KR100766875B1 - Ring-hybrid type directional coupler using folded line structure having low pass filter characteristic - Google Patents
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Abstract
Description
도 1 및 도 2는 각각 일반적인 링-하이브리드 방향성 결합기 구조 및 특성 예시도,1 and 2 illustrate a typical ring-hybrid directional coupler structure and properties, respectively;
도 3은 본 발명에 따른 제1실시예에 이용하기 위하여 두 개의 전송선로 사이에 개방 스터브를 포함하는 결합선로를 갖는 저역통과 여파기(LPF) 구조 및 그의 등가회로 예시도,3 illustrates a low pass filter (LPF) structure having a coupling line including an open stub between two transmission lines and an equivalent circuit thereof for use in the first embodiment according to the present invention;
도 4는 도 3에 도시된 결합선로를 이용한 저역통과 여파기의 특성 곡선 예시도,4 is a diagram illustrating a characteristic curve of a low pass filter using the coupling line shown in FIG. 3;
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따라 전기적 길이 λ/4인 저역통과 여파기를 구비한 링-하이브리드 방향성 결합기의 구조 예시도,5 is an exemplary structure diagram of a ring-hybrid directional coupler having a low pass filter having an electrical length of λ / 4 according to the first embodiment of the present invention;
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따라 구현되어진 저역통과 여파기 특성을 갖는 접힌 구조의 링-하이브리드 방향성 결합기와 일반적인 종래 방향성 결합기와의 실물 비교 예시도,FIG. 6 is an exemplary physical comparison example of a ring-hybrid directional coupler with a folded structure having a low pass filter characteristic implemented according to a first embodiment of the present invention;
도 7은 도 5에 도시되어 있는 본 발명에 따른 방향성 결합기의 시뮬레이션 특성 그래프 예시도,7 is a diagram illustrating a simulation characteristic graph of the directional coupler according to the present invention shown in FIG.
도 8은 본 발명에 따른 방향성 결합기의 EM 시뮬레이션 특성 예시도,8 is an exemplary view illustrating an EM simulation characteristic of the directional coupler according to the present invention;
도 9 내지 도 12는 본 발명의 제1실시예에 따라 실제적으로 제작한 링-하이브리드 방향성 결합기의 성능에 대한 측정결과 나타낸 예시도,9 to 12 are exemplary views showing the measurement results of the performance of the ring-hybrid directional coupler actually manufactured according to the first embodiment of the present invention,
도 13은 본 발명에 따른 제2실시예에 이용하기 위하여 전체 길이가 λ/4로 설정되며 한쌍의 저역통과 여파기(LPF)를 이용한 마이크로스트립 선로 유닛의 구성도,FIG. 13 is a configuration diagram of a microstrip line unit using a pair of low pass filters (LPFs) whose total length is set to λ / 4 for use in the second embodiment according to the present invention.
도 14a 및 도 14b는 각각 도 13에서 설계한 마이크로스트립 선로 유닛을 이용하여 구현된 본 발명의 제2실시예에 따른 저역통과 여파기를 구비한 링-하이브리드 방향성 결합기 및 도 14a의 구조를 간략화시킨 구조 예시도,14A and 14B show a simplified structure of FIG. 14A and a ring-hybrid directional coupler having a lowpass filter according to a second embodiment of the present invention implemented using the microstrip line unit designed in FIG. Example,
도 15는 도 14b에 도시되어 있는 광대역 저지 특성을 가지는 방향성 결합기 회로의 시뮬레이션 특성 그래프 예시도,FIG. 15 is an exemplary graph illustrating simulation characteristics of a directional coupler circuit having the broadband stop characteristic shown in FIG. 14B;
도 16은 본 발명에 따라 구현되어진 커플드 라인을 이용한 구조의 링-하이브리드 방향성 결합기를 종래의 방향성 결합기와 비교하여 나타낸 실물 예시도,FIG. 16 is an exemplary diagram showing a ring-hybrid directional coupler having a structure using a coupled line implemented according to the present invention in comparison with a conventional directional coupler; FIG.
도 17은 도 16에 도시되어 있는 하이브리드 방향성 결합기의 EM 시뮬레이션 결과 그래프 예시도,17 is a graph illustrating an EM simulation result of the hybrid directional coupler illustrated in FIG. 16.
도 18 내지 도 21은 본 발명의 제2실시예에 따라 실제적으로 제작한 링-하이브리드 방향성 결합기의 성능에 대한 측정결과 나타낸 예시도이다.18 to 21 are exemplary views showing measurement results of the performance of the ring-hybrid directional coupler actually manufactured according to the second embodiment of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호설명 ** Explanation of Signs of Major Parts of Drawings *
1: 입력포트 2,3: 출력포트1:
4: 격리포트 4: isolation port
11,12,30,51,52: 전송선로 13a,13b,32a,32b,53a-53c: 결합선로11, 12, 30, 51, 52:
13c,31,53d: 개방 스터브 13,33a,33b,53: LPF 블록13c, 31, 53d:
21-26,40-46,61-66: 마이크로스트립 선로 유닛21-26,40-46,61-66: Microstrip track units
본 발명은 마이크로파대나 밀리미터파대에서 사용되는 방향성 결합기에 관한 것으로 특히, 링-하이브리드의 링 구조를 저역통과 여파기(LPF) 특성을 갖는 접힌 구조의 결합 선로와 개방 스터브를 이용하여 구성함으로써 링의 크기 감소뿐만 아니라 고조파 제거 특성을 개선할 수 있는 LPF 특성을 갖는 접힌 구조의 링-하이브리드 방향성 결합기에 관한 것이다.The present invention relates to a directional coupler for use in microwave or millimeter bands. In particular, the ring structure of a ring hybrid is reduced by using a coupling line and an open stub of a folded structure having low pass filter (LPF) characteristics. In addition, the present invention relates to a ring-hybrid directional coupler with a folded structure having LPF properties that can improve harmonic rejection.
일반적으로, 현재 고주파 및 초고주파 분야는 이동통신의 급격한 발전으로 인해 더 넓고, 더 높은 주파수 대역을 사용하는 추세이다. 이에 따라 시스템이 복잡해지고 내부에 사용되는 혼합기, 증폭기, 발진기, 다이오드 스위치 등 능동소자의 사용이 늘면서 그들이 발생하는 고조파, 상호 변조 왜곡 등 불요 신호(unwanted signal)의 제거는 과거로부터 지금까지 해결해야 할 근본적인 문제이고, 시스템의 광대역화로 이들 문제는 더욱 심각해지고 있다.In general, high frequency and ultra high frequency fields are currently using a wider and higher frequency band due to the rapid development of mobile communication. As a result, the system becomes more complicated and the use of active devices such as mixers, amplifiers, oscillators, and diode switches increases, and the elimination of unwanted signals such as harmonics and intermodulation distortions generated by them has to be solved from the past. It is a fundamental problem to do, and these problems are getting worse due to the widening of the system.
