KR102270836B1 - Low loss phase shifter using tunable transmission line - Google Patents

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Abstract

위상 천이기에 관한 것이며, 위상 천이기는 간격을 두고 이격 배치되는 한 쌍의 반사부하; 및 상기 한 쌍의 반사부하와 입출력 포트를 연결하도록 배치되는 하이브리드 커플러를 포함하고, 상기 반사부하는, 버랙터 다이오드와 전송선로 간의 직렬 연결로 이루어질 수 있다.It relates to a phase shifter, the phase shifter comprising: a pair of reflective loads spaced apart from each other; and a hybrid coupler disposed to connect the pair of reflective loads and input/output ports, wherein the reflective load may be formed by a series connection between a varactor diode and a transmission line.

Description

튜너블 전송선로를 이용한 저손실 위상 천이기 {LOW LOSS PHASE SHIFTER USING TUNABLE TRANSMISSION LINE}Low-loss phase shifter using tunable transmission line {LOW LOSS PHASE SHIFTER USING TUNABLE TRANSMISSION LINE}

본원은 위상 천이기에 관한 것이다. 특히, 본원은 버랙터, 전송선로의 직렬 반사부하를 이용한 저손실 위상 천이기(Low-Loss Phase shifter)에 관한 것이다.The present application relates to a phase shifter. In particular, the present application relates to a low-loss phase shifter using a varactor and a series reflective load of a transmission line.

위상 천이기(Phase shifter)는 주어진 주파수 대역에서 입력 신호를 지연시켜 위상을 천이하여 신호를 출력하는 기기이다. 반사형식의 아날로그 위상 천이기는 주로 하이브리드 커플러를 이용하며, 반사부하의 임피던스 변화에 따른 반사계수(

Figure 112019118001218-pat00001
)를 조정하여 신호의 위상을 변화시킨다.A phase shifter is a device that delays an input signal in a given frequency band and outputs a signal by shifting the phase. The reflection type analog phase shifter mainly uses a hybrid coupler, and the reflection coefficient (
Figure 112019118001218-pat00001
) to change the phase of the signal.

위상 천이기는 대량 다중입출력(Massive MIMO, Massive Multi Input Multi Output,) 시스템의 구현을 위한 필수적 구성 요소로서, 빔포밍(Beamforming)과 빔조향 기술에 사용되고 있다. 이러한 위상 천이기는 이동통신의 베이스 스테이션(Base station), 무선전력전송의 송신기, 및 레이더 항법 장치를 아울러 위상 배열 안테나를 동작시키는 고주파 시스템 등 넓은 범위에서 활용되고 있다. 또한, 위상 천이기는 RF 시스템의 반사손실(Reflection loss)을 줄이는 임피던스 매칭(Impedance Matching)을 위한 임피던스 변환기의 제작에 이용될 수 있다. The phase shifter is an essential component for realizing a Massive MIMO (Massive Multi Input Multi Output,) system, and is used in beamforming and beam steering technology. Such a phase shifter is being used in a wide range, such as a base station of mobile communication, a transmitter of wireless power transmission, and a high-frequency system that operates a phased array antenna as well as a radar navigation device. In addition, the phase shifter may be used to manufacture an impedance converter for impedance matching that reduces reflection loss of an RF system.

특히, 아날로그 위상 천이기는 디지털 위상 천이기에 비하여 위상의 변화가 연속적이고, 전력 소모와 제작 비용을 경감시킬 수 있어 그 응용도가 높다. 이러한 응용을 위해서는 위상천이량이 360° 이상이 되어야 하며, 단순화된 제작과 저손실의 특성이 요구된다.In particular, the analog phase shifter has a continuous phase change compared to the digital phase shifter, and power consumption and manufacturing cost can be reduced, so that its application is high. For this application, the amount of phase shift should be 360° or more, and simplified fabrication and low loss characteristics are required.

반사형 아날로그 위상 천이기에 있어서 반사부하(Reflection Load)를 어떻게 수정하는지가 위상천이 특성을 결정하게 된다.In a reflective analog phase shifter, how to correct the reflection load determines the phase shift characteristics.

일예로 종래 문헌 1 [Chien-San Lin, Sheng-Fuh Chang and Wen- Chun Hsiao, "A Full-360Reflection-Type Phase Shifter With Constant Insertion Loss", IEEE Trans. Microwave Theory Tech, vol.18, No.2, pp.106-108, February, 2008]에서는 병렬 공진 회로를 케스케이드(Cascade)로 연결하여 반사부하를 구성하였다. 또한, 종래 문헌 2 [Artem R. Vilenski, Mikhail N.Makurin, Ekaterina I. Poshisholina, and Chongmin Lee, "Design Technique for Varactor Analog Phase Shifters with Equalized Losses", Progress In Electromagnetics Research C, Vol.86, pp.1-16, July 2018]에서는 반사부하에 여러 버랙터를 연결한 뒤 이를 개별적으로 전자 제어하여 삽입 손실(Insertion loss)의 리플(ripple)을 줄였다.As an example, conventional document 1 [Chien-San Lin, Sheng-Fuh Chang and Wen-Chun Hsiao, "A Full-360 Reflection-Type Phase Shifter With Constant Insertion Loss", IEEE Trans. In Microwave Theory Tech, vol.18, No.2, pp.106-108, February, 2008], a reflective load was constructed by connecting a parallel resonant circuit in a cascade. In addition, prior document 2 [Artem R. Vilenski, Mikhail N.Makurin, Ekaterina I. Poshisholina, and Chongmin Lee, "Design Technique for Varactor Analog Phase Shifters with Equalized Losses", Progress In Electromagnetics Research C, Vol.86, pp. 1-16, July 2018] reduces the ripple of the insertion loss by connecting several varactors to the reflective load and controlling them individually.

또한, 한국등록특허공보 제10-0366299호에는 하이브리드 커플러와 보상 저항을 포함한 반사부하를 연결시킨 구성이 개시되어 있다. 여기서, 반사부하는 버랙터(Varactor) 다이오드와 인덕터의 직렬 연결 회로를 케스케이드(Cascade)로 연결한 후 그 사이에 1/4 전송선로를 연결해 주어 구성되어 있다.In addition, Korean Patent No. 10-0366299 discloses a configuration in which a hybrid coupler and a reflective load including a compensating resistor are connected. Here, the reflective load is configured by connecting a series connection circuit of a varactor diode and an inductor in a cascade and then connecting a 1/4 transmission line therebetween.

또한, 한국등록특허공보 제10-1497018호에는 하이브리드 커플러와 π 형으로 반사부하를 구성하여 소형으로 위상 천이기를 제작하는 기법이 제안되어 있다. 또한, 미국등록특허공보 제4288763호에서는 하이브리드 커플러에 버랙터(Varactor) 다이오드를 이용해 반사부하를 구성하여 60°의 위상을 변화시킨 뒤 6 스테이지(6 stage)로 연결하여 360°의 위상을 구현하였다. 또한, 미국등록특허공보 제7969359호에서는 하이브리드 커플러에 버랙터와 인덕터의 병렬 연결로 반사부하를 구성하였다.In addition, Korean Patent Publication No. 10-1497018 proposes a method of manufacturing a compact phase shifter by configuring a hybrid coupler and a π-type reflective load. In addition, in U.S. Patent No. 4288763, a reflective load was configured using a varactor diode in a hybrid coupler to change the phase of 60°, and then connected to 6 stages to realize a phase of 360°. . In addition, in U.S. Patent No. 7969359, a reflective load is configured by connecting a varactor and an inductor in parallel to a hybrid coupler.

상술한 종래 문헌들을 포함한 반사형(반사형식의) 아날로그 위상 천이기는 공통적으로 반사부하의 공진을 이용한다. 반사형식의 아날로그 위상 천이기는 LC공진을 일으켜 리액턴스를 무한대로 변화시켜 위상 범위를 넓히는 방식을 이용한다. 그런데, 이러한 방식은 저항 성분으로 전류가 집중되며 공진손실에 따른 송신 전력이 저해되는 문제가 존재한다. 즉, 종래의 문헌들은 반사부하에서 공진에 따른 손실을 최소화하는데 한계가 있다.The reflective type (reflection type) analog phase shifter including the above-mentioned conventional documents commonly uses the resonance of the reflective load. The reflection type analog phase shifter uses a method that increases the phase range by causing LC resonance to change the reactance to infinity. However, this method has a problem in that current is concentrated as a resistive component and transmit power is inhibited due to resonance loss. That is, the conventional literature has a limit in minimizing the loss due to resonance in the reflective load.

이에, 반사부하에서 공진에 따른 손실을 최소화하며 360 °의 위상을 조정할 수 있는 위상 천이기(특히, 반사형 아날로그 위상 천이기)에 대한 개발이 요구된다.Accordingly, it is required to develop a phase shifter (particularly, a reflective analog phase shifter) capable of adjusting a phase of 360° while minimizing a loss due to resonance in a reflective load.

본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 반사부하에서 공진에 따른 손실을 최소화하며 360°의 위상을 조정할 수 있는 위상 천이기(특히, 반사형 저손실 위상 천이기)를 제공하려는 것을 목적으로 한다.The present application aims to solve the problems of the prior art described above, and to provide a phase shifter (in particular, a reflective low-loss phase shifter) capable of adjusting a phase of 360° while minimizing a loss due to resonance in a reflective load. do it with

다만, 본원의 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.However, the technical problems to be achieved by the embodiments of the present application are not limited to the technical problems as described above, and other technical problems may exist.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제1 측면에 따른 위상 천이기는, 간격을 두고 이격 배치되는 한 쌍의 반사부하; 및 상기 한 쌍의 반사부하와 입출력 포트를 연결하도록 배치되는 하이브리드 커플러를 포함하고, 상기 반사부하는, 버랙터 다이오드와 전송선로 간의 직렬 연결로 이루어질 수 있다.As a technical means for achieving the above technical problem, the phase shifter according to the first aspect of the present application, a pair of reflective loads spaced apart from each other; and a hybrid coupler disposed to connect the pair of reflective loads and input/output ports, wherein the reflective load may be formed by a series connection between a varactor diode and a transmission line.

또한, 상기 한 쌍의 반사부하는 상기 하이브리드 커플러의 포트들 중 입출력 포트와 연결되는 포트를 제외한 나머지 포트에 각각 연결되도록 배치되고, 상기 버랙터 다이오드에 인가되는 직류 전압을 변화시킴에 따라 상기 버랙터 다이오드의 커패시턴스가 변화되어 출력신호에 대한 위상각의 천이가 이루어질 수 있다.In addition, the pair of reflective loads are arranged to be respectively connected to the remaining ports except for the ports connected to the input/output ports among the ports of the hybrid coupler, and by changing the DC voltage applied to the varactor diode, the varactor The capacitance of the diode may be changed so that a phase angle shift with respect to the output signal may be made.

또한, 상기 전송선로의 길이는, 상기 반사부하의 반사계수의 위상 변화가 180° 이상의 위상각을 천이하도록 하는 길이로 설정될 수 있다.In addition, the length of the transmission line may be set to a length such that a phase change of a reflection coefficient of the reflective load shifts a phase angle of 180° or more.

또한, 상기 전송선로의 길이는 λ/8로 설정되고, 여기서 λ는 주파수에 따라 기 설정된 값일 수 있다.In addition, the length of the transmission line is set to λ/8, where λ may be a preset value according to a frequency.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제2 측면에 따른 위상 천이기는, 본원의 제1 측면에 따른 위상 천이기를 2단으로 직렬 연결함에 따라 360° 위상 천이가 가능한 360° 위상 천이기일 수 있다.As a technical means for achieving the above technical problem, the phase shifter according to the second aspect of the present application is a 360° phase shift capable of 360° phase shift by serially connecting the phase shifter according to the first aspect of the present application in two stages. it can be a gimmick

또한, 상기 360° 위상 천이기는 전자 제어를 통해 삽입 손실이 감소되도록 동작할 수 있다.In addition, the 360° phase shifter may operate to reduce insertion loss through electronic control.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제3 측면에 따른 위상 천이 방법은, 본원의 제1 측면에 따른 위상 천이기에 의한 위상 천이 방법으로서, (a) 상기 위상 천이기 내 상기 하이브리드 커플러가 입력 포트로부터 인가되는 입력신호를 입력받는 단계; 및 (b) 상기 입력받은 인가신호에 응답하여, 상기 하이브리드 커플러와 연결된 출력포트를 향하여 상기 하이브리드 커플러가 상기 입력신호 대비 위상이 천이된 출력신호를 출력하는 단계를 포함하고, 상기 출력신호는, 상기 인가된 입력신호에 응답하여 상기 위상 천이기 내 한 쌍의 반사부하 각각에서 반사된 반사신호를 합성하여 생성된 신호이되, 상기 반사부하 내 상기 버랙터 다이오드와 상기 전송선로 간의 직렬 연결에 영향을 받은 신호일 수 있다.As a technical means for achieving the above technical problem, the phase shift method according to the third aspect of the present application is a phase shift method by a phase shifter according to the first aspect of the present application, (a) the hybrid in the phase shifter receiving, by a coupler, an input signal applied from an input port; and (b) outputting, by the hybrid coupler, an output signal whose phase is shifted from the input signal toward an output port connected to the hybrid coupler in response to the received applied signal, wherein the output signal is A signal generated by synthesizing the reflected signals reflected from each of the pair of reflective loads in the phase shifter in response to the applied input signal, but affected by the series connection between the varactor diode and the transmission line in the reflective load It could be a signal.

이때, 상기 위상 천이기는, 간격을 두고 이격 배치되는 한 쌍의 반사부하; 및 상기 한 쌍의 반사부하와 입출력 포트를 연결하도록 배치되는 하이브리드 커플러를 포함하고, 상기 반사부하는, 버랙터 다이오드와 전송선로 간의 직렬 연결로 이루어질 수 있다.In this case, the phase shifter may include: a pair of reflective loads spaced apart from each other; and a hybrid coupler disposed to connect the pair of reflective loads and input/output ports, wherein the reflective load may be formed by a series connection between a varactor diode and a transmission line.

또한, 상기 한 쌍의 반사부하는 상기 하이브리드 커플러의 포트들 중 입출력 포트와 연결되는 포트를 제외한 나머지 포트에 각각 연결되도록 배치되고, 상기 버랙터 다이오드에 인가되는 직류 전압을 변화시킴에 따라 상기 버랙터 다이오드의 커패시턴스가 변화되어 출력신호에 대한 위상각의 천이가 이루어질 수 있다.In addition, the pair of reflective loads are arranged to be respectively connected to the remaining ports except for the ports connected to the input/output ports among the ports of the hybrid coupler, and by changing the DC voltage applied to the varactor diode, the varactor The capacitance of the diode may be changed so that a phase angle shift with respect to the output signal may be made.

또한, 상기 전송선로의 길이는, 상기 반사부하의 반사계수의 위상 변화가 180° 이상의 위상각을 천이하도록 하는 길이로 설정될 수 있다.In addition, the length of the transmission line may be set to a length such that a phase change of a reflection coefficient of the reflective load shifts a phase angle of 180° or more.

또한, 상기 전송선로의 길이는 λ/8로 설정되고, 여기서 λ는 주파수에 따라 기 설정된 값일 수 있다.In addition, the length of the transmission line is set to λ/8, where λ may be a preset value according to a frequency.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제4 측면에 따른 컴퓨터 프로그램은, 본원의 제3 측면에 따른 위상 천이 방법을 실행시키기 위하여 기록매체에 저장되는 것일 수 있다.As a technical means for achieving the above technical problem, the computer program according to the fourth aspect of the present application may be stored in a recording medium to execute the phase shift method according to the third aspect of the present application.

상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본원을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.The above-described problem solving means are merely exemplary, and should not be construed as limiting the present application. In addition to the exemplary embodiments described above, additional embodiments may exist in the drawings and detailed description.

전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 반사부하를 버랙터 다이오드와 전송선로 간의 직렬 연결로 구성함으로써, 종래 반사형 아날로그 위상 천이기가 가지는 문제(즉, 저항 성분으로 인해 전류가 집중되며 공진손실에 따라 송신 전력이 저해되는 문제)를 해소하여 저항에 의한 공진 손실을 줄일 수 있다.According to the above-described problem solving means of the present application, by configuring the reflective load as a series connection between the varactor diode and the transmission line, the problem of the conventional reflective analog phase shifter (that is, the current is concentrated due to the resistance component, and the resonance loss It is possible to reduce the resonance loss caused by the resistor by solving the problem that transmit power is impaired).

전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 전송선로의 길이를 λ/8로 설정함으로써, 180° 이상의 천이각을 가지고 선형성을 띄며 위상을 제어할 수 있다.According to the above-described problem solving means of the present application, by setting the length of the transmission line to λ/8, it is possible to control the phase with a transition angle of 180° or more with linearity.

전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 한 쌍의 반사부하와 하이브리드 커플러를 포함하는 위상 천이기를 2단으로 직렬 연결함으로써 360° 위상의 천이가 가능한 위상 천이기를 제공할 수 있다.According to the above-described problem solving means of the present application, it is possible to provide a phase shifter capable of 360° phase shift by serially connecting two phase shifters including a pair of reflective loads and a hybrid coupler.

다만, 본원에서 얻을 수 있는 효과는 상기된 바와 같은 효과들로 한정되지 않으며, 또 다른 효과들이 존재할 수 있다.However, the effects obtainable herein are not limited to the above-described effects, and other effects may exist.

