KR101312723B1 - 이동통신용 고방향성 커플러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이동통신용 고방향성 커플러에 관한 것으로, 수용 공간을 제공하는 하우징과, 상기 하우징의 수용 공간에 위치하며 입력된 신호를 커플링하여 출력하는 제1신호선로와 제2신호선로를 구비하는 기판과, 상기 기판과 소정거리 이격되며, 상기 제1신호선로와 제2신호선로의 인접부분 양단측에 위치하는 한 쌍의 접지핀을 포함한다. 본 발명은 제1신호선로와 제2신호선로의 양측 끝단에 인접하는 접지핀을 마련하여, 그 제1신호선로와 제2신호선로의 끝단 부분에서 발생되는 기생 커패시턴스의 영향을 제거하여, 방향성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

이동통신용 고방향성 커플러{High directional coupler for mobile communication}

본 발명은 이동통신용 고방향성 커플러에 관한 것으로, 보다 상세하게는 선로의 끝단 부분에서 발생되는 기생 커패시턴스의 영향을 줄여 고방향성을 구현한 이동통신용 고방향성 커플러에 관한 것이다.

일반적으로, 이동통신 시스템에서 전력의 분배 또는 결합기로 사용되는 방향성 커플러는 선로의 크기, 선로의 간격, 접지 면과 선로 간 거리 등의 변수 값들을 조절하여 입출력 임피던스, 커플링 레벨 및 방향성 크기를 결정하는 구조이다.

종래의 커플러들은 위와 같은 변수 값들의 조정을 통해서 특성이 최적화될 수 있으며, 알에프(RF) 전송선로의 구현 방식에 따라 스트립 라인 커플러와 마이크로 스트립 커플러로 구분된다.

커플러에서 이야기 하는 방향성은 입력에 대한 커플링신호가 원하는 선로를 통해 출력될 수 있는지에 관한 것이며, 방향성이 높을수록 우수한 것이다.

종래 실제 제작되는 커플러의 전송전로는 이론과는 다르게 선호의 끝단에 기생 커패시턴스가 발생하게 되며, 이는 커플러의 특성을 저하시키는 원인이 된다.

종래 커플러의 예로서 특허등록 10-0563790호(2006년 3월 17일 등록)를 예로 들 수 있다. 그 등록특허에는 메인신호선로와 커플러신호선로의 사이에 정전용량을 유지시킬 수 있는 미세선로인 정전용량 유지부를 더 형성한 것이다.

이러한 등록특허 10-0563790호는 정전용량 유지부인 미세선로를 더 추가하여 방향성 등의 특성을 개선할 수 있는 것으로 기재하고 있으나, 그 정전용량 유지부의 사이 및 메인신호선로와 커플러신호선로의 사이에서 발생되는 기생 커패시턴스의 영향을 완전히 무시할 수는 없으며, 따라서 방향성을 보다 향상시킬 필요가 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 과제는, 마이크로 스트립 커플러에서 제1신호선로와 제2신호선로의 사이에서 발생되는 기생 커패시턴스의 영향을 줄일 수 있는 이동통신용 고방향성 커플러를 제공함에 있다.

상기와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명 이동통신용 고방향성 커플러는, 수용 공간을 제공하는 하우징과, 상기 하우징의 수용 공간에 위치하며 입력된 신호를 커플링하여 출력하는 제1신호선로와 제2신호선로를 구비하는 기판과, 상기 기판과 소정거리 이격되며, 상기 제1신호선로와 제2신호선로의 인접부분 양단측에 위치하는 한 쌍의 접지핀을 포함한다.

본 발명은 제1신호선로와 제2신호선로의 양측 끝단에 인접하는 접지핀을 마련하여, 그 제1신호선로와 제2신호선로의 끝단 부분에서 발생되는 기생 커패시턴스의 영향을 제거하여, 방향성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명은 복잡하고 정밀한 가공 또는 처리 과정 없이, 하우징의 제조와 동시에 접지핀을 그 하우징의 바닥면에서 돌출되도록 제작하기 때문에, 별도의 처리과정이 요구되지 않으면서도 제1신호선로와 제2신호선로의 끝단 부분에서 발생되는 기생 커패시턴스의 영향을 제거할 수 있어, 제작이 용이한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이동통신용 고방향성 커플러의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1에서 기판의 평면과 배면을 함께 도시한 구성도이다.
도 3은 도 1에서 기판의 제1신호선로와 제2신호선로 및 접지핀의 위치를 도시한 구성도이다.
도 4는 접지핀에 의해 기생 커패시턴스의 영향이 제거되는 원리를 설명한 모식도이다.
도 5는 종래 및 본 발명의 커플러의 방향성 특성을 비교도시한 그래프이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이동통신용 고방향성 커플러의 구성과 작용을 보다 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이동통신용 고방향성 커플러의 분해 사시도이고, 도 2는 도 1에서 기판의 평면과 배면을 함께 도시한 구성도이며, 도 2은 도 1에서 기판의 제1신호선로와 제2신호선로 및 접지핀의 위치를 보인 구성도이다.

