KR100997469B1 - 마이크로스트립 회로와 도파관 사이에 있는 트랜지션과 이트랜지션을 포함하는 외부 송신 수신 유닛 - Google Patents

마이크로스트립 회로와 도파관 사이에 있는 트랜지션과 이트랜지션을 포함하는 외부 송신 수신 유닛 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마이크로스트립 회로와 도파관 사이에 존재하는 트랜지션 및 이 트랜지션을 포함하는 외부 송신 수신 유닛에 관한 것이다. 본 발명은 마이크로스트립 기술 회로와 이 마이크로스트립 회로에 전기적으로 연결된 프로브(122)를 구비하는 도파관(103) 사이에 있는 트랜지션(105)을 제안한다. 이 트랜지션은 도파관의 바닥으로부터 파장의 1/4의 홀수배 거리(D)에 파의 진행 방향에 수직인 평면과 동일 레벨에 위치된 제 1 홀(124)에 의해 결합된 적어도 하나의 제 1 공진 공동(127)을 포함한다. 이 공동(127)이 구비된 트랜지션은 대역차단 필터로서 거동한다. 이 트랜지션(105)은 도파관 타입의 안테나와 마이크로스트립 기술로 구현된 송신 회로를 포함하는 송신 시스템의 외부 유닛(1)에 배치된다. 송신 회로는 적어도 하나의 국부 발진기를 포함하며, 공진 공동(127)은 이 국부 발진기의 주파수에 동조된다.

Description

마이크로스트립 회로와 도파관 사이에 있는 트랜지션과 이 트랜지션을 포함하는 외부 송신 수신 유닛{TRANSITION BETWEEN A MICROSTRIP CIRCUIT AND A WAVEGUIDE AND OUTSIDE TRANSMISSION RECEPTION UNIT INCORPORATING THE TRANSITION}
도 1 은 종래 기술에 따른 외부 유닛을 도시하는 도면.
도 2 는 본 발명에 따른 외부 유닛을 도시하는 도면.
도 3 및 도 4 는 본 발명에 따른 트랜지션의 제 1 실시예를 도시하는 도면.
도 5 및 도 6 은 본 발명에 따른 트랜지션의 제 2 실시예를 도시하는 도면.
<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1, 100 : 외부 유닛 101 : 송신 회로
102 : 수신 회로 103 : 도파관
105, 106 : 트랜지션 104 : 혼, 안테나
107 : 국부 발진기 108 : 믹서
109 : 대역통과 필터 110, 111 : 전력 증폭기
120 : 기판 122 : 프로브
123 : 도파관 바닥 124, 129 : 슬롯
125, 126 : 가로대 127, 128 : 공동
본 발명은 마이크로스트립 회로와 도파관 사이에 있는 트랜지션(transition)에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명의 대상이 되는 트랜지션은 외부 송신/수신 유닛의 송신 회로를 위한 트랜지션에 관한 것이다. 또한 본 발명은 외부 송신/수신 유닛에 관한 것이다.
양방향 위성 송신장치들이 대중시장 부문에서 개발되도록 요구되어, 현재 대규모로 이들 송신장치를 배포할 수 있도록 저가의 솔루션이 모색되고 있다. 양방향 시스템에서는, 2개의 안테나 대신에 하나의 동일한 저가의 안테나를 사용하는 것이 바람직하다.
하나의 알려져 있는 문제는, 송신되는 신호가 특정 템플레이트 내에 있을 것을 요구하는, 주파수 할당을 위한 공공 협회(public organizations)에 의해 정의된 송신 표준과의 호환성이다. 또 다른 알려져 있는 문제는 송신과 수신 사이의 결합 (coupling)에 관한 것이다. 구체적으로, 동일한 안테나가 송신과 수신 모두를 위해 사용되는 경우, 고출력으로 송신되는 신호는 저출력으로 수신되는 신호를 방해할 수 있다. 비록 송신 대역과 수신 대역이 분리되어 있긴 하지만, 저 잡음 증폭기의 포화를 감소하기 위해서는 수신시에 우수한 필터링을 제공할 필요가 있다.
송신용으로 사용되는 국부 발진기는 송신 대역과 매우 근접하여 있는 주파수에 있을 수 있으며 이로 매우 가까운 주파수에 대해 효과적인 대역통과 필터의 실 현을 방해할 수 있다. 더구나, 국부 발진기에 해당하는 신호도 송신되는 신호만큼 증폭된다. 국부 발진기에 해당하는 주파수 라인(frequency line)을 감쇠하기 위해서는 추가적인 대역차단 필터를 사용하는 것으로 알려져 있다.
