KR100265857B1 - 우/기모드의 위상정수 차를 이용한 마이크로스트립 방향성 결합기의 설계 방법 - Google Patents
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Abstract
1. 청구범위에 기재된 발명이 속하는 기술분야
본 발명은 마이크로스트립 방향성 결합기의 설계 방법에 관한 것임.
2. 발명이 해결하고자하는 기술적 요지
본 발명은 마이크로스트립 결합 선로의 결합길이를 조절하여 원하는 결합량을 얻을 수 있는 마이크로스트립 방향성 결합기의 설계 방법을 제공하는데 그 목적이 있음.
3. 발명의 해결 방법의 요지
본 발명은, 원하는 결합량의 방향성 결합기를 설계/제작하기 위하여, 우모드시 마이크로스트립 결합 선로를 흐르는 전자파와 기모드시 마이크로스트립 결합 선로를 흐르는 전자파의 위상정수 차가 원하는 양만큼 발생되도록 마이크로스트립 결합 선로의 결합길이를 조절하는 제 1 단계; 및 입출력 임피던스의 정합을 보장하면서 서로 다른 출력단자의 위상을 동위상으로 유지할 수 있도록, 조절된 상기 마이크로스트립 결합 선로의 결합길이를 바탕으로 임의의 결합량을 갖는 방향성 결합기를 설계/제작하는 제 2 단계를 포함함.
4. 발명의 중요한 용도
본 발명은 설계시 마이크로스트립 결합 선로의 결합길이를 조절하여 원하는 결합량을 얻는데 이용됨.
Description
본 발명은 우/기모드 위상정수 차를 이용한 마이크로스트립 방향성 결합기의 설계 방법에 관한 것으로서, 특히 임의의 폭과 간격을 갖는 마이크로스트립에서 마이크로스트립의 길이를 조절하여 원하는 만큼 전자파를 주변장치와 결합시킬 수 있는 마이크로스트립 방향성 결합기의 설계 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 마이크로스트립 방향성 결합기는 마이크로파 대역에서 전력 분배 및 결합용으로 널리 사용되고 있다.
도 1은 종래의 마이크로스트립 방향성 결합기의 구성도를 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 종래의 마이크로스트립 방향성 결합기는, 외부로부터 입사되는 전자파를 입사시키기 위한 입사단자(10)와, 일측단이 입사단자(10)에 접속되며, 입사단자(10)를 통해 입사된 전자파를 전달하기 위한 제1 마이크로스트립 선로(20)와, 입사단자(10)가 접속된 반대쪽의 제1 마이크로스트립 선로(20)에 접속되며, 제1 마이크로스트립 선로(20)을 통해 전달된 소정의 전자파를 통과시키기 위한 통과단자(30)와, 제1 마이크로스트립 선로(40)와 일정한 간격을 두고 병렬적으로 전자파적인 결합을 이루고 있으며, 입사단자(10)를 통해 입사된 전자파중에 소정의 전자파를 전달하기 위한 제2 마이크로스트립 선로(40)와, 제2 마이크로스트립 선로(20)에 접속되며, 입사단자(10)와 동일한 방향에 위치되고, 제2 마이크로스트립 선로(20)를 통해 전달된 소정의 전자파를 주변장치와 결합시키기 위한 결합단자(50)와, 결합단자(50)가 접속된 반대쪽의 제2 마이크로스트립 선로(40)에 접속되며, 입사단자(10)를 통해 입사된 전자파가 정상적으로 분배되어 통과단자(30) 및 결합단자(50)를 통해 전달되도록 하기 위하여, 입사단자(10), 통과단자(30) 및 결합단자(50)의 임피던스를 매칭시키기 위한 분리단자(60)와, 분리단자(60)와 접지 사이에 접속된 임피던스부(70)를 구비한다.
제1 및 제2 마이크로스트립 선로(20, 40)는 동일한 길이(λ/4) 및 동일한 폭(W)을 갖고, 또한 일정한 간격(S)을 이루고 있으며, 여기서, 폭(W)과 간격(S)은 설계 및 제작시 결정되며, 이 폭(W)과 간격(S)을 설계 및 제작시 조절하여 원하는 특성임피던스를 얻는다.
임피던스부(70)는 저항(R)으로 이루어진다.
상기와 같은 구조를 갖는 종래의 마이크로스트립 방향성 결합기의 동작을 설명하면 다음과 같다.
