KR100563937B1

KR100563937B1 - Nrd 가이드 회로를 이용한 광대역 믹서

Info

Publication number: KR100563937B1
Application number: KR1020020033536A
Authority: KR
Inventors: 신천우
Original assignee: 엔알디테크 주식회사; 신천우
Priority date: 2002-06-15
Filing date: 2002-06-15
Publication date: 2006-03-23
Also published as: KR20020062607A

Abstract

본 발명은 NRD 가이드 회로를 이용한 광대역 믹서(Mixer)에 관한 것이다. 광대역 수신장치에 있어서, 믹서는 국부발진 신호(LO)를 제공하는 LO 밴드부와 외부 RF 수신신호가 혼 안테나, 도파관 및 로드안테나를 통해 NRD 가이드 선로로 입력되어 제공되는 RF 입력 밴드부 및 양쪽 밴드부 종단이 하나의 빔리더 다이오드 마운트 유전체 기판면에 부착되어 LO 신호 및 RF 신호가 커플링(coupling) 및 믹싱(mixing)되고, 광대역이면서 저손실인 IF 신호가 출력되는 출력부로 구성되어지는 것을 특징으로 하며, 저손실, 광대역, 소형화가 가능하여 마이크로파 및 밀리미터파 대역에서의 고성능 수신장치로 이용될 수 있다.

NRD 가이드 회로, 수신장치, 더블 밸런스드 믹서, 빔리더 다이오드마운트

Description

NRD 가이드 회로를 이용한 광대역 믹서{Wideband Mixer for NRD Waveguide Circuit}

도 1: NRD 가이드 회로를 이용하여 광대역 믹서로 구성된 광대역 수신기의 사시도이다.

도 2: NRD 가이드 회로를 이용하여 광대역 믹서로 구성된 광대역 수신기의 평면도이다.

도 3: 사용주파수 60GHz에서의 전송손실을 최소화하기 위해 양 밴드부 종단의 대향 간격을 최적으로 정한 후 나타낸 전송손실 그래프이다.

도 4: 빔리더 다이오드 마운트의 구조를 나타낸 사시도이다.

도 5: 두 개의 쇼트키다이오드 사이에 직각방향으로 λ/4 초크가 부착된 빔리더 다이오드 마운트의 구조를 나타내는 사시도이다.

도 6: RF 신호에서 IF 신호로 변환할 때의 손실을 나타낸 그래프이다.

도 7: IF 출력부에서의 정재파비를 나타낸 그래프이다.

도 8: 불필요 모드의 억제를 위해 모드 스프레서를 장착한 구조의 믹서부를 나타낸 평면도이다.

도 9: 직선선로인 LO 밴드부와 곡선 선로인 RF 밴드부로 구성된 수신장치를 나타낸 평면도이다.

도 10: 곡선선로인 LO 밴드부와 직선 선로인 RF 밴드부로 구성된 수신장치를 나타낸 평면도이다.

도 11: 곡선선로인 LO 밴드부와 곡선 선로인 RF 밴드부로 구성된 수신장치를 나타낸 평면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 하부 도체판

2: 혼(Horn) 안테나

3: 건 다이오드가 장착된 발진소자

4: 스트립 공진기

5, 20: 모드스프레서

6, 7: NRD 가이드 선로

8, 19: 두 개의 쇼트키다이오드가 장착된 빔리더 다이오드 마운트

9: 고유전율 박막시트

10, 17: λ/4 금속박막 초크(Choke) 마운트

11: 주파수 안정용 세라믹 공진기

12: 양 밴드부 종단간의 밴드 간격

13: LO 밴드부의 밴드 각도(θ₁)

14: RF 입력 밴드부의 밴드 각도(θ₂)

15: 쇼트키다이오드

16: 금속박막

18a, 18b: IF 출력부

21, 22: LO 밴드부 또는 RF 입력 밴드부의 NRD 가이드 직선 및 곡선선로

23: λ/4 초크형 금속 스페이스

24: 테프론 블럭(Teflon Block)

비방사성 유전체도파관(NRD waveguide)은 도전성 평행 평판의 간격을 사용하고자하는 주파수의 반파장 이하로 하고, 그 사이에 비방사유전체선로를 삽입함으로써 새로운 개념의 도파관이 형성되어 밀리미터파 대역(30GHz∼300GHz)의 주파수에 대하여 마이크로스트립 선로보다 낮은 전송손실을 갖고, 기존의 도파관에 비해 가공이 쉽고 회로구성이 용이한 장점이 있다.

