a series connected capacitor having a capacitance 2C L , a shunt coupled inductor having an inductance L L , C L ), a shunt-connected inductor with an inductance (L L ), and a series-connected capacitor with a capacitance (2C L ). The circuit in the left-hand side (LH) transmission line portion corresponds to the chip capacitor 61 corresponding to the electrostatic capacitance 2C L , the chip capacitor 63 corresponding to the electrostatic capacitance C L , and the inductance L L Can be actually constructed by using a chip inductor (71). The right-handed (RH) transmission line portion includes a line 41 for connecting and joining lines, and a short-length right-handed (RH) line 43 actually required for bonding chip elements, and a pad. A short pad type right (RH) line 43 may also be composed of a microstrip transmission line 40 as shown in FIG. 2A. Since the ground 81 may be configured in any manner, it will not be described in detail in this specification. The technical idea of the present invention does not change even if the ground portion is formed in any form.

도 8a는 본 발명의 실시예에 따라 설계된 이중대역 브랜치 라인 하이브리드 커플러(BLC)의 S-파라미터(S-parameter) 성능을 전자기적 시뮬레이션(electromagnetic(EM) simulation)으로 예측하여 나타낸 그래프이고, 도 8b는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 이중대역 브랜치 라인 하이브리드 커플러(BLC)의 S-파라미터 성능을 실제로 측정하여 나타낸 그래프이다. 8A is a graph illustrating the S-parameter performance of a dual-band branch line hybrid coupler (BLC) designed according to an embodiment of the present invention by electromagnetic simulation (electromagnetic (EM) simulation) Is a graph showing actual measurement of S-parameter performance of a dual band branch line hybrid coupler (BLC) fabricated according to an embodiment of the present invention.

도 8a를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따라 설계된 이중대역 브랜치 라인 하이브리드 커플러(BLC)의 S-파라미터 성능에 대해 EM 시뮬레이션으로 예측하였을 때, 두 주파수 대역에서 S21 및 S31이 약 -3dB 근처의 값을 나타내고, S11 및 S41이 -20dB 이하의 값을 나타내었다. 따라서 본 발명의 실시예에 따라 설계된 이중대역 브랜치 라인 하이브리드 커플러(BLC)의 S-파라미터 성능이 매우 우수한 특성을 보여준다는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 8A, when the EM simulation predicted the S-parameter performance of a dual-band branch-line hybrid coupler (BLC) designed in accordance with an embodiment of the present invention, S21 and S31 in both frequency bands And S11 and S41 showed values of -20 dB or less. Therefore, it can be seen that the S-parameter performance of the dual band branch line hybrid coupler (BLC) designed according to the embodiment of the present invention shows excellent characteristics.

도 8b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따라 제조된, 도 7a에 도시된 바와 같은 이중대역 브랜치 라인 하이브리드 커플러(BLC)의 S-파라미터 성능을 실제로 측정하였을 때, 두 주파수 대역에서 S21, S31, S11, 및 S41이 도 8a의 시뮬레이션 예측된 것과 유사한 값을 나타내었다. 따라서 본 발명의 실시예에 따라 실제로 제조된 이중대역 브랜치 라인 하이브리드 커플러(BLC)의 S-파라미터 성능이 매우 우수한 특성을 보여준다는 것을 알 수 있다. 그러므로 본 발명의 실시예에 의한 설계 방법이 타당하다는 것을 알 수 있다.8B, when the S-parameter performance of a dual band branch line hybrid coupler (BLC) as shown in FIG. 7A, manufactured according to an embodiment of the present invention, is actually measured, S21 and S31 , S11, and S41 showed values similar to those predicted by the simulation of Fig. 8A. Therefore, it can be seen that the S-parameter performance of the dual band branch line hybrid coupler (BLC) actually manufactured according to the embodiment of the present invention shows excellent characteristics. Therefore, it can be seen that the design method according to the embodiment of the present invention is valid.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 이중대역 브랜치 라인 하이브리드 커플러(BLC)의 두 출력 단자에 전달되는 신호 간의 위상차 특성을 나타낸 그래프이다.9 is a graph showing the phase difference characteristics between signals transmitted to two output terminals of a dual band branch line hybrid coupler (BLC) according to an embodiment of the present invention.

