KR102174055B1 - 고 품질 계수의 도파관 필터를 갖는 밀리미터파 초소형 레이더 수신기 - Google Patents

고 품질 계수의 도파관 필터를 갖는 밀리미터파 초소형 레이더 수신기 Download PDF

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radar receiver
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waveguide
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김영곤
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엘아이지넥스원 주식회사
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Abstract

본 실시예들은 단일 캐리어에 기판 두께를 갖는 도파관 필터를 구현하고 단일 캐리어에 마이크로파 집적회로(MMIC)를 배치하고 도파관 필터 및 마이크로스트립 선로 간에 전이 구조를 통해 연결함으로써, 다양한 칩들을 용이하게 패키징하고 레이더 성능을 향상시키는 밀리미터파 초소형 레이더 수신기를 제공한다.

Description

고 품질 계수의 도파관 필터를 갖는 밀리미터파 초소형 레이더 수신기 {Millimeter Wave Compact Radar Receiver with High Quality Factor Waveguide Filter}
본 발명이 속하는 기술 분야는 초소형 레이더 수신기의 패키지 기술에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
밀리미터파 초소형 레이다 수신기 및 RF 구성품에 높은 양호도를 갖는 필터를 적용할 필요가 있다. 기존에는 주로 PCB(Printed Circuit Board) 타입의 필터를 이용하여 레이다 수신기를 구현하였으나, PCB 타입의 필터는 삽입 손실이 높고 선택도(Selectivity)가 낮아서 원하지 않는 주파수를 잘라내기 곤란한 문제가 있다.
한국등록특허공보 제10-1827952호 (2018.02.05.) 한국등록특허공보 제10-1893480호 (2018.08.24.)
본 발명의 실시예들은 단일 캐리어에 기판 두께를 갖는 도파관 필터를 구현하고 단일 캐리어에 마이크로파 집적회로(Monolithic Microwave Integrated Circuit, MMIC)를 배치하고 도파관 필터 및 마이크로스트립 선로 간에 전이 구조를 통해 연결함으로써, 다양한 칩들을 용이하게 패키징하고 레이더 시스템의 성능을 향상시키는 데 발명의 주된 목적이 있다.
본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 수 있다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 단일 캐리어, 상기 단일 캐리어에 기 설정된 두께를 갖도록 형성된 도파관 필터, 상기 도파관 필터의 일단을 상기 단일 캐리어에 위치하는 제1 마이크로스트립 선로에 연결하는 제1 전이 구조, 및 상기 도파관 필터의 타단을 상기 단일 캐리어에 위치하는 제2 마이크로스트립 선로에 연결하는 제2 전이 구조를 포함하는 레이더 수신기를 제공한다.
상기 레이더 수신기는 상기 제1 마이크로스트립 선로에 연결되어 상기 도파관 필터에 입력되는 주파수 신호를 증폭하는 저잡음 증폭기, 및 상기 제2 마이크로스트립 선로에 연결되어 상기 도파관 필터에서 출력된 주파수 신호를 변환하는 혼합기를 포함할 수 있다.
상기 레이더 수신기는 상기 단일 캐리어의 일단에 형성되며 상기 저잡음 증폭기에 연결된 제3 마이크로스트립 선로 및 하나의 도파관 간에 주파수 신호를 전송하는 제3 전이 구조, 및 상기 단일 캐리어의 타단에 형성되며 상기 혼합기에 연결된 제4 마이크로스트립 선로 및 다른 도파관 간에 주파수 신호를 전송하는 제4 전이 구조를 포함할 수 있다.
상기 레이더 수신기가 장착된 레이더 시스템이 단일 안테나를 사용하면, 상기 저잡음 증폭기 및 상기 제3 전이 구조 간에 연결되고 레이더 송신기로부터 누설 전력을 제한하는 스위치 또는 리미터를 포함할 수 있다.
상기 레이더 수신기는 상기 혼합기에 연결되며 주파수 신호의 특정 주파수를 기 설정된 비율로 증가시키는 체배기를 포함할 수 있다.
