KR20190036231A

KR20190036231A - 위상 시프터를 포함하는 안테나 장치

Info

Publication number: KR20190036231A
Application number: KR1020170125219A
Authority: KR
Inventors: 김영종; 신동식; 김종화; 박해권; 윤병태; 정종욱; 황순호
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2017-09-27
Filing date: 2017-09-27
Publication date: 2019-04-04
Also published as: KR102443048B1; US11349184B2; US20200251797A1; WO2019066308A1

Abstract

본 개시(disclosure)의 다양한 실시 예들에 따른, 위상 시프터(phase shifter) 장치는 위상 변경 선로를 포함하는 제1 기판과, 입력 포트와 연결된 입력 선로, 제1 출력 포트와 연결된 제1 출력 선로, 제2 출력 포트와 연결된 제2 출력 선로, 및 상기 제1 출력 선로와 상기 제2 출력 선로를 연결하는 연결 선로를 포함하는 제2 기판을 포함할 수 있다. 상기 제1 기판은, 상기 제2 기판과 마주보며 상기 제2 기판으로부터 일정 거리에 오버레이(overlay)되도록 배치될 수 있다. 상기 연결 선로의 제1 부분을 통과하는 신호의 위상은, 상기 제1 기판의 회전에 따라 제1 값만큼 변경될 수 있다. 상기 신호는, 상기 제1 출력 포트로 전달되는 제1 신호와 상기 제2 출력 포트로 전달되는 제2 신호로 분기될 수 있다.

Description

위상 시프터를 포함하는 안테나 장치{ANTENNA APPARATUS INCLUDING PHASE SHIFTER}

본 개시(disclosure)는 일반적으로 안테나 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 위상 시프터(phase shifter)를 포함하는 안테나 장치에 관한 것이다.

국내외 이동통신 시스템에서는 지역별 및 시간대별로 가입자들의 사용밀도가 변하기 때문에 이러한 상황에서 최적의 서비스를 제공해주기 위하여 기지국 안테나의 수직빔 각도를 조절하여 기지국의 커버리지를 조정하는 망관리를 하고 있다.

이를 위해 종래의 무선 통신 시스템에서는 기구적 빔틸트 방식을 사용하였다. 이러한 기구적 빔틸트 방식은 안테나에 장착된 기구적 빔틸트 장치를 이용하여 안테나의 각도를 조절함으로써, 안테나 복사빔의 방향을 직접적으로 조절하는 방식이다.

기구적 빔틸트 방식의 장점으로는 안테나의 생산 단가를 낮출 수 있다는 것이다. 하지만, 기지국 운영을 위해서 기지국 안테나 타워에 기술자가 직접 올라가 빔틸트 기구물을 고정하고 있는 여러 개의 볼트를 풀고 안테나 각도를 바꾼 다음 다시 볼트를 조여주는 복잡한 과정을 거쳐야 하므로, 낙사와 같은 위험이 있으며 많은 시간이 소요됨에 따라 수리의 신속성이 떨어진다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 원격으로 기지국 안테나의 빔틸트를 조절할 수 있는 전기적 빔틸트 방식이 개발되었다. 이러한 전기적 빔틸트 안테나는 내부에 빔의 위상을 조절하기 위한 위상 시프터를 구비한다.

상술한 바와 같은 논의를 바탕으로, 본 개시(disclosure)는, 위상 시프터(phase shifter)를 포함하는 안테나 장치를 제공한다.

또한, 본 개시는, 제1 기판의 회전에 따라 각 출력 포트로 전달되는 신호의 위상을 변경함에 있어서, 제2 기판에 포함된 하나의 연결 선로를 이용하여 제2 기판에 포함된 하나의 출력 포트로 전달되는 신호의 위상뿐만 아니라, 제2 기판에 포함된 다른 출력 포트로 전달되는 신호의 위상을 함께 조절하기 위한 위상 시프터를 제공한다.

본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 위상 시프터(phase shifter) 장치는 위상 변경 선로를 포함하는 제1 기판과, 입력 포트와 연결된 입력 선로, 제1 출력 포트와 연결된 제1 출력 선로, 제2 출력 포트와 연결된 제2 출력 선로, 및 상기 제1 출력 선로와 상기 제2 출력 선로를 연결하는 연결 선로를 포함하는 제2 기판을 포함할 수 있다. 상기 제1 기판은, 상기 제2 기판과 마주보며 상기 제2 기판으로부터 일정 거리에 오버레이(overlay)되도록 배치될 수 있다. 상기 연결 선로의 제1 부분을 통과하는 신호의 위상은, 상기 제1 기판의 회전에 따라 제1 값만큼 변경될 수 있다. 상기 신호는, 상기 제1 출력 포트로 전달되는 제1 신호와 상기 제2 출력 포트로 전달되는 제2 신호로 분기될 수 있다.

본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 안테나 장치는 하우징, 상기 하우징의 내부에 배치되는 제1 방사 소자 및 제2 방사 소자, 상기 하우징의 내부에 배치되는 위상 시프터를 포함할 수 있다. 상기 위상 시프터는, 위상 변경 선로를 포함하는 제1 기판과, 입력 포트와 연결된 입력 선로, 제1 출력 포트와 연결된 제1 출력 선로, 제2 출력 포트와 연결된 제2 출력 선로, 및 상기 제1 출력 선로와 상기 제2 출력 선로를 연결하는 연결 선로를 포함하는 제2 기판을 포함할 수 있다. 상기 제1 기판은, 상기 제2 기판과 마주보며 상기 제2 기판으로부터 일정 거리에 오버레이되도록 배치될 수 있다. 상기 연결 선로의 제1 부분을 통과하는 신호의 위상은, 상기 제1 기판의 회전에 따라 제1 값만큼 변경될 수 있다. 상기 신호는, 상기 제1 출력 포트로 전달되는 제1 신호와 상기 제2 출력 포트로 전달되는 제2 신호로 분기될 수 있다.

본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 장치는 하나의 연결 선로를 사용하여 서로 다른 출력 포트로 전달되는 각 신호의 위상을 함께 조절 가능한 구조를 가짐으로써, 위상 시프터(phase shifter)의 크기(size)를 감소시킬 수 있게 한다.

본 개시에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1a는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 빔틸트 안테나의 사시도 및 정면도를 도시한다.
도 1b는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 빌틸트 안테나의 다른 사시도를 도시한다.
도 1c는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 빔틸트 안테나의 하우징의 사시도를 도시한다.
도 2a는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 위상 시프터(phase shifter)의 사시도를 도시한다.
도 2b는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 위상 시프터의 정면도를 도시한다.
도 2c는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 위상 변경부의 분해 사시도를 도시한다.
도 3a 내지 3d는 본 개시의 제1 실시 예에 따른 제1 기판의 회전 전후의 위상 변경부의 정면도를 도시한다.
도 4a 내지 4d는 본 개시의 제1 실시 예에 따른 각 출력 포트에 대한 위상 그래프를 도시한다.
도 5a 내지 5c는 본 개시의 제2 실시 예에 따른 제1 기판의 회전 전후의 위상 변경부의 정면도를 도시한다.
도 6a 내지 6d는 본 개시의 제2 실시 예에 따른 각 출력 포트에 대한 위상 그래프를 도시한다.
도 7a 내지 7c는 본 개시의 제3 실시 예에 따른 제1 기판의 회전 전후의 위상 변경부의 정면도를 도시한다.
도 8a는 본 개시의 제1 실시 예에 따른 전력 분할 비 그래프를 도시한다.
도 8b는 본 개시의 제1 실시 예에 따른 반사 계수에 대한 S-파라미터(parameter) 그래프를 도시한다.
도 9a는 본 개시의 제2 실시 예에 따른 전력 분할 비 그래프를 도시한다.
도 9b는 본 개시의 제2 실시 예에 따른 반사 계수에 대한 S-파라미터 그래프를 도시한다.
도 10a는 본 개시의 제1 실시 예에 따른 위상 변화에 따른 빔틸트 안테나의 빔 패턴 변화의 예를 도시한다.
도 10b는 본 개시의 제2 실시 예에 따른 위상 변화에 따른 빔틸트 안테나의 빔 패턴 변화의 예를 도시한다.
도 11a는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 빔틸트 안테나의 수직 빔 패턴 특성도를 도시한다.
도 11b는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 빔틸트 안테나의 수평 빔 패턴 특성도를 도시한다.

본 개시에서 사용되는 용어들은 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시 예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 개시에 기재된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 개시에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은, 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 개시에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 개시에서 정의된 용어일지라도 본 개시의 실시 예들을 배제하도록 해석될 수 없다.

이하에서 설명되는 본 개시의 다양한 실시 예들에서는 하드웨어적인 접근 방법을 예시로서 설명한다. 하지만, 본 개시의 다양한 실시 예들에서는 하드웨어와 소프트웨어를 모두 사용하는 기술을 포함하고 있으므로, 본 개시의 다양한 실시 예들이 소프트웨어 기반의 접근 방법을 제외하는 것은 아니다.

