KR101191764B1 - 도파관 대 마이크로스트립 모드 변환기 및 이를 구비한 전자파 수신 장치 - Google Patents

도파관 대 마이크로스트립 모드 변환기 및 이를 구비한 전자파 수신 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르는 도파관 대 마이크로스트립 모드변환기는, 프로브를 구비하며, 적어도 일면에 마이크로스트립선로가 형성된 기판과, 상기 기판이 관통되는 관통홀을 구비하는 상판, 일면에서 리세스되고, 서로 단차를 형성하는 복수의 리세스면을 구비하고, 상기 상판 및 리세스면과 함께 도파관을 형성하는 하판 및 상기 리세스면에 상기 기판이 삽입되도록 홈을 구비하여 형성되는 리지부를 포함함으로써, 최소 천이 길이로 MIC 모듈과 연결되어 안테나의 구동각을 개선할 수 있게 된다.

Description

도파관 대 마이크로스트립 모드 변환기 및 이를 구비한 전자파 수신 장치{WAVEGUIDE TO MICROSTRIP MODE CONVERTER AND ELECTROMAGNETIC WAVE RECEPTION APPARATUS HAVING THE SAME}
본 발명의 실시예들은 전자파를 수신할 수 있는 도파관을 구비한 모드 변환기에 관한 것이다.
직각으로 형성되는 도파관입출력을 가지는 MIC(Microwave Integrated Circuit) 모듈 구성시, 도파관 대 마이크로스트립 모드변환기의 천이길이는 MIC 모듈의 하우징 두께를 증가시켜, 기구적으로 MIC 모듈을 구동할 경우, 구동 각도를 제한하게 된다. 또한 통상적인 도파관의 단축길이를 사용할 경우, 배열안테나의 간격증대로 안테나의 크기가 커지게 되는데, 감소단축도파관은 이러한 문제를 극복하고, 배열안테나의 크기를 줄일 수 있게 된다.
그러나 감소단축도파관은 손실이 커서, 기존 도파관대 마이크로스트립 모드변환기 구조를 여기에 적용할 경우, 손실이 커지며, 또한 감소단축도파관의 낮은 임피던스로 인해 기존구조로 적용할 경우, 낮은 삽입손실을 주는 구조를 제작하기 어려워진다. 이러한 도파관 대 마이크로스트립 모드변환기의 증가된 삽입손실은 MIC 모듈의 수신감도를 떨어뜨리게 된다.
따라서, 직각으로 형성되는 도파관입출력을 가지는 MIC에서 배열안테나의 크기를 줄이면서도, MIC 모듈의 수신감도를 향상시킬 수 있는 모드 변환기를 고려할 수 있다.
본 발명의 일실시예들은 직각 구조를 갖는 도파관 대 마이크로스트립 모드변환기를 제공하기 위한 것이다.
또한, 보다 향상된 반사 손실을 갖으며, 만족할 만한 전압정재파비를 갖는 도파관 대 마이크로스트립 모드변환기를 제공하기 위한 것이다.