상기 제1 전이 구조 및 상기 제2 전이 구조에서 상기 도파관 필터의 경계면을 기준으로 외측 부분은 제1 파트로 내측 부분은 제2 파트로 구분되고, 상기 제1 파트는 제1 도체와 상기 제1 도체의 측면이 채워진 제1 유전체로 형성되고, 상기 제2 파트는 제2 유전체로 형성될 수 있다.
상기 제1 파트는 주파수 신호가 상기 제1 마이크로스트립 선로로부터 상기 기 설정된 두께를 갖도록 형성된 도파관 필터로 전달되는 과정에서 발생하는 기생 성분을 제거하는 매칭 회로를 포함할 수 있다.
상기 매칭 회로는 '+' 형상으로 형성되며, 상기 매칭 회로에서 상기 제1 마이크로스트립 선로의 방향에 위치하는 상기 매칭 회로의 일단의 폭이 상기 도파관 필터의 방향에 위치하는 상기 매칭 회로의 타단의 폭보다 좁게 형성되고, 상기 매칭 회로에서 양측 날개 부분은 대칭적으로 배치될 수 있다.
상기 제2 파트는 상기 도파관 필터의 경계면에서 상기 도파관 필터의 중앙 방향으로 진행할수록 폭이 좁아지는 테이퍼드 구조 또는 계단 구조이며, 상기 제2 유전체가 상기 도파관 필터의 경계면에 수직한 방향을 기준으로 중앙 또는 양측면에 위치할 수 있다.
상기 도파관 필터는 아이리스 구조로 형성된 대역 통과 필터일 수 있다.
상기 레이더 수신기는 상기 도파관 필터를 보호하는 커버를 포함할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예들에 의하면, 단일 캐리어에 기판 두께를 갖는 도파관 필터를 구현하고 단일 캐리어에 마이크로파 집적회로(MMIC)를 배치하고 도파관 필터 및 마이크로스트립 선로 간에 전이 구조를 통해 연결함으로써, 다양한 칩들을 용이하게 패키징하고 레이더 시스템의 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 수신기를 예시한 블록도이다.
도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 수신기의 형상을 예시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 수신기의 단일 캐리어를 예시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 수신기에 커버를 덮은 형상을 예시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 수신기에서 기판 두께를 갖는 도파관 필터를 예시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 수신기의 도파관 필터의 성능을 예시한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 수신기의 제1 전이 구조의 매칭 회로를 예시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 수신기의 제1 전이 구조의 매칭 회로에 대한 S 파라미터를 예시한 도면이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이더 수신기의 제1 전이 구조의 다른 매칭 회로를 예시한 도면이다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 레이더 수신기의 제1 전이 구조 및 제2 전이 구조의 형상을 예시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 레이더 수신기의 제1 전이 구조 및 제2 전이 구조의 유형에 따른 임피던스 변화를 예시한 그래프이다.
이하, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하고, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다.
본 실시예들에 따른 레이더 수신기는 레이더 시스템에 적용될 수 있으며, 유도 무기용 밀리미터파 초소형 레이더 시스템에 적용될 수 있다.
기존의 레이더 수신기는 도파관 및 마이크로스트립 선로 간의 전이 구조를 캐리어와 분리하고, PCB 위에 필터를 구현하여 높은 삽입 손실을 갖고 낮은 선택도(Selectivity)를 갖는다.
본 실시예에 따른 레이더 수신기는 고 품질 계수를 가지는 도파관 필터를 여러 개의 MMIC 칩들과 연결하는 구조를 제시한다. 레이더 시스템은 손실을 낮추고 잡음지수 측면에서 유리한 효과를 갖는다. 게다가 다양한 MMIC 칩을 한번에 패키징할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 레이더 수신기를 예시한 블록도이고, 도 2은 수신기의 형상을 예시한 도면이다.
도 1 및 2에 도시한 바와 같이, 레이더 수신기는 단일 캐리어(100), 도파관 필터(200), 제1 전이 구조(300), 및 제2 전이 구조(400)를 포함한다. 레이더 수신기는 도 1 및 도 2에서 예시적으로 도시한 다양한 구성요소들 중에서 일부 구성요소를 생략하거나 다른 구성요소를 추가로 포함할 수 있다. 예컨대, 레이더 수신기는 저잡음 증폭기(500), 혼합기(600), 제3 전이 구조(700), 제4 전이 구조(800), 스위치/리미터(900), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
일반적으로 높은 양호도를 가진 도파관 필터를 이용하기 위해서는 큰 사이즈가 필요하며, 도파관 필터 및 마이크로스트립 선로 간의 전이 구조가 필요하다.
