KR101637923B1 - 방향성 결합기의 기능을 내재한 서큘레이터 모듈 - Google Patents

방향성 결합기의 기능을 내재한 서큘레이터 모듈 Download PDF

Info

Publication number
KR101637923B1
KR101637923B1 KR1020150135442A KR20150135442A KR101637923B1 KR 101637923 B1 KR101637923 B1 KR 101637923B1 KR 1020150135442 A KR1020150135442 A KR 1020150135442A KR 20150135442 A KR20150135442 A KR 20150135442A KR 101637923 B1 KR101637923 B1 KR 101637923B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
coupling
circulator
line
main transmission
transmission line
Prior art date
Application number
KR1020150135442A
Other languages
English (en)
Inventor
반용주
이동휘
김미연
Original Assignee
쓰리알웨이브 (주)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 쓰리알웨이브 (주) filed Critical 쓰리알웨이브 (주)
Priority to KR1020150135442A priority Critical patent/KR101637923B1/ko
Priority to US15/576,457 priority patent/US10530029B2/en
Priority to CN201680046535.XA priority patent/CN108028452B/zh
Priority to PCT/KR2016/004110 priority patent/WO2017052019A1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101637923B1 publication Critical patent/KR101637923B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/32—Non-reciprocal transmission devices
    • H01P1/38—Circulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/32—Non-reciprocal transmission devices
    • H01P1/38—Circulators
    • H01P1/383—Junction circulators, e.g. Y-circulators
    • H01P1/387—Strip line circulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/32—Non-reciprocal transmission devices
    • H01P1/38—Circulators
    • H01P1/393—Circulators using Faraday rotators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P11/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing waveguides or resonators, lines, or other devices of the waveguide type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P11/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing waveguides or resonators, lines, or other devices of the waveguide type
    • H01P11/001—Manufacturing waveguides or transmission lines of the waveguide type
    • H01P11/003—Manufacturing lines with conductors on a substrate, e.g. strip lines, slot lines
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P3/00—Waveguides; Transmission lines of the waveguide type
    • H01P3/02—Waveguides; Transmission lines of the waveguide type with two longitudinal conductors
    • H01P3/08—Microstrips; Strip lines
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/12—Coupling devices having more than two ports
    • H01P5/16—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port
    • H01P5/18—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port consisting of two coupled guides, e.g. directional couplers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/12—Coupling devices having more than two ports
    • H01P5/16—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port
    • H01P5/18—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port consisting of two coupled guides, e.g. directional couplers
    • H01P5/184—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port consisting of two coupled guides, e.g. directional couplers the guides being strip lines or microstrips
    • H01P5/185—Edge coupled lines
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/0213—Electrical arrangements not otherwise provided for
    • H05K1/0237—High frequency adaptations
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/0213—Electrical arrangements not otherwise provided for
    • H05K1/0237—High frequency adaptations
    • H05K1/0243—Printed circuits associated with mounted high frequency components
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/14—Structural association of two or more printed circuits
    • H05K1/144—Stacked arrangements of planar printed circuit boards
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2201/00—Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/04—Assemblies of printed circuits
    • H05K2201/041—Stacked PCBs, i.e. having neither an empty space nor mounted components in between
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2201/00—Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/10—Details of components or other objects attached to or integrated in a printed circuit board
    • H05K2201/10007—Types of components
    • H05K2201/10045—Mounted network component having plural terminals
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2201/00—Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/10—Details of components or other objects attached to or integrated in a printed circuit board
    • H05K2201/10007—Types of components
    • H05K2201/10098—Components for radio transmission, e.g. radio frequency identification [RFID] tag, printed or non-printed antennas

Abstract

본 발명은 무선통신 시스템에 사용되는 서큘레이터(Circulator)와 방향성 결합기(Directional Coupler)의 모듈화에 관한 것으로, 고주파 신호를 샘플링할 수 있는 방향성 결합기(Directional Coupler)의 회로적 구현 없이 서큘레이터와 공유될 수 있는 전기적 특성을 응용하여 모듈화 함으로써 무선통신 시스템의 전기적 특성 개선 및 소형화를 목적으로 한다.

