KR20190064371A - Directional coupler - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전자 장치에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 향상된 격리 특성을 가지는 방향성 결합기에 관한 것이다. The present invention relates to electronic devices, and more particularly to a directional coupler having improved isolation characteristics.
일반적으로 방향성 결합기(Directional Coupler)는 고주파 신호를 전파하는 주선로와, 주선로에 대해 평행하게 배치되고 주선로에 전자기적으로 결합된 부선로를 구비한다. 이 방향성 결합기는 주선로와 부선로의 전자기적인 결합을 이용하여 주선로의 각 단자로부터 입력된 고주파 신호의 일부를 부선로의 단자들로 출력한다. 주선로와 부선로에는 짝모드(Even mode) 또는 홀모드(Odd mode)로 불리우는 고주파 신호의 전파가 발생한다. 고주파 신호의 전파에 의해 주선로와 부선로의 임피던스가 결정된다. 짝모드(Even mode) 또는 홀모드(Odd mode) 각각의 위상 속도를 같게 하고, 주선로와 부선로의 길이를 고주파 신호 파장(λ)의 1/4배로 함으로 주선로의 입력 단자로부터 입력된 고주파 신호는 부선로의 출력 단자 밖으로 출력되지 않아 양호한 격리 특성을 얻는다. Generally, a directional coupler includes a main line for propagating a high-frequency signal and a sub-line disposed parallel to the main line and electromagnetically coupled to the main line. The directional coupler outputs a part of the high frequency signal inputted from each terminal of the main line to the terminals of the submarine using electromagnetic coupling between the main line and the sub line. In the main line and the sub line, propagation of a high frequency signal called an even mode or a hall mode occurs. The impedance of the main line and the sub line is determined by the propagation of the high frequency signal. By setting the phase velocities of the even mode or the odd mode to be equal to each other and setting the length of the main path and the sub path to 1/4 times of the wavelength of the high frequency signal, The signal is not output to the output terminal of the secondary line to obtain good isolation characteristics.
하지만, 일반적으로 방향성 결합기의 결합도가 낮은 경우에 격리 특성을 충분히 확보하기 어렵다. 이러한 현상은 마이크로스트립(Microstrip) 전송선의 물리적 특성상 두 개의 서로 다른 매질 특성을 가지기 때문이다. However, in general, when the degree of coupling of the directional coupler is low, it is difficult to secure sufficient isolation characteristics. This phenomenon is due to the fact that the physical characteristics of the microstrip transmission line have two different medium characteristics.
본 발명은 간단한 방법으로 마이크로스트립 방향성 결합기의 낮은 격리특성을 확보하고자 두 개의 결합기를 커패시터와 인덕터로 결합하여 낮은 결합도의 방향성 결합기의 격리 특성을 해소하기 위한 것이다.The present invention aims at solving the isolation characteristics of a low coupling directional coupler by combining two couplers with a capacitor and an inductor in order to secure a low isolation characteristic of the microstrip directional coupler by a simple method.
본 발명의 실시 예에 따른 방향성 결합기는, 제 1 주선로 및 제 2 부선로를 갖는 제 1 결합기, 제 2 주선로 및 제 2 부선로를 갖는 제 2 결합기, 상기 제 1 주선로 및 상기 제 2 주선로를 연결하는 제 3 주선로, 그리고 상기 제 1 부선로와 상기 제 2 부선로 사이에 직렬로 연결되는 제 1 커패시터 및 제 2 커패시터, 그리고 제 1 커패시터 및 제 2 커패시터와 접지 사이에 연결되는 인덕터를 포함하되, 상기 인덕터는 상기 제 1 커패시터와 상기 제 2 커패시터 사이의 노드와 접지 사이에 연결된다. A directional coupler according to an embodiment of the present invention includes a first coupler having a first main line and a second line, a second coupler having a second main line and a second line, a first coupler having a first main line and a second line, A third capacitor line connected between the first capacitor and the second capacitor in series between the first capacitor line and the second capacitor line, and a third capacitor line connected between the first capacitor line and the second capacitor line, Wherein the inductor is coupled between a node between the first capacitor and the second capacitor and ground.