도 1은 본원의 일 실시예에 따른 위상 천이기의 개략적인 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본원의 일 실시예에 따른 위상 천이기의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 본원의 일 실험예에 따라 실제 제작된 본원의 일 실시예에 따른 위상 천이기의 레이아웃 사진의 예를 나타낸 도면이다.
도 4는 본원의 일 실시예에 따른 위상 천이기에서 반사부하의 리액턴스의 변화에 따른 위상 변화의 예를 나타낸 도면이다.
도 5는 본원의 다른 일 실시예에 따른 위상 천이기의 회로도를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 본원의 일 실험예에 따라 실제 제작된 본원의 다른 일 실시예에 따른 위상 천이기의 레이아웃 사진의 예를 나타낸 도면이다.
도 7은 본원의 일 실험예에 따른 결과로서, 본원의 일 실시예에 따른 위상 천이기에서 버랙터 다이오드에 인가되는 직류 전압에 따른 전력 손실의 변화를 주파수 별로 나타낸 도면이다.
도 8은 본원의 일 실험예에 따른 결과로서, 본원의 다른 일 실시예에 따른 위상 천이기에서 버랙터 다이오드에 인가되는 직류 전압에 따른 반사계수 위상의 변화를 주파수 별로 나타낸 도면이다.
도 9는 본원의 일 실험예에 따른 결과로서, 전자 제어를 통해 본원의 다른 일 실시예에 따른 위상 천이기의 삽입 손실이 개선된 결과의 예를 나타낸 도면이다.
도 10은 본원의 일 실시예에 따른 위상 천이기에 포함된 반사부하의 회로도 예를 나타낸다.
도 11은 본원의 일 실험예에 따른 결과로서, 본원의 일 실시예에 따른 위상 천이기의 버랙터 다이오드에 인가되는 DC 전압의 변화에 따른 삽입 손실을 나타낸 도면이다.
도 12는 본원의 일 실험예에 따른 결과로서, 본원의 일 실시예에 따른 위상 천이기의 버랙터 다이오드에 인가되는 DC 전압의 변화에 따른 위상 변화를 나타낸 도면이다.
도 13은 본원의 일 실험예에 따른 결과로서, 본원의 일 실시예에 따른 위상 천이기와 종래의 위상 천이기의 성능 비교를 나타낸 도면이다.
도 14은 본원의 일 실험예에 따른 결과로서, 본원의 일 실시예에 따른 위상 천이기에서 주파수에 따른 입출력 크기의 변화(a)와 주파수에 따른 입출력 위상의 변화(b)를 나타낸 도면이다.
도 15는 본원의 일 실험예에 따른 결과로서, 본원의 다른 일 실시예에 따른 위상 천이기와 종래의 위상 천이기의 성능 비교를 나타낸 도면이다.
도 16은 본원의 일 실험예에 따른 결과로서, 본원에서 제안하는 위상 천이기와 이상적인 위상 천이기 간의 성능 비교를 나타낸 도면이다.
도 17은 본원의 일 실험예에 따른 결과로서, 본원에서 제안하는 기술에 따라 제작된 위상 천이기의 스미스 차트를 나타낸 도면이다.
도 18은 본원의 일 실시예에 따른 위상 천이기의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 19는 전압과 전류의 정의(a) 및 전송선로의 증분 길이(incremental lenght)에 대한 등가 회로(equivalent circuit)의 예를 나타낸다.
도 20은 본원의 일 실시예에 따른 위상 천이기에서 반사부하 내 버랙터 다이오드와 전송선로를 직렬 구조로 연결한 이유를 설명하기 위한 도면이다.
도 21은 본원의 다른 일 실시예에 따른 위상 천이기인 360° 위상 천이기의 실제 제작 사진의 예를 나타낸 도면이다.
도 22는 본원의 다른 일 실시예에 따른 위상 천이기인 360° 위상 천이기의 회로도의 예를 나타낸 도면이다.
도 23은 본원의 다른 일 실시예에 따른 위상 천이기인 360° 위상 천이기에 의해 수행되는 제어 알고리즘의 일예를 나타낸 도면이다.
도 24는 본원의 다른 일 실시예에 따른 위상 천이기인 360° 위상 천이기에 의해 수행되는 제어 알고리즘의 다른 일예를 나타낸 도면이다.
도 25는 본원의 일 실시예에 따른 위상 천이 방법에 대한 동작 흐름도이다.
1 is a block diagram showing a schematic configuration of a phase shifter according to an embodiment of the present application.
2 is a diagram illustrating a schematic configuration of a phase shifter according to an embodiment of the present application.
3 is a diagram illustrating an example of a layout photograph of a phase shifter according to an embodiment of the present application actually manufactured according to an experimental example of the present application.
4 is a diagram illustrating an example of a phase change according to a change in reactance of a reflective load in a phase shifter according to an embodiment of the present application.
5 is a diagram schematically showing a circuit diagram of a phase shifter according to another embodiment of the present application.
6 is a view showing an example of a layout photograph of a phase shifter according to another embodiment of the present application actually manufactured according to an experimental example of the present application.
7 is a view showing a change in power loss according to a DC voltage applied to a varactor diode in a phase shifter according to an embodiment of the present application for each frequency as a result according to an experimental example of the present application.
8 is a view showing a change in a phase of a reflection coefficient according to a DC voltage applied to a varactor diode in a phase shifter according to another embodiment of the present application for each frequency as a result according to an experimental example of the present application.
9 is a view showing an example of the result of improving the insertion loss of the phase shifter according to another embodiment of the present application through electronic control as a result according to an experimental example of the present application.
10 shows an example of a circuit diagram of a reflective load included in the phase shifter according to an embodiment of the present application.
11 is a view showing an insertion loss according to a change in a DC voltage applied to a varactor diode of a phase shifter according to an embodiment of the present application as a result according to an experimental example of the present application.
12 is a diagram illustrating a phase change according to a change in a DC voltage applied to a varactor diode of a phase shifter according to an embodiment of the present application as a result according to an experimental example of the present application.
13 is a diagram illustrating performance comparison between a phase shifter according to an embodiment of the present application and a conventional phase shifter as a result according to an experimental example of the present application.
14 is a diagram illustrating a change in input/output magnitude according to frequency (a) and an input/output phase change according to frequency (b) in the phase shifter according to an embodiment of the present application as a result according to an experimental example of the present application.
15 is a diagram illustrating performance comparison between a phase shifter according to another embodiment of the present application and a conventional phase shifter as a result according to an experimental example of the present application.
16 is a diagram illustrating a performance comparison between a phase shifter proposed in the present application and an ideal phase shifter as a result according to an experimental example of the present application.
17 is a view showing a Smith chart of a phase shifter manufactured according to the technology proposed in the present application as a result according to an experimental example of the present application.
18 is a diagram schematically illustrating a configuration of a phase shifter according to an embodiment of the present application.
19 shows an example of an equivalent circuit for the definitions of voltage and current (a) and the incremental length of a transmission line.
20 is a diagram for explaining the reason for connecting a varactor diode and a transmission line in a reflective load in a series structure in the phase shifter according to an embodiment of the present application.
21 is a diagram illustrating an example of an actual production photograph of a 360° phase shifter, which is a phase shifter according to another embodiment of the present application.
22 is a diagram illustrating an example of a circuit diagram of a 360° phase shifter that is a phase shifter according to another embodiment of the present application.
23 is a diagram illustrating an example of a control algorithm performed by a 360° phase shifter that is a phase shifter according to another embodiment of the present application.
24 is a diagram illustrating another example of a control algorithm performed by a 360° phase shifter that is a phase shifter according to another embodiment of the present application.
25 is an operation flowchart of a phase shift method according to an embodiment of the present application.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present application will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art to which the present application pertains can easily implement them. However, the present application may be embodied in several different forms and is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present application in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결" 또는 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. Throughout this specification, when a part is "connected" with another part, it is not only "directly connected" but also "electrically connected" or "indirectly connected" with another element interposed therebetween. "Including cases where

본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에", "상부에", "상단에", "하에", "하부에", "하단에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout this specification, when it is said that a member is positioned "on", "on", "on", "under", "under", or "under" another member, this means that a member is positioned on the other member. It includes not only the case where they are in contact, but also the case where another member exists between two members.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout this specification, when a part "includes" a component, it means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated.

본원은 버랙터(varactor) 다이오드와 전송선로(Transmission Line)를 직렬 연결한 반사부하(Reflection Load)를 갖는 위상 천이기(특히, 저손실 반사형 아날로그 위상 천이기)에 관한 것이다. 본원의 구체적인 설명에 앞서, 본원에서 언급되는 일부 용어들에 대한 설명은 다음과 같다.The present application relates to a phase shifter (particularly, a low-loss reflective analog phase shifter) having a reflection load in which a varactor diode and a transmission line are connected in series. Prior to the detailed description of the present application, a description of some terms mentioned herein is as follows.

전자 제어(electronically controlled)는 전기적 제어 신호가 인가되거나 변경될 때, 그 상태나 기능을 변화시키는 구성 요소, 소자, 또는 회로를 의미할 수 있다. 이 신호(전자 제어 신호)는 전압, 전류, 주파수, 위상, 및 다른 전기적 특성을 포함할 수 있다. 전자 제어 디바이스나 소자는 "아날로그"나 "디지털" 중 어느 하나일 수 있다.Electronically controlled may refer to a component, device, or circuit that changes a state or function when an electrical control signal is applied or changed. This signal (electronic control signal) may include voltage, current, frequency, phase, and other electrical characteristics. An electronic control device or element may be either "analog" or "digital".

디지털(digital)은 가능성 있는 정수로 분리되는 여러 상태를 갖는 구성 요소, 소자, 또는 회로를 의미할 수 있다.Digital may refer to a component, device, or circuit having multiple states separated by possible integers.

아날로그(analog)는 가능한 상태의 연속적 범위 중 어떤 하나의 가능한 상태에서 존재할 수 있는 구성 요소, 소자, 또는 회로를 의미할 수 있다.Analog may refer to a component, device, or circuit that can exist in any one possible state among a continuous range of possible states.

리액턴스(reactance)는 전기적 특성을 의미한다. 리액턴스는 저항과 함께 구성 요소의 회로 성능을 정의하는데 도움을 준다. 리액턴스는 용량성이거나 유도성 중 어느 하나일 수 있다. 예를 들면, 커패시터 구성 요소는 대체로 큰 용량성 리액턴스와 낮은 저항을 갖는다.Reactance refers to an electrical characteristic. Reactance, along with resistance, helps define the circuit performance of a component. Reactance can be either capacitive or inductive. For example, capacitor components typically have large capacitive reactance and low resistance.

버랙터(varactor)(혹은, 버랙터 다이오드)는 가변 리액턴스를 갖는 구성 요소를 의미한다. 따라서, 전자 제어 버랙터는, 전자 제어 신호의 인가나 변경에 의해 변화될 수 있는 커패시턴스나 인덕턴스 값을 갖는 구성 요소를 의미한다.A varactor (or varactor diode) refers to a component having a variable reactance. Accordingly, the electronically controlled varactor means a component having a capacitance or inductance value that can be changed by application or change of an electronic control signal.

위상(phase)은 전기적 특성을 의미한다. 위상은 진폭(amplitude)과 함께 전기 신호의 상태를 정의하는데 도움을 준다. 위상은 시간에 따라 변하는 주기적 전기 신호에서 시간을 설명하는데 이용될 수 있다.A phase means an electrical characteristic. Phase, along with amplitude, helps define the state of an electrical signal. Phase can be used to describe time in a time-varying periodic electrical signal.

위상 천이(phase shift)는 주기적 전기 신호에 대한 위상 상태의 변화를 의미한다. A phase shift refers to a change in a phase state with respect to a periodic electrical signal.

위상 천이기(phase shifter)는 하나 또는 그 이상의 위상 천이 소자(phase shift element)를 포함하는 전기 회로를 의미할 수 있으며, 또한 다른 조작된 전기적 기능을 편입할 수 있다. 본원은 위상 천이기에 대한 다양한 배열 형태를 개시한다.A phase shifter may mean an electrical circuit including one or more phase shift elements, and may also incorporate other engineered electrical functions. Disclosed herein are various arrangements for a phase shifter.

여기서, 위상 천이 소자는 전기 신호의 위상 천이를 일으키는 회로 소자를 의미한다. 또한, 회로 소자(circuit element) 또는 소자(element)는, 조작된 전기적 기능을 수행하는 하나 또는 그 이상의 전자 구성 요소를 포함하는 작은 전기 회로를 의미할 수 있다.Here, the phase shift element refers to a circuit element that causes a phase shift of an electrical signal. Also, a circuit element or element may refer to a small electrical circuit including one or more electronic components that perform an engineered electrical function.

도 1은 본원의 일 실시예에 따른 위상 천이기(100)의 개략적인 구성을 나타낸 블록도이다. 도 2는 본원의 일 실시예에 따른 위상 천이기(100)의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다. 도 3은 본원의 일 실험예에 따라 실제 제작된 본원의 일 실시예에 따른 위상 천이기(100)의 레이아웃 사진의 예를 나타낸 도면이다.1 is a block diagram showing a schematic configuration of a phase shifter 100 according to an embodiment of the present application. 2 is a view showing a schematic configuration of a phase shifter 100 according to an embodiment of the present application. 3 is a view showing an example of a layout photograph of the phase shifter 100 according to an embodiment of the present application actually manufactured according to an experimental example of the present application.

이하에서는 본원의 일 실시예에 따른 위상 천이기(100)를 설명의 편의상 본 위상 천이기(100)라 하기로 한다.Hereinafter, the phase shifter 100 according to an embodiment of the present application will be referred to as the phase shifter 100 for convenience of description.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 위상 천이기(100)는 종래의 위상 천이기(특히, 반사형 아날로그 위상 천이기) 대비 손실(특히, 공진에 따른 손실)을 줄인 위상 천이기로서, 저손실 반사형 아날로그 위상 천이기 등으로 달리 표현될 수 있다.1 to 3 , the present phase shifter 100 is a phase shifter with reduced loss (particularly, loss due to resonance) compared to a conventional phase shifter (particularly, a reflective analog phase shifter), and a low loss It may be expressed differently as a reflective analog phase shifter or the like.

본 위상 천이기(100)는 한 쌍의 반사부하(10, 20) 및 하이브리드 커플러(30)를 포함할 수 있다. 반사부하(Reflection Load)는 버랙터(Varactor) 다이오드와 전송선로(Transmission Line)를 포함할 수 있다. 반사부하는 버랙터 다이오드와 전송선로 간의 직렬 연결로 이루어질 수 있다. The phase shifter 100 may include a pair of reflective loads 10 and 20 and a hybrid coupler 30 . The reflection load may include a varactor diode and a transmission line. The reflective load may be formed by a series connection between the varactor diode and the transmission line.

버랙터 다이오드는 버랙터, 버랙터 다이오드 소자, 가변용량 다이오드, 전자 제어 버랙터 등으로 달리 표현될 수 있다.The varactor diode may be expressed differently as a varactor, a varactor diode device, a variable capacitance diode, an electronically controlled varactor, and the like.

본원의 일 실시예에 따른 위상 천이기(100, 본 위상 천이기)는 1 스테이지(1-stage)로 이루어진 위상 천이기라 달리 표현될 수 있다. 한편, 후술하는 본원의 다른 일 실시예에 따른 위상 천이기(200)는 2개의 본 위상 천이기(100)가 직렬로 연결된 위상 천이기로서, 2 스테이지(2-stage)로 이루어진 위상 천이기라 달리 표현될 수 있다. The phase shifter 100 (this phase shifter) according to an embodiment of the present application may be expressed differently as a phase shifter consisting of one stage. On the other hand, the phase shifter 200 according to another embodiment of the present application to be described later is a phase shifter in which two main phase shifters 100 are connected in series, unlike a phase shifter consisting of two stages. can be expressed

한 쌍의 반사부하(10, 20)는 제1 반사부하(10) 및 제2 반사부하(20)를 포함할 수 있다. 한 쌍의 부하(10, 20)는 간격을 두고 이격 배치될 수 있다.The pair of reflective loads 10 and 20 may include a first reflective load 10 and a second reflective load 20 . A pair of loads 10 and 20 may be spaced apart from each other.

제1 반사부하(10)에 포함된 버랙터 다이오드와 전송선로는 각각 제1 버랙터 다이오드(11)와 제1 전송선로(12)라 지칭될 수 있다. 또한, 제2 반사부하(20)에 포함된 버랙터 다이오드와 전송선로는 각각 제2 버랙터 다이오드(21)와 제2 전송선로(22)라 지칭될 수 있다.The varactor diode and the transmission line included in the first reflective load 10 may be referred to as a first varactor diode 11 and a first transmission line 12 , respectively. Also, the varactor diode and the transmission line included in the second reflective load 20 may be referred to as the second varactor diode 21 and the second transmission line 22 , respectively.

제1 반사부하(10)는 제1 버랙터 다이오드(11)와 제1 전송선로(12) 간의 직렬 연결로 이루어질 수 있다. 제2 반사부하(20)는 제2 버랙터 다이오드(21)와 제2 전송선로(22) 간의 직렬 연결로 이루어질 수 있다.The first reflective load 10 may be formed of a series connection between the first varactor diode 11 and the first transmission line 12 . The second reflective load 20 may be formed of a series connection between the second varactor diode 21 and the second transmission line 22 .

하이브리드 커플러(Hybrid Coupler)(30)는 한 쌍의 반사부하(10, 20)와 입출력 포트(1, 2)를 연결하도록 배치될 수 있다. 특히, 하이브리드 커플러(30)는 한 쌍의 반사부하(10, 20)와 입출력 포트(1, 2) 사이에 배치되어, 한 쌍의 반사부하(10, 20)와 입출력 포트(1, 2) 사이를 연결할 수 있다.The hybrid coupler 30 may be arranged to connect the pair of reflective loads 10 and 20 and the input/output ports 1 and 2 . In particular, the hybrid coupler 30 is disposed between the pair of reflective loads 10 and 20 and the input/output ports 1 and 2, and between the pair of reflective loads 10 and 20 and the input/output ports 1 and 2 can be connected

하이브리드 커플러(30)는 포트(port)가 4개인 4 포트 하이브리드 커플러일 수 있다. 즉, 하이브리드 커플러(30)는 4개의 포트로서 제1 포트(31), 제2 포트(32), 제3 포트(33) 및 제4 포트(34)를 포함할 수 있다.The hybrid coupler 30 may be a four-port hybrid coupler having four ports. That is, the hybrid coupler 30 may include a first port 31 , a second port 32 , a third port 33 , and a fourth port 34 as four ports.

하이브리드 커플러(30)는 제1 방향으로 간격을 두고 배치되는 한 쌍의 제1 전송선로(35, 36), 및 제1 방향과 수직하는 제2 방향으로 간격을 두고 배치되는 한 쌍의 제2 전송선로(37, 38)를 포함할 수 있다. 여기서, 도 2의 도면을 기준으로 제1 방향은 가로방향(9시-3시 방향)을 의미하고, 제2 방향은 세로방향(12시-6시 방향)을 의미할 수 있다. The hybrid coupler 30 includes a pair of first transmission lines 35 and 36 spaced apart in a first direction, and a pair of second transmission lines spaced apart in a second direction perpendicular to the first direction. It may include furnaces 37 and 38 . Here, based on the drawing of FIG. 2 , the first direction may mean a horizontal direction (9 o'clock-3 o'clock direction), and the second direction may mean a vertical direction (12 o'clock-6 o'clock direction).

한 쌍의 제1 전송선로(35, 36)는 입력 포트(1)와 연결되는 일측(혹은 입력측) 제1 전송선로(35) 및 출력 포트(2)와 연결되는 타측(혹은 출력측) 제1 전송선로(36)를 포함할 수 있다. 또한, 한 쌍의 제2 전송선로(37, 38)는 한 쌍의 제1 전송선로(35, 36)의 일측단 사이를 연결하는 일측 제2 전송선로(37) 및 한 쌍의 제1 전송선로(35, 36)의 타측단 사이를 연결하는 타측 제2 전송선로(38)를 포함할 수 있다.The pair of first transmission lines 35 and 36 include one side (or input side) connected to the input port 1 , and the other side (or output side) connected to the output port 2 , the first transmission line 35 . It may include a furnace 36 . In addition, the pair of second transmission lines 37 and 38 include a second transmission line 37 and a pair of first transmission lines connecting one end of the pair of first transmission lines 35 and 36 between one end. It may include a second second transmission line 38 for connecting between the other end of the (35, 36).

한 쌍의 반사부하(10, 20)는 하이브리드 커플러(30)의 포트들(31, 32, 33, 34) 중 입출력 포트(1, 2)와 연결되는 포트(31, 32)를 제외한 나머지 포트(33, 34)에 각각 연결되도록 배치될 수 있다.A pair of reflective loads (10, 20) is a port (31, 32, 33, 34) of the hybrid coupler 30 except for the ports (31, 32) connected to the input/output ports (1, 2) ( 33 and 34) may be arranged to be connected to each other.

예시적으로, 도 2의 도면을 기준으로, 입출력 포트(1, 2)는 하이브리드 커플러(30)의 좌측에 위치한 포트(31, 32)와 연결되고, 한 쌍의 반사부하(10, 20)는 하이브리드 커플러(30)의 우측에 위치한 포트(33, 34)에 연결되도록 배치될 수 있다. 달리 표현하여, 한 쌍의 반사부하(10, 20)는 하이브리드 커플러(30)의 숄더(Shoulder)에 배치될(위치할) 수 있다. Illustratively, based on the drawing of FIG. 2 , the input/output ports 1 and 2 are connected to the ports 31 and 32 located on the left side of the hybrid coupler 30 , and the pair of reflective loads 10 and 20 are It may be arranged to be connected to the ports 33 and 34 located on the right side of the hybrid coupler 30 . In other words, the pair of reflective loads 10 and 20 may be disposed (positioned) on the shoulder of the hybrid coupler 30 .

하이브리드 커플러(30)의 포트들(31, 32, 33, 34) 중 제1 포트(31)에는 입력 포트(1, Input port)가 연결되고, 제2 포트(32)에는 출력 포트(2. Output port)가 연결될 수 있다. 또한, 하이브리드 커플러(30)의 포트들(31, 32, 33, 34) 중 제3 포트(33)에는 제1 반사부하(10)가 연결되고, 제4 포트(34)에는 제2 반사부하(20)가 연결될 수 있다.Among the ports (31, 32, 33, 34) of the hybrid coupler 30, an input port (1, Input port) is connected to a first port 31, and an output port (2. Output) is connected to the second port 32 port) can be connected. In addition, the first reflective load 10 is connected to the third port 33 of the ports 31 , 32 , 33 , and 34 of the hybrid coupler 30 , and the second reflective load 10 is connected to the fourth port 34 . 20) can be connected.

달리 표현하여, 입력 포트(1), 하이브리드 커플러(30) 내 일측 제1 전송선로(35) 및 제1 반사부하(10)는 서로 직렬 연결로 배치될 수 있다. 또한, 출력 포트(2), 하이브리드 커플러(30) 내 타측 제1 전송선로(36) 및 제2 반사부하(10)는 서로 직렬 연결로 배치될 수 있다.In other words, the input port 1 , the first transmission line 35 and the first reflective load 10 on one side of the hybrid coupler 30 may be arranged in series connection with each other. In addition, the output port 2, the other side of the first transmission line 36 and the second reflective load 10 in the hybrid coupler 30 may be arranged in series connection with each other.

