KR101052713B1 - 써큘레이터/아이솔레이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 써큘레이터/아이솔레이터 내부에 조립되는 상층 페라이트 기판과 하층 페라이트 기판 사이에 불연속 계단형 스트립 라인을 갖는 중심도체를 구성함으로써 저 손실용 아이솔레이터의 공진기 구현에 있어 삽입손실을 줄여 공진기 크기를 줄일 수 있는 써큘레이터/아이솔레이터에 관한 것이다.

본 발명에 따르는 써큘레이터/아이솔레이터는, 상부 페라이트 기판과 하부 페라이트 기판 사이에 위치한 공진기; 상기 공진기의 외곽에 상호 동일한 각도로 형성되는 3개의 임피던스 확장 및 대역폭 전송 선로; 상기 각 선로 끝단에 각각 연결되어 외부회로와 신호가 연결되는 신호 입출력 단자; 및 상기 선로 사이의 상기 공진기 외곽에 형성되어 신호의 입력과 출력 사이에 위상변위를 발생시켜 삽입손실을 줄이는 불연속부 스트립라인을 포함하고, 상기 선로는 상기 공진기에 회로와 접지 사이의 커패시턴스를 형성하기 위해 서로 동일한 각도로 중심을 향하도록 불연속부 스텝 스트립라인으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

공진기, 스트립라인, 단자, 선로

Description

써큘레이터/아이솔레이터{Circulator/Isolator}

본 발명은 무선통신 시스템에 사용되는 써큘레이터/아이솔레이터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 써큘레이터/아이솔레이터 내부에 조립되는 상층 페라이트 기판과 하층 페라이트 기판 사이에 불연속 계단형 스트립 라인을 갖는 중심도체를 구성함으로써 저 손실용 아이솔레이터의 공진기 구현에 있어 삽입손실을 줄여 공진기 크기를 줄일 수 있는 써큘레이터/아이솔레이터에 관한 것이다.

일반적으로 고주파 통신시스템에서의 송신신호의 전달과정은 도1에 도시된 바와 같이 대역통과 필터를 통해 소정신호의 주파수 대역이 통과하고 통과된 신호는 전력증폭기를 거쳐 증폭된 후 안테나를 통해 송신된다. 이때, 안테나를 통해 역방향 신호가 입력되거나 송신된 신호의 반사파가 입력될 경우 송신 장비, 특히 전력 증폭기의 오동작을 야기시키거나 파손시키게 된다.

이를 방지하기 위해 송신시스템은 써큘레이터를 반드시 구비하게 되는데, 이 러한 써큘레이터는 도파관, 스트립라인, 동축케이블 등으로 구현될 수 있다. 이 가운데 스트립라인형 써큘레이터의 자성체 하부에 구비되는 정션은 원이나 삼각형 모양의 공진기를 사용하며, 이러한 공진기의 물리적인 크기는 파장에 비례하여 설계된다.

써큘레이터의 P1 단자로 입력된 송신 신호는 실선으로 표시된 바와 같이 써큘레이터의 P2 단자로 출력되어 안테나(4)를 통해 자유공간으로 송출된다. 안테나를 통해 입력되는 역방향 신호나 송신된 신호의 반사파가 써큘레이터의 P2 단자로 입력될 경우 이와 같은 불필요한 신호는 점선으로 표시된 바와 같이 써큘레이터의 P3 단자로 출력되어 종단저항(3)에서 열로 발산된다.

이러한 작용은 써큘레이터(10)가 P1 단자로 입력된 순방향 신호는 P2 단자로 통과시키고, P2 단자로 입력된 역방향 신호는 P3 단자로 통과시키는 비가역성과 순환성을 갖기 때문이며, 써큘레이터는 통상 P3 단자에 종단저항이 접속된 형태로서 비가역성 대칭기, 즉 아이솔레이터로 사용된다.

도2a는 종래의 일반적인 마이크로스트립라인/스트립라인 아이솔레이터/써큘레이터의 단면도이고, 도2b는 종래의 일반적인 마이크로스트립라인/스트립라인 아이솔레이터/써큘레이터의 평면도이다.

도2a에 도시된 바와 같이, 종래의 일반적인 3단자 마이크로스트립/스트립라인 아이솔레이터/써큘레이터는, 페라이트 기판(22)의 상, 하단에는 마이크로스트립/스트립 라인 패턴(24)과 접지전극(27)을 형성하고, 페라이트 기판(22)의 상,하부에는 상부 영구자석(23a)과 하부 영구자석(23b)이 위치하며, 상부 영구자석(23a)과 마이크로스트립/스트립라인(24) 사이에는 얇은 철판(28)이 삽입되어 구성된다.

