KR100604159B1 - 교차결합을 이용한 브랜치 선로 결합기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 종래의 브랜치 선로 결합기에 교차결합 선로를 추가시킴으로써 설계의 자유도를 증가시키고 이에 따라 회로 제작을 용이하게 하고, 나아가 고조파 및 스퓨리어스 응답의 조절 및 이중 대역 동작이 가능한 교차결합을 이용한 브랜치 선로 결합기에 관한 것이다.
본 발명은 소정 간격을 두고 평행하게 마주보도록 배치되는 한 쌍의 가로 전송선로와 상기 한 쌍의 가로 전송선로의 도중에 소정 간격을 두고 평행하게 마주보도록 배치되어 상기 가로 전송선로 사이를 직접 결합하는 한 쌍의 세로 전송선로를 포함하며, 상기 가로 전송선로들의 좌우측 단부로 이루어지는 4포트의 특성 임피던스가 모두 동일한 브랜치 선로 결합기에 있어서, 상기 가로 전송선로와 상기 세로 전송선로의 교차점을 대각으로 연결하여 이루어지는 한 쌍의 교차 결합선로를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
전술한 구성에서, 상기 가로 전송선로와 상기 세로 전송선로가 만나서 이루는 가로브랜치와 세로브랜치 및 상기 교차 결합선로로 이루어지는 대각브랜치의 전기적 길이가 모두 동일하다.
나아가, 결합도를 C라 하고, 상기 가로브랜치의 정규화 임피던스(z1=Z1/Z0)를 임의로 선택 가능한 경우에 상기 세로브랜치의 정규화 임피던스(z2=Z2/Z0)는
Figure 112004015423766-pat00001
이고, 상기 대각브랜치의 정규화 임피던스(z3=Z3/Z0)는
Figure 112004015423766-pat00002
이고, 상기 전기적 길이의 반값(θ)의 탄젠트 값은
Figure 112004015423766-pat00003
로 결정될 수 있다.
마이크로파 결합기, 방향성 결합기, 브랜치 선로 결합기, 교차 결합

Description

교차결합을 이용한 브랜치 선로 결합기{Branch Line Coupler with Cross Coupling}
도 1은 종래의 브랜치 선로 결합기의 구조도,
도 2는 종래의 브랜치 선로 결합기에 있어서 주파수 대역별로 각종 신호전달비를 보인 그래프,
도 3은 본 발명의 교차결합을 이용한 브랜치 선로 결합기의 구조도,
도 4는 본 발명의 교차결합을 이용한 브랜치 선로 결합기에 있어서 주파수 대역별로 각종 신호전달비를 보인 그래프이다.
*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***
Tl: 가로 전송선로, Bl: 가로브랜치,
Bw: 세로브랜치, Bc : 대각브랜치,
Z0: 단자(port) 특성 임피던스, Z1: 가로브랜치 임피던스,
Z2: 세로브랜치 임피던스, Z3: 대각브랜치 임피던스,
port1: 입력단자, port2: 관통(직접)단자,
port3: 결합단자, port4: 고립단자
본 발명은 교차결합을 이용한 브랜치 선로 결합기에 관한 것으로, 종래의 브랜치 선로 결합기에 교차결합 선로를 추가시켜 이루어진 브랜치 선로 결합기에 관한 것이다.
잘 알려진 바와 같이, 결합기(Coupler)는 RF 회로 분야의 주요 신호 전력 경로에서 전력을 추출하거나 분배하는데 널리 사용되는 소동소자이다. 종래에 제안된 결합기로는 크게 비선로 결합기의 일종으로 신호추출용으로 주로 사용되는 결합 선로 결합기(Coupled Line Coupler)와 브랜치 선로를 통한 직접 결합 방식의 대표적인 브랜치 선로 결합기가 있다.
