KR20240013301A - 대각 아이리스(Iris) 결합을 이용한 기판 집적형 도파관(SIW, Substrate Integrated Waveguide)형 합차 모드 비교기 및 유전체 공진기 안테나 - Google Patents
대각 아이리스(Iris) 결합을 이용한 기판 집적형 도파관(SIW, Substrate Integrated Waveguide)형 합차 모드 비교기 및 유전체 공진기 안테나 Download PDFInfo
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Abstract
대각 아이리스(Iris) 결합을 이용한 기판 집적형 도파관(SIW, Substrate Integrated Waveguide)형 합차 모드 비교기는 기판; 기판의 제 1 면으로부터 연장되도록 형성된 제 1 비아 배열에 의해 형성되는 합 모드용 전송 선로; 기판의 제 2 면으로부터 연장되도록 형성된 제 2 비아 배열에 의해 형성되는 차 모드용 전송 선로; 제 1 비아 배열 및 제 2 비아 배열에 연결되고, 제 3 비아 배열에 의해 형성되는 비교기; 제 3 비아 배열의 일측에 연결되고 제 4 비아 배열에 의해 형성되는 제 1 SIW 필터; 제 3 비아 배열의 타측에 연결되고 제 5 비아 배열에 의해 형성되는 제 2 SIW 필터; 제 4 비아 배열에 연결되고, 제 6 비아 배열에 의해 형성되는 제 1 출력 전송 선로; 및 제 5 비아 배열에 연결되고, 제 7 비아 배열에 의해 형성되는 제 2 출력 전송 선로를 포함하고, 제 1 SIW 필터는 비교기의 좌측 상부에 연결되고, 제 2 SIW 필터는 비교기의 우측 상부에 연결될 수 있다.
Description
본 발명은 대각 아이리스 결합을 이용한 기판 집적형 도파관형 합차 모드 비교기 및 유전체 공진기 안테나에 관한 것이다.
모노펄스(Monopulse) 안테나 어레이는 정교한 전파의 도래각(DoA, Direction of Arrival) 추정 능력을 통해 레이더 시스템 내에서 타겟을 추적하는데 사용된다.
기존의 혼, 렌즈 또는 카세그레인(Cassegrain) 파라볼릭 안테나 시스템은 무겁고 크기가 매우 크다. 이를 해결하기 위해 도입된 마이크로스트립 선로 구조의 모노펄스 안테나 어레이는 작은 안테나 크기와 적은 제작 비용의 장점이 있지만, 밀리미터파(millimeter-wave) 대역에서는 손실이 크고 불요파 방사(Spurious Radiation)가 심하다는 단점이 있다.
한편, 참고 논문1[Venanzoni, Giuseppe & Mencarelli, D. & Morini, Antonio & Farina, Marco & Losito, Onofrio & Prudenzano, F.. (2016). Compact double-layer substrate integrated waveguide magic Tee for X-band applications. Microwave and Optical Technology Letters. 58. 932-936. 10.1002/mop.29707.], 참고 논문2[H. Chu, J. -X. Chen, S. Luo and Y. -X. Guo, "A Millimeter-Wave Filtering Monopulse Antenna Array Based on Substrate Integrated Waveguide Technology," in IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 64, no. 1, pp. 316-321, Jan. 2016, doi: 10.1109/TAP.2015.2497351.]에 합차 모드 안테나가 각각 제시되어 있다.
상기 참고 논문1[Venanzoni, Giuseppe & Mencarelli, D. & Morini, Antonio & Farina, Marco & Losito, Onofrio & Prudenzano, F.. (2016). Compact double-layer substrate integrated waveguide magic Tee for X-band applications. Microwave and Optical Technology Letters. 58. 932-936. 10.1002/mop.29707.]의 경우, 합차 모드를 구현하기 위해 기판 집적형 도파관(SIW, Substrate Integrated Waveguide)형 매직 T(Magic-T) 구조를 적용하였다. SIW 매직 T 구조는 SIW와 개구면(aperture) 간 결합을 활용하여 구현되기 때문에 적층 구조가 된다.