도 9를 참조하면, 원하는 이중대역 주파수에서 이중대역 브랜치 라인 하이브리드 커플러(BLC)의 두 출력 단자에 전달되는 신호 간의 위상차(Phase(S21)-Phase(S31))가 90도가 나고 있음을 시뮬레이션과 실제 측정을 통하여 모두 확인할 수 있다.9, the phase difference (Phase (S21) -Phase (S31)) between the signals transmitted to the two output terminals of the dual band branch line hybrid coupler (BLC) is 90 degrees at a desired dual band frequency. It can be confirmed through measurement.

도 10a는 션트 인덕터(shunt inductor)가 마이크로스트립 선로로 대체될 수 있음을 나타낸 등가회로도이고, 도 10b는 마이크로스트립 선로의 등가 인덕터스(inductance)와 전기적 길이(θ)의 관계를 나타낸 그래프이고, 도 10c는 본 발명의 변형 예에 따른 이중대역 브랜치 라인 하이브리드 커플러(BLC)에 적용된 좌향(LH) 전송선로 부분의 등가회로를 나타낸 도면이고, 도 10d는 도 10c에 도시된 좌향(LH) 전송선로 부분의 단면 구조를 나타낸 도면이다.FIG. 10A is an equivalent circuit diagram showing that a shunt inductor can be replaced with a microstrip line, FIG. 10B is a graph showing a relationship between an equivalent inductance and an electrical length? Of a microstrip line, (LH) transmission line portion applied to a dual band branch line hybrid coupler (BLC) according to a modification of the present invention, FIG. 10D is a diagram showing an equivalent circuit of a left- And Fig.

도 10a를 참조하면, 일반적으로 션트 인덕터가 접지부에 전기적으로 연결될 경우, 이 션트 인턱터는 특성 임피던스가 Zo이고 전기적 길이가 θ인 단락 션트 스터브(short shunt stub)로 대체될 수 있음이 널리 알려져 있다. 그러면 단자에서 보는 입력 임피던스(input impedance)가 서로 동일하게 된다. Referring to FIG. 10A, it is generally known that when the shunt inductor is electrically connected to the ground, this shunt inductor can be replaced by a short shunt stub having a characteristic impedance Z o and an electrical length of? have. Then the input impedances seen at the terminals are equal to each other.

이러한 관계를 좀 더 상세히 설명하면, 인덕턴스가 LL인 어떤 인덕터가 단락되어(shorted) 있을 때 이 인덕터를 바라본 입력 임피던스(Zin)는 식10과 같이 나타낼 수 있다. 그리고 특성 임피던스가 Zo이고 전기적 길이가 θ인 단락된 전송선로를 바라본 입력 임피던스(Zin')는 식11과 같이 나타낼 수 있다. 만약에 어떤 주파수(f)에서 두 입력 임피던스가 같다면(Zin＝Zin'), 이 전송선로는 등가적으로 인덕턴스가 LL인 인덕터로 동작한다고 말할 수 있다. 그리고 등가 인덕턴스(LL)는 Zo와 θ의 변화함에 따라 달라질 수 있다. 보통 Zo는 80Ω 이상의 높은 값으로 먼저 취하므로 결국 θ와 등가 인덕턴스(LL)는 식12와 같은 관계를 가질 수 있다.To explain this relationship in more detail, the input impedance (Z in ) of this inductor viewed as an inductor with short inductance L L is shorted as shown in Equation 10. The input impedance (Z in ') of a short-circuited transmission line with a characteristic impedance of Z o and an electrical length of θ can be expressed as Equation 11. If the two input impedances at a certain frequency (f) are equal (Z in = Z in '), it can be said that the transmission line is equivalent to an inductor with an inductance L L. And the equivalent inductance (L L ) may vary as Z o and θ change. In general, Z o takes a higher value than 80 Ω, so θ and the equivalent inductance (L L ) can have the relationship as shown in Eq. (12).