종래의 NRD 가이드를 이용하여 구성한 수신장치에 있어서, 믹서(Mixer)는 마이크로파 대역 및 밀리미터파 대역에서 두 신호를 혼합하여 합과 차의 주파수를 얻어 내거나 수신기에서 국부발진 주파수(LO)와 수신 신호(RF)를 혼합하여 IF 신호를 얻기 위한 중요한 장치이다.

종래의 믹서는 서큘레이터, 방향성결합기(3dB coupler) 및 NRD 가이드 선로 종단에 장착 된 두 개의 쇼트키배리어다이오드(SBD) 마운트로 구성되어 있는 평형형의 믹서(Balanced Mixer)이다.

그러나 NRD 가이드 선로 종단에 장착 된 두 개의 쇼트키배리어다이오드(SBD) 마운트에 있어서, 국부발진신호(LO)와 RF 수신신호가 두 개의 쇼트키배리어다이오드 마운트를 통해 흡수되고, 흡수된 신호는 두 개의 쇼트키배리어다이오드 마운트에 연결된 Semi-Rigid 케이블 또는 별도의 연결용 선로를 통해 혼합되므로 이 과정에서 누설(leakage)신호가 발생하여 IF 신호의 대역폭이 좁아지거나 변환손실(Conversion loss)이 증가하는 문제가 발생한다.

따라서 밀리미터파 대역에서는 이러한 누설신호로 인해 IF 신호의 대역폭이 크게 감소하게 되고, 광대역 믹서로 이용하지 못하는 단점이 있어 초고속 통신기를 구현하는 데 문제가 발생한다.

또한 평형형 믹서에 있어서, 서큘레이터, 방향성결합기(3dB Coupler)용 양 밴드부 및 두 개의 쇼트키배리어다이오드 마운트의 사용은 전체적인 수신장치의 크기를 제한하는 요소가 되어 밀리미터파 대역 수신장치의 소형화에 문제가 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 장치 및 방법으로,

양 밴드부(6, 7)의 LO 신호와 RF 수신신호의 결합(coupling) 및 혼합(mixing)을 위해 기존의 분리된 쇼트키배리어다이오드 마운트를 케이블이 없는 유전체 기판을 사용하여 단일 형태의 빔리더 다이오드 마운트(Beam lead diod mount)(8, 19)로 구현한다.

또한 방향성결합기(3dB Coupler)에 있어서, LO 신호와 RF 수신신호가 결합하는 양 밴드부(6, 7)가 대향하는 최접근부(couplering point)를 NRD 가이드 선로 종 단에 있도록 하여 3dB 커플러를 구성하는 방법으로 하나의 빔리더 다이오드 마운트(8, 19)가 장착된 밀리미터파 대역에서의 광대역 믹서를 구현하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 NRD 가이드 회로를 이용한 광대역 믹서(Mixer)에 있어서,

도 1은 NRD 가이드 회로를 이용하여 광대역 믹서로 구성된 광대역 수신기의 사시도이다. 도 1에 의하면, 광대역 믹서를 구성하기 위한 NRD가이드선로는 사용주파수의 반파장 이하의 간격을 가지는 상하도체판 사이에 배치되고; 국부발진 신호(LO)를 제공하는 NRD 가이드용 LO 밴드부와 외부 RF 수신신호가 혼(Horn) 안테나(2)를 통해 NRD 가이드 선로(7)로 입력되어 제공되는 RF 입력 밴드부; 그리고 양쪽 밴드부 종단면에 하나의 빔리더 다이오드 마운트(8)가 장착되어 IF 신호를 출력하는 출력부(10)로 구성되어 있다.