상기 참고 논문2[H. Chu, J. -X. Chen, S. Luo and Y. -X. Guo, "A Millimeter-Wave Filtering Monopulse Antenna Array Based on Substrate Integrated Waveguide Technology," in IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 64, no. 1, pp. 316-321, Jan. 2016, doi: 10.1109/TAP.2015.2497351.]의 경우, 합차 모드 필터링 안테나를 구현하기 위해 이중 모드 SIW 공진기(TE102/TE201)와 단일 모드 SIW 공진기를 슬롯을 통해 결합한 구조를 적용하였다. 이러한 구조는 슬롯을 활용하기 때문에 적층 구조가 필요하다.
참고 논문 1와 같이 매직 T 구조를 이용하거나 참고 논문 2와 같이 슬롯 결합을 이용한 기존 방식들은 적층 구조를 필요로 하기 때문에 제작 비용이 증가하는 단점이 있다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 대각 아이리스 결합을 이용한 기판 집적형 도파관형 합차 모드 비교기를 설계하고자 한다.
다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 제 1 측면에 따른 대각 아이리스(Iris) 결합을 이용한 기판 집적형 도파관(SIW, Substrate Integrated Waveguide)형 합차 모드 비교기는 기판; 상기 기판의 제 1 면으로부터 연장되도록 형성된 제 1 비아 배열에 의해 형성되는 합 모드용 전송 선로; 상기 기판의 제 2 면으로부터 연장되도록 형성된 제 2 비아 배열에 의해 형성되는 차 모드용 전송 선로; 상기 제 1 비아 배열 및 상기 제 2 비아 배열에 연결되고, 제 3 비아 배열에 의해 형성되는 비교기; 상기 제 3 비아 배열의 일측에 연결되고 제 4 비아 배열에 의해 형성되는 제 1 SIW 필터; 상기 제 3 비아 배열의 타측에 연결되고 제 5 비아 배열에 의해 형성되는 제 2 SIW 필터; 상기 제 4 비아 배열에 연결되고, 제 6 비아 배열에 의해 형성되는 제 1 출력 전송 선로; 및 상기 제 5 비아 배열에 연결되고, 제 7 비아 배열에 의해 형성되는 제 2 출력 전송 선로를 포함하고, 상기 제 1 SIW 필터는 상기 비교기의 좌측 상부에 연결되고, 상기 제 2 SIW 필터는 상기 비교기의 우측 상부에 연결될 수 있다.
본 발명의 제 2 측면에 따른 기판 집적형 도파관형 합차 모드 비교기를 포함하는 유전체 공진기 안테나는 일측에 배치되는 청구항 제 1 항의 합차 모드 비교기 및 타측에 배치되고, 고차 모드의 방사체(radiator) 역할을 수행하는 유전체 공진기(Dielectric Resonator, DR)를 포함할 수 있다.
상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본 발명을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 기재된 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.
전술한 본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 본 발명은 대각 아이리스 결합을 이용한 기판 집적형 도파관형 합차 모드 비교기를 설계할 수 있다. 또한, 본 발명은 대각 아이리스 결합을 통해 합차 모드에서의 결합계수가 동일하면서, 동일한 크기의 전계를 형성할 수 있다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른, 합차 모드 비교기를 설명하기 위한 도면이다.
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 합차 모드 비교기 및 유전체 공진기를 포함하는 유전체 공진 안테나를 설명하기 위한 도면이다.
도 2a 내지 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 저역통과필터 g-파라미터 및 대역통과 필터 파라미터를 나타낸 예시 도면이다.
도 3a 내지 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 제 1 SIW 필터(또는 제 2 SIW 필터) 및 제 3 SIW 필터(또는 제 4 SIW 필터)를 나타낸 도면이다.
