KR100972756B1 - Broadband attenuator - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광대역 감쇠기에 관한 것으로, 입력부와 출력부를 양단에 가지고, 입력 임피던스를 일정 값으로 정합하여, 전력 신호의 크기 가변을 위한 가변 감쇠기에 있어서, 제공되는 전원의 크기에 따라 입력 신호를 가변적으로 감쇠하는 입력측 핀다이오드부와, 상기 입력 핀다이오드부와 대칭적으로 구성되어 출력 임피던스를 일정값으로 정합하고 상기 입력 핀다이오드부와 대칭적으로 구성되어 출력 임피던스를 일정값으로 정합하고 상기 입력 핀다이오드부를 통한 신호를 상기 입력 핀다이오드부에 제공되는 전원의 크기에 따라 가변적으로 감쇠하는 출력 핀다이오드부와, 외부로부터 크기가 조절된 전원을 상기 입력 핀다이오드부와 출력 핀다이오드부에 동시에 제공하여 입출력 신호의 감쇠량을 제어하도록, 상기 대칭 배열된 입출력 핀다이드오부의 애노드단에 각각 연결되어 상호 연동하는 입출력측 전원부를 포함하여 이루어져서, 메타 재질(Metamaterial)에 기초한 Composite Right/Left- Handed(CRLH) 전송선로 구조에 근거하여 등가적으로 가변 저항 역할을 하는 핀 다이오드를 이용하여 다이오드에 인가되는 전압 변화에 따라 감쇠 특성을 추출 및 조정할 수 있도록 하였다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a wideband attenuator, having an input unit and an output unit at both ends, matching input impedance to a predetermined value, and varying an input signal according to the size of a power supply provided in a variable attenuator for varying a magnitude of a power signal. An attenuated input side pin diode unit and a symmetrical configuration with the input pin diode unit to match an output impedance to a constant value and a symmetrical configuration with the input pin diode unit to match an output impedance to a constant value and the input pin diode An output pin diode unit for attenuating a signal through the unit variably according to the size of the power provided to the input pin diode unit, and simultaneously supplying the power of which the size is adjusted from the outside to the input pin diode unit and the output pin diode unit The symmetrically arranged input and output pinids to control the amount of attenuation of the signal It is composed of input and output power supply side connected to each other and connected to the anode terminal of the negative pin, and acts as an equivalent variable resistor based on the structure of the Composite Right / Left-Handed (CRLH) transmission line based on metamaterial The attenuation characteristics can be extracted and adjusted according to the voltage change applied to the diode by using.

Description

광대역 감쇠기{Broad-band variable attenuator using metamaterial}Broadband variable attenuator using metamaterial

본 발명은 CRLH 전송선로 구조에 핀 다이오드를 이용하여 다이오드의 전압 값에 따라 내부 저항 값을 변하게 하여 광대역에서 감쇠 상수를 조정하는 광대역 가변 감쇠기에 관한 것이다.The present invention relates to a wideband variable attenuator that uses a pin diode in a CRLH transmission line structure to adjust an attenuation constant in a wideband by changing an internal resistance value according to a voltage value of a diode.

현대 무선 이동통신 시스템에서 가변 감쇠기는 가변 위상 변환기와 함께 시스템 내에 신호의 크기와 위상을 조정하기 위해 널리 사용되고 있다. 특히, 피드-포워드(Feed-Forward)나 전치왜곡(Predistortion)과 같은 선형화기와 같이 복합성이 큰 회로에 배치되기 위해서는 정확한 크기와 위상 조정이 요구된다.In modern wireless mobile communication systems, variable attenuators, along with variable phase shifters, are widely used to adjust the magnitude and phase of signals in the system. In particular, accurate size and phase adjustments are required to be placed in complex circuits such as linearizers such as feed-forward or predistortion.

가변 감쇠기는 신호의 크기를 조정하기 위한 것으로 대부분 등가 저항 역할을 하는 핀 다이오드 및 쇼트키(Schottkey) 다이오드를 이용하고, 그 방법에는 위상 변화를 최소화하여 감쇠를 조정하는 방법이 있다. 또한, 핀 다이오드를 이용할 경우, 전압제어에 의해 감쇠가 조정되므로 거기에 따른 온도 보상을 하는 방법도 있으며, BJT나 FET를 이용하여 이득을 가지는 감쇠기 설계 방법 등이 있다.The variable attenuator is used to adjust the size of the signal. Mostly, a pin diode and a Schottkey diode, which act as equivalent resistors, are used to adjust the attenuation by minimizing the phase change. In addition, when a pin diode is used, the attenuation is adjusted by voltage control, and there is a method of compensating temperature accordingly. There is a method of designing an attenuator having a gain using a BJT or a FET.

다이오드를 이용한 가변 감쇠기의 대표적인 방법으로는 반사형 저위상 변화 감쇠 방법과 0dB 커플러를 이용한 감쇠 방법이 있다.Representative methods of the variable attenuator using a diode include a reflection type low phase change attenuation method and a 0 dB coupler.

상기의 방법들은 저위상 변화에 감쇠 조정이 용이하지만, 회로의 크기가 크고, 협대역 특성을 가지는 단점이 있다. 0dB 커플러를 이용한 감쇠 방법의 경우에는 위상도 상대적으로 변화폭이 크다.The above methods are easy to adjust attenuation for low phase changes, but the disadvantages of large circuit size and narrow band characteristics. In the case of the attenuation method using a 0dB coupler, the phase also varies considerably.

