KR100604396B1

KR100604396B1 - 무선주파수 누설성분이 억제된 마이크로파 공액 위상변위기

Info

Publication number: KR100604396B1
Application number: KR1020050037949A
Authority: KR
Inventors: 전중창
Original assignee: 진주산업대학교 산학협력단
Priority date: 2005-05-06
Filing date: 2005-05-06
Publication date: 2006-07-25

Abstract

본 발명은 종래 전송선로를 사용하던 것에 비해, 90도 하이브리드 브랜치라인 커플러를 사용함으로써 RF 누설성분이 더 억제된 개선된 마이크로파 공액 위상변위기를 제공하는데 그 목적이 있다.

이를 위해, 본 발명의 위상반전기법을 이용하는 마이크로파 공액 위상변위기에 있어서, 이 마이크로파 공액 위상변위기에 입력단자를 통해 인가되는 LO신호를 분배하는 3dB 전력분배기와, 이 3dB 전력분배기에 연결되어 이 전력분배기로부터 분배된 LO신호와 RF신호를 받아서 이들 신호의 주파수의 차주파수로 갖는 IF신호를 발생시키는 마이크로파 혼합기, 이 마이크로파 혼합기에 연결되어 인가되는 신호의 전력을 1/2씩 감소시켜 출력하는 브랜치라인 커플러 및, 이 커플러의 단자중 하나로 출력되는 마이크로파 신호를 흡수하는 더미저항을 갖추고 있는 것을 특징으로 한다.

Description

무선주파수 누설성분이 억제된 마이크로파 공액 위상변위기 {MICROWAVE PHASE CONJUGATOR HAVING SUPPRESSED RF LEAKAGE}

도 1은 종래의 공액 위상변위기의 구조도이고,

도 2는 본 발명에 따른 RF 누설성분이 억제된 마이크로파 공액 위상변위기의 입출력을 나타낸 블록도,

도 3은 본 발명에 따른 공액 위상변위기의 구조도,

도 4는 본 발명에 따른 공액 위상변위기와 안테나의 배열로 구성된 역지향성 안테나 배열을 나타낸 도면이다.

<도면부호의 간단한 설명>

1 -- 3포트 3dB 전력분배기, 2, 3 -- 마이크로파 혼합기,

4 -- 브랜치라인 커플러(90도 하이브리드 커플러),

5 -- 더미저항, 6 -- LO 신호,

13 -- RF 신호, 14 -- IF 신호.

본 발명은 공액 위상변위기에 관한 것으로, 특히 90도 하이브리드 브랜치라 인 커플러를 사용하는 공액 위상변위기에 관한 것이다.

일반적으로, 공액 위상변위기라고 하는 것은 입력 RF 신호의 위상을 공액변위시켜 출력 IF 신호로서 출력하는 회로장치를 말한다.

도 1은 종래의 공액 위상변위기의 구조를 나타낸 도면이다.

종래의 공액 위상변위기는, 도 1에 나타낸 바와 같이 3포트 3dB 전력분배기(1)와, 이 3포트 3dB 전력분배기(1)에 병렬로 연결되어 있는 2개의 마이크로파 혼합기(2) 및, 전송선로(3, 4)를 갖추고 있다. 여기에서, 전송선로(3)는 전송선로(4)보다 1/4파장 더 길게 구성되어 있다. 따라서, 전송선로(3)를 지나는 신호는 전송선로(4)를 지나는 신호에 비해 -90도 위상지연을 더 겪게 된다.

즉, 종래의 공액 위상변위기는, 전송선로(3)와 전송선로(4)의 길이차에 의해 신호의 위상차 90도를 얻어 RF/IF 격리도를 20dB 이상 억제시킬 수 있었고, 이에 따라 누설전력을 1/100 감소시켰다.

각 신호의 형태를 수식으로 표현하면 다음과 같다.

신호 5:

신호 5A:

신호 5B:

신호 6:

신호 6A:

신호 6B:

신호 7A:

신호 7B:

신호 8A:

(A: 혼합기의 변환이득, B: RF 신호의 누설량)

신호 8B:

(A: 혼합기의 변환이득, B: RF 신호의 누설량)

신호 9A:

(A: 혼합기의 변환이득, B: RF 신호의 누설량)

신호 9B:

(A: 혼합기의 변환이득, B: RF 신호의 누설량)

신호 9:

(A: 혼합기의 변환이득, B: RF 신호의 누설량)

여기에서, 신호 6과 9를 비교하면, 즉 입력 RF신호의 위상과 출력 IF위상을 비교하면, 위상이 φ에서 -φ로 변하였다.