이하 본 개시는 안테나 장치에 관한 것이다. 구체적으로, 본 개시는 위상 시프터(phase shifter)를 포함하는 빔틸트 안테나 장치를 설명한다.

이하 설명에서 사용되는 선로(예: 입력 선로, 출력 선로, 전달 선로, 위상 변경 선로)를 지칭하는 용어, 장치의 구성 요소를 지칭하는 용어(발명에 따라 적절히 수정) 등은 설명의 편의를 위해 예시된 것이다. 따라서, 본 개시가 후술되는 용어들에 한정되는 것은 아니며, 동등한 기술적 의미를 가지는 다른 용어가 사용될 수 있다.

이하, 첨부 도면을 참조하여, 다양한 실시 예들을 상세히 설명하면 다음과 같다. 다만, 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소 될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.

도 1a는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 빔틸트 안테나의 사시도 및 정면도를 도시한다. 도 1b는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 빔틸트 안테나의 다른 사시도를 도시한다. 도 1c는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 빔틸트 안테나의 하우징의 사시도를 도시한다.

도 1a 내지 1c를 참고하면, 빔틸트 안테나 100은 반사판 140을 포함한다. 반사판 140은 고정 부재들 150a 내지 150c에 의해 하우징 170 내부의 일면으로부터 일정 거리만큼 이격되어 고정될 수 있다. 반사판 140은 방사 소자들 110a 내지 110h에서 방사되는 신호들을 반사함으로써 신호의 지향성과 이득을 향상시킬 수 있다.

반사판 140의 제1 면 141에는 방사 소자들 110a 내지 110h가 배치되어 있다. 이 경우, 방사 소자들 110a 내지 110h 중 인접한 2개의 방사 소자들(예: 방사 소자 110a와 방사 소자 110b, 방사 소자 110c와 방사 소자 110d, 방사 소자 110e와 방사 소자 110f, 방사 소자 110g와 방사 소자 110h)은 한 쌍(pair)으로 구성됨으로써, 동일한 출력 포트로부터 전달되는 동일한 신호를 방사할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 도 1a에서 도시되는 것과 같이, 반사판 140에서, 방사 소자들 110a 내지 110h는 1x8 형태로 배치될 수 있다. 다른 실시 예들에서, 도 1b에서 도시되는 것과 같이, 반사판 140에서, 방사 소자들 110a 내지 110h는 2x4 형태로 배치될 수 있다.

반사판 140의 제2 면 142에는 위상 시프터 120, 도전성 부재들 130a 내지 130d, 및 입출력단 160이 배치되어 있다. 위상 시프터 120은 입력 포트로 입력된 신호의 위상을 조절한 후 출력 포트로 전달한다. 도전성 부재들 130a 내지 130d는 위상 시프터 120의 각 출력 포트로부터 출력된 위상이 조절된 신호를 방사 소자들 110a 내지 110h에게 전달할 수 있다. 이에 따라, 방사 소자들 110a 내지 110h는 위상이 조절된 신호를 방사한다. 즉, 위상 시프터 120은 입력된 신호의 위상을 조절함으로써 방사 소자들 110a 내지 110h에서 출력되는 신호의 방사 패턴(예: 방향)을 제어한다.

입출력단 160은 안테나 100을 포함하는 송신 장치(예: 기지국)(미도시)의 프로세서 및 RF(radio frequency) 회로에 의해 생성된 신호를 입력 받을 수 있다. 이후, 입출력단 160은 입력 신호를 위상 시프터 120에게 전달할 수 있다.

반사판 140의 제1 면 141 및 제2 면 142에 배치된 방사 소자 110a, 방사 소자 110b, 위상 시프터 120, 도전성 부재 130, 및 입출력단 160은 하우징 170, 커버 170a, 및 커버 170b에 내장된다.

도 2a는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 위상 시프터의 사시도를 도시한다. 도 2b는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 위상 시프터의 정면도를 도시한다.

도 2a 및 2b를 참고하면, 위상 시프터 120은 위상 변경부 210 및 구동부 220을 포함한다.

위상 변경부 210은 서로 마주보게 배치된 제1 기판 211 및 제2 기판 212를 포함한다. 예를 들어, 제1 기판 211 및 제2 기판 212는 인쇄회로기판(printed circuit board, PCB)로 지칭될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 제1 기판 211은 제2 기판 212와 마주보며 제2 기판 212로부터 일정 거리에 오버레이(overlay)되어 위치할 수 있다.

제1 벨벳 기어 215는 제2 벨벳 기어 214와 맞물려있으며, 제2 벨벳 기어 214가 구동부 220에 포함된 모터 217에 의해 회전함에 따라, 제1 벨벳 기어 215 또한 회전하게 된다. 이 경우. 제1 벨벳 기어 215의 종단에 형성된 볼트는 제1 기판 211 및 제2 기판 212를 관통하여 너트 216과 결합한다. 이를 통해, 제1 기판 211은 제1 벨벳 기어 215에 고정되며, 제1 벨벳 기어 215의 회전에 의해 제1 기판 211 또한 회전하게 된다. 또한, 제2 기판 212는 기판 고정편 213에 의해 반사판 140에 고정된다. 다만, 제1 기판 211을 회전시키기 위한 기어는 벨벳 기어에 한정되지 않고, 다양한 형태의 기어가 이용될 수 있다.

도 3a 내지 3c는 본 개시의 제1 실시 예에 따른 제1 기판의 회전 전후의 위상 변경부의 정면도를 도시한다.

도 3a 내지 3c를 참고하면, 제1 기판 211은 위상 변경 선로 321, 위상 변경 선로 322, 및 위상 변경 선로 323을 포함한다. 제2 기판 212는 입력 포트와 연결된 입력 선로 301, 출력 포트 P1과 연결된 출력 선로 302, 출력 포트 P2와 연결된 출력 선로 303, 출력 포트 P3와 연결된 출력 선로 304, 출력 포트 P4와 연결된 출력 선로 305, 및 연결 선로들 311 내지 313을 포함한다. 여기서, 연결 선로 311은 출력 선로 302와 출력 선로 303을 연결할 수 있다. 연결 선로 312는 연결 선로 311과 출력 선로 303이 연결되는 지점에 함께 연결될 수 있다. 연결 선로 313은 연결 선로 311과 출력 선로 302가 연결되는 지점에 함께 연결될 수 있다. 여기서, 연결 선로 311은 보다 빗살 무늬(또는 형상) 선로를 포함할 수 있다. 예를 들어, 연결 선로 311은 콤 라인(comb line) 형상을 가질 수 있다. 이 경우, 연결 선로 311의 콤 라인 형상에 의해 연결 선로 311을 통과하는 신호의 위상 속도가 느려질 수 있다. 따라서, 콤 라인 형상을 포함하는 연결 선로 311의 단위 길이당 위상 변화량은 콤 라인을 포함하지 않는 선로(예: 위상 변경 선로 322, 위상 변경 선로 323)의 단위 길이당 위상 변화량보다 클 수 있다. 다른 예를 들어, 도 3d를 참고하면, 연결 선로 311은 물결 무늬(또는 형상) 선로를 포함할 수 있다. 이 밖에, 연결 선로 311은 다양한 형태의 선로로 형성될 수 있다.

도 3a 내지 3c에 포함된 다양한 선로들 각각의 두께는 이웃하는 선로들 간 임피던스를 매칭시키기 위해 서로 다르게 설계될 수 있다.

입력 포트로부터 전달되어 입력 선로 301을 통과한 신호는 제1 분기점 331에서 출력 포트들 P1 및 P3 측으로 향하는 신호와 출력 포트들 P2 및 P4 측으로 향하는 신호로 분기된다. 여기서, 제1 분기점 331은 연결 선로 311의 빗살 무늬 선로와 연결 선로 311이 커플링된 부분의 중앙을 의미할 수 있다.

이후, 연결 선로 311의 제1 부분 341-1을 통과한 출력 포트들 P2 및 P4 측으로 향하는 신호는 제2 분기점 332에서 출력 포트 P2로 전달되는 신호와 출력 포트 P4로 전달되는 신호로 다시 분기된다. 여기서, 제2 분기점 332는 연결 선로 311, 연결 선로 312, 및 출력 선로 303이 함께 연결되는 지점을 의미할 수 있다. 또한, 연결 선로 311의 제2 부분 341-2를 통과한 출력 포트들 P1 및 P3 측으로 향하는 신호는 제3 분기점 333에서 출력 포트 P1으로 전달되는 신호와 출력 포트 P3로 전달되는 신호로 다시 분기된다. 여기서, 제3 분기점 333은 연결 선로 311, 연결 선로 313, 및 출력 선로 302가 함께 연결되는 지점을 의미할 수 있다. 또한, 제1 부분 341-1은 연결 선로 311에서 제1 분기점 331로부터 제2 분기점 332까지의 부분을 의미할 수 있다. 제2 부분 341-2는 연결 선로 311에서 제1 분기점 331로부터 제3 분기점 333까지의 부분을 의미할 수 있다.

