KR100358980B1 - Ｎｒｄ 가이드용 초고속 커플러 변조기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 NRD 가이드의 커플러(Coupler)를 이용한 초고속 변조기에 관한 것이다. 제 1 실시예는 90도 밴드(Bend)의 결합되는 부분에 결합 블록을 만들고, 결합블록의 종단에 쇼트키 다이오드를 장착한 다이오드 마운트를 장착하여 변조는 것이고, 실시예 2는 180도 밴드를 이용하여 3dB 커플러를 만들어 180도 밴드의 두 종단에 두개의 쇼트키 다이오드를 부착한 다이오드 마운트를 장착하여 변조를 하는 것이다.

Description

ＮＲＤ 가이드용 초고속 커플러 변조기 {NRD Guide Ultra-High Speed Modulator using Coupler}

<26> 밀리미터파 집적회로인 NRD 가이드(Non-Radiative Dielectric wave-Guide;비방사성유전체도파관)는 저손실성과 비방사성 등의 특징을 가지고 있다.

<27> NRD 가이드 회로는 상.하도체판은 사용하고자 하는 주파수에 대한 파장의 절반 이하의 간격으로 유지하고, 상.하도체판 사이에 상.하도체판의 간격과 동일한 높이와 일정한 폭을 가지는 유전체 선로를 배치하여 NRD 가이드를 구성한다.

<28> 기존의 변조 방식은 RF 신호가 서큘레이터를 통하여 변조기로 입사되어 흡수 혹은 반사를 반복적으로 하면서 변조를 하는 방식으로서, 서큘레이터에 의해서 변조된 RF 신호가 RF 신호 발생기로 입사되는 것을 막아 주었다. 하지만, 서큘레이터에는 페라이트(Ferrite ; 강자성체)와 같은 가공이 어렵다. 또한, 서큘레이터의 세 방향의 단자 사이의 각이 120도를 유지해야 하므로 생산성의 저하가 우려된다.

<29> 본 발명에서는 두 가지의 실시 예를 제시하며, 커플러를 통한 초고속 변조기에 대한 것이다.

<30> 실시 예 1은 180도 벤드(5, 6)를 이용하여 3dB 커플러를 만들고 커플러의 종단에서 일정한 공극을 가지고 전방테프론(13, 14), 고유전율시트(11, 12), 다이오드 마운트(9, 10)과 후방테프론(7, 8)을 순차적으로 배치한다.

<31> 실시 예 2는 90도 벤드(17, 18)의 종단이 결합되어진 면을 결합블록(22)의 면과 결합시키고, 고유전율 시트(21), 다이오드 마운트(20), 후방테프론(19)을 순차적으로 배치한다.

<32> 본 발명에 의해 NRD 가이드에 입력 신호가 반사되어 되돌아오는 것을 차단하기 위해 사용했던 서큘레이터를 대신할 수 있고, 하지만, 페라이트(Ferrite ; 강자성체)와 같은 가공이 어려운 부품을 사용해야하는 어려움을 커플러를 사용함으로써 해결할 수 있으며, 또한, 서큘레이터에 필요한 모드 스프레서가 커플러에 사용되지 않음으로써 부품의 수를 줄일 수 있다.

<1> 도 1 : 본 발명의 실시예 1로서 두개의 180도 벤드의 종단에 쇼트키 다이오

드가 부착된 다이오드 마운트를 장착한 초고속 변조기 평면도.

<2> 도 2 : 도 1의 하부도체판에 초고속 변조기가 장착된 상태에서 상부도체판

을 결합한 단면도.

<3> 도 3 : 본 발명의 실시예 1에 사용된 180도 벤드의 3dB 커플러의 설명을

위한 평면도.

<4> 도 4 : 본 발명의 실시 예 2로서 두개의 90도 벤드의 종단이 결합되는 부분

에 결합 블록을 만들고 그 종단에 쇼트키 다이오드가 부착된 다이오

드 마운트를 장착한 초고속 변조기 평면도.

<5> 도 5 : 도 4의 하부도체판에 초고속 변조기가 장착된 상태에서 상부도체판

을 결합한 단면도.

<6> 도 6 : 쇼트키 다이오드가 장착된 다이오드 마운트의 사시도.

<7> 도 7 : 본 발명의 실시예 2에 사용된 두개의 90도 벤드의 종단이 결합되는

부분에 결합 블록의 전송손실 실험을 위한 커플러 평면도.

<8> 도 8 : 도 7의 금속과 비금속 결합블록의 길이(L)에 대한 결과 그래프.

<9> 도 9 : 180도 벤드(5, 6)의 간격에 따른 사용하고자 하는 중심주파수의 변

화를 나타내는 그래프.

<10> 도 10 : 180도 벤드(5, 6)의 종단에 부착된 다이오드 마운트(9, 10) 바이어

스의 On/Off에 따른 전송특성을 네트워크 분석기로 측정한 결과 그

래프.