이러한 문제를 해결하기 위해서 본 실시예들은 하나의 캐리어 구조에 기판 두께의 도파관 필터를 구현하고 여러 MMIC 칩들을 배치하여 높은 성능을 확보하도록 패키징한다. 본 실시예는 칩과 PCB를 연결하는 본딩에 의한 기생 성분을 보상할 수 있는 매칭 회로를 포함할 수 있다.
입력되는 도파관으로부터의 신호를 마이크로스트립 선로를 포함하는 E 평면 프로브 형태의 전이구조로 형성된 제3 전이 구조(700), 스위치/리미터(900), 저잡음 증폭기(LNA)의 마이크로파 집적회로(MMIC)를 배치하며, 원치않는 신호를 제거하기 위한 기판 두께의 도파관 필터(200)를 단일 캐리어(100) 상에 구현할 수 있다.
도파관 필터(2500)는 단일 캐리어(100)에 기 설정된 두께를 갖도록 형성된다. 도파관 필터(200)는 이미지 신호를 제거하고 원치 않는 불요파를 쉽게 억제할 수 있으며, 낮은 삽입 손실을 가지므로 레이더 시스템의 신호대잡음비(Signal-to-Noise Ratio, SNR)에 좋은 영향을 준다.
도파관 필터(200)는 불필요한 신호로부터 레이더 시스템을 보호한다. 이미지 신호를 제거하기 위한 용도로 도파관 필터(200)는 저잡음 증폭기(500) 및 혼합기(600) 사이에 배치된다.
본 실시예에서는 일반적인 PCB 기반의 필터보다 성능이 우수한 도파관 구조의 필터를 삽입하여 높은 격리도 및 낮은 삽입손실을 가지도록 한다. 이를 PCB와 연결을 매끄럽게 하기 위해 기판 두께의 도파관 구조를 이용한다. 마이크로스트립 선로에서 기판 두께의 도파관 필터(200)를 제1 전이 구조(300) 및 제2 전이 구조(400)를 이용하여 연결한다.
제1 전이 구조(300)는 도파관 필터(200)의 일단을 단일 캐리어(100)에 위치하는 제1 마이크로스트립 선로에 연결한다. 제2 전이 구조(400)는 도파관 필터(200)의 타단을 단일 캐리어(100)에 위치하는 제2 마이크로스트립 선로에 연결한다.
저잡음 증폭기(500)는 제1 마이크로스트립 선로에 연결되어 도파관 필터(200)에 입력되는 주파수 신호를 증폭한다. 저잡음 증폭기(Low Noise Amplifier, LNA)는 수신된 미약한 주파수 신호를 처리하기 위해 적당한 레벨의 신호로 증폭한다. 레이더 시스템의 탐지 거리 및 신호대잡음비를 향상시키기 위해서 저잡음증폭기(500)를 배치한다.
혼합기(600)는 제2 마이크로스트립 선로에 연결되어 도파관 필터(200)에서 출력된 주파수 신호를 변환한다. 신호 처리가 가능한 주파수로 하향 변환하기 위해 혼합기(600)를 배치한다. 혼합기(600)는 입력 신호 주파수 및 국부 발진기(Local Oscillator)의 두 주파수의 합과 차 성분을 생성하고, 입력 신호 주파수를 변환한다.
혼합기(600)의 LO 주파수가 높을 경우, 높은 주파수를 입력받기 위해서 도파관으로 연결한다. 혼합기(600)에 체배기를 추가로 연결하여 도파관 구조가 아닌 다른 구조가 될 수 있다. 체배기는 주파수 신호의 특정 주파수를 기 설정된 비율로 증가시킨다.
스위치/리미터(900)는 저잡음 증폭기(500) 및 제3 전이 구조(700) 간에 연결되고 레이더 송신기로부터 누설 전력을 제한한다. 단일 안테나를 가지는 레이다 시스템은 높은 출력을 가지는 송신기로부터의 누설 전력을 막기 위해 스위치 또는 리미터를 수신기의 초단에 배치한다. 시스템의 상황에 따라 리미터 또는 스위치가 필요없는 경우에 스위치/리미터를 제거할 수 있다.