도 1은 종래의 브랜치 선로 결합기의 구조도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 종래의 브랜치 선로 결합기는 소정 간격을 두고 평행하게 마주보도록 배치되는 한 쌍의 가로 전송선로(Tl)와 가로 전송선로(Tl)들의 도중에 소정 간격을 두고 평행하게 마주보도록 배치되어 가로 전송선로(Tl) 사이를 직접 결합하는 한 쌍의 세로 전송선로(Bw)를 포함하여 이루어진다. 전술한 구성에서, 가로 전송선로들(Tl)의 좌우측 단부는 각각 입력단자(port1), 관통(직접)단자(port2), 결합단자(port3) 및 고립단자(port4)로 기능하게 되는데, 이들 각 포트의 특성 임피던스(Z0)는 모두 동일한 값을 갖도록 설계된다.
한편, 가로 전송선로(Tl)와 세로 전송선로(Bw)가 만나서 이루는 한 쌍의 가로구간 전송선로(이하 '가로브랜치'라 한다)(Bl)와 한 쌍의 세로구간 전송선로(세로 전송선로와 동일하며 이하 '세로브랜치'라고도 한다)(Bw)의 전기적 길이(θ)는 동일하고, 원하는 동작 주파수에서 θ=90°(1/4 파장)가 되도록 설계되며, 가로브랜치(Bl)의 임피던스(Z1)와 세로브랜치(Bw)의 임피던스(Z2)는 원하는 결합도에 따라 고정되는데 이러한 결합도는 결합신호크기/입력신호크기로 결정된다.
그리고 그 동작에 있어서는 입력단자(port1)로 입력된 신호의 일부가 결합단자(port3)로 커플링되어 나타나고, 나머지는 관통(직접)단자(port2)로 출력된다. 고립(isolated)단자(port4)는 이상적으로 출력 신호가 나오지 않도록 설계된다.
도 2는 종래의 브랜치 선로 결합기에 있어서 주파수 대역별로 각종 신호전달비를 보인 그래프이다. 1GHz의 기본 동작주파수에서 3dB의 결합도를 가지며 기본 동작주파수의 3배인 3GHz에서 첫 번째 스퓨리어스 응답 특성이 나타난다. 이 스퓨리어스 응답 특성은 항상 기본 주파수의 홀수(3,5,7)배 되는 주파수에서 고정적으로 발생한다.
그러나 전술한 바와 같은 종래의 브랜치 선로 결합기에 따르면, 동작 주파수와 결합도가 일단 결정되면 전체 구조가 하나의 고정된 값으로 제한되기 때문에 설계의 자유도가 낮고 이로 인해 회로의 제작이 용이하지 않다고 하는 문제점이 있었다. 나아가, 고조파 및 스퓨리어스(spurious) 응답의 조절 및 이중 대역 동작이 불가능하다는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 종래의 브랜치 선로 결합기에 교차결합 선로를 추가시킴으로써 설계의 자유도를 증가시키고 이에 따라 회로 제작을 용이하게 하고, 나아가 고조파 및 스퓨리어스 응답의 조절 및 이중 대역 동작이 가능한 교차결합을 이용한 브랜치 선로 결합기를 제공하는데 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 소정 간격을 두고 평행하게 마주보도록 배치되는 한 쌍의 가로 전송선로와 상기 한 쌍의 가로 전송선로의 도중에 소정 간격을 두고 평행하게 마주보도록 배치되어 상기 가로 전송선로 사이를 직접 결합하는 한 쌍의 세로 전송선로를 포함하며, 상기 가로 전송선로들의 좌우측 단부로 이루어지는 4포트의 특성 임피던스가 모두 동일한 브랜치 선로 결합기에 있어서, 상기 가로 전송선로와 상기 세로 전송선로의 교차점을 대각으로 연결하여 이루어지는 한 쌍의 교차 결합선로를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
전술한 구성에서, 상기 가로 전송선로와 상기 세로 전송선로가 만나서 이루는 가로브랜치와 세로브랜치 및 상기 교차 결합선로로 이루어지는 대각브랜치의 전기적 길이가 모두 동일하다.
