KR20010044416A

KR20010044416A - 모드 변환기

Info

Publication number: KR20010044416A
Application number: KR1020010008327A
Authority: KR
Inventors: 신천우
Original assignee: 신천우; 엔알디테크 주식회사
Priority date: 2001-02-20
Filing date: 2001-02-20
Publication date: 2001-06-05
Also published as: CN1491447A; KR100358970B1; WO2002069436A1

Abstract

본 발명에 의하면, 비방사성유전체도파관(Non-Radiative Dielectric Waveguide)을 이용하여 밀리미터파를 전송(파)함에 있어서, 변환손실이 상당히 낮게 나타나므로 변환에 의한 전파를 거의 같은 출력을 가지고 TE 모드를 LSM 모드로, LSM 모드를 TE 모드로 각각 다른 모드로의 변환이 가능토록 함을 특징으로 한다. 이와 같은 모드의 변환은 도파관은 물론 마이크로스트립과 비방사유전체도파관과의 접목이 가능하다.

Description

모드변환기 {Mode Converter}

〈27〉 비방사성유전체도파관(Non-Radiative Dielectric Waveguide)은, 도전성 평행평판의 간격을 사용주파수의 반파장 이하로 하며, 그 사이에 유전체 스트립을 삽입한 것으로서, 전자파는 이 유전체 스트립을 따라서 전송(파)된다.

〈28〉 기존의 밀리미터파를 전송하기 위한 선로로서 마이크로스트립 선로와 도파관을 사용하였다. 그러나, 마이크로스트립 선로의 큰 전송손실을 가진다는 문제점과 도파관의 전송선로 및 회로구성이 어렵다는 것 때문에 새로운 기술을 요구하게 되었다.

〈29〉 비방사성유전체도파관은 유전체 내로 진행하는 전파의 비방사성이 높기 때문에 마이크로스트립 선로에 비해 전송손실이 낮고, 도파관에 비해 제작 및 회로의 구성이 간단하여, 30GHz 이상의 밀리미터파 대역에서의 전송선로로서 주목을 받고 있다. 이에 따라 본 발명은 비방사성유전체도파관을 기존의 도파관과 마이크로스트립과의 적용이 가능하도록 비방사성유전체도파관의 주요 모드인 LSM 모드를 TE 모드로 변환토록 할 필요가 있다. 또한 TE 모드와 LSM 모드를 서로 변환이 가능하도록 하므로서 그 적용의 폭을 넓게 하고자 한다.

〈30〉 밀리미터파 대역에서 저손실 전파 선로인 비방사성유전체도파관의 주요한 전송 모드는 상하도체판에 평행한 전계성분을 가진 LSM 모드이다. 예를 들어, 비방사성유전체도파관을 기존의 도파관 또는 마이크로스트립에 적용하고자 하는 경우에는 첫째 LSM 모드를 TE모드로 변환할 필요가 있고, 둘째 도파관 혹은 마이크로스트립에서 전파되는 전파를 비방사성유전체도파관에 적용하기 위해서는 TE 모드를 LSM모드로 변환할 필요가 있다. 셋째 이와 같이 모드를 변환함으로서 마이크로스트립과 비방사유전체도파관과의 접목이 가능하다.

〈1〉 도 1 : TE 모드를 LSM 모드로 변환할 수 있는 모드 변환부의 사시도.

〈2〉 도 2 : LSM 모드를 TE 모드로 변환할 수 있는 모드 변환부의 사시도.

〈3〉 도 3(a) : 비방사성유전체도파관 내의 LSM 모드의 모식도.

〈4〉 도 3(b) : 비방사성유전체도파관 내의 TE 모드의 모식도.

〈5〉 도 4 : TE 모드를 LSM 모드로 변환하기 위한 모드 변환기의 사시도.

〈6〉 도 5 : TE 모드를 억제 또는 차단하기 위한 TE 모드

스프레서(Suppressor)의 사시도.

〈7〉 도 6 : TE 모드를 차단하기 위한 TE 모드 반사판의 사시도.

〈8〉 도 7 : 입사하는 편파를 45도 회전 시키기 위한 45도 편파 변환판의

사시도.

〈9〉 도 8 : LSM 모드를 차단하기 위한 LSM 모드 반사판의 사시도

〈10〉도 9 : 초단과 후단에서의 LSM 모드와 TE 모드의 반사 및 투과 특성

모식도.

