KR101091419B1 - 메타물질 구조 다중대역 6단자 위상상관기 - Google Patents

메타물질 구조 다중대역 6단자 위상상관기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다중대역 6단자 직접변환 전처리 구성을 갖는 메타물질 구조 다중대역 6단자 위상상관기에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 2개 이상의 주파수를 갖는 수신 RF 신호를 90° 위상 분배하며 메타물질 구조를 갖는 다중대역 RF 신호 전력 분배기와; 2개 이상의 국부발진 신호를 동일한 위상과 동일 전력으로 분배하는 국부발진 신호 전력 분배기와; 전력 분배된 2개 이상의 주파수를 갖는 수신 RF 신호와 국부발진 신호를 90° 위상 결합하는 다중대역 전력 결합기를 포함하는 것을 특징으로 하는 메타물질 구조 다중대역 6단자 위상상관기가 제공된다.
이와 같은 집중소자형 메타물질 구조 6단자 위상상관기는 단일대역 6단자 위상상관기에 비해 다중대역에서 사용할 수 있으며, 분포정수 선로 다중대역보다 50% 이상의 소형화 구조가 가능한 이점이 있다.

Description

메타물질 구조 다중대역 6단자 위상상관기{Metamaterial multi-band six-port phase correlator}
본 발명은 메타물질 구조 다중대역 6단자 위상상관기에 관한 것으로, 단일대역 6단자 위상상관기의 주파수 특성을 2개 이상의 주파수 영역으로 사용주파수 영역을 다중대역화하고, 집중소자형 LH(Left-Handed) 메타물질(Metamaterial) 및 RH(Right-Handed) 메타물질(Metamaterial) 구조를 포함하여 낮은 주파수 영역에서 소형화가 가능한 메타물질 구조 다중대역 6단자 위상상관기에 관한 것이다.
본 발명은 “한국연구재단 지원(기초연구사업-일반연구자지원사업-기본연구지원사업(유형I)), 과제번호 : 2009-0071956”의 연구 결과이다.
6단자 직접변환 회로는 콘(Cohn)과 웨인하우스(Weinhouse)에 의해 1964년 처음 제안 되었으며, 1975년에 호에르(Hoer)가 6단자에 의한 전압, 전류, 임피던스와 위상의 측정 방법을 제안한 이후 30년간 마이크로파 영역에서 저 비용 임피던스나 위상 측정에 이용되어 왔으며, 6단자를 사용한 직접변환 방식은 리(Li), 보시시오(Bosisio)와 우(Wu)에 의해 1994년 처음 제안되었다. 6단자 직접변환 방식 수신 기술은 6단자 위상상관기와 전력 검파기 그리고 I/Q 신호 재생기로 구성된다. 6단자를 이용한 직접변환 방식의 6단자 위상상관기는 도 3과 같이 2차원 평면 분포정수(마이크로스트립) 선로을 사용한 MHMIC 기본 구조를 중심으로 6단자 구조 및 구현 연구를 하였으며[Veselin Brankovic], 마이크로스트립 선로를 이용한 평면형 구조로 발생되는 소형화 문제를 해결하기 위하여 MHMIC 평면 구조를 MMIC 설계 단계에서 크기를 다소 해결하는 MMIC 레이아웃(Layout) 설계 기술을 제안하였다[S.O. Tatu]. 그리고 도 4와 같이 평면형 구조를 30 % 이상 소형화할 수 있는 3차원 구조의 적층형 6단자 소자 구조를 제안하고 있다[Y.W.Kim].
