KR100346746B1 - Switchable two - way power divider/combiner - Google Patents
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Abstract
본 발명은 2-웨이 또는 1-웨이 전력분배기로서 스위칭 가능하고, 1-웨이 전력분배기로 스위칭시 다른 전달경로 및 아이솔레이션 저항과 연결된 라인까지도 완전히 차단하여 불필요한 전송라인을 없애버림으로써 전력손실을 최소화할 수 있고, 전력 분배 효율 및 전력 합성 효율을 향상시킬 수 있는 스위칭 가능한 2-웨이 전력분배기/합성기에 관한 것이다.The present invention can be switched as a two-way or one-way power divider, and when switching to a one-way power divider, power loss can be minimized by completely eliminating unnecessary transmission lines by completely blocking the lines connected to other transmission paths and isolation resistors. And a switchable two-way power divider / synthesizer capable of improving power distribution efficiency and power synthesis efficiency.
본 발명은, 고주파신호를 입력받는 입력포트; 상기 입력포트에서 두갈래로 분기된 제1 및 제2 신호전달경로; 상기 제1 및 제2 신호전달경로 각각에 연결되어 그를 통해 전달된 신호를 출력하는 제1 및 제2 출력포트; 및 상기 제1 및 제2 신호전달경로 사이에 연결된 아이솔레이션 저항을 포함하되, 상기 제1 신호전달경로는 제1 전송선로와, 상기 입력포트와 상기 제1 전송선로 사이에 연결된 제1 스위치를 포함하며, 상기 제2 신호전달경로는 제2 전송선로와, 상기 입력포트와 상기 제2 전송선로 사이에 연결된 제2 스위치를 포함하며, 상기 제1 전송선로와 상기 아이솔레이션저항 사이에 연결된 제3 스위치; 및 상기 제2 전송선로와 상기 아이솔레이션저항 사이에 연결된 제4 스위치를 포함하는 스위칭 가능한 2-웨이 전력분배기/합성기를 제공한다.The present invention, the input port for receiving a high frequency signal; First and second signal transmission paths bifurcated at the input port; First and second output ports connected to each of the first and second signal transmission paths and output a signal transmitted therethrough; And an isolation resistor connected between the first and second signal transmission paths, wherein the first signal transmission path includes a first transmission line and a first switch connected between the input port and the first transmission line. The second signal transmission path includes a second transmission line and a second switch connected between the input port and the second transmission line, and a third switch connected between the first transmission line and the isolation resistor; And a fourth switch connected between the second transmission line and the isolation resistor.
Description
본 발명은 초고주파 시스템(Micro wave system)에 사용되는 전력 분배기/합성기(power divider/combiner)에 관한 것으로, 특히 2-웨이 전력 분배기/합성기에 관한 것이다.The present invention relates to a power divider / combiner for use in a microwave system, and more particularly to a two-way power divider / combiner.
현재 무선신호를 증폭하는데 사용되는 증폭 디바이스(device)는 출력의 한계가 있기 때문에 대다수의 고출력 증폭기들은 이들을 병렬로 합성하여 고출력을 얻고 있다. 이와 같이 무선신호를 분배하고 결합하는데 사용되는 디바이스들을 고주파 전력 분배기 또는 결합기(combiner)라고 칭한다. 고주파 전력 분배기들의 종류로서는 T-접합(T-junction) 전력분배기, 윌킨슨 전력분배기, 쿼드러춰 하이브리드(quadrature hybrid)등이 있다. 이들중 사용 목적 및 특성에 부합되는 디바이스가 선택되어 사용된다.Since the amplification device used to amplify a radio signal currently has an output limitation, most high power amplifiers combine them in parallel to obtain a high output. Devices used to distribute and combine radio signals as such are called high frequency power dividers or combiners. Types of high frequency power dividers include T-junction power dividers, Wilkinson power dividers, quadrature hybrids, and the like. Among them, a device suitable for use purpose and characteristics is selected and used.
이러한 고주파 전력분배기들은 상기한 무선호출 송신기와 같은 무선송신기에 사용되고 있다. 이들중 무선송신기에 널리 사용되고 있는 윌킨슨 전력 분배기의 기본적인 구성을 도 1의 전송선로 회로도로서 보였다.These high frequency power dividers are used in a radio transmitter such as the radio call transmitter. Among them, the basic configuration of the Wilkinson power divider widely used in the wireless transmitter is shown as the transmission line circuit diagram of FIG.
