KR100358982B1

KR100358982B1 - Ｎｒｄ 가이드 ｆｍ 변조기

Info

Publication number: KR100358982B1
Application number: KR1020010008337A
Authority: KR
Inventors: 신천우
Original assignee: 엔알디테크 주식회사; 신천우
Priority date: 2001-02-20
Filing date: 2001-02-20
Publication date: 2002-11-01
Anticipated expiration: 2021-02-20
Also published as: WO2002069439A1; KR20010044426A; CN1491455A

Abstract

본 발명에서의 FM 변조기가 장착된 송신기는 반송파(Carrier Frequency) 발진용 소자인 건 다이오드(Gunn Diode)가 마운트(Mount) 되어있는 건 다이오드 마운트, 비방사유전체도파관(Non-Radiative Dielectric Waveguide)에 밀리미터파를 급전하기 위한 스트립 공진기, 모드 스프레서, 비방사성유전체 전송선로(Non-Radiative Dielectric Transmission Line), 전압제어발진기(Voltage Control Oscillator : VCO)용 소자인 Varactor Diode가 마운트 되어 있는 다이오드 마운트, 밀리미터파 FM 변조파를 방사하기 위한 안테나로 구성되어 있다.

Description

ＮＲＤ 가이드 ＦＭ 변조기 {FM Modulator for NRD Guide Circuit}

<27> 방송, 레이다 등에 사용되어 질 수 있는 비방사성유전체도판관을 이용한 FM방식에 관한 것으로서, 이에 사용되 지는 비방사성유전체도파관은 도전성 평행평판의 간격을 사용하고자 하는 주파수의 반파장 이하로 하고, 그 사이에 비방사성유전체선로를 삽입함으로써 새로운 개념의 도파관이 형성된다.

<28> 비방사성유전체도파관은 30GHz 이상의 높은 주파수에 대하여 마이크로스트립 선로보다 낮은 전송손실을 갖는다. 또한 기존의 도파관에 비해 가공이 쉽고 회로구성이 용이하다.

<29> 비방사성유전체도파관의 밀리미터파 대역에서의 저손실성과 회로구성의 용이함 때문에 방송, 레이더, 근거리통신망 등에 이용할 수 있다. 특히, FM 변조 방법을 통한 레이더 개발에 자주 응용되어지고 있다.

<30> 기존 FM 방식에 비방사성유전체도파관의 이론을 접목하고, 이에 새로운 형태의 FM 변조방법을 밀리미터파 대역에서 실시 가능하도록 FM 송신장치를 구현하고자 한다.

<1> 도 1: 제 1 구현예의 FM 송신기 사시도.

<2> 도 2: 건 다이오드가 실장되어 있는 건 다이오드 마운트 사시도.

<3> 도 3:. 스트립 공진기 사시도.

<4> 도 4(a) : 모드 스프레서(Mode Suppressor) 사시도.

<5> 도 4(b) : 도 4(a)의 모드 스프레서를 분리한 사시도.

<6> 도 5: 바랙터 다이오드가 실장되어 있는 바랙터 다이오드 마운트의 사시도.

<7> 도 6 : 제 1 구현예의 FM 송신기에 대한 주파수 및 출력 특성 그래프.

<8> 도 7 : 제 2 구현예의 FM 송신기 사시도

<9> 도 8 : 제 2 구현예의 FM 송신기에 대한 주파수 및 출력 특성 그래프.

<10> 도 9 : 도 8의 주파수편이의 선형성 영역(4.5V~6V)에 대한 주파수 및 출력 특성 그래프.

(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)

<11> 1 : 상부도체판

<12> 2 : 하부도체판

<13> 3 : 건 다이오드 마운트(Gunn Diode Mount)

<14> 4 : 스트립 공진기(Strip Resonator)

<15> 5 : 모드 스프레서(Mode Suppressor)

<16> 6 : 비방사성유전체선로(Non-Radiative Dielectric Transmission Line)

<17> 7 : 고유전율시트(High Permittivity Sheet)

<18> 8 : 바랙터 다이오드 마운트(Varactor Diode Mount)

<19> 9 : 로드 안테나(Rod Antenna)

<20> 10 : 세미리지드 케이블(Semi-Rigid Cable)

<21> 11 : 건 다이오드 마운트(3)에 장착되는 건 다이오드(Gunn Diode)

<22> 12 : 바이어스 초크(Bias Choke) 기판

<23> 13, 20 : 유전체 기판(Substrate)

<24> 14, 15, 19 : 금속(구리)박막

<25> 16, 17 : 얇은 테프론

<26> 18 : 바랙터 다이오드 마운트(8)에 장착되는 바랙터 다이오드(Varactor Diode)

<31> 본 발명은 건 다이오드(11)를 이용하여 밀리미터파를 발생시키고, 밀리미터파가 급전되어 진행하는 비방사유전체선로(6)의 중간에, 바이어스 전압에 따라 발진하는 바랙터 다이오드(18)를 삽입하는 형태의 FM 송신기이다.

