KR19990057175A

KR19990057175A - Impedance matching device using gyrator

Info

Publication number: KR19990057175A
Application number: KR1019970077223A
Authority: KR
Inventors: 이경준
Original assignee: 김영환; 현대전자산업 주식회사
Priority date: 1997-12-29
Filing date: 1997-12-29
Publication date: 1999-07-15

Abstract

본 발명은 기존에 임피던스 정합용으로 사용되던 부피가 크고 무거우며 고가인 인덕터 대신에 저가이고 회로 구성이 용이한 반도체 소자인 자이레이터회로를 이용하여 임피던스를 정합토록 한 자이레이터를 이용한 임피던스 정합장치에 관한 것으로서, 이러한 본 발명은 갈륨비소 화합물 반도체로 이루어져 입력측 전류에 대한 이득과 출력측 전압에 대한 이득을 적절히 조절하여 임피던스를 매칭시키는 자이레이터와; 자이레이터의 출력측 양단에 접속되어 임피던스 매칭을 수행하는 커패시터를 구비 함으로써, 집중소자(L,R,C)를 이용하는 인덕터를 사용하지 않고도 RF 및 마이크로파 대역에서의 임피던스 매칭이 가능해진다.The present invention is an impedance matching device using a gyrator to match impedance by using a gyrator circuit, which is a semiconductor device which is a low cost and easy circuit configuration, instead of a bulky, heavy and expensive inductor, which is conventionally used for impedance matching. The present invention relates to a gyrator comprising a gallium arsenide compound semiconductor, the gyrator for matching impedance by appropriately adjusting a gain for an input side current and a gain for an output side voltage; By including a capacitor connected to both ends of the output of the gyrator to perform impedance matching, impedance matching in the RF and microwave bands is possible without using an inductor using the lumped elements L, R, and C.

Description

Impedance matching device using gyrator

본 발명은 임피던스 정합 회로에 관한 것으로, 특히 기존에 임피던스 정합용으로 사용되던 부피가 크고 무거우며 고가인 인덕터 대신에 저가이고 회로 구성이 용이한 자이레이터회로를 이용하여 임피던스를 정합토록 한 자이레이터를 이용한 임피던스 정합장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an impedance matching circuit. In particular, a gyrator for matching impedance using a low cost and easy circuit configuration instead of a bulky, heavy, and expensive inductor, which is conventionally used for impedance matching, is provided. It relates to an impedance matching device used.

지금까지 RF/MICROWAVE 대역에서는 집중소자(LUMPED ELEMENT : R,L,C) 또는 마이크로스트립(MICROSTRIP) 라인(LINE)을 이용하여 임피던스 정합을 하여왔다. 이는 무게, 부피 및 가격등 여러면에서 불리하며, 특히 공차(TOLERANCE)면에서도 상당히 좋지 않다.Until now, impedance matching has been performed in the RF / MICROWAVE band using a lumped element (R, L, C) or a microstrip (MICROSTRIP) line. This is disadvantageous in terms of weight, volume and price, and in particular in terms of tolerance.

또한, 종래의 RF 및 MICROWAVE 대역에서 사용되는 장비에서 임피던스 정합을 하기 위하여는 반드시 하나 이상의 집중 소자(LUMPED ELEMENT)가 필요하다.In addition, at least one lumped element is required for impedance matching in equipment used in conventional RF and MICROWAVE bands.

이러한 집중소자(LUMPED ELEMENT)를 사용할 시에는 각 소자가 항상 허용범위내의 오차를 가지므로 임피던스 정합이나 각 개별 부품의 성능 극대화에 심각한 영향을 초래할 수 있다.When using these elements, each element always has an error within the allowable range, which can seriously affect impedance matching or maximize the performance of each individual component.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래 임피던스 매칭시 인덕터를 사용함으로써 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로,Accordingly, the present invention has been proposed to solve various problems caused by using an inductor in the conventional impedance matching as described above.