본 발명에 따른 방향성 결합기에 따르면, 설계 및 제작이 간단한 구조이면서도 결합 계수가 매우 낮은 방향성 결합기에서도 높은 격리 특성을 제공할 수 있다.According to the directional coupler of the present invention, it is possible to provide a high isolation characteristic even in a directional coupler having a simple design and fabrication structure and a very low coupling coefficient.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 방향성 결합기를 포함하는 송신기를 보여주는 블록도이다.
도 2는 일반적인 방향성 결합기의 구조를 보여주는 도면이다.
도 3은 도 2의 방향성 결합기의 격리 특성을 보여주는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 방향성 결합기를 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 방향성 결합기의 예시적인 파라미터 값을 보여주는 도면이다.
도 6은 도 5의 방향성 결합기의 격리 특성을 보여주는 그래프이다. 1 is a block diagram illustrating a transmitter including a directional coupler according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing the structure of a general directional coupler.
FIG. 3 is a graph showing isolation characteristics of the directional coupler of FIG. 2. FIG.
4 is a view illustrating a directional coupler according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram showing exemplary parameter values of a directional coupler according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a graph showing isolation characteristics of the directional coupler of FIG. 5; FIG.
앞의 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명들은 모두 청구된 발명의 부가적인 설명을 제공하기 위한 예시적인 것이다. 그러므로 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해 질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. The foregoing general description and the following detailed description are exemplary and are intended to provide further explanation of the claimed invention. Therefore, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. The embodiments disclosed herein are provided so that the disclosure can be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 방향성 결합기를 포함하는 송신기를 보여주는 블록도이다. 도 1을 참조하면, 송신기(100)는 전력 증폭부(110), 방향성 결합기(120), 필터(130), 그리고 전력 제어부(140)를 포함할 수 있다. 1 is a block diagram illustrating a transmitter including a directional coupler according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, a
전력 증폭부(110)는 송신 신호의 전력을 증폭하여 필터(130) 및 안테나(150)로 제공한다. 전력 증폭부(110)는 송신 신호의 전력을 안테나(150)를 통해서 무선 방사가 가능한 레벨로 증폭한다. 전력 증폭부(110)는 입력 신호에 대비한 출력 신호의 선형화 범위에 따라 다양한 급(Class)으로 구분될 수 있다. 예를 들면, 최근에 차세대 이동통신 기지국용으로 주목받고 있는 S급(Class-S) 전력 증폭기로 제공될 수도 있을 것이다. 하지만, 본 발명은 여기에 국한되지 않음은 잘 이해될 것이다.The
방향성 결합기(120)는 전력 증폭된 제 1 신호(S1)를 입력받아 필터(130)에 제 2 신호(S2)로 전달한다. 그리고 방향성 결합기(120)는 전력 증폭된 제 1 신호(S1)에 대한 피드백 신호로서 제 3 신호(S3)를 전력 제어부(140)에 제공할 것이다. 예를 들면, 제 1 신호(S1)와 제 2 신호(S2)는 방향성 결합기(120)의 주선로의 입출력 단자를 통해서 전달되고, 제 3 신호(S3)는 방향성 결합기(120)의 부선로를 통해서 출력되는 신호일 수 있다. 본 발명에 따른 방향성 결합기(120)는 예를 들면 두 개의 결합기를 커패시터와 인덕터로 결합하여 결합 계수가 매우 낮은 방향성 결합기에서도 높은 격리 특성을 유지할 수 있다. 이러한 특징은 후술하는 도면들을 통해서 상세히 설명하기로 한다.The