Description

방향성 결합기의 기능을 내재한 서큘레이터 모듈의 설계 및 그 제조 방법{Design and Manufacturing method of circulator module embedding a functionality of directional coupler}
본 발명은 방향성 결합기의 기능을 내재한 서큘레이터 모듈의 설계 및 그 제조 방법에 관한 기술이다.
서큘레이터(Circulator) 및 아이솔레이터(Isolator)와 같은 비가역 회로소자(Non-reciprocal Circuit Element)는 일반적으로 미리 정해진 포트를 통하여 입력되어진 신호가 패러데이 회전(Faraday Rotation)에 따라 한쪽 방향으로 회전하여 미리 정해진 다른 포트로 전달되도록 설계된 고주파 통신 부품이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 서큘레이터의 경우 보통 세 개의 포트를 가지며, 각각의 포트로부터 입력된 신호는 보통 동일한 전달계수 및 반사계수를 가지고 인접한 다른 포트로 전달되도록 설계된다. 따라서 각각의 포트는 입력 포트(Input Port)인 동시에 인접 포트에 대하여 출력 포트(Output Port)가 될 수 있다.
일반적으로 서큘레이터는 무선 통신 장치의 송신단에 있어서, 파워앰프(Power Amplifier)와 안테나(Antenna) 사이에 위치하여, 파워 앰프로부터 증폭된 신호가 작은 손실을 가지고 안테나 쪽으로 전달되도록 한다. 반면, 안테나로부터 반사되어 돌아오는 신호나 원하지 않는 신호가 파워앰프 쪽으로 전달되지 않도록 신호를 차단해 주는 역할을 한다.
방향성 결합기(Directional Coupler)란 네 개의 포트를 가지는 수동 가역 회로(Passive Reciprocal Networks)로써, 입력 포트에 대해 어느 하나의 그 입력 신호를 샘플링 할 수 있으며, 또 다른 하나의 포트는 그 입력 신호에 대하여 전기적 절연 특성(Isolation)을 가진다. 방향성 결합기가 이상적으로 작동하기 위해서는, 네 개의 포트 모두 정합(matched) 되어 있어야 하며, 일반적으로 1/4 파장(a quarter wavelength)의 전송선로(Transmission Line)를 포함하여야 한다. 방향성 결합기는 어느 특정 방향으로 흐르는 신호를 샘플링 하기 위하여 사용된다.
도 2는 일반적인 방향성 결합기 심볼을 나타내는 도면이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 이상적인 방향성 결합기에서 포트1(P1)으로 입력된 신호는 대부분 포트2(P2)로 전달되며, 일부 아주 작은 크기의 신호가 포트3(P3)에서 커플링되지만, 포트4(P4)로는 전달되지 않는다. 반대로 포트2(P2)로 입력된 신호는 포트4(P4)에서는 샘플링 되지만, 포트3(P3)로는 전달되지 않는다. 즉, 방향성 결합기는 특정 방향으로 흐르는 신호가 특정 포트에서만 커플링이 가능하도록 설계되어진 소자이다.
도 3은 방향성 결합기에 있어서 신호의 입력 방향에 따른 샘플링 신호 전달 방향을 나타내는 도면이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 일반적으로 방향성 결합기는 하나의 포트에 종단 저항을 연결하여 구성된다. 포트1(P1)에서 입력되는 신호는 포트3(P3)에서 샘플링이 가능한 반면, 포트2(P2)로 입력된 신호의 커플링 신호는 종단저항이 연결된 포트로 전달되어 소멸된다.
방향성 결합기에 있어서 입력 신호(P1)에 대한 출력신호(P2)의 감쇠 크기를 삽입손실(Insertion Loss)라 하며, 입력신호(P1)에 대한 포트4(P4)에서의 절연 정도를 아이솔레이션(Isolation), 입력신호(P1)에 대한 포트3(P3)에서의 결합 정도를 커플링(Coupling)이라 하며, 상기 아이솔레이션에서 커플링을 뺀 값을 디렉티비티(Directivity)라 한다. 여기서 디렉티비티는 포트1(P1)으로부터의 입력신호가 포트4(P4)에 대비하여 포트3(P3)로 얼마만큼 잘 전달되는지를 평가하는 척도로써, 방향성 결합기의 가장 중요한 평가항목 중 하나이다.
