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KR100714867B1 - Wideband hybrid coupler by using symmetrical multi-stage coupled lines - Google Patents

Wideband hybrid coupler by using symmetrical multi-stage coupled lines Download PDF

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Publication number
KR100714867B1
KR100714867B1 KR1020060014029A KR20060014029A KR100714867B1 KR 100714867 B1 KR100714867 B1 KR 100714867B1 KR 1020060014029 A KR1020060014029 A KR 1020060014029A KR 20060014029 A KR20060014029 A KR 20060014029A KR 100714867 B1 KR100714867 B1 KR 100714867B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
coupler
coupling line
broadband
stage
port
Prior art date
Application number
KR1020060014029A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
주정호
강승택
Original Assignee
인천대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 인천대학교 산학협력단 filed Critical 인천대학교 산학협력단
Priority to KR1020060014029A priority Critical patent/KR100714867B1/en
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01PWAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P5/00Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/12Coupling devices having more than two ports
    • H01P5/16Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port
    • H01P5/18Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port consisting of two coupled guides, e.g. directional couplers
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Abstract

본 발명은 대칭형 다단 결합 선로를 이용한 광대역 하이브리드 커플러에 관한 것이다.The present invention relates to a broadband hybrid coupler using a symmetric multistage coupling line.

본 발명은 광대역 기법 및 탄덤 타입(Tandem Type) 결합기를 적용하여 선로의 단수와 설계 변수를 제어함으로써 원하는 대역폭과 대역 구간을 설계할 수 있고, 최소한의 와이어 본딩(Wire Bonding: 1개)을 사용하여 성능을 향상할 수 있는 광대역 하이브리드 커플러를 제공한다.The present invention can design the desired bandwidth and band section by controlling the number of lines and design variables by applying a broadband technique and a tandem type coupler, and using a minimum of wire bonding (1) It offers a broadband hybrid coupler that can improve performance.

본 발명에 의하면, 광대역 기법 및 탄덤 타입(Tandem Type) 결합기를 적용하여 선로의 단수와 설계 변수를 조절함으로써 원하는 대역폭과 대역 구간을 설계 가능하게 하는 효과를 기대할 수 있다.According to the present invention, it is possible to expect the effect of designing a desired bandwidth and band section by adjusting the number of lines and design variables by applying a broadband technique and a tandem type combiner.

커플러, 하이브리드, 결합기, 광대역, 다단 결합 선로 Coupler, Hybrid, Coupler, Broadband, Multistage Coupling Line

Description

대칭형 다단 결합 선로를 이용한 광대역 하이브리드 커플러{Wideband Hybrid Coupler by Using Symmetrical Multi-Stage Coupled Lines}Wideband Hybrid Coupler by Using Symmetrical Multi-Stage Coupled Lines

도 1은 종래 N단 평행 결합 선로를 이용한 90°광대역 3dB 커플러를 나타낸 도면이다.1 is a diagram illustrating a 90 ° wide band 3 dB coupler using a conventional N-stage parallel coupling line.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 대칭형 다단 결합 선로를 이용한 광대역 하이브리드 커플러를 나타낸 도면이다.2 is a diagram illustrating a broadband hybrid coupler using a symmetric multi-stage coupling line according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 실시예에 적용한 마이크로스트립 방향성 결합기의 광대역화 이론을 나타낸 도면이다.3 is a diagram showing the wideband theory of the microstrip directional coupler applied to the embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 실시예 따른 설계 사양에 맞춘 설계값을 도시한 광대역 하이브리드 커플러의 평면도이다.4 is a plan view of a broadband hybrid coupler showing design values in accordance with a design specification according to an embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 광대역 하이브리드 커플러를 시뮬레이션한 결과 광대역 특성을 나타낸 도면이다.FIG. 5 is a diagram illustrating broadband characteristics as a result of simulating a broadband hybrid coupler according to an embodiment of the present invention. FIG.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 광대역 하이브리드 커플러를 시뮬레이션한 결과 출력 신호의 위상차를 나타낸 도면이다.6 is a diagram illustrating a phase difference of an output signal as a result of simulating a broadband hybrid coupler according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 대칭형 다단 결합 선로를 이용한 광대역 하이브리드 커플러에 관한 것으로, 광대역 기법 및 탄덤 타입(Tandem Type) 결합기를 적용하여 선로의 단수와 설계 변수를 제어함으로써 원하는 대역폭과 대역 구간을 설계할 수 있는 광대역 하이브리드 커플러에 관한 것이다.The present invention relates to a broadband hybrid coupler using a symmetric multi-stage coupled line. A wideband hybrid capable of designing a desired bandwidth and band section by controlling the number of stages and design variables by applying a broadband technique and a tandem type coupler. It's about a coupler.

