KR101061873B1 - Design Method of Microstrip Directional Coupler - Google Patents

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Abstract

마이크로스트립 방향성 결합의 설계 방법이 개시된다. 본 발명의 마이크로스트립 방향성 결합기는, 유전체 상에 소정 간격으로 이격되게 배치되며 소정의 폭 및 길이를 가지는 제1 및 제2 마이크로스트립 선로로 이루어지는 마이크로스트립 결합 선로; 상기 제1 마이크로스트립 선로의 중간 지점과 접지 사이에 연결되는 제1 인덕터; 및 상기 제2 마이크로스트립 선로의 중간 지점과 접지 사이에 연결되는 제2 인덕터를 포함하고, 상기 설계 방법은, (a) 주어진 목표 시스템 임피던스 및 목표 결합도를 가지고 상기 마이크로스트립 결합 선로의 우모드 임피던스, 기모드 임피던스, 우모드 전기적 길이, 및 기모드 전기적 길이를 구하는 과정; (b) 상기 구해진 우모드 임피던스, 기모드 임피던스, 우모드 전기적 길이, 및 기모드 전기적 길이에 따라서 상기 제1 및 제2 인덕터의 인덕턴스를 구하는 과정; (c) 상기 구해진 인덕턴스를 반영하여 시스템 임피던스 및 결합도를 구하는 과정; 및 (d) 상기 구해진 시스템 임피던스 및 결합도에 따라서 상기 목표 시스템 임피던스 및 목표 결합도를 보상하는 과정; (e) 상기 보상된 목표 시스템 임피던스 및 목표 결합도를 가지고 상기 (a) 내지 (d) 과정을 반복하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.A method of designing microstrip directional bonds is disclosed. The microstrip directional coupler of the present invention comprises: a microstrip coupling line consisting of first and second microstrip lines spaced at predetermined intervals on a dielectric and having a predetermined width and length; A first inductor connected between an intermediate point of the first microstrip line and ground; And a second inductor connected between the midpoint of the second microstrip line and ground, the design method comprising: (a) a right mode impedance of the microstrip coupling line with a given target system impedance and a target coupling degree; Obtaining a pre-mode impedance, a right mode electrical length, and a pre-mode electrical length; (b) obtaining inductances of the first and second inductors according to the obtained right mode impedance, pre-mode impedance, right mode electrical length, and pre-mode electrical length; (c) obtaining a system impedance and a coupling degree by reflecting the obtained inductance; And (d) compensating for the target system impedance and target coupling degree according to the obtained system impedance and coupling degree; (e) repeating steps (a) to (d) with the compensated target system impedance and target coupling degree.

방향성 결합기, 마이크로스트립 결합 선로, 마이크로스트립 방향성 결합기 Directional Coupler, Microstrip Bonding Line, Microstrip Directional Coupler

Description

마이크로스트립 방향성 결합기의 설계 방법{Design method of microstrip directional coupler}Design method of microstrip directional coupler

본 발명은 마이크로스트립 방향성 결합기에 관한 것으로 보다 상세하게는 분로 인덕터를 이용하여 방향성을 향상시킨 마이크로스트립 방향성 결합기 및 그 설계 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a microstrip directional coupler, and more particularly, to a microstrip directional coupler having improved directionality using a shunt inductor and a design method thereof.

마이크로스트립 결합 선로는 방향성 결합기, 대역통과필터, 발룬 등 다양한 수동 부품의 기초가 된다. 특히 마이크로스트립 방향성 결합기는 저렴한 공정이 가능하고 평면형 구조여서 다른 능동/수동 회로와 호환성이 좋아서 널리 사용된다. Microstrip coupling lines form the basis for various passive components such as directional couplers, bandpass filters, and baluns. In particular, microstrip directional couplers are widely used because they are inexpensive and planar, making them compatible with other active / passive circuits.

종래 집중소자를 이용한 마이크로스트립 방향성 결합기의 방향성 향상 기술로 마이크로스트립 결합 선로의 사이에 커패시터를 부착하는 방법이 있다. 이러한 커패시터 보상 기술의 경우에는 요구되는 커패시턴스 값이 매우 작아서 실용성이 떨어진다. 또한 종래 기술들은 회로 단계에서의 설계 방법만 존재하며 실제 레이아웃 과정에서 나타나게 되는 여러 가지 기생 효과(parasitic effect) 들을 전혀 고려하지 않으므로 결합기의 특성에 따라 무수한 전자기 모의실험(full-wave simulation)을 필요로 하는 단점이 있다. As a technique for improving the orientation of a microstrip directional coupler using a conventional lumped device, there is a method of attaching a capacitor between the microstrip coupling lines. In the case of such a capacitor compensation technique, the required capacitance value is very small, which impairs practicality. In addition, the conventional techniques only have a design method at the circuit level, and do not take into account the various parasitic effects that appear in the actual layout process, and thus require numerous full-wave simulations depending on the characteristics of the coupler. There is a disadvantage.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 분로(shunt) 인덕터를 이용하여 방향성이 향상되고, 구현 및 설계가 용이한 마이크로스트립 방향성 결합기 및 그 설계 방법을 제공하는 데 있다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in an effort to provide a microstrip directional coupler having improved directionality and easy implementation and design using a shunt inductor and a design method thereof.

상기 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 마이크로스트립 방향성 결합기는, 유전체 상에 소정 간격으로 이격되게 배치되며 소정의 폭 및 길이를 가지는 제1 및 제2 마이크로스트립 선로로 이루어지는 마이크로스트립 결합 선로; 상기 제1 마이크로스트립 선로의 중간 지점과 접지 사이에 연결되는 제1 인덕터; 및 상기 제2 마이크로스트립 선로의 중간 지점과 접지 사이에 연결되는 제2 인덕터를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to solve the above technical problem, the microstrip directional coupler includes: a microstrip coupling line formed of first and second microstrip lines having a predetermined width and length and spaced apart from each other on a dielectric; A first inductor connected between an intermediate point of the first microstrip line and ground; And a second inductor connected between an intermediate point of the second microstrip line and ground.

여기서, 상기 제1 및 제2 인덕터는 분로 접지 스터브를 이용하여 구현될 수 있다.The first and second inductors may be implemented using shunt ground stubs.

또한, 상기 마이크로스트립 방향성 결합기는, 상기 제1 및 제2 마이크로스트립 선로 말단에 각각 연결되는 전송선로를 더 포함할 수 있다.The microstrip directional coupler may further include a transmission line connected to ends of the first and second microstrip lines.

