KR900002451B1

KR900002451B1 - 리지 도파관을 사용하는 도파관-마이크로 스트립선로 변환기

Info

Publication number: KR900002451B1
Application number: KR1019870014177A
Authority: KR
Inventors: 박현철
Original assignee: 삼성전자 주식회사; 안시환
Priority date: 1987-12-11
Filing date: 1987-12-11
Publication date: 1990-04-14
Also published as: KR890011140A

Abstract

내용 없음.

Description

리지 도파관을 사용하는 도파관-마이크로 스트립선로 변환기

제 1 도는 일반적인 저잡음 블럭다운 컨버터의 블럭도

제 2 (a) (b) 도는 종래의 도파관-마이크로 스트립선로 모든변환기

제 3 (a) (b) 도는 본발명에 따른 도파관-마이크로 스트립선로 모든 변환기의 구성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 구형도파관 20 : 록킹핀홀

30 : 지수테이퍼 리지 40 : 튜닝스크류

50 : 프로브 60 : 유전체

70 : 유전체기판 80 : 마이크로 스트립선로

본 발명은 도파관(Wave guide)과 마이크로 스트립선로(Micro Strip Line)를 연결하는 도파관-마이크로 스트립 변환기(Wave guide-micro strip Mode Converter)에 관한 것으로, 지수테이퍼 리지를 구형도파관에 설치하여 넓은 대역폭을 갖는 동시에 리지와 도파관의 갭(Gap)을 조정하는 튜닝스크류(Tuning Screw)를 설치하여 도파관과 마이크로 스트립선로와의 임피던스 정합을 미세 조정할 수 있도록한 변환기에 관한 것이다.

일반적인 위성방송 수신장치에는 옥외설치되는 저잡음 블럭다운 컨버터(Low Noise Block down converter : LNB)를 구비하고 있으며, 이의 구성은 제 1 도와 같이 도파관과 도파관모드의 신호를 동축케이블(Coaxial) 또는 마이크로 스트립선로의 전송모드의 신호로 변환하는 변환기와, 상기 변환기의 출력신호를 증폭하는 저잡음 증폭기와 소정의 로칼주파수를 발진하는 국부발진기와 상기 변환기의 고주파신호(Radio Frequency)와 국부발진기의 국부발진신호(Local Oscillator Signal)를 혼합하여 이의차 주파수(중간 주파수)를 출력하는 믹서(Mixer)와, 상기 믹서에서 출력하는 중간주파수를 증폭출력하는 중간주파 증폭기와, 상기 회로의 전원을 공급하는 전원부로 구성된다.

위성으로부터의 수신신호는 안테나 급전선(Feedhorn)으로부터 상기 LNB의 구형 도파관을 전송매체로 하여 변환부에 입력된다. 이때 도파관에의 모드신호(Mode Signal)를 저잡음 증폭기로 전송하기 위해서는 저잡음 증폭기내의 마스크로 스트립선로 모드로 우수한 효율을 갖고 변환되지 않으면 안된다.

즉, 구형도파관의 특성 임피던스는 통상적으로 수백오옴(Ω)이고, 동축선로 또는 마이크로 스트립선로의 경우는 수십오옴(Ω)이므로 비교적 큰저항의 불연속을 갖고 광대협 정합을 하지않으면 안됨으로서 제 1 도와 같이 구형도파관과 저잡음 증폭기 사이에는 모드변환기가 필요로 하게된다.

따라서 제 1 도와 같이 구성되어진 LNB의 신호는 하기와 같은 모드변환을 거쳐 저잡음 증폭기에 입력되어 진다.

전자파 전송모드→도파관모드→동축모드→마이크로 스트립모드 그러므로 마이크로 스트립 기판위에 소자를 강착한 시스템과 전자파 전송모드를 TE모드로 변환하는 도파관을 접속할 경우 둘간의 접속부분은 매우 중요시되고 있다. 특히 제 1 도와 같은 위성방송 수신시스템의 LNB와 같은 경우 위성으로부터 수신되어지는 전자파는 매우적은 전력을 가지므로 첫째 정재파비가 적어야하며 둘째 삽입손실이 적어야하고 셋째 광대역 특성을 가져야 함과 동시에 양산시 마이크로 스트립선로와의 연결 및 최적점 즉 임피던스 정합조건이 손쉬어야 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 종래의 도파관-마이크로 스트립선로 모드 변환기는 제 2 (a) 도의 정면도 및 제 2 (b) 도의 측단면도에 도시된 바와 같이 구형도파관(1), 록킹핀홀(2), 피스톤 형태의 프로브(3), 유전체(4), 기판(5), 마이크로 스트립 선로(6)으로 구성되어진다. 상기의 모든 변환기는 피스톤 형태의 프로브(probe)(3)를 도파관(1)내에 설치하고 상기의 프로브(3)의 길이(1)의 위치를 변경하여 구형도파관의 특성임피던스와 동축선로(마이크로스트립선로)(6)의 특성 임피던스를 정합시키어 왔으나 이는 임피던스의 최적점을 찾기가 용이하지 않을뿐만이 아니라 대역폭이 넓지 않은 단점이 있어왔다. 또한 임피던스 정합을 조정하기 위한 피스톤 형태의 프로브(3)와 마이크로 스트립선로(6)가 직접 땜으로 접속됨으로써 특성의 조정이 용이하지 않은 문제를 초래하였다.

