KR101061069B1 - 위상 조정 기능을 갖는 위상 변위기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 위상 조정 기능을 갖는 위상 변위기에 관한 것이다. 본 발명의 위상 변위기는, 입력 단자와 출력 단자 사이에 직렬로 연결된 제 1 인덕터와 제 2 인덕터, 입력 단자와 출력 단자와 직렬로 연결되고, 제 1 인덕터와 제 2 인덕터에 병렬로 연결된 제 1 스위칭 소자, 일단이 제 1 인덕터와 제 2 인덕터 사이에 연결된 제 2 스위칭 소자, 일단이 제 2 스위칭 소자의 타단과 직렬로 연결된 제 3 인덕터 및, 제 1 스위칭 소자에 병렬로 연결된 저항 소자를 포함한다. 본 발명에 의하면 위상 변위기의 위상 값을 조정할 때, 삽입 손실이나 반사 손실 등 다른 특성에는 영향을 미치지 않으면서 위상 값 조정을 용이하게 수행할 수 있는 효과가 있다.
위상 변위기, 위상 조정, 인덕터, 인덕턴스, 저항, 임피던스

Description

위상 조정 기능을 갖는 위상 변위기{PHASE SHIFTER HAVING PHASE CONTROL FUNCTION}
본 발명은 위상 변위기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 위상 조정 기능을 갖는 위상 변위기에 관한 것이다.
위상 변위기(Phase Shifter)는 위상 배열 안테나 또는 레이더 시스템에서 안테나의 빔 방향 제어를 위해 필수적인 부품이다. 위상 변위기는 그 구현 방식에 따라 기계적 위상 변위기와 전자적 위상 변위기, 디지털 방식의 위상 변위기와 아날로그 방식의 위상 변위기로 구분할 수 있다.
이 중 전자적 위상 변위기는 다시 스위치드 라인형(Switched Line Type)과 스위치드 필터형(Switched Filter Type)으로 나눌 수 있다. 스위치드 라인형은 핀(Pin) 다이오드 또는 MESFET나 HEMT로 이루어진 스위치를 이용하여 신호가 통과하는 선로를 변경, 위상차를 주는 방식이다. 스위치드 필터형, 또는 반사형은 스위칭 소자의 온/오프(ON/OFF)시의 캐패시턴스 변화량을 이용하는 방식이다. 디지털 위상 변위기에는 이 중에서 스위치드 필터형이 주로 이용되는데, 이는 스위치드 필터형의 위상 변위기가 스위치드 라인형보다 더 작은 크기로 구현 가능하기 때문이다.
스위치드 필터형의 위상 변위기는 인덕터와 스위칭 소자를 이용하는데, 스위칭 소자의 온/오프 상태에 따라 고역 통과 필터/저역 통과 필터의 기능을 각각 수행할 수 있다. 이러한 스위치드 필터형 위상변위기는 주로 22.5도 이하의 위상차를 구현하는 멀티 비트 위상 변위기의 설계에 이용되고 있다. 멀티 비트 위상 변위기는 다수의 단위 비트 위상 변위기를 이용하여 제작된다.
멀티 비트 위상 변위기의 제작 후에는 각 단위 비트 위상 변위기들을 연동하여 시뮬레이션함으로써 그 성능을 시험한다. 연동 시뮬레이션을 수행할 때, 개별 위상 변위기의 입출력 반사손실 특성에 따라 상호 작용이 발생할 수 있다. 이러한 상호 작용으로 인하여, 멀티 비트 위상 변위기의 위상 변위 값은 이를 처음 제작할 때 기대했던 값과는 다르게 나타나게 된다. 이 경우 멀티 비트 위상 변위기 전체의 위상 오차를 줄이기 위해서, 각 단위 비트 위상 변위기의 위상 변위 값을 미세 조정할 필요가 있다.
그런데 기존의 스위치드 필터형 위상 변위기는 위상 변위 값을 조정하기 위해, 인덕터의 인덕턴스를 조정하거나 인덕터 자체를 교체하여야만 했다. 이렇게 위상 변위 값을 조정하는 것은 위상 변위기의 설계에 있어서 상당히 어려운 방법이다. 또한 인덕터를 이용하여 위상 변위 값을 조정함으로써 위상 변위 값 뿐만 아니라 변위기의 다른 특성들, 예를 들면 삽입 손실이나 반사 손실 등에도 변화가 생길 수 있어서, 최악의 경우에는 회로 설계를 다시 해야하는 경우도 발생할 수 있다.