높은 전력을 다루는 시스템 또는 높은 양호도(High Quality Factor)를 요구하는 레이더 시스템에서 일반적으로 도파관을 적용할 수 있다. 도파관으로부터 MMIC 또는 여러 소자들을 사용하기 위해서는 마이크로스트립 선로가 많이 사용된다. 이러한 두 전송선에 해당하는 도파관 및 마이크로스트립 선로 간의 장점을 활용하기 위해 도파관-마이크로스트립 전이 구조를 적용한다.
제3 전이 구조(700)는 단일 캐리어(100)의 일단에 형성되며, 저잡음 증폭기(500)에 연결된 제3 마이크로스트립 선로 및 하나의 도파관 간에 주파수 신호를 전송한다. 제4 전이 구조(800)는 단일 캐리어(100)의 타단에 형성되며, 혼합기(600)에 연결된 제4 마이크로스트립 선로 및 다른 도파관 간에 주파수 신호를 전송한다.
제3 전이 구조 및 제4 전이 구조는 E 평면 프로브 방식을 이용한 전이 구조를 사용할 수 있고, 이외에도 Fin-line을 이용한 방식 및 Yagi-antenna를 이용한 방식, SIW(Substrate Integrated Waveguide)를 이용한 방식 등의 다양한 구조로 설계할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 수신기의 단일 캐리어를 예시한 도면이다.
도파관 연결을 위해 단일 캐리어의 양쪽으로 도파관 크기의 구멍을 갖는다. 단일 캐리어의 중앙에 기판 두께의 도파관 필터를 구현한다. 설계된 칩 사이즈를 이용하여 다양한 형태의 캐리어 구현이 가능하다. 단일 캐리어는 밀링 선반 가공 방식으로 구현할 수 있다.
레이더 수신기는 도파관 필터를 보호하는 커버를 포함할 수 있다. 도 4에서는 도파관 전이 구조의 커버와 도파관 필터의 커버를 덮은 전체 형상을 예시한다.
일반적으로 여러 칩을 원칩화하는 경우 공정상의 추가 비용이 발생하며, 여러 칩의 좋은 성능을 동시에 사용할 수 없는 단점이 있다. 칩 상에서 유전율의 손실로 인해 높은 양호도를 가지는 필터의 구현이 불가능하다.
본 실시예는 단일 캐리어 구조를 통해 여러 채널을 요구하는 레이더의 수신기에 정형화된 구조 및 높은 성능을 확보할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 수신기에서 기판 두께를 갖는 도파관 필터를 예시한 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 수신기의 도파관 필터의 성능을 예시한 그래프이다.
일반적인 도파관 필터의 두께는 PCB보다 훨씬 두꺼우며, 마이크로스트립 선로와 직접적인 연결이 불가능하지만, 본 실시예에 따른 레이더 수신기는 기판 두께의 도파관 필터를 구현하여 PCB와 직접적인 연결이 가능하다.
도파관 필터는 물결 형상이 대칭으로 형성된 아이리스(Iris) 구조로 형성된 대역 통과 필터일 수 있다. 도파관 필터는 전송 영점(Transmission Zero)를 이용하여 굽은 구조 또는 공진기 배치가 다른 구조 등의 다양한 필터 구현이 가능하다.
도 6을 참조하여 일반적인 두꺼운 필터와 기판 두께로 형성된 도파관 필터를 비교하면, 공기 중으로 에너지가 진행하기 때문에 높은 양호도를 가져 높은 선택도와 낮은 삽입 손실을 가짐을 파악할 수 있다.
이하에서는 도 7 내지 도 13을 참조하여, 도파관 필터-마이크로스트립 전이 구조를 설명하기로 한다.
기판 두께의 도파관 필터를 MMIC에서 손쉽게 연결하기 위해 본 발명에서는 두 가지 유형의 구조를 갖는다. 임피던스 정합을 통해 동일한 성능을 갖도록 설계가 가능하다.