출력 포트 P2로 전달되는 신호는 출력 선로 303을 통과하고, 출력 포트 P4로 전달되는 신호는 연결 선로 312의 제3 부분 342-1 및 제4 부분 342-2를 통과한다. 여기서, 제3 부분 342-1은 제1 기판 211이 회전함에 따라, 위상 변경 선로 322에서 연결 선로 312와 추가적으로 커플링될 수 있는 후보 부분을 의미할 수 있다. 제4 부분 342-2는 제1 기판 211이 회전함에 따라, 위상 변경 선로 323에서 연결 선로 313과 추가적으로 커플링될 수 있는 후보 부분을 의미할 수 있다.

일부 실시 예들에서, 제1 기판 211이 회전하는 경우 제1 기판 211의 반경에 따라 호 길이의 차이가 있기 때문에, 제1 기판 211이 회전함에 따른 제3 부분 342-1 및 제4 부분 342-2 각각의 길이 변화량은 상이할 수 있다. 따라서, 제1 기판 211이 회전함에 따라, 제3 부분 342-1 및 제4 부분 342-2 각각을 통과하는 신호의 위상 변화량은 상이할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 제1 기판 211의 회전축으로부터의 거리를 고려할 때, 제1 기판 211이 회전함에 따른 제1 부분 341-1의 길이 변화량은 제3 부분 342-1 및 제4 부분 342-2의 길이 변화량보다 작을 수 있다. 따라서, 이 경우, 연결 선로 311이 콤 라인 형상을 포함함에도 불구하고, 제1 부분 341-1을 통과하는 신호의 위상 변화량은 제3 부분 342-1 및 제4 부분 342-2를 통과하는 신호의 위상 변화량보다 작을 수 있다.

출력 포트 P1으로 전달되는 신호는 출력 선로 302를 통과하고, 출력 포트 P3로 전달되는 신호는 연결 선로 313의 제5 부분 343-1 및 제6 부분 343-2를 통과한다. 여기서, 제5 부분 343-1은 제1 기판 211이 회전함에 따라, 위상 변경 선로 323에서 연결 선로 313과의 커플링이 해제되는 부분을 의미할 수 있다. 제6 부분 343-2는 제1 기판 211이 회전함에 따라, 위상 변경 선로 323에서 출력 선로 304와의 커플링이 해제되는 부분을 의미할 수 있다.

이 때, 제1 기판 211이 회전함에 따라, 제1 부분 341-1의 길이는 제1 기판 211의 회전 각도(angle)만큼 증가한다. 따라서, 제1 부분 341-1을 통과하는 출력 포트들 P2 및 P4 측으로 향하는 신호의 위상은 제2 위상(

)만큼 증가한다.

제1 기판 211이 회전함에 따라, 출력 선로 303의 길이는 변화하지 않으므로, 결과적으로, 제1 기판 211의 회전 후, 출력 포트 P2로 전달되는 신호의 위상은, 제1 기판 211의 회전 전에 비하여, +

만큼 변화한다.

또한, 제1 기판 211이 회전함에 따라, 제3 부분 342-1 및 제4 부분 342-2의 길이는 각각 제1 기판 211의 회전 각도만큼 증가한다. 따라서, 제3 부분 342-1 및 제4 부분 342-2를 통과하는 출력 포트 P4로 전달되는 신호의 위상은 제1 위상(

)만큼 증가한다. 여기서, 증가된 제1 위상(

)은 제3 부분 342-1 및 제4 부분 342-2 각각에 의한 위상 증가량의 합을 의미할 수 있다. 결과적으로, 제1 기판 211의 회전 후, 출력 포트 P4로 전달되는 신호의 위상은 제1 기판 211의 회전 전에 비하여, +

+

만큼 변화한다.

반면, 제1 기판 211이 회전함에 따라, 제2 부분 341-2의 길이는 제1 기판 211의 회전 각도만큼 감소한다. 따라서, 제2 부분 341-2를 통과하는 출력 포트들 P1 및 P3 측으로 향하는 신호의 위상은 제2 위상(

)만큼 감소한다.

제1 기판 211이 회전함에 따라, 출력 선로 302의 길이는 변화하지 않으므로, 결과적으로, 제1 기판 211의 회전 후, 출력 포트 P1으로 전달되는 신호의 위상은, 제1 기판 211의 회전 전에 비하여, -

만큼 변화한다.

또한, 제1 기판 211이 회전함에 따라, 제5 부분 343-1 및 제6 부분 343-2의 길이는 각각 제1 기판 211의 회전 각도만큼 감소한다. 따라서, 제5 부분 343-1 및 제6 부분 343-2를 통과하는 출력 포트 P3으로 전달되는 신호의 위상은 제1 위상(

)만큼 감소한다. 여기서, 감소된 제1 위상(

)은 제5 부분 343-1 및 제6 부분 343-2 각각에 의한 위상 감소량의 합을 의미할 수 있다. 결과적으로, 제1 기판 211의 회전 후, 출력 포트 P3로 전달되는 신호의 위상은, 제1 기판 211의 회전 전에 비하여, -

-

만큼 변화한다.

이 경우, 제1 기판 211의 회전에 따른 출력 포트 P1으로 전달되는 신호의 위상 변화량(-

)과 출력 포트 P2로 전달되는 신호의 위상 변화량(+

)은 대칭 관계에 있음을 확인할 수 있다. 또한, 제1 기판 211의 회전에 따른 출력 포트 P3로 전달되는 신호의 위상 변화량(-

-

)과 출력 포트 P4로 전달되는 신호의 위상 변화량(+

+

)은 대칭 관계에 있음을 확인할 수 있다.

이 경우, 제1 기판 211의 회전에 따라 각 출력 포트로 전달되는 신호의 위상을 변경함에 있어서, 제1 부분 341-1은 출력 포트 P2로 전달되는 신호의 위상뿐만 아니라, 출력 포트 P4로 전달되는 신호의 위상을 동일하게 제2 위상(

)만큼 조절하기 위해 이용될 수 있다. 즉, 출력 포트 P2로 전달되는 신호의 위상을 제2 위상(

)만큼 조절하기 위한 연결 선로와 출력 포트 P4로 전달되는 신호의 위상을 제2 위상(

)만큼 조절하기 위한 연결 선로가 별도로 요구되지 않기 때문에, 위상 시프터 120의 크기(size)가 감소할 수 있다.

이 때, 제1 기판 211의 회전에 따라 제1 부분 341-1의 길이가 증가하는 것에 대한 반대 급부로 제2 부분 341-2의 길이는 감소한다. 즉, 출력 포트들 P1 및 P3 측으로 향하는 신호의 위상은 연결 선로 311에 의해 출력 포트들 P2 및 P4 측으로 향하는 신호의 위상이 변경되는 것에 대한 반대 급부로 변경된다.

상술한 바와 같이, 제1 기판 211 및 제2 기판 212가 도 3a 내지 3b와 같은 선로 구조를 갖는 경우, 제1 기판 211의 회전에 따른 각 출력 포트로 전달되는 신호의 위상 변화량은 하기 <표 1>과 같이 결정될 수 있다.

출력 포트	위상
출력 포트	기준	변화량
P1	0	-
P2	0	+
P3	0	- -
P4	0	+ +

도 4a 내지 4d는 본 개시의 제1 실시 예에 따른 각 출력 포트에 대한 위상 그래프를 도시한다. 도 4a 내지 4d는 제1 기판 211 및 제2 기판 212가 도 3a 내지 3c와 같은 선로 구조를 갖는 경우의 각 출력 포트에 대한 위상 그래프를 예시한다. 여기서, 위상 그래프의 x축은 각 출력 포트로 전달되는 신호의 주파수를 의미하고, y축은 각 출력 포트로 전달되는 신호의 위상을 의미한다.

도 4a를 참고하면, 직선 401은 제1 기판 211이 회전하기 전, 각 주파수에 대응하는 출력 포트 P1으로 전달되는 신호의 위상을 나타낸다. 직선 403은 제1 기판 211이 회전한 후, 각 주파수에 대응하는 출력 포트 P1으로 전달되는 신호의 위상을 나타낸다. 예를 들어, 출력 포트 P1으로 전달되는 신호의 주파수가 0.78GHz인 경우, 제1 기판 211이 회전하기 전, 출력 포트 P1으로 전달되는 신호의 위상이 +53.27

라면, 제1 기판 211이 회전한 후, 출력 포트 P1으로 전달되는 신호의 위상은 +11.58

일 수 있다. 즉, 제1 기판 211의 회전에 따라 발생하는 출력 포트 P1으로 전달되는 신호의 위상 변화량은 약 -42

일 수 있다. 일부 실시 예들에서, 제1 기판 211 및 제2 기판 212가 도 3a 내지 3c와 같은 선로 구조를 갖는 경우, 출력 포트 P1으로 전달되는 신호의 위상 변화량 -

는 -42

일 수 있다.