또한, 통신 시스템의 저가격화, 초소형화 및 복합 기능의 필요성은 이제 당면한 과제가 되었고, 이와 같은 과제들의 돌파구를 찾기 위해 여러 가지 방안들이 연구, 발표 되고 있다. 그 중에서도 마이크로 스트립 라인을 이용한 방향성 결합기 의 대표적인 예는 1/4파장 평행선형 결합기, 1/4파장 브랜치 라인형 결합기 및 링-하이브리드형 방향성 결합기 등이 있다.In addition, the necessity of low cost, miniaturization, and complex functions of communication systems is now a challenge, and various methods have been researched and announced in order to find a breakthrough of such problems. Among them, representative examples of the directional coupler using the micro strip line include a quarter-wave parallel linear coupler, a quarter-wave branch line coupler, and a ring-hybrid directional coupler.
종래 링-하이브리드 방향성 결합기 구조 및 특성을 첨부한 도 1과 도 2를 통해 간략히 살펴보면, 첨부한 도 1에 도시한 바와 같이 λ/4 선로를 기본으로 하는 링-하이브리드 방향성 결합기에서 링의 크기는 기본 λ/4가 여섯 개가 합쳐져서 1.5λ의 길이를 가지고 있으며, 커플링 대역에서는 3dB의 좋은 커플링 특성을 보이나 도 2와 같이 고차 주파수에서 통과대역이 규칙적으로 반복되는 특성을 나타내고 있다.Briefly with reference to Figures 1 and 2 attached to the conventional ring-hybrid directional coupler structure and characteristics, the size of the ring in the ring-hybrid directional coupler based on the λ / 4 line as shown in Figure 1 attached Six λ / 4 is combined to have a length of 1.5λ, and the coupling band has a good coupling characteristic of 3dB, but the passband is regularly repeated at higher frequencies as shown in FIG.
즉, 종래 링-하이브리드 방향성 결합기의 주파수 특성은 홀수 체배 주파수들에서 고조파 특성이 반복된다.That is, the frequency characteristic of the conventional ring-hybrid directional coupler is repeated harmonic characteristics at odd multiplication frequencies.
이때, 종래 링-하이브리드 방향성 결합기의 신호 입출력관계를 살펴보면, 동위상(in-phase)인 경우 포트 1은 입력포트, 포트 2와 포트 3은 출력포트로서, 포트 1을 통해 입력되는 신호는 포트 2와 포트 3에서 동위상 성분으로 양분되며, 포트 4는 격리(isolation)포트로서 포트 4는 격리된다. 또한, 역위상(out-of phase)인 경우 상기 포트 4를 통해 입력되는 신호는 포트 2와 포트 3에서 180˚의 위상차로 양분시키고 포트 1은 격리된다. 첨부한 도 1에서 각 포트에 대한 참조번호는 원문자로 표시하였다.At this time, looking at the signal input and output relationship of the conventional ring-hybrid directional coupler, in the case of in-
이러한 링형 커플러에서는, 4개의 포트 사이를 연결하는 선로의 길이와 선로의 특성 임피던스를 적절히 설정함으로써 전력 분배비 등의 특성을 정하고 있다.In such a ring coupler, characteristics such as power distribution ratio are determined by appropriately setting the length of the line connecting the four ports and the characteristic impedance of the line.
그러나 링형 커플러에서는 전파시키는 신호의 주파수가 높아져서 밀리미터파 대가 되면, 각 포트간을 연결하는 선로의 선로 길이가 짧아져서 상대적으로 선로 폭이 넓어지고, 기판상에 선로 패턴의 형성이 곤란해진다.However, in the ring-type coupler, when the frequency of the signal to propagate increases to the millimeter wave band, the line length of the line connecting each port becomes shorter and the line width becomes relatively wider, making it difficult to form the line pattern on the substrate.
또한, 초고주파 시스템은 많은 요인들에 의해 영향을 받겠지만, 전술한 바와 같이 능동 소자들의 비선형성에 의해 발생되는 신호들 중 원치 않는 신호를 얼마나 효과적으로 잘 처리하는가 하는 능력은 시스템 성능을 좌우하는 결정적인 요소들 중의 하나이다.In addition, the microwave system will be affected by many factors, but as described above, the ability to effectively handle unwanted signals among the signals generated by nonlinearity of active elements is a decisive factor in system performance. Is one of.
대부분의 경우 이런 불요 신호를 최대한 제거 또는 억제하기 위해 대부분의 경우 고주파 시스템에 다종, 다수의 필터를 사용하게 된다. 이런 부가적인 회로는 소자의 크기가 커지고 손실이 증가하는 단점을 갖는다. 또한 이런 방법은 동시에 여러 개의 의도적인 감쇠극을 만들기 곤란하므로 넓은 저지 대역 구현 방법으로는 제한적이다.In most cases, multiple filters are used in high frequency systems to eliminate or suppress these unwanted signals as much as possible. This additional circuit has the disadvantage that the size of the device increases and the loss increases. In addition, this method is difficult to implement several intentional attenuation poles at the same time, so it is limited to a wide stop band implementation method.
더욱이, 낮은 주파수 대역에서의 일반적인 3㏈ 방향성 결합기(첨부한 도 2에서 m1로 지칭되는 영역의 이득이 3dB인 방향성 결합기의 총칭)는 물리적인 크기가 너무 큰 단점을 가지고 있다. 이에 따라 선로를 접거나 개방 스터브를 추가하여 크기를 줄이기 위한 방법들이 연구되었다. 이들의 방법들은 단지 방향성 결합기의 물리적인 크기만을 감소하기 위한 설계법이므로 실제 적용상의 한계성을 갖는 문제점이 발생하였다.Moreover, a typical 3 kHz directional coupler in the low frequency band (general term for the directional coupler with gain of 3 dB in the area referred to as m1 in FIG. 2) has the disadvantage that the physical size is too large. Accordingly, methods for reducing the size by folding the track or adding an open stub have been studied. Since these methods are only designed to reduce the physical size of the directional coupler, there are problems in practical application.
상술한 문제점을 해소하기 위한 본 발명의 목적은 링-하이브리드의 링 구조를 LPF 특성을 갖는 접힌 구조의 결합 선로와 개방 스터브를 이용하여 구성함으로 써 링의 크기 감소뿐만 아니라 고조파 제거 특성을 개선할 수 있는 LPF 특성을 갖는 접힌 구조의 링-하이브리드 방향성 결합기를 제공하는 데 있다.An object of the present invention for solving the above problems is to configure the ring structure of the ring-hybrid using a coupling line and an open stub of the folded structure having the LPF characteristics can improve not only the size of the ring but also the harmonic rejection characteristics. It is to provide a ring-hybrid directional coupler of a folded structure having an LPF characteristic.