이상과 같이, 전송선로(3)를 지나는 신호는 전송선로(4)를 지나는 신호에 비해 -90도 위상지연을 더 겪게 된다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 개선하기 위해서 이루어진 것으로, 종래 전송선로를 사용하던 것에 비해, 90도 하이브리드 브랜치라인 커플러를 사용함으로써, RF 누설성분이 더 억제된 개선된 마이크로파 공액 위상변위기를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 마이크로파 공액 위상변위기는, 이 마이크로파 공액 위상변위기에 입력단자를 통해 인가되는 LO신호를 분배하는 3dB 전력분배기와, 이 3dB 전력분배기에 병렬로 연결되어 이 전력분배기로부터 분배된 LO신호와 RF신호를 받아서 이들 신호의 주파수의 차주파수로 갖는 IF신호를 발생시키는 2개의 마이크로파 혼합기, 이 마이크로파 혼합기에 연결되어 인가되는 신호의 전력을 1/2씩 감소시켜 출력하는 브랜치라인 커플러 및, 이 커플러의 단자중 하나로 출력되는 마이크로파 신호를 흡수하는 더미저항을 갖추고 있다.

(실시예)

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 공액 위상변위기의 구조도를 나타낸다.

도 3에 있어서, 3포트 3dB 전력분배기(1)는 LO(국부발진기)의 출력신호(6)를 수신하여, 동일 위상을 갖고 전력이 1/2로 감소된 2개의 출력신호(7, 8)를 발생시킨다. 이 전력분배기는 국부발진기의 단자 1을 통해 입력되는 LO신호의 주파수에서 동작한다.

여기에서, 3포트 3dB 전력분배기는 T-접합 전력분배기 및 윌킨슨 전력분배기일 수 있다.

그 후, 3포트 3dB 전력분배기(1)의 출력신호(7)는 마이크로파 혼합기(2)에 입력되고, 출력신호(8)는 마이크로파 혼합기(3)에 입력된다. 이들 마이크로파 혼합기(2, 3)는 다이오드나 트랜지스터로 이루어져 있다. 마이크로파 혼합기(2)는 LO신호(7; 주파수 f_LO)와 RF신호(9; 주파수 f_RF)를 수신해서, 이들 2개 주파수의 차 를 주파수로 갖는 IF신호(주파수 f_IF)를 발생시킨다.

이것을 수식으로 나타내면 다음과 같다.

f_LO> f_RF (f_LO ≒ 2f_RF)

f_IF= f_LO- f_RF

f_IF ≒ f_RF

또한, 마이크로파 혼합기(3)도 마이크로파 혼합기(2)와 마찬가지로 LO신호(8; 주파수 f_LO)와 RF신호(11; 주파수 f_RF)를 수신해서, 이들 2개 주파수의 차를 주파수로 갖는 IF신호(주파수 f_IF)를 발생시킨다.

마이크로파 혼합기(2, 3)는 90도 하이브리드 브랜치라인 커플러에 연결되어 있다. 이 커플러의 단자(2)로 인가된 신호(13)는 전력이 1/2씩 감소되어 단자(1)와 단자(3) 각각에 신호(9)와 신호(11)로 출력되고, 신호(9)는 신호(13)에 비해 위상이 90도 뒤지게 되며, 신호(11)는 신호(13)에 비해 위상이 180도 뒤지게 된다. 이 관계는 모든 단자에 대해 가역적으로 성립한다.

즉, 커플러의 단자(2)에 나타나는 신호(14)는 단자(1)에 입력된 신호(10)의 전력이 1/2 감소되고, 위상이 90도 뒤진 것과 단자(3)에 입력된 신호(12)의 전력이 1/2 감소되고 위상이 180도 뒤진 것의 합으로 이루어진다. 또한, 이 커플러는 단자(2)를 통해 입출력되는 RF신호와 IF신호의 주파수에서 동작한다.

커플러의 단자(4)에 더미저항(5)이 접속되어 있어, 커플러의 단자(4)로 출력 되는 마이크로파 신호를 이 더미저항(5)이 흡수하게 된다. 이 더미저항(5)의 저항값은 전체 회로의 시스템 임피던스와 동일하다.