종래의 6단자 위상상관기 구조를 도 1~ 도 4를 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
종래의 6단자 위상상관기로서, 도 1 ~ 도 2와 같이 여러 구성을 갖는 6단자 위상상관기가 제안되고 6단자 직접변환 수신 전처리 위상상관기를 형성하고 있다. 이러한 6단자 위상상관기는 일반적으로 도 2와 같이 동일 위상을 갖는 분포정수 선로 구조 전력 분배기(201)와 동일한 분포정수형 90 또는 180 위상 전력 결합기(202, 203, 204)로 구성된다. 분포정수형 전력 분배기(201)와 분포정수형 전력 결합기(202, 203, 204)로 구성되는 6단자 위상상관기는 도 3과 같이 평면형 마이크로스트립 선로 구조를 갖거나 도 4와 같이 적층형 구조로 구현되고 있다. 도 3과 같이 일반적인 평면형 마이크로스트립 라인으로 구성되는 6단자 위상상관기 구조는 분포정수형 전력 분배기(301)와 3개의 분포정수형 90 전력 결합기(302, 303, 304)로 구성되어 RF 입력단(RF)과 국부발진 신호 입력단(LO), 그리고 4개의 출력단(1,2,3,4)을 갖는다. 도 3과 같이 분포정수형 전력 분배기(301)와 분포정수형 전력 결합기(302, 303, 304)는 λ/4 (λ=파장) 전기적 길이를 가지므로 사용 주파수가 단일 주파수로 고정되며 낮은 주파수 영역에서는 긴 파장으로 비교적 큰 크기를 가지면서 한정된 대역폭 특성을 갖는다.
도 4에 도시된 바와 같이, 적층형 구조인 경우, 6단자 위상상관기 구조는 상면(401)과 하면(402)으로 구성되어 분포정수 선로가 결합된 구조로 일정한 크기의 축소가 가능하다. 그러나 낮은 주파수 영역에서는 비교적 큰 크기를 가지며, 고정된 회로와 제한된 단일 사용 주파수 대역을 가지며, 상면(401)과 하면(402)의 결합으로 사용 대역폭이 제한적이다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 2개 이상의 주파수 대역에서 사용할 수 있으며, 낮은 주파수에서도 소형화가 가능한 메타물질 구조 다중대역 6단자 위상상관기를 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 다중대역 6단자 위상상관기는 2개 이상의 주파수를 갖는 수신 RF 신호를 전력 분배하는 다중대역 RF 신호 전력 분배기, 2개 이상의 주파수를 갖는 국부발진 신호를 전력 분배하는 국부발진 신호 전력 분배기, 상기 전력 분배된 수신 RF 신호와 상기 전력 분배된 국부발진 신호를 수신하여 위상 결합하는 다중대역 전력 결합기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 메타물질 구조 6단자 위상상관기는 단일 대역 또는 다중대역 주파수 신호를 처리할 수 있으며, 다중대역, 다중모드 신호 수신을 위한 SDR 기반 6단자 직접변환 수신 전처리기로 활용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 메타물질 구조 6단자 위상상관기는 낮은 주파수 영역에서도 일정한 크기로 소형화할 수 있다.
도 1은 종래의 일 실시형태에 따른 6단자 위상상관기의 회로도이다.
도 2는 종래의 분포정수 선로 구조 6단자 위상상관기의 회로도이다.
도 3은 종래의 평면형 분포정수 선로 구조를 갖는 6단자 위상상관기의 평면도이다.
도 4는 종래의 적층형 구조 6단자 위상상관기의 개략 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 메타물질 구조 다중대역 6단자 위상상관기의 구조도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따른 메타물질 구조 다중대역 6단자 위상상관기를 형성하는 메타물질 단위 셀의 회로도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시형태에 따른 다중대역 RF 신호 전력 분배기와 다중대역 전력 결합기의 회로도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시형태에 따른 국부발진 신호 전력 분배기의 회로도이다.
도 9a는 본 발명의 일 실시형태에 따른 메타물질 구조 다중대역 6단자 위상상관기의 반사손실을 나타내는 그래프이다.
도 9b는 본 발명의 일 실시형태에 따른 메타물질 구조 다중대역 6단자 위상상관기의 전달특성을 나타내는 그래프이다.
도 10a내지 10b는 본 발명의 일 실시형태에 따른 메타물질 구조 다중대역 6단자 위상상관기의 제 1 주파수에서의 이득 특성을 나타내는 그래프이다.
도 10c 내지 10d는 본 발명의 일 실시형태에 따른 메타물질 구조 다중대역 6단자 위상상관기의 제 1 주파수에서의 위상 전달 특성을 나타내는 그래프이다.