도 4a 내지 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 제 1 SIW 필터 및 제 3 SIW 필터(또는 제 2 SIW 필터 및 제 4 SIW 필터) 간 및 제 3 SIW 필터(또는 제 4 SIW 필터) 및 유전체 공진기 간 아이리스의 너비 및 원형 개구면의 지름에 따른 투과계수의 주파수 응답 특성 및 결합계수를 나타낸 도면이다.
도 5a 내지 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른, GCPW - SIW 변환기의 슬롯 길이 또는 개구면 지름에 따른 반사계수 특성 및 외부품질계수를 나타낸 도면이다.
도6는 본 발명의 일 실시예에 따른, 필터와 결합된 비교기의 전계 분포를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른, 합차 모드 비교기에서 아이리스의 너비에 따른 투과계수의 주파수 응답 특성 및 결합계수를 나타낸 도면이다.
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 합차 모드 비교기 및 유전체 공진기를 포함하는 유전체 공진 안테나를 설명하기 위한 도면이다.
도 2a 내지 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 저역통과필터 g-파라미터 및 대역통과 필터 파라미터를 나타낸 예시 도면이다.
도 3a 내지 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 제 1 SIW 필터(또는 제 2 SIW 필터) 및 제 3 SIW 필터(또는 제 4 SIW 필터)를 나타낸 도면이다.
도 4a 내지 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 제 1 SIW 필터 및 제 3 SIW 필터(또는 제 2 SIW 필터 및 제 4 SIW 필터) 간 및 제 3 SIW 필터(또는 제 4 SIW 필터) 및 유전체 공진기 간 아이리스의 너비 및 원형 개구면의 지름에 따른 투과계수의 주파수 응답 특성 및 결합계수를 나타낸 도면이다.
도 5a 내지 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른, GCPW - SIW 변환기의 슬롯 길이 또는 개구면 지름에 따른 반사계수 특성 및 외부품질계수를 나타낸 도면이다.
도6는 본 발명의 일 실시예에 따른, 필터와 결합된 비교기의 전계 분포를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른, 합차 모드 비교기에서 아이리스의 너비에 따른 투과계수의 주파수 응답 특성 및 결합계수를 나타낸 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 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.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 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.
이하, 첨부된 구성도 또는 처리 흐름도를 참고하여, 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 설명하도록 한다. 도 1a는 합차 모드 비교기를 설명하기 위한 도면이다.
도 1a를 참조하면, 합차 모드 비교기(100)는 기판(106)의 제 1 면으로부터 연장되도록 형성된 제 1 비아 배열에 의해 형성되는 합 모드용 전송 선로(108) 및 기판(106)의 제 2 면으로부터 연장되도록 형성된 제 2 비아 배열에 의해 형성되는 차 모드용 전송 선로(110)를 포함할 수 있다.
합차 모드 비교기(100)는 제 1 비아 배열 및 제 2 비아 배열에 연결되고, 제 3 비아 배열에 의해 형성되는 비교기(112)를 포함할 수 있다. 여기서, 비교기(112)는 TE102 모드(합 모드) 및 TE201 모드(차 모드)로 동작하는 SIW 이중모드 공진기일 수 있다.
합차 모드 비교기(100)는 제 3 비아 배열의 일측에 연결되고 제 4 비아 배열에 의해 형성되는 제 1 SIW 필터(114)를 포함할 수 있다. 여기서, 제 1 SIW 필터(114)는 TE101 모드로 동작되는 SIW 공진기일 수 있다.
합차 모드 비교기(100)는 제 3 비아 배열의 타측에 연결되고 제 5 비아 배열에 의해 형성되는 제 2 SIW 필터(116)를 포함할 수 있다. 여기서, 제 2 SIW 필터(116)는 TE101 모드로 동작되는 SIW 공진기일 수 있다.
제 1 SIW 필터(114)는 비교기(112)의 좌측 상부에 연결되고, 제 2 SIW 필터(116)는 비교기(112)의 우측 상부에 연결될 수 있다.