본 발명은 기존에 임피던스 정합용으로 사용되던 부피가 크고 무거우며 고가인 인덕터 대신에 저가이고 회로 구성이 용이한 자이레이터회로를 이용하여 임피던스를 정합토록 한 자이레이터를 이용한 임피던스 정합장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention provides an impedance matching device using a gyrator to match impedance by using a low cost and easy circuit configuration instead of a bulky, heavy and expensive inductor, which is conventionally used for impedance matching. The purpose is.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 장치는,Apparatus according to the present invention for achieving the above object,

갈륨비소 화합물 반도체로 이루어져 입력측 전류에 대한 이득과 출력측 전압에 대한 이득을 적절히 조절하여 임피던스를 매칭시키는 자이레이터와;A gyrator composed of a gallium arsenide compound semiconductor for matching impedance by appropriately adjusting a gain for an input side current and a gain for an output side voltage;

상기 자이레이터의 출력측 양단에 접속되어 임피던스 매칭을 수행하는 커패시터로 이루어짐을 특징으로 한다.And a capacitor connected to both ends of the output of the gyrator to perform impedance matching.

도 1 은 본 발명에 의한 자이레이터를 이용한 임피던스 정합장치 구성도,1 is a block diagram of an impedance matching device using a gyrator according to the present invention;

도 2 는 본 발명에서 RF 및 마이크로웨이브 대역에서의 임피던스 정합 방법을 설명하기 위한 설명도,2 is an explanatory diagram for explaining an impedance matching method in an RF and microwave band in the present invention;

도 3 은 도2의 임피던스 정합을 회로적으로 구현한 정합 회로도.FIG. 3 is a matching circuit diagram implementing circuitry of the impedance matching of FIG. 2. FIG.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for main parts of the drawings>

10:자이레이터10: gyrator

C :커패시터C: Capacitor

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, described in detail with reference to the accompanying drawings a preferred embodiment of the present invention.

첨부한 도면 도1은 본 발명에 의한 자이레이터를 이용한 임피던스 정합장치 구성도이다.1 is a block diagram of an impedance matching device using a gyrator according to the present invention.

이에 도시된 바와 같이, 갈륨비소 화합물 반도체로 이루어져 입력측 전류에 대한 이득과 출력측 전압에 대한 이득을 적절히 조절하여 임피던스를 매칭시키는 자이레이터(10)와; 상기 자이레이터(10)의 출력측 양단에 접속되어 임피던스 매칭을 수행하는 커패시터(C1)로 구성된다.As shown therein, a gyrator 10 made of a gallium arsenide compound semiconductor for matching impedance by appropriately adjusting the gain for the input side current and the gain for the output side voltage; And a capacitor C1 connected to both ends of the output side of the gyrator 10 to perform impedance matching.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 임피던스 정합장치는, GaAs 기술의 발달로 GYRATOR를 반도체 PROCESS를 이용하여 구현함으로써 RF 및 MICROWAVE 대역에서 INDUCTOR를 사용하지 않고 1개의 GYRATOR(10)와 1개의 CAPACITOR(C1)로 INDUCTOR를 구현할 수 있다.Impedance matching device according to the present invention configured as described above, by implementing the GYRATOR using the semiconductor process with the development of GaAs technology, one GYRATOR (10) and one CAPACITOR (C1) without using the INDUCTOR in the RF and MICROWAVE band You can implement INDUCTOR.

도1에서 이며, 여기서 L은 상수이다.In Figure 1 Where L is a constant.

i₁ 과 v₁ 의 관계를 구하기 위하여 port2에서 생각하면, 이며, 여기에서 C는 t=0에서 uncharged 되어 있다. i ₁ and v ₁ If you think in port2 to find the relationship of Where C is uncharged at t = 0.

그리고 전류 i₁ 은 다음과 같이 쓸 수 있다.And current i ₁ Can be written as

그러므로, 이며, i₁ 과 v₁ 과의 관계에서 이다.therefore, , i ₁ and v ₁ In relation to to be.

그러므로, g₁ 과 g₂ 및 C값을 조절함으로써 인덕터를 대치할 수 있다.therefore, g ₁ and g ₂ And the inductor can be replaced by adjusting the C value.

일예로서, RF 및 MICROWAVE 대역에서의 일반적인 임피던스 정합 방법을 설명하면 다음과 같다.As an example, a general impedance matching method in the RF and MICROWAVE bands will be described.

