KR101385802B1 - 멀티섹션 커플러 조립체 - Google Patents

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Abstract

커플러 조립체는 서로 연결된 제1 및 제2전자기 커플러를 포함한다. 일부 실시예에서, 커플러는 캐스케이드 형태로 연결되며, 적어도 제2커플러는 탠덤 형태로 연결된 제3 및 제4커플러를 포함한다. 일부 실시예에서, 제1비대칭 커플러는 캐스케이드 형태로 연결된 다수의 커플러 부분과, 탠덤 형태로 제1커플러에 연결되는 제2커플러를 포함한다. 일부 실시예에서, 제1커플러 부분의 직접 포트는 제2커플러 부분을 통해 제1커플러 부분의 절연 포트에 도전가능하게 연결된다. 일부 실시예에서, 커플러 조립체는 다수의 직렬연결된 커플러 부분에서 전자기적으로 결합되는 각각의 도전체가 구비된 제1 및 제2전송 선로를 포함하며; 상기 부분은 형태가 동일한 단면적과, 일련의 결합부에서 점진적으로 길거나 짧은 길이를 갖는 결합부를 포함한다.
도전체, 대역폭, 입력 포트, 절연 포트, 전송 선로, 루프, 유전층, 바이어스

Description

멀티섹션 커플러 조립체{MULTI-SECTION COUPLER ASSEMBLY}
도1은 멀티섹션 커플러 조립체의 다이아그램.
도2는 캐스케이드 형태로 연결된 2개의 커플러로 형성되어 있는 커플러 조립체의 다이아그램.
도3은 탠덤(tandem) 형태로 연결된 2개의 커플러로 형성되어 있는 커플러 조립체의 다이아그램.
도4는 또 다른 멀티섹션 커플러 조립체의 다이아그램.
도5는 도4의 커플러 조립체에 따라 제조된 멀티섹션 커플러 조립체의 다이아그램.
도6은 도1이나 도4 또는 도5의 커플러 조립체의 실시예인 또 다른 멀티섹션 커플러 조립체의 다이아그램.
도7은 유전층에 의해 분리된 두개의 금속층을 사용하여 형성된 도6의 멀티섹션 커플러 조립체의 실시예에 대한 평면도.
도8은 도7의 선8-8을 따른 단면도.
도9는 도7의 커플러 조립체의 하나의 금속층에 대한 평면도.
도10은 도7의 커플러 조립체의 또 다른 금속층에 대한 평면도.
[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]
22, 24: 커플러 34, 36: 커플러 부분
38, 40: 전송 선로 42, 44: 도전체
42a, 44a: 결합부 174, 178: 비결합부
A, B, C, D: 포트
본 발명은 2004년 12월 30일부로 2004-0263281A1호로 공개된, 2003년 6월 25일자 출원된 미국 특허출원 제10/607.189호의 일부 연속출원이다.
본 발명은 전자기 커플러에 관한 것으로서, 특히 커플러 섹션의 조합으로 형성된 커플러에 관한 것이다.
한쌍의 도전성 선로(line)는 전자기적으로 및 정전기적으로 유도되는 한쪽에서 다른쪽으로 흐르는 에너지를 위하여, 이격되어 있지만 서로 충분히 밀접한 상태로 이격되어 있을 때 결합된다. 선로들 사이로 흐르는 에너지의 양은 도전체가 내부에 있고 선로들 사이에 이격거리가 존재하는 유전 매체 및 자기 매체와 연관되어 있다. 선로를 둘러싸고 있는 전자기장이 이론적으로는 무한하다고 하지만, 선로는 상대적 결합량에 기초하여 밀착되어 결합되었거나, 느슨하게 결합되었거나, 또는 결합되지 않은 것으로 언급된다.
커플러는 결합된 선로의 장점을 취하도록 형성된 장치로서 4개의 포트를 가지며, 이러한 포트는 2개의 결합된 선로의 각각의 단부를 위한 것이다. 주 선로는 출력 포트에 직접적으로 연결되거나 간접적으로 연결된 입력부를 갖는다. 또 다른 단부는 직접 포트에 연결된다. 또 다른 선로 또는 보조 선로는 결합 포트와 절연 포트 사이로 연장된다. 4개 이하의 포트를 갖는 커플러 장치를 형성하기 위해, 하나 이상의 포트가 종료된다. 일부 커플러는 2개의 입력 포트와, 입력 포트에 수신된 신호의 총합인 신호를 갖는 총합 포트와, 입력 포트에 수신된 신호의 편차인 신호를 갖는 편차 포트를 포함하는 것으로 서술되었다. 커플러는 역전될 수 있으며, 이 경우 절연 포트는 입력 포트가 되며, 입력 포트는 절연 포트가 된다. 이에 따라 결합 포트 및 직접 포트는 명령이 역전된다.
방향성 커플러는 모든 포트에서 동시에 임피던스 매칭되는 4포트 네트웍이다. 파워는 한쪽 입력 포트 또는 다른쪽 입력 포트로부터 출력 포트쌍으로 흐르며; 만일 출력 포트가 적절히 종료된다면, 입력쌍의 포트는 절연된다. 하이브리드 커플러는 2개의 포트 사이에서 일반적으로 그 출력 파워를 동일하게 분할하는 것으로 가정되는 반면에, 일반적인 용어인 방향성 커플러는 동일하지 않은 출력을 갖게 된다. 때로, 상기 커플러는 결합된 출력에 대해 매우 약한 결합을 갖게 되며, 이것은 입력으로부터 주-출력으로의 삽입 손실을 최소화한다. 방향성 커플러의 품질에 대한 한가지 측정방법으로는 그 방향성과, 절연 포트 출력에 대해 필요로 하는 결합 출력의 비율 이다.