나아가, 결합도를 C라 하고, 상기 가로브랜치의 정규화 임피던스(z1=Z1/Z0)를 임의로 선택 가능한 경우에 상기 세로브랜치의 정규화 임피던스(z2=Z2/Z0)는
Figure 112004015423766-pat00004
이고, 상기 대각브랜치의 정규화 임피던스(z3=Z3/Z0)는
Figure 112004015423766-pat00005
이고, 상기 전기적 길이의 반값(θ)의 탄젠트 값은
Figure 112004015423766-pat00006
로 결정될 수 있다.
이하에서는 첨부 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 교차결합을 이용한 브랜치 선로 결합기에 대해 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 교차결합을 이용한 브랜치 선로 결합기의 구조도인 바, 종래의 구성과 동일한 부분에는 동일한 참조 부호를 부여하고 있다. 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 교차결합을 이용한 브랜치 선로 결합기는 종래의 브랜치 선로 결합기에서 그 가로브랜치(Bl)와 세로브랜치(Bw)의 두 교차점을 각각 잇는 한 쌍의 교차 전송선로(이하 '대각브랜치'라 한다)(Bc)를 추가하여 이루어질 수 있다. 이를 보다 상세하게 설명하면, 본 발명의 브랜치 선로 결합기는 소정 간격을 두고 평행하게 마주보도록 배치되는 한 쌍의 가로 전송선로(Tl)와 가로 전송선로들(Tl)의 도중에 소정 간격을 두고 평행하게 마주보도록 배치되어 가로 전송선로(Tl) 사이를 직접 결합하는 한 쌍의 세로 전송선로(Bw)를 포함하여 이루어진다. 전술한 구성에서, 가로 전송선로들(Tl)의 좌우측 단부는 각각 입력단자(port1), 관통(직접)단자(port2), 결합단자(port3) 및 고립단자(port4)로 기능하게 되는데, 이 들 각 포트의 특성 임피던스(Z0)는 모두 동일한 값을 갖도록 설계된다.
한편, 가로브랜치(Bl)와 세로브랜치(Bw) 및 대각브랜치(Bc)의 전기적 길이(2θ)는 동일하고, 원하는 동작 주파수에서 다양한 값으로 설계될 수 있으며, 가로브랜치(Bl)의 임피던스(Z1)와 세로브랜치(Bw)의 임피던스(Z2)도 다양한 값으로 선택하여 설계할 수 있다. 이에 따라 동일한 동작 주파수 및 결합도 하에서도 서로 다른 설계값으로 다양하게 제작할 수가 있다. 예를 들어, 결합도를 C라 하고, 가로브랜치(Bl)의 정규화 임피던스(z1=Z1/Z0)를 임의로 선택한다고 할 때, 세로브랜치(Bw)의 정규화 임피던스(z2=Z2/Z0)는 아래의 수학식 1과 같이 결정될 수 있고, 대각브랜치(Bc)의 정규화 임피던스(z3=Z3/Z0)는 아래의 수학식 2와 같이 결정될 수 있으며, 그 전기적 길이의 반값(θ)의 탄젠트값은 아래의 수학식 3과 같이 결정될 수 있다.
Figure 112004015423766-pat00007
Figure 112004015423766-pat00008
Figure 112004015423766-pat00009
한편, 그 동작은 종래의 브랜치 선로 결합기의 동작 특성을 그대로 유지하게 되는데, 즉 입력단자(port1)로 입력된 신호의 일부가 결합단자(port3)로 커플링되어 나타나고, 나머지는 관통(직접)단자(port2)로 출력된다. 고립(isolated)단자(port4)는 이상적으로 출력 신호가 나오지 않도록 설계된다.