[식10][Equation 10]

Figure pat00013
Figure pat00013

[식11][Equation 11]

Figure pat00014
Figure pat00014

[식12][Equation 12]

Figure pat00015
Figure pat00015

일례로서 Zo＝110Ω일 때 주파수(f)＝0.93GHz에서 마이크로스트립 선로의 전기적 길이(θ)와 등가 인덕턴스(LL) 사이의 관계는 도 10b에 도시된 바와 같이 나타날 수 있다. 여기서, 도 10b에 도시된 관계는 완전한 1차 직선으로 나타나지 않지만, θ와 등가 인덕턴스(LL) 간에 1차 직선에 가까운 선형성(linearity)을 보이는 정비례 관계에 있다고 볼 수 있다.As an example, the relationship between the electrical length (?) Of the microstrip line and the equivalent inductance (L L ) at frequency (f) = 0.93 GHz when Z o = 110? Here, although the relationship shown in FIG. 10B does not appear as a complete first-order line, it can be considered that there is a linear relationship between theta and the equivalent inductance (L L ) showing a linearity close to the first-order linearity.

따라서 도 5b에 도시된 좌향(LH) 전송선로의 두 개의 션트 인덕터는 도 10c에 도시된 바와 같이 좌향(LH) 전송선로의 2개의 션트 스터브로 대체될 수 있다. 여기서, 상기 션트 인덕터의 인덕턴스가 LL이다. 상기 단락 스터브의 특성 임피던스가 Zo이고, 상기 단락 스터브의 전기적 길이가 θ이다.Thus, two shunt inductors to the left (LH) transmission line shown in Fig. 5B can be replaced with two shunt stubs to the left (LH) transmission line as shown in Fig. 10C. Here, the inductance of the shunt inductor is L L. And the characteristic impedance Z o of the shorting stub, the electrical length of the shorting stub θ.

또한, 도 7b에 도시된 구성은 도 10d에 도시된 바와 같은 구성으로 대체될 수 있다. 즉, 도 7b에 도시된 두 개의 션트 인덕터(71)는 도 10d에 도시된 션트 스터브(73)로 대체될 수 있다. 여기서, 상기 션트 인덕터의 인덕턴스가 LL이다. 상기 션트 스터브의 특성 임피던스가 Zo이고, 상기 션트 스터브의 전기적 길이가 θ이다. 이와 같이 구성이 대체되더라도 본 발명의 기술적 사상은 동일하게 유지될 수 있다. 왜냐하면, 션트 인덕터를 비교적 높은 특성 임피던스(Zo)를 가진 마이크로스트립 선로를 이용한 션트 스터브(73)로 변형한 것일 뿐이며 변형 이전의 설계 과정에서 식5 및 식6을 이용하여 구성한다는 핵심적 기술 사상은 그대로 유지되기 때문이다. 마이크로스트립 선로 형태의 션트 스터브(73)도 도 2a에 도시된 마이크로스트립 전송선로(40)와 같은 형태로 구현될 수 있다.Further, the configuration shown in Fig. 7B can be replaced with the configuration shown in Fig. 10D. That is, the two shunt inductors 71 shown in Fig. 7B can be replaced with the shunt stubs 73 shown in Fig. 10D. Here, the inductance of the shunt inductor is L L. And the characteristic impedance of the shunt stub Z o, is the electrical length of the shunt stub θ. Even if such a configuration is substituted, the technical idea of the present invention can be maintained in the same manner. This is because the shunt inductor is merely a modification of the shunt stub 73 using a microstrip line having a relatively high characteristic impedance (Z o ), and a core technical idea that the shunt inductor is constructed using Equation 5 and Equation 6 in the design process before the deformation Because it remains intact. The shunt stub 73 in the form of a microstrip line may also be implemented in the same manner as the microstrip transmission line 40 shown in FIG. 2A.

도 11a는 본 발명의 변형 예에 따른 합성 우좌향(CRLH) 전송선로를 이용한 이중대역 브랜치 라인 하이브리드 커플러(BLC)를 실제로 제조한 것을 촬영한 사진과 그 좌향 전송선로(LH TL) 부분의 확대도 및 등가회로를 각각 나타낸 도면이고, 도 11b는 본 발명의 변형 예에 따른 합성 우좌향(CRLH) 전송선로를 이용한 이중대역 브랜치 라인 하이브리드 커플러(BLC)를 실제로 제조한 것과 종래의 이중대역 브랜치 라인 하이브리드 커플러(BLC)의 레이아웃을 겹쳐서 촬영한 사진이다.11A is a photograph showing a photograph of a dual band branch line hybrid coupler (BLC) actually manufactured using a composite left-right (CRLH) transmission line according to a modification of the present invention and an enlarged view of the left- And FIG. 11B is a circuit diagram of a dual band branch line hybrid coupler (BLC) fabricated using a composite right-handed (CRLH) transmission line according to a modification of the present invention and a conventional dual band branch line hybrid This is a photograph in which the layout of the coupler BLC is overlaid.