비교기(112)와 제 1 SIW 필터(114)(또는 제 2 SIW 필터(116)) 간의 결합 구조는 비아 홀(via hole)로 이루어진 대각 아이리스(Iris)를 통한 유도성(inductive) 결합 구조를 가질 수 있다.
제 1 SIW 필터(114)는 비교기(112)의 좌측 상부에 연결되고, 제 2 SIW 필터(116)는 비교기(112)의 우측 상부에 연결될 수 있다. 즉, 제 1 SIW 필터(114)는 비교기(112)와 대각 아이리스를 통해 결합되고, 제 2 SIW 필터(116)는 비교기(112)와 대각 아이리스를 통해 결합될 수 있다.
합차 모드 비교기(100)는 제 4 비아 배열에 연결되고, 제 6 비아 배열에 의해 형성되는 제 1 출력 전송 선로(118) 및 제 5 비아 배열에 연결되고, 제 7 비아 배열에 의해 형성되는 제 2 출력 전송 선로(120)를 포함할 수 있다.
도 1b는 합차 모드 비교기 및 유전체 공진기를 포함하는 유전체 공진 안테나를 설명하기 위한 도면이다. 이하에서는 도 1a 내지 도 7을 참조하여 도 1b를 설명하기로 한다.
도 1b를 참조하면, 유전체 공진 안테나(200)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 합차 모드 비교기(104), 유전체 공진기(102)를 포함할 수 있다.
합차 모드 비교기(104)를 적용한 유전체 공진 안테나(200)는 정교한 DoA(Direction of Arrival) 추정 능력을 통해 레이더 시스템 내에서 타겟을 추적하는데 사용될 수 있다.
유전체 공진기(102)는 고차 모드의 방사체(radiator) 역할을 수행할 수 있다.
합차 모드 비교기(104)는 기판 집적형 도파관형 구조를 갖는 비교기일 수 있다.
합차 모드 비교기(104)는 SIW(Substrate Integrated Waveguide) 급전 회로를 포함할 수 있다.
유전체 공진기(102) 및 SIW 급전 회로는 기설정된 제 1 유전율(예컨대, ) 및 기설정된 제 1 손실 탄젠트(예컨대, ) 특성을 갖도록 구성될 수 있다.
SIW 급전 회로에 사용된 기판(106)은 기설정된 제 2 유전율(예컨대, ) 및 기설정된 제 2 손실 탄젠트(예컨대, ) 특성을 갖도록 구성될 수 있다.
SIW 급전 회로는 유전체 공진기(102)에 급전하기 위한 개구면(aperture)과 GCPW(Grounded coplanar waveguide)로 구성될 수 있다.
유전체 공진기(102)는 안테나의 방향성을 향상시키기 위해 고차 모드(예컨대, )로 동작될 수 있다.
고차 모드로 동작되는 유전체 공진기(102)의 높이 파라미터와 지름 파라미터에 대한 근사값은 자계벽 방식(magnetic wall method)이 적용된 상태에서 알아낼 수 있다.
유전체 공진기(102)의 지름 파라미터 및 높이 파라미터, 개구면의 크기 파라미터, 개구면과 유전체 공진기(102) 간의 거리 파라미터는 유전체 공진기 안테나(100)의 방향성을 최대화하는 방향으로 최적화되도록 설계될 수 있다.
각 파라미터들이 최적화된 후에는 CST 툴의 최적화 기능을 통해 GCPW - SIW 변환부(transition)를 조절하면서 최적화된 유전체 공진기 안테나(100)의 반사손실(Return Loss) 값 및 실현 이득(Realized gain) 값을 획득할 수 있다. 예를 들어, 유전체 공진기 안테나(100)는 27.65 GHz에서 3.3%의 10 dB 반사손실 대역을 갖고, E-plane에서 10.6 dBi의 이득을 갖고, H-plane에서 10.2 dBi의 이득을 가질 수 있다.