상기 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 마이크로스트립 방향성 결합기를 설계하는 방법은, (a) 주어진 목표 시스템 임피던스 및 목표 결합도를 가지고 상기 마이크로스트립 결합 선로의 우모드 임피던스, 기모드 임피던스, 우모드 전기적 길이, 및 기모드 전기적 길이를 구하는 과정; (b) 상기 구해진 우모드 임피 던스, 기모드 임피던스, 우모드 전기적 길이, 및 기모드 전기적 길이에 따라서 상기 제1 및 제2 인덕터의 인덕턴스를 구하는 과정; (c) 상기 구해진 인덕턴스를 반영하여 시스템 임피던스 및 결합도를 구하는 과정; 및 (d) 상기 구해진 시스템 임피던스 및 결합도에 따라서 목표 시스템 임피던스 및 목표 결합도를 보상하는 과정; (e) 상기 보상된 목표 시스템 임피던스 및 목표 결합도를 가지고 상기 (a) 내지 (d) 과정을 반복하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to solve the above technical problem, a method of designing a microstrip directional coupler according to the present invention includes (a) a right mode impedance, a pre-mode impedance, a right mode of the microstrip coupling line with a given target system impedance and a target coupling degree. Obtaining an electrical length and a pre-mode electrical length; (b) obtaining inductances of the first and second inductors according to the obtained right mode impedance, pre mode impedance, right mode electrical length, and pre mode electrical length; (c) obtaining a system impedance and a coupling degree by reflecting the obtained inductance; And (d) compensating for a target system impedance and a target coupling degree according to the obtained system impedance and coupling degree; (e) repeating steps (a) to (d) with the compensated target system impedance and target coupling degree.

여기서, 상기 (e) 과정은 상기 구해진 시스템 임피던스 및 결합도가 상기 주어진 목표 시스템 임피던스 및 목표 결합도에 수렴할 때까지 반복될 수 있다.Here, the process (e) may be repeated until the obtained system impedance and coupling degree converge to the given target system impedance and target coupling degree.

또한, 상기 (d) 과정은 상기 목표 시스템 임피던스 및 목표 결합도와 상기 구해진 시스템 임피던스 및 결합도 간의 비율 또는 차이를 이용하여 보상할 수 있다.Also, the step (d) may be compensated for by using a ratio or a difference between the target system impedance and the target coupling degree and the obtained system impedance and the coupling degree.

또한, 상기 (b) 과정 및 상기 (c) 과정은, 상기 마이크로스트립 결합 선로의 기생 커패시턴스를 고려하여 상기 인덕턴스, 상기 시스템 임피던스, 및 상기 결합도를 구할 수 있다.In addition, the process (b) and the process (c) may obtain the inductance, the system impedance, and the coupling degree in consideration of the parasitic capacitance of the microstrip coupling line.

또한, 상기 마이크로스트립 방향성 결합기는 상기 제1 및 제2 마이크로스트립 선로 말단에 각각 연결되는 전송선로를 더 포함하고, 상기 기생 커패시턴스는 상기 제1 및 제2 마이크로스트립 선로 사이의 기생 커패시턴스 및 상기 전송선로 사이의 기생 커패시턴스를 포함할 수 있다.The microstrip directional coupler further includes a transmission line connected to ends of the first and second microstrip lines, and the parasitic capacitance is a parasitic capacitance between the first and second microstrip lines and the transmission line. Parasitic capacitances in between.

상기된 본 발명에 의하면, 인덕터를 이용하여 방향성이 향상되며, 분로 접지 스터브로 손쉽게 구현이 가능하므로 고주파로 올라가서도 성능 저하 없이 마이크로스트립 방향성 결합기의 구현 및 설계가 용이한 장점이 있다.According to the present invention described above, the direction is improved by using an inductor, and since it can be easily implemented by a shunt ground stub, there is an advantage in that the implementation and design of the microstrip directional coupler are easily performed without degrading performance even at high frequency.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이하 설명 및 첨부된 도면들에서 실질적으로 동일한 구성요소들은 각각 동일한 부호들로 나타냄으로써 중복 설명을 생략하기로 한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description and the accompanying drawings, substantially the same components are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted. In addition, in the following description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

도 1은 본 발명의 일 실시예에서 참고가 되는, 마이크로스트립 결합 선로를 이용한 기존 방향성 결합기의 회로도이다. 도시된 방향성 결합기는 유전체(미도시) 상에 소정 간격으로 이격되게 배치되는 두 마이크로스트립 선로(105, 106)로 이루어지는 마이크로스트립 결합 선로로 구현된다. 방향성 결합기의 입력(input) 단은 포트 1(101)에 해당하며, 출력(through) 단은 포트 2(102), 결합(coupling) 단은 포트 3(103), 격리(isolation) 단은 포트 4(104)에 해당한다. 방향성 결합기는 이와 같은 4-포트 회로로서, 각 포트의 시스템 임피던스는 Z0로 나타낸다. Z0는 예를 들어 표준 임피던스인 50 Ω일 수 있다. 도시된 방향성 결합기는 중심 주파수 f에서, 우모드에서의 임피던스 Z0e와 전기적 길이 θe, 기모드에서의 임피던스 Z0o와 전기적 길이 θo를 가진다. 1 is a circuit diagram of an existing directional coupler using a microstrip coupling line, which is referenced in one embodiment of the present invention. The illustrated directional coupler is implemented as a microstrip coupling line consisting of two microstrip lines 105 and 106 spaced apart at predetermined intervals on a dielectric (not shown). The input end of the directional coupler corresponds to port 1 (101), the output end is port 2 (102), the coupling end is port 3 (103), and the isolation end is port 4 (101). (104). The directional coupler is such a four-port circuit in which the system impedance of each port is denoted by Z 0 . Z 0 may be, for example, 50 Ω standard impedance. The illustrated directional coupler has an impedance Z 0e and an electrical length θ e in the right mode, an impedance Z 0o and an electrical length θ o in the normal mode at the center frequency f.

이러한 기존의 방향성 결합기는 비균질 물질(inhomogeneous material)을 기판으로 사용하기 때문에 우모드(even mode)와 기모드(odd mode)의 위상 속도(phase velocity)가 일반적으로 다르게 되어 방향성이 낮다. Since the conventional directional coupler uses an inhomogeneous material as a substrate, the phase velocity of the even mode and the odd mode is generally different, resulting in low directionality.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 마이크로스트립 결합 선로를 이용한 방향성 결합기의 회로도이다. 본 실시예에 따른 방향성 결합기는 도 1에 도시된 방향성 결합기와 비교할 때, 방향성 향상을 위해서 마이크로스트립 결합 선로를 이루는 각 마이크로스트립 선로의 중간 지점과 접지 사이에 인덕터가 연결된다. 구체적으로, 본 실시예에 따른 방향성 결합기는, 유전체(미도시) 상에 소정 간격으로 이격되게 배치되며 소정의 폭 및 길이를 가지는 제1 마이크로스트립 선로(205) 및 제2 마이크로스트립 선로(206)로 이루어지는 마이크로스트립 결합 선로와, 제1 마이크로스트립 선로(205)의 중간 지점과 접지 사이에 연결되는 제1 인덕터(207)와, 제2 마이크로스트립 선로(206)의 중간 지점과 접지 사이에 연결되는 제2 인덕터(208)로 이루어진다. 도 2에서 제1 또는 제2 마이크로스트립 선로(205 또는 206)는 인덕터가 연결된 중간 지점을 기준으로 두 부분으로 분리되어 있는 것으로 도시되었으나, 뒤에 설명되는 도 4에 도시된 실제 레이아웃과 같이 물리적으로는 분리되어 있지 않다. 마이크로스트립 결합 선로는 도시된 바와 같이, 각 절반 부분이 우모드에서의 임피던스 Z0e와 전기적 길이 θe/2, 기모드에서의 임피던스 Z0o와 전기적 길이 θo/2를 가진다. 2 is a circuit diagram of a directional coupler using a microstrip coupling line, according to one embodiment of the invention. Compared with the directional coupler shown in FIG. 1, the directional coupler according to the present embodiment has an inductor connected between the ground and the midpoint of each microstrip line that forms the microstrip coupling line to improve orientation. Specifically, the directional coupler according to the present embodiment, the first microstrip line 205 and the second microstrip line 206 are spaced apart at predetermined intervals on the dielectric (not shown) and have a predetermined width and length. A microstrip coupling line consisting of: a first inductor 207 connected between an intermediate point of the first microstrip line 205 and ground, and an intermediate point of the second microstrip line 206 and ground; And a second inductor 208. In FIG. 2, the first or second microstrip line 205 or 206 is shown as being divided into two parts with respect to the intermediate point to which the inductor is connected, but physically as shown in FIG. 4 described later. It is not separated. As shown, each half portion has an impedance Z 0e and an electrical length θ e / 2 in the right mode, and an impedance Z 0o and an electrical length θ o / 2 in the initial mode, as shown.