그리고, 본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 여기에 언급되지 않은 본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이와 같은 본 발명의 해결 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르는 도파관 대 마이크로스트립 모드변환기는, 프로브를 구비하며, 적어도 일면에 마이크로스트립선로가 형성된 기판과, 상기 기판이 관통되는 관통홀을 구비하는 상판, 일면에서 리세스되고, 서로 단차를 형성하는 복수의 리세스면을 구비하고, 상기 상판 및 리세스면과 함께 도파관을 형성하는 하판 및 상기 리세스면에 상기 기판이 삽입되도록 홈을 구비하여 형성되는 리지부를 포함한다.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 리지부는 상기 각 리세스면으로부터 돌출되는 복수의 돌출면을 구비하고 상기 돌출면들은 서로 단차를 형성할 수 있다.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 돌출면과 상기 기판은 서로 직각을 이루도록 형성될 수 있다.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 도파관은 일면이 열린 개구면과 일면이 닫힌 폐면을 구비하고, 상기 리지부는 상기 개구면과 상기 폐면 사이에 일정 간격 이격되어 배치될 수 있다.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 관통홀은 상기 개구면에 근접한 제1면과, 상기 제1면에 대향하고 상기 기판과 접촉하면서 이를 지지하는 제2면을 포함하고, 상기 도파관을 향한 상기 제1면의 연장면은 기준면을 형성할 수 있다.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 기준면으로부터 상기 개구면까지는 임피던스 변환부를 형성하고, 상기 기준면으로부터 상기 폐면까지는 프로브 모드변환부를 형성할 수 있다.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 도파관은 서로 단차를 형성하는 리세스면으로 인하여, 내부로 갈수록 단면적이 좁아지는 형상으로 이루어질 수 있다.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 도파관의 단면은, 장축(a)과 단축(b)을 구비한 직사각형 및 상기 직사각형의 일부가 상기 리지부로 인하여 리지폭(s)만큼 돌출되어 상기 직사각형의 일면과 일정 높이(d)만큼 이격되어 돌출된 형상으로 이루어질 수 있다.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 단축(b)과 리지폭(s)은 일정하고, 상기 도파관의 개구면에서 폐면으로 갈수록 상기 장축(a)과 높이(d)를 감소시키는 것으로 이루어질 수 있다.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 리지부는 4개의 돌출면들로 이루어지고, 각 돌출면들은 기설정된 길이로 형성되어 적어도 두개의 정합점을 발생시키는 것으로 이루어질 수 있다.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 돌출면들 중 개구면에 가장 인접한 제1돌출면의 길이(lb) : 상기 제1돌출면에 인접한 제2돌출면의 길이(lc) : 상기 제2돌출면에 인접한 제3돌출면의 길이(ld) : 상기 제3돌출면에 인접한 제4돌출면의 일단에서 상기 기준면까지의 길이(le) : 상기 기판이 삽입되는 리지 홈의 전면에서 상기 폐면까지의 길이(lbs)의 비가 각각 7~10 : 1 : 5~7 : 2~4 : 7~13 인 것으로 이루어 질 수 있다.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 프로브의 폭은 리지의 폭보다 넓게 형성되는 것으로 이루어질 수 있다.
또한 상기한 과제를 실현하기 위하여 본 발명은 신호를 수신하는 안테나와, 상기 수신된 신호를 처리하도록 형성되는 초고주파 집적회로 및 상기 안테나와 상기 초고주파 집적회로를 연결하는 상기한 도파관 대 마이크로스트립 모드 변환기를 포함하는 전자파 수신 장치를 개시한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 관련된 도파관 대 마이크로스트립 모드변환기는 별도의 조정과정이나 추가적인 정합회로 없이 원하는 주파수 동작 대역에서 0.12 dB 내외의 저손실을 일정하게 갖게 된다.
또한 직각 천이 구조로 변환가의 길이가 감소단축 도파관의 1/4파장보다 짧아진다. 상용 구형도파관 대 동축선 변환기의 경우 손실이 0.1～0.2 dB로 볼 때 전송손실이 큰 감소단축도파관에서 구현한 본 발명의 손실은 매우 작은 것을 알 수 있다. 이러한 저손실 특성은 MIC 모듈의 수신성능을 최적화 할 수 있다.
또한 구조적으로 전기적, 외부 조건에 의한 특성 변화를 줄여주는 강인한 구조로 구성됨에 따라 조립시 발생하는 부정합을 최소로 줄여 줄 수 있다. 최소 천이 길이로 MIC 모듈과 연결되어 안테나의 구동각을 개선하게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 직각 구조의 도파관 대 마이크로스트립 모드 변환기를 구비한 MIC모듈의 개념도.
도 2a 내지 2c는 각각 본 발명의 일 실시예와 관련된 모드 변환기의 사시도, 측면 및 정면의 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예와 관련된 리지 대 동축선 천이구조를 구비한 모드 변환기의 개념도.
도 4는 본 발명의 일 실시예와 관련된 감소단축도파관의 개념도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따르는 도파관 대 마이크로스트립 모드 변환기의 개념도.