하이브리드 커플러(30)는 이론적으로 특성 임피던스가 50Ω 과 35.35Ω 인 λ/4 길이의 전송선로 2 종류를 배치하여 구현될 수 있다. 다시 말해, 하이브리드 커플러(30)는 특성 임피던스가 35.35Ω이고 λ/4 길이를 갖는 한 쌍의 제1 전송선로(35, 36)를 가질 수 있다. 또한, 하이브리드 커플러(30)는 특정 임피던스가 50Ω이고 λ/4 길이를 갖는 한 쌍의 제2 전송선로(37, 38)를 가질 수 있다.The hybrid coupler 30 can theoretically be implemented by arranging two types of transmission lines having a λ/4 length having a characteristic impedance of 50Ω and 35.35Ω. In other words, the hybrid coupler 30 may have a pair of first transmission lines 35 and 36 having a characteristic impedance of 35.35Ω and a length of λ/4. Also, the hybrid coupler 30 may have a pair of second transmission lines 37 and 38 having a specific impedance of 50Ω and a length of λ/4.

다시 말해, 하이브리드 커플러(30)의 전송선로 중 가로로 배치되는 제1 전송선로(35, 36)는 특정 임피던스가

Figure 112019118001218-pat00002
이고, 전기적 길이가 λ/4 일 수 있다. 또한, 하이브리드 커플러(30)의 전송선로 중 세로로 배치되는 제2 전송선로(37, 38)는 특성 임피던스가 Z0 (=50Ω) 이고, 전기적 길이가 λ/4 일 수 있다.In other words, the first transmission lines 35 and 36 arranged horizontally among the transmission lines of the hybrid coupler 30 have a specific impedance.
Figure 112019118001218-pat00002
, and the electrical length may be λ/4. In addition, among the transmission lines of the hybrid coupler 30 , the second transmission lines 37 and 38 disposed vertically may have a characteristic impedance of Z 0 (=50Ω) and an electrical length of λ/4.

입력된 신호는 특성 임피던스가 50Ω과 35.35Ω 인 전송선로의 접점에서 전력을 양분한 뒤 반사부하로 흐를 수 있다. 이후 반사부하에서 반사된 신호는 출력포트에서 합성될 수 있다. The input signal can flow to the reflective load after dividing the power at the contact point of the transmission line with characteristic impedance of 50Ω and 35.35Ω. Thereafter, the signal reflected from the reflective load may be synthesized at the output port.

다시 말해, 입력 포트(1)를 통해 하이브리드 커플러(30)에 입력된 신호(입력신호)는 특성 임피던스가 50Ω인 제2 전송선로(37, 38)와 특정 임피던스가 35.35 Ω 인 제1 전송선로(35, 36)의 접점에서 전력을 양분한 뒤 한 쌍의 반사부하(10, 20)로 흐를 수 있다. 이후, 한 쌍의 반사부하(10, 20)에서 반사된 신호(반사신호)는 합성되어 출력포트(2)를 통해 출력될 수 있다. 즉, 출력포트(2)를 통해 출력되는 출력신호는 한 쌍의 반사부하(10, 20)에서 반사된 두 반사신호 각각을 합성하여 생성된 합성된 반사신호일 수 있다. 이때, 신호 합성(두 반사신호의 합성)에 따른 손실을 방지하기 위해 두 반사부하는 동일해야 한다.In other words, the signal (input signal) input to the hybrid coupler 30 through the input port 1 is the second transmission line 37 and 38 having a characteristic impedance of 50 Ω and a first transmission line having a specific impedance of 35.35 Ω ( After dividing the power at the contact points of 35 and 36 , it can flow to a pair of reflective loads 10 and 20 . Thereafter, the signal (reflected signal) reflected from the pair of reflective loads 10 and 20 may be synthesized and outputted through the output port 2 . That is, the output signal output through the output port 2 may be a synthesized reflected signal generated by synthesizing each of the two reflected signals reflected from the pair of reflective loads 10 and 20 . At this time, in order to prevent loss due to signal synthesis (synthesis of two reflected signals), the two reflective loads must be identical.

이에, 본 위상 천이기(100)에는 신호 합성에 따른 손실을 방지하기 위해, 한 쌍의 반사부하(10, 20)로서 동일한 2개의 반사부하인 제1 반사부하(10)와 제2 반사부하(20)가 하이브리드 커플러(30)에 연결될 수 있다. 즉, 제1 반사부하(10)와 제2 반사부하(20)는 서로 간에 동일한 특성을 가지며, 동일한 구조로 이루어질 수 있다.Accordingly, in this phase shifter 100, in order to prevent loss due to signal synthesis, the same two reflective loads as a pair of reflective loads 10 and 20, a first reflective load 10 and a second reflective load ( 20 ) may be connected to the hybrid coupler 30 . That is, the first reflective load 10 and the second reflective load 20 have the same characteristics and may have the same structure.

하이브리드 커플러(30)는 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 잘 알려진 구성이므로, 이하에서는 하이브리드 커플러(30) 자체에 대한 설명(예를 들어, 구조, 특성, 동작 원리 등)에 대한 설명보다는, 이러한 하이브리드 커플러(30)가 본 위상 천이기(100)에 적용된 예를 중심으로 설명하기로 한다.Since the hybrid coupler 30 is a configuration well known to those of ordinary skill in the art to which the present application pertains, the following is a description of the hybrid coupler 30 itself (eg, structure, characteristics, operating principle, etc.) Rather than a description, the example in which the hybrid coupler 30 is applied to the present phase shifter 100 will be mainly described.

본 위상 천이기(100)에서 한 쌍의 반사부하(10, 20) 각각은, 회로 상으로 하나의 버랙터 다이오드와 하나의 접지된 전송선로로 이루어질 수 있다. 즉, 제1 반사부하(10)에 포함된 제1 전송선로(12)는 접지된 제1 전송선로(12)라 달리 표현되고, 제2 반사부하(20)에 포함된 제2 전송선로(22)는 접지된 제2 전송선로(22)라 달리 표현될 수 있다.Each of the pair of reflective loads 10 and 20 in the phase shifter 100 may be formed of one varactor diode and one grounded transmission line on a circuit. That is, the first transmission line 12 included in the first reflective load 10 is expressed differently as the grounded first transmission line 12 , and the second transmission line 22 included in the second reflective load 20 . ) may be expressed differently as the grounded second transmission line 22 .

본 위상 천이기(100)에서 고려되는 반사부하는 하기 수학식 1과 같이 표현될 수 있다. 즉, 제1 반사부하(10)와 제2 반사부하(20) 각각은 하기 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.The reflective load considered in the phase shifter 100 may be expressed as Equation 1 below. That is, each of the first reflective load 10 and the second reflective load 20 may be expressed as in Equation 1 below.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112019118001218-pat00003
Figure 112019118001218-pat00003

여기서, x 는 반사부하(10, 20)의 리액턴스,

Figure 112019118001218-pat00004
,
Figure 112019118001218-pat00005
은 전송선로(12, 22)의 길이를 나타낸다. 이때, 전송선로의 길이는 전기적 길이(Electric Length)를 의미할 수 있다. 전기적 길이라 함은 높은 주파수일수록 짧은 파장이 됨으로, 그 파장에 근거한 길이를 의미할 수 있다. 즉, 전기적 길이는 실제 물리적 길이 L을 전파의 파장 λ으로 나눈 길이인 L/λ를 의미할 수 있다.Here, x is the reactance of the reflective loads (10, 20),
Figure 112019118001218-pat00004
,
Figure 112019118001218-pat00005
denotes the length of the transmission lines 12 and 22 . In this case, the length of the transmission line may mean an electric length. The electric length may mean a length based on the wavelength because the higher the frequency, the shorter the wavelength. That is, the electrical length may mean L/λ, which is the length obtained by dividing the actual physical length L by the wavelength λ of the radio wave.

또한, 수학식 1에서,

Figure 112019118001218-pat00006
는 2π × 공급주파수[GHz], C 는 버랙터 다이오드(11, 21)의 커패시턴스[pF]를 나타낸다. 여기서, 공급주파수는 입력포트(1)를 통해 제공되는 입력신호에 대응하는 주파수를 의미할 수 있다. Also, in Equation 1,
Figure 112019118001218-pat00006
is 2π × supply frequency [GHz], C represents the capacitance [pF] of the varactor diodes (11, 21). Here, the supply frequency may mean a frequency corresponding to an input signal provided through the input port 1 .

반사부하(10, 20)의 반사계수(

Figure 112019118001218-pat00007
)는 반사계수 정의를 이용하여 하기 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.Reflection coefficient of reflective load (10, 20) (
Figure 112019118001218-pat00007
) can be expressed as in Equation 2 below using the reflection coefficient definition.

[수학식 2][Equation 2]

Figure 112019118001218-pat00008
Figure 112019118001218-pat00008

여기서, Z RL은 하기 수학식 3과 같이 표현될 수 있다. 또한, 상기 수학식 2에 도시된 반사계수(

Figure 112019118001218-pat00009
)는 하기 수학식 4와 같이 달리 표현될 수 있다. 또한, 상기 수학식 2에 도시된 반사계수의 위상(반사계수 위상,
Figure 112019118001218-pat00010
)는 하기 수학식 5와 같이 표현될 수 있다.Here, Z RL may be expressed as in Equation 3 below. In addition, the reflection coefficient (
Figure 112019118001218-pat00009
) can be expressed differently as in Equation 4 below. In addition, the phase of the reflection coefficient shown in Equation 2 (reflection coefficient phase,
Figure 112019118001218-pat00010
) can be expressed as in Equation 5 below.

[수학식 3][Equation 3]

Figure 112019118001218-pat00011
Figure 112019118001218-pat00011

여기서, Z RL 에서의 RL은 반사부하(Reflection Load)의 준말로서, Z RL 은 반사부하의 임피던스를 의미한다.where, Z RL RL in is the abbreviation for Reflection Load, and Z RL is the impedance of the reflective load.

[수학식 4][Equation 4]

Figure 112019118001218-pat00012
Figure 112019118001218-pat00012

[수학식 5][Equation 5]

Figure 112019118001218-pat00013
Figure 112019118001218-pat00013

본 위상 천이기(100)의 반사부하(10, 20)는 이론적으로 손실이 없으며, 반사부하(10, 20)의 리액턴스인 x 의 변화에 따른 위상의 변화는 도 4와 같을 수 있다.The reflective loads 10 and 20 of the phase shifter 100 have no theoretical loss, and the phase change according to the change in x , which is the reactance of the reflective loads 10 and 20, may be as shown in FIG. 4 .

도 4는 본원의 일 실시예에 따른 위상 천이기(100)에서 반사부하의 리액턴스의 변화에 따른 위상 변화의 예를 나타낸 도면이다. 달리 표현해, 도 4는 반사부하의 리액턴스 x의 변화에 따른 반사계수 위상의 변화를 탄젠트 함수로 나타낸 도면이다. 여기서, 탄젠트 함수는 상술한 도 5와 같이 표현되는 함수를 의미할 수 있다.4 is a diagram illustrating an example of a phase change according to a change in reactance of a reflective load in the phase shifter 100 according to an embodiment of the present application. In other words, FIG. 4 is a view showing a change in the reflection coefficient phase according to a change in the reactance x of the reflective load as a tangent function. Here, the tangent function may mean a function expressed as in FIG. 5 described above.

도 4를 참조하면, 본 위상 천이기(100)는, 반사부하(10, 20)의 리액턴스가 변화함에 따라 도 4에 도시된 바와 같은 변화된 위상을 출력할 수 있다.Referring to FIG. 4 , the phase shifter 100 may output a changed phase as shown in FIG. 4 as the reactance of the reflective loads 10 and 20 changes.

본 위상 천이기(100)에서는, 버랙터 다이오드(11, 21)에 인가되는 직류(DC) 전압을 변화(변경, 제어)시킴에 따라 버랙터 다이오드(11, 21)의 커패시턴스가 변화되어 본 위상 천이기(100)의 출력신호에 대한 위상각의 천이가 이루어질 수 있다.In this phase shifter 100, the capacitance of the varactor diodes 11 and 21 is changed as the direct current (DC) voltage applied to the varactor diodes 11 and 21 is changed (changed, controlled) A phase angle may be shifted with respect to the output signal of the shifter 100 .

즉, 직류 전압 포트(3)로부터 제공되는 직류 전압은 버랙터 다이오드(11, 21)에 인가될 수 있다. 버랙터 다이오드(11, 21)에 인가되는 직류 전압을 바꿈(변경시킴)에 따라, 버랙터 다이오드(11, 21)의 커패시턴스인 C 가 변화될 수 있다. 버랙터 다이오드(11, 21)의 커패시턴스의 변화에 의해, 본 위상 천이기(100)의 위상이 천이(변화)될 수 있다. That is, the DC voltage provided from the DC voltage port 3 may be applied to the varactor diodes 11 and 21 . As the DC voltage applied to the varactor diodes 11 and 21 is changed (changed), the capacitance C of the varactor diodes 11 and 21 may be changed. The phase of the phase shifter 100 may be shifted (changed) by a change in capacitance of the varactor diodes 11 and 21 .

다시 말해, 버랙터 다이오드(11, 21)에 인가되는 직류 전압을 제어함에 따라, 버랙터 다이오드(11, 21)의 커패시턴스 값이 변화되어 천이각 조절이 이루어질 수 있다. 본 위상 천이기(100) 내 버랙터 다이오드(11, 21)는 직류 전압을 통해 전자 제어될 수 있다.In other words, as the DC voltage applied to the varactor diodes 11 and 21 is controlled, the capacitance values of the varactor diodes 11 and 21 are changed so that the transition angle can be adjusted. The varactor diodes 11 and 21 in the phase shifter 100 may be electronically controlled through a DC voltage.

본 위상 천이기(100)에 입력되는 신호(입력신호)는 버랙터 다이오드(11, 21)에 인가되는 직류 전압에 따라 위상이 조정되고, 위상이 조정된 신호는 출력신호로서 출력포트(2)를 향해 출력될 수 있다.The phase of the signal (input signal) input to the phase shifter 100 is adjusted according to the DC voltage applied to the varactor diodes 11 and 21, and the phase-adjusted signal is an output signal as an output port (2) can be output toward

한편, 본 위상 천이기(100)에서 한 쌍의 반사부하(10, 20)에 포함된 전송선로(12, 22)의 길이(즉, 제1 전송선로의 길이와 제2 전송선로의 길이 각각)는, 반사부하(10, 20)의 반사계수의 위상 변화가 180° 이상의 위상각을 천이하도록 하는 길이로 설정될 수 있다. 전송선로(12, 22)의 길이는 바람직하게 λ/8로 설정될 수 있으며, 여기서, λ는 주파수(공급 주파수)에 따라 기 설정된 값일 수 있다. 전송선로(12, 22)의 길이 설정에 관한 보다 구체적인 설명은 다음과 같다.Meanwhile, in the phase shifter 100, the length of the transmission lines 12 and 22 included in the pair of reflective loads 10 and 20 (that is, the length of the first transmission line and the length of the second transmission line, respectively) may be set to a length such that the phase change of the reflection coefficient of the reflective loads 10 and 20 shifts a phase angle of 180° or more. The length of the transmission lines 12 and 22 may be preferably set to λ/8, where λ may be a preset value according to a frequency (supply frequency). A more detailed description of the length setting of the transmission lines 12 and 22 is as follows.

구체적으로, 본 위상 천이기(100)에서 한 쌍의 반사부하(10, 20)에 포함된 전송선로(12, 22)는 그 길이에 따라 반사부하의 특성이 달라질 수 있다. 즉, 제1 버랙터 다이오드(11)와 직렬로 연결되는 제1 전송선로(12) 및 제2 버랙터 다이오드(21)와 직렬로 연결되는 제2 전송선로(22) 각각은, 그 길이에 따라 반사부하의 특성이 달라질 수 있다.Specifically, in the phase shifter 100, the transmission lines 12 and 22 included in the pair of reflective loads 10 and 20 may have different characteristics of the reflective loads according to their lengths. That is, each of the first transmission line 12 connected in series with the first varactor diode 11 and the second transmission line 22 connected in series with the second varactor diode 21, according to the length The characteristics of the reflective load may vary.

일예로, 공급주파수가 5.8 GHz인 경우에서 상기 [수학식 1]과 상기 [수학식 2]를 연립함에 따라 계산된 위상의 변화는 아래 표 1과 같을 수 있다. 달리 말해, 아래 표 1은 본 위상 천이기(100)에 적용되는 최적의 전송선로(12, 22)의 길이 설정(결정)을 위해, 본원의 일 실험에 따라 획득된 전송선로(12, 22)의 길이에 따른 위상 변화를 비교한 표를 나타낸다. 이때, 표 1에서의 Length는 전송선로의 길이로서 전기적 길이(Electric Length)를 의미할 수 있다.As an example, when the supply frequency is 5.8 GHz, the phase change calculated by combining [Equation 1] and [Equation 2] may be as shown in Table 1 below. In other words, Table 1 below shows the transmission lines 12 and 22 obtained according to an experiment of the present application for setting (determining) the lengths of the optimal transmission lines 12 and 22 applied to the phase shifter 100. A table comparing the phase change according to the length of In this case, the Length in Table 1 is the length of the transmission line and may mean an Electric Length.

[표 1][Table 1]

Figure 112019118001218-pat00014
Figure 112019118001218-pat00014

최적의 전송선로(12, 22)의 길이 설정(결정)을 위한 본원의 일 실험에서는 일예로 버랙터 다이오드(11, 21)가 0.1 ~ 1.2 pF의 범위에서 동작한다고 가정하였다. 또한, 본원의 일 실험에서 사용된 소자의 특성은 아래 표 2와 같을 수 있다. In an experiment of the present application for setting (determining) the length of the optimal transmission lines 12 and 22, it is assumed, for example, that the varactor diodes 11 and 21 operate in the range of 0.1 to 1.2 pF. In addition, the characteristics of the device used in an experiment of the present application may be as shown in Table 2 below.

[표 2][Table 2]

Figure 112019118001218-pat00015
Figure 112019118001218-pat00015

이때, 도 2의 도면을 기준으로, 표 2에서, L A는 하이브리드 커플러(30)의 세로 길이로서, 특히 하이브리드 커플러(30)에 포함된 한 쌍의 제2 전송선로(37, 38)의 길이를 의미할 수 있다. 또한, L B는 하이브리드 커플러(30)의 가로 길이로서, 특히 하이브리드 커플러(30)에 포함된 한 쌍의 제1 전송선로(35, 36)의 길이를 의미할 수 있다.At this time, based on the drawing of FIG. 2 , in Table 2, L A is the vertical length of the hybrid coupler 30 , in particular, the length of a pair of second transmission lines 37 and 38 included in the hybrid coupler 30 . can mean In addition, L B may indicate the length of the first transmission lines of the pair are included in, in particular, hybrid coupler 30 as the width of the hybrid couplers 30, 35 and 36.

또한, L 1은 반사부하(10, 20)의 앞단 전송선로의 길이를 의미하고, L 2는 반사부하(10, 20)의 후단 전송선로를 의미할 수 있다. 여기서, 앞단 전송선로라 함은 도 2의 도면을 기준으로, 버랙터 다이오드(11, 21)에 대하여 일측(하이브리드 커플러 측)에 연결된 전송선로를 의미할 수 있다. 또한, 후단 전송선로는 도 2의 도면을 기준으로, 버랙터 다이오드(11, 21)에 대하여 타측(접지 측)에 연결된 전송선로를 의미할 수 있다. 이러한 후단 전송선로는 상술한 제1 전송선로(12)와 제2 전송선로(22)를 의미할 수 있다. 또한, L 1L 2 는 실제 물리적 길이를 의미할 수 있다.In addition, L 1 may mean the length of a transmission line at the front end of the reflective loads 10 and 20, and L 2 may mean a transmission line at the rear end of the reflective loads 10 and 20. Here, the front end transmission line may refer to a transmission line connected to one side (hybrid coupler side) with respect to the varactor diodes 11 and 21 based on the drawing of FIG. 2 . In addition, the rear-end transmission line may refer to a transmission line connected to the other side (ground side) with respect to the varactor diodes 11 and 21 based on the drawing of FIG. 2 . The rear-end transmission line may refer to the above-described first transmission line 12 and the second transmission line 22 . Also, L 1 and L 2 may mean actual physical lengths.

이에 따르면, 제1 반사부하(10)는 L 1 길이에 대응하는 앞단 전송선로, 제1 버랙터 다이오드(11) 및 후단 전송선로로서 제1 전송선로(12)를 포함할 수 있다. 또한, 제2 반사부하(20)는 L 1 길이에 대응하는 앞단 전송선로, 제2 버랙터 다이오드(21) 및 후단 전송선로로서 제2 전송선로(22)를 포함할 수 있다.Accordingly, the first reflective load 10 may include a front end transmission line corresponding to the length L 1 , the first varactor diode 11 , and the first transmission line 12 as a rear end transmission line. Also, the second reflective load 20 may include a front end transmission line corresponding to the length L 1 , a second varactor diode 21 , and a second transmission line 22 as a rear end transmission line.