도 1 내지 도 3을 각각 참조하면 본 발명의 바람직한 실시에 따른 이동통신용 고방향성 커플러는, 접지면과 신호의 차폐를 제공하며, 내측에 수용공간이 마련된 하우징(10)과, 상기 하우징(10)의 수용공간의 바닥면에서 소정의 높이로 돌출되는 한 쌍의 접지핀(11)과, 상기 접지핀(11)이 관통되는 한 쌍의 관통홀(21)이 마련되는 유전체판(20)과, 상기 유전체판(20)의 상부에 위치하며, 상면에 제1신호선로(31)가 마련되고 저면에 제2신호선로(32)가 마련되는 기판(30)과, 상기 하우징(10)의 측면 통공을 통해 결합되어 상기 제1신호선로(31) 또는 제2신호선로(32)에 연결되는 다수의 동축커넥터(40)를 포함하여 구성된다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이동통신용 고방향성 커플러의 구성과 작용을 보다 상세히 설명한다.

먼저, 하우징(10)은 금속재이며 RF신호를 차폐하여 외부의 영향에 의해 특성이 변경되는 것을 방지할 수 있다.

상기 하우징(10)은 내측에 수용공간이 마련되어 있다. 이때 수용공간의 형상이나 크기에 따라 커플링 특성이 변화될 수 있으나, 이는 본 발명이 이루고자 하는 과제인 상기 제1신호선로(31)와 제2신호선로(32)의 끝단 부분에서 발생되는 기생 커패시턴스의 영향을 제거하는 것과는 무관한 것이며, 그 하우징(10)의 수용 공간의 형상 및 크기는 본 발명과 무관하게 적용될 수 있다.

상기 하우징(10)의 수용공간의 바닥면에는 한 쌍의 접지핀(11)이 돌출되어 있다. 상기 한 쌍의 접지핀(11)은 하우징(10)의 제조와 동시에 제조할 수 있는 것으로, 이러한 접지핀(11)을 형성하기 위해 별도의 제조과정이 추가되지 않게 된다.

그 다음, 상기 하우징(10)의 수용공간의 바닥면에는 유전체판(20)이 접하여 위치하게 된다. 그 유전체판(20)에는 한 쌍의 상기 접지핀(11)이 삽입되는 한 쌍의 통공(21)이 마련되어 있다.

상기 유전체판(20)의 두께는 상기 접지핀(11)의 높이에 비하여 더 두꺼운 것으로 함이 바람직하다. 이는 상기 접지핀(11)이 유전체판(20)의 상부측으로 돌출되지 않도록 하기 위한 것이다.

그 다음, 상기 유전체판(20)의 상면에는 기판(30)이 위치하게 된다.

상기 기판(30)은 유전체이며, 그 상면에 도체막인 제1신호선로(31)가 마련되어 있고, 그 저면에 역시 도전체 막인 제2신호선로(32)가 위치하게 된다.

상기 제1신호선로(31)와 제2신호선로(32)는 도전체막의 인쇄로 제조되거나, 전자선 증착법에 의해 증착된 후 일부제거되어 제작될 수 있다.

상기 제2신호선로(32)의 형상은 중앙측이 기판(30)의 횡방향 중앙을 향해 절곡된 형상이며, 그 양단은 기판(20)의 저면 좌우측 가장자리로 연장된다.

상기 제1신호선로(31)의 형상은 중앙측이 기판(30)의 횡방향 중앙을 향해 절곡되며, 그 양단은 기판(20)의 상기 제2신호선로(32)의 양단이 위치하지 않는 다른 하나의 가장자리 측으로 연장되어 있다.

즉, 상기 제1신호선로(31)와 제2신호선로(32) 각각의 중앙은 상기 기판(30)을 사이에 두고 상호 평행하게 근접한 상태가 되며, 각각의 양단은 상기 동축 커넥터(40)의 위치로 연장되어 있다.

이와 같은 구성에서 제2신호선로(32)의 좌측 또는 우측에서 입력된 신호는 제2신호선로(32)를 통해 흐르면서, 상기 제1신호선로(31)에 커플링신호를 만들게 되며, 그 커플링신호는 제1신호선로(31)의 일측 끝단측에 연결되는 하나의 동축 커넥터(40)에 연결되어 전송된다.

이와 같은 구성에서 상기 접지핀(11)은 상기 제1신호선로(31)와 제2신호선로(32)의 상호 인접한 중앙부분의 양측면측에 각각 위치하게 된다.

이때 접지핀(11)은 유전체인 기판(30)에 직접 접촉되지 않으며, 0.5 내지 0.5mm의 간격으로 이격되어 유지된다.