도 4b를 참고하면, 직선 411은 제1 기판 211이 회전하기 전, 각 주파수에 대응하는 출력 포트 P2로 전달되는 신호의 위상을 나타낸다. 직선 413은 제1 기판 211이 회전한 후, 각 주파수에 대응하는 출력 포트 P2로 전달되는 신호의 위상을 나타낸다. 예를 들어, 출력 포트 P2로 전달되는 신호의 주파수가 0.78GHz인 경우, 제1 기판 211이 회전하기 전, 출력 포트 P2로 전달되는 신호의 위상이 +11.42

라면, 제1 기판 211이 회전한 후, 출력 포트 P2로 전달되는 신호의 위상은 +53.34

일 수 있다. 즉, 제1 기판 211의 회전에 따라 발생하는 출력 포트 P2로 전달되는 신호의 위상 변화량은 약 +42

일 수 있다. 일부 실시 예들에서, 제1 기판 211 및 제2 기판 212가 도 3a 내지 3c와 같은 선로 구조를 갖는 경우, 출력 포트 P2로 전달되는 신호의 위상 변화량 +

는 +42

일 수 있다.

도 4c를 참고하면, 직선 421은 제1 기판 211이 회전하기 전, 각 주파수에 대응하는 출력 포트 P3로 전달되는 신호의 위상을 나타낸다. 직선 423은 제1 기판 211이 회전한 후, 각 주파수에 대응하는 출력 포트 P3로 전달되는 신호의 위상을 나타낸다. 예를 들어, 출력 포트 P3로 전달되는 신호의 주파수가 0.78GHz인 경우, 제1 기판 211이 회전하기 전, 출력 포트 P3로 전달되는 신호의 위상이 -69.44

라면, 제1 기판 211이 회전한 후, 출력 포트 P3로 전달되는 신호의 위상은 -193.78

일 수 있다. 즉, 제1 기판 211의 회전에 따라 발생하는 출력 포트 P3로 전달되는 신호의 위상 변화량은 약 -124

일 수 있다. 일부 실시 예들에서, 제1 기판 211 및 제2 기판 212가 도 3a 내지 3c와 같은 선로 구조를 갖는 경우, 출력 포트 P3로 전달되는 신호의 위상 변화량 -

-

는 -124

일 수 있다.

도 4d를 참고하면, 직선 431은 제1 기판 211이 회전하기 전, 각 주파수에 대응하는 출력 포트 P4로 전달되는 신호의 위상을 나타낸다. 직선 433은 제1 기판 211이 회전한 후, 각 주파수에 대응하는 출력 포트 P4로 전달되는 신호의 위상을 나타낸다. 예를 들어, 출력 포트 P4로 전달되는 신호의 주파수가 0.78GHz인 경우, 제1 기판 211이 회전하기 전, 출력 포트 P4로 전달되는 신호의 위상이 -193.99

라면, 제1 기판 211이 회전한 후, 출력 포트 P4로 전달되는 신호의 위상은 -68.90

일 수 있다. 즉, 제1 기판 211의 회전에 따라 발생하는 출력 포트 P4로 전달되는 신호의 위상 변화량은 약 +124

일 수 있다. 일부 실시 예들에서, 제1 기판 211 및 제2 기판 212가 도 3a 내지 3c와 같은 선로 구조를 갖는 경우, 출력 포트 P4로 전달되는 신호의 위상 변화량 +

+

는 +124

일 수 있다.

도 5a 내지 5c는 본 개시의 제2 실시 예에 따른 제1 기판의 회전 전후의 위상 변경부의 정면도를 도시한다.

도 5a 내지 5c를 참고하면, 제1 기판 211은 위상 변경 선로 521, 위상 변경 선로 522, 및 위상 변경 선로 523을 포함한다. 제2 기판 212는 입력 포트와 연결된 입력 선로 501, 출력 포트 P1과 연결된 출력 선로 502, 출력 포트 P2와 연결된 출력 선로 503, 출력 포트 P3와 연결된 출력 선로 504, 출력 포트 P4와 연결된 출력 선로 505, 및 연결 선로들 511 내지 513을 포함한다. 여기서, 연결 선로 511은 출력 선로 504와 출력 선로 505를 연결할 수 있다. 연결 선로 512는 연결 선로 511과 출력 선로 505가 연결되는 지점에 함께 연결될 수 있다. 연결 선로 513은 연결 선로 511과 출력 선로 504가 연결되는 지점에 함께 연결될 수 있다. 도 5a 내지 5c에 포함된 다양한 선로들 각각의 두께는 이웃하는 선로들 간 임피던스를 매칭시키기 위해 서로 다르게 설계될 수 있다. 이 경우, 연결 선로 511이 빗살 무늬 선로를 포함하지 않기 때문에, 위상 시프터 120의 크기가 감소할 수 있다. 또한, 연결 선로 511이 빗살 무늬 선로를 포함하지 않기 때문에, 위상 시프터 120은 각 출력 포트로 전달되는 신호의 위상 변화량을 보다 정밀하게 조절할 수 있다.

입력 포트로부터 전달되어 입력 선로 501을 통과한 입력 신호는 제1 분기점 531에서 출력 포트들 P1 및 P3 측으로 향하는 신호와 출력 포트들 P2 및 P4 측으로 향하는 신호로 분기된다. 여기서, 제1 분기점 531은 위상 변경 선로 521과 연결 선로 511이 커플링된 부분의 중앙을 의미할 수 있다.

이후, 연결 선로 511의 제1 부분 541-1을 통과한 출력 포트들 P2 및 P4 측으로 향하는 신호는 제2 분기점 532에서 출력 포트 P2로 전달되는 신호와 출력 포트 P4로 전달되는 신호로 다시 분기된다. 여기서, 제2 분기점 532는 연결 선로 511, 연결 선로 512, 및 출력 선로 505가 함께 연결되는 지점을 의미할 수 있다. 또한, 연결 선로 511의 제2 부분 541-2를 통과한 출력 포트들 P1 및 P3 측으로 향하는 신호는 제3 분기점 533에서 출력 포트 P1으로 전달되는 신호와 출력 포트 P3로 전달되는 신호로 다시 분기된다. 여기서, 제3 분기점 533은 연결 선로 511, 연결 선로 513, 및 출력 선로 504가 함께 연결되는 지점을 의미할 수 있다. 제1 부분 541-1은 연결 선로 511에서 제1 분기점 531로부터 제2 분기점 532까지의 부분을 의미할 수 있다. 제2 부분 541-2는 연결 선로 511에서 제1 분기점 531로부터 제3 분기점 533까지의 부분을 의미할 수 있다.

출력 포트 P2로 전달되는 신호는 연결 선로 512의 제3 부분 542-1 및 제4 부분 542-2를 통과하고, 출력 포트 P4로 전달되는 신호는 출력 선로 505를 통과한다. 여기서, 제3 부분 542-1은 제1 기판 211이 회전함에 따라, 위상 변경 선로 522에서 출력 선로 503과의 커플링이 해제되는 부분을 의미할 수 있다. 제4 부분 542-2는 제1 기판 211이 회전함에 따라, 위상 변경 선로 523에서 연결 선로 513과의 커플링이 해제되는 부분을 의미할 수 있다.

일부 실시 예들에서, 제1 기판 211이 회전하는 경우 제1 기판 211의 반경에 따라 호 길이의 차이가 있기 때문에, 제1 기판 211이 회전함에 따른 제3 부분 542-1 및 제4 부분 542-2 각각의 길이 변화량은 상이할 수 있다. 따라서, 제1 기판 211이 회전함에 따라, 제3 부분 542-1 및 제4 부분 542-2 각각을 통과하는 신호의 위상 변화량은 상이할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 위상 변경 선로 521의 길이가 도 3b의 위상 변경 선로 321의 길이보다 길기 때문에, 제1 기판 211이 회전함에 따른 도 5b의 제1 부분 541-1의 길이 변화량은 도 3b의 제1 부분 341-1의 길이 변화량보다 클 수 있다. 따라서, 연결 선로 511이 콤 라인 형상을 포함하지 않음에도 불구하고, 제1 기판 211이 회전함에 따라 도 5b의 제1 부분 541-1을 통과하는 신호의 위상 변화량은 도 3b의 제1 부분 341-1을 통과하는 신호의 위상 변화량보다 클 수 있다.