이와 관련된 수식은 다음과 같다.
[수식]
Insertion Loss (IL) = 10*log(P1/P2)
Isolation (I) = 10*log(P1/P4)
Coupling (C) = 10*log(P1/P3)
Directivity (D) = 10*log(P3/P4)
일반적으로 방향성 결합기는 서큘레이터와 마찬가지로 파워앰프와 서큘레이터 및 안테나 사이에 위치하여, 파워 앰프로부터 증폭된 신호의 크기를 샘플링하는 용도로 사용된다. 위에 언급된 것처럼, 이때 오로지 파워앰프로부터 증폭되어 오는 입력 신호만을 샘플링 하여야 하므로 결합기의 방향성(Directivity)은 중요한 전기적 특성이다.
무선 통신 수요의 증가와 통신 기술의 발달에 따라, 그 통신장비의 수요가 늘어나고, 가격 경쟁이 심화되면서, 그 통신장비의 전기적 특성 특히, 시스템의 삽입손실(Insertion Loss)을 줄이기 위하여 사용되는 부품들의 모듈화를 지속적으로 요구하고 있다.
이에 따라, 방향성 결합기와 서큘레이터의 모듈화에 대한 연구가 진행되어오고 있다. 하지만, 각각의 소자는 그 전기적 작동방식이 전혀 다를 뿐만 아니라, 구조적으로 전혀 다른 형태의 소재들을 사용하여 만들어지기 때문에, 그 모듈화에 많은 어려움이 있다.
도 4는 방향성 결합기와 서큘레이터를 모듈화한 회로도이다. 종래기술로 구현된 서큘레이터와 방향성 결합기의 모듈은 대부분은 도 4에 표시된 모듈의 구성을 따른다.
일부 종래기술의 경우, 방향성 결합기를 적층기판 내에 구현하고 그 적층 기판 위에 서큘레이터를 실장하는 방식으로 모듈을 설계하였다. 이러한 모듈의 경우, 다음과 같은 문제점을 발생시킬 수 있다. 즉, 서큘레이터에서 발생되는 열이 적층기판을 통하여 모듈 바닥면으로 전달되므로, 효율적인 열전달이 어려우며, 열이 효율적으로 전달되지 못할 경우, 서큘레이터 및 적층기판 내의 방향성 결합기의 온도가 증가하게 되어, 결과적으로 모듈의 전기적 특성을 열화시킬 수 있다. 또한, 기지국 및 중계기에 사용되는 방향성 결합기와 서큘레이터는 높은 출력의 신호를 견딜 수 있어야 하지만, 방향성 결합기가 내장된 적층기판의 경우, 다수의 비아홀에 의하여 고출력의 고주파 신호가 전달되므로, 높은 출력의 신호를 견딜 수 없다. 이와 같이 단지 개별 소자를 한데 모아놓는 수준의 모듈화로는 삽입손실의 궁극적인 개선을 기대하기 어렵다. 또한, 상기 일부 종래기술의 경우, 고가인 다층의 테프론(Teflon) 기반의 기판 또는 LTCC 기판을 사용하여 제작되어야 하므로, 그 제조원가가 상승한다.
본 발명은 방향성 결합기(Directional Coupler)와 서큘레이터(Circulator)를 모듈화하는데 있어서, 서로 공유될 수 있는 전기적 특성을 응용하여, 그 모듈의 구조를 단순화 시키고, 전기적 특성을 개선하고, 그 크기를 줄이기 위한 것이다.
본 발명의 일 관점에 따라 서큘레이터와 신호결합기를 포함하는 서큘레이터 모듈이 제공될 수 있다. 이때, 상기 신호결합기는 그 자체로 방향성(Directivity)을 가지지 않으며, 상기 서큘레이터의 아이솔레이션(Isolation) 특성에 의해 상기 서큘레이터 모듈의 방향성이 제어되도록 되어 있다.
이때, 상기 신호결합기는 결합선로(Coupling Line) 및 주전송선로(Main Transmission Line)를 포함하여 구성되며, 상기 결합선로가 상기 주전송선로와 일정 간격을 두고 서로 직각으로 교차하도록 되어 있을 수 있다.
이때, 상기 결합선로와 상기 주전송선로는 인쇄회로기판의 서로 다른 층에 형성되어 있을 수 있다.
이때, 상기 인쇄회로기판은, 상기 주전송선로와 상기 결합선로 사이에 제공되는 접지면을 포함하며, 상기 접지면에는 개구부(open slot)가 형성되어 있으며, 상기 주전송선로와 상기 결합선로 사이의 전기적 결합(coupling)의 정도는 상기 개구부에 의해 제어되도록 되어 있을 수 있다.