본원의 일 실험에 따르면, 5.8GHz에서 전송선로(12, 22) 길이가 길어질수록 천이각이 넓어지는 경향이 있으나, 버랙터 다이오드(11, 21)의 커패시턴스의 변화에 따라 위상이 급격히 변하게 되고, 인가된 직류(DC) 전압에 따라 표현하지 못하는 값이 발생하는 문제를 확인할 수 있었다.According to an experiment of the present application, the transition angle tends to be wider as the length of the transmission lines 12 and 22 increases at 5.8 GHz, but the phase changes rapidly according to the change in the capacitance of the varactor diodes 11 and 21, It was confirmed that a value that cannot be expressed occurs depending on the applied direct current (DC) voltage.

달리 말해, 본원의 일 실험에 따르면, 제한된 버랙터 다이오드의 커패시턴스 범위 내에서 리액턴스가 바뀌는 정도가 클수록 천이각이 커지나, 그에 따라 위상이 커패시턴스에 대해 비선형적으로 동작하여 제어하기 어려워짐을 확인할 수 있었다.In other words, according to an experiment of the present application, the greater the degree of change in reactance within the limited capacitance range of the varactor diode, the greater the transition angle, but accordingly, the phase operates nonlinearly with respect to the capacitance, making it difficult to control.

이러한 문제를 해소하고자, 본원은180° 이상의 위상을 확보하며, 선형적으로 위상이 천이되는 적정 길이의 전송선로(λ/8 길이를 가지는 전송선로)가 버랙터 다이오드(혹은 커패시터)와 직렬 연결되도록 한 쌍의 반사부하(10, 20)를 구성할 수 있다.In order to solve this problem, the present application secures a phase of 180° or more, and a transmission line of an appropriate length (a transmission line having a length of λ/8) in which the phase is linearly shifted is connected in series with a varactor diode (or capacitor). A pair of reflective loads 10 and 20 may be configured.

이에, 본원에서는 본 위상 천이기(100)에 포함된 전송선로(12, 22)의 길이를, 180° 이상으로 위상을 천이하는 전송선로의 길이 값들 중 선형성이 가장 우수한 것으로 나타나는 λ/8로 설정(선택하여 적용)할 수 있다. 즉, 본 위상 천이기(100)에서 전송선로(12, 22)의 길이는 바람직하게 최적 값으로서 λ/8로 설정될 수 있다. 이러한 전송선로(12, 22)는 공진 손실을 경감시키는 전송선로의 특성을 가질 수 있다.Accordingly, in the present application, the length of the transmission lines 12 and 22 included in the present phase shifter 100 is set to λ/8, which shows the best linearity among the length values of the transmission lines for shifting the phase by 180° or more. You can (select and apply). That is, in the present phase shifter 100, the length of the transmission lines 12 and 22 may be preferably set to λ/8 as an optimal value. The transmission lines 12 and 22 may have transmission line characteristics that reduce resonance loss.

본원에서 버랙터 다이오드(11, 21)는 본 위상 천이기(100)와 관련하여 실제 기판을 제작하는 과정에서 하이브리드 커플러(30)에 직접 연결이 어려움에 따라, 일예로 λ/24의 길이를 가지는 전송선로를 사이에 두고 간접 연결되도록 배치될 수 있다.In the present application, the varactor diodes 11 and 21 are difficult to directly connect to the hybrid coupler 30 in the process of manufacturing the actual substrate in relation to the phase shifter 100. For example, having a length of λ/24. It may be arranged to be indirectly connected with a transmission line interposed therebetween.

본 위상 천이기(100) 내 전송선로(12, 22)가 λ/8의 길이로 설정됨에 따라, 본 위상 천이기(100)는 180° 이상의 위상각을 천이할 수 있다.As the transmission lines 12 and 22 in the phase shifter 100 are set to a length of λ/8, the phase shifter 100 may shift a phase angle of 180° or more.

이에 따르면, 본 위상 천이기(100)는 반사부하를 버랙터 다이오드와 전송선로의 직렬 연결로 마련함으로써, 종래 반사형 아날로그 위상 천이기가 가지는 문제(즉, 저항 성분으로 인해 전류가 집중되며 공진손실에 따라 송신 전력이 저해되는 문제)를 해소할 수 있다. 즉, 본 위상 천이기(100)는 제1 반사부하(10)를 제1 버랙터 다이오드(11)와 제1 전송선로(12)의 직렬 연결로 마련하고, 제2 반사부하(20)를 제2 버랙터 다이오드(21)와 제2 전송선로(22)의 직렬 연결로 마련함으로써, 저항에 의한 공진 손실을 줄일 수(경감시킬 수) 있다. 이는 버랙터 다이오드와 전송선로가 직렬로 연결되는 경우, 반사부하의 임피던스 중 저항 성분의 크기가 리액턴스의 크기에 비해 작아져 반사손실(Reflection loss)에 미치는 영향을 줄일 수 있기 때문이라 할 수 있다.According to this, the phase shifter 100 provides a reflective load in a series connection between the varactor diode and the transmission line, thereby causing problems with the conventional reflective analog phase shifter (that is, current is concentrated due to the resistance component, and the resonance loss is reduced. Accordingly, the problem that transmit power is impaired) can be solved. That is, the phase shifter 100 provides the first reflective load 10 through a series connection between the first varactor diode 11 and the first transmission line 12 , and generates the second reflective load 20 . By providing a series connection between the two varactor diodes 21 and the second transmission line 22, it is possible to reduce (reduce) the resonance loss due to the resistance. This is because, when the varactor diode and the transmission line are connected in series, the magnitude of the resistance component among the impedance of the reflective load becomes smaller than the magnitude of the reactance, thereby reducing the effect on the reflection loss.

다시 말해, 본 위상 천이기(100)는 반사부하(10, 20) 내 버랙터 다이오드와 전송선로를 직렬 연결로 배치시킴으로써, 반사부하의 임피던스 중 저항 성분의 크기가 리액턴스의 크기에 비해 작아지게 해 반사손실(Reflection loss)에 미치는 영향이 줄어들도록 할 수 있으며, 이로부터 저항에 의한 공진 손실을 줄여 적은 전력 손실을 이룰 수 있다(즉, 전력 손실을 효과적으로 낮출 수 있다).In other words, the phase shifter 100 arranges the varactor diode and the transmission line in the reflective loads 10 and 20 in a series connection, so that the size of the resistance component of the impedance of the reflective load becomes smaller than the size of the reactance. It is possible to reduce the effect on the reflection loss, thereby reducing the resonance loss caused by the resistor to achieve a small power loss (ie, the power loss can be effectively reduced).

도 5는 본원의 다른 일 실시예에 따른 위상 천이기(200)의 회로도를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 6은 본원의 일 실험예에 따라 실제 제작된 본원의 다른 일 실시예에 따른 위상 천이기(200)의 레이아웃 사진의 예를 나타낸 도면이다. 일예로 도 5에서, DC 블록 1, 2(DC block_1, DC block_2)는 35pF로 설정될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.5 is a diagram schematically showing a circuit diagram of a phase shifter 200 according to another embodiment of the present application. 6 is a view showing an example of a layout photograph of the phase shifter 200 according to another embodiment of the present application actually manufactured according to an experimental example of the present application. For example, in FIG. 5 , DC blocks 1 and 2 (DC block_1 and DC block_2) may be set to 35 pF, but is not limited thereto.

이하에서는 본원의 다른 일 실시예에 따른 위상 천이기(200)를 설명의 편의상 본 360° 위상 천이기(200)라 하기로 한다.Hereinafter, the phase shifter 200 according to another embodiment of the present application will be referred to as the 360° phase shifter 200 for convenience of description.

도 5 및 도 6을 참조하면, 본 360° 위상 천이기(200)는 2개의 위상 천이기(100)를 포함할 수 있다. 여기서, 2개의 위상 천이기(100)라 함은 상술한 본 위상 천이기(100)가 2개인 것을 의미할 수 있다. 따라서, 본 360° 위상 천이기(200)를 설명함에 있어서 이하 생략된 내용이라 하더라도, 상술한 본 위상 천이기(100)에 대하여 설명된 내용은, 본 360° 위상 천이기(200)에 포함된 2개의 위상 천이기(100) 각각에 대한 설명에도 동일하게 적용될 수 있다.5 and 6 , the 360° phase shifter 200 may include two phase shifters 100 . Here, the two phase shifters 100 may mean that the above-described phase shifters 100 are two. Therefore, even if the description of the 360° phase shifter 200 is omitted below, the contents described with respect to the above-described phase shifter 100 are included in the 360° phase shifter 200 . The same may be applied to the description of each of the two phase shifters 100 .

본 360° 위상 천이기(200)는 2개의 본 위상 천이기(100)를 2단으로 직렬로 연결함으로써 마련될 수 있다. 다시 말해, 본 위상 천이기(100)를 2단으로 직렬 연결함에 따라 360° 위상 천이가 가능한 본 360° 위상 천이기(200)가 마련될 수 있다. 본 위상 천이기(200)는 2개의 본 위상 천이기(100)가 직렬로 연결된 위상 천이기로서, 2 스테이지(2-stage)로 이루어진 위상 천이기라 달리 표현될 수 있다. The present 360° phase shifter 200 may be prepared by connecting two main phase shifters 100 in series in two stages. In other words, as the phase shifter 100 is connected in series in two stages, the present 360° phase shifter 200 capable of a 360° phase shift may be provided. The main phase shifter 200 is a phase shifter in which two main phase shifters 100 are connected in series, and may be expressed differently as a two-stage phase shifter.

본 360° 위상 천이기(200)는 본 위상 천이기(100)를 2단으로 직렬 연결함으로써, 단일 본 위상 천이기(100) 대비 천이 위상각의 범위를 넓힐 수 있다. 즉, 본 360° 위상 천이기(200)는 1개의 본 위상 천이기(100) 대비 천이 가능한 위상각의 범위가 증가될 수 있다.The 360° phase shifter 200 may extend the range of the shift phase angle compared to the single bone phase shifter 100 by connecting the phase shifters 100 in series in two stages. That is, the present 360° phase shifter 200 may increase the range of shiftable phase angles compared to one main phase shifter 100 .

본 360° 위상 천이기(200)는 전자 제어(electronically controlled)를 통해 삽입 손실(Insertion loss)이 감소되도록 동작할 수 있다. 즉, 본 360° 위상 천이기(200)는 2단으로 연결된 2개의 본 위상 천이기(100)를 전자 제어함으로써 삽입 손실을 줄일 수 있다.The 360° phase shifter 200 may operate to reduce insertion loss through electronically controlled. That is, the present 360° phase shifter 200 can reduce the insertion loss by electronically controlling the two main phase shifters 100 connected in two stages.

본 360° 위상 천이기(200)는 2개의 본 위상 천이기(100) 각각에 포함된 버랙터 다이오드를 직류 전압을 통해 전자 제어함으로써 손실을 경감시킬 수 있다.The 360° phase shifter 200 may reduce loss by electronically controlling the varactor diodes included in each of the two main phase shifters 100 through a DC voltage.

본 360° 위상 천이기(200)에 포함된 2개의 본 위상 천이기(100)는 각각 개별적으로 전자 제어되거나, 통합적으로 전자 제어될 수 있다. 이때, 본 위상 천이기(100)를 전자 제어한다는 것은, 예시적으로 본 위상 천이기(100)에 인가되는 직류 전압이 변경되도록 제어함을 의미할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The two main phase shifters 100 included in the 360° phase shifter 200 may be individually electronically controlled, or may be electronically controlled in an integrated manner. In this case, electronically controlling the phase shifter 100 may mean, for example, controlling the DC voltage applied to the phase shifter 100 to be changed, but is not limited thereto.

일예로, 2개의 본 위상 천이기(100) 중 어느 하나의 본 위상 천이기(100)에 대한 전자 제어는 제1 전자 제어(DC Control_1)라 지칭되고, 다른 어느 하나의 본 위상 천이기(100)에 대한 전자 제어는 제2 전자 제어(DC Control_2)라 지칭될 수 있다. 본 360° 위상 천이기(200)는 이러한 제1 전자 제어(DC Control_1)의 신호 및 제2 전자 제어(DC Control_2)의 신호를 2개의 본 위상 천이기(100) 각각과 연결되는 2개의 직류 전압 포트(3) 각각으로부터 제공받을 수 있다.For example, the electronic control of any one of the two main phase shifters 100 is referred to as a first electronic control DC Control_1, and the other one of the main phase shifters 100 is referred to as a first electronic control (DC Control_1). ) may be referred to as a second electronic control DC Control_2. The 360° phase shifter 200 transmits the signal of the first electronic control (DC Control_1) and the signal of the second electronic control (DC Control_2) to two DC voltages connected to each of the two main phase shifters 100 , respectively. It may be provided from each of the ports (3).

또한, 본 360° 위상 천이기(200)의 전자 제어를 위해 2개의 직류 전압 포트(3)에는 프로세서부(미도시)가 연결될 수 있으며, 프로세서부에 의해 전자 제어가 이루어질 수 있다. 여기서, 프로세서부(미도시)는 전자 제어를 위한 각종 제어 신호를 생성하여 제공할 수 있는 회로 소자, 소자 등을 의미할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 이러한 프로세서부(미도시)에는 일예로 본 360° 위상 천이기(200)의 동작과 관련된 각종 신호(입력신호, 출력신호, 제어신호 등)를 저장하는 메모리부(미도시)가 연결될 수 있다. In addition, a processor unit (not shown) may be connected to the two DC voltage ports 3 for electronic control of the 360° phase shifter 200 , and electronic control may be performed by the processor unit. Here, the processor unit (not shown) may mean a circuit element or device capable of generating and providing various control signals for electronic control, but is not limited thereto. In addition, a memory unit (not shown) for storing various signals (input signals, output signals, control signals, etc.) related to the operation of the 360° phase shifter 200 may be connected to the processor unit (not shown). have.

본 360° 위상 천이기(200)는 인가되는 직류 전압의 제어(컨트롤)에 의하여 다양하게 위상 천이 각도가 조절될 수 있다. In the 360° phase shifter 200 , the phase shift angle may be variously adjusted by control (control) of the applied DC voltage.

이에 따르면, 본원은 본 위상 천이기(100) 및 본 360° 위상 천이기(200)를 제공할 수 있다. 이하에서는 설명의 편의상, 본원에서 제안된 본 위상 천이기(100)와 본 360° 위상 천이기(200)를 제안된 위상 천이기(100, 200)라 하기로 한다.Accordingly, the present application may provide the present phase shifter 100 and the present 360° phase shifter 200 . Hereinafter, for convenience of description, the present phase shifter 100 and the present 360° phase shifter 200 proposed herein will be referred to as the proposed phase shifters 100 and 200 .

본 위상 천이기(100)는 입출력 포트(1, 2)와 한 쌍의 반사부하(10, 20)의 연결을 위한 4-포트 구조를 갖는 하이브리드 커플러(30) 및 한 쌍의 반사부하(10, 20)를 포함할 수 있다. 여기서, 반사부하(10, 20)는 버랙터 다이오드와 전송선로의 직렬 연결로 이루어질 수 있다. 이러한 본 위상 천이기(100)는 저손실 반사형 아날로그 위상 천이기라 달리 지칭될 수 있다.The phase shifter 100 includes a hybrid coupler 30 and a pair of reflective loads 10, having a 4-port structure for connecting the input/output ports 1 and 2 and the pair of reflective loads 10 and 20. 20) may be included. Here, the reflective loads 10 and 20 may be formed of a series connection between a varactor diode and a transmission line. This phase shifter 100 may be otherwise referred to as a low-loss reflective analog phase shifter.

본 위상 천이기(100)에서 하이브리드 커플러(30)의 두 포트(33, 34)에는 동일한 반사부하(10, 20)를 갖는 한 쌍의 반사부하가 연결될 수 있다. 본 위상 천이기(100)는 반사부하(10, 20)의 입력측에서 바라본 임피던스를 전압에 따라 변화시킴에 따라, 최소 180° 이상의 천이각을 가질 수 있다.A pair of reflective loads having the same reflective loads 10 and 20 may be connected to the two ports 33 and 34 of the hybrid coupler 30 in the phase shifter 100 . The phase shifter 100 may have a transition angle of at least 180° or more by changing the impedance viewed from the input side of the reflective loads 10 and 20 according to the voltage.

본 위상 천이기(100)는, 직렬 연결되는 버랙터 다이오드(11, 21)의 특성을 고려하여 반사부하(10, 20)의 입력측에서 바라본 반사계수의 위상 변화가 180° 이상의 위상각을 천이하도록 길이가 결정되는 전송선로(12, 22)를 가질 수 있다.The phase shifter 100 is configured such that the phase change of the reflection coefficient viewed from the input side of the reflective loads 10 and 20 shifts a phase angle of 180° or more in consideration of the characteristics of the varactor diodes 11 and 21 connected in series. It may have transmission lines 12 and 22 whose length is determined.

본 위상 천이기(100)를 2단으로 직렬 연결함으로써, 360°의 위상을 천이할 수 있는 본 360° 위상 천이기(200)가 마련될 수 있다. 즉, 본 360° 위상 천이기(200)는, 하이브리드 커플러(30)와 한 쌍의 반사부하(10, 20)를 가지는 본 위상 천이기(100)를 2단으로 직렬 연결함으로써, 360°의 위상을 천이하는 위상 천이기(200)를 제공할 수 있다.By connecting the phase shifter 100 in series in two stages, the present 360° phase shifter 200 capable of shifting a phase of 360° can be provided. That is, the 360° phase shifter 200 is a hybrid coupler 30 and the phase shifter 100 having a pair of reflective loads 10 and 20 connected in series in two stages, so that the phase of 360° is It is possible to provide a phase shifter 200 for shifting .

본 360° 위상 천이기(200)는 2개의 본 위상 천이기(100) 각각에 포함된 버랙터 다이오드를 직류 전압을 통해 전자 제어함으로써 손실을 경감시킬 수 있다.The 360° phase shifter 200 may reduce loss by electronically controlling the varactor diodes included in each of the two main phase shifters 100 through a DC voltage.

본원은 본 360° 위상 천이기(200)를 통해 360° 천이가 가능한 위상 천이기를 제공할 수 있다. 이러한 본 360° 위상 천이기(200)는 360° 천이가 가능한 저손실 아날로그 위상 천이기라 달리 지칭될 수 있다. 본 360° 위상 천이기(200)는 공진 손실을 줄이며 360°의 위상을 천이시킬 수 있다.The present disclosure may provide a phase shifter capable of 360° shifting through the present 360° phase shifter 200 . This 360° phase shifter 200 may be otherwise referred to as a low-loss analog phase shifter capable of 360° shifting. The 360° phase shifter 200 can reduce the resonance loss and shift the phase of 360°.

본원은 삽입 손실을 낮추고 단순화된 제작으로 복잡도를 줄인 위상 천이기(100, 200)를 제공할 수 있다. 제안된 위상 천이기(100, 200)는 버랙터 다이오드에 인가되는 직류 전압에 따라 입력된 신호(입력신호)의 위상을 조정하고, 위상이 조정된 신호를 출력신호로서 제공할 수 있다. 본원은 본 360° 위상 천이기(200)를 통해 360°의 위상을 천이시킬 수 있으며, 전자 제어를 통해 전력 손실을 낮출 수 있다. 이를 통해 제안된 위상 천이기(100, 200)는 다운 링크 시 단말기의 수신 전력을 높일 수 있으며, 높은 데이터 전송률에 필요한 전력을 공급할 수 있다.The present disclosure may provide the phase shifters 100 and 200 with reduced insertion loss and reduced complexity through simplified fabrication. The proposed phase shifters 100 and 200 may adjust the phase of an input signal (input signal) according to a DC voltage applied to the varactor diode, and provide the phase-adjusted signal as an output signal. The present application can shift the phase of 360° through the 360° phase shifter 200, and can lower power loss through electronic control. Through this, the proposed phase shifters 100 and 200 can increase the reception power of the terminal during downlink and supply power required for a high data rate.

본원은 이동통신에 있어서 다운 링크 시 송수신부 간 전력 효율을 증대시킬 수 있는 위상 천이기(100, 200)를 제공할 수 있다. 본원은 5~6GHz에서 동작하는 반사형식의 저손실 위상 천이기로서, 제안된 위상 천이기(100, 200)를 제공할 수 있다. The present disclosure may provide the phase shifters 100 and 200 capable of increasing power efficiency between transceivers during downlink in mobile communication. The present application can provide the proposed phase shifters 100 and 200 as a reflection type low-loss phase shifter operating at 5 to 6 GHz.