본 발명의 다른 목적은 크기를 대폭 줄일 수 있을 뿐만 아니라 부가적인 회로를 넣지 않고도 3체배 주파수에서 통과대역이 반복되는 특성을 차단할 수 있는 LPF 특성을 갖는 접힌 구조의 링-하이브리드 방향성 결합기를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a ring-hybrid directional coupler with a folded structure that can not only significantly reduce the size but also block the repeating of the passband at three multiply frequencies without additional circuitry. have.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제1특징에 따르면, 본 발명은 절연성 재료로 이루어진 기판과; 상기 기판위에 각각 전체적으로 전기적 길이 λ/4로 이루어지고 호형으로 배열되는 제1 및 제2 전송선로와, 상기 제1 및 제2 전송선로에 접속되며 중심을 향하여 배치된 저역통과 여파기(LPF) 블록으로 구성되며, 전체적으로 환형으로 배열된 제1 내지 제6 마이크로스트립 선로 유닛과; 각각 상기 인접한 제1 내지 제5 마이크로스트립 선로 유닛의 제1 및 제2 전송선로 사이에 일단이 접속되고 중심점을 기준으로 60도의 각도로 배열되어 방사상으로 배치된 제1출력포트, 입력포트, 제2출력포트 및 격리포트로 구성되며, 상기 제1 내지 제6 마이크로스트립 선로 유닛 각각의 저역통과 여파기(LPF) 블록은 각각 일단이 제1 및 제2 전송선로와 접속되고 인접하여 배치되는 제1 및 제2 결합 선로와, 상기 제1 및 제2 결합 선로의 타단에 접속되는 개방 스터브로 구성되고, 상기 개방 스터브는 각각 순차적으로 동일하게 제1 및 제2 결합 선로와 이루는 사이각이 30도를 이루도록 절곡되어 제1출력포트, 입력포트, 제2출력포트 및 격리포트와 제1 및 제2 전송선로를 향하여 방사상으로 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 LPF 특성을 갖는 접힌 구 조의 링-하이브리드 방향성 결합기를 제공한다.According to a first aspect of the present invention for achieving the above object, the present invention includes a substrate made of an insulating material; First and second transmission lines each having an electrical length λ / 4 on the substrate and arranged in an arc shape, and a low pass filter (LPF) block connected to the first and second transmission lines and disposed toward the center; First to sixth microstrip track units configured and arranged in an annular shape; A first output port, an input port, and a second end disposed radially at an angle of 60 degrees with respect to a center point connected between first and second transmission lines of the adjacent first to fifth microstrip line units, respectively; And a low pass filter (LPF) block of each of the first to sixth microstrip line units, one end of which is connected to and adjacent to the first and second transmission lines. 2 coupling lines and an open stub connected to the other ends of the first and second coupling lines, the opening stubs being sequentially equally bent so as to form an angle of 30 degrees between the first and second coupling lines, respectively. Ring-down structure with an LPF characteristic, characterized in that it extends radially toward the first output port, the input port, the second output port and the isolation port and towards the first and second transmission lines. Brides provide directional coupler.
이 경우, 상기 저역통과 여파기(LPF) 블록 각각은 커플링 대역의 주파수 보다 높은 차단주파수(fc)를 갖도록 설정되는 것이 바람직하다.In this case, each of the low pass filter LPF blocks is preferably set to have a cutoff frequency f c higher than the frequency of the coupling band.
또한, 상기 제1출력포트와 격리포트는 180도를 이루도록 배치되고, 전기적 길이 3λ/4로 이루어진다.In addition, the first output port and the isolation port is disposed to form a 180 degree, and has an electrical length of 3λ / 4.
더욱이, 상기 기판은 5각형인 것이 바람직하다.Furthermore, the substrate is preferably pentagonal.
본 발명의 제2특징에 따르면, 본 발명은 절연성 재료로 이루어진 기판과; 상기 기판위에 각각 전체적으로 전기적 길이 λ/4로 이루어지고 호형으로 배열되는 제1 및 제2 전송선로와, 상기 제1 및 제2 전송선로 사이에 접속되며 중심을 향하여 배치된 저역통과 여파기(LPF) 블록으로 구성되며, 전체적으로 환형으로 배열된 제1 내지 제6 마이크로스트립 선로 유닛과; 각각 상기 인접한 제1 내지 제4 마이크로스트립 선로 유닛의 저역통과 여파기(LPF) 블록에 일단이 접속되고 중심점을 기준으로 60도의 각도로 배열되어 방사상으로 배치된 제1출력포트, 입력포트, 제2출력포트 및 격리포트로 구성되며, 상기 제1 내지 제6 마이크로스트립 선로 유닛의 저역통과 여파기(LPF) 블록 각각은 제1 내지 제3 결합선로와, 상기 제1 내지 제3 결합 선로의 타단에 일단이 접속되며 타단이 제1 또는 제2 전송선로를 향하도록 절곡되어 방사상으로 연장되어 있는 개방 스터브로 구성되는 것을 특징으로 하는 LPF 특성을 갖는 접힌 구조의 링-하이브리드 방향성 결합기를 제공한다.According to a second aspect of the invention, the present invention provides a substrate comprising an insulating material; First and second transmission lines each having an electrical length λ / 4 on the substrate and arranged in an arc shape, and a low pass filter (LPF) block connected between the first and second transmission lines and disposed toward the center; A first to sixth microstrip line unit configured to be annularly arranged; The first output port, the input port, and the second output radially arranged with one end connected to the low pass filter (LPF) blocks of the adjacent first to fourth microstrip line units and arranged at an angle of 60 degrees with respect to the center point. And a low pass filter (LPF) block of each of the first to sixth microstrip line units, each having a first to third coupling line and one end to the other end of the first to third coupling line. A ring-hybrid directional coupler having a folded structure having an LPF characteristic, characterized in that it is connected and is composed of an open stub, the other end being bent toward the first or second transmission line and extending radially.
이 경우, 상기 저역통과 여파기(LPF) 블록은 각각 일단이 상기 제1 및 제2 전송선로에 접속되며 중심을 향하여 배치되고 인접하여 배치되는 제1 및 제2 결합선로와, 일단이 제1출력포트, 입력포트, 제2출력포트 및 격리포트 중 하나에 접속되며 제1 및 제2 결합선로 사이에 배치되는 제3 결합선로와, 상기 제1 내지 제3 결합 선로의 타단에 접속되는 개방 스터브로 구성되고, 상기 개방 스터브는 제1 내지 제3 결합 선로와 이루는 사이각이 30도를 이루도록 절곡되어 방사상으로 연장되어 있다.In this case, each of the low pass filter (LPF) blocks has one end connected to the first and second transmission lines, the first and second coupling lines disposed toward the center, and adjacent to each other, and one end of the first output port. And a third coupling line connected to one of an input port, a second output port, and an isolation port and disposed between the first and second coupling lines, and an open stub connected to the other ends of the first to third coupling lines. The open stub is bent such that the angle between the first to third coupling lines is 30 degrees and extends radially.