도 1 은 종래 기술에 따른 예시적인 외부 유닛(1)을 도시한다. 믹서(3)의 출력에서, 대역통과 필터(4)는 송신 대역을 선택하고 국부 발진기(2)의 주파수에 해당하는 신호를 감쇠시킨다. 그러나, 이러한 필터링은 충분치 않아서 국부 발진기 (2)의 주파수에 해당하는 신호를 적어도 50㏈만큼 감쇠시키도록 대역차단 필터(5)를 추가할 것을 요구한다. 이후 전력 증폭기(6)는 송신될 신호를 증폭하며, 이후 이 증폭된 신호는 마이크로스트립 기술 회로와 혼(9)에 연결된 도파관(8) 사이에 있는 트랜지션에 의해 전자기파로 변환된다. 대역차단 필터(5)를 사용하는 것은 국부 발진기(2)에 해당하는 신호 성분을 제거하는 효과를 제공한다. 이로 인해, 국부 발진기(2)의 주파수는 더 이상 송신에 있어 방해거리가 되지 않는다. 나아가, 국부 발진기(2)의 주파수에 해당하는 신호에 대한 가능한 에코(echo)가 크게 감쇠되기 때문에, 이것은 수신 회로의 저잡음 증폭기의 포화에 더욱 더 적게 개입한다.
다른 한편으로, 마이크로스트립 기술 필터를 구현하려면, 증폭기(11 및 12)을 추가하는 것과 마이크로스트립 라인을 연장하는 것이 요구된다. 마이크로스트립 기술로는 대역차단 필터(5)를 구현하는데 우수한 품질 계수(quality factor)가 달성되지 못한다. 이것은 대역 통과 필터(4)에 대한 제약이 증가되게 하기 때문에, 50㏈의 감쇠를 얻는 것도 비교적 어렵다.
본 발명은 마이크로스트립 회로와 도파관 사이에 있는 트랜지션 레벨에서 하나 이상의 공진 공동(resonant cavity)을 제공함으로써 대역차단 필터에 관련된 문제를 제거하는 것을 제안한다.
본 발명은, 마이크로스트립 기술 회로와 이 마이크로스트립 회로에 전기적으로 연결된 프로브를 구비하는 도파관 사이에 있는 트랜지션에 관한 것으로서, 상기 프로브는 파의 전파 방향에 수직인 평면에 배치되며, 상기 평면은 도파관의 바닥으로부터 도파되는 파장의 1/4의 홀수배가 되는 거리에 위치되는, 트랜지션에 관한 것이다. 이 트랜지션은 상기 평면과 동일 레벨에 배치된 제 1 홀에 의해 결합된 적어도 하나의 제 1 공진 공동을 포함한다.
바람직하게는, 상기 제 1 공동은, 상기 트랜지션이 결정된 주파수에서 대역차단 필터로서 거동하도록 상기 결정된 주파수에서 공진하도록 사이즈가 정해진다. 이 도파관은 직사각형 단면으로 되어 있으며 홀은 슬롯이다.
일 변형에 따라, 도파관은 제 1 홀과 직경 방향으로 반대편에 있는 제 2 홀에 의해 도파관에 결합된 제 2 공동을 포함한다. 제 1 공동과 제 2 공동은, 트랜지션이 대역차단 필터로서 거동하도록 2개의 인접한 주파수에서 공진하도록 사이즈 정해지며, 여기서 대역은 상기 공동의 제조 공차에 해당하는 주파수 공차에 대응하는 폭으로 되어 있다.
또한 본 발명은, 적어도 하나의 국부 발진기를 포함하며 마이크로스트립 기술로 구현된 송신 회로와, 도파관 타입의 송신/수신 안테나를 포함하는 송신/수신 시스템의 외부 유닛에 관한 것이다. 이 유닛은 송신 회로와 안테나 사이에 위에서 한정된 트랜지션을 포함한다.
바람직하게는, 공동의 공진 주파수는 제조 공차 내에서 국부 발진기의 발진 주파수에 해당한다. 2개의 공동의 공진 주파수는 국부 발진기의 주파수의 양측에 배치된다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 이후 상세한 설명으로부터 보다 더 명확하게 이해될 것이며 이와 다른 특징과 장점 또한 분명해질 것이다.
도 1 은 이미 설명되었으므로 더 이상 상술되지 않을 것이다.