외부로부터 입사단자(10)를 통해 제1 및 제2 마이크로스트립 선로(20, 40)로 입사된 전자파는 입사단자(10), 통과단자(30) 및 결합단자(50)의 특성 임피던스에 따라 일정하게 분배되어 통과단자(30)와 결합단자(50)를 각각 통해 주변장치로 전달된다. 여기서, 입사단자(10) 쪽에서 통과단자(30) 쪽으로 제1 스트립(20)을 통해 흐르는 전자파는 곧바로 통과단자(30)를 통해 전달되며, 결합단자(50) 쪽에서 분리단자(60) 쪽으로 제2 마이크로스트립 선로(40)을 통해 흐르는 전자파는 반사되어 결합단자(50)를 통해 주변장치로 결합된다.
그리고, 종래의 마이크로스트립 방향성 결합기는 우모드와 기모드를 갖는다.
우모드의 경우에, 전자파는 입사단자(10) 쪽에서 통과단자(30) 쪽으로 제1 마이크로스트립 선로(20)를 통해 흐르며, 또한 전자파는 결합단자(50) 쪽에서 분리단자(60)쪽으로 제2 마이크로스트립 선로(40)를 통해 흐른다.
기모드의 경우에, 제1 마이크로스트립 선로(20)를 통해 흐르는 전자파는 입사단자(10) 쪽에서 통과단자(30) 쪽으로 흐르며, 반대로 제2 마이크로스트립 선로(40)를 통해 흐르는 전자파는 분리단자(60) 쪽에서 결합단자(50) 쪽으로 흐른다.
한편, 종래의 마이크로스트립 방향성 결합기는 우모드시 흐르는 전자파 속도와 기모드시 흐르는 전자파 속도가 같다고 가정하고, 제1 및 제2 마이크로스트립 선로(20, 40)의 길이를 고정시키고, 상기 폭(W)과 간격(S)을 조절하여 특성 임피던스 및 결합량을 결정하였다.
도 2는 마이크로스트립이 일반적으로 유전체상에 장착되는 단면도는 도시한 것이다.
도 2에서 보여지는 바와 같이, 유전체(80)상에 제1 마이크로스트립 선로(20)와 제2 마이크로스트립 선로(40)가 일정한 간격(S)을 두고 장착된다.
그러나, 상기와 같은 종래의 마이크로스트립 방향성 결합기의 경우에는, 통과 단자(30)와 결합단자(50)의 전력분배를 양분하기 위해서는 강한 결합을 필요로 하므로, 실제 회로 제작시 제1 및 제2 마이크로스트립 선로(20, 40) 간의 간격(S)이 너무 좁아져서 제작 자체가 어려워지는 단점이 존재하였다.
이상에서와 같이, 종래의 마이크로스트립 방향성 결합기 설계에 있어서는 우/기모드의 위상정수를 같다고 가정하고, 결합길이를 일정하게 고정시킨 후, 우/기모드의 특성 임피던스를 조절하여 원하는 결합량을 얻는 방법을 사용하였다. 그리고, 실제 설계시 원하는 특성 임피던스는 결합 마이크로스트립 선로의 폭과 간격을 조절하여 얻을 수 있었다.
그런데, 이 설계 방법에 따르면, 3dB 방향성 결합기의 경우에는 강한 결합을 필요로 하므로, 실제 회로 제작시 결합선로가 너무 작어져서 구현하기가 어려운 뭄제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 두 개의 마이크로스트립 선로의 결합길이를 조절하여, 우/기 모드시 마이크로스트립을 통해 흐르는 전자파의 위상 속도의 차를 이용함으로써, 원하는 결합량을 얻을 수 있고, 또한 설계시 마이크로스트립들의 간격이 너무 좁아져 제작이 어려워지는 종래의 단점을 극복할 수 있는 마이크로스트립 방향성 결합기의 설계 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
제1도는 종래의 마이크로스트립 방향성 결합기의 구성도.
제2도는 일반적인 마이크로스트립 방향성 결합기의 단면도.
제3도는 본 발명에 따른 마이크로스트립 방향성 결합기의 일실시예 구성도.
제4도는 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로스트립 방향성 결합기의 전압에 대한 특성도.
제5도는 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로스트립 방향성 결합기를 설계하여 해석한 결과의 특성도.