도 6은 도 5의 모드 변환기에서 감소단축도파관, 리지(ridge)도파관, 마이크로스트립의 전계면의 전계 형태의 그래프.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따르는 도파관 및 리지부의 홈에 기판이 삽입된 상태에서의 개념도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따르는 하판의 개념도.
도 9a 내지 9b는 본 발명의 일 실시예에 따르는 도파관의 개념도 및 도파관의 차단파장 대 감소단축 차단파장의 비를 도시한 그래프.
도 10은 1/4파장 임피던스변환기와 비교한 본 발명의 임피던스변환부의 VSWR비교한 그래프.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따르는 모드 변환기의 단면 구조를 도시한 개념도.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따르는 리지부의 돌출면의 길이에 따른 반사 손실을 도시한 그래프.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따르는 도파관 대 마이크로스트립 모드 변환기의 전압정재파비를 도시한 그래프.
이하, 본 발명의 일실시예에 따르는 도파관 대 마이크로스트립 모드 변환기 및 이를 구비한 전자파 수신 장치에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일?유사한 구성에 대해서는 동일?유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 직각 구조의 도파관 대 마이크로스트립 모드 변환기를 구비한 MIC모듈의 개념도이고, 도 2a 내지 2c는 본 발명의 일 실시예와 관련된 모드 변환기의 사시도, 측면 및 정면의 단면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예와 관련된 리지 대 동축선 천이구조를 구비한 모드 변환기의 개념도이다.
도시한 바와 같이, MIC (Microwave Integrated Circuit) 모듈은 모드변환기가 직각으로 구성되어 다수개의 도파관입력(11)을 갖는다. 모듈의 하우징(12)내에는 다수개의 복합기능을 갖고 있는 조립된 MIC 캐리어(carrier)들이 장착되어 있으며, 다수개의 도파관 입력(11)은 도파관 대 마이크로스트립 모드변환기를 거쳐 마이크로스트립으로 변환된 후, 캐리어들에 연결된다. 이때 도파관 입력부에서 마이크로스트립선로로 변환되는 길이는 MIC모듈의 두께(t2)를 증가시키게 되고, 이러한 MIC모듈이 부착된 안테나는 구동각도가 줄어든다.
또한 통상적인 단축 도파관 배열 안테나는 도파관 입력 사이의 간격 증대로 안테나의 크기가 커지게 되는데, 감소 단축 도파관의 두께(t1)로 인하여 이러한 문제를 극복하고, 배열안테나의 크기를 줄일 수 있게 된다.
도파관과 마이크로스트립을 직각으로 연결하기 위한 일예로서 도 2a에서 도시된 바와 같은, 개방형 마이크로스트립 전계면(E-plane) 프로브를 들 수 있다.
이 구조를 구성하기 위해 도 2a에 도시된 바와 같이 뒷면단락(back-short)(21)으로 도파관의 한쪽을 닫아 단락구조를 만든다. 이 때 뒷면단락으로부터의 길이(l)가 1/4파장인 곳에서 전계가 최대가 된다. 이 지점에서 직각으로 마이크로스트립이 연결되고, 도파관 내부로 마이크로스트립을 연장한다.
전계면 프로브(23)는 프로브 뒷면의 접지면을 제거하고, 윗면은 도 2c에 도시된 바와 같이 적절한 도체 형상 패턴을 형성하여 구성된다. 도파관의 전자계는 프로브(23)를 거쳐, 정합부(24), 그리고 마이크로스트립 선로(25)에 결합하게 된다.
전계면 프로브는 중심주파수에서는 전계와 임피던스가 정확하게 정합되어 충분한 반사손실을 얻는다. 반면 도파관 주파수대역의 상단과 하단모 주파수에서는 원하는 반사손실을 만족하지 못해 동작주파수 대역이 줄어들게 된다.