본 실시예에 따른 방향성 결합기 역시 입력(input) 단은 포트 1(201)에 해당하며, 출력(through) 단은 포트 2(202), 결합(coupling) 단은 포트 3(203), 격리(isolation) 단은 포트 4(204)에 해당한다. 다만, 본 실시예에 따른 방향성 결합기에서, 중심 주파수 f(각주파수 ω=2πf)에서 최대의 방향성을 가지게 하는 우모 드에서의 임피던스 Z0e와 전기적 길이 θe, 기모드에서의 임피던스 Z0o와 전기적 길이 θo는 추가된 인덕터로 인해 도 1에 도시된 방향성 결합기와 달라져야 하며, 제1 인덕터(207)와 제2 인덕터(208)의 인덕턴스 값이 결정되어야 한다. The directional coupler according to the present embodiment also has an input end corresponding to port 1 201, an output end corresponding to port 2 202, a coupling end port 3 203, and isolation. ) Corresponds to port 4 204. However, in the directional coupler according to the present embodiment, the center frequency f impedance at the (angular frequency ω = 2πf) impedance at the feather de to have the maximum directivity in the Z 0e and the electrical length θ e, group mode Z 0o electrically The length θ o must differ from the directional coupler shown in FIG. 1 due to the added inductor and the inductance values of the first inductor 207 and the second inductor 208 must be determined.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 방향성 결합기의 설계 방법으로서, 설계 파라미터인 마이크로스트립 결합 선로의 우모드에서의 임피던스 Z0e와 전기적 길이 θe, 기모드에서의 임피던스 Z0o와 전기적 길이 θo, 그리고 인덕턴스 값 L을 결정하는 과정을 설명한다.Hereinafter, as a design method of a directional coupler according to an embodiment of the present invention, the impedance Z 0e and the electrical length θ e in the right mode of the microstrip coupling line as a design parameter, the impedance Z 0o and the electrical length θ o in the idle mode , And the process of determining the inductance value L.

방향성 결합기의 설계 파라미터를 결정하기 위한 초기 단계로, 도 2에 도시된 방향성 결합기에서 제1 및 제2 인덕터(207, 208)를 무시하고 마이크로스트립 결합 선로의 우모드에서의 임피던스와 전기적 길이, 기모드에서의 임피던스와 전기적 길이를 구한다. 이는 결국 도 1에 도시된 방향성 결합기를 대상으로 설계 파라미터를 구하는 과정과 마찬가지이다. 일반적으로, 방향성 결합기의 설계 조건으로 시스템 임피던스와 결합도가 우선 주어지게 된다. 시스템 임피던스와 결합도가 주어지면, 방향성 결합기를 위한 마이크로스트립 결합 선로의 우모드에서의 임피던스와 전기적 길이, 기모드에서의 임피던스와 전기적 길이는 기존에 알려진 방법을 이용해서 구해질 수 있다. 여기서, 우모드에서의 전기적 길이와 기모드에서의 전기적 길이는 우모드 실효 비유전율과 기모드 실효 비유전율로부터 구해질 수 있다. 상기된 파라미터들은 예컨대, 문헌 [G. L. Matthaei, L. Young, and E. M. Jones, Microwave Filters, Impedance-Matching Network, and Coupling Structures, Artech House, Inc., Dedham, Massachusetts, 1980.]에 제시되어 있는 수식들을 이용하거나, 전송선로 설계용 시뮬레이터인 "LineCalc"를 이용하여 구할 수 있다. As an initial step to determine the design parameters of the directional coupler, in the directional coupler shown in Fig. 2, the first and second inductors 207 and 208 are ignored and the impedance, electrical length, Find the impedance and electrical length in mode. This is the same as the process of obtaining the design parameters for the directional coupler shown in FIG. In general, the system impedance and the coupling degree are given first as a design condition of the directional coupler. Given the system impedance and coupling, the impedance and electrical length in the right mode of the microstrip coupling line for the directional coupler, and the impedance and electrical length in the conventional mode can be determined using known methods. Here, the electrical length in the right mode and the electrical length in the pre-mode can be obtained from the right mode effective dielectric constant and the pre-mode effective dielectric constant. The above mentioned parameters are described, for example, in G. L. Matthaei, L. Young, and EM Jones, Microwave Filters, Impedance-Matching Network, and Coupling Structures, Artech House, Inc., Dedham, Massachusetts, 1980. This can be obtained using the simulator "LineCalc".

초기에, 목표로 하는 시스템 임피던스 Z0와 결합도 C가 주어지면, 이 값을 가지고 마이크로스트립 결합 선로의 우모드 임피던스 Z0e, 기모드 임피던스 Z0o, 우모드 실효 비유전율 εr,eff,e, 기모드 실효 비유전율 εr,eff,o, 마이크로스트립 결합 선로의 물리적 길이 l을 구한다. 우모드 전기적 길이 θe와 기모드 전기적 길이 θo는 우모드 실효 비유전율, 기모드 실효 비유전율, 마이크로스트립 결합 선로의 물리적 길이로부터 다음 수학식을 이용하여 구할 수 있다.Initially, given the target system impedance Z 0 and coupling degree C, this value is used to determine the right mode impedance Z 0e , the premode impedance Z 0o , and the right mode effective relative dielectric constant ε r, eff, e of the microstrip coupling line. Calculate the physical length l of the microstrip coupling line. The right mode electrical length θ e and the pre mode electrical length θ o can be obtained from the right mode effective dielectric constant, the premodal effective dielectric constant, and the physical length of the microstrip coupling line using the following equation.

Figure 112009044418688-pat00001
Figure 112009044418688-pat00001

Figure 112009044418688-pat00002
Figure 112009044418688-pat00002

여기서(그리고 이하에서), c는 광속도, w=2πf 를 나타낸다. Here (and below), c denotes the speed of light, w = 2πf.

마이크로스트립 결합 선로의 우모드 임피던스 Z0e, 기모드 임피던스 Z0o, 우모드 전기적 길이 θe와 기모드 전기적 길이 θo가 구해지면, 도 2에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 방향성 결합기에서 최대의 방향성을 가지게 하는 인덕턴스 값 L을 다음 수학식을 이용하여 구한다.When the right mode impedance Z 0e , the pre mode impedance Z 0o , the right mode electrical length θ e and the pre mode electrical length θ o of the microstrip coupling line are obtained, the maximum in the directional coupler according to the embodiment of the present invention shown in FIG. The inductance value L which has the directionality of is obtained using the following equation.