따라서 본발명의 목적은 지수 테이퍼의 리지를 구형도파관에 설치하여 대여폭을 광대역으로 되겠금 하는 동시에 정재파 비를 향상시키고, 지수테이퍼 리지 상측면과 도파관의 상저면의 거리를 조절할 수 있는 튜닝스크류를 도파관에 설치하여 정함 임피던스를 조절하는 도파관-마이크로 스트립선로 모드변환기를 제공함에 있다.

이하 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

제 3 (a) (b) 도는 본발명에 따른 도파관-마이크로 스트립선로 모드변환기의 구성도로서, 도면중 10은 구형도파관, 20은 도파관의 록킹핀 홀(Locking Pin hall), 30은 지수테이퍼 리지, 40은 튜닝스크류, 50은 프로브, 60은 유전체, 70은 유전체기판, 80은 마이크로 스트립선로, 10a는 도파관(10)의 측면, 10b는 상저면, 10c는 하저면, 10d는 구형파 도파관(10)의 외부평면, a1은 구형도파관(10)의 가로폭, a2는 지수 테이퍼 리지의 가로폭, b1은 도파관(10)의 세로폭, b2는 지수테이퍼(30)의 상단부와 튜닝스크류(40)의 하면과의 세로폭이다.

제 2 (a) 도의 정면도에 도시된 바와같이 소정의 가로폭(a2)을 갖고 지수함수적으로 증가하는 지수테이퍼리지(30)를 구형도파관(10)내구의 가로폭(a1)의 중심점(

)에 위치시키어 부착하고, 지수테이퍼리지(30)의 최상단 평면위의 도파관(10) 상저면(10b)에 제 3 (b) 도의 축면도와 같이 튜닝스크류(40)를 설치하며, 상기 구형도파관(10)의 일측면(10a)의 일측면(10a)의 중심면에 홀(hall)을 형성하여 프로브(50)가 지수테이퍼리지(30)에 나사로 결합되게 끼우고, 프로브(50) 주위의 홀을 유전율이 양호한 유전체(60)로 봉입하고, 구형파 도파관(10)의 외부도체평면(10d) 상측에 마이크로 스트립선로(80)를 갖는 유전체기판(70)을 설치하여 상기 마이크로 스트립선로(80)가 프로브(50)에 납땜등으로 용이하게 접속될 수 있도록 구성된다.

지금 자유공간을 통해 제 3 도 D의 방향으로 전파되는 자유공간의 전자파는 도시하지 않은 안테나 피드혼을 통해 구형도파관(10)내에 입사된다. 입사된 전자파는 TE모드의 도파관모드로 구형도파관(10) 내에서 변화하게된다.

이때 상기와 같이 자유공간의 전자파가 입사되어 도파관의 모드로 변화할때 구형도파관(10)의 전송 및 차단주파수 특성은 제 3(a) 도에 표시된 바와같이 가로폭(a1)과 세로폭(b1)의 형태에 의해 결정되어지고, 특성 임피던스는 가로폭(a1)의 중간지점(

)의 위치에서 제 3(b) 의 단면도에 도시된 바와같이 도파관(10) 내의 장축으로 설치된 지수테이퍼(30)의 최상단부(31)의 가로폭(a2)가 넓을수록 용량성부(Capacitor)가 커지게 됨으로써 특성 임피던스가 낮아지게 된다.

따라서 특성 임피던스가 낮아지게 됨으로써 기본모드의 차단주파수가 낮아지게되고 이로인해 대여폭은 증각됨을 알 수 있다. 이때 상기의 차단주파수를 fc라 하고 도파관(10)의 임피던스를 Zo라하면 하기 식(1) (2)와 같이 각각 쓸 수 있다.

리지(30)를 갖는 도파관(10)의 차단주파수 fc

도파관 임피던스

a1 : 도파관 가로폭, b1 : 도파관 세로폭, a2 : 리지의 가로폭, b2 : 도파관의 상저면과 리지최상단의 세로폭 cd : b2: 거리에 따른 캐패시터성분, μ : 튜자율, ε : 유전율, f : 사용밴드 주파수,

=120π 그러므로 차단주파수 fc와 특성 임피던스 Zo는 구형도파관(10)의 a1, b1과 지수테이퍼(30)의 a2, b2에 의한 변수값에 의해 결정되어짐을 알수있다.