주파수대역의 양 끝단 주파수로 갈수록 도파관과 전계면 프로브 사이에 임피던스의 크기와 전계형태의 차가 커져 정합이 어려워지기 때문이다. 또한 도파관에서 프로브에 충분히 전계를 결합시키기 위해 면적이 넓은 도체가 필요하고, 이를 지지하기 위한 유전체(26)도 넓어진다. 그 결과 도 2a 내지 2c에서 도시된 바와 같이 도파관내 유전체 노출이 커져 손실이 커지게 된다.
도 2a 내지 2c에서 도시된 구조와 유사한 구조로서, 동축선로로 도파관의 전자계를 결합시키는 구조가 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 도파관의 전자계를 효율적으로 동축으로 변환시키기 위하여, 도파관내에 리지(ridge)도파관 임피던스정합부(31)를 형성하고, 도파관의 특성임피던스를 동축의 임피던스인 50 ohm과 가깝게 변환한다.
그리고 앞서 설명한 프로브 천이구조와 유사하게 뒷면단락부(32)를 형성하여, 동축선 프로브(33)에서 전계가 최대로 되게 한다. 이때 뒷면단락부(32) 및 임피던스 정합부(31)는 모두 약 1/4 파장의 길이를 가진다.
그리고 프로브(33)의 형상은 임피던스 정합을 위하여 50 ohm으로 형성된 동축선의 내경(34)보다 큰 직경을 가지게 된다. 이러한 구조에 임피던스정합부(31)는 1/4 파장의 천이길이를 가지고 있으며, 통상적인 구형도파관 입력을 50 ohm 리지(ridge)도파관으로 정합시키는 역할을 한다.
그러나 이러한 모드변환기의 주파수 대역폭도 일반적으로 도 2의 변환기와 같이 넓지 않다. 이것의 동작주파수 대역폭 개선하기 위해서 도 3의 임피던스 정합부(31) 대신에 리지를 다중으로 연결한 계단형 임피던스 정합부를 사용한다. 이 때 각 계단형 리지(ridge)도파관들의 길이는 1/4 파장으로 대역폭의 개선을 위해 상당한 천이길이가 필요로 한다.
도 2 내지 도 3과 관련된 도파관들에 비해 감소 단축 도파관은 도 4에 도시된 바와 같은 단축(42)을 줄인 도파관으로서, 상기한 도파관보다 낮은 단축으로 인해, 소형화된 도파관 배열안테나를 구성할 수 있게 한다.
이와 같은 감소단축도파관에 연결되는 모드변환기에 도 2a 내지 도 2c와 같은 구조를 적용할 경우, 천이길이는 짧으나 전계면 프로브를 지지하는 유전체에 의해 상당한 삽입손실을 동반하고, 동작 대역폭이 좁아, 저손실 광대역 모드변환기 응용에는 문제가 있게 된다.
도 3과 같은 모드변환기는 감소단축도파관에 응용할 경우 저손실 특성를 가지나, 마이크로스트립선로가 아닌 동축선로를 사용하고 있어서, 별도의 동축선로 대 마이크로스트립 변환이 필요하다. 또한 대역을 개선하기 위해 계단형 임피던스 정합부를 사용할 경우 각 리지의 길이는 모두 1/4 파장 이상으로 총 길이는 상당히 길어지게 된다. 또한, 감소단축도파관은 일반형 도파관에 비해 임피던스가 낮아 광대역 구현을 어렵게 한다.
짧은 천이길이 만족하는 동시에 저손실을 갖는 감소단축도파관 대 마이크로스트립 모드변환기가 요구되는데, 후술하는 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따르면, 짧은 단락된 전계면 프로브와 뒷면단락을 가지는 50 ohm 리지(ridge)도파관을 이용하여 모드변환부를 설계하고, 감소단축도파관 대 50ohm 리지(ridge)도파관 의 임피던스 변환부를 변형된 2 단 리지(ridge)도파관 임피던스변환기를 통해 연결한다.
