CPW 결합기에서 방향성 개선을 위한 보상구조 연구
A study on directivity compensation of CPW couplers
- 발행기관 亞洲大學校 大學院
- 지도교수 愼哲宰
- 발행년도 2005
- 학위수여년월 2005. 2
- 학위명 박사
- 학과 및 전공 일반대학원 전자공학과
- 본문언어 한국어
초록/요약
본 논문에서는 결합도를 향상시키기 위해 뒷면 도체가 부가된 CPW(coplanar waveguide) 방향성 결합 구조에서 각 모드간의 위상 속도의 차이로 인해 발생하는 낮은 방향성 특성을 개선하기 위한 보상구조를 제안하였다. 보상구조로는 뒷면 도체를 변형하는 방법과 T자형 슬롯을 접지면에 부가하는 방법, 적절한 길이의 확장된 슬롯 폭을 이용하는 방법 등이 있다. 뒷면 도체의 모양을 변형하여 방향성을 개선하는 구조는 CPW 방향성 결합기를 구성하는 뒷면 도체의 가운데 부분을 일부 제거함으로써 두 모드간의 전기적 길이의 변화를 통하여 위상속도 차이를 줄여 방향성을 향상시키는 구조다. 이러한 방법은 방향성의 개선과 함께 정합 특성의 개선을 함께 가져올 수 있지만 결합도 1.2 dB 정도 감소되는 단점이 있었다. 또한 결합영역의 가운데 부분에서 접지면에 T자형 슬롯을 삽입하여 인덕턴스의 보상을 통한 각 모드간의 위상속도 차이를 극복하는 구조를 제시하였다. 이때 T자형 슬롯은 결합도의 감소의 특성을 갖지 않기 때문에 유용한 구조다. 그러나, 이러한 T자형 슬롯을 사용할 경우 뒷면 도체 일부를 제거하는 방식과 비교하면 정합특성이나 방향성 특성의 개선정도가 미약하므로, 뒷면 도체의 개선과 함께 T자형 슬롯을 사용하여 뒷면 도체의 제거를 적게 하여 결합도의 감소를 0.5 dB 이하로 줄이면서도 우수한 정합특성과 방향성 특성을 갖는 결합기를 만들 수 있음을 보였다. 마지막으로 접지면에 확장된 슬롯 구조를 제시하여 결합도의 감소 없이 우수한 정합특성과 방향성 특성을 가진 결합기를 구현할 수 있음을 보였다. 이러한 확장된 슬롯 구조는 결합도의 증가 특성도 있기 때문에 요구되는 결합도를 가지면서 기존구조보다 정합 특성은 30 dB이상, 방향성 특성은 40 dB이상 우수한 보상구조임을 확인하였다. 제안된 보상구조들을 사용하여 1㎓의 중심 주파수를 갖는 6 ㏈ 결합기를 설계하여 정합 특성은 물론 방향성 특성이 개선됨을 보였다. 제안된 구조들은 MoM(Method of Moments) 방식의 EM solver를 이용하여 모의실험 하였고, 제작 및 측정을 통하여 두 결과가 일치함을 확인하였다. 특히 확장된 슬롯 구조를 이용한 보상구조의 경우 높은 결합도를 필요로 하는 3 ㏈ 결합기에서도 정합 특성과 방향성 특성이 우수함을 확인하였다. 또한 주어진 주파수에서 확장된 슬롯의 너비 및 깊이에 대한 최적의 설계변수를 결정할 수 있는 설계 식을 제시하였다.
more초록/요약
In this dissertation, the directivity compensation methods are proposed in coplanar waveguide(CPW) directional coupler having finite-extent back conductor to enhance coupling effect. Those compensation structures are realized by using modified back conductor, which utilized center-elimination of back conductor, T-typed slot and expanded slot. Thus those have the advantage of not requiring additional lumped elements. The enhanced directivity using modified finite-extent back conductor was demonstrated in 6 dB coupler. The enhancement of directivity in CPW directional coupler using modified back conductor was realized by eliminating center region of back conductor. If the back conductor is removed at the center region of coupler, this coupler becomes to have two back conductors. In case, effective odd mode dielectric constant is decreased at center region, then the electrical length for odd mode is changed. Thus the phase velocity becomes the same in directional coupler. As a result, the directivity is improved. The effect of eliminated length was solved by odd and even mode analysis. The other compensation structure was attempted in CPW directional coupler having finite-extent back conductor for tight coupling. This CPW coupled structure was realized using T-shape expanded slots and modified finite-extent back conductor. The T-shape expanded slots played a role to avoid reduced coupling, and the dumbbell shape in modified back conductor to enhance directivity and matching. Another compensation structure by expanding the slot width between signal line and ground plane in the center region of coupler was attempted in CPW directional coupler. The CPW coupler having expanded slot had the same phase velocity for even and odd mode due to added inductance and by changing capacitance. And the result is enhanced directivity. This CPW directional couplers had not only good directivity but also matching characteristic at the center frequency. The above three models in CPW directional coupler were verified in analytical way by using Method of Moments (MoM) based on EM Solve and full-wave analysis. The measurement showed the good agreement with predicted result using analytical tools.
more목차
차례
차례 = ⅰ
그림 차례 = ⅲ
표 차례 = ⅶ
사용기호 및 약어표 = ⅷ
논문 요약 = ⅸ
제 1 장 서론 = 1
제 2 장 방향성 결합기 = 6
제 1 절 결합선로를 이용한 방향성 결합기에서의 특성 = 6
제 2 절 방향성 보상구조 = 15
1. 커패시턴스 및 인덕턴스를 이용한 보상구조 = 16
2. 다층의 유전체 및 위글리 라인을 이용한 보상구조 = 27
제 3 절 CPW 결합구조 = 30
제 4 절 유한 너비의 뒷면 도체를 갖는 방향성 결합기 = 33
제 3 장 유한너비의 뒷면 도체의 변형을 통한 방향성 개선 = 38
제 1 절 뒷면 도체의 중심 부분이 제거된 CPW 결합구조 = 38
제 2 절 변형된 뒷면 도체의 구조변수에 따른 특성 = 42
제 3 절 CPW 방향성 결합기의 설계 = 46
제 4 절 제작, 측정 및 결과분석 = 49
제 4 장 T자형 슬롯과 뒷면 도체의 변형을 통한 방향성 개선 = 54
제 1 절 T자형 슬롯을 이용한 CPW 결합구조의 특성 = 56
제 2 절 T자형 슬롯과 뒷면 도체의 변형을 함께 사용한 방향성 개선 = 62
제 3 절 방향성이 개선된 방향성 결합기의 설계 및 주파수 특성 = 67
제 4 절 제작, 측정 및 결과분석 = 69
제 5 장 슬롯 폭의 조절을 이용한 CPW 결합기의 방향성 개선 = 74
제 1 절 슬롯 크기의 조절을 이용한 보상구조 = 76
제 2 절 확장된 슬롯 크기에 따른 CPW 결합구조의 특성 = 78
제 3 절 슬롯 크기의 조절을 이용한 보상구조를 갖는 CPW 방향성 결합기 설계 = 84
1. 6dB 방향성 결합기의 설계 = 84
2. 3dB 방향성 결합기의 설계 = 88
제 4 절 제작, 측정 및 결과분석 = 95
제 5 절 방향성 개선을 위한 슬롯 구조의 최적 설계 변수 = 101
1. 확장된 슬롯의 구조 변수 = 101
2. 확장된 슬롯 구조 변수의 결정과 응용 = 107
제 6 장 결론 = 110
참고문헌 = 113
Abstract = 122