제1 전이 구조(300) 및 제2 전이 구조(400)에서 도파관 필터의 경계면을 기준으로 외측 부분은 제1 파트로 내측 부분은 제2 파트로 구분된다. 제1 파트는 제1 도체와 제1 도체의 측면이 채워진 제1 유전체로 형성된다. 제2 파트는 제2 유전체로 형성된다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 수신기의 제1 전이 구조의 매칭 회로를 예시한 도면이고, 도 8은 레이더 수신기의 제1 전이 구조의 매칭 회로에 대한 S 파라미터를 예시한 도면이다.
제1 전이 구조는 기판 두께의 도파관 필터를 이용하기 위한 전이 구조이다.
마이크로스트립 선로에서 도파관의 TE10 모드로 변환하기 위해 도 7과 같은 구조를 적용할 수 있다.
제1 파트의 제1 도체는 마이크로스트립 선로에서 도파관 필터의 경계면 방향으로 진행하면서 폭이 선형적으로 증가하는 형상으로 형성될 수 있고, 도파관 필터의 경계면에서 비아 홀을 형성할 수 있다. 양측에 형성된 비아 홀을 통해 누설되는 신호를 막을 수 있다.
높은 주파수에서는 칩과 연결하는 본딩이 높은 기생 성분 (인덕턴스 성분)으로 전기적인 특성을 열화시키는 문제를 해결하기 위해서, 제1 파트는 주파수 신호가 제1 마이크로스트립 선로로부터 기 설정된 두께를 갖도록 형성된 도파관 필터로 전달되는 과정에서 발생하는 기생 성분을 제거하는 매칭 회로(350)를 포함할 수 있다.
도 8을 참조하면, 높은 주파수에서는 칩의 입력과 출력의 정합이 아주 잘되어 있더라도 기판과 연결되는 본딩 와이어 (직렬 인덕턴스 성분)에 의해 A와 같이 임피던스가 변화하게 된다. 이러한 임피던스 비정합을 보상하기 위해 도 7과 같이 폭(WM21)처럼 좁게 하여 높은 임피던스를 가진 선로를 이용하여 B와 같이 임피던스를 변화하게 할 수 있다. 최종적으로 넓은 선폭(WM31)을 이용하여 낮은 임피던스 선로로 C와 같이 매칭을 하여 본딩에 의한 높은 인덕턴스 성분을 없앨 수 있다.
매칭 회로(350)는 '+' 형상으로 형성될 수 있다. 매칭 회로(350)에서 제1 마이크로스트립 선로의 방향에 위치하는 매칭 회로의 일단의 폭(WM21)이 도파관 필터의 방향에 위치하는 매칭 회로의 타단의 폭(WM31)보다 좁게 형성될 수 있다. 매칭 회로(350)에서 양측 날개 부분(WM22, WM23, WM32, WM33)은 대칭적으로 배치될 수 있다. 매칭 회로(350)의 길이는 제1 도체의 길이를 고려하여 설계되고, 제1 유전체의 폭을 고려하여 설계될 수 있다. 매칭 회로(350)의 폭과 길이를 조절하여 기생 성분을 효율적으로 제거할 수 있다.
2단의 매칭 구조로 임피던스 매칭을 구현하였지만, 전기적 길이 및 선로의 임피던스 및 단수를 늘려서 대역을 높일 수 있다. 예를 들어 그림 7의 높은 임피던스 및 낮은 임피던스 정합이 아니라, 그 반대의 형상도 가능하다 넓은 선폭부터 시작해서 얇은 선폭으로 도 7의 반대의 형상으로 구현될 수 있다. 또한 대역을 높이며 통과되는 리플 특성을 고려하여 2단 이상의 정합도 가능하다.
도 9 및 도 10은 레이더 수신기의 제1 전이 구조의 다른 매칭 회로를 예시한 도면이다.
도 9에 도시된 바와 같이 4단의 매칭 회로로 구현될 수 있다. B에서 넓은 선폭(낮은 임피던스)을 이용하고, C에서는 얇은 선폭(높은 임피던스)을 이용한다. D에서는 B와는 다른 선폭의 넓은 선폭을 이용하며 마지막 E에서 얇은 선폭을 이용하여 정합을 한다.
