KR100607075B1 - 티형 접합패턴을 이용한 듀플렉서 - Google Patents

티형 접합패턴을 이용한 듀플렉서 Download PDF

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Abstract

소형화가 가능하고, 유전체 기판에 일체로 구성할 수 있으며, 감쇄특성 및 송수신 신호의 분리특성이 우수한 T형 접합패턴을 이용한 듀플렉서를 제공한다.
유전체 기판과, 상기 유전체 기판의 상면에 형성되고, 안테나 연결패턴, 송신신호 입력패턴 및 수신신호 입력패턴을 갖는 T형 접합패턴과, 송신신호가 입력되는 송신신호 전송선로 패턴과 상기 송신신호 입력패턴의 사이에 형성되어 송신신호를 필터링하는 제 1 여파기 패턴과, 상기 송신신호 입력패턴과 수신신호가 출력되는 수신신호 전송선로 패턴의 사이에 형성되어 수신신호를 필터링하는 제 2 여파기 패턴과, 상기 T형 접합패턴에 형성되어 감쇄특성 및 삽입손실을 각기 보상하는 제 1 및 제 2 특성 조절패턴으로 이루어지는 것으로 기판에 일체로 제조할 수 있음은 2차원으로 제조가 가능하고, 또한 소형화가 가능함은 물론 경박단소화할 수 있고, 송수신 특성이 우수하다.
듀플렉서, T형 접합패턴, 송신, 수신, 삽입손실, 감쇄특성

Description

티형 접합패턴을 이용한 듀플렉서{Duplexer using T-junction pattern}
도 1a 및 도 1b는 도파관의 E면 분기 및 H면 분기를 설명하기 위한 도면.
도 2는 하이브리드 T를 보인 도면.
도 3은 매직 T를 보인 도면.
도 4a 및 도 4b는 매직 T에서 E면 분기 및 H면 분기의 전계 패턴을 보인 도면.
도 5a는 매직 T에서 E면 분기의 전계 패턴을 보인 도면.
도 5b는 매직 T를 듀플렉서로 사용할 경우에 안테나, 송신기 및 수신기에 연결되는 포트를 설명하기 위한 도면.
도 6은 본 발명의 T형 접합패턴을 이용한 듀플렉서의 일 실시 예의 구성을 보인 사시도.
도 7은 본 발명의 T형 접합패턴을 이용한 듀플렉서의 일 실시 예의 구성을 보인 평면도.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 T형 접합패턴을 이용한 듀플렉서의 일 실시 예의 송신 및 수신 특성 그래프 및 도표.
도 9는 본 발명의 T형 접합패턴을 이용한 듀플렉서의 다른 실시 예의 구성을 보인 평면도.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 T형 접합패턴을 이용한 듀플렉서의 다른 실시 예의 송신 및 수신 특성 그래프 및 도표.
도 11은 본 발명의 T형 접합패턴을 이용한 듀플렉서의 또 다른 실시 예의 구성을 보인 평면도.
도 12a 및 도 12b는 본 발명의 T형 접합패턴을 이용한 듀플렉서의 또 다른 실시 예의 송신 및 수신 특성 그래프 및 도표.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
600 : 유전체 기판 610 : 접지패턴
620 : T형 접합패턴 621 : 안테나 연결패턴
623 : 송신신호 입력패턴 625 : 수신신호 입력패턴
630 : 송신신호 전송선로 패턴 640 : 수신신호 전송선로 패턴
650, 660 : 여파기 패턴 900 : 제 1 특성 조절패턴
1100 : 제 2 특성 조절패턴
본 발명은 초고주파의 신호를 송신 및 수신하는 듀플렉서에 관한 것으로 특허 T형 접합(T-junction) 패턴을 이용하여 송신신호를 안테나로 전달하고, 안테나로 수신되는 수신신호를 수신단으로 전달하는 T형 접합패턴을 이용한 듀플렉서에 관한 것이다.
마이크로파 회로(microwave circuit)는 마이크로파 신호를 원하는 곳에 전송하기 위하여 마이크로파 소자를 다양한 방법으로 연결한 회로로서, 2개 이상의 마이크로파 소자를 상호 연결하는 것을 마이크로파 접합(microwave junction)이라고 한다.