도 11a내지 11b는 본 발명의 일 실시형태에 따른 메타물질 구조 다중대역 6단자 위상상관기의 제 2 주파수에서의 이득 특성을 나타내는 그래프이다.
도 11c 내지 11d는 본 발명의 일 실시형태에 따른 메타물질 구조 다중대역 6단자 위상상관기의 제 2 주파수에서의 위상 전달 특성을 나타내는 그래프이다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 메타물질 구조 다중대역 6단자 위상상관기를 도 5 ~ 도 11을 참조하여 상세히 설명한다.
그러나 본 발명의 권리범위는 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 기술 분야의 통상적인 지식을 가진 자에 의하여 다양하게 변형 실시될 수 있음은 물론이다. 또한, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시형태에 따른 메타물질 다중대역 6단자 위상상관기를 도 5~ 도 8을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 메타물질 구조 다중대역 6단자 위상상관기의 구조도를 도시하는 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 메타물질 구조 다중대역 6단자 위상상관기는 다중대역 RF 신호 전력 분배기(502)와, 국부발진 신호 전력 분배기(501)와, 다중대역 전력 결합기(503, 504)를 포함한다.
다중대역 RF 신호 전력 분배기(502)는 바람직하게는 메타물질 구조를 가지며, 2개 이상의 주파수를 갖는 수신 RF 신호를 90° 위상차를 갖는 동일전력의 신호로 분배한다.
또한, 국부발진 신호 전력 분배기(501)는 2개 이상의 국부발진 신호를 동일한 위상과 동일한 전력을 가지는 신호로 분배한다. 이 경우, 국부발진 신호 전력 분배기(501)는 바람직하게는 집중소자형 구조를 갖는 저항성 전력 분배기인 것이 바람직하다.
다중대역 전력 결합기(503, 504)는 동일위상과 90°위상차를 가지도록 전력분배 된 2개 이상의 주파수를 갖는 수신 RF 신호, 및 동일위상과 동일전력을 가지도록 전력분배된 국부발진 신호를 각각 입력받는다. 그리고 다중대역 전력 결합기(503, 504)는 상기 수신한 각각의 수신 RF 신호와 국부발진 신호를 90° 위상 결합한다. 이 경우, 상기 다중대역 전력 결합기(503, 504)는 집중소자형 메타물질 구조를 갖는 것이 바람직하다.
상기한 메타물질은 빛의 파장보다 작은 규모의 단위 구조로 구성된 인위적인 물질로서 자연에서 쉽게 보기 힘든 특성을 지니도록 조작된 물질을 일컫는다. 메타물질 전송 선로로는 LH(Left-Handed)와 RH(Right-Handed) 전송 선로가 혼재되어 구성되는 CRLH(Composite Right-Left-Handed metamaterial) 전송선로를 기본으로, 듀얼(Dual)-CRLH, 더블-로렌츠(Double-Lorentz) 전송 선로, 그리고 CRLH 전송 선로와 D-CRLH 전송 선로 모두 존재하는 E-CRLH 전송 선로가 있다.
본 발명의 실시예에 따른 메타물질 구조는 도 6과 같은 단위 셀을 다수(N 셀)개 갖는 CRLH 구조를 가진다. 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 단위 셀은 2개의 직렬 LC 소자의 접점에 병렬 LC 소자의 일단이 연결되어 있는 4단자 회로인 것이 바람직하다.
상기 도 6에 도시된 단위 셀에 대해 구체적으로 설명한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 직렬 선로의 인덕터 성분(601)과 병렬 선로의 커패시터 성분(603)은 RH 구조를 가지며, 직렬 선로의 커패시터 성분(602)과 병렬 선로의 인덕터 성분(604)은 LH 구조를 갖는다. 그리고 RH 선로 구조(601, 603)에 의해 선로에 전송되는 신호의 전파 위상 정수는 양(+)의 값을 나타내며, LH 선로 구조(602, 604)에 의해 선로에 전송되는 신호의 전파 위상 정수는 음(-)의 값을 나타낸다. 메타물질의 양(+)과 음(-)의 위상 정수에 따라 2개 이상의 사용 주파수를 갖는 다중대역 RF 신호 전력 분배기(502)와 다중대역 전력 결합기(503, 504) 구성을 갖는다.