제6도는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 마이크로스트립 방향성 결합기의 실제 제작시 측정 결과의 특성도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
100 : 입사단자 200 : 제1 마이크로스트립 선로
300 : 통과단자 400 : 제2 마이크로스트립 선로
500 : 결합단자 600 : 분리단자
700 : 임피던스부
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 유전체상에 소정의 간격으로 이격되게 배치되며 소정의 폭 및 길이를 갖는 단일층상의 마이크로스트립 결합 선로를 구비한 방향성 결합기를 설계하는 방법에 있어서, 원하는 결합량의 방향성 결합기를 설계/제작하기 위하여, 우모드시 상기 마이크로스트립 결합을 선로를 흐르는 전자파와 기모드시 상기 마이크로스트립 결합 선로를 흐르는 전자파의 위상정수 차가 원하는 양만큼 발생되도록 상기 마이크로스트립 결합 선로의 결합길이를 조절하는 제1 단계; 및 입출력 임피던스의 정합을 보장하면서 서로 다른 출력단자의 위상을 동위상으로 유지할 수 있도록, 조절된 상기 마이크로스트립 결합 선로의 결합길이를 바탕으로 임의의 결합량을 갖는 방향성 결합기를 설계/제작하는 제 2 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는 기존의 설계 방법에서 탈피하여 우/기모드 위상정수의 차를 이용하여 특성 임피던스가 아닌, 결합길이를 조절함으로써 원하는 결합량을 얻는 새로운 형태의 방향성 결합기를 설계한다. 따라서, 이 새로운 방향성 결합기는 3dB 결합을 구현할 때 서로 간격으로 인한 실제 제작상의 문제점을 극복할 수 있다. 즉, 본 발명에 따르면 특성 임피던스에 관계없이 결합길이를 조절만으로 원하는 결합량의 방향성 결합기를 설계, 제작할 수 있다.
상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 마이크로스트립 방향성 결합기의 일실시예 구성도이다.
본 발명은 방향성 결합기의 결합량을 마이크로스트립 결합선로의 폭과 간격 뿐만아니라 결합길이를 조절함으로써 원하는 결합량의 방향성 결합기를 설계하는 것이다. 특히, 이 설계 방식을 통하여 마이크로스트립 3dB 방향성 결합기의 결합 선로간의 간격이 좁아져서 구현이 어려워지는 단점을 극복한다. 또한, 본 발명의 새로운 방향성 결합기는 제1 출력단자와 제2 출력단자가 구조적으로 인접하고, 같은 방향으로 향하므로 다른 회로와 연계될 때 훨씬 유리해진다.
뿐만아니라, 본 발명은 단일층상의 마이크로스트립 결합 선로의 결합길이를 조절함으로써 원하는 결합량의 방향성 결합기를 설계할 수 있다. 특히, 이 설계 방식을 통하여 단일층상의 마이크로스트립 3dB 방향성 결합기의 결합 선로간의 간격이 좁아져서 구현이 어려워지는 단점을 극복한다. 또한, 본 발명의 방향성 결합기는 제1 출력단자와 제2 출력단자가 구조적으로 인접하고, 동위상이면서 같은 방향으로 향하므로 다른 회로와 연계될 때 훨씬 유리해진다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 마이크로스트립 방향성 결합기는, 외부로부터 입사되는 전자파를 입사시키기 위한 입사단자(100)와, 입사단자(100)를 통해 입사된 소정의 전자파를 전달하기 위한 제1 마이크로스트립 선로(200)와, 제1 마이크로스트립 선로(200)를 통해 전달된 소정의 전자파를 통과시키기 위한 통과단자(300)와, 입사단자(100)를 통해 입사된 전자파중에 소정의 전자파를 전달하기 위한 제2 마이크로스트립 선로(400)와, 제2 마이크로스트립 선로(400)를 통해 전달된 소정의 전자파를 주변장치와 결합시키기 위한 결합단자(500)와, 통과단자(300) 및 결합단자(500)의 임피던스를 정합시키기 위한 분리단자(600)와, 분리단자(600)와 접지 사이에 접속된 임피던스부(700)를 구비한다.
임피던스부(700)는 종래와 마찬가지로 저항(R)으로 이루어진다.
제1 및 제2 마이크로스트립 선로(200, 400)의 간격(S) 및 폭(W1, W2)들은 설계 및 제작하기 쉽도록 고정되고, 이에 따라 본 발명에서는 상기 간격(S) 및 폭(W1, W2)들을 이용하여 특성 임피던스를 조절하지 않는다.