마이크로 접합을 하는 소자로서는 E면 분기 T, H면 분기 T, 하이브리드 T 등과 같은 T형 도파관이 알려져 있다. 전자파의 전력을 분배시키기 위하여 도파관의 임의의 면에서 갈라지는 것을 분기(分岐 : Tee)라 하고, 분기는 도 1a에 도시된 바와 같은 E면 분기와 도 1b에 도시된 바와 같은 H면 분기가 2종류가 있다.
상기 E면 분기(E-plane Tee)는 도파관 축과 전계를 포함한 E면(100)에 분기를 갖는 것이고, H면 분기(H-plane tee)는 도파관 축과 자계를 포함한 H면(110)에 분기를 갖는 것으로서 도 2에 도시된 바와 같이 E면 분기 및 H면 분기를 결합하여 대칭적인 구조를 갖도록 형성한 것을 하이브리드 T(hybrid tee)라고 한다.
그리고 상기 하이브리드 T중에서 도 3에 도시된 바와 같이 분기의 개구 기준면(300)이 정합된 것을 매직 T(magic tee)라고 하는 것으로서 이 매직 T가 4단자 마이크로파 접합소자들 중에서 가장 대표적이고 다목적으로 사용되는 중요한 소자의 하나이다.
상기 매직 T는 도 4a에 도시된 바와 같이 E면 분기의 전계패턴과, 도 4b에 도시된 바와 같이 H면 분기의 전계패턴을 나타내는 것으로서 다음과 같은 특징이 있다.
첫째, 동일한 진폭 및 동일한 위상을 가지는 두 개의 전파가 제 1 포트(310) 및 제 2 포트(320)로 각기 입사될 경우에 제 3 포트(330)에는 두 전파를 합한 레벨의 전파가 출력되고, 제 4 포트(340)에는 전파가 출력되지 않는다.
둘째, 소정의 전파가 제 3 포트(330)로 입사될 경우에 그 소정의 전파가 주 가지의 제 1 포트(310) 및 제 2 포트(320)로 분할되어 출력되나, 제 4 포트(340)에는 전파가 출력되지 않는다.
셋째, 소정의 전파가 제 2 포트(340)로 입사될 경우에 주 가지의 제 1 포트(310) 및 제 2 포트(320)에는 동일한 진폭 및 서로 반대되는 위상의 전파가 출력되고, 제 3 포트(330)에는 전파가 출력되지 않는다.
넷째, 소정의 전파가 주 가지 중에서 어느 하나의 포트 예를 들면, 제 1 포트(310) 또는 제 2 포트(320)로 입사될 경우에 H 가지인 제 3 포트(330)로 출력되는 전파의 위상은 앞서게 되는 반면에 E 가지인 제 4 포트(340)로 출력되는 전파는 지연되고, 주 가지 중에서 전파가 입사되지 않는 포트 즉, 제 2 포트(320) 또는 제 1 포트(310)에는 전파가 출력되지 않는다.
이러한 특성을 가지는 매직 T를 S 행렬로 다타내면 다음의 수학식 1과 같다.
Figure 112004061559486-pat00001
여기서, '0'은 전파가 출력되지 않는 것을 나타내고, SXY(X 및 Y는 각기 1, 2, 3, 4임)는 제 X 포트로 전파가 입사될 경우에 제 Y 포트로 전파가 출력되는 것 을 나타낸다.
그리고 매직 T는 제 1 포트(310) 및 제 2 포트(320)에 무반사종단을 접속하거나 또는 제 3 포트(330) 및 제 4 포트(340)에 임피던스가 정합되도록 대칭적인 도파관 창이나 도체봉을 삽입할 경우에 S33 및 S44로 출력되는 전파가 없게 된다.
이러한 매직 T의 특성은 이용도가 높아 여러 가지의 마이크로파에 응용되고 있는 것으로서 E면 분기에서 각 포트의 전계패턴은 도 5a에 도시된 바와 같이 나타난다. 그러므로 하나의 안테나를 송수신용으로 공용하는 듀플렉서에 매직 T를 응용할 경우에 도 5b에 도시된 바와 같이 제 1 포트(330) 및 제 2 포트(320)에는 각기 수신기(500) 및 송신기(510)가 연결하고, 제 4 포트(340)에는 안테나(520)가 연결되며, 제 3 포트(330)는 정합 부하(530)로 사용한다.
