KR100392159B1 - 마이크로스트립 라인을 이용한 고 지향성 디렉셔널 커플러 - Google Patents

마이크로스트립 라인을 이용한 고 지향성 디렉셔널 커플러 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마이크로스트립 라인을 이용한 고 지향성 디렉셔널 커플러에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 틀 내부 밑면과 면적이 동일한 마이크로스트립 라인의 윗면 스트립 도체에 '｜'형 및 ''형의 패턴을 형성한 후, 상기 '｜'형 및 ''형 스트립 도체 사이를 별도의 마이크로스트립 라인을 이용하여 납땜으로 연결한 후에 틀 내부에 끼워넣고, 컨넥터(connecter)를 틀 측면의 홀에 끼워 넣은 후, 상기 컨넥터의 연결단자를 상기 마이크로스트립 라인의 '｜'형 및 '

Description

마이크로스트립 라인을 이용한 고 지향성 디렉셔널 커플러{High directivity directional coupler using microstrip line}
본 발명은 마이크로스트립 라인을 이용한 고 지향성 디렉셔널 커플러에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 틀 내부 밑면과 면적이 동일한 마이크로스트립 라인의 윗면 스트립 도체에 '｜'형 및 ''형의 패턴을 형성한 후, 상기 '｜'형 및 ''형 스트립 도체 사이를 별도의 마이크로스트립 라인을 이용하여 연결한 것이다.
일반적으로, 종래의 디렉셔널 커플러는 스트립 라인을 이용하여 제작하였다.
여기서, 스트립 라인은 확장성을 가진 2개의 스트립 도체 사이의 유전체 내부 중간에 띠 모양의 스트립 도체가 있는 마이크로파 전송선로를 말하며, 스트립 도체는 상대(相對)와의 사이를 저 손실의 유전체로 격리한 것이다.
도 1a는 기존의 마이크로스트립 라인의 단면도로서, 유전체(1)의 양쪽 면에 스트립 도체(2)를 접합한 것이고, 도 1b는 기존의 스트립 라인의 단면도로서, 유전체(1)의 양쪽 면에 스트립 도체(2)를 접합하고 유전체의 내부에 띠 모양의 스트립 도체가 있는 것이다.
한편, 디렉셔널 커플러 설계자가 원하는 패턴의 스트립 라인을 제작할 경우, 마이크로 스트립 라인 두 개를 이용하여 제작하게 되는데, 한 개의 마이크로스트립 라인은 양쪽 면의 스트립 도체 중에서 한쪽 면의 스트립 도체를 제거하고, 다른 한 개의 마이크로스트립 라인은 양쪽 면의 스트립 도체 중에 한쪽 면의 스트립 도체를 에칭하여 원하는 패턴을 만든 후, 상기 두 개의 마이크로스트립 라인을 각각 제거된 면과 패턴을 만든 면을 접합하여 제작한다.
도 2a는 종래의 디렉셔널 커플러의 분해사시도이고, 도 2b는 종래의 디렉셔널 커플러의 단면도로서, 틀(10) 내부 밑면과 면적이 동일한 마이크로스트립 라인의 윗면 스트립 도체에 패턴을 형성한 패턴보드(Pattern board)(100)를 틀(10) 내부에 끼워 넣고, 컨넥터(connecter)(12)를 틀(10) 측면의 홀(13)에 끼워 넣은 후에상기 컨넥터(12)의 연결단자(14)를 상기 패턴보드(100)의 '｜'형 및 ''형 스트립 도체(101)(102)의 양쪽 종단에 납땜을 하고, 상기 패턴보드(100) 위에, 틀(10) 내부 밑면과 면적이 동일하며 밑면의 스트립 도체를 제거한 마이크로스트립 라인(200)을 넣은 후, 덮개(11)를 덮어 나사로 고정시킴으로써, 상기 두 개의 마이크로스트립 라인이 하나의 스트립 라인과 같은 특성을 갖도록 하였다.