도 2 는 본 발명에 따른 양방향 통신 시스템을 개략적으로 도시한다. 이 통신 시스템은, 예를 들어, 2개의 동축 케이블(201 및 202)에 의해 내부 유닛(200)에 연결된 외부 유닛(100)을 포함하는 위성 통신 시스템이다.
이 외부 유닛(100)은 마이크로스트립 기술로 구현된 송신 회로(101)와 수신 회로(102)를 포함한다. 도파관(103)은, 혼(104)과 한편으로는 트랜지션(105)에 의해 송신 회로(101) 사이에 그리고 다른 한편으로는 트랜지션(106)에 의해 수신 회로(102) 사이에 접합부(junction)를 구현한다. 예를 들어, 포물면 반사경과 같은 집속 수단(미도시됨)이 정해진 방향으로 파를 지향시키도록 이 혼을 향한다. 송신 회로(101)와 도파관(103)을 연결하는 트랜지션(105)은 대역차단 필터를 포함하며 도 3 내지 도 6을 참조하여 보다 더 상세하게 설명될 것이다.
송신 회로는, 예를 들어 950MHz와 1450MHz 사이에 있는 중간 송신 주파수 대역에 위치된 신호를, 예를 들어 29.5GHz와 30GHz 사이에 있는 송신 주파수 대역으 로 변환을 수행하기 위한 믹서(108)에 결합된 국부 발진기(107)를 포함한다. 국부 발진기(107)의 주파수는 28.55GHz의 주파수에, 즉 송신되는 주파수 대역에 매우 가까이에 위치되어 있다. 대역통과 필터(109)는 송신 대역을 선택하며 27.1GHz와 27.6GHz 사이에 놓여 있는 이미지 대역을 제거하여, 이 대역통과 필터(109)의 사이즈 조절(dimensioning)은 국부 발진기(107)의 존재를 고려하지 않고도 수행되게 해준다. 대역통과 필터(109)와 트랜지션(105) 사이에 놓여 있는 전력 증폭기(110)는 송신될 신호를 증폭한다. 추가 증폭기(111)는 믹서(108)와 필터(109) 사이에 배치된다.
앞서 지적한 바와 같이, 트랜지션(105)은 국부 발진기(107)의 주파수를 제거하기 위한 대역차단 필터를 포함한다. 도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 트랜지션 (105)의 제 1 실시예를 도시한다. 도 3은 이 트랜지션의 실제 윤곽을 도시하며, 도 4는 이 트랜지션의 파단 단면도를 도시한다.
이 트랜지션(105)은, 도 3 및 도 4에 도시되어 있지는 않지만 기판(120)에 의해 지지되는 송신 회로(101)와 도파관(103) 사이의 접합부를 형성한다. 이 기판(120)에 의해 지지되며 송신 회로(101)에 연결된 마이크로스트립 라인(121)은 도파관 내부에서 프로브(122)로 변형된다. 이 기판(120)은 도파관(103)의 바닥 (123)으로부터 거리 D에 배치되며, 여기서 D는 도파관(103)에 의해 도파되는 파장의 1/4의 홀수배이다.
트랜지션(105)의 레벨에서, 2개의 가로대(ledges)(125, 126)로 한정된 슬롯 (124)이 기판(120)의 레벨에서 도파관(103)의 일측에 배치된다. 이 슬롯(124)은 공 동(127) 내로 이어진다. 공동(127)은, 국부 발진기(107)의 주파수와 거의 같은 공진 주파수를 갖도록 사이즈 조정된다. 공동(127)의 존재는 주파수 트랩(trap)으로 작용하며 매우 우수한 품질의 대역차단 필터로 거동한다.
제조 면에서 보면, 이 트랜지션은 도 4에 도시된 바와 같이, 2개의 부품으로 제조된다. 각 부품은, 예를 들어, 몰딩 및/또는 기계가공으로 생산된 2개의 반쪽 부분(half-shells)으로 구성될 수 있다. 트랜지션(105)의 레벨에 배치된 공동(127)의 사용은, 종래의 도파관 필터에서 그랬던 것 같은 도파관의 사이즈를 증가시키지 않게 한다.
공동(127)의 치수에 대한 공차로 인해 제조하는데 어려움이 발생한다. 이 공동은, 공진 주파수가 국부 발진기의 주파수에 매우 가깝도록 (이상적으로는 동일하도록) 충분히 정밀하게 기계가공되어야 한다. 현재, 이러한 기계가공의 정밀도는 대량 생산에 있어 비용이 많이드는 것으로 볼 수 있다.