여러 단의 매칭 회로가 아니라 도 10과 같이 테이퍼(Taper) 형태의 매칭 회로도 가능하다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 수신기의 제1 전이 구조 및 제2 전이 구조의 형상을 예시한 도면이다. 도 11은 제1 유형의 전이 구조를 예시하고, 도 12는 제2 유형의 전이 구조를 예시한다.
제2 파트는 도파관 필터의 경계면에서 도파관 필터의 중앙 방향으로 진행할수록 폭이 좁아지는 테이퍼드 구조 또는 계단 구조로 형성된다.
제1 유형은 제2 유전체가 도파관 필터의 경계면에 수직한 방향을 기준으로 중앙에 위치하고, 제2 유형은 제2 유전체가 도파관 필터의 경계면에 수직한 방향을 기준으로 일체형에서 양측면에 갈라지는 구조로 형성된다.
제2 파트의 일 단면에서 임피던스는 수학식 1과 같이 표현된다.
Figure 112019096268993-pat00001
Z는 제2 파트의 일 단면에서 임피던스를 의미하고, η는 자유 공간에서의 고유 임피던스(Intrinsic Impedance Of Free Space)를 의미하며, 120ð의 값을 가진다. k0는 자유 공간에서의 파수(Intrinsic Wave Number Of Free Space)를 의미하며, k0=2π/λ=2πf/(3Х108)를 기초로 공기 중의 파장에 의해 결정된다.
β는 전파 상수(propagation constant)를 의미하며, 수학식 2를 이용하여 산출할 수 있다.
Figure 112019096268993-pat00002
Y1, Y3 및 Y13은 수학식 3 및 수학식 4를 이용하여 산출할 수 있다.
유전체가 삽입되어 있는 도파관의 구조는 여러 고차 모드가 생성되므로 고차 모드의 임피던스를 고려해야 한다. TEm0로 진행되는 전달 어드미턴스는 Ym으로 나타낼 수 있으며, 수학식 3을 이용하여 산출할 수 있다.
Figure 112019096268993-pat00003
반면 좌우가 대칭적인 구조(Symmetric Structure)는 TE20, TE40 등의 짝수 모드는 진행을 하지 못한다. 아주 정확한 계산을 위해서는 모든 모드를 고려해야 하나, 전체 임피던스에 영향을 가장 많이 미치는 두 가지 모드만 고려하더라도 5% 오차 내에 정확한 값을 얻을 수 있다. 따라서 본 발명에서는 TE10, TE30 모드 등만을 고려하여 전파 상수를 계산하기로 한다.
TE30 모드는 TE10 모드와 강하게 커플링되는데, 커플링되어 유기되는 모드에 의한 어드미턴스는 Y13으로 나타낼 수 있으며, 수학식 4를 이용하여 산출할 수 있다.
Figure 112019096268993-pat00004
a는 전이 구조(300, 400)에서 제2 파트의 폭(너비)을 의미하고, b는 도파관 필터의 두께에 해당한다.
도 11에 도시된 제1 유형에서 전이 구조(300, 400)에서 중앙에 형성된 제2 유전체의 폭(c)과 전이 구조(300, 400)에서 제2 유전체와 도파관 필터 간에 진공이 형성된 부분의 폭(d)를 조절하여 임피던스 정합을 수행한다.
수학식 1 내지 수학식 4를 통해 계산된 제2 유전체의 폭을 통해 임피던스 정합을 수행한다. 산출된 임피던스 값을 갖도록 제2 유전체의 폭을 구하고, 유전체의 길이를 1/4λ가 되도록 적용할 수 있다.
임피던스 정합 과정은 제2 파트의 제2 유전체의 폭이 도파관 필터의 폭만큼 완전히 채워져 있는 도파관에서 유전체가 없이 공기로만 채워져 있는 도파관 필터로의 임피던스를 제2 유전체의 폭을 조정하여 이루어지는 구조이다.
도 12에 도시된 제2 유형에서 전이 구조(300, 400)에서 제2 유전체의 사이에 진공이 형성된 부분의 폭(c)과 전이 구조(300, 400)에서 양측에 형성된 제2 유전체의 폭(d)을 조절하여 임피던스 정합을 수행한다.
제1 유형의 전이 구조에서 수행한 임피던스 정합 과정을 제2 유형의 전이 구조에 적용하기 위해, 수학식 3 및 수학식 4를 수학식 5 및 수학식 6과 같이 수정하여 적용한다.