상기 방법 중, 온도 보상을 하는 감쇠기의 경우에는, -15℃에서 60℃까지 적당한 온도 보상과 감쇠 특성을 가지지만, 온도 보상을 위하여 핀 다이오드를 Π-형이나 병렬로 구성하여 회로가 복잡해지고, 크기가 커지며 비용도 많이 드는 단점이 있다.In the above method, in the case of the attenuator with temperature compensation, the temperature compensation and attenuation characteristics are appropriate from -15 ° C to 60 ° C, but the circuit is complicated by configuring the pin diode in a Π-type or parallel for temperature compensation. The disadvantage is that it is large and expensive.

또한, 상기 방법 중, BJT나 FET를 이용하는 감쇠 방법은 이득을 가지면서 감쇠 조정이 가능한 특성을 가지므로 기존의 삽입 손실의 단점을 보완할 수 있지만, 감쇠에 따른 위상의 변화가 심하여 부가적인 위상 보상 회로가 필요하다는 단점을 내포하고 있었다.Also, among the above methods, the attenuation method using BJT or FET has a gain and attenuation adjustment characteristic, so that it is possible to compensate for the disadvantages of the existing insertion loss. There was a drawback to the need for a circuit.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 종래의 협 대역 특성을 갖는 감쇠기의 대역을 개선하기 위해 CRLH 전송선로 구조에 핀 다이오드를 이용하여 다이오드의 전압 값에 따라 내부 저항 값을 변하게 하여 광대역에서 감쇠 상수를 조정하는데 있다.Therefore, the present invention has been proposed to solve the above conventional problems, and an object of the present invention is to use a pin diode in the CRLH transmission line structure to improve the band of the attenuator having the conventional narrow band characteristics. It is to adjust the attenuation constant in broadband by changing the internal resistance value according to the voltage value.

특히, 본 발명의 동작 원리는 하기의 설명으로 기술하였으며, 기존의 감쇠기 보다 훨씬 소형화 할 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.In particular, the operating principle of the present invention is described in the following description, it will be readily seen that it can be much smaller than the existing attenuator.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 광대역 감쇠기는, In order to achieve the above object, the broadband attenuator according to the present invention,

입력부와 출력부를 양단에 가지고, 입력 임피던스를 일정 값으로 정합하여, 전력 신호의 크기 가변을 위한 가변 감쇠기에 있어서,In the variable attenuator for varying the magnitude of the power signal by having an input and an output at both ends, matching the input impedance to a predetermined value,

제공되는 전원의 크기에 따라 입력 신호를 가변적으로 감쇠하는 입력측 핀다이오드부(1)와,An input side pin diode unit 1 which attenuates the input signal variably according to the size of the provided power source,

상기 입력 핀다이오드부(D1)와 대칭적으로 구성되어 출력 임피던스를 일정값으로 정합하고 상기 입력 핀다이오드부(D1)와 대칭적으로 구성되어 출력 임피던스를 일정값으로 정합하고 상기 입력 핀다이오드부(D1)를 통한 신호를 상기 입력 핀다이오드부(D1)에 제공되는 전원의 크기에 따라 가변적으로 감쇠하는 출력 핀다이오드부(D2)와,Is configured symmetrically with the input pin diode unit (D1) to match the output impedance to a constant value and is configured symmetrically with the input pin diode unit (D1) to match the output impedance to a constant value and the input pin diode unit ( An output pin diode unit D2 for attenuating the signal through D1) in accordance with the magnitude of the power provided to the input pin diode unit D1;

외부로부터 크기가 조절된 전원을 상기 입력 핀다이오드부(D1)과 출력 핀다이오드부(D2)에 동시에 제공하여 입출력 신호의 감쇠량을 제어하도록, 상기 대칭 배열된 입출력 핀다이드오부(D1, D2)의 애노드단에 각각 연결되어 상호 연동하는 입출력측 전원부(5, 51)를 포함하여,The symmetrical arrangement of the input / output pinned diodes D1 and D2 is provided to simultaneously control the attenuation amount of the input / output signal by simultaneously supplying the power having the size adjusted from the outside to the input pin diode unit D1 and the output pin diode unit D2. Including an input-output side power supply unit 5, 51 connected to the anode end and interlocked with each other,

감쇠 상수와 전파 상수를 가변시켜 주기 위한 핀다이오드부가 포함된 CRLH 전송선로 구조로 된 것을 특징으로 한다.The CRLH transmission line structure includes a pin diode unit for varying the attenuation constant and the propagation constant.