본원은 종래의 위상 천이기가 갖는 문제(즉, 아날로그 위상 천이기의 천이량을 증대시킴에 수반되는 전력 손실 증가의 문제)를 해소할 수 있는 위상 천이기(100, 200)를 제공할 수 있다. 특히, 본원은 반사부하를 버랙터 다이오드와 전송선로의 직렬 연결로 구성함으로써, 아날로그 위상 천이기의 공진에 따른 손실을 줄이고, 이와 동시에 최소 180° 이상의 천이각 또는 360°의 천이각을 형성할 수 있는 위상 천이기(100, 200)를 제공할 수 있다.The present disclosure can provide the phase shifters 100 and 200 that can solve the problems of the conventional phase shifters (that is, the problem of increased power loss accompanying increasing the shift amount of the analog phase shifters). In particular, the present application reduces the loss due to resonance of the analog phase shifter by configuring the reflective load as a series connection between the varactor diode and the transmission line, and at the same time, it is possible to form a transition angle of at least 180° or a transition angle of 360°. It is possible to provide the phase shifters (100, 200).

본원은 제안된 위상 천이기(100, 200)를 통하여 입출력 신호 간의 삽입 손실을 줄이는 동시에 360° 범위의 천이가 가능한 위상 천이기를 제공할 수 있다. 제안된 위상 천이기(100, 200)는 적은 전력 손실을 이룰 수 있다.The present invention can provide a phase shifter capable of shifting in a 360° range while reducing an insertion loss between input and output signals through the proposed phase shifters 100 and 200 . The proposed phase shifters 100 and 200 can achieve low power loss.

본원은 제안된 위상 천이기(100, 200)를 통하여 반사부하를 단순화하였으며, 이를 통해 전력 부담을 줄임으로써 베이스 스테이션(Base Station)을 구성하여 이동통신의 하향링크(downlink) 시 단말기의 수신 전력을 높일 수 있다.In the present application, the reflected load is simplified through the proposed phase shifters 100 and 200, and through this, the power burden is reduced to configure the base station to increase the reception power of the terminal during downlink of mobile communication. can be raised

또한, 본원은 제안된 위상 천이기(100, 200)를 통하여, 급증하는 데이터 전송률에 필요한 전력을 효율적으로 공급할 수 있다. 이러한 제안된 위상 천이기(100, 200)는 증폭기를 통해 더 높은 전력을 출력할 수 있으며, 이를 통해 무선충전에 소요되는 시간을 효과적으로 줄일 수 있다.In addition, the present application can efficiently supply power required for a rapidly increasing data rate through the proposed phase shifters 100 and 200 . The proposed phase shifters 100 and 200 can output higher power through an amplifier, thereby effectively reducing the time required for wireless charging.

후술하는 본원의 일 실험에서는 제안된 위상 천이기(100, 200)의 성능 측정을 위해, 일예로 제안된 위상 천이기(100, 200)를 일예로 0.3mm의 RF35 기판 상에 제작하였다.In one experiment of the present application, which will be described later, in order to measure the performance of the proposed phase shifters 100 and 200, the proposed phase shifters 100 and 200 as an example were fabricated on an RF35 substrate of 0.3 mm as an example.

도 7은 본원의 일 실험예에 따른 결과로서, 본원의 일 실시예에 따른 위상 천이기(100)에서 버랙터 다이오드에 인가되는 직류 전압에 따른 전력 손실의 변화를 주파수 별로 나타낸 도면이다.7 is a view showing a change in power loss according to a DC voltage applied to a varactor diode in the phase shifter 100 according to an embodiment of the present application for each frequency as a result according to an experimental example of the present application.

도 7을 참조하면, 1-stage 구조를 갖는 본 위상 천이기(100)에 대하여, 버랙터 다이오드에 인가되는 직류 전압의 변화에 따른 손실의 변화를 확인할 수 있다. 이에 따르면, 하이브리드 커플러(30)가 일예로 5.8GHz에서 동작하도록 설계되었기 때문에, 다른 주파수에서 손실이 비교적 크게 나타남을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 7 , with respect to the present phase shifter 100 having a 1-stage structure, a change in loss according to a change in a DC voltage applied to the varactor diode can be confirmed. According to this, since the hybrid coupler 30 is designed to operate at, for example, 5.8 GHz, it can be confirmed that the loss is relatively large at other frequencies.

도 8은 본원의 일 실험예에 따른 결과로서, 본원의 다른 일 실시예에 따른 위상 천이기(200)에서 버랙터 다이오드에 인가되는 직류 전압에 따른 반사계수 위상의 변화를 주파수 별로 나타낸 도면이다.8 is a view showing a change in the phase of the reflection coefficient according to the DC voltage applied to the varactor diode in the phase shifter 200 according to another embodiment of the present application for each frequency as a result according to an experimental example of the present application.

도 8에서 △DC Voltage1과 △DC_Voltage2는 본 360° 위상 천이기(200)에 포함된 2개의 본 위상 천이기(100) 각각에 인가되는 직류 전압의 크기 변화를 의미한다.In FIG. 8 , ΔDC Voltage1 and ΔDC_Voltage2 mean a change in the magnitude of a DC voltage applied to each of the two main phase shifters 100 included in the 360° phase shifter 200 .

도 8을 참조하면, 5.6~6.0GHz에서, 180° 이상의 위상을 천이할 수 있는 본 위상 천이기(100) 2개를 2-stage 구조로 직렬 연결한 본 360° 위상 천이기(200)가360° 입력신호를 변화시킬 수 있음을 확인할 수 있다. 즉, 본 360° 위상 천이기(200)를 통해 입력신호에 대하여 360°의 위상 천이가 가능함을 확인할 수 있다. 또한, 본 360° 위상 천이기(200)가, 5.0GHz에서는 340도, 5.2GHz에서는 340도, 5.4GHz에서는 354도의 위상 천이를 수행할 수 있음을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 8 , this 360° phase shifter 200 is a 360° phase shifter 200 in which two phase shifters 100 capable of shifting a phase of 180° or more are serially connected in a 2-stage structure at 5.6 to 6.0 GHz. ° It can be confirmed that the input signal can be changed. That is, it can be confirmed that a phase shift of 360° is possible with respect to the input signal through the 360° phase shifter 200 . In addition, it can be seen that the 360° phase shifter 200 can perform a phase shift of 340 degrees at 5.0 GHz, 340 degrees at 5.2 GHz, and 354 degrees at 5.4 GHz.

도 9는 본원의 일 실험예에 따른 결과로서, 전자 제어를 통해 본원의 다른 일 실시예에 따른 위상 천이기(200, 즉 2단으로 구성된 위상 천이기)의 삽입 손실이 개선된 결과의 예를 나타낸 도면이다.9 is a result according to an experimental example of the present application, showing an example of the result of improved insertion loss of the phase shifter (200, that is, a phase shifter composed of two stages) according to another embodiment of the present application through electronic control. the drawing shown.

도 9를 참조하면, 본 360° 위상 천이기(200)의 경우, 전자 제어가 이루어지기 전(Before Process) 대비 전자 제어가 이루어진 후(After Process)가 삽입 손실(Insertion Loss)이 개선됨을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 9 , in the case of the 360° phase shifter 200, it can be confirmed that the insertion loss is improved after the electronic control is performed (After Process) compared to before the electronic control is performed (Before Process). have.

한편, 상술한 설명에서, 버랙터 다이오드와 전송선로가 직렬 연결로 이루어진 반사부하(10, 20)는 튜너블(Tunable) 전송선로(10, 20)라 달리 지칭될 수 있다. 즉, 제1 반사부하(10)는 제1 튜너블 전송선로(10), 제2 반사부하(20)는 제2 튜너블 전송선로(20)라 달리 지칭될 수 있다.Meanwhile, in the above description, the reflective loads 10 and 20 in which the varactor diode and the transmission line are connected in series may be referred to as tunable transmission lines 10 and 20 differently. That is, the first reflective load 10 may be referred to as a first tunable transmission line 10 , and the second reflective load 20 may be referred to as a second tunable transmission line 20 .

본원은 튜너블 전송선로(10, 20)를 이용한 저손실 위상 천이기(100, 200)를 제공할 수 있다. 일반적으로 튜너블 전송선로는 전송선로의 두께 또는 길이의 변화에 의해 임피던스를 조절하는 전송선로를 의미할 수 있다. 본원에서는 버랙터 다이오드의 커패시턴스 변화에 따라 임피던스를 조절할 수 잇다. 따라서, 본원에서 고려되는 튜너블 전송선로(10, 20)라 함은 위상천이기에 연결된 버랙터와 전송선로의 직렬 반사부하를 의미할 수 있다.The present disclosure may provide the low-loss phase shifters 100 and 200 using the tunable transmission lines 10 and 20 . In general, a tunable transmission line may refer to a transmission line whose impedance is adjusted by a change in the thickness or length of the transmission line. Herein, the impedance may be adjusted according to a change in the capacitance of the varactor diode. Accordingly, the tunable transmission lines 10 and 20 considered herein may mean a series reflective load between a varactor connected to a phase shifter and a transmission line.

5세대 이동통신과 MIMO 기술의 도입으로 빔포밍과 빔스티어링 기술의 중요도가 높아지고 있으며, 저손실의 위상 천이기 설계가 그 성능을 좌우하게 된다. 공진을 이용했던 종래의 위상 천이기에서는 공진에 따른 전력손실의 증대로 안테나의 방사특성을 저하시키는 문제가 있었다. 달리 말해, 넓은 천이각을 가지며 삽입 손실이 적은 위상 천이기는 MIMO와 빔포밍 기술의 구현에 필수적이라 할 수 있다. 종래의 위상 천이기는 반사부하의 공진에 의하여 높은 전력 손실을 가지는 문제가 있었다. With the introduction of 5G mobile communication and MIMO technology, the importance of beamforming and beam steering technology is increasing, and the design of a low-loss phase shifter determines its performance. In the conventional phase shifter using resonance, there is a problem in that the radiation characteristic of the antenna is deteriorated due to an increase in power loss due to resonance. In other words, a phase shifter having a wide shift angle and low insertion loss is essential for implementing MIMO and beamforming technologies. The conventional phase shifter has a problem in that it has a high power loss due to resonance of a reflective load.

이에, 본원은 삽입 손실을 개선하기 위하여 튜너블 전송선로(10, 20) 기법을 적용한 아날로그 위상 천이기(100, 200)에 대하여 제안한다. 본원은 튜너블 전송선로(10, 20)를 이용한 위상 천이기(100, 200)의 제공을 통해 종래 위상 천이기 대비 손실을 개선하고, 설계 면적을 줄일 수 있다. 또한, 본원은 2개의 위상 천이기(100)를 2-stage로 직렬 연결함으로써 360°의 위상을 변화시킬 수 있는 위상 천이기(200)를 제공할 수 있다.Accordingly, the present application proposes analog phase shifters 100 and 200 to which the tunable transmission line 10 and 20 technique is applied to improve insertion loss. According to the present disclosure, loss compared to a conventional phase shifter can be improved and a design area can be reduced by providing the phase shifters 100 and 200 using the tunable transmission lines 10 and 20 . In addition, the present disclosure may provide a phase shifter 200 capable of changing a phase of 360° by connecting two phase shifters 100 in series in a two-stage manner.

본원에서 제안하는 기술은 반사부하의 리액턴스에 따른 반사계수 변화를 원리로 한다. 본원에서 제안하는 위상 천이기(100, 본 위상 천이기)는 하이브리드 커플러(30)와 2개의 반사부하(10, 20)를 도 2 및 도 10과 같이 구성할 수 있다. The technique proposed in the present application is based on a change in the reflection coefficient according to the reactance of the reflective load. The phase shifter 100 (this phase shifter) proposed herein may include a hybrid coupler 30 and two reflective loads 10 and 20 as shown in FIGS. 2 and 10 .

도 10은 본원의 일 실시예에 따른 위상 천이기(100)에 포함된 반사부하의 회로도 예를 나타낸다.10 shows an example of a circuit diagram of a reflective load included in the phase shifter 100 according to an embodiment of the present disclosure.

도 10을 참조하면, 제1 반사부하(10, 제1 튜너블 전송선로) 및 제2 반사부하(20, 제2 튜너블 전송선로) 각각은 도 10과 같은 회로도로 이루어질 수 있다. 이때, 제1 반사부하(10)에 포함된 제1 버랙터 다이오드(11)는 일예로 제1 커패시터(11)일 수 있고, 제2 버랙터 다이오드(21)는 일예로 제2 커패시터(21)일 수 있다.Referring to FIG. 10 , each of the first reflective load 10 (a first tunable transmission line) and the second reflective load 20 (the second tunable transmission line) may be formed of a circuit diagram as shown in FIG. 10 . In this case, the first varactor diode 11 included in the first reflective load 10 may be, for example, the first capacitor 11 , and the second varactor diode 21 may be, for example, the second capacitor 21 . can be

본원은 반사부하(10, 20)를 버랙터 다이오드(11, 21)와 전송선로(12, 22)의 직렬연결로 구성한 뒤, 전송선로(12, 22)가 커패시턴스 변화 범위 내에서 공진에 따른 전력 손실의 영향을 효과적으로 줄일 수 있다. In the present application, after the reflective loads 10 and 20 are connected in series with the varactor diodes 11 and 21 and the transmission lines 12 and 22, the transmission lines 12 and 22 are powered according to resonance within the capacitance change range. The impact of losses can be effectively reduced.

커패시터(11, 21)와 접지된 전송선로(12, 22)는 하기 수학식 6과 같이 동일한 리액턴스를 가지는 접지된 전송선로(12, 22)로 치환할 수 있고, 커패시턴스를 바꿈에 따라 등가 전송선로의 길이가 변화하게 될 수 있다. 반사부하에 연결 시 하기 수학식 7에 따라 등가 전송선로의 위상의 2배만큼 천이하게 될 수 있다.The capacitors 11 and 21 and the grounded transmission lines 12 and 22 can be replaced with the grounded transmission lines 12 and 22 having the same reactance as in Equation 6 below, and by changing the capacitance, an equivalent transmission line may vary in length. When connected to a reflective load, it may be shifted by twice the phase of the equivalent transmission line according to Equation 7 below.

다시 말해, 반사부하(10, 20)의 커패시턴스와 전송선로(12, 22)를 접지된 등가 전송선로로 아래 수학식 6을 통하여 치환할 수 있다. 또한, 하기 수학식 7를 통해 입력신호의 위상이 등가 전송선로 길이의 2배만큼 위상이 천이됨을 알 수 있다.In other words, the capacitance of the reflective loads 10 and 20 and the transmission lines 12 and 22 can be replaced with the grounded equivalent transmission lines through Equation 6 below. In addition, it can be seen that the phase of the input signal is shifted by twice the length of the equivalent transmission line through Equation 7 below.

[수학식 6][Equation 6]

Figure 112019118001218-pat00016
Figure 112019118001218-pat00016

[수학식 7][Equation 7]

Figure 112019118001218-pat00017
Figure 112019118001218-pat00017

종래의 위상 천이기의 경우, 360° 의 위상을 표현하기 위해서는 리액턴스가 무한히 변화하는 공진이 일어나야 했으며, 이는 저항 성분에 전류가 집중되게 하여 부하의 손실을 증대시키는 문제가 있다.In the case of the conventional phase shifter, in order to express a phase of 360°, resonance in which reactance is infinitely changed has to occur, which causes current to be concentrated in the resistance component, thereby increasing the loss of the load.

이에, 본원은 공진이 발생하지 않도록 반사부하를 구성(즉, 버랙터 다이오드와 전송선로가 서로 직렬 연결을 이루도록 반사부하를 구성)하여 손실을 낮추도록 하며, 더하여 2-stage의 직렬 연결을 통하여 360°의 전(全) 위상을 조정할 수 있도록 하는 위상 천이기(100, 200)를 제공할 수 있다.Accordingly, the present application configures the reflective load so that resonance does not occur (that is, configures the reflective load so that the varactor diode and the transmission line form a series connection with each other) to lower the loss, and in addition, 360 through the 2-stage series connection It is possible to provide the phase shifters 100 and 200 for adjusting the entire phase of °.

도 11은 본원의 일 실험예에 따른 결과로서, 본원의 일 실시예에 따른 위상 천이기(100)의 버랙터 다이오드에 인가되는 DC 전압의 변화에 따른 삽입 손실을 나타낸 도면이다. 도 11에서, 'Conventional'은 종래의 위상 천이기(종래 공진형 위상 천이기)의 경우를 의미하고, 'Simulation of Proposed'는 본원에서 제안하는 본 위상 천이기(100)의 시뮬레이션 결과를 의미하고, 'Experiment of Proposed'는 본원에서 제안하는 본 위상 천이기(100)의 실험 결과의 예를 나타낸 도면이다. 11 is a view showing an insertion loss according to a change in a DC voltage applied to a varactor diode of the phase shifter 100 according to an embodiment of the present application as a result according to an experimental example of the present application. 11, 'Conventional' means a case of a conventional phase shifter (conventional resonant phase shifter), and 'Simulation of Proposed' means a simulation result of the present phase shifter 100 proposed herein, , 'Experiment of Proposed' is a diagram showing an example of an experimental result of the present phase shifter 100 proposed in the present application.

또한, 도 12는 본원의 일 실험예에 따른 결과로서, 본원의 일 실시예에 따른 위상 천이기(100)의 버랙터 다이오드에 인가되는 DC 전압의 변화에 따른 위상 변화를 나타낸 도면이다.12 is a view showing a phase change according to a change in a DC voltage applied to a varactor diode of the phase shifter 100 according to an embodiment of the present application as a result according to an experimental example of the present application.

도 13은 본원의 일 실험예에 따른 결과로서, 본원의 일 실시예에 따른 위상 천이기(100)와 종래의 위상 천이기의 성능 비교를 나타낸 도면이다. 도 13에서, 'Conventional'은 종래의 위상 천이기에 의한 결과를 나타내고, 'Proposed'는 본원에서 제안하는 본 위상 천이기(100)에 의한 결과를 나타낸다. 또한, 'IL'은 도 2의 Input과 Output 간의 삽입 손실(Insertion Loss)의 크기를 나타낸다. 이때, 'Proposed'와 관련하여 기재된 값 중 괄호 안에 기재된 값은 시뮬레이션 결과 값을 의미한다.13 is a diagram illustrating performance comparison between the phase shifter 100 according to an embodiment of the present application and a conventional phase shifter as a result according to an experimental example of the present application. In FIG. 13 , 'Conventional' indicates a result by the conventional phase shifter, and 'Proposed' indicates a result by the present phase shifter 100 proposed herein. In addition, 'IL' represents the size of an insertion loss between the input and output of FIG. 2 . At this time, among the values described in relation to 'Proposed', the values in parentheses mean the simulation result values.

이하 본원의 일 실험결과를 설명함에 있어서, 본 위상 천이기(100)와의 성능 비교 대상이 되는 종래의 위상 천이기(Conventional)라 함은 예시적으로 상술한 종래 의 문헌 1[Chien-San Lin, Sheng-Fuh Chang and Wen- Chun Hsiao, "A Full-360Reflection-Type Phase Shifter With Constant Insertion Loss", IEEE Trans. Microwave Theory Tech, vol.18, No.2, pp.106-108, February, 2008]에서 제작된 위상 천이기를 의미할 수 있다.Hereinafter, in describing the experimental results of the present application, the conventional phase shifter (Conventional), which is a performance comparison target with the present phase shifter 100, is exemplarily referred to as the above-mentioned conventional document 1 [Chien-San Lin, Sheng-Fuh Chang and Wen-Chun Hsiao, “A Full-360Reflection-Type Phase Shifter With Constant Insertion Loss”, IEEE Trans. Microwave Theory Tech, vol.18, No.2, pp.106-108, February, 2008] may mean a phase shifter manufactured.