이하, 구성 및 동작을 간략히 설명하면 아래와 같다.Hereinafter, the configuration and operation will be described briefly.
상기 윌킨슨 전력 분배기는 입력포트 100와, 상기 입력포트 100를 통해 입력된 신호를 전송하기 위한 제1 및 제2 전송선로 110, 120와, 상기 제1 및 제2 전송선로 100, 120 각각을 통해 전달된 신호를 출력하는 각각의 제1 및 제2 출력포트 140, 150와, 상기 제1 전송선로 110 와 제2 전송선로 120 사이에 연결된 아이솔레이션(Isolation) 저항 130 으로 구성된다.The Wilkinson power splitter is transmitted through an input port 100, first and second transmission lines 110 and 120 for transmitting a signal input through the input port 100, and first and second transmission lines 100 and 120, respectively. Each of the first and second output ports 140 and 150 for outputting the received signal and an isolation resistor 130 connected between the first transmission line 110 and the second transmission line 120.
이때, 상기 윌킨슨 전력 분배기는 입력신호를 균등한 2개의 신호로 분배한다. 즉, 입력신호에 대해 동일 위상을 갖는 2개의 신호를 얻을 수 있다.At this time, the Wilkinson power divider divides the input signal into two equal signals. That is, two signals having the same phase with respect to the input signal can be obtained.
그리고 상기 제1 및 제2 출력포트140, 150에는 각각 부하, 즉 고주파 신호를 출력하는 송신기, 수신기 혹은 고주파 신호를 증폭하는 고주파 전력증폭기등이 접속된다.The first and second output ports 140 and 150 are connected to a load, that is, a transmitter for outputting a high frequency signal, a receiver, or a high frequency power amplifier for amplifying the high frequency signal.
따라서, 입력포트 100를 통해 고주파 신호가 입력되면 그 고주파신호는 동일한 위상 및 진폭을 갖는 2개의 신호로 나뉘어져 제1 전송선로 110와 제1 출력포트140를 통해 출력됨과 동시에 제2 전송선로 120와 제2 출력포트 150를 통해 출력된다.Therefore, when a high frequency signal is input through the input port 100, the high frequency signal is divided into two signals having the same phase and amplitude, and is output through the first transmission line 110 and the first output port 140 and at the same time the second transmission line 120 and the second signal. 2 Output through output port 150.
상기와 같이 입력신호가 동일한 위상 및 진폭을 갖는 신호로 분배되어 출력되면, 상기 아이솔레이션 저항으로는 전력손실이 발생되지 않는다.When the input signal is divided and output as a signal having the same phase and amplitude as described above, no power loss occurs with the isolation resistor.
한편, 상기 전송라인 (110, 120)의 특성 임피던스를 ZL라 하면 이는 하기 수학식 1과 같다.On the other hand, if the characteristic impedance of the transmission line (110, 120) is Z L it is as shown in the following equation (1).
상기 수학식 1에서, n은 "0"이 아닌 자연수이며, ZL는 입력 임피던스가 된다In Equation 1, n is a natural number other than "0", and Z L is an input impedance.
따라서 상기 전송라인(110, 120)의 임피던스는 70.7Ω이 된다. 그리고 통상적으로 입출력포트에 연결된 전송라인은 50Ω을 사용한다.Therefore, the impedance of the transmission lines 110 and 120 is 70.7Ω. In general, a transmission line connected to an input / output port uses 50Ω.
상기 윌킨슨 전력 분배기는 통상적으로 기판상에 마이크로 스트립 라인(micro stripline)을 사용하여 구성하거나 또는 해당 특성 임피던스(impedance)를 갖는 동축 라인(coaxial line)을 사용하여 구성한다.The Wilkinson power divider is typically constructed using a micro stripline on a substrate or using a coaxial line having a corresponding characteristic impedance.
상기와 같이 동작되는 윌킨슨 전력 분배기의 입력과 출력을 바꾸면 고주파 신호의 전력을 합성(Combine)하는 전력 합성기(N-way power combiner)로 동작된다. 예를 들면, 제1 출력포트 140 및 제2 출력포트 150를 각각의 제1 입력포트 및 제2 입력포트로 사용하고, 반대로 입력포트 100를 출력포트로 사용하면 전력합성기가 된다.By changing the input and output of the Wilkinson power divider operated as described above is operated as a power combiner (N-way power combiner) for combining the power of the high frequency signal (Combine). For example, when the first output port 140 and the second output port 150 are used as the first input port and the second input port, respectively, and the input port 100 is used as the output port, the power synthesizer is used.