한편, 중심주파수가 27.65 GHz이고, 대역통과필터의 통과대역 내 반사손실 값이 15 dB이며, 통과대역폭이 700 MHz가 되는 유전체 공진 안테나(200)를 설계하고자 하면, 우선 저역통과필터의 원형(prototype) 상수들을 구해야 한다. 저역통과 원형 계수는 [수학식 1]을 통해 계산될 수 있다.
[수학식 1]
이를 4차로 구현할 경우, 저역통과필터 g-파라미터들은 도 2a와 같이 도출될 수 있다. 저역통과필터 g-파라미터에서 대역통과필터 파라미터로의 변환은 [수학식 2]를 통해 수행될 수 있다.
[수학식 2]
합차 모드 비교기(104)는 기판의 제 1 면으로부터 연장되도록 형성된 제 1 비아 배열에 의해 형성되는 합 모드용 전송 선로 및 기판의 제 2 면으로부터 연장되도록 형성된 제 2 비아 배열에 의해 형성되는 차 모드용 전송 선로를 포함할 수 있다.
합차 모드 비교기(104)는 제 1 비아 배열 및 제 2 비아 배열에 연결되고, 제 3 비아 배열에 의해 형성되는 비교기(112)를 포함할 수 있다.
여기서, 비교기(112)는 TE102 모드(합 모드) 및 TE201 모드(차 모드)로 동작하는 SIW 이중모드 공진기일 수 있다. 비교기(112)의 너비와 길이는 [수학식 3]을 통해 도출될 수 있다.
[수학식 3]
도 6을 참조하면, 27.65 GHz에서 비교기(112)는 합 모드에 해당하는 전계(Electric field, (a)) 분포를 갖고, 차 모드에 해당하는 전계 분포(b)를 가질 수 있다. 비교기(112)에서의 합 모드, 차 모드의 전계는 동일 주파수 내에서 직교성(orthogonality)으로 인해, 합 모드용 포트와 차 모드용 포트 간 우수한 격리도 성능을 갖는다.
합차 모드 비교기(104)는 제 3 비아 배열의 일측에 연결되고 제 4 비아 배열에 의해 형성되는 제 1 SIW 필터(114)를 포함할 수 있다. 여기서, 제 1 SIW 필터(114)는 TE101 모드로 동작되는 SIW 공진기일 수 있다. 예를 들어, 제 1 SIW 필터(114)의 공진 주파수는 필터의 통과대역의 중심주파수인 27.65 GHz를 갖도록 설계될 수 있다. 제 1 SIW 필터(114)는 [수학식 4]를 통해 설계될 수 있다. 도 3a는 제 1 SIW 필터(114)의 설계 파라미터(a), 제 1 SIW 필터(114)의 공진 모드 시 전계 분포(b), 제 1 SIW 필터(114)의 투과계수의 주파수 응답 특성(c)를 나타낸 도면이다.
[수학식 4]
여기서, 는 자유공간상 전파의 위상 속도이고, 은 기판의 유전율이고 는 제 1 SIW 필터(114)의 너비이고, 은 제 1 SIW 필터(114)의 길이이고, 는 비아 홀의 지름, 는 두 근접한 비아 홀의 중심 사이 거리이다.
합차 모드 비교기(104)는 제 3 비아 배열의 타측에 연결되고 제 5 비아 배열에 의해 형성되는 제 2 SIW 필터(116)를 포함할 수 있다. 여기서, 제 2 SIW 필터(116)는 TE101 모드로 동작되는 SIW 공진기일 수 있다. 예를 들어, 제 2 SIW 필터(116)의 공진 주파수는 필터의 통과대역의 중심주파수인 27.65 GHz를 갖도록 설계될 수 있다.
제 3 SIW 필터(122) (또는 제 4 SIW 필터(124)) 및 유전체 공진기(102) 간의 결합계수 및 외부품질계수(external Q-factor)는 유전체 공진 안테나(200)를 급전하는 개구면의 크기와 SIW 단락 종단(shorted end) 간 거리를 통해 결정될 수 있다. 도 3b는 제 3 SIW 필터(122) (또는 제 4 SIW 필터(124))의 설계 파라미터(a), 제 2 SIW 필터(116)의 공진 모드 시 전계 분포(b), 투과계수의 주파수 응답 특성(c)를 나타낸 도면이다.