상기 접지핀(11)과 기판(30) 사이의 간격의 제한은 그 접지핀(11)으로 상기 제1신호선로(31)와 제2신호선로(32)의 끝단 부분에서 발생되는 기생 커패서턴스를 용이하게 제거하기 위한 것이며, 접지핀(11)와 유전체 기판(30)의 간격이 0.1mm 미만인 경우 제조공차에 의하여 그 접지핀(11)이 유전체 기판(30)에 접할 수 있으며, 0.5mm를 초과하는 경우에는 기생 커패시턴스의 제거 효과가 감소하게 된다.

상기 접지핀(11)의 상면 면적은 상기 제1신호선로(31)와 제2신호선로(32) 각각의 중앙부의 측면의 절곡된 부분과 중첩되지 않는 정도의 면적을 가지도록 한다.

즉, 접지핀(11)의 상면은 제1신호선로(31)와 제2신호선로(32)와 일부와 중첩되지 않으며, 최대한 그 제1신호선로(31)와 제2신호선로(32)의 사이 공간을 가득 채울 수 있는 면적인 것이 바람직하게 된다.

상기 도면에서는 접지핀(11)의 형상을 평면상에서 사각형으로 구현하였으나, 필요에 따라서 삼각형이나 원형 등을 사용할 수 있다.

도 4는 접지핀(11)에 의해 제1신호선로(31)와 제2신호선로(32)의 양측 끝단에서 기생 커패시턴스가 제거되는 원리를 설명하기 위한 모식도이다.

도 4를 참조하면 본 발명 이동통신용 고방향성 커플러는 유전체 기판(30)의 상부와 하부에 각각 마련된 제1신호선로(31)와 제2신호선로(32)는 상호 커플링 현상을 발생시키는 조건으로 유전체인 기판(30)을 사이에 두고 마련되어 있다.

상기 제2신호선로(32)가 마련된 기판(30)의 저면부에 인접하게 위치함으로써, 해당 위치에서 전자계를 접지상태에서 흡수 제거함으로써, 그 제1신호선로(31)와 제2신호선로(32)의 커플링 관계를 일부에서 차단하게 된다.

따라서 제1신호선로(31)와 제2신호선로(32)의 양측 끝단 부분에서 기생 커패시턴스가 발생 되는 것을 방지할 수 있게 된다.

도 5는 상기 접지핀(11)이 없는 종래 커플러의 방향성 특성과 본 발명의 방향성 특성을 비교 도시한 그래프이다.

도 5를 참조하면 각 그래프에서 x축은 입력된 신호의 주파수이며, y축은 두 개의 출력 입/포트간의 신호전달 크기를 나타낸 것으로, 그 신호전달 크기가 적을수록 방향성이 향상된 것으로 판단한다.

도 5를 참조하면 접지핀(11)이 없는 경우에는 상기 제1신호선로(31)의 양단측인 두 출력포트의 신호전달 크기가 1.8GHz 대역에서 -25.6dB이나, 접지핀(11)이 있는 경우에는 1.8GHz 대역에서 -42dB에 가까운 것을 알 수 있다.

따라서 제2신호선로(32)의 일측단으로 입력된 RF신호가 제1신호선로(31)와 커플링되어 그 제1신호선로(31)의 일측단을 통해 출력될 때, 그 제1신호선로(31)의 타측단을 통해서 커플링된 신호가 출력되는 것을 최대한 줄이는 방향성을 크게 향상시킬 수 있게 된다.

전술한 바와 같이 본 발명에 대하여 바람직한 실시예를 들어 상세히 설명하였지만, 본 발명은 전술한 실시예들에 한정되는 것이 아니고, 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다.

10:하우징 11:접지핀
20:유전체판 21:통공
30:기판 31:제1신호선로
32:제2신호선로 40:동축커넥터

Claims (6)

1. 수용 공간을 제공하는 하우징;
   상기 하우징의 수용 공간에 위치하며 입력된 신호를 커플링하여 출력하는 제1신호선로와 제2신호선로를 구비하는 기판; 및
   상기 기판과 소정거리 이격되며, 상기 제1신호선로와 제2신호선로의 인접부분 양단측에 위치하도록 상기 하우징의 바닥면으로부터 돌출된 한 쌍의 접지핀을 포함하는 이동통신용 고방향성 커플러.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 하우징의 바닥면에는 상기 기판과의 사이에 유전체판을 더 포함하며,
   상기 유전체판에는 상기 접지핀이 삽입되는 통공이 마련된 것을 특징으로 하는 이동통신용 고방향성 커플러.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 유전체판은 상기 접지핀의 높이보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 이동통신용 고방향성 커플러.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 접지핀은 상기 기판으로부터 0.1 내지 0.5mm 이격된 것을 특징으로 하는 이동통신용 고방향성 커플러.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 접지핀의 상면은 사각형, 원형 또는 삼각형인 것을 특징으로 하는 이동통신용 고방향성 커플러.

Images