이와 같이 구성된 2개의 구조의 특성을 조정하여 광대역, 저손실을 가지게 하고, 결과적으로 짧은 천이길이를 얻어 소형 모드변환기를 구현할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따르는 도파관 대 마이크로스트립 모드 변환기의 개념도이고, 도 6은 도 5의 모드 변환기에서 감소단축도파관, 리지(ridge)도파관, 마이크로스트립의 전계면의 전계 형태의 그래프이다.
도 5에서 도시한 바와 같이, 도파관 대 마이크로스트립 모드 변환기는 기판(140), 상판(110), 하판(120) 및 리지부(130)를 포함한다.
기판(140)은 프로브(142)를 구비하며, 적어도 일면에 마이크로 스트립 선로가 형성되어 있다. 상판(110)은 기판(140)이 관통되는 관통홀(111)을 구비하고, 마이크로스트립선로 지지대 역할 및 도파관 덮개 역할을 한다. 관통홀(111)의 사각형의 홈형상으로 이루어지며, 기판(140)이 사각형 홈의 아래 면에 도전성 접착제로 접착되게 된다. 관통홀(111)은 제1면(111a)과 제2면(111b)을 구비하여 이루어질 수 있으며, 제2면(111b)은 기판(140)과 접촉하면서 이를 지지하도록 형성된다. 그리고, 제1면(111a)의 연장면은 임피던스 변환부(150)와 프로브 모드 변환부(160)가 나누어지는 기준면(112)을 형성하게 된다.
하판(120)은 일면에서 리세스되고, 서로 단차를 형성하는 복수의 리세스면(121)을 구비하고, 상기 상판(110) 및 리세스면(121)과 함께 도파관을 형성한다. 도파관은 일면이 개구되고 타면은 닫힌 형상으로 이루어지며, 내측으로 갈수록 그 단면적이 좁아지는 형상으로 이루어진다. 그리고, 리세스면(121)에는 상기 기판(140)이 삽입되도록 홈(133)을 구비하여 형성되는 리지부(130)가 형성된다. 리지부(130)는 도파관의 개구면과 폐면 사이에 배치된다.
리지부(130)의 홈(133)에는 기판(140)의 프로브(142)가 삽입되어 도전성 접착제로 접착되게 된다. 리지부(130)는 상기 각 리세스면(121)으로부터 돌출되는 복수의 돌출면(131)을 구비하고 상기 돌출면(131)들은 서로 단차를 형성하도록 이루어진다. 그리고, 상기 돌출면(131)과 상기 기판(140)은 서로 직각을 이루게 된다.
도 6에는 50 ohm 리지(ridge)도파관, 감소단축도파관 및 마이크로스트립의 단면에서의 전계세기들을 도시하였다. 리지(ridge)도파관의 전계세기는 리지부(130)의 돌출면(131)에 전계가 집중되어 있고, 전계의 형상이 마이크로스트립의 전계형상과 유사한 것을 알 수 있다.
반면 감소단축도파관의 전계는 정현파 형상으로 마이크로스트립 전계형상과 상당한 차이가 있음을 알 수 있다. 도 6으로부터 50 ohm 리지(ridge)도파관의 전계는 효율적으로 마이크로스트립에 결합되게 된다. 따라서 본 발명의 일실시예에서는 50 ohm 리지(ridge)도파관 대 마이크로스트립 모드변환기를 이용하였다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따르는 도파관 및 리지부(130)의 홈에 기판(140)이 삽입된 상태에서의 개념도로서, 단락된 프로브 기판(140)의 구조를 살펴볼 수 있다.
도시한 바와 같이, 50 ohm 리지(ridge)도파관의 홈(133)에 삽입되는 접합부는 4개의 관통홀(111)을 가지고 있어 도전성접착제로 리지(ridge)도파관의 홈(133)에 신뢰성이 높게 접착되게 된다.
리지(ridge)도파관 내에 노출되는 프로브 기판(140)의 뒷면의 도체는 제거되었다. 효율적으로 리지(ridge)도파관 모드를 마이크로스트립 모드로 변환하기위해 전면 프로브의 도체 패턴의 일부는 제거하였다.