이때, 상기 결합선로의 일부와 상기 주전송선로는 인쇄회로기판의 동일층 상에 위치하며, 상기 결합선로의 나머지 일부는, 상기 교차하는 영역에서, 상기 주전송선로 위에서 점프라인(Jump Line) 형태를 갖는 커플링 도체(Coupling Conductor)이며, 상기 커플링 도체를 통하여 상기 주전송선로와 상기 결합선로 사이에 전기적 결합(coupling)이 발생되도록 되어 있을 수 있다.
본 발명에 따른 서큘레이터와 방향성 결합기를 모듈화하는데 있어서, 방향성 결합기를 구성하기 위한 1/4 파장(λ/4) 길이의 전송선로가 없어지므로, 모듈의 삽입손실을 획기적으로 줄일 수 있으며, 모듈 사이즈를 줄일 수 있다. 또한, 비아홀 등을 통하여 높은 출력의 신호가 흐르지 않으므로, 제품의 신뢰성이 향상되고, 높은 출력의 고주파 신호에 대한 핸들링이 가능하다.
도 1은 일반적인 서큘레이터 심볼을 나타내는 도면이다.
도 2는 일반적인 방향성 결합기 심볼을 나타내는 도면이다.
도 3은 방향성 결합기에 있어서 신호의 입력 방향에 따른 샘플링 신호 전달 방향을 나타내는 도면이다.
도 4는 종래 기술에 따라 모듈화된 서큘레이터와 방향성 결합기의 회로도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 설계된 서큘레이터 모듈을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따라 설계된 서큘레이터 모듈을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 서큘레이터 모듈의 회로도이다.
도 8은 도 7에 도시한 서큘레이터 모듈에 있어서, 서큘레이터의 신호 회전방향이 반대인 모듈의 회로도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 서큘레이터 모듈의 회로도이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참고하여 설명한다. 그러나 본 발명은 본 명세서에서 설명하는 실시예에 한정되지 않으며 여러 가지 다른 형태로 구현될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 용어는 실시예의 이해를 돕기 위한 것이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 의도된 것이 아니다. 또한, 이하에서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 설계된 서큘레이터 모듈의 적층도이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 서큘레이터 모듈은, 위에서 아래 방향으로 순차적으로 적층되어 있는 서큘레이터(100) 및 4개의 인쇄회로기판(110, 120, 130, 140)을 포함할 수 있다.
연자성체(soft magnetic material)로 만들어진 서큘레이터(100)의 열린 개구면으로부터 뻗어나온 중심도체(Center Conductor)의 연결단자(101, 102, 103)는, 인쇄회로기판의 최상층(110)에 형성된 입출력 연결 도체단자(111, 112, 113)와 서로 전기적으로 연결된다.
인쇄회로기판의 최상층(110)에는 서큘레이터(100)의 입출력단자(101, 102, 103)가 안착될 입출력 연결 도체단자(111, 112, 113)가 구성되어 있으며, 서큘레이터의 접지면은 최상층(110)의 접지면(116)에 정렬홀(217)을 이용하여 안착될 수 있다. 또한 내부연결(205)을 통하여 위로부터 세 번째층(130)까지 연결된 도체 단자부분(117)에는 종단 저항(160)이 연결될 수 있다.
위로부터 두 번째층(120)에는 최상층(110)에 형성된 주전송선로(115)와 세 번째층(130)에 형성된 결합선로(132)의 커플링 도체부분(131) 사이의 전기적 커플링 통로가 되는 열린 개구면(121)이 구성되어 있다. 이 개구면(121)의 크기를 조절하여 주전송선로(115)와 결합선로(132) 간의 커플링의 세기를 조절할 수 있다. 또한 두 번째층(120)에는, 세 번째층(130)으로부터 최상층(110)으로 비아홀을 연결하기 위한 접지면이 제거된 도체부분(123)이 형성되어 있다.