도 11a를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이중대역 브랜치 라인 하이브리드 커플러(BLC)는, 네 개의 전송선로 구성요소에 있어서 도 7b에 도시된 좌향(LH) 전송선로 부분의 션트 인덕터를 모두 마이크로스트립 선로로 구성된 션트 스토브로 대체한 점을 제외하면 도 7b의 이중대역 브랜치 라인 하이브리드 커플러(BLC)와 동일하다.Referring to FIG. 11A, a dual band branch line hybrid coupler (BLC) according to another embodiment of the present invention includes all of the shunt inductors of the left-hand (LH) transmission line portion shown in FIG. Band branch line hybrid coupler (BLC) of Fig. 7B, except that it is replaced by a shunt stove composed of a microstrip line.

이와 같이 구성된 본 발명의 다른 실시예에 따른 이중대역 브랜치 라인 하이브리드 커플러(BLC)에서는, 좌향(LH) 전송선로 부분에 도 7b에 도시된 칩 인덕터(71)를 사용하지 않아도 된다.In the dual band branch line hybrid coupler (BLC) according to another embodiment of the present invention configured as described above, the chip inductor 71 shown in FIG. 7B may not be used in the left-handed (LH) transmission line portion.

그러므로 본 발명의 다른 실시예에 따른 이중대역 브랜치 라인 하이브리드 커플러(BLC)를 실제로 제조할 때 칩 인덕터(71)의 부착 공정을 생략하여 제조공정을 단순화하고 제조원가를 절감할 수 있다.Therefore, when manufacturing the dual band branch line hybrid coupler (BLC) according to another embodiment of the present invention, the process of attaching the chip inductor 71 can be omitted, thereby simplifying the manufacturing process and reducing the manufacturing cost.

도 11b를 참조하면, 종래의 비특허문헌1의 방법에 의한 이중대역 브랜치 라인 하이브리드 커플러(BLC) 회로의 레이아웃(layout) 상에 본 발명의 다른 실시예에 따른 이중대역 브랜치 라인 하이브리드 커플러(BLC)를 실제로 제조한 것이 겹쳐서 놓여 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 이중대역 브랜치 라인 하이브리드 커플러(BLC) 회로 부분인 사각형 부분은 종래의 이중대역 브랜치 라인 하이브리드 커플러(BLC) 회로 부분인 사각형 부분에 비해 약 22%의 면적을 갖는다. 그러므로 본 발명의 다른 실시예에 따른 이중대역 브랜치 라인 하이브리드 커플러(BLC) 회로 부분의 크기가 종래의 이중대역 브랜치 라인 하이브리드 커플러(BLC) 회로 부분의 크기보다 매우 작아졌음을 알 수 있다. 여기서, 이중대역 브랜치 라인 하이브리드 커플러(BLC) 회로 부분의 크기 비교 방법은 도 7a를 통해 설명한 크기 비교 방법과 동일하므로 설명의 중복을 피하기 위해 이에 대한 설명을 생략하기로 한다.Referring to FIG. 11B, a dual band branch line hybrid coupler (BLC) according to another embodiment of the present invention is laid out on the layout of a dual band branch line hybrid coupler (BLC) circuit by a method of a conventional non- Are actually overlaid. The rectangular portion, which is a portion of the dual band branch line hybrid coupler (BLC) circuit according to another embodiment of the present invention, has an area of about 22% as compared to a rectangular portion that is a conventional dual band branch line hybrid coupler (BLC) circuit portion. Therefore, it can be seen that the size of the dual band branch line hybrid coupler (BLC) circuit portion according to another embodiment of the present invention is much smaller than the size of the conventional dual band branch line hybrid coupler (BLC) circuit portion. Here, the size comparison method of the dual band branch line hybrid coupler (BLC) circuit portion is the same as the size comparison method described with reference to FIG. 7A, so that the description thereof will be omitted in order to avoid duplication of description.