커플링이란 일반적으로 독립된 공간 또는 선로 간에서 전자계적으로 교류 신호 에너지가 상호 전달되는 현상을 의미한다.Coupling generally refers to a phenomenon in which AC signal energy is electromagnetically transmitted between separate spaces or lines.

선로 간의 간섭은 선로 간 커플링으로 인해 원하지 않는 잡신호가 유입되거나 서로 전송되어 교란되는 현상을 지칭합니다. Interference between lines refers to the occurrence of unwanted noise signals or transmissions and disturbances due to the coupling between lines.

커플러는 이러한 커플링의 정도를 인위적으로 조절하는 것으로, 선로의 길이와 간격을 임의로 조절하여 한쪽에 원하는 전력이 전달되도록 하는 장치이다.The coupler is an apparatus that artificially adjusts the degree of the coupling, and arbitrarily adjusts the length and spacing of the line so that the desired power is transmitted to one side.

커플러는 커플링 현상을 이용하여 원하는 만큼의 전력을 추출하거나 배분하는 용도로 사용되며, 브랜치라인 커플러(Branch-Line Coupler), 링 하이브리드 커플러(Ring Hybrid Coupler), 윌킨슨 커플러(Willkinson Coupler) 등 다양하게 구성할 수 있다.Coupler is used to extract or distribute as much power as you want by using coupling phenomenon, and it can be used in various ways such as Branch-Line Coupler, Ring Hybrid Coupler, Wilkinson Coupler, etc. Can be configured.

그러나 이러한 커플러는 제작의 용이성이라는 장점이 있으나 광대역성을 요구하는 회로에 부적절하다.However, these couplers have the advantage of ease of manufacture but are inadequate for circuits requiring broadband.

이로 인해 평행 결합 선로의 광대역 특성을 이용한 방향성 결합기를 사용하게 되었으나, 브랜치라인(Branch-Line)이나 링 형태보다 광대역 특성이 있음에도 실제 구현의 한계가 있었다.As a result, the directional coupler using the broadband characteristics of the parallel coupling line has been used, but there are limitations in the actual implementation even though there is a broadband characteristic than the branch-line or ring type.

즉, 높은 결합량을 얻기 위한 커플러는 우 모드와 기 모드 임피던스 차가 커 야 하며, 이를 구현하려면 결합 간격이 수십 ㎛까지 되어야 한다. 그러나 실제 커플러의 결합 간격을 수십 ㎛까지 구현하는 것은 쉽지 않다.In other words, the coupler to obtain a high coupling amount should have a large difference between the right mode and the pre-mode impedance, and to realize this, the coupling distance should be up to several tens of micrometers. However, it is not easy to realize the coupling gap of the actual coupler up to several tens of micrometers.

이를 해결하는 방안은 결합량을 키우기 위해 마이크로 스트립 라인 길이를 길게 하거나 넓은 면으로 결합하는 켐프 타입(Kemp Type), 탄덤 타입(Tandem Type) 등의 결합기를 사용하는 방안이 있으나, 이러한 방안도 회로가 커지거나 다층 기판을 사용해야 하는 단점이 있다.The solution to this problem is to use a kemp type or tandem type coupler that lengthens the microstrip line length or combines it in a wide plane in order to increase the amount of coupling. There is a disadvantage that it becomes large or uses a multilayer board.