그러나, 종래의 디렉셔널 커플러는 두 개의 마이크로스트립 라인으로 하나의 스트립 라인과 같은 특성을 갖도록 만들기 때문에, 어느 하나의 마이크로스트립 라인에 에칭하여 패턴을 형성한 면과, 다른 하나의 마이크로스트립 라인에 스트립 도체를 제거한 면이 접합될 때, 패턴을 형성한 스트립 도체의 두께로 인하여 얇은 층의 공간이 형성된다.
또한, 상기 형성된 공간을 최소화하기 위하여 덮개를 이용하여 강한 압력으로 누를 경우(커버프래싱 : cover-pressing), 패턴을 형성한 마이크로스트립 라인의 스트립 도체의 두께로 인하여 스트립 도체를 제거한 마이크로스트립 라인의 유전체 형상이 변형되어, 디렉셔널 커플러의 특성이 나빠지게 되고, 디렉셔널 커플러 설계자가 원하는 특성으로 회복시키기 위한 튜닝에 많은 시간과 세밀한 작업을 필요로 하게 되어, 디렉셔널 커플러의 제작비용이 높아지게 되고, 제작 시간 및 공정이 길어지며, 고 지향성(high directivity) 특성을 가진 디렉셔널 커플러를 제작하기가 어려운 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기 종래의 디렉셔널 커플러가 지닌 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 마이크로스트립 라인의 윗면 스트립 도체에 '｜'형 및 ''형의 패턴을 형성한 패턴보드의 '｜'형 및 ''형 스트립 도체 사이를, 다른 마이크로스트립 라인을 이용하여 연결함으로써, 고 파워(High power)에서 요구되는 고 지향성 특성을 개선하고, 제작 시간 및 공정을 줄이며 원자재 비용을 절감하여 제품 경쟁력을 향상시킨 마이크로스트립 라인을 이용한 고 지향성 디렉셔널 커플러를 제공함에 있다.
도 1a는 기존의 마이크로스트립 라인의 단면도.
도 1b는 기존의 스트립 라인의 단면도.
도 2a는 종래의 디렉셔널 커플러의 분해사시도.
도 2b는 종래의 디렉셔널 커플러의 단면도.
도 3a은 본 발명에 의한 마이크로스트립 라인을 이용한 고 지향성 디렉셔널 커플러의 분해사시도.
도 3b는 본 발명에 의한 마이크로스트립 라인을 이용한 고 지향성 디렉셔널커플러의 단면도.
도 3c는 본 발명에 의한 마이크로스트립 라인을 이용한 고 지향성 디렉셔널커플러의 다른 예를 나타낸 분해사시도.
도 4a는 종래의 디렉셔널 커플러의 입출력 리턴로스(I/O Return Loss ; CH 1, CH 4) 및 인서션로스(Insertion Loss ; CH 2 )의 측정 그래프.
도 4b는 종래의 디렉셔널 커플러의 아이솔레이션(Isolation)의 측정 그래프.
도 4c는 종래의 디렉셔널 커플러의 커플링(Coupling)의 측정 그래프.
도 5a는 본 발명에 의한 마이크로스트립 라인을 이용한 고 지향성 디렉셔널커플러의 입출력 리턴로스(I/O Return Loss ; CH 1, CH 4) 및 인서션로스(Insertion Loss ; CH 2 )의 측정 그래프.
도 5b는 본 발명에 의한 마이크로스트립 라인을 이용한 고 지향성 디렉셔널 커플러의 아이솔레이션(Isolation)의 측정 그래프.