그리고 이중 대역 설계 방법에 있어서는 본 발명의 브랜치 선로 결합기를 두 주파수 f1, f2(f1<f2)에서 이중 대역 동작을 하도록 설계하고자 할 때, 예를 들어 결합도를 C라 하면 전기적 길이의 반값(θ)은 아래의 수학식 4와 같이 결정될 수 있으며, 가로브랜치(Bl)의 정규화 임피던스(z1=Z1/Z0)는 아래의 수학식 5와 같이 결정될 수 있고, 세로브랜치(Bw)의 정규화 임피던스(z2=Z2/Z0)는 아래의 수학식 6과 같이 결정될 수 있고, 대각브랜치(Bc)의 정규화 임피던스(z3=Z3/Z0)는 아래의 수학식 7와 같이 결정될 수 있다.
Figure 112004015423766-pat00010
, 단 k1= f2/f1
Figure 112004015423766-pat00011
Figure 112004015423766-pat00012
, 단
Figure 112004015423766-pat00013
Figure 112004015423766-pat00014
도 4는 본 발명의 교차결합을 이용한 브랜치 선로 결합기의 한 예에 있어서 주파수 대역별로 각종 신호전달비를 보인 그래프이다. 이 예는 기본 동작주파수 0.9GHz에서 3dB의 결합도를 가지는 결합기로서 스퓨리어스 동작 주파수는 기본 동작 주파수의 2배인 1.8GHz에서 나타나는 이중 대역 결합기로 동작하도록 설계한 결과이다. 도 4에 도시한 바와 같이 설계된 결합기의 동작 특성은 원래의 목표와 일치하는 결합도 및 동작 대역 특성을 보여 준다.
즉, 설계 파라미터를 조절함으로써 스퓨리어스 동작 주파수를 변화시킬 수가 있고, 고조파 응답 이외에 임의의 두 주파수 대역에서 동작하는 이중 대역 결합기로 사용할 수도 있다.
전술한 바와 같은 본 발명의 교차결합을 이용한 브랜치 선로 결합기에 따르면, 각 브랜치의 전기적 길이 및 임피던스 값을 다양하게 선택하여 설계할 수가 있어서 종래의 브랜치 선로 겹합기에 비해 설계 자유도 증가하고, 이로 인해 회로 제작을 용이하게 할 수 있는 작용·효과가 발휘된다.
나아가, 고조파 및 스퓨리어스 응답을 조절할 수가 있고, 이중 대역으로 동작이 가능한 작용·효과가 있다.

Claims (4)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 소정 간격을 두고 평행하게 마주보도록 배치되는 한 쌍의 가로 전송선로와 상기 한 쌍의 가로 전송선로의 도중에 소정 간격을 두고 평행하게 마주보도록 배치되어 상기 가로 전송선로 사이를 직접 결합하는 한 쌍의 세로 전송선로를 포함하며, 상기 가로 전송선로들의 좌우측 단부로 이루어지는 4포트의 특성 임피던스가 모두 동일한 브랜치 선로 결합기에 있어서,
    상기 가로 전송선로와 상기 세로 전송선로의 교차점을 대각으로 연결하여 이루어지는 한 쌍의 교차 결합선로를 포함하여 이루어지고,
    상기 가로 전송선로와 상기 세로 전송선로가 만나서 이루는 가로브랜치와 세로브랜치 및 상기 교차 결합선로로 이루어지는 대각브랜치의 전기적 길이가 모두 동일하며,
    두 주파수 f1, f2(f1<f2)에서 이중 대역 동작 설계는 결합도를 C라 할 때,
    상기 전기적 길이의 반값(θ)은
    Figure 112006017876245-pat00018
    (단 k1= f2/f1,)이며,
    상기 가로브랜치(Bl)의 정규화 임피던스(z1=Z1/Z0)는
    Figure 112006017876245-pat00019
    (단
    Figure 112006017876245-pat00020
    )이고,
    상기 세로브랜치(Bw)의 정규화 임피던스(z2=Z2/Z0)는
    Figure 112006017876245-pat00021
    이고,
    상기 대각브랜치(Bc)의 정규화 임피던스(z3=Z3/Z0)는 대각브랜치(Bc)의 정규화 임피던스(z3=Z3/Z0)는
    Figure 112006017876245-pat00022
    인 것을 특징으로 하는 교차결합을 이용한 브랜치 선로 결합기.
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