도 12a는 본 발명의 변형 예에 따라 설계된 이중대역 브랜치 라인 하이브리드 커플러(BLC)의 S-파라미터(S-parameter) 성능을 전자기적 시뮬레이션(electromagnetic(EM) simulation)으로 예측하여 나타낸 그래프이고, 도 12b는 본 발명의 변형 예에 따라 제조된 이중대역 브랜치 라인 하이브리드 커플러(BLC)의 S-파라미터 성능을 실제로 측정하여 나타낸 그래프이다. 12A is a graph illustrating the S-parameter performance of a dual-band branch line hybrid coupler (BLC) designed according to a modification of the present invention by electromagnetic simulation (electromagnetic (EM) simulation) Is a graph showing actual measurement of S-parameter performance of a dual band branch line hybrid coupler (BLC) fabricated according to a modification of the present invention.

도 12a를 참조하면, 본 발명의 변형 예에 따라 설계된 이중대역 브랜치 라인 하이브리드 커플러(BLC)의 S-파라미터 성능에 대해 EM 시뮬레이션으로 예측하였을 때, 두 주파수 대역에서 약 -3dB 근처의 값을 나타내고, S11 및 S41이 -20dB 이하의 값을 나타내었다. 따라서 본 발명의 변형 예에 따라 설계된 이중대역 브랜치 라인 하이브리드 커플러(BLC)의 S-파라미터 성능이 매우 우수한 특성을 보여준다는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 12A, when the S-parameter performance of a dual-band branch line hybrid coupler (BLC) designed according to a modification of the present invention is predicted by EM simulation, the value in the two frequency bands is about -3 dB, S11 and S41 showed values of -20 dB or less. Therefore, it can be seen that the S-parameter performance of the dual-band branch line hybrid coupler (BLC) designed according to the modification of the present invention shows excellent characteristics.

도 12b를 참조하면, 본 발명의 변형 예에 따라 제조된, 도 12a에 도시된 바와 같은 이중대역 브랜치 라인 하이브리드 커플러(BLC)의 S-파라미터 성능을 실제로 측정하였을 때, 두 주파수 대역에서 S21, S31, S11, 및 S41이 도 8a의 시뮬레이션 예측된 것과 유사한 값을 나타내었다. 따라서 본 발명의 변형 예에 따라 실제로 제조된 이중대역 브랜치 라인 하이브리드 커플러(BLC)의 S-파라미터 성능이 매우 우수한 특성을 보여준다는 것을 알 수 있다. 그러므로 본 발명의 다른 실시예에 의한 설계 방법도 타당하다는 것을 알 수 있다.12B, when the S-parameter performance of a dual band branch line hybrid coupler (BLC) as shown in FIG. 12A, manufactured according to a modification of the present invention, is actually measured, S21 and S31 , S11, and S41 showed values similar to those predicted by the simulation of Fig. 8A. Therefore, it can be seen that the S-parameter performance of a dual band branch line hybrid coupler (BLC) actually manufactured according to a modification of the present invention shows excellent characteristics. Therefore, it can be seen that the design method according to another embodiment of the present invention is also valid.

도 13은 본 발명의 변형 예에 따른 이중대역 브랜치 라인 하이브리드 커플러(BLC)의 두 출력 단자에 전달되는 신호 간의 위상차 특성을 나타낸 그래프이다.13 is a graph showing the phase difference characteristics between signals transmitted to two output terminals of a dual band branch line hybrid coupler (BLC) according to a modification of the present invention.

도 13을 참조하면, 원하는 이중대역 주파수에서 이중대역 브랜치 라인 하이브리드 커플러(BLC)의 두 출력 단자에 전달되는 신호 간의 위상차(Phase(S21)-Phase(S31))가 90도가 나고 있음을 시뮬레이션과 실제 측정을 통하여 모두 확인할 수 있다.13, the phase difference (Phase (S21) -Phase (S31)) between the signals transmitted to the two output terminals of the dual band branch line hybrid coupler (BLC) is 90 degrees at a desired dual band frequency. It can be confirmed through measurement.

한편, 본 발명에 따른 합성 우좌향 전송선로(CRLH TL)를 이용한 마이크로스트립 선로 및 이를 이용한 무선회로 장치의 소형화 구성은 앞서 언급한 실시예들에 한정되지 않으며 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.Meanwhile, the microstrip line using the CRLH TL according to the present invention and the miniaturization structure of the radio circuit device using the CRLH TL are not limited to the above-mentioned embodiments, As shown in FIG.