도 5의 다중대역 RF 신호 전력 분배기(502)와 다중대역 전력 결합기(503, 504)의 집중소자형 회로 구조는 도 6과 같은 단위 셀 조합(N 셀)을 통하여 구현된다.
그리고 도 7은 도 6의 단위 셀 N(여기서는 N=2)으로 구성된 도 5의 다중대역 RF 신호 전력 분배기(502)와 다중대역 전력 결합기(503, 504) 구조를 집중소자형 메타물질로 구성한 4 단자(1, 2, 3, 4) 구조 실시 예를 도시하는 도면이다.
도 7에서, RH 전송 구조를 구성하는 직렬 선로의 인덕터 성분(702, 705)과 병렬 선로의 커패시터 성분(703, 708), 그리고 LH 전송 구조를 구성하는 직렬 선로의 커패시터 성분(701, 706)과 병렬 선로의 인덕터 성분(704, 707)은 다중대역 주파수(ω1, ω2)에 따라 [수학식 1]로부터 구할 수 있다.
Figure 112010015089255-pat00001
여기서, 도 7은 N=2인 경우의 실시 예이며, φ1(2) =φ(ω1(2))=+(-)π/2 관계를 갖는다.
한편, 본 발명에 따른 도 5의 국부발진 신호 전력 분배기(501)는 도 8과 같이 3개의 저항(801, 802, 803)으로 3단자 소자를 구성하며, 다중대역 RF 신호 전력 분배기(502)와 다중대역 전력 결합기(503, 504)의 다중대역 사용 주파수를 포함하는 광대역 특성을 갖는다.
도 8의 3개의 저항은 각 단자의 특성임피던스 Zo에 정합되기 위하여 Zo/3의 저항 값을 갖는다.
본 발명의 실시예에 따른, 도 7과 같은 집중소자형 메타물질 구조를 갖는 다중대역 RF 신호 전력 분배기(502)와 다중대역 전력 결합기(503, 504), 그리고 도 8과 같은 저항형 전력 분배기 구조를 갖는 국부발진 신호 전력 분배기(501)로 구성된 도 5의 메타물질 구조 다중대역 6단자 위상상관기의 바람직한 구성 예의 동작을 살펴보면 다음과 같다.
도 5의 국부발진 신호 전력 분배기(501)에 입력되는 국부발진 신호는 동일 전력과 동일 위상을 가지는 2개의 출력 신호(507, 508)로 분배된다. 이 경우, 도 5의 국부발진 신호 전력 분배기(501)는 도 8과 같이 3개의 저항(801, 802, 803)으로 구성되어 3단자(1, 2, 3)를 형성하고, 각 단자가 특성 임피던스 Zo로 종단되어 있을 때, Zo/3 저항과 출력 선로를 바라본 임피던스 Z는 아래의 [수학식 2]와 같다.
Figure 112010015089255-pat00002
이때 국부발진 신호 전력 분배기(501)의 입력 임피던스는 [수학식 3]과 같다.
Figure 112010015089255-pat00003
[수학식 3]으로부터 입력 단자(1)가 급전선에 정합됨을 알 수 있다. 도 8의 3단자(1, 2, 3) 모두에서 회로가 대칭이므로 출력 단자(2, 3)도 정합된다. 따라서 산란계수 성분은
Figure 112010015089255-pat00004
이다.
입력 단자(1)에서 전압이 V1 이면 접합의 중심에서의 전압 V와 출력 단자(2) 전압 V2는 전압 분배법칙에 의해 [수학식 4]와 같다.
Figure 112010015089255-pat00005
따라서 산란계수 성분은
Figure 112010015089255-pat00006
이며, 이것은 입력 전력보다 6 dB 낮음을 의미하며, 3개의 단자(1, 2, 3)가 대칭구조이기 때문에, 어느 단자를 기준으로 해도 입력 임피던스, 손실, 격리도 등, 모든 특성은 동일하다. 또 회로가 가역적이므로 산란계수[Spower divider]도 대칭되어 [수학식 5]와 같다.