그러면, 송신기(510)에서 출력되어 제 2 포트(320)로 입사된 전파는 수신기(500)에 전송되지 않고, 제 3 포트(330)에 연결된 안테나(520)와, 정합 부하(530)로 양분된다. 그리고 안테나(520)에서 수신되어 제 3 포트(330)로 입사되는 전파는 제 1 포트(310) 및 제 2 포트(320)로 양분되어 수신기(500) 및 송신기(510)로 전달된다. 이 경우에 송신기(510)에서 출력되는 송신전력이 수신전력에 비하여 매우 크므로 송신신호가 수신신호에 거의 영향을 받지 않고, 또한 송신기(510)에서 출력되는 송신전력으로부터 수신기(500)를 보호할 수 있다.
그러나 상기한 매직 T는 크기가 커 소형화하는데 한계가 있고, 기판과 별도로 제작하여 부착해야 되며, 또한 감쇄 특성이 약하고, 송수신 신호의 분리특성이 나쁜 문제점들이 있었다.
그러므로 본 발명의 목적은 소형화가 가능하고, 유전체 기판에 일체로 구성할 수 있는 T형 접합패턴을 이용한 듀플렉서를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 감쇄특성 및 송수신 신호의 분리특성이 우수한 T형 접합패턴을 이용한 듀플렉서를 제공하는데 있다.
이러한 목적을 가지는 본 발명의 T형 접합패턴을 이용한 듀플렉서는 유전체 기판과, 상기 유전체 기판의 상면에 형성되고, 안테나 연결패턴, 송신신호 입력패턴 및 수신신호 입력패턴을 갖는 T형 접합패턴과, 송신신호가 입력되는 송신신호 전송선로 패턴과 상기 송신신호 입력패턴의 사이에 형성되어 송신신호를 필터링하는 제 1 여파기 패턴과, 상기 송신신호 입력패턴과 수신신호가 출력되는 수신신호 전송선로 패턴의 사이에 형성되어 수신신호를 필터링하는 제 2 여파기 패턴과, 상기 T형 접합패턴에 형성되어 감쇄특성 및 삽입손실을 각기 보상하는 제 1 및 제 2 특성 조절패턴으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 수신신호 입력패턴은, 상기 송신신호 입력패턴보다 길게 형성되고, 상기 제 1 제 2 및 특성 조절패턴은 상기 송신신호 입력패턴의 하부 및 상부에 각기 형성되는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도 6 내지 도 12의 도면을 참조하여 본 발명의 T형 접합패턴을 이용한 듀플렉서를 상세히 설명한다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 T형 접합패턴을 이용한 듀플렉서의 일 실시 예의 구성을 보인 사시도 및 평면도이다. 여기서, 부호 600은 유전체 기판으로서 유전체 기판(600)의 배면 전체에는 접지패턴(610)이 형성된다.
부호 620은 상기 유전체 기판(600)의 상면에 형성되는 T형 접합패턴이다. 상기 T형 접합패턴(620)은, 수직으로 형성되는 안테나 연결패턴(621)과, 상기 안테나 연결패턴(621)의 하단부의 좌측에 형성되는 수평 방향으로 송신신호 입력패턴(623)과, 상기 안테나 연결패턴(621)의 하단부의 우측에 상기 송신신호 입력패턴(623)보다 길게 형성되는 수신신호 입력패턴(625)으로 이루어진다.
부호 630은 송신기(도면에 도시되지 않았음)가 출력하는 송신신호를 전송하는 송신신호 전송선로 패턴이고, 부호 640은 수신신호를 수신기(도면에 도시되지 않았음)로 전송하는 수신신호 전송선로 패턴이다.
상기 송신신호 입력패턴(623)과 송신신호 전송선로 패턴(630)의 사이 및 상기 수신신호 입력패턴(625)과 수신신호 전송선로 패턴(640)의 사이에는 각기 복수의 여파기 패턴(650)(660)이 형성된다.