상기에서 살펴본 바와같이 리지를 제 3 (a) (b)와 같이 도파관(10)의 장축에 설치하게되면 수백오옴(Ω)의 특성 저항이 수십 오옴(Ω) 예를들면 50Ω의 동축선로의 프로브(50)와의 임피던스 정합이 용이하게 된다. 이때 구형도파관(10)의 세로단축의 폭(b1)과 상기 도파관(10)의 상저면(10b)와 지수테이퍼 리지(30)의 최상면의 폭(b2) 차의 비가 커지면 전술한 식(1)에서 살펴본 바와같이 차단주파수 fc가 낮아지게되고, 차의 비가 작아지면 반대로 차단주파수 fc가 증가됨으로 리지(30)의 높이(c)를 조절하여 상기 차단주파수 fc와 특성 임피던스 Zo를 조절할 수 있음을 알 수 있게 된다.

따라서 특성 임피던스가 큰값을 갖는 구형도파관(10)과 수십오옴(Ω)의 임피던스 값을 갖는 프로브(50)의 임피던스 정합은 구형도파관(10)의 세로폭(b1)과 리지(30)의 최상단과 도파관(10)의 상저면(10b)의 폭(b2)의 차의비(

)를 크게 조정하여 구형도파관(10)의 특성 임피던스를 낮추어 조정하면되고, 데이터가 제작이 용이한 지수함수적인 테이퍼로 되어 있어 정재파비가 우수하게 된다.

또한 구형도파관(10)의 측면(10a)에 설치되는 프로브(50)는 프로브(50)의 도체반경과 주위에 둘려 쌓인 유전체(60)의 반경 값을 조절하여 마이크로 스트립선로(80)가 범용적으로 갖는 수십오옴(Ω)이 될 수 있게 함으로써 도파관(10)과 프로브(50)간의 임피던스 정합은 더욱 용이하게 할 수 있다.

또한편 프로브(50)과 그 주위를 유전체(60)로 둘려 쌓아진 동축선로 즉 프로브(50)의 도체면을 유전체기판(70)상의 마이크로 스트립 선로(80)위에 놓이게 하여 납땜을 행한 후 정합을 실시하면 된다.

상기와 같이 도파관(10)모드에서 스트립선로(80) 모드로 정합을 행한 후 발생하는 도파관(10)과 프로브(50)의 임피던스 정합의 차 즉, 임피던스 정합의 불안정은 도파관(10)의 상축에 설치되어 지수테이퍼 리지(30)의 최상단면 상측에 위치되어진 튜닝스크류(40)를 조절하게되면 제 3 (b) 도에 도시된 바와같이 도파관(10)의 상저면(10b)와 리지(30) 최상단면의 폭(b2)가 변화하게 됨으로써 등가 캐패시터가 변화하게 된다.

따라서 식(1) (2)의 등가 캐패시터 cd가 변화가 발생되고 이로인해 도파관(10)의 차단주파수 fc 및 임피던스 Zo가 튜닝스크류(40)의 조절에 의해 변화된다. 그러므로 도파관(10)과 프로브(50)를 둘려싸고 있는 유전체(60)에 의한 동축선로의 임피던스차는 미세 조절됨을 알 수 있고 동축선로와 마이크로 스트립라인(80)의 오옴수가 같음으로 구형도파관(10)과 마이크로 스트립선로(80)간의 저정재파비, 광대형 정합이 최적으로 이루어진다.

상술한 바와같이 본 발명은 구형도파관 내의 장축에 지수테이퍼를 설치하여 대여폭을 광대역으로 함과 동시에 저 정재파비의 우수한 특성을 갖도록 함과 동시에 튜닝스크류를 설치하여 리지가 설치된 상기의 도파관의 차단주파수와 특성 임피던스를 적절히 조절할 수 있어 우수한 효율의 도파관 - 마이크로 스트립선로 변환기를 양산할수 있는 이점이 있다.

Claims

리지 도파관을 사용하는 도파관-마이크로 스트립선로 모드 변환기에 있어서, 내구의 가로폭과 세로폭이 소정의 길이 a1과 b1으로된 구형도파관(10) 가로폭 a1의 중심점(
)의 상저면(10c)으로부터 지수적으로 증가되는 지수테이퍼 리지(30)를 장축방향 설치 부착하고, 상기 지수 테이퍼리지(30)의 최상단 평면위의 구형 도파관(10)의 상저면(10b)에 상기 리지(30)의 최상단면과 구형도파관(10)의 상저면(10b)의 폭(b2)에 의해 생기는 등가적 캐패시터를 미세조정 할 수 있도록 튜닝스크류(40)를 설치하며, 상기 구형도파관(10)의 일측방향에 홀을 형성하여 외부에 유전체(60)가 둘려싸인 프로브(50)를 상기 홀을 통해 상기 지수테이퍼 리지(30)에 부착되도록 구성함을 특징으로 하는 변환기.