또한, 상기 저역통과 여파기(LPF) 블록 각각은 커플링 대역의 주파수 보다 높은 차단주파수(fc)를 갖도록 설정되는 것이 바람직하다.Further, each of the low pass filter (LPF) blocks is preferably set to have a cutoff frequency f c higher than the frequency of the coupling band.
더욱이, 상기 저역통과 여파기(LPF) 블록 각각은 적어도 3체배 주파수를 차단하도록 저지대역이 설정된다.Moreover, each of the lowpass filter (LPF) blocks is set to a stopband to block at least three multiplied frequencies.
또한, 상기 제1출력포트와 격리포트는 전기적 길이 3λ/4로 180도를 이루도록 배치되고, 상기 제5 및 제6 마이크로스트립 선로 유닛을 포함한다.In addition, the first output port and the isolation port are disposed to form 180 degrees with an electrical length of 3λ / 4, and include the fifth and sixth microstrip line units.
본 발명의 제3특징에 따르면, 본 발명은 절연성 재료로 이루어진 기판과; 각각 상기 기판위에 전기적 길이 λ/4로 형성되고 원호각이 60도인 호형으로 이루어지며 전체적으로 환형으로 배열되는 제1 내지 제6 전송선로와; 각각 상기 제1 내지 제5 전송선로 사이의 연결점에 순차적으로 일단이 배치되고 타단이 방사상으로 뻗어있는 제1출력포트, 입력포트, 제2출력포트 및 격리포트와; 각각 상기 제1 내지 제6 전송선로 사이의 연결점에 일단이 배치되고 타단이 방사상으로 중심을 향하여 뻗어있으며, 커플링 대역의 주파수 보다 높은 차단주파수를 가지며 고조파를 저지 하기 위한 제1 내지 제6 저역통과 여파기(LPF) 블록으로 구성되고, 상기 제1 내지 제6 저역통과 여파기(LPF) 블록 각각은 각각 일단이 상기 제1 내지 제6 전송선로 중 하나에 접속되며 중심을 향하여 인접하여 배치되는 제1 및 제2 결합선로와, 일단이 상기 제1출력포트, 입력포트, 제2출력포트 및 격리포트 중 하나에 접속되며 제1 및 제2 결합선로 사이에 배치되는 제3 결합선로와, 상기 제1 내지 제3 결합 선로의 타단에 접속되며 제1 내지 제3 결합 선로와 이루는 사이각이 30도를 이루도록 절곡되어 방사상으로 연장되어 있는 개방 스터브로 구성되는 것을 특징으로 하는 LPF 특성을 갖는 접힌 구조의 링-하이브리드 방향성 결합기를 제공한다.According to a third aspect of the invention, there is provided a substrate comprising: a substrate made of an insulating material; First to sixth transmission lines each formed on the substrate with an electrical length λ / 4 and having an arc shape having an arc angle of 60 degrees and arranged in an annular shape as a whole; A first output port, an input port, a second output port, and an isolation port each having one end sequentially disposed at a connection point between the first to fifth transmission lines and the other end extending radially; One end is disposed at the connection point between the first to sixth transmission lines, and the other end is radially extended toward the center, and has a cutoff frequency higher than that of the coupling band and has a first to sixth low pass for blocking harmonics. First and sixth low pass filter (LPF) blocks each having one end connected to one of the first to sixth transmission lines and disposed adjacent to the center; A second coupling line, a third coupling line having one end connected to one of the first output port, the input port, the second output port, and the isolation port and disposed between the first and second coupling lines; LPF is characterized in that it consists of an open stub connected to the other end of the third coupling line and bent to form a 30 degree angle between the first to the third coupling line to extend radially Provided is a ring-hybrid directional coupler having a folded structure.
(실시예)(Example)
본 발명의 상술한 목적과 여러 가지 장점은 이 기술 분야에 숙련된 사람들에 의해, 첨부된 도면을 참조하여 후술되는 본 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.The above objects and various advantages of the present invention will become more apparent from the preferred embodiments of the present invention described below with reference to the accompanying drawings by those skilled in the art.
우선 본 발명에 적용되는 기술적 특징을 간략히 살펴보면, 기존의 방식들을 이용하여 선로를 접거나 개방 스터브를 추가하여 장치의 크기를 줄이기 위한 연구가 단지 방향성 결합기의 물리적인 크기만을 감소하기 위한 설계법이지만, 실제적으로 제1 및 제2 전송선로(11,12) 사이에 개방 스터브(13c)를 포함하는 제1 및 제2 결합선로(13a,13b)를 갖는 구조는 첨부한 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 전체적으로 저역통과 여파기(LPF)의 특성을 갖는다.First of all, the technical features of the present invention will be briefly described. In order to reduce the size of a device by folding a line or adding an open stub by using existing methods, the design method for reducing only the physical size of the directional coupler is practical. Therefore, the structure having the first and
이 구조의 중앙에 있는 제1 및 제2 결합 선로(13a,13b)와 개방 스터브(13c)로 이루어진 LPF 블록(13)의 등가 회로에 대한 전기적 길이 θ2를 포함하여 LPF 블록(13)의 양 옆에 전기적 길이 θ1의 한쌍의 전송선로(11,12)를 연결하여, f0의 방향성 결합기에 사용하기 위한 전기적 길이가 λ/4 (=2×θ1+θ2)이며, 또한 커플링 대역의 주파수 보다 높은 차단주파수(fc)를 가지는 LPF가 되도록 설계를 할 수 있다.The amount of the
따라서 도 3의 LPF 블록(13)에 T-형 등가회로의 각 파라미터들은 정리하면 아래의 수학식 1과 같이 정의할 수 있다.Therefore, each parameter of the T-type equivalent circuit in the
상기 수학식 1에서 Zoe, Zoo는 결합선로의 우수-기수-모드 일 때의 임피던스, θc는 결합선로의 물리적 길이, Lp와 Cp는 결합선로의 T-형 등가회로의 파라미터이고, Ys는 개방 스터브의 어드미턴스, θs는 스터브의 길이, Cs는 등가회로의 파라 미터이다.In
제1 및 제2 전송선로(11,12)의 임피던스(ZTL) 및 LPF 블록 등가회로의 임피던스는 결합기에 바로 적용할 수 있게 70.7Ω을 사용하며, 양 옆의 제1 및 제2 전송선로(11,12)의 전기적 길이 θ1을 포함하여 λ/4의 전기적 길이를 갖는 LPF 설계가 가능하다.The impedance Z TL of the first and
이 경우 LPF 설계 시 커플링 대역의 주파수 보다 높은 차단주파수(fc)를 가지는 LPF가 되도록 설계를 하여 커플링 주파수에 영향이 없도록 하여야 한다.In this case, the LPF should be designed so that the LPF has a cutoff frequency (f c ) higher than the frequency of the coupling band so that the coupling frequency is not affected.