마이크로스트립/스트립라인(24)의 전극패턴은 도2b에 도시된 바와 같이, 중앙부에는 일정 주파수에서 공진하는 원형 공진기(24)가 형성되고, 원형 공진기(24)와 외부회로를 연결하도록 원형 공진기(24)의 원주에는 서로 3 대칭을 이루며 3개의 전극단자를 이루는 제1전극(25a), 제2전극(25b), 제3전극(25c)이 각 전송선로(26a, 26b, 26c)를 거쳐 연결되고, 아이솔레이터일 경우는 제3 전극(25c)에 50Ω 부하저항을 연결하여 구성된다.

상기와 같은 마이크로스트립/스트립라인 아이솔레이터/써큘레이터에서는, 페라이트 기판(22)상의 마이크로스트립/스트립라인(24) 형상과 상부 영구자석(23a) 및 하부 영구자석(23b)의 비가역 특성에 의해, 외부회로의 신호가 시계방향으로 제1전극(25a)에서 제2 전극(25b)으로, 다시 제3 전극(25c)으로 전달되고, 다시 제1 전극(25a)으로 전달된다. 아이솔레이터일 경우는 제2전극(25b)에서 제3전극(25c)으로 신호가 전달되며, 그 신호는 제3전극(25c)에 연결된 부하저항을 통하여 신호가 소멸된다. 이때 신호전달방향을 반시계 방향으로 설정할 수도 있다.

그러나, 종래의 마이크로스트립/스트립라인 아이솔레이터/써큘레이터에서는, 원형 공진기(24)는 공진 주파수에 반비례하지만, 이동 통신이나 개인통신용 주파수에서 사용하기 위해 원형 공진기의 크기를 소형화하는데 제한을 받는다는 문제점을 갖는다. 따라서, 소형화되고 저삽입 손실을 갖는 마이크로스트립/스트립라인 아이솔레이터/써큘레이터에 대한 요구가 점점 증가하고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 낮은 삽입 손실을 갖고 소형화할 수 있는 아이솔레이터/써큘레이터를 제공하는 것이다.

본 발명에 따르는 아이솔레이터/써큘레이터는, 상부 페라이트 기판과 하부 페라이트 기판 사이에 위치한 공진기; 상기 공진기의 외곽에 상호 동일한 각도로 형성되는 3개의 임피던스 확장 및 대역폭 전송 선로; 상기 각 선로 끝단에 각각 연결되어 외부회로와 신호가 연결되는 신호 입출력 단자; 및 상기 선로 사이의 상기 공진기 외곽에 형성되어 신호의 입력과 출력 사이에 위상변위를 발생시켜 삽입손실을 줄이는 불연속부 스트립라인을 포함하고, 상기 선로는 상기 공진기에 회로와 접지 사이의 커패시턴스를 형성하기 위해 서로 동일한 각도로 중심을 향하도록 불연속부 스텝 스트립라인으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르는 아이솔레이터/써큘레이터는 상호동일한 각도로 형성되는 임피던스 확장 및 대역폭 전송선로들에서 위상변위를 일으켜 삽입손실을 줄이는 불연속부 스트립라인을 구성하여 공진기 크기를 줄일 수 있다.

본 발명에 따르는 아이솔레이터/써큘레이터는 재료정수의 의존성 강한 소자 영향을 완화시킴으로써 생산성 향상을 꾀할 수 있다.

본 발명에 따르는 아이솔레이터/써큘레이터는 이동통신, 개인통신 시스템 및 단말기의 소자보호와 임피던스 정합을 위해 사용할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

도3은 본 발명에 따르는 아이솔레이터/써큘레이터의 개략적인 단면도이다.

도4는 본 발명에 따르는 아이솔레이터/써큘레이터의 주파수 및 극점 특성도이다.