예로서 임피던스 Z = 200 -j100 인 직렬 RC 부하를 500MHz의 주파수에서 동작하는 100 Ω 선로에 정합시킬 수 있는 L형 정합회로를 설계하려고 한다.As an example, a series RC load with impedance Z = 200 -j100 is 100 operating at a frequency of 500 MHz. Ω We will design an L-type matching circuit that can be matched to a line.

도2에서 보는 바와 같이 Z_LPOINT를 사이클의 중앙 50 Ω 에 맞추기 위해서는 부하를 통과하는 원을 그리고 부하로부터 챠트의 중심을 통과하는 직선을 그려서 어드미턴스로 바꾸었다.As shown in Figure 2, Z _L POINT is the center of the cycle. Ω To do this, we changed the admittance by drawing a circle through the load and a straight line from the load through the center of the chart.

이제 병렬 서섭턴스를 추가하고 임피던스로 다시 환원하여 1+ jX 원위에 올려 놓으면 jX를 소거시키고 부하를 정합시킬 수 있도록 직렬 리액턴스를 추가하면 된다.Now add parallel susceptance, reduce it back to impedance, and place it at 1+ jX distal so you can add series reactance to eliminate jX and match the load.

이때 병렬 서셉턴스로 인해 Y_L을 어드미턴스 스미스 챠트상의 1 + jX원으로 옮겨가야 함을 의미한다.The parallel susceptance means that Y _L must be moved to the 1 + jX circle on the admittance Smith chart.

따라서 도2에 보인 바와 같이 회전된 1 + jX 원을 그리면 jb = j0.3의 서섭턴스를 추가함으로써 일정 컨덕턴스 원을 따라 y = 0.4 + j 0.5인 점에 도착하게 된다.Therefore, as shown in FIG. 2, when the rotated 1 + jX circle is drawn, a subinterference of jb = j0.3 is added to arrive at a point of y = 0.4 + j 0.5 along a certain conductance circle.

이를 임피던스로 환원하면 z = 1 - j 1.2가 되어 직렬 리액턴스 X = j 1.2를 추가하면 챠트의 중심에 오게 된다.Reducing it to impedance results in z = 1-j 1.2, and adding a series reactance X = j 1.2 is in the center of the chart.

이때 주파수 500MHz에서 캐패시터는 C = b / ( 2 Π fZ ) = 0.92 pF 이며, 인덕터 L = ( xZ ) / ( 2 Π f ) = 38.8 nH 의 값을 갖는다.At the frequency 500 MHz, the capacitor is C = b / (2 Π fZ) = 0.92 pF and inductor L = (xZ) / (2 Π f) = 38.8 nH.

그러므로 최종 정합회로는 첨부한 도면 도3과 같이 된다.Therefore, the final matching circuit is as shown in FIG.

따라서 자이레이터(10)를 사용하여 적당히 g1, g2 및 C값을 조정하면 같은 성능을 갖는 인덕터의 구현이 가능하게 되는 것이다.Accordingly, by adjusting the g1, g2 and C values appropriately using the gyrator 10, it is possible to implement an inductor having the same performance.

이상에서 상술한 바와 같이 본 발명은, 기존의 집중소자를 사용하지 않고 RF 및 MICROWAVE 대역에서 자이레이터(GYRATOR)를 사용한 반도체 소자를 이용하여 임피던스 매칭이 가능하므로, 기존의 집중 소자를 이용한 인덕터에 비해 무게, 부피를 상당히 줄일 수 있는 이점이 있다.As described above, in the present invention, impedance matching is possible using a semiconductor device using a GYRATOR in RF and MICROWAVE bands without using a conventional lumped element, and thus, compared to an inductor using a conventional lumped element. There is an advantage that can significantly reduce the weight, volume.

또한, 이동통신 단말기 뿐만이 아니라 무게에 최대한 역점을 두는 위성통신 및 여러 전자장비에까지도 응용 가능한 이점이 있다.In addition, there is an advantage that can be applied not only to the mobile communication terminal but also to satellite communication and various electronic equipment that puts the greatest emphasis on the weight.

Claims

In the impedance matching device of the RF and microwave band,

A gyrator composed of a gallium arsenide compound semiconductor for matching impedance by appropriately adjusting a gain for an input side current and a gain for an output side voltage;

Impedance matching device using a gyrator, characterized in that the capacitor is connected to both ends of the output of the gyrator to perform impedance matching.