원형 소자를 이용하여 차단주파수(fc)를 갖는 LPF 블록(13)에 T-형 등가회로와 일반적인 분산소자와의 관계를 이용하여 결합선로(13a,13b)와 개방 스터브(13c)의 물리적인 파라미터를 유도할 수 있다.In the
이때, 결합선로를 이용한 LPF의 특성은 첨부한 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 2.45㎓의 커플링 주파수 보다 높은 -3㏈ 차단 주파수 fc=4㎓를 갖는 고조파 저지특성이 개선된 LPF의 특성을 얻었다.At this time, the characteristics of the LPF using the coupling line as shown in the accompanying Figure 4, the characteristics of the LPF improved harmonic rejection characteristics having a -3 kHz cut-off frequency f c = 4 kHz higher than the coupling frequency of 2.45 kHz Got.
상술한 광대역의 고조파 저지특성을 갖는 LPF의 회로 시뮬레이션의 물리적 변수는 아래의 표 1과 같다.Physical parameters of the circuit simulation of the LPF having the above-mentioned wideband harmonic blocking characteristics are shown in Table 1 below.
따라서 본 발명은 방향성 결합기의 물리적인 크기만을 감소하기 위한 설계방식으로 제안되어진 선로를 접거나 개방 스터브를 추가하는 기존의 방식에서 저역 통과 여파기 구조를 유도하고 이를 활용함으로써 광대역 저지 특성이 우수한 결합선로 형태의 이용하여 구성함으로써 크기를 대폭 줄일 수 있을 뿐만 아니라 부가적인 회로를 넣지 않고도 3체배 주파수에서 통과대역이 반복되는 특성을 차단할 수 잇을 것이라는데 착안한 것이다.Therefore, the present invention induces and utilizes a low pass filter structure in the existing method of folding a line or adding an open stub proposed as a design method for reducing only the physical size of the directional coupler. It is conceived that by constructing using, it will not only significantly reduce the size but also block the repetition of the passband at the triplet frequency without additional circuitry.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention will be described in detail.
상술한 수학식 1의 개념을 기준으로, 일반적인 전송선로(TL)의 ABCD-행렬은 아래의 수학식 2와 같이 정의할 수 있다.Based on the concept of
이때, 상기 수학식 2에서 직렬 인덕터 및 병렬 커패시터의 ABCD-행렬은 참조문헌(David M. Pozar, Microwave Engineering, John Wiley & Sons, Inc. 2005.)의 기준에 의해 아래의 수학식 3과 4와 같이 정의된다.In this case, the ABCD-matrix of the series inductor and the parallel capacitor in
따라서 첨부한 도 3에 도시되어 있는 LPF 블록(13)에 T-형 등가회로에 대한 ABCD-행렬은 수학식 3과 수학식 4를 이용하여 아래의 수학식 5와 같이 유도할 수 있다.Accordingly, the ABCD-matrix for the T-type equivalent circuit in the
그러므로 상기 수학식 2에서부터 수학식 5까지의 수학식을 이용하여 첨부한 도 3에 도시되어 있는 λ/4길이의 저역통과 여파기(LPF)의 전체 ABCD-행렬(T)을 정의하면, 아래의 수학식 6과 같이 정의할 수 있다.Therefore, using the equations (2) to (5), the entire ABCD-matrix (T) of the λ / 4-length low pass filter (LPF) shown in FIG. 3 is defined. It can be defined as
따라서 전기적 길이 λ/4의 저역통과 여파기(LPF)에 대한 행렬의 파라미터들 은 수학식 6에서 정의된 바와 같이, 제안한 구조의 ABCD 파라미터와 λ/4 선로의 ABCD 파라미터는 동일한 값을 가진다.Therefore, the parameters of the matrix for the low pass filter (LPF) having the electrical length λ / 4 have the same value as the ABCD parameter of the proposed structure and the λ / 4 line.
즉, 첨부한 도 3에 도시되어 있는 전기적 길이 λ/4인 저역통과 여파기를 이용하여 종래 일반적인 링 방향성 결합기를 나타내는 도 1의 λ/4 선로에 각각 대응 시켜보면 첨부한 도 5에 도시되어 있는 바와 같은 결합기의 구조를 얻었다.That is, as shown in the accompanying FIG. 5, the corresponding low-pass filters having the electrical length λ / 4 shown in FIG. 3 are respectively used to correspond to the λ / 4 line of FIG. 1 representing a conventional general ring directional coupler. The structure of the same bond group was obtained.
도 5를 참고하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 LPF 특성을 갖는 접힌 구조의 링-하이브리드 방향성 결합기는 각각 도 3에 도시된 바와 같은 전체적으로 전기적 길이 λ/4로 이루어지고, 저역통과 여파기(LPF) 블록(13)과 제1 및 제2 전송선로(11,12)로 구성되며, 환형으로 배열된 제1 내지 제6 마이크로스트립 선로 유닛(21-26)과, 상기 인접한 제1 내지 제5 마이크로스트립 선로 유닛(21-25)의 제1 및 제2 전송선로(11,12) 사이에 접속되고 중심점을 기준으로 60도의 각도로 배열되며, 방사상으로 배치되어 일단이 연결된 제1출력포트(2), 입력포트(1), 제2출력포트(3) 및 격리포트(4)로 구성되어 있다.Referring to FIG. 5, the ring-hybrid directional couplers of the folded structure having the LPF characteristics according to the first embodiment of the present invention each have an overall electrical length λ / 4 as shown in FIG. 3, and a low pass filter ( LPF)
즉, 상기 제1출력포트(2), 입력포트(1), 제2출력포트(3) 및 격리포트(4)의 사이에는 각각 전기적 길이 λ/4로 이루어진 제2 내지 제4 마이크로스트립 선로 유닛(22-24)이 하나씩 배치되고, 제1출력포트(2)와 격리포트(4) 사이에는 전기적 길이 3λ/4에 대응하는 3개의 마이크로스트립 선로 유닛, 즉 제1마이크로스트립 선로 유닛(21)과 제5 및 제6 마이크로스트립 선로 유닛(25,26)이 배열되어 있다.That is, the second to fourth microstrip line units each having an electrical length λ / 4 between the
이 경우, 제1 내지 제6 마이크로스트립 선로 유닛(21-26)의 저역통과 여파기(LPF) 블록(13)은 도 3과 같이 제1 및 제2 결합 선로(13a,13b)와 개방 스터 브(13c)로 구성되며, 상기 개방 스터브(13c)는 각각 순차적으로 동일하게 제1 및 제2 결합 선로(13a,13b)와 이루는 사이각이 약 30도를 이루도록 절곡되어 제1출력포트(2), 입력포트(1), 제2출력포트(3) 및 격리포트(4)와 전송선로(11,12)를 향하여 방사상으로 연장되어 있다.In this case, the low pass filter (LPF) blocks 13 of the first to sixth
또한, 상기 저역통과 여파기(LPF) 블록(13)은 커플링 대역의 주파수 보다 높은 차단주파수(fc)를 갖도록 설정되는 것이 바람직하다.Further, the low pass filter (LPF)
상기한 본 발명에 따른 링-하이브리드 방향성 결합기는 개방 스터브(13c) 영역이 제1 및 제2 결합 선로(13a,13b)와 전기적으로 연결만 된다면 접혀져도 기능적으로는 관계가 없기 때문에 개방 스터브(13c)를 접힌 구조로 형성하는 것이 가능하다.The ring-hybrid directional coupler according to the present invention described above has an
본 발명에 따른 링-하이브리드 방향성 결합기는 LPF 특성을 가짐과 동시에 개방 스터브(13c)가 접힌 구조를 이루고 있어, 이를 물리적으로 구현하는 경우 도 6에 도시되어 있는 바와 같이, 2.45㎓ 70.7Ω의 λ/4 길이는 17.355㎜이지만 본 발명의 결합기에서 대응부분의 직선 길이는 7.8㎜로 약 55%가 줄어들었다.The ring-hybrid directional coupler according to the present invention has an LPF characteristic and at the same time has an open stub (13c) is folded structure, as shown in Figure 6 when the physical implementation, as shown in Figure 6, 2.45㎓ 70.7Ω 4 The length is 17.355 mm but the linear length of the counterpart in the coupler of the present invention is reduced by about 55% to 7.8 mm.