〈11〉도 10 : LSM 모드를 TE 모드로 변환할 수 있는 저손실 모드 변환부의

사시도.

〈12〉도 11 : 모드 변환기를 장착한 전송선로의 투과 및 반사 특성을 네트

워크분석기를 이용하여 측정한 결과 그래프.

(도면부호에 대한 설명)

〈13〉 1 : 상위도체판

〈14〉 2 : 하위도체판

〈15〉 3,7 : 테프론

〈16〉 4 : 모드 변환기

〈17〉 5 : 1mm 테프론

〈18〉 6 : TE 모드 스프레서

〈19〉 8 : TE 모드 반사판

〈20〉 9 : 0.8mm 테프론

〈21〉 10 : 45도 편파 변환판

〈22〉 11 : 2.4mm 테프론

〈23〉 12 : LSM 모드 반사판

〈24〉 13, 17 : 유전체 기판

〈25〉 14, 15, 16, 18, 19, 20 : 금속(구리)박막

〈26〉 21 : 금속 박스(box)

〈31〉 본 발명은 모드 변환기를 이용하여 비방사성유전체도파관 내에서 TE 모드와 LSM 모드를 서로 변환시키고자 한다. 도 1은 TE 모드를 LSM 모드로 변환하기 위한 모드 변환부의 제 1 구현예이며, 도 2는 LSM 모드를 LSM 모드로 변환하기 위한 모드 변환부의 제 2 구현예이다. 그리고, 본 발명에서의 모드 변환부의 구현을 60GHz대역에서 시도하였다. 따라서, 다른 주파수 대역에 대한 모드 변환부의 실시도 가능하다.

〈31〉 비방사유전체도파관에서 LSM 모드의 전계 성분은 도 3(a), TE 모드의 전계 성분은 도 3(b)과 같이 도시할 수 있으며, 도 3(a)와 3(b)에 의하면, 각각의 전계 성분이 서로 직교하고 있는 것을 알 수 있다. 즉, 모드 변환부는 각각의 편파를 90도 회전시키는 것과 같다고 생각할 수 있다.

〈32〉 본 발명에서는 2가지의 구현예를 제시한다. 제 1 구현예 TE 모드를 LSM 모드로 변환시키기 위한 모드 변환부이다. 모드 변환부는 모드를 변환시키는 모드 변환기(Mode Converter)(4)와 TE 스프레서(TE Suppressor)(6), 모드 변환기(4)와 TE 스프레서(6) 사이에 1㎜ 테프론(5)으로 구성되어 있다.

〈33〉 제 2 구현예는 LSM 모드를 TE 모드로 변환시키기 위한 모드 변환부이다. 이 모드 변환부는 테프론(3), TE 모드 반사판(8), 0.8mm 테프론(9), 45도 편파 변환판(10), 2.4mm 테프론(11), LSM 모드 반사판(12)으로 구성되어 있다.

(제 1구현 예)

〈34〉 본 발명의 제 1 구현예에서의 모드 변환부는 TE 모드를 LSM 모드로 변환시키는 역할을 한다. 테프론(3), 모드 변환기(4), 1mm 테프론(5), TE 모드 스프레서(6)으로 구성된 모드 변환부의 사시도를 도 1에서 보여준다.

〈35〉 TE 모드로 전파되는 밀리미터파 전파는 테프론(3)을 통하여 모드 변환기(4)로 전파를 유기시키고, 모드 변환기(4)를 이용하여 LSM 모드로 변환하여 준다. 나머지 변환되지 않은 TE 모드는 λ/4보다 작은 길이를 가지는 1mm 테프론(5)을 지나 TE 모드 스프레서(6)에 도달하게 된다. TE 모드 스프레서(6)에서 LSM 모드는 통과하고 TE 모드는 반사된다. 이때, 반사되는 신호는 1mm 테프론(5)에서 입사되는 TE 모드와 반사되는 TE 모드가 서로 상쇄된다. 결국, LSM 모드만 모드 변환부를 통해 전파된다.