도 11 내지 도 13을 참조하면, 본원에서 제안하는 위상 천이기(100, 본 위상 천이기)는 버랙터 다이오드와 전송선로가 직렬 연결된 튜너블 전송선로(반사부하)(10, 20)를 구현함으로써, 종래의 위상 천이기 대비 삽입 손실을 약 22.5%p 개선할 수 있다. 더불어, 본원에서 제안하는 위상 천이기(100)에 의하면, 반사부하(10, 20)를 단순화함으로써 본 위상 천이기(100)의 설계에 필요한 면적을 종래의 위상 천이기(100) 대비 약 5분의 1로 줄일 수 있다. 이러한 본원에서 제안하는 위상 천이기(100)는 5G의 sub-6GHz RF 시스템의 복잡도와 전력부담을 경감시키는데 기여할 수 있으며, 이는 실험 결과를 통해 확인할 수 있다.11 to 13 , the phase shifter 100 (this phase shifter) proposed herein implements a tunable transmission line (reflected load) 10, 20 in which a varactor diode and a transmission line are connected in series. , it is possible to improve the insertion loss by about 22.5% p compared to the conventional phase shifter. In addition, according to the phase shifter 100 proposed herein, the area required for designing the phase shifter 100 is reduced by about 5 minutes compared to the conventional phase shifter 100 by simplifying the reflective loads 10 and 20 . can be reduced to 1. The phase shifter 100 proposed herein can contribute to reducing the complexity and power burden of a sub-6 GHz RF system of 5G, which can be confirmed through experimental results.

또한, 본 위상 천이기(100)에 포함된 제1 버랙터 다이오드(11)의 커패시턴스 값(C1)과 제2 버랙터 다이오드(21)의 커패시턴스 값(C2)은 일예로 같은 값을 가질 수 있다. 예시적으로, C1 값과 C2 값은 '0.1 ≤ C1,2 ≤ 1.2 [pF]' 의 조건을 만족하도록 설정될 수 있다.In addition, the capacitance value C1 of the first varactor diode 11 and the capacitance value C2 of the second varactor diode 21 included in the phase shifter 100 may have, for example, the same value. . For example, the C1 value and the C2 value may be set to satisfy the condition of '0.1 ≤ C1,2 ≤ 1.2 [pF]'.

도 14은 본원의 일 실험예에 따른 결과로서, 본원의 일 실시예에 따른 위상 천이기(100)에서 주파수에 따른 입출력 크기의 변화(a)와 주파수에 따른 입출력 위상의 변화(b)를 나타낸 도면이다.14 is a result according to an experimental example of the present application, showing a change in the input/output size according to frequency (a) and a change in input/output phase according to frequency (b) in the phase shifter 100 according to an embodiment of the present application It is a drawing.

도 14를 참조하면, 시뮬레이션 상으로 본 위상 천이기(100)의 경우, 커패시턴스가 0.1pF 일 때, -3dB 이내에서는 2.2GHz, -2dB 이내에서는 2.0GHz, -1dB 이내에서는 1.2GHz 의 대역폭을 가지며 동작하는 특성을 보임을 확인할 수 있다.14, in the case of the phase shifter 100 as seen in simulation, when the capacitance is 0.1pF, it has a bandwidth of 2.2 GHz within -3 dB, 2.0 GHz within -2 dB, and 1.2 GHz within -1 dB. It can be seen that the characteristics of operation are shown.

도 15는 본원의 일 실험예에 따른 결과로서, 본원의 다른 일 실시예에 따른 위상 천이기(200, 본 360° 위상 천이기)와 종래의 위상 천이기의 성능 비교를 나타낸 도면이다. 도 15에서, 'Conventional'은 종래의 위상 천이기에 의한 결과를 나타내고, 'Proposed'는 본 360° 위상 천이기(200)에 의한 실험 결과를 나타낸다. 이때, 'Proposed'와 관련하여 기재된 값 중 괄호 안에 기재된 값은 시뮬레이션 결과 값을 의미한다.15 is a diagram illustrating performance comparison between a phase shifter 200 (this 360° phase shifter) according to another embodiment of the present application and a conventional phase shifter as a result according to an experimental example of the present application. In FIG. 15 , 'Conventional' indicates a result obtained by the conventional phase shifter, and 'Proposed' indicates an experimental result by the present 360° phase shifter 200 . At this time, among the values described in relation to 'Proposed', the values in parentheses mean the simulation result values.

도 15를 참조하면, 본 360° 위상 천이기(200)는 시뮬레이션 결과 종래의 위상 천이기 대비 26.79%p 의 전력효율(η)이 향상됨을 확인할 수 있다. 또한, 본 360° 위상 천이기(200)는 실험 결과 최대 8.78%p 의 전력 효율이 향상됨을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 15 , it can be confirmed that the power efficiency (η) of the 360° phase shifter 200 is improved by 26.79% p compared to the conventional phase shifter as a result of simulation. In addition, it can be confirmed that the 360° phase shifter 200 has improved power efficiency of up to 8.78% p as a result of the experiment.

도 16은 본원의 일 실험예에 따른 결과로서, 본원에서 제안하는 위상 천이기(100, 200)와 이상적인 위상 천이기 간의 성능(삽입 손실) 비교를 나타낸 도면이다.16 is a view showing a comparison of performance (insertion loss) between the phase shifters 100 and 200 proposed in the present application and an ideal phase shifter as a result according to an experimental example of the present application.

도 16에서, Experiment는 본원의 일 실험에 따른 결과를 나타내고, EM Simulation는 본원의 일 실시예에 따른 시뮬레이션 결과의 예를 나타내고, Ideal은 이상적인 위상 천이기의 결과를 나타낸다.In FIG. 16 , Experiment indicates a result according to an experiment of the present application, EM Simulation indicates an example of a simulation result according to an embodiment of the present application, and Ideal indicates a result of an ideal phase shifter.

도 16을 참조하면, 본원에서 제안하는 위상 천이기(100, 200)는 모두 튜너블 전송선로(10, 20) 기법(즉, 버랙터 다이오드와 전송선로를 직렬 연결 형태로 구현하는 기법)의 적용을 통해 삽입 손실을 줄임으로써, 이상적인 위상 천이기에 가깝게 설계 가능함을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 16 , the phase shifters 100 and 200 proposed herein apply the tunable transmission line 10 and 20 technique (that is, a technique for implementing a varactor diode and a transmission line in a serial connection form). It can be confirmed that by reducing the insertion loss through , it is possible to design close to the ideal phase shifter.

이처럼, 본원은 튜너블 전송선로(10, 20)를 포함하는 위상 천이기를 2-stage 직렬로 연결함으로써, 빔포밍에 이용되는 360° 저손실 위상 천이기(본 360° 위상 천이기, 200)를 구현할 수 있다.As such, the present application implements a 360° low-loss phase shifter (this 360° phase shifter, 200) used for beamforming by connecting the phase shifters including the tunable transmission lines 10 and 20 in series in 2-stage. can

또한, 본원은 반사부하(10, 20)를 커패시터(11, 21)와 λ/8의 전송선로를 직렬 연결하여 본 위상 천이기(100)를 구현함으로써, 180° 이상의 천이각을 가지고 선형성을 띄며 위상을 제어할 수 있다.In addition, the present application implements the phase shifter 100 by connecting the reflective loads 10 and 20 to the capacitors 11 and 21 and a transmission line of λ/8 in series, thereby exhibiting linearity with a transition angle of 180° or more. You can control the phase.

또한, 본 360° 위상 천이기(200)는 종래의 위상 천이기 대비 8.78%p 손실(삽입 손실)을 개선할 수 있다. 또한 본 360° 위상 천이기(200)는 설계에 필요한 면적을 종래의 위상 천이기 설계시 대비 8 분의 3으로 면적을 줄일 수 있다.In addition, the present 360° phase shifter 200 can improve p- loss (insertion loss) by 8.78% compared to the conventional phase shifter. In addition, the 360° phase shifter 200 can reduce an area required for design to three-eighths compared to that of a conventional phase shifter design.

이러한 본원에서 제안하는 위상 천이기(100, 200)는 5G Sub - 6GHz 베이스 스테이션(Base station), 레이더, 무선전력 전송 송신기 등에 적용하여 RF 시스템의 복잡도와 전력 부담을 효과적으로 개선할 수 있다.The phase shifters 100 and 200 proposed herein can be applied to a 5G Sub-6GHz base station, a radar, a wireless power transmission transmitter, etc. to effectively improve the complexity and power burden of the RF system.

도 17은 본원의 일 실험예에 따른 결과로서, 본원에서 제안하는 기술에 따라 제작된 위상 천이기(100, 200)의 스미스 차트를 나타낸 도면이다. 다시 말해, 도 17은 본원의 일 실험예에 따른 결과로서, 본원의 일 실시예에 따른 본 위상 천이기(100, 200)에서 각 주파수별 직류 전압의 변화에 따른 반사계수의 변화를 스미스차트(Smith chart)로 나타낸 도면이다.17 is a view showing a Smith chart of the phase shifters 100 and 200 manufactured according to the technology proposed in the present application as a result according to an experimental example of the present application. In other words, FIG. 17 is a Smith chart showing a change in a reflection coefficient according to a change in a DC voltage for each frequency in the phase shifters 100 and 200 according to an embodiment of the present application as a result according to an experimental example of the present application. Smith chart).

특히, 도 17에서 (a) 내지 (f)는, 각각 5.8GHz, 5.0GHz, 5.2GHz, 5.4GHz, 5.6GHz, 및 6.0GHz에서 직류 전압의 변화에 따른 반사계수의 변화를 스미스차트로 나타낸 도면이다.In particular, (a) to (f) in FIG. 17 is a view showing the change of the reflection coefficient according to the change of the DC voltage at 5.8 GHz, 5.0 GHz, 5.2 GHz, 5.4 GHz, 5.6 GHz, and 6.0 GHz, respectively, as a Smith chart. to be.

도 17을 참조하면, 제안된 위상 천이기(100, 200)에 포함된 반사부하의 반사계수는, 5 내지 6 GHz 사이의 주파수 대역에서 직류 전압의 변화에 따라 변화될 수 있다. 또한, 이러한 직류 전압의 변화에 따라 반사부하에 포함된 버랙터 다이오드의 커패시턴스가 변화됨으로써, 그에 따라 제안된 위상 천이기(100, 200)의 위상각이 천이될 수 있다.Referring to FIG. 17 , a reflection coefficient of a reflective load included in the proposed phase shifters 100 and 200 may be changed according to a change in a DC voltage in a frequency band between 5 and 6 GHz. In addition, as the capacitance of the varactor diode included in the reflective load is changed according to the change in the DC voltage, the phase angles of the proposed phase shifters 100 and 200 may be shifted accordingly.

다시 말하자면, 위상 천이기 제작의 핵심 원리인 반사계수의 위상 변화와 이에 따른 손실의 크기를 스미스 차트를 통해 시각적으로 표현한 도면이 도 17에 도시되어 있다. 본원의 일 실험에서 이용된 위상 천이기는 5.8 GHz 중심으로 하는 ISM 대역에 이용됨을 전제로 하였기 때문에, 5.8GHz에서는 원형으로 스미스 차트가 도시되어 비교적 일정한 전력 손실의 크기를 보이는 한편, 타주파수에서는 타원형의 스미스 차트가 도시됨을 확인할 수 있다. 또한, 스미스 차트는 원의 중심을 향할수록 전력 손실의 크기가 큰 것을 의미하며, 동심원의 반지름이 클수록 전력 손실의 크기가 작은 것을 의미한다.In other words, FIG. 17 is a diagram that visually expresses the phase change of the reflection coefficient, which is a core principle of manufacturing the phase shifter, and the magnitude of the loss according to the phase change through the Smith chart. Since the phase shifter used in one experiment of the present application was premised to be used in the ISM band centered at 5.8 GHz, a Smith chart is shown in a circular shape at 5.8 GHz, showing a relatively constant power loss, while at other frequencies, it has an elliptical shape. It can be seen that the Smith chart is shown. In addition, the Smith chart means that the magnitude of the power loss increases toward the center of the circle, and the larger the radius of the concentric circle, the smaller the magnitude of the power loss.

이하에서는 본원에서 제안하는 위상 천이기(100, 200)의 동작 방법과 관련하여, 위상 변화 방법, 손실 최소화 알고리즘 적용 기술 및 선형화 알고리즘 적용 기술에 대하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, in relation to the operation method of the phase shifters 100 and 200 proposed in the present application, a phase change method, a loss minimization algorithm application technology, and a linearization algorithm application technology will be described in detail.

먼저, 위상 변화 방법에 대한 설명은 도 18을 참조하여 보다 쉽게 이해될 수 있다.First, the description of the phase change method may be more easily understood with reference to FIG. 18 .

도 18은 본원의 일 실시예에 따른 위상 천이기(100, 본 위상 천이기)의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다. 즉, 도 18은 도 2의 구성을 달리 표현한 예이다.18 is a diagram schematically illustrating a configuration of a phase shifter 100 (this phase shifter) according to an embodiment of the present application. That is, FIG. 18 is an example in which the configuration of FIG. 2 is expressed differently.

도 18을 참조하면, 본 위상 천이기(100)는 하나의 하이브리드 커플러(30)와 2개의 반사부하(Reflection Load)(10, 20)의 연결로 이루어질 수 있다. 반사부하(10, 20)는 버랙터(Varactor) 다이오드(11, 21)와 전송선로(12, 22)의 직렬 연결로 구성될 수 있다. 전송선로(12, 22) 각각은 접지된 전송선로로서, 하기 수학식 8에 따라 인덕터로 동작할 수 있다.Referring to FIG. 18 , the phase shifter 100 may be configured by connecting one hybrid coupler 30 and two reflection loads 10 and 20 . The reflective loads 10 and 20 may be configured by a series connection between the varactor diodes 11 and 21 and the transmission lines 12 and 22 . Each of the transmission lines 12 and 22 is a grounded transmission line and may operate as an inductor according to Equation 8 below.

[수학식 8][Equation 8]

Figure 112019118001218-pat00018
Figure 112019118001218-pat00018

여기서, ZL은 전송선로(12, 22)의 임피던스, Z0 은 특성 임피던스로서 일예로 50 Ω 일 수 있다. 또한,

Figure 112019118001218-pat00019
이고, λ=c/f 일 수 있다. λ는 파장의 길이, c는 광속, f는 주파수를 의미할 수 있다.
Figure 112019118001218-pat00020
은 전송선로(12, 22)의 물리적 길이를 의미하고,
Figure 112019118001218-pat00021
는 전송선로(12, 22)의 전기적 길이(deg)를 의미할 수 있다.
Figure 112019118001218-pat00022
는 2πf이고,
Figure 112019118001218-pat00023
은 인덕턴스를 의미할 수 있다.Here, Z L is the impedance of the transmission lines 12 and 22 , and Z 0 is a characteristic impedance and may be, for example, 50 Ω. Also,
Figure 112019118001218-pat00019
and λ=c/f. λ may indicate the length of a wavelength, c may indicate a speed of light, and f may indicate a frequency.
Figure 112019118001218-pat00020
means the physical length of the transmission line (12, 22),
Figure 112019118001218-pat00021
may mean the electrical length (deg) of the transmission lines (12, 22).
Figure 112019118001218-pat00022
is 2πf,
Figure 112019118001218-pat00023
may mean inductance.

본 위상 천이기(100)는 직류 전압(DC Voltage)을 인가하여 버랙터 다이오드(11, 21)의 커패시턴스를 변화시킬 수 있으며, 이를 통해 입력 신호의 위상을 변화시켜 출력할 수 있다. 반사부하(10, 20)의 임피던스는 하기 수학식 9과 같이 표현될 수 있다. 또한, 본 위상 천이기(100)로 변화되는 위상의 크기는 하기 수학식 10에 따라 도 4와 같이 표현될 수 있다.The phase shifter 100 may change the capacitance of the varactor diodes 11 and 21 by applying a DC voltage, thereby changing the phase of the input signal and outputting it. The impedance of the reflective loads 10 and 20 may be expressed as in Equation 9 below. Also, the magnitude of the phase changed by the phase shifter 100 may be expressed as shown in FIG. 4 according to Equation 10 below.

[수학식 9][Equation 9]

Figure 112019118001218-pat00024
Figure 112019118001218-pat00024

[수학식 10][Equation 10]

Figure 112019118001218-pat00025
Figure 112019118001218-pat00025

여기서, Zin 은 반사부하(10, 20)의 임피던스, x는 반사부하(10, 20)의 리액턴스,

Figure 112019118001218-pat00026
는 반사계수의 위상을 나타낸다.Here, Z in is the impedance of the reflective loads (10, 20), x is the reactance of the reflective loads (10, 20),
Figure 112019118001218-pat00026
represents the phase of the reflection coefficient.

엄밀히 말하자면, 탄젠트 함수는 [-90°, 90°]에서만 역함수가 정의되지만, 도 4에서는 위상 변화를 직관적으로 파악하고자 그 밖의 범위도 함께 표현하였다.Strictly speaking, the inverse function of the tangent function is defined only in [-90°, 90°], but in FIG. 4 , other ranges are also expressed in order to intuitively grasp the phase change.

예시적으로, 본원에서 제안하는 위상 천이기(100, 200)는 리액턴스(x)가 -100 ~ 50인 경우, 위상이 220 deg 만큼 변화될 수 있다. 또한, 본원에서 제안하는 위상 천이기(100, 200)는 리액턴스가 -∞ ~ ∞ 일 때, 위상이 360 deg 만큼 변화될 수 있다.For example, when the reactance (x) of the phase shifters 100 and 200 proposed herein is -100 to 50, the phase may be changed by 220 deg. In addition, when the reactance of the phase shifters 100 and 200 proposed herein is -∞ to ∞, the phase may be changed by 360 deg.

본원에서 제안하는 위상 천이기(100, 200)는 직류 전압 포트(3)로부터 제공되는 직류 전압을 통해 버랙터 다이오드(11, 21)의 커패시턴스 C 값을 조정함으로써, 반사부하(10, 20)의 리액턴스를 변화시킬 수 있으며, 이로 인해 위상이 천이될 수 있다.The phase shifters 100 and 200 proposed herein adjust the capacitance C value of the varactor diodes 11 and 21 through the DC voltage provided from the DC voltage port 3, so that the reflective loads 10 and 20 You can change the reactance, which can cause the phase to shift.

본 위상 천이기(100, 200)에서, 하이브리드 커플러(30)와 반사부하(10, 20) 사이에는 임피던스 매칭(Impedance Matching)을 위한 매칭단이 추가로 연결되도록 마련될 수 있다. 이러한 매칭단은 오픈 스텁(Open Stub) 방식(즉, 전송선로를 접지시키지 않고 병렬로 연결하는 방식)으로 하이브리드 커플러(30)와 반사부하(10, 20) 사이에 연결될 수 있으며, 양 매칭단에 동일하게 연결해 줄 수 있다.In the phase shifters 100 and 200 , a matching terminal for impedance matching may be additionally connected between the hybrid coupler 30 and the reflective loads 10 and 20 . Such a matching terminal may be connected between the hybrid coupler 30 and the reflective loads 10 and 20 in an open stub method (ie, a method of connecting the transmission line in parallel without grounding), and at both matching terminals can be connected in the same way.

하이브리드 커플러(30) 내 전송선로(35, 36, 37, 38)의 특성 임피던스에 관한 보다 구체적인 설명은 다음과 같다.A more detailed description of the characteristic impedance of the transmission lines 35 , 36 , 37 , and 38 in the hybrid coupler 30 is as follows.

고주파 회로에서 전압과 전류(Traveling Voltage and current Waves)는 전기 신호의 이동 거리 변수에 의존적이므로, 파동 방정식에 의해 하기 수학식 11과 수학식 12와 같이 표현될 수 있다.Since Traveling Voltage and Current Waves in a high-frequency circuit depend on the travel distance variable of an electric signal, they can be expressed as Equations 11 and 12 by the wave equation.

[수학식 11][Equation 11]

Figure 112019118001218-pat00027
Figure 112019118001218-pat00027

[수학식 12][Equation 12]

Figure 112019118001218-pat00028
Figure 112019118001218-pat00028

도 19는 전압과 전류의 정의(a) 및 전송선로의 증분 길이(incremental lenght)에 대한 등가 회로(equivalent circuit)의 예를 나타낸다.19 shows an example of an equivalent circuit for the definitions of voltage and current (a) and the incremental length of a transmission line.

도 19에 따른 고주파에서의 전송선로 특성에 따라 하기 수학식 13이 성립될 수 있다.The following Equation 13 may be established according to the characteristics of the transmission line at high frequency according to FIG. 19 .

[수학식 13][Equation 13]

Figure 112019118001218-pat00029
Figure 112019118001218-pat00029

이때, 상기 수학식 12와 수학식 13을 연립하면 하기 수학식 14와 같이 나타낼 수 있다.In this case, if Equation 12 and Equation 13 are combined, it can be expressed as Equation 14 below.