또한, 본 발명에서는 비유전율(εr) 4.4, 기판 두께(H) 0.762mm인 FR-4 기판을 사용하여 제작하였는데, 도 6의 좌측에 도시되어 있는 바와 같이 5각형의 절연체 기판에 2.45GHz의 중심주파수를 갖는 방향성 결합기를 보여주고 있으며, 도 6의 우측에 표시된 일반적인 종래 결합기와 비교하여 볼 때 링-면적이 25%로 크게 감소된 것을 알 수 있다. In the present invention, a dielectric constant (ε r ) of 4.4 and a substrate thickness (H) of 0.762 mm were fabricated using a FR-4 substrate, as shown on the left side of FIG. A directional coupler having a center frequency is shown, and it can be seen that the ring-area is greatly reduced to 25% compared to the conventional conventional coupler shown on the right side of FIG. 6.
더욱이, 상술한 도 5에 제시되어진 본 발명에 따른 결합기의 시뮬레이션 특성을 첨부한 도 7을 참조하여 살펴보면, 도 7은 전기적 길이 λ/4의 저역통과 여파기의 저지 대역과 일치하는 광대역 고조파 저지 특성을 가지는 방향성 결합기의 회로 시뮬레이션 특성으로 2.45㎓에서 커플링 대역은 일반적인 커플러와 동일한 전력분배, 임피던스 정합 및 격리특성을 보이며 고조파 저지 대역이 11㎓까지 -20㏈ 이하의 양호한 차단 특성을 가지고 있음을 알 수 있다.Furthermore, referring to FIG. 7 attached to the simulation characteristics of the coupler according to the present invention shown in FIG. 5 described above, FIG. 7 shows broadband harmonic blocking characteristics that match the stop band of the low pass filter having an electrical length λ / 4. The circuit simulation characteristics of the directional coupler show that the coupling band shows the same power distribution, impedance matching, and isolation characteristics as the conventional coupler, and the harmonic stop band has good blocking characteristics of -20㏈ or less up to 11㎓. have.
첨부한 도 8은 본 발명에 따른 방향성 결합기의 EM 시뮬레이션 특성이다.8 is an EM simulation characteristic of the directional coupler according to the present invention.
EM 시뮬레이션의 결과에서 커플링 구간의 특징은 일반적인 커플러와 동일한 특성을 보이고 있다. 그러나 LPF 블럭(13)이 원의 중심방향으로 모이면서 고조파 특성에 영향을 미쳤다.In the results of the EM simulation, the coupling section has the same characteristics as the general coupler. However, the
그래서 고조파의 저지대역 특성개선을 위해 약간의 최적화 과정 및 전체 모형을 원형으로 변환하는 과정에서 미세하게 호의 길이가 증가하면서 중심 주파수는 2.45㎓에서 2.41㎓로 내려갔다. 차단 구간은 약 11 GHz까지 -20㏈이하의 양호한 차단 특성을 보여주고 있다. 링-하이브리드의 설계변수는 아래 표 2와 같으며, 이 수치는 최적화 과정을 통해 제작된 결합기의 물리적 길이들이다.Therefore, the center frequency decreased from 2.45 2.4 to 2.41 하면서 as the length of the arc increased slightly during the optimization process and the conversion of the entire model to the harmonic stopband characteristics. The cutoff section shows good cut-off characteristics below -20kHz up to about 11 GHz. Ring-hybrid design parameters are shown in Table 2 below, which are the physical lengths of the couplers manufactured through the optimization process.
상술한 바와 같이 본 발명에 따라 실제적으로 제작한 링-하이브리드의 성능에 대한 측정결과를 첨부한 도 9 내지 도 12를 참조하여 살펴보면, 첨부한 도 9는 커플링 구간의 전력 분배, 임피던스 정합 및 격리 특성을 나타내고 있으며, 도 10과 도 11은 동위상과 역위상 특성을 보여주고 있고, 도 12는 고조파 영역의 3체배 고조파를 포함한 11㎓까지 -20㏈이하의 광대역의 양호한 차단 특성을 보이고 있다.As described above, referring to FIGS. 9 to 12, the measurement results of the performance of the ring-hybrid actually manufactured according to the present invention will be described with reference to FIGS. 9 to 12. FIG. 9 is a diagram illustrating power distribution, impedance matching, and isolation of a coupling section. 10 and 11 show in-phase and inverse phase characteristics, and FIG. 12 shows good blocking characteristics of broadbands of -20 dB or less up to 11 dB including triplex harmonics in the harmonic region.
이러한 실제 실험 결과는 첨부한 도 5에 도시되어 있는 제1실시예에 따른 LPF 특성을 갖는 접힌 구조의 링-하이브리드 방향성 결합기에 대한 시뮬레이션 결과(도 7 참조)와 전반적으로 유사한 주파수 특성을 보여주고 있는 것을 알 수 있다This actual test result shows a frequency characteristic which is generally similar to the simulation result (see FIG. 7) for the ring-hybrid directional coupler having a folded structure according to the first embodiment shown in FIG. 5. I can know that
즉, 중심주파수 2.41㎓에서 일반적인 링-하이브리드와 같은 특성을 가지며 3차 고조파를 포함한 11㎓까지 -20㏈이하의 저지특성을 가지고 있음을 알 수 있고, 더욱이 링의 크기가 기존의 1/4 크기로 줄어들었다. 또한, 제작된 링-하이브리드의 측정된 주파수 특성 결과는 회로 및 EM시뮬레이션 결과와 잘 일치하는 것을 알 수 있다.That is, it can be seen that it has the same characteristics as the general ring-hybrid at the center frequency of 2.41 가지며 and has the stopping characteristic of -20 ㏈ or less up to 11 포함한 including the 3rd harmonic. Reduced to. In addition, it can be seen that the measured frequency characteristic results of the fabricated ring-hybrid are in good agreement with the circuit and EM simulation results.