예를 들면, 본 발명에서는 전송선로의 대표적인 예로 마이크로스트립 선로를 언급하였으나, 초고주파 대역에서 이루어지는 모든 무선 통신, 방송 서비스용 회로 및 시스템의 구성에서 사용되는 다양한 전송선로들(예를 들어 스트립선로(stripline), 동평면 도파관(coplanar waveguide: CPW) 선로, 동평면 스트립선로(coplanar stripline: CPS))을 이용해도 본 발명의 식5 및 식6을 이용하여 이중대역 회로를 종래의 방법에 비해 더 소형화할 수 있음은 물론이다.For example, although the present invention refers to a microstrip line as a typical example of a transmission line, various transmission lines (for example, a stripline) used in a configuration of circuits and systems for all radio communication and broadcasting services in a very high frequency band ), A coplanar waveguide (CPW) line, and a coplanar stripline (CPS), the double-band circuit is further miniaturized by using Equations 5 and 6 of the present invention Of course.

또한, 상기 언급된 전송선로 대신 그 전송선로의 등가회로인 "직렬연결된 인덕터-션트연결된 커패시터"로 구성된 단위나, 또는 "직렬연결된 인덕터-션트연결된 커패시터-직렬연결된 인덕터"로 구성된 단위나, 또는 "션트연결된 커패시터-직렬연결된 인덕터"로 구성된 단위나, 또는 "션트연결된 커패시터-직렬연결된 인덕터-션트연결된 커패시터"로 구성된 단위가 1개 이상 복수 개 사용될 수도 있다.Alternatively, a unit consisting of a "series connected inductor-shunt connected capacitor" or an "inductor connected in series with a series-connected inductor-shunt capacitor-inductor connected in series", which is an equivalent circuit to the transmission line, Shunt connected capacitors - series connected inductors ", or" shunt connected capacitors - series connected inductor - shunt connected capacitors ".

본 발명에서는 커패시터와 인덕터의 형태나 제조 방법을 특정하지 않으므로 본 발명에 의한 회로의 구성시 부착되는 커패시터(61,63)와 인덕터(71)의 그 종류나 형태에 상관없이 본 발명의 기술적 사상은 그대로 유지될 수 있다. Since the present invention does not specify the form and manufacturing method of the capacitor and the inductor, regardless of the type and the form of the capacitors 61 and 63 and the inductor 71 attached to the circuit according to the present invention, Can be maintained.

본 발명에서는 식6, 도 5a, 및 도 5b에서 편의상 N=2인 경우를 예로서 취하고 이중대역 합성 우좌향 전송선로를 설계하거나 브랜치 라인 하이브리드 결합기를 구성한 실시예를 들었지만, 도 4c에 도시된 기본 단위의 개수(N)가 2가 아니라 1이거나 2보다 큰 임의의 정수이어도 "직렬연결된 커패시터 - 션트연결된 인덕터 - 직렬연결된 커패시터 - …… ”의 구성 개수가 달라지기만 할 뿐 본 발명의 기술적 사상은 그대로 유지될 수 있다. In the present invention, for convenience, N = 2 is taken as an example in the equations 6, 5A, and 5B, and a double-band synthetic right-and-left transmission line is designed or a branch line hybrid combiner is constructed. However, Although the number of units (N) is not 1 but 2 or more than 2, the number of constitution of "series connected capacitor-shunt connected inductor-series connected capacitor --- ...... &quot; Can be maintained.

또한, 본 발명에서는 이중대역 회로로서 브랜치 라인 하이브리드 커플러(BLC)를 예로 들었지만, 동작 주파수에서 90도 길이의 전송선로가 포함되는 모든 종류의 무선회로 장치들(예들 들어, 전력분배기 및 결합기(power divider, power combiner), 180도 하이브리드 또는 랫-레이스 결합기(rat-race coupler)라고도 불리는 링 하이브리드 결합기 등)이나, 동작 주파수에서 90도 길이를 갖는 이중대역 전송선로 등에도 본 발명의 기술적 사상이 그대로 적용될 수 있으며, 이는 당해 기술분야에 종사하는 자라면 누구나 이해할 수 있다. 또한, 다양한 주파수 대역의 여파기(filter), 방향성 결합기(directional couplers), 발룬(balnu), 증폭기(amplifier), 주파수 혼합기(frequency mixer), 발진기(oscillator), 주파수 분배기 및 체배기(frequency multiplier and frequency divider)를 비롯한 각종 무선 회로에서도 동작 주파수에서 90도 길이를 갖는 이중대역 전송선로가 사용될 경우 적용 가능하다.In the present invention, although a branch line hybrid coupler (BLC) is taken as an example of a dual-band circuit, all kinds of wireless circuit devices (for example, a power divider and a combiner) including transmission lines of 90- , a power combiner, a 180-degree hybrid or a ring-hybrid coupler, also called a rat-race coupler), a dual band transmission line having a 90-degree length at an operating frequency, and the like And can be understood by anyone skilled in the art. It is also possible to use filters, directional couplers, baluns, amplifiers, frequency mixers, oscillators, frequency multipliers and frequency dividers in various frequency bands ) Is also applicable to a dual-band transmission line having a length of 90 degrees at an operating frequency.