또, 본 발명은, 저대역 통과 여파기 특성을 갖는 Right-Handed(RH) 전송선로 와; 등가적으로 가변 저항 역할을 하는 핀 다이오드를 포함하고 고대역 통과 여파기 특성을 갖는 Left-Handed(LH) 전송선로로 구성할 수 있으나, 소자의 파라스틱 성분들에 의해서 CRLH 전송선로로 구성되어 핀다이오드의 전압 값에 따라 감쇠상수를 조정할 수 있는 감쇠기로 구현하고, 광대역 특성을 가지고, 소형, 경량으로 제작되어 기지국, 중계기뿐 만 아니라 단말기에도 내장될 수 있게 된 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention provides a Right-Handed (RH) transmission line having a low pass filter; It can be configured as a Left-Handed (LH) transmission line that includes a pin diode that acts as an equivalent variable resistor and has high-pass filter characteristics, but it is composed of CRLH transmission lines by the parasitic components of the device. Implemented as an attenuator that can adjust the attenuation constant according to the voltage value of, has a wideband characteristic, it is characterized in that it can be built into the terminal as well as the base station, repeater as it is made small and light weight.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 광대역 감쇠기의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 판례 등에 따라 달라질 수 있으며, 이에 따라 각 용어의 의미는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 해석되어야 할 것이다.Referring to the preferred embodiment of the broadband attenuator according to the present invention configured as described above in detail with reference to the accompanying drawings as follows. In the following description of the present invention, detailed descriptions of well-known functions or configurations will be omitted if it is determined that the detailed description of the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention. It is to be understood that the following terms are defined in consideration of the functions of the present invention, and may be changed according to the intention of the user, the operator, or the precedent, and the meaning of each term should be interpreted based on the contents will be.

이에 도시된 바와 같이, 도 1은 본 발명의 이론의 근거인 단위 길이 △Φ를 가지는 CRLH 전송선로의 등가회로로서, 손실을 가지는 직렬 공진 소자(1)와 손실을 가지는 병렬 공진 소자(2)로 구성되어 있다.As shown in FIG. 1, FIG. 1 is an equivalent circuit of a CRLH transmission line having a unit length ΔΦ, which is the basis of the theory of the present invention, which includes a lossy series resonance element 1 and a lossy parallel resonance element 2. Consists of.

이 때, 직렬 공진 소자(1)와 병렬 공진 소자(2)를 단위 길이 당 임피던스(Impedance)와 어드미턴스(admittance)로 나타내면 <수학식 1>과 <수학식 2>로 나타낼 수 있다. In this case, the series resonator element 1 and the parallel resonator element 2 may be represented by Equations 1 and 2 when represented by impedance and admittance per unit length.

Figure 112008040157368-pat00001
Figure 112008040157368-pat00001

Figure 112008040157368-pat00002
Figure 112008040157368-pat00002

상기 <수학식 1>과 <수학식 2>를 이용하여 복소 전파 상수를 계산하면 <수학식 3>과 같고, 특성 임피던스는 <수학식 4>와 같다.The complex propagation constant is calculated using Equation 1 and Equation 2 as shown in Equation 3, and the characteristic impedance is shown in Equation 4.

Figure 112008040157368-pat00003
Figure 112008040157368-pat00003

Figure 112008040157368-pat00004
Figure 112008040157368-pat00004

CRLH 전송선로가 손실이 없다고 가정한다면, 상기 <수학식 3>과 <수학식 4>에서 R'=G'=0이 된다.Assuming that there is no loss in the CRLH transmission line, R '= G' = 0 in Equations 3 and 4 above.

그러나, 이상적이지 않는 CRLH 전송선로의 손실 효과를 알아보기 위해서는 상기 <수학식 3>을 간소화할 필요가 있고, 저대역 통과 특성을 갖는 RH 소자의 영향을 받지 않는 상대적으로 낮은 주파수에서 해석한다면, L'R=C'R=0으로 복소 전파 상수를 <수학식 5>와 같이 표현할 수 있다.However, it is necessary to simplify the above Equation 3 in order to determine the loss effect of the CRLH transmission line which is not ideal, and if it is analyzed at a relatively low frequency that is not affected by the RH element having the low pass characteristic, The complex propagation constant can be expressed as in Equation 5 as ' R = C' R = 0.

Figure 112008040157368-pat00005
Figure 112008040157368-pat00005

도 2는 상기 도 1의 등가 전송선로를 T-형태로 표현하였고, <수학식 6>에서 ABCD 파라미터로 표현하였다. 이 때, Z'와 Y'는 <수학식 1>과 <수학식 2>에서 정의되어 있다.FIG. 2 illustrates the equivalent transmission line of FIG. 1 in a T-shape and represented by ABCD parameter in Equation 6. At this time, Z 'and Y' are defined in Equation 1 and Equation 2.

Figure 112008040157368-pat00006
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Figure 112008040157368-pat00007
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Figure 112008040157368-pat00008
Figure 112008040157368-pat00008

또한, 도 2의 전송선로가 N 단위 셀이라면, S 파라미터는 <수학식 7>과 같이 표현할 수 있고, <수학식 8>과 같이 S21,N의 계수를 추출하여 감쇠상수, α를 <수학식 9>와 같이 계산할 수 있다. <수학식 8>과 <수학식 9>에서의

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은 전송선로의 총 물리적 길이이다.In addition, if the transmission line of FIG. 2 is an N unit cell, the S parameter may be expressed as in Equation 7, and as shown in Equation 8 , the coefficients of S 21 and N may be extracted to express the attenuation constant α. It can be calculated as shown in Equation 9>. In Equation 8 and Equation 9
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Is the total physical length of the transmission line.