(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)

<11> 1 : 상부도체판

<12> 2 : 하부도체판

<13> 3, 4, 15, 16 : 유전체선로

<14> 5, 6, 23, 24 : 180도 벤드(Bend)

<15> 7, 8, 19 : 후방 테프론

<16> 9, 10, 20 : 쇼트키 다이오드(Schottky Barrier Diode)가 장착된 다이오드

마운트

<17> 11, 12, 21 : 고유전율시트(High Permittivity Sheet)

<18> 13, 14 : 전방테프론

<19> 17, 18 : 90도 벤드(Bend)

<20> 22 : 결합블록

<21> 25 : 유전체 기판(Substrate)

<22> 26 : 금속(구리)박막

<23> 27 : 쇼트키 다이오드(Schottky Barrier Diode)

<24> D1, D2 : 두개의 180도 벤드 사이 간격

<25> L : 결합블록의 길이

(실시예 1)

<33> 실시예 1에 대한 설명을 하기에 앞서 도 3을 이용하여 두개의 180도 벤드(23, 24)를 이용한 3dB 커플러에 대하여 설명하고자 한다.

<34> 3dB 커플러는 입력전력을 등분배하는 결합기이며, 결합할 때 90도로 위상이 변하게 된다.

<35> 도 3에서 ①번 포트로 a의 진폭을 가진 전파가 입력되면 각 포트로 나누어지는 전파의 진폭은 ②번 포트는 a/√2 이고, ④번 포트는 j (a/√2 )이다.

<36> 다음으로, ②번과 ④번 포트를 완전히 반사할 수 있도록 하여 ②번과 ④번 포트로 입사된 전파를 다시 반사하게 되면, 즉 ②번과 ④번 포트에서 진폭이 각각 a/√2 와 j (a/√2 )인 전파를 입력하는 커플러로 간주할 수 있다.

<37> 결국, ①번 포트는 진폭이 (a/2-a/2)으로 되므로 ‘0’ 이 되고, ③번 포트는 j(a/2+a/2)으로 되므로 ‘ja’가 된다. 즉, ①번 포트에서 입력한 전파는 ③번 포트로 위상이 90도 벗어났을 뿐 입력전력이 모두 전달되었으며, 또 ①번 포트에서 반사되어오는 전파는 없다는 것을 알게 되었다. 이것은 서큘레이터와 같은 역할을 하는 것을 나타낸다.

<38> 도 1은 180도 벤드(5, 6)를 이용한 초고속 변조기이다. 180도 벤드의 종단에 일정한 공극을 두고 장착되는 전방테프론(13, 14), 고유전율시트(11, 12), 다이오드 마운트(9, 10), 후방테프론(7, 8)로 결합된 두 개의 구성부분은 본 발명에서는 변조부를 형성한다.

<39> 두개의 180도 벤드(5,6)를 일정한 간격(D1)으로 배치하고, 유전체 선로(3)로 RF 신호인 반송파(Carrier Wave)가 입사되고, 상기 반송파는 180도 벤드(5) 따라 흐르는데, 180도 벤드를 따라 흐르는 과정에서 반송파 절반은 180도 벤드(5)의 종단으로 흐르나 나머지 절반의 반송파 출력은 3dB 커플러를 통하여 맞은편 180도 벤드(6)로 전달되게 된다. 이것을 1차 커플링이라고 한다.

<40> 이때, 변조부는 다이오드 마운트(9, 10)에 순방향 바이어스가 흐를 때에는 입사하는 전파를 흡수하고, 역방향 바이어스가 흐를 때에는 입사하는 전파를 반사하는 역할을 하게 된다. 이것을 이용하여 2차 커플링을 한다.

<41> 그러므로, 다이오드 마운트(9, 10)에 순방향 바이어스가 흘러 입사하는 전파를 흡수하였을 때에는 맞은편 180도 벤드(6)의 출력 포트로 향하는 변조된 전파는 없다. 반대로, 다이오드 마운트(9, 10)에 역방향 바이어스가 흘러 입사하는 전파를 반사하였을 때에는 맞은편 180도 벤드(6)의 출력 포트로는 1차 커플링된 전파와 2차 커플링된 전파가 결합하여 원래 180도 벤드(5)로 입력된 전파의 출력을 그대로 유지하면서, 위상차가 90도 발생하는 변조된 파를 얻게 된다.

<42> 도 1에서 두개의 180도 벤드 사이의 간격(D1)에 대한 결과를 도 9에 나타내었는데 그래프에 의하면, 180도 벤드간의 간격이 넓어짐에 따라 사용하고자 하는 주파수가 낮아진다. 따라서, 상기 벤드의 공극을 조절하여 사용하고자 하는 주파수 대역을 결정할 수 있다.