따라서, 광대역성과 제작의 용이성을 모두 만족하는 3dB 커플러를 구현하는 방법이 제안되었다.Therefore, a method of implementing a 3dB coupler that satisfies both broadband and ease of fabrication has been proposed.

도 1은 종래 N단 평행 결합 선로를 이용한 90°광대역 3dB 커플러를 나타낸 도면이다.1 is a diagram illustrating a 90 ° wide band 3 dB coupler using a conventional N-stage parallel coupling line.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래 발명은 광대역성을 가지기 위해 평행 결합 선로를 이용하였으며, 임의의 결합량과 최소의 결합기 크기로 설계하기 위해 N단 평행 결합 선로를 해석하여 4 포트 S-Parameter를 추출하였다.As shown in FIG. 1, the conventional invention uses a parallel coupling line to have a wide bandwidth, and analyzes an N-stage parallel coupling line to design a random coupling amount and a minimum coupler size, and analyzes a 4-port S-parameter. Extracted.

종래 발명은 최소 회로 크기로 최대의 결합량을 얻기 위해서 결합 선로를 병렬로 연결하는 구조로 결합기의 폭과 간격을 조절하는 원리이다.Conventional invention is a principle of adjusting the width and spacing of the coupler in a structure that connects the coupling lines in parallel in order to obtain the maximum coupling amount with the minimum circuit size.

종래 발명은 3단 정도의 결합기를 사용하는 경우, 최소의 단수로 3dB 커플러 를 구현하기 위해 낮은 기모드 임피던스를 만들어야 하며, 이를 위해 유전율이 높고 기판의 유전체 높이가 높은 기판을 사용해야 한다.In the conventional invention, when a coupler of about three stages is used, a low pre-mode impedance must be made to realize a 3dB coupler with a minimum number of stages. For this purpose, a substrate having a high dielectric constant and a high dielectric height of a substrate should be used.

이로 인해 종래 발명은 랑게 커플러(Lange Coupler)의 대역폭인 40%와 비슷한 성능을 보이고, 낮은 임피던스로 구현할 수 있는 장점이 있다.For this reason, the related art shows a performance similar to that of 40%, which is the bandwidth of the Lange coupler, and has an advantage of being able to be implemented with low impedance.

그러나 종래 발명은 깍지 낀 모양의 높은 임피던스로 단 결합기의 결합량은 감소하는 단점이 있다.However, the related art has a disadvantage in that the coupling amount of the single coupler is reduced due to the high impedance of the interdigitated shape.

또한, 종래 발명은 단수가 증가하는 경우 회로의 크기가 비례적으로 커지고 와이어 본딩(Wire Bonding)의 개수가 증가하게 되어 전체적으로 성능이 저하되며, λ/4 평행 결합 선로를 사용하므로 대역의 한계가 발생하는 문제점이 있다.In addition, in the conventional invention, when the number of stages increases, the circuit size increases proportionally, the number of wire bonding increases, and the overall performance decreases. As a result, a band limitation occurs because a λ / 4 parallel coupling line is used. There is a problem.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 광대역 기법 및 탄덤 타입(Tandem Type) 결합기를 적용하여 선로의 단수와 설계 변수를 제어함으로써 원하는 대역폭과 대역 구간을 설계할 수 있는 광대역 하이브리드 커플러를 제공하는 데 그 목적이 있다.In order to solve this problem, the present invention is to provide a broadband hybrid coupler that can design the desired bandwidth and band section by controlling the number and design parameters of the line by applying a broadband technique and Tandem Type combiner Its purpose is.