도 3은 상기 <수학식 5>를 이용하여 R 값의 변화에 따라 주파수 대비 감쇠 상수의 특성을 보여주고, R 값이 커짐에 따라 감쇠 상수의 변화가 커지는 것을 확인할 수 있다.3 shows the characteristic of the attenuation constant with respect to the frequency according to the change of the R value using Equation 5, and it can be seen that the change of the attenuation constant increases as the R value increases.

Figure 112008040157368-pat00010
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Figure 112008040157368-pat00011
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도 4는 R 값에 따라 감쇠 상수를 조정하기 위해 본 발명에 따른 감쇠기의 장치 도면이다. RH 전송선로(3)은 하기 <수학식 10>과 <수학식 11>에 의해 구현되었고, 이 때, <수학식 11>에서 N은 단위 셀의 수이다.4 is a device diagram of an attenuator according to the invention for adjusting the attenuation constant in accordance with the R value. The RH transmission line 3 is implemented by the following Equations 10 and 11, where N is the number of unit cells.

Figure 112008040157368-pat00012
Figure 112008040157368-pat00012

Figure 112008040157368-pat00013
Figure 112008040157368-pat00013

LH 전송선로(4)는 도 3의 등가 전송선로와 동일하게 구현되었고, R 대신에 핀 다이오드를 배치하였다. 핀 다이오드의 직류 전압을 안정적으로 공급하기 위하여 RFC 역할을 하는 λ/4 고 임피던스와 바이패스(bypass) 캐패시터를 포함한 입출력측 전원부(5, 51)를 입출력부 양측에 배치하였다.The LH transmission line 4 is implemented in the same manner as the equivalent transmission line of FIG. 3, and a pin diode is disposed instead of R. As shown in FIG. In order to stably supply the DC voltage of the pin diode, the input / output side power supply units 5 and 51 including λ / 4 high impedance and bypass capacitors serving as RFCs were disposed on both sides of the input / output unit.

본 발명에 따른 광대역 가변 감쇠기는, 입,출력측 전송 선로에 각각 설치되어 저주파 통과 여파기 특성을 갖는 입출력측 RH 전송선로(3, 31)와, 상기 입출력 측 RH 전송선로(3, 31) 사이에 접속되고, 핀 다이오드를 포함하며, 고주파 통과 여파기 특성을 갖는 LH 전송 선로(4)와, 상기 LH 전송 선로(4)의 핀 다이오드에 안정적인 구동 전압을 공급하는 입,출력측 전원부(5)를 포함하여 이루어진다.The wideband variable attenuator according to the present invention is provided between the input / output side RH transmission lines 3 and 31, which are respectively provided on the input and output transmission lines and have low-pass filter characteristics, and are connected between the input / output side RH transmission lines 3 and 31. And an LH transmission line 4 including a pin diode and having high frequency filter characteristics, and an input and output power supply part 5 for supplying a stable driving voltage to the pin diode of the LH transmission line 4. .

또한, 상기 LH 전송 선로(4)는, 입, 출력측 단자에 각각 직렬 접속되며 고주파 통과 특성을 가진 입출력 캐패시터(2C'L, 2C"L)와, 상기 입,출력 캐패시터(2C'L, 2C"L) 각각에 대해 순방향 접속되며 감쇠 특성을 가진 한 쌍 이상의 핀 다이오드(D1, D2, ‥)로된 감쇠부와, 상기 핀 다이오드(D1, D2)의 캐소드단에 공통으로 접속되는 G'- L'L 병렬접속회로를 포함하여 이루어진다.In addition, the LH transmission line 4 is connected in series to the input and output terminals, respectively, and has input and output capacitors 2C'L and 2C "L having high frequency characteristics, and the input and output capacitors 2C'L and 2C". L) an attenuation portion composed of one or more pairs of pin diodes D1, D2, ... having attenuation characteristics forwardly connected to each other, and G'-L commonly connected to the cathode terminals of the pin diodes D1, D2. 'L parallel connection circuit is made.

환언하면, 상기 광대역 가변 감쇠기는, 입력부와 출력부를 양단에 가지고, 입력 임피던스를 일정 값으로 정합하여, 전력 신호의 크기 가변을 위한 가변 감쇠기의 일환으로서, 제공되는 전원의 크기에 따라 입력 신호를 가변적으로 감쇠하는 입력측 핀다이오드부(D1)와, 상기 입력 핀다이오드부(D1)와 대칭적으로 구성되어 출력 임피던스를 일정값으로 정합하고 상기 입력 핀다이오드부(D1)와 대칭적으로 구성되어 출력 임피던스를 일정값으로 정합하고 상기 입력 핀다이오드부(D1)를 통한 신호를 상기 입력 핀다이오드부(D1)에 제공되는 전원의 크기에 따라 가변적으로 감쇠하는 출력 핀다이오드부(D2)와, 외부로부터 크기가 조절된 전원을 상기 입력 핀다이오드부(D1)과 출력 핀다이오드부(D2)에 동시에 제공하여 입출력 신호의 감쇠량을 제어하도록, 상기 대칭 배열된 입출력 핀다이드오부(D1, D2)의 애노드단에 각각 연결된 입출력측 전원부(5, 51)를 포함하여 이루어진다.In other words, the wideband variable attenuator has an input part and an output part at both ends thereof, matches an input impedance to a predetermined value, and is a part of the variable attenuator for varying the magnitude of the power signal. Is configured symmetrically with the input pin diode unit D1 and the input pin diode unit D1 to attenuate by matching the output impedance to a predetermined value, and is configured symmetrically with the input pin diode unit D1 to output impedance. Is matched to a predetermined value and the output pin diode unit D2 attenuates the signal through the input pin diode unit D1 variably according to the magnitude of the power provided to the input pin diode unit D1, and the size from the outside. Supplying the regulated power to the input pin diode unit D1 and the output pin diode unit D2 simultaneously to control the attenuation amount of the input / output signal. The arrangement comprises input and output blooms Id Half output-side power supply section (5, 51) connected respectively to the anode terminal of the (D1, D2).