출력 포트 P1으로 전달되는 신호는 연결 선로 513의 제5 부분 543-1 및 제6 부분 543-2를 통과하고, 출력 포트 P3로 전달되는 신호는 출력 선로 504를 통과한다. 여기서, 제5 부분 543-1은 제1 기판 211이 회전함에 따라, 위상 변경 선로 523에서 출력 선로 502와 추가적으로 커플링될 수 있는 후보 부분을 의미할 수 있다. 제6 부분 543-2는 제1 기판 211이 회전함에 따라, 위상 변경 선로 523에서 연결 선로 513과 추가적으로 커플링될 수 있는 후보 부분을 의미할 수 있다.

이 때, 제1 기판 211이 회전함에 따라, 제1 부분 541-1의 길이는 제1 기판 211의 회전 각도만큼 증가한다. 따라서, 제1 부분 541-1을 통과하는 출력 포트들 P2 및 P4 측으로 향하는 신호의 위상은 제1 위상(

)만큼 증가한다.

제1 기판 211이 회전함에 따라, 제3 부분 542-1 및 제4 부분 542-2의 길이는 각각 제1 기판 211의 회전 각도만큼 증가한다. 따라서, 제3 부분 542-1 및 제4 부분 542-2를 통과하는 출력 포트 P2로 전달되는 신호의 위상은 제2 위상(

)만큼 증가한다. 여기서, 증가된 제2 위상(

)은 제3 부분 542-1 및 제4 부분 542-2 각각에 의한 위상 증가량의 합을 의미할 수 있다. 결과적으로, 제1 기판 211의 회전 후, 출력 포트 P2로 전달되는 신호의 위상은 제1 기판 211의 회전 전에 비하여, +

+

만큼 변화한다.

또한, 제1 기판 211이 회전함에 따라, 출력 선로 505의 길이는 변화하지 않으므로, 결과적으로, 제1 기판 211의 회전 후, 출력 포트 P4로 전달되는 신호의 위상은, 제1 기판 211의 회전 전에 비하여, +

만큼 변화한다.

반면, 제1 기판 211이 회전함에 따라, 제2 부분 541-2의 길이는 제1 기판 211의 회전 각도만큼 감소한다. 따라서, 제2 부분 541-2를 통과하는 출력 포트들 P1 및 P3 측으로 향하는 신호의 위상은 제1 위상(

)만큼 감소한다.

제1 기판 211이 회전함에 따라, 제5 부분 543-1 및 제6 부분 343-2의 길이는 각각 제1 기판 211의 회전 각도만큼 감소한다. 따라서, 제5 부분 543-1 및 제6 부분 643-2를 통과하는 출력 포트 P1으로 전달되는 신호의 위상은 제2 위상(

)만큼 감소한다. 여기서, 감소된 제2 위상(

)은 제5 부분 543-1 및 제6 부분 543-2 각각에 의한 위상 감소량의 합을 의미할 수 있다. 결과적으로, 제1 기판 211의 회전 후, 출력 포트 P1으로 전달되는 신호의 위상은, 제1 기판 211의 회전 전에 비하여, -

-

만큼 변화한다.

또한, 제1 기판 211이 회전함에 따라, 출력 선로 504의 길이는 변화하지 않으므로, 결과적으로, 제1 기판 211의 회전 후, 출력 포트 P3로 전달되는 신호의 위상은 제1 기판 211의 회전 전에 비하여, -

만큼 변화한다.

-

)과 출력 포트 P2로 전달되는 신호의 위상 변화량(+

+

)과 출력 포트 P4로 전달되는 신호의 위상 변화량(+

)은 대칭 관계에 있음을 확인할 수 있다.

이 경우, 제1 기판 211의 회전에 따라 각 출력 포트로 전달되는 신호의 위상을 변경함에 있어서, 제1 부분 541-1은 출력 포트 P2로 전달되는 신호의 위상뿐만 아니라, 출력 포트 P4로 전달되는 신호의 위상을 동일하게 제1 위상(

)만큼 조절하기 위해 이용될 수 있다. 즉, 출력 포트 P2로 전달되는 신호의 위상을 제1 위상(

)만큼 조절하기 위한 연결 선로와 출력 포트 P4로 전달되는 신호의 위상을 제1 위상(

이 때, 제1 기판 211의 회전에 따라 제1 부분 541-1의 길이가 증가하는 것에 대한 반대 급부로 제2 부분 541-2의 길이는 감소한다. 즉, 출력 포트들 P1 및 P3 측으로 향하는 신호의 위상은 연결 선로 511에 의해 출력 포트들 P2 및 P4 측으로 향하는 신호의 위상이 변경되는 것에 대한 반대 급부로 변경된다.

상술한 바와 같이, 제1 기판 211 및 제2 기판 212가 도 5a 내지 5c와 같은 선로 구조를 갖는 경우, 제1 기판 211의 회전에 따른 각 출력 포트로 전달되는 신호의 위상 변화량은 하기 <표 2>와 같이 결정될 수 있다.

출력 포트	위상
출력 포트	기준	변화량
P1	0	- -
P2	0	+ +
P3	0	-
P4	0	+

도 6a 내지 6d는 본 개시의 제1 실시 예에 따른 각 출력 포트에 대한 위상 그래프를 도시한다. 도 6a 내지 6d는 제1 기판 211 및 제2 기판 212가 도 5a 내지 5c와 같은 선로 구조를 갖는 경우의 각 출력 포트에 대한 위상 그래프를 예시한다. 여기서, 위상 그래프의 x축은 각 출력 포트로 전달되는 신호의 주파수를 의미하고, y축은 각 출력 포트로 전달되는 신호의 위상을 의미한다.

도 6a를 참고하면, 직선 601은 제1 기판 211이 회전하기 전, 각 주파수에 대응하는 출력 포트 P1으로 전달되는 신호의 위상을 나타낸다. 직선 603은 제1 기판 211이 회전한 후, 각 주파수에 대응하는 출력 포트 P1으로 전달되는 신호의 위상을 나타낸다. 예를 들어, 출력 포트 P1으로 전달되는 신호의 주파수가 2.50GHz인 경우, 제1 기판 211이 회전하기 전, 출력 포트 P1으로 전달되는 신호의 위상이 +90.64

라면, 제1 기판 211이 회전한 후, 출력 포트 P1으로 전달되는 신호의 위상은 -178.27

일 수 있다. 즉, 제1 기판 211의 회전에 따라 발생하는 출력 포트 P1으로 전달되는 신호의 위상 변화량은 약 -269

일 수 있다. 일부 실시 예들에서, 제1 기판 211 및 제2 기판 212가 도 5a 내지 5c와 같은 선로 구조를 갖는 경우, 출력 포트 P1으로 전달되는 신호의 위상 변화량 -

-

는 -269

일 수 있다.

도 6b를 참고하면, 직선 611은 제1 기판 211이 회전하기 전, 각 주파수에 대응하는 출력 포트 P2로 전달되는 신호의 위상을 나타낸다. 직선 613은 제1 기판 211이 회전한 후, 각 주파수에 대응하는 출력 포트 P2로 전달되는 신호의 위상을 나타낸다. 예를 들어, 출력 포트 P2로 전달되는 신호의 주파수가 2.50GHz인 경우, 제1 기판 211이 회전하기 전, 출력 포트 P2로 전달되는 신호의 위상이 -180.21

라면, 제1 기판 211이 회전한 후, 출력 포트 P2로 전달되는 신호의 위상은 +91.88

일 수 있다. 즉, 제1 기판 211의 회전에 따라 발생하는 출력 포트 P2로 전달되는 신호의 위상 변화량은 약 +272

일 수 있다. 일부 실시 예들에서, 제1 기판 211 및 제2 기판 212가 도 5a 내지 5c와 같은 선로 구조를 갖는 경우, 출력 포트 P2로 전달되는 신호의 위상 변화량 +

+

는 +272

일 수 있다.

도 6c를 참고하면, 직선 621은 제1 기판 211이 회전하기 전, 각 주파수에 대응하는 출력 포트 P3로 전달되는 신호의 위상을 나타낸다. 직선 623은 제1 기판 211이 회전한 후, 각 주파수에 대응하는 출력 포트 P3로 전달되는 신호의 위상을 나타낸다. 예를 들어, 출력 포트 P3로 전달되는 신호의 주파수가 2.50GHz인 경우, 제1 기판 211이 회전하기 전, 출력 포트 P3로 전달되는 신호의 위상이 +109.16

라면, 제1 기판 211이 회전한 후, 출력 포트 P3로 전달되는 신호의 위상은 -18.31

일 수 있다. 즉, 제1 기판 211의 회전에 따라 발생하는 출력 포트 P3로 전달되는 신호의 위상 변화량은 약 -127

일 수 있다. 일부 실시 예들에서, 제1 기판 211 및 제2 기판 212가 도 5a 내지 5c와 같은 선로 구조를 갖는 경우, 출력 포트 P3로 전달되는 신호의 위상 변화량 -

는 -127

일 수 있다.