Figure 112009044418688-pat00003
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도 2에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 방향성 결합기는, 이러한 인덕턴스 값을 가지는 제1 인덕터(207)와 제2 인덕터(208)가 추가되기 때문에, 실제 시스템 임피던스는 초기에 주어진 시스템 임피던스와 다르고, 결합도 역시 달라지게 된다. 즉, 제1 인덕터(207)와 제2 인덕터(208)를 추가함으로써 시스템 임피던스와 결합도가 목표로 하는 값과 달라지게 되는 것이다. In the directional coupler according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 2, since the first inductor 207 and the second inductor 208 having such inductance values are added, the actual system impedance is different from the initially given system impedance. The combination is also different. That is, by adding the first inductor 207 and the second inductor 208, the system impedance and the coupling degree are different from the target values.

다음으로, 마이크로스트립 결합 선로의 우모드 임피던스 Z0e, 기모드 임피던스 Z0o, 우모드 전기적 길이 θe와 기모드 전기적 길이 θo, 그리고 인덕턴스 값 L을 가지고 도 2에 도시된 방향성 결합기의 실제 시스템 임피던스 및 결합도를 다음 수학식에 따라 계산한다.Next, the actual system of the directional coupler shown in FIG. 2 with the right mode impedance Z 0e , the premode impedance Z 0o , the right mode electrical length θ e , the premode electrical length θ o , and the inductance value L of the microstrip coupling line. Impedance and coupling are calculated according to the following equation.

Figure 112009044418688-pat00004
Figure 112009044418688-pat00004

Figure 112009044418688-pat00005
Figure 112009044418688-pat00005

상기 수학식 4에서, Zee, Zeo, Zoe, Zoo는 다음 수학식들에 따라 계산한다.In Equation 4, Z ee , Z eo , Z oe , and Z oo are calculated according to the following equations.

Figure 112009044418688-pat00006
Figure 112009044418688-pat00006

Figure 112009044418688-pat00007
Figure 112009044418688-pat00007

Figure 112009044418688-pat00008
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Figure 112009044418688-pat00009
Figure 112009044418688-pat00009

이렇게 구해진 실제 시스템 임피던스 Z0 및 결합도 C는 이미 설명한 바와 같이 목표로 하는 값(초기에 주어진 값)과 다른 값이 된다. 따라서 구해진 실제 시스템 임피던스와 결합도에 따라서 목표로 하는 시스템 임피던스와 결합도를 보상하고, 이 보상된 값을 가지고 마이크로스트립 결합 선로의 우모드 임피던스 Z0e, 기모드 임피던스 Z0o, 우모드 전기적 길이 θe와 기모드 전기적 길이 θo를 구한 뒤, 다시 상기 수학식 2에 따라서 인덕턴스 값을 계산한다. 그리고 계산된 임피던스 값을 가지고 다시 상기 수학식 3 및 수학식 4를 이용하여 실제 시스템 임피던스와 결합도를 계산한다. 이러한 과정을 반복적으로 수행하면 시스템 임피던스와 결합도는 초기에 주어졌던 시스템 임피던스와 결합도에 수렴하게 된다.The actual system impedance Z 0 and the coupling degree C thus obtained are different from the target value (the value given earlier) as described above. Therefore, the target system impedance and coupling degree are compensated according to the obtained actual system impedance and coupling degree, and with this compensated value, the right mode impedance Z 0e , the premode impedance Z 0o , and the right mode electrical length θ of the microstrip coupling line. After calculating e and the pre-mode electrical length θ o , the inductance value is calculated according to Equation 2 again. The system impedance and coupling degree are calculated using the calculated impedance values and Equations 3 and 4 again. By repeating this process, the system impedance and coupling degree converge to the initial system impedance and coupling degree.

다음 표는 중심 주파수 f=2.4 GHz에서 시스템 임피던스 50 Ω, 결합도 20 dB를 가지는 방향성 결합기의 설계 파라미터를 상기된 본 발명의 실시예에 따라서 구하는 과정의 예를 나타낸 표이다.The following table shows an example of a process for obtaining a design parameter of a directional coupler having a system impedance of 50 Ω and a coupling degree of 20 dB at the center frequency f = 2.4 GHz according to the embodiment of the present invention described above.

반복 숫자Repeating numbers 초기Early 1One 22 33 44 55 66 설계 시스템 임피던스 Z0(Ω)Design system impedance Z 0 (Ω) 5050 25.9025.90 23.2523.25 23.8423.84 23.6823.68 23.7423.74 23.7823.78 설계 결합도
C(dB)
Design coupling
C (dB)
2020 22.1822.18 21.9821.98 22.0422.04 22.0222.02 22.0322.03 22.0322.03
우모드 임피던스
Z0e(Ω)
Right Mode Impedance
Z 0e (Ω)
55.2855.28 28.0028.00 25.1825.18 25.8125.81 25.6325.63 25.7025.70 25.7525.75
기모드 임피던스
Z0o(Ω)
Pre-mode impedance
Z 0o (Ω)
45.2345.23 23.9523.95 21.4621.46 22.0322.03 21.8721.87 21.9321.93 21.9721.97
우모드 실효 비유전율
εr,eff,e
Right-mode effective dielectric constant
ε r, eff, e
2.9152.915 3.1483.148 3.1833.183 3.1753.175 3.1773.177 3.1763.176 3.1763.176
기모드 실효 비유전율
εr,eff,o
G-mode effective dielectric constant
ε r, eff, o
2.5162.516 2.7702.770 2.8012.801 2.7942.794 2.7962.796 2.7962.796 2.7962.796
결합 선로의 길이
l(mm)
Length of coupling line
l (mm)
18.9618.96 18.1618.16 18.0618.06 18.0818.08 18.0818.08 18.0818.08 18.0818.08
인덕턴스
L(nH)
inductance
L (nH)
2.8852.885 1.3361.336 1.2281.228 1.2511.251 1.2451.245 1.2511.251 1.2521.252
실제 시스템 임피던스
Z0(Ω)
Real system impedance
Z 0 (Ω)
96.5496.54 55.6955.69 48.7548.75 50.3550.35 49.8749.87 49.9149.91 50.0450.04
실제 결합도
C(dB)
Actual coupling
C (dB)
17.8217.82 20.2020.20 19.9419.94 20.0220.02 20.0020.00 20.0020.00 20.0020.00