도 5 및 도 6을 참조하여 도시된 일 변형 실시예에 따라, 제 2 슬롯(129)에 의해 도파관(103)에 결합된 제 2 공동(128)이 트랜지션(105)의 레벨에 추가된다. 제 2 슬롯(129)은 기판(120)에 대해 중심에 위치되며, 예를 들어, 제 1 슬롯(124)과 반대쪽에 있는 도파관(103)의 면에 배치된다.
제 1 공동(127)과 제 2 공동(128)은, 그 공진 주파수가 국부 발진기(107)의 주파수의 양측에 배치되며 그리고 상기 공동(127 및 128)의 제조 공차로부터 기인하는 주파수 변화보다 약간 더 큰 주파수 대역만큼 서로 이격되어 있도록 사이즈 조절된다. 그리하여, 2개의 공동을 사용하면, 저가의 제조 공차를 사용할 수 있으 면서 국부 발진기(107)의 주파수를 위한 대역 차단 필터가 제조된다.
본 발명의 다른 변형도 가능하다. 선호되는 예시적인 실시예는 직사각형 단면의 도파관을 보여주지만, 이것은 원형, 정사각형, 또는 타원 단면의 도파관을 가지는 것도 전적으로 가능하다. 또한 슬롯은 임의의 타입의 결합 홀로 교체될 수 있으며 공동의 형상은, 이들이 두 실시예에서 지적된 바와 같이 국부 발진기에 동조되는 공진 주파수를 가지는 한, 그리 중요하지 않다.
전술된 바와 같이, 본 발명은, 추가적인 대역차단 필터를 요구하지 않으면서 국부 발진기에 해당하는 주파수 라인을 효과적으로 감쇠시켜 우수한 품질의 송신과 수신 품질을 제공할 수 있는 등의 효과를 가진다.

Claims (8)

  1. 마이크로스트립 기술 회로와, 상기 마이크로스트립 회로에 전기적으로 연결된 프로브(122)를 구비하는 도파관(103) 사이에 있는 트랜지션(105)으로서, 상기 프로브는 상기 도파관 내에서 파의 진행 방향에 수직인 평면 내의 기판 위에 배치되며, 상기 기판은 상기 도파관의 바닥으로부터 도파되는 파장의 1/4의 홀수배가 되는 거리(D)에 위치되는, 트랜지션(105)에 있어서,
    상기 트랜지션은 상기 기판의 레벨에 배치되는 제 1 홀(124)에 의해 결합된 제 1 공진 공동(127)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 트랜지션.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 공동(127)은, 상기 트랜지션이 결정된 주파수에서 대역차단 필터로서 거동하도록 상기 결정된 주파수에서 공진하도록 사이즈 조절되는(dimensioned) 것을 특징으로 하는, 트랜지션.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 도파관은 직사각형 단면으로 되어 있으며 상기 홀은 슬롯인 것을 특징으로 하는, 트랜지션.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 도파관은 상기 제 1 홀과 직경 방향으로 반대쪽에 있는 제 2 홀(129)에 의해 상기 도파관에 결합된 제 2 공동(128)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 트랜지션.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 공동(127 및 128)은, 상기 트랜지션이 대역차단 필터로서 거동하도록 결정된 주파수 양측의 2개의 인접하는 주파수에서 공진하도록 사이즈 조절되며, 여기서 상기 2개의 인접하는 주파수는 상기 공동의 제조 공차에 해당하는 주파수 공차만큼 이격되는 것을 특징으로 하는, 트랜지션.
  6. 적어도 하나의 국부 발진기(107)를 포함하며 마이크로스트립 기술로 구현된 송신 회로(101)와 도파관 타입의 송신/수신 안테나(104)를 포함하는 송신/수신 시스템의 외부 유닛(1)에 있어서,
    상기 외부 유닛은 상기 송신 회로(101)와 상기 안테나(104) 사이에 제1항에 기재된 트랜지션(105)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 외부 유닛.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 공동(127)의 공진 주파수는 제조 공차 내에서 상기 국부 발진기(107)의 발진 주파수에 해당하는 것을 특징으로 하는, 외부 유닛.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 도파관은 제 2 홀(129)에 의해 상기 도파관에 결합된 제 2 공동(128)을 포함하고, 상기 제 2 홀은 상기 제 1 홀과 직경방향으로 반대 방향에 있고, 상기 2개의 공동(127, 128)의 공진 주파수는 상기 국부 발진기(107)의 주파수의 양측에 배치되는 것을 특징으로 하는, 외부 유닛.
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