도 6d를 참고하면, 직선 631은 제1 기판 211이 회전하기 전, 각 주파수에 대응하는 출력 포트 P4로 전달되는 신호의 위상을 나타낸다. 직선 633은 제1 기판 211이 회전한 후, 각 주파수에 대응하는 출력 포트 P4로 전달되는 신호의 위상을 나타낸다. 예를 들어, 출력 포트 P4로 전달되는 신호의 주파수가 2.50GHz인 경우, 제1 기판 211이 회전하기 전, 출력 포트 P4로 전달되는 신호의 위상이 -19.13

라면, 제1 기판 211이 회전한 후, 출력 포트 P4로 전달되는 신호의 위상은 -110.19

일 수 있다. 즉, 제1 기판 211의 회전에 따라 발생하는 출력 포트 P4로 전달되는 신호의 위상 변화량은 약 +129

일 수 있다. 일부 실시 예들에서, 제1 기판 211 및 제2 기판 212가 도 5a 내지 5c와 같은 선로 구조를 갖는 경우, 출력 포트 P4로 전달되는 신호의 위상 변화량 +

는 +129

일 수 있다.

도 7a 내지 7c는 본 개시의 제3 실시 예에 따른 제1 기판의 회전 전후의 위상 변경부의 정면도를 도시한다.

도 7a 내지 7c를 참고하면, 제1 기판 211은 위상 변경 선로 721, 위상 변경 선로 722, 및 위상 변경 선로 723을 포함한다. 제2 기판 212는 입력 포트와 연결된 입력 선로 701, 출력 포트 P1과 연결된 출력 선로 702, 출력 포트 P2와 연결된 출력 선로 703, 출력 포트 P3와 연결된 출력 선로 704, 출력 포트 P4와 연결된 출력 선로 705, 출력 포트 P5와 연결된 출력 선로 706, 및 연결 선로들 711 내지 713을 포함한다. 여기서, 연결 선로 711은 출력 선로 704와 출력 선로 705를 연결할 수 있다. 연결 선로 712는 연결 선로 711과 출력 선로 705가 연결되는 지점에 함께 연결될 수 있다. 연결 선로 713은 연결 선로 711과 출력 선로 704가 연결되는 지점에 함께 연결될 수 있다. 도 7a 내지 7c에 포함된 다양한 선로들 각각의 두께는 이웃하는 선로들 간 임피던스를 매칭시키기 위해 서로 다르게 설계될 수 있다.

입력 포트로부터 전달되어 입력 선로 701을 통과한 입력 신호는 출력 포트 P5로 전달될 수 있다. 또한, 입력 포트로부터 전달되어 입력 선로 701을 통과한 입력 신호는 제1 분기점 731에서 출력 포트들 P1 및 P3 측으로 향하는 신호와 출력 포트들 P2 및 P4 측으로 향하는 신호로 분기된다. 여기서, 제1 분기점 731은 위상 변경 선로 721과 연결 선로 711이 커플링된 부분의 중앙을 의미할 수 있다.

이후, 연결 선로 711의 제1 부분 741-1을 통과한 출력 포트들 P2 및 P4 측으로 향하는 신호는 제2 분기점 732에서 출력 포트 P2로 전달되는 신호와 출력 포트 P4로 전달되는 신호로 다시 분기된다. 여기서, 제2 분기점 732는 연결 선로 711, 연결 선로 712, 및 출력 선로 705가 함께 연결되는 지점을 의미할 수 있다. 또한, 연결 선로 711의 제2 부분 741-2를 통과한 출력 포트들 P1 및 P3 측으로 향하는 신호는 제3 분기점 733에서 출력 포트 P1으로 전달되는 신호와 출력 포트 P3로 전달되는 신호로 다시 분기된다. 여기서, 제3 분기점 733은 연결 선로 711, 연결 선로 713, 및 출력 선로 704가 함께 연결되는 지점을 의미할 수 있다. 제1 부분 741-1은 연결 선로 711에서 제1 분기점 731로부터 제2 분기점 732까지의 부분을 의미할 수 있다. 제2 부분 741-2는 연결 선로 711에서 제1 분기점 731로부터 제3 분기점 733까지의 부분을 의미할 수 있다.

출력 포트 P2로 전달되는 신호는 연결 선로 712의 제3 부분 742-1 및 제4 부분 742-2를 통과하고, 출력 포트 P4로 전달되는 신호는 출력 선로 705를 통과한다. 여기서, 제3 부분 742-1은 제1 기판 211이 회전함에 따라, 위상 변경 선로 722에서 출력 선로 703과의 커플링이 해제되는 부분을 의미할 수 있다. 제4 부분 742-2는 제1 기판 211이 회전함에 따라, 위상 변경 선로 723에서 연결 선로 713과의 커플링이 해제되는 부분을 의미할 수 있다.

일부 실시 예들에서, 제1 기판 211이 회전하는 경우 제1 기판 211의 반경에 따라 호 길이의 차이가 있기 때문에, 제1 기판 211이 회전함에 따른 제3 부분 742-1 및 제4 부분 742-2 각각의 길이 변화량은 상이할 수 있다. 따라서, 제1 기판 211이 회전함에 따라, 제3 부분 742-1 및 제4 부분 742-2 각각을 통과하는 신호의 위상 변화량은 상이할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 위상 변경 선로 721의 길이가 도 3b의 위상 변경 선로 321의 길이보다 길기 때문에, 제1 기판 211이 회전함에 따른 도 7b의 제1 부분 741-1의 길이 변화량은 도 3b의 제1 부분 341-1의 길이 변화량보다 클 수 있다. 따라서, 연결 선로 711이 콤 라인 형상을 포함하지 않음에도 불구하고, 제1 기판 211이 회전함에 따라 도 7b의 제1 부분 741-1을 통과하는 신호의 위상 변화량은 도 3b의 제1 부분 341-1을 통과하는 신호의 위상 변화량보다 클 수 있다.

출력 포트 P1으로 전달되는 신호는 연결 선로 713의 제5 부분 743-1 및 제6 부분 743-2를 통과하고, 출력 포트 P3로 전달되는 신호는 출력 선로 704를 통과한다. 여기서, 제5 부분 743-1은 제1 기판 211이 회전함에 따라, 위상 변경 선로 723에서 출력 선로 702와 추가적으로 커플링될 수 있는 후보 부분을 의미할 수 있다. 제6 부분 743-2는 제1 기판 211이 회전함에 따라, 위상 변경 선로 723에서 연결 선로 713과 추가적으로 커플링될 수 있는 후보 부분을 의미할 수 있다.

이 때, 제1 기판 211이 회전함에 따라, 입력 선로 701 및 출력 선로 706의 길이는 변화하지 않으므로, 결과적으로, 제1 기판 211의 회전 후, 출력 포트 P5로 전달되는 신호의 위상은, 제1 기판 211의 회전 전에 비하여, 변화하지 않는다.

또한, 제1 기판 211이 회전함에 따라, 제1 부분 741-1의 길이는 제1 기판 211의 회전 각도만큼 증가한다. 따라서, 제1 부분 541-1을 통과하는 출력 포트들 P2 및 P4 측으로 향하는 신호의 위상은 제1 위상(

)만큼 증가한다.

제1 기판 211이 회전함에 따라, 제3 부분 742-1 및 제4 부분 742-2의 길이는 각각 제1 기판 211의 회전 각도만큼 증가한다. 따라서, 제3 부분 742-1 및 제4 부분 742-2를 통과하는 출력 포트 P2로 전달되는 신호의 위상은 제2 위상(

)만큼 증가한다. 여기서, 증가된 제2 위상(

)은 제3 부분 742-1 및 제4 부분 742-2 각각에 의한 위상 증가량의 합을 의미할 수 있다. 결과적으로, 제1 기판 211의 회전 후, 출력 포트 P2로 전달되는 신호의 위상은 제1 기판 211의 회전 전에 비하여, +

+

만큼 변화한다.

또한, 제1 기판 211이 회전함에 따라, 출력 선로 705의 길이는 변화하지 않으므로, 결과적으로, 제1 기판 211의 회전 후, 출력 포트 P4로 전달되는 신호의 위상은, 제1 기판 211의 회전 전에 비하여, +

만큼 변화한다.

반면, 제1 기판 211이 회전함에 따라, 제2 부분 741-2의 길이는 제1 기판 211의 회전 각도만큼 감소한다. 따라서, 제2 부분 741-2를 통과하는 출력 포트들 P1 및 P3 측으로 향하는 신호의 위상은 제1 위상(

)만큼 감소한다.

제1 기판 211이 회전함에 따라, 제5 부분 743-1 및 제6 부분 743-2의 길이는 각각 제1 기판 211의 회전 각도만큼 감소한다. 따라서, 제5 부분 743-1 및 제6 부분 743-2를 통과하는 출력 포트 P1으로 전달되는 신호의 위상은 제2 위상(+

)만큼 감소한다. 여기서, 감소된 제2 위상(

)은 제5 부분 743-1 및 제6 부분 743-2 각각에 의한 위상 감소량의 합을 의미할 수 있다. 결과적으로, 제1 기판 211의 회전 후, 출력 포트 P1으로 전달되는 신호의 위상은, 제1 기판 211의 회전 전에 비하여, -

-

만큼 변화한다.