[수학식 14][Equation 14]

Figure 112019118001218-pat00030
Figure 112019118001218-pat00030

상기 수학식 14를 이용하여, 전송선로 중 마이크로스트립 전송선로(Microstrip Transmission Line)는 프린징 효과(Fringing Effect)를 고려하여 실험적으로 하기 수학식 15이 도출될 수 있다. 여기서, 프린징 효과는 이상적인 가정과 달리 공간 내에 자기가 균일하게 형성되지 않는 현상을 의미한다.Using Equation 14, the following Equation 15 may be experimentally derived in consideration of the fringing effect of the microstrip transmission line among the transmission lines. Here, the fringing effect refers to a phenomenon in which magnetism is not uniformly formed in space, unlike an ideal assumption.

[수학식 15][Equation 15]

Figure 112019118001218-pat00031
Figure 112019118001218-pat00031

여기서,

Figure 112019118001218-pat00032
는 유효 유전율(Effective dielectric constant)을 의미한다.
Figure 112019118001218-pat00033
는 마이크로스트립 전송선로의 높이,
Figure 112019118001218-pat00034
는 마이크로스트립 전송선로의 두께를 의미한다.
Figure 112019118001218-pat00035
는 마이크로스트립 전송선로를 제작하는데 사용된 유전체의 유전율을 의미한다.here,
Figure 112019118001218-pat00032
denotes an effective dielectric constant.
Figure 112019118001218-pat00033
is the height of the microstrip transmission line,
Figure 112019118001218-pat00034
is the thickness of the microstrip transmission line.
Figure 112019118001218-pat00035
is the dielectric constant of the dielectric used to fabricate the microstrip transmission line.

일반적으로 특성 임피던스는 Z0=50 Ω 이지만, 하이브리드 커플러(30)의 특성으로 인해 상기 수학식 15에 의한 특성 임피던스가

Figure 112019118001218-pat00036
이 필요하게 되었고, 이를
Figure 112019118001218-pat00037
로 표현하기도 한다.In general, the characteristic impedance is Z 0 =50 Ω, but due to the characteristics of the hybrid coupler 30, the characteristic impedance according to Equation 15 is
Figure 112019118001218-pat00036
was needed, and
Figure 112019118001218-pat00037
It is also expressed as

한편, 본원에서 반사부하(10, 20)를 버랙터 다이오드와 전송선로 간의 직렬 구조로 연결한 이유에 대해 설명하면 다음과 같다.Meanwhile, in the present application, the reason for connecting the reflective loads 10 and 20 in a series structure between the varactor diode and the transmission line will be described as follows.

도 20은 본원의 일 실시예에 따른 위상 천이기에서 반사부하 내 버랙터 다이오드와 전송선로를 직렬 구조로 연결한 이유를 설명하기 위한 도면이다.20 is a diagram for explaining the reason for connecting a varactor diode and a transmission line in a reflective load in a series structure in the phase shifter according to an embodiment of the present application.

도 20에서, R1, R2는 버랙터 다이오드에 기생적인 저항을 의미하며, 이는 이상적인 경우 그 크기가 0이 될 수 있다. 인덕터는 nH, 커패시터는 pH, 저항은 1~4 Ω의 소자가 이용될 수 있으며, 예시적으로 5.8Hz에서 동작하도록 하였다.In FIG. 20, R1 and R2 mean parasitic resistances of the varactor diode, which may have a magnitude of 0 in an ideal case. An inductor of nH, a capacitor of pH, and a resistance of 1 to 4 Ω can be used, for example, to operate at 5.8 Hz.

일반적인 경우에는 무관하나, LC 공진이 일어나는 경우에는 병렬 구조와 직렬 구조의 저항 성분 및 임피던스 실수 부분의 크기가 달라지게 되며, 이는

Figure 112019118001218-pat00038
로 표현되는 전력 손실과 관련될 수 있다. 병렬 구조의 경우는 하기 수학식 16과 같이 표현되고, 직렬 구조의 경우는 하기 수학식 17과 같이 표현될 수 있다.In general, it is irrelevant, but when LC resonance occurs, the size of the resistance component and the impedance real part of the parallel structure and the series structure will be different, which
Figure 112019118001218-pat00038
It can be related to the power loss expressed as . The parallel structure may be expressed as Equation 16 below, and the serial structure may be expressed as Equation 17 below.

[수학식 16][Equation 16]

Figure 112019118001218-pat00039
Figure 112019118001218-pat00039

[수학식 17][Equation 17]

Figure 112019118001218-pat00040
Figure 112019118001218-pat00040

이에 따르면, 본 위상 천이기(100)에서는, 임피던스의 실수부분과 비례하는 전력 손실의 식에 따라 직렬 구조를 이용함으로써 저손실을 달성할 수 있다. 본원에서 제안하는 반사부하의 구조에 의하면(즉, 본원에서 제안하는 기법을 통해 반사부하를 구성하면), 본원은 공진으로 인해 저항에서 발생하는 전력 손실의 크기를 경감시킬 수 있다. 이는 상술한 수학식 16 및 수학식 17을 이용해 증명될 수 있다. Accordingly, in the present phase shifter 100, a low loss can be achieved by using a series structure according to the equation of power loss proportional to the real part of the impedance. According to the structure of the reflective load proposed in the present application (ie, if the reflective load is configured through the technique proposed herein), the present application can reduce the magnitude of power loss occurring in the resistor due to resonance. This can be proved using Equations 16 and 17 described above.

이하에서는 본원에서 제안하는 위상 천이기(100, 200)에 적용되는 손실 최소화 알고리즘 기술에 대하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the loss minimization algorithm technology applied to the phase shifters 100 and 200 proposed in the present application will be described as follows.

도 21은 본원의 다른 일 실시예에 따른 위상 천이기인 360° 위상 천이기(200)의 실제 제작 사진의 예를 나타낸 도면이고, 도 22는 본원의 다른 일 실시예에 따른 위상 천이기인 360° 위상 천이기(200)의 회로도의 예를 나타낸 도면이다.21 is a view showing an example of an actual production photograph of a 360° phase shifter 200, which is a phase shifter according to another embodiment of the present application, and FIG. 22 is a 360° phase shifter according to another embodiment of the present application. It is a diagram showing an example of a circuit diagram of the shifter 200 .

도 21 및 도 22를 참조하면, 본 360° 위상 천이기(200)는 2개의 위상 천이기(101, 102)로서 제1 위상 천이기(101)와 제2 위상 천이기(102)를 포함할 수 있다. 여기서, 제1 위상 천이기(101)와 제2 위상 천이기(102) 각각은 상술한 본 위상 천이기(100)와 동일한 구조와 기능을 갖는 위상 천이기일 수 있다. 따라서, 이하 생략된 내용이라 하더라도, 앞서 본 위상 천이기(100)에 대하여 설명된 내용은 제1 위상 천이기(101) 및 제2 위상 천이기(102) 각각에 대한 설명에도 동일하게 적용될 수 있다.21 and 22 , the 360° phase shifter 200 may include a first phase shifter 101 and a second phase shifter 102 as two phase shifters 101 and 102 . can Here, each of the first phase shifter 101 and the second phase shifter 102 may be a phase shifter having the same structure and function as the aforementioned phase shifter 100 . Accordingly, even if omitted below, the descriptions of the phase shifter 100 may be equally applied to the descriptions of the first phase shifter 101 and the second phase shifter 102 , respectively. .

본 360° 위상 천이기(200)는 본 위상 천이기(100)를 2개로 직렬 연결함으로써 360도의 위상을 변화시킬 수 있다. 즉, 본 360° 위상 천이기(200)는 제1 위상 천이기(101)와 제2 위상 천이기(102)를 직렬로 연결함으로써 마련될 수 있다.The present 360° phase shifter 200 can change the phase of 360° by connecting two of the present phase shifters 100 in series. That is, the 360° phase shifter 200 may be provided by connecting the first phase shifter 101 and the second phase shifter 102 in series.

본 360° 위상 천이기(200)는 제1 위상 천이기(101)의 출력(Output1)과 제2 위상 천이기(102)의 입력(Input2)을 연결함으로써 마련될 수 있다. The 360 ° phase shifter 200 may be provided by connecting the input (Input 2) of the output (Output 1) and the second phase shifter 102 of the first phase shifter is 101.

이때, 제1 위상 천이기(101)에 대한 전자 제어는 제1 전자 제어(DC Control_1)라 지칭되고, 제2 위상 천이기(102)에 대한 전자 제어는 제2 전자 제어(DC Control_2)라 지칭될 수 있다. 즉, 본 360° 위상 천이기(200)에는 제1 위상 천이기(101)에 직류 전압을 인가하기 위한 제1 직류 전압 포트(3')와 제2 위상 천이기(102)에 직류 전압을 인가하기 위한 제2 직류 전압 포트(3'')가 마련될 수 있다.In this case, the electronic control of the first phase shifter 101 is referred to as a first electronic control (DC Control_1), and the electronic control of the second phase shifter 102 is referred to as a second electronic control (DC Control_2). can be That is, the 360° phase shifter 200 applies a DC voltage to the first DC voltage port 3 ′ for applying the DC voltage to the first phase shifter 101 and the second phase shifter 102 . A second DC voltage port 3 ″ may be provided.

이때, 상술한 직류 전압 포트(3)에 대하여 설명된 내용은, 이하 생략된 내용이라 하더라도 제1 직류 전압 포트(3') 및 제2 직류 전압 포트(3'') 각각에 대한 설명에도 동일하게 적용될 수 있다.At this time, the description of the above-described DC voltage port 3 is the same in the description of each of the first DC voltage port 3' and the second DC voltage port 3'', even if the contents are omitted below. can be applied.

본 360° 위상 천이기(200)는 직류 전압을 인가해주는 2개의 직류 전압 포트(3', 3'')를 개별적으로 제어함으로써 위상을 변화시킬 수 있다. 2개의 위상 천이기(101, 102)가 2-stage로 연결된 본 360° 위상 천이기(200)의 전력 손실은, 공진 손실을 최소화하는 제어 알고리즘을 적용함으로써 완화될 수 있다. 달리 표현해, 본 360° 위상 천이기(200)는 공진 손실을 최소화하는 제어 알고리즘의 적용을 통해 전력 손실을 줄일 수 있다. 즉, 본 360° 위상 천이기(200)는 제어 알고리즘을 수행할 수 있다.The 360° phase shifter 200 may change the phase by individually controlling the two DC voltage ports 3' and 3'' to which the DC voltage is applied. The power loss of the present 360° phase shifter 200 in which the two phase shifters 101 and 102 are connected in two stages can be mitigated by applying a control algorithm that minimizes the resonance loss. In other words, the 360° phase shifter 200 may reduce power loss by applying a control algorithm that minimizes resonance loss. That is, the 360° phase shifter 200 may perform a control algorithm.

여기서, 제어 알고리즘은 2개의 위상 천이기(101, 102) 각각에 포함되어 있는 버랙터 다이오드(버랙터 다이오드 소자)에 인가되는 직류 전압의 크기를 조정하고, 측정된 공진 손실을 최소화하는 조합을 찾도록 설계될 수 있다. Here, the control algorithm adjusts the magnitude of the DC voltage applied to the varactor diode (varactor diode element) included in each of the two phase shifters 101 and 102, and finds a combination that minimizes the measured resonance loss. can be designed to

상술한 제어 알고리즘의 구현을 위해, 본 360° 위상 천이기(200)는 도 22에 도시된 바와 같이, 이산화하는 아날로그 디지털 컨버터(ADC, analogue to digital converter)(미도시), 메모리부(210), 프로세서부(202), 및 디지털 아날로그 컨버터(DAC, 미도시)를 포함할 수 있다.For the implementation of the above-described control algorithm, the 360° phase shifter 200 is a discretized analog to digital converter (ADC) (not shown) and a memory unit 210 as shown in FIG. 22 . , a processor unit 202 , and a digital-to-analog converter (DAC, not shown).

ADC는 입력(Input)포트와 출력(Output)포트에서 측정된 손실을 이산화할 수 있다. 메모리부(210)는 디지털 신호 혹은 이산화된 디지털 신호를 저장할 수 있다. 프로세서부(220)는 이전 시행의 전력 손실과의 대소(크기)를 비교할 수 있다. 프로세서부(220)는 제어부라 달리 지칭될 수 있다. DAC는 업데이트된 디지털 코드를 다시 제1 직류 전압 포트(3')를 통한 DC Control_1과 제2 직류 전압 포트(3'')를 통한 DC Control_2로 하여, 직류 전압으로 출력할 수 있다. 이러한 구성 요소들을 토대로, 본 360° 위상 천이기(200)는 도 22에 도시된 바와 같은 제어 알고리즘을 수행할 수 있다.The ADC can discretize the loss measured at the input port and the output port. The memory unit 210 may store a digital signal or a discrete digital signal. The processor unit 220 may compare the magnitude (size) with the power loss of the previous trial. The processor unit 220 may be referred to as a control unit differently. The DAC may output the updated digital code as DC Control_1 through the first DC voltage port 3' and DC Control_2 through the second DC voltage port 3'' as a DC voltage. Based on these components, the present 360° phase shifter 200 may perform a control algorithm as shown in FIG. 22 .

도 23은 본원의 다른 일 실시예에 따른 위상 천이기인 360° 위상 천이기(200)에 의해 수행되는 제어 알고리즘의 일예를 나타낸 도면이다. 특히, 도 23에 도시된 제어 알고리즘은 손실 최소화 알고리즘의 예를 나타낸다. 23 is a diagram illustrating an example of a control algorithm performed by the 360° phase shifter 200 which is a phase shifter according to another embodiment of the present application. In particular, the control algorithm shown in FIG. 23 represents an example of a loss minimization algorithm.

도 23에서, V1은 제1 위상 천이기(101)의 제어를 위해 제1 직류 전압 포트(3')를 통하여 인가되는 제어 신호로서, 제1 전자 제어(DC Control_1) 신호를 의미할 수 있다. V2은 제2 위상 천이기(102)의 제어를 위해 제2 직류 전압 포트(3'')를 통하여 인가되는 제어 신호로서, 제2 전자 제어(DC Control_2) 신호를 의미할 수 있다. i1은 제1 위상 천이기(101)로 인가되는 전류를 의미하고, i2는 제2 위상 천이기(102)로 인가되는 전류를 의미할 수 있다.In FIG. 23 , V 1 is a control signal applied through the first DC voltage port 3 ′ for controlling the first phase shifter 101 , and may mean a first electronic control (DC Control_1) signal. . V 2 is a control signal applied through the second DC voltage port 3 ″ for controlling the second phase shifter 102 , and may mean a second electronic control (DC Control_2) signal. i 1 may mean a current applied to the first phase shifter 101 , and i 2 may mean a current applied to the second phase shifter 102 .

도 23을 참조하면, 본 360° 위상 천이기(200)는 V1 과 V2로 측정된 손실 및 V1 과 V2로 측정된 위상을 획득하고, 획득된 값을 사용자가 기 정의한 위상 값 및 최소 손실과 비교할 수 있다. 이러한 비교 결과값을 기초로 파라미터 값을 변화시켜 나갈 수 있으며, 이러한 본 360° 위상 천이기(200)는 위상을 제어하고 변화시킬 수 있다.Referring to Figure 23, the 360 ° phase shifter 200 phase value defined based obtain the phase measured by the loss and V 1 and V 2 as measured by V 1 and V 2, and the user of the acquired values, and It can be compared to the minimum loss. The parameter value may be changed based on the comparison result value, and this 360° phase shifter 200 may control and change the phase.

본 360° 위상 천이기(200)에서는, 위상 천이량이 같은 DC 전압(커패시턴스)의 조합이 기 설정된 값을 기초로 이루어질 수 있다. 도 9를 참조하면, 본 360° 위상 천이기(200)가 상술한 제어 알고리즘과 같이 동작함으로써 전력 손실이 경감됨(줄어들었음)을 확인할 수 있다. 즉, 본 360° 위상 천이기(200)의 경우, 2개의 위상 천이기(101, 102)를 개별적으로 전자 제어함으로써, 전자 제어가 이루어지기 전(Before Process) 대비 전자 제어가 이루어진 후(After Process)가 삽입 손실(Insertion Loss)이 개선됨을 확인할 수 있다.In the 360° phase shifter 200 , a combination of DC voltages (capacitance) having the same phase shift amount may be formed based on a preset value. Referring to FIG. 9 , it can be seen that the power loss is reduced (reduced) by the 360° phase shifter 200 operating in the same manner as the above-described control algorithm. That is, in the case of the present 360° phase shifter 200, by electronically controlling the two phase shifters 101 and 102 individually, before electronic control is performed (Before Process) compared to after electronic control is performed (After Process) ), it can be seen that the insertion loss is improved.

이하에서는 본원에서 제안하는 위상 천이기(100, 200)에 적용되는 선형화 알고리즘 기술에 대하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the linearization algorithm technology applied to the phase shifters 100 and 200 proposed in the present application will be described as follows.

선형화 알고리즘은 도 21에 도시된 바와 같이, 상술한 손실 최소화 알고리즘과 동일한 방식으로 구현될 수 있다. The linearization algorithm may be implemented in the same manner as the aforementioned loss minimization algorithm, as shown in FIG. 21 .

본 360° 위상 천이기(200)를 통해 사용자가 원하는 위상차를 출력하기 위하여, 본 360° 위상 천이기(200)에는 상술한 제어 알고리즘이 적용될 수 있다. 구체적으로, 본 360° 위상 천이기(200)는 하기 수학식 18에 가장 가까운 위상을 도출하도록 제어 알고리즘을 수행할 수 있다.In order to output a phase difference desired by a user through the 360° phase shifter 200 , the above-described control algorithm may be applied to the 360° phase shifter 200 . Specifically, the 360° phase shifter 200 may perform a control algorithm to derive the closest phase to the following Equation (18).

[수학식 18][Equation 18]

Figure 112019118001218-pat00041
Figure 112019118001218-pat00041

선형화 제어를 위해, 본 360° 위상 천이기(200)는 상술한 손실 최소화 제어와 마찬가지로, 입력포트와 출력포트의 위상차를 측정하여 상기 수학식 18을 통해 도출된 위상과 가장 가까운 위상을 출력하도록, 제1 전자 제어(DC Control_1) 신호의 값과 제2 전자 제어(DC Control_2) 신호의 값을 순차적으로 증가시킬 수 있다. 이에 따르면, 본 360° 위상 천이기(200)는 상술한 제어 알고리즘과 같이 동작하도록 제어됨으로써, 사용자가 원하는 위상으로 제어함에 있어서 제어 소요 시간과 저장량을 감소시킬 수 있다.For linearization control, the 360° phase shifter 200 measures the phase difference between the input port and the output port and outputs the phase closest to the phase derived through Equation 18, similar to the loss minimization control described above, The value of the first electronic control signal DC Control_1 and the value of the second electronic control signal DC Control_2 may be sequentially increased. Accordingly, the 360° phase shifter 200 is controlled to operate in the same manner as the above-described control algorithm, thereby reducing the time required for control and the amount of storage in controlling the phase desired by the user.

도 24는 본원의 다른 일 실시예에 따른 위상 천이기인 360° 위상 천이기(200)에 의해 수행되는 제어 알고리즘의 다른 일예를 나타낸 도면이다. 특히, 도 24에 도시된 제어 알고리즘은 선형화 알고리즘의 예를 나타낸다. 24 is a diagram illustrating another example of a control algorithm performed by the 360° phase shifter 200 which is a phase shifter according to another embodiment of the present application. In particular, the control algorithm shown in Fig. 24 represents an example of a linearization algorithm.

도 24를 참조하면, 본 360° 위상 천이기(200)의 프로세서부(220)는, 제1 전자 제어(DC Control_1) 신호의 값과 제2 전자 제어(DC Control_2) 신호의 값이 각각 V1 과 V2일 때의 위상차를 측정하여 이론적으로 미리 도출된 값과의 차를 산출하도록 설계될 수 있다.Referring to FIG. 24 , in the processor unit 220 of the 360° phase shifter 200, the value of the first electronic control (DC Control_1) signal and the value of the second electronic control (DC Control_2) signal are respectively V 1 It may be designed to calculate a difference from a theoretically derived value by measuring the phase difference at V 2 and V 2 .