인접한 평행한 전송 선로는 전기적 및 자기적으로 결합된다. 이러한 결합은 본질적으로 주파수에 비례하며, 자기 결합 및 전기 결합이 동일할 경우 그 방향성은 높아질 수 있다. 긴 커플링 영역은 증량성 결합의 벡터 총합이 더 이상 증가하지 않을 때까지 선로들 사이에 결합을 증가시키며, 결합은 사인파형으로 전기 길이의 증가와 함께 감소될 것이다. 여러가지 적용에 있어서, 광대역에 대해 일정한 결합을 갖는 것이 바람직하다. 대칭형 커플러는 결합된 출력 포트 사이에 본질적으로 90°상 편차를 나타내는 반면, 비대칭형 커플러는 0°또는 180°에 접근하는 상 편차를 갖는다.
페라이트 또는 기타 다른 고투자성 물질이 사용되지 않는다면, 캐스케이딩 커플러를 통해 일반적으로 고주파에서 옥타브 대역폭 이상이 달성될 수 있다. 길고 균일한 커플러에 있어서, 결합은 길이가 파장의 1/4 을 초과하였을 때 롤링오프(roll off)되며, +/- 0.3dB 커플링 리플에 대해서는 단지 옥타브 대역폭만이 실질적이다. 만일 길이가 동일한 3개의 커플러가 하나의 긴 커플러로서 연결된다면, 두개의 외측 부분은 결합이 동일하고, 중앙 결합은 약하기 때문에, 광대역 디자인을 얻을 수 있다. 저주파수에서는 모두 3개의 커플러의 결합이 부가된다. 고주파수에서, 3개의 부분은 조합되어 중앙 주파수에서 감소된 결합을 제공하며, 이러한 중앙 주파수에서 각각의 커플러는 1/4 파장을 갖는다. 이러한 디자인은 매우 넓은 대역폭을 얻기 위해 여러 부분으로 연장된다.
캐스케이드형 커플러 접근에 의해 두가지 상태가 이루어진다. 한가지 상태는 상기 커플러가 매우 길어지게 되고 또한 손실을 갖게 되는데, 그 이유는 조합된 길이가 가장 낮은 대역 엣지에서 1/4 파장 보다 길기 때문이다. 특히 3dB 멀티 옥타브 커플러에 대해 중앙 부분의 결합은 매우 밀착된다. X:1 대역폭의 캐스케이드형 커플러는 그 범위의 높은 단부에서 파장의 X/4 가 된다. 선택적으로, 일반적으로 손실이 큰 집중 정수형(lumped) 소자를 사용할 수도 있다.
결합된 영역의 단부에서 급작스럽게 종료되는, 지속적으로 결합이 증가되는 비대칭형 커플러는 대칭형 커플러와는 상이하게 작용할 것이다. 출력 포트 사이에서 일정한 90°의 상 편차 대신에, 0°또는 180°에 가까운 상 편차가 실현될 수 있다. 만일 결합 크기가 중요하다면, 이러한 커플러는 주어진 대역폭에 대해 대칭형 커플러 보다 아마도 2/3 또는 3/4 정도 짧다.
집중 정수형 소자 이외에 이러한 커플러는 계단형 임피던스 커플러와 변압기 사이에 유사성을 사용하여 설계되었다. 그 결과, 커플러는 중앙 디자인 주파수의 파장의 1/4 길이를 각각 갖는 계단형 부분으로 이루어지며, 전형적으로는 여러개의 긴 부분으로 이루어져 있다. 커플러 부분은 부드럽게 변화되는 커플러로 조립된다. 이러한 디자인은 이론적으로 높은 주파수 컷오프를 유발하지만, 커플러의 길이를 감소시키지는 않는다.
커플러 조립체는 서로 연결된 제1 및 제2전자기 커플러를 포함한다. 일부 실시예에서, 커플러는 캐스케이드 형태로 연결되며, 적어도 제2커플러는 탠덤 형태로 연결된 제3 및 제4커플러를 포함한다. 일부 실시예에서, 제1비대칭 커플러는 캐스케이드 형태로 형성된 다수의 커플러 부분과, 탠덤 형태로 제1커플러에 연결된 제2커플러를 포함한다. 일부 실시예에서, 제1커플러 부분의 직접 포트는 제2커플러 부분을 통해 제1커플러 부분의 절연 포트에 도전가능하게 연결된다. 일부 실시예에서, 커플러 조립체는 직렬연결된 다수의 커플러 부분에서 전자기적으로 결합된 각각의 도전체를 갖는 제1 및 제2전송 선로를 포함하며, 상기 부분은 연속한 결합부에서 점진적으로 길어지거나 짧아지는 길이와 동일한 단면적 형상을 갖는 결합부를 포함한다.
본 발명에 대한 설명은 예시적인 것으로서 상술한 바와 같은 장치 및/또는 방법에 관한 것을 지향하고 있으며, 본 발명은 특정한 실시예에 한정되지 않는다. 본 발명에 첨부된 청구범위는 설명된 하나 이상의 실시예에 포함되어 있는 특정한 발명을 서술하고 있으며, 상기 청구범위는 본 발명의 출원 전후에 제공되었다. 단일의 특징부나 소자 또는 이들의 조합은 지금 청구하거나 또는 후에 청구될 수도 있는 모든 가능한 조합에 대해서도 기본적이다. 모든 실시예에는 모든 발명이 포함되지 않는다. 설명되는 실시예에는 많은 변형이 이루어질 수 있다. 그 범위가 상이하고 넓을 수도 있고 좁을 수도 있는 상이한 조합이나 동일한 조합에 관한 이러한 변형은 본 발명이 청구하고자 하는 범위내에 포함되는 것으로 여겨진다.
"제1" 소자 또는 그 등가물이 반복되며, 이러한 용어는 하나 이상의 소자를 포함하며, 이러한 소자를 두개 이상 요구하지도 않으며 배제하지도 않는다. 또한, 제1, 제2, 또는 제3 등과 같이 순서를 나타내는 표시는 소자들을 구분하기 위해 사용되었으며, 이러한 소자의 갯수 제한이나 필요 갯수를 나타내지 않으며, 특정하게 나타내지 않는한 이러한 소자들의 특정 위치나 순서를 나타내지 않는다.