이때, 상기 입출력측 전원부(5, 51)는 상호 연동하도록 동일 라인에 일체형 으로 접속되어 있다.At this time, the input / output side power supply units 5 and 51 are integrally connected to the same line so as to interoperate with each other.

이와 같이 감쇠기는, 감쇠 상수와 전파 상수를 가변시켜 주기 위한 핀다이오드부가 포함된 CRLH 전송선로 구조로 이루어진다.As described above, the attenuator has a CRLH transmission line structure including a pin diode portion for varying the attenuation constant and the propagation constant.

또한, 상기 입력측 핀다이오드부(D1)에는, 감쇠 상수와 전파 상수를 가변시키기 위해, 상기 입력부와 출력부의 직결 라인에서 입력측의 전송선로(3)에 직렬 연결된 입력측 커패시터(2C'L)가 직렬 연결되어 있다.In addition, in order to vary the attenuation constant and the propagation constant, the input side pin diode unit D1 has an input side capacitor 2C ' L connected in series with the transmission line 3 on the input side in series with the input unit and the output line. It is.

또, 상기 출력측 핀다이오드부(D2)는, 상기 입력측 핀다이오드부(D1)와 대칭적으로 구성되어 출력 임피던스를 일정 값으로 정합하고 상기 입력측 핀다이오드부(D1)를 통한 신호를 출력측의 전송선로(31)에 직렬 연결된 출력측 커패시터(2C"L)에 직렬 연결되어 있다.The output side pin diode part D2 is symmetrically configured with the input side pin diode part D1 to match an output impedance to a predetermined value and transmit a signal through the input side pin diode part D1 to a transmission line on the output side. It is connected in series with the output capacitor 2C " L connected in series with (31).

또한, 상기 출력측 전원부(51)는 상기 출력측 핀다이오드부에서 출력측 전송선로(31)와 출력측 커패시터(2C"L) 사이에 병렬 연결되어 있다.In addition, the output side power supply unit 51 is connected in parallel between the output side transmission line 31 and the output side capacitor 2C ″ L at the output side pin diode unit.

상기 감쇠는, 상기 입출력 핀다이오드에 인가되는 선택적인 전압에 의해 다이오드의 등가저항의 증가로서 감쇠 상수가 팽창하여 감쇠 비를 각각 조정하도록 되어 있다.The attenuation is such that the attenuation constant expands as an increase in the equivalent resistance of the diode due to the selective voltage applied to the input / output pin diode, thereby adjusting the attenuation ratios respectively.

물론, 저항을 줄여 손실을 저감하도록 추가의 핀다이오드(D3 및 D4)가 각각 입출력측 핀다이오드부(D1, D2)에 복수로 병렬연결되도록 구성해도 된다.Of course, the additional pin diodes D3 and D4 may be configured to be connected in parallel to the input / output side pin diode portions D1 and D2, respectively, so as to reduce the resistance to reduce the loss.

상기 입출력측 핀다이오드부(D1, D2)를 포함하는 감쇠부를 N단으로 구성하여, 최대 감쇠 값이

Figure 112008040157368-pat00014
배로 증가하도록 구성해도 된다.The attenuation part including the input / output side pin diode parts D1 and D2 is composed of N stages, and the maximum attenuation value is
Figure 112008040157368-pat00014
You may comprise so that it may double.

이와 같이 구성된 감쇠기의 작동을 후술한다.The operation of the attenuator configured in this way will be described later.

일예로, 초단파 혹은 극초단파 대역의 입력신호를 감쇠하고자 할 경우 원하는 감쇠량에 따른 DC전원이 감쇠기에 공급되는 것으로 가정하여, 입력 신호의 감쇠량을 크게 하고자 할 경우 공급 전원의 크기는 큰 값으로 설정되고, 입력 신호의 감쇠량을 작게 하고자 할 경우 공급 전원의 크기는 작은 값으로 설정되게 된다.For example, in the case of attenuating an input signal of a microwave or microwave band, it is assumed that a DC power supply according to a desired attenuation amount is supplied to the attenuator. When the attenuation amount of the input signal is increased, the size of the power supply is set to a large value. In order to reduce the attenuation of the input signal, the size of the power supply is set to a small value.

물론, 입력 신호를 감쇠하지 않고자 할 경우에는 전원을 공급하지 않는다.Of course, if you do not want to attenuate the input signal, do not supply power.

여기에서는 전원이 온되는 경우와 오프되는 경우로 나누어 가변 감쇠기의 동작을 설명한다.Here, the operation of the variable attenuator will be described by dividing it into a case where the power supply is on and off.