이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 하나의 특징에 따른 대칭형 다단 결합 선로를 이용한 광대역 하이브리드 커플러는, 일측에 입력 신호가 유입되는 입력 포트를 형성하고, 타측에 누설 전력을 소모하는 격리 포트를 구비하며, 단수가 올라갈수록 각 단의 폭이 넓어지는 형상을 가진 제 1 다단 평행 결합 선로; 및 일측에 결합 신호가 출력되는 결합 포트를 형성하고, 단수가 올라갈수록 각 단의 폭이 넓어지는 형상을 가진 제 2 다단 평행 결합 선로를 포함하되, 상기 제 2 다단 평행 결합 선로는 와이어 본딩(Wire Bonding)으로 기판 일측에 구비된 통과 신호가 출력되는 통과 포트와 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 광대역 하이브리드 커플러를 포함한다.According to one aspect of the present invention, a wideband hybrid coupler using a symmetric multi-stage coupling line according to an aspect of the present invention has an input port through which an input signal is introduced, and an isolation port for consuming leakage power on the other side. A first multistage parallel coupling line having a shape in which the width of each stage is wider as the number of stages increases; And a second multistage parallel coupling line having a coupling port configured to output a coupling signal on one side thereof, and having a width in which each stage becomes wider as the number of stages increases, wherein the second multistage parallel coupling line is wire bonded. Bonding) includes a broadband hybrid coupler characterized in that it is connected to the pass-through port outputting the pass signal provided on one side of the substrate.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and like reference numerals designate like parts throughout the specification.

또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를“포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In addition, when a part is said to "include" a certain component, it means that it may further include other components, without excluding other components unless otherwise stated.

이제 본 발명의 실시예에 따른 대칭형 다단 결합 선로를 이용한 광대역 하이브리드 커플러에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.Now, a broadband hybrid coupler using a symmetric multistage coupling line according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 대칭형 다단 결합 선로를 이용한 광대역 하이브리드 커플러를 나타낸 도면이다.2 is a diagram illustrating a broadband hybrid coupler using a symmetric multi-stage coupling line according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에 따른 광대역 하이브리드 커플러는 기판(250) 위에 마이크로스트립 결합 패턴의 결합 구조로 하나의 공정으로 처리하여 제작할 수 있도록 다단 결합 선로를 일련의 TEM-mode의 결합기로 연결한다. 여기서, TEM-mode는 전자계의 전송 모드 중 진행하는 방향의 수직 평면 상에만 전계와 자계가 존재하는 전송 모드를 말한다.The broadband hybrid coupler according to the embodiment of the present invention connects a multi-stage coupling line to a series of TEM-mode couplers so as to be manufactured and processed in a single process using a coupling structure of a microstrip coupling pattern on the substrate 250. Here, the TEM-mode refers to a transmission mode in which an electric field and a magnetic field exist only on a vertical plane in a progressing direction among the transmission modes of the electromagnetic field.

본 발명의 실시예는 기판(250) 위에 제 1 다단 평행 결합 선로(260)와 제 2 다단 평행 결합 선로(270)가 대칭 구조를 이루며 직렬 형태(Tandem Type)로 연결되 어 있다.In the exemplary embodiment of the present invention, the first multi-stage parallel coupling line 260 and the second multi-stage parallel coupling line 270 form a symmetrical structure and are connected in a tandem type on the substrate 250.

제 1 다단 평행 결합 선로(260)의 일측은 입력 포트(200)를 형성하며, 타측의 일단은 제 2 다단 평행 결합 선로(270)와 연결되어 있고, 타측의 타단은 연결되지 않고 격리되어 누설 전력을 소모하는 격리 포트(240)를 형성한다.One side of the first multi-stage parallel coupling line 260 forms an input port 200, one end of the other side is connected to the second multi-stage parallel coupling line 270, and the other end of the first multi-stage parallel coupling line 260 is isolated and disconnected without leakage power. It forms an isolation port 240 that consumes.

제 2 다단 평행 결합 선로(270)의 일측은 출력 포트인 결합 포트(220)를 형성하며, 타측의 일단은 제 1 다단 평행 결합 선로(260)와 연결되어 있고 타측의 타단은 와이어 본딩(Wire Bonding)(230)으로 기판(250) 위 일측에 형성된 출력 포트인 통과 포트(210)와 연결되어 있다.One side of the second multistage parallel coupling line 270 forms a coupling port 220 which is an output port, one end of which is connected to the first multistage parallel coupling line 260, and the other end of which is wire bonding. 230 is connected to a pass port 210 which is an output port formed on one side of the substrate 250.