따라서 본 발명은 위상 변위기의 위상 값을 조정할 때, 삽입 손실이나 반사 손실 등 다른 특성에는 영향을 미치지 않으면서 위상 값 조정을 용이하게 수행할 수 있는 위상 변위기를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
또한 본 발명은 인덕터의 인덕턴스를 조정하거나 인덕터 자체를 교체하지 않고도 위상 변위 값을 조정함으로써 멀티 비트 위상 변위기의 설계 및 제작을 보다 용이하게 할 수 있는 위상 변위기를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 위상 변위기에 있어서, 입력 단자와 출력 단자 사이에 직렬로 연결된 제 1 인덕터와 제 2 인덕터, 입력 단자와 출력 단자와 직렬로 연결되고, 제 1 인덕터와 제 2 인덕터에 병렬로 연결된 제 1 스위칭 소자, 일단이 제 1 인덕터와 제 2 인덕터 사이에 연결된 제 2 스위칭 소자, 일단이 제 2 스위칭 소자의 타단과 직렬로 연결된 제 3 인덕터 및, 제 1 스위칭 소자에 병렬로 연결된 저항 소자를 포함하는 것을 일 특징으로 한다.
또한 본 발명은 위상 변위기에 있어서, 입력 단자와 출력 단자 사이에 직렬로 연결된 제 1 인덕터와 제 2 인덕터, 입력 단자와 출력 단자와 직렬로 연결되고, 제 1 인덕터와 제 2 인덕터에 병렬로 연결된 제 1 스위칭 소자, 일단이 제 1 인덕터와 제 2 인덕터 사이에 연결된 제 2 스위칭 소자, 일단이 제 2 스위칭 소자의 타단과 직렬로 연결된 제 3 인덕터 및, 제 2 스위칭 소자에 병렬로 연결된 저항 소자를 포함하는 것을 다른 특징으로 한다.
전술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 위상 변위기의 위상 값을 조정할 때, 삽입 손실이나 반사 손실 등 다른 특성에는 영향을 미치지 않으면서 위상 값 조정을 용이하게 수행할 수 있는 위상 변위기를 제공할 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명은 인덕터의 인덕턴스를 조정하거나 인덕터 자체를 교체하지 않고도 위상 변위 값을 조정함으로써 멀티 비트 위상 변위기의 설계 및 제작을 보다 용이하게 할 수 있는 위상 변위기를 제공할 수 있는 장점이 있다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 위상 조정 기능을 갖는 위상 변위기의 회로 구성도이다.
도 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 위상 변위기는 입력 단자(102), 출력 단자(104)를 갖고 있다. 입력 단자(102)와 출력 단자(104) 사이에는 제 1 인덕터(106), 제 2 인덕터(108)가 직렬로 연결되어 있다. 그리고 입력 단자(102) 및 출력 단자(104)와 직렬로 연결되면서 제 1 인덕터(106) 및 제 2 인덕터(108)와는 병렬로 연결된 제 1 스위칭 소자(110)가 존재한다.
그리고 제 1 인덕터(106)와 제 2 인덕터(108) 사이에 일단이 연결된 제 2 스위칭 소자(112)가 존재한다. 제 2 스위칭 소자(112)의 타단에는 제 3 인덕터(114)의 일단이 연결되며, 제 3 인덕터(114)의 타단에는 접지가 연결된다. 또한 제 2 스위칭 소자(112)에는 위상 변위 값을 미세 조정하기 위한 저항 소자(116)가 연결되어 있다.
저항 소자(116)가 없다고 가정할 때, 도 1에 나타난 위상 변위기의 기본 동작 원리는 다음과 같다. 만약 제 1 스위칭 소자(110) 및 제 2 스위칭 소자(112)가 모두 열린 상태가 되면, 신호는 직렬로 연결된 제 1 인덕터(106) 및 제 2 인덕터(108)만을 통과하게 될 것이다. 이 경우 위상 변위기는 저역 통과 필터와 같은 역할을 하게 되고 위상은 지연(lag)된다. 만약 제 1 스위칭 소자(110) 및 제 2 스위칭 소자(112)가 모두 닫힌 상태가 되면, 신호는 접지와 연결된 제 3 인덕터(114)를 거치게 된다. 따라서 위상 변위기는 고역 통과 필터와 같은 역할을 하고, 위상은 앞서게(lead) 된다.