먼저, 입력 신호를 감쇠시키지 않을 경우, 외부로부터 제어된 전원이 가변 감쇠기에 바이어스된다. 즉, 전원부(V diode)의 전원이 핀다이오드부(D1, D2)를 큰 전압으로 온시키면, 상기 입력 핀다이오드부(D1)와 출력 핀다이오드부(D2)는 동시에 온 상태가 되고, 신호경로에 직렬로 접속된 입출력 핀다이오드부(D1, D2)는 전송선로를 통해 쇼트상태가 된다. 따라서, 신호 경로에 대해서는 아무런 영향을 주지 못하며, 이에 따라 입력 신호는 감쇠없이 그대로 출력된다. First, when not attenuating the input signal, an externally controlled power source is biased to the variable attenuator. That is, when the power supply of the power supply unit (V diode) turns on the pin diode sections D1 and D2 with a large voltage, the input pin diode section D1 and the output pin diode section D2 are turned on at the same time, and the signal path The input / output pin diode units D1 and D2 connected in series to the circuit are short-circuited via the transmission line. Therefore, there is no influence on the signal path, so that the input signal is output as it is without attenuation.

다음으로, 입력 신호를 감쇠시키고자 할 경우, 전원부(V diode)의 전원이 충분히 크지 않은 상태로 바이어스 된다. 이때 공급된 전원은 핀다이오드(D1, D2) 내부 저항값을 변화시키고, 신호 경로에 직렬로 접속된 입출력 핀다이오드부(D1, D2)는 전송선로에 영향을 주어 입력 신호를 감쇠시킨다.Next, when attenuating the input signal, the power of the power supply unit (V diode) is biased in a state in which it is not sufficiently large. At this time, the supplied power changes the internal resistance of the pin diodes D1 and D2, and the input / output pin diode units D1 and D2 connected in series to the signal path affect the transmission line to attenuate the input signal.

또, 외부의 제어에 의해 전원부(V diode)의 전원은 가변 감쇠기에 공급되지 않는다. 그러면 입력 및 출력 핀다이오드(D1, D2)는 오프 상태가 되고, 상기 핀다 이오드(D1, D2)의 내부 저항값이 커져서 입출력 부에서 보면 큰 임피던스값을 갖게 된다. 통상적으로 입출력 임피던스는 50 오옴으로 정합을 시키는데 이와 같은 조건에서는 매칭을 수행할 수가 없다.In addition, the power of the power supply unit (V diode) is not supplied to the variable attenuator by external control. As a result, the input and output pin diodes D1 and D2 are turned off, and the internal resistance values of the pin diodes D1 and D2 are increased, so that the input and output pin diodes D1 and D2 have a large impedance value. Typically, the input and output impedances are 50 ohms, but matching is not possible under these conditions.

그래서, 도 5 내지 도 10 에 예시된 바와 같이, 데이터에서 전압의 가변 범위가 0.63 V ~ 1 V가 되도록 하는 것이다.Thus, as illustrated in FIGS. 5-10, the variable range of voltage in the data is 0.63 V to 1 V.

결국, 입출력 임피던스가 50 오옴으로 매칭되는 즉, 입출력 반사 계수값이 0.3 이하가 되는 전압의 범위에서만 동작할 수 있도록 전압값의 조정 범위를 제한하고, 이러한 제한된 전압 범위에서 감쇠기를 동작시키면 위상의 변화가 작게 나타남으로써, 별도의 위상 변환 회로를 필요로 하지 않게 되는 것이다.As a result, if the input / output impedance is matched to 50 ohms, that is, the operating range of the voltage value is limited so that the input / output reflection coefficient value is 0.3 or less. By making small appear, it does not need a separate phase conversion circuit.

상기한 바와 같이, 전송되는 신호를 감쇠함에 있어, 공급되는 DC전원의 크기를 달리하면서 감쇠 정도를 변화시킬 수 있다. 이때, 입출력 임피던스는 50 오옴으로 유지되어, 감쇠 정도의 변화에 따른 반사 계수의 악화가 발생하지 않게 되는 것이다.As described above, in attenuating the transmitted signal, the degree of attenuation can be varied while varying the magnitude of the DC power supplied. At this time, the input and output impedance is maintained at 50 ohms, the deterioration of the reflection coefficient due to the change in the degree of attenuation does not occur.

따라서, 감쇠 정도에 상관없이 일정 이상의 임피던스 정합을 유지하도록 하여 반사계수의 악화 발생을 방지하는데 일조를 하게 되는 장점이 있다.Therefore, there is an advantage in that it is possible to maintain a certain impedance match regardless of the degree of attenuation to prevent the deterioration of the reflection coefficient.

또한, 입출력 핀다이오드부(D1, D2)와 같은 집중소자로 대치함으로써 전체적인 회로의 사이즈를 소형화할 수 있는 등의 매우 뛰어난 효과가 있는 것이다.In addition, by replacing with a concentrating element such as the input / output pin diode units D1 and D2, there is a very excellent effect of miniaturizing the overall circuit size.