본 발명에 있어서 커플러, 커플러 조립체, 및 커플러 부분 이라는 용어는 포 함되어 있는 장치의 형태에 따라 바꿔쓸 수 있다. 예를 들어, 커플러는 커플러 조립체로서 언급되는 단일 장치 또는 단일 장치의 일부일 수도 있다. 또한, 커플러, 커플라 조립체, 및 커플러 부분은 단일 장치의 부품일 수도 있다. 기본적인 커플러 구축 블럭은 도전체의 비결합부를 갖거나 또는 갖지 않는 결합부를 포함한다. 기본적인 커플러 부분을 형성하는 한쌍의 도전체 부분은 디자인 주파수의 파장의 1/4의 정수이다. 커플러 부분을 형성하는 도전체 부분은 결합부와 비결합부를 포함한다. 길이 감소를 위해, 도전체 부분은 디자인 주파수 파장의 1/4 이다. 또한, 특별히 지시하지 않는한, 커플러 조립체, 커플러, 커플러 부분, 결합부, 비결합부라는 용어는 전자기 결합을 의미한다.
도1에 있어서, 도면부호 20으로 도시된 커플러 조립체의 실시예는 제1커플러(22)와 제2커플러(24)를 포함한다. 상기 제1커플러(22)는 비대칭형이며, 캐스케이드 형태로 연결된 커플러 부분(28) 등과 같은 다수의 커플러 부분(26)을 포함한다. 커플러(22) 및 커플러 부분(26)은 오직 하나의 커플러 부분 또는 다수의 또 다른 커플러 부분을 포함한다. 제2커플러(24)는 탠덤 형태로 상기 제1커플러에 연결된다. 캐스케이드 형태 및 탠덤 형태로 연결된 커플러의 실시예가 도2 및 도3에 도시되어 있다.
도2는 캐스케이드 형태로 연결된 두개의 커플러 부분(34, 36)을 갖는 커플러(32)의 실시예를 도시하고 있다. 상기 커플러(32)는 도전체(42, 44)를 각각 갖는 제1 및 제2전송 선로(38, 40)를 포함한다. 상기 도전체(42, 44)는 커플러 부분(34)에서 각각의 결합부(42a, 44a)와, 커플러 부분(36)에서 결합부(42b, 44b)를 갖는다.
각각의 커플러 조립체, 커플러, 또는 커플러 부분은 입력 포트(A, D) 및 출력 포트(B, C)를 갖는 것으로 여겨지며, 포트(B, C)는 입력 포트이고 포트(A, D)는 출력 포트로 되는 역전 배치를 포함하는 것을 인식해야 한다. 포트(A, B)는 하나의 도전체에 도전가능하게 연결되며, 포트(C,D)는 다른 도전체에 도전가능하게 연결된다. 포트(C)는 포트(A)에 결합되며, 포트(D)는 포트(A)와는 절연된다. 따라서, 포트(A)는 포트(D)와는 절연되며, 포트(B)는 포트(D)에 결합된다.
도2에 있어서, 커플러(32)는 입력 포트(A, D)와 출력 포트(B, C)를 갖는다. 도전체(42)의 입력 포트(A)는 커플러 부분(34, 36)을 통해 도전체(42)의 출력 포트(B)에 도전가능하게 연결된다. 커플러 부분(34)의 출력 포트(B1)는 커플러 부분(36)의 입력 포트(42)에 도전가능하게 연결된다. 이와 마찬가지로, 입력 포트(D)는 커플러 부분(36, 34)을 통해 출력 포트(C)에 도전가능하게 연결된다. 커플러 부분(36)의 출력 포트(C2)는 커플러 부분(34)의 입력 포트(D1)에 도전가능하게 연결된다.
도3은 탠덤 형태로 연결된 두개의 커플러 부분(52, 54)을 갖는 커플러(50)의 실시예를 도시하고 있다. 상기 커플러(50)는 도전체(60, 62)를 각각 갖는 제1 및 제2전송 선로(56, 58)를 포함한다. 커플러(50)는 포트(A, B, C, D)를 가지며, 커플러 부분(52)은 포트(A, B1, C1, D)를 가지며, 커플러 부분(54)은 포트(A2, B, C, D2)를 갖는다. 커플러 부분(52)은 결합된 도전체 부분(60a, 62a)을 포함하며, 커플러 부분(54)은 결합된 도전체 부분(60b, 62b)을 포함한다.
포트(A)는 포트(B)에 도전가능하게 연결되며, 포트(C)는 포트(D)에 도전가능하게 연결된다. 도2에 도시된 캐스케이드 형태에서, 커플러 부분(52)의 포트(B1)는 커플러 부분(54)의 포트(A2)에 도전가능하게 연결된다. 그러나, 커플러 부분(52)의 결합부(C)는 커플러 부분(54)의 비결합부(D2)에 도전가능하게 연결된다.
도1에 있어서, 커플러 조립체(20)는 각각의 도전체(70, 72)를 갖는 전송 선로(66, 68)를 부가로 포함한다. 도전체(70, 72)는 커플러 부분(28)을 형성하는 결합부(70a, 72a)와, 커플러 부분(24)을 형성하는 결합부(70c, 72c)를 포함한다.
상술한 바와 같이, 커플러 부분(28, 30)은 커플러(22)를 형성하기 위해 캐스케이드 형태로 결합된다. 커플러(22)는 포트(A, B2, C1, D)를 포함한다. 상기 커플러(24)는 포트(A3, B, C, D3)를 포함한다. 포트(B2)는 포트(A3)에 도전가능하게 연결되며, 포트(C1)는 포트(D3)에 도전가능하게 연결된다. 따라서, 커플러(22, 24)는 포트(A, B, C, D)를 갖는 커플러 조립체(20)를 형성하기 위하여, 탠덤 형태로 연결된다.