한편, 본 명세서에서 언급한 무선회로 장치의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 적용해 본 극히 일부의 예에 불과하며, 이동통신, 위성통신, 방송시스템 등 무선으로 이루어지는 각종 서비스를 위한 초고주파 회로/부품 및 시스템의 소형화 설계에 있어서 본 발명의 기술적 사상을 적용할 수 있다. The embodiments of the wireless circuit device described in the present specification are only a few examples of application of the technical idea of the present invention, and they are applicable to a very high frequency circuit / The technical idea of the present invention can be applied to the design of the parts and the system miniaturization.

10: 유전체층
30: 상면 도체층
40,41,42,43: 마이크로스트립 전송선로
50: 하면 도체층
61,63: 칩 커패시터
71: 칩 인덕터
73: 션트 스터브
81: 접지부10: dielectric layer
30: upper surface conductor layer
40, 41, 42, 43: Microstrip transmission line
50: lower conductor layer
61, 63: Chip capacitors
71: Chip inductor
73: shunt stub
81:

Claims (12)

이중대역 동작주파수(f1,f2)에서 전기적 길이가 90도인 합성 우좌향 전송선로에 있어서,
인덕턴스(LR)를 가진 직렬 인덕터와 정전용량(CR)을 가진 션트 커패시터를 등가적으로 갖는 마이크로스트립 전송선로 - 정전용량(2CL)을 가진 직렬연결된 커패시터 - 인덕턴스(LL)를 가진 션트연결된 인덕터 - 정전용량(CL)을 가진 직렬연결된 커패시터 - 인덕턴스(LL)를 가진 션트연결된 인덕터 - 정전용량(2CL)을 가진 직렬연결된 커패시터 - 인덕턴스(LR)를 가진 직렬 인덕터와 정전용량(CR)을 가진 션트 커패시터를 등가적으로 갖는 마이크로스트립 전송선로를 기재 순서대로 전기적으로 연결하여 구성되며,
이중대역 동작주파수(f1,f2)에서의 합성 우좌향 전송선로의 위상 응답은 아래의 식과 같이 나타나는 것을 특징으로 하는 이중 대역 합성 우좌향 전송선로.
Figure pat00016

Figure pat00017

여기서, N은 "정전용량(2CL)을 가진 직렬연결된 커패시터 - 인덕턴스(LL)를 가진 션트연결된 인덕터 - 정전용량(CL)을 가진 직렬연결된 커패시터"의 기본 단위 개수임.
For a composite right and left transmission line with an electrical length of 90 degrees at dual band operating frequencies (f1, f2)
A microstrip transmission line having a series inductor with inductance (L R ) and a shunt capacitor with capacitance (C R ) equivalently - A series connected capacitor with capacitance (2C L ) - A shunt with inductance (L L ) Connected inductors - Cascaded capacitors with capacitance (C L ) - Shunt connected inductors with inductance (L L ) - Cascaded capacitors with capacitance (2C L ) - Series inductors with inductance (L R ) And a shunt capacitor having an equivalent capacitance (C R ), are electrically connected in this order,
Wherein the phase response of the composite right-and-left transmission line at the dual-band operating frequency (f1, f2) is as follows:
Figure pat00016