필터(130)는 제 2 신호(S2)를 필터링하여 안테나(130)로 제공한다. 그리고 전력 제어부(140)는 제 3 신호(S3)를 사용하여 전력 증폭부(110)의 증폭률을 제어할 수 있다. The
본 발명의 방향성 결합기(120)는 결합 계수가 매우 낮은 방향성 결합기 구조에서도 높은 격리 특성을 제공할 수 있다. 더불어, 방향성 결합기(120)는 설계 및 제작이 매우 간단하여 저비용으로 제공될 수 있다. The
도 2는 일반적인 방향성 결합기의 구조를 보여주는 도면이다. 도 2를 참조하면, 방향성 결합기(120a)는 주선로(121)와 부선로(123)를 포함할 수 있다.2 is a view showing the structure of a general directional coupler. Referring to FIG. 2, the
방향성 결합기(120a)는 주선로(121)의 각 단자들(P1, P2)로부터 입력된 고주파 신호의 일부를 부선로(123)의 각 단자들(P3, P4)에 출력한다. 주선로(121)와 부선로(123)에는 짝모드 또는 홀모드로 불리는 고주파 신호의 전파가 발생하고 이로 인하여 주선로(121)와 부선로(123)의 임피던스가 결정된다. 각 모드의 위상 속도를 같게 하고, 주선로(121)와 부선로(1233)의 길이(L)를 고주파신호 파장(λ)의 1/4배로 결정함으로 주선로(121)의 입력 단자로부터 입력된 고주파 신호는 부선로(123)의 출력 단자밖에 나타나지 않아 양호한 격리 특성을 얻을 수 있다. The
입력 단자(P1)에 고주파 신호가 입사되었을 때, 출력 단자(P2)와 결합도에 상응하는 커플링 신호가 커플링 단자(P4)로 출력된다. 그리고 단자(P3)는 임피던스 정합을 통해 단락시킬 수 있다. 이때, 방향성 결합기(120a)의 격리 특성은 출력 단자(P2)에서 커플링 단자(P4)로 흘러들어오는 신호의 상대적 크기를 의미한다. 예를 들어 비교적 결합도가 강한 -3dB, 격리 특성 30dB의 방향성 결합기의 경우와 결합도가 약한 결합도 -30dB, 격리 특성 -30dB의 방향성 결합기를 비교해 볼 때, 전자는 충분한 격리 특성을 가지고 있지만, 후자의 경우에 격리 특성을 충분히 확보하기 어렵다. When a high frequency signal is incident on the input terminal P1, a coupling signal corresponding to the coupling degree with the output terminal P2 is output to the coupling terminal P4. And the terminal P3 can be short-circuited by impedance matching. At this time, the isolation characteristic of the
도 3은 도 2의 방향성 결합기의 격리 특성을 보여주는 그래프이다. 도 3을 참조하면, 방향성 결합기(120a)의 출력 단자(P2)에서 커플링 단자(P4)로 흘러들어오는 신호의 전력은 주파수의 증가에 따라 증가하고 있음을 보여준다. 여기서, 주선로(121)와 부선로(123)의 길이(L)는 14.78㎛, 주선로(121)와 부선로(123) 각각의 폭(W)은 9.861㎛, 그리고 주선로(121)와 부선로(123) 사이의 간격(S)은 29.85㎛라 가정한다. FIG. 3 is a graph showing isolation characteristics of the directional coupler of FIG. 2. FIG. Referring to FIG. 3, the power of the signal flowing from the output terminal P2 to the coupling terminal P4 of the
입력 포트(P1)와 커플링 포트(P4) 사이에 전달되는 신호의 상대적 레벨을 의미하는 결합 특성 dB[S(4, 1)]는 중심 주파수(약 20GHz)에서 가장 크게 나타난다. 반면, 출력 포트(P2)와 커플링 포트(P4) 사이에 전달되는 신호의 상대적 레벨을 의미하는 격리 특성 dB[S(2, 4)]는 주파수가 증가할수록 증가함을 알 수 있다. 중심 주파수(약 20GHz) 부근에서 결합 특성과 격리 특성의 차이는 약 2dB 밖에 차이가 나지 않음을 알 수 있다.The coupling characteristic dB [S (4, 1)], which means the relative level of the signal transmitted between the input port P1 and the coupling port P4, is the largest at the center frequency (about 20 GHz). On the other hand, it can be seen that the isolation characteristic dB [S (2, 4)], which means the relative level of the signal transmitted between the output port P2 and the coupling port P4, increases as the frequency increases. It can be seen that the difference between the coupling characteristic and the isolation characteristic is only about 2 dB in the vicinity of the center frequency (about 20 GHz).