Figure 112010015089255-pat00007
[수학식 5]의 산란계수는 도 5의 다중대역 RF 신호 전력 분배기(502)와 다중대역 전력 결합기(503, 504)의 다중대역 동작주파수(ω1, ω2)를 커버하는 넓은 주파수 영역에서 만족한다.
한편, 도 5의 다중대역 RF 신호 전력 분배기(502)에 입력되는 RF 신호(506)는 도 7과 같이 구성되는 집중소자형 메타물질 구성에 의해 다중대역 주파수에서 ±90° 위상차를 갖는 동일전력 신호(509, 510)로 각각 분배된다.
그러면 국부발진 신호 전력 분배기(501)에 의해 전력분배된 국부발진 신호(507, 508)와, 다중대역 RF 신호 전력 분배기(502)에 의해 전력 분배된 RF 신호(509, 510)는 각각 다중대역 전력 결합기(503, 504)에 입력된다. 이 경우 상기 다중대역 전력 결합기(503, 504)는 도 7에 도시된 구성을 가질 수 있다. 그러면 상기 다중대역 전력 결합기(503, 504)는 상기 입력된 신호를 ±90° 위상 결합하여 4개의 출력 신호(511, 512, 513, 514)를 발생시키고 출력 단자(단자1, 단자 2, 단자 3, 단자 4)를 통해 출력한다. 이 경우, 출력 단자(단자1, 단자 2, 단자 3, 단자 4)를 통해 출력되는 4개 출력 신호(511, 512, 513, 514)는 각각 입력 RF 신호의 전송 데이터 정보 신호를 갖는다.
도 7과 같은 집중소자형 메타물질 구조는 다중대역 주파수에서 ±90° 위상차를 가지며 동일전력으로 분배 또는 결합하는 것으로 [수학식 6]과 같은 산란계수[Smeta - power]를 갖는다.
Figure 112010015089255-pat00008
여기서, +(-)는 CRLH 선로의 LH와 RH 선로에 대한 다중대역 동작 주파수 (ω1, ω2)의 산란계수 부호이다.
한편, 서로 동일한 전력 세기를 갖는 국부발진 신호(505)와 입력 RF 신호(506)를 본 발명의 메타물질 구조 다중대역 6단자 위상 상관기에 입력하는 경우, 국부발진 신호 전력 분배기(501)와 다중대역 RF 신호 전력 분배기(502)와 다중대역 전력 결합기(503, 504)를 포함하는 도 5의 집중소자형 메타물질 구조 6단자 위상상관기의 산란계수([Smeta-six])는 다중대역 동작 주파수에 따라 양(+)의 부호 또는 음(-)의 부호를 갖는 [수학식 7]과 같다.
Figure 112010015089255-pat00009
상기 수학식 7에서 알 수 있는 바와 같이, 단자 5 입력 신호(505)에 대해 단자 1 출력 신호(511)와 단자 2 출력 신호(513)는 동일한 ±90° 위상값을 갖는다. 그리고, 단자 3 출력 신호(512)와 단자 4 출력 신호(514)는 동일한 -180° 위상값을 가지며, 단자 1 출력 신호(511)와 단자 3 출력 신호(512)는 90° 위상차를 갖는다. 또한, 단자 6 입력 신호(506)에 대해 단자 1 출력 신호(511)와 단자 4 출력 신호(514)는 동일하게 ±90° 위상값을 가지며, 단자 2 출력 신호(513)는 단자 6 입력 신호와 동일한 위상값을 그리고 단자 3 출력 신호(512)는 180° 위상값을 갖는다. 즉, 단자 1 출력 신호(511)와 단자 4 출력 신호(514)는 동위상을 갖는 신호이며, 단자 2 출력 신호(513)와 단자 3 출력 신호(512)는 180° 위상차를 갖는다.
도 5의 메타물질 구조 6단자 위상상관기 출력 신호(511, 512, 513, 514)는 다중대역 동작주파수(ω1, ω2)의 한 주파수에서 동위상 신호와 -90° 위상 또는 -180° 위상을 가지고, 다른 동작 주파수에서는 동위상 그리고 -90° 또는 +180° 위상값을 가지나, 다중대역 동작주파수(ω1, ω2)에서 각각 6단자 위상 상관기의 출력 신호의 위상차를 만족한다.