<32> 제 1 구현예는 바랙터 다이오드 마운트(8)의 전방, 즉 밀리미터파가 입사되는 방향에 고유전율시트(7)만을 삽입하여 구현하였고, 제 2 구현예는 바랙터 다이오드 마운트(8) 전방의 고유전율시트(7) 앞과 후방에 모드 스프레서(5)를 삽입하여 구현한 것이다.

<33> 본 발명의 FM 송신기를 60GHz 대역에서 시도하였다. 따라서, 비방사성유전체선로(6)는 가로가 2.5mm이고, 세로가 2.25mm의 크기를 가지고 있다. 그리고, 비방사유전체선로의 크기는 사용주파수에 따라 결정되므로 다른 주파수 대역에 대한 FM 송신기의 구현이 가능하다.

<34> 본 발명의 제 1 구현예는 밀리미터파를 발생시키기 위하여 건 다이오드(11)를 건 다이오드 마운트(3)에 삽입하고 건 다이오드 바이어스용 λ/4 초크 기판으로 바이어스 전압을 인가하였다. 스트립 공진기(4)와 비방사성유전체선로(6) 사이에 모드 스프레서(5)를 삽입하여 밀리미터파를 급전하고, 비방사성유전체선로(6)를 따라 밀리미터파가 전송되고 고유전율시트(7)를 지나 바랙터 다이오드 마운트(8)에서 FM 변조가 이루어져 로드 안테나(9)를 통하여 방사된다.

<35> 도 2는 밀리미터파를 발생시키기 위한 건 다이오드 마운트(3)의 사시도이다.건 다이오드(11)가 동작할 때 발생하는 열을 발산시키기 위하여 건 다이오드 마운트(3)를 상하도체판(1,2)의 홈에 장착시키고, 건 다이오드에서 발생하는 밀리미터파의 누설을 막기 위하여 λ/4 초크형 필터가 삽입된 바이어스 초크 기판을 사용하였다.

<36> 도 3은 건 다이오드 마운트(3)에서 발생하는 밀리미터파를 비방사유전체선로(6)로 급전하기 위한 스트립 공진기(4)의 사시도이다. 유전율이 2.6이고, 두께가 0.3mm 유전체 기판(13)에 장하되어 있는 금속박막(14)의 길이를 조절하여 밀리미터파의 주파수를 결정한다.

<37> 도 4(a)와 4(b)는 스트립 공진기(4)와 비방사유전체선로(6) 사이에 삽입되는 모드 스프레서(5)이다. 스트립 공진기(4)에 의하여 급전되는 밀리미터파의 TE 모드, LSE 모드 성분을 억제하기 위하여 모드 스프레서(5)를 삽입한 것이다. 모드 스프레서(5)의 선로 중앙에는 λ/4 초크 구조의 금속박막(15)이 놓여있다.

<38> 도 5는 바이어스 전압에 따라 발진 주파수가 변하는 바랙터 다이오드(18)가 장착되어 있는 바랙터 다이오드 마운트(8)이다. 유전율이 2.6이고 두께가 0.3mm인 유전체 기판(20)을 사용하였다. 유전체 기판에 장하되어 있는 금속박막(19)은 다단의 λ/4 초크형 필터 구조이다. 이것은 바랙터 다이오드 마운트(8)로 여기되는 밀리미터파가 바이어스 전원으로 흡수되는 것을 막기 위한 것이다. 그리고, 바랙터다이오드(18)가 장착되는 바랙터 다이오드 마운트(8)의 금속박막(20) 사이 간격은 0.3mm로 하였다. 금속박막(20) 사이의 간격은 변조특성의 개선을 위해 조절될 수 있다.

<39> 또한, 바랙터 다이오드 마운트(8)와 비방사성유전체선로(6)는 서로 임피던스가 다르기 때문에 전송손실이 우려되기 때문에 임피던스 정합을 위하여 바랙터 다이오드 마운트(8)와 비방사성유전체선로(6) 사이에 고유전율시트(7)을 삽입하여야 한다. 본 발명에서는 고유전율시트(7)의 두께가 0.1mm인 것을 삽입하였다.