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 방향성 결합기를 보여주는 도면이다. 도 4를 참조하면, 방향성 결합기(120b)는 일반적인 방향성 결합기들을 적어도 두 개를 연결한 구조를 가진다. 즉, 방향성 결합기(120b)는 제 1 방향성 결합기(210) 및 제 2 결합기(129)를 포함한다. 여기서, 제 1 방향성 결합기(210) 및 제 2 결합기(129)의 내부 특성은 같거나 다를 수 있음은 잘 이해될 것이다. 4 is a view illustrating a directional coupler according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4, the
제 1 결합기(125)는 제 1 주선로(122)와 제 1 부선로(124)를 포함한다. 그리고 제 1 결합기(125)와 연결되는 제 2 결합기(129)는 제 2 주선로(126)와 제 2 부선로(128)를 포함할 수 있다. 제 1 결합기(125)와 제 2 결합기(129)는 제 3 주선로(127a)와 커패시터 및 인덕터(127b)를 통해서 연결될 수 있다. 즉, 제 1 주선로(122)와 제 2 주선로(126)는 제 3 주선로(127a)를 통해서 직렬 형태로 연결된다. 그리고 제 1 부선로(124)와 제 2 부선로(128) 사이에는 커패시터 및 인덕터(127b)가 연결될 수 있다.The
제 1 주선로(122)와 제 2 주선로(126) 및 제 1 부선로(124)와 제 2 부선로(128), 그리고 제 3 주선로(127a)는 마이크로스트립(Microstrip)으로 구성될 수 있다. 제 1 주선로(122)와 제 2 주선로(126)에 대한 설명은 앞서 설명한 바에 따르며, 제 1 부선로(124) 및 제 2 부선로(128) 그리고 커패시터 및 인덕터(230)의 연결 구조에 대해서 설명한다.The first
제 1 부선로(124)의 일단은 제 1 커패시터(C1)와 연결되고, 제 2 부선로(128)의 일단은 제 2 커패시터(C2)와 연결될 수 있다. 그리고 두 커패시터 사이에 인덕터(L)가 연결될 수 있는데, 인덕터(L)는 제 1 커패시터(C1)와 제 2 커패시터(C2) 사이와 접지 사이에 연결될 수 있다.One end of the
상술한 바와 같은 방향성 결합기(120b)의 구성을 통해서 높은 격리 특성을 가질 수 있으며, 결합 계수가 낮은 방향성 결합기를 연결할 때에도 높은 격리 특성을 유지하도록 할 수 있다.It is possible to have a high isolation characteristic through the configuration of the
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 방향성 결합기의 예시적인 파라미터 값을 보여주는 도면이다. 도 5를 참조하면, 제 1 주선로(122)와 제 2 주선로(126) 및 제 1 부선로(124)와 제 2 부선로(128), 그리고 제 3 주선로(127a)의 폭(W)은 각각 10.0㎛이고, 제 1 주선로(122)와 제 2 주선로(126) 사이의 간격(S)은 6.60㎛이다. 그리고 제 1 주선로(122)와 제 2 주선로(126) 및 제 1 부선로(124)와 제 2 부선로(128) 각각의 길이(L)는 120.0㎛라 가정한다. 제 3 주선로(127a)의 길이(L1)는 1304㎛이다. 제 1 커패시터(C1)와 제 2 커패시터(C2) 각각의 용량은 28.6㎊, 인덕터(L)의 유도 용량(Inductance)는 8.38nH 라 가정하기로 한다.5 is a diagram showing exemplary parameter values of a directional coupler according to an embodiment of the present invention. 5, the width W of the first
도 6은 도 5의 방향성 결합기의 격리 특성을 보여주는 그래프이다. 도 6을 참조하면, 방향성 결합기(120b)의 출력 단자(P2)에서 커플링 단자(P4)로 흘러들어오는 신호의 전력은 도 3과는 달리 증가 기울기가 완만함을 알 수 있다. FIG. 6 is a graph showing isolation characteristics of the directional coupler of FIG. 5; FIG. Referring to FIG. 6, it can be seen that the power of the signal flowing from the output terminal P2 to the coupling terminal P4 of the