이하에서는 도 9 ~ 도 11를 참조하여 본 발명에 따른 메타물질 다중대역 6단자 위상상관기의 성능을 살펴보겠다.
도 9는 비교적 낮은 다중대역 주파수 영역(195 MHz, 650 MHz)에서 실시된 본 발명에 따른 집중소자형 메타물질 구조 6단자 위상상관기의 입력 단자(단자 5:505, 단자 6:506)의 정합 특성이다.
도 9a에 도시된 바와 같이 각각의 중심주파수(195 MHz, 650 MHz)에 입력 단자(단자 5:505, 단자 6:506)의 반사 손실은 약 (-30 dB, -27 dB)와 (-35 dB, -30 dB)로 양호하게 정합되어 다중대역 동작 주파수를 갖는다. 다중대역 동작 주파수에서의 전달 특성은 도 9b에 도시된 바와 같이 정합된 동작 주파수 영역(195 MHz, 650 MHz)에서 양호(-6 dB 또는 -9 dB)하게 나타난다. 여기서, 3 dB차는 국부발진 신호 전력 분배기(501)에서 발생되는 손실이다.
도 10은 다중대역 동작 주파수의 제 1 주파수(195 MHz)에서의 이득 및 위상 전달 특성이다.
도 10a에 도시된 바와 같이 단자 5 입력 신호(505)에 대한 출력 단자 1 신호(511)와 출력 단자 2 신호(513)의 손실은 약 -9.3 dB와 약 -9.2 dB이고, 출력 단자 3 신호(512)와 출력 단자 4 신호(514)의 손실 특성은 약 -9.3 dB와 약 -8.9 dB이다. 또한, 도 10b에 도시된 바와 같이 단자 6 입력 신호(506)에 대한 출력 단자 1 신호(511)의 손실은 약 -5.9 dB이며, 출력 단자 2 신호(513)와 출력 단자 3 신호(512)의 손실은 약 -5.8 dB와 약 -5.7 dB, 그리고 출력 단자 4 신호(514)의 손실 특성은 약 -6.0 dB이다. 따라서 다중대역 동작 주파수의 제 1 주파수(195 MHz)에서 메타물질 구조 6단자 위상상관기의 이득 특성(전력 손실)은 약 0.4 dB 이내의 동일한 이득 특성을 갖는다.
도 10c에 도시된바와 같이, 단자 5 입력 신호(505)에 대한 출력 단자 1 신호(511)와 출력 단자 2 신호(513), 그리고 출력 단자 3 신호(512)와 출력 단자 4 신호(514)는 동위상이며, 신호 간에는 90.1° 위상차를 갖는다. 도 10d에 도시된 바와 같이, 단자 6 입력 신호(506)에 대한 출력 단자 1 신호(511)와 출력 단자 4 신호(514)는 동위상이며, 출력 단자 2 신호(513)와 출력 단자 3 신호(512)는 각각 92.2° 위상차를 갖는다. 따라서 다중대역 동작 주파수의 제 1 주파수(195 MHz)에서 집중소자형 메타물질 구조 6단자 위상상관기의 위상 오차는 약 2.2° 이하의 양호한 특성을 갖는다.
도 11은 다중대역 동작 주파수의 제 2 주파수(650 MHz)에서의 이득 및 위상 전달 특성이다.
도 11a에 도시된 바와 같이 단자 5 입력 신호(505)에 대한 출력 단자 1 신호(511)와 출력 단자 2 신호(513)의 손실은 약 -9.2 dB와 약 -9.1 dB이고, 출력 단자 3 신호(512)와 출력 단자 4 신호(514)의 손실 특성은 약 -9.2 dB와 약 -8.6 dB이다. 또한, 도 11b에 도시된바와 같이 단자 6 입력 신호(506)에 대한 출력 단자 1 신호(511)의 손실은 약 -5.8 dB이며, 출력 단자 2 신호(513)와 출력 단자 3 신호(512)의 손실은 약 -6.3 dB와 약 -5.6 dB, 그리고 출력 단자 4 신호(514)의 손실 특성은 약 -5.8 dB이다. 따라서 다중대역 동작 주파수의 제 2 주파수(650 MHz)에서 메타물질 구조 6단자 위상상관기의 이득 특성(전력 손실)은 약 0.7 dB 이내의 동일한 이득 특성을 갖는다.