<40> 도 6은 제 1 구현예로 실시된 FM 송신기의 측정 결과를 보여주고 있다. 건 다이오드의 발진 주파수는 59.64GHz이고, 출력은 약 10dBm이다. 0V에서 10V까지 바랙터 다이오드에 인가되는 전압에 따라 약 200MHz의 주파수 편이가 일어났다. 하지만, FM 변조된 밀리미터파의 FM 송신 출력은 발진 출력의 절반, 즉 4dB 감쇠가 되었다. 이는 밀리미터파가 FM 변조될 때, 일반적으로 3dB의 감쇠가 발생하기 때문이며, 나머지 1dB 정도는 FM 변조기로 인한 모드의 불안정으로 인한 것이다. 그리고, 이러한 모드의 불안정으로 인하여 주파수 편이의 선형성을 얻기가 힘들다.

<41> 도 7은 제 1 구현예에서 발생한 FM 송신 출력의 1dB 저하를 방지하기 위하여 제 1 구현예의 바랙터 다이오드 마운트(8) 전방의 고유전율 시트 앞에 모드 스프레서(5)를 삽입하고 바랙터 다이오드 마운트(8) 후방에 모드 스프레서(5)에 장착하였다. 따라서, 모드를 안정시키고 불요모드를 억제하며, 주파수를 안정하게 할 수 있기 때문에 출력을 증가시키고, 주파수 편이의 선형성을 쉽게 얻을 수 있다.

<42> 도 8은 바이어스 전압을 0V에서 10V까지 변화시켰을 때의 결과이다. 160MHz 주파수 편이영역에서 선형영역이 넓게 존재하는 것을 알 수 있다. 또한 제 1 구현예의 FM 송신기에 비해 송신출력이 약 1dB 이상 증가하였다. 그리고, 도 8의 4.5V에서 6V까지의 선형영역 구간을 0.1V 간격으로 측정한 결과를 도 9에 나타내었다.

<43> 본 발명의 많은 다양한 구현예들을 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 않는 한도내에서 구성할 수 있다. 본 발명은 본 명세서에서 설명한 특정의 구현예들에 한정되지 않음을 이해하여야 한다. 이에 반하여, 본 발명은 청구된 본 발명의 기술적 요지 범위내에 포함되는 다양한 변형예들 및 균등한 구성예들을 포함한다. 첨부된 특허청구범위는 이러한 변형예들, 균등한 구조들 및 기능들을 모두 포함하도록 가장 넓게 해석되어야 한다.

<44> 본 발명은 FM 송신기의 새로운 형태를 제시하였다. 비방사성유전체도파관 내의 비방사성유전체선로(6)의 중간에 바랙터 다이오드를 탑재한 FM 변조기가 삽입되어 FM 송신기의 전체 크기를 작게 할 수 있고, 주파수 편이의 넓은 선형영역을 얻을 수 있다.

Claims

비방사성유전체도파관을 이용한 FM 송신에 있어서,

건 다이오드(11)를 이용하여 밀리미터파를 발생시키고;

밀리미터파가 스트립 공진기를 이용하여 비방사성유전체도파관에 급전되며;

급전된 밀리미터파가 진행하는 비방사유전체선로(6)의 선로상에 바랙터 다이오드

(18)가 장착된 다이오드 마운트를 실장하고;

비방사성유전체 선로로 출력단을 형성한 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 FM

변조기.
제 1항에 있어서,

상기 FM 변조기의 출력단에 안테나를 장착한 것을 특징으로 하는 FM 송신기.
비방사성유전체도파관을 이용한 FM 송신에 있어서,

건 다이오드(11)를 이용하여 밀리미터파를 발생시키고;

밀리미터파가 스트립 공진기를 이용하여 비방사성유전체도파관에 급전되며;

급전된 밀리미터파가 진행하는 비방사유전체선로(6)의 선로상에 바랙터 다이오드

(18)가 장착된 다이오드 마운트를 실장하고;

불필요 모드가 억제되어 전송손실이 최소화 되도록 바랙터 다이오드 마운트의

전·후방에 모드 스프레서를 삽입한 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 FM 변조기.
제 3항에 있어서,

상기 FM 변조기의 출력단에 안테나를 장착한 것을 특징으로 하는 FM 송신기.