입력 포트(P1)와 커플링 포트(P4) 사이에 전달되는 신호의 상대적 레벨을 의미하는 결합 특성 dB[S(4, 1)]는 중심 주파수(약 20GHz)에서 가장 큰 값을 갖는 -30dB로 나타난다. 더불어, 출력 포트(P2)와 커플링 포트(P4) 사이에 전달되는 신호의 상대적 레벨을 의미하는 격리 특성 dB[S(2, 4)]는 중심 주파수(약 20GHz) 부근에서 -40dB로 나타난다. The coupling characteristic dB [S (4, 1)], which means the relative level of the signal transmitted between the input port P1 and the coupling port P4, is -30 dB, which is the largest value at the center frequency appear. In addition, the isolation characteristic dB [S (2, 4)], which means the relative level of the signal transmitted between the output port P2 and the coupling port P4, is shown as -40 dB near the center frequency (about 20 GHz).
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.The present invention has been described with reference to the preferred embodiments. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than by the foregoing description, and all differences within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the present invention.
한편, 본 발명의 범위 또는 기술적 사상을 벗어나지 않고 본 발명의 구조가 다양하게 수정되거나 변경될 수 있음은 이 분야에 숙련된 자들에게 자명하다. 상술한 내용을 고려하여 볼 때, 만약 본 발명의 수정 및 변경이 아래의 청구항들 및 동등물의 범주 내에 속한다면, 본 발명이 이 발명의 변경 및 수정을 포함하는 것으로 여겨진다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the structure of the present invention without departing from the scope or spirit of the invention. In view of the foregoing, it is intended that the present invention cover the modifications and variations of this invention provided they fall within the scope of the following claims and equivalents.
Claims (1)
제 2 주선로 및 제 2 부선로를 갖는 제 2 결합기;
상기 제 1 주선로 및 상기 제 2 주선로를 연결하는 제 3 주선로; 그리고
상기 제 1 부선로와 상기 제 2 부선로 사이에 직렬로 연결되는 제 1 커패시터 및 제 2 커패시터, 그리고 제 1 커패시터 및 제 2 커패시터와 접지 사이에 연결되는 인덕터를 포함하되,
상기 인덕터는 상기 제 1 커패시터와 상기 제 2 커패시터 사이의 노드와 접지 사이에 연결되는 방향성 결합기. A first combiner having a first main line and a second line;
A second coupler having a second main line and a second line;
A third main line connecting the first main line and the second main line; And
A first capacitor and a second capacitor connected in series between the first and second foul lines, and an inductor connected between the first and second capacitors and the ground,
Wherein the inductor is coupled between a node between the first capacitor and the second capacitor and ground.
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN110768004A (en) * | 2019-10-28 | 2020-02-07 | 常州安塔歌电子科技有限公司 | Microstrip antenna array decoupling structure and method and microstrip antenna array adopting structure |
CN112563712A (en) * | 2020-11-30 | 2021-03-26 | 大连海事大学 | Termination complex impedance directional coupler with harmonic suppression function and design method |
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2018
- 2018-03-15 KR KR1020180030481A patent/KR20190064371A/en unknown
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