그러나, 상기의 전력 분배기/합성기는 임의의 출력포트에 연결된 부하측에 이상이 발생할 경우, 그 이상이 발생된 출력포트로의 전송선로를 제거하지 못하기 때문에,However, the power divider / synthesizer cannot remove the transmission line to the output port in which an error occurs when an error occurs on the load side connected to any output port.
출력포트로부터 전반사가 발생되고, 이 전반사된 전력이 다른 전송경로 및 입력포트로 입사됨으로써 신호의 왜곡현상이 발생하고, 입력반사 손실이 현격히 저하되는 문제점이 있었다.Total reflection is generated from the output port, and the total reflected power is incident on other transmission paths and input ports, thereby causing distortion of the signal and significantly reducing input reflection loss.
또한 상기 전반사된 전력이 아이솔레이션 저항에 전달되어 전력소모가 발생되는 문제점이 있었다.In addition, the totally reflected power is transferred to the isolation resistor, thereby causing power consumption.
따라서, 본 발명은 상기의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 2-웨이 또는 1-웨이 전력분배기로서 스위칭 가능하고, 1-웨이 전력분배기로 스위칭시 다른 전달경로 및 아이솔레이션 저항과 연결된 라인까지도 완전히 차단하여 불필요한 전송라인을 없애버림으로써 전력손실을 최소화할 수 있고, 전력 분배 효율 및 전력 합성 효율을 향상시킬 수 있는 스위칭 가능한 2-웨이 전력분배기/합성기를 제공함에 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, and can be switched as a two-way or one-way power divider, and even when connected to a one-way power divider, even a line connected to other transmission paths and isolation resistors is completely available. The purpose of the present invention is to provide a switchable 2-way power divider / synthesizer that can minimize power loss by cutting off unnecessary transmission lines and improve power distribution efficiency and power synthesis efficiency.
도 1은 통상적인 윌킨슨 전력 분배기의 전송선로 회로도.1 is a transmission line circuit diagram of a conventional Wilkinson power divider.
도 2은 본 발명의 실시예에 따른 스위칭가능한 2-웨이 전력 분배기/합성기의 구성도.2 is a schematic diagram of a switchable two-way power divider / compositor in accordance with an embodiment of the invention.
도 3a 및 도3b는 도2에 있어서, 동작상태를 나타낸 도면.3A and 3B show an operating state in Fig. 2;
상기한 목적을 달성하기 위한 스위칭 가능한 2-웨이 전력분배기/합성기는 고주파신호를 입력받는 입력포트; 상기 입력포트에서 두갈래로 분기된 제1 및 제2 신호전달경로; 상기 제1 및 제2 신호전달경로 각각에 연결되어 그를 통해 전달된 신호를 출력하는 제1 및 제2 출력포트; 및 상기 제1 및 제2 신호전달경로 사이에 연결된 아이솔레이션 저항을 포함하되, 상기 제1 신호전달경로는 제1 전송선로 및 상기 입력포트와 제1 전송선로 일측 사이에 연결된 제1 스위치를 포함하며, 상기 제2 신호전달경로는 제2 전송선로와, 상기 입력포트와 제2 전송선로 일측 사이에 연결된 제2 스위치를 포함하며, 상기 제1 전송선로 타측과 상기 아이솔레이션저항의 일측 사이에 연결된 제3 스위치; 및 상기 제2 전송선로 타측과 상기 아이솔레이션저항의 타측 사이에 연결된 제4 스위치를 포함하여 구성한다.Switchable two-way power splitter / synthesizer for achieving the above object is an input port for receiving a high frequency signal; First and second signal transmission paths bifurcated at the input port; First and second output ports connected to each of the first and second signal transmission paths and output a signal transmitted therethrough; And an isolation resistor connected between the first and second signal transmission paths, wherein the first signal transmission path includes a first transmission line and a first switch connected between one side of the input port and the first transmission line. The second signal transmission path includes a second transmission line and a second switch connected between the input port and one side of the second transmission line, and a third switch connected between the other side of the first transmission line and one side of the isolation resistor. ; And a fourth switch connected between the other side of the second transmission line and the other side of the isolation resistor.