도4는 커플러(82, 84)를 포함하는 커플러 조립체(80)의 다른 실시예를 도시하고 있다. 커플러(80)는 각각의 도전체(90, 92)를 갖는 전송 선로(86, 88)를 포함한다. 커플러(82, 84)중 어느 한쪽 또는 모두는 결합된 도전체 부분의 오직 하나의 부분 또는 다수의 결합된 도전체 부분을 포함할 수도 있다. 커플러 조립체(80)는 포트(A, B, C, D)를 포함하며, 커플러(82)는 포트(A, B1, C1, D1)를 포함하며, 커플러(84)는 포트(A2, B2, C2, D)를 포함한다.
전송 선로 도전체는 각각의 커플러를 형성하도록 결합되는 부분을 갖는다. 특히, 커플러(82)는 결합된 도전체 부분(90a, 90b)에 의해 형성되어, 자체결합형 커플러로 언급되는 커플러(82)를 형성한다. 커플러(84)는 결합된 도전체 부분(90c, 92a)에 의해 형성된다. 따라서, 커플러(82, 84)는 변형된 캐스케이드 형태로 결합되며, 복귀- 루프 형태로 언급되는데; 그 이유는 하나의 도전체가 동일한 커플러에서 시작되어 종료되는 루프(94)를 형성하기 때문이다. 커플러(84)의 도전체 부분(90c)은 커플러(82)의 부분(90a, 90b) 사이에 위치된다. 또한, 포트(A)는 커플러(82, 84)를 통해 포트(B)에 연결된다. 즉, 커플러(82)의 직접 포트는 커플러(84)를 통해 커플러(82)의 절연 포트에 도전가능하게 연결된다. 이것은 커플러(84)를 통해 도전가능하게 연결되는 커플러(82)의 입력 및 결합 포트로 나타난다.
도5는 커플러(30, 32)의 변형된 조합체인 커플러 조립체(100)의 또 다른 실시예를 도시하고 있다. 커플러 조립체(100)는 커플러(102, 104)를 포함한다. 커플러(104)는 커플러 부분(106, 108)을 포함한다. 커플러 조립체(100)는 포트(A, B, C, D)를 갖고 있다. 커플러(102)는 포트(A, B1, C1, D1)를 갖는다. 커플러(104)는 포트(A2, B3, C, D)를 갖는다. 커플러 부분(106)은 포트(A2, B2, C2, D)를 갖는다. 커플러 부분(108)은 포트(A2, B2, C2, D)를 갖는다. 커플러 부분(108)은 포트(A3, B3, C, D3)를 갖는다.
커플러 조립(100)는 각각의 도전체(114, 116)를 갖는 제1 및 제2전송 선로(110, 112)를 갖는다. 커플러(102)는 도전체(114)의 결합부(114a, 114b)에 의해 형성된다. 커플러(106)는 도전체(116)의 부분(116a)과, 도전체(114)의 결합부(114c)에 의해 형성된다. 또한, 커플러(108)는 도시된 바와 같이 도전체 부분(114d, 116b)에 의해 형성된다.
커플러(102, 104)는 커플러 조립체(80)의 커플러(82, 84)와 마찬가지로, 일반적으로 변형된 캐스케이드 형태 또는 복귀-루프 형태로 도시되어 있다. 또한, 커플러 부분(106, 108)은 커플러(50)의 커플러 부분(52, 54)과 마찬가지로, 탠덤 형태로 결합된다.
도6에는 더욱 복잡해진 커플러 조립체(120)의 실시예가 도시되어 있다. 커플러 조립체(120)는 도4에 도시된 커플러 조립체(80)와 유사하게, 또는 도5에 도시된 커플러 조립체(100)와 유사하게, 변형된 캐스케이드 형태 또는 복귀-루프 형태로 결합된 커플러(122, 124)를 포함한다. 상기 커플러(124)는 도1 및 도3에 도시된 커플러 조립체(20, 50)와 유사하게, 탠덤 형태로 연결된 커플러(126, 128)를 포함한다. 또한, 커플러(126)는 도2에 도시된 형태와 유사하게, 캐스케이드 형태로 연결된 커플러 부분(130, 132) 등과 같은 다수의 커플러 부분을 포함한다.
이러한 실시예에서, 커플러 조립체(120)는 포트(A, B, C, D)를 갖는다. 커플러(122)는 포트(A1, B1, C1, D1)를 갖는다. 커플러(124)는 포트[A2, B5, C(C5), D(D4)]를 갖는다. 커플러(126)는 포트[A2, B4, C2, D(D4)]를 갖는다. 커플러(128)는 포트(A5, B5, C5, D5)를 갖는다. 커플러 부분(130)은 포트(A2, B2, C2, D2)를 갖는다. 커플러 부분(132)은 포트(A3, B3, C3, D3)를 갖는다. 커플러 부분(134)은 포트(A4, B4, C4, D4)를 갖는다.
도시된 바와 같은 커플러 조립체(120)는 각각의 도전체(140, 142)를 포함하는 제1 및 제2전송 선로(136, 138)로 형성된다. 도전체(140)는 일련의 도전체 부분(140a, 140b, 140c, 140d, 140e, 140f)을 포함한다. 도전체(142)는 일련의 도전체 부분(142a, 142b, 142c, 142d)을 포함한다. 커플러(122)는 결합된 도전체 부분(140a, 140f)에 의해 형성된다. 커플러(128)는 결합부(140e, 142d)에 의해 형성된다. 커플러 부분(130)은 결합부(140b, 142c)에 의해 형성된다. 커플러 부분(132)은 결합부(140c, 142b)에 의해 형성된다. 마지막으로, 커플러 부분(134)은 결합부(140d, 142a)에 의해 형성된다.
이러한 실시예에서, 3개의 지연(delay) 장치(144)는 전송 선로(140)에 포함된다. 제1지연 장치(146)는 커플러 부분 포트(B2, A3) 사이에 배치된다. 제2지연 장치(148)는 커플러 부분 포트(B4)와 커플러 포트(A5) 사이에 배치된다. 제3지연 장치(150)는 커플러 포트(B5, D1) 사이에 배치된다. 또한, 도시된 바와 같이 포트(C5)를 커플러 조립체 출력 포트(C)에 결합하는 이상기(移相器)(phsae shifter)(152)가 제공된다. 지연 장치(146) 및 이상기(152)는 출력 포트(B, C)에서 신호의 상대적 상 조정을 제공한다. 또한, 지연 장치는 도7 내지 도10의 실시예에 도시된 바와 같이 인접한 커플러 또는 커플러 부분에 포함된다.