또한, 제1 기판 211이 회전함에 따라, 출력 선로 704의 길이는 변화하지 않으므로, 결과적으로, 제1 기판 211의 회전 후, 출력 포트 P3로 전달되는 신호의 위상은 제1 기판 211의 회전 전에 비하여, -

만큼 변화한다.

-

)과 출력 포트 P2로 전달되는 신호의 위상 변화량(+

+

)과 출력 포트 P4로 전달되는 신호의 위상 변화량(+

)은 대칭 관계에 있음을 확인할 수 있다.

이 경우, 제1 기판 211의 회전에 따라 각 출력 포트로 전달되는 신호의 위상을 변경함에 있어서, 제1 부분 741-1은 출력 포트 P2로 전달되는 신호의 위상뿐만 아니라, 출력 포트 P4로 전달되는 신호의 위상을 동일하게 제1 위상(

)만큼 조절하기 위한 연결 선로가 별도로 요구되지 않기 때문에, 위상 시프터 120의 크기가 감소할 수 있다.

이 때, 제1 기판 211의 회전에 따라 제1 부분 741-1의 길이가 증가하는 것에 대한 반대 급부로 제2 부분 741-2의 길이는 감소한다. 즉, 출력 포트들 P1 및 P3 측으로 향하는 신호의 위상은 연결 선로 711에 의해 출력 포트들 P2 및 P4 측으로 향하는 신호의 위상이 변경되는 것에 대한 반대 급부로 변경된다.

상술한 바와 같이, 제1 기판 211 및 제2 기판 212가 도 7a 내지 7c와 같은 선로 구조를 갖는 경우, 제1 기판 211의 회전에 따른 각 출력 포트로 전달되는 신호의 위상 변화량은 하기 <표 3>과 같이 결정될 수 있다.

출력 포트	위상
출력 포트	기준	변화량
P1	0	- -
P2	0	+ +
P3	0	-
P4	0	+
P5	0	0

도 8a는 본 개시의 제1 실시 예에 따른 전력 분할 비 그래프를 도시한다.

도 8a를 참고하면, 전력 분할 비 그래프의 x축은 각 출력 포트 또는 입력 포트로 전달되는 신호의 주파수를 의미하고, y축은 각 출력 포트 또는 입력 포트로 전달되는 신호의 전력 분할 비를 의미한다.

이 경우, 곡선 801은 각 주파수에 대응하는 출력 포트 P1으로 전달되는 신호의 전력 분할 비를 나타낸다. 곡선 803은 각 주파수에 대응하는 출력 포트 P2로 전달되는 신호의 전력 분할 비를 나타낸다. 곡선 805는 각 주파수에 대응하는 출력 포트 P3로 전달되는 신호의 전력 분할 비를 나타낸다. 곡선 807은 각 주파수에 대응하는 출력 포트 P4로 전달되는 신호의 전력 분할 비를 나타낸다. 곡선 809는 각 주파수에 대응하는 입력 포트로 전달되는 신호의 전력 분할 비를 나타낸다. 예를 들어, 주파수가 0.7GHz인 경우, 출력 포트 P1으로 전달되는 신호의 전력 분할 비는 0.38일 수 있다. 주파수가 0.7GHz인 경우, 출력 포트 P2로 전달되는 신호의 전력 분할 비는 0.33일 수 있다. 주파수가 0.7GHz인 경우, 출력 포트 P3로 전달되는 신호의 전력 분할 비는 0.12일 수 있다. 주파수가 0.7GHz인 경우, 출력 포트 P4로 전달되는 신호의 전력 분할 비는 0.11일 수 있다. 주파수가 0.7GHz인 경우, 입력 포트에서 반사되는 신호의 전력 분할 비는 0.01일 수 있다.

도 8b는 본 개시의 제1 실시 예에 따른 반사 계수에 대한 S-파라미터(parameter) 그래프를 도시한다.

도 8b를 참고하면, 반사 계수 그래프의 x축은 입력 포트로 전달되는 신호의 주파수를 의미하고, y축은 입력 포트로 전달되는 신호의 반사 계수를 의미한다. 여기서, 반사 계수는 입력 포트의 입력 전압 대 출력 전압의 비를 나타낸다. 즉, 입력 포트에 입력된 전압과 입력 포트에서 반사된 전압의 비율을 의미할 수 있다.

이 경우, 곡선 811은 각 주파수에 따른 입력 포트로 전달되는 신호에 대한 반사 계수를 나타낸다. 예를 들어, 입력 포트로 전달되는 신호의 주파수가 0.7GHz인 경우, 입력 포트로 전달되는 신호에 대한 반사 계수는 -19.30일 수 있다. 또한, 특정 주파수 대역(예: 0.7GHz~0.86GHz)에서 반사 계수가 급격히 떨어지는 것을 확인할 수 있는데, 반사 계수가 급격히 떨어진다는 것은 해당 주파수 대역에서 입력 전압이 반사되지 않고 최대한 외부로 방출된다는 의미일 수 있다. 즉, 반사 계수가 낮을수록 빔틸트 안테나 100의 방사 특성이 좋음을 나타낸다. 또한, 반사 계수가 급격히 떨어지는 주파수 대역의 폭이 넓은지 좁은지에 따라 광대역(broadband)인지 협대역(narrowband)인지 구분될 수 있다.

도 9a는 본 개시의 제2 실시 예에 따른 전력 분할 비 그래프를 도시한다.

도 9a를 참고하면, 전력 분할 비 그래프의 x축은 각 출력 포트 또는 입력 포트로 전달되는 신호의 주파수를 의미하고, y축은 각 출력 포트 또는 입력 포트로 전달되는 신호의 전력 분할 비를 의미한다.

이 경우, 곡선 901은 각 주파수에 대응하는 출력 포트 P1으로 전달되는 신호의 전력 분할 비를 나타낸다. 곡선 903은 각 주파수에 대응하는 출력 포트 P2로 전달되는 신호의 전력 분할 비를 나타낸다. 곡선 905는 각 주파수에 대응하는 출력 포트 P3로 전달되는 신호의 전력 분할 비를 나타낸다. 곡선 907은 각 주파수에 대응하는 출력 포트 P4로 전달되는 신호의 전력 분할 비를 나타낸다. 곡선 909는 각 주파수에 대응하는 입력 포트로 전달되는 신호의 전력 분할 비를 나타낸다. 예를 들어, 주파수가 0.7GHz인 경우, 출력 포트 P1으로 전달되는 신호의 전력 분할 비는 0.38일 수 있다. 주파수가 0.7GHz인 경우, 출력 포트 P2로 전달되는 신호의 전력 분할 비는 0.31일 수 있다. 주파수가 0.7GHz인 경우, 출력 포트 P3로 전달되는 신호의 전력 분할 비는 0.10일 수 있다. 주파수가 0.7GHz인 경우, 출력 포트 P4로 전달되는 신호의 전력 분할 비는 0.09일 수 있다. 주파수가 0.7GHz인 경우, 입력 포트에서 반사되는 신호의 전력 분할 비는 0.001일 수 있다.

도 9b는 본 개시의 제2 실시 예에 따른 반사 계수에 대한 S-파라미터 그래프를 도시한다.

도 8b를 참고하면, 반사 계수 그래프의 x축은 입력 포트로 전달되는 신호의 주파수를 의미하고, y축은 입력 포트에서 반사되는 신호의 반사 계수를 의미한다. 여기서, 반사 계수는 입력 포트의 입력 전압 대 출력 전압의 비를 나타낸다. 즉, 입력 포트에 입력된 전압과 입력 포트에 출력된 전압의 비율을 의미할 수 있다.

이 경우, 곡선 911은 각 주파수에 따른 입력 포트로 전달되는 신호에 대한 반사 계수를 나타낸다. 예를 들어, 입력 포트로 전달되는 신호의 주파수가 2.30GHz인 경우, 입력 포트로 전달되는 신호에 대한 반사 계수는 -24.27일 수 있다. 또한, 특정 주파수 대역(예: 2.30GHz~2.70GHz)에서 반사 계수가 급격히 떨어지는 것을 확인할 수 있는데, 반사 계수가 급격히 떨어진다는 것은 해당 주파수 대역에서 입력 전압이 반사되지 않고 최대한 외부로 방출된다는 의미일 수 있다. 즉, 반사 계수가 낮을수록 빔틸트 안테나 100의 방사 특성이 좋음을 나타낸다. 예를 들어, 반사 계수가 -15.00이하인 경우, 빔틸트 안테나 100의 방사 특정이 만족될 수 있다.