초기에, 설계 시스템 임피던스 Z0=50Ω, 설계 결합도 C=20dB로 하여 우모드 임피던스 Z0e, 기모드 임피던스 Z0o, 우모드 실효 비유전율 εr,eff,e, 기모드 실효 비유전율 εr,eff,o, 마이크로스트립 결합 선로의 물리적 길이 l을 구한 결과는 상기 표에 나타난 바와 같이, 각각 55.28 Ω, 45.23 Ω, 2.915, 2.516, 18.96 mm가 된다. 우모드 실효 비유전율 εr,eff,e, 기모드 실효 비유전율 εr,eff,o, 마이크로스트립 결합 선로의 물리적 길이 l로부터 우모드 전기적 길이 θe와 기모드 전기적 길이 θo를 구하고, 이렇게 구해진 우모드 임피던스 Z0e, 기모드 임피던스 Z0o, 우모드 전기적 길이 θe와 기모드 전기적 길이 θo를 가지고 상기 수학식 3 및 4를 이용하여 실제 시스템 임피던스 Z0와 실제 결합도 C를 구하면 각각 96.54 Ω 및 17.82 dB가 된다. 이 값은 목표로 하는 설계 시스템 임피던스와 설계 결합도를 벗어난 값이므로, 보상된 설계 시스템 임피던스와 설계 결합도를 구한다. 이 보상된 값은 목표 값과 계산된 실제 값의 비율 또는 차이를 이용하여 구할 수 있다. 예컨대, 다음 수학식에 따라서 구할 수 있다. Initially, the design system impedance Z 0 = 50Ω, design coupling C = 20dB, the right mode impedance Z 0e , the premode impedance Z 0o , the right mode effective relative dielectric constant ε r, eff, e , the premode effective dielectric constant ε r The physical length l of the , eff, o and microstrip coupling lines is 55.28 Ω, 45.23 Ω, 2.915, 2.516, 18.96 mm, respectively, as shown in the table above. From the right mode effective dielectric constant ε r, eff, e, the premodal effective dielectric constant ε r, eff, o , and the physical length l of the microstrip coupling line, the right mode electrical length θ e and the premode electrical length θ o are obtained. With the obtained right mode impedance Z 0e , premode impedance Z 0o , right mode electrical length θ e and premode electrical length θ o , the actual system impedance Z 0 and the actual coupling degree C are obtained using Equations 3 and 4, respectively. 96.54 Ω and 17.82 dB. Since this value is outside the target design system impedance and design coupling, the compensated design system impedance and design coupling are obtained. This compensated value can be obtained using the ratio or difference between the target value and the calculated actual value. For example, it can obtain | require according to following Formula.

시스템 임피던스(Ω): 보상 목표값 = 초기 목표값 × (설계 목표값 / 실제 값)System impedance (Ω): compensation target value = initial target value × (design target value / actual value)

결합도(dB): 보상 목표값 = 초기 목표값 + (설계 목표값 - 실제 값)Coupling (dB): Compensation Target = Initial Target + (Design Target-Actual)

그러면, 첫 번째 반복(1)에서, 설계 시스템 임피던스 Z0 = 50×(50/96.54)=25.90 Ω, 설계 결합도 C=20+(20-17.82)=22.18 dB 가 된다. 이 값에 따라서 우모드 임피던스 Z0e, 기모드 임피던스 Z0o, 우모드 전기적 길이 θe와 기모드 전기적 길이 θo를 구한 뒤, 이렇게 구해진 값을 가지고 실제 시스템 임피던스와 결합도를 구하면 Z0 = 55.69 Ω 및 C=20.20 dB가 된다. Then, in the first iteration (1), the design system impedance Z 0 = 50 × (50 / 96.54) = 25.90 Ω, design coupling C = 20 + (20-17.82) = 22.18 dB. According to this value, the right mode impedance Z 0e , the premode impedance Z 0o , the right mode electrical length θ e and the premode electrical length θ o are obtained. With these values, the actual system impedance and the coupling degree are obtained. Z 0 = 55.69 Ω and C = 20.20 dB.

두 번째 반복(2)에서, 설계 시스템 임피던스 Z0 = 50×(25.90/55.69)=23.25 Ω, 설계 결합도 C=20+(22.18-20.20)=21.98 dB 가 된다. 이 두 번째 반복(2)에서 구해지는 실제 시스템 임피던스와 결합도는 Z0 = 48.75 Ω 및 C=19.94 dB가 된다. In the second iteration (2), the design system impedance Z 0 = 50 × (25.90 / 55.69) = 23.25 Ω, design coupling C = 20 + (22.18-20.20) = 21.98 dB. The actual system impedance and coupling obtained in this second iteration (2) are Z 0 = 48.75 Ω and C = 19.94 dB.

이러한 과정을 반복하게 되면, 시스템 임피던스와 결합도가 초기 목표값 50 Ω과 20 dB로 수렴하게 된다. 표 1을 참조하면, 여섯 번째 반복(6)에서 시스템 임피던스 및 결합도가 50.04 Ω 및 20 dB로서, 목표한 값으로 수렴하였음을 확인할 수 있다. 즉, 주어진 시스템 임피던스와 결합도를 가지고 여섯 번의 반복 계산만으로 최대의 방향성을 가지도록 하는 설계 파라미터들을 모두 구할 수 있는 것이다. If this process is repeated, the system impedance and coupling will converge to the initial target values of 50 Ω and 20 dB. Referring to Table 1, it can be seen that in the sixth iteration (6), the system impedance and coupling degree are 50.04 Ω and 20 dB, and converged to the target values. In other words, all the design parameters can be found to have maximum directionality with only six iteration calculations with a given system impedance and coupling degree.

상기된 본 발명의 실시예에 따른 방향성 결합기의 설계 방법에 의하면, 별도의 최적화나 모의 실험 없이 몇 번의 반복 계산만으로 최대의 방향성을 가지도록 하는 방향성 결합기의 설계 파라미터들을 구할 수 있다.According to the design method of the directional coupler according to the embodiment of the present invention, it is possible to obtain the design parameters of the directional coupler so as to have the maximum directionality only a few iterations calculation without additional optimization or simulation.

이러한 반복 계산의 횟수는 방향성 결합기의 결합도 정도에 따라서 달라지게 되며 일반적으로 결합도가 높아질수록 많아지게 된다.The number of repetitive calculations depends on the degree of coupling of the directional coupler and generally increases as the coupling degree increases.

도 3은 표 1에서 얻어진 최종 설계 파라미터를 가지고 회로 모의실험을 수행한 결과를 나타내는 그래프이다. 도 3을 참조하면, 중심 주파수 2.4 GHz에서 격리도 S41이 매우 양호한 값을 나타내고 있으며, 결합도 S31이 20 dB로 정확하게 유지되는 등 뛰어난 성능을 보임을 알 수 있다. 또한 정합도 S11 도 역시 매우 양호한 값을 가짐을 알 수 있다.3 is a graph showing the results of performing a circuit simulation with the final design parameters obtained in Table 1. Referring to FIG. 3, the isolation degree S 41 shows a very good value at the center frequency of 2.4 GHz, and the coupling degree S 31 is maintained precisely at 20 dB. It can also be seen that the matching degree S 11 also has a very good value.