상기 구성된 감쇠기를 1단위 셀로 구성하여 애질런트 사의 ADS 시뮬레이션을 통해 확인한 결과, 도 5와 같이 핀 다이오드의 전압에 따라 감쇠 특성과 위상 특성이 조정되는 것을 확인하였다. 1단위 셀의 경우, 1.5에서 3GHz의 대역에서 0.76V에 서 1V의 핀 다이오드 전압 가변 시, 3.8dB의 감쇠와 25o의 위상 변화 특성을 확인하였다.As a result of confirming through the ADS simulation of Agilent Corp. by configuring the configured attenuator as one unit cell, it was confirmed that the attenuation characteristic and the phase characteristic were adjusted according to the voltage of the pin diode as shown in FIG. 5. In the case of 1 unit cell, the attenuation of 3.8dB and the phase change of 25 o were observed when the pin diode voltage was changed from 0.76V to 1V in the band 1.5 to 3GHz.

또한, 도 6와 도 7에서는 각각 2단위 셀과 3단위 셀로 구성된 감쇠기의 핀 다이오드 전압에 따른 감쇠 특성과 위상 특성을 나타낸다. 6 and 7 show attenuation characteristics and phase characteristics according to the pin diode voltage of the attenuator composed of two-unit cells and three-unit cells, respectively.

상기 결과 중, 도 6은 도 5와 동일한 대역에서 5.2dB의 감쇠와 53o의 위상 변화를 보여주고, 도 7 역시, 상기와 동일한 대역에서 6.4dB 감쇠 특성과 84o의 위상 변화를 보여준다.Among the above results, FIG. 6 shows 5.2 dB of attenuation and 53 o phase change in the same band as in FIG. 5, and FIG. 7 also shows 6.4 dB attenuation characteristic and 84 o of phase change in the same band.

상기 시뮬레이션 특성을 근거로 제작 및 측정한 결과, 1.5GHz에서 3GHz의 대역에서 0.63V에서 1V의 다이오드 바이어스 조건에 따른 1단위 셀과 2단위 셀, 3단위 셀의 실제 특성을 도 8, 도 9, 및 도 10에서 보여주고 있다.As a result of fabrication and measurement based on the simulation characteristics, the actual characteristics of 1 unit cell, 2 unit cell, and 3 unit cell according to diode bias conditions of 0.63 V to 1 V in the band of 1.5 GHz to 3 GHz are shown in FIGS. And in FIG. 10.

1단위 셀의 경우, 9.5dB의 감쇠 특성과 15o의 위상 특성을 도 7에 명세하였고, 도 8에서는 2단위 셀 구성에서 17.5dB의 감쇠특성과 19.5o의 위상 특성을 보여주고, 3단위 셀을 구성하여 26.8dB의 감쇠와 12o의 위상 변화 특성을 도 9에서 확인하였다.In the case of a single unit cell, the attenuation characteristic of 9.5 dB and the phase characteristic of 15 o are described in FIG. 7, and FIG. 8 shows the attenuation characteristic of 17.5 dB and the phase characteristic of 19.5 o in a two unit cell configuration. The attenuation of 26.8 dB and the phase change characteristic of 12 o were confirmed in FIG. 9.

상기와 같은 본 발명은 CRLH 전송선로 등가 모델에서 R 소자의 위치에 핀 다이오드를 대체하여 구성한 감쇠기로서 핀다이오드의 전압 값에 따라 감쇠 상수를 조정할 수 있는 효과가 있다.The present invention as described above is an attenuator configured by replacing the pin diode at the position of the R element in the equivalent model CRLH transmission line has the effect of adjusting the attenuation constant according to the voltage value of the pin diode.

또한, 상기 핀다이오드가 포함된 CRLH 전송선로 구조로 구현할 경우, 별도의 위상 보상 회로를 소요하지 않는 등, 기존의 가변 감쇠기 구조보다 훨씬 소형화할 수 있다는 장점을 가진다.In addition, when the CRLH transmission line structure including the pin diode is implemented, it does not require a separate phase compensation circuit, and thus, it is possible to further miniaturize the structure of the conventional variable attenuator.

이러한 구성은 소형 및 경량으로 구현할 수 있어서 중계기와 기지국 및 단말기에도 이용될 수 있으며, 기존의 감쇠기보다 광대역으로 이용할 수 있는 장점을 가지고 있다. Such a configuration can be implemented in a small size and light weight so that it can be used in a repeater, a base station and a terminal, and has the advantage that it can be used in a wide band than a conventional attenuator.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 한정하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 따라서 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 응용할 수 있고, 이러한 응용도 하기 특허청구범위에 기재된 기술적 사상을 바탕으로 하는 한 본 발명의 권리범위에 속하게 됨은 당연하다 할 것이다.Although the above has been described as being limited to the preferred embodiment of the present invention, the present invention is not limited thereto and various changes, modifications, and equivalents may be used. Therefore, the present invention can be applied by appropriately modifying the above embodiments, it will be obvious that such application also belongs to the scope of the present invention based on the technical idea described in the claims below.

도 1 은 CRLH 전송선로 이론에 기초한 단위 길이 당 전송선로의 등가회로를 보인 도면,1 shows an equivalent circuit of transmission lines per unit length based on CRLH transmission line theory;

도 2 는 도 1의 등가회로를 T-형태로 보인 도면,2 is a T-shaped view of the equivalent circuit of FIG.