본 발명의 실시예들에 있어서, 주전송선로(115)와 결합선로(132)를 포함하는 부분을 '신호결합기'라는 이름으로 지칭할 수 있다. 상기 신호결합기는 그 자체로서는 방향성을 갖지 않는다. 도 5의 실시예에서 상기 신호결합기에는 개구면(121)이 포함될 수도 있다.
위로부터 세 번째층(130)에는 결합선로(132)가 형성되어 있으며, 이 결합선로(132)에는 커플링 도체부분(131)과 측면 연결단자(133)이 형성되어 있다. 또한 커플링 도체부분(131)의 한쪽 끝에는 비아홀 연결을 위한 도체부분(134)이 형성되어 있다.
최하층(140)에는 모듈의 입출력단자(141,142, 143) 및 커플링 단자(144)가 제공되어 있다.
도 5에 도시된 서큘레이터 모듈은 전기적으로 다음과 같이 작동된다.
모듈의 최하층(140)에 구성된 첫 번째 입출력단자(141)를 통하여 입력된 고주파 신호는 인쇄회로기판의 측면을 따라 연결된 부분인 측면연결(201)을 통하여 최상층(110)의 연결단자(114)로 입력된다. 상기 입력된 고주파 신호의 아주 작은 일부는 주전송선로(115)와 서로 교차하는 결합선로(132)의 커플링 도체부분(131)과 커플링되며, 커플링된 고주파 신호는 측면연결(202)를 통하여 커플링단자(144)로 연결되고 출력된다. 한편, 대부분의 고주파 신호는 연결도체부분(111)에 전달되어, 서큘레이터의 입출력 연결단자(101)에 전달된다. 상기 서큘레이터에 입력된 고주파 신호는 패러데이 회전현상에 의하여, 시계방향으로 회전하여 출력 연결단자(102)로 전달된다. 상기 전달된 고주파 신호는 연결도체부분(112)에 전달되며, 측면 연결(203)를 거쳐, 최하층(140)에 형성된 두번째 입출력 단자(142)를 통하여 출력된다.
반면, 두 번째 입출력단자(142)를 통하여 입력된 고주파 신호는 서큘레이터의 패러데이 회전현상에 역시 시계방향으로 회전한 후, 세 번째 입출력 단자(143)로 전달되므로, 첫 번째 입출력 단자(141) 및 커플링 단자(144)로는 고주파 신호가 전달되지 않는다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 서큘레이터 모듈이다.
도 6에 도시한 바와 같이, 서큘레이터(100)의 열린 개구면으로부터 뻗어나온 중심도체(Center Conductor)의 연결단자(101, 102, 103)은 인쇄회로기판의 상층(210)에 형성된 입출력 연결 도체부분(211, 212, 213)와 서로 전기적으로 연결된다.
인쇄회로기판의 상층(210)에는 서큘레이터(100)의 입출력단자(101, 102, 103)가 안착될 단자(211, 212, 213)가 구성되어 있으며, 서큘레이터의 접지면은 상층의 접지면(216)에 형성된 정렬홀(217)과 정렬되어 안착된다. 또한 주전송선로(215)와의 전기적 커플링을 위한 결합선로(221)가 형성되어 있으며, 주전송선로와 결합선로를 서로 수직으로 교차시키기 위한 커플링 도체(170)가 안착될 단자(222, 224)가 형성되어 있다. 도체단자부분(224)와 접지면(216) 사이에는 연결선로의 전기적 정합을 위한 종단저항(160)이 안착된다.
인쇄회로기판의 하층(240)에는 모듈의 입출력단자(241, 242, 243) 및 커플링 단자(244)가 구성되어 있다.
도 6에 도시된 서큘레이터 모듈은 전기적으로 다음과 같이 작동된다.
모듈의 하층(240)에 구성된 첫 번째 입출력단자(241)를 통하여 입력된 고주파 신호는 기판의 측면 연결(251)을 통하여 상층(210)의 연결단자(214)로 입력된다. 상기 입력된 고주파 신호의 아주 작은 일부는 주전송선로(215)의 위로 교차하여 지나가는 결합선로(221)의 커플링 도체(170)에 전기적으로 커플링되며, 커플링된 고주파 신호는 측면연결(252)를 통하여 커플링단자(244)로 연결되고, 출력된다. 한편 대부분의 고주파 신호는 입출력 연결도체 부분(211)에 전달되어, 서큘레이터의 입력 연결단자(101)에 전달된다. 상기 서큘레이터에 입력된 고주파 신호는 패러데이 회전현상에 의하여, 시계방향으로 회전하여, 출력 연결단자(102)로 전달된다. 상기 전달된 고주파 신호는 출력 연결도체(212)와 연결되며, 측면연결(253)를 거쳐 기판의 하층(240)에 형성된 두 번째 입출력 단자(242)를 통하여 출력된다.