이를 통해 프로브(142)의 대역폭의 향상을 얻을 수 있다. 프로브(142)의 폭(73)은 접합하는 리지(ridge)도파관의 리지폭보다 넓게 설정되었다. 이는 도 6에 보인 리지(ridge)도파관의 전계의 최대점이 리지폭보다 조금 떨어진 곳에서 나타나기 때문에 이를 고려한 것이다. 마이크로스트립부는 50 ohm 라인을 이용하여 도파관내 전계 프로브와 연결되는데 추가적인 정합회로가 필요 없어 정합회로로부터 추가되는 손실을 최소화 하였다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따르는 하판(120)의 개념도로서 리지부(130)와 하판(120)의 일면에 형성된 리세스면(121)을 살펴볼 수 있다.
도 5에 보인 상판(110)에는 관통홀(111) 이외에 별도의 기계적 가공은 없으며, 하판(120)에 대하여 평탄한 위면 덮개로 작용하게 된다. 따라서 하판(120)의 입구 즉, 개구면(122)은 상판(110)과 함께 감소단축 도파관 입력을 형성하게 된다. 또한 변형된 2단 리지(ridge)도파관 임피던스 변환부(150)를 통해 50 ohm 리지(ridge)도파관에 연결된다.
임피던스 변환부는 리지부의 높이가 점차 높아지는 구성으로 되어 있다. 최종 50 ohm 리지(ridge)도파관 이후에는 전계면 프로브를 구성하는 뒷면단락은 높은 임피던스를 갖도록, 최종 50 ohm 리지(ridge)도파관의 장축과 단축이 동일한 감소단축도파관으로 구성한다. 그 결과 광대역의 뒷면단락을 얻을 수 있다.
50 ohm 리지(ridge)도파관에는 도 5의 기판(140)이 삽입되도록 홈(133)을 구성하였다. 또한 임피던스 변환부의 특성에 도파관 가공시 발생하는 곡면(124)을 포함시켰다.
도 9a 내지 9b는 본 발명의 일 실시예에 따르는 도파관의 개념도 및 도파관의 차단파장 대 감소단축 차단파장의 비를 도시한 그래프이다.
도 9에서는 모드변환기의 소형화를 달성하기 사용한 리지(ridge)도파관의 특성을 살펴볼 수 있다. 리지(ridge)도파관은 도 9a에 보인 단면 형상파라미터에 따라 특성 임피던스의 설정이 가능하다. 도 9b에는 리지(ridge)도파관 차단파장(λo) 대 감소단축도파관의 규격화된 차단파장(λc)을 형상 파라미터에 대하여 그린 것이다. 여기서 리지(ridge)도파관의 차단파장(λo)은 감소단축도파관의 규격화된 차단파장(λc)보다 큰 것을 알 수 있다. 따라서 관내파장(λg)은
Figure 112011014753208-pat00001
와 같은 관계를 가지게 되는데, 리지(ridge)도파관의 차단파장의 길이는 감소단축 도파관의 파장의 길이 보다 크게 되므로, 리지(ridge)도파관의 관내파장의 길이는 감소단축 도파관의 파장길이보다 짧아지게 된다.
따라서 리지(ridge)도파관을 사용한 1/4 파장 임피던스변환기에 있어서 관내파장 길이(λg)는 감소단축도파관을 사용한 1/4 파장 임피던스변환기보다 짧게 된다.
본 발명에서 사용된 계단형 임피던스변환부는 각 계단을 구성하는 리지부의 리세스 면들이 단축방향으로는 점차 리지에 대한 높이와 단축의 비(d/b) 가 작아지며, 장축방향으로는 장축 길이(a)를 줄이고 리지 폭(s)을 일정하게 하여 s/a를 증가시킨다. 그 결과 도 9b에서 차단파장은 더욱 커지고, 따라서 관내파장은 줄어들게 된다.