이러한 구성을 가지는 본 발명의 T형 접합패턴을 이용한 듀플렉서의 일 실시 예는 송신기에서 출력되는 송신신호가 송신신호 전송선로 패턴(630)을 통해 전송되어 복수의 여파기 패턴(650)에서 필터링되고, 여파기 패턴(650)에서 필터링된 송신신호는 T형 접합패턴(620)의 송신신호 입력패턴(623)으로 입력되어 안테나 연결패턴(621)을 통해 안테나로 전달 및 송신되고, 이 때, 송신신호 입력패턴(623)으로 입력된 송신신호는 수신신호 입력패턴(625)으로 전달되지 않게 된다.
그리고 안테나에서 수신되어 안테나 연결패턴(621)으로 입력되는 수신신호는 수신신호 입력패턴(625)을 통해 복수의 여파기 패턴(660)으로 전달되어 필터링되고, 복수의 여파기 패턴(660)에서 필터링된 수신신호는 수신신호 전송선로 패턴(640)을 통해 수신기로 입력되며, 이 때 안테나 연결패턴(621)으로 입력되는 수신신호가 송신신호 입력패턴(623)으로 전달되지 않는다.
이러한 본 발명의 T형 접합패턴을 이용한 듀플렉서의 일 실시 예의 송신특성 및 수신특성을 측정하여 도 8a에 도시된 바와 같은 그래프와, 도 8b에 도시된 도표와 같은 결과를 얻었다. 상기 도 8a 및 도 8b와 같이 본 발명의 일 실시 예는 송신특성이 24.60㎓ 및 24.70㎓에서 각기 -1.685㏈ 및 -0.951㏈의 이득을 갖고, 26.30㎓ 및 26.70㎓에서 각기 -50.074㏈ 및 -54.748㏈의 이득을 갖으며, 또한 수신특성이 24.60㎓ 및 24.70㎓에서 각기 -52.611㏈ 및 -50.384㏈의 이득을 갖고, 26.30㎓ 및 26.70㎓에서 각기 -0.914㏈ 및 -0.529㏈의 이득을 갖은 것으로 26.30㎓ 및 26.70㎓에서의 송신특성과, 24.60㎓ 및 24.70㎓에서의 수신특성이 듀플렉서의 스펙에서 규정하고 있는 -55㏈ 이하를 만족하지 못하고 있음을 알 수 있다.
도 9는 본 발명의 T형 접합패턴을 이용한 듀플렉서의 다른 실시 예의 구성을 보인 평면도이다. 이에 도시된 바와 같이 본 발명의 다른 실시 예는 상기 T형 접합패턴(620)의 송신신호 입력패턴(623)의 하부에 감쇄특성을 조정하기 위한 제 1 특성 조절패턴(900)을 형성하였다.
이러한 본 발명의 다른 실시 예의 송신특성 및 수신특성을 측정하여 도 10a에 도시된 바와 같은 그래프와, 도 10b에 도시된 도표와 같은 결과를 얻었다. 상기 도 10a 및 도 10b와 같이 본 발명의 다른 실시 예는 송신특성이 24.60㎓ 및 24.70㎓에서 각기 -2.341㏈ 및 -2.364㏈의 이득을 갖고, 26.30㎓ 및 26.70㎓에서 각기 -59.843㏈ 및 -60.485㏈의 이득을 갖으며, 또한 수신특성이 24.60㎓ 및 24.70㎓에서 각기 -55.229㏈ 및 -58.433㏈의 이득을 갖고, 26.30㎓ 및 26.70㎓에서 각기 -1.036㏈ 및 -2.160㏈의 이득을 갖은 것으로 26.30㎓ 및 26.70㎓에서의 송신특성과, 24.60㎓ 및 24.70㎓에서의 수신특성이 듀플렉서의 스펙에서 규정하고 있는 -55㏈ 이하를 만족하고는 있으나, 24.60㎓ 및 24.70㎓의 송신특성에서 상기한 일 실시 예보다 감쇄가 많이 발생하였다.
도 11은 본 발명의 T형 접합패턴을 이용한 듀플렉서의 또 다른 실시 예의 구성을 보인 평면도이다. 이에 도시된 바와 같이 본 발명의 또 다른 실시 예는 상기 T형 접합패턴(620)의 송신신호 입력패턴(623)의 하부에 감쇄특성을 조정하기 위한 제 1 특성 조절패턴(900)을 형성함과 아울러 송신신호 입력패턴(623)의 상부에 삽입손실을 개선하기 위한 제 2 특성 조절패턴(1100)을 형성하였다.