Figure pat00017

Where N is the number of base units of a series connected capacitor with a capacitance (2C L ) - a series connected capacitor with a shunt connected inductor - capacitance (C L ) with an inductance (L L ).
제1항에 있어서, N은 1개 이상 복수인 것을 특징으로 하는 이중대역 합성 우좌향 전송선로.
The dual band synthetic right and left transmission line according to claim 1, wherein N is one or more.
제1항에 있어서, 상기 인덕턴스(LL)를 가진 션트연결된 인덕터를 특성 임피던스(Zo)와 전기적 길이(θ)를 가진 션트 전송선로로 대체한 것을 특징으로 하는 이중대역 합성 우좌향 전송선로.
The dual-band synthetic right and left transmission line according to claim 1, wherein the shunt-connected inductor having the inductance (L L ) is replaced with a shunt transmission line having a characteristic impedance (Z o ) and an electrical length (?).
제1항 내지 제3항 중 한 항의 이중 대역 합성 우좌향 전송선로를 포함한 것을 특징으로 하는 이중 대역 브랜치 라인 하이브리드 커플러.
A dual-band branch-line hybrid coupler comprising the double-band composite right-and-left transmission line of any one of claims 1 to 3.
제1항에 있어서, 상기 마이크로스트립 전송선로 대신에 스트립선로(stripline)나 또는 동평면 도파관(coplanar waveguide: CPW) 선로나 또는 동평면 스트립선로(coplanar stripline: CPS)가 사용된 것을 특징으로 하는 이중대역 합성 우좌향 전송선로.
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein a stripline or a coplanar waveguide (CPW) line or a coplanar stripline (CPS) line is used in place of the microstrip transmission line. Band synthesis rightward and left transmission line.
제5항에 있어서, N은 1개 이상 복수인 것을 특징으로 하는 이중대역 합성 우좌향 전송선로.
The dual band synthetic right and left transmission line according to claim 5, wherein N is one or more.
제5항에 있어서, 인덕턴스(LL)를 가진 션트연결된 인덕터를 특성 임피던스(Zo)와 전기적 길이(θ)를 가진 션트 전송선로로 대체한 것을 특징으로 하는 이중대역 합성 우좌향 전송선로.
6. The duplexed composite right and left transmission line according to claim 5, wherein the shunt-connected inductor having the inductance (L L ) is replaced with a shunt transmission line having a characteristic impedance (Z o ) and an electrical length (?).
제5항 내지 제7항 중 한 항의 이중 대역 합성 우좌향 전송선로를 포함한 것을 특징으로 하는 이중 대역 브랜치 라인 하이브리드 커플러.
A dual-band branch-line hybrid coupler comprising the dual-band synthetic right-and-left transmission line of any one of claims 5-7.
제1항에 있어서, 상기 마이크로스트립 전송선로 대신에 그 등가회로인 "직렬연결된 인덕터-션트연결된 커패시터" 단위나, 또는 "직렬연결된 인덕터-션트연결된 커패시터-직렬연결된 인덕터" 단위나, 또는 "션트연결된 커패시터-직렬연결된 인덕터" 단위나, 또는 "션트연결된 커패시터-직렬연결된 인덕터-션트연결된 커패시터" 단위가 1개 이상 복수 개 사용된 것을 특징으로 하는 이중대역 합성 우좌향 전송선로.
The method of claim 1, wherein said microstrip transmission line is replaced by an equivalent circuit of a "series connected inductor-shunt connected capacitor" unit or a "series connected inductor-shunt connected capacitor-series connected inductor"Quot; capacitor-cascaded inductor "units, or" shunt-connected capacitors-cascaded inductor-shunt connected capacitors "units.
제9항에 있어서, N은 1개 이상 복수인 것을 특징으로 하는 이중대역 합성 우좌향 전송선로.
The dual band synthetic right and left transmission line according to claim 9, wherein N is one or more.
제9항에 있어서, 인덕턴스(LL)를 가진 션트연결된 인덕터를 특성 임피던스(Zo)와 전기적 길이(θ)를 가진 션트 전송선로로 대체한 것을 특징으로 하는 이중대역 합성 우좌향 전송선로.
The dual band synthetic right and left transmission line according to claim 9, wherein the shunt-connected inductor having the inductance (L L ) is replaced with a shunt transmission line having a characteristic impedance (Z o ) and an electrical length (?).
제9항 내지 제11항 중 한 항의 이중 대역 합성 우좌향 전송선로를 포함한 것을 특징으로 하는 이중 대역 브랜치 라인 하이브리드 커플러.11. A dual-band branch-line hybrid coupler comprising the double-band synthetic right-and-left transmission line of any one of claims 9-11.
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