<43> 도 10에서는 180도 벤드(5, 6)의 종단에 부착된 다이오드 마운트(9, 10) 바이어스의 On/Off에 따른 전송특성을 나타내고 있다. 60GHz에 대해 바이어스가 Off의 경우에는 전송손실이 3dB 정도 발생하고, 바이어스가 On일 경우에는 전송손실이 35dB 정도 발생하여 흡수/반사가 명확하게 발생하는 것을 알 수 있다.

(실시예 2)

<44> 실시예 2에 대한 설명을 하기에 앞서 도 7을 이용하여 두개의 90도 벤드(17, 18)를 이용한 커플러에 대하여 설명하고자 한다.

<45> 커플러에 대해서 결합블록(22)이 금속일 경우와 테프론일 경우 두가지에 대해 길이에 따른 전송손실을 측정하여, 그 결과를 도 8에 나타내었다. 이러한 결과로부터 1.5mm일 경우 전송손실이 최대가 되고, 5mm일 경우 전송손실이 최소가 된다. 따라서, 결합블록(22)의 길이(L)를 5mm로 결정하였고, 결합블록(22)이 커플링에 영향을 미친다는 것을 알 수 있었다.

<46> 도 4는 90도 벤드(17, 18)를 이용한 초고속 변조기이다. 유전체 선로(15)로 입력된 RF 신호인 반송파는 90도 벤드(17)의 종단에 도달하게 된다. 이때 도달한 반송파가 결합블록(22)과 다이오드 마운트(20)의 사이에 임피던스 정합을 할 수 있도록 고유전율시트(21)을 삽입하였으며, 다이오드 마운트(20)의 후방에 후방테프론(19)을 배치하여 쇼트키 다이오드(27)가 장착된 다이오드 마운트(20)에 순방향 혹은 역방향 바이어스에 따라 흡수 혹은 반사를 반복하도록 하였다. 이때, 사용되는 상기 다이오드 마운트(20)은 도 6과 같이 유전체 기판(25) 유전율이 2.56이고, 두께가 0.3mm이며, 바이어스를 인가하는 금속박막(26)은 λ/4 초크형 필터로 삽입된 되어 있다.

<47> 따라서, 90도 벤드(17)을 통해 입사한 반송파를 흡수하기 위하여 쇼트키 다이오드(27)에 순방향 바이어스를 인가하고, 반대로, 입사하는 반송파를 그대로 반사하기 위하여 역방향 바이어스를 인가함으로써 변조를 얻을 수 있다.

<48> 본 발명은 NRD 가이드로 입력 신호가 반사되어 되돌아오는 것을 차단하기 위해 사용했던 서큘레이터를 대신할 수 있다.

<49> 즉, 서큘레이터를 이용하여 반송파를 변조부와 분리시킴으로써 변조신호의반송파에 대해 차단시켰다. 하지만, 페라이트(Ferrite ; 강자성체)와 같은 가공이 어려운 부품을 사용해야하는 어려움을 커플러를 사용함으로써 해결할 수 있다.

<50> 또한, 서큘레이터에 필요한 모드 스프레서가 커플러에 사용되지 않음으로써 부품의 수를 줄일 수 있다.

<51> 상기 장점을 가진 초고속 커플러 변조기를 제공함으로써 레이더, 화상전송 장치, 무선 LAN 등과 같은 초고속 통신 무선기기의 구현을 보다 쉽게 할 수 있다.

Claims (3)

1. NRD 가이드를 이용하여 주파수를 변조함에 있어서,

   RF 신호인 반송파가 입사하는 NRD 가이드;

   커플러를 형성하도록 하기 위한 180도 벤드;

   변조를 위한 전방테프론, 고유전율시트, 쇼트키 다이오드가 장착된 다이오드 마운트,

   후방테프론을 순차적으로 결합하여;

   이를 대칭되게 장착하여 1차 변조부와 2차 변조부를 갖도록 실장한 구조를 가지는

   것을 특징으로 하는 NRD 가이드용 초고속 커플러 변조기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 변조부 양측 180도 벤드의 공극을 조절하여 사용하고자 하는 주파수 조절이

   가능하도록 함을 특징으로 하는 NRD 가이드용 초고속 커플러 변조기.
3. NRD 가이드를 이용하여 주파수를 변조함에 있어서,

   RF 신호인 반송파가 입사하는 NRD 가이드 및;

   커플러를 형성하도록 하기 위한 90도 벤드를 연결하여 대칭되게 실장하고;

   변조를 위한 결합블록, 고유전율시트, 쇼트키 다이오드가 장착된 다이오드 대역을

   결정할 마운트, 후방테프론을 순차적으로 결합하여 변조부를 갖도록 한 구조를 가지

   는 것을 특징으로 하는 NRD 가이드용 초고속 커플러 변조기.