본 360° 위상 천이기(200)의 프로세서부(220)는 이러한 결과값을 메모리부(210)에 저장하여 둘 수 있다. 이후, 프로세서부(220)는 다음 실행시에 명령어를 통해 메모리부(210)에서 저장된 값을 호출하여 새로 도출된 값을 비교하고, 더 작은 값을 메모리부(210)에 저장할 수 있으며, 이때의 V1 과 V2도 함께 메모리부(210)에 저장할 수 있다. 프로세서부(220)는 최종적으로 시행을 마친 후의 V1 과 V2를 메모리부(210)에 저장할 수 있으며, 이로부터 본 360° 위상 천이기(200)는 직류 전압에 따른 위상차의 선형성이 향상될 수 있다.The processor unit 220 of the 360° phase shifter 200 may store these result values in the memory unit 210 . Thereafter, the processor unit 220 may compare the newly derived value by calling the value stored in the memory unit 210 through a command during the next execution, and store a smaller value in the memory unit 210 , at this time V 1 and V 2 may also be stored in the memory unit 210 together. The processor unit 220 may store V 1 and V 2 after the final execution in the memory unit 210, and the 360° phase shifter 200 viewed from this may improve the linearity of the phase difference according to the DC voltage. can

다시 도 22를 참조하면, 본 360° 위상 천이기(200)는 반사부하(반사성 부하)의 평균 반사 손실과 전력 손실의 리플, 및 전력 변화에 대한 위상 변화의 비선형성을 감소시키는 결과를 갖는 최적의 제어 알고리즘을 선택함으로써 공진 손실을 줄일 수 있다. 즉, 본 360° 위상 천이기(200)는 제1 위상 천이기(101)와 제2 위상 천이기(102) 각각에 구비된 버랙터 다이오드에 인가되는 직류 전압의 크기 값들의 조합을 선택(직류 전압의 크기 값들을 제어)함으로써, 최적의 알고리즘이 수행되도록 할 수 있다.Referring again to FIG. 22 , the present 360° phase shifter 200 is an optimal solution having the result of reducing the average return loss of the reflective load (reflective load), the ripple of the power loss, and the nonlinearity of the phase change with respect to the power change. Resonance loss can be reduced by selecting a control algorithm of That is, the 360° phase shifter 200 selects a combination of magnitude values of the DC voltage applied to the varactor diodes provided in each of the first phase shifter 101 and the second phase shifter 102 (DC By controlling the magnitude values of the voltage), an optimal algorithm can be performed.

이를 위해, 프로세서부(220)에는 입력포트와 출력포트의 S-파라미터의 진폭과 위상이 입력될 수 있다. 또한, 프로세서부(220)는 DC_Control 1과 DC_Control_2의 전압 값들의 조합을 출력함으로써, 이를 기초로 제어 알고리즘을 동작시킬 수 있다.To this end, the amplitude and phase of the S-parameters of the input port and the output port may be input to the processor unit 220 . Also, the processor 220 may output a combination of voltage values of DC_Control 1 and DC_Control_2, and operate the control algorithm based on the combination of the voltage values of DC_Control_1 and DC_Control_2.

본 360° 위상 천이기(200)를 제조하는 단계에서, 본 360° 위상 천이기(200)에 적용되는 최적의 제어 알고리즘(혹은 제어 프로그램)이 결정될 수 있으며, 이는 본 360° 위상 천이기(200)의 메모리부(210)로 호출(로드)될 수 있다.In the step of manufacturing the 360° phase shifter 200, an optimal control algorithm (or control program) applied to the 360° phase shifter 200 may be determined, which is ) may be called (loaded) into the memory unit 210 of the .

또한, 본 360° 위상 천이기(200)에 적용되는 제어 알고리즘(혹은 제어 프로그램)은 일예로 위상 천이(0도에서 360도)와 위상 천이기의 2개 제어 채널에 의해 인가되는 2개 DC 전압들(즉, DC Control_1의 신호 값, DC Control_2의 신호 값) 간의 관계를 기 정의해둔 표를 기반으로 동작할 수 있다. In addition, the control algorithm (or control program) applied to the 360° phase shifter 200 is, for example, a phase shift (0 degrees to 360 degrees) and two DC voltages applied by two control channels of the phase shifter. The operation may be performed based on a table in which a relationship between the values (ie, a signal value of DC Control_1 and a signal value of DC Control_2) is defined in advance.

본원의 일 실시예에 따르면, 프로세서부(220)는 출력 위상에 대해 주어진 값으로 본 360° 위상 천이기(200)의 출력을 설정하기 위한 요청을 수신할 수 있다. 프로세서부(220)는 메모리부(210)에 저장된 상술한 표를 이용하여, 요구되는 출력 위상에 가장 가까운 위상에 대응하는 2개의 제어 전압을 식별(확인)할 수 있다. 이후, 프로세서부(220)는 본 360° 위상 천이기(200)에 구비된 2개의 직류 전압 포트(3', 3'')에 연결되어 있는 DAC(Digital-Analog Converter)로 적절한 디지털 코드들을 송신함으로써, 2개의 제어 전압들을 앞서 식별(확인)된 값으로 설정할 수 있다. According to an embodiment of the present application, the processor unit 220 may receive a request for setting the output of the 360° phase shifter 200 as a given value for the output phase. The processor unit 220 may identify (confirm) two control voltages corresponding to the phase closest to the required output phase by using the above table stored in the memory unit 210 . Thereafter, the processor unit 220 transmits appropriate digital codes to a Digital-Analog Converter (DAC) connected to the two DC voltage ports 3' and 3'' provided in the 360° phase shifter 200. By doing so, it is possible to set the two control voltages to the previously identified (verified) values.

이처럼, 프로세서부(220)는 2개의 위상 천이기(101, 102)를 개별적으로 전자 제어함으로써, 전자 제어가 이루어지기 전 대비 개별 전자 제어 이후에 삽입 손실을 효과적으로 개선시킬 수 있다.As such, the processor unit 220 individually electronically controls the two phase shifters 101 and 102 to effectively improve the insertion loss after the individual electronic control compared to before the electronic control is performed.

메모리부(210)는 다수의 독립적인 전압들과 RF 신호의 위상 변화량의 관계에 대한 정보를 저장할 수 있다. 프로세서부(220)는 메모리부(210)에 저장된 정보를 기반으로 위상 변화량에 대응하는 전압 값들을 확인하고, 확인한 전압 값들을 2개의 위상 천이기(101, 102) 각각에 포함되어 있는 반사부하들에 인가되도록 할 수 있다.The memory unit 210 may store information on a relationship between a plurality of independent voltages and a phase change amount of an RF signal. The processor unit 220 checks voltage values corresponding to the amount of phase change based on the information stored in the memory unit 210 , and applies the checked voltage values to reflective loads included in each of the two phase shifters 101 and 102 . can be approved for

2단으로 연결된 본 360° 위상 천이기(200)에 개별 인가되는 값은 인가 가능한 전압 값들에 대한 다수의 후보들 중에서 선택될 수 있다. 여기서, 다수의 후보들은 전압 값들의 조합들을 포함할 수 있다. 다수의 후보들에 포함되는 전압 값들의 조합들은 반사부하들의 내부 공진을 일으키는 전압 값들의 조합을 포함하는 것으로 정의될 수 있다.A value individually applied to the present 360° phase shifter 200 connected in two stages may be selected from a plurality of candidates for applicable voltage values. Here, the multiple candidates may include combinations of voltage values. Combinations of voltage values included in the plurality of candidates may be defined as including a combination of voltage values causing internal resonance of reflective loads.

본 360° 위상 천이기(200)에 개별 인가되는 값은 일예로 메모리부(210)에 저장된 동일한 위상 변화를 나타내는 전압 값들의 조합 중 선택될 수 있다. 프로세서부(220)는 더 적은 삽입 손실을 나타내는 조합들을 비교하고 결과값을 출력할 수 있다. 이러한 과정에 의해 도출된 전압 값의 조합에 의해, 본 360° 위상 천이기(200)에 직류 전압이 인가될 수 있다.The value individually applied to the 360° phase shifter 200 may be selected from, for example, a combination of voltage values representing the same phase change stored in the memory unit 210 . The processor unit 220 may compare combinations showing less insertion loss and output a result value. A DC voltage may be applied to the 360° phase shifter 200 by combining the voltage values derived by this process.

이러한 본원은 종래의 위상 천이기에서 저항 성분으로 인해 전류가 집중되며 공진손실에 따라 송신 전력이 저해되는 문제를 해소하여, 저항에 의한 공진 손실을 효과적으로 줄일 수 있다.This application solves the problem that current is concentrated due to the resistance component in the conventional phase shifter and the transmission power is inhibited according to the resonance loss, thereby effectively reducing the resonance loss due to the resistor.

이하에서는 상기에 자세히 설명된 내용을 기반으로, 본원의 동작 흐름을 간단히 살펴보기로 한다.Hereinafter, an operation flow of the present application will be briefly reviewed based on the details described above.

도 25는 본원의 일 실시예에 따른 위상 천이 방법에 대한 동작 흐름도이다.25 is an operation flowchart of a phase shift method according to an embodiment of the present application.

도 25에 도시된 위상 천이 방법은 앞서 설명된 본 위상 천이기(100) 또는 본 360° 위상 천이기(200)에 의하여 수행될 수 있다. 따라서, 이하 생략된 내용이라고 하더라도 본 위상 천이기(100) 또는 본 360° 위상 천이기(200)에 대하여 설명된 내용은 위상 천이 방법에 대한 설명에도 동일하게 적용될 수 있다.The phase shifting method shown in FIG. 25 may be performed by the present phase shifter 100 or the present 360° phase shifter 200 described above. Therefore, even if omitted below, the descriptions of the present phase shifter 100 or the present 360° phase shifter 200 may be equally applied to the description of the phase shifting method.

도 25를 참조하면, 단계S11에서는, 위상 천이기 내 하이브리드 커플러가 입력 포트로부터 인가되는 입력신호를 입력받을 수 있다. 여기서 위상 천이기라 함은 앞서 말한 바와 같이 본 위상 천이기(100) 또는 본 360° 위상 천이기(200)일 수 있다.Referring to FIG. 25 , in step S11, the hybrid coupler in the phase shifter may receive an input signal applied from an input port. Here, the phase shifter may be the present phase shifter 100 or the present 360° phase shifter 200 as described above.

다음으로, 단계S12에서는, 단계S11에서 입력받은 인가신호에 응답하여, 하이브리드 커플러와 연결된 출력포트를 향하여 하이브리드 커플러가 입력신호 대비 위상이 천이된 출력신호를 출력할 수 있다.Next, in step S12, in response to the applied signal received in step S11, the hybrid coupler may output an output signal whose phase is shifted relative to the input signal toward the output port connected to the hybrid coupler.

이때, 출력신호는, 상기 인가된 입력신호에 응답하여 위상 천이기 내 한 쌍의 반사부하 각각에서 반사된 반사신호를 합성하여 생성된 신호이되, 반사부하 내 버랙터 다이오드와 전송선로 간의 직렬 연결에 영향을 받은 신호일 수 있다. 즉, 출력 신호는 반사부하 내 버랙터 다이오드와 전송선로 간의 직렬 연결에 의하여 입출력 신호 간의 삽입 손실이 감소된 신호일 수 있다.At this time, the output signal is a signal generated by synthesizing the reflected signals reflected from each of a pair of reflective loads in the phase shifter in response to the applied input signal, and is a serial connection between the varactor diode in the reflective load and the transmission line. It could be an affected signal. That is, the output signal may be a signal in which the insertion loss between the input and output signals is reduced by the serial connection between the varactor diode and the transmission line in the reflective load.

상술한 설명에서, 단계 S11 및 S12는 본원의 구현예에 따라서, 추가적인 단계들로 더 분할되거나, 더 적은 단계들로 조합될 수 있다. 또한, 일부 단계는 필요에 따라 생략될 수도 있고, 단계 간의 순서가 변경될 수도 있다.In the above description, steps S11 and S12 may be further divided into additional steps or combined into fewer steps, according to an embodiment of the present application. In addition, some steps may be omitted as necessary, and the order between steps may be changed.

본원의 일 실시 예에 따른 위상 천이 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The phase shift method according to an embodiment of the present application may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. The program instructions recorded on the medium may be specially designed and configured for the present invention, or may be known and available to those skilled in the art of computer software. Examples of the computer-readable recording medium include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic such as floppy disks. - includes magneto-optical media, and hardware devices specially configured to store and carry out program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include not only machine language codes such as those generated by a compiler, but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the present invention, and vice versa.

또한, 전술한 위상 천이 방법은 기록 매체에 저장되는 컴퓨터에 의해 실행되는 컴퓨터 프로그램 또는 애플리케이션의 형태로도 구현될 수 있다.In addition, the above-described phase shift method may be implemented in the form of a computer program or application executed by a computer stored in a recording medium.

전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The foregoing description of the present application is for illustration, and those of ordinary skill in the art to which the present application pertains will understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present application. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. For example, each component described as a single type may be implemented in a dispersed form, and likewise components described as distributed may be implemented in a combined form.

본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present application is indicated by the following claims rather than the above detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present application.

100, 200: 위상 천이기
10: 제1 반사부하
11: 제1 버랙터 다이오드
12: 제1 전송선로
20: 제2 반사부하
21: 제2 버랙터 다이오드
22: 제2 전송선로
30: 하이브리드 커플러
100, 200: phase shifter
10: first reflective load
11: first varactor diode
12: first transmission line
20: second reflective load
21: second varactor diode
22: second transmission line
30: hybrid coupler

Claims (12)

위상 천이기로서,
간격을 두고 이격 배치되는 한 쌍의 반사부하; 및
상기 한 쌍의 반사부하와 입출력 포트를 연결하도록 배치되는 하이브리드 커플러를 포함하고,
상기 반사부하는, 상기 하이브리드 커플러와 연결되는 버랙터 다이오드 및 상기 버랙터 다이오드와 직접적으로 직렬 연결되는 전송선로인 접지된 전송선로만으로 이루어지고,
상기 위상 천이기는,
상기 위상 천이기 내 상기 하이브리드 커플러가 입력 포트로부터 인가되는 입력신호를 입력받고, 상기 입력받은 인가신호에 응답하여, 상기 하이브리드 커플러와 연결된 출력포트를 향하여 상기 하이브리드 커플러가 상기 입력신호 대비 위상이 천이된 출력신호를 출력하고,
상기 출력신호는,
상기 인가된 입력신호에 응답하여 상기 위상 천이기 내 한 쌍의 반사부하 각각에서 반사된 반사신호를 합성하여 생성된 신호이되, 상기 반사부하 내 상기 버랙터 다이오드와 상기 전송선로 간의 직렬 연결에 영향을 받은 신호이고,
상기 전송선로의 길이는 선형적으로 위상이 천이되도록 하는 길이로서 λ/8로 설정되되, 상기 반사부하의 반사계수의 위상 변화가 180° 이상의 위상각을 천이하도록 하는 길이로 설정되는 것인, 위상 천이기.
As a phase shifter,
A pair of reflective loads spaced apart from each other; and
A hybrid coupler disposed to connect the pair of reflective loads and input/output ports,
The reflective load consists only of a varactor diode connected to the hybrid coupler and a grounded transmission line that is a transmission line directly connected in series with the varactor diode,
The phase shifter,
The hybrid coupler in the phase shifter receives an input signal applied from an input port, and in response to the received applied signal, the hybrid coupler moves toward an output port connected to the hybrid coupler in phase with respect to the input signal output an output signal,
The output signal is
A signal generated by synthesizing the reflected signals reflected from each of the pair of reflective loads in the phase shifter in response to the applied input signal, but affecting the series connection between the varactor diode in the reflective load and the transmission line received signal,
The length of the transmission line is set to λ/8 as a length for linearly shifting the phase, and is set to a length such that the phase change of the reflection coefficient of the reflective load shifts a phase angle of 180° or more. cloth.
제1항에 있어서,
상기 한 쌍의 반사부하는 상기 하이브리드 커플러의 포트들 중 입출력 포트와 연결되는 포트를 제외한 나머지 포트에 각각 연결되도록 배치되고,
상기 버랙터 다이오드에 인가되는 직류 전압을 변화시킴에 따라 상기 버랙터 다이오드의 커패시턴스가 변화되어 출력신호에 대한 위상각의 천이가 이루어지는 것인, 위상 천이기.
According to claim 1,
The pair of reflective loads are arranged to be respectively connected to the remaining ports except for the ports connected to the input/output ports among the ports of the hybrid coupler,
As the DC voltage applied to the varactor diode is changed, the capacitance of the varactor diode is changed so that a phase angle shift with respect to the output signal is made, a phase shifter.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 λ는 주파수에 따라 기 설정된 값인 것인, 위상 천이기.
According to claim 1,
The λ is a preset value according to the frequency, the phase shifter.
제1항의 위상 천이기를 2단으로 직렬 연결함에 따라 360° 위상 천이가 가능한 360° 위상 천이기.A 360° phase shifter capable of 360° phase shift by connecting the phase shifter of claim 1 in series in two stages. 제5항에 있어서,
상기 360° 위상 천이기는 전자 제어를 통해 삽입 손실이 감소되도록 동작하는 것인, 360° 위상 천이기.
6. The method of claim 5,
wherein the 360° phase shifter operates to reduce insertion loss through electronic control.
제1항의 위상 천이기에 의한 위상 천이 방법으로서,
(a) 상기 위상 천이기 내 상기 하이브리드 커플러가 입력 포트로부터 인가되는 입력신호를 입력받는 단계; 및
(b) 상기 입력받은 인가신호에 응답하여, 상기 하이브리드 커플러와 연결된 출력포트를 향하여 상기 하이브리드 커플러가 상기 입력신호 대비 위상이 천이된 출력신호를 출력하는 단계를 포함하고,
상기 출력신호는,
상기 인가된 입력신호에 응답하여 상기 위상 천이기 내 한 쌍의 반사부하 각각에서 반사된 반사신호를 합성하여 생성된 신호이되, 상기 반사부하 내 상기 버랙터 다이오드와 상기 전송선로 간의 직렬 연결에 영향을 받은 신호이고,
상기 위상 천이기는,
간격을 두고 이격 배치되는 한 쌍의 반사부하; 및
상기 한 쌍의 반사부하와 입출력 포트를 연결하도록 배치되는 하이브리드 커플러를 포함하고,
상기 반사부하는, 상기 하이브리드 커플러와 연결되는 버랙터 다이오드 및 상기 버랙터 다이오드와 직접적으로 직렬 연결되는 전송선로인 접지된 전송선로만으로 이루어지고,
상기 전송선로의 길이는 선형적으로 위상이 천이되도록 하는 길이로서 λ/8로 설정되되, 상기 반사부하의 반사계수의 위상 변화가 180° 이상의 위상각을 천이하도록 하는 길이로 설정되는 것인, 위상 천이 방법.
A phase shifting method by the phase shifter of claim 1, comprising:
(a) receiving, by the hybrid coupler in the phase shifter, an input signal applied from an input port; and
(b) in response to the received applied signal, the hybrid coupler outputting an output signal whose phase is shifted relative to the input signal toward an output port connected to the hybrid coupler,
The output signal is
A signal generated by synthesizing the reflected signals reflected from each of the pair of reflective loads in the phase shifter in response to the applied input signal, but affecting the series connection between the varactor diode in the reflective load and the transmission line received signal,
The phase shifter,
A pair of reflective loads spaced apart from each other; and
A hybrid coupler disposed to connect the pair of reflective loads and input/output ports,
The reflective load consists only of a varactor diode connected to the hybrid coupler and a grounded transmission line that is a transmission line directly connected in series with the varactor diode,
The length of the transmission line is set to λ/8 as a length for linearly shifting the phase, and is set to a length such that the phase change of the reflection coefficient of the reflective load shifts a phase angle of 180° or more. transition method.
삭제delete 제7항에 있어서,
상기 한 쌍의 반사부하는 상기 하이브리드 커플러의 포트들 중 입출력 포트와 연결되는 포트를 제외한 나머지 포트에 각각 연결되도록 배치되고,
상기 버랙터 다이오드에 인가되는 직류 전압을 변화시킴에 따라 상기 버랙터 다이오드의 커패시턴스가 변화되어 출력신호에 대한 위상각의 천이가 이루어지는 것인, 위상 천이 방법.
8. The method of claim 7,
The pair of reflective loads are arranged to be respectively connected to the remaining ports except for the ports connected to the input/output ports among the ports of the hybrid coupler,
As the DC voltage applied to the varactor diode is changed, the capacitance of the varactor diode is changed so that the phase angle shift with respect to the output signal is made.
삭제delete 제7항에 있어서,
상기 λ는 주파수에 따라 기 설정된 값인 것인, 위상 천이 방법.
8. The method of claim 7,
The λ is a value preset according to the frequency, the phase shift method.
제7항, 제9항 및 제11항 중 어느 한 항의 방법을 컴퓨터에서 실행하기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터에서 판독 가능한 기록매체.A computer-readable recording medium recording a program for executing the method of any one of claims 7, 9 and 11 on a computer.
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