도 3 은 본 발명에 따른 CRLH 전송선로로 구성에서 저항 값에 따른 감쇠상수 특성을 매트랩으로 보인 도면,3 is a diagram illustrating a damping constant characteristic according to a resistance value in a CRLH transmission line configuration according to the present invention as a matlab;

도 4 는 본 발명에 따른 핀 다이오드가 포함된 CRLH 전송선로로 구성된 가변 감쇠기를 보인 도면,4 is a view showing a variable attenuator configured with a CRLH transmission line including a pin diode according to the present invention;

도 5 는 본 발명에 따른 1 단위 셀 구성의 가변 감쇠기의 크기와 위상 특성을 애질런트 사의 ADS 시뮬레이션으로 보인 도면,5 is a diagram showing the size and phase characteristics of the variable attenuator having a unit cell configuration according to the present invention by Agilent's ADS simulation;

도 6 은 본 발명에 따른 2 단위 셀 구성의 가변 감쇠기의 크기와 위상 특성을 애질런트 사의 ADS 시뮬레이션으로 보인 도면,FIG. 6 is a diagram showing the size and phase characteristics of a variable attenuator in a two unit cell configuration according to the present invention using Agilent's ADS simulation;

도 7 은 본 발명에 따른 3 단위 셀 구성의 가변 감쇠기의 크기와 위상 특성을 애질런트 사의 ADS 시뮬레이션으로 보인 도면,7 is a diagram showing the size and phase characteristics of the variable attenuator of the three-unit cell configuration according to the present invention by Agilent's ADS simulation;

도 8 은 본 발명에 따른 1 단위 셀 구성의 가변 감쇠기를 제작하여 애질런트 사의 8753D 회로망 분석기를 통하여 가변 감쇠기의 크기와 위상 특성을 보인 도면,FIG. 8 is a view illustrating the size and phase characteristics of a variable attenuator using a 8753D network analyzer manufactured by Agilent Corp. according to the present invention.

도 9 는 본 발명에 따른 2 단위 셀 구성의 가변 감쇠기를 제작하여 애질런트 사의 8753D 회로망 분석기를 통하여 가변 감쇠기의 크기와 위상 특성을 보인 도면,9 is a view illustrating the size and phase characteristics of a variable attenuator through a 8753D network analyzer manufactured by Agilent Corp. by manufacturing a variable attenuator having a two unit cell configuration according to the present invention;

도 10 은 본 발명에 따른 3 단위 셀 구성의 가변 감쇠기를 제작하여 애질런트 사의 8753D 회로망 분석기를 통하여 가변 감쇠기의 크기와 위상 특성을 보인 도면이다.FIG. 10 is a diagram illustrating the size and phase characteristics of a variable attenuator using a 8753D network analyzer manufactured by Agilent Corp. according to the present invention.

Claims (5)

입출력측 전송 선로에 각각 설치되어 저주파 통과 여파기 특성을 갖는 입출력측 RH 전송선로와,I / O side RH transmission line which is respectively installed on the I / O side transmission line and has low frequency filter function, 상기 입출력측 RH 전송선로 사이에 접속되고, 핀다이오드를 포함하며, 고주파 통과 여파기 특성을 갖는 LH 전송선로와,An LH transmission line connected between the input / output side RH transmission lines, including a pin diode, and having a high pass filter characteristic; 상기 LH 전송 선로의 핀다이오드에 안정적인 구동 전압을 공급하는 입출력측 전원부를 포함하고,An input / output side power supply unit supplying a stable driving voltage to the pin diode of the LH transmission line, 상기 LH 전송선로는, 입출력부에 각각 직렬 접속되며 고주파 통과 특성을 가진 입출력측 캐패시터와, 상기 입출력측 캐패시터 각각에 대해 순방향 접속되며 감쇠 특성을 가진 한 쌍의 핀 다이오드로된 감쇠부와, 상기 핀 다이오드의 캐소드단에 공통으로 접속되는 G'- L'L 병렬접속회로를 포함하며,The LH transmission line includes an input-output capacitor having a high-frequency pass characteristic connected in series to the input-output unit, attenuating portion comprising a pair of pin diodes forward-connected with respect to each of the input-output capacitor, and having attenuation characteristics; It includes a G'- L'L parallel connection circuit commonly connected to the cathode end of the diode, 상기 감쇠부를 N단으로 구성하여, 최대 감쇠 값이
Figure 112010017841017-pat00026
배로 증가하도록 한 것을 특징으로 하는 광대역 가변 감쇠기.By configuring the attenuation portion in N stages, the maximum attenuation value is
Figure 112010017841017-pat00026
Wideband variable attenuator, characterized in that to increase by doubling. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 감쇠는, 상기 입출력측 핀 다이오드에 인가되는 선택적인 전압에 의해 다이오드의 등가저항의 증가로서 감쇠 상수가 팽창하여 감쇠 비를 각각 조정하도록 된 것을 특징으로 하는 광대역 가변 감쇠기.And the attenuation is adapted to adjust the attenuation ratio by expanding the attenuation constant as an increase in the equivalent resistance of the diode by a selective voltage applied to the input / output side pin diode. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 입출력측 전원부은, 상기 핀 다이오드부의 직류 전압을 안정적으로 공급하기 위하여 RFC 역할을 하는 λ/4 고 임피던스와 바이패스 캐패시터를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 광대역 감쇠기.The input / output side power supply unit is a broadband attenuator, characterized in that it comprises a λ / 4 high impedance and a bypass capacitor to act as an RFC to stably supply the DC voltage of the pin diode unit. 삭제delete 삭제delete
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