Abstract
This paper describes the design of size-reduced directional coupler using the artificial dielectric substrate and its increased effective permittivity. Directional couplers are widely used in measuring RF power indirectly and coupling signal power. Artificial dielectric substrates have higher effective dielectric constant than standard dielectric substrate due to the lots of metalized via-holes, and the increased effective permittivity results in size-reduction of circuits. As a design example, 15dB directional couplers are designed on the standard substrate and artificial dielectric substrate and their size are compared. The size of the directional coupler using the artificial dielectric substrate is only 1/3 of that designed using the standard substrate, while the performances are preserved. In addition, the measured performances of the size-reduced coupler are well agreed with the simulated ones. The measured coupling coefficient, matching, and insertion loss at 2GHz are -14.62dB, -24.1dB, and -0.38dB, respectively.
본 논문에서는 가유전체 기판구조의 증가하는 유효 유전율 효과를 이용하여 방향성결합기를 소형화하여 설계하는 것에 대하여 기술한다. 방향성결합기는 RF 신호의 크기를 간접적으로 측정하거나 신호전력을 결합하는데 널리 사용되는 회로이다. 가유전체 기판구조는 다수의 도금된 비어홀에 의하여 표준형 기판보다 유효 유전율이 증가하는 특성을 지니는데, 이 특성이 바로 회로 소형화에 이용된다. 한 예로써 2GHz대에서 15dB의 결합계수를 갖는 방향성결합기가 표준형 기판과 가유전체 기판구조에 대하여 각각 설계되고 그 크기가 비교된다. 표준형 회로와 비교할 때, 가유전체 기판구조로 소형화된 방향성결합기는 동일한 성능을 유지하면서도 1/3로 줄어든 회로의 크기를 갖는다. 또한 소형화된 방향성결합기를 제작하여 측정한 성능은 예측 결과와도 매우 유사함을 보여준다. 측정한 성능 결과는 2GHz대에서 -14.62B의 결합도, -24.1dB의 정합도, -0.38dB의 삽입손실 특성을 보여준다.