〈36〉 도 4는 모드 변환기(4)의 사시도이다. 모드 변환기는 유전율이 2.6이고 두께가 0.3mm인 유전체 기판(13)을 사용하였다. 14과 15는 모드의 변환을 위한 유전체 기판에 장하되어 있는 0.03mm의 두께를 가지는 금속(구리)박막(이다. 전체 크기는 가로가 2.5mm이고 세로가 2.25mm이다. 두 금속박막(14, 15)의 폭은 0.2mm로 하고 굽어진 면의 폭은 0.1mm이고, 그 사이의 간격을 0.1mm로 하였다. 두 금속박막의 굽어진 면의 폭과 간격을 조절하여 전파의 전송손실 혹은 변환손실을 최소화한다. 상기 기술된 수치는 전파의 전송손실을 최소화하였을 때의 값이다.

〈37〉 도 5는 TE 모드 스프레서(6)의 사시도이다. 모드 변환기와 동일한 크기의 유전체 기판(13)을 사용하였다. 단, 금속박막 폭이 0.2mm이고, 간격이 0.2mm의 가느다란 스트립의 배열을 이루는 구조이다. TE 모드 스프레서(6)은 변환되어진 전파 중에 존재하는 TE 모드의 전송을 억제하는 역할을 한다. 폭과 간격에 따라 전송손실에 영향을 미친다. 금속 박막의 폭을 0.05mm로 하고, 간격을 0.45mm로 하여 전송손실을 최소화 할 수 있었다.

(제2 구현 예)

〈38〉 본 발명의 제 2 구현예에서의 모드 변환부는 LSM 모드를 TE 모드로 변환시키는 역할을 한다. 제 2 구현예에서는 편파를 90도 회전시키는 원리를 이용한다. 테프론(3), TE 모드 반사판(8), 0.8mm 테프론(9), 45도 편파 변환판(10), 2.4mm 테프론(11), LSM 모드 반사판(12)으로 구성된 모드 변환부의 사시도를 도 2에서 보여준다.

〈39〉 LSM 모드로 전파되는 밀리미터파 전파는 테프론(3)을 통하여 TE 모드 반사판(8)으로 전파를 전송하고, TE 모드 반사판(8)은 TE 모드를 차단하고 LSM 모드만을 통과시킨다. 통과한 LSM 모드는 λ/4의 길이에 해당하는 0.8mm 테프론(9)을 거쳐서, 45도 편파 변환판(10)에 도달하여 편파를 45도 회전시킨다. 45도 회전된 편파는 2.4mm 테프론(11)을 따라 LSM 모드 반사판(12)에 도달하게 된다. 이 과정에서 LSM 모드는 차단되고 45도 회전된 편파는 다시 45도 회전을 하여 통과하게 된다. 결국 90도 편파 회전되어 TE 모드로 변환되어 전파된다. TE 모드 반사판과 45도 편파 변환판의 사이를 초단, 45도 편파 변환판과 LSM 모드 반사판의 사이를 후단이라 칭한다.

〈40〉 도 6은 TE 모드 반사판(8)의 사시도이다. 유전율이 2.6이고 두께가 0.3mm인 유전체 기판(17)을 사용하였다. 18은 TE 모드를 차단하기 위한 가로가 2.5mm이고, 세로가 2.25mm인 유전체 기판에 장하되어 있는 0.03mm의 두께를 가지는 금속(구리)박막(18)이다. 금속 박막의 폭과 간격은 각각 0.15mm이다.

〈41〉 도 7은 45도 편파 변환판(10)의 사시도이다. 모드 반사판(8)의 유전체 기판(19)은 같은 것을 사용하였다. 금속박막(17)의 폭과 간격은 0.15mm이고, 45도 기울어져 있다. 이것은 입사하는 편파를 45도 회전시키기 위한 구조이다.

〈42〉 도 8은 LSM 모드 반사판(12)의 사시도이다. 모드 반사판(8)과 45도 편파 변환판(10)의 유전체 기판(17)과 같은 것을 사용하였고, 금속박막(20)의 폭과 간격은 0.15mm이다. 그리고, 아래로 나열되어 있다. 이것은 입사하는 편파를 45도로 회전을 시켜 전체적으로 90도 회전시키는 것과 같으며 LSM 모드를 차단하는 역할을 한다.