Figure 112019096268993-pat00005
Figure 112019096268993-pat00006
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 수신기의 제1 전이 구조 및 제2 전이 구조의 유형에 따른 임피던스 변화를 예시한 그래프이다. 제1 유형 및 제2 유형 모두 임피던스 정합을 통해 구현한 구조이며, 각 단계에서의 임피던스 변화를 확인할 수 있다.
본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 단일 캐리어 200: 도파관 필터
300: 제1 전이 구조 350: 매칭 회로
400: 제2 전이 구조 500: 저잡음 증폭기
600: 혼합기 700: 제3 전이 구조
800: 제4 전이 구조 900: 스위치/리미터

Claims (12)

  1. 단일 캐리어;
    상기 단일 캐리어에 기 설정된 두께를 갖도록 형성된 도파관 필터;
    상기 도파관 필터의 일단을 상기 단일 캐리어에 위치하는 제1 마이크로스트립 선로에 연결하는 제1 전이 구조; 및
    상기 도파관 필터의 타단을 상기 단일 캐리어에 위치하는 제2 마이크로스트립 선로에 연결하는 제2 전이 구조를 포함하며,
    상기 제1 전이 구조 및 상기 제2 전이 구조에서 상기 도파관 필터의 경계면을 기준으로 외측 부분은 제1 파트로 내측 부분은 제2 파트로 구분되고,
    상기 제1 파트는 제1 도체와 상기 제1 도체의 측면이 채워진 제1 유전체로 형성되고,
    상기 제2 파트는 제2 유전체로 형성되는 것을 특징으로 하는 레이더 수신기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 마이크로스트립 선로에 연결되어 상기 도파관 필터에 입력되는 주파수 신호를 증폭하는 저잡음 증폭기; 및
    상기 제2 마이크로스트립 선로에 연결되어 상기 도파관 필터에서 출력된 주파수 신호를 변환하는 혼합기를 포함하는 레이더 수신기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 단일 캐리어의 일단에 형성되며, 상기 저잡음 증폭기에 연결된 제3 마이크로스트립 선로 및 하나의 도파관 간에 주파수 신호를 전송하는 제3 전이 구조; 및
    상기 단일 캐리어의 타단에 형성되며, 상기 혼합기에 연결된 제4 마이크로스트립 선로 및 다른 도파관 간에 주파수 신호를 전송하는 제4 전이 구조를 포함하는 레이더 수신기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 레이더 수신기가 장착된 레이더 시스템이 단일 안테나를 사용하면, 상기 저잡음 증폭기 및 상기 제3 전이 구조 간에 연결되고 레이더 송신기로부터 누설 전력을 제한하는 스위치 또는 리미터를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이더 수신기.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 혼합기에 연결되며 주파수 신호의 특정 주파수를 기 설정된 비율로 증가시키는 체배기를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이더 수신기.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 파트는 주파수 신호가 상기 제1 마이크로스트립 선로로부터 상기 기 설정된 두께를 갖도록 형성된 도파관 필터로 전달되는 과정에서 발생하는 기생 성분을 제거하는 매칭 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이더 수신기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 매칭 회로는 '+' 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 레이더 수신기.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 매칭 회로에서 상기 제1 마이크로스트립 선로의 방향에 위치하는 상기 매칭 회로의 일단의 폭이 상기 도파관 필터의 방향에 위치하는 상기 매칭 회로의 타단의 폭보다 좁게 형성되고,
    상기 매칭 회로에서 양측 날개 부분은 대칭적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 레이더 수신기.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제2 파트는 상기 도파관 필터의 경계면에서 상기 도파관 필터의 중앙 방향으로 진행할수록 폭이 좁아지는 테이퍼드 구조 또는 계단 구조이며,
    상기 제2 유전체가 상기 도파관 필터의 경계면에 수직한 방향을 기준으로 중앙 또는 양측면에 위치하는 것을 특징으로 하는 레이더 수신기.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 도파관 필터는 아이리스 구조로 형성된 대역 통과 필터인 것을 특징으로 하는 레이더 수신기.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 도파관 필터를 보호하는 커버를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이더 수신기.
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