반면, 두 번째 입출력단자(242)를 통하여 입력된 고주파 신호는 서큘레이터의 패러데이 회전현상에 의하여 역시 시계방향으로 회전한 후, 세 번째 입출력 단자(243)로 전달되므로, 첫 번째 입출력 단자(241) 및 커플링단자(244)로는 고주파 신호가 전달되지 않는다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 서큘레이터 모듈의 회로도이다.
도 7에 도시한 바와 같이, 포트1(P1)로 입력된 고주파 신호는 주전송선로(Main Transmission Line)(1)(도 5 및 6에 나타낸 주전송선로(115)에 대응됨)를 통하여 서큘레이터(100)로 전달된다. 여기서 주전송선로(1)와 서로 수직으로 교차하는 결합선로(Coupling Line)(2)(도 5 및 6에 나타낸 결합선로(132)에 대응됨)는 아주 작은 크기의 고주파 신호를 샘플링하여 포트3(P3)으로 전달한다. 서큘레이터(100)로 전달된 대부분의 고주파 신호는 시계방향으로 회전하여 포트2(P2)로 전달된다. 반면, 포트2(P2)로 입력되는 고주파 신호는 서큘레이터(100)에서 회전하여 포트4(P4)로 전달되어진다. 즉, 포트2(P2)로 입력된 신호는 포트4(P4)로 전달될 뿐, 포트3(P3)으로는 전달되어지지 않는다. 따라서, 포트3(P3)에서 추출되는 샘플링 신호는 오로지 포트1(P1)에서 입력된 고주파 신호이므로, 포트2(P2)로부터 포트3(P3)으로 커플링되어 전달되는 고주파 신호와 대비하여 높은 방향성(Directivity)를 가진다.
즉, 도 7에 도시된 서큘레이터(100)가 포트2(P2)로부터 포트1(P1)로 전달되어지는 신호를 차단해 주는 만큼, 포트3(P3)에서는 포트1(P1)으로부터의 신호에 대한 높은 방향성을 얻을 수 있다.
도 8은 도 7에 도시한 서큘레이터 모듈에 있어서, 서큘레이터의 신호 회전방향이 반대인 모듈의 회로도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 서큘레이터 모듈의 회로도이다.
도 9에 도시한 바와 같이, 포트1(P1)로 입력된 고주파 신호는 포트3(P3)에서 커플링되며, 포트2(P2)로 입력된 고주파 신호는 포트5(P5)에서 커플링된다.
본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 결합선로와 상기 주전송선로는 일정 간격을 두고 서로 실질적으로 직각으로 교차하도록 되어 있다. 실질적으로 직각으로 교차되어 있다는 뜻은, 정확히 직각으로 교차되는 구조 및 90˚로부터 일정 정도의 각도만큼 벗어난 각도로 교차되어 있음을 의미할 수 있다. 상기 종래 기술에 따른 방향성 결합기와 같이 방향성을 갖지 않도록 하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 따른 상기 교차영역의 최대 연장 폭은 입력되는 신호의 주파수의 파장의 1/4보다 상당히 짧게 되어 있을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따라 서술한 상기 서큘레이터 모듈은 '방향성 모듈' 또는 '방향성 서큘레이터 모듈', '방향성 서큘레이터 결합모듈'이라고도 지칭될 수 있다.
본 발명에 따른 실시예에서는 상기 기술된 실시예들에 국한되지 않는다. 즉, 상기 실시예에서 사용된 인쇄회로기판은 도체부분이 형성되어 있는 3차원 형상의 플라스틱 사출물로 대체 될 수도 있으며, 상기 인쇄회로 기판 위에 실장된 서큘레이터는 인쇄회로기판에 직접 형성될 수도 있다. 또한 상기 서큘레이터 모듈은 도파관으로 구현될 수 도 있다.
상술한 본 발명의 실시예들을 이용하여, 본 발명의 기술 분야에 속하는 자들은 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에 다양한 변경 및 수정을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 특허청구범위의 각 청구항의 내용은 본 명세서를 통해 이해할 수 있는 범위 내에서 인용관계가 없는 다른 청구항에 결합될 수 있다.