각 신호의 형태를 수식으로 나타내면 다음과 같다.

신호 6:

신호 7:

신호 8:

신호 9:

신호 10:

신호 11:

신호 13:

여기에서, 신호 10은 혼합기(2)에 의해 신호 7과 신호 9가 혼합된 신호이고, 크기 A는 혼합기의 변환이득에 의해 결정된다. 그리고, 크기 B는 신호 9의 누설량을 나타내는데, 혼합기(2)가 이상적일 경우에는 크기 B의 값은 0이다. 마찬가지로, 신호 12는 혼합기(3)에 의해 신호 8과 신호 11이 혼합된 신호로서, 다음과 같이 표현된다.

신호 12:

따라서, 혼합기(2)와 혼합기(3)의 전기적 특성은 동일하게 제작되어야 한다.

그리고, 신호 14는 다음과 같이 나타낼 수 있다. 이 수식으로부터 알 수 있는 바와 같이, 신호 14에서 IF신호는 보강되고, RF 누설신호는 상쇄된다.

신호 14:

상술한 신호 13과 신호 14를 나타낸 수식으로부터 IF신호의 위상과 RF신호의 위상이 서로 공액을 이루는 것을 알 수 있다.

따라서, 본 발명에서는 도 3에 나타낸 바와 같은 90도 하이브리드 브랜치라인 커플러를 사용함으로써, RF/IF 격리도를 25dB 이상 억제시킬 수 있었고, 이에 따라 누설전력은 1/316 감소하게 된다.

또한, 본 발명에 따른 공액 위상변위기는 도 4에 나타낸 바와 같이 역지향성 안테나 배열에 이용될 수 있다. 이러한 역지향성 안테나 배열은 일종의 능동적 반사판으로서, 입사 전자파에 대해 입사 반대방향으로 전자파를 반사시킨다. 또한, 역지향성 안테나 배열은 전파 빔추적 기능을 갖기 때문에, 이동통신, 무선 LAN, RFID(radio frequency identification system: 무선 식별시스템)의 능동태그 등에도 응용될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 종래 전송선로를 사용하던 것에 비해, 90도 하이브리드 브랜치라인 커플러를 사용함으로써 위상반전기법을 이용함에 있어서 입출력 사이에서 90도 위상차를 유지하는 주파수 범위를 20% 이상 더 넓힐 수 있어 RF 누설성분이 더 억제될 수 있도록 개선된 공액위상변위기를 제공할 수 있다.

Claims

위상반전기법을 이용하는 마이크로파 공액 위상변위기에 있어서,

이 마이크로파 공액 위상변위기에 입력단자를 통해 인가되는 LO신호를 분배하는 3dB 전력분배기와,

이 3dB 전력분배기에 연결되어 이 전력분배기로부터 분배된 LO신호와 RF신호를 받아서 이들 신호의 주파수의 차주파수로 갖는 IF신호를 발생시키는 마이크로파 혼합기,

이 마이크로파 혼합기에 연결되어 인가되는 신호의 전력을 1/2씩 감소시켜 출력하는 브랜치라인 커플러 및,

이 커플러의 단자중 하나로 출력되는 마이크로파 신호를 흡수하는 더미저항을 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 마이크로파 공액 위상변위기.
제1항에 있어서, 상기 3dB 전력분배기가, T-접합 전력분배기와 윌킨슨 전력분배기의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 마이크로파 공액 위상변위기.
제1항에 있어서, 상기 마이크로파 혼합기가, 다이오드나 트랜지스터를 1개만 사용한 단일단자형, 또는 다이오드나 트랜지스터를 2개 사용한 단일평형형, 또는 그 이외의 다른 형태로 구성되도록 된 것을 특징으로 하는 마이크로파 공액 위상변위기.
제1항에 있어서, 상기 브랜치라인 커플러는 3dB 하이브리드 커플러로서, 각 브랜치가 직선 또는 원형으로 구성되고, 이 브랜치에 홈이나 스텁 등이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로파 공액 위상변위기.
제1항에 있어서, 상기 마이크로파 공액 위상변위기가 마이크로스트립 라인과 스트립 라인 및 코플래너 도파관의 구조로 구현되도록 된 것을 특징으로 하는 마이크로파 공액 위상변위기.