이러한 커플러(120)의 실시예가 도7 내지 도10에 도시되어 있다. 도시된 실시예에서, 포트(B, C)에서 출력된 신호에는 180°상 편차가 있으며, 출력 포트에서 신호의 파워 레벨은 동일하므로, 커플러 조립체를 180°하이브리드 커플러가 되게 한다. 이러한 형태의 변형은 또 다른 형태의 커플러를 제공한다. 도7은 도6의 커플러 조립체에 대응하는 커플러 조립체(120)의 평면도이다. 도7 내지 도10에서 커 플러 조립체(120)에 대한 도면부호는 도6에 도시된 대응 부품에 대해 사용되었다. 도8은 도7의 선8-8을 따라 취한 단면도로서, 커플러 조립체(120)의 층의 실시예를 도시하고 있다. 도9는 도8의 선9-9를 따른 단면도로서, 커플러 조립체(120)의 제1도전층(154)의 평면도이다. 도10은 도전층과 기판 사이 및 두개의 도전층 사이의 천이부에서 도8의 선10-10을 따라 도시된 제2도전층(156)의 평면도이다. 커플러 조립체(120)는 선택된 주파수에서 동작을 위해 스케일되었다. 예를 들어, 제조 공차에 따라, 약 100MHz 내지 약 10GHz 범위의 작동 주파수가 실현된다.
도8에 도시된 바와 같이, 커플러 조립체(120)는 중앙의 제1유전층(158)을 포함한다. 상기 층(158)은 유전상수가 같거나 다른 층의 조합일 수도 있고, 단일층일 수도 있다. 일실시예에서, 중앙의 유전층의 두께는 10 mil 이하이며, TEFLONTM 으로 언급되는 폴리올레핀 물질로 형성된다. 선택적으로, 유전체의 두께는 10 mil 이하, 양호하기로는 5 mil 이하가 바람직하다.
제1도전층(154)은 중앙 유전층(158)의 상부면(158a)에 배치되며, 제2도전층(156)은 중앙 유전층의 하부면(158b)에 배치된다. 선택적으로, 도전층은 자체지지되며, 또는 층(154)의 위에 및/또는 층(156)의 아래에 하나 이상의 지지 유전층이 배치될 수도 있다.
제2유전층(160)은 도전층(154) 위에 배치되며, 제3유전층(162)은 도시된 바와 같이 도전층(156)의 아래에 배치된다. 유전층(160, 162)은 적절한 유전 물질이나 매체일 수도 있다. 일부 실시예에서, 서술한 바와 같은 하나 이상의 유전층의 일부 또는 전부에는 공기가 있을 수도 있다. 파워가 높은 용도에서는 결합부의 협소한 궤적의 가열이 중요하다. 도전층(들)을 지지하기 위해 또한 커패시턴스를 부가할동안 열분류기로서 작용하는 유전체 기판(160, 162)에 대해서는 알루미나 또는 기타 다른 전열성 물질이 사용된다.
각각의 도전층(164, 166)에 의해 제2 및 제3유전층의 각각의 측부에는 회로 접지 또는 기타 다른 기준 포텐셜이 제공된다. 층(164, 166)은 유전층(160, 162)과 각각 접촉한다.
도전체(140)는 주로 도전층(154)으로 형성되며, 도전체의 단부는 도전층(156)으로 형성된다. 유전층(158)을 통해 연장되는 도전성 바이어스(163)에 의해 두개의 레벨이 상호연결된다. 포트(A)를 연결하는 도전체(140)는 인접한 유전층(158)의 엣지로부터 제1세트의 바이어스(163)를 통해 도전층(156) 및 커플러(122)까지 도전층(154)으로 연장된다. 포트(B)를 형성하는 도전체(140)는 커플러(122)를 통해 지연 장치(150)를 따라 도전층(156)으로의 제2세트의 바이어스까지 도전층(154)으로 연장된다. 도전체(140)의 나머지는 도전층(156)으로 형성된다.
커플러(122)에 있어서, 결합된 도전체 부분(140a, 140f)은 유전층의 대향측에 배치된 결합된 넓은측이다. 커플러(122)는 반도형(peninsular) 연장부(tab)(168, 170)를 포함하며, 이러한 연장부는 얇은 목부에 의해 각각의 도전체 부분(140a, 140f)의 중앙에 연결된 넓은 외측부를 갖는다. 상기 연장부는 결합된 도전체 부분에 대해 대향 방향으로 연장된다. 상기 외측부는 각각의 접지층(164, 166)과 마찬가지로, 인접한 도전체(140)의 부분에 용량결합된다. 이러한 커플러는 본 발명에 참조인용되고 2005년 6월 9일자 공개된 미국 특허출원 제2005/0122185호에 개시되어 있다. 반도형 연장부를 제외하면, 이러한 결합부의 단면적은 도전체 부분(140d, 142a)에 대해 도8에 도시된 형태와 유사하지만, 도면에 도시된 폭(W) 보다 좁은 폭을 갖는다.
커플러 및 커플러 부분(122, 128, 130, 132, 134)은 본 발명에 참조인용되고 2004년 12월 30일자로 공개된 미국 특허공개 제2004/0263281호에 개시된 바와 같이, 비결합부에 의해 분리되는 일련의 결합부를 형성한다. 결합부와 그 인접의 비결합부를 포함하는 커플러는 결합부에서 2개의 선로의 전기 길이의 총합과 동일한 유효 전기 길이와, 비결합부에서 선로의 길이를 갖는다. 하나 또는 두개의 결합된 도전체는 지연 부분을 포함한다. 상기 전기 길이는 작동 주파수의 파장으로 나누어진 선로 길이로 한정된다. 단지 하나의 선로가 지연 부분을 갖는 커플러의 경우에 있어서, 비결합부는 결합부 사이의 공간 길이(짧은 비결합부의 길이)에 지연 부분의 길이를 더한 길이와 동일한 길이를 갖는다. 커플러 부분의 도전체의 오직 한쪽에서 지연 부분은 두개의 도전체에 대해 선로 길이를 상이하게 하므로써, 커플러 부분을 비대칭으로 되게 한다.