도 5c는 본 발명에 의한 마이크로스트립 라인을 이용한 고 지향성 디렉셔널 커플러의 커플링(Coupling)의 측정 그래프.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 틀 11 : 덮개 12 : 컨넥터 13 : 홀 14 : 연결단자
300, 310, : 마이크로스트립 라인 400 : 패턴보드
401 : ''형 스트립 도체 402 : '｜' 형 스트립 도체
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 마이크로스트립 라인을 이용한 고 지향성 디렉셔널 커플러는, 마이크로스트립 라인의 윗면 스트립 도체에 '｜'형 및 ''형의 패턴을 형성한 패턴보드(400)의 '｜'형 및 ''형 스트립 도체(401)(402) 사이를, 별도의 마이크로스트립 라인(300)을 이용하여 연결한 것을 특징으로 한다.
이하에서 상기한 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명에 의한 마이크로스트립 라인을 이용한 고 지향성 디렉셔널 커플러의 분해사시도이고, 도 3b는 본 발명에 의한 마이크로스트립 라인을 이용한 고 지향성 디렉셔널커플러의 단면도로서, 틀(10) 내부 밑면과 면적이 동일하한 마이크로스트립 라인의 윗면 스트립 도체에 '｜'형 및 ''형의 패턴을 형성한 패턴보드(400)의 '｜'형 및 ''형 스트립 도체(401)(402) 사이를, 별도의 마이크로스트립 라인(300)을 이용하여 납땜으로 연결한 후에 틀(10) 내부에 끼워넣고, 컨넥터(connecter)(12)를 틀(10) 측면의 홀(13)에 끼워 넣은 후, 상기 컨넥터(12)의 연결단자(14)를 상기 마이크로 스트립 라인(400)의 '｜'형 및 ''형 스트립 도체(401)(402)의 양쪽 종단에 납땜을 하고, 덮개(11)를 덮어 나사로 고정시킨다.
여기서, '｜'형 및 ''형 스트립 도체(401)(402) 사이를 별도의 마이크로 스트립 라인(300)을 이용하여 연결한 것은, 상기 '｜'형 및 ''형 스트립 도체(401)(402)가 상호간섭작용을 하여 특성이 저하되는 것을 막기 위하여 커패시턴스( capacitance : 정전용량 )를 갖도록 한 것이다.
일반적으로 커패시턴스 C는,
(1)
이며, Q는 스트립 도체표면의 전하량(이때, 양전하는 Q, 음전하는 -Q로 표시된다)이고, Vo는 두 스트립 도체사이의 전위차이다.
도체계 내에서 전하밀도를 N배로 증가시키면 가우스(Gauss)의 법칙에 의하여 전속밀도나 전계의 세기도 N배가되고 전위차도 역시 N배로 증가하여, 커패시턴스는 전위차나 총전하량의 값에 영향을 받지 않는다.
식 (1)에서 두 스트립 도체가 각각인 균일한 표면전하를 갖는다고 가정하면,
(2)
(3)
이며, 이때 S는 두 스트립 도체의 면적이고, d는 두 스트립 도체사이의 거리이며, ??는 스트립 도체사이에 있는 유전체의 유전율이다.
따라서, 식(1)은
(4)
인 관계를 얻게 된다.
따라서, 커패시턴스는 전위차나 총전하량의 값에 관계없이 도체계의 기하학적 제원(면적, 거리 등)과 균일유전체의 유전율에 의해서 결정된다.
또한, 상기 '｜'형 및 ''형 스트립 도체(401)(402) 사이의 간격은 사용주파수에 따라 달라지기 때문에, 상기 '｜'형 및 ''형 스트립 도체(401)(402) 사이의 간격에 따라 '｜'형 및 ''형 스트립 도체(401)(402)를 연결하는 별도의 마이크로스트립 라인(300)의 폭과 넓이 등이 식(4)에 의하여 결정된다.
도 3c는 본 발명에 의한 마이크로스트립 라인을 이용한 고 지향성 디렉셔널커플러의 다른 예를 나타낸 분해사시도로서, 상기 마이크로스트립 라인의 윗면 스트립 도체에 '｜'형 및 ''형의 패턴을 형성한 패턴보드(400)의 '｜'형 및 ''형 스트립 도체(401)(402) 사이를, 또 다른 마이크로스트립 라인(310)으로 연결한 것이다.