도 4는 도 2에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 방향성 결합기의 레이아웃의 일 실시예를 나타낸 도면이다. 본 실시예에 따른 레이아웃은 다른 회로와의 호환성을 위하여 제1 마이크로스트립 선로(205) 및 제2 마이크로스트립 선로(206)의 말단에 시스템 임피던스와 같은 임피던스를 가지는(일반적으로 50 Ω) 전송선로(411, 412, 413, 414)를 추가적으로 연결한 레이아웃을 나타낸다. 도 2와 도 4를 함께 참조하면, 도면부호 405가 제1 마이크로스트립 선로(205)에 해당하고, 도면부호 406이 제2 마이크로스트립 선로(206)에 해당하며, 도면부호 401, 402, 403, 및 404가 각각 포트 1(201), 포트 2(202), 포트 3(203), 및 포트 4(204)에 해당한다. 그리고 제1 분로 스터브(407) 및 제2 분로 스터브(408)가 각각 제1 인덕터(207) 및 제2 인덕터(208)에 해당한다. 마이크로스트립 선로의 중간 지점과 접지 사이에 연결되는 인덕터는 분로 접지 스터브로 손쉽게 구현 가능하므로 레이아웃에 어려움이 없으며, 특히 고주파 회로에서도 쉽게 사용이 가능하다. 4 is a diagram illustrating an embodiment of a layout of a directional coupler according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 2. The layout according to the present embodiment has a transmission line having an impedance equal to the system impedance (typically 50 Ω) at the ends of the first microstrip line 205 and the second microstrip line 206 for compatibility with other circuits. 411, 412, 413, and 414 are additionally connected layouts. 2 and 4, reference numeral 405 corresponds to the first microstrip line 205, reference numeral 406 corresponds to the second microstrip line 206, and reference numerals 401, 402, 403, And 404 correspond to port 1 201, port 2 202, port 3 203, and port 4 204, respectively. The first shunt stub 407 and the second shunt stub 408 correspond to the first inductor 207 and the second inductor 208, respectively. The inductor, which is connected between the midpoint of the microstrip line and ground, can be easily implemented with a shunt ground stub, so there is no difficulty in layout, especially in high frequency circuits.

방향성 결합기의 실제 레이아웃 과정에서는 여러 가지 기생 효과들이 발생하게 된다. 그중에서도 기모드에서만 작용하게 되어 방향성에 크게 영향을 주는 마이크로스트립 결합 선로 사이의 기생 커패시턴스는 설계 과정에서 반드시 고려해야 하는 중요한 인자이다. 도 4를 참조하면, 이러한 기생 커패시턴스는 주로 두 마이크로스트립 선로 사이(A 지점)와 50 Ω 전송선로 사이(B 지점)에 존재하게 된다. 도 5는 도 2에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 방향성 결합기에 이러한 기생 커패시턴스(Cp1, Cp2)를 추가한 회로도이다. 기생 커패시턴스는 주파수가 높을수록, 결합도가 클수록 상대적으로 크게 영향을 미치며, 이러한 기생 커패시턴스의 영향을 방 향성 결합기의 설계 과정에 반영할 필요가 있다. 따라서 본 발명의 다른 실시예에 따른 방향성 결합기의 설계 방법으로서, 도 5에 도시된 기생 커패시턴스를 고려한 방향성 결합기의 설계 방법을 제시한다. 본 실시예에 따른 방향성 결합기의 설계 방법은 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 방향성 결합기의 설계 방법과 그 과정은 동일하며, 다만 수학식 2 내지 8을 각각 커패시턴스 값 Cp1, 및 Cp2이 반영된 아래 수학식 10 내지 16으로 대체한다. Various parasitic effects occur in the actual layout of the directional coupler. Among them, parasitic capacitance between microstrip coupling lines, which only affects directionality and greatly affects directionality, is an important factor to be considered in the design process. 4, such parasitic capacitance is mainly present between two microstrip lines (point A) and between 50 Ω transmission lines (point B). FIG. 5 is a circuit diagram of adding such parasitic capacitances C p1 and C p2 to the directional coupler according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 2. The higher the frequency and the greater the degree of coupling, the greater the parasitic capacitance. The parasitic capacitance needs to be reflected in the design of the directional coupler. Therefore, as a method of designing a directional coupler according to another embodiment of the present invention, a method of designing a directional coupler considering the parasitic capacitance shown in FIG. The design method of the directional coupler according to the present embodiment is the same as the design method and the process of the directional coupler according to an embodiment of the present invention described above, except that the capacitance values C p1 , C p2 are Replaced by the following equations 10 to 16 as reflected.

Figure 112009044418688-pat00010
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Figure 112009044418688-pat00011
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Figure 112009044418688-pat00012
Figure 112009044418688-pat00012

Figure 112009044418688-pat00013
Figure 112009044418688-pat00013

Figure 112009044418688-pat00014
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Figure 112009044418688-pat00015
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Figure 112009044418688-pat00016
Figure 112009044418688-pat00016

본 실시예에 따른 방향성 결합기의 설계 방법에 의하면, 설계 수식을 통하여 기생 커패시턴스까지도 고려한 방향성 결합기의 설계 파라미터를 구할 수 있고, 그 후 최종적으로 마이크로스트립 선로의 손실과 불연속점 등 수식으로 고려하기 어려운 사항에 대해서만 최소한의 모의실험을 수행하면 되므로, 방향성 결합기의 전체적인 설계 시간을 크게 단축시킬 수 있다. According to the design method of the directional coupler according to the present embodiment, it is possible to obtain design parameters of the directional coupler considering the parasitic capacitance through the design formula, and finally, the matters that are difficult to be considered by the formula such as the loss of the microstrip line and the discontinuity point. Since only a small number of simulations need to be performed for the directional coupler, the overall design time of the directional coupler can be greatly reduced.

도 6은 기생 커패시턴스를 고려한 본 실시예에 따른 방향성 결합기의 설계 방법에 따라 설계 파라미터를 구하여 전자기 모의실험을 수행한 결과(simulated)와, 실제 제작하여 S-파라미터를 측정한 결과(measured)를 함께 나타낸 도면이다. 도 6을 참조하면, 모의실험 결과와 실제 측정한 결과가 거의 차이가 없이 일치하며, 격리도(S41)가 2.4 GHz에서 약 76 dB로 매우 우수함을 확인할 수 있다.FIG. 6 shows the results of performing an electromagnetic simulation (simulated) by obtaining design parameters according to the design method of the directional coupler according to the present embodiment in consideration of parasitic capacitance, and measuring the S-parameters of actual fabrication (measured). The figure shown. Referring to FIG. 6, it can be seen that the simulation results and the actual measured results are almost identical, and the isolation degree (S 41 ) is very excellent at about 76 dB at 2.4 GHz.

도 7은 기생 커패시턴스를 고려한 본 실시예에 따른 방향성 결합기와 기존 방향성 결합기 각각의 모의실험 수행 결과(simulated)와 실제 측정한 결과(measured)에 따른 방향성(directivity) 및 결합도(coupling)를 나타낸다. 도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 방향성 결합기는 최대 방향성이 56 dB로 측정된 것으로 나타나는 반면, 기존 방향성 결합기의 최대 방향성은 전체 측정 범위에서 9.5 dB 아래에 머물고 있는 것으로 나타나는 등 본 발명에 따른 방향성 결합기의 성능이 매우 우수함을 확인할 수 있다. FIG. 7 illustrates the simulation results of the directional coupler and the conventional directional coupler according to the present embodiment in consideration of parasitic capacitance, and directivity and coupling according to measured results. Referring to FIG. 7, the directional coupler according to the present embodiment is shown to have a maximum directionality measured at 56 dB, while the maximum directionality of the existing directional coupler is shown to remain below 9.5 dB in the entire measurement range. It can be seen that the performance of the directional coupler is very good.