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도 2는 NRD 가이드 회로를 이용하여 광대역 믹서로 구성된 광대역 수신기의 평면도이다.

LO 밴드부는 건 다이오드가 부착된 국부발진파용 발진소자(3), 스트립공진기(4), 모드스프레서(5) 및 NRD 가이드 선로(6)가 순서대로 구성되어 있고, RF 입력 밴드부는 NRD 가이드 선로(7)로 구성되어 있다.

IF 출력부는 LO 밴드부의 NRD 가이드 곡선선로(6) 종단측과 RF 입력부의 NRD 가이드 곡선선로(7) 종단측이 일정한 간격으로 대향하도록 구성하고, 직각 방향의 λ/4 초크(10)가 부착된 빔리더 다이오드 마운트(8), 양 밴드부 종단이 고유전율 박막시트(9)가 삽입된 빔리더 다이오드 마운트(8)의 유전체 기판면에 장착된 형태 로 구성되어진다.

또한 수신기의 크기를 최소한 작게 하고, 선로 곡선상에서의 불필요 모드의 영향을 최대한 억제하기 위하여 양 밴드부의 NRD 가이드 곡선 선로 각도 θ₁(13), θ₂(14)는 가능한 최적의 크기로 하였으며, 본 발명의 실시예에서는 LO 밴드부의 곡선 선로 밴드 각도는 20°, RF 입력 밴드부의 NRD 가이드 곡선 선로 각도(13, 14)는 30°로 하여 3dB 커플러의 역할을 하도록 구성하였다.

또한 밀리미터파의 외부 유출 및 불필요한 외부 신호가 수신장치 내부로 유입되는 것을 방지하기 위해 λ/4 초크형 금속스페이스(23)를 믹서부의 하부도체판(1) 가장 자리에 부착한다.

도 3은 믹서부의 3dB 커플러에 있어서, 사용주파수 60GHz에서의 전송손실을 최소화하기 위해 양 밴드부 종단의 대향 간격(12)을 최적으로 정한 후 나타낸 전송손실 그래프이다. 도 3에서 양 밴드 종단의 간격이 2mm일 때 중심 주파수 60GHz에서 전송손실이 약 0dB가 됨을 알 수 있다.

도 4는 믹서부의 빔리더 다이오드 마운트(8)에 있어서, 그 구조를 나타낸 사시도이다. 두 개의 쇼트키다이오드를 장착하고, 좌·우에 6단씩 초크(choke)를 장착하였다.

이때 IF 출력부(10)의 LO 누설 신호를 억제하고, 입력되는 RF 신호가 IF 신호로 변환할 때의 손실을 줄이기 위한 방법으로 도 5와 같은 빔리더 다이오드 마운트의 구조를 갖도록 하였다.

도5는 테프론 블럭(24)으로 보호되는 두 개의 쇼트키다이오드(15) 사이에 직각방향으로 λ/4 초크(10)가 부착된 빔리더 다이오드 마운트의 구조를 나타내는 사시도이다. 이때 λ/4 초크의 금속 박막 패턴(16)은 IF 출력측 및 다이오드간의 누설신호가 최대한으로 감소되도록 하기 위한 초크(choke)형 패턴으로 구성된다.

또한 이 구조의 마운트 제작에 있어서, 직각으로 접어서 구부린 두장의 마운트(17)를 접착제로 부착하는 방법으로 구성된다.

도 6은 본 발명에 있어서, RF 신호에서 IF 신호로 변환할 때의 손실을 나타낸 그래프이다. 약 2GHz의 광대역에서 변환손실이 약 6dB로 최저가 됨을 알 수 있다.

도 7는 본 발명에 있어서, IF 출력부에서의 정재파비를 나타낸 그래프이다. 약 2GHz에서 정재파비가 가장 낮아 밀리미터파 대역에서의 우수한 광대역성 믹서를 구현 할 수 있다.