도 4a는 종래의 디렉셔널 커플러의 입출력 리턴로스(I/O Return Loss ; CH 1, CH 4) 및 인서션로스(Insertion Loss ; CH 2 )의 측정 그래프이고, 도 4b는 종래의 디렉셔널 커플러의 아이솔레이션(Isolation)의 측정 그래프이며, 도 4c는 종래의 디렉셔널 커플러의 커플링(Coupling)의 측정 그래프이다.
또한, 도 5a는 본 발명에 의한 마이크로스트립 라인을 이용한 고 지향성 디렉셔널 커플러의 입출력 리턴로스(I/O Return Loss ; CH 1, CH 4) 및 인서션로스(Insertion Loss ; CH 2)의 측정 그래프이고, 도 5b는 본 발명에 의한 마이크로스트립 라인을 이용한 고 지향성 디렉셔널 커플러의 아이솔레이션(Isolation)의 측정 그래프이며, 도 5c는 본 발명에 의한 마이크로스트립 라인을 이용한 고 지향성 디렉셔널 커플러의 커플링(Coupling)의 측정 그래프이다.
상기 측정 그래프를 비교하면, 측정 주파수(1.9㎓ ∼ 2.3㎓)에서 스트립 라인의 입력측 리턴로스(CH1 : S11 port)는 -32.813㏈ ∼ -29.465㏈이고, 출력측 리턴로스(CH4 : S22 port)는 -28.394㏈ ∼ -26.525㏈인 반면에, 마이크로스트립 라인의 입력측 리턴로스(CH1 : S11 port)는 -30.281㏈ ∼ -27.672㏈로, 출력측 리턴로스(CH4 : S22 port)는 -33.861㏈ ∼ -35.430㏈로 개선되었으며, 아이솔레이션은 측정 주파수에서 스트립 라인의 경우 -42.240㏈ ∼ -42.301㏈인 반면에, 마이크로스트립 라인의 경우 -49.816㏈ ∼ -45.139㏈로 개선되`어, 동일 주파수 대역에서 입출력 리턴로스와 인서션로스 및 아이솔레이션의 월등히 향상된 것을 알 수 있다.
상기 본 발명은 당업자의 요구에 따라 기본 개념을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다.
상술한 바와 같이 종래의 디렉셔널 커플러는 마이크로스트립 라인 두 개를 사용하여 패턴을 형성한 후에 커버프래싱 하였으나, 본 발명에 따르면 마이크로스트립 라인을 한 개만 사용하여 패턴을 형성하고 커버프레싱이 필요 없으므로, 제작 시간 및 공정을 단축하고 원자재 비용을 절감하여 제품의 경쟁력을 향상시키며, 고 파워에서 요구되는 고 지향성 특성을 개선하는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 무선통신 시스템의 수동 디바이스(Passive Device)인 디렉셔널 커플러(Directional coupler)에 있어서,
    마이크로스트립 라인의 윗면 스트립 도체에 '｜'형 및 ''형 패턴을 형성한 패턴보드(400)의 '｜'형 및 ''형 스트립 도체(401)(402) 사이를, 별도의 마이크로스트립 라인(300)을 직교되게 하여 연결한 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 라인을 이용한 고 지향성 디렉셔널 커플러.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 '｜'형 및 ''형 스트립 도체(401)(402) 사이를, 다른 별도의 마이크로스트립 라인(310)을 평행하게 하여 연결한 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 라인을 이용한 고 지향성 디렉셔널 커플러.
  3. 제 1항 또는 2항에 있어서,
    상기 '｜'형 및 ''형 스트립 도체(401)(402) 사이를, 스트립 라인을 이용하여 연결한 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 라인을 이용한 고 지향성 디렉셔널 커플러.
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