본 발명에 따르는 아이솔레이터/써큘레이터는, 상부 페라이트 기판과 하부 페라이트 기판 사이에 위치한 공진기(30); 상기 공진기(30)의 외곽에 상호 동일한 각도로 형성되는 3개의 임피던스 확장 및 대역폭 전송 선로(31); 상기 각 선로 끝단에 각각 연결되어 외부회로와 신호가 연결되는 신호 입출력 단자(33); 및 상기 선로 사이의 상기 공진기 외곽에 형성되어 신호의 입력과 출력 사이에 위상변위를 발생시켜 삽입손실을 줄이는 불연속부 스트립라인(32)을 포함하고, 상기 선로는 상기 공진기에 회로와 접지 사이의 커패시턴스를 형성하기 위해 서로 동일한 각도로 중심을 향하도록 불연속부 스텝 스트립라인으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 불연속부 스텝 스트립라인은 폭과 길이가 조절 가능하도록 구성 된다.

즉, 선로에는 상기 임피던스 확장 및 대역폭 전송 선로(31)와 동일한 직선상으로 폭과 길이를 조정해서 자계세기와 페라이트 제료 정수에 의해 발생하는 위상편차로 인한 손실을 줄여 아이솔레이션 특성을 향상시킬 수 있도록 불연속부 스텝 스트립 라인이 구성된다.

또한, 본 발명에서는 저 삽입손실용 아이솔레이터를 구현하기 위해 공진기의 각 선로 사이에도 불연속 스트립라인을 만들어 회로의 입력과 출력 사이에 위상 변위를 발생시켜 삽입손실을 감소시킨다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따르는 아이솔레이터/써큘레이터는, 전송 선로(31)에 형성된 불연속부 스텝 스트립라인과 전송 선로(31) 사이에 형성된 불연속부 스트립라인(32)의 폭과 길이를 조절함으로써 주파수 및 대역폭을 조절할 수 있을 뿐만 아니라, 기하학적으로 공진기의 기본모드를 낮게 형성함으로써 소형화할 수 있다.

공진기(30)의 내접하는 반지름(Ri)/외접하는 반지름(Ro)의 비로 주파수 조절이 가능해지는데, Ri/Ro의 비가 크면 공진 주파수가 올라가고, 그 비가 작아지면 공진 주파수가 내려간다. 즉, Ri/Ro 비를 이용하여 본 발명에 따르는 아이솔레이터/써큘레이터를 소형화할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르는 아이솔레이터/써큘레이터 구조의 특성상, 페라이트 사용영역을 줄여, 자석의 불균등한 자계 영향을 최대한 줄일 수 있으며, 외부회로에 대한 영향을 최소화할 수 있다. 즉, 페라이트의 사용영역을 줄여 저 삽입 손실을 갖는 아이솔레이터/써큘레이터를 제조할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사항을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이런 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

도1은 고주파 통신 시스템의 송신단의 개략적인 구성도이다.

도2a는 종래의 일반적인 마이크로스트립라인/스트립라인 아이솔레이터/써큘레이터의 단면도이다.

도2b는 종래의 일반적인 마이크로스트립라인/스트립라인 아이솔레이터/써큘레이터의 평면도이다.

도3은 본 발명에 따르는 아이솔레이터/써큘레이터의 개략적인 단면도이다.

도4는 본 발명에 따르는 아이솔레이터/써큘레이터의 주파수 및 극점 특성도이다.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 **

4 : 안테나 22 : 페라이트 기판

23a : 상부 영구자석 23b : 하부 영구자석

24 : 마이크로스트립/스트립라인 30 : 공진기

31 : 임피던스 확장 및 대역폭 전송 선로

32 : 불연속부 스트립라인

33 : 입출력 단자

Claims (2)

1. 상부 페라이트 기판과 하부 페라이트 기판 사이에 위치한 공진기;

   상기 공진기의 외곽에 상호 동일한 각도로 형성되는 3개의 임피던스 확장 및 대역폭 전송 선로;

   상기 각 선로 끝단에 각각 연결되어 외부회로와 신호가 연결되는 신호 입출력 단자; 및

   상기 선로 사이의 상기 공진기 외곽에 형성되어 신호의 입력과 출력 사이에 위상변위를 발생시켜 삽입손실을 줄이는 불연속부 스트립라인을 포함하고,

   상기 선로는 상기 공진기에 회로와 접지 사이의 커패시턴스를 형성하기 위해 서로 동일한 각도로 중심을 향하도록 불연속부 스텝 스트립라인으로 구성되며,

   상기 불연속부 스트립라인의 폭과 길이는 조절 가능한 것을 특징으로 하는

   아이솔레이터/써큘레이터.
2. 제1항에 있어서,

   상기 불연속부 스텝 스트립라인은 폭과 길이가 조절 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 하는

   아이솔레이터/써큘레이터.

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