다시 간략하게 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 광대역 하이브리드 커플러는 기판(250) 위에 대칭 구조의 다단 결합 선로를 직렬 형태(Tandem Type)로 깔아 입력 포트(200), 출력 포트인 결합 포트(220), 출력 포트인 통과 포트(210) 및 격리 포트(240)로 구성하여 하나의 입력 신호와 두 개의 출력 신호를 형성한다.In brief, the broadband hybrid coupler according to the exemplary embodiment of the present invention has a symmetrical multi-stage coupling line formed in a tandem type on a substrate 250 to form an input port 200 and an output port coupling port 220. ), A pass port 210 and an isolation port 240 which are output ports to form one input signal and two output signals.

제 1 다단 평행 결합 선로(260)와 제 2 다단 평행 결합 선로(270)는 단수를 조절하여 대역폭을 제어하고, 폭과 간격을 조절하여 결합량을 제어한다.The first multi-stage parallel coupling line 260 and the second multi-stage parallel coupling line 270 control the bandwidth by adjusting the number of stages, and control the coupling amount by adjusting the width and spacing.

또한, 광대역 하이브리드 커플러는 입력 포트(200)로 입력 신호를 공급하게 되면, 결합 포트(220)로 출력 신호인 결합 신호가 출력되며, 외이어 본딩(230)을 통해 통과 포트(210)로 출력 신호인 통과 신호가 출력된다.In addition, when the broadband hybrid coupler supplies an input signal to the input port 200, a combined signal that is an output signal is output to the coupling port 220, and an output signal to the pass port 210 through the wire bonding 230. Phosphorus pass signal is output.

결합 신호와 통과 신호의 두 개의 출력은 각각 반반씩의 전력 즉, -3dB 전력을 균등하게 배분하는 기능을 하며, 90도의 위상차를 가진다.The two outputs, the combined signal and the pass signal, have a function of equally distributing half and half power, or -3 dB power, with a phase difference of 90 degrees.

광대역 하이브리드 커플러의 격리 포트(240)는 선로 임피던스에 맞추어 저항 접지시켜 중단(Termination)을 시켜놓아서 실제로 입출력용으로 사용하지 않는 포트이다.The isolation port 240 of the broadband hybrid coupler is a port that is terminated by terminating resistors according to the line impedance and is not actually used for input / output.

광대역 하이브리드 커플러의 격리 포트(240)는 구조상 전력이 전송되지 않아 누설 전력이 반사되어 돌아오지 않도록 저항으로 접지시켜 열로 소모시켜 버리는 기능을 하여 커플러의 전력 안정화를 위해 사용한다.The isolation port 240 of the broadband hybrid coupler is used for stabilizing the power of the coupler by functioning to ground it with a resistor so that leakage of the leakage power is not reflected because power is not transmitted structurally.

이와 같이 광대역 하이브리드 커플러는 제 1 다단 평행 결합 선로(260)와 제 2 다단 평행 결합 선로(270)를 즉, -8.34dB 결합기와 -8.34dB 결합기를 직렬 형태로 2단 연결하여 -3dB 크기의 출력이 90도 위상차를 갖고 출력되도록 한다. 이러한 구조를 탄덤 타입(Tandem Type) 결합기라 한다.As described above, the broadband hybrid coupler connects the first multi-stage parallel coupling line 260 and the second multi-stage parallel coupling line 270, that is, -8.34 dB coupler and -8.34 dB coupler in two stages in series to output an output of -3 dB. This 90 degree phase difference outputs. This structure is called a tandem type coupler.

광대역 하이브리드 커플러는 탄덤 타입(Tandem Type) 결합기에 더하여 광대역 기법을 적용하여 Even mode의 임피던스를 점점 줄일 수 있는 구조를 갖고 있다. 이하 도 3에서 광대역 기법을 구체적으로 설명하였다.The broadband hybrid coupler has a structure that can gradually reduce the impedance of the even mode by applying a broadband technique in addition to a tandem type coupler. Hereinafter, the broadband technique is described in detail with reference to FIG. 3.

본 발명의 실시예는 광대역 기법과 탄덤 타입(Tandem Type) 결합기를 사용하는 방식으로 광대역성과 제작의 용이성을 모두 만족하는 3dB 결합기를 구현하였다.The embodiment of the present invention implements a 3dB coupler that satisfies both broadband and ease of fabrication by using a broadband technique and a tandem type coupler.

도 3은 본 발명의 실시예에 적용한 마이크로스트립 방향성 결합기의 광대역화 이론을 나타낸 도면이다.3 is a diagram showing the wideband theory of the microstrip directional coupler applied to the embodiment of the present invention.

도 3에 도시된 바와 같이, 다단 방향성 결합기는 일련의 TEM-mode의 결합기로 연결된다. 각 단은 고유의 전기적 길이를 가지고 있다.As shown in Fig. 3, the multi-stage directional coupler is connected to a series of TEM-mode couplers. Each stage has its own electrical length.

각 단의 커플링은 왼쪽에서 오른쪽으로 갈수록 점진적으로 약해진다. 이러한 방향성 결합기의 중요한 특징은 서로 다른 특성을 가지는 TEM-mode의 결합기라는 점이다.Coupling in each stage gradually weakens from left to right. An important feature of this directional coupler is that it is a TEM-mode coupler with different characteristics.

이론적으로 VSWR(Voltage Standing Wave Ratio)과 격리도는 최적화되어 있다.In theory, VSWR (Voltage Standing Wave Ratio) and isolation are optimized.

커플링은 주파수의 함수로 간단히 표현되므로 Modern Network 기술로 합성하여 수정할 수 있다. 광대역 커플링 특성은 Chebyshev Equel-Ripple Function으로 구현할 수 있다.Couplings are simply expressed as a function of frequency and can be synthesized and modified using Modern Network technology. Wideband coupling can be implemented with Chebyshev Equel-Ripple Function.

각 단에서의 커플링은 Even Mode와 Odd Mode인 ZOe와 ZOo로 각각 정의된다. 여기서, 임피던스는 입력 특성 임피던스에 대하여 정규화되어지며, 정규화된 임피던스는 다음과 같다.Coupling at each stage is defined as Z Oe and Z Oo , which are Even Mode and Odd Mode, respectively. Here, the impedance is normalized with respect to the input characteristic impedance, and the normalized impedance is as follows.

Figure 112006010677719-pat00001
Figure 112006010677719-pat00001

Figure 112006010677719-pat00002
Figure 112006010677719-pat00002

위의 관계식을 만족하는 경우, VSWR(Voltage Standing Wave Ratio)와 격리도는 최적화 될 수 있다.If the above relationship is satisfied, VSWR (Voltage Standing Wave Ratio) and isolation can be optimized.

따라서, 커플링단은 ZOe인 Even Mode에 의해서 커플링 값을 결정할 수 있다.Therefore, the coupling stage may determine the coupling value by the Even Mode which is Z Oe .

왜냐하면 임피던스 크기는 ZOe > ZOo, ZOe > 1이라는 조건을 만족하기 때문이다. 광대역 특성은 Even Mode의 임피던스를 점점 줄이면서 얻을 수 있다.This is because the impedance magnitude satisfies the condition of Z Oe > Z Oo and Z Oe > 1. Broadband characteristics can be obtained by gradually reducing the impedance of Even Mode.

도 4는 본 발명의 실시예 따른 설계 사양에 맞춘 설계값을 도시한 광대역 하이브리드 커플러의 평면도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 광대역 하이브리드 커플러를 시뮬레이션한 결과 광대역 특성을 나타낸 도면이며, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 광대역 하이브리드 커플러를 시뮬레이션한 결과 출력 신호의 위상차를 나타낸 도면이다.4 is a plan view of a broadband hybrid coupler showing design values in accordance with a design specification according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a diagram showing broadband characteristics as a result of simulating a broadband hybrid coupler according to an embodiment of the present invention. 6 is a diagram showing the phase difference of the output signal as a result of simulating the broadband hybrid coupler according to the embodiment of the present invention.

광대역 하이브리드 커플러의 일 실시예는 다음과 같은 [표 1]에 기재된 기판 정보 및 설계 사양과 [표 2]에 기재된 설계 사양에 맞춘 설계값으로 구현해 보았다.One embodiment of the broadband hybrid coupler was implemented with design values that match the substrate information and design specifications listed in Table 1 and the design specifications listed in Table 2 below.

Figure 112006010677719-pat00003
Figure 112006010677719-pat00003

W1 W1 W2W2 W3W3 W4W4 W5W5 W6W6 1111 1212 0.4 0.4 0.90.9 0.90.9 0.90.9 0.90.9 1.161.16 77 2.1772.177 13 13 1414 1515 1616 s1s1 s2s2 s3s3 s4s4 2.355 2.355 4.8094.809 1One 66 0.080.08 0.150.15 0.60.6 1.81.8

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예는 광대역 하이브리드 커플러를 설계하여 시뮬레이션한 결과, 대략 1.6GHz ~ 5.8GHz으로 113%의 광대역 특성을 보인다As shown in FIG. 5 and FIG. 6, the embodiment of the present invention shows a broadband characteristic of 113% at approximately 1.6 GHz to 5.8 GHz as a result of designing and simulating a broadband hybrid coupler.

(1.6GHz -> through: -3.011dB, coupling: -3.847dB, (1.6 GHz- > through: -3.011 dB, coupling: -3.847 dB,

5.8GHz -> through: -3.978dB, coupling: -3.157dB )5.8 GHz- > through: -3.978 dB, coupling: -3.157 dB )

커플링과 대역폭을 동시에 만족하는 대역은 1.6GHz ~ 4GHz로 85%의 광대역을 형성한다. 단 조건은 1dB Unblance, 격리도는 -10dB이하, 위상차는 90o +/-10의 범위 내의 측정 결과이다.The band that satisfies both the coupling and the bandwidth simultaneously forms 1.6% to 4GHz, forming 85% of the bandwidth. However, the condition is 1dB Unblance, the isolation is less than -10dB, and the phase difference is 90 o +/- 10.

(1.6GHz -> through: -3.011dB, coupling: -3.847dB, through phase: 175.074 o , coupling phase: -99.821 o , (1.6 GHz- > through: -3.011 dB, coupling: -3.847 dB, through phase: 175.074 o , coupling phase: -99.821 o ,

4GHz -> through: -3.661dB, coupling: -3.386dB, through phase: 13.838 o , coupling phase: -85.528 o )4 GHz- > through: -3.661 dB, coupling: -3.386 dB, through phase: 13.838 o , coupling phase: -85.528 o )

도 5 및 도 6에서 나타난 결과는 기존의 탄덤 타입 커플러(Tandem Type Coupler)나 랑게 커플러(Lange Coupler)의 대역폭인 42%보다 2배 이상 향상된 결과를 확인할 수 있다. 전술한 설계의 모든 과정은 실제 에칭 가능한 폭과 간격인 0.08mm을 고려한 값들이다.The results shown in FIGS. 5 and 6 can be confirmed that the results are more than doubled compared to the bandwidth of 42% of the existing Tandem Type Coupler or Lange Coupler. All the processes of the above design are values considering 0.08 mm, which is the actual etchable width and spacing.

본 발명의 실시예는 대칭형 다단 결합 선로를 이용하여 -3dB 출력과 위상차가 90도 형성되는 광대역 하이브리드 커플러를 구현하였다.The embodiment of the present invention implements a broadband hybrid coupler having a -3dB output and a phase difference of 90 degrees using a symmetric multistage coupling line.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concepts of the present invention defined in the following claims are also provided. It belongs to the scope of rights.

전술한 구성에 의하여, 본 발명은 랑게 커플러(Lange Coupler)의 대역폭인 40%보다 높은 우수한 성능을 보였고 제작이 깍지 낀 모양의 높은 임피던스로 구현되는 것에 비해 낮은 임피던스로 구현 가능한 효과를 기대할 수 있다.According to the above-described configuration, the present invention showed excellent performance higher than the bandwidth of the Lange coupler (Range Coupler) 40% and can be expected to implement the effect that can be implemented with a low impedance compared to the implementation of the high impedance of the shape of the shell.

또한, 본 발명은 기존의 랑게 커플러(Lange Coupler)의 설계 기술에서 탈피하여 평행 결합 선로의 광대역 기법을 적용함으로써 회로 설계의 어려움을 극복할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.In addition, the present invention can be expected to overcome the difficulties of circuit design by applying a broadband technique of a parallel coupling line to break away from the existing Lange coupler design technology.

또한, 본 발명은 광대역 기법 및 탄덤 타입(Tandem Type) 결합기를 적용하여 선로의 단수와 설계 변수를 조절함으로써 원하는 대역폭과 대역 구간을 설계 가능하게 하는 효과를 기대할 수 있다.In addition, the present invention can be expected to effect the design of the desired bandwidth and band section by adjusting the number and design parameters of the line by applying a broadband technique and Tandem Type combiner.

또한, 본 발명은 단수를 최소화함으로써 기존의 랑게 커플러(Lange Coupler)의 어려운 점인 와이어 본딩(Wire Bonding)의 수를 줄일 수 있는 효과를 기대할 수 있다.In addition, the present invention can be expected to reduce the number of wire bonding (wire bonding) that is a difficult point of the existing Lange coupler (Lange Coupler) by minimizing the number of stages.

Claims (4)

대칭형 다단 결합 선로를 이용한 광대역 하이브리드 커플러에 있어서,In a broadband hybrid coupler using a symmetric multistage coupling line, 일측에 입력 신호가 유입되는 입력 포트를 형성하고, 타측에 누설 전력을 소모하는 격리 포트를 구비하며, 단수가 올라갈수록 각 단의 폭이 넓어지는 형상을 가진 제 1 다단 평행 결합 선로; 및A first multi-stage parallel coupling line having an input port into which an input signal flows into one side, an isolation port consuming leakage power on the other side, and a width of each stage wider as the number of stages increases; And 일측에 결합 신호가 출력되는 결합 포트를 형성하고, 단수가 올라갈수록 각 단의 폭이 넓어지는 형상을 가진 제 2 다단 평행 결합 선로를 포함하되,A second multi-stage parallel coupling line having a shape in which a coupling port for outputting a coupling signal is formed at one side and the width of each stage is increased as the number of stages increases; 상기 제 2 다단 평행 결합 선로는 와이어 본딩(Wire Bonding)으로 기판 일측에 구비된 통과 신호가 출력되는 통과 포트와 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 광대역 하이브리드 커플러.And the second multi-stage parallel coupling line is connected to a pass port through which a pass signal provided on one side of the substrate is output by wire bonding. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 다단 평행 결합 선로와 상기 제 2 다단 평행 결합 선로가 탄덤 타입(Tandem Type) 결합기로 구성되어 직렬 형태로 2단 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 광대역 하이브리드 커플러.And said first multistage parallel coupling line and said second multistage parallel coupling line are configured as tandem type couplers and are connected in two stages in series. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 결합 포트와 상기 통과 포트로부터 출력되는 상기 결합 신호와 상기 통과 신호의 전력이 각각 -3dB이고, 상기 결합 신호와 상기 통과 신호의 위상차가 90 도인 것을 특징으로 하는 광대역 하이브리드 커플러.And the power of the combined signal and the passed signal output from the combined port and the passing port is -3 dB, respectively, and the phase difference between the combined signal and the passing signal is 90 degrees. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 다단 평행 결합 선로와 상기 제 2 다단 평행 결합 선로의 각 단수를 조절하여 대역폭을 제어하고, 폭과 간격을 조절하여 커플링 값을 제어하는 것을 특징으로 하는 광대역 하이브리드 커플러.Broadband hybrid coupler, characterized in that the bandwidth is controlled by adjusting the number of stages of the first multi-stage parallel coupling line and the second multi-stage parallel coupling line, and the coupling value by controlling the width and spacing.
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