상술한 본 발명에 따르면, 마이크로스트립 결합 선로의 중간 지점과 접지 사이에 인덕터를 연결함으로써 방향성이 향상된 우수한 성능을 나타낸다. 게다가, 각종 설계 파라미터를 구하기 위한 설계 수식이 제공되며 몇 번의 반복 계산만으로 정확한 설계가 가능하고, 번거로운 전자기 모의실험을 통한 최적화 시간을 대폭 단축시키므로 시간적, 경제적으로 유리하다. 또한, 인덕터로는 분로 접지 스터브를 이용함으로써 실제 레이아웃 또한 용이하다. According to the present invention described above, the directional performance is improved by connecting the inductor between the midpoint of the microstrip coupling line and the ground. In addition, design formulas for obtaining various design parameters are provided, which allows accurate design with only a few iterations and greatly shortens the optimization time through cumbersome electromagnetic simulations, which is advantageous in terms of time and economy. In addition, the actual layout is facilitated by using a shunt ground stub as the inductor.

종래의 마이크로스트립 방향성 결합기는 방향성이 비교적 낮은 편이어서 특정 용도에는 그 사용이 제한되어 왔으나 본 발명에 따른 마이크로스트립 방향성 결합기는 방향성을 크게 향상시킴으로써 송/수신 안테나의 격리 등과 같이 종래의 마이크로스트립 방향성 결합기가 사용되기 어려운 용도에 다양하게 적용이 가능하다. Conventional microstrip directional couplers have relatively low directionality, so their use has been limited in certain applications. However, the microstrip directional coupler according to the present invention greatly improves the directionality, such as isolation of transmit / receive antennas. It is possible to apply a variety of applications that are difficult to use.

한편, 상술한 본 발명의 실시예들은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크 등), 광 학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등) 및 캐리어 웨이브(예를 들면, 인터넷을 통한 전송)와 같은 저장매체를 포함한다.Meanwhile, the above-described embodiments of the present invention can be written as a program that can be executed in a computer, and can be implemented in a general-purpose digital computer that operates the program using a computer-readable recording medium. The computer-readable recording medium may include a magnetic storage medium (eg, ROM, floppy disk, hard disk, etc.), an optical reading medium (eg, CD-ROM, DVD, etc.) and a carrier wave (eg, internet Storage medium).

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.So far I looked at the center of the preferred embodiment for the present invention. Those skilled in the art will appreciate that the present invention can be implemented in a modified form without departing from the essential features of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of the present invention is shown in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the scope will be construed as being included in the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에서 참고가 되는, 마이크로스트립 결합 선로를 이용한 기존 방향성 결합기의 회로도이다.1 is a circuit diagram of an existing directional coupler using a microstrip coupling line, which is referenced in one embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 마이크로스트립 결합 선로를 이용한 방향성 결합기의 회로도이다.2 is a circuit diagram of a directional coupler using a microstrip coupling line, according to one embodiment of the invention.

도 3은 표 1에서 얻어진 최종 설계 파라미터를 가지고 회로 모의실험을 수행한 결과를 나타내는 그래프이다.3 is a graph showing a result of performing a circuit simulation with the final design parameters obtained in Table 1.

도 4는 도 2에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 방향성 결합기의 레이아웃의 일 실시예를 나타낸 도면이다.4 is a diagram illustrating an embodiment of a layout of a directional coupler according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 2.

도 5는 도 2에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 방향성 결합기에 이러한 기생 커패시턴스(Cp1, Cp2)를 추가한 회로도이다.FIG. 5 is a circuit diagram of adding such parasitic capacitances C p1 and C p2 to the directional coupler according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 2.

도 6은 기생 커패시턴스를 고려한 본 실시예에 따른 방향성 결합기의 설계 방법에 따라 설계 파라미터를 구하여 전자기 모의실험을 수행한 결과와, 실제 제작하여 S-파라미터를 측정한 결과를 함께 나타낸 도면이다.FIG. 6 is a diagram showing the results obtained by performing electromagnetic simulations by obtaining design parameters according to the design method of the directional coupler according to the present embodiment in consideration of parasitic capacitance, and measuring the S-parameters by actual fabrication.

도 7은 기생 커패시턴스를 고려한 본 실시예에 따른 방향성 결합기와 기존 방향성 결합기 각각의 모의실험 수행 결과와 실제 측정한 결과에 따른 방향성 및 결합도를 나타낸다.FIG. 7 shows the results of the simulation of each of the directional couplers and the existing directional couplers according to the present embodiment in consideration of parasitic capacitance and the degree of orientation and coupling according to the actual measured results.

