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
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()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 ( ) 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
이하에서는 본원의 일 실시예에 따른 위상 천이기(100)를 설명의 편의상 본 위상 천이기(100)라 하기로 한다.Hereinafter, the
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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/
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
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
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
다시 말해, 하이브리드 커플러(30)의 전송선로 중 가로로 배치되는 제1 전송선로(35, 36)는 특정 임피던스가 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
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
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
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
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
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
[수학식 1][Equation 1]
여기서, x 는 반사부하(10, 20)의 리액턴스, , 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), , denotes the length of the
또한, 수학식 1에서, 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
반사부하(10, 20)의 반사계수()는 반사계수 정의를 이용하여 하기 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.Reflection coefficient of reflective load (10, 20) ( ) can be expressed as in
[수학식 2][Equation 2]
여기서, Z RL은 하기 수학식 3과 같이 표현될 수 있다. 또한, 상기 수학식 2에 도시된 반사계수()는 하기 수학식 4와 같이 달리 표현될 수 있다. 또한, 상기 수학식 2에 도시된 반사계수의 위상(반사계수 위상, )는 하기 수학식 5와 같이 표현될 수 있다.Here, Z RL may be expressed as in
[수학식 3][Equation 3]
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]
[수학식 5][Equation 5]
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
[표 1][Table 1]
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
[표 2][Table 2]
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
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 1 과 L 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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
이하에서는 본원의 다른 일 실시예에 따른 위상 천이기(200)를 설명의 편의상 본 360° 위상 천이기(200)라 하기로 한다.Hereinafter, the
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°
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°
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°
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°
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°
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
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
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
본 360° 위상 천이기(200)는 인가되는 직류 전압의 제어(컨트롤)에 의하여 다양하게 위상 천이 각도가 조절될 수 있다. In the 360°
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
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
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
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
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
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°
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°
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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°
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°
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
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-
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
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
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
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
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
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
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
[수학식 6][Equation 6]
[수학식 7][Equation 7]
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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°
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°
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
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
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
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
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°
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
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
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
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
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
[수학식 8][Equation 8]
여기서, ZL은 전송선로(12, 22)의 임피던스, Z0 은 특성 임피던스로서 일예로 50 Ω 일 수 있다. 또한, 이고, λ=c/f 일 수 있다. λ는 파장의 길이, c는 광속, f는 주파수를 의미할 수 있다. 은 전송선로(12, 22)의 물리적 길이를 의미하고, 는 전송선로(12, 22)의 전기적 길이(deg)를 의미할 수 있다. 는 2πf이고, 은 인덕턴스를 의미할 수 있다.Here, Z L is the impedance of the
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
[수학식 9][Equation 9]
[수학식 10][Equation 10]
여기서, Zin 은 반사부하(10, 20)의 임피던스, x는 반사부하(10, 20)의 리액턴스, 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), 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
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
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
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
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
[수학식 11][Equation 11]
[수학식 12][Equation 12]
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]
이때, 상기 수학식 12와 수학식 13을 연립하면 하기 수학식 14와 같이 나타낼 수 있다.In this case, if
[수학식 14][Equation 14]
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
[수학식 15][Equation 15]
여기서, 는 유효 유전율(Effective dielectric constant)을 의미한다. 는 마이크로스트립 전송선로의 높이, 는 마이크로스트립 전송선로의 두께를 의미한다. 는 마이크로스트립 전송선로를 제작하는데 사용된 유전체의 유전율을 의미한다.here, denotes an effective dielectric constant. is the height of the microstrip transmission line, is the thickness of the microstrip transmission line. 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 이 필요하게 되었고, 이를 로 표현하기도 한다.In general, the characteristic impedance is Z 0 =50 Ω, but due to the characteristics of the
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
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 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 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]
[수학식 17][Equation 17]
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
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
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°
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°
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°
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 °
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
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
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°
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
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°
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
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°
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
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 °
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°
이하에서는 본원에서 제안하는 위상 천이기(100, 200)에 적용되는 선형화 알고리즘 기술에 대하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the linearization algorithm technology applied to the
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°
[수학식 18][Equation 18]
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°
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°
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
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
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°
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
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°
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°
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
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
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
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°
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°
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
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
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 커플러100, 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)
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.
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.
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.
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.
(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.
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.
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.
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KR1020190147601A KR102270836B1 (en) | 2019-11-18 | 2019-11-18 | Low loss phase shifter using tunable transmission line |
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Citations (1)
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US7969359B2 (en) * | 2009-01-02 | 2011-06-28 | International Business Machines Corporation | Reflective phase shifter and method of phase shifting using a hybrid coupler with vertical coupling |
-
2019
- 2019-11-18 KR KR1020190147601A patent/KR102270836B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100366299B1 (en) * | 2000-01-28 | 2002-12-31 | 주식회사 케이티 | Analog Phase Shifter Using Hybrid Coupler and Varactor Diode Circuit |
Also Published As
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