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명에 의한 스위칭 가능한 2-웨이 전력분배기/합성기는 도3에 도시한 바와 같이, 고주파신호를 입력받는 입력포트10 와, 상기 입력포트10 에서 분기되며 그를 통해 입력된 신호를 외부로 각각 전송하기 위한 제1 및 제2 전송선로12, 22 와, 상기 제1 및 제2 전송선로12, 22 각각을 통해 전달된 신호를 출력하는 각각의 제1 및 제2 출력포트14, 24 와, 상기 제1 전송선로12 와 제2 전송선로22 사이에 연결된 아이솔레이션 저항32 과, 상기 입력포트10와 그로부터 각각 분기된 제1 및 제2 전송선로12, 22 사이에 연결된 제1 및 제2 스위치16, 26 와, 상기 제1 전송선로12 타측과 상기 아이솔레이션 저항32의 일측 사이에 연결된 제3 스위치18 와, 상기 제2 전송선로22 타측과 상기 아이솔레이션 저항32의 타측 사이에 연결된 제4 스위치28 와, 상기 제1 출력포트14 또는 제2 출력포트24에 연결된 부하의 고장여부를감시하여 그에 따라 상기 제1 스위치 내지 제4 스위치16, 26, 18, 28 의 온/오프(ON/OFF)를 제어하는 제어기(도면에 도시하지 않음)로 구성된다.As shown in FIG. 3, the switchable 2-way power divider / synthesizer according to the present invention transmits an input port 10 which receives a high frequency signal and a signal branched from the input port 10 to the outside, respectively. First and second transmission lines 12 and 22 and first and second output ports 14 and 24 respectively outputting signals transmitted through the first and second transmission lines 12 and 22, respectively; An isolation resistor 32 connected between the transmission line 12 and the second transmission line 22; first and second switches 16 and 26 connected between the input port 10 and the first and second transmission lines 12 and 22 branched therefrom; A third switch 18 connected between the other side of the first transmission line 12 and one side of the isolation resistor 32; a fourth switch 28 connected between the other side of the second transmission line 22 and the other side of the isolation resistor 32; and the first output. Port 14 or Second Output Port 2 It is composed of a controller (not shown) that monitors the failure of the load connected to 4 and controls ON / OFF of the first to fourth switches 16, 26, 18, and 28 accordingly. .
여기서, 상기 제어기는 제1출력포트14 및 제2출력포트24에 접속된 고주파 전력증폭기 등과 같은 부하의 고장여부를 감지하여 그에 따라 제1스위치 내지 제4스위치 16, 26, 18, 28의 온/오프를 제어하는 장치로서 더 이상의 상세한 설명 없이도, 이 기술분야에서 종사하는 자라면 용이하게 구현이 가능할 것이다.Here, the controller detects whether a load such as a high frequency power amplifier connected to the first output port 14 and the second output port 24 is faulty and accordingly turns on / off the first to fourth switches 16, 26, 18, and 28. Without further explanation as a device for controlling the off, those skilled in the art will be readily implemented.
그리고, 일반적으로 상기 입력포트10 에 연결된 선로와, 제1 및 제2 출력포트14, 24에 연결된 선로는 50Ω을 가지며, 상기제1 및 제2 전송선로12, 22 는 70.7Ω을 가진다.In general, the line connected to the input port 10 and the line connected to the first and second output ports 14 and 24 have 50Ω, and the first and second transmission lines 12 and 22 have 70.7Ω.
또한, 본 실시예에서는 상기 제1 스위치16 와 제1 전송선로12 또는 상기 제2 스위치26 와 제2 전송선로22를 합한 길이가 "λ/4"로 이루어진 구조로 되어 있다.In the present embodiment, the length of the sum of the first switch 16 and the first transmission line 12 or the second switch 26 and the second transmission line 22 is "λ / 4".
그리고 상기 제1전송선로12 와 제2전송선로22 사이의 길이 즉, 상기 제3스위치18와 아이솔레이션 저항32 및 제4스위치28를 연결한 총 길이는 "λ"의 길이를 갖는다.The length between the first transmission line 12 and the second transmission line 22, that is, the total length connecting the third switch 18 and the isolation resistor 32 and the fourth switch 28 has a length of "λ".
상기와 같이 구성된 본 발명의 동작상태를 도4a 및 도4b를 참조하여 설명한다.The operating state of the present invention configured as described above will be described with reference to Figs. 4A and 4B.
먼저, 2-웨이 전력분배기로서 동작하는 경우에는 도4a에 도시한 바와 같이 상기 제어기의 제어신호에 의해 제1 내지 제4 스위치16, 26, 18, 28 가 모두 온(ON) 상태로 된다. 즉, 연결상태가 된다.First, when operating as a two-way power divider, as shown in FIG. 4A, the first to fourth switches 16, 26, 18, and 28 are all turned on by the control signal of the controller. That is, the connection state.
이에따라 입력포트10 를 통해 입력된 신호는 균등 분배되어 제1 스위치16 -제1 전송선로12 - 제1 출력포트14 를 통해 출력됨과 동시에 제2 스위치26 - 제2 전송선로22 - 제2 출력포트24 를 통해 출력된다.Accordingly, the signal input through the input port 10 is equally distributed and output through the first switch 16-the first transmission line 12-the first output port 14 and at the same time the second switch 26-the second transmission line 22-the second output port 24 Is output via
이때, 제3스위치18 및 제4스위치28이 온되어 있기 때문에 2-웨이 전력분배기로 동작시에는 도2에 도시된 종래의 구성과 동일하다.At this time, since the third switch 18 and the fourth switch 28 are turned on, the operation of the two-way power distributor is the same as the conventional configuration shown in FIG.
그러나, 제1 출력포트14 또는 제2 출력포트24 에 연결된 부하에 고장이 발생하여 어느 한쪽 선로를 차단하여야 할 경우, 예를들어 상기 제1 출력포트14로의 신호전달을 차단하여야 하는 경우에는 상기 제어기의 제어신호에 의해 제1 스위치16 와 제3 스위치18 및 제4 스위치 28를 오프(OFF)시킨다. 즉, 스위치를 개방상태로 한다.However, when the load connected to the first output port 14 or the second output port 24 has a failure and one of the lines is to be cut off, for example, the signal transmission to the first output port 14 must be cut off. The first switch 16, the third switch 18, and the fourth switch 28 are turned off by the control signal. In other words, the switch is opened.
이로인해, 상기 입력포트10 를 통해 입력된 신호는 제2 스위치26 - 제2 전송선로22 - 제2 출력포트24 를 통해 출력된다. 즉, 1-웨이 전력분배기로 동작한다.Thus, the signal input through the input port 10 is output through the second switch 26-the second transmission line 22-the second output port 24. It acts as a 1-way power divider.
상기와 같이 제1 스위치16가 오프되기 때문에 제1전송전로12로의 신호전달이 차단되며, 또한 제3 및 제4 스위치18, 28마져 오프되기 때문에 제2전송선로 22측에도 불필요한 전송선로가 완전히 제거된다.As described above, since the first switch 16 is turned off, signal transmission to the first transmission line 12 is blocked, and since the third and fourth switches 18 and 28 are turned off, unnecessary transmission lines are completely removed on the 22nd side of the second transmission line. do.
상기와 같은 2-웨이 전력분배기의 동작과정에서 반대로 하면, 2-웨이 합성기로 동작할 수 있게 되며, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.If the reverse of the operation of the two-way power divider as described above, it is possible to operate as a two-way synthesizer, a detailed description thereof will be omitted.
이상에서 설명한 본 고안은 전술한 실시예 및 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 고안의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and drawings, and various substitutions, modifications, and changes can be made without departing from the technical spirit of the present invention. It will be clear to those who have it.
전술한 바와 같이, 본 발명은 2-웨이 또는 1-웨이 전력분배기로서 스위칭 가능하고, 1-웨이 전력분배기로 스위칭시 다른 전달경로 및 아이솔레이션 저항과 연결된 라인까지도 차단하여 불필요한 전송라인을 완전히 없애버림으로써 전력손실을 최소화할 수 있고, 전력 분배 효율 및 전력 합성 효율을 향상시킬 수 있는 효과를 가진다.As described above, the present invention can be switched as a two-way or one-way power divider, and when switching to a one-way power divider, it also blocks other transmission paths and lines connected to isolation resistors, thereby completely eliminating unnecessary transmission lines. Power loss can be minimized, and power distribution efficiency and power synthesis efficiency can be improved.
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|---|---|
| KR20010113302A (en) | 2001-12-28 |
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