도 8은 믹서부의 구성 방법에 있어서, 양 밴드부의 3dB 커플러와 빔리더 다이오드 마운트의 유전체 기판이 부착될 경우, 이에서 발생하는 불필요 모드(LSE)의 억제를 위해 모드스프레서(20)는 양 밴드부 종단면에 장착한 구조를 나타낸 평면도이다. 이때 모드스프레스(20)의 기술적 수단은 NRD 가이드선로에서 전파가 진행하는 방향으로 초크 형태의 금속패턴을 수직으로 삽입하여 LSE 모드를 억압하도록 구성한다.

도 9는 믹서의 구성방법에 있어서, 직선 선로(21)인 LO 밴드부와 곡선 선로(22)인 RF 밴드부로 구성된 수신장치를 나타낸 평면도이다. 수신장치의 소형화, 저손실 및 광대역성을 위해 LO 밴드부의 NRD 가이드 선로는 밴드 각도를 θ₁= 45°(13)로 하여 직선 선로로 구성하고, RF 입력 밴드부의 NRD 가이드 선로는 밴드 각도 θ₂(14)가 최적이 되도록 30°에서 60°사이로 하여 곡선 선로를 구성하였다.

도 10은 믹서의 구성방법에 있어서, 곡선 선로(21)인 LO 밴드부와 직선 선로(22)인 RF 밴드부로 구성된 수신장치를 나타낸 평면도이다. 수신장치의 소형화, 저손실 및 광대역성을 위해 LO 밴드부의 NRD 가이드 선로(21)는 밴드 각도 θ₁(13)가 최적이 되도록 30°에서 60°사이로 하여 곡선 선로로 구성하고, RF 입력 밴드부의 NRD 가이드 선로는 밴드 각도를 θ₂(14)= 45°로 하여 직선 선로를 구성하였다.

도 11은 믹서의 구성방법에 있어서, 곡선선로인 LO 밴드부와 곡선 선로인 RF 밴드부로 구성된 수신장치를 나타낸 평면도이다. 수신장치의 소형화, 저손실 및 광대역성을 위해 LO 밴드부 및 RF 입력 밴드부의 NRD 가이드 선로는 밴드 각도 θ₁(13) 및 θ₂(14)가 각각 최적의 곡선 각도가 되도록 곡선 선로로 구성하였다.

본 발명에 있어서,

밀리미터파 대역용 수신장치는 양 밴드부의 LO 신호와 RF 수신신호의 분리된 쇼트키배리어다이오드 마운트를 케이블이 없는 단일 형태의 빔리더 다이오드 마운트(8)로 구현하고, LO 신호와 RF 수신신호를 결합하기 위해 양 밴드부가 대향하는 최접근부(coupling point)를 최적의 간격(12)으로 빔리더 다이오드 마운트(8)의 유전체 기판면에 있도록 하여 3dB 커플러를 구성하는 방법으로 밀리미터파 대역에서의 광대역, 저손실 및 소형화 믹서를 구현할 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에서는 60GHz 대역에서 실시하였으나, 기존 마이크로 파 및 밀리미터파 대역의 여러 주파수 대역에서도 회로 구성이 용이하며, 다양한 크기의 밴드각도를 가진 직선선로 및 곡선선로 형태의 밴드부로 구성된 NRD 가이드용 광대역 믹서에도 사용이 가능하다.