Claims (5)

  1. 서큘레이터와 신호결합기를 포함하는 서큘레이터 모듈로서,
    상기 신호결합기는, 상기 서큘레이터의 입력포트와 출력포트를 통과하는 신호가 흐르는 주전송선로(Main Transmission Line)와, 상기 주전송선로를 통해 흐르는 신호를 샘플링하는 기능을 수행하도록 되어 있는 결합선로(Coupling Line)를 포함하며,
    상기 결합선로를 통해 흐르는 신호는 상기 입력포트 및 상기 출력포트와는 구별되는 다른 포트를 통해 제공되도록 되어 있으며,
    상기 신호결합기는 그 자체로 방향성(Directivity)을 가지지 않으며,
    상기 서큘레이터의 아이솔레이션(Isolation) 특성에 의해 상기 신호결합기의 방향성이 제어되도록 되어 있고,
    상기 결합선로와 상기 주전송선로는 인쇄회로기판의 서로 다른 층에 형성되어 있으며,
    상기 인쇄회로기판은, 상기 주전송선로와 상기 결합선로 사이에 제공되는 접지면을 포함하고,
    상기 접지면에는 개구부(open slot)가 형성되어 있으며,
    상기 주전송선로와 상기 결합선로 사이의 전기적 결합(coupling)의 정도는 상기 개구부에 의해 제어되도록 되어 있는,
    서큘레이터 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 결합선로가 상기 주전송선로와 일정 간격을 두고 서로 절연되어, 서로 직각으로 교차하도록 되어 있는,
    서큘레이터 모듈.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 서큘레이터와 신호결합기를 포함하는 서큘레이터 모듈로서,
    상기 신호결합기는, 상기 서큘레이터의 입력포트와 출력포트를 통과하는 신호가 흐르는 주전송선로(Main Transmission Line)와, 상기 주전송선로를 통해 흐르는 신호를 샘플링하는 기능을 수행하도록 되어 있는 결합선로(Coupling Line)를 포함하며,
    상기 결합선로를 통해 흐르는 신호는 상기 입력포트 및 상기 출력포트와는 구별되는 다른 포트를 통해 제공되도록 되어 있으며,
    상기 신호결합기는 그 자체로 방향성(Directivity)을 가지지 않으며,
    상기 서큘레이터의 아이솔레이션(Isolation) 특성에 의해 상기 신호결합기의 방향성이 제어되도록 되어 있고,
    상기 결합선로가 상기 주전송선로와 일정 간격을 두고 서로 절연되어, 서로 직각으로 교차하도록 되어 있으며,
    상기 결합선로의 일부와 상기 주전송선로는 인쇄회로기판의 동일층 상에 위치하고,
    상기 결합선로의 나머지 일부는, 상기 교차하는 영역에서, 상기 주전송선로 위에서 점프라인(Jump Line) 형태를 갖는 커플링 도체(Coupling Conductor)이며,
    상기 커플링 도체를 통하여 상기 주전송선로와 상기 결합선로 사이에 전기적 결합(coupling)이 발생되도록 되어 있는,
    서큘레이터 모듈.
KR1020150135442A 2015-09-24 2015-09-24 방향성 결합기의 기능을 내재한 서큘레이터 모듈 KR101637923B1 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150135442A KR101637923B1 (ko) 2015-09-24 2015-09-24 방향성 결합기의 기능을 내재한 서큘레이터 모듈
US15/576,457 US10530029B2 (en) 2015-09-24 2016-04-20 Method for designing and manufacturing circulator module having function of directional coupler embedded therein
CN201680046535.XA CN108028452B (zh) 2015-09-24 2016-04-20 内置定向耦合器功能的环行器模块设计及其制造方法
PCT/KR2016/004110 WO2017052019A1 (ko) 2015-09-24 2016-04-20 방향성 결합기의 기능을 내재한 서큘레이터 모듈의 설계 및 그 제조 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150135442A KR101637923B1 (ko) 2015-09-24 2015-09-24 방향성 결합기의 기능을 내재한 서큘레이터 모듈