따라서, 커플러(122)는 비결합부(174) 뿐만 아니라, 도전체 부분(140a, 140f)에 의해 형성된 결합부(172)를 포함한다. 비결합부(174)는 도전체(140)에서 지연 장치(150)를 형성하는 도전체 부분(140g)과, 이러한 도전체 부분(140g)과 결합되지 않는 도전체 부분(140h)을 포함한다. 결합부(172)에서 도전체 부분은 매우 짧게 보이므로, 커플러(122)는 결합값이 낮은 것을 특징으로 한다.
커플러(124)는 커플러(126, 128)로 구성된다. 커플러(126)는 도6을 참조로 설명한 바와 같이, 직렬연결된 커플러 부분(130, 132, 134)으로 구성된다. 상기 커플러 부분(130)은 결합부(176)와 비결합부(178)를 포함한다. 결합부(176)는 도8에 도시된 바와 같이 광범위하게 결합된 형태와 결합 길이(L1)를 갖는, 결합된 도전체 부분(140b, 142c)으로 구성된다. 비결합부(178)는 지연 장치(146)를 형성하는 도전체 부분(140i)과, 이러한 도전체 부분(140i)에 결합되지 않는 도전체 부분(142e)을 포함한다. 커플러 부분(130)은 결합된 도전체 부분의 중앙으로부터 대향 방향으로 연장되는 용량성의 반도형 연장부(180, 182)를 포함한다. 이러한 연장부는 하기에 서술되는 바와 같이 각각의 접지층뿐만 아니라, 도시된 바와 같이 결합부의 각각의 단부에 인접한 각각의 도전체에 용량결합되는 확장된 외측부를 포함한다.
커플러 부분(132)은 결합부(184)와 비결합부(186)를 포함한다. 결합부(184)는 도8에 도시된 바와 같이 광범위하게 결합된 형태와 결합 길이(L2)를 갖는, 결합된 도전체 부분(140c, 142b)으로 구성된다. 비결합부(186)는 결합되지 않은 도전체 부분(140j, 142f)을 포함한다. 커플러 부분(132)은 결합된 도전체 부분의 단부로부터 연장되는 용량성의 반도형 연장부를 포함한다. 특히, 연장부(188, 190)는 도전체 부분(140c)의 단부로부터 연장되며, 연장부(192, 194)는 도전체 부분(142b)의 단부로부터 연장된다. 도시된 바와 같이, 연장부(188, 192)의 외측 엣지는 하기에 서술되는 바와 같이 각각의 접지층뿐만 아니라, 결합부의 각각의 단부에 인접한 각각의 도전체에 용량결합된다.
커플러 부분(134)은 결합부(196)를 포함하지만, 부가적인 비결합부는 포함하지 않고 있다. 결합부(196)는 도8에 도시된 바와 같이 광범위하게 결합된 형태와 결합 길이(L3)를 갖는, 결합된 도전체 부분(140d, 142a)으로 구성된다. 커플러 부분(132)은 결합된 도전체 부분의 단부로부터 대향 방향으로 연장되는 용량성의 반도형 연장부를 포함한다. 특히, 연장부(198, 200)는 도전체 부분(140d)의 단부로부터 연장되며, 연장부(202, 204)는 도전체 부분(142a)의 단부로부터 연장된다. 길이(L1, L2, L3)는 커플러 부분(130, 132, 134)에서 점진적으로 증가되는 것을 알 수 있다. 이러한 변화는 커플러(126)를 비대칭형 커플러가 되게 하는 캐스케이드 형태를 제공한다. 또 다른 형태에 있어서, 크기는 동일하고, 대칭적이며, 크기는 점진적으로 감소되거나 또는 단순히 한쪽 커플러 부분으로부터 다음 커플러 부분까지 크기가 점진적으로 변화된다. 이러한 각각의 커플러 부분에 있어서, 결합된 도전체 부분의 형태는 도8에 도시된 바와 같이 동일하다. 각각의 결합 부분에 의해 제공된 결합은 결합부의 길이에 의해 결정된다. 결합부가 길면, 밀착된 결합을 생성한다. 이러한 실시예에서, 전자기 결합은 커플러 부분(130)으로부터 커플러 부분(134)까지, 심지어 커플러 부분(128)까지 점진적으로 증가된다. 따라서, 용량성 연장부는 커플러 부분(130, 132, 134)에서 크기가 점진적으로 감소되는 것을 알 수 있다. 이러한 연장부는 관련의 커플러 및 커플러 부분의 각각의 형태에 따라 영향을 받는 짝수 및 홀수 모드 신호 증식을 동일화하는데 사용된다.
도시된 실시예에서, 지연 장치를 형성하는 도전체 부분(140k)과 도전체 부분(142g)은 서술한 바와 같이 커플러(128)를 커플러(126)에 탠덤 형태로 연결한다. 지연 장치(148)는 커플러 조립체에서 180°상 변화에 기여하며, 커플러(128)가 양호하게 작동될 수 있도록 적절한 지연 양을 제공한다. 커플러(128)의 도전체 부분(140e, 142d)은 광범위하게 결합되며, 도8에 도시된 바와 같은 단면 형태를 갖는다. 결합된 도전체 부분(140e, 142d)은 길이(L4)를 갖는다. 지연 장치(150)는 포트(B5)를 커플러(122)의 포트(D1)에 연결한다. 도전체 부분(142m)은 결합된 도전체 부분(142d)의 단부로부터 커플러 조립체(120)의 포트(C)로 연장된다.
커플러(128)는 결합된 도전체 부분의 단부로부터 연장되는 용량성의 반도형 연장부를 포함한다. 특히, 연장부(206, 208)는 도전체 부분(140e)의 단부로부터 연장되며, 연장부(210, 212)는 도전체 부분(142d)의 단부로부터 연장된다. 도시된 바와 같이, 이러한 각각의 연장부의 외측 엣지는 상술한 바와 같이 각각의 접지층 뿐만 아니라, 관련의 결합부의 각각의 단부에서 각각의 도전체에 용량결합된다.
이러한 실시예에서, 이상기(152)는 도전체 부분의 인접부에 용량결합되는 도전체 부분(142m)의 중간부(142n)를 포함한다. 얇은 도전체(214)는 도전체 부분(142n)으로부터 터미널(216)로 연장되며, 이러한 터미널은 회로 접지 등과 같은 기준 포텐셜에 연결된다. 도전체 부분(142n)은 도전체 부분(142m)에 인선로(in-line) 커패시턴스를 제공하며, 도전체(214)는 인덕턴스를 제공한다. 도전체 부분(142m, 142n)과 도전체(214)의 형태는 발생할 수도 있는 상 편차와 조합하여 커플러 조립체(120)의 포트(B, D) 사이에 180°상 편차를 제공하기 위해, 디자인 작동 주파수에서 포트(C)에서의 신호에 적절한 이상(移相)으로 나타나는 직렬-C 회로, 분로-C 회로, 직렬 C 회로를 생성한다. 이상기는 커플러 조립체의 주어진 대역폭에 대해 상을 상대적으로 일정하게 하는데, 그렇지 않을 경우 상은 경사지게 된다. 또 다른 용량성 스터브 또는 연장부(218)는 포트(C) 근처에서 도전체 부분(142m)의 말단부로부터 연장된다.
서술한 각각의 커플러 또는 커플러 부분은 커플러로서 또는 또 다른 커플러 조립체로서 각각 독립적으로 사용된다. 예를 들어, 커플러(126)는 멀티 섹션 0°- 180°비대칭 하이브리드 커플러로서 독립적으로 사용된다. 또한, 커플러(128)와 커플러(126)가 탠덤 형태로 조합되어 형성된 커플러(124)는 멀티 섹션 0°- 180°비대칭 하이브리드 커플러로서 독립적으로 사용된다. 커플러(124)의 성능은 커플러(126)에 비해 강화된다. 예를 들어, 커플러(128)를 부가하면 작동 대역폭을 넓게 하며, 대역폭내의 리플을 감소시킨다. 또한, 커플러 조립체(120)의 성능은 커플러(124)에 비해 강화된다. 커플러(122)는 부가의 느슨한 결합 및 지연을 제공하여, 대역폭을 증가시키고 리플을 감소시킨다.
상술한 바와 같이, 커플러 부분과 커플러 및 커플러 조립체에 대한 실시예와, 결합 신호의 방법에 대해 설명하였지만, 기타 다른 변경이 이루어질 수도 있다.
본 발명에 설명된 방법 및 장치는 오디오, 비디오, 데이터 통신을 포함하는 원격통신용 등과 같이 고주파 신호를 사용하는 시스템 및 산업과 방송 시스템에도 사용될 수 있다.

Claims (26)

  1. 캐스케이드 형태로 연결된 적어도 제1 및 제2전자기 커플러(122, 124)가 구비된 커플러 조립체(120)를 포함하며; 상기 적어도 제2전자기 커플러(124)는 탠덤 형태로 연결된 적어도 제3 및 제4전자기 커플러(126, 128)를 포함하며, 상기 제3 및 제4전자기 커플러(126, 128)의 탠덤 조합은 제2전자기 커플러(124)이고, 상기 제1 및 제2전자기 커플러(122, 124)의 캐스케이드 조합은 커플러 조립체(120)인 것을 특징으로 하는 커플러 조립체(120).
  2. 제1항에 있어서, 제1, 제3, 및 제4전자기 커플러(122, 126, 128) 중 적어도 하나는 캐스케이드 형태로 연결된 다수의 커플러 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 커플러 조립체(120).
  3. 제2항에 있어서, 하나의 전자기 커플러는 제3전자기 커플러(126)인 것을 특징으로 하는 커플러 조립체(120).
  4. 제3항에 있어서, 상기 제3전자기 커플러(126)는 비대칭 전자기 커플러인 것을 특징으로 하는 커플러 조립체(120).
  5. 제2항에 있어서, 하나의 전자기 커플러(126)의 커플러 부분(130, 132, 134)은 전자기적으로 비결합된 부분(178)에 의해 분리되는, 전자기적으로 결합되는 부분(176, 184)을 포함하는 것을 특징으로 하는 커플러 조립체(120).
  6. 제5항에 있어서, 상기 결합부(176, 184, 134)는 동일한 단면 형태로 배치된 2개의 도전체에 의해 형성되며, 상기 두개의 도전체는 일련의 결합부(L1, L2, L3)에서 점진적으로 길거나 짧은 전기 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 커플러 조립체(120).
  7. 제6항에 있어서, 하나의 전자기 커플러(126)는 3개의 커플러 부분(130, 132, 134)을 포함하는 것을 특징으로 하는 커플러 조립체(120).
  8. 제1항에 있어서, 제1전자기 커플러(122)는 입력 포트(A1)와, 상기 제1전자기 커플러(122)에서 입력 포트(A1)에 전자기적으로 결합되고 제2전자기 커플러(124)를 통해 입력 포트(A1)에 도전가능하게 연결되는 결합 포트(C1)를 포함하는 것을 특징으로 하는 커플러 조립체(120).
  9. 캐스케이드 형태로 연결된 다수의 커플러 부분(130, 132, 134)을 포함하는 제1비대칭 전자기 커플러(126)와,
    상기 제1비대칭 전자기 커플러(126)에 탠덤 형태로 연결된 제2전자기 커플러(128)를 포함하며,
    상기 다수의 커플러 부분(130, 132, 134)은 전자기적으로 비결합된 부분(178)에 의해 분리되는 적어도 한쌍의 전자기적으로 결합된 부분(176, 184)을 포함하는 것을 특징으로 하는 커플러 조립체(120).