도 1에 나타난 위상 변위기에서 만약 저항 소자(116)가 연결되어 있지 않다면, 위상 변위기의 위상 값을 원하는 값으로 조정하기 위해 인덕터(106, 108, 114)의 인덕턴스를 조정하거나, 인덕터(106, 108, 114) 자체를 교체해야만 한다. 하지만 이러한 방법을 통해 위상 변위 값을 조정한다면, 위상 변위 값 뿐만 아니라 위상 변위기의 다른 특성들, 예를 들면 삽입 손실이나 반사 손실들이 함께 변할 수 있기 때문에 최악의 경우에는 회로를 처음부터 다시 설계해야 하는 경우까지 생길 수 있다. 따라서 본 발명의 바람직한 실시예에서는, 인덕터(106, 108, 114)가 아닌 저항 소자(116)를 이용하여 위상 변위 값을 미세 조정한다.
이하에서는 도 1과 같이 저항 소자(116)가 제 2 스위칭 소자(112)에 연결된 상태에서의 위상 변위기의 동작에 대해 설명한다. 우선 저항 소자(116)는 제 2 스위칭 소자(112)가 닫혀 있을 때의 저항 값보다 수십배 이상의 큰 값을 갖도록 하여 회로의 위상 특성에 거의 영향을 미치지 않도록 한다. 만약 제 1 스위칭 소자(110) 및 제 2 스위칭 소자(112)가 모두 열린 상태가 되면, 신호는 제 1 인덕터(106) 및 제 2 인덕터(108) 뿐만 아니라 제 1 인덕터(106) 및 제 2 인덕터(108)에 병렬로 연 결된 저항 소자(116) 및 제 3 인덕터(114)를 거치게 된다. 이 때 저항 소자(116)의 저항 값을 변동시키면, 직렬로 연결된 저항 소자(116)와 제 3 인덕터(114)의 임피던스가 변화하게 되므로 저역 통과 필터 구조에서의 위상 변위기의 위상이 변하게 된다. 따라서, 저항 소자(116)의 저항 값을 변경하거나 저항 소자(116)를 교체하는 등의 방법을 통해 보다 용이하게 위상 변위기의 위상 조정이 가능해진다.
여기서 사용되는 저항 소자(116)에는 기존에 사용되고 있는 어떠한 저항 소자도 이용될 수 있다. 특히 가변 저항 소자를 이용한다면 보다 손쉽게 위상 조정이 가능할 것이다.
도 1에 나타난 것과 같은 단위 비트 위상 변위기는 다른 위상차를 갖는 위상 변위기들과 입력 단자(102) 및 출력 단자(104)를 통해 연결됨으로써, 멀티 비트 위상 변위기로 제작될 수 있다. 멀티 비트 위상 변위기를 제작할 때, 각 단위 비트 위상 변위기들의 반사 손실 특성에 의하여 회로 설계 시에 예측했던 위상 변위 특성과는 다른 위상 특성이 나타날 수 있다. 따라서 멀티 비트 위상 변위기의 설계 및 제작 시에는 이러한 단위 비트 위상 변위기의 위상 변위 특성 변화를 보정할 필요가 있다. 만약 도 1과 같이 위상 조정을 위한 저항 소자(116)가 없다면, 위상 조정을 위해 각 단위 비트 위상 변위기의 인덕터의 인덕턴스 값을 변경해야 할 것이다. 이는 위상 변위기의 설계 및 제작에서 위상 조정을 어렵게 하는 요인이 된다. 따라서 본 발명의 바람직한 실시예에 나타난 것과 같은 저항 소자(116)를 추가하고 이 저항 소자(116)의 저항 값을 조정함으로써, 위상 변위기의 삽입 손실이나 반사 손실의 변화를 최소하하며 위상 조정을 용이하고 효율적으로 수행할 수 있다.