제1 마이크로스트립 선로(200)에 접속된 입사단자(100)와 제2 마이크로스트립 선로(400)에 접속된 분리단자(600)는 같은 방향에 위치되고, 또한 입사단자(100)가 접속된 반대쪽의 제1 마이크로스트립 선로(200)에 접속된 통과단자(300)는 제2 마이크로스트립 선로(400)에 접속된 결합단자(500)와 같은 방향에 위치된다.
특히, 본 발명의 방향성 결합기의 제1 및 제2 마이크로스트립 선로(200, 400)의 길이(1c)를 제작 및 설계시 조절하여, 결합단자(500)를 통해 주변장치로 전달되는 전자파의 결합량을 조절한다. 여기서, 우모드시 제1 및 제2 마이크로스트립 선로(200, 400)를 통해 흐르는 전자파와 기모드시 제1 및 제2 마이크로스트립 선로(200, 400)를 통해 흐르는 전자파의 위상 속도가 다르며, 이 두 모드의 위상 속도 차이는 제1 및 제2 마이크로스트립 선로(200, 400)에서 각 단자 전압이 결합길이(1c)에 대한 주기적 특성을 갖도록 한다. 특히, 소정의 결합길이를 주기로하여 통과단자(300)와 결합단자(500)로 전력이 양분되는 3dB 결합이 주기적으로 일어난다.
따라서, 본 발명에 따른 마이크로스트립 방향성 결합기는 마이크로스트립 선로로 3dB 결합을 구현할 때, 결합길이를 조절하여 결합량을 조절함으로써, 선로 간격으로 인한 실제 제작상의 문제점을 극복할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 마이크로스트립 방향성 결합기의 동작은 도 1에서 설명한 바와 동일하므로 생략한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로스트립 3dB 방향성 결합기의 제1 및 제2 마이크로스트립 선로의 길이에 따른 입사단자, 통과단자, 결합단자 및 분리단자의 전압에 대한 주기적 특성을 도시한 것이다.
도 4에 도시된 것처럼, 필요한 결합량에 맞는 결합길이(1c)를 선택하여 원하는 마이크로스트립 방향성 결합기를 설계 및 제작할 수 있음을 알 수 있다.
도 5는 본 발명에 다른 실시예에 따른 마이크로스트립 3dB 방향성 결합기를 설계하여 해석한 결과에 대한 특성을 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 마이크로스트립 3dB 방향성 결합기의 실제 제작시 측정한 결과에 대한 특성을 도시한 것이다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 마이크로스트립 방향성 결합기의 설계 방법은, 임의의 폭과 간격을 갖는 마이크로스트립 선로의 결합길이를 조절하여 원하는 결합량을 갖도록 설계 및 제작할 수 있으며, 결합 단자와 통과 단자가 가까이 있으므로 다른 회로와 연계하기가 쉬워지며, 또한 밀리미터파 대역에서는 구조가 단순하므로 불연속성이 작아지는 효과가 있다.
Claims (2)
- 유전체상에 소정의 간격으로 이격되게 배치되며 소정의 폭 및 길이를 갖는 단일층상의 마이크로스트립 결합 선로를 구비한 방향성 결합기를 설계하는 방법에 있어서,원하는 결합량의 방향성 결합기를 설계/제작하기 위하여, 우모드시 상기 마이크로스트립 결합 선로를 흐르는 전자파와 기모드시 상기 마이크로스트립 결합 선로를 흐르는 전자파의 위상정수 차가 원하는 양만큼 발생되도록 상기 마이크로스트립 결합 선로의 결합길이를 조절하는 제1 단계; 및입출력 임피던스의 정합을 보장하면서 서로 다른 출력단자의 위상을 동위상으로 유지할 수 있도록, 조절된 상기 마이크로스트립 결합 선로의 결합길이를 바탕으로 임의의 결합량을 갖는 방향성 결합기를 설계/제작하는 제 2 단계를 포함하는 우/기모드의 위상정수 차를 이용한 마이크로스트립 방향성 결합기의 설계 방법.
- 제1항에 있어서,상기 우/기모드는,상기 마이크로스트립 결합 선로의 고유모드이되, 서로 다른 위상정수를 갖고 있으며, 이 두 모드의 차이는 상기 마이크로스트립 결합 선로에서 각 단자 전압이 상기 결합길이에 대해 주기적인 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 우/기모드의 위상 정수 차를 이용한 마이크로스트립 방향성 결합기의 설계 방법.
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
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| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |