KR100189416B1 - 마이크로-스트립에서의 전력 분배/합성회로 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 마이크로-스트립(Micro-strip) 기판에서의 전력 분배/합성 회로(Power Divider/Combiner)에 관한 것으로, 특히 콤바인 접합부(Combine Junction)에 λ/4 임피던스 트랜스포머(Impedance Transformer)를 사용하여 브리지 라인(Bridge Line)의 선폭을 임의로 선택할 수 있도록 한 마이크로-스트립 기판에서의 전력 분배/합성 회로에 관한 것이다.
종래에는 브리지 라인의 선폭이 좁아 고전력용이 어렵고 제작하기 쉽지 않으며 동축 케이블을 사용하여 설계할 수 없는 문제점이 있었다.
본 발명에 의해 콤바인 접합부에 λ/4 임피던스 트랜스포머를 사용하여 브리지 라인의 선폭을 임의로 선택할 수 있으므로 고전력용으로 사용할 수 있고 동축 케이블을 사용하여 제작할 수 있어 회로의 소형화가 가능할 수 있다.

Description

마이크로-스트립에서의 전력 분배/합성 회로
본 발명은 마이크로-스트립(Micro-strip) 기판에서의 전력 분배/합성 회로(Power Divider/Combiner)에 관한 것으로, 특히 콤바인 접합부(Combine Junction)에 λ/4 임피던스 트랜스포머(Impedance Transformer)를 사용하여 브리지 라인(Bridge Line)의 선폭을 임의로 선택할 수 있도록 한 마이크로-스트립 기판에서의 전력 분배/합성 회로에 관한 것이다.
종래 윌킨손(Wilkinson)의 2-웨이(Way) 전력 분배/합성 회로는 도 1에 도시된 바와 같이, 공통포트인 제1포트(a)와 제2포트(b) 간에 종단 임피던스(Termination Impedance)의 21/2배에 해당하는 제1트랜스포머(11)와, 해당 제1포트(a)와 제3포트(c) 간에 종단 임피던스(Termination Impedance)의 21/2배에 해당하는 제2트랜스포머(12)와, 해당 제2포트(b)와 제3포트(c) 간에 2*R의 크기를 갖는 저항(2R)을 포함하여 이루어졌다.
전술한 바와 같은 2-웨이 전력 분배/합성 회로의 S-파라메터(Parameter)는 도 1에 나타낸 식과 같다. 그런데, 여기서 S11와 S22와 S33의 값이 `0'인 것은 각 포트(a,b,c)에서의 입력신호에 대한 반사계수로 종단 임피던스에 완전히 정합되었음을 나타내고, S23와 S32의 값이 `0'인 것은 제2포트(b)와 제3포트(c) 간의 격리(Isolation)를 나타내고, S12와 S13와 S21와 S31의 값이 `-j*0.707'인 것은 입력신호에 대해 전송되는 신호의 상대레벨을 나타낸다.
이런 경우에 제1포트(a)로 신호를 입력하면 제2포트(b)와 제3포트(c)로 각각 -3(dB)씩 전송되고, 해당 제1포트(a)로 입력한 신호와 동일한 레벨과 위상의 신호를 제2포트(b)와 제3포트(c)로 입력하면 해당 두 포트(b,c)로 입력된 신호들의 합으로 전송된다.
상기 3개의 포트(a,b,c)에 대한 임피던스가 정해지면 해당 정해진 임피던스에 따라 사용되는 상기 트랜스포머(11,12)의 임피던스가 결정되므로, 임의의 상기 트랜스포머(11,12)를 제작하기 위해서는 마이크로-스트립 라인의 선폭을 결정해야만 한다. 그리고, 해당 임의의 트랜스포머(11,12)로 사용되는 마이크로-스트립 라인의 선폭이 너무 좁으면 제작하기 쉽지 않으며, 또한 제작된 트랜스포머(11,12) 라인의 폭이 너무 좁으면 고전력에서는 사용하기 어렵다.
예를 들어, `R'의 크기가 50(Ω)이면, 저항(2R)의 크기는 100(Ω)이 되고 제1트랜스포머(11)와 제2트랜스포머(12)의 임피던스가 50*21/2= 70.7(Ω)이 되므로, 마이크로-스트립 라인으로 구성할 때 선로의 폭이 좁고 범용적으로 사용하는 동축 케이블(Coaxial Cable)의 후렉시블 또는 반강체의 케이블(Flexible or Semirigid Cable)을 사용하여 설계할 수 없다.
이와 같이, 종래에는 브리지 라인의 선폭이 좁아 고전력용이 어렵고 제작하기 쉽지 않으며 동축 케이블을 사용하여 설계할 수 없는 문제점이 있었다.
상기한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 콤바인 접합부에 λ/4 임피던스 트랜스포머를 사용하여 브리지 라인의 선폭을 임의로 선택할 수 있으므로 고전력용으로 사용할 수 있고 동축 케이블을 사용하여 제작할 수 있어 회로의 소형화가 가능하도록 한 마이크로-스트립 기판에서의 전력 분배/합성 회로를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은; 상기 제2포트 측에 종단 임피던스의 크기와 같은 임의의 임피던스를 가지는 제1동축 케이블과; 상기 제3포트 측에 상기 종단 임피던스의 크기와 같은 임의의 임피던스를 가지는 제2동축 케이블과; 제1포트 측에 상기 종단 임피던스의 1/21/2배에 해당하는 임피던스를 가지는 임피던스 트랜스포머를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
도 1은 종래 마이크로-스트립 기판에서의 전력 분배/합성 회로를 나타낸 도면.
도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로-스트립 기판에서의 전력 분배/합성 회로를 나타낸 도면.
도 2b는 도 2a에 있어 이븐 모드(Even Mode)를 나타낸 회로도.
도 2c는 도 2a에 있어 오드 모드(Odd Mode)를 나타낸 회로도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
21 : 제1동축 케이블 22 : 제2동축 케이블
23 : 임피던스 트랜스포머
본 발명의 실시예에 따른 마이크로-스트립 기판에서의 전력 분배/합성 회로는 도 2에 도시된 바와 같이, 제2포트(b) 측에 종단 임피던스(Z2)의 크기와 같은 임피던스를 가지는 제1동축 케이블(21)과, 제3포트(c) 측에 종단 임피던스(Z2)의 크기와 같은 임피던스를 가지는 제2동축 케이블(22)과, 제1포트(a) 측에 종단 임피던스(Z2)의 1/21/2배에 해당하는 임피던스를 가지는 임피던스 트랜스포머(23)와, 해당 제2포트(b)와 제3포트(c) 간에 2*R의 크기를 갖는 저항(2R)을 포함하여 이루어진다.
본 발명의 실시예에 따른 마이크로-스트립 기판에서의 전력 분배/합성 회로를 다음과 같이 설명한다.
먼저, 도 2a를 참고하면 S-파라메터를 나타낸 식은 종래와 마찬가지로 나타낼 수 있는데, 여기서 S11와 S22와 S33의 값이 `0'인 것은 각 포트(a,b,c)에서의 입력신호에 대한 반사계수로 종단 임피던스에 완전히 정합되었음을 나타내고, S23와 S32의 값이 `0'인 것은 제2포트(b)와 제3포트(c) 간의 절연을 나타내고, S12와 S13와 S21와 S31의 값이 `-j*0.707'인 것은 입력신호에 대해 전송되는 신호의 상대레벨을 나타낸다. 그리고, 위상이 같고 입력신호의 전력도 같은 이븐 모드의 도 2b와 입력신호의 전력은 같으나 위상이 반대인 오드 모드의 도 2c에서 도시된 바와 같이 제1과 제2동축 케이블(21,22)의 임피던스는 종단 임피던스(Z2)의 크기와 같고, 해당 종단 임피던스(Z2)는 임피던스 트랜스포머(23)의 임피던스(Z0)에 21/2배임을 알 수가 있다. 여기서 `Z1'는 임피던스 트랜스포머(23)에서 제1포트(a) 측으로의 임피던스를 나타낸 것이다.
이런 경우에 제1포트(a)로 신호를 입력하면 제2포트(b)와 제3포트(c)로 각각 -3(dB)씩 전송되고, 해당 제1포트(a)로 입력한 신호와 동일한 레벨과 위상의 신호를 제2포트(b)와 제3포트(c)로 입력하면 해당 두 포트(b,c)로 입력된 신호들의 합으로 전송된다.
예를 들어, `R'의 크기가 50(Ω)이고 종단 임피던스(Z2)의 크기가 50(Ω)이면, 저항(2R)의 크기는 100(Ω)이 되고 제1동축 케이블(21)와 제2동축 케이블(22)의 임피던스는 종단 임피던스(Z2)의 크기와 같으므로 50(Ω)이 되고 임피던스 트랜스포머(23)의 임피던스(Z0)는 50/21/2= 35.36(Ω)이 되므로, 이때의 마이크로-스트립 라인을 하면 소형화가 가능하고 정격 전력에 맞는 상기 동축 케이블(21,22)를 선택하여 회로를 쉽게 제작할 수 있다.
즉, 상기 동축 케이블(21,22)를 제작하기 쉬운 임피던스로 먼저 설정하고 해당 동축 케이블(21,22)의 임피던스와 같은 종단 임피던스(Z2)로부터 상기 임피던스 트랜스포머(23)를 유도하여 설계할 수 있어 설계 및 제작이 용이하다. 또한 하나의 임피던스 트랜스포머(23)에 일반적인 동축 케이블을 사용하여 제작할 수 있으므로 회로의 소형화가 가능하다.
이렇게 제작된 마이크로-스트립 기판에서의 전력 분배/합성 회로는 종래의 트랜스포머의 임피던스에 따르는 제작의 어려운을 해소하고 고전력으로 입력되는 신호를 합성하거나 분배 가능하여 고전력용 RF 분야의 페이징 송수신기, 셀룰라 중계기 등의 무선통신기기에 사용이 가능하다.
이상과 같이, 본 발명에 의해 콤바인 접합부에 λ/4 임피던스 트랜스포머를 사용하여 브리지 라인의 선폭을 임의로 선택할 수 있으므로 고전력용으로 사용할 수 있고 동축 케이블을 사용하여 제작할 수 있어 회로의 소형화가 가능할 수 있다.

Claims (1)

  1. 제2포트(b)와 제3포트(c) 간에 2*R의 크기를 갖는 저항(2R)을 구비하는 마이크로-스트립 기판에서의 전력 분배/합성 회로에 있어서, 상기 제2포트(b) 측에 종단 임피던스(Z2)의 크기와 같은 임의의 임피던스를 가지는 제1동축 케이블(21)과; 상기 제3포트(c) 측에 상기 종단 임피던스(Z2)의 크기와 같은 임의의 임피던스를 가지는 제2동축 케이블(22)과; 제1포트(a) 측에 상기 종단 임피던스(Z2)의 1/21/2배에 해당하는 임피던스(Z0)를 가지는 임피던스 트랜스포머(23)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 마이크로-스트립 기판에서의 전력 분배/합성 회로.
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