가유전체 기판을 이용한 소형화된 링 하이브리드 커플러의 설계

Abstract

본 논문에서는 가유전체 기판을 이용하여 소형화한 마이크로파 대역의 링 하이브리드 커플러 설계에 대하여 기술한다. 가유전체 기판은 다수의 비어홀을 제 2기판에 삽입하여 유효 커패시턴스를 크게 증가시킨 구조를 갖는다. 가유전체 기판의 유효유전율은 표준형 기판에 비하여 크게 증가하게 되는데, 이에 의하여 동일한 전기적 길이 대비 물리적 길이가 크게 감소하므로 마이크로파 전송선로를 소형화시킬 수 있다. 이런 원리를 마이크로파 무선회로 설계에 적용한 사례를 보이기 위하여 가유전체 기판을 이용하여 3GHz대 링 하이브리드 커플러를 설계하고 실제로 제작 및 측정한 결과를 제시한다. 설계된 소형화된 링 하이브리드 커플러는 표준형에 비하여 전기적 성능은 유사하면서도 65%의 크기를 가진다. 측정된 전력분배비는 각각 -3.05dB와 -3.135dB이며, 두 출력간의 위상차는 동위상일 때 3도, 역위상일 때 176도로 이상적인 값과 매우 유사하다. 이로써 가유전체 기판구조로 소형화된 링 하이브리드 커플러의 설계가 타당함을 보인다. This paper describes the design of a size-reduced ring hybrid coupler for microwave band using an artificial dielectric substrate(ADS). ADS structure adopts the second substrate on which has lots of the metalized via-holes. The effective capacitance and effective dielectric constant per unit length of ADS increases compared to the normal substrate due to the via-holes. This enables the physical length of microstrip transmission line to be reduced by adopting ADS instead of the normal substrate. In order to present an example of size-reduction of microwave wireless circuit by ADS, a size-reduced 3GHz ring hybrid coupler is designed, fabricated and measured in this work. The designed coupler has the smaller size from the normal one by 65% due to the ADS, while no critical degradation from ideal performances is observed. The measured power division ratio at two output ports are -3.05dB and -3.135dB, respectively. In addition, the phase differences are 3o for in-phase division and 176o for out of phase split. The measured performances are so similar to ideal ones, and prove the design of size-reduced ring hybrid coupler using ADS is successful.