도 1에서는 저항 소자가 제 2 스위칭 소자(112)에 연결된 경우만을 예로 들어 설명하였으나, 이는 반드시 그래야만 하는 것은 아니다. 즉, 저항 소자는 제 1 스위칭 소자(110)에 연결될 수도 있고, 또는 제 1 스위칭 소자(110) 및 제 2 스위칭 소자(114)에 모두 연결될 수도 있다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 위상 변위기의 저항 소자의 저항 값을 변경시켰을 때 위상 변위기의 위상 값을 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명에 의한 위상 변위기, 특히 11.2도 위상 변위기의 위상 값 변화를 나타내고 있다. 이는 저항 소자(116)의 저항 값을 200±100 ohm 으로 변화시킬 때, 스위치가 닫힌 상태(202) 및 열린 상태(204)에서의 위상 값을 보여주고 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 스위치가 닫힌 상태(202)일 때는 저항 소자(116)의 저항 값이 변화하더라도 위상 특성에는 거의 변화가 생기지 않는다. 따라서 도 2의 그래프에서는 위상 값이 마치 하나의 직선처럼 나타나고 있는 것을 알 수 있다. 하지만 스위치가 열린 상태(204)일 때는 저항 소자(116)의 저항 값 변화에 따라서 위상 값도 각각 변화하는 것을 확인할 수 있다. 이러한 특성을 이용하여 위상 변위기의 위상을 조정할 수 있는 것이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 위상 변위기의 저항 소자의 저항 값을 변경시켰을 때 위상 변위기의 위상 차 변동을 나타내는 그래프이다.
도 3은 도 2와 동일한 위상 변위기, 즉 11.2도 위상 변위기를 통해 얻어지는 그래프로서, 저항 소자(116)의 저항 값을 200±100 ohm 으로 변화시킬 때의 위상 변동을 보여준다. 이 위상 변위기는 저항 소자(116)의 저항 값이 180 ohm 일 때, 9.5GHz에서 약 11.2도의 위상차를 나타내도록 설계되었다. 도 3에 나타난 바와 같이, 저항 소자(116)의 저항 값이 200±100 ohm 으로 변할 때 위상 변위기의 위상 차는 9.5~13.5도 사이의 값을 가지게 된다. 따라서 약 4도 정도의 위상 값 변동이 존재하는 것을 확인할 수 있다.
이러한 본 발명에 의하면, 위상 변위기의 위상 값을 조정할 때, 삽입 손실이나 반사 손실 등 다른 특성에는 영향을 미치지 않으면서 위상 값 조정을 용이하게 수행할 수 있는 위상 변위기를 제공할 수 있는 장점이 있다.
또한 인덕터의 인덕턴스를 조정하거나 인덕터 자체를 교체하지 않고도 위상 변위 값을 조정함으로써 멀티 비트 위상 변위기의 설계 및 제작을 보다 용이하게 할 수 있는 위상 변위기를 제공할 수 있는 장점이 있다.
전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 위상 조정 기능을 갖는 위상 변위기의 회로 구성도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 위상 변위기의 저항 소자의 저항 값을 변경시켰을 때 위상 변위기의 위상 값을 나타내는 그래프.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 위상 변위기의 저항 소자의 저항 값을 변경시켰을 때 위상 변위기의 위상 차 변동을 나타내는 그래프.

Claims (6)

  1. 입력 단자와 출력 단자 사이에 직렬로 연결된 제 1 인덕터와 제 2 인덕터;
    상기 입력 단자와 상기 출력 단자와 직렬로 연결되고, 상기 제 1 인덕터와 상기 제 2 인덕터에 병렬로 연결된 제 1 스위칭 소자;
    일단이 상기 제 1 인덕터와 상기 제 2 인덕터 사이에 연결된 제 2 스위칭 소자;
    일단이 상기 제 2 스위칭 소자의 타단과 직렬로 연결된 제 3 인덕터; 및
    상기 제 1 스위칭 소자에 병렬로 연결된 저항 소자를
    포함하는 위상 변위기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 저항 소자는
    가변 저항 소자를 포함하는 위상 변위기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3 인덕터의 타단은 접지와 연결되는 위상 변위기.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
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