  10. 제9항에 있어서, 상기 결합부(176, 184, 134)는 단면적이 동일한 형태의 두개의 도전체(140, 142)에 의해 형성되며, 상기 두개의 도전체(140, 142)는 일련의 결합부(176, 184, 134)에서 점진적으로 길거나 짧은 전기 길이(L1, L2, L3)를 갖는 것을 특징으로 하는 커플러 조립체(120).
  11. 제10항에 있어서, 제1전자기 커플러(126)는 비결합부(178, 186)에 의해 분리되는 결합부(176, 184; 140d, 142a)를 포함하는 3개의 커플러 부분(130, 132, 134)을 포함하는 것을 특징으로 하는 커플러 조립체(120).
  12. 입력 포트(A1), 직접 포트(B1), 결합 포트(C1), 및 절연 포트(D1)를 갖는 제1전자기 커플러 부분(122)과,
    입력 포트(A2), 직접 포트(B2), 결합 포트(C2), 및 절연 포트(D2)를 갖는 적어도 제2전자기 커플러 부분(130)을 포함하며,
    상기 제1전자기 커플러 부분(122)의 직접 포트(B1)는 적어도 제2전자기 커플러 부분(126)을 통해 상기 제1전자기 커플러 부분(122)의 절연 포트(D1)에 도전가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 커플러 조립체(120).
  13. 제12항에 있어서, 제3전자기 커플러 부분(132 또는 128)을 부가로 포함하며, 상기 제1전자기 커플러 부분(122)의 직접 포트(B1)는 제3전자기 커플러 부분(132 또는 128)을 통해 제1전자기 커플러 부분(122)의 절연 포트(D1)에 도전가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 커플러 조립체(120).
  14. 제13항에 있어서, 제2 및 제3전자기 커플러 부분(130, 132)은 캐스케이드 형태로 연결되는 것을 특징으로 하는 커플러 조립체(120).
  15. 제14항에 있어서, 제2 및 제3전자기 커플러 부분(130, 132)은 비대칭 커플러(126)를 형성하는 것을 특징으로 하는 커플러 조립체(120).
  16. 제13항에 있어서, 제2 및 제3전자기 커플러 부분(130, 132)은 탠덤 형태로 연결되는 것을 특징으로 하는 커플러 조립체(120).
  17. 제16항에 있어서, 제2 및 제3전자기 커플러 부분(130, 132)은 커플러(126)를 형성하며, 제1전자기 커플러 부분(122)은 커플러(126)에 캐스케이드 형태로 연결되는 것을 특징으로 하는 커플러 조립체(120).
  18. 제1부분과 제2부분 및 제3부분(140a, 140f, 140c)이 구비된 제1도전체(140)를 포함하는 제1전송 선로(136)와,
    제1도전체(140)의 제3부분(140c)에 전자기적으로 연결되는 적어도 제1부분(142b)을 갖는 제2도전체(142)를 포함하는 제2전송 선로(138)를 포함하며,
    상기 제1부분(140a)은 제2부분(140f)에 전자기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 커플러 조립체(120).
  19. 제18항에 있어서, 제1도전체(140)의 제3부분(140b)은 제1도전체(140)의 제1 및 제2부분들(140a, 140f) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 커플러 조립체(120).
  20. 제19항에 있어서, 제2도전체(142)의 제2부분(142d)에 전자기적으로 결합된 제1도전체(140)의 제4부분(140e)이 제공되며, 상기 제1도전체(140)의 제4부분(140e)은 제1도전체(140)의 제2 및 제3부분들(140f, 140c) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 커플러 조립체(120).
  21. 제20항에 있어서, 제1도전체(140)의 제1 및 제3부분들(140a, 140c) 사이에 제1도전체(140)의 적어도 제5부분(140b)이 배치되며, 제2도전체(142)의 제1 및 제2부분들(142b, 142d) 사이에 제2도전체(142)의 적어도 제3부분(142c)이 배치되며, 상기 제1도전체(140)의 제5부분(140b)은 제2도전체(142)의 제3부분(142c)에 전자기적으로 결합되는 것을 특징으로 하는 커플러 조립체(120).
  22. 직렬연결된 다수의 커플러 부분(130, 132, 134)에 결합되는 각각의 제1 및 제2도전체(140, 142)를 포함하는 제1 및 제2전송 선로를 포함하며,
    상기 각각의 커플러 부분은 제1 및 제2도전체(140, 142)가 전자기적으로 결합되는 결합부(176, 184, 134)와, 제1 및 제2도전체가 전자기적으로 분리되는 비결합부(178, 186, 148)를 포함하며; 상기 도전체는 각각의 결합부(176, 184)에서 동일한 단면적 형태와, 일련의 결합부에서 점진적으로 길거나 짧은 길이(L1, L2, L3)를 갖는 것을 특징으로 하는 커플러 조립체(120).
  23. 제22항에 있어서, 상기 다수의 커플러 부분은 적어도 3개의 커플러 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 커플러 조립체(120).
  24. 제23항에 있어서, 제1 및 제2도전체(140, 142)는 적어도 하나의 비결합부(178)에서 동일하지 않은 길이를 가지며, 적어도 하나의 비결합부(186)에서 동일한 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 커플러 조립체(120).
  25. 제22항에 있어서, 제1 및 제2도전체(140, 142)는 적어도 하나의 비결합부(186)에서 동일하지 않은 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 커플러 조립체(120).
  26. 제22항에 있어서, 제1 및 제2도전체(140, 142)는 적어도 하나의 비결합부(186)에서 동일한 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 커플러 조립체(120).
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김철수 외 2인, "개선된 지향성을 갖는 마이크로스트립 방향성 결합기 설계", 한국전자파학회논문지, 제15권, 페이지548~553, 2004년6월.*

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WO2016129807A1 (ko) * 2015-02-12 2016-08-18 순천향대학교 산학협력단 평면형 매직-티

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