도 11c에 도시된 바와 같이, 단자 5 입력 신호(505)에 대한 출력 단자 1 신호(511)와 출력 단자 2 신호(513), 그리고 출력 단자 3 신호(512)와 출력 단자 4 신호(514)는 동위상이며, 신호 간에는 86° 위상차를 갖는다. 도 11d에 도시된 바와 같이, 단자 6 입력 신호(506)에 대한 출력 단자 1 신호(511)와 출력 단자 4 신호(514)는 동위상이며, 출력 단자 2 신호(513)와 출력 단자 3 신호(512)는 각각 93.1° 위상차를 갖는다. 따라서 다중대역 동작 주파수의 제 2 주파수(650 MHz)에서 집중소자형 메타물질 구조 6단자 위상상관기의 위상 오차는 약 3.1° 이하의 양호한 특성을 갖는다.
이와 같이 메타물질 구조 다중대역 6단자 위상상관기는 다중대역 동작주파수에서 이득 특성(전력 손실)은 약 0.7 dB 이내, 그리고 위상 오차는 약 3.1° 이하의 양호한 특성을 갖는다.
즉, 본 발명에 따른 메타물질 구조 다중대역 6단자 위상상관기는 양호하게 동작함을 알 수 있으며, 도 7과 도 8의 집중소자형 메타물질 구조에 따라 다중대역 특성을 가지며, 낮은 대역에서 50% 이상의 소형화 구조가 가능하다.
501: 국부발진 신호 전력 분배기 502: 다중대역 RF 신호 전력 분배기
503, 504: 다중대역 전력 결합기 601, 604: 인덕터 성분
602, 603: 커패시터 성분 801, 802, 803: 저항

Claims (10)

  1. 2개 이상의 주파수를 갖는 수신 RF 신호를 전력 분배하는 다중대역 RF 신호 전력 분배기;
    2개 이상의 주파수를 갖는 국부발진 신호를 전력 분배하는 국부발진 신호 전력 분배기;
    상기 전력 분배된 수신 RF 신호와 상기 전력 분배된 국부발진 신호를 수신하여 위상 결합하는 다중대역 전력 결합기를 포함하며,
    상기 다중대역 RF 신호 전력 분배기와 상기 다중대역 전력 결합기는 집중소자형 메타물질 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 다중대역 6단자 위상상관기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 다중대역 RF 신호 전력 분배기는,
    상기 수신 RF 신호를 90°위상차를 갖는 동일 전력의 RF 신호로 전력 분배하는 것을 특징으로 하는 다중대역 6단자 위상상관기.
  3. 제1항에 있어서, 상기 국부발진 신호 전력 분배기는,
    상기 국부발진 신호를 동일 위상과 동일 전력을 가지는 국부발진 신호로 전력 분배하는 것을 특징으로 하는 다중대역 6단자 위상상관기.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 집중소자형 메타물질 구조는 2개의 직렬 LC 소자의 접점에 병렬 LC 소자의 일단이 연결되어 있는 4단자 회로를 단위 셀로 하는 것을 특징으로 하는 다중대역 6단자 위상상관기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 다중대역 전력 결합기의 메타물질 구조는 상기 단위 셀을 다수개 구비하는 CRLH(Composite Right Left Handed materials) 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 다중대역 6단자 위상상관기.
  8. 제1항에 있어서, 상기 국부발진 신호 전력 분배기는,
    저항성 전력 분배기인 것을 특징으로 하는 다중대역 6단자 위상상관기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 저항성 전력 분배기는 3개의 저항으로 이루어진 3단자 소자인 것을 특징으로 하는 다중대역 6단자 위상상관기.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 3개의 저항은 각 단자의 특성 임피던스 Zo에 정합하도록 Zo/3의 저항값을 갖는 것을 특징으로 하는 다중대역 6단자 위상상관기.
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