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101637923B1 true KR101637923B1 (ko) 2016-07-11

Family

ID=56499605

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150135442A KR101637923B1 (ko) 2015-09-24 2015-09-24 방향성 결합기의 기능을 내재한 서큘레이터 모듈

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10530029B2 (ko)
KR (1) KR101637923B1 (ko)
CN (1) CN108028452B (ko)
WO (1) WO2017052019A1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3113196B1 (fr) * 2020-07-28 2022-10-14 Thales Sa Circuit réalisant une fonction de circulateur en technologie SIW (guide d’onde intégré au substrat) ; voie d’émission / réception et radar associés

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02241102A (ja) * 1989-03-14 1990-09-25 Fujitsu Ltd Ｍｉｃサーキユレーターの実装方法
JPH0711038B2 (ja) * 1988-10-31 1995-02-08 新日本製鐵株式会社 非時効・深絞り用合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法
JP4711038B2 (ja) 2000-04-06 2011-06-29 日立金属株式会社 非可逆回路モジュール
KR101057736B1 (ko) * 2010-09-27 2011-08-18 (주)파트론 결합기-써큘레이터 일체형 통신소자 및 그를 포함하는 도허티 증폭기
KR20110101621A (ko) * 2010-03-09 2011-09-16 (주)파트론 일체형 커플러-써큘레이터 및 그를 포함하는 전력 증폭기

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3388257B2 (ja) * 2000-06-09 2003-03-17 日立金属株式会社 非可逆回路素子
JP4457335B2 (ja) * 2000-12-14 2010-04-28 日立金属株式会社 非可逆回路素子

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0711038B2 (ja) * 1988-10-31 1995-02-08 新日本製鐵株式会社 非時効・深絞り用合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法
JPH02241102A (ja) * 1989-03-14 1990-09-25 Fujitsu Ltd Ｍｉｃサーキユレーターの実装方法
JP4711038B2 (ja) 2000-04-06 2011-06-29 日立金属株式会社 非可逆回路モジュール
KR20110101621A (ko) * 2010-03-09 2011-09-16 (주)파트론 일체형 커플러-써큘레이터 및 그를 포함하는 전력 증폭기
KR101057736B1 (ko) * 2010-09-27 2011-08-18 (주)파트론 결합기-써큘레이터 일체형 통신소자 및 그를 포함하는 도허티 증폭기

Also Published As

Publication number Publication date
WO2017052019A1 (ko) 2017-03-30
US10530029B2 (en) 2020-01-07
US20180159192A1 (en) 2018-06-07
CN108028452A (zh) 2018-05-11
CN108028452B (zh) 2021-01-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6611180B1 (en) Embedded planar circulator
US5742210A (en) Narrow-band overcoupled directional coupler in multilayer package
US6512431B2 (en) Millimeterwave module compact interconnect
WO2019006394A1 (en) DOS-TO-DOS OFFSETTING LAUNCH TOPOLOGY WITH DIAGONAL WAVEGUIDES
CN109075819B (zh) 用于mm波近场通信的无接触界面
KR102022209B1 (ko) 단일-평면 스트립라인 피드를 구비한 이중-편파 광대역 방사기
CA2961904C (en) Vertical radio frequency module
US8183953B2 (en) Multi-junction stripline circulators
CN108768549B (zh) 一种应用于5g通信的多天线校准网络装置
CN104115417A (zh) 低剖面无线连接器
US9455486B2 (en) Integrated circulator for phased arrays
US6201453B1 (en) H-plane hermetic sealed waveguide probe
US8704608B1 (en) Integrated circulator for phased arrays
KR101404225B1 (ko) 버틀러 매트릭스 및 이를 구비한 다중단자 증폭기
US20120088402A1 (en) Connector
KR101637923B1 (ko) 방향성 결합기의 기능을 내재한 서큘레이터 모듈
KR20190088523A (ko) 비아-리스 빔 형성기를 위한 회로 및 기법
US6750731B2 (en) Circulator and network
EP3533104A1 (en) Radio frequency interconnect between suspended transmission lines comprising a ridged waveguide portion
CN208272136U (zh) 一种大规模mimo天线的馈电网络
US20130010654A1 (en) Multiple connection options for a transceiver
US20090284326A1 (en) Balanced hybrid coupler
US8981871B2 (en) High directivity directional coupler
US20120201496A1 (en) Symmetrical branching ortho mode transducer (omt) with enhanced bandwidth
JP6662446B2 (ja) 非可逆回路素子及びこれを用いた通信装置

Legal Events

Date Code Title Description
AMND Amendment
AMND Amendment
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190604

Year of fee payment: 4