Claims (14)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 마이크로스트립 방향성 결합기를 설계하는 방법으로서,As a method of designing a microstrip directional coupler, 상기 마이크로스트립 방향성 결합기는, 유전체 상에 소정 간격으로 이격되게 배치되며 소정의 폭 및 길이를 가지는 제1 및 제2 마이크로스트립 선로로 이루어지는 마이크로스트립 결합 선로; 상기 제1 마이크로스트립 선로의 중간 지점과 접지 사이에 연결되는 제1 인덕터; 및 상기 제2 마이크로스트립 선로의 중간 지점과 접지 사이에 연결되는 제2 인덕터를 포함하고, The microstrip directional coupler may include: a microstrip coupling line formed of first and second microstrip lines spaced at predetermined intervals on a dielectric and having a predetermined width and length; A first inductor connected between an intermediate point of the first microstrip line and ground; And a second inductor connected between the midpoint of the second microstrip line and ground; 상기 설계 방법은,The design method, (a) 주어진 목표 시스템 임피던스 및 목표 결합도를 가지고 상기 마이크로스트립 결합 선로의 우모드 임피던스, 기모드 임피던스, 우모드 전기적 길이, 및 기모드 전기적 길이를 구하는 과정;(a) obtaining a right mode impedance, a pre-mode impedance, a right-mode electrical length, and a pre-mode electrical length of the microstrip coupling line with a given target system impedance and target coupling degree; (b) 상기 구해진 우모드 임피던스, 기모드 임피던스, 우모드 전기적 길이, 및 기모드 전기적 길이에 따라서 상기 제1 및 제2 인덕터의 인덕턴스를 구하는 과정;(b) obtaining inductances of the first and second inductors according to the obtained right mode impedance, pre-mode impedance, right mode electrical length, and pre-mode electrical length; (c) 상기 구해진 인덕턴스를 반영하여 시스템 임피던스 및 결합도를 구하는 과정; 및(c) obtaining a system impedance and a coupling degree by reflecting the obtained inductance; And (d) 상기 구해진 시스템 임피던스 및 결합도에 따라서 상기 목표 시스템 임피던스 및 목표 결합도를 보상하는 과정;(d) compensating for the target system impedance and target coupling degree according to the obtained system impedance and coupling degree; (e) 상기 보상된 목표 시스템 임피던스 및 목표 결합도를 가지고 상기 (a) 내지 (d) 과정을 반복하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 방향성 결합기 설계 방법.(e) repeating the steps (a) to (d) with the compensated target system impedance and target coupling degree. 제4항에 있어서,5. The method of claim 4, 상기 (e) 과정은 상기 구해진 시스템 임피던스 및 결합도가 상기 주어진 목표 시스템 임피던스 및 목표 결합도에 수렴할 때까지 반복되는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 방향성 결합기 설계 방법.The process (e) is repeated until the obtained system impedance and coupling degree converges to the given target system impedance and target coupling degree. 제4항에 있어서,5. The method of claim 4, 상기 (b) 과정은 다음 수학식을 이용하여 상기 인덕턴스를 구하는 것을 특징 으로 하는 마이크로스트립 방향성 결합기 설계 방법.The step (b) is a microstrip directional coupler design method characterized in that to obtain the inductance using the following equation.
Figure 112009044418688-pat00017
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여기서, Z0e는 상기 우모드 임피던스, Z0o는 상기 기모드 임피던스, θe는 상기 우모드 전기적 길이, θo는 상기 기모드 전기적 길이를 나타내고, w=2πf(f는 미리 주어진 중심 주파수)이다.Where Z 0e is the right mode impedance, Z 0o is the pre -mode impedance, θ e is the right mode electrical length, θ o is the pre-mode electrical length, and w = 2πf (f is the predetermined center frequency). .
제4항에 있어서,5. The method of claim 4, 상기 (c) 과정은 다음 수학식을 이용하여 상기 시스템 임피던스를 구하는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 방향성 결합기 설계 방법.The method (c) is a microstrip directional coupler design method, characterized in that to obtain the system impedance using the following equation.
Figure 112009044418688-pat00018
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여기서, L은 상기 인덕턴스, Z0e는 상기 우모드 임피던스, Z0o는 상기 기모드 임피던스, θe는 상기 우모드 전기적 길이, θo는 상기 기모드 전기적 길이를 나타내고, w=2πf(f는 미리 주어진 중심 주파수)이다.Where L is the inductance, Z 0e is the right mode impedance, Z 0o is the pre -mode impedance, θ e is the right mode electrical length, θ o is the pre-mode electrical length, and w = 2πf (f is previously Given center frequency).
제4항에 있어서,5. The method of claim 4, 상기 (c) 과정은 다음 수학식을 이용하여 상기 결합도를 구하는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 방향성 결합기 설계 방법.The step (c) is a microstrip directional coupler design method characterized in that to obtain the degree of coupling using the following equation.
Figure 112009044418688-pat00019
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여기서, Z0는 상기 구해진 시스템 임피던스를 나타내고, Zee, Zeo, Zoe, Zoo는 다음과 같고,Here, Z 0 represents the obtained system impedance, Z ee , Z eo , Z oe , Z oo is as follows,
Figure 112009044418688-pat00020
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Figure 112009044418688-pat00021
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Figure 112009044418688-pat00023
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여기서, L은 상기 인덕턴스, Z0e는 상기 우모드 임피던스, Z0o는 상기 기모드 임피던스, θe는 상기 우모드 전기적 길이, θo는 상기 기모드 전기적 길이를 나타내고, w=2πf(f는 미리 주어진 중심 주파수)이다.Where L is the inductance, Z 0e is the right mode impedance, Z 0o is the pre -mode impedance, θ e is the right mode electrical length, θ o is the pre-mode electrical length, and w = 2πf (f is previously Given center frequency).
제4항에 있어서,5. The method of claim 4, 상기 (d) 과정은 상기 목표 시스템 임피던스 및 목표 결합도와 상기 구해진 시스템 임피던스 및 결합도 간의 비율 또는 차이를 이용하여 보상하는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 방향성 결합기 설계 방법.And (d) the compensation using the ratio or the difference between the target system impedance and the target coupling degree and the obtained system impedance and coupling degree. 제4항에 있어서,5. The method of claim 4, 상기 (b) 과정 및 상기 (c) 과정은,Step (b) and step (c), 상기 마이크로스트립 결합 선로의 기생 커패시턴스를 고려하여 상기 인덕턴스, 상기 시스템 임피던스, 및 상기 결합도를 구하는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 방향성 결합기 설계 방법.And the inductance, the system impedance, and the coupling degree in consideration of the parasitic capacitance of the microstrip coupling line. 제10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 마이크로스트립 방향성 결합기는 상기 제1 및 제2 마이크로스트립 선로 말단에 각각 연결되는 전송선로를 더 포함하고,The microstrip directional coupler further includes a transmission line connected to ends of the first and second microstrip lines, respectively. 상기 기생 커패시턴스는 상기 제1 및 제2 마이크로스트립 선로 사이의 기생 커패시턴스 Cp1 및 상기 전송선로 사이의 기생 커패시턴스 Cp2를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 방향성 결합기 설계 방법.And said parasitic capacitance comprises a parasitic capacitance C p1 between said first and second microstrip lines and a parasitic capacitance C p2 between said transmission lines. 제11항에 있어서,The method of claim 11, 상기 (b) 과정은 다음 수학식을 이용하여 상기 인덕턴스를 구하는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 방향성 결합기 설계 방법.The method (b) is a microstrip directional coupler design method characterized in that to obtain the inductance using the following equation.
Figure 112009044418688-pat00024
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여기서, Z0e는 상기 우모드 임피던스, Z0o는 상기 기모드 임피던스, θe는 상기 우모드 전기적 길이, θo는 상기 기모드 전기적 길이를 나타내고, w=2πf(f는 미리 주어진 중심 주파수)이다.Where Z 0e is the right mode impedance, Z 0o is the pre -mode impedance, θ e is the right mode electrical length, θ o is the pre-mode electrical length, and w = 2πf (f is the predetermined center frequency). .
제11항에 있어서,The method of claim 11, 상기 (c) 과정은 다음 수학식을 이용하여 상기 시스템 임피던스를 구하는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 방향성 결합기 설계 방법.The method (c) is a microstrip directional coupler design method, characterized in that to obtain the system impedance using the following equation.
Figure 112009044418688-pat00025
Figure 112009044418688-pat00025
여기서, L은 상기 인덕턴스, Z0e는 상기 우모드 임피던스, Z0o는 상기 기모드 임피던스, θe는 상기 우모드 전기적 길이, θo는 상기 기모드 전기적 길이를 나타내고, w=2πf(f는 미리 주어진 중심 주파수)이다.Where L is the inductance, Z 0e is the right mode impedance, Z 0o is the pre -mode impedance, θ e is the right mode electrical length, θ o is the pre-mode electrical length, and w = 2πf (f is previously Given center frequency).
제11항에 있어서,The method of claim 11, 상기 (c) 과정은 다음 수학식을 이용하여 상기 결합도를 구하는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 방향성 결합기 설계 방법.The step (c) is a microstrip directional coupler design method characterized in that to obtain the degree of coupling using the following equation.
Figure 112009044418688-pat00026
Figure 112009044418688-pat00026
여기서, Z0는 상기 구해진 시스템 임피던스를 나타내고, Zee, Zeo, Zoe, Zoo는 다음과 같고,Here, Z 0 represents the obtained system impedance, Z ee , Z eo , Z oe , Z oo is as follows,
Figure 112009044418688-pat00027
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Figure 112009044418688-pat00028
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Figure 112009044418688-pat00029
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Figure 112009044418688-pat00030
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여기서, L은 상기 인덕턴스, Z0e는 상기 우모드 임피던스, Z0o는 상기 기모드 임피던스, θe는 상기 우모드 전기적 길이, θo는 상기 기모드 전기적 길이를 나타내고, w=2πf(f는 미리 주어진 중심 주파수)이다.Where L is the inductance, Z 0e is the right mode impedance, Z 0o is the pre -mode impedance, θ e is the right mode electrical length, θ o is the pre-mode electrical length, and w = 2πf (f is previously Given center frequency).
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