따라서 고안한 복합 계단형 리지 임피던스 변환부는 보다 짧은 길이에서 1/4 파장 변환기의 역할을 하게 된다. 이러한 구성에 의해 임피던스 변환부는 보다 천이길이가 줄어들어 모드변환기의 소형화를 가능하게 하였다. 뿐만 아니라 리지(ridge)도파관을 사용한 1/4 파장 임피던스변환기보다 넓은 대역폭을 제공한다.
도 10은 1/4파장 임피던스변환기와 비교한 본 발명의 임피던스변환부의 VSWR비교한 그래프이다. 도시한 바에 의해, 임피던스 변환부와 리지(ridge)도파관 1/4 파장 임피던스변환기의 전압정재파비(VSWR)특성을 비교할 수 있다. 본발명의 일실시예에 따르는 임피던스 변환부는 1/4파장 임피던스 변환기에 비해 전압정재파비의 대역폭이 넓어진 것을 알 수 있다. 또한 앞서 설명한 바와 같이 보다 짧은 천이길이를 갖게 된다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따르는 모드 변환기의 단면 구조를 도시한 개념도이고, 도 12는 본 발명의 일실시예에 따르는 리지부(130)의 돌출면(131)의 길이에 따른 반사 손실을 도시한 그래프이다.
도 11에 도시된 모드 변환기는 각각 설계된 도 8의 하판(120)과 도 7의 프로브 기판(140)을 결합한 단면구조이다. 광대역 모드변환기는 이 두 구조의 결합을 최적화함으로써 얻을 수 있다. 도 11에 표시한 기준면(112)을 중심으로 전반부는 임피던스 변환부(150)가 되고, 후반부는 전계면 프로브 모드변환부(160)가 된다.
단순히 2개의 구조를 연결할 경우 정합점은 중심주파수 근처 1곳에서 발생하며. 도파관 주파수 대역의 상단 또는 하단에서는 특성이 나빠지게 된다. 이를 개선하기 위하여 임피던스 변환부(150)의 리지 길이 그리고 전계면 프로브 모드변환부(160)의 뒷면단락 길이를 조정하여, 1 곳에서 발생한 정합점을 도파관 주파수 대역 상단 주파수 근처 및 하단 주파수 근처의 2 곳에서 나타나게 할 수 있다.
즉, 리지부(130)의 돌출면(131)들 중 개구면에 가장 인접한 제1돌출면(131a)의 길이(lb) : 상기 제1돌출면(131a)에 인접한 제2돌출면(131b)의 길이(lc) : 상기 제2돌출면(131b)에 인접한 제3돌출면(131c)의 길이(ld) : 상기 제3돌출면(131c)에 인접한 제4돌출면(131d)의 일단에서 상기 기준면(112)까지의 길이(le) : 상기 기판(140)이 삽입되는 리지 홈(133)의 전면에서 상기 폐면까지의 길이(lbs)의 비가 각각 7~10 : 1 : 5~7 : 2~4 : 7~13 인 경우에는 만족할 만한 정합점을 발생시킬 수 있다.
도 12는 반사 손실(return loss)를 줄이기 위하여, 제1돌출면(131a)의 길이(lb)를 3mm, 제2돌출면(131b)의 길이(lc)를 0.38mm, 제3돌출면(131c)의 길이(ld)를 3mm, 제4돌출면(131d)의 일단에서 기준면(112)까지의 길이(le)를 1.48mm, 그리고 기판(140)이 삽입되는 리지 홈(133)의 전면에서 상기 폐면까지의 길이(lbs)를 2.85mm로 최적화한 상태에서 반사손실을 측정한 그래프이다. 도시한 바와 같이, 반사 손실을 상당하게 줄일 수 있음을 알 수 있다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따르는 도파관 대 마이크로스트립 모드 변환기의 전압정재파비를 도시한 그래프이다. 도시한 바와 같이 대역폭이 넓으며, 도파관 전 주파수대역에서 전압정재파비가 1.5이하를 만족하는 광대역 특성을 가짐을 확인할 수 있다.