Claims

광대역 믹서에 있어서, LO 밴드부는,

건 다이오드가 부착된 국부발진파용 발진소자(3), 스트립공진기(4), 모드스프레서(5) 및 NRD 가이드 선로(6)가 순서대로 구성되며;

RF 입력 밴드부는 NRD 가이드 선로(7)로 구성되며;

IF 출력부는 LO 밴드부의 NRD 가이드 곡선선로 종단측과 RF 입력부의 NRD 가이드 곡선 선로 종단측이 일정한 간격(12)으로 대향하도록 구성하며;

LO 밴드부 종단면은 직각 방향의 λ/4 초크(10)가 부착된 빔리더 다이오드 마운트(8)의 한 쪽 다이오드가 장착된 기판면과 만나도록하고;

RF 입력부 종단면은 또 다른 다이오드가 장착된 기판면과 만나도록 하고;

임피던스 정합을 위한 고유전율 박막시트(9)는 LO밴드부 및 RF입력부 종단면과 빔리더 다이오드 마운트(8)의 각각의 기판면 사이에 상호접착되어 있는 것이 특징인 NRD 가이드 회로를 이용한 광대역 믹서.
제1항에 있어서, 빔리더 다이오드 마운트(8)는,

금속박막 사이에 두 개의 쇼트키다이오드(15) 및 좌·우에 다단식 금속 박막초크(choke)(16)가 구성되며;

두 개의 쇼트키다이오드(15) 사이에 직각방향으로 λ/4 초크(10)가 구성되어지는 것을 특징으로 하는 NRD 가이드 회로를 이용한 광대역 믹서.
제 1항에 있어서, 빔리더 다이오드 마운트(8)는,

λ/4 초크의 금속 박막 패턴(10)은 IF 출력측 및 다이오드간의 누설신호가 가장 적도록 하기 위한 패턴으로 구성되며; 직각으로 접어서 구부린 두장의 마운트를 접착제로 부착하는 방법으로 구성되어지는 것을 특징으로 하는 NRD 가이드 회로를 이용한 광대역 믹서.
제1항에 있어서,

양 밴드부의 3dB 커플러가 빔리더 다이오드 마운트(8)의 유전체 기판면에 부착될 경우, 이에서 발생하는 불필요 모드의 억제를 위해 양 밴드부 종단에 모드스프레서(20)를 장착하여 믹서부를 구성하는 것을 특징으로 하는 NRD 가이드 회로를 이용한 광대역 믹서.
제 1항에 있어서,

수신장치의 소형화, 저손실 및 광대역성을 위해 LO 밴드부의 NRD 가이드 선로(21)는 밴드 각도를 θ₁(13)= 45°로 하여 직선 선로(21)로 구성하고;

또한 RF 입력 밴드부의 NRD 가이드 선로(22)는 선로 곡선상에서의 불필요 모드의 영향을 최대한 억제하기 위하여 밴드각도 θ₂(14)가 30°에서 60°사이의 곡선 각도로 구성되어지는 것을 특징으로 하는 NRD 가이드 회로를 이용한 광대역 믹서.
제1항에 있어서,

수신장치의 소형화, 저손실 및 광대역성을 위해 LO 밴드부의 NRD 가이드 선로(21)는 선로 곡선상에서의 불필요 모드의 영향을 최대한 억제하기 위하여 밴드각도 θ₁(13)가 30°에서 60°사이의 곡선 각도가 되는 곡선 선로를 구성하기 위해 RF 입력 밴드부의 NRD 가이드 선로(22)는 밴드 각도를 θ₂(14)= 45°로 하여 직선 선로를 구성되어지는 것을 특징으로 하는 NRD 가이드 회로를 이용한 광대역 믹서.
제1항에 있어서,

LO 밴드부 및 RF 입력 밴드부의 NRD 가이드 선로(21, 22)는 선로 곡선상에서의 불필요 모드의 영향을 최대한 억제하기 위하여 밴드 각도 θ₁(13) 및 θ₂(14)가 각각 45°~90°로 구성되어지는 것을 특징으로 하는 NRD 가이드 회로를 이용한 광대역 믹서.
밀리미터파의 외부 유출 및 불필요한 외부 신호가 수신장치 내부로 유입되는 것을 방지하기 위해 λ/4 초크형 금속 스페이스(23)는 사용주파수의 반파장이하의 높이를 가지는 것을 특징으로 하는 NRD 가이드 회로를 이용한 광대역 믹서.
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