제 1 SIW 필터(114)는 비교기(112)의 좌측 상부에 연결되고, 제 2 SIW 필터(116)는 비교기(112)의 우측 상부에 연결될 수 있다. 즉, 제 1 SIW 필터(114)는 비교기(112)와 대각 아이리스를 통해 결합되고, 제 2 SIW 필터(116)는 비교기(112)와 대각 아이리스를 통해 결합될 수 있다. 도 7은 비교기(112)가 대각 아이리스를 통해 제 1 SIW 필터(114) 및 제 2 SIW 필터(116)와 결합된 상태에서 아이리스의 너비에 따른 투과계수의 주파수 응답 특성 및 결합계수를 나타낸 도면이다.
대칭적으로 구성된 대각 아이리스를 통해 비교기(112)의 합 모드와 차 모드일 때 각각 동일한 크기의 전계 분포가 형성될 수 있다(도 6 참조).
예를 들어, 비교기(112)와 제 1 SIW 필터(114) 간의 결합을 예시로 들면, 비교기(112)에서 합 모드에 해당하는 TE102 모드가 수행되면, 대각 아이리스 결합을 통해 제 1 SIW 필터(114)의 TE101 모드가 형성되고, 비교기(112)에서 차 모드에 해당하는 TE201 모드가 수행되면, 대각 아이리스 결합을 통해 제 1 SIW 필터(114)의 TE101 모드가 형성될 수 있다.
이를 통해 비교기(112)와 제 1 SIW 필터(114) 간의 결합계수 및 비교기(112)와 제 2 SIW 필터(116) 간의 결합계수는 합차 모드에서 거의 동일하게 가질 수 있다. 이를 통해 합차 모드에서 요구되는 동일한 필터 특성을 단일 기판 내에서 구현될 수 있다.
비교기(112)와 제 1 SIW 필터(114) 간의 결합계수는 공진 주파수가 동일하므로 [수학식 5]를 통해 도출될 수 있다.
[수학식 5]
비교기(112)와 제 1 SIW 필터(114)(또는 제 2 SIW 필터(116)) 간의 결합 구조는 비아 홀(via hole)로 이루어진 대각 아이리스(Iris)를 통한 유도성(inductive) 결합 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 합차 모드 비교기(104)는 제 3 SIW 필터(122) 및 제 4 SIW 필터(124)를 포함할 수 있다.
제 3 SIW 필터(122)는 제 1 SIW 필터(114)의 상부에 연결되고, 제 4 SIW 필터(124)는 제 2 SIW 필터(116)의 상부에 연결될 수 있다.
제 3 SIW 필터(122) 및 제 4 SIW 필터(124)는 TE102 모드로 동작되는 SIW 공진기일 수 있다.
도 4a는 아이리스의 제 1 너비(a)에 따른 투과계수의 주파수 응답 특성(b) 및 제 1 SIW 필터(114) 및 제 3 SIW 필터(122) 간 또는 제 2 SIW 필터(116) 및 제 4 SIW 필터(124)의 결합계수(c)를 나타낸 도면이다.
제 1 SIW 필터(114) 및 제 3 SIW 필터(122) (또는 제 2 SIW 필터(116) 및 제 4 SIW 필터(124)) 간의 결합 구조는 비아 홀로 이루어진 아이리스를 통한 유도성 결합 구조를 가질 수 있다.
제 1 SIW 필터(114)의 공진 주파수와 제 3 SIW 필터(122)의 공진 주파수 (또는 제 2 SIW 필터(116) 의 공진 주파수와 제 4 SIW 필터(124)의 공진 주파수)가 같을 경우, [수학식 6]을 통해 제 1 SIW 필터(114) 및 제 3 SIW 필터(122) (또는 제 2 SIW 필터(116)와 제 4 SIW 필터(124)) 간의 결합계수가 도출될 수 있다.