상술한 제1실시예는 한쌍의 결합 선로와 개방 스터브를 결합하여 LPF 특성을 구현한 것인데, 이와 달리 2개의 결합선로(coupled line)를 이용하여 λ/4 길이의 선로로 전체 길이를 제한함과 동시에 커플링 크기와 각 결합선로의 아래에 오픈 스터브를 달아 저지 대역이 우수한 저역통과 여파기를 얻을 수 있는데, 이는 본 발명의 제2실시예로서 첨부한 도 13 이하의 도면을 참조하여 상세하게 살펴보기로 한다.In the first embodiment described above, LPF characteristics are realized by combining a pair of coupling lines and an open stub, whereas the total length is limited to a line having a length of λ / 4 by using two coupled lines. At the same time, a low pass filter having an excellent stop band can be obtained by attaching an open stub to each coupling line under the coupling size, which will be described in detail with reference to the accompanying drawings of FIG. 13 as a second embodiment of the present invention. Shall be.
첨부한 도 13은 본 발명에 따른 제2실시예에 이용하기 위하여 전체 길이가 λ/4로 설정되며 한쌍의 저역통과 여파기(LPF)를 이용한 마이크로스트립 선로 유닛을 나타낸다.13 shows a microstrip line unit having a total length set to [lambda] / 4 and using a pair of low pass filters (LPFs) for use in the second embodiment according to the present invention.
도 13에 도시된 마이크로스트립 선로 유닛(40)은, 각각 서로 인접하여 평행하게 배열된 제1 및 제2 결합선로(32a,32b)의 일단에 개방 스터브(31a,31b)가 연결되어 저지 대역이 우수한 제1 및 제2 저역통과 여파기(LPF) 블록(33a,33b)을 포함하고 있다. 상기 제1 및 제2 저역통과 여파기(LPF) 블록(33a,33b)은 전송선로(30)에 의해 상호 연결되고, 제1 및 제2 저역통과 여파기(LPF) 블록(33a,33b)과 전송선로(30)의 전체 길이는 λ/4로 설정된다.In the
상기 마이크로스트립 선로 유닛(40)은 제1실시예의 마이크로스트립 선로 유닛(21-26)과 유사하게 저지 대역이 우수한 저역통과 여파기(LPF)를 구성하고 있는 것을 특성그래프를 통하여 확인할 수 있다.Similar to the microstrip line units 21-26 of the first embodiment, the
또한, 도 13에 도시되어 있는 마이크로스트립 선로 유닛(40)은 전체 길이가 λ/4이므로 바로 방향성 결합기에 적용하는 것이 가능하다.In addition, the
도 13에서 설계한 마이크로스트립 선로 유닛을 이용하여 일반적인 방향성 결합기의 λ/4 선로에 대응시키는 경우 첨부한 도 14a에 도시되어 있는 바와 같이 구현할 수 있다. When the microstrip line unit designed in FIG. 13 is used to correspond to the λ / 4 line of the general directional coupler, it may be implemented as shown in FIG. 14A.
도 14a 및 도 14b는 각각 도 13에서 설계한 마이크로스트립 선로 유닛을 이용하여 구현된 본 발명의 제2실시예에 따른 저역통과 여파기를 구비한 링-하이브리드 방향성 결합기 및 도 14a의 구조를 간략화시킨 구조 예시도이다.14A and 14B show a simplified structure of FIG. 14A and a ring-hybrid directional coupler having a lowpass filter according to a second embodiment of the present invention implemented using the microstrip line unit designed in FIG. It is an illustration.
먼저, 도 14a를 참고하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 저역통과 여파기를 구비한 링-하이브리드 방향성 결합기는 도 13에서 설계한 6개의 제1 내지 제6 마이크로스트립 선로 유닛(41-46)을 상호 연결함에 의해 구성된다.First, referring to FIG. 14A, a ring-hybrid directional coupler having a low pass filter in accordance with a second embodiment of the present invention has six first to sixth microstrip line units 41-46 designed in FIG. 13. By interconnecting them.
도 14a에 도시된 제2실시예의 방향성 결합기는 12개의 저역통과 여파기(LPF)(33a,33b)를 포함하고 있으므로 이를 물리적으로 구현할 때 제작이 보다 용이하게 이루어지도록 하기 위하여 도 14b와 같이 변형하는 것이 가능하다. 즉, 2개의 저역통과 여파기(LPF)(33a,33b)를 하나로 통합하면, 6개의 저역통과 여파기(LPF)로 재구성된다.Since the directional coupler of the second embodiment shown in FIG. 14A includes twelve low pass filter (LPFs) 33a and 33b, the directional coupler may be modified as shown in FIG. It is possible. That is, when two low pass filters (LPFs) 33a and 33b are integrated into one, they are reconstituted into six low pass filters (LPFs).
그 결과 도 14b에 도시된 발명의 제2실시예에 따른 저역통과 여파기를 구비한 링-하이브리드 방향성 결합기는 제1 내지 제6 마이크로스트립 선로 유닛(61-66)으로 구성되며, 제1 내지 제6 마이크로스트립 선로 유닛(61-66) 각각은 제1 및 제2 전송선로(51,52)와, 제1 및 제2 전송선로(51,52)에 일단이 연결된 제1 및 제2 결합선로(53a,53b)와, 각 포트(1-4)와 연결되는 제3 결합선로(53c)와, 상기 제1 내지 제3 결합선로(53a,53b,53c)의 타단에 연결되는 개방 스터브(53d)로 구성되어 있다.As a result, the ring-hybrid directional coupler having the low pass filter according to the second embodiment of the invention shown in FIG. 14B is composed of the first to sixth
상기 제1 내지 제3 결합선로(53a,53b,53c)와 개방 스터브(53d)는 함께 저역통과 여파기(LPF) 블록(53)을 형성하며, 제1 내지 제6 마이크로스트립 선로 유닛(61-66) 각각의 개방 스터브(53d)는 제1실시예와 동일하게 각각 순차적으로 동일하게 제1 내지 제3 결합 선로(53a-53c)와 이루는 사이각이 약 30도를 이루도록 절곡되어 전송선로(51,52)를 향하여 방사상으로 연장되어 있다.The first to
또한, 상기 저역통과 여파기(LPF) 블록(53)은 커플링 대역의 주파수 보다 높은 차단주파수(fc)를 갖도록 설정되는 것이 바람직하다.In addition, the low pass filter (LPF) block 53 is preferably set to have a cutoff frequency (f c ) higher than the frequency of the coupling band.