상기와 같이 설명된 도파관 대 마이크로스트립 모드 변환기 및 이를 구비한 전자파 수신 장치는 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims (13)

  1. 프로브를 구비하며, 적어도 일면에 마이크로스트립선로가 형성된 기판;
    상기 기판이 관통되는 관통홀을 구비하는 상판;
    일면에서 리세스되고, 서로 단차를 형성하는 복수의 리세스면을 구비하고, 상기 상판 및 리세스면과 함께 도파관을 형성하는 하판; 및
    상기 리세스면에 상기 기판이 삽입되도록 홈을 구비하여 형성되는 리지부를 포함하는 도파관 대 마이크로스트립 모드 변환기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 리지부는 상기 각 리세스면으로부터 돌출되는 복수의 돌출면을 구비하고 상기 돌출면들은 서로 단차를 형성하는 것을 특징으로 하는 도파관 대 마이크로스트립 모드 변환기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 돌출면과 상기 기판은 서로 직각을 이루는 것을 특징으로 하는 도파관 대 마이크로스트립 모드 변환기.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 도파관은 일면이 열린 개구면과 일면이 닫힌 폐면을 구비하고,
    상기 리지부는 상기 개구면과 상기 폐면 사이에 일정 간격 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 도파관 대 마이크로스트립 모드 변환기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 관통홀은 상기 개구면에 근접한 제1면과, 상기 제1면에 대향하고 상기 기판과 접촉하면서 이를 지지하는 제2면을 포함하고,
    상기 도파관을 향한 상기 제1면의 연장면은 기준면을 형성하는 것을 특징으로 하는 도파관 대 마이크로스트립 모드 변환기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 기준면으로부터 상기 개구면까지는 임피던스 변환부를 형성하고, 상기 기준면으로부터 상기 폐면까지는 프로브 모드변환부를 형성하는 것을 특징으로 하는 도파관 대 마이크로스트립 모드 변환기.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 도파관은 서로 단차를 형성하는 리세스면으로 인하여, 내부로 갈수록 단면적이 좁아지는 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 도파관 대 마이크로스트립 모드 변환기.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 도파관의 단면은, 장축(a)과 단축(b)을 구비한 직사각형 및 상기 직사각형의 일부가 상기 리지부로 인하여 리지폭(s)만큼 돌출되어 상기 직사각형의 일면과 일정 높이(d)만큼 이격되어 돌출된 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 도파관 대 마이크로스트립 모드 변환기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 단축(b)과 리지폭(s)은 일정하고, 상기 도파관의 개구면에서 폐면으로 갈수록 상기 장축(a)과 높이(d)를 감소시키는 것을 특징으로 하는 도파관 대 마이크로스트립 모드 변환기.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 리지부는 4개의 돌출면들로 이루어지고, 각 돌출면들은 기설정된 길이로 형성되어 적어도 두개의 정합점을 발생시키는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 모드 변환기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 돌출면들 중 개구면에 가장 인접한 제1돌출면의 길이(lb) : 상기 제1돌출면에 인접한 제2돌출면의 길이(lc) : 상기 제2돌출면에 인접한 제3돌출면의 길이(ld) : 상기 제3돌출면에 인접한 제4돌출면의 일단에서 상기 기준면까지의 길이(le) : 상기 기판이 삽입되는 리지 홈의 전면에서 상기 폐면까지의 길이(lbs)의 비가 각각 7~10 : 1 : 5~7 : 2~4 : 7~13 인 것을 특징으로 하는 도파관 대 마이크로스트립 모드 변환기.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 프로브의 폭은 리지의 폭보다 넓게 형성되는 것을 특징으로 하는 도파관 대 마이크로스트립 모드 변환기.
  13. 신호를 수신하는 안테나;
    상기 수신된 신호를 처리하도록 형성되는 초고주파 집적회로; 및
    상기 안테나와 상기 초고주파 집적회로를 연결하는 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항을 따르는 도파관 대 마이크로스트립 모드 변환기를 포함하는 전자파 수신 장치.
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JP2005333445A (ja) 2004-05-20 2005-12-02 New Japan Radio Co Ltd 受信帯域雑音抑圧フィルタ内蔵送信機

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