[수학식 6]
제 3 SIW 필터(122) (또는 제 4 SIW 필터(124)) 및 유전체 공진기(102) 간의 결합계수는 원형 개구면의 지름에 의해 결정될 수 있다. 도 4b는 원형 개구면의 지름(a)에 따른 투과계수의 주파수 응답 특성(b) 및 제 3 SIW 필터(122) (또는 제 4 SIW 필터(124)) 및 유전체 공진기(102) 간의 결합계수를 나타낸 도면이다.
합차 모드 비교기(104) 및 유전체 공진기(102)에 대한 복수의 설계 파라미터는 유전체 공진기 안테나(100)의 방향성은 기본 모드 안테나 방향성의 임계치를 초과하는 방향으로 설정될 수 있다. 여기서, 복수의 설계 파라미터는 유전체 공진기(102)의 지름 파라미터, 높이 파라미터, 유전체 공진기(102)를 급전하는 개구면(aperture)의 크기 파라미터 및 개구면 및 유전체 공진기(102) 간의 거리 파라미터를 포함할 수 있다.
GCPW를 적용한 SIW 필터의 외부품질계수는 GCPW 변환부(transiton)의 테이퍼링 너비 및 길이, GCPW - SIW 변환부의 슬롯 길이에 의해 결정될 수 있다. 도 5a는 GCPW - SIW 변환부의 슬롯 길이(a)에 따른 반사계수의 위상 특성(b) 및 외부품질계수(c)를 나타낸 도면이다.
합차 모드 비교기(104)의 제 3 SIW 필터(122) (또는 제 4 SIW 필터(124))와 유전체 공진기(102) 간의 결합계수 및 외부품질계수는 유전체 공진기(102)에 급전하기 위한 원형 개구면의 지름에 의해 결정될 수 있다. 이때, 합차 모드 비교기(104)의 제 3 SIW 필터(122)(또는 제 4 SIW 필터(124))와 유전체 공진기(102) 간의 결합계수 및 외부품질계수를 동시에 만족시키기 위해서는 개구면과 SIW 단락 종단(shorted end) 간 거리가 추가적으로 조정되어야 한다. 도 5b는 유전체 공진기(102)와 제 3 SIW 필터(122) (또는 제 4 SIW 필터(124))가 개구면을 통해 결합 시 개구면 지름과 SIW 공진기 길이(a)에 따른 입력 임피던스의 주파수 응답(b) 및 외부품질계수(c)를 나타낸 도면이다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 합차 모드 비교기
200: 유전체 공진 안테나
102: 유전체 공진기
104: 합차 모드 비교기
200: 유전체 공진 안테나
102: 유전체 공진기
104: 합차 모드 비교기
Claims (9)
- 대각 아이리스(Iris) 결합을 이용한 기판 집적형 도파관(SIW, Substrate Integrated Waveguide)형 합차 모드 비교기에 있어서,
기판;
상기 기판의 제 1 면으로부터 연장되도록 형성된 제 1 비아 배열에 의해 형성되는 합 모드용 전송 선로;
상기 기판의 제 2 면으로부터 연장되도록 형성된 제 2 비아 배열에 의해 형성되는 차 모드용 전송 선로;
상기 제 1 비아 배열 및 상기 제 2 비아 배열에 연결되고, 제 3 비아 배열에 의해 형성되는 비교기;
상기 제 3 비아 배열의 일측에 연결되고 제 4 비아 배열에 의해 형성되는 제 1 SIW 필터;
상기 제 3 비아 배열의 타측에 연결되고 제 5 비아 배열에 의해 형성되는 제 2 SIW 필터;
상기 제 4 비아 배열에 연결되고, 제 6 비아 배열에 의해 형성되는 제 1 출력 전송 선로; 및
상기 제 5 비아 배열에 연결되고, 제 7 비아 배열에 의해 형성되는 제 2 출력 전송 선로
를 포함하고,
상기 제 1 SIW 필터는 상기 비교기의 좌측 상부에 연결되고, 상기 제 2 SIW 필터는 상기 비교기의 우측 상부에 연결되는 것인, 합차 모드 비교기.