도 10a는 본 개시의 제1 실시 예에 따른 위상 변화에 따른 빔틸트 안테나의 빔 패턴 변화의 예를 도시한다. 도 10b는 본 개시의 제2 실시 예에 따른 위상 변화에 따른 빔틸트 안테나의 빔 패턴 변화의 예를 도시한다.

도 10a 및 10b를 참고하면, 제1 기판 211이 회전함에 따라, 빔틸트 안테나 100에 포함된 방사 소자 110a에 의해 방사되는 빔은 수직 방향으로 틸트됨을 확인할 수 있다. 이 경우, 제1 기판 211이 동일한 각도로 회전할 때, 제1 기판 211 및 제2 기판 212가 제1 실시 예에 따른 도 3a 내지 3c의 선로 구조를 갖는 경우와 제2 실시 예에 따른 도 5a 내지 5c의 선로 구조를 갖는 경우의 빔 틸트 각도가 상이함을 확인할 수 있다. 예를 들어, 도 11a 및 11b를 참고하면, 제1 기판 211 및 제2 기판 212가 제1 실시 예에 따른 도 3a 내지 3c의 선로 구조를 갖는 경우, 빔틸트 안테나 100의 수직 빔 패턴 특성도에서, 수직 빔 패턴이 10

변경됨을 확인할 수 있다. 이 경우, 빔틸트 안테나 100의 수평 빔 패턴 특성도에서, 수평 빔 패턴은 변경되지 않음을 확인할 수 있다. 그러나, 다양한 실시 예들에서, 빔틸트 안테나 100의 방향, 방사 소자 110a 내지 110h의 배열 등 다양한 요소에 따라 수평 빔 패턴 또한 변경될 수 있다.

그리고 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 실시 예에 따른 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 실시예의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 실시예의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 따라서 본 발명의 다양한 실시예의 범위는 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 다양한 실시예의 기술적 사상을 바탕으로 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 다양한 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

상술한 본 개시의 구체적인 실시 예들에서, 개시에 포함되는 구성 요소는 제시된 구체적인 실시 예에 따라 단수 또는 복수로 표현되었다. 그러나, 단수 또는 복수의 표현은 설명의 편의를 위해 제시한 상황에 적합하게 선택된 것으로서, 본 개시가 단수 또는 복수의 구성 요소에 제한되는 것은 아니며, 복수로 표현된 구성 요소라 하더라도 단수로 구성되거나, 단수로 표현된 구성 요소라 하더라도 복수로 구성될 수 있다.

한편 본 개시의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 개시의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 개시의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims

위상 시프터(phase shifter) 장치에 있어서,
위상 변경 선로를 포함하는 제1 기판과,
입력 포트와 연결된 입력 선로, 제1 출력 포트와 연결된 제1 출력 선로, 제2 출력 포트와 연결된 제2 출력 선로, 및 상기 제1 출력 선로와 상기 제2 출력 선로를 연결하는 연결 선로를 포함하는 제2 기판을 포함하고,
상기 제1 기판은, 상기 제2 기판과 마주보며 상기 제2 기판으로부터 일정 거리에 오버레이(overlay)되도록 배치되고,
상기 연결 선로의 제1 부분을 통과하는 신호의 위상은, 상기 제1 기판의 회전에 따라 제1 값만큼 변경되고,
상기 신호는, 상기 제1 출력 포트로 전달되는 제1 신호와 상기 제2 출력 포트로 전달되는 제2 신호로 분기되는 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 연결 선로는, 상기 입력 선로를 통과한 입력 신호가 상기 신호와 다른 신호로 분기되는 제1 분기점을 포함하고,
상기 연결 선로는, 상기 신호가 상기 제1 신호와 상기 제2 신호로 분기되는 제2 분기점을 포함하고,
상기 제1 부분은, 상기 연결 선로에서 상기 제1 분기점으로부터 상기 제2 분기점까지의 부분을 포함하는 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 제1 분기점은, 상기 위상 변경 선로와 상기 연결 선로가 커플링되는 지점을 포함하는 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 제2 기판은 제3 출력 포트와 연결된 제3 출력 선로 및 제4 출력 포트와 연결된 제4 출력 선로를 더 포함하는 장치.
청구항 4에 있어서,
상기 연결 선로의 제2 부분을 통과하는 상기 다른 신호의 위상은, 상기 제1 기판의 회전에 따라 상기 제1 값만큼 변경되는 장치.
청구항 5에 있어서,
상기 연결 선로는, 상기 다른 신호가 상기 제3 출력 포트로 전달되는 제3 신호와 상기 제4 출력 포트로 전달되는 제4 신호로 분기되는 제3 분기점을 포함하고,
상기 제2 부분은, 상기 연결 선로에서 상기 제1 분기점으로부터 상기 제3 분기점까지의 부분을 포함하는 장치.
청구항 6에 있어서,
상기 연결 선로의 상기 제1 부분을 통과하는 상기 신호의 위상은, 상기 제1 값만큼 증가하고,
상기 연결 선로의 제2 부분을 통과하는 상기 다른 신호의 위상은, 상기 제1 값만큼 감소하는 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 기판은, 다른 위상 변경 선로를 더 포함하고,
상기 제2 기판은, 다른 연결 선로를 더 포함하고,
상기 다른 위상 변경 선로는, 상기 다른 연결 선로와 상기 제1 출력 포트를 연결하는 장치.
청구항 8에 있어서,
상기 다른 위상 변경 선로의 일부분을 통과하는 상기 제1 신호의 위상은, 상기 제1 기판의 회전에 따라 제2 값만큼 변경되는 장치.
청구항 9에 있어서,
상기 다른 위상 변경 선로의 일부분은, 상기 제1 기판이 회전함에 따라, 상기 다른 위상 변경 선로에서 상기 제1 출력 선로와 추가적으로 커플링될 수 있는 부분을 포함하는 장치.
청구항 9에 있어서,
상기 제1 값은, 상기 제2 값보다 작은 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제2 기판은, 제3 출력 포트와 연결된 제3 출력 선로를 더 포함하고,
상기 제3 출력 선로는, 상기 입력 선로와 연결되고,
상기 입력 선로를 통과한 입력 신호는, 위상 변화 없이 상기 제3 출력 선로로 전달되는 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 연결 선로는, 콤 라인(comb line) 형상을 포함하는 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 연결 선로의 제1 부분의 길이는, 상기 제1 기판의 회전 각도만큼 변경되는 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 기판을 회전시키기 위한 모터를 더 포함하는 장치.
안테나 장치에 있어서,
하우징,
상기 하우징의 내부에 배치되는 제1 방사 소자 및 제2 방사 소자,
상기 하우징의 내부에 배치되는 위상 시프터(phase sifter)를 포함하고,
상기 위상 시프터는, 위상 변경 선로를 포함하는 제1 기판과, 입력 포트와 연결된 입력 선로, 제1 출력 포트와 연결된 제1 출력 선로, 제2 출력 포트와 연결된 제2 출력 선로, 및 상기 제1 출력 선로와 상기 제2 출력 선로를 연결하는 연결 선로를 포함하는 제2 기판을 포함하고,
상기 제1 기판은, 상기 제2 기판과 마주보며 상기 제2 기판으로부터 일정 거리에 오버레이(overlay)되도록 배치되고,
상기 연결 선로의 제1 부분을 통과하는 신호의 위상은, 상기 제1 기판의 회전에 따라 제1 값만큼 변경되고,
상기 신호는, 상기 제1 출력 포트로 전달되는 제1 신호와 상기 제2 출력 포트로 전달되는 제2 신호로 분기되는 장치.
청구항 16에 있어서,
상기 제1 방사 소자는, 상기 제1 신호를 방사하고,
상기 제2 방사 소자는, 상기 제2 신호를 방사하는 장치.
청구항 16에 있어서,
상기 연결 선로는, 상기 입력 선로를 통과한 입력 신호가 상기 신호와 다른 신호로 분기되는 제1 분기점을 포함하고,
상기 연결 선로는, 상기 신호가 상기 제1 신호와 상기 제2 신호로 분기되는 제2 분기점을 포함하고,
상기 제1 부분은, 상기 연결 선로에서 상기 제1 분기점으로부터 상기 제2 분기점까지의 부분을 포함하는 장치.
청구항 18에 있어서,
상기 제2 기판은 제3 출력 포트와 연결된 제3 출력 선로 및 제4 출력 포트와 연결된 제4 출력 선로를 더 포함하는 장치.
청구항 19에 있어서,
상기 연결 선로는, 상기 다른 신호가 상기 제3 출력 포트로 전달되는 제3 신호와 상기 제4 출력 포트로 전달되는 제4 신호로 분기되는 제3 분기점을 포함하고,
상기 연결 선로의 제2 부분을 통과하는 상기 다른 신호의 위상은, 상기 제1 기판의 회전에 따라 상기 제1 값만큼 변경되고,
상기 제2 부분은, 상기 연결 선로에서 상기 제1 분기점으로부터 상기 제3 분기점까지의 부분을 포함하는 장치.