〈43〉 도 9는 제 2 구현예(대표도 2)의 모드 변환부를 초단과 후단으로 나누어 LSM 모드와 TE 모드의 반사 및 투과 특성을 나타내고 있는데, 이와 같이 두 모드의 반사 및 투과특성을 감안하여, 초단을 TE 모드의 λ/4, 후단을 LSM 모드의 λ/4의 간격을 얻기 위해 TE 모드 반사판(8)과 45도 편파 변환판(10)의 사이에 0.8mm 테프론(9)을 두고, 45도 편파 변환판(10)과 LSM 모드 반사판(12)의 사이에 2.4mm 테프론(11)을 두었다.

〈44〉 제 1 구현예에서 TE 모드를 LSM 모드로 변환하였을 때, 변환 손실이 약 2dB 발생한 반면, 제 2 구현 예에서는 LSM 모드를 TE 모드로 변환하였을 때, 변환 손실이 약 1.4dB 발생하였다.

〈45〉 본 발명에서는 도 10과 같은 구조의 LSM 모드를 TE 모드로 변환할 수 있는 낮은 변환손실을 가지는 모드 변환부를 제시하였다. 제 2 구현예의 모드 변환부를 그대로 사용하고 모드 변환부에서 1mm 떨어진 부분에 모드 변환부의 초단과 후단의 길이와 같은 금속박스(21)을 두어 도파관의 형태로 하였다. 그 결과 변환손실이 약 0.7dB 발생하였다.

〈46〉 본 발명의 많은 다양한 구현 예들을 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 않는 한도 내에서 구성할 수 있다. 본 발명은 본 명세서에서 설명한 특정의 구현 예들에 한정되지 않음을 이해하여야 한다. 이에 반하여, 본 발명은 청구된 본 발명의 기술적 요지 범위 내에 포함되는 다양한 변형 예들 및 균등한 구성 예들을 포함한다. 첨부된 특허청구범위는 이러한 변형 예들, 균등한 구조들 및 기능들을 모두 포함하도록 가장 넓게 해석되어야 한다.

〈47〉 본 발명에 의하면, 변환손실이 상당히 낮게 나타나므로 변환에 의한 전파를 거의 같은 출력을 가지고 TE 모드를 LSM 모드로, LSM 모드를 TE 모드로 각각 다른 모드로의 변환이 가능하게 됨으로서, 도파관은 물론 마이크로스트립과 비방사유전체도파관과의 접목이 가능하게 되었다.

Claims

평행한 금속판 사이에 설치된 비방사성유전체선로를 이용하여 밀미미터파를 전송(파)함에 있어서,

모드 변환기(Mode Converter)(4)와 TE 스프레서(TE Suppressor)(6), 모드 변환기(4)와 TE 스프레서(6) 사이에 1㎜ 테프론(5)을 일정한 간격으로 실장하여 TE모드를 LSM모드로의 변환이 가능하도록 함을 특징으로 한 모드 변환기.
제 1항에 있어서, 상기 모드변환기에 실장된 두 금속박막의 간격을 조절하여 전송손실 또는 변환손실을 최소화할 수 있도록 함을 특징으로 하는 모드변환기.
제 1항에 있어서,

상기 모드변환기에 실장되어 있는 두 금속박막의 간격을 조절하여 TE모드를 LSM모드로 변환되게 하여 도파관은 물론 마이크로스트립과 비방사유전체도파관과의 접목이 가능하도록 함을 특징으로 한 모드변환기.
평행한 금속판 사이에 설치된 비방사성유전체선로를 이용하여 밀리미터파를 전송(파)함에 있어서,

모드 변환기(Mode Converter)(4)와 TE 스프레서(TE Suppressor)(6), 모드 변환기(4)와 TE 스프레서(6) 사이에 1㎜ 테프론(5)를 일정한 간격으로 실장한 구조를 가지는 것으로 특징으로 한 모드 변환기.
제 4항에 있어서,

상기 TE 모드 스프레서로부터 입사와 반사된 TE 모드를 상쇄하고 LSM 모드만 모드 변환부를 통해 전파될 수 있도록 1㎜ 테프론(5)를 실장한 것을 특징으로 하는 모드 변환기.
제 4항에 있어서,

전송손실 또는 변환손실을 최소화할 수 있도록 하기 위해 상기 모드변환기에 실장된 두 금속박막의 간격을 조절이 가능하도록 함을 특징으로 하는 모드 변환기