이러한 본 발명의 다른 실시 예의 송신특성 및 수신특성을 측정하여 도 12a에 도시된 바와 같은 그래프와, 도 12b에 도시된 도표와 같은 결과를 얻었다. 상기 도 12a 및 도 12b와 같이 본 발명의 또 다른 실시 예는 송신특성이 24.60㎓ 및 24.70㎓에서 각기 -1.681㏈ 및 -1.729㏈의 이득을 갖고, 26.30㎓ 및 26.70㎓에서 각기 -55.104㏈ 및 -65.166㏈의 이득을 갖으며, 또한 수신특성이 24.60㎓ 및 24.70㎓에서 각기 -57.604㏈ 및 -62.897㏈의 이득을 갖고, 26.30㎓ 및 26.70㎓에서 각기 -0.982㏈ 및 -2.364㏈의 이득을 갖은 것으로 상기한 일 실시 예 및 다른 실시 예보 다 송신 및 수신특성이 우수함을 알 수 있다.
즉, 제 1 및 제 2 특성 조절패턴(900)(1100)이 모두 구비되지 않은 도 7에 도시된 일 실시 예는 송신특성이 26.30㎓ 및 26.70㎓에서 각기 -50.074㏈ 및 -54.748㏈의 이득을 갖고, 수신특성이 24.60㎓ 및 24.70㎓에서 각기 -52.611㏈ 및 -50.384㏈의 이득을 갖은 것으로서 듀플렉서에서 규정하고 있는 -55㏈ 이하를 만족하지 못하고 있다.
제 1 특성 조절패턴(900)만을 구비하고 있는 도 9에 도시된 본 발명의 다른 실시 예는 송신특성이 26.30㎓ 및 26.70㎓에서 각기 -59.843㏈ 및 -60.485㏈의 이득을 갖고, 수신특성이 24.60㎓ 및 24.70㎓에서 각기 -55.229㏈ 및 -58.433㏈의 이득을 갖은 것으로서 규정된 -55㏈ 이하를 만족하고 있으나, 송신특성이 24.60㎓ 및 24.70㎓에서 각기 -2.341㏈ 및 -2.364㏈의 이득을 갖는 것으로서 감쇄가 많이 발생하였다.
제 1 및 제 2 특성 조절패턴(900)(1100)을 모두 구비하고 있는 도 11에 도시된 본 발명의 또 다른 실시 예는 송신특성이 24.60㎓ 및 24.70㎓에서 각기 -1.681㏈ 및 -1.729㏈의 이득을 갖는 것으로서 감쇄특성이 보상됨은 물론 송신특성이 26.30㎓ 및 26.70㎓에서 각기 -55.104㏈ 및 -65.166㏈의 이득을 갖고, 수신특성이 24.60㎓ 및 24.70㎓에서 각기 -57.604㏈ 및 -62.897㏈의 이득을 갖은 것으로서 규정된 -55㏈ 이하를 만족함을 알 수 있다.
한편, 상기에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시 예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 기판에 일체로 제조할 수 있음은 2차원으로 제조가 가능하고, 또한 소형화가 가능함은 물론 경박단소화할 수 있고, 송수신 특성이 우수한 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 유전체 기판;
    상기 유전체 기판의 상면에 형성되고, 안테나에 연결되는 안테나 연결패턴의 좌우 양측에 송신신호 입력패턴 및 수신신호 입력패턴이 형성되며, 상기 수신신호 입력패턴의 길이가 상기 송신신호 입력패턴의 길이보다 길게 형성된 T형 접합패턴;
    송신신호가 입력되는 송신신호 전송선로 패턴과 상기 송신신호 입력패턴의 사이에 형성되어 송신신호를 필터링하는 제 1 여파기 패턴;
    상기 수신신호 입력패턴과 수신신호가 출력되는 수신신호 전송선로 패턴의 사이에 형성되어 수신신호를 필터링하는 제 2 여파기 패턴;
    상기 송신신호 입력패턴의 하부방향으로 형성되어 감쇄특성을 보상하는 제 1 특성 조절패턴; 및
    상기 송신신호 입력패턴에 상부방향으로 형성되어 삽입손실을 보상하는 제 2 특성 조절패턴으로 이루어진 T형 접합패턴을 이용한 듀플렉서.
  2. 삭제
  3. 삭제
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