상기한 본 발명에 따른 링-하이브리드 방향성 결합기는 개방 스터브(53d) 영역이 제1 내지 제3 결합 선로(53a-53c)와 전기적으로 연결만 된다면 접혀져도 기능적으로는 관계가 없기 때문에 개방 스터브(53d)를 접힌 구조로 형성하는 것이 가능하다.The ring-hybrid directional coupler according to the present invention described above has an
그 결과 본 발명에 따른 링-하이브리드 방향성 결합기는 LPF 특성을 가짐과 동시에 개방 스터브(53d)가 접힌 구조를 이루고 있어, 이를 물리적으로 구현하는 경우 도 16에 도시되어 있는 바와 같이 이루어진다.As a result, the ring-hybrid directional coupler according to the present invention has an LPF characteristic and at the same time has an
이때, 각 포트(1-4)에는 세 개의 라인이 커플링 되는 구조를 이용하였는데, 이는 구조를 좀 더 간단히 하여도 동일한 특성을 얻을 수 있었다.At this time, three ports are coupled to each of the ports 1-4, and the same characteristics can be obtained even with a simpler structure.
또한 설계한 방향성 결합기의 저지 대역이 전술한 저역통과 여파기의 저지 대역과 일치하는 특성을 보임으로써 저역통과 여파기의 특성이 변화하지 않고 그대로 적용 됐음을 알 수 있다.In addition, it can be seen that the stopband of the designed directional coupler is consistent with the stopband of the lowpass filter described above.
첨부한 도 15에는 도 14b에 도시되어 있는 광대역 저지 특성을 가지는 방향성 결합기 회로의 시뮬레이션 특성을 나타낸 것으로, 커플링 대역은 일반적인 커플러와 동일한 특성을 보이며 고조파 저지 대역 특성이 상당히 양호하게 나타난 것을 알 수 있다.FIG. 15 shows simulation characteristics of the directional coupler circuit having the broadband stop characteristic shown in FIG. 14B. The coupling band shows the same characteristics as the general coupler, and the harmonic stop band characteristics are quite good. .
또한, 상기 도 14b에 도시되어 있는 광대역 저지 특성을 가지는 방향성 결합기 회로를 실제적으로 구현해 보면 첨부한 도 16의 좌측에 도시되어 있는 바와 같이 구현가능하며, 이는 첨부한 도 6에 도시되어 있는 본 발명의 제 1실시예과 비교하여 볼 때 동일한 크기를 가지는 것을 알 수 있고, 따라서 도 16의 우측에 도시된 기존 결합기 크기의 25%로 상당히 감소되었음을 알 수 있다.In addition, when the directional coupler circuit having the broadband stop characteristic shown in FIG. 14B is actually implemented, it may be implemented as shown on the left side of the accompanying FIG. 16, and the present invention illustrated in FIG. Compared with the first embodiment, it can be seen that they have the same size, and therefore, they are considerably reduced to 25% of the existing coupler size shown on the right side of FIG.
도 15에 도시되어 있는 링-하이브리드 방향성 결합기의 EM 시뮬레이션 결과는 첨부한 도 17에 도시되어 있는 제작된 링-하이브리드 샘플의 측정된 주파수 특성 결과와 양호하게 일치하며, 도 17에 도시되어 있는 바와 같이 커플링 및 차단 구간의 특징은 일반적인 커플러와 동일한 특성을 보이며, 중심 주파수가 다소 내려갔으나, 차단 구간은 약 10 GHz까지 -30dB의 양호한 차단 특성을 보이는 것을 알 수 있다.The EM simulation results of the ring-hybrid directional coupler shown in FIG. 15 are in good agreement with the measured frequency characteristic results of the fabricated ring-hybrid sample shown in FIG. 17, as shown in FIG. 17. The characteristics of the coupling and blocking sections are similar to those of the general coupler, and the center frequency is slightly lowered, but the blocking section shows a good blocking characteristic of -30 dB up to about 10 GHz.
도 18 내지 도 21은 본 발명의 제2실시예에 따라 실제적으로 제작한 링-하이브리드 방향성 결합기의 성능에 대한 측정결과 나타낸 예시도로서, 첨부한 도 18은 커플링 구간의 전력 분배, 임피던스 정합 및 격리 특성을 나타내고 있으며, 도 19와 도 20은 동위상과 역위상 특성을 보여주고 있고, 도 21은 고조파 영역의 3체배 고조파를 포함한 11㎓까지 -20㏈이하의 광대역의 양호한 차단 특성을 보이고 있다.18 to 21 are exemplary views showing measurement results of the performance of the ring-hybrid directional coupler actually manufactured according to the second embodiment of the present invention. FIG. 18 is a diagram illustrating power distribution, impedance matching, and 19 and 20 show in-phase and anti-phase characteristics, and FIG. 21 shows good blocking characteristics of broadbands of -20 dB or less up to 11 dB including triplex harmonics in the harmonic range. .
이상의 설명에서 본 발명은 특정의 실시예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.While the invention has been shown and described in connection with specific embodiments thereof, it is well known in the art that various modifications and changes can be made without departing from the spirit and scope of the invention as indicated by the claims. Anyone who owns it can easily find out.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 LPF 특성을 갖는 접힌 구조의 링-하이브리드 방향성 결합기는, 각 포트 간에 결합 선로를 이용한 등가회로에서 전기적 길이 λ/4의 LPF를 조합하여 결합기의 크기 감소뿐만 아니라 광대역의 고조파 차단 특성도 나타내며, 중심 주파수에서 완전 정합 및 완전 분리가 가능하고, 링의 면적이 종래와 비교하여 1/4로 줄었을 뿐만 아니라 3체배 고조파를 포함한 11㎓까지 -20㏈ 이하로 고조파를 차단하는 우수한 특성을 갖는 효과가 있다.As described above, the ring-hybrid directional coupler having the LPF characteristics according to the present invention combines the LPF of the electrical length λ / 4 in an equivalent circuit using a coupling line between each port to reduce the size of the coupler as well as the broadband. It also shows the harmonic blocking characteristics of, and it is possible to be completely matched and completely separated at the center frequency, and the area of the ring is reduced to 1/4 compared to the conventional one, and it is possible to reduce the harmonics below -20 Hz to 11 Hz including tripled harmonics. It has the effect of having excellent properties of blocking.
Claims (10)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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KR1020060070995A KR100766875B1 (en) | 2006-07-27 | 2006-07-27 | Ring-hybrid type directional coupler using folded line structure having low pass filter characteristic |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR101665589B1 (en) * | 2015-09-18 | 2016-10-12 | 강원대학교산학협력단 | Coupled-line Directional Coupler Using Artificial Transmission Line |
CN112332061A (en) * | 2020-09-18 | 2021-02-05 | 西安益翔航电科技有限公司 | Design method of miniaturized stopband selectable microstrip 3dB coupler |
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2006
- 2006-07-27 KR KR1020060070995A patent/KR100766875B1/en not_active IP Right Cessation
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