- 제 1 항에 있어서,
상기 비교기는 TE102 모드 및 TE201 모드로 동작하는 동작하는 SIW 이중모드 공진기인 것인, 합차 모드 비교기.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 SIW 필터는 TE101 모드로 동작되는 SIW 공진기이고,
상기 제 2 SIW 필터는 TE101 모드로 동작되는 SIW 공진기인 것인, 합차 모드 비교기.
- 제 1 항에 있어서,
상기 비교기와 상기 제 1 SIW 필터 또는 상기 제 2 SIW 필터 간의 결합 구조는 비아 홀(via hole)로 이루어진 대각 아이리스(Iris)를 통한 유도성(inductive) 결합 구조를 갖는 것인, 합차 모드 비교기.
- 기판 집적형 도파관(SIW, Substrate Integrated Waveguide)형 합차 모드 비교기를 포함하는 유전체 공진기 안테나에 있어서,
일측에 배치되는 청구항 제 1 항의 합차 모드 비교기 및
타측에 배치되고, 고차 모드의 방사체(radiator) 역할을 수행하는 유전체 공진기(Dielectric Resonator, DR)
를 포함하는 것인, 유전체 공진기 안테나.
- 제 5 항에 있어서,
상기 유전체 공진기에 대한 복수의 설계 파라미터는 상기 유전체 공진기 안테나의 방향성은 기본 모드 안테나 방향성의 임계치를 초과하는 방향으로 설정되고,
상기 복수의 설계 파라미터는 상기 유전체 공진기의 지름 파라미터, 높이 파라미터, 상기 유전체 공진기를 급전하는 개구면(aperture)의 크기 파라미터 및 상기 개구면 및 상기 유전체 공진기 간의 거리 파라미터를 포함하는 것인, 합차 모드 비교기.
- 제 5 항에 있어서,
상기 합차 모드 비교기 및 상기 유전체 공진기 간의 결합계수는 상기 유전체 공진기에 급전하기 위한 원형 개구면의 지름에 의해 결정되는 것인, 합차 모드 비교기.
- 제 5 항에 있어서,
상기 GCPW(Grounded coplanar waveguide)를 적용한 SIW 필터의 외부품질계수는 GCPW 변환부(transiton)의 테이퍼링 너비 및 길이, GCPW - SIW 변환부의 슬롯 길이에 의해 결정되는 것인, 합차 모드 비교기.
- 제 5 항에 있어서,
상기 제 3 SIW 필터 또는 상기 제 4 SIW 필터와 유전체 공진기 간 결합계수 및 외부품질계수는 원형 개구면의 지름과 개구면과 SIW 단락 종단(shorted end) 간 거리에 의해 결정되는 것인, 합차 모드 비교기.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220090660A KR20240013301A (ko) | 2022-07-22 | 2022-07-22 | 대각 아이리스(Iris) 결합을 이용한 기판 집적형 도파관(SIW, Substrate Integrated Waveguide)형 합차 모드 비교기 및 유전체 공진기 안테나 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020220090660A KR20240013301A (ko) | 2022-07-22 | 2022-07-22 | 대각 아이리스(Iris) 결합을 이용한 기판 집적형 도파관(SIW, Substrate Integrated Waveguide)형 합차 모드 비교기 및 유전체 공진기 안테나 |
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| KR20240013301A true KR20240013301A (ko) | 2024-01-30 |
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|---|---|---|---|---|
| KR20210028709A (ko) | 2018-07-13 | 2021-03-12 | 후아웨이 테크놀러지 컴퍼니 리미티드 | 합 및 차 모드 안테나 및 통신 제품 |
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2022
- 2022-07-